Druckgasbehälter mit einer Sicherheitsvorrichtung zum Ableiten von Flammenrückschlägen

Die Erfindung betrifft Druckgasbehälter mit einer darin befindlichen, von einem Lösungsmittel getränkten, porösen Füllmasse, in der ein explosibles Gas gelöst enthalten ist, wobei zwischen einer Ventilöffnung und der Füllmasse eine Sicherheitsvorrichtung zum Ableiten von Flammenrückschlägen vorgesehen ist. Die poröse Füllmasse, beispielsweise ein monolithischer Masseblock aus Kalziumsilikatmasse, ist mit einem Lösungsmittel, z.B. Azeton, getränkt, in dem beispielsweise Acetylen gelöst ist. Acetylen ist ein viel verwendetes Schweißgas. Beim Schweißen kann es zu Flammenrückschlägen in die Gaszufuhrleitung kommen, die sich bis in den Druckgasbehälter fortsetzen. Dort kommt es dann zu einer Zündung des Acetylens, was eine Zersetzung des Gases zur Folge hat, die mit einer Freisetzung von Wärme einhergeht, wobei sich Druck und Temperatur weiter erhöhen. Dies führt meist zu einer Explosion des Druckgasbehälters. Der monolithische Masseblock soll ein Eindringen des Flammenstrahles begrenzen und damit die Wärmefreisetzung bei der Gaszündung beschränken. Er besitzt also eine gegen Flammenrückschläge sichernde Wirkung, die noch dadurch unterstützt wird, daß gemäß den sicherheitstechnischen Vorschriften pro Volumeneinheit freies Flaschenvolumen nur eine bestimmte Masse an Acetylenmenge vorhanden sein darf, beispielsweise 0,20 kg/l.

Beim Hantieren mit derartigen Druckgasbehältern kann es durch mechanische Beanspruchungen, die äußerlich auf den Druckgasbehälter einwirken, zu Brüchen des monolithischen Masseblocks kommen, wodurch bei einem Flammenrückschlag der Flammenstrahl in Abhängigkeit seiner Intensität leichter und weiter in die Füllmasse eindringen kann und Zerstörungen in der Masse anrichtet sowie eine größere Gasmenge zur Zündung bringt, was eine Druckgasbehälterexplosion sehr wahrscheinlich macht. Die sichernde Wirkung der porösen Füllmasse wird also vermindert, wobei das Ausmaß der Sicherheitsminderung nicht vorhersehbar ist.

Es hat daher bereits Vorschläge gegeben, zusätzliche Sicherheitseinrichtungen gegen Flammenrückschläge bei Druckgasbehältern vorzusehen. Ein derartiger Druckgasbehälter ist in Form einer Acetylen-Druckgasflasche in der DE-PS 510 486 beschrieben. Zum Aufhalten zurückschlagender Flammen ist dort ein Bündel federnder, fächerförmiger Metallstreifen vorgesehen, die in der Gasflasche unmittelbar unterhalb der Ventilöffnung angeordnet sind und die Aufgabe haben, den Flammenstrahl in Richtung zur wärmeableitenden Innenwandung der Gasflasche umzuleiten, um ein sofortiges Erlöschen der Flammen zu bewirken. Nachteilig an dieser Flammenableitungsvorrichtung ist deren komplizierter Aufbau, die eine teuere und aufwendige Herstellung bedingt, sowie das umständliche und nicht kontrollierbare Einbringen der Vorrichtung in die Gasflasche.

Aus der ein vollkommen andersartiges Wirkprinzip beschreibenden EP-A-0 055 424 ist es bekannt, in das behälterseitige Ende des Ventiles eine Büchse einzuschrauben, deren Bodenplatte mit Bohrungen versehen ist. Die Büchse ist eingangsseitig, also am oberen Ende, mit einer porösen Platte versehen, die ebenfalls Bohrungen aufweist. Die Büchse ist mit einer unbrennbaren Granulatpackung gefüllt, wobei zwischen dem Granulat und den Platten jeweils eine aus Metallschaum bestehende Filterplatte angeordnet ist, durch die Flammenrückschläge verteilt werden, um so in die Poren der Granulatpackung eindringen zu können, wo sie absorbiert und dadurch ausgelöscht werden sollen. Dabei soll auch eine Verdichtung des Granulats entstehen, die ein weiteres Vordringen des Flammenrückschlages verhindern soll.

Aus der CH-A-146 108 ist es bekannt, das behälterseitige Ende des Ventiles mit einem Sicherungskörper zu versehen, wobei als Sicherungskörper ein lockerer Füllstoff von solcher Beschaffenheit und in solcher Weise zusammen mit einer biegungssteifen durchlochten Platte angeordnet ist, daß er, ohne den normalen Durchtritt des Explosionsstoßes zu verhindern, unter dem Einfluß eines Explosionsstoßes mechanisch zusammengepreßt wird, so daß durch die mechanische Zusammenpressung der Durchgangsquerschnitt ganz oder zum Teil abgesperrt wird und ein Teil der Explosionswärme in mechanische Arbeit umgewandelt wird. Für den Fall, daß doch noch heiße Explosionsgase die Platte durchdringen, werden sie in einem Ringraum des Sicherungskörpers durch den Behälterinhalt stark abgekühlt, so daß sie nur in abgekühltem Zustand in den Innenraum des Druckgasbehälters gelangen. Etwaige Restwärme wird durch die Metallfläche des Behälters aufgenommen. Diese Anordnung hat einerseits den Nachteil eines komplizierten Aufbaus, andererseits wird, bedingt durch die Konstruktion bei Flammenrückschlägen, bei denen heiße Gase, die Platte durchdringen können, der Inhalt des Druckgasbehälters aufgeheizt.

Aus einem Datenbankauszug (Datebase WPIL) zur japanischen Patentveröffentlichung JP 56 034 760-B ist eine Sicherungseinrichtung gegen Flammenrückschlag bekannt, bei der am unteren Ventilende eine geschäumte, weiche Metallschicht angebracht ist, um Flammenrückschläge zu verhindern. Auch diese, aus mehreren Schichten bestehende Vorrichtung weist noch eine herstellungstechnisch aufwendige Konstruktion auf.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die genannten Nachteile zu vermeiden und einen Druckgasbehälter der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, der eine wirtschaftlich herstellbare, einfach aufgebaute und zuverlässig funktionierende Sicherheitsvorrichtung zum Ableiten von Flammenrückschlägen aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Sicherheitsvorrichtung aus einer senkrecht zur Ventilöffnungs-Mittelachse angeordneten, von der Innenwandung des Druckgasbehälters beabstandeten Prallscheibe besteht. Eine derartige Prallscheibe ist einfach und billig herzustellen und erfüllt den Zweck, den aus der Ventilöffnung in den Druckgasbehälter eindringenden Flammenstrahl in Richtung zur wärmeableitenden metallischen Innenwandung des Druckgasbehälters und zur ebenfalls wärmeableitenden Metallmasse des Ventils hin umzuleiten. Die dem Flammenstrahl innenwohnende Energie wird über das Metall nach außen geleitet. Durch die erfindungsgemäße Sicherheitsvorrichtung wird die bereits durch die Füllmasse vorhandene Sicherheit gegen Flammenrückschlag weiter erhöht. Aus diesem Grund kann eine Anhebung der Beladung des Druckgasbehälters mit explosiblen Gas ins Auge gefaßt werden, wodurch der Behälter weniger oft befüllt werden muß. Beispielsweise kann bei kleineren Acetlyenflaschen mit einem geringeren Volumen als 20 l der deswegen auf 0,18 kg/l reduzierte Wert der Acetylenbeladung wieder auf den bei größeren Flaschen normalerweise üblichen Wert von 0,20 kg/l angehoben werden.

Es ist günstig, wenn die Prallscheibe aus einer kreisförmigen Stahlblechscheibe besteht, deren Durchmesser den Durchmesser der Flaschenhalsöffnung für das Ventil nicht überschreitet.

Dadurch können Druckbehälter, deren Füllmasse bereits beschädigt ist, nachträglich mit der erfindungsgemäßen Sicherheitsvorrichtung ausgerüstet werden. Das infolge der Beschädigung der Füllmasse abgesunkene Sicherheitsniveau kann somit ausgeglichen werden.

Das Einbringen der Prallscheibe in den Druckgasbehälter kann erleichtert werden, wenn die Prallscheibe zentrisch von einem Drahtstift durchsetzt ist, dessen beiden Enden über die Prallscheibe hinausragen. Das der Ventilöffnung entgegengesetzte Ende ist angespitzt und wird in der Füllmasse fixiert. Das andere Ende des Drahtstifts dient als Montagehilfe.

Gemäß einer Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes ist die Prallscheibe zur Ventilöffnung hin konkav gewölbt, um eine gezielterte Flammenstrahlablenkung zu bewirken.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die Prallscheibe an der Innenseite des Druckgasbehälterventiles mit Abstand zu diesem befestigt ist. Es entsteht dadurch eine Kombination aus Ventil und Sicherheitsvorrichtung. Die Sicherheitsvorrichtung braucht daher nicht getrennt eingebaut zu werden, sondern wird zusammen mit dem Ventil montiert.

Eine fertigungstechnisch sehr günstige Kombination aus Ventil und Sicherheitsvorrichtung ergibt sich dann, wenn gemäß einer günstigen Weiterbildung des Erfindungsgedankens die Prallscheibe vom Boden eines in den Ventilkonus eingeschraubten Nippels gebildet wird, der eine mit der Ventilbohrung in Verbindung stehende Axialbohrung aufweist und im bodennahen Bereich mit radialen Bohrungen versehen ist, die an die Axialbohrung angeschlossen sind. Die radialen Bohrungen leiten den Flammenstrahl in Richtung zum Stahlmantel des Druckgasbehälters hin ab. Der Nippel ist vorzugsweise als Sechskantnippel ausgebildet, wobei in jede Sechskantflanke eine Radialbohrung zentral eingebracht ist. Auf diese Weise wird der Flammenstrahl sehr regelmäßig auf den Umfang des Sechskantes verteilt.

Die Erfindung soll anhand der schematischen Figuren in mehreren Ausführungsbeispielen dargestellt werden.

Es zeigen:

Figur 1

einen Teilschnitt durch einen erfindungsgemäßen Druckgasbehälter

Figur 2

eine erfindungsgemäße Sicherheitsvorrichtung

Figur 3

eine zweite Ausführungsform der Sicherheitsvorrichtung

Figur 4

eine Kombination aus Ventil und Sicherheitsvorrichtung

Figur 5

eine Kombination aus Ventil und der abgeänderten Sicherheitsvorrichtung gemäß Figur 3.

Figur 6

eine Kombination aus Ventil und einer in einen Einschraubnippel integrierten Prallscheibe.

Der Druckgasbehälter sei in diesem Beispiel eine Acetylen-Druckgasflasche, deren Stahlmantel 1 einen monolithischen Masseblock 2 aus einer hochporösen Kaliziumsilikatmasse umgibt. Am oberen Ende der Druckgasflasche ist eine Ventilöffnung 3 in einem Flaschenhals 4 vorgesehen. In der Ventilöffnung 3 ist ein handelsübliches Ventil 5 befestigt. Der Flaschenhals 4 ist von einem Halsring 6 umgeben, der ein Schraubgewinde 7 zur Aufnahme einer Schraubkappe aufweist.

Der Masseblock 2 ist zumindest im oberen Bereich der Druckgasflasche von der Innenoberfläche des Stahlmantels 1 beabstandet. In Verlängerung der Mittelachse der Ventilöffnung 3 nach dem Flascheninneren hin ist senkrecht zur Mittelachse eine kreisförmige Prallscheibe 8 angeordnet, die in einer Ausnehmung 9 am in der Figur oberen Ende des Masseblocks 2 liegt und deren Durchmesser den Durchmesser der Ventilöffnung 3 nicht überschreitet. Die Prallscheibe 8 ist zentrisch von einem Stift 10 durchsetzt, der über beide Seiten der Prallscheibe hinausragt und dessen der Ventilöffnung 3 entgegengesetztes längeres Ende zugespitzt und in dem Masseblock 2 fixiert ist. Der Stift 10, genauer gesagt dessen der Ventilöffnung 3 zugewandtes Ende, dient einerseits als Montagehilfe beim Einbringen der Prallscheibe 8 in das Flascheninnere, andererseits wird durch das in den Masseblock 2 hineinragende Ende des Stiftes 10 die Prallscheibe 8 fixiert. Die Prallscheibe 8 besteht aus Stahlblech. Wie in Figur 3 dargestellt, ist es möglich, die Prallscheibe 8 zur Ventilöffnung 3 hin konkav zu wölben. Weiterhin gibt es auch Varianten, wie in den Figuren 4 und 5 gezeigt, bei denen die Prallscheibe 8 über Stege 11 direkt an der Unterseite des Ventiles 5 befestigt ist und zusammen mit diesem in die Ventilöffnung 3 eingeschraubt wird.

In Figur 6 ist ein Ventil 5 gezeigt, in dessen Ventilkonus 12 ein als Sechskantnippel ausgebildeter Nippel 13 eingeschraubt ist. Der Nippel 13 weist eine Axialbohrung 14 auf, die an die Ventilbohrung 15 des Ventils 5 anschließt. Das außerhalb des Ventilkonus 12 angeordnete Ende des Nippels 13 wird von einem Boden 16 gebildet, der die Axialbohrung 15 verschließt und die Funktion der Prallscheibe übernimmt. Die Ableitung des Flammenstrahls erfolgt durch radiale Bohrungen 17 im bodennahen Bereich des Nippels 13, die mit der Axialbohrung 14 in Verbindung stehen. Die Bohrungen 17 sind zentral in die Sechskantflächen des Nippels eingebracht.

Bei allen aufgezeigten Varianten ist die Wirkungsweise wie folgt: Der bei einem Flammenrückschlag durch das Ventil 5 und die Ventilöffnung 3 in die Druckgasflasche eindringende Flammenstrahl wird von der Prallscheibe zu der Innenoberfläche des Stahlmantels 1 und zu der Metallmasse des Ventils 5 hin reflektiert, wo die Flammenergie aufgenommen und nach außen weitergeleitet wird. Dadurch wird ein tiefes Eindringen der Flammenstrahlen in den Masseblock 2 und somit eine Flaschenexplosion verhindert. Die Sicherheit einer solchen Druckgasflasche wird somit auf einfache Art und Weise erheblich verbessert.