JP6178346B2 - 屈曲タブプレートを備える爆発ベント - Google Patents

Description

発明の分野
本発明は、概して、構造物（例えば、バッグハウス、貯蔵所、タンク）を、その内部における異常な圧力状態、つまり、該構造物の壊滅的な破壊をもたらす可能性がある過度に高い圧力あるいは過度に低い圧力のいずれかによる潜在的に破壊的な影響から保護するために用いられる形式のベント装置に関する。特に、本発明は、複数の離間した折曲可能な非断片化タブによって、通常は所定の位置に保持される破裂可能な破裂部材を有するベント装置であって、異常な圧力状態が発生した場合に、それらのタブが壊れることなく、破裂部材が素早く開くことができる部材開放位置まで、タブが湾曲あるいは屈曲することで、構造物を排気して保護するベント装置に関する。これらのベントタブは、構造物内の保護領域に有利に接触しない、簡単かつ低質量で、トルク及び負荷に対して不感な構成部品として設計されるのが好ましく、タブが破裂あるいは断片化することなくベント効率を向上させることができる。

技術的背景
これまでに、様々な保護装置が、建物、製造設備、タンク、チャンバ等の構造物の内部における限られた領域あるいは区域を保護するのに採用されてきた。これらの装置は、爆発あるいは火災をもたらす高圧状態等の、潜在的に破壊的な現象を素早く終息あるいは遮断させることを意図している。一般的に、破裂ディスクあるいは破裂パネル等の破裂可能な部材を含むベントアセンブリが、この場面では使用される。このような構成部品は、保護すべき構造物の内部の圧力状態に応答するもので、異常な圧力状態が発生した場合には構造物を開口し、排気するように設計されている。場合によっては、これらの破裂ディスクあるいはパネルは、作動すると断片化するが、他の事例では、ディスクあるいはパネルを保持しつつ排気が起こる。

米国特許番号５，６０６，８２９は、航空機に使用される減圧パネルに対する取付アセンブリであって、該パネルの縁部に沿って対をなして配置される破裂タブを有する取付アセンブリを記載している。これらのタブは、過大圧力状態あるいは過小圧力状態が発生した場合に壊れるように設計され、パネルを解放する役割を果たす。

米国特許公開番号２０１１／００１７３１５は、サイロあるいは集塵機用の圧力解放パネルであって、タブを形成する一連のスリットであってもよい弱め線を該パネルの周縁に沿って有する圧力解放パネルを記載している。スリットあるいはタブの数によって、パネルが開く圧力差を調整する。

米国特許番号４，３８５，７１０は、オイルリザーブタンク等用の緊急圧力解放装置であって、溶接部の間隔でコーミングに固定されるフレキシブルプレートと、溶接部の間に設けられるフレキシブルシール材とを有する緊急圧力解放装置に関する。溶接部の長さ及び強度によって、破裂圧力が決定される。

米国特許番号５，０３６，６３２は、タンク、食品処理容器、及びバッグハウス用の圧力解放パネルアセンブリであって、間にスリットを有する複数の破裂タブを介して拘束部に接続されたヒンジ破裂部分２２を備える破裂パネルを有する圧力解放パネルアセンブリに関する。パネルの材料の厚さ及びスリットの長さによって、破裂圧力が決定される。

その他の文献としては、米国特許番号４，３８５，７１０、５，４６１，８３１、５，６３８，９８０、６，３６７，２０３、及び７，６２８，１６７を含む。

上記で述べられた先行技術文献は、破裂部材が異常な圧力にある時に部材開放位置に移動する非断片化折曲可能なタブによって、通常は所定の位置に維持される破裂部材を備えるベント装置を提供することを教示あるいは示唆していない。

本発明は、異常な圧力状態にさらされる様々な構造物を保護するために、改良された、非断片化ベントアセンブリを提供する。一般的に、本発明のベント装置は、外側縁で構成される破裂部材と、該破裂部材の外側縁に対して近接関係にある複数の離間した非破砕性のタブを含むタブアセンブリを有する。保護すべき領域あるいは構造物におけるベント開口に隣接して、破裂部材及びタブアセンブリを動作可能に取り付けるための取付構造体が設けられる。破裂部材が正常な圧力状態のみを受けている時は、これらのタブは、非開放状態の破裂部材の外側縁に重なるように構成され、配置されている。これらのタブは、正常な圧力下で、破裂部材を閉位置に維持するのに少なくとも部分的に役立っている。保護される構造物に損傷が及ぶような異常な圧力状態が起こる場合は、これらのタブが、断片化することなく、部材開放位置まで湾曲あるいは屈曲するように動作可能であることで、破裂部材を素早く開口させて、異常な圧力状態を解放する。

好ましい形態としては、破裂部材は、平坦あるいはドーム型の構成であってもよく、四辺形あるいは円形等のいかなる所望の形状とすることができる。破裂部材の外側縁には、有利的に、少なくともその一部分の全長にわたって開口の線が備えられ、閉位置において所望の破裂部材の正常維持を確立するために、タブは、開口の線に隣接して重なる。開口の線を介して、保護される構造物から流体（例えば、気体あるいは液体）が出ていくことを防ぐために、シールが設けられる。

破裂部材及びタブアセンブリ用の取付構造体は、ベント装置全体を所定の位置に維持するためのネジ部品とともに、その間に破裂部材及びタブアセンブリを挟んで上側及び下側オープンフレーム有するのが好ましい。

図面の簡単な説明
図１は、保護すべき構造物に取り付けられている、本発明の一実施形態による完成されたベント装置の斜視図である。 図２は、図１で示したベント装置のアセンブリ斜視図である。 図３は、図１及び図２のアセンブリの破裂部材に隣接するベントタブプレートを示す、部品を除去した部分拡大図であり、プレートのベントタブが破裂部材を非開放位置に維持している状態を示す。 図４は、破裂部材の角部の部分拡大図であり、そのヒンジ部を示す。 図５は、図１及び図２に示すベント装置の拡大垂直断面図であり、破裂パネルは非開放状態にある。 図６は、開口時におけるベント装置の破裂部材の部分拡大断面図であり、ベントタブが、部材開放位置まで湾曲した状態を示す。 図７は、開口時における破裂部材をさらに示す、部品を除去した部分斜視図である。 図８は、修正されたシール配置を含む、本発明のその他の実施形態によるベント装置の拡大垂直断面図である。 図９は、図８で示すベント装置のアセンブリ斜視図である。

図面を見てみると、本発明によるベント装置１０が図１に示されており、保護すべき構造物１２に適切に取り付けられている。構造物１２は、所定の構成及び大きさのベント開口１４を有しており、装置１２は、開口１４を通常は覆う関係にある。以下で説明するように、装置１０は、構造物１２内において、異常な（例えば、過度に高いあるいは過度に低い）圧力が発生した場合に、構造物を排気して、構造物への損傷あるいは構造物の破壊を防ぐために、素早く開口するように設計されている。装置１０は、概して、破裂部材１６と、タブアセンブリ１８と、ベント開口１４に対して破裂部材１６及びタブアセンブリ１８を動作可能に取り付けるための取付構造体２０とを備えている。一般的に、装置１０の構成部品は、金属製でオープンフレーム設計となっており、互いに対向して積層され、かつベント開口１４を取り囲む関係にあり、適切なコネクタにより構造物１２に固定される。これらすべての構成部品は、開口１４を覆う破裂部材１６を除いて、周辺オープンフレーム設計を有する。

より詳しくは、図示されている実施形態における破裂部材１６は、中央ドーム型の破裂部２４と、連続した本質的に平坦な外周縁２６とを有する略四辺形の金属製破裂パネル２２の形態である。連続した遷移領域２８は、破裂部２４と外周縁２６との境界を与える。図２を参照すると、パネルの外周縁２６は、対向する前部３０及び後部３２と、対向する側部３４及び３６とを含むことがわかる。外周縁２６の厚みを完全に貫通する開口の線３８は、前部３０と側部３４との間の角部から、各部３４、３２、及び３６の全長にわたって延びており、前部３０と側部３６との間の角部で終端する。代替実施形態では、開口の線３８は、完全に貫通する切り込みとは対照的に、外周縁２６の厚みの一部にのみ貫通させてもよい。さらに、開口の線３８はまた、例えば、一連の離間した切り込みあるいはスリットで構成される非連続性のものであってもよい。非切断ヒンジ領域４０は、前部３０の長さに沿って、開口の線の対向する端部の間に延びている。また、一連の取付孔４２は、外周縁２６全体にわたって設けられる。破裂部材１６は有利には、ステンレス鋼等の金属で形成され、所望の定格破裂能力に応じて、適切な厚み及びその他の特性を有する。

タブアセンブリ１８は、破裂部材１６に当接するタブフレーム４４の形態である。このため、タブフレーム４４は、破裂部材１６の各部３２〜３６に重なるように設計された、対向する前部４６及び後部４８、及び側部５０、５２を有する。フレームの各部４６〜５２はまた、取付孔４２に位置合わせされた取付孔５４が設けられている。タブフレーム４４の内側縁は、開口の線３８に重なるが、遷移領域２８にわずかに届かない緩やかな円弧状の内面５６aを備える一連の一体型の離間した内側に延びる非破砕性のタブ５６を有する（図３及び図５）。しかしながら、タブ５６は、四辺形あるいは台形等のその他の形状や構成であってよく、開口時に破裂部材１６に穴が開くことを防ぐために、丸みをもった角部を含むようにしてもよいことが理解できる。

取付構造体２０は、ベント開口１４に対して取り囲むように重ねて構造物１２に固定する下部フレーム５８を含む。下部フレーム５８は、複数のネジ付きコネクタボア６０を含む。取付構造体２０はさらに、取付孔６４を備え、かつ内側縁６６で構成されるシールフレーム６２を含む。シールフレーム６２は、下部フレーム５８の上に直接取り付けられる。連続したガスケットシール６８は、内側縁６６に沿ったシールフレーム６２の境界の内部に位置している。図５に最もよく示されているように、シール６８は、下部フレーム５８により部分的に支持されており、そこから内側に延びて、開口の線３８を覆う関係にある。取付孔７２を有する上部フレーム７０は、タブフレーム４４の上に配置され、タブ５６の基部に沿って、開口の線３８に直接隣接する内周部７４を有する（図５を参照）。下部フレーム５８はまた、内側縁６６及び内周部７４の内側に延びていることにより破裂パネル２２、特に開口の線３８への支持体を提供することで、保護される構造物内において真空状態あるいは正常な圧力サイクルに保護される構造物１２がさらされた場合に、破裂パネルが内側にシフトすることへの抵抗を得ることができる。取付構造体２０はさらに、取付孔７２、５４、４２、及び６４を貫通して、ボア６０内に収容される複数のネジ７６を有する。

異常な圧力状態が存在しない時に、構造物１２の通常の使用において、ベントアセンブリ１０は、静止しており、破裂パネル２２は、保護される構造物１２に形成されているベント開口１４を塞ぐように原形を保っている。この状態において、開口の線３８を介して保護される構造物１２からの流体（例えば、ガス）の流れを、ガスケットシール６８の存在によって防止する。さらに、タブ５６の存在は、破裂パネル２２のドーム部２４を閉位置に維持するのに、少なくとも部分的に役立つ。好ましくは、タブ５６は、破裂パネル２２を閉位置に維持する唯一の手段を構成する。

しかしながら、異常な圧力状態が発生した場合に、破裂パネル２２のドーム部２４が開口して、構造物１２を排気する。この開口は、開口の線３８の長さに沿って起こり、ヒンジ領域４０は、ドーム部２４が、ベント装置１０から完全に分離されることを防ぐのに役立つ。さらに、ドーム部２４が開口すると、内側に延びるタブ５６は、上部フレーム７０の内周部７４の周りを外側に湾曲あるいは屈曲し（図６及び図７を参照）、タブフレーム４４の残部と実質的に同一平面上にあるのとは対照的に、直立位置となる。このことにより、タブ５６とドーム部２４の開口端の線との間に隙間ができることで、ドーム部２４が素早く開口することができる。この開口動作は、開口の線３８の長さに沿ったタブ５６が破壊あるいは断片化することなく起こることが観察される。さらに、ヒンジ領域４０の長さに沿ったタブ５６もまた、ドーム部２４の動きを収めるために必要なだけ上向きに湾曲する。当然のことながら、ヒンジ領域４０に沿ったタブ５６は、ベント装置１０の動作に不可欠なものではない。しかしながら、これらの存在は、タブフレーム４４の製造を容易にするとともに、ヒンジ領域の故障及びパネル２２の断片化を防ぐために、ドーム部２４が開口した結果生じるエネルギーの一部を吸収するのに好ましい。

図８及び図９は、その他のベント装置７８を示したものである。装置７８は、装置１０と非常に似ており、装置１０の構成部品と同一の装置７８の構成部品には同じ番号を付している。装置７８は、様々な面で、装置１０と異なっている。始めに、装置７８は、ベースフレーム５８上に配置され、取付孔８２を有するサポートプレート８０と、サポートプレート８０に重なる取付孔８６を有するスペーサフレーム８４とを有する。スペーサフレーム８４は、連続した中空の最内側のビード９０を有する修正されたガスケットシール８８（例えば、Ｐシール）を備える。ガスケット８８は、ベースフレーム５８及びサポートプレート８０の端部で終端し、開口するベント開口１４には延びていないことがわかる。ネジ７６は、位置合わせされた取付開口７２、５４、４２、８６、及び８２を貫通して、ベースフレーム５８のボア６０内に収容される。スペーサフレーム８４は、装置７８の組み立て時にガスケットシール８８が過圧縮になることを防ぐ。図８及び図９の設計は、図１〜７の設計と比較すると、より強固なシールを提供している。ベント装置７８の動作は、装置１０の動作と同じなので、さらに説明する必要はない。

本発明のベント装置は、いくつかの望ましい特徴を提供している。この設計は、破裂タブを完全になくした、単一要素の爆発ベントを提供する。そのため、このベント装置に対する定格破裂条件は、破裂パネルの材料厚さによるものではなく、むしろタブ５６の変形あるいは曲げ特性によるものとなる。さらにタブ５６は、ベント開口１４と接していないので、保護される構造物１２内の温度及び／又は腐食状態によって、ベントアセンブリの動作が大きく変化することはない。このベントタブの設計は、本質的に単純であり、トルク及び負荷の両方に対して不感である。このベント装置は通常、異常な高圧力に対して保護する状況において、よく使用されるが、低い圧力あるいは真空状態においても同様に適用することができる。

Claims (26)

1. 外側縁で構成される破裂部材と、
   前記破裂部材の前記外側縁に対して近接関係にある複数の離間した非破砕性のタブを含むタブアセンブリと、
   保護すべき領域に隣接して、前記破裂部材及び前記タブアセンブリを、動作可能に支持する取付構造体とを有するベント装置であって、
   前記タブは、前記破裂部材が正常な圧力状態にある時は、非開放状態の前記破裂部材に重なるように構成され、配置されており、
   前記タブは、前記破裂部材が所定の大きさの異常な圧力状態にある時は、前記タブが断片化することなく部材開放位置まで湾曲することで、前記破裂部材を開口させて前記異常な圧力状態を解放できるようにすることを特徴とするベント装置。
2. 前記タブアセンブリは、複数の内側に突出したタブを備える連続した外周プレートを有する請求項１に記載のベント装置。
3. 前記タブは、前記破裂部材の前記外側縁と接触している請求項１に記載のベント装置。
4. 前記取付構造体は、
   保護すべき構造物に固定するように構成され、前記構造物のベント開口を取り囲む関係にある内側端と、前記構造物から離れた外側面とを含む下部フレームと、
   前記破裂部材及び前記タブアセンブリに隣接して配置される上部フレームと、
   前記上部フレーム、前記破裂部材、及び前記タブアセンブリを前記下部フレームに固定する接続構造体とを有し、
   前記破裂部材及び前記タブアセンブリは、前記下部フレームの前記外側面に近接して配置され、
   前記破裂部材及び前記タブアセンブリは、前記上部フレームと前記下部フレームとの間に配置される請求項１に記載のベント装置。
5. 前記取付構造体は、さらに、前記下部フレームと前記破裂部材との間に配置され、かつ内側端を有するスペーサプレートと、前記スペーサプレートの前記内側端に隣接する連続したガスケットシールとを有し、前記タブ及び前記破裂部材の前記外側縁は、前記シールに当接する請求項４に記載のベント装置。
6. 前記破裂部材は、中央ドーム部を有する請求項１に記載のベント装置。
7. 前記破裂部材は、前記破裂部材の中に破裂部を定義するために、前記破裂部材の前記外側縁に隣接した、前記破裂部材の少なくとも一部分に沿って延びる開口の線を有し、前記破裂部材は、前記異常な圧力状態にある時に、前記開口の線に沿って開口する請求項１に記載のベント装置。
8. 前記破裂部材の前記開口の線は、前記破裂部の周りの一部にのみ延びており、前記破裂部材は、前記破裂部材が開口した場合に、前記破裂部につながったままとなる非切断ヒンジ部を有する請求項７に記載のベント装置。
9. 前記タブは、前記開口の線を覆う関係に配置される請求項８に記載のベント装置。
10. 前記タブのそれぞれは、円弧状の内側縁を有する請求項１に記載のベント装置。
11. 前記タブは、金属から形成される請求項１に記載のベント装置。
12. 前記破裂部材は、略四辺形の形状の破裂パネルである請求項１に記載のベント装置。
13. 異常な圧力状態にさらされ、ベント開口を有する構造物を保護する方法であって、
    前記ベント開口を覆い、外側縁で構成される破裂部材と、前記外側縁に隣接して重なり、前記ベント開口から離れる前記破裂部材の動きを阻止する位置にある複数の離間したタブとを有するベント装置を、前記ベント開口に対して通常は塞ぐ関係に配置する工程と、
    前記構造物が正常な圧力状態にある間は、前記破裂部材を前記覆う関係に維持する工程と、
    前記構造物が前記異常な圧力状態にある場合に、前記タブを断片化せずに破裂部材開放位置にまで湾曲させて、前記破裂部材を開口させる工程とを含むことを特徴とする方法。
14. 前記構造物から前記破裂部材が完全に分離することを防ぐ工程を含む請求項１３に記載の方法。
15. 異常な圧力状態にさらされ、ベント開口を有する構造物と、
    前記ベント開口に対して通常は塞ぐ関係になるベント装置との組み合わせであって、前記ベント装置は、
    外側縁で構成され、前記ベント開口を覆う関係にある破裂部材と、
    前記破裂部材の前記外側縁に対して近接関係にある複数の離間した非破砕性のタブを含むタブアセンブリと、
    前記ベント開口に隣接して、前記構造物上に前記破裂部材及び前記タブアセンブリを動作可能に支持する取付構造体とを有し、
    前記タブは、前記破裂部材が正常な圧力状態にある時は、非開放状態の前記破裂部材に重なるように構成され、配置されており、
    前記タブは、前記破裂部材が所定の大きさの異常な圧力状態にある時は、前記タブが断片化することなく部材開放位置まで湾曲することで、前記破裂部材を開口できるようにすることを特徴とする組み合わせ。
16. 前記タブアセンブリは、複数の内側に突出したタブを備える連続した外周プレートを有する請求項１５に記載の組み合わせ。
17. 前記タブは、前記破裂部材の前記外側縁と接触している請求項１５に記載の組み合わせ。
18. 前記取付構造体は、
    前記構造物に固定され、前記ベント開口を取り囲む関係にある内側端と、前記構造物から離れた外側面とを含む下部フレームと、
    前記破裂部材及び前記タブアセンブリに隣接して配置される上部フレームと、
    前記上部フレーム、前記破裂部材、及び前記タブアセンブリを前記下部フレームに固定する接続構造体とを有し、
    前記破裂部材及び前記タブアセンブリは、前記下部フレームの前記外側面に近接して配置され、
    前記破裂部材及び前記タブアセンブリは、前記上部フレームと前記下部フレームとの間に配置される請求項１５に記載の組み合わせ。
19. 前記取付構造体は、さらに、前記下部フレームと前記破裂部材との間に配置され、かつ内側端を有するスペーサプレートと、前記スペーサプレートの前記内側端に隣接する連続したシールとを有し、前記タブ及び前記破裂部材の前記外側縁は、前記シールに当接する請求項１８に記載の組み合わせ。
20. 前記破裂部材は、中央ドーム部を有する請求項１９に記載の組み合わせ。
21. 前記破裂部材は、前記破裂部材の中に破裂部を定義するために、前記破裂部材の前記外側縁に隣接した、前記破裂部材の少なくとも一部分に沿って延びる開口の線を有し、前記破裂部材は、前記所定の大きさよりも高い圧力にある時に、前記開口の線に沿って開口する請求項１５に記載の組み合わせ。
22. 前記破裂部材の前記開口の線は、前記破裂部の周りの一部にのみ延びており、前記破裂部材は、前記破裂部材が開口した場合に、前記破裂部につながったままとなる非切断ヒンジ部を有する請求項２１に記載の組み合わせ。
23. 前記タブは、前記開口の線を覆う関係に配置される請求項２２に記載の組み合わせ。
24. 前記タブのそれぞれは、円弧状の内側縁を有する請求項１５に記載の組み合わせ。
25. 前記タブは、金属から形成される請求項１５に記載の組み合わせ。
26. 前記破裂部材は、略四辺形の形状の破裂パネルである請求項１５に記載の組み合わせ。

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