JP3618696B2 - Explosion-proof container cooling device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、火花放電の可能性がある電気装置を内部に配置して、その内部爆発性雰囲気に印加して爆発しても火炎を容器外に逸走させない耐圧防爆容器に関し、更に詳細には、耐圧防爆容器内では電気装置の発熱により内部雰囲気は高温になり、他方外部空間は空調などにより比較的低温に保持されるから、この温度差を利用して冷媒を内部空間と外部空間に循環させて、内部空間の熱を吸熱して外部空間に放出し、内部空間を冷却させる耐圧防爆容器の冷却装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、可燃性ガスや引火性液体を使用する事業所では、雰囲気が爆発性を有するために装置の取扱に注意しなければならない。特に、爆発性雰囲気の中で使用される電気装置に関しては、電気装置が作動中に火花を発生する可能性があり、この火花により爆発性雰囲気が引火爆発すると作業場所や周囲に居る人間や設備に多大な被害や損害を生起する危険性がある。
【0003】
そこで、爆発性雰囲気の中で使用される電気装置については、防爆措置を施すことが義務付けられている。例えば、労働安全衛生法では、防爆検定を取得しなければ、防爆機器として譲渡したり、貸与したり、設置したりしてはならないと決められている。
【0004】
また、労働安全衛生規則では、爆発の危険のある濃度に達するおそれのある場所において電気装置を使用するときは、防爆性能を有する防爆構造電気装置でなければ使用してはならない、と定めている。例えば、パソコンを爆発性雰囲気において使用する場合も、パソコンを防爆化することが必要とされる。
【0005】
個々の電気装置の防爆構造に関しては、工場電気設備防爆指針に細かく規定されており、この指針の各条項を満足するように電気装置の全体及び細部の構造を設計することが要求されている。
【0006】
例えば、電気モーターの防爆構造を例示して説明すると、正常運転でも電気火花を生じる部分、例えばスリップリング、整流子、始動接点を防爆化しなければならず、許容拘束時間を5秒以上にし、固定子と回転子の間のエアギャップの大きさも所定値以下に設計される等、構造や機能が細かく規定されている。しかし、これらの条件を満足する防爆電気モーターを作るとなると、通常の電気モーターの数倍から数十倍の費用が掛かってしまう。このような防爆化による高価格化は他の電気装置においても同様である。
【0007】
そこで、本発明者は、個々の電気装置を防爆化する替わりに、電気火花を発生する危険性のある電気装置又は電気装置群を1個の耐圧防爆容器の中に集積し、防爆容器内部で発生した火花により容器内部の爆発性ガスが爆発しても、火炎が外部に漏出(逸走)しない構造の冷凍冷蔵庫を完成し、この発明を特許第2994350号として公開するに到った。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
確かに、頑丈な耐圧防爆容器の中に電気装置群を集積すれば、個々の電気装置を防爆化しなくて済む利点はある。しかし、電気装置は電気発熱体でもあるから、電気装置や電気装置群を耐圧防爆容器内に密封しておくと、耐圧防爆容器の内部温度はどんどん高温化する。この高温化は耐圧防爆容器を加熱し、これに接触する外部爆発性雰囲気を発火爆発させる危険性を有する。
【0009】
そこで、爆発性ガスの発火温度に応じて、耐圧防爆容器の外表面の温度上昇限度が工場電気設備防爆指針に定められている。取り扱われる爆発性ガスの発火度をG1〜G6の6段階に分類し、各発火度に対して温度上昇限度が表1のように決められている。
【0010】
【0011】
耐圧防爆容器の外表面の温度上昇限度が表1のように定められているから、温度上昇を抑制するために耐圧防爆容器の内部を冷却する必要がある。従来の冷却方法のうち最も簡単なものは、別段の措置を講じることなく、耐圧防爆容器の表面から自然熱放散させるものである。容器の表面積を考慮してその熱放散による熱平衡温度を温度上昇限度以下に設計すればよい。しかし、自然熱放散は熱輻射や大気への熱伝導のメカニズムに依存し、電気装置群の発熱量が増大すると対応できない。耐圧防爆容器に放熱フィンを取り付ける場合もあるが、冷却能力とコストの点から不十分である。
【0012】
冷却効率の高い方法は、耐圧防爆容器の外表面に水冷パイプを巻回して強制水冷する方法である。この方法は冷却効率が高いが、水冷パイプの容器への取付構造が複雑になり、また水流駆動用の電動ポンプを外部の爆発性雰囲気の中で運転しなければならないという問題がある。水冷方式に替えて耐圧防爆容器を強制空冷する場合でも同様の問題が発生する。
【0013】
従がって、本発明に係る耐圧防爆容器の冷却装置は、耐圧防爆容器の内外の温度差だけを駆動源として用いることにより、耐圧防爆容器の内部を継続的に冷却でき、しかも爆発性雰囲気内において使用しても全く爆発を誘導しない冷却手段を提供する事を目的とする。また、このような冷却装置を開発する事により、発熱電気装置として例えばパソコンを例示すれば、このパソコンをガラス板を有した耐圧防爆容器内に配置して、爆発性雰囲気の中でパソコン操作を継続的に可能とする耐圧防爆容器を提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明は、中央に貫通孔22aを有する長さ寸法が25mm以上の2の環状突起22を上方部の壁面に突設した耐圧防爆容器2と、当該耐圧防爆容器2の内部空間の下方部に配設固定した電気装置4と、前記電気装置4の上方部に位置して耐圧防爆容器2の内部空間内に冷媒出口を冷媒入口よりも上方に位置せしめて配設固定され、冷媒液体の吸熱蒸発により耐熱防爆容器2の内部空間を冷却する蒸発器6と、挿入部26と蓋部28とから形成され、前記貫通孔22a内へ0.2mm以下の間隙Gをもって挿入部26が耐圧防爆容器2の内部から挿入されると共に蓋部28の外周側の内面23が環状突起22の端面23へ密着され、且つ中央部に挿入孔24aが形成された連結部材24と、空調により耐圧防爆容器2の内部温度より低温度に保持された外部空間内に位置して耐圧防爆容器2の上方に配設され、放熱により冷媒ガスを凝縮させる凝縮器8と、前記一方の連結部材24の挿入孔24a内へ挿通せしめてこれに気密状に溶接されると共に耐圧防爆容器2の内部空間側の端部が前記蒸発器6の冷媒入口側へ、また耐圧防爆容器2の外方側の端部が凝縮器8の冷媒出口側へ夫々連結された冷媒導入管20と、前記他方の連結部材24の挿入管24a内へ挿通せしめてこれに気密状に溶接されると共に、耐圧防爆容器2の内部空間側の端部が前記蒸発器6の冷媒出口側へ、また、耐圧防爆容器2の外方側の端部が凝縮器8の冷媒入口側へ夫々連結された冷媒導出管12と、前記凝縮器8の上部に配設され、凝縮器8で熱交換をした外部爆発性雰囲気をその内部を通して上方へ排出することにより、外部爆発性雰囲気を循環させる凝縮塔8bとから構成したことを発明の基本構成とするものである。
【0015】
請求項2の発明は、中央に貫通孔22aを有する長さ寸法が25mm以上の2の環状突起22を下方部の壁面に突設した耐圧防爆容器2と、当該耐圧防爆容器2の内部空間の中方部に配設固定した電気装置4と、前記電気装置4の下方部に位置して耐圧防爆容器2の内部空間内に冷媒出口を冷媒入口よりも上方に位置せしめて配設固定され、冷媒液体の吸熱蒸発により耐熱防爆容器2の内部空間を冷却する蒸発器6と、挿入部26と蓋部28とから形成され、前記貫通孔22a内へ0.2mm以下の間隙Gをもって挿入部26が耐圧防爆容器2の内部から挿入されると共に蓋部28の外周側の内面23が環状突起22の端面23へ密着され、且つ中央部に挿入孔24aが形成された連結部材24と、空調により耐圧防爆容器2の内部温度より低温度に保持された外部空間内に位置して耐圧防爆容器2の上方に配設され、放熱により冷媒ガスを凝縮させる凝縮器8と、前記一方の連結部材24の挿入孔24a内へ挿通せしめてこれに気密状に溶接されると共に耐圧防爆容器2の内部空間側の端部が前記蒸発器6の冷媒入口側へ、また耐圧防爆容器2の外方側の端部が凝縮器8の冷媒出口側へ夫々連結された冷媒導入管20と、前記他方の連結部材24の挿入管24a内へ挿通せしめてこれに気密状に溶接されると共に、耐圧防爆容器2の内部空間側の端部が前記蒸発器6の冷媒出口側へ、また、耐圧防爆容器2の外方側の端部が凝縮器8の冷媒入口側へ夫々連結された冷媒導出管12と、前記耐圧防爆容器6の内部に設けた蒸発器6の下方に設けた内部ファン40と、前記耐圧防爆容器6の内部に設けたモータにより駆動され、凝縮器8へ送風をする外部ファン41とから構成したことを発明の基本構成とするものである。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る耐圧防爆容器の冷却装置の実施形態を図面に従がって詳細に説明する。
【0021】
図1は、耐圧防爆容器の冷却装置の実施形態の概略断面図である。耐圧防爆容器2は爆発性雰囲気Aの中に配置されているため、耐圧防爆容器2の内部も侵入した爆発性雰囲気Bによって充満されている。
【0022】
耐圧防爆容器2の中には火花を発生する可能性のある電気装置4が配置されており、電気装置4が発した火花放電で内部爆発性雰囲気Bが爆発したとしても、爆発による火炎は耐圧防爆容器2により遮断されるために、外部爆発性雰囲気Aの誘爆は阻止されている。
【0023】
電気装置4は運転により絶えず熱エネルギーを発生するから、耐圧防爆容器2の内部には熱が溜まり、その結果、内部の温度は高温度TBに保持される。電気装置4の消費電力が大きくなったり、複数の電気装置4が集積されると、その高温度TBも当然上昇する。これに対し、外部爆発性雰囲気Aは安全を期するために空調により低温度TAに保持される。
【0024】
このように、一般的にTB>TAの関係は成立しているが、空調条件や電気装置の消費電力、また取り扱う爆発性気体の種類に応じて、TA・TBの具体的な値は多少変動する。
【0025】
本発明の冷却装置は、高温度TBと低温度TAの温度差を駆動力としている。即ち、耐圧防爆容器2の中には蒸発器6が配置され、この蒸発器6の中で高温度TBにより冷媒が液体から気体へと蒸発し、この吸熱蒸発を通して内部が冷却される。
【0026】
耐圧防爆容器2の外部には凝縮器8が配置されており、外部低温度TAにより冷媒が気体から液体へと凝縮され、この凝縮過程で熱は外部爆発性雰囲気Aに放出され、この熱は空調作用により更に外部へと放出される。
【0027】
蒸発器6には蒸発管10が包含されており、この蒸発管10は導出管12及び導出バルブ14を介して凝縮管16に連続している。凝縮管16は凝縮器8の中を通り、導入バルブ18及び導入管20を介して蒸発管10に連続している。
【0028】
図1には、蒸発器6の中における蒸発管10の配管構造や、凝縮器8の中における凝縮管16の配管構造は具体的に表していない。これらの配管構造は公知の構造から種々に選択できる。
【0029】
導入管12と耐圧防爆容器2の挿通構造は、環状突起22と連結部材24によって構成される。つまり、耐圧防爆容器2に貫通孔22aを有した環状突起22を形成し、この貫通孔22aの中に挿通孔24aを有した連結部材24を嵌着する。前記導出管12はこの挿通孔24aの中に挿入されている。
【0030】
導入管20と耐圧防爆容器2の挿通構造は、前述した導入管12と耐圧防爆容器2の挿通構造と同様である。蒸発管10、導出管12、導出バルブ14、凝縮管16、導入バルブ18及び導入管20は液密状に連続配管され、この配管内に冷媒Fが充填されている。
【0031】
冷媒Fとしては公知のガスを使用できる。冷媒Fは、低温度TAでは液体であり、高温度TBで気体になるガスであればよい。換言すれば、TA<沸点<TBの条件が成立すればよいが、沸点は封入圧力に依存する。従がって、低温度TAと高温度TBが決った段階で、上記の沸点条件を満足するように、使用するガスの封入圧力が決められる。
【0032】
一般的な作業現場では、低温度はTA=15℃〜30℃、高温度はTB=35℃〜50℃であることが多い。ガスの安全性や1気圧での標準沸点の観点から、冷媒としてフロンや代替フロンが用いられることが多い。しかし、条件が合致する限り、フロン以外のガスも使用できる。
【0033】
フロンとしては、CFC−11、CFC−12、CFC−13、CFC−113、CFC−114、CFC−115、HCFC−22、HCFC−123、HCFC−124、HCFC−225aa、HCFC−141b、HCFC−142b、HCFC−401、HCFC−408A、HCFC−409Aなどが利用される。しかし、オゾン層を破壊するものとして禁止されているフロンや将来禁止される虞のあるフロンは使用しない方が望ましい。
【0034】
代替フロンとしては、HFC−23、HFC−32、HFC−125、HFC−134a、HFC−143a、HFC−152a、HFC−227ea、HFC−245ca、HFC−404A、HFC−407A、HFC−410A、HFC−507A、TS−012などが利用できる。
【0035】
その他の冷媒、例えば、He、H2、Ne、N2、Ar、O2、CF4、N2O、CF3CF3、CO2、CF2CF2、CH3CHCH2、CH3CH2CH3、CF3CF2CF3、NH3、CF3CF2OCH3、CH(CH3)3、SO2、C4F8、CH3CH2CH2CH3、CF3CF2OCH3、H2O等も条件が合致する範囲において使用する事ができる。
【0036】
蒸発器6では冷媒Fが蒸発して矢印b方向に上昇し、導出管12を矢印c方向に移動する。更に、冷媒Fは凝縮器8を矢印d方向に下降し、導入管20を矢印a方向に移動して、以後循環を繰り返す。
【0037】
外部低温度TAと内部高温度TBの温度差が大きいほど、冷媒Fの循環率は大きくなる。つまり、蒸発器6で冷媒Fが蒸発する場合、液体中に微小気泡が生成して沸騰し、この微小気泡に作用する浮力の大きさにガスの循環速度が依存し、前記温度差が大きいほど循環速度が大きくなる。例えば、平均的にTA=25℃、TB=45℃であれば十分に冷媒の循環が継続するが、温度条件がこれらの値に限定されない事は前述したとおりである。
【0038】
図1では、蒸発器6と蒸発管10を傾斜させた場合を示しているが、直立させてもよい。また、傾斜させる場合には傾斜角度も自在に設定する事ができる。蒸発管10を傾斜させると冷媒の循環が効率的になる。蒸発器6は吸熱構造をとり、凝縮器8は放熱構造をとるように設計される。
【0039】
図2は蒸発器と凝縮器を具体化した実施形態の概略断面図である。蒸発器6は傾斜蒸発管10aの周りに多数の吸熱用フィン11を積層して形成されている。この吸熱用フィン11により熱を吸収して、冷媒Fを強力に気化させて冷却作用を発揮させている。勿論、蒸発管10を繰り返し蛇行させたジグザグ蒸発管に成形しても構わない。
【0040】
凝縮器8の中では、放熱を効率化させるために、凝縮管16はジグザグ状に配置されたジグザグ凝縮管16aとなっている。このジグザグ行路の中で、効率的な放熱が生起して気体が液体へと凝縮する。放熱効率を向上させるために、他の公知の構造を採用する事もできる。
【0041】
図3は図1の部分拡大図であり、導入管12及び導出管20と耐圧防爆容器2との連結状態が示されている。連結部材24は長さLの挿入部26と蓋部28から構成され、蓋部28の直径は環状突起22の外径と同一に形成されている。つまり、蓋部28は環状突起22の上端面23に当接され、接触面は上端接合部32を形成して、連結部材24を環状突起22に圧入している。
【0042】
内部爆発が生じた場合には、蓋部28は内部の爆圧により上端面23側に圧接され、上端接合部32は密着によって隙間がなくなり、この上端接合部32を通って火炎が外部に逸走することはない。
【0043】
火炎の逸走を遮断するには、連結部材24が貫通孔22aに隙間無く嵌着されることが望ましい。しかし、実際には寸法上のクリアランスがあるため、挿入部26の外周には微小な環状の隙間Gが形成されることが多い。この隙間Gを通した火炎の逸走を遮断するためには、隙間Gは次のように法令が規定する寸法サイズに形成される必要がある。
【0044】
隙間Gが隙間厚D及び隙間長さLを有するとすると、隙間厚Dが0.2mm以下に、隙間長さLが25mm以上に設計されると、この隙間Gを通じて内部爆発の火炎が外部に逸走しないことが実験的に裏付けられており、この隙間のサイズは同時に法定されている。
【0045】
もちろん、隙間厚Dがゼロに近いほど火炎遮断機能は高くなるが、実際には隙間厚Dをゼロにする加工は困難であり、隙間厚Dが0.2mm以下になるような精度で連結部材20が研削加工され、火炎逸走の遮断が図られる。
【0046】
上述したように、上端接合部32は単に圧入しただけで溶接やネジ締め等の部材固定を行なっていない。部材固定しなくても火炎逸走が生じないためであり、また連結部材の圧入だけの方が組立てが簡単である。しかし、溶接やネジ締めなどの手段を排するわけではなく、必要に応じて付加的に施す事も可能である。
【0047】
連結部材24の挿通孔24aには導入管12又は導出管20が挿入され、蓋部28と導入管12又は導出管20との円周状の接触部には管部溶接部30が形成される。この管部溶接部30により連結部材24と導入管12又は導出管20とは一体化される。
【0048】
管部溶接部30が円周状に隙間を完全に遮蔽すると、この隙間を通じた火炎逸走は生じない。管部溶接部30の円周距離は短いから、通常は管部溶接部30により隙間を完全に遮断することが行なわれる。
【0049】
管部溶接部30に加えて、導入管12又は導出管20を挿通孔24aに密着状に挿通することが望ましい。密着しておれば火炎の逸走はないからである。密着が加工精度から困難である場合には、前述と同様の寸法精度を有した微小な隙間が導入管12又は導出管20と挿通孔24aとの接触面に形成される。つまり、この隙間は0.2mm以下の厚みと25mm以上の長さを有するように設計されることにより、この隙間を通しての火炎逸走は遮断できる。
【0050】
図4は本発明に係る耐圧防爆容器の冷却装置における冷媒動作の説明図である。この図では、蒸発管10及び凝縮管16の構造は簡略化して示されている。即ち、蒸発管10、導出管12、凝縮管16及び導入管20が連結されて四角状の配管状態で配置されている。
【0051】
冷媒Fは配管の下部では冷媒液体FLとして存在し、配管の上部では冷媒ガスFGとして存在している。耐圧防爆容器2の中では、内部高温度TBにより冷媒液体FLは微細な気泡34を発生しながら沸騰する。この沸騰過程で、耐圧防爆容器2の内部から熱を吸収し、内部を冷却する。また、この沸騰浮力により冷媒ガスFGは上昇力を得て矢印b方向に移動する。
【0052】
この冷媒ガスFGの上昇力は循環力となり、矢印c方向に移動して冷媒ガスFGは外部低温度TAと接触するようになる。更に、矢印d方向に下降する中で、冷媒ガスFGは熱を放出して凝縮、即ち液化される。冷媒ガスFGは冷媒液体FLへと液化された後、この冷媒液体FLは矢印a方向へと移動する。
【0053】
冷媒Fはこの循環を繰り返しながら、耐圧防爆容器2の内部を冷却し、外部に放出された熱量は容器外の空調作用により更に外部へと運ばれる。このようにして、本発明装置により耐圧防爆容器2の内部が内外の温度差だけを駆動力として冷却される。従って、この冷却装置は電気的動力を全く使用しないので火花が発生する事は無く、爆発性気体の雰囲気内で使用しても極めて安全である。
【0054】
図5はパソコン用の耐圧防爆容器の冷却装置の概略構成図である。この装置は前述してきた冷却装置をパソコン用に具体的に適用したものである。耐圧防爆容器2の中には、電気装置4としてパソコン装置一式、即ちディスプレイ4a及びパソコン本体4bが配置されている。これらのパソコン装置は電気火花を発する危険性を有しているため耐圧防爆容器2の中に配置される。
【0055】
他方、キーボード4cは外部爆発性雰囲気Aの中に配置されている。キーボードは一般に火花を発する危険性がないと云われているので、この実施例ではキーボードに対する防爆化は考慮されていない。耐圧防爆容器2にはガラス窓が設けられており、耐圧防爆容器2の中のディスプレイ4aを見ながらキーボード操作が行なわれる。
【0056】
蒸発器6には上面に蒸発塔6bが形成されており、蒸発器6の全体は耐圧防爆容器2の上方に配置されている。パソコン装置の排熱により内部爆発性雰囲気Bは矢印e方向へと上昇し、この高温雰囲気を多数の吸熱用フィン11と接触させて、冷媒Fを吸熱蒸発させる。一方、高温雰囲気は熱交換後にやや低温化し、矢印f方向へと降下し、耐圧防爆容器2の中で循環する。
【0057】
外部爆発性雰囲気Aの中にある凝縮器8は耐圧防爆容器2の上方に配置されており、その上面には煙突状の凝縮塔8bが立設されている。凝縮器8の下面には多数の放熱用フィン8aが垂設されている。
【0058】
外部爆発性雰囲気Aは空調されているため低温度TBとなっている。一方、冷媒ガスFGは導出管12を矢印c方向に上昇して凝縮器8の中に進入する。外部爆発性雰囲気Aは対流しながら凝縮器8へと矢印g方向に上昇し、放熱用フィン8aと接触し吸熱して高温化し、その過程で冷媒ガスFGは冷却されて冷媒液体FLへと凝縮される。
【0059】
冷媒液体FLは導入管20を矢印a方向へと下降して蒸発器6へと帰還する。他方、高温化した外部雰囲気は凝縮塔8bの中を高く上昇し、矢印i方向に排出されて外部爆発性雰囲気Aの大循環が生起する。凝縮塔8bから排出されると、下降する間に空調によって外部雰囲気は冷却され、再び矢印g方向へと進入して対流の大循環を繰り返す。
【0060】
凝縮塔8bを高く構成している理由は、外部爆発性雰囲気Aを大循環させ、この緩慢な大循環過程の中で空調によって外部雰囲気を効果的に冷却させるためである。下降した段階では冷却されており、再び凝縮器8の中に進入して熱交換が効率的に行なわれる。
【0061】
図5に示す耐圧防爆容器の冷却装置は無動力で作動し、耐圧防爆容器2の内部高温度TBと外部低温度TAの温度差が冷却駆動力の原因となっている。このような装置構成とすれば、パソコン装置を耐圧防爆容器2の中に配置して、外部爆発性雰囲気Aの中でパソコン作業を実現できる。
【0062】
図6はコンプレッサーを用いたパソコン用耐圧防爆容器の冷却装置の概略斜視図である。この実施形態は、外部爆発性雰囲気Aが空調されない場合を示し、外部温度TAと内部温度TBにほとんど温度差がないか、逆にTA>TBとなるような場合も含む。従って、図1〜図5がTA<TBを前提としているのと対照的である。冷媒Fの圧縮と循環駆動をコンプレッサー42を用いて行なうもので、耐圧防爆容器2の内部を強制冷却する方式である。
【0063】
パソコン用デスク38の上には耐圧防爆容器2とキーボード4cが載置されており、耐圧防爆容器2の中にパソコン装置としてディスプレイ4aとパソコン本体4bが収納されている。ガラス板2aを透視しながらキーボード4cを操作してパソコン作業を行なう。
【0064】
耐圧防爆容器2の底部には、内部ファン40と、その上に蒸発器6が配置されている。耐圧防爆容器2の背面にはワイヤ状の凝縮器8が配置され、パソコン用デスク38の下段テーブルにはコンプレッサー42が配置されている。このコンプレッサー42は外部爆発性雰囲気Aの中に露出されているため、防爆型のコンプレッサーが使用されている。このコンプレッサー42を耐圧防爆容器2内に配置する場合には非防爆型のコンプレッサーで構わない。
【0065】
コンプレッサー42から蒸発器6には導入管20が連結され、蒸発器6から凝縮器8には導出管12が連結され、凝縮器8からコンプレッサー42には圧縮管44が連結されて冷媒循環路が構成されている。
【0066】
内部ファン40によって内部爆発性雰囲気Bが蒸発器6の中に矢印m方向へと吸い込まれ、高温度TBの内部雰囲気によって冷媒液体FLは吸熱蒸発して冷媒ガスFGとなる。この過程で内部爆発性雰囲気Bは冷却され、再びパソコンの発熱で高温度TBとなり、内部循環を反復する。
【0067】
蒸発した冷媒ガスFGは導出管12を矢印c方向に上昇して凝縮器8に進入する。凝縮器8の中で冷媒ガスFGは外部爆発性雰囲気Aと接触して放熱しながら凝縮する。外部爆発性雰囲気Aは空調されていないから、吸収した熱は自然循環によって外部雰囲気全体に拡散する。
【0068】
凝縮器8で形成された冷媒Fは圧縮管44を矢印k方向へと降下し、コンプレッサー42へと循環する。そしてコンプレッサー42により圧縮されて完全に液化した後、導入管20を介して矢印a方向へと供給され、蒸発器6へと帰還する。このコンプレッサー42は導出管12の途中に連結してもよく、またその場合でも耐圧防爆容器2の内部に配置されてもよい。内部配置では非防爆型のコンプレッサーでもよいが、外部配置する場合には安全のため防爆型コンプレッサーが用いられる。
【0069】
このパソコン用の冷却装置は、コンプレッサー42と内部ファン40という動力装置を使用している点で図5の装置と異なっている。この実施例では耐圧防爆容器2の中にパソコン装置を収納しているが、任意の電気装置を収納できることは云うまでもない。
【0070】
図7は外部ファンを用いた耐圧防爆容器の冷却装置の概略構成図である。この実施形態の特徴は、外部低温度TAと内部高温度TBの温度差が小さくなってきた場合に、凝縮器をファンで送風して凝縮効率を高めることである。耐圧防爆容器2の中には任意の電気装置4が配置されている。耐圧防爆容器2の下方には内部ファン40と蒸発器6が配置され、内部ファン40により高温度TBの内部爆発性雰囲気Bが矢印m方向に蒸発器6の中に圧送されてゆく。
【0071】
蒸発器6と熱交換した内部爆発性雰囲気Bは電気装置4で暖められ、矢印n方向へと対流し、耐圧防爆容器2の中に対流循環が形成される。
【0072】
耐圧防爆容器2の上面の左右には支持杆46a、46aが立設され、その上端に支持台46が設けられている。この支持台46の上には凝縮器8が配置されている。この凝縮器8の下面に対向して外部ファン41が設けられ、この外部ファン41のモータ部は耐圧防爆容器2の中に収容されている。従って、電気火花を発生する可能性のある部材は全て耐圧防爆容器2の中に収容している。
【0073】
蒸発器6で形成された冷媒ガスFGは導出管12を通って矢印c方向に上昇し、凝縮器8に進入する。外部爆発性雰囲気Aは空調により低温度TAに冷却されているが、空調力が弱い場合には凝縮効率が悪くなるから、外部ファン41により外部爆発性雰囲気Aを矢印g方向に凝縮器8へと吹き込んで、凝縮効率を高める作用をする。
【0074】
冷媒ガスFGは凝縮器8の中で熱を失って冷媒液体FLへと変化する。この冷媒液体FLは導入管20の中を矢印a方向に流下し、蒸発器6に帰還する。また、熱を吸収して高温化した外部爆発性雰囲気Aは空調によって冷却される。再び、このサイクルを繰り返しながら、耐圧防爆容器2の中は継続的に冷却され続けることになる。
【0075】
この図7の冷却装置も、内部ファン40とともに外部ファン41という動力装置を利用して、温度差に基づく冷媒循環を継続させるもので、半動力方式といってもよい。このように、本発明では完全無動力方式から半動力方式までを含みながら、爆発性雰囲気の中で動作する電気装置の冷却装置を実現したものである。
【0076】
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲における種々の変形例や設計変更などをその技術的範囲内に包含することは云うまでもない。
【0077】
【発明の効果】
請求項1の発明によれば、耐圧防爆容器の内外の温度差だけで冷媒を循環駆動して耐圧防爆容器の内部を冷却するから、冷却装置として電気装置が全く不要になり、爆発性雰囲気において使用しても極めて安全な冷却装置を提供できる。しかも蒸発器と凝縮器を耐圧防爆容器の内外に配置して配管するだけであるから、任意の構造の耐圧防爆容器に対しても配設が可能で、冷却効果を確実に発揮する事ができる。
【0078】
請求項2の発明によれば、蒸発器と凝縮器を接続する配管は耐圧防爆容器の内部において爆発が生じても破断しない耐爆強度を有しているから、配管系を通して火炎が外部に逸走する危険性は無い。しかも、配管と耐圧防爆容器との結合部においても火炎逸走が生じない隙間設計がなされているから、耐圧防爆容器内において爆発が生じても、外部まで誘爆する危険性は無く、構造上の安全性が保障されている。
【0079】
請求項3の発明によれば、前記凝縮器の上に煙突状の凝縮塔を立設し、凝縮器で熱交換した外部爆発性雰囲気を凝縮塔の上から排出させて外部爆発性雰囲気を大循環させているから、熱交換で温度上昇した外部爆発性雰囲気を大循環の中で空調により急速に冷却させることができ、外部爆発性雰囲気の低温度を保持して冷却装置の継続性と安定性を確保する。
【0080】
請求項4の発明によれば、耐圧防爆容器の中に内部ファンを配置するから、内部爆発性雰囲気を循環させることにより、内部爆発性雰囲気と蒸発器との熱交換を円滑化し、配置された電気装置の排熱を蒸発器により冷媒へと強制移動することができる。
【0081】
請求項5の発明によれば、外部と内部の温度差が小さくなった場合に、凝縮器の近傍にファンを配置して外部爆発性雰囲気を強制循環させ、外部爆発性雰囲気と凝縮器との熱交換を強化することにより、電気装置の冷却効率を向上させることができる。
【0082】
請求項6の発明によれば、外部雰囲気が空調されないで外部温度が高温化した場合に、蒸発器と凝縮器の間にコンプレッサーを接続し、蒸発器と凝縮器の間の冷媒循環と冷媒の圧縮を強制的に行なわせることができ、発熱する電気装置を内蔵した耐圧防爆容器内を強制的に冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】耐圧防爆容器の冷却装置の実施形態の概略断面図である。
【図2】蒸発器と凝縮器を具体化した実施形態の概略断面図である。
【図3】図1の部分拡大図である。
【図4】耐圧防爆容器の冷却装置における冷媒動作の説明図である。
【図5】パソコン用の耐圧防爆容器の冷却装置の概略構成図である。
【図6】コンプレッサーを用いたパソコン用の耐圧防爆容器の冷却装置の概略斜視図である。
【図7】ファンを用いた耐圧防爆容器の冷却装置の概略構成図である。
【符号の説明】
2は耐圧防爆容器、4は電気装置、4aはディスプレイ、4bはパソコン本体、4cはキーボード、6は蒸発器、6bは蒸発塔、8は凝縮器、8aは放熱用フィン、10は蒸発管、10aは傾斜蒸発管、11は吸熱用フィン、12は導出管、14は導出バルブ、16は凝縮管、16aはジグザグ凝縮管、18は導入バルブ、20は導入管、22は環状突起、22aは貫通孔、23は上端面、24は連結部材、24aは挿通孔、26は挿入部、28は蓋部、30は管部溶接部、32は上端接合部、34は気泡、38はパソコン用デスク、40は内部ファン、41は外部ファン、42はコンプレッサー、44は圧縮管、46は支持台、46aは支持杆、Aは外部爆発性雰囲気、Bは内部爆発性雰囲気、Dは隙間厚、Gは隙間、Fは冷媒、FGは冷媒ガス、FLは冷媒液体、Lは隙間長さ、TAは外部低温度、TBは内部高温度。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a pressure-proof explosion-proof container in which an electric device having a possibility of spark discharge is arranged inside, and the flame does not escape outside the container even if it is applied to the internal explosive atmosphere and explodes. Inside the explosion-proof container, the internal atmosphere becomes hot due to the heat generated by the electrical equipment, while the external space is kept at a relatively low temperature by air conditioning or the like, and this temperature difference is used to circulate the refrigerant between the internal space and the external space. In addition, the present invention relates to a cooling device for a flameproof container that absorbs heat of the internal space and releases it to the external space to cool the internal space.
[0002]
[Prior art]
In general, establishments that use flammable gases or flammable liquids must be careful when handling equipment because the atmosphere is explosive. Especially for electrical devices used in explosive atmospheres, there is a possibility that sparks may be generated while the electrical devices are in operation. There is a danger of causing great damage and damage.
[0003]
Therefore, it is obliged to take explosion-proof measures for electrical devices used in explosive atmospheres. For example, the Industrial Safety and Health Law stipulates that unless an explosion-proof certification is obtained, it must not be transferred, rented, or installed as an explosion-proof device.
[0004]
Occupational safety and health regulations also stipulate that when electrical equipment is used in locations where there is a risk of reaching explosive concentrations, it must be used only for explosion-proof electrical equipment that has explosion-proof performance. . For example, even when a personal computer is used in an explosive atmosphere, it is necessary to make the personal computer explosion-proof.
[0005]
The explosion-proof structure of each electrical device is stipulated in the factory electrical equipment explosion-proof guidelines, and it is required to design the overall and detailed structure of the electrical devices to satisfy the provisions of this guideline.
[0006]
For example, when explaining the explosion-proof structure of an electric motor, the parts that generate electric sparks even during normal operation, such as slip rings, commutators, and starting contacts must be explosion-proof, and the allowable restraint time is set to 5 seconds or more. The structure and function are finely defined such that the size of the air gap between the rotor and the rotor is designed to be a predetermined value or less. However, if an explosion-proof electric motor that satisfies these conditions is made, the cost is several to several tens of times that of a normal electric motor. The increase in price due to such explosion-proofing is the same in other electric devices.
[0007]
Therefore, instead of explosion-proofing the individual electric devices, the inventor integrates an electric device or a group of electric devices having a risk of generating an electric spark in one explosion-proof container, and within the explosion-proof container. Even if the explosive gas inside the container explodes due to the generated spark, a refrigerator-freezer having a structure in which the flame does not leak to the outside (runaway) has been completed, and this invention has been disclosed as Japanese Patent No. 2994350.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
Certainly, if the electric device group is integrated in a sturdy explosion-proof container, there is an advantage that the individual electric devices need not be explosion-proof. However, since the electric device is also an electric heating element, if the electric device or the electric device group is sealed in the explosion-proof container, the internal temperature of the explosion-proof container increases rapidly. This high temperature has a risk of heating the explosion-proof container and igniting and exploding an external explosive atmosphere in contact with the container.
[0009]
Therefore, according to the ignition temperature of the explosive gas, the temperature rise limit of the outer surface of the pressure-proof explosion-proof container is set in the factory electrical equipment explosion-proof guidelines. The degree of ignition of explosive gas to be handled is classified into six stages G1 to G6, and the temperature rise limit is determined as shown in Table 1 for each ignition degree.
[0010]
[0011]
Since the temperature rise limit of the outer surface of the explosion-proof container is determined as shown in Table 1, it is necessary to cool the inside of the explosion-proof container in order to suppress the temperature rise. The simplest of the conventional cooling methods is to dissipate natural heat from the surface of the explosion-proof container without taking any other measures. Considering the surface area of the container, the thermal equilibrium temperature due to the heat dissipation may be designed to be below the temperature rise limit. However, natural heat dissipation depends on the mechanism of heat radiation and heat conduction to the atmosphere, and cannot cope with an increase in the amount of heat generated by the electrical device group. Although heat radiation fins may be attached to the explosion-proof container, it is insufficient from the viewpoint of cooling capacity and cost.
[0012]
A method with high cooling efficiency is a method in which a water cooling pipe is wound around the outer surface of the explosion proof container and forced water cooling is performed. Although this method has high cooling efficiency, there is a problem in that the structure for mounting the water cooling pipe to the container is complicated, and the electric pump for driving the water flow must be operated in an external explosive atmosphere. The same problem occurs even when the explosion-proof container is forcibly air-cooled instead of the water cooling method.
[0013]
Accordingly, the cooling device for the explosion-proof container according to the present invention can continuously cool the inside of the explosion-proof container by using only the temperature difference between the inside and outside of the explosion-proof container as a driving source, and has an explosive atmosphere. It is an object of the present invention to provide a cooling means that does not induce an explosion at all even when used inside. In addition, by developing such a cooling device, for example, a personal computer as a heat generating electrical device, this personal computer is placed in an explosion-proof container having a glass plate so that the personal computer can be operated in an explosive atmosphere. The object is to provide an explosion-proof container that can be made continuously.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
The invention of claim 1Two
[0015]
The invention of claim 2Two
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of a cooling device for a flameproof container according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
[0021]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an embodiment of a cooling device for a flameproof container. Since the explosion-
[0022]
An
[0023]
Since the
[0024]
Thus, in general, TB> TAHowever, depending on the air conditioning conditions, the power consumption of the electrical equipment, and the type of explosive gas to be handled, TA・ TBThe specific value of fluctuates somewhat.
[0025]
The cooling device of the present invention has a high temperature TBAnd low temperature TAIs the driving force. That is, an
[0026]
A
[0027]
The
[0028]
In FIG. 1, the piping structure of the
[0029]
The insertion structure of the
[0030]
The insertion structure of the
[0031]
As the refrigerant F, a known gas can be used. Refrigerant F has a low temperature TAIs liquid and has a high temperature TBAny gas can be used as long as it becomes a gas. In other words, TA<Boiling point <TBHowever, the boiling point depends on the sealing pressure. Therefore, low temperature TAAnd high temperature TBIs determined, the sealing pressure of the gas to be used is determined so as to satisfy the above boiling point condition.
[0032]
In typical work sites, low temperatures are TA= 15-30 ° C, high temperature is TBIt is often 35 ° C. to 50 ° C. From the viewpoint of gas safety and standard boiling point at 1 atm, Freon and alternative Freon are often used as refrigerants. However, gases other than chlorofluorocarbons can be used as long as the conditions are met.
[0033]
CFC-11, CFC-12, CFC-13, CFC-113, CFC-114, CFC-115, HCFC-22, HCFC-123, HCFC-124, HCFC-225aa, HCFC-141b, HCFC- 142b, HCFC-401, HCFC-408A, HCFC-409A, etc. are used. However, it is desirable not to use chlorofluorocarbons that are prohibited to destroy the ozone layer or chlorofluorocarbons that may be prohibited in the future.
[0034]
Alternative CFCs include HFC-23, HFC-32, HFC-125, HFC-134a, HFC-143a, HFC-152a, HFC-227ea, HFC-245ca, HFC-404A, HFC-407A, HFC-410A, HFC -507A, TS-012, etc. can be used.
[0035]
Other refrigerants such as He, H2, Ne, N2, Ar, O2, CF4, N2O, CF3CF3, CO2, CF2CF2, CH3CHCH2, CH3CH2CH3, CF3CF2CF3, NH3, CF3CF2OCH3, CH (CH3)3, SO2, C4F8, CH3CH2CH2CH3, CF3CF2OCH3, H2O or the like can be used within a range where the conditions are met.
[0036]
In the
[0037]
External low temperature TAAnd internal high temperature TBThe greater the temperature difference, the greater the circulation rate of the refrigerant F. That is, when the refrigerant F evaporates in the
[0038]
Although FIG. 1 shows the case where the
[0039]
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of an embodiment embodying an evaporator and a condenser. The
[0040]
In the
[0041]
FIG. 3 is a partially enlarged view of FIG. 1, and shows a connection state between the
[0042]
When an internal explosion occurs, the
[0043]
In order to block the escape of the flame, it is desirable that the connecting
[0044]
Assuming that the gap G has a gap thickness D and a gap length L, when the gap thickness D is designed to be 0.2 mm or less and the gap length L is set to 25 mm or more, the flame of the internal explosion is exposed to the outside through the gap G. It has been experimentally confirmed that it does not run away, and the size of this gap is simultaneously legal.
[0045]
Of course, the closer the gap thickness D is to zero, the higher the flame blocking function is. However, in reality, it is difficult to make the gap thickness D zero, and the connecting member is accurate so that the gap thickness D is 0.2 mm or less. 20 is ground and the flame escape is cut off.
[0046]
As described above, the upper end
[0047]
The
[0048]
When the pipe welded
[0049]
In addition to the pipe welded
[0050]
FIG. 4 is an explanatory view of the refrigerant operation in the cooling device for the explosion-proof container according to the present invention. In this figure, the structures of the
[0051]
The refrigerant F is a refrigerant liquid F at the lower part of the pipe.LAs the refrigerant gas F at the top of the pipeGExist as. Inside the explosion-
[0052]
This refrigerant gas FGThe ascending force becomes a circulatory force and moves in the direction of arrow c to move the refrigerant gas FGIs the external low temperature TACome into contact with. Furthermore, while descending in the direction of the arrow d, the refrigerant gas FGReleases heat and condenses or liquefies. Refrigerant gas FGIs refrigerant liquid FLAfter being liquefied, the refrigerant liquid FLMoves in the direction of arrow a.
[0053]
The refrigerant F cools the inside of the explosion-proof explosion-
[0054]
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a cooling device for a flameproof container for a personal computer. This apparatus is a specific application of the above-described cooling apparatus for a personal computer. In the explosion-
[0055]
On the other hand, the keyboard 4c is disposed in the external explosive atmosphere A. Since it is generally said that the keyboard has no risk of sparks, this embodiment does not consider explosion protection for the keyboard. The explosion-
[0056]
An
[0057]
The
[0058]
External explosive atmosphere A is air-conditioned and has a low temperature TBIt has become. On the other hand, refrigerant gas FGMoves up the
[0059]
Refrigerant liquid FLLowers the
[0060]
The reason why the condensing
[0061]
The cooling device for the explosion-proof container shown in FIG. 5 operates without power, and the internal high temperature T of the explosion-proof container 2.BAnd external low temperature TAThis temperature difference causes the cooling driving force. If it is such an apparatus structure, a personal computer apparatus can be arrange | positioned in the explosion-
[0062]
FIG. 6 is a schematic perspective view of a cooling device for a PC explosion-proof container using a compressor. This embodiment shows the case where the external explosive atmosphere A is not air-conditioned, and the external temperature TAAnd internal temperature TBThere is almost no temperature difference betweenA> TBThis includes cases where Accordingly, FIGS.A<TBThis is in contrast to the premise that The refrigerant F is compressed and circulated using the
[0063]
An explosion-
[0064]
An
[0065]
The
[0066]
The
[0067]
Evaporated refrigerant gas FGMoves up the
[0068]
The refrigerant F formed in the
[0069]
This personal computer cooling apparatus is different from the apparatus shown in FIG. 5 in that a power device such as a
[0070]
FIG. 7 is a schematic configuration diagram of a cooling device for a flameproof container using an external fan. The feature of this embodiment is that when the temperature difference between the external low temperature TA and the internal high temperature TB becomes small, the condenser is blown by a fan to increase the condensation efficiency. An optional
[0071]
The internal explosive atmosphere B heat-exchanged with the
[0072]
[0073]
Refrigerant gas F formed in the
[0074]
Refrigerant gas FGLoses heat in the
[0075]
The cooling device of FIG. 7 also uses a power device called the
[0076]
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and it goes without saying that various modifications, design changes, and the like within the technical scope of the present invention are included in the technical scope.
[0077]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, since the refrigerant is circulated and driven only by the temperature difference between the inside and outside of the explosion-proof container to cool the inside of the explosion-proof container, an electric device is completely unnecessary as a cooling device, and in an explosive atmosphere A cooling device that is extremely safe to use can be provided. In addition, since the evaporator and condenser are simply placed inside and outside the explosion-proof container, piping is possible, so it can be installed on any explosion-proof container with any structure, and the cooling effect can be demonstrated reliably. .
[0078]
According to the invention of
[0079]
According to the invention of claim 3, a chimney-like condensing tower is erected on the condenser, and the external explosive atmosphere heat-exchanged by the condenser is discharged from the condensing tower to greatly increase the external explosive atmosphere. Because it circulates, the external explosive atmosphere that has risen in temperature due to heat exchange can be rapidly cooled by air conditioning in the general circulation, maintaining the low temperature of the external explosive atmosphere, and the continuity and stability of the cooling system Ensure sex.
[0080]
According to the invention of
[0081]
According to the invention of claim 5, when the temperature difference between the outside and the inside becomes small, a fan is disposed in the vicinity of the condenser to forcibly circulate the external explosive atmosphere, and the external explosive atmosphere and the condenser are By enhancing heat exchange, the cooling efficiency of the electric device can be improved.
[0082]
According to the sixth aspect of the present invention, when the external atmosphere is not air-conditioned and the external temperature becomes high, a compressor is connected between the evaporator and the condenser, and the refrigerant circulation between the evaporator and the condenser and the refrigerant The compression can be forcibly performed, and the inside of the pressure-proof explosion-proof container containing the electric device that generates heat can be forcibly cooled.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an embodiment of a cooling device for a flameproof container.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of an embodiment embodying an evaporator and a condenser.
FIG. 3 is a partially enlarged view of FIG. 1;
FIG. 4 is an explanatory diagram of refrigerant operation in the cooling device for the explosion-proof container.
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a cooling device for a flameproof container for a personal computer.
FIG. 6 is a schematic perspective view of a cooling device for an explosion-proof container for a personal computer using a compressor.
FIG. 7 is a schematic configuration diagram of a cooling device for a flameproof container using a fan.
[Explanation of symbols]
2 is an explosion-proof container, 4 is an electric device, 4a is a display, 4b is a personal computer body, 4c is a keyboard, 6 is an evaporator, 6b is an evaporation tower, 8 is a condenser, 8a is a heat radiation fin, 10 is an evaporation tube, 10a is an inclined evaporation pipe, 11 is an endothermic fin, 12 is a discharge pipe, 14 is a discharge valve, 16 is a condensation pipe, 16a is a zigzag condensation pipe, 18 is an introduction valve, 20 is an introduction pipe, 22 is an annular projection, 22a is Through hole, 23 is upper end surface, 24 is a connecting member, 24a is an insertion hole, 26 is an insertion part, 28 is a lid part, 30 is a welded part of a pipe part, 32 is an upper end joint part, 34 is a bubble, 38 is a desk for a personal computer , 40 is an internal fan, 41 is an external fan, 42 is a compressor, 44 is a compression tube, 46 is a support base, 46a is a support rod, A is an external explosive atmosphere, B is an internal explosive atmosphere, D is a gap thickness, G Is a gap, F is a refrigerant, FGIs refrigerant gas, FLIs the refrigerant liquid, L is the gap length, TAIs the external low temperature, TBIs the internal high temperature.
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