JP6219169B2 - フレームアレスタ - Google Patents

Description

本発明は、危険領域を外部領域から分離する壁部に組み込まれており、複数の通過ギャップを有する横断面および該通過ギャップの長さを規定する高さを有し、かつ、爆発領域に向いた下面および外部領域に向いた上面を有するシリンダ状の火炎バリアを具備するフレームアレスタに関する。

このようなフレームアレスタは、多数の実施の形態で知られている。これらのフレームアレスタは、爆発性または可燃性のガスによって危険に晒される領域を、火炎が危険領域に入り込むのを保護しなければならないところは何処でも、使用される。その目的は、危険領域おける爆発災害を防止するためである。危険領域は、広い意味で、容器によって、従って、爆発性または可燃性のガスの容器またはリザーバに通じている配管によって形成されていることができる。

明細書の最初の部分に記載のタイプのフレームアレスタのための重要な適用例は、安全上の理由から放出されねばならない過剰圧力が容器中で調整されるときに、容器を換気するために用いられるバルブ（Armaturen）によって形成される。この場合、バルブを介して、ガスを、危険領域から、火炎バリアを通って外へ出す。ガスが環境に悪影響を及ぼさないように、ガスを、火炎バリアを通って出た直後に、点火することができる。その目的は、かくして、大気圧爆燃または燃焼によって、ガスの爆発性または可燃性を無害化するためである。このようなバルブは、制御された、燃焼用のまたは溶融用の蓋部を有することができる。これらの蓋部が、使用の場合に開かれるのは、火炎バリアの外側でガスを燃焼しまたはフレアリング（Abfackeln）するためである。ガスの燃焼が長時間に亘って長引くことがあるので、上面でのガスの燃焼が、長時間、例えば２時間またはそれより長い時間持続する場合であっても、火炎バリアは、火炎を安全に防止しなければならない。火炎バリアがこの目的のために適切であるとき、「長時間火炎防止型の」火炎バリアといわれる。構造に従って、短時間の火炎の発達のみが生じることがあるときは、短時間火炎防止型のフレームアレスタで十分である。

本発明を実現するために、フレームアレスタとしては、所定の最大ギャップ幅および所定の最小ギャップ長を保証するすべてのモデルが考慮される。好ましい設計は、平らな金属ストリップの、波形の金属ストリップとの共通の円形のまたは螺旋状の巻回によって、容易に達成される。ストリップの幅は、火炎バリアの高さと、波形のストリップによって形成された通過ギャップの長さとを定める。この場合、流れ方向には、複数のかような火炎バリアも、相前後して、中間空間または中間要素を有し、あるいは中間空間または中間要素なしに設けられていてもよい。

長時間火炎防止型のフレームアレスタは、知られた技術では、火炎バリアが、安定性のある金属製の取り囲みケージ（Umfassungskaefig）で使用され、該取り囲みケージによって、火炎バリアから周囲のハウジングへのできる限り良好な熱放出を行なうことが意図されることによって、実現される。長時間火炎防止のために必要な十分な熱放出のためには、かなりの金属の質量が必要とされる。更に、通過ギャップの長さは、外側における燃焼温度が、危険領域に向いた下面における通過ギャップの端部までには、以下の程度に、すなわち、危険領域で、そこにある爆発性のまたは可燃性のガスがもはや確実に点火されない程度に、低下しているように、選択されていなければならない。これらの条件は、当該のフレームアレスタのかなりの材料コストおよびかなりの所要面積をもたらす。

これに対し、明細書の最初の部分に記載のタイプのフレームアレスタを、従来の技術よりも容易なかつ嵩張らないデザインで実現することができるという課題が、本発明の基礎になっている。

上記課題を解決するために、本発明によれば、明細書の最初の部分に記載のタイプのフレームアレスタは、火炎バリアが、壁部の、火炎バリアの横断面に対応する開口部に挿入されており、かつ、火炎バリアの高さの少なくとも５分の１が、壁部を越えて、外部領域へ突き出ていることを特徴とする
従って、本発明に係わる火炎バリアは、安定性のある取り囲みケージで使用されるのではなく、火炎バリアの高さの一部のみが、壁部の開口部に挿入されている。このことは、壁部の厚さは、いずれにせよ、火炎バリアの高さよりも著しく低いことを意味する。８ｍｍの通常の壁部の厚さでは、従って、火炎バリアの高さは、少なくとも１０ｍｍである。

本発明によれば、火炎バリアの高さの、少なくとも５分の１、好ましくは少なくとも３分の１、更に好ましくは少なくとも４分の１が壁部から突出している。本発明に係わるフレームアレスタが特に有効であるのは、フレームアレスタの、壁部から外部領域へ突出する部分が、フレームアレスタの高さの少なくとも半分、好ましくは少なくとも３分の２である場合である。

フレームアレスタは、径方向に、薄いプレートによって区画されている。この薄いプレートは、例えば、火炎バリアを形成すべく波形のシートと共に巻回される平らなシートによって形成されていてもよい。しかしまた、いずれにせよ１ｍｍよりも小さく、好ましくは０．５ｍｍよりも小さい厚みを有する類似の安定板を、シリンダ状の火炎バリアの周囲に取り付けることも可能である。

かくして形成された本発明に係わる火炎バリアは、従って、プレートとして形成されている壁部の開口部に挿入のみを必要とする。従って、本発明に係わる火炎バリアは、僅かな質量で十分である。何故ならば、取り囲みケージは、不要だからである。熱の放出は、一方では、貫流するガスへなされ、他方では、決定的な方法で、熱放射によってなされる。火炎バリアは、壁部を越えて、外部領域へ突出しており、しかも、火炎バリアの高さの大部分が突出していることが好ましいので、火炎バリアは、熱を、上面に亘って熱を放射するのみならず、壁部の開口部から外部領域へ突出する外側壁部全体に亘って熱を放射することができる。従って、外側壁部の中実な取り囲みがなされず、いずれにせよ、シートによる機械的な安定化がなされることは、本発明に係わる火炎バリアにとって、重要である。このシートは、周面を取り囲み、かつ、周面の温度を、大幅に損失なしにかつ遅滞なく受け取って、かくして、火炎バリアからの熱の放射に寄与する。

本発明に係わる火炎バリアは、取り囲む取り囲みケージへの熱伝達によるよりも熱放射によって、遥かに効率的なエネルギの放出を可能にする。固体材料への熱放射が、温度差につれて直接的に増加し、他方、熱放出が、熱放射によって、温度差の４乗（〜ΔＴ^４）でなされる。更に、ガスの燃焼によって加熱された、火炎バリアの質量は、比較的小さい。従って、フレームアレスタは、急速に変化する流速に適合し、かつ、即座に、燃焼プロセスからのエネルギの吸収によって、ならびに熱放射および貫流するガスへの熱の伝達による熱の放出によって、平衡状態を取る。火炎バリアの高さのできる限り大部分が壁部の開口部から突出していることが、本発明に係わるフレームアレスタの効率にとって重要であるので、火炎バリアの高さの下縁部が、壁部の、危険領域に向いた下面と面一に終わることは好ましい。

この場合、壁部の下面には、火炎バリアの横断面を横断する第１の取付要素が取り付けられていることは適切である。この取付要素は、流れ横断面を火炎バリアにより著しく損なうことなく、火炎バリアの軸方向の取り付けを引き起こすことができる。この目的のために、取付要素は、好ましい実施の形態では、単なるバーによって形成されていてもよい。このバーは、火炎バリアの横断面の両側で、壁部の下面に取り付けられている、
代替的に、取付要素は、知られたリブリング、または粗いメッシュまたは織物あるいは粗い格子によって形成されていてもよい。

特に、平らなストリップを波形のストリップと共に巻回することによって形成された火炎バリアの、その機械的な安定化は、第１の取付要素が、火炎バリアの中央開口部を貫通している結合要素を介して、火炎バリアの上面に接触している第２の取付要素と接続されていることによって、達成される。従って、火炎バリアは、上面で、第２の取付要素によって機械的に安定化される。第２の取付要素を、高さの違いの故に、面倒な方法で、壁部の、対応の上面と接続する必要はない。何故ならば、結合要素および第1の取付要素を介しての、壁部の下面との結合を、安定的に形成することができるからである。火炎バリアの中心に延びている只1つの結合要素で十分であるのは適切である。巻回された火炎バリアでは、平らなストリップを、波形のストリップと共に、スリーブとして形成された巻芯の周りに巻回することは適切である。次に、スリーブの内部空間へ、結合要素を正確に挿入することができる。それ故に、結合要素によって、貫流するガスのための制御されない大きなギャップ幅が形成されないことが保証されている。

本発明の第1の実施の形態では、火炎バリアが、横断面の長さに対し少ない高さを有するディスクとして形成されていること好ましい。ここでは、ディスクの横断面は、通過ギャップを備える実質的に内法の横断面を表わす。ここでは、通過ギャップのためには、場合によっては、結合要素によって閉じられたスリーブの形態の、その巻芯が占める横断面のみが使用されないことがある。

本発明により試みられた、熱放射によるエネルギ散逸は、火炎バリアの質量に比べて火炎バリアの大きな自由表面が存在することを前提とする。従って、放散される爆発性のガスの流れ横断面にとって、重要であるのは、この流れ横断面のために、只1つの大きな火炎バリアが使用されるのでなく、多数の小さな火炎バリアが、流れ横断面に挿入され、これらの火炎バリアが、流れ横断面を閉じる壁部の、対応の開口部に挿入されることである。従って、多数の火炎バリアが、危険領域へのガス経路を閉じる壁部に挿入されていてなるフレームアレスタは好ましい。

本発明に係わるフレームアレスタは、初めに、例えば水素のような極めて引火性の高いガスのための長時間火炎防止を可能にする。従って、本発明によれば、爆発グループＩＩＣに適切な長時間火炎防止装置が製造される。この長時間火炎防止装置は、特に、環状シリンダとして形成された火炎バリアの形態で、形成されており、火炎バリアでは、通過ギャップが、内部空間を囲む環状空間に延びている。この場合、内部空間は、危険領域に対し閉じられており、従って、外部領域に連通している。

この場合、内部空間に、不活性ガスのための流路が形成されていることは有利である。不活性ガスが、外部領域から吸引された空気であってもよいのは、流路の、内部空間に接続された端部が、外部領域に連通している場合である。

かくして、熱放射の効果に加えて、流れる不活性ガスによる冷却によって、支持効果が生じる。

火炎バリアを環状シリンダとする実施の形態では、適用の重点は、容易に点火可能なガスのための長時間火炎防止装置の製造にある。火炎バリアの中を通る爆発性のまたは可燃性のガスの貫流速度は、余り重要でない。この場合に重要であるのは、火炎バリアの高さを介して、非常に容易に点火可能なガスが危険領域で点火されないほどの冷却が始まることである。本発明により、このことは、爆発クラスＩＩＣの火炎バリアの上面での長時間火炎のためでさえ達成される。

本発明の好ましい適用は、長時間火炎防止型のフレームアレスタの実施の形態にある。本発明に係わる構造が、長時間火炎防止である必要のないフレームアレスタ、特に、短時間火炎防止装置および大気圧爆燃防止装置にとっても有利である。これらの適用のためには、壁部から外部領域への火炎バリアのより短い突出、すなわち、例えば、火炎バリアの高さの５分の１と２分の１との間の突出で十分であり、他方、長時間火炎防止装置のために、通常、火炎バリアの高さの少なくとも半分の突出が必要となる。

当業者にとって明らかであるのは、環状シリンダとして形成されており、かつ以下の内部空間、すなわち、対流によってまたは強制されたガス流によって火炎バリアの追加の冷却を引き起こす内部空間を有する前記タイプの火炎バリアを形成するという思想が、本発明の方法と異なり壁部の開口部には挿入されておらず、例えば取り囲みケージに組み込まれる火炎バリアにとっても、重要であることである。通過ギャップが前述のように内部空間を囲繞してなる環状シリンダとしての火炎バリアの実施の形態は、従って、独自的に重要である。

以下、図示した実施の形態に基づいて、本発明を詳述する。
只１つの火炎バリアを有する、本発明の第１の実施の形態に係わるフレームアレスタの垂直断面図を示す。 共通の壁部上に取り付けられている複数の火炎バリアを有する、本発明の第２の実施の形態に係わるフレームアレスタを斜め上から見た斜視図を示す。 図２に示した装置の平面略図を示す。 図２および３に示した装置の部分垂直断面図を示す。 環状シリンダの形態で形成された火炎バリアを有する、本発明の第３の実施の形態に係わるフレームアレスタの垂直断面図を示す。 図５に示した実施の形態を斜め上から見た略斜視図を示す。 図５に示した実施の形態の平面図を示す。

図１は、詳しくは述べない接続部分１を示す。接続部分１は、管状の導管横断面部２から、円錐形の拡張部へ移行し、かつ、環状の取付フランジ４へ通じている。該取付フランジ４には、ボルト５によって、金属プレートの形態をとる壁部６が螺着されている。

管状の導管横断面部２に続いて、壁部６には、円形の開口部７が位置している。該開口部７へは、円形の横断面を有するディスク状の火炎バリア８が、以下のように、すなわち、火炎バリア８の下面９が、壁部６の、管状の導管横断面部２に向いた下面１０と整列しているように、挿入されている。壁部６の下面１０には、バーの形態の第1の取付要素１１が、ボルト１２によって取り付けられており、従って、火炎バリア８の下面９に接触している。

環状の導管横断面部２および円錐形の拡張部３は、爆発性のまたは燃焼性のガスによって危険に晒される領域１３である。この領域は、壁部６と、該壁部６の開口部７に正確に挿入された火炎バリア８とによって閉じられている。壁部６の下面１０の反対側の、壁部の上面１４は、フレームアレスタの外部領域１５に向いている。火炎バリア８の高さの主要部分が、外部領域へ突入しており、かつ、端面は、上面１６で閉じられている。

火炎バリア８の上面１６には、第２の取付要素１７が位置している。この取付要素は、図１に示した実施の形態では、同様に、バーによって形成されている。バーは、ボルト状の結合要素１８の中心開口部へ挿入されている。結合要素１８は、火炎バリアの下面９を越えて延びており、かつ、ここでは、同様に、貫通開口部を有する。この貫通開口部へは、第１の取付要素１１同様に挿入されている。従って、２つの取付要素１１，１７によって、火炎バリア８は軸方向に取り付けられており、他方、径方向では、火炎バリアの周囲壁１９は、壁部６の開口部７に取り付けられている。

火炎バリア８の周囲壁１９は、最大限１ｍｍの厚さの薄い金属プレートによって形成されており、かつ、レーザスポット溶接等によって、火炎バリア８に取り付けられていてもよい。

火炎バリア８は、好ましい実施の形態では、平らな金属ストリップが、波形の金属ストリップと共に、巻芯２０に巻回されていることによって、製造されている。それ故に、平らな金属ストリップの２つの巻回層の間での波形の金属ストリップの波形が、所定の通過ギャップを形成し、該通過ギャップを通って、ガスが、軸方向に、危険領域１３から外部領域１５へ流れることができる。従って、貫流ギャップの長さは、２つの共に巻回された金属ストリップの幅によって規定されている。巻芯２０は、軸方向の中間空間を有するスリーブとして形成されている。それ故に、ボルト状の結合要素１８を、巻芯２０の内部空間に正確に挿入することができる。

図２および図３は、危険領域１３（図４）を閉じる壁部６´を有する、本発明の第２の実施の形態を示す。壁部６´は、円軌道上に設けられた９つの数の開口部７´を有する。これらの開口部へは、火炎バリア８が正確に挿入されている。火炎バリアの高さの主要部分は、壁部６´の上面１４から突き出ており、かつ、バー状の第２の取付要素１７によって取り付けられている。この取付要素は、中央の、ボルト状の結合要素１８によって、壁部６´の下面１０に取り付けられている。

９つの火炎バリア８の内部領域には、４つの更なる火炎バリア８´がある。後者の火炎バリアは、壁部６´の、対応の開口部７´に挿入されている。火炎バリア８´は、火炎バリア８よりも著しく小さい直径を有する。４つの火炎バリア８´の中央の結合要素１８は、同様に、円軌道上で、壁部６´の中心点の周囲に設けられている。壁部６´は、図４に示すように、多数のねじ５によって、接続部分１の環状の取付フランジ４に取り付けられている。

火炎バリア８，８´の取付を、図１に示した第１の実施の形態に基づいて説明したのと同様の方法で行なう。

多数の火炎バリア８，８´を壁部６´上に配置することは、火炎バリア８，８´の周囲壁１９の非常に大きな部分が、壁部６´の上面から突出しており、かつ、火炎バリア８の上面１６と共に、大きな表面を形成し、該表面から、熱が、外部領域１５に放射されるという利点を有する。

本発明の、図５ないし７に示した第３の実施の形態は、図１の接続部分１と同一の接続部分１を示す。ここではより長く設計されたねじ５によって、プレートの形態をとる壁部６は、接続部分１に取り付けられている。壁部６は、同様に、円形の中央の開口部７を有する。この開口部へは、環状シリンダの形態の火炎バリア２１が挿入されている。それ故に、火炎バリア２１の内部には、環状シリンダ状の内部空間２２が生じ、この内部空間は外部領域１５に連通している。接続部分１の環状の取付フランジ４と、壁部６との間には、ここでは、中間片２３が挿入されている。この中間片２３によって、ガイド通路２４，２５が形成されている。一方のガイド通路２４は、爆発領域１３に接続されており、他方、ガイド通路２５は、径方向の端部２６を形成する。径方向端部は、外部領域からの空気のための入口開口部であり、かつ、軸方向の、中央の端部２７を有する。該中央の端部は、火炎バリア２１の内部空間２２に通じている。

これに対し、ガイド通路２４は、爆発領域１３を軸方向に継続し、かつ、環状空間２８に通じている。この環状空間は、通過ギャップを有する火炎バリア２１によって設けられた環状空間の下方にある。後者の環状空間を通して、爆発性のまたは可燃性のガスを、外部領域１５へ排出することができる。その目的は、そこに、必要な場合には直接ガスを燃焼させるためである。この場合、密閉片２９によって、爆発性ガスまたは可燃性ガスが火炎バリア２１の内部空間２２に達しないことが保証されている。周囲壁３０が環状空間２８を、径方向外側に対し密閉する。

図６は、本発明の第３の実施の形態に係わるフレームアレスタの構造を斜視図で明らかにする。ここで認められるのは、外部領域１５から空気を吸入するための複数の出口開口部２６が設けられていることであって、その目的は、火炎バリア２１の内部空間２２を通して対流によって、火炎バリア２１の追加の冷却を引き起こすためである。しかしながら、火炎バリア２１の冷却の大部分は、火炎バリア２１の大きな表面を介して熱を放射することによってなされる。火炎バリアは、壁部６の上面１４から外部領域１５へ突出している。

図７は、火炎バリア２１の環状の横断面３１を平面図で示す。火炎バリアには、軸方向の通過ギャップが互いに密接してあり、かつ、一方では、波形の金属ストリップによって、および、他方では、平らな金属ストリップの巻回層によって分離されている。

中空シリンダ状に形成された火炎バリア２１の大きな表面における熱放射によるエネルギ放出は、この実施の形態では、外部領域１５からの空気の対流によって、火炎バリア２１の内部空間２２を介して、支持される。当然ながら、自己調整の対流を形成するのみならず、ファンにより内部空間２２を通って強制流を発生させることも可能である。更に、空気によってではなく、他の不活性ガスによって、流れの循環を形成することも可能である。

当然ながら、火炎バリア２１によっても、より高い貫流能力を利用するために、複数の火炎バリア２１が、壁部６の、対応の開口部７に挿入されているような装置（Anordnung）を形成することが可能である。

しかしながら、火炎バリア２１は、高い貫流能力に最適化されるのではなく、外部領域１５への高いエネルギ放出を提供する。それ故に、はじめて、例えば水素のような爆発グループＩＩＣのガス対して、爆発グループＩＩＢのガスに対し、および高いエネルギ含量を有する他のガスに対し長時間火炎防止型の（dauerbrandsicher）フレームアレスタを製造することができる。例えば、６５ｍｍの直径と、５１ｍｍの直径および５０ｍｍの高さを有する内部空間２２と、環状の横断面において０．２ｍｍの最大ギャップ幅とを備えた火炎バリアによって、化学量論的な水素／空気混合物の組成物に対する長時間火炎防止型のフレームアレスタを達成することに成功した。

これに対し、火炎バリア２１の外径が７５ｍｍに増大されており、しかし、内部空間２２の直径および高さが、夫々、５１ｍｍおよび５０ｍｍに保持されている比較実験では、０．２ｍｍの最大ギャップ幅では、逆火が生じた。このことから明らかなことは、ここで実験された爆発グループについて、環状の横断面３１の流れ横断面全体の寸法を、綿密に、火炎バリア２１の放射面に比例するようにしなければならないのであって、その目的は、爆発グループＩＩＣさえのガスに対する長時間火炎防止型のフレームアレスタの実施の形態を達成するためである。

６ 壁部
６´ 壁部
７ 開口部
７´ 開口部
８ 火炎バリア
８´ 火炎バリア
９ 下面
１３ 危険領域、爆発領域
１５ 外部領域
１６ 上面
２１ 火炎バリア

Claims (12)

1. 危険領域(１３)を外部領域（１５）から分離する壁部(６,６´)に組み込まれており、複数の通過ギャップを有する横断面および該通過ギャップの長さを規定する高さを有し、かつ、前記危険領域（１３）に向いた下面（９）および前記外部領域（１５）に向いた上面（１６）を有するシリンダ状の火炎バリア（８，８´，２１）を具備するフレームアレスタにおいて、
   前記火炎バリア（８，８´，２１）は、前記壁部（６，６´）の、前記火炎バリア（８，８´，２１）の横断面に対応する開口部（７，７´）に挿入されており、かつ、前記火炎バリアの高さの少なくとも５分の１が、前記壁部（６，６´）を越えて、前記外部領域（１５）へ突き出ており、
   前記火炎バリアは、平らな金属ストリップと波形の金属ストリップとを共に円形または螺旋形に巻回することによって形成されており、
   前記壁部（６，６´）は、前記危険領域（１３）に向いた下面（１０）を有する、ことを特徴とするフレームアレスタ。
2. 前記火炎バリア（８，８´，２１）の高さの下縁部は、前記壁部(６)の、前記危険領域(１３)に向いた下面（１０）と面一に終わることを特徴とする請求項１に記載のフレームアレスタ。
3. 前記壁部（６）の前記下面（１０）には、前記火炎バリア（８，８´，２１）の横断面を横断する第１の取付要素（１１）が取り付けられている請求項２に記載のフレームアレスタ。
4. 前記第１の取付要素（１１）とは、前記火炎バリア（８，８´，２１）の中央開口部を貫通している結合要素を介して、前記火炎バリア（８，８´，２１）の上面（１６）に接触している第２の取付要素（１７）が接続されていることを特徴とする請求項３に記載のフレームアレスタ。
5. 少なくとも１つの取付要素（１１、１７）は、バーであることを特徴とする請求項３または４に記載のフレームアレスタ。
6. 少なくとも１つの取付要素（１１、１７）は、リブリングであることを特徴とする請求項３ないし５のいずれか１項に記載のフレームアレスタ。
7. 前記火炎バリア（８，８´，２１）は、横断面の長さに対し少ない高さを有するディスクとして形成されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載のフレームアレスタ。
8. 壁部（６）には、複数の火炎バリア（８，８´，２１）が挿入されていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載のフレームアレスタ。
9. 前記火炎バリア（２１）は環状シリンダとして形成されていること、前記通過ギャップは、内部空間（２２）を囲繞する環状空間（３１）の中で延びていること、および、前記内部空間（２２）は前記外部領域（１５）に接続されており、かつ、前記危険領域(１３)に対し密閉されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載のフレームアレスタ。
10. 前記内部空間(２２)には、不活性ガスのための流路（２５）が形成されていることを特徴とする請求項９に記載のフレームアレスタ。
11. 前記流路(２５)の、前記内部空間（２２）に通じない端部（２６）は、前記外部領域（１５）に連通していることを特徴とする請求項１０に記載のフレームアレスタ。
12. 前記火炎バリア（８，８´，２１）の中を流れるガスを燃焼させるために設けられている燃焼防止装置として形成されている、請求項１ないし１１のいずれか１項に記載のフレームアレスタ。