JP5260747B2

JP5260747B2 - 耐圧防爆接続器

Info

Publication number: JP5260747B2
Application number: JP2011527090A
Authority: JP
Inventors: 渉武田
Original assignee: Nikkiso Co Ltd
Current assignee: Nikkiso Co Ltd
Priority date: 2010-09-27
Filing date: 2011-02-03
Publication date: 2013-08-14
Anticipated expiration: 2031-02-03
Also published as: EP2489880A4; WO2012042919A1; JPWO2012042919A1; EP2489880B1; US20120286601A1; US8531070B2; EP2489880A1

Description

本発明は、キャンドモータポンプ用の耐圧防爆接続器に関し、特に、キャンドモータポンプの外筒、エンドベル及び取り扱い流体と接するキャンなどによって密閉されたステータ部の密閉空間に外部機器を接続する耐圧防爆接続器に関する。

工場や化学プラントなどの可燃・爆発性の雰囲気で使用される圧力センサやガスセンサは、電気機器具防爆構造規格に沿った構造を採ることが要求される。防爆構造規格には、本質安全防爆、耐圧防爆、安全増防爆などがあり、それぞれには様々な要求事項が定められている。上述したセンサ類の防爆構造としては爆発の引き金とならない本質安全防爆構造であることが望ましい。しかし、本質安全防爆構造の場合は、機器を流れる電流値に制限があるため、例えば、数ボルトの乾電池で作動する一般的なセンサ類であっても本質安全防爆の電流制限を超えることから、本質安全防爆構造とすることは困難である。そこで、特許文献１のように防爆雰囲気中で外部と情報の送受を行うため、機器を防爆構造のケースに収めて赤外線通信などの光通信を利用して情報の送受を行う情報端末の耐圧防爆構造が開示されている。

可燃物質として、石油類の液体やＬＰＧやＬＮＧ類のガスなどがあり、揮発性の高い石油類は常温でも気化し、その蒸気やガスは空気と混ざり合うことで静電気による火花やスイッチ等の開閉により発生するわずかな電気火花でも引火爆発する可能性がある。ここで、爆発とは、急激な伝搬速度変化、圧力変化、および温度変化を伴う燃焼である。また、燃焼とは、物質が光と熱とを放出しながら空気中の酸素と化合する化学反応のことであり、可燃物質と酸素と着火に必要な炎、電気火花、摩擦熱、反応熱等の熱的なエネルギーが必要になる。

防爆構造の一つとして、ケース内に清浄な空気または窒素などの不燃性ガスなどを封入して内部の圧力を外部より高くなるように設定し、外部からの可燃物質の侵入を防ぐ内圧防爆がある。しかし、一般的なセンサ類を使用する場合は、空気などの流れが測定に影響することがあるため、センサ類を収容するケース内部で燃焼や爆発が発生してもケース外部に火炎が漏れず、ケースの周囲に着火性のガスが存在しても引火しない構造（耐圧防爆構造）が望まれる。

そこで、従来から非特許文献１に示したキャンドモータポンプのターミナル箱に専用の圧力スイッチを設けたものが知られている。図７はターミナル部１００の断面図を示し、ステータ部の密閉空間に接続されているターミナルフランジ１１７に嵌り合うターミナル箱１１６を示している。ターミナルフランジ１１７には、ステータ部から延びたステータコイル接続線１１１が端子１１２に接続され、端子１１２の近傍に圧力スイッチ１１３が配置されている。圧力スイッチ１１３は予め決められた圧力になるとダイアフラムが変形して電気接点が導通する仕組みとなっている。電気接点の端子１１４，１１５はターミナル箱に配置され、圧力スイッチ接続線はターミナル箱１１６の圧力スイッチ接続線取付具１１９から外部に導かれている。同様に、端子に接続されたステータコイル接続線１１１はコイル接続線取付具１１８から外部に導かれている。

特開２００９−５４９４０号公報

ＨＥＲＭＥＴＩＣ−ＰｕｍｐｅｎＧｍｂＨ，ＰＲＯＤＵＣＴＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ，"Ｓｉｎｇｌｅ−ｓｔａｇｅｃａｎｎｅｄｍｏｔｏｒｐｕｍｐｓｃｏｍｐｌｙｉｎｇｗｉｔｈｔｈｅｃｈｅｍｉｃａｌｓｔａｎｄａｒｄｓ"，[online]，平成２２年８月１９日，インターネット< URL :http://www.hermetic-pumpen.com/en/hermetic/products.html>

キャンドモータポンプは、遠心ポンプを駆動するモータのステータ内部をキャンで覆い、その間を取扱い液（例えば、可燃性液体）で満たすことで、ポンプの回転部分は、取扱い液中となり回転部分のシールが不要となる。また、ステータは、キャン・モータ外筒・エンドベルで密封され、ステータ部には密閉空間を有しており、キャンが損傷した場合などでも、外部に液漏れが発生せず、ステータ内部に液が入り込むことになる。

ステータ内部に取扱い液が入り込むと、ステータコイルの絶縁不良が発生し、ステータコイルが損傷する可能性がある。そこで、非特許文献１のようにステータ部の密閉空間内に圧力スイッチを設け、取扱い液の液漏れによる圧力上昇を検知して液漏れを判定することが行われていた。

しかしながら、液漏れの量が少なく圧力上昇がほとんど無い場合、非特許文献１に示したような圧力スイッチでは液漏れを正確に発見できない。これら微量の液漏れには、高精度の電気式圧力センサやガスセンサを用いる必要がある。また、電気式の圧力センサやガスセンサなどに交換する場合には、従来のターミナルフランジ１１７をそれぞれのセンサ毎に取り付け台座を含めて交換する必要がありコストアップとなっていた。

そこで、本発明は、異なる種類のセンサであっても共通の接続器を介して取り付けることを可能とし、センサ毎に接続器から取付け台座を含めた交換を不要にする耐圧防爆接続器を提供することを目的とする。

以上のような目的を達成するために、本発明に係る耐圧防爆接続器は、取扱い流体と接するキャン及びエンドベルとキャンドモータポンプの外筒とによって密閉されたステータ部の密閉空間に外部機器を接続する耐圧防爆接続器において、前記密閉空間から前記外部機器に向かって貫通穴を有する接続円筒と、前記接続円筒の貫通穴に取り付けられることで防爆隙の隙間と奥行き長さを形成する円筒体と、前記接続円筒を前記密閉空間に接続する基台継ぎ手と、を含み、前記接続円筒の一端は前記密閉空間に接続された前記基台継ぎ手によって前記キャンドモータポンプに接続され、前記接続円筒の他端は前記外部機器と接続する継ぎ手によって前記外部機器に接続され、かつ、貫通穴を有する前記接続円筒は前記密閉空間側から前記円筒体を受け入れることで漏れだした取り扱い流体又は気体による内圧に耐える構造であることを特徴とする。

また、本発明に係る耐圧防爆接続器において、前記接続円筒の他端は前記外部機器によって密閉されていることを特徴とする。このような構成にすることで、前記接続円筒までで、耐圧防爆構造を形成し、センサなどの外部機器には特別な構造・仕様を持つ耐圧防爆機器を要求することがないという利点がある。

また、本発明に係る耐圧防爆接続器と接続される外部機器の目的は、ステータ部の密閉空間に漏れだした取扱い液を検知することであり、ステータ部の圧力変化や、ガスの揮発成分を圧力センサ、ガスセンサ、温度センサなどを使用して検知することでキャンの破損を検知することが可能となる。

また、本発明に係る耐圧防爆接続器において、前記接続円筒の貫通穴にはネジ溝が形成され、前記円筒体は皿ネジ部を有し、前記円筒体の皿ネジ部が前記接続円筒の端面に密着して前記接続円筒に収容されることを特徴とする。このような構成により、例えば、内部爆発により前記円筒体の皿ネジ部が破損しても、前記円筒体が前記接続円筒の貫通穴を塞ぐことにより、前記外部機器への影響を低減することが可能となる。

また、本発明に係る耐圧防爆接続器において、前記接続円筒は係止のための係止手段で前記基台継ぎ手に固定されることを特徴とする。係止手段の一例として、ノックピン、カシメなどがある。このような係止手段を用いることにより、内部爆発による接続円筒と基台継ぎ手の緩み防止、分解防止等の効果を発揮することができる。

また、本発明に係る耐圧防爆接続器において、前記基台継ぎ手は、前記キャンドモータポンプと端子部とを接続するターミナルフランジの側面に形成されていることを特徴とする。

さらに、本発明に係る耐圧防爆接続器において、前記基台継ぎ手は、前記キャンドモータポンプの外筒上面、側面、底面のいずれかに形成されていることを特徴とする。なお、前記基台継ぎ手は少なくともステータ密閉空間と連通する場所であればよく、好ましくは、配管・配線のし易い場所が良い。

本発明を用いることにより、異なる種類のセンサであっても共通の接続器を介して取り付けることが可能となり、センサ毎に対応する接続器から取付け台座を含めた交換を不要にするという効果がある。

本発明の実施形態に係る耐圧防爆接続器を取り付けたキャンドモータポンプの斜視図である。図１Ａに示した耐圧防爆接続器の拡大図である。本発明の実施形態に係る耐圧防爆接続器を取り付けたキャンドモータポンプの断面図である。本発明の実施形態に係る耐圧防爆接続器の断面図である。本発明の実施形態に係る耐圧防爆接続器の構成部品を説明する説明図である。本発明の実施形態に係る耐圧防爆接続器の構成部品を説明する説明図である。本発明の実施形態に係る耐圧防爆接続器の構成部品を説明する説明図である。図３に示した耐圧防爆接続器の隙間を説明する説明図である。耐圧防爆接続器の取り付け位置を説明する説明図である。従来のキャンドモータポンプのターミナル箱に設けられた圧力スイッチを説明する説明図である。

以下、本発明を実施するための最良の形態（以下実施形態という）を、図面に従って説明する。

図１Ａは耐圧防爆接続器を取り付けたキャンドモータポンプ１０と耐圧防爆接続器２０とを示している。キャンドモータポンプ１０は、遠心ポンプ１１と、本体を支えるスタンド１２と、モータ１３と、モータ１３の軸受ホルダ１４と、モータ１３の外筒に取り付けられたターミナルフランジ１５と、ターミナルフランジ１５の上に取り付けられたターミナル箱１６と、ターミナル箱１６の上に取り付けられたモータ監視器１７と、ターミナルフランジ１５に取り付けられた耐圧防爆接続器２０と、を有している。また、モータ監視器１７には軸受の状態を表示する表示窓１８が設けられている。キャンドモータポンプ１０は、取扱い液を遠心ポンプ１１の前方向から吸い込み、上方向に吐出する。また、モータ内部にも取扱い液が循環することから、遠心ポンプ１１の下側にはポンプケーシング内部とモータ内部の取扱い液を排出することのできるドレインネジ１９が設けられている。

図１Ｂに示した耐圧防爆接続器２０は、ターミナルフランジ１５に取り付けられている基台接ぎ手２１と、基台継ぎ手２１に接続されている接続円筒２２と、を有し、接続円筒２２の先には圧力センサ２３が接続されている。圧力センサ２３（歪みゲージ式）からはケーブル２４が延びている。また、耐圧防爆接続器２０には、基台継ぎ手２１から接続円筒２２が外れることを防止するためのノックピン２５（固定用、緩み止め用）が設けられている。次に、キャンドモータポンプ１０の液漏れ状態を図２を用いて説明する。

図２は耐圧防爆接続器２０を取り付けたキャンドモータポンプ１０の断面を示している。キャンドモータポンプ１０は、遠心ポンプ１１とモータ１３とが接続プレート３３を介して接続され、遠心ポンプ１１を駆動するモータ１３のステータ３８内部をキャン２８で覆い、遠心ポンプ１１内から接続プレート３３、接続プレート３３に設けられたすべり軸受４０、軸受ホルダ１４に設けられたすべり軸受４０までを取扱い液で満たすことで、ポンプの回転部分は取扱い液で満たされる。これによりインペラ３２とロータ３７とを仕切るシャフト３６部のシールが不要となり、すべり軸受４０でシャフト３６を支持するだけの構造となる。インペラ３２によって吐出された取扱い液は、遠心ポンプ１１から吐出されると共に、すべり軸受４０の潤滑液やロータ３７の冷却液としても使用されている。

ステータ３８は、キャン２８・モータ外筒・エンドベル３４，４１で密封されることから、ステータ３８部には密閉空間が形成され、キャン２８が損傷した場合は外部に液漏れ２９が発生せず、ステータ内部に液が溜まることになる。また、密閉空間の内圧と取扱い液の液圧との関係により、ステータ内の空気が取扱い液中に放出されたり、密閉空間に取扱い液が流れ出たりする。このことから、キャン２８が損傷した場合には、微小な圧力変動が密閉空間内で発生することになる。そこで、本実施形態では、耐圧防爆接続器２０を介して電気式の圧力センサを用いることにより、キャン２８の内部での微小な圧力変動であっても検知することが可能となり、キャン２８の損傷を早期に検知することを可能とした。

他の実施形態では、耐圧防爆接続器２０を介して半導体ガスセンサを接続した。使用した半導体式ガスセンサは、酸素を吸着する酸化スズなどで多孔質体を構成し、吸着した酸素が還元性物質(メタン,イソブタン等)で消費されると、電気抵抗など電気的性質が変化することで、ガス濃度を測ることができるものである。その他、化学物質が振動面に付着し、振動子の周波数が変化することでガスを検知する水晶発振式ガスセンサや表面弾性波を用いたガスセンサ等を使用しても良い。このようなセンサを使用することにより、キャン２８の損傷をより早期に検知することが可能となる。

図３は耐圧防爆接続器２０の断面図である。耐圧防爆接続器２０は、ターミナルフランジ１５に取り付けられている基台接ぎ手２１と、基台継ぎ手２１にネジ部４２によって接続されている接続円筒２２と、ノックピン２５と、を有し、ガスが伝播される接続円筒２２の先には圧力センサ２３がネジ部４４によって上述したガスセンサが接続されている。また、接続円筒２２は、内部に貫通穴を有し、ネジ部４３によって接続された円筒体２６を収納することで、防爆隙の隙間と奥行き長さを形成する。ノックピン２５は基台継ぎ手２１から接続円筒２２が外れることを防止するための緩み防止、分解防止用のピンである。次に、耐圧防爆接続器２０を構成する基台継ぎ手２１、円筒体２６、接続円筒２２について説明する。

図４は耐圧防爆接続器２０の構成部品を示している。図４Ａに示した基台継ぎ手２１は、キャンドモータポンプのターミナルフランジ１５に溶接などで固定され、図４Ｃに示した接続円筒２２とネジ部４２によって接続される。また、接続円筒２２の内部には貫通穴が設けられており、貫通穴に図４Ｂに示した円筒体２６がネジ部によって接続される。円筒体２６には、円筒体２６を接続円筒２２にねじ込むための雄ネジと、雄ネジを回転させるマイナスドライバに嵌り合うマイナス溝と、導通管４６と、が設けられている。なお、接続円筒２２のフランジ部には基台継ぎ手４２との気密を保つためのＯリング２７が設けられ、接続円筒２２の他端にはセンサを接続するネジ部４４が設けられている。

本実施形態で特徴的な事項の一つは、接続円筒２２に貫通穴の先端を先細状に形成し、ガスの伝搬方向に沿って円筒体２６が接続円筒２２に嵌り込むように形成したことである。なお、貫通穴は同一直径の貫通穴でも良いし、円筒体の動きを規制することのできる段付き貫通穴や先細状の貫通穴であってもよい。

図５は図３の耐圧防爆接続器２０の奥行き長さ（Ｌ）と隙間（ｇ）を示している。防爆基準は炎や火花が外部に漏洩しないようにするため、防爆隙の間隔と奥行き長さを規定している。そこで、本実施形態の耐圧防爆接続器２０では、図５に示す奥行き長さ（Ｌ）と隙間（ｇ）とを形成し、さらに、ネジ部４３と密着部４５とが破損した場合であっても、円筒体２６の先端部が接続円筒の段付き貫通口の密着部に当接することによりガスの伝播を止める構造とした。このような構造により、接続円筒２２の他端に接続するセンサを交換した場合でも、耐圧防爆の性能を確保することが可能となる。

図６は耐圧防爆接続器２０の取り付け位置について複数の例を示している。図中の耐圧防爆接続器２０ａはステータ外筒の側面に取り付けたものであり、耐圧防爆接続器２０ｂはステータ外筒の底面に取り付けたものであり、耐圧防爆接続器２０ｃはステータ外筒の上面に取り付けたものである。なお、キャンドモータポンプ１０に関する説明は図１と同様であることから、キャンドモータポンプに関する説明を割愛する。

図６に示したキャンドモータポンプ１０では、モータ監視器１７が設置されているターミナル箱１６の近傍のターミナルフランジ１５ではなく、ステータの外筒に設けている。一般にキャンの破損により漏れだした取扱い液はステータ下部に溜まることが多い。そのため、センサをターミナルフランジ１５より低いステータ外筒の上側又は側面に取り付けることで液漏れを早く検出することが可能となる。

また、ステータ底面に耐圧防爆接続器２０ｂを設ける場合には、液漏れをいち早く検出することができるだけでなく、センサを耐圧防爆接続器から外すことでステータの密閉空間に漏れだした化学物質を排出させることやオイルパンを下に配置することで漏れ出した取扱い液の回収が容易となる。

以上、上述したように、本実施形態に係る耐圧防爆接続器を使用することにより、異なる種類のセンサであっても共通の接続器を介して取り付けることが可能となり、センサ毎に対応する接続器から取付け台座を含めた交換を不要にすることが可能となる。なお、本実施形態では、キャンドモータポンプを例にして耐圧防爆接続器を説明したが、これに限定するものではなく、他の機器に使用できることはいうまでもない。

１０キャンドモータポンプ、１１遠心ポンプ、１２スタンド、１３モータ、１４軸受ホルダ、１５ターミナルフランジ、１６ターミナル箱、１７モータ監視器、１８表示窓、１９ドレインネジ、２０，２０ａ，２０ｂ耐圧防爆接続器、２１基台継ぎ手、２２接続円筒、２２耐圧防爆接続器、２３圧力センサ、２４ケーブル、２５ノックピン、２６円筒体、２７Ｏリング、２８キャン、２９液漏れ、３２インペラ、３３接続プレート、３４，４１エンドベル、３５，４０軸受、３６シャフト、３７ロータ、３８ステータ、４２，４３，４４ネジ部、４５，５７密着部、４６導通管、１００ターミナル部、１１１ステータコイル接続線、１１２端子、１１３圧力スイッチ、１１４，１１５端子、１１６ターミナル箱、１１７ターミナルフランジ、１１８コイル接続線取付具、１１９圧力スイッチ接続線取付具。

Claims

取扱い流体と接するキャン及びエンドベルとキャンドモータポンプの外筒とによって密閉されたステータ部の密閉空間に外部機器を接続する耐圧防爆接続器において、
前記密閉空間から前記外部機器に向かって貫通穴を有する接続円筒と、
前記接続円筒の貫通穴に取り付けられることで防爆隙の隙間と奥行き長さを形成する円筒体と、
前記接続円筒を前記密閉空間に接続する基台継ぎ手と、
を含み、
前記接続円筒の一端は前記密閉空間に接続された前記基台継ぎ手によって前記キャンドモータポンプに接続され、前記接続円筒の他端は前記外部機器と接続する継ぎ手によって前記外部機器に接続され、かつ、貫通穴を有する前記接続円筒は前記密閉空間側から前記円筒体を受け入れることで漏れだした取り扱い流体又は気体による内圧に耐える構造であることを特徴とする耐圧防爆接続器。
請求項１に記載の耐圧防爆接続器において、
前記接続円筒の他端は前記外部機器によって密閉されていることを特徴とする耐圧防爆接続器。
請求項１に記載の耐圧防爆接続器において、
前記接続円筒の貫通穴にはネジ溝が形成され、前記円筒体は皿ネジ部を有し、前記円筒体の皿ネジ部が前記接続円筒の端面に密着して前記接続円筒に収容されることを特徴とする耐圧防爆接続器。
請求項３に記載の耐圧防爆接続器において、
前記接続円筒は、係止のための係止手段で前記基台継ぎ手に固定されることを特徴とする耐圧防爆接続器。
請求項４に記載の耐圧防爆接続器において、
前記基台継ぎ手は、前記キャンドモータポンプと端子部とを接続するターミナルフランジの側面に形成されていることを特徴とする耐圧防爆接続器。
請求項５に記載の耐圧防爆接続器において、
前記基台継ぎ手は、前記キャンドモータポンプの外筒上面、側面、底面のいずれかに形成されていることを特徴とする耐圧防爆接続器。