JP6780928B2 - 防爆容器用換気具、防爆容器、防爆ガス検出機構及び監視装置 - Google Patents

Description

この発明は、可燃性ガス雰囲気の危険場所に設置される防爆装置に用いられる防爆容器用換気具、防爆容器、防爆ガス検出機構及び監視装置に関する。

石油化学プラント等の可燃性ガス雰囲気の危険場所に設置された産業用機械は、マイクが集音した音響によって状態を監視される場合がある。このため、従来の防爆装置として、点火源とならない程度に電気エネルギを抑制した本質安全防爆構造のマイク装置を危険場所内に設置したものがあった。

また、危険場所の環境状態を検出するガスセンサを収納した耐圧防爆構造の防爆容器の一部を焼結金属で構成し、焼結金属部分から内部に流入する外気の状態を測定するようにした防爆装置もある（例えば、特許文献１参照。）。耐圧防爆構造の防爆容器は、内部に侵入したガスが爆発しても外部のガスに波及しないように、十分な耐圧性と耐熱性とを備えるとともに、外部への火炎逸走を確実に防止できるものでなければならない。このため、微小孔を有する焼結金属部分から外気を防爆容器内に導入するようにしている。

ところが、本質安全防爆構造のマイク装置を危険場所内に設置する場合は、非危険場所側から危険場所側へのエネルギの伝達を事故時にも安全な値に制限するための安全保持器を用いる必要があり、構成の簡略化及びコストの低廉化に不向きである。

また、焼結金属は、微小孔を介して空気を流通させることはできるが、微小孔が小さ過ぎ、防爆容器の内部に収納したマイクで外部の音響を確実に集音できる程度の通気性を備えていない。このため、一部を焼結金属で構成した耐圧防爆構造の防爆容器は、マイクを収納する防爆容器として使用することができない。

そこで、出願人は、軸方向に貫通した多数の微小孔を有する発泡金属を、ホルダの内部における軸方向に直交する面内の全面に配置した防爆容器用換気具を提案した（特許文献２参照。）。

特開２００９−０７４８９９号公報 特開２０１１−１６５７２９号公報

しかし、特許文献２に開示された防爆容器用換気具では、防爆容器の内外のガスの流通量が少なく、環境状態の検出の高速化の要請に十分に対応できない可能性がある。

この発明の目的は、十分な通気性を備えた防爆構造の防爆容器を実現できる防爆容器用換気具、防爆容器、防爆ガス検出機構及び監視装置を提供することにある。

この発明の防爆容器用換気具は、ホルダ、火炎逸走防止部材、換気装置を備えている。ホルダは、軸方向における両端部が開放した筒状を呈し、防爆容器に形成された開口部に軸方向に貫通して取り付けられる。火炎逸走防止部材は、ホルダに取り付けられ、気体透過性を有するとともにホルダの内部での軸方向における火炎の通過を防止する。換気装置は、ホルダに取り付けられ、ホルダの内部で軸方向に沿って気体を強制的に通過させる。換気装置は、軸方向における火炎逸走防止部材よりも防爆容器の内側の位置に配置される。

この構成において、換気装置を軸方向における火炎逸走防止部材よりも防爆容器の内側の位置に固定する取付部品を備えることができる。

この発明の防爆容器は、少なくとも１つの給気用の開口部、少なくとも１つの排気用の開口部、火炎逸走防止部材、換気装置を備えている。給気用の開口部および排気用の開口部は、軸方向における両端部が開放している。火炎逸走防止部材は、給気用の開口部および排気用の開口部に取り付けられ、気体透過性を有するとともに給気用の開口部および排気用の開口部の内部での軸方向における火炎の通過を防止する。換気装置は、給気用の開口部または排気用の開口部に取り付けられ、給気用の開口部または排気用の開口部の内部で軸方向に沿って気体を強制的に通過させる。換気装置は、軸方向における火炎逸走防止部材よりも防爆容器の内側の位置に配置される。

この発明の防爆ガス検出機構は、上述の防爆容器用換気具と、防爆容器用換気具が形成する気体の流路中に配置されるガスセンサと、を備えている。

この発明の監視装置は、上述の防爆容器の壁面の一部に少なくとも１つの窓部を形成し、防爆容器内で窓部に対向して配置されるカメラを備えている。

この発明によれば、防爆容器の内外に多量の気体を流通させることができ、気体の状態を素早く検出することができる。

（Ａ）及び（Ｂ）は、この発明の実施形態に係る防爆容器用換気具を備えた防爆容器の側面断面図及びＸ−Ｘ部断面図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、同防爆容器用換気具の側面断面図及び組立図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、同防爆容器用換気具の別の構成を示す側面断面図である。 は、同防爆容器用換気具のさらに別の構成を示す側面断面図である。 は、同防爆容器の別の構成を示す断面図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、同防爆容器のさらに別の構成を示す断面図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、同防爆容器用換気具のさらに別の構成を示す側面断面図である。

以下に、この発明の実施形態に係る防爆容器用換気具及びこれを備えた防爆容器について、図面を参照しつつ説明する。

図１（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、防爆容器１００は、石油化学プラント等の危険場所内に設置される防爆構造であり、一例としてアルミ合金を素材とする本体１０１及び蓋体１０２からなる。本体１０１内には、一例としてネットワークカメラ１１１、マイク１１２、ガスセンサ１１３、電源１１４、無線機１１５が収納されている。蓋体１０２には、アンテナ１１６が収納されている。防爆容器１００内に収納されたこれらの機器は、危険場所内に設置された産業機器の画像データ及び音響データ、並びに危険場所のガス雰囲気の検出データを、非危険場所内に設置された図示しないデータ処理装置に送信する監視装置を構成している。

本体１０１の一方の側面には、一例として２つの開口部１０３（図１（Ｂ）においては１つの開口部１０３のみが現れる。）が形成されている。開口部１０３には、この発明の防爆容器用換気具１０が固定されている。防爆容器用換気具１０は、防爆容器１００の内部と外部との間に気体を流通させる。

本体１０１の正面には、窓部１０４が形成されている。窓部１０４は、耐圧ガラス１１８によって被覆されている。ネットワークカメラ１１１は、本体１０１の内部において窓部１０４に対向する位置に配置されており、窓部１０４及び耐圧ガラス１１８を経由して防爆容器１００の外部を撮像する。マイク１１２は、防爆容器用換気具１０を介して防爆容器１００内に伝播した音響を集音する。ガスセンサ１１３は、防爆容器１００内に流入した気体中における特定の成分の濃度を検出する。

ネットワークカメラ１１１が撮像した画像データ、マイク１１２が集音した音響データ及びガスセンサ１１３が検出した検出データは、無線機１１５によってアンテナ１１６を介して送信される。

なお、ガスセンサ１１３の検出データは、アナログデータとして無線通信しても良いし、予め設定したしきい値を超えたら異常判定して接点信号を送信しても良い。画像データは、計器室等に設置されたデータ処理装置（図示せず）により画像処理することにより、監視対象設備の異常発生を示す表示や接点信号によるアラーム等によりオペレータに対して異常を報知する。また、音響データは、データ処理装置により、例えば周波数スペクトルを計算し、その周波数スペクトルパターンから正常音とガス漏えい音や回転機異常音を識別して異常を検知することにより、監視対象設備の異常の発生を示す表示や接点信号によるアラーム等によりオペレータに対して異常を報知する。

また、監視対象に応じてマイク１１２又はガスセンサ１１３の一方を省略することができる。また、防爆容器１００の外部の音響及びガス濃度のみを監視対象とする場合には、窓部１０３及び耐圧ガラス１１８とともにネットワークカメラ１１１を省略することもできる。

図２（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、防爆容器用換気具１０は、ホルダ１、メタルフォーム（発泡金属）素子２、フィルタ３、ファン４、ロックナット５、カバー６、パッキン７、取付部品８、取付用ビス９を備えている。

ホルダ１は、一例としてステンレスを素材として、軸方向の両端が開放した略円筒形状に形成されている。ホルダ１は、筒状であればよく、円筒形状だけでなく角筒形状であってもよい。ホルダ１の外周部には、雄ねじ部１１及びフランジ部１２が形成されている。雄ねじ部１１は、防爆容器１００の開口部１０３の雌ねじ部に螺合する形状にされており、ロックナット５が螺合する。カバー６は、雄ねじ部１１に螺合したロックナット５の外側で、雄ねじ部１１の前端部に外嵌する。フランジ部１２は、一例として８角形形状を呈し、ホルダ１の背面側の端部で、周方向の一部がホルダ１の周面から半径方向に突出している。

パッキン７及び取付部品８は、何れも内径がホルダ１の外形に略等しい環状を呈し、雄ねじ部１１に外嵌してフランジ部１２の前側に位置する。取付部品８は、周方向における等間隔の箇所にネジ孔８１が形成されている。

ファン４は、この発明の換気装置であり、ホルダ１の内部で軸方向に沿ってガスを強制的に通過させる。ファン４は、一例として汎用品の軸流ファンであり、周方向の４箇所に貫通孔４１が形成されている。貫通孔４１を貫通した後にネジ孔８１に螺合する取付用ビス９を介して、フランジ部１２の背面に当接する状態で固定される。

ホルダ１の内部には、軸方向の２カ所に段部１６及び１７が形成されている。段部１６及び１７は、内周面から全周にわたって半径方向に延出している。段部１６及び１７は、内周面の一部から延出するものであってもよい。ホルダ１の背面側からホルダ１内に挿入されたメタルフォーム素子２が、段部１６に当接する状態で、ホルダ１内に収納される。また、ホルダ１の背面側からホルダ１内に挿入されたフィルタ３が、段部１７に当接する状態で、ホルダ１内に収納される。

メタルフォーム素子２は、この発明の火炎逸走防止部材であり、気体透過性を有するとともにホルダの内部での軸方向における火炎の通過を防止する。メタルフォーム素子２に代えて、焼結金属を用いることもできる。

フィルタ３は、一例としてＳＵＳフィルタであり、例えば５枚の円盤状の板材を同軸上に順に重ねて構成され、フィルタ３を通過する爆発ガスを各板材の開口部を順に通過させて降温する。爆発ガスの温度とメタルフォーム素子２の耐熱温度とを考慮して、フィルタ３を構成する板材の枚数や開口部の形状を調整することができる。フィルタ３は、メタルフォーム素子２とともにこの発明の火炎逸走防止部材を構成するものであってもよい。この発明の火炎逸走防止部材は、気体透過性を有するとともにホルダ１０の内部での軸方向における火炎の通過を防止できることを条件に、任意の素材及び構成とすることができる。

フィルタ３により、防爆容器１００内で爆発したガスの温度を低下させることができるため、ホルダ１を２つに分割するなどしてメタルフォーム素子２とフィルタ３との間にファン４を配置することで、爆発時のファン４の破壊を防止できる。

メタルフォーム素子２及びフィルタ３は、ホルダ１の内周面との間で固定部材を介して溶接することで、ホルダ１の内部に固定される。固定部材としては一例としてニッケルロウを用いることができる。

即ち、ファン４は、取付部品８を介してメタルフォーム素子２よりも防爆容器１００の内側に配置された状態でホルダ１に取り付けられる。このため、換気装置として防爆構造を持たない汎用のファンを用いて防爆容器用換気具１０を安価かつ簡便に構成することができる。

ファン４として、非防爆構造の汎用品に代えて防爆構造の専用品を用いる場合には、メタルフォーム素子２よりも防爆容器１００の外側に配置することもできる。

ホルダ１の雄ねじ部１１を防爆容器１００の内側から開口部１０３の内周面に形成された雌ねじ部に螺合させた後、防爆容器１００の外部に露出した雄ねじ部１１にロックナット５を螺合させる。防爆容器用換気具１０は、ロックナット５とパッキン７との間に開口部１０３の周縁部を挟持して防爆容器１００に取り付けられる。そして、防爆容器用換気具１０を開口部１０３に取り付けることにより、メタルフォーム素子２とファン４とが開口部１０３に取り付けられる。

防爆容器用換気具１０を防爆容器１００に取り付け、ファン４を駆動すると、ホルダ１の内部に、一方の端部から他方の端部に向かってメタルフォーム素子２及びフィルタ３を通過して軸方向に流れる気体の流路が形成される。ホルダ１の一方の端部の外側の火炎は、メタルフォーム素子２及びフィルタ３を越えて他方の端部側に通過することがない。防爆容器用換気具１０を防爆容器１００に設けることで、防爆容器１００の内部と外部との間に、火炎の移動を伴うことなく、多量の気体を流通させることができる。

これにより、防爆容器１００の防爆性能を確保しつつ、防爆容器１００内の気体を外部に排出することができ、防爆容器１００内に収納されている電気機器の温度上昇を低減させ、防爆装置としての使用可能周囲温度の範囲を拡大することができる。

また、防爆用１００内の気体を撹拌して防爆容器１００の内部温度を均一にすることができ、部分的な高温化による防爆容器１００内の温度上昇を低減できる。

さらに、防爆容器１００内に流入した爆発性ガスを撹拌することで、爆発性ガスの部分的な濃度上昇を防止でき、防爆容器１００の内部における爆発の可能性を低減できる。

図３（Ａ）に示すように、取付部品８をホルダ１に一体的に備えることにより、部品点数を削減できる。また、図３（Ｂ）に示すように、ホルダ１の雄ねじ部１１を防爆容器１００の開口部１０３の雌ねじ部に外側から螺合させ、防爆容器１００の内部に露出した雄ねじ部１１に取付部品８を螺合させることとし、取付部品８によってロックナットを兼用させることもできる。部品点数をさらに削減するとともに、小型化を図ることができる。

２つの開口部１０３の両方に同一構造の防爆容器用換気具１０を取り付け、２つの防爆容器用換気具１０のそれぞれのファン４を互いに反対方向に駆動することで、一方の防爆容器用換気具１０を給気用、他方の防爆容器用換気具１０を排気用とすることができる。

排気用の防爆容器用換気具１０によって防爆容器１００内の気体を外部に排気しつつ、給気用の防爆容器用換気具１０によって防爆容器１００の外部の気体を防爆容器１００内に大量に供給することができ、特にガスセンサ１１３によるガス濃度の検出を高速に行うことができる。

このとき、ガスセンサ１１３を防爆容器１００内で給気用の防爆容器用換気具１０と排気用の防爆容器用換気具１０との間に形成される気体の流路内に配置することにより、外部のガス濃度をより正確かつ高速に検出することができる。

また、図４に示すように、２つの防爆容器用換気具１０におけるホルダ１に対するファン４の取付方向を変えることにより、給気用の防爆容器用換気具１０と排気用の防爆容器用換気具１０との駆動方向を共通化することができる。

図５に示すように、防爆容器１００内に開口部１０３を有する閉空間１００Ａを形成し、開口部１０３に防爆容器用換気具１０を装着するとともに、閉空間１００Ａ内にガスセンサ１１３を取り付けても良い。防爆容器用換気具１０によって外部のガスが供給される空間の容積を小さくすることで、ガスセンサ１１３によるガス濃度の検出速度を高速化できる。

この場合には、図６（Ａ）に示すように、閉空間１００Ａに形成した２つの開口部１０３に、それぞれ給気用の防爆容器用換気具１０Ａと排気用の防爆容器用通気具１０Ｂとを備えてもよい。閉空間１００Ａ内の圧力上昇を緩和して、閉空間１００Ａ内に十分に外部のガスを流入させることができる。なお、防爆容器用通気具１０Ｂは、防爆容器用換気具１０Ａからファン４を取り除いたものである。防爆容器用通気具１０Ｂを開口部１０３に取り付けることにより、メタルフォーム素子２が開口部１０３に取り付けられる。

また、図６（Ｂ）に示すように、給気用の防爆容器用換気具１０Ａの背面側と排気用の防爆容器用通気具１０Ｂの背面側とを連通するダクト１００Ｂを備え、ダクト１００Ｂ内にガスセンサ１１３を配置してもよい。閉空間の容積を最小化してガスセンサ１１３によるガス濃度の検出速度をさらに高速化できる。

防爆容器１００の内部に形成した閉空間内のみに外部の気体を流通させるようにすることで、防爆容器１００が腐食性ガス雰囲気中に配置された場合にも、防爆容器１００の内部に配置された電気機器が腐食性ガスに晒されることを防止できる。

また、閉空間に流入した爆発性ガスが爆発した場合にも、防爆容器１００の内部における閉空間の外に配置された電気機器への影響を小さくすることができる。

図７（Ａ）に示すように、上述の構成における給気用の防爆容器用換気具１０Ａにおけるファン４の背面側にガスセンサ１１３を取り付け、ガスセンサ１１３を一体化した給気用の防爆容器用換気具１０Ａを構成することができる。この構成により、ガス濃度の検出速度をさらに高速化できる。

また、図７（Ｂ）に示すように、取付部品８及び取付用ビス９に代えて両面に接着剤が塗布された環状の弾性体８０を介してファン４をフランジ部１２の背面に取り付けるようにしても良い。

さらに、軸方向に直交する面内で、ファン４の外形をホルダ１の外形以下とすることで、防爆容器１００の外部から防爆容器用換気具１０を開口部１０３に嵌入させることができるようにしてもよい。特に、図７（Ｃ）に示すように、ファン４の外形をホルダ１の内形に略等しくすることで、防爆容器用換気具１０の軸方向の長さを短縮し、組立てを簡略化できる。

なお、この発明に係る防爆容器１００は、必ずしも防爆容器用換気具１０を備える必要はなく、１つの開口部１０３に外側から内側に向かってメタルフォーム素子２、フィルタ３及びファン４をこの順に直接備えることができる。さらに、別の開口部１０３に少なくともメタルフォーム素子３を直接備えることもできる。防爆容器１００の内外の圧力差を緩和して、防爆容器１００の内外に、より多量の気体を流通させることができる。

上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１−ホルダ
２−メタルフォーム素子
３−フィルタ
４−ファン
１０−防爆容器用換気具
１００−防爆容器
１０１−本体
１０２−蓋体
１０３−開口部

Claims (5)

1. 軸方向における両端部が開放した筒状のホルダであって防爆容器に形成された開口部に軸方向に貫通して取り付けられるホルダと、
   前記ホルダに取り付けられ、気体透過性を有するとともに前記ホルダの内部での前記軸方向における火炎の通過を防止する火炎逸走防止部材と、
   前記ホルダに取り付けられ、前記開口部の内部で前記軸方向に沿って気体を強制的に通過させる換気装置と、
   を備え、
   前記換気装置は、前記軸方向における前記火炎逸走防止部材よりも前記防爆容器の内側の位置に配置される、防爆容器用換気具。
2. 前記換気装置を前記軸方向における前記火炎逸走防止部材よりも前記防爆容器の内側の位置に固定する取付部品を備えた請求項１に記載の防爆容器用換気具。
3. 軸方向における両端部が開放した少なくとも１つの給気用の開口部および少なくとも１つの排気用の開口部と、
   前記給気用の開口部および前記排気用の開口部に取り付けられ、気体透過性を有するとともに前記給気用の開口部および前記排気用の開口部の内部での前記軸方向における火炎の通過を防止する火炎逸走防止部材と、
   前記給気用の開口部または前記排気用の開口部に取り付けられ、前記給気用の開口部または前記排気用の開口部の内部で前記軸方向に沿って気体を強制的に通過させる換気装置と、
   を備えた防爆容器であって、
   前記換気装置は、前記軸方向における前記火炎逸走防止部材よりも前記防爆容器の内側の位置に配置される、防爆容器。
4. 請求項１又は２に記載の防爆容器用換気具と、
   前記防爆容器用換気具が形成する気体の流路中に配置されるガスセンサと、
   を備えた防爆ガス検出機構。
5. 請求項３に記載の防爆容器であって壁面の一部に少なくとも１つの窓部を有する防爆容器と、
   前記防爆容器内で前記窓部に対向して配置されるカメラと、
   を備えた監視装置。

Images