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Die Erfindung betrifft eine Druckentlastungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Schutzanspruchs 1.
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In vielen explosionsgefährdeten Anlagen wie zum Beispiel Silos, Behältern, Rohren und dergleichen werden häufig Berstscheiben eingebaut, die als Sollbruchstelle wirken. Solche Berstscheiben bestehen meist aus eingerahmten Blechscheiben, die in Öffnungen von explosionsgefährdeten Anlagen eingebaut sind und die bei einem bestimmten Überdruck bersten und den Überdruck zur Atmosphäre freigeben, damit das Silo, der Behälter, die Rohre oder die mit diesen verbundenen Anlagenteile nicht beschädigt werden. Derartige Berstscheiben werden dann nach einer Explosion wieder ersetzt, so dass die damit geschützten Anlagen ohne großen Aufwand wieder betriebsbereit sind. Allerdings treten aus diesen geborstenen Berstscheiben bei einem Explosionsvorgang auch häufig Flammen aus, die außerhalb der Anlagen einen Brand auslösen können. Deshalb werden derartige Berstscheiben häufig mit einem gasdurchlässigen Käfig oder Korb umbaut, durch den die Flammen an einem Austreten gehindert werden sollen.
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Eine derartige Vorrichtung zur Druckentlastung für eine Berstscheibe ist aus der
EP 1 369 628 B1 bekannt, durch die die Berstscheibe mit einem gasdurchlässigen Korb umbaut ist. Dabei besteht die Berstscheibe aus einer dünnwandigen domförmigen Wölbung, die nach außen zum Inneren des Korbes gerichtet ist und offensichtlich aus einem dünnen Blech besteht. Dabei ist die Berstscheibe zwischen zwei Flanschen eingeklemmt, wobei der ringförmige Rand der Berstscheibe eine Soll-Reißstelle aufweist, die als kreisbogenförmiger Spalt mit beabstandeten Materialbrücken ausgebildet ist und von den Flanschen klemmend abgedeckt wird. Bei einem vorgegebenen explosionsbedingten Überdruck im Inneren der explosionsgefährdeten Anlage reißt der innere Teil der Berstscheibe vom Rand im Bereich der Spalte ab und gibt die Öffnung klappendeckelartig zum Korb oder zur Atmosphäre frei. Dabei besteht der Korb aus einem quaderförmigen Gestell, das durch vier rechteckige, hochkant angeordnete Wandelemente und ein abdeckendes Wandelement die Berstscheibe umgibt. Die Wandelemente bestehen dabei aus ebenen beabstandeten gasdurchlässigen Innen- und Außenplatten, wobei mindestens die Außenplatten im Zentrum eine quadratische aussparende Gitterstruktur aufweisen, die innen mit einem offenporigen Metallschaum hinterlegt ist. Beim Durchströmen des Metallschaums von explosionsbedingten Flammen sollen diesen durch den Metallschaum so viel Wärme entzogen werden, dass die Flammen erlöschen. Derartige Metallschaumplatten sind aufwändig in der Herstellung und stellen wegen ihrer geringen Porenweite ein Druckhindernis dar, so dass für eine schnelle Druckentlastung eine große Plattenfläche benötigt wird.
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Andererseits sind aus der
DE 20 2006 021 007 U1 auch Feuerlöschanlagen für Elektronikgehäuse bekannt, mit der Flammen in einem Gehäuse oder einem Korb gelöscht werden können. Diese besteht aus einem Löschmittelbehälter, der das Löschmittel bevorratet, einer Löschmittelabgabevorrichtung und einer Auslösevorrichtung, die den Austritt des Löschmittels bewirkt. Dabei ist der Löschmittelbehälter durch ein Treibgas mit einem Überdruck beaufschlagt, dessen Ausströmöffnung durch eine Membran verschlossen ist. Beim Ansprechen der Auslösevorrichtung wird die Membran aufgestochen und das Löschmittel strömt in den Innenbereich und verhindert dabei ein Ausbreiten des Brandes oder der Flammen. Eine derartige Feuerlöschanlage erfordert aber eine aufwändige Sensorelektronik zur Feststellung des Brandfalls und eine Antriebsvorrichtung zur Verteilung des Löschmittels, um einen auftretenden Brand oder auftretende Flammen am Austritt zu hindern. Da eine derartige Feuerlöschanlage einer gewissen Auslösezeit zwischen der Brandfeststellung und der Freigabe des Löschmittels bedarf, kann damit eine rasche Flammenausbreitung im Explosionsfall nicht zeitnah verhindert werden.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Druckentlastungsvorrichtung der eingangs genannten Art so zu verbessern, dass damit eine schnelle Druckentlastung erfolgt und explosionsbedingte Flammen zuverlässig gelöscht werden.
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Diese Aufgabe wird durch die im Schutzanspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Weiterbildungen und vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Die Erfindung hat den Vorteil, dass mit der Druckentlastungsvorrichtung nicht nur der im Explosionsfall auftretende Überdruck abgeführt, sondern auch eine dabei häufig auftretende Flamme durch entsprechend lange Auslasskanäle auf einfache Art gelöscht werden kann. Dabei wird durch die Auslassöffnungen zur Atmosphäre oder zur Umgebung seitlich neben dem Befestigungssockelbereich gleichzeitig erreicht, dass die Auslassöffnungen nach innen zur explosionsgefährdeten Anlage ausgerichtet sind, so dass vorteilhafterweise durch die austretende Druckwelle oder deren Hitzewirkung bzw. Flamme keine Schäden in der näheren oder weiteren Umgebung angerichtet werden können.
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Eine besondere Ausbildung der Erfindung, bei der der obere äußere Gehäuseteil durch horizontale und vertikale Labyrinthbleche mit dem kleineren inneren Befestigungssockel verbunden ist, hat den Vorteil, dass dadurch eine wabenförmige Verbindung entsteht, die auch bei geringen Blechdicken großen Explosionsdrücken standhält. Dabei entsteht durch die in der Höhe versetzten vertikalen Labyrinthbleche gleichzeitig mindestens ein von innen nach außen verlaufender labyrinthartiger Auslasskanal, der vorteilhafterweise den Explosionsdruck mindert und eine mögliche Restflamme durch vielfache Wegumlenkungen bis zum Erlöschen abkühlt.
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Eine weitere besondere Ausbildung der Erfindung mit einem am Berstelement angebrachten Löschmittel hat den Vorteil, dass eine auftretende Flamme bereits kurz nach dem Eintritt in die Druckentlastungsvorrichtung gelöscht wird, ohne dass ein langer Abkühlungsweg der Flamme vorgesehen sein muss. Vorteilhafterweise wird dabei der Explosionsdruck beim Bersten des Berstelemnets zur Verwirbelung des Löschmittels genutzt, so dass ein zeit- und sensoraufwändiges Auslösen einer Löschvorrichtung unnötig ist. Dabei ist insbesondere die Anordnung des Löschmittels zwischen mindestens zwei beanstandeten Teilen des Berstelements vorteilhaft, da hierdurch kein zusätzlicher Behälter für das Löschmittel und kein Extra-Antrieb zum Verwirbeln des Löschmittels notwendig ist.
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Durch den Einsatz eines derartigen Löschmittels am Berstelement kann vorteilhafterweise der Austrittsweg und der Austrittsquerschnitt innerhalb der Umbauung des Berstelements verringert werden, da ein Austritt einer explosionsbedingten Flamme schon weitgehend durch das Löschmittel verhindert wird. Dadurch wird vorteilhafterweise auch gleichzeitig ein notwendiger Bauraum für die Umbauung des Berstelements verringert, so dass die Druckentlastungsvorrichtung wegen des geringen Bauraumbedarfs an vielen Stellen der explosionsgefährdeten Anlage anbaubar ist oder auch nachgerüstet werden kann.
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Eine zusätzliche besondere Ausbildung der Erfindung hat durch die Verbindung der Ränder der beabstandeten Berstfolien oder Berstbleche mittels eines Randelements den Vorteil, dass dadurch das Löschmittel in das Berstelement integrierbar ist und als Baueinheit nach dem Explosionsfall leicht und schnell austauschbar ist.
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Eine weitere besondere Ausbildung der Erfindung mittels zweier Berstfolien, die durch einen Klettbandverschluss mit dem Randelement verbunden sind, hat den Vorteil, dass damit die Soll-Reißstelle und deren Ausreißkraft auf einfache Weise vorbestimmbar ist und diese Baueinheit dadurch auch einfach hergestellt werden kann. Diese Baueinheit des Berstelements hat gleichzeitig den Vorteil, dass im Explosionsfall die Berstfolien und der Klettbandverschluss meist nicht zerstört werden, so dass zur Wiederherstellung lediglich das Löschmittel neu eingeführt werden muss und die Baueinheit wieder verschlossen werden kann.
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Eine zusätzliche besondere Ausbildung der Erfindung, bei der das als Baueinheit ausgebildete Berstelement mit Löschmittel in den radial nach innen versetzt angeordneten Befestigungssockel einschiebbar ist, hat den Vorteil, dass das Berstelement nach einem Explosionsfall durch Lösen eines seitlichen Sockelblechs auf einfache Art und Weise austauschbar ist, ohne dass das obere Gehäuseteil als Umbauung demontiert werden müsste.
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Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels, das in der Zeichnung dargestellt ist, näher erläutert. Es zeigen:
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1: eine Perspektivdarstellung einer Druckentlastungsvorrichtung mit einer Umbauung;
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2: eine Schnittdarstellung der Druckentlastungsvorrichtung mit der Umbauung, und
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3: eine Schnittdarstellung eines Berstelements der Druckentlastungsvorrichtung.
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In 1 der Zeichnung ist eine Umbauung 4 der Druckentlastungsvorrichtung perspektivisch dargestellt, die aus einem quaderförmigen oberen Gehäuseteil 10 und einem Befestigungssockel 5 besteht, wobei der Befestigungssockel 5 eine Öffnung 3 in der explosionsgefährdeten Anlage 2 abdichtet und mit der explosionsgefährdeten Anlage 2 fest verbunden ist. Dabei besteht das obere Gehäuseteil (10) aus vier vertikalen rechteckigen Wandblechen (11), die durch ein rechteckiges oberes Abdeckblech 12 abgedichtet miteinander verbunden sind. Die Umbauung 4 der Druckentlastungsvorrichtung besitzt dabei vorzugsweise eine Höhe von ca. 200 bis 500 mm, eine Länge von ca. 300 bis 1.000 mm und eine Breite von ca. 300 bis 600 mm. Unterhalb des oberen Gehäuseteils 10 ist der rechteckige Befestigungssockel 5 angeordnet, den das obere Gehäuseteil seitlich um ca. 50 bis 200 mm überragt und der eine Sockelhöhe bis zum oberen Gehäuseteil 10 von ca. 50 bis 100 mm aufweist. Der Befestigungssockel 5 besitzt unten einen rechtwinklig abknickenden L-förmigen Befestigungsrand 13, der gasdicht mit der explosionsgefährdeten Anlage 2 verbunden ist. Das obere Gehäuseteil 10 und der Befestigungssockel 5 könnten aber auch quadratisch oder rund ausgebildet sein, falls dies wegen der Formgebung oder dem Herstellungsverfahren vorteilhaft wäre.
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Der Aufbau der Druckentlastungsvorrichtung ist im einzelnen aus der Schnittdarstellung in 2 der Zeichnung näher ersichtlich. So befindet sich im Zentrum des oberen Gehäuseteils 10 der Befestigungssockel 5, der mit mindestens der Sockelhöhe bis zum Gehäuseteil 10 zusätzlich noch in den Innenteil des Gehäuseteils 10 hineinragt. Allerdings stoßen dabei die vier Wandelemente 14 des Befestigungssockels 5 nicht unter das Abdeckblech 12 des Gehäuseteils 10, sondern lassen einen hinreichenden Ausströmabstand, durch den die Explosionsgase in das obere Gehäuseteil 10 entweichen können. Dabei ist zur Verbesserung der Druckfestigkeit das oberen Gehäuseteils 10 unterhalb des Abdeckblechs 12 mit einem inneren Abdeckblech 15 verstärkt, das über mehrere Vertikalstreben 16 das obere Abdeckblech 12 mit den inneren Abdeckblech 15 zu einer Wabenstruktur fest verbindet.
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Zur Abkühlung der im Explosionsfall entstehenden Explosionsgase ist das obere Gehäuseteil 10 durch mehrere horizontale 17 und vertikale Ladyrinthbleche 18 mit dem Befestigungssockel 5 verbunden, die mehrere labyrinthartig umgelenkte Auslasskanäle 19 bilden. So sind innen an den vertikalen Wandblechen 11 in vorgegebenem Abstand eine Vielzahl von vertikalen Labyrinthblechen 18 befestigt, die senkrecht zu den Wandelementen 14 des Befestigungssockels 5 ausgerichtet sind. Dazu sind an den Außenflächen der Wandelemente 14 des Befestigungssockels 5 horizontale Labyrinthbleche 17 befestigt, die in einem radialen Abstand mit einem vertikalen Labyrinthblech 18 verbunden sind. Dabei sind die vertikalen Labyrinthbleche 18 in der Länge gegeneinander so versetzt angeordnet, dass sie vom Innenraum des Befestigungssockels 5 labyrinthartige umgelenkte Auslasskanäle 19 bilden, die den Auslassweg gegenüber dem direkten Abstand um ein Vielfaches verlängern. Gleichzeitig enthält die Druckentlastungsvorrichtung durch die beabstandeten Labyrinthbleche 17, 18 eine rechteckförmige Wabenstruktur, die die Druckfestigkeit des oberen Gehäuseteils 10 auch bei dünnen Blechdicken von ca. 1 bis 5 mm erheblich vergrößert, so dass dies auch im Explosionsfall nicht beschädigt wird.
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Zur gasdichten Abdichtung der explosionsgefährdeten Anlage ist innerhalb des Befestigungssockels 5 ein Berstelement 1 angeordnet, das in 3 der Zeichnung als Schnittbild näher dargestellt ist. Dieses Berstelement 1 besteht vorzugsweise aus zwei vertikal beabstandeten Berstfolien 6, 7, die von einem Randelement 9 rechteckig umschlossen sind und die Löschmittelkammer bilden. Dabei besteht das Randelement 9 vorzugsweise aus einer U-Profilschiene 25 aus einem Eisen- oder Aluminiummaterial. Der Verbindungssteg 20 zwischen den beiden U-Schenkeln 21, 22 des Randelements 9 ist vorzugsweise 20 bis 40 mm breit und bestimmt dabei im wesentlichen den Abstand zwischen der oberen 7 und der unteren Berstfolie 6. An den Außenkanten 23 der Berstfolien 6, 7 sind diese mit einem Klettbandverschluss 24 versehen, das die Berstfolien 6, 7 lösbar mit den Schenkeln 21, 22 der U-Profilschiene verbindet. Dabei besteht der Klettbandverschluss 24 aus einem Knopf- oder Hakenband und einem Fliesband, wobei vorzugsweise an den Berstfolien 6, 7 das Fliesband und an den Schenkeln 21, 22 der U-Profilschiene 25 das Hakenband befestigt wird. Dieser Klettbandverschluss 24 ist umlaufend zwischen dem Randelement 9 und den Berstfolien 6, 7 angeordnet und bildet im verbundenen Zustand zwar eine gegen Druckeinwirkung lösbare, aber ansonsten gasdichte Verbindungen, die vorzugsweise eine statische Haftkraft von 3 bis 100 N/cm2 aufweist.
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Zwischen den beiden Längsseiten des Randelements
9 ist vorzugsweise zusätzlich noch eine Verbindungsleiste
26 angeordnet, in der die beiden Berstfolien
6,
7 voneinander beabstandet eingeklemmt sind und die im Explosionsfall wie ein Scharnier wirkt. Zum verbesserten Löschen einer explosionsbedingten Flamme ist zwischen den beiden Berstfolien
6,
7 noch ein Löschpulver oder eine Löschflüssigkeit als Löschmittel
8 eingefüllt, das den beabstandeten Zwischenraum möglichst vollständig ausfüllt. Als Löschmittel
8 können Löschpulver für die Brandklassen A, B und C verwandt werden, die überwiegend aus feinstvermahlenen Ammoniumsulfat oder Ammoniumphosphat bestehen. Dabei beruht die Löschwirkung der Löschpulver bei Flammbränden auf dem antikatalytischen Löscheffekt. Es können aber auch Löschpulver auf Natriumhydrogencarbonat- oder Kaliumhydrogencarbonatbasis verwendet werden, durch die die bei einer Explosion entstehenden Flammen gut löschbar sind. Weitere geeignete Löschmittel
8 sind auch aus der
DE 10 2009 053 186 A1 zu entnehmen, die als Löschpulver zwischen den beiden Berstfolien
6,
7 verwendbar sind.
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Statt der Berstfolien 6, 7 können auch Berstbleche eingesetzt werden, die vorzugsweise an den Randbereichen Dünnstellen aufweisen, die als Soll-Bruch-Stellen bei einem vorgegebenen Überdruck in der Öffnung 3 reißen und den Überdruck in das obere Gehäuseteil 10 freigeben.
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Es ist auch denkbar, über der Öffnung 3 nur die untere Berstfolie 6 oder ein unteres Berstblech vorzusehen und darüber als obere Berstfolie 7 ein in einem zerreißbaren Beutel oder Behältnis eingeschlossenes Löschmittel 8 anzuordnen, das im Explosionsfall das Löschmittel freisetzt. Dabei können die Berstfolien 6, 7 als auch die Berstbleche sowohl aus elastischen oder plastisch verformbaren Materialien unterschiedlicher Ausprägung bestehen und auch miteinander Folien und Bleche kombiniert werden. So können diese Berstfolien 6, 7 als auch die als steife oder elastische flache Berstbleche ausgebildeten Teile sowohl aus Metall, Kunststoffen oder Keramik- bzw. Glaswerkstoffen bestehen, die bei einem vorgegebenen Überdruck den Weg aus der explosionsgefährdeten Anlage 2 in die Umbauung 4 freigeben.
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Die vorzugsweise mit einer Profilschiene 25 umrandeten Berstfolien 6, 7 stellen ein flaches plattenartiges Gebilde als Baueinheit dar, das innerhalb des rechteckigen Befestigungssockels 5 in zwei seitlich montierte Schienenprofile 27 horizontal einschiebbar ist. Dabei enthalten die Schienen vorzugsweise auch Abdichtelemente, so dass ein gasdichter Abschluss der Öffnung 3 gewährleistet ist. Durch ein derartiges Schienensystem 27 ist es auch schnell möglich, die im Explosionsfall eventuell beschädigten Berstfolien 6, 7 oder Berstbleche durch den Einschub einer neuen Baueinheit eines Berstelements 1 mit eingefülltem Löschmittel 9 zu ersetzen.
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Die zuvor beschriebene Druckentlastungsvorrichtung besitzt folgende Funktion:
Bei einer explosionsgefährdeten Anlage 2 wird an einer exponierten Stelle eine Öffnung 3 nach außen vorgesehen, die durch die Druckentlastungsvorrichtung im normalen Betriebszustand gasdicht verschlossen ist. Im Explosionsfall entsteht dann in der Öffnung 3 unterhalb der unteren Berstfolie 6 ein Überdruck, der nach außen meist in die Atmosphäre abgeleitet werden soll. Deshalb löst sich bei einer vorgegebenen statischen Haftkraft von z. B. 50 N/cm2 der Klettbandverschluss 24 an der unteren Berstfolie 6 und dann der Klettbandverschluss 24 an der oberen Berstfolie 7, so dass diese nach oben in den Befestigungssockel 5 um die Verbindungsleiste 26 einschwenken, wobei die Verbindungsleiste 26 wie ein Scharnier wirkt und die Berstfolien 6, 7 am Randelement 9 festhält. Dabei wird gleichzeitig das zwischen den Berstfolien 6, 7 angeordnete Löschpulver 8 durch die nach oben strebende Druckquelle in den oberen Bereich des Befestigungssockels 5 verteilt. Dadurch wird gleichzeitig die häufig mit einer Explosion auftretende Flamme gelöscht, die keinesfalls aus der Druckentlastungsvorrichtung nach außen gelangen soll. Deshalb werden zusätzlich durch das quaderförmige obere Gehäuseteil 10 noch mehrere labyrinthartige Auslasskanäle 19 gebildet, die den Weg einer möglichen Restflamme mittels der Labyrinthbleche 17, 18 umleitet und so die Restflamme zusätzlich abkühlt, damit diese mindestens bis zu den Auslassöffnungen 28 erlischt. Die Auslasskanäle 19 treten dabei zwischen den vertikalen Wandblechen 11 und dem Befestigungssockel 5 in Richtung auf die explosionsgefährdeten Anlagenteile 2 in den dortigen Auslassöffnungen 28 nach außen, wodurch eine Verbreitung einer eventuell noch vorhandenen zusätzlichen Restflamme und Druckwelle weitgehend verhindert wird. Dadurch ist ein Schadenseintritt im Umgebungsraum der explosionsgefährdeten Anlage 2 weitgehend ausgeschlossen. Dabei ist es für viele Anwendungsfälle auch ausreichend, ein Berstelement 1 ohne Löschmittel 8 vorzusehen. Dies kann dann aus nur einer Berstfolie oder nur einem Berstblech bestehen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1369628 B1 [0003]
- DE 202006021007 U1 [0004]
- DE 102009053186 A1 [0022]
