DE112010002654B4

DE112010002654B4 - Explosionssichere Umhausungen mit einer aktivenWärmeverwaltung unter Verwendung von gesinterten Elementen

Info

Publication number: DE112010002654B4
Application number: DE112010002654.8T
Authority: DE
Inventors: Joseph Michael Manahan; Marc Raymond Kozlowski
Original assignee: Eaton Intelligent Power Ltd
Current assignee: Eaton Intelligent Power Ltd
Priority date: 2009-05-05
Filing date: 2010-04-29
Publication date: 2021-04-22
Anticipated expiration: 2030-04-30
Also published as: US20130312948A1; CA2760587A1; US20100284150A1; BRPI1011407A2; US8512430B2; DE112010002654T5; US8992649B2; WO2010129389A1; BRPI1011407B1; MX2011011688A; CA2760587C; MX356255B

Abstract

Umhausung (100, 700) , welche aufweist:ein Gehäuse (102, 702) mit einem Hohlraum (102e) und einer ersten Öffnung in einer ersten Wand (102b, 702b) des Hohlraums (102e), wobei die erste Öffnung ein erstes Gewinde aufweist;eine erste Filterhalterung (120, 720) mit einem zweiten Gewinde, das mit dem ersten Gewinde verschraubbar ist, wobei die erste Filterhalterung (120, 720) mit der ersten Öffnung des Gehäuses gekoppelt ist durch Verschrauben der ersten und zweiten Gewinde, und wobei die erste Filterhalterung in der ersten Öffnung angeordnet ist, wenn die erste Filterhalterung mit dem Gehäuse verschraubt ist;einen ersten gesinterten Filter (160, 750), der mit der ersten Filterhalterung (120, 720) gekoppelt ist, wobei der erste gesinterte Filter (150, 750) einen Durchtritt von erwärmter Luft zwischen Hohlraum und Umgebung des Gehäuses ermöglicht;einen ersten Ventilator (420), der innerhalb des Gehäuses und benachbart zum ersten gesinterten Filter positioniert ist, wobei der erste Ventilator in Zusammenwirkung mit dem ersten gesinterten Filter eine Druckdifferenz erzeugt, um die erwärmte Luft durch den ersten gesinterten Filter zu bewegen, undein zylindrisches Rohr (770), das mit der ersten Filterhalterung gekoppelt ist, wobei das zylindrische Rohr eine Biegung aufweist, um einen Eintritt von Wasser in den Hohlraum zu verhindern, wobei der erste gesinterte Filter den Hohlraum durch Hindurchtreten der erwärmten Luft zur Umgebung des Gehäuses kühlt.

Description

Querverweis auf verwandte Anmeldungen
Die vorliegende Anmeldung ist mit der US-Patentanmeldung Nr. 12/466,249 mit dem Titel „Explosion-Proof Enclosures with Active Thermal Management by Heat Exchange‟ vom 14. Mai 2009 von Joseph Michael Manahan et al. verwandt, die hier vollständig unter Bezugnahme eingeschlossen ist.
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft allgemein explosionssichere Umhausungen und insbesondere explosionssichere Umhausungen mit aktiven Wärmeverwaltungsfähigkeiten unter Verwendung von gesinterten Materialien.
Die US 6 469 303 B1 offenbart eine Umhausung mit einem gesinterten Filter. Die US 6 953 491 B2 offenbart einen Abluftventilator mit einem Gehäuse, welches Öffnungen aufweist, in denen Filterangeordnet sind und der verwendet werden kann, um luftgetragene Materialien sicher und effizient zu entfernen.
Hintergrund
Eine Automatisierungseinrichtung kann verwendet werden, um die Lebensdauer von Vorrichtungen wie etwa Motoren und Pumpen zu verlängern, indem die Leistung der Vorrichtung verbessert wird. Die Installation einer Automatisierungseinrichtung in gefährlichen oder explosiven Umgebungen wird jedoch gewöhnlich wegen der durch die Komponenten der Automatisierungseinrichtung erzeugten Wärme vermieden, da diese eine Explosion verursachen könnte. Die Anforderungen für gefährliche Bereiche schreiben vor, dass eine derartige Einrichtung gegenüber der umgebenden Atmosphäre gedichtet werden muss, sodass alle möglichen Zündungsquellen in der Umhausung enthalten sind und dadurch eine Fortpflanzung einer Explosion verhindert wird.
Die Automatisierungseinrichtung kann in einer explosionssicheren Umhausung untergebracht werden. Die derzeitig bekannten explosionssicheren Umhausungen beruhen auf einer leitenden Wärmeübertragung für das Abführen der durch die Einrichtung in der Umhausung erzeugten Wärme. Die Umhausungen führen die durch die enthaltene Automatisierungseinrichtung erzeugte Wärme jedoch nicht ausreichend ab, sodass die Lebensdauer der Einrichtung verkürzt wird oder es zu einer Explosion in der Umhausung kommen kann. Deshalb wird die Automatisierungseinrichtung gewöhnlich außerhalb der Grenzen des gefährlichen Bereichs installiert und werden lange Elektrokabel zu den Vorrichtungen in dem gefährlichen Bereich geführt. Eine derartige Anordnung bringt jedoch verschiedene Nachteile mit sich. Zum Beispiel ist bei einer derartigen Anordnung die Kontrolle über die Vorrichtungen kleiner und sind die Installations- und/oder Wartungskosten höher.
Es besteht deshalb ein Bedarf für eine explosionssichere Umhausung für eine Automatisierungseinrichtung oder eine andere Einrichtung, wobei die explosionssichere Umhausung eine aktive Wärmeverwaltung in einem gefährlichen Bereich leisten kann.
Zusammenfassung
Die vorliegende Erfindung kann den oben genannten Bedarf erfüllen, indem sie Umhausungen mit gesinterten Filtern für die Verwendung in gefährlichen Bereichen angibt. Unter einem „gesinterten Filter“ ist hier ein beliebiges gesintertes Element mit Kanälen, die einen Luftfluss gestatten, zu verstehen. Einige gesinterte Filter sind wärmeleitend und können etwas Energie aus einer hindurchgehenden Flamme entnehmen und auf diese Weise die hindurchgehende Flamme halten. Mit anderen Worten können einige gesinterte Filter eine Flammenübertragung verhindern, indem sie ein Element (Wärme) aus dem Verbrennungsdreieck (Sauerstoff, Brennbarer Stoff und Wärme) entfernen.
Die Umhausungen der vorliegenden Erfindung umfassen eine Öffnung, mit der ein gesintertes Filtersystem gekoppelt ist. In einigen Ausführungsformen enthalten die Umhausungen eine weitere Öffnung, mit der eine Lüftung oder ein weiteres gesintertes Filtersystem gekoppelt ist.
Die gesinterten Filtersysteme umfassen eine Filterhalterung und ein darin angeordnetes gesintertes Filter. Die Filterhalterungen können eine zylindrische, rechteckige oder sich verjüngende Form aufweisen. Die gesinterten Filter können auch eine beliebige andere Form aufweisen. In einigen Ausführungsformen können die gesinterten Filter eine zylindrisch geformt, rechteckig geformt oder ähnlich wie ein elliptisches Paraboloid geformt sein.. Die gesinterten Filter können Kanäle enthalten, die einen Flammenpfad von ungefähr einem Zoll und eine Porengröße von ungefähr 38,1 Mikrometer aufweisen. In bestimmte Ausführungsformen können die gesinterten Filter Kanäle aufweisen, die eine Porengröße von ungefähr 101,6 Mikrometer aufweisen.
Die Umhausungen enthalten wenigstens einen Ventilator, der in der Nähe eines oder beider der gesinterten Filtersysteme angeordnet ist. Der Ventilator kann durch ein Steuersystem mit einem Sensor und einer Steuereinrichtung gesteuert werden. In einer Ausführungsform der Erfindung zwingt der Ventilator Luft aus einem der gesinterten Filtersysteme. Daraus resultiert, dass atmosphärische Luft durch das andere gesinterte Filtersystem in die Umhausung gezwungen wird. In einigen Ausführungsformen kann die atmosphärische Luft eine gekühlte oder geheizte Luft sein, um die Leistung in Abhängigkeit von Umgebungsbedingungen zu verbessern. In einer anderen Ausführungsform der Erfindung zieht der Ventilator Luft über eines der gesinterten Filtersysteme in die Umhausung und drückt Luft durch das andere gesinterte Filtersystem nach außen.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung können die Umhausungen ein Heizelement zum Heizen der Luft in den Umhausungen enthalten. Das Heizelement kann durch ein Steuersystem mit einem Sensor und einer Steuereinrichtung gesteuert werden.
Diese und andere Aspekte, Objekte und Merkmale der Erfindung werden durch die folgende ausführliche Beschreibung beispielhafter und bevorzugter Ausführungsformen für den Fachmann verdeutlicht.
Figurenliste

1 ist eine Vorderansicht einer explosionssicheren Umhausung mit einer entfernten Abdeckung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
2 ist eine perspektivische Ansicht von oben auf die explosionssichere Umhausung von 1 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
3 ist eine perspektivische Ansicht von unten auf die explosionssichere Umhausung von 1 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
4 ist eine Querschnittansicht der explosionssicheren Umhausung von 1 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
5 ist eine Querschnittansicht eines gesinterten Filters, das in Verbindung mit der explosionssicheren Umhausung von 1 verwendet werden kann, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
6 ist eine Querschnittansicht eines gesinterten Filters, das in Verbindung mit der explosionssicheren Umhausung von 1 verwendet werden kann, gemäß einer alternativen beispielhaften Ausführungsform.
7 ist eine Schnittansicht einer explosionssicheren Umhausung gemäß einer alternativen beispielhaften Ausführungsform.

Die vorliegende Anmeldung offenbart Umhausungen mit aktiven Wärmeverwaltungsfähigkeiten. Die Umhausungen umfassen ein gesintertes Material, das eine Lüftung zu der Atmosphäre vorsieht. Die Umhausungen können für allgemeine Einsatzzwecke und auch in gefährlichen Bereichen verwendet werden.
Die vorliegende Erfindung wird durch die folgende Beschreibung verschiedener nicht-einschränkender Ausführungsformen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei einander entsprechende Teile in den verschiedenen Figuren jeweils durch gleiche Bezugszeichen angegeben werden.
1-3 sind jeweils eine Vorderansicht, eine perspektivische Ansicht von oben und eine perspektivische Ansicht von unten auf eine explosionssichere Umhausung 100 mit einer entfernten Abdeckung (nicht gezeigt) gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. Die Umhausung 100 umfasst ein rechteckiges Gehäuse 102. Das Gehäuse 102 umfasst eine obere Wand 102a, eine untere Wand 102b, zwei Seitenwände 102c, eine rechte Wand 102d und einen Hohlraum 102e. Das Gehäuse 102 umfasst weiterhin einen Flansch 102f, der sich orthogonal von der oberen, der unteren und den beiden Seitenwänden 102a, 102b, 102c erstreckt. In bestimmten Ausführungsformen ist das Gehäuse 102 aus Aluminium ausgebildet, wobei es sich um ein NEMA 7-konformes Gehäuse für die Verwendung an gefährlichen Positionen in Innenräumen und im Freien gemäß Klasse I, Gruppe A, B, C oder D handelt.
Die Umhausung 100 umfasst weiterhin eine Automatisierungseinrichtung 110, die in dem Hohlraum 102e angeordnet ist und mit der Rückwand 102d gekoppelt ist. In alternativen Ausführungsformen kann die Automatisierungseinrichtung 110 mit der oberen Wand 102a, der unteren Wand 102b oder einer der Seitenwände 102c gekoppelt sein. Die Automatisierungseinrichtung 110 erzeugt Wärme innerhalb der Umhausung 100, die abgeführt werden sollte, um eine gewünschte Temperatur innerhalb der Umhausung 100 aufrechtzuerhalten. In bestimmten Ausführungsformen kann die Automatisierungseinrichtung 110 eine Steuereinrichtung wie etwa einen Frequenzumrichter umfassen, der die Frequenz des zu einer externen Vorrichtung wie etwa einer Pumpe oder einem Motor (nicht gezeigt) zugeführten Stroms steuert. In bestimmten Ausführungsformen kann die Automatisierungseinrichtung 110 auch einen Transformator, eine speicherprogrammierbare Steuerung (PLC) und/oder eine Netzdrossel enthalten.
Die Umhausung 100 enthält auch eine Filterhalterung 120, die mit dem Gehäuse 102 gekoppelt ist. Die Filterhalterung 120 kann über eine beliebige, geeignete Einrichtung, die die Anforderungen an die Beständigkeit gegenüber einer gefährlichen Umgebung der Umhausung 100 erfüllt, mit dem Gehäuse 102 gekoppelt sein. Dabei kann es sich um ineinandergreifende Schraubteile oder eine Verschraubung eines an der Filterhalterung 120 vorgesehenen Flansches (nicht gezeigt) mit dem Gehäuse 102 handeln. In der Filterhalterung 120 ist ein gesintertes Filter 150 aufgenommen. In bestimmten Ausführungsformen sind die Filterhalterung 120 und das gesinterte Filter 150 zwei separate Teile. In bestimmten Ausführungsformen ist das gesinterte Filter 150 in der Filterhalterung 120 gedichtet. In bestimmten alternativen Ausführungsformen sind die Filterhalterung 120 und das gesinterte Filter 150 zu einem gesinterten Filtersystem integriert. Die Filterhalterung 120 erstreckt sich von der unteren Wand 102b nach außen und weist eine variable Schnittfläche von einem Ende neben dem Gehäuse 102 zu einem gegegenüberliegenden Ende auf. Zum Beispiel kann sich die Filterhalterung 120 wie in 1, 3 und 4 gezeigt verjüngen. In bestimmten alternativen Ausführungsformen weist die Filterhalterung 120 eine konstante Schnittfläche auf. Die Größe und die Form der Filterhalterung 120 und des Filters 150 können auf der Basis der gewünschten Luftflussmenge gewählt werden.
Die Umhausung 100 umfasst eine weitere Filterhalterung 130, die mit dem Gehäuse 102 gekoppelt ist. Die Filterhalterung 130 kann über eine beliebige, geeignete Einrichtung, die den Anforderungen an eine Beständigkeit gegenüber einer gefährlichen Umgebung der Umhausung 100 entspricht, wobei es sich etwa um ineinandergreifende Schraubteile oder eine Verschraubung eines an der Filterhalterung 130 vorgesehenen Flansches (nicht gezeigt) mit dem Gehäuse 102 handeln kann, mit dem Gehäuse 102 gekoppelt sein. In der Filterhalterung 130 ist ein gesintertes Filter 160 untergebracht. In bestimmten Ausführungsformen sind die Filterhalterung 130 und das gesinterte Filter 160 zwei separate Teile. In bestimmten Ausführungsformen ist das gesinterte Filter 160 in der Filterhalterung 130 gedichtet. In bestimmten alternativen Ausführungsformen sind die gesinterte Halterung 130 und das gesinterte Filter 160 zu einem gesinterten Filtersystem integriert. Die Filterhalterung 130 erstreckt sich von der oberen Wand 102a nach außen und weist eine konstante Schnittfläche auf. In bestimmten Ausführungsformen ist die Filterhalterung 130 wie in 1, 2 und 4 gezeigt zylindrisch geformt. In bestimmten alternativen Ausführungsformen weist die Filterhalterung 130 eine variable Schnittfläche von einem Ende neben dem Gehäuse 102 zu einem gegenüberliegenden Ende hin auf. Die Größe und die Form der Filterhalterung 130 und des Filters 160 können auf der Basis der gewünschten Luftflussmenge gewählt werden.
4 ist eine Querschnittansicht der explosionssicheren Umhausung 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. Die Filterhalterung 120 umfasst ein darin angeordnetes gesintertes Filter 150, und die Filterhalterung 130 umfasst ein darin angeordnetes gesintertes Filter 160. Die gesinterten Filter 150, 160 können in den Filterhalterungen 120, 130 gedichtet werden, um die Anforderungen an eine Beständigkeit gegenüber einer gefährlichen Umgebung der Umhausung 100 zu erfüllen. Die beispielhaften gesinterten Filter 150, 160 sind im Wesentlichen einem elliptischen Paraboloid ähnlich geformt. Die gesinterten Filter 150, 160 weisen eine Dicke auf, die im Wesentlichen gleichmäßig ist. In bestimmten Ausführungsformen weisen die gesinterte Filter 150, 160 eine Dicke von ungefähr 1 Zoll auf. Die Dicke der gesinterten Filter 150, 160 kann variieren, solange die Pfadlänge der darin vorgesehenen Öffnungen oder Kanäle (mit Bezug auf 6 näher beschrieben) ungefähr 1 Zoll beträgt.
Die Filterhalterung 130 umfasst weiterhin eine Lüftung 420, die in dem Gehäuse 102 in der Nähe des gesinterten Filters 160 angeordnet ist. Der Ventilator 420 kann durch eine interne Leistungsquelle wie etwa eine Batterie (nicht gezeigt) betrieben werden oder kann Leistung von einer außerhalb der Umhausung 100 vorgesehenen Quelle (nicht gezeigt) empfangen. Der Ventilator drückt erwärmte Luft aus dem Gehäuse 102 durch das gesinterte Filter 160 zu der Atmosphäre. Mit der durch den Ventilator 420 veranlassten Bewegung der Luft aus der Umhausung 100 zu der Atmosphäre wird auch gekühlte Luft von der Atmosphäre durch das gesinterte Filter 150 in das Gehäuse 102 gezogen. Die gekühlte Luft aus der Atmosphäre tritt in das Gehäuse 102 ein, wird durch die von der Automatisierungseinrichtung 110 erzeugte Wärme erwärmt und tritt durch das gesinterte Filter 160 aus.
In bestimmten alternativen Ausführungsformen kann der Ventilator 420 neben dem gesinterten Filter 150 angeordnet sein und gekühlte Luft von der Atmosphäre in das Gehäuse 102 ziehen, sodass die heiße Luft über das gesinterte Gehäuse 160 ausgeführt wird. In einer anderen Ausführungsform kann der Ventilator 420 in der Nähe des gesinterten Filters 160 angeordnet sein, während ein zweiter Ventilator (nicht gezeigt) in der Nähe des gesinterten Filters 150 angeordnet sein kann. In einer weiteren Ausführungsform kann der Ventilator 420 außerhalb des Gehäuses 102 auf einer Seite der Filter 150, 160 angeordnet sein. In einer weiteren Ausführungsform kann auf einen Ventilator 420 verzichtet werden. In diesem Fall steigt die warme Luft in der Umhausung 100 und tritt durch das Filter 160 aus, sodass kühle Luft aus der Atmosphäre über das Filter 150 in die Umhausung 100 gezogen wird. Dem Fachmann sollte deutlich sein, dass viele verschiedene Konfigurationen mit einem Ventilator möglich sind.
In bestimmten Ausführungsformen kann die Umhausung 100 ein Steuersystem 450 zum Überwachen und Steuern eines Kühlelements wie etwa des Ventilators 420 umfassen. In alternativen Ausführungsformen überwacht und steuert das Steuersystem 450 ein Heizelement. Das Steuersystem 450 umfasst allgemeinen einen Sensor (nicht gezeigt), der mit einer Steuereinrichtung (nicht gezeigt) zum Steuern des Heiz- oder Kühlelements gekoppelt ist. Der Sensor überwacht Bedingungen in der Umhausung 100 entweder aktiv oder passiv. Auf der Basis der Bedingungen in der Umhausung 100 kann die Steuereinrichtung das Heiz- oder Kühlelement ein- oder ausschalten. Zum Beispiel kann der Sensor eine Temperaturmesseinrichtung sein, die die Temperatur in der Umhausung 100 erfasst. Wenn der Sensor angibt, dass die Temperatur in der Umhausung 100 zu hoch ist, schaltet die Steuereinrichtung den Ventilator 420 ein. Und wenn der Sensor angibt, dass die Temperatur in der Umhausung 100 niedrig ist, kann die Steuereinrichtung ein Heizelement einschalten, um die Luft in der Umhausung 100 zu heizen. In einigen Ausführungsformen durchläuft das Steuersystem 450 einen passiven Zyklus für das Ein- und Ausschalten. Zum Beispiel kann das Steuersystem 450 einen derartigen Zyklus durchlaufen, dass das Heiz- oder Kühlelement alle dreißig Minuten für jeweils zehn Minuten aktiv ist. In bestimmten Ausführungsformen umfasst das Steuersystem 450 einen Sensor, der Feuchtigkeitsänderungen in der Umhausung 100 erfassen kann. Wenn der Sensor erfasst, dass die relative Feuchtigkeit in der Umhausung 100 zu hoch ist, kann das Steuersystem 450 den Ventilator 420 einschalten, um eine Luftbewegung aus dem Inneren der Umhausung 100 nach außen zu veranlassen. In bestimmten anderen Ausführungsformen umfasst das Steuersystem 450 einen Sensor, der das Auftreten einer Explosion durch das Erfassen einer rapiden Temperatur- oder Druckänderung bestimmen kann. Nach dem Erfassen einer internen Explosion meldet der Sensor die Zustandänderung an die Steuereinrichtung, die die Zustandsänderung an eine lokale Anzeige (nicht gezeigt) oder drahtlos zu einer entfernten Position meldet. Dem Fachmann sollte deutlich sein, dass das Steuersystem 450 auf verschiedene Weise programmiert sein kann, um die Spezifikationen eines bestimmten Bereichs zu erfüllen, und verschiedene Typen von Sensoren enthalten kann, um verschiedene Zustände in der Umhausung 100 zu bestimmen. In bestimmten Ausführungsformen wird das Steuersystem 450 drahtlos durch einen Benutzer an einer entfernten Position gesteuert.
5 ist eine Schnittansicht eines gesinterten Filters 500, das als gesintertes Filter 150, 160 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform verwendet werden kann. Das gesinterte Filter 500 weist einen im Wesentlichen parabolischen Querschnitt auf. Das gesinterte Filter 500 umfasst im Wesentlichen lineare Kanäle 510, die sich durch dasselbe erstrecken. Die Kanäle 510 weisen eine Länge von ungefähr 1 Zoll und eine Porengröße von ungefähr 38,1 Mikrometer auf. In bestimmten alternativen Ausführungsformen weisen die Kanäle 510 eine Porengröße von ungefähr 101,6 Mikrometer auf. Das gesinterte Filter 500 weist eine Dicke T1 von ungefähr 1 Zoll auf. In bestimmten Ausführungsformen kann das gesinterte Filter 500 wenigstens 560 Pfund pro Quadratzoll (psi) standhalten, ohne zu brechen oder sich zu verzerren.
6 ist eine Schnittansicht eines gesinterten Filters 600, das als gesintertes Filter 150, 160 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform verwendet werden kann. Das gesinterte Filter 600 weist einen im Wesentlichen parabolischen Querschnitt auf. Das gesinterte Filter 600 umfasst Kanäle 610, die sich willkürlich durch dasselbe erstrecken. Jeder Kanal 610 weist eine Länge von ungefähr 1 Zoll und eine Porengröße von ungefähr 38,1 Mikrometer auf. Das gesinterte Filter 600 weist eine Dicke T2 auf, die kleiner als 1 Zoll sein kann. In bestimmten alternativen Ausführungsformen weist das gesinterte Filter 610 eine Porengröße von ungefähr 101,6 Mikrometer auf. In bestimmten Ausführungsformen kann das gesinterte Filter 600 wenigstens 560 Pfund pro Quadratzoll (psi) standhalten, ohne zu brechen oder sich zu verzerren.
In alternativen Ausführungsformen können gesinterte Filter der vorliegenden Erfindung Kanäle aufweisen, die einem gekrümmten, spiralförmigen oder anderen geeigneten Pfad folgen. Allgemein sind die gesinterten Filter der vorliegenden Erfindung derart aufgebaut, dass die Größe und die Geometrie der freien Volumina in den gesinterten Filtern, d.h. also die Porengröße und die Kanallänge kontrolliert werden. Die gesinterten Filter der vorliegenden Erfindung können eine beliebige Form aufweisen. Die Form bestimmt die hindurchgehende Luftflussmenge und steht in einem direkten Zusammenhang mit der Kühlleistung der gesinterten Filter. Dem Fachmann sollte deutlich sein, dass die gesinterten Filter der vorliegenden Erfindung eine Anzahl von Kanälen mit variierenden Konfigurationen enthalten können, um die Anforderungen an gefährliche Standorte zu erfüllen.
Die gesinterten Filter 500, 600 können aus einem beliebigen Material hergestellt werden, das den dynamischen Effekten von Explosionen ohne eine dauerhafte Verzerrung oder Beschädigung standhalten kann. Geeignete Beispiele für Sintermaterialien sind etwa Keramik, Kupfer, Glas, Aluminium, Edelstahl oder andere Metalllegierungen wie etwa austenitische Nickel-basierte Superlegierungen, reaktive Materialien wie etwa Titan, und wärmeleitende Polymere. Die gesinterten Filter 500, 600 sind ausgebildet, um Luft durchzulassen. In bestimmten Ausführungsformen werden die gesinterten Filter 500, 600 aus einem wärmeleitenden Material hergestellt und weisen eine ausreichende Kanalkonfiguration (d.h. Länge, Durchmesser) auf, um eine Flamme zu halten und eine Explosion in dem Gehäuse 102 einzudämmen.
In einer alternativen Ausführungsform können die gesinterten Filter 500, 600 unter Verwendung eines schnellen Musterbaus und insbesondere einer schnellen Herstellung erzeugt werden. Unter einem „schnellen Musterbau“ und einer „schnellen Herstellung“ sind hier Techniken für die automatisierte Produktion von physikalischen Objekten mit soliden Freiformen zu verstehen. Diese Begriffe geben keinen besonderen Zeitrahmen für die Herstellung vor. Geeignete Verfahren für die Herstellung der beispielhaften gesinterten Filter 500, 600 sind etwa das Laser Engineered Net Shaping™ (LENS) oder Laser Fusing, das von Sandia National Laboratories entwickelt wurde, und das Selective Laser Sintering™, das von 3D Systems, Inc. entwickelt wurde. Unter Verwendung von Schmelzablagerungstechniken in Kombination mit einer berechneten Fluiddynamik können Materialien genau abgelagert werden, um ein gesintertes Filter zu erzeugen, wobei die Erzeugung von Kanälen in dem gesinterten Filter kontrolliert werden kann. Die Größe und die Form dieser Kanäle kann nach Wunsch kontrolliert werden, um eine gewünschte Länge und Porengröße für jeden Flammenpfad vorzusehen, sodass eine Flamme angemessen unterdrückt werden kann und gleichzeitig ein gewünschter Luftfluss vorgesehen wird.
Die gesinterten Filter der vorliegenden Erfindung können auch erzeugt werden, indem ein gesintertes Material wie etwa kleine Bronzekugeln mit einem Durchmesser von ungefähr 200 Mikrometer oder Edelstahlflocken in einer Form gepresst werden, um eine im Wesentlichen kreisrunde, quadratische oder rechteckige Komponente zu formen. Die Komponente wird dann auf eine Temperatur unter dem tatsächlichen Schmelzpunkt des Materials erwärmt, die jedoch ausreichend hoch ist, sodass die Sinterpartikeln miteinander verschmelzen können. Die Sinterpartikeln verschmelzen in den Bereichen miteinander, in denen sie einander kontaktieren. Schließlich bilden die geschmolzenen Sinterpartikeln eine Matrix aus Kanälen in der Komponente, um ein gesintertes Element zu bilden.
7 ist eine Querschnittansicht einer explosionssicheren Umhausung 700 gemäß einer alternativen beispielhaften Ausführungsform. Die Umhausung 700 unterscheidet sich von der Umhausung 100 dadurch, dass die Umhausung 700 zylindrisch geformte, gesinterte Filter 750, 760 anstelle der Filter 150, 160 verwendet und eine derartige Rohrverbindung verbunden ist, dass ein Eindringen von Wasser in die Umhausung 700 verhindert wird. Die Umhausung 700 enthält ein Gehäuse 702, das dem Gehäuse 102 der Umhausung 100 ähnlich ist. Das Gehäuse 702 umfasst eine obere Wand 702a, eine untere Wand 702b, zwei Seitenwände 702c und eine Rückwand 702d. Die Umhausung 700 umfasst weiterhin eine Automatisierungseinrichtung 110, die in dem Gehäuse 702 angeordnet und mit der Rückwand 702d gekoppelt ist.
Die Umhausung 700 umfasst eine Filterhalterung 720, die mit dem Gehäuse 702 gekoppelt ist. Die Filterhalterung 720 kann über eine beliebige, geeignete Einrichtung mit dem Gehäuse 702 gekoppelt sein, um eine Dichtung aufrechtzuerhalten. In der Filterhalterung 720 ist ein weiter unten näher beschriebenes gesintertes Filter 750 aufgenommen. Die Filterhalterung 720 erstreckt sich von der unteren Wand 702b nach außen und weist eine konstante Querschnittfläche auf. In bestimmten Ausführungsformen ist die Filterhalterung 720 wie gezeigt zylindrisch ausgebildet. In bestimmten alternativen Ausführungsformen weist die Filterhalterung 720 eine variable Querschnittfläche auf.
Die Umhausung 700 kann weiterhin eine andere Filterhalterung 730 umfassen, die mit dem Gehäuse 702 gekoppelt ist. Die Filterhalterung 730 kann über eine beliebige, geeignete Einrichtung, die die die Anforderungen an eine Beständigkeit gegenüber einer gefährlichen Umgebung der Umhausung 100 erfüllt, mit dem Gehäuse 702 gekoppelt sein. In der Filterhalterung 730 ist ein weiter unten beschriebenes gesintertes Filter 760 aufgenommen. Die Filterhalterung 730 erstreckt sich von der oberen Wand 702a nach außen und weist eine konstante Schnittfläche auf. In bestimmten Ausführungsformen ist die Filterhalterung 730 wie in 7 gezeigt zylindrisch geformt. In bestimmten alternativen Ausführungsformen weist die Filterhalterung 730 eine variable Querschnittfläche von einem Ende neben der Umhausung 700 zu einem gegenüberliegenden Ende hin auf.
Die gesinterten Filter 750, 760 sind im Wesentlichen zylindrisch geformt. Die gesinterten Filter 750, 760 weisen eine Dicke auf, die über die gesamte Länge im Wesentlichen gleichmäßig ist. In bestimmten Ausführungsformen weisen die gesinterten Filter 750, 760 eine Dicke von ungefähr 1 Zoll auf. In bestimmten Ausführungsformen beruht die Dicke der gesinterten Filter 750, 760 auf den gewünschten Flammenhalteeigenschaften. Die Dicke der gesinterten Filter 750, 760 kann variieren, solange die Pfadlänge der Öffnungen ausreicht, um die gewünschte Wärmemenge abzuleiten. In bestimmten Ausführungsformen beträgt die Pfadlänge der Öffnungen ungefähr 1 Zoll.
Die Filterhalterung 730 umfasst weiterhin einen Ventilator 420, der in der Nähe des gesinterten Filters 160 auf der Außenseite des Gehäuses 702 angeordnet ist. Der Ventilator 420 zieht erwärmte Luft aus dem Gehäuse 702 durch das gesinterte Filter 750 zu der Atmosphäre. Aufgrund der durch den Ventilator 420 veranlassten Bewegung der Luft aus der Umhausung 700 zu der Atmosphäre wird auch gekühlte Luft aus der Atmosphäre über das gesinterte Filter 760 in das Gehäuse 702 gezogen.
In bestimmten alternativen Ausführungsformen kann der Ventilator 420 in der Nähe des gesinterten Filters 760 angeordnet sein und gekühlte Luft aus der Atmosphäre in das Gehäuse 702 ziehen und dadurch die heiße Luft durch das gesinterte Filter 750 bewegen. In einer anderen Ausführungsform kann der Ventilator 420 neben dem gesinterten Filter 760 angeordnet sein, während ein zweiter Ventilator (nicht gezeigt) neben dem gesinterten Filter 750 angeordnet sein kann. In einer weiteren Ausführungsform kann der Ventilator 420 in dem Gehäuse 702 auf des Seite des Filters 750 oder 760 angeordnet sein. In einer weiteren Ausführungsform kann auf den Ventilator 420 verzichtet werden. In diesem Fall steigt die warme Luft in der Umhausung 700 nach oben und tritt über das Filter 760 aus, sodass kühle Luft aus der Atmosphäre über das Filter 750 in die Umhausung 700 gezogen wird. Dem Fachmann sollte deutlich sein, dass verschiedene Konfigurationen mit einem Ventilator möglich sind.
In bestimmten Ausführungsformen enthält die Umhausung 700 ein zylindrisches Rohr 770, das mit der Filterhalterung 730 gekoppelt ist, wobei es sich um eine NEMA 3, 4 oder 9-konforme Umhausung handelt. Das Rohr 770 umfasst eine Biegung 770b, um zu verhindern, dass Wasser in die Umhausung 700 eindringt. Die Umhausung enthält weiterhin ein zylindrisches Rohr 780, das mit der Filterhalterung 720 gekoppelt ist. In bestimmten alternativen Ausführungsformen können die Rohre 770, 780 jeweils direkt mit den gesinterten Filtern 760, 750 verbunden sein. Die Rohre 770, 780 sehen eine Rohrverbindung für die Umhausung 700 vor. In bestimmten beispielhaften Ausführungsformen sind die Rohre 770, 780 aus Kunststoff, Gummi, einem Metall wie etwa Aluminium, Messing, Edelstahl, einem korrosionsfreien Material, einem beschichteten Metall oder einem lackierten Material ausgebildet.
Die vorliegende Erfindung ist also entsprechend ausgebildet, um die weiter oben genannten Aufgaben zu erfüllen und verschiedene Vorteile zu bieten. Die hier beschriebenen Ausführungsformen sind lediglich beispielhaft zu verstehen und können auf verschiedene Weise durch den Fachmann auf der Grundlage der hier gegebenen Lehren modifiziert werden. Es wurden hier einige beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben, wobei aber auch alternative Konfigurationen von gesinterten Filtern mit Kanälen hinsichtlich der Länge und der Porengröße verwendet werden können. In der vorstehenden Beschreibung wurden elliptisch und zylindrisch geformte Filter beschrieben, wobei jedoch zu beachten ist, dass auch verschiedene andere geometrische Konfigurationen wie etwa rechteckig geformte Konfigurationen verwendet werden können, um eine Luftverschiebung gemäß den hier gegebenen Lehren zu erhalten. Außerdem können die beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung auch verwendet werden, um kalte Luft aus den Umhausungen aktiv zu der Atmosphäre auszuführen. In der vorstehenden Beschreibung sind zwei gesinterte Filter in einer Umhausung vorgesehen, wobei die Umhausung aber auch nur ein gesintertes Filter oder mehr als zwei gesinterte Filter enthalten kann. Wenn nur ein einzelnes gesintertes Filter verwendet wird, kann eine Entlüftung oder ein Ablass vorgesehen sein, um ein sich in der Umhausung ansammelndes Kondenswasser abzuführen. Der Fachmann kann zahlreiche Änderungen an der Erfindung vornehmen, ohne dass deshalb der Erfindungsumfang verlassen wird. Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Details des Aufbaus beschränkt, sondern wird durch die beigefügten Ansprüche definiert. Es sollte also deutlich sein, dass die hier beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen innerhalb des Erfindungsumfangs verändert oder modifiziert werden können. Die hier verwendeten Begriffe sind gemäß ihren allgemein üblichen Bedeutungen zu verstehen, sofern sie hier nicht ausdrücklich näher definiert werden.

Claims

Umhausung (100, 700) , welche aufweist: ein Gehäuse (102, 702) mit einem Hohlraum (102e) und einer ersten Öffnung in einer ersten Wand (102b, 702b) des Hohlraums (102e), wobei die erste Öffnung ein erstes Gewinde aufweist; eine erste Filterhalterung (120, 720) mit einem zweiten Gewinde, das mit dem ersten Gewinde verschraubbar ist, wobei die erste Filterhalterung (120, 720) mit der ersten Öffnung des Gehäuses gekoppelt ist durch Verschrauben der ersten und zweiten Gewinde, und wobei die erste Filterhalterung in der ersten Öffnung angeordnet ist, wenn die erste Filterhalterung mit dem Gehäuse verschraubt ist; einen ersten gesinterten Filter (160, 750), der mit der ersten Filterhalterung (120, 720) gekoppelt ist, wobei der erste gesinterte Filter (150, 750) einen Durchtritt von erwärmter Luft zwischen Hohlraum und Umgebung des Gehäuses ermöglicht; einen ersten Ventilator (420), der innerhalb des Gehäuses und benachbart zum ersten gesinterten Filter positioniert ist, wobei der erste Ventilator in Zusammenwirkung mit dem ersten gesinterten Filter eine Druckdifferenz erzeugt, um die erwärmte Luft durch den ersten gesinterten Filter zu bewegen, und ein zylindrisches Rohr (770), das mit der ersten Filterhalterung gekoppelt ist, wobei das zylindrische Rohr eine Biegung aufweist, um einen Eintritt von Wasser in den Hohlraum zu verhindern, wobei der erste gesinterte Filter den Hohlraum durch Hindurchtreten der erwärmten Luft zur Umgebung des Gehäuses kühlt.
Umhausung nach Anspruch 1, wobei der gesinterte Filter ein thermisch leitendes Material aufweist und in der Lage ist, eine aus dem Gehäuse austretende Flamme zu halten, und wobei der erste gesinterte Filter innerhalb der ersten Filterhalterung und außerhalb des Hohlraums des Gehäuses angeordnet ist, wobei der erste gesinterte Filter innerhalb der ersten Filterhalterung abgedichtet angeordnet ist.
Umhausung nach Anspruch 1, wobei der erste gesinterte Filter gekrümmt ist.
Umhausung nach Anspruch 3, wobei die erste Filterhalterung zylindrisch geformt ist und der erste gesinterte Filter ein elliptischer Paraboloid ist.
Umhausung nach Anspruch 1, welches das Steuersystem umfasst, dass mit dem ersten Ventilator gekoppelt ist.
Umhausung nach Anspruch 1, welches das erste Rohr umfasst, dass mit der ersten Öffnung gekoppelt ist.
Umhausung nach Anspruch 1, welches weiterhin eine zweite Öffnung in einer zweiten Wand des Gehäuses aufweist.
Umhausung nach Anspruch 7, welche weiterhin ein zweites Rohr umfasst, das mit der zweiten Öffnung gekoppelt ist.
Umhausung nach Anspruch 7, welche weiterhin einen zweiten gesinterten Filter aufweist, der mit der zweiten Öffnung gekoppelt ist, wobei durch den zweiten gesinterten Filter gekühlte Luft von der Umgebung des Gehäuses in das Gehäuse eintritt.
Umhausung nach Anspruch 9, welches weiterhin eine zweite Filterhalterung aufweist, wobei der zweite gesinterte Filter außerhalb des Hohlraums in der zweiten Filterhalterung angeordnet ist, und wobei die zweite Filterhalterung verjüngt ist.
Umhausung nach Anspruch 9, wobei der zweite gesinterte Filter ein elliptisches Paraboloid ist.
Umhausung nach Anspruch 9, welche weiterhin einen zweiten Ventilator umfasst, der benachbart zum zweiten gesinterten Filter angeordnet ist, wobei der zweite Ventilator die gekühlte Luft von außerhalb des Gehäuses durch den zweiten gesinterten Filter in das Gehäuse bewegt.
Umhausung nach Anspruch 12, welches weiterhin ein Steuersystem umfasst, dass mit dem zweiten Ventilator gekoppelt ist.
Explosionssichere Umhausung, welche aufweist: ein Gehäuse mit einer Anzahl von einen Hohlraum formenden Wänden, einer ersten Öffnung in einer ersten Wand der Anzahl von Wänden, und einer zweiten Öffnung in einer zweiten Wand der Anzahl von Wänden, wobei das Gehäuse für die Verwendung in einem explosionsgefährdeten Bereich konfiguriert ist; ein erstes Luftbewegungssystem mit einem ersten gesinterten Filter gekoppelt mit einer ersten Filterhalterung und einem Ventilator angeordnet innerhalb des Gehäuses benachbart zum ersten gesinterten Filter, wobei die erste Filterhalterung einen Flansch aufweist, welche mit der ersten Öffnung gekoppelt ist, wobei der Ventilator in Zusammenwirkung mit dem ersten gesinterten Filter eine Druckdifferenz erzeugt zur Bewegung von erwärmter Luft aus dem Hohlraum durch den ersten gesinterten Filter in eine Umgebung des Gehäuses, und eine zylindrische Röhre mit der ersten Filterhalterung gekoppelt ist, wobei die zylindrische Röhre eine Krümmung aufweist, um Wasser an einem Eintritt in den Hohlraum zu hindern, wobei der erste gesinterte Filter den Hohlraum durch Durchtritt von erwärmter Luft zum Außenraum des Gehäuses kühlt und wobei der erste gesinterte Filter weiterhin in einer Explosion innerhalb des Gehäuses enthaltene Flamme aufhält.
Explosionssichere Umhausung nach Anspruch 14, wobei erste Wand und zweite Wand einander gegenüber liegen.
Umhausung nach Anspruch 14, wobei der erste Ventilator in dem ersten Luftbewegungssytem auf einer Seite weg von dem Gehäuse angeordnet ist.
Umhausung nach Anspruch 14, wobei die erste Filterhalterung mit dem Gehäuse um die erste Öffnung herum gekoppelt ist und der erste gesinterte Filter abgedichtet in der ersten Filterhalterung angeordnet ist, und wobei der erste gesinterte Filter innerhalb der ersten Filterhalterung und außerhalb des Hohlraums des Gehäuses angeordnet ist.
Umhausung nach Anspruch 14, wobei die zweite Öffnung eine Lüftung aufweist.
Umhausung nach Anspruch 14, wobei diese weiterhin ein zweites Luftbewegungssystem aufweist innerhalb der zweiten Öffnung, wobei das zweite Luftbewegungssystem gekühlte Luft von der Außenseite der Umhausung in den Hohlraum bewegt.
Umhausung nach Anspruch 19, wobei das zweite Luftbewegungssystem eine zweite Filterhalterung aufweist, die mit dem Gehäuse um die zweite Öffnung herum gekoppelt ist, und ein zweiter gesinterter Filter außerhalb des Hohlraums des Gehäuses und innerhalb der zweiten Filterhalterung angeordnet ist, wobei der zweite gesinterte Filter abgedichtet ist innerhalb der zweiten Filterhalterung und wobei die gekühlte Luft durch den zweiten gesinterten Filter von außerhalb des Gehäuses in den Hohlraum eintritt.
Umhausung nach Anspruch 14, welche weiterhin ein Heiz- oder Kühlelement umfasst.
Umhausung nach Anspruch 21, welche weiterhin ein Steuersystem aufweist gekoppelt mit wenigstens einem von Heiz- oder Kühlelement.
Explosionsgeschützte Umhausung mit aktiven Wärmeverwaltungsfähigkeiten, welche aufweist: ein Gehäuse mit einem Hohlraum, einer ersten Öffnung mit einem ersten Gewinde, und eine zweite Öffnung; ein gesintertes Filtersystem mit einem gesinterten Filter und einer Filterhalterung, wobei die Filterhalterung ein zweites Gewinde passend zum ersten Gewinde aufweist, wobei die Filterhalterung mit dem Gehäuse gekoppelt ist durch Verschrauben des ersten und zweiten Gewindes, wobei das gesinterte Filtersystem einen Durchtritt von erwärmter Luft durch dieses hindurch zwischen Hohlraum und Umgebung des Gehäuses ermöglicht; ein Luftbewegungssystem, das mit der zweiten Öffnung und mit dem Gehäuse abgedichtet ist, wobei das Luftbewegungssystem in Verbindung mit dem gesinterten Filter den Durchtritt von erwärmter Luft von dem Hohlraum durch den gesinterten Filter hindurch in die Umgebung ermöglicht; ein Steuersystem mit einem Sensor und einer Steuereinrichtung, wobei der Sensor eine Temperaturmesseinrichtung ist, und ein Heiz- oder Kühlelement gekoppelt mit der Steuereinrichtung und angeordnet innerhalb des Gehäuses, wobei das Heiz- oder Kühlelement durch die Steuereinrichtung betätigbar ist und wobei, der gesinterte Filter den Hohlraum durch Durchführen der erwärmten Luft zur Umgebung des Gehäuses kühlt, wobei weiterhin der gesinterte Filter eine in einer Explosion innerhalb des Gehäuses enthaltene Flamme aufhält, und wobei der gesinterte Filter hergestellt ist, durch Schmelzablagerungstechnik und berechnete Fluiddynamik zur Steuerung von Größe und Form von Kanälen innerhalb des gesinterten Filters, wobei Größe und Form der Kanäle eine Länge und eine Porosität für jeden Flammpfad ausweisen, der so ausgebildet ist, dass eine Flamme unterdrückt wird und gleichzeitig ein gewünschter Fluss von erwärmter Luft möglich ist.