JP4146024B2 - 爆轟頭を無害化する方法及び爆轟保護装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、管路内を導かれる爆轟頭を火炎防止器によって無害化する方法に関する。
【０００２】
更に、本発明は、管路装置又は容器装置への組込みに適当なハウジングを有し、このハウジングへは、一定の管径を有する少なくとも１つの接続管が突入し、ハウジングには、火炎の通過を阻止し、かつ管径よりも著しく大きい直径を有する火炎防止器が設けられてなる爆轟保護装置に関する。
【０００３】
【従来技術】
容器装置又は管路装置内での発火可能なガス混合物の爆発は、爆轟又は爆燃として伝播され得る。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】
爆轟の緩和又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、爆轟頭を、火炎防止器へ打ち当たる前に、爆燃に戻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、このギャップでは、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DE-PS 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体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、この出口スタブは管路に対し９０度折曲され、この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、互いに指向し合う自由な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。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、火炎防止器の寸法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、通常の作動においては、作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。
【０００６】
DE 195 36 292 C2によって、爆轟頭を主頭(Hauptfront)及び副頭(Nebenfront)に分割し、主頭が膨張室に入るとき、この膨張室が副頭の燃焼ガスを有するように、より長い通過時間をかけて、膨張室に導入することが知られている。爆轟頭が主頭及び副頭に分割され、主頭は膨張室までより長い通過時間を要し、同様に、この方法で実現化される爆轟保護装置の最小容積をもたらす複数の転向を必要とする。少なくとも主頭のためのショックアブソーバを前置しなければならないことによって、更に、かなり高い製造コストが生じる。このことが該当するのは、特に、爆轟保護装置に両側で爆轟頭によって衝撃が与えられ、従って、火炎防止器の両側で爆轟保護装置にショックアブソーバが設けられる必要があるときである。
【０００７】
爆轟保護装置としてショックアブソーバのない火炎防止器のみを形成することは原理的には可能であるだろう。その際に十分な耐瞬間発火性(Zuenddurchschlagssicherheit) を保証するために、火炎防止器のギャップを長くかつ狭く選択する必要がある。このことによって、火炎防止器による高い圧力損失を甘受せざるを得ない。つまり、圧力損失がより少ない火炎防止器の場合、火炎防止器に進入する火炎面が未燃混合気を火炎防止器の中に比較的容易に押し込むことができるのである。このことによって、消炎ギャップには、火炎伝播の方向に、より高い流速従ってまた渦巻が生じ、これらが消炎ギャップにおいて燃焼速度を高めると共に、消火能力従ってまた耐逆火性(Flammendurchschlagssicherheit) を低下させる。しかし乍ら、高い閉塞性、つまり、狭くて長いギャップによる高い耐瞬時発火性を有する火炎防止器が実現化されるとき、高い圧力損失というかなりの操作技術上の欠点が生じる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、爆轟頭を防ぐ保護装置、しかも、安価に製造できる簡単な手段で実現可能であり、貫流するガスのために何等高い圧力損失を引き起こさないが、耐瞬時発火性を保証する爆轟保護装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題は、爆轟頭を、管路に比べて大きな直径を有する火炎防止器の付近に導いて、爆轟頭が火炎防止器の部分領域にのみぶつかるようにすること、及び爆轟頭を火炎防止器の手前で膨張して、この火炎防止器の外側横断面にぶつかる爆燃が生じるようにすること、を特徴とする方法によって解決される。
【００１０】
この方法の改善において、爆轟頭の僅かな部分を、膨張室で予燃焼するために、膨張を引き起こす膨張室へ分岐して、予燃焼されたガスによって、膨張室における爆轟頭の新たな発生を防止する。
【００１１】
所望の非常に低い圧力損失の理由により、火炎防止器の直径を管径に比べて極端に大きく設計する必要があるとき、爆轟頭を、複数の部分爆轟頭にして、火炎防止器の複数の部分領域へ導くことは適切である。このことによって、通常の作動において、管路と火炎防止器との間の大きな直径差については、火炎防止器の全面への貫流媒体の十分に均等な流れ寄りが達成される。
【００１２】
上記の課題は、更に、少なくとも１つの接続管が、自由間隔を形成しつつ、火炎防止器の付近まで延びていて、接続管の中を伝播する爆轟頭が火炎防止器の部分領域のみにぶつかること、及び接続管の回りには、爆燃を形成するために十分に大きな膨張室が設けられていること、を特徴とする爆轟保護装置によって解決される。
【００１３】
本発明によって、かくして、火炎防止器が通常の作動中に大きな圧力損失をもたらすことなく、自身のショックアブソーバを有しないが火炎防止器のみを有する爆轟保護装置を形成することが可能である。本発明の核心は、１つの接続管によって爆轟頭を火炎防止器の極近くに導くことにより、爆轟頭を火炎防止器の或る部分領域のみにぶつけることにある。この場合、火炎防止器の、爆轟頭が到達する側に、膨張室が設けられているので、爆轟頭は、膨張室において、火炎防止器の手前で、爆燃を二次発火によって発生させる。爆轟頭が火炎防止器の部分領域にのみぶつかるので、火炎防止器は爆轟頭に対し高い流れ抵抗を行なう。火炎防止器全体の自由横断面が接続管の管径と同じか、それより大きいことは好ましい。
【００１４】
本発明の好ましい実施の形態では、管路部分が火炎防止器の付近に導かれて、爆轟頭がぶつかる部分領域は実質的に管径に対応する。この場合、火炎防止器が、通常の作動中に僅かな圧力損失を達成するために、部分領域の直径の少なくとも２倍に対応する全直径を有することは好ましい。
【００１５】
接続管の端部が火炎防止器により接近するように導かれるにつれて、本発明の装置の作用法は消炎性能に関して一層好都合になる。接続管の端部と火炎防止器との間の自由間隔を減少するための下限は、かなり遅い通常の流速であっても、通常の作動中には爆轟頭が火炎防止器の全横断面に十分に均等に押し寄せることに拠る。
【００１６】
これらの周辺条件に注意すれば、本発明に基づく爆轟保護装置の好ましい実施の形態では、接続管の端部と火炎防止器との間の自由間隔は管径の３分の１より大きいか、それより同じ及び管径より小さいか、それと同じである。
【００１７】
好ましくはシリンダ状に形成されており、火炎防止器の横断面にほぼ対応する横断面を有する、ハウジングの内部空間に関しては、火炎防止器までの内部空間の長さは、接続管の側において、好ましくは管径の０．６倍よりも大きく、好ましくは管径の２倍より小さいかそれと同じであってもよく、特に、下記の早期点火を用いる際には、管路の半分まで縮小されることができる。
【００１８】
火炎防止器の部分領域への爆轟頭の衝突の（この衝突によって火炎防止器が爆轟頭に対し大きな流れ抵抗を行なう）、本発明に基づく効果を、火炎防止器の部分領域が、この部分領域を囲繞する縁部領域とは異なって形成されていることによって、増大することができる。この場合、火炎防止器の部分領域が、縁部領域よりも狭いギャップの幅で形成されていることは好ましい。火炎防止器のギャップの長さが、製造技術的な理由から、横断面全体に亘って同じであることは適切である。
【００１９】
本発明に基づく爆轟保護装置が、接続管において、接続管を囲繞する膨張室へ向いている、管径に比較して小さな複数の接続開口部を、有することができるのは、爆轟頭による早期点火によって、膨張室に予燃焼を引き起こすためである。それ故に、膨張室における爆轟頭の新たな形成への傾向に対し、予燃焼されたガスによって、特に、膨張室の、火炎防止器から離隔した端壁における、跳ね返りによって、効果的な対処が行なわれるので、膨張室の長さは減少されることができる。
【００２０】
爆轟頭を複数の部分爆轟頭に分割するために、本発明による爆轟保護装置は火炎防止器の手前に複数の接続管を有することができる。複数の接続管は火炎防止器の中心軸線に対し回転対称に設けられている。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１は、破線で示すように管路１に装着可能なハウジング２によって形成されている爆轟保護装置を略示している。ハウジング２は、両端において、フランジを介して管路１に接合されており、ハウジング２の内部空間３を形成している。管路１に連なる接続管４は一側から内部空間３に突入しており、ハウジング２の中央に設けられた火炎防止器５の手前まで延びている。図示した実施の形態では、火炎防止器５は、複数のフランジ結合手段７によって、ハウジング２の２つの半体６の間に保たれている。
【００２２】
図１は、接続管４を通って急速接近する爆轟頭８が、火炎防止器５の部分領域９にぶつかる様を示している。
【００２３】
図２は、管路１に連なる接続管４が直径Ｄを示していること、及び爆轟頭８が実際に直径Ｄで火炎防止器５の部分領域９にぶつかり、かくて、この部分領域９がほぼ直径Ｄを有すること、を明示している。爆轟頭８の衝撃波は、僅かな直径において、火炎防止器５のかなり高い流れ抵抗に会うので、爆轟頭８は火炎防止器５から部分的に跳ね返され、火炎防止器５の部分領域９への突入の際に、消滅される。接続管４の端部と、火炎防止器５との間の開いた領域では、爆轟頭８がハウジング６の膨張室１３で二次点火を引き起こす。膨張室１３は、接続管４の接合点から火炎防止器５の手前へ長さＬ１ に亘って延びている。二次点火の故に、膨張室１３内で爆燃が生じ、著しく低い火炎伝播速度及び低い燃焼圧力で、火炎防止器５の外側領域にぶつかる。膨張室１３の壁における、特に、接続管４を囲繞する環状の端壁１０における跳ね返りによって、爆燃は再度爆轟頭へと形成されるだろう。この形成は十分な最小長Ｌ１ によって阻止される。何故ならば、跳ね返されて爆轟頭に移行された爆燃頭(Deflagrationsfront)が、そのとき、火炎防止器５の手前で既に燃焼した混合気にぶつかって、かくして、作用を及ぼさないからである。
【００２４】
火炎防止器５の自由横断面は、管径Ｄを有する接続管４の少なくとも横断面に対応しているか、それより大きいので、図３に示すように爆轟頭８としてでなく通常の流れ１１として横断するガスについては、火炎防止器５による著しい圧力損失は全然生じない。
【００２５】
図３に示すように、接続管４の流出口端部と、火炎防止器５の、接続管４に向いた表面との間の自由間隔Ｌ２ は、通常の作動では貫通媒体(Durchflussmedium)が火炎防止器５に均等に流れ寄せるように、選択されている。このことは、間隔Ｌ２ の長さが内径Ｄの３分の１より大きいかそれと同じであり、内径Ｄより小さいかそれと同じである場合に当て嵌まる。
【００２６】
図４に示した実施の形態は、図１に示した実施の形態に対応しているが、ただ違う点は、火炎防止器５の両側に夫々接続管４が設けられているので、図４に示した爆轟保護装置が、両側から突進する爆轟頭８に適合していることである。
【００２７】
本発明の、図５に示した他の実施の形態は、図１に示した実施の形態とは、火炎防止器５´の部分領域９´がより狭い間隔で製造されているので、火炎防止器５´が狭くなった部分領域９´によって、爆轟頭８により強い流れ抵抗を行なう点で、異なっている。
【００２８】
図６に示した実施の形態は、図５に示した実施の形態と他の点では同じであって、この実施の形態では、接続管４は複数の小さな接続開口部１２を有し、これらの接続開口部１２を通って、ハウジングの始まりの直後で、到来する爆轟頭８のうちの１部が分かれ、直接に膨張室１３へ導かれ、そこでは、爆轟頭８の分かれた部分の点火によって、予燃焼が生じるので、膨張室１３内での燃焼したガスがハウジング２の後壁１０における爆燃の跳ね返りによる二次爆轟の形成を阻み、これによって、長さＬ１を短くすることができる。
【００２９】
図７及び８に示された第５の実施の形態は、火炎防止器５を管路１の直径Ｄに比べて極端に大きく設計して、通常の作動では、火炎防止器５による非常に少ない圧力損失を獲得することを規定している。通常の作動において、効果的な間隔Ｌ２を維持しつつ、貫流媒体の、火炎防止器５の全面への十分に均等な流れ寄りを調整するために、複数の接続管４´が火炎防止器５の横断面に亘って配設されている。図７は、管路１内を急速接近する爆轟頭が、複数の接続管によって(dadurch) 複数の部分爆轟頭８´に分けられ、部分爆轟頭８´は火炎防止器５の、これらの部分爆轟頭に対応する部分領域９´´にぶつかること、を明示している。膨張室１３´の長さＬ１を限定する後方の端壁１０´は、壁部分によって形成されている。これらの壁部分は、火炎防止器５の流れ方向手前で、分配室１４を区画しており、この分配室１４は管路１の直径Ｄから始まって、火炎防止器５の有効な直径へと拡張し、複数の接続管４へと移行している。図７に示すような複数の接続管４´の配列は中央の接続管４´を有する。この中央の接続管４´は管路１´と整列しているが、管路１よりも幾らか小さな直径を有する。４つの他の接続管４´は中央の接続管４´の回りに、同一半径上に(auf einem Radius)、同一の間隔をあけて周設されている。図８は、通常の部分流(Teilstroemungen) １１´が接続管４´を通過し、火炎防止器５の横断面へ均等に分配されてなる通常の作動を明示している。
【００３０】
図９及び１０に示した第６の実施の形態では、第５の実施の形態と比べて、中央の接続管４´がない。むしろ、２つの接続管４´のみが示されており、双方はハウジング２の従ってまた火炎防止器５の中心軸線に対し同一間隔をあけて設けられている。このような配列によっても、部分爆轟頭８´（図９）又は通常の部分流１１´（図１０）が形成される。
【００３１】
示された好ましい寸法入れでは、長さＬ１が≧０．５Ｄ及び≦２Ｄであり、長さＬ２は≧１／３Ｄと≦１Ｄの間である。長さＬ１及びＬ２の最適化は火炎防止器５による圧力損失に拠る。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、火炎防止器へ急速接近する爆轟頭を有する本発明の、第１の実施の形態の略図である。
【図２】図２は、爆轟頭によって引き起こされた二次点火により生じた爆燃の伝播を示す、図１に基づく図である。
【図３】図３は、接続管から流出する貫流媒体を火炎防止器の全面に分配するのを示す、通常の作動についての図１に示した実施の形態の図である。
【図４】図４は、図１に示す実施の形態に類似しているが、両側から急速接近する爆轟頭のために形成されている本発明の、第２の実施の形態を示す図である。
【図５】図５は、本発明の第３の実施の形態に関する、図１に示した描写を示す図である。
【図６】図６は、本発明の第４の実施の形態に関する、図２に示した描写を示す図である。
【図７】図７は、本発明の第５の実施の形態に関する、図１に示した描写を示す図である。
【図８】図８は、本発明の第５の実施の形態に関する、図３に示した描写を示す図である。
【図９】図９は、本発明の第６の実施の形態に関する、図１に示した描写を示す図である。
【図１０】図１０は、本発明の第６の実施の形態に関する、図３に示した描写を示す図である。
【符号の説明】
１ 管路
２ ハウジング
３ 膨張室
４ 接続管
４´ 接続管
５ 火炎防止器
５´ 火炎防止器
８ 爆轟頭
８´ 爆轟頭
９ 部分領域
９´ 部分領域
９´´ 部分領域
１２ 接続開口部
１３ 膨張室
Ｄ 管径
ＬＩ 長さ
Ｌ２ 自由空間

Claims (16)

1. 管路（１）内を導かれる爆轟頭（８，８´）を火炎防止器（５，５´）によって無害化する方法において、前記爆轟頭（８，８´）は、ショックアブソーバにより向きを変えられることなく、少なくとも１つの接続管（４、４´）によりほぼ完全に運ばれ、前記管路（１）に比べて大きな直径を有する前記火炎防止器（５，５´）の付近に導かれて、前記爆轟頭（８，８´）が、前記火炎防止器（５，５´）の部分領域（９，９´，９´´）にのみぶつかりここで反射されること、及びこの反射された爆轟頭（８，８´）を前記火炎防止器（５，５´）の手前で前記接続管（４，４´）の周りに形成されている膨張室（１３）へと膨張させて、この火炎防止器（５，５´）の外側横断面にぶつかる爆燃を生じさせるようにすること、を特徴とする方法。
2. 前記爆轟頭（８，８´）の一部分を、前記膨張室（１３）で予燃焼するために、膨張を引き起こす前記膨張室（１３）へ分岐すること、を特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記爆轟頭（８）を、複数の部分爆轟頭（８´）にして、前記火炎防止器（５，５´）の複数の部分領域（９´´）へ導くこと、を特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. 容器装置又は管路装置（１）への組込みに適当なハウジング（２）を有し、このハウジング（２）には、火炎の通過を阻止し、かつ管径（Ｄ）よりも大きい直径を有する火炎防止器（５，５´）が設けられてなる爆轟保護装置において、少なくとも１つの接続管（４，４´）が、自由間隔を形成しつつ、前記火炎防止器（５）の付近まで延びていて、前記接続管（４，４´）の中を伝播する爆轟頭（８，８´）が、ショックアブソーバにより向きを変えられることなくほぼ完全に前記火炎防止器（５，５´）の部分領域（９，９´）のみにぶつかり反射されること、及び前記接続管（４，４´）の回りには、爆燃を形成させるために十分に大きな膨張室（１３）が設けられていること、を特徴とする爆轟保護装置。
5. 前記接続管（４，４´）の端部と前記火炎防止器（５，５´）との間の自由間隔（Ｌ２）は前記管径（Ｄ）よりも大きくないこと、を特徴とする請求項４に記載の爆轟保護装置。
6. 前記接続管（４，４´）の端部と前記火炎防止器（５，５´）との間の自由間隔は前記管径（Ｄ）の３分の１よりも小さくないこと、を特徴とする請求項４又は５に記載の爆轟保護装置。
7. 前記ハウジング（２）の内部空間（３）はシリンダ状に形成されており、前記火炎防止器（５，５´）の横断面にほぼ対応する横断面を有すること、を特徴とする請求項４乃至６のいずれか１に記載の爆轟保護装置。
8. 前記火炎防止器（５，５´）までの前記内部空間（３）の長さ（Ｌ１）は、前記接続管（４，４´）の側において、前記管径（Ｄ）の０．５倍よりも小さくないこと、を特徴とする請求項７に記載の爆轟保護装置。
9. 前記火炎防止器（５，５´）までの前記内部空間（３）の長さ（Ｌ１ ）は、前記接続管（４，４´）の側において、２倍の前記管径（Ｄ）よりも大きくないこと、を特徴とする請求項７又は８に記載の爆轟保護装置。
10. 前記火炎防止器（５´）の部分領域（９´）は、この部分領域（９´）を囲繞する縁部領域とは異なって形成されていること、を特徴とする請求項４乃至９のいずれか１に記載の爆轟保護装置。
11. 前記火炎防止器（５´）の部分領域（９´）は、前記縁部領域よりも狭いギャップの幅で形成されていること、を特徴とする請求項１０に記載の爆轟保護装置。
12. 前記火炎防止器（５，５´）の全横断面に亘ってのギャップの長さは同じであること、を特徴とする請求項１１に記載の爆轟保護装置。
13. 前記接続管（４）は、前記接続管（４）を囲繞する前記膨張室（１３）へ向いている、管径（Ｄ）に比べて小さな複数の接続開口部（１２）を有すること、を特徴とする請求項４乃至１２のいずれか１に記載の爆轟保護装置。
14. 前記火炎防止器（５，５´）の両側に接続管（４）が設けられていること、を特徴とする請求項４乃至１３のいずれか１に記載の爆轟保護装置。
15. 複数の前記接続管（４´）は前記火炎防止器（５，５´）の手前に設けられていること、を特徴とする請求項４乃至１４のいずれか１に記載の爆轟保護装置。
16. 前記複数の接続管（４´）は前記火炎防止器（５，５´）の中心軸線に対し回転対称に設けられていること、を特徴とする請求項１５に記載の爆轟保護装置。

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