JP3926872B2 - 容器もしくは管路システム内での爆轟を緩和させる方法及び装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、急速接近する爆轟頭を分割し、膨脹室内で再度合流させる、容器もしくは管路システム内での爆轟を緩和させる方法に関する。
【０００２】
更に、本発明は、爆轟の伝播路に位置された、爆轟頭を分割し転向させるように配列された壁と、分割された爆轟頭が再度合流する膨脹室とを有し、容器もしくは管路システム内での爆轟を緩和させる装置に関する。
【０００３】
【従来技術】
容器もしくは管路システム内での発火可能なガス混合物の爆発を爆轟又は爆燃として伝播させることができる。爆轟の際には、火炎面と、爆発の爆風によって形成された衝撃波面とが重なり合うのに対し、爆燃の際には、衝撃波が火炎面に先行する。爆燃の火炎伝播速度が数１００メートル／秒であり、（混合物の所期圧力が１バールのとき）、衝撃方向での燃焼圧力は最大限１０バールである。これに対し、爆轟の際には、数１０００メートル／秒の火炎伝播速度及び最大限１００バールの衝撃方向における圧力が生じることがある。
【０００４】
爆轟の緩和詳しくは終了により爆轟の破壊的な作用を防止すると共に、好ましくは、爆轟の火炎面の火炎を消すことは知られている。従って、いわゆる「爆轟ブレーキ」又は「爆轟バンパ」を火炎防止器と組み合わせることがしばしばある。火炎防止器には多数の狭くかつ長いギャップがあって、該ギャップでは、火炎が消えるように、火炎が強く冷却される。
【０００５】
爆轟ブレーキと火炎防止器とにより構成される爆轟保護装置はドイツ特許公報第1 192 980 号から公知である。管路を通って伝播される爆轟頭は、公知の装置では、円筒状に形成された壁部の凸状の外面によって分割され、管路に比べて拡大した容積を有する膨脹室に達する。分割した爆轟頭は数回もの転向後に初めて火炎防止器の方に達することができる。火炎防止器は出口スタブに固定されており、該出口スタブは管路に対し９０度折曲され、該管路内で爆轟が元々準備されていた。複数回の転向が必要なのは、第２の半円筒状の壁部がより狭い直径を具備し、互いに指向し合う薄壁部が重なり合うように設けられているので、一種のラビリンスを形成するためである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
こうした公知の装置では、互いに突進する部分爆轟頭が後爆轟(Nachdetonation)を引き起こすことがあるのは、特に、不都合な混合条件が存在するときである。従って、火炎防止器がこの場合にも確実な消炎作用を有するように、該火炎防止器を定める必要がある。火炎防止器の消炎ギャップの寸法は十分に長くかつ十分に狭く定められていなければならない。しかし、このことによって、通常の駆動においては、駆動媒体が貫流する場合、かなり大きな圧力損失を甘受せざるを得ない。更に、狭くて長い通過ギャップによって、保守コストが高くなる。
【０００７】
本発明の目的は、容器もしくは管路システム内での爆轟の緩和を改善させることができる方法及び装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、方法に関しては、爆轟頭を主頭と副頭に分割すること、及び主頭が膨脹室に入るとき、該膨脹室が副頭の燃焼ガスを有するように、主頭を、より長い通過時間をかけて、膨脹室に導入することにより解決される。
【０００９】
爆轟を緩和する公知の装置の作用方法は、伝播速度を下げて、エネルギを消費するために、爆轟頭をできるだけ効果的にかつ頻繁に転向することにある。これに対し、本発明の解決法は、爆轟頭の好ましくは小部分が副頭として、即ち、主頭より小さい副頭として膨脹室に導かれて、そこでは、好ましくは爆燃の形で燃焼するので、膨脹室への進入の際に、主頭のための排ガスが実質的にあり、従って、爆轟の伝播が防止されて、爆轟が通常分解することにある。このことは、主頭が膨脹室に入るとき、副頭が膨脹室内で既に完全に分解しているように、主頭の通過時間を副頭に対して定めるときに、保証される。
【００１０】
本発明の方法は、爆轟を断ち、もしくは少なくとも爆轟を緩和するために、如何なる容器もしくは管路システムでも、適用される。他の装置又は外側領域への接合箇所にとっては、従来の火炎防止器との組合わせを行なうこのが好ましい。この場合、本発明の爆轟の緩和の作用を改善することによって、火炎防止器は然程狭い及び／又は然程長い消炎ギャップを有する必要はないので、消炎ギャップによって引き起こされる通常の駆動状態のための圧力降下を減じることができる。
【００１１】
副頭が膨脹室に入ることができる前に、例えば、膨脹室の出口側の部分に設けられた火炎防止器の手前まで、副頭を膨脹室の出口側の部分に導入するときには、本発明の方法が特に効果的である。この導入によって副頭を対向側で焼却し、副頭が膨脹室に入ることにより、爆轟の緩和が一層改善されかつ確実になる。
【００１２】
本発明の方法に従って作動する装置は、壁が爆轟頭の主頭用の第１の導管路と、副頭用の第２の導管路とを形成するように配列され、これらの導管路の寸法は、主頭が副頭に比べて遅延して膨脹室に入るように定められていること、を特徴とする。この装置では、第１の導管路の全横断面が第２の導管路の全横断面より遥かに広く、少なくとも４倍大きいことは好ましい。
【００１３】
副頭の爆轟が、膨脹室に入ると、爆燃へ移行することを保証するために、好適な実施の形態では、第２の導管路が少なくとも１つの開口部又は少なくとも１つの導管部により形成され、直径は常に臨界の管径をより小さい。「臨界の管径」という用語は、導管部の一定の直径以下では、衝撃波面及び火炎面が最早共に先立って行かないので、分割されることに基づいている。「臨界の管径」という用語の説明は、ジェー・エッチ・エス・リー著、『ダイナミック・パラメーターズ・オヴ・ガシャス・デトネイションズ』 流体力学年報 １６号（１９８４年）
３１１頁乃至３３６頁に記載されている。
【００１４】
上記の理由から、膨脹室は、一方の端部において、消炎ギャップ付きの火炎防止器よって閉じられている。
【００１５】
副頭の不必要な長い遅延を防止する装置をコンパクトな構造にするには、第２の導管路が、副頭を膨脹室に実質的に転向なしに直接通り抜けることができるようにすることは目的に適っている。このことが特に目的に適っているのは、既に、臨界の管径を下回ることによって、火炎面及び衝撃波面を分離するので、エネルギを消耗させる転向が副頭にとって最早不要なことである。副頭が実質的に遅延なく進むので、主頭にとって必要な遅延が最小限に抑えられる。
【００１６】
簡単な実施の形態では、第２の導管路は、爆轟頭の伝播方向にありかつ壁を適当に配列することにより形成された少なくとも１つの開口部によって形成されていることができる。これ以外に、第２の導管路は、爆轟頭の伝播方向にある少なくとも１つの導管部によって形成されている。導管部は、副頭の火炎の燃焼と、主頭の膨脹室への進入との同時進行(Gegenlaeufigkeit)を保証するために、火炎防止器の直ぐ手前まで延びている。折曲した管部に設けられた火炎防止器では、導管部は、該管部に対応して折曲されている。壁は、周知の如く、円筒状の壁部を有し、該壁部は爆轟頭を２つの主頭に分割し、転向し、副頭への貫通のための少なくとも１つの開口部又は導管部を有する。
【００１７】
他の構造的な実施の形態では、壁は、急速接近する爆轟頭を包囲する杯状の壁部を有し、該壁部の底部には少なくとも１つの開口部又は導管部が副頭への貫通用の第２の導管路として形成されており、第１の導管路は杯状の壁部の円筒状の部分の外側に沿って延びている。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１及び２に図示した装置はエルボとして形成されたハウジング１を有し、該ハウジング１は起こり得る爆轟に関して入口側の接続フランジ２と、該接続フランジ２に対し９０度折曲した出口側の接続フランジ３とを有する。２つの接続フランジ２，３は壁部４，５を有し、両者はハウジング１の内部に向かってテーパ状に拡径している。出口側の接続フランジ３の壁部５の拡径部には肩部６がある。肩部６には通常の火炎防止器７が載置されている。該火炎防止器７はハウジング１のインサート８によってしかるべき箇所に保持されている。インサート８は実質的に円筒状の壁部９を有し、該壁部９は下方の自由な縁部１１への移行部１０によって拡径されている。縁部１１は火炎防止器７に接触している。
【００１９】
円筒状の壁部９は入口側の接続フランジ２とは反対側にスリット状の開口部１２を有し、出口側の接続フランジ３とは反対側で、平坦なプレート１３によって閉じられている。インサート８は、全体として、ハウジング１に螺着された蓋部１４によって、しかるべき箇所に密封状態で保持されている。
【００２０】
移行部１０では、入口側の接続フランジ２の垂直の中心面上に開口部１５が形成されている。該開口部１５の直径は入口側の接続フランジ２の直径の４分の１以下であり、円筒状の壁部９の手前でハウジング１の拡径横断面の遥かに僅かな部分を占めている。
【００２１】
円筒状の壁部９は、入口側の接続フランジ２と反対の領域で、開口部１２から側方に、半径方向の補強リブ１６をも有する。該補強リブ１６は自由な縁部１１の高さまで半径方向に延びている。
【００２２】
ハウジング１の入口側の接続フランジ２を通る爆轟頭(Detonationsfront)は円筒状の壁部９に達し、そこで分割され、配置が左右対称であるので２つの大きい主頭(Hauptfronten)が形成される。この分割された主頭は円筒状の壁部９及び補強リブ１６に沿って進み、開口部１２を通って円筒状の壁部９の内部に入り込む。該内部は膨脹室１７を形成している。従って、主頭は前述した第１の導管路を通って膨脹室１７から火炎防止器７に達する。
【００２３】
急速接近する爆轟頭の小部分は副頭(Nebenfront)として開口部１５を通過し、直接に膨脹室１７に、しかも直接に火炎防止器７の手前に達する。従って、開口部１５は第２の導管路を形成する。該導管路上で、爆轟頭の副頭は膨脹室１７に達する。
【００２４】
主頭は第１の導管路を介して副頭よりも長い火炎防止器７への道程を進むので、副頭は、時間的に主頭より前に、膨脹室１７に達し、主頭が燃焼室に入る前に、副頭は膨脹室１７内で分解し、爆燃として燃焼する。この結果、主頭が膨脹室１７に入るとき、該膨脹室１７には、少なくとも部分的に、好ましくは完全に副頭の燃焼による排気が充填されているので、膨脹室１７に最早主頭のための可燃のガスがないか、あるいはあったとしても極僅かな量であるので、伝播に十分なエネルギを吸収することができない。従って、主頭が火炎防止器７に達しないうちに、主頭も膨脹室１７で分解する。
【００２５】
火炎防止器７は著しく危険の少ない爆燃のためにのみ設計されていればよく、然程狭い及び／又は然程長い間隙を有しなくてよい。このことによって、僅かな流れ抵抗が形成され、火炎防止器７の保守が容易になる。
【００２６】
図３及び４に図示した実施の形態では、インサート８´は同時に縦方向のハウジング１の蓋部１４を有している。円筒状の壁部９´は火炎防止器７の外径と対応する直径を有する。入口側の接続フランジ２とは反対側に形成された開口部１２と、他の円筒状の壁部分１８が整列しており、該壁部分１８は円筒状の壁部９´と同軸に設けられているが、円筒状の壁部９´より短い直径を有する。円筒状の壁部分１８の開口部１９は入口側の接続フランジ２に向いているので、円筒状の壁部９´によって形成された部分主頭は、開口部１２，１９によって形成されたラビリンスを通って、火炎防止器７の上方に設けられた膨脹室１７´に達する。
【００２７】
入口側の接続フランジ２の軸線上に沿って、円筒状の壁部９´には、膨脹室１７´に突入する導管部２０が設けられている。臨界的な管径以下の直径を有する導管部２０は、副頭を転向なしに膨脹室１７´に導く。これに対し、主頭は多重に転向しかつ遅延されて膨脹室１７´に達する。
【００２８】
図５及び６に図示した第３の実施の形態では、図３及び４の実施の形態と比較して、導管部２０´が下方に折曲されている。それは、副頭を火炎防止器７のより近くで膨脹室１７´に導入するためである。更に、円筒状の壁部９´´は半円形の部分として形成されている。第２の円筒状の壁部分１８は半径方向のリブ１６´を具備している。該リブ１６´は円形の壁部９´´の両端と共に入口開口部１２´を形成している。該入口開口部１２´は、側方の壁に形成され、開口部１９と共に主頭の多重の転向を引き起こす。この実施の形態では、インサート８´´は、第１の実施の形態の場合と同様に、別個の蓋部１４に固定される。
【００２９】
図７に図示した第４の実施の形態では、ハウジング２１は共通の軸線上にある入口側の接続フランジ２２と出口側の接続フランジ２３とを有する。入口側の接続フランジ２２は円筒状の管路２４と共にハウジング２１の内部空間に繋がっており、そこでは杯状の壁部２５によって覆い被せられている。杯状の壁部２５は円筒状の外面壁(Mentelwand)２６と、入口側の接続フランジ２２から離隔した湾曲状の底部２７とにより構成される。一方では入口側の接続フランジ２２の円筒状の管路２４と、杯状の壁部２５の円筒状の外面壁２６との間に、他方では円筒状の外面壁２６とハウジング２１との間に環状ギャップ２８，２９が夫々形成されている。環状ギャップ２８，２９は杯状の壁部２５に進入する爆轟頭のためのラビリンスを形成している。爆轟頭は杯状の壁部２５から内側の環状ギャップ２８を介して反転して出て、１８０度転向後に、外側の環状ギャップ２９を通って膨脹室３０に入る。該膨脹室３０は火炎防止器７によって閉じられている。該火炎防止器７はハウジング２１の閉鎖された２つの部分すなわち取付フランジ３１の間に挟持されており、取付フランジ３１を螺着することにより固定される。ハウジング２１の、膨脹室３０を含まない部分は、出口側の接続フランジ２３に延びるテーパ部を有する。
【００３０】
この実施の形態では、副頭は、入口側の接続フランジ２２の軸線上にある開口部３２を通って転向せずに膨脹室３０へ導かれる。
【００３１】
図７に図示した実施の形態と実質的に一致する図８に図示した実施の形態では、杯状の壁部２５の底部２７には、複数の開口部３２が、入口側の接続フランジ２２の軸線に対し左右対称に形成されている。これらの開口部のうち、垂直断面軸線上にある開口部３２のみが図示されている。
【００３２】
図９に示した実施の形態は図７に図示した実施の形態に対応しているが、開口部３２の代わりに、導管部３２´が設けられており、該導管部３２´を通って、副頭が火炎防止器７のより近くで膨脹室３０に導入されることが異なっている。
【００３３】
図示したすべての実施の形態によって、爆轟を効果的に緩和し、詳しくは終了させ、従ってこれらの実施の形態で定められた火炎防止器７への負荷を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の、エルボとして設計された第１の実施の形態の縦断面図である。
【図２】図２は図１に図示した第１の実施の形態の横断面図である。
【図３】図３は、本発明の、エルボとして設計された第２の実施の形態の縦断面図である。
【図４】図４は図３に図示した実施の形態の横断面図である。
【図５】図５は、本発明の、エルボとして設計された第３の実施の形態の縦断面図である。
【図６】図６は図５に図示した実施の形態の横断面図である。
【図７】図７は、本発明の、リニアに設計された第４の実施の形態の縦断面図である。
【図８】図８は、本発明の、リニアに設計された第５の実施の形態の縦断面図である。
【図９】図９は、本発明の、リニアに設計された第６の実施の形態の縦断面図である。
【符号の説明】
７ 火炎防止器
９ 壁部
９´ 壁部
９´´ 壁部
１５ 開口部
１６ 壁部
１６´ 壁部
１７ 膨脹室
１７´ 膨脹室
１８ 壁部
２０ 管路部
２０´ 管路部
２４ 壁部
２５ 壁部
２６ 円筒状の部分
２７ 底部
２８ 導管路
２９ 導管路
３０ 膨脹室
３２ 開口部
３２´ 管路部。

Claims (17)

1. 接近する爆轟頭を分割し、膨脹室（１７，１７´，３０）内で再度合流させる、容器もしくは管路システム内での爆轟を緩和させる方法において、
   前記爆轟頭を主頭と主頭より小さい副頭とに分割すること、及び前記主頭が前記膨脹室（１７，１７´，３０）に入るとき、該膨脹室（１７，１７´，３０）が前記副頭の燃焼ガスを有するように、前記主頭を、副頭より長い通過時間をかけて、前記膨脹室（１７，１７´，３０）に導入して、爆轟を分解させること、を特徴とする方法。
2. 前記主頭が前記膨脹室（１７，１７´，３０）に入るとき、前記副頭が前記膨脹室（１７，１７´，３０）内で既に完全に分解しているように、前記主頭の通過時間を前記副頭に対して定めること、を特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記爆轟の分解後に、場合によってはまだ残っている炎を消すために、ガスを、消炎ギャップを具備する火炎防止器（７）を通って導くこと、を特徴とする請求項１もしくは２に記載の方法。
4. 前記主頭に関して前記副頭を対向端で前記膨脹室（１７，１７´，３０）に導くこと、を特徴とする請求項１乃至３のいずれか１に記載の方法。
5. 前記副頭が前記膨脹室（１７，１７´，３０）に入る前に、前記副頭を前記火炎防止器（７）の直ぐ手前まで導くこと、を特徴とする請求項３又は４に記載の方法。
6. 前記主頭は、前記副頭とは反対の方向に前記膨脹室（１７，１７´，３０）内で広がること、を特徴とする請求項１乃至５のいずれか１に記載の方法。
7. 爆轟頭の伝播路に設けられた、爆轟頭を分割し転向させるように配列された壁と、分割された爆轟頭が再度合流する膨脹室（１７，１７´，３０）とを有し、容器もしくは管路システム内での爆轟を緩和させる装置において、
   前記壁（９，１６；９´，１８；９´´，１６´，１８；２４，２５）は前記爆轟頭の主頭用の第１の導管路と、副頭用の第２の導管路とを形成し、第１の導管路の全横断面は前記第２の導管路の全横断面より大きく、また、これら第１並びに第２の導管路の寸法は、前記主頭が前記副頭に比べて遅延して前記膨脹室（１７，１７´，３０）に入るように定められていること、を特徴とする装置。
8. 前記第２の導管路の全横断面は前記第１の導管路の全横断面の１／４以下であること、を特徴とする請求項７に記載の装置。
9. 前記第２の導管路は、直径が臨界の管径より小さい少なくとも１つの開口部（１５，３２）又は少なくとも１つの導管部（２０，２０´，３２´）により形成されていること、を特徴とする請求項７又は８に記載の装置。
10. 前記膨脹室（１７，１７´，３０）は、一端側が消炎ギャップ付きの火炎防止器（７）によって閉じられていること、を特徴とする請求項７乃至９のいずれか１に記載の装置。
11. 前記第２の導管路は、前記副頭を前記膨脹室（１７，１７´，３０）中へと実質的に転向なしに入れることができるようにすること、を特徴とする請求項７乃至１０のいずれか１に記載の装置。
12. 前記第２の導管路は、前記爆轟頭の伝播方向に延びた少なくとも１つの開口部（１５，３２）によって形成されていること、を特徴とする請求項７乃至１１のいずれか１に記載の装置。
13. 前記第２の導管路は、前記爆轟頭の伝播方向に延びた少なくとも１つの導管部（２０，２０´，３２´）によって形成されていること、を特徴とする請求項７乃至１１のいずれか１に記載の装置。
14. 前記導管部（２０，２０´，３２´）は前記火炎防止器 （７）の直ぐ手前まで延びていること、を特徴とする請求項１３に記載の装置。
15. 前記導管部（２０´）は、前記火炎防止器（７）に向けて折曲されていること、を特徴とする請求項１３又は１４に記載の装置。
16. 前記壁は、円筒状の壁部（９，９´）を有し、該壁部（９，９´）は前記爆轟頭を２つの主頭に分割し、転向し、前記副頭の膨張室中への貫通のための少なくとも１つの開口部（１５）又は導管部（２０，２０´）を有すること、を特徴とする請求項７乃至１５のいずれか１に記載の装置。
17. 前記壁は、前記接近する爆轟頭を包囲する杯状の壁部（２５）を有し、該壁部（２５）の底部（２７）には少なくとも１つの開口部（３２）又は導管部（３２´）が前記副頭の膨張室中への貫通用の第２の導管路として形成されていること、及び前記第１の導管路（２８，２９）は前記杯状の壁部（２５）の円筒状の部分（２６）の外側に沿って延びていること、を特徴とする請求項７乃至１５のいずれか１に記載の装置。

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