JP7070019B2 - 電源装置及び機器システム - Google Patents

Description

本発明は、電源装置及び機器システムに関する。

従来から、プラントや工場等においては、分散制御システム（ＤＣＳ：Distributed Control System）が構築されており、高度な自動操業が実現されている。この分散制御システムは、フィールド機器と呼ばれる現場機器（測定器、操作器）を制御するコントローラが、幾つかの制御ループ毎に分散配置される制御システムである。近年では、フィールド機器とコントローラとが通信線又は通信バス等を介して有線接続された分散制御システム以外に、フィールド機器とコントローラとが無線接続された分散制御システムも実現されている。

このような分散制御システムで用いられるフィールド機器のうち、可燃性のガスが用いられる場所のような危険場所に設置されるフィールド機器は、防爆規格を満たすように設計される。ここで、主な防爆規格として耐圧防爆規格及び本質安全防爆規格が挙げられる。耐圧防爆規格では、機器を耐圧容器で覆い、内部で爆発が生じても外部の可燃性ガス等に引火させない構造にすることが要求される。本質安全防爆規格では、本質安全回路（本安回路）を使用することにより、可燃性のガスに点火させない構造にすることが要求される。尚、上記の本質安全回路は、正常時及び異常時の双方において、温度が可燃性のガスの発火温度以下に維持され、仮に電気的な火花が発生したとしても、そのエネルギーが可燃性のガスの着火エネルギー以下になるような回路である。

以下の特許文献１には、耐圧容器を使用せずに防爆規格を満たすように構成されたフィールド機器が開示されている。具体的に、以下の特許文献１に開示されたフィールド機器は、防爆構造容器内に設けられた送受信手段と、防爆構造容器の外壁の一部を貫通突出して設けられたアンテナコネクタとを接続する接続線上に、アンテナコネクタの中心導体の電位を所定の電位に保つショートスタブ手段を設けることで防爆規格を満たすようにしている。

特開２０１２－１１５１２１号公報

ところで、危険場所に設置されたフィールド機器に対して、非危険場所に設けられた電源からフィールド機器を動作させるための電力供給が必要になる場合がある。例えば、上述したフィールド機器とコントローラとが無線接続された分散制御システムで用いられるフィールド機器（無線フィールド機器）を電池で動作させたくない場合である。無線フィールド機器を電池によって動作させる場合には、定期的な電池交換が必要になるところ、このような電池交換を行いたくない場合には、非危険場所に設けられた電源からフィールド機器を動作させるための電力供給が必要になる。

非危険場所に設けられた電源から危険場所に設置されたフィールド機器に電力を供給する場合には、非危険場所にバリア（安全保持器）を設置し、電源から供給される電力（電気エネルギー）をバリアによって制限し、制限された電力（電気エネルギー）を危険場所に設置された無線フィールド機器に供給するという手段が採用される。尚、上記のバリアには、特別な接地を必要としない絶縁バリア以外に、Ａ種接地（例えば、直径２．６［ｍｍ］以上の軟銅線等を用い、接地抵抗値が１０［Ω］以下にされる接地）が必要となる非絶縁のツェナーバリアを用いることができる。

上記の手段が採用される場合において、非危険場所におけるバリアの設置位置と、危険場所におけるフィールド機器の設置位置とが離れている場合には、専用の電源配線が必要になるため、コストの大幅な上昇を招いてしまうという問題がある。また、バリアからフィールド機器に供給される直流電力の電圧は、例えば２４［Ｖ］前後であり、配線が長くなる場合には、配線抵抗による電圧降下を小さくするために太い配線を使用する必要があるため、更なるコストの上昇を招いてしまうという問題がある。また、配線抵抗による電圧降下の大きさによっては、フィールド機器に供給される直流電力の電圧がフィールド機器の動作可能な電圧を下回ってしまい、フィールド機器を動作させることができないという問題がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、大幅なコストの上昇を招くことなく危険場所に設置された機器を動作させることができる電源供給が可能な電源装置及び機器システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一態様による電源装置は、本質安全防爆がなされている機器である本安機器（１０、１０Ａ）に電力を供給する電源装置（２０、２０Ａ、２０Ｂ）であって、危険場所（Ａ１）に設置される耐圧防爆用電線管（ＣＤ７、ＣＤ１２）が接続される第１接続部（２２）と、前記本安機器が接続される第２接続部（２３）とを有する耐圧容器（２１）と、前記耐圧容器内に収容され、前記耐圧防爆用電線管に収容された電線（Ｌ７、Ｌ１２）を介して供給される電力を、本質安全防爆規格を満たす電力に制限して前記第２接続部に接続された前記本安機器に供給するバリア装置（２６、２６Ａ、２６Ｂ）と、を備える。
また、本発明の一態様による電源装置は、前記バリア装置が、絶縁バリア（５０、５０Ａ）を備える。
また、本発明の一態様による電源装置は、前記絶縁バリアが、直流電力を交流電力に変換する発振回路（５１）と、前記発振回路から一次側に供給される交流電力を二次側に伝達する絶縁トランス（５２）と、前記絶縁トランスの二次側に伝達された交流電力を整流する整流回路（５３、５３Ａ）と、前記整流回路で整流された電力を制限する制限回路（５４）と、を備える。
また、本発明の一態様による電源装置は、前記耐圧容器が、前記第２接続部を複数備え、前記制限回路が、前記第２接続部に対応して複数設けられる。
また、本発明の一態様による電源装置は、前記バリア装置が、前記耐圧防爆用電線管に収容された電線を介して供給される交流電力を直流電力に変換して前記絶縁バリアに供給する電力変換部（４０）を備える。
また、本発明の一態様による電源装置は、前記耐圧容器が、前記第１接続部を複数備え、前記電力変換部が、前記第１接続部に対応して複数設けられ、複数の前記電力変換部の各々の直流電力を、複数のダイオード６０ａ、６０ｂを介して前記絶縁バリアに並列接続する接続回路（６０）を備える。
また、本発明の一態様による電源装置は、前記第１接続部及び前記第２接続部には耐圧パッキン金具（ＦＰ）が設けられており、前記耐圧防爆用電線管及び前記本安機器が、前記耐圧パッキン金具を介して接続される。
本発明の一態様による機器システムは、本質安全防爆がなされている機器である本安機器（１０、１０Ａ）と、危険場所（Ａ１）に設置される耐圧防爆用電線管（ＣＤ７、ＣＤ１２）に接続され、前記耐圧防爆用電線管に収容された電線を介して供給される電力を、本質安全防爆規格を満たす電力に制限して前記本安機器に供給する上記の何れかに記載の電源装置と、を備える。
また、本発明の一態様による機器システムは、前記耐圧防爆用電線管の一部に取り付けられ、前記耐圧防爆用電線管に収容された電線を介して前記電源装置へ供給される電力を遮断するか否かを切り換えるスイッチ（３０、３０Ａ）を備える。
また、本発明の一態様による機器システムは、前記本安機器が、アンテナ（１７）が取り外し可能に構成され、前記アンテナに接続可能であるとともに前記本安機器の外部に突出した接続端子を有する無線機器である。

本発明によれば、大幅なコストの上昇を招くことなく危険場所に設置された機器を動作させることができる電源供給が可能である、という効果がある。

本発明の第１実施形態による機器システムの全体構成を示す図である。 本発明の第１実施形態による電源装置の内部構成を示すブロック図である。 本発明の第２実施形態による機器システムの全体構成を示す図である。 本発明の第２実施形態による電源装置の内部構成を示すブロック図である。 本発明の第３実施形態による機器システムの全体構成を示す図である。 本発明の第３実施形態による電源装置の内部構成を示すブロック図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態による電源装置及び機器システムについて詳細に説明する。

〔第１実施形態〕
〈機器システム〉
図１は、本発明の第１実施形態による機器システムの全体構成を示す図である。図１に示す通り、本実施形態の機器システム１は、無線フィールド機器１０（本安機器、無線機器）、電源装置２０、及びタンブラスイッチ３０（スイッチ）を備えており、プラントの危険場所Ａ１に設置されて、プラントの非危険場所Ａ２に設けられた商用電源等の電源ＰＳから供給される電力を用いて無線フィールド機器１０を動作させるものである。

ここで、機器システム１が設置されるプラントとしては、化学等の工業プラントの他、ガス田や油田等の井戸元やその周辺を管理制御するプラント、水力・火力・原子力等の発電を管理制御するプラント、太陽光や風力等の環境発電を管理制御するプラント、上下水やダム等を管理制御するプラント等がある。尚、機器システム１が設置されるプラントは、これらに制限される訳ではない点に注意されたい。

まず、機器システム１の詳細を説明する前に、機器システム１が設置されている場所の周囲の状況について説明する。図１に示す通り、機器システム１が設置されるプラントの危険場所Ａ１には、耐圧防爆用分電盤１１０、耐圧防爆用接続箱１２０、タンブラスイッチ１３０、耐圧防爆用照明器具１４０，１５０が設置されており、プラントの非危険場所Ａ２に設けられた電源ＰＳから供給される電力を用いて耐圧防爆用照明器具１４０，１５０による照明がなされる。

耐圧防爆用分電盤１１０は、耐圧防爆がなされた分電盤である。図１に例示する耐圧防爆用分電盤１１０は、１つの入力端１１１と３つの出力端１１２とを有する。耐圧防爆用分電盤１１０の入力端１１１は、非危険場所Ａ２に設けられた電源ＰＳに接続されている。耐圧防爆用分電盤１１０の１つの出力端１１２は、耐圧防爆用接続箱１２０に接続されており、耐圧防爆用分電盤１１０のもう１つの出力端１１２は、耐圧防爆用照明器具１４０に接続されている。尚、耐圧防爆用分電盤１１０の残りの出力端１１２は、閉止栓ＣＰが取り付けられて未使用とされている。

耐圧防爆用接続箱１２０は、耐圧防爆がなされた接続箱である。図１に例示する耐圧防爆用接続箱１２０は、１つの入力端１２１と２つの出力端１２２とを有する。耐圧防爆用接続箱１２０の入力端１２１は、耐圧防爆用分電盤１１０の１つの出力端１１２に接続されている。耐圧防爆用接続箱１２０の一方の出力端１２２は、タンブラスイッチ１３０に接続されており、他方の出力端１２２は、タンブラスイッチ３０に接続されている。

タンブラスイッチ１３０は、つまみ等の操作子を備えており、操作子が操作されることよって、入力端１３１と出力端１３２との間がオン状態又はオフ状態になるスイッチである。タンブラスイッチ１３０の入力端１３１は、耐圧防爆用接続箱１２０の一方の出力端１２２に接続され、タンブラスイッチ１３０の出力端１３２は、耐圧防爆用照明器具１５０に接続されている。このタンブラスイッチ１３０は、耐圧防爆用照明器具１５０を点灯又は消灯するために用いられる。耐圧防爆用照明器具１４０，１５０は、耐圧防爆がなされた照明である。

電源ＰＳと耐圧防爆用分電盤１１０とを接続する電線Ｌ１は、耐圧防爆用厚鋼電線管ＣＤ１に収容されている。耐圧防爆用分電盤１１０と耐圧防爆用接続箱１２０とを接続する電線Ｌ２は、耐圧防爆用厚鋼電線管ＣＤ２に収容されており、耐圧防爆用接続箱１２０とタンブラスイッチ１３０とを接続する電線Ｌ３は、耐圧防爆用厚鋼電線管ＣＤ３に収容されている。また、耐圧防爆用分電盤１１０と耐圧防爆用照明器具１４０とを接続する電線Ｌ４は、耐圧防爆用厚鋼電線管ＣＤ４に収容されており、タンブラスイッチ１３０と耐圧防爆用照明器具１５０とを接続する電線Ｌ５は、耐圧防爆用厚鋼電線管ＣＤ５に収容されている。

耐圧防爆用分電盤１１０の入力端１１１及び出力端１１２、耐圧防爆用接続箱１２０の入力端１２１及び出力端１２２、タンブラスイッチ１３０の入力端１３１及び出力端１３２には、耐圧パッキン金具ＦＰがそれぞれ設けられている。耐圧防爆用厚鋼電線管ＣＤ１～ＣＤ５の端部は、耐圧パッキン金具ＦＰに固定される。例えば、耐圧防爆用厚鋼電線管ＣＤ２の一端は、耐圧防爆用分電盤１１０の１つの出力端１１２に設けられた耐圧パッキン金具ＦＰに固定され、他端は、耐圧防爆用接続箱１２０の入力端１２１に設けられた耐圧パッキン金具ＦＰに固定される。尚、耐圧防爆用厚鋼電線管ＣＤ１の一端は、耐圧防爆用分電盤１１０の入力端１１１に設けられた耐圧パッキン金具ＦＰに固定されるが、他端は、可燃性ガスが非危険場所Ａ２に流入するのを防止するために封止材ＳＬによって封止される。

このように、機器システム１が設置されている危険場所Ａ１には、耐圧防爆がなされた配電設備（耐圧防爆用分電盤１１０、耐圧防爆用接続箱１２０、タンブラスイッチ１３０、耐圧防爆用厚鋼電線管ＣＤ１～ＣＤ５，電線Ｌ１～Ｌ５等）が設けられており、この配電設備を介して供給される電力を用いて耐圧防爆用照明器具１４０，１５０による照明がなされる。本実施形態の機器システム１は、このような配電設備を介して供給される電力を用いて無線フィールド機器１０を動作させるものである。

次に、機器システム１の詳細について説明する。前述の通り、機器システム１は、無線フィールド機器１０、電源装置２０、及びタンブラスイッチ３０を備える。無線フィールド機器１０は、防水容器１１、本安回路１２、本安電源端子１３、入力端１４、ＲＦコネクタ１５、同軸ケーブル１６、及びアンテナ１７等を備えており、上記の配電設備によって配電され、タンブラスイッチ３０及び電源装置２０を介して供給される電力を用いて動作し、無線信号の送受信を行う。尚、ＲＦコネクタ１５は、耐圧防爆に対応した構造を有するものを用いることができる。

ここで、無線フィールド機器１０としては、例えば流量計や温度センサ等のセンサ機器、流量制御弁や開閉弁等のバルブ機器、ファンやモータ等のアクチュエータ機器、プラント内の状況や対象物を撮影するカメラやビデオ等の撮像機器、プラント内の異音等を収集したり警報音等を発したりするマイクやスピーカ等の音響機器、各機器の位置情報を出力する位置検出機器、その他のプラントの現場に設置される機器等が挙げられる。

無線フィールド機器１０は、無線信号の送受信を行う無線回路等の各種回路が形成された本安回路１２、及び電源装置２０に接続されて電源装置２０から本安回路１２に供給される電力を受電する本安電源端子１３が、防水容器１１の内部に収容された構造の本質安全防爆規格を満たす機器である。この無線フィールド機器１０の防水容器１１には、入力端１４と本安回路１２に接続されたＲＦコネクタ１５とが設けられている。入力端１４は、本安電源端子１３に近接する位置に設けられている。ＲＦコネクタ１５には同軸ケーブル１６を介してアンテナ１７が接続される。

ここで、アンテナ１７は、同軸ケーブル１６を介してＲＦコネクタ１５に接続することも、同軸ケーブル１６を介することなくＲＦコネクタ１５に直接接続することも可能である。同軸ケーブル１６をＲＦコネクタ１５から取り外した場合、或いはＲＦコネクタ１５に直接接続されたアンテナ１７をＲＦコネクタ１５から取り外した場合に、ＲＦコネクタ１５の中心導体（接続端子）が外部に剥き出しの状態になる。つまり、無線フィールド機器１０は、アンテナ１７に接続可能であるとともに、無線フィールド機器１０の外部（防水容器１１の外部）に突出した接続端子を有する。このため、無線フィールド機器１０は、本安回路１２を設けて本質安全防爆規格を満たすようにされている。

電源装置２０は、耐圧容器２１、入力端２２（第１接続部）、出力端２３（第２接続部）、耐圧側電源端子２４、本安側出力端子２５、及びバリア装置２６を備えており、上述の配電設備によって配電され、タンブラスイッチ３０を介して供給される電力を用いて、無線フィールド機器１０が動作するために必要な電力を生成する。例えば、電圧が９０～２４０［Ｖ］程度の電力を、本質安全防爆規格を満たす電力（例えば、電圧が１２［Ｖ］程度、電流が５０［ｍＡ］程度）に制限して、無線フィールド機器１０が動作するために必要な電力を生成する。

電源装置２０は、タンブラスイッチ３０が接続される耐圧側電源端子２４、無線フィールド機器１０が接続される本安側出力端子２５、及び耐圧側電源端子２４と本安側出力端子２５との間に設けられ、無線フィールド機器１０が動作するために必要な電力を生成するバリア装置２６が、耐圧容器２１の内部に収容された構造の耐圧防爆規格を満たす機器である。電源装置２０の耐圧容器２１には、耐圧側電源端子２４に近接する位置に入力端２２が設けられており、本安側出力端子２５に近接する位置に出力端２３が設けられている。尚、電源装置２０に設けられたバリア装置２６の詳細については後述する。

タンブラスイッチ３０は、タンブラスイッチ１３０と同様に、つまみ等の操作子を備えており、操作子が操作されることによって、入力端３１と出力端３２との間がオン状態又はオフ状態になるスイッチである。タンブラスイッチ３０の入力端３１は、耐圧防爆用接続箱１２０に接続され、例えばメンテナンス時に無線フィールド機器１０への電源供給を遮断する場合にオフ状態にされる。

耐圧防爆用接続箱１２０とタンブラスイッチ３０とを接続する電線Ｌ６は、耐圧防爆用厚鋼電線管ＣＤ６に収容され、タンブラスイッチ３０と電源装置２０とを接続する電線Ｌ７は、耐圧防爆用厚鋼電線管ＣＤ７（耐圧防爆用電線管）に収容される。これに対し、電源装置２０と無線フィールド機器１０とを接続する電線Ｌ８は、保護管ＰＴに収容される。電源装置２０で生成されて、電線Ｌ８を介して無線フィールド機器１０に供給される電力は、本質安全防爆規格を満たすものであり、電線Ｌ８を耐圧防爆用厚鋼電線管に収容して耐圧防爆にする必要が無いことから、電線Ｌ８は保護管ＰＴに収容される。

無線フィールド機器１０の入力端１４には防水パッキンＷＰが設けられている。これに対し、電源装置２０の入力端２２及び出力端２３には、耐圧パッキン金具ＦＰがそれぞれ設けられている。同様に、タンブラスイッチ３０の入力端３１及び出力端３２には、耐圧パッキン金具ＦＰがそれぞれ設けられている。

耐圧防爆用厚鋼電線管ＣＤ６の一端は、耐圧防爆用接続箱１２０の他方の出力端１２２に設けられた耐圧パッキン金具ＦＰに固定され、他端は、タンブラスイッチ３０の入力端３１に設けられた耐圧パッキン金具ＦＰに固定される。耐圧防爆用厚鋼電線管ＣＤ７の一端は、タンブラスイッチ３０の出力端３２に設けられた耐圧パッキン金具ＦＰに固定され、他端は、電源装置２０の入力端２２に設けられた耐圧パッキン金具ＦＰに固定される。保護管ＰＴの一端は、無線フィールド機器１０の入力端１４に設けられた防水パッキンＷＰに固定され、他端は電源装置２０の出力端２３に設けられた耐圧パッキン金具ＦＰに固定される。

このように、機器システム１は、電源装置２０、タンブラスイッチ３０、及び電線管（耐圧防爆用厚鋼電線管ＣＤ６，ＣＤ７）が耐圧防爆構造とされて耐圧防爆用接続箱１２０の他方の出力端１２２に接続される。そして、電源装置２０の本安側出力端子２５から無線フィールド機器１０は、本質的安全防爆規格を満たすようにされている。このようにするのは、電源装置２０と無線フィールド機器１０とを接続する電線Ｌ８の長さを極力短くすることができる。これにより、専用の電源配線が不要になるとともに、電圧降下を小さくするための太い配線も不要となることから、大幅なコストの上昇を招くことなく危険場所Ａ１に設置された無線フィールド機器１０に対する電源供給を行うことができる。また、配線抵抗による電圧降下によって、無線フィールド機器１０を動作させることができなくなることを防止できる。

〈電源装置〉
図２は、本発明の第１実施形態による電源装置の内部構成を示すブロック図である。図２（ａ）に示す通り、電源装置２０のバリア装置２６は、ＡＣ／ＤＣ電源４０（電力変換部）と絶縁バリア５０とを備える。ＡＣ／ＤＣ電源４０は、耐圧側電源端子２４から供給される交流電力を直流電力に変換する。例えば、ＡＣ／ＤＣ電源４０は、電圧が９０～２４０［Ｖ］程度の交流電力を、電圧が２４［Ｖ］の直流電力に変換する。尚、ＡＣ／ＤＣ電源４０から出力される直流電力の電圧を幾つにするかは、絶縁バリア５０の電気的な特性との兼ね合いで決定される。絶縁バリア５０は、ＡＣ／ＤＣ電源４０から出力される直流電力を、本質安全防爆規格を満たす電力（例えば、電圧が１２［Ｖ］程度、電流が５０［ｍＡ］程度）に制限する。

図２（ｂ）に示す通り、絶縁バリア５０は、発振回路５１、絶縁トランス５２、整流回路５３、及びエネルギー制限回路５４（制限回路）を備える。発振回路５１は、ＡＣ／ＤＣ電源４０から出力される直流電力を交流電力に変換する回路である。例えば、発振回路５１は、直流電力を数百［ｋＨｚ］～１［ＭＨｚ］程度の周波数を有する交流電力に変換する。絶縁トランス５２は、電気的に絶縁された一次側巻線及び二次側巻線を備えており、発振回路５１から一次側巻線に供給される交流電力を二次側巻線に伝達する。整流回路５３は、絶縁トランス５２の二次側巻線に伝達された交流電力を整流する。エネルギー制限回路５４は、整流回路５３で整流された電力（電気エネルギー）を制限する。図２（ｃ）に示す通り、エネルギー制限回路５４は、例えば抵抗Ｒ、３つのツェナーダイオードＴＤ、及びヒューズＦを備える構成のものを用いることができる。

ここで、バリア装置２６の絶縁バリア５０を、ツェナーバリアに代えることも可能である。但し、ツェナーバリアを用いる場合には、Ａ種接地（例えば、直径２．６［ｍｍ］以上の軟銅線等を用い、接地抵抗値が１０［Ω］以下にされる接地）が必要になることから現場での作業が難しくなる。絶縁バリア５０を備えるバリア装置２６は、Ａ種接地を必要としないことから、ツェナーバリアを用いる場合よりも現場での作業の面で有利である。

〈機器システムの動作〉
非危険場所Ａ２に設けられた電源ＰＳの電力（交流電力）は、耐圧防爆用厚鋼電線管ＣＤ１に収容された電線Ｌ１、耐圧防爆用分電盤１１０、耐圧防爆用厚鋼電線管ＣＤ２に収容された電線Ｌ２、耐圧防爆用接続箱１２０、及び耐圧防爆用厚鋼電線管ＣＤ６に収容された電線Ｌ６を順に介してタンブラスイッチ３０に供給される。

タンブラスイッチ３０に供給された電力（交流電力）は、タンブラスイッチ３０がオン状態である場合には、耐圧防爆用厚鋼電線管ＣＤ７に収容された電線Ｌ７を介して電源装置２０に供給される。電源装置２０に供給された電力（交流電力）は、耐圧側電源端子２４からバリア装置２６に入力され、ＡＣ／ＤＣ電源４０によって直流電力に変換された後に絶縁バリア５０に供給される。

絶縁バリア５０に供給された直流電力は、発振回路５１によって一旦交流電力に変換されて絶縁トランス５２の一次側巻線に供給される。この交流電力は、絶縁トランス５２の二次側巻線に伝達されて整流回路５３で整流された後に、エネルギー制限回路５４で、本質安全防爆規格を満たす電力（電気エネルギー）に制限される。そして、本質安全防爆規格を満たす電力（直流電力）が、保護管ＰＴに収容された電線Ｌ８を介して無線フィールド機器１０に供給される。このようにして、プラントの非危険場所Ａ２に設けられた電源ＰＳから供給される電力を用いて無線フィールド機器１０が動作する。

以上の通り、本実施形態では、耐圧防爆用厚鋼電線管ＣＤ７に収容された電線Ｌ７を介して供給される電力を、本質安全防爆規格を満たす電力に制限するバリア装置２６と、バリア装置２６を収容する耐圧容器２１とを備える電源装置２０を危険場所Ａ１に設置し、本質安全防爆規格を満たす電力を電源装置２０から無線フィールド機器１０に供給するようにしている。このため、電源装置２０と無線フィールド機器１０とを接続する電線Ｌ８の長さを極力短くすることができる。これにより、専用の電源配線が不要になるとともに、電圧降下を小さくするための太い配線も不要となることから、大幅なコストの上昇を招くことなく危険場所Ａ１に設置された無線フィールド機器１０に対する電源供給を行うことができる。また、配線抵抗による電圧降下によって、無線フィールド機器１０を動作させることができなくなることを防止できる。

〔第２実施形態〕
〈機器システム〉
図３は、本発明の第２実施形態による機器システムの全体構成を示す図である。尚、図３においては、図１に示した構成に相当する構成については同一の符号を付してある。また、図３においては、図示を簡略化するために、図１に示した耐圧防爆用分電盤１１０、耐圧防爆用接続箱１２０、タンブラスイッチ１３０、耐圧防爆用照明器具１４０，１５０、耐圧防爆用厚鋼電線管ＣＤ２～ＣＤ６の図示を省略している。尚、図３では、電線Ｌ１がタンブラスイッチ３０に接続されて、耐圧防爆用厚鋼電線管ＣＤ１の一端が、タンブラスイッチ３０の入力端３１に設けられた耐圧パッキン金具ＦＰに固定されているとしている。

図３に示す通り、本実施形態の機器システム２は、図１に示す電源装置２０に代えて電源装置２０Ａを設け、無線フィールド機器１０Ａを追加した構成である。このような機器システム２は、電源装置２０Ａが、タンブラスイッチ３０を介して供給される電力を用いて、無線フィールド機器１０及び無線フィールド機器１０Ａが動作するために必要な電力を生成するようしたものである。

無線フィールド機器１０Ａは、無線フィールド機器１０とは、アンテナ１７が防水容器１１に固定されて交換が不可である点が異なる。電源装置２０Ａは、図１に示す電源装置２０とは、バリア装置２６に代えてバリア装置２６Ａを備えており、複数の出力端２３及び複数の本安側出力端子２５を備える点が異なる。電源装置２０Ａに設けられた一方の本安側出力端子２５に無線フィールド機器１０が接続され、他方の本安側出力端子２５に無線フィールド機器１０Ａが接続される。

無線フィールド機器１０と電源装置２０Ａとを接続する電線Ｌ８及び無線フィールド機器１０Ａと電源装置２０Ａとを接続する電線Ｌ９はそれぞれ保護管ＰＴに収容される。電線Ｌ８を収容する保護管ＰＴの一端は、無線フィールド機器１０の入力端１４に設けられた防水パッキンＷＰに固定され、他端は電源装置２０Ａの一方の出力端２３に設けられた耐圧パッキン金具ＦＰに固定される。電線Ｌ９を収容する保護管ＰＴの一端は、無線フィールド機器１０Ａの入力端１４に設けられた防水パッキンＷＰに固定され、他端は電源装置２０Ａの他方の出力端２３に設けられた耐圧パッキン金具ＦＰに固定される。

〈電源装置〉
図４は、本発明の第２実施形態による電源装置の内部構成を示すブロック図である。図４（ａ）に示す通り、電源装置２０Ａのバリア装置２６Ａは、図２（ａ）に示すバリア装置２６に設けられた絶縁バリア５０を、複数の本安側出力端子２５を有する絶縁バリア５０Ａに代えた構成である。図４（ｂ）に示す通り、絶縁バリア５０Ａは、図２（ｂ）に示す絶縁バリア５０の整流回路５３を整流回路５３Ａに代え、エネルギー制限回路５４を複数設けた構成である。複数設けられたエネルギー制限回路５４には、整流回路５３Ａから同じ大きさの直流電圧が供給される。エネルギー制限回路５４は、図２（ｃ）に示す構成のものを用いることができる。尚、本実施形態において、バリア装置２６Ａに設けられたＡＣ／ＤＣ電源４０は、直流電圧（例えば、１００［Ｖ］の直流電圧）で動作させても良い。

〈機器システムの動作〉
非危険場所Ａ２に設けられた電源ＰＳの電力（交流電力）は、耐圧防爆用厚鋼電線管ＣＤ１に収容された電線Ｌ１を介してタンブラスイッチ３０に供給される。タンブラスイッチ３０に供給された電力（交流電力）は、タンブラスイッチ３０がオン状態である場合には、耐圧防爆用厚鋼電線管ＣＤ７に収容された電線Ｌ７を介して電源装置２０Ａに供給される。電源装置２０Ａに供給された電力（交流電力）は、耐圧側電源端子２４からバリア装置２６Ａに入力され、ＡＣ／ＤＣ電源４０によって直流電力に変換された後に絶縁バリア５０Ａに供給される。

絶縁バリア５０Ａに供給された直流電力は、発振回路５１によって一旦交流電力に変換されて絶縁トランス５２の一次側巻線に供給される。この交流電力は、絶縁トランス５２の二次側巻線に伝達されて整流回路５３で整流された後に２分岐される。２分岐された電力は、各々のエネルギー制限回路５４で本質安全防爆規格を満たす電力（電気エネルギー）に制限される。そして、本質安全防爆規格を満たす電力（直流電力）が、保護管ＰＴに収容された電線Ｌ８を介して無線フィールド機器１０に供給されるとともに、保護管ＰＴに収容された電線Ｌ９を介して無線フィールド機器１０Ａに供給される。このようにして、プラントの非危険場所Ａ２に設けられた電源ＰＳから供給される電力を用いて無線フィールド機器１０，１０Ａが動作する。

以上の通り、本実施形態においては、耐圧防爆用厚鋼電線管ＣＤ７に収容された電線Ｌ７を介して供給される電力を、本質安全防爆規格を満たす電力に制限するバリア装置２６Ａと、バリア装置２６Ａを収容する耐圧容器２１とを備える電源装置２０Ａを危険場所Ａ１に設置し、本質安全防爆規格を満たす電力を電源装置２０から無線フィールド機器１０，１０Ａに供給するようにしている。このため、電源装置２０と無線フィールド機器１０，１０Ａとを接続する電線Ｌ８，Ｌ９の長さを極力短くすることができる。これにより、専用の電源配線が不要になるとともに、電圧降下を小さくするための太い配線も不要となることから、大幅なコストの上昇を招くことなく危険場所Ａ１に設置された無線フィールド機器１０，１０Ａに対する電源供給を行うことができる。また、配線抵抗による電圧降下によって、無線フィールド機器１０を動作させることができなくなることを防止できる。また、出力端２３及びエネルギー制限回路５４を複数設けたので、１台の電源装置２０Ａで複数台の無線フィールド機器１０，１０Ａに電源を供給できる。

〔第３実施形態〕
〈機器システム〉
図５は、本発明の第３実施形態による機器システムの全体構成を示す図である。尚、図５においては、図３と同様に、図１に示した構成に相当する構成については同一の符号を付してある。また、図５においては、図３と同様に、図１に示した耐圧防爆用分電盤１１０、耐圧防爆用接続箱１２０、タンブラスイッチ１３０、耐圧防爆用照明器具１４０，１５０、耐圧防爆用厚鋼電線管ＣＤ２～ＣＤ６の図示を省略している。

図５に示す通り、本実施形態の機器システム３は、図１に示す電源装置２０に代えて電源装置２０Ｂを設け、タンブラスイッチ３０Ａを追加した構成である。このような機器システム３は、電源装置２０Ｂが、非危険場所Ａ２に設けられた電源ＰＳからタンブラスイッチ３０を介して供給される電力に加えて、非危険場所Ａ２に設けられた電源ＰＳ１からタンブラスイッチ３０Ａを介して供給される電力を用いて、無線フィールド機器１０が動作するために必要な電力を生成するようしたものである。つまり、本実施形態の機器システム３は、電源の冗長化を可能としたものである。

電源装置２０Ｂは、図１に示す電源装置２０とは、バリア装置２６に代えてバリア装置２６Ｂを備えており、複数の入力端２２及び耐圧側電源端子２４を備える点が異なる。電源装置２０Ｂに設けられた一方の耐圧側電源端子２４にタンブラスイッチ３０が接続され、他方の耐圧側電源端子２４にタンブラスイッチ３０Ａが接続される。タンブラスイッチ３０Ａは、タンブラスイッチ３０と同様の構成である。

図５に示す例では、電線Ｌ１がタンブラスイッチ３０に接続されて、耐圧防爆用厚鋼電線管ＣＤ１の一端が、タンブラスイッチ３０の入力端３１に設けられた耐圧パッキン金具ＦＰに固定されているとしている。また、電源ＰＳ１とタンブラスイッチ３０Ａとが電線Ｌ１１によって接続されており、タンブラスイッチ３０Ａと電源装置２０Ｂとが電線Ｌ１２によって接続されているとしている。

電線Ｌ１１は、耐圧防爆用厚鋼電線管ＣＤ１１に収容され、電線Ｌ１２は、耐圧防爆用厚鋼電線管ＣＤ１２（耐圧防爆用電線管）に収容されている。耐圧防爆用厚鋼電線管ＣＤ１１の一端は、タンブラスイッチ３０Ａの入力端３１に設けられた耐圧パッキン金具ＦＰに固定されるが、他端は、可燃性ガスが非危険場所Ａ２に流入するのを防止するために封止材ＳＬによって封止される。耐圧防爆用厚鋼電線管ＣＤ１２の一端は、タンブラスイッチ３０Ａの出力端３２に設けられた耐圧パッキン金具ＦＰに固定され、他端は、電源装置２０Ｂの入力端２２に設けられた耐圧パッキン金具ＦＰに固定される。

〈電源装置〉
図６は、本発明の第３実施形態による電源装置の内部構成を示すブロック図である。図６に示す通り、電源装置２０Ｂのバリア装置２６Ｂは、図２（ａ）に示すバリア装置２６に設けられたＡＣ／ＤＣ電源４０を複数設け、接続回路６０を追加した構成である。接続回路６０は、カソードが接続された２つのダイオード６０ａ，６０ｂを備える。ダイオード６０ａのアノードは一方のＡＣ／ＤＣ電源４０の出力端Ｔ１１に接続され、ダイオード６０ｂのアノードは、他方のＡＣ／ＤＣ電源４０の出力端Ｔ１１に接続される。尚、２つのダイオードのカソードは、絶縁バリア５０の入力端Ｔ２１に接続される。つまり、接続回路６０は、複数設けられたＡＣ／ＤＣ電源４０の各々の出力端Ｔ１１を、ダイオード６０ａ，６０ｂを介して絶縁バリア５０に並列接続する回路である。尚、ＡＣ／ＤＣ電源４０の各々の出力端Ｔ１２は、絶縁バリア５０の入力端Ｔ２２に接続される。

〈機器システムの動作〉
非危険場所Ａ２に設けられた電源ＰＳの電力（交流電力）は、耐圧防爆用厚鋼電線管ＣＤ１に収容された電線Ｌ１を介してタンブラスイッチ３０に供給され、タンブラスイッチ３０がオン状態である場合に、耐圧防爆用厚鋼電線管ＣＤ７に収容された電線Ｌ７を介して電源装置２０Ｂに供給される。また、非危険場所Ａ２に設けられた電源ＰＳ１の電力（交流電力）は、耐圧防爆用厚鋼電線管ＣＤ１１に収容された電線Ｌ１１を介してタンブラスイッチ３０Ａに供給され、タンブラスイッチ３０Ａがオン状態である場合に、耐圧防爆用厚鋼電線管ＣＤ１２に収容された電線Ｌ１２を介して電源装置２０Ｂに供給される。

電源装置２０Ｂに供給された各々の電力（交流電力）は、それぞれ異なる耐圧側電源端子２４からバリア装置２６Ｂに入力され、複数のＡＣ／ＤＣ電源４０によって個別に直流電力に変換される。各々のＡＣ／ＤＣ電源４０によって個別に変換された直流電流は、接続回路６０を介して絶縁バリア５０に供給される。絶縁バリア５０に供給された直流電力は、発振回路５１（図２（ｂ）参照）によって一旦交流電力に変換されて絶縁トランス５２の一次側巻線に供給される。この交流電力は、絶縁トランス５２の二次側巻線に伝達されて整流回路５３で整流された後に、エネルギー制限回路５４で、本質安全防爆規格を満たす電力（電気エネルギー）に制限される。そして、本質安全防爆規格を満たす電力（直流電力）が、保護管ＰＴに収容された電線Ｌ８を介して無線フィールド機器１０に供給される。このようにして、プラントの非危険場所Ａ２に設けられた電源ＰＳ，ＰＳ１から供給される電力を用いて無線フィールド機器１０が動作する。

以上の通り、本実施形態においては、耐圧防爆用厚鋼電線管ＣＤ７に収容された電線Ｌ７を介して供給される電力、及び耐圧防爆用厚鋼電線管ＣＤ１２に収容された電線Ｌ１２を介して供給される電力を、本質安全防爆規格を満たす電力に制限するバリア装置２６Ｂと、バリア装置２６Ｂを収容する耐圧容器２１とを備える電源装置２０Ｂを危険場所Ａ１に設置し、本質安全防爆規格を満たす電力を電源装置２０Ｂから無線フィールド機器１０に供給するようにしている。このため、電源装置２０Ｂと無線フィールド機器１０とを接続する電線Ｌ８の長さを極力短くすることができる。これにより、専用の電源配線が不要になるとともに、電圧降下を小さくするための太い配線も不要となることから、大幅なコストの上昇を招くことなく危険場所Ａ１に設置された無線フィールド機器１０に対する電源供給を行うことができる。

また、配線抵抗による電圧降下によって、無線フィールド機器１０を動作させることができなくなることを防止できる。更に、タンブラスイッチ３０，３０Ａの切り替えによって電源ＰＳ，ＰＳ１の何れか一方を用いる運用を行う場合において、例えば電源ＰＳが故障したときに、タンブラスイッチ３０をオフ状態にしてタンブラスイッチ３０Ａをオン状態にすることで、電源ＰＳ１から電源装置２０Ｂに電源供給できる。

以上、本発明の実施形態による電源装置及び機器システムについて説明したが、本発明は上述した実施形態に制限されることなく、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上記第１～第３実施形態のうちの少なくとも２つが組み合わされた構成であっても良い。第１実施形態と第２実施形態とを組み合わせることで、電源ＰＳの電力を、耐圧防爆用分電盤１１０や耐圧防爆用接続箱１２０からタンブラスイッチ３０を介して電源装置２０Ａに供給する構成とすることができる。また、第２実施形態と第３実施形態とを組み合わせることで、複数の入力端２２と複数の出力端２３とを備える構成の電源装置を得ることができる。この電源装置は、具体的に、複数の耐圧側電源端子２４、複数のＡＣ／ＤＣ電源４０、及び接続回路６０（図６参照）と、複数のエネルギー制限回路５４及び複数の本安側出力端子２５を有する絶縁バリア５０Ａ（図４参照）とを備える構成である。

また、上記実施形態では、本質安全防爆規格を満たす機器（本安機器）が、無線フィールド機器１０，１０Ａである場合を例に挙げて説明したが、本安機器は、無線フィールド機器１０，１０Ａ以外の機器であっても良い。このような機器としては、例えば、外部配線の切り離しが行われて、電極が外部に剥き出しの状態になるような機器や４－２０ｍＡ出力の本安伝送器等が挙げられる。４－２０ｍＡ出力の本安伝送器の場合、本安伝送器を本安無線機器に接続し、本安伝送器の４－２０ｍＡの出力信号（４－２０ｍＡアナログ信号や４－２０ｍＡアナログ信号に重畳されるＨＡＲＴ通信信号）を本安無線機器で無線信号に変換して伝送するといった使用方法が可能である。このような本安伝送器や本安無線機器に対し、本発明の電源装置から電力を供給しても良い。

１～３ 機器システム
１０，１０Ａ 無線フィールド機器
１７ アンテナ
２０，２０Ａ，２０Ｂ 電源装置
２１ 耐圧容器
２２ 入力端
２３ 出力端
２６，２６Ａ，２６Ｂ バリア装置
３０，３０Ａ タンブラスイッチ
４０ ＡＣ／ＤＣ電源
５０，５０Ａ 絶縁バリア
５１ 発振回路
５２ 絶縁トランス
５３，５３Ａ 整流回路
５４ エネルギー制限回路
６０ 接続回路
６０ａ，６０ｂ ダイオード
Ａ１ 危険場所
ＣＤ７，ＣＤ１２ 耐圧防爆用厚鋼電線管
ＦＰ 耐圧パッキン金具
Ｌ７，Ｌ１２ 電線

Claims (10)

1. 本質安全防爆がなされている機器である本安機器に電力を供給する電源装置であって、
   危険場所に設置される耐圧防爆用電線管が接続される第１接続部と、前記本安機器が接続される第２接続部とを有する耐圧容器と、
   前記耐圧容器内に収容され、前記耐圧防爆用電線管に収容された電線を介して供給される電力を、本質安全防爆規格を満たす電力に制限して前記第２接続部に接続された前記本安機器に供給するバリア装置と、
   を備え、
   前記バリア装置は、絶縁バリアを備え、
   前記絶縁バリアは、直流電力を交流電力に変換する発振回路と、
   前記発振回路から一次側に供給される交流電力を二次側に伝達する絶縁トランスと、
   前記絶縁トランスの二次側に伝達された交流電力を整流する整流回路と、
   前記整流回路で整流された電力を制限する制限回路と、
   を備える電源装置。
2. 前記耐圧容器は、前記第２接続部を複数備え、
   前記制限回路は、前記第２接続部に対応して複数設けられる、
   請求項１記載の電源装置。
3. 前記バリア装置は、前記耐圧防爆用電線管に収容された電線を介して供給される交流電力を直流電力に変換して前記絶縁バリアに供給する電力変換部を備える、請求項１又は請求項２記載の電源装置。
4. 本質安全防爆がなされている機器である本安機器に電力を供給する電源装置であって、
   危険場所に設置される耐圧防爆用電線管が接続される第１接続部と、前記本安機器が接続される第２接続部とを有する耐圧容器と、
   前記耐圧容器内に収容され、前記耐圧防爆用電線管に収容された電線を介して供給される電力を、本質安全防爆規格を満たす電力に制限して前記第２接続部に接続された前記本安機器に供給するバリア装置と、
   を備え、
   前記バリア装置は、絶縁バリアと、
   前記耐圧防爆用電線管に収容された電線を介して供給される交流電力を直流電力に変換して前記絶縁バリアに供給する電力変換部と、
   を備える電源装置。
5. 前記耐圧容器は、前記第１接続部を複数備え、
   前記電力変換部は、前記第１接続部に対応して複数設けられ、
   複数の前記電力変換部の各々の直流電力を、複数のダイオードを介して前記絶縁バリアに並列接続する接続回路を備える、
   請求項３又は請求項４記載の電源装置。
6. 前記第１接続部及び前記第２接続部には耐圧パッキン金具が設けられており、
   前記耐圧防爆用電線管及び前記本安機器は、前記耐圧パッキン金具を介して接続される、
   請求項１から請求項５の何れか一項に記載の電源装置。
7. 本質安全防爆がなされている機器である本安機器と、
   危険場所に設置される耐圧防爆用電線管に接続され、前記耐圧防爆用電線管に収容された電線を介して供給される電力を、本質安全防爆規格を満たす電力に制限して前記本安機器に供給する請求項１から請求項６の何れか一項に記載の電源装置と、
   を備える機器システム。
8. 前記耐圧防爆用電線管の一部に取り付けられ、前記耐圧防爆用電線管に収容された電線を介して前記電源装置へ供給される電力を遮断するか否かを切り換えるスイッチを備える請求項７記載の機器システム。
9. 前記本安機器は、アンテナが取り外し可能に構成され、前記アンテナに接続可能であるとともに前記本安機器の外部に突出した接続端子を有する無線機器である、請求項７又は請求項８記載の機器システム。
10. 本質安全防爆がなされている機器である本安機器と、
    危険場所に設置される耐圧防爆用電線管が接続される第１接続部と、前記本安機器が接続される第２接続部とを有する耐圧容器と、前記耐圧容器内に収容され、前記耐圧防爆用電線管に収容された電線を介して供給される電力を、本質安全防爆規格を満たす電力に制限して前記第２接続部に接続された前記本安機器に供給するバリア装置と、を備える電源装置と、
    前記耐圧防爆用電線管の一部に取り付けられ、前記耐圧防爆用電線管に収容された電線を介して前記電源装置へ供給される電力を遮断するか否かを切り換えるスイッチと、
    を備える機器システム。

Images