JP2019530870A - フィールド交換可能な侵入保護されたセンサフィルタを有する気体センサモジュール - Google Patents

Abstract

気体検出装置（１００）は、気体を検出するように構成された気体センサモジュールと、フィルタアセンブリ（１０６）とを含む。気体センサモジュールは、気体センサハウジング（１０４）内部に配設された気体センサ（１０２）と、気体センサハウジング（１０４）に結合された回路（２０８）とを含む。回路（２０８）は、気体の示度を提供するように構成される。フィルタアセンブリ（１０６）は、気体センサハウジング（１０４）に結合され、気体センサ（１０２）を粒子から保護するように構成される。

Description

［発明の背景］
プロセス産業では、多くの場合安全システムの一部として、特定の気体の存在を検出するために気体センサを使用することが多い。このことは、多くの気体が人間の健康および／または環境に有害であり得るため重要である。工業用気体センサは、通常、プラントまたは制御室のプロセスエリア付近に、または保護されるべきエリアの付近に実装される。一般に、工業用気体センサは、固定位置に設置され、監視システムと通信する。

気体検出装置は、気体を検出するように構成された気体センサモジュールと、フィルタアセンブリとを含む。気体センサモジュールは、気体センサハウジング内部に配設された気体センサと、気体センサハウジングに結合された回路とを含む。回路は、気体の示度を提供するように構成される。フィルタアセンブリは、気体センサハウジングに結合され、気体センサを粒子から保護するように構成される。

本発明の一実施形態によるフィルタアセンブリに結合された気体センサモジュールの断面図である。 本発明の一実施形態による気体センサモジュールのブロック図である。 本発明の一実施形態によるフィールド交換可能なフィルタアセンブリの概略図である。 本発明の一実施形態による気体センサモジュールと整列されたフィルタアセンブリの概略図である。 本発明の一実施形態による気体センサモジュールと整列されたフィルタアセンブリの概略図である。 本発明の一実施形態によるフィルタアセンブリを気体センサモジュールに結合する動作を図示するフロー図である。

気体センサは、可燃性、引火性、および有毒な気体を検出するために使用され得る。気体センサは、赤外線ポイントセンサ、超音波センサ、電気化学気体センサ、および半導体センサを含み得る。正しく機能するために、気体センサは、湿気、塵埃、または他のタイプのごみによって障害されてはならない。障害を受けると、気体センサは気体を正確に検知できなくなるおそれがあり、時間が経つにつれ損傷を受け、最終的には交換に至る場合がある。

多くの場合、気体センサは、望ましくない粒子を遮蔽するためのバリアを使用して保護される。しかしながら、バリアを設置するために、数多くの異なるツールを必要とする既知のプロトコルを伴う。加えて、これらのプロトコルは、多くの場合、完了するために長い時間がかかり、正しく従わない場合、気体センサの破損につながるおそれがある。例えば、ねじ方法を使用してバリアを設置すると、設置中にシール機構に対する損傷が生じる場合がある。

従来のシステムとは対照的に、本明細書に記載された実施形態は、湿気およびごみから気体センサを保護しながら、気体センサへの気体の専用通過を可能にする交換可能な侵入保護（ＩＰ）等級評価されたフィルタアセンブリを提供する。侵入保護等級は、国際規格ＩＥＣ６０５２で定義されているように、電気的エンクロージャ内の固体物体（身体の部分を含む）、塵埃、偶発的な接触、および水の侵入に対して提供される保護の度合いを分類している。侵入保護等級評価の一例は、ＩＰ６６等級であり、これは規格に準拠して、接触や埃に対する完全な保護を保証し、その他に、規格に準拠して、指定された度合いまでの水分に対する保護を提供し、これは、水分が有害な量でエンクロージャに入らないようにする強力な噴射からの水分に抗する保護を含む。加えて、フィルタアセンブリが、侵入防止規格に準拠して湿気およびごみから気体センサを保護しながら、気体検知に関する規制時間応答基準（Ｔ２０、Ｔ５０、Ｔ９０）に準拠することを可能にする。フィルタアセンブリの設計もまた、ソフトウェアアクセラレータを使用することなく、これらの標準応答時間を満たす。

加えて、少なくともいくつかのプロセス設備は、高度に揮発性あるいは爆発性の環境を含み得るため、そのような環境で動作する装置には、本質的な安全要件を満たすことは、多くの場合有益であり、それどころか必要とさえされる。これらの要件は、準拠した電気機器が、故障状態下であっても発火源を生成しないことを保証する。本質的安全要件の一例は、１９９８年１０月にＦａｃｔｏｒｙ Ｍｕｔｕａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈから公布されたＡＰＰＲＯＶＡＬ ＳＴＡＮＤＡＲＤ ＩＮＴＲＩＮＳＩＣＡＬＬＹ ＳＡＦＥ ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ ＡＮＤ ＡＳＳＯＣＩＡＴＥＤ ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ ＦＯＲ ＵＳＥ ＩＮ ＣＬＡＳＳ Ｉ， ＩＩ ａｎｄ ＩＩＩ， ＤＩＶＩＳＩＯＮ ＮＵＭＢＥＲ １ ＨＡＺＡＲＤＯＵＳ （ＣＬＡＳＳＩＦＩＥＤ） ＬＯＣＡＴＩＯＮＳ， ＣＬＡＳＳ ＮＵＭＢＥＲ ３６１０に述べられている。

図１は、本発明の一実施形態によるフィルタアセンブリに結合された気体センサモジュールの断面図を示す。気体検出装置１００は、フィルタアセンブリ１０６に結合された気体センサモジュール（例えば、一般に、気体センサハウジング１０４内の気体センサ１０２）を含む。気体センサ１０２は、特定の環境に存在する可燃性、有毒性、および／または引火性の気体を検出するように構成され得る。フィルターアセンブリ１０６は、一実施形態では、ごみおよび湿気から気体センサ１０２を保護し、一方で気体センサ１０２が依然として業界標準の応答時間に従って正確な測定値を提供することが可能であるように構成される。

フィルタアセンブリ１０６は、一実施形態では、フィルタハウジング１１０を含む。一実施形態では、フィルタアセンブリ１０６および気体センサハウジング１０４を結合する際に、フィルタハウジング１１０は、気体センサハウジング１０４の下部を囲むように構成される。フィルタハウジング１１０は、気体センサ１０２が業界標準に従って正確な読み取り値を提供および維持することを可能にする一方で、ゴミおよび湿気からの保護を可能する任意の適切な設計を含み得る。

フィルタアセンブリ１０６はまた、ガスケット１１２およびフィルタエレメント１０８を含み得、各々が、フィルタアセンブリ１０６を気体センサハウジング１０４に結合する際に、気体センサハウジング１０４に抗して圧縮されるように構成される。一実施形態では、フィルタエレメント１０８は、フィルタアセンブリ１０６の中心またはその近くに配置され、ガスケット１１２の少なくとも一部が、フィルタエレメント１０８の上に置かれる。また、ガスケット１１２の一部は、フィルタエレメント１０８の上に配置されている。圧縮される際に、ガスケット１１２およびフィルタエレメント１０８は、一実施形態では、圧縮シールを作り出し、フィルタハウジング１１０と共に、気体センサ１０２に対してＩＰ６６定格の保護を提供する。フィルタエレメント１０８は、気体の専用通過を可能にするように構成された任意の透過性材料を含み得、それによって、気体センサ１０２が業界標準の応答時間に従って正確な測定値を提供することを可能にする。加えて、フィルタエレメント１０８はまた、気体の専用通過を可能にすると同時に、湿気が気体センサ１０２に達するのを抑制するように構成された疎水性の透過性材料を含んでもよい。ガスケット１１２は、湿気が気体センサ１０２に達するのを抑制するように構成された疎水性材料を含んでもよい。

図２は、本発明の一実施形態による気体センサモジュールの概略ブロック図である。潜在的に爆発性のある環境で安全性を保証することを助けるために、気体センサモジュール２００は、上記以外にも少なくとも１つの本質的安全性仕様に準拠することが好ましい。気体センサモジュール２００は、気体検出情報を制御システム、報知パネル、または任意の他の適切な装置に伝達するための送信機または他の適切な装置に結合可能な通信モジュール２０４を含む。この通信は、任意の好適なプロトコルに準拠する。通信モジュール２０４は、プロセッサ２０６に結合され、プロセッサ２０６は、いくつかの実施形態ではマイクロプロセッサであり得る。プロセッサ２０６は、測定回路２０８に結合され、測定回路２０８から得られた未処理センサ値の測定値に基づいて、気体を示す１つ以上のプロセス変数をプログラム的に計算することが可能である。測定回路２０８は、一実施形態では、センサ２１０によって生成された受信信号情報を受信するように構成され、必要に応じて１つ以上の好適なアナログ・デジタル変換器ならびに線形化回路および／または適切なフィルタを含み得る。

図３は、本発明の一実施形態によるフィールド交換可能なフィルタアセンブリの概略図である。フィルタアセンブリ３００は、一実施形態では、侵入保護規格に従って湿気およびごみから気体センサ（例えば、図１に示された気体センサ）を保護するように構成される。一実施形態では、フィルタアセンブリ３００は、湿気および／またはごみの通過を抑制すると同時に、外部環境から気体センサへの気体の専用通過が可能になるように構成される。一実施形態では、フィルタアセンブリ３００は、気体センサハウジング（例えば、図１に示される気体センサハウジング１０４）にツールなしで結合されるように構成される。フィルタアセンブリ３００は、一実施形態では、フィルタアセンブリ３００を気体センサハウジングに結合させるように構成されたラッチ機能３０２を有するフィルタハウジング３１０を含む。加えて、フィルタハウジング３１０は、フィルタアセンブリ３００を気体センサハウジングに結合する前に、フィルタアセンブリ３００を気体センサハウジングと位置合わせするように構成された位置合わせ機構３０６を含み得る。

フィルタアセンブリ３００は、フィルタアセンブリ３００の中心に、または中心付近に配置されたフィルタエレメント３０８を含み得る。フィルタアセンブリ３００はまた、ガスケット３１２を含み得、それによって、ガスケット３１２の少なくとも一部が、フィルタエレメント３０８の上に置かれるようにされる。一実施形態では、フィルタエレメント３０８は、気体の通過を可能にするように構成された透過性材料を含む。一実施形態では、フィルタエレメント３０８は、疎水性の透過性材料を含む。一実施形態では、ラッチ機能３０２を使用してフィルタアセンブリ３００を気体センサハウジングに結合する際に、フィルタエレメント３０８およびガスケット３１２が圧縮され、フィルタハウジング３１０と気体センサハウジングとの間にシールが作り出される。一実施形態では、この圧縮は、フィルタアセンブリ３００が気体センサハウジングに結合されている限り、ＩＰ６６に準拠したシールを提供し、一方で依然として、気体センサが既知の業界標準に準拠して応答することを可能にする。

一実施形態では、ラッチ機能体３０２は、逆「Ｕ」字型の本体部３１４および突起３０４を含み得る。突起３０４は、一実施形態では、気体センサハウジングの受容部によって受容され、受容される際に、フィルタアセンブリ３００を気体センサハウジングに結合するように構成される。例示的に示されるように、フィルタアセンブリ３００は、概して参照番号３０２によって表される３つのラッチ機能を含むが、他の実施形態では、任意の好適な数のラッチ機能が使用されてもよいことが明確に企図される。

一実施形態では、ラッチ機能３０２は、フィルタアセンブリ３００と気体センサハウジングとをツールなしで結合することを可能にする。例えば、限定されないが、挿入力を付与する際に、ラッチ機能３０２は、気体センサハウジング上の受容部にラッチし得、その中で、あらゆるツールなしにフィルタセンサー３００を気体センサハウジングに固定する。一実施形態では、フィルタアセンブリ３００は、その後ラッチ機能３０２を圧縮し、気体センサハウジングからフィルタアセンブリ３００を引き抜くことにより、気体センサハウジングから手動で取り外すことができる。

１つ以上のラッチ機能３０２を使用してフィルタアセンブリ３００を気体センサハウジング３００に結合する前に、位置合わせ機構３０６は、１つ以上のラッチ機能３０２が正しい向きになるようにフィルタアセンブリ３００を配向し得る。一実施形態では、これにより、フィルタアセンブリ３００が、気体センサおよび／または気体センサハウジングを損傷するリスクなしに設置され得ることが保証される。一実施形態では、位置合わせ機構３０６は、フィルタハウジング３１０の側壁内部の溝を含み、気体センサハウジング上の対応する位置合わせ部と位置合わせして、それを軸方向に受容するように構成される。一実施形態では、位置合わせ機構３０６と対応する位置合わせ部との間の位置合わせは、フィルタアセンブリ３００が、正しい回転方向にあるときに気体センサハウジングに結合されることを保証する。一実施形態では、正しい回転方向は、気体センサハウジングとフィルタアセンブリ３００とが互いに対して正しく配向されている場合である。一実施形態では、対応する位置合わせ部は、位置合わせ機構３０６によって軸方向に受容される軸方向隆起部を含み得る。しかしながら、他の実施形態では、位置合わせ機構３０６は、気体センサハウス上の対応する位置合わせ部に位置合わせされるように構成された任意の他の識別マーク、溝、または突起を含んでもよい。

他の実施形態では、特定の位置合わせ機構３０６は、特定のタイプのフィルタアセンブリ３００に固有のものであってもよい。例えば、限定されないが、これは、フィルタアセンブリ３００が、気体センサの特定のタイプとともに使用されるように構成されていることを示す固有の位置合わせ機構を有するフィルタアセンブリ３００を含み得る。例えば、限定しないが、フィルタアセンブリ３００は、フィルタアセンブリ３００が炭化水素センサとともに使用されるように構成されているか、またはフィルタアセンブリ３００が非炭化水素センサとともに使用されるように構成されているたことを示す固有の位置合わせ機構３０６を有してもよい。一実施形態では、これは、フィルタアセンブリ３００が適切な対応する気体センサとともにのみ使用されることを保証する。

図４Ａ及び図４Ｂは、本発明の一実施形態による、気体センサモジュールと位置合わせされたフィルタアセンブリの概略図である。

図４Ａは、気体センサモジュール４０８と位置合わせされたフィルタアセンブリ４００を示す。一実施形態では、気体センサモジュール４０８は、気体センサハウジング４１２内部に気体センサ（図示せず）を含む。一実施形態では、フィルタアセンブリ４００は、図４Ａ〜４Ｂに例示的に示されるように、直線挿入動作を使用して気体センサハウジング４１２に結合され、それによって、（通常は従来のねじ式設計で発生する）気体センサまたは気体センサハウジング４１２へのあらゆる潜在的な損傷が軽減されるようにされる。この直線挿入操作は、一実施形態では、フィルタハウジング４１０の位置合わせ機構４０６を、気体センサハウジング４１２上の対応する位置合わせ部４１８に位置合わせすることと、矢印４２０で概ね示された方向に挿入力を付与し、それによって、フィルタアセンブリ４００のラッチ機能４０２が、受容部４１６にラッチされるようにすることとを含む。例えば、図４Ａは、位置合わせ機構４０６を対応する位置合わせ部４１８と位置合わせすることを示し、図４Ｂは、挿入力が付与された後の気体センサハウジング４１２に結合されたフィルタアセンブリ４００を示す。本明細書で使用される場合、直線挿入操作は、２つの構成要素が動作中に互いに対して回転しないことを意味することが意図されている。これは、圧縮シールを損傷する可能性がある回転を防ぐため、有利である。

一実施形態では、ラッチ機能体４０２は、突起４０４を有する逆「Ｕ」字形の本体４１４を含む。突起４０４は、一実施形態では、矢印４２０によって概ね示される方向にむかって挿入力を付与する際に、気体センサモジュール４０８の受容部４１６をそれぞれ受容するように構成される。一実施形態では、位置合わせ機構４０６は、対応する位置合わせ部４１８と接触するように構成された溝である。一実施形態では、対応する位置合わせ部４１８は、軸方向隆起を含む。一実施形態では、フィルタセンブリ４００は、直線状挿入動作を使用して、気体センサハウジング４１２にツールなしに結合される。

図４Ｂは、フィルタアセンブリ４００が結合された気体センサモジュール４０８となるように、フィルタアセンブリ４００に挿入力４２０が付与された後の気体検出装置を示す。図示されているように、ラッチ機能４０２の突起４０４は、それぞれ気体センサハウジング４１２の受容部分４１６によって受容される。加えて、気体センサモジュール４０８の対応する位置合わせ部４１８は、フィルターアセンブリ４００の位置合わせ機構４０６によって受容される。一実施形態では、フィルタアセンブリ４００は、手動で、ツールの使用なしに、ラッチ機能４０２を圧縮し、続いて気体センサモジュール４０８からフィルタアセンブリを引き抜くことによって気体センサモジュール４０８から取り外され得る。

図５は、本発明の一実施形態による、フィルタアセンブリを気体センサモジュールに設置するフロー図である。方法５００は、ツールを要するか、または気体センサモジュールの損傷につながり得るフィルタの一部を通す必要なしに、フィルタアセンブリを設置することに有用である。方法５００はブロック５０２で始まり、ここでユーザは、フィルタアセンブリの位置合わせ機構を気体センサモジュール上の対応する位置合わせ部と位置合わせする。方法５００は、ユーザによって実行されてもよいが、他の実施形態では、方法５００が製造中に自動的に実行されることもまた明白に意図される。一実施形態では、ブロック５０４に示すように、位置合わせ機構は、気体センサモジュール上の対応する位置合わせ部を受容するように構成された溝を含む。一実施形態では、溝は、対応する位置合わせ部専用であり、フィルターアセンブリは、位置合わせ機構を対応する位置合わせ部に位置合わせした後に、気体センサモジュールにのみ結合される。一実施形態では、これは、挿入力を付与する前に、フィルタアセンブリが正しい回転方向にあることを保証する。一実施形態では、ブロック５０６に示されるように、位置合わせ機構は、視覚的インジケータを含む。一実施形態では、視覚的インジケータは、フィルタアセンブリ上の色または模様を含んでもよい。

ブロック５１０で、ユーザは、フィルタアセンブリの位置合わせ機構が、気体センサモジュール上の対応する位置合わせ部と位置合わせされていると判定する。一実施形態では、ブロック５１２に示されるように、判定は視覚的示度を含み得る。視覚的示度は、例えば、位置合わせ機構が気体センサモジュール上の対応する位置合わせ部と位置合わせされたときに形成する作動光またはパターンを含み得る。別の実施形態では、ブロック５１４に示されるように、判定は、回転停止点を含み得る。フィルタアセンブリが気体センサモジュールを基準として回転するにしたがって、いったん位置合わせ機構と対応する位置合わせ部とが位置合わせされると、回転停止点は、フィルタアセンブリの回転移動を停止させ得る。加えて、他の実施形態では、他の検出機構が想定される。

ブロック５２０において、ユーザは、フィルタアセンブリが気体センサモジュールに結合されるように、フィルタアセンブリに挿入力を付与する。一実施形態では、ブロック５２２に示すように、フィルタアセンブリのラッチ機能が気体センサモジュールの気体センサハウジングにラッチするまで、フィルタアセンブリに挿入力が付与される。一実施形態では、フィルタアセンブリは、ラッチ機能を気体センサハウジングに機械的にラッチすると、気体センサモジュールに確実に固定される。別の実施形態では、フィルタアセンブリが気体センサモジュール結合されると、ブロック５２４に示されるように、フィルタアセンブリの位置合わせ機構は、気体センサモジュールの対応する位置合わせ部を受容する。一実施形態では、ブロック５２６に示されるように、フィルタアセンブリの気体センサモジュールへの挿入は、あらゆるツールなしに行われる。一実施形態では、ブロック５２８に示されるように、本明細書で論じた方法に従ってフィルタアセンブリを気体センサモジュールに挿入することによって、気体センサに損傷を与えないことが保証される。

したがって、方法５００は、ユーザが、著しい時間または多種多様なツールを必要とする特定のプロトコルに従う必要なしに、フィルタアセンブリを設置することを可能にする。

Claims (22)

1. 気体を検出するように構成された気体センサモジュールであって、
   気体センサハウジング内部に配設された気体センサと、
   前記気体センサハウジングに結合された回路であって、前記気体の示度を提供するように構成された回路と、を備える、気体センサモジュールと、
   直線的な挿入動作を介して前記気体センサハウジングに封止結合され、前記気体センサを粒子から保護するように構成されたフィルタアセンブリと、を備える気体検出装置。
2. 前記フィルタアセンブリが、前記気体センサハウジング上の対応する位置合わせ部と位置合わせされるように構成された位置合わせ機構を備える、請求項１に記載の気体検出装置。
3. 前記位置合わせ機構が、前記フィルタアセンブリ上において、前記気体センサハウジング上の前記対応する位置合わせ部を受容するように構成された溝である、請求項２に記載の気体検出装置。
4. 前記フィルタアセンブリが、前記気体センサハウジングにツールなしで結合されるように構成される、請求項１に記載の気体検出装置。
5. 前記気体検出装置が、本質的に安全である、請求項１に記載の気体検出装置。
6. 前記フィルタアセンブリが、ガスケットと、前記フィルタアセンブリを前記気体センサハウジングに結合したときに圧縮シールを作り出し、前記気体の専用通過を可能にするように構成されたフィルタエレメントとをさらに備える、請求項１に記載の気体検出装置。
7. 前記フィルタエレメントが、疎水性である、請求項６に記載の気体検出装置。
8. 前記圧縮シールが、侵入保護等級評価されたシールである、請求項６に記載の気体検出装置。
9. 前記フィルタアセンブリが、前記気体センサハウジングに結合するように構成された少なくとも１つのラッチ機能をさらに備える、請求項１に記載の気体検出装置。
10. 前記気体センサが、１つのタイプを有し、前記フィルタアセンブリが、前記気体センサのタイプに対応する位置合わせ機構を有する、請求項１に記載の気体検出装置。
11. 気体センサハウジングと、
    前記センサハウジング内部に配設された気体センサと、
    気体センサハウジングに着脱可能に結合されるように構成されたフィルタアセンブリと、を備え、
    前記フィルタアセンブリが、前記気体センサハウジングにツールなしで結合される、気体検出装置。
12. 前記フィルタアセンブリが、前記センサハウジングに係合するように構成された複数のラッチ機能を含む、請求項１１に記載の気体検出装置。
13. 前記フィルタアセンブリが、前記気体センサハウジングから手動で取り外し可能である、請求項１２に記載の気体検出装置。
14. 前記フィルタアセンブリが、前記気体センサハウジングの対応する位置合わせ部と協働するように構成され、それによって、前記フィルタアセンブリが、単一の回転構成で前記センサハウジングのみに結合され得るようにされる位置合わせ機構を含む、請求項１１に記載の気体検出装置。
15. 前記フィルタアセンブリが、直線的な挿入動作で前記センサハウジングに結合される、請求項１１に記載の気体検出装置。
16. 前記フィルタアセンブリが、気体に対して透過性のフィルタエレメントを備える、請求項１１に記載の気体検出装置。
17. 前記フィルタエレメントが、疎水性である、請求項１６に記載の気体検出装置。
18. 前記フィルタアセンブリが、前記フィルタアセンブリを前記気体センサハウジングに結合したときに圧縮されるように構成されたガスケットをさらに備える、請求項１１に記載の気体検出装置。
19. フィルタアセンブリの位置合わせ機構を、気体センサモジュールの対応する位置合わせ部と位置合わせするステップと、
    前記フィルタアセンブリの前記位置合わせ機構が、前記気体センサハウジング上の前記対応する位置合わせ部と位置合わせされたことを判定するステップと、
    前記フィルタアセンブリが前記気体センサハウジング上の受容部に係合するように、前記フィルタアセンブリに挿入力を付与するステップと、を含み、
    前記挿入力を付与するステップが、いかなるツールもなしに前記フィルタアセンブリを前記気体センサハウジングに結合する、フィルタアセンブリを設置する方法。
20. 判定するステップが、視覚示度を検出するステップを含む、請求項１９に記載の方法。
21. 前記視覚示度が、前記位置合わせ機構が前記ハウジング装置の前記対応する位置合わせ部と位置合わせされたときに形成するパターンである、請求項２０に記載の方法。
22. 判定するステップが、回転停止を検出することを含む、請求項１９に記載の方法。

Images