PL210337B1 - Obudowa urządzeń elektronicznych do zastosowań w strefach zagrożonych wybuchem - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest obudowa urządzeń elektronicznych do zastosowań w strefach zagrożonych wybuchem gazu i par cieczy palnych, zwłaszcza w obiektach przemysłu węglowego.

Jednym ze znanych sposobów zapewnienia przeciwwybuchowości urządzeń elektronicznych funkcjonujących w strefach zagrożonych wybuchem jest osłona gazowa z nadciśnieniem. Realizacja techniczna tego sposobu polega na umieszczeniu urządzenia, ewentualnie urządzeń elektronicznych, wewnątrz obudowy, w której panuje dodatnie ciśnienie - nadciśnienie gazu obojętnego lub czystego powietrza w stosunku do otaczającej atmosfery. Uniemożliwia to przedostawanie się medium wybuchowego do wewnątrz obudowy i inicjacji jego zapalenia w sposób elektryczny lub termiczny. Wymagania w stosunku do osłon gazowych z nadciśnieniem precyzuje norma PN - EN 50016 pt.: Urządzenia elektryczne dla atmosfer zagrożonych wybuchem - Osłona gazowa z nadciśnieniem „ p.

Znane są rozwiązania konstrukcyjne obudów urządzeń elektronicznych realizujące ten sposób zapewniania przeciwwybuchowości za pomocą dynamicznego lub statycznego nadciśnienia. W obudowie znanej na przykład z opisu patentowego US nr 5101710, ochrona urządzenia elektronicznego, zainstalowanego w strefie zagrożonej wybuchem gazów lub par cieczy palnych, dokonuje się za pomocą przedmuchiwania czystym powietrzem lub gazem obojętnym.

Wadą tego rozwiązania jest to, że aparatura kontrolno-pomiarowa systemu przedmuchiwania oraz źródło gazu ochronnego są zainstalowane poza chronioną obudową. Stwarza to niedogodności produkcyjne oraz eksploatacyjne, zwłaszcza przy realizacji ochrony przeciwwybuchowej pomiarowych urządzeń przenośnych, skomputeryzowanych terminali systemów kontroli parametrów bezpieczeństwa i tym podobnych.

Z opisu patentowego US nr 4894748 znane jest rozwią zanie terminala sterują cego do lokalizacji w strefach zagrożonych wybuchem, polegające na umieszczeniu urządzenia elektronicznego, na przykład monitora komputerowego, w hermetycznej obudowie, w której jest podtrzymywane dodatnie lekkie nadciśnienie atmosfery wewnętrznej zapobiegające przedostaniu się do wewnątrz atmosfery zewnętrznej. Kontroli nadciśnienia i blokady zasilania dokonuje się za pomocą mechanicznego wyłącznika ciśnieniowego. Czyste powietrze lub gaz obojętny są doprowadzane do wnętrza obudowy z zewnętrznego źródła tych mediów ochronnych, a ich ciśnienie wewnątrz obudowy jest kontrolowane i podtrzymywane za pomocą dwóch czujników ciś nienia, sterują cych elektromechanicznym zaworem, który steruje dopływem mediów do wnętrza obudowy.

Wadą tej konstrukcji jest konieczność dysponowania odrębnym źródłem gazów ochronnych oraz brak jakichkolwiek opcji diagnostycznych i sygnalizacyjnych ułatwiających eksploatację urządzenia elektronicznego.

Znane jest również, ze zgłoszenia patentowego nr WO 2005/036678 A1, rozwiązanie przenośnego elektronicznego przyrządu adaptowanego dla wykorzystania w strefach zagrożonych wybuchem. W rozwiązaniu tym przenośny przyrząd pomiarowy jest zahermetyzowany i zawiera własne źródło sprężonego gazu ochronnego w postaci małej butli lub jest podłączony do odrębnego zewnętrznego źródła tego gazu. Butla ze sprężonym gazem jest umieszczona w odrębnej komorze, która jest częścią wspólnej obudowy przyrządu. Zasilająca bateria jest zainstalowana w osobnym przedziale obudowy przyrządu i w przypadku spadku ciśnienia ochronnego gazu wewnątrz obudowy poniżej ustalonego progu, dokonuje się energetyczna separacja tej baterii za pomocą wyłącznika ciśnieniowego.

Wadą takiego rozwiązania jest brak interaktywnej współpracy przyrządu z innymi iskrobezpiecznymi terminalami, na przykład telekomunikacyjnymi, kontroli parametrów bezpieczeństwa oraz procesów technologicznych.

Ponadto znane są, z katalogów ofertowych niemieckiej Firmy R. STAHL, rozwiązania różnorakich przyrządów pomiarowych i monitorów diagnostycznych systemów automatyki przemysłowej w wykonaniu przeciwwybuchowym typu „Ex-p.

Obudowy tych urządzeń są implementowane do konkretnych urządzeń automatyki przemysłowej i nie mogą być stosowane jako obudowy uniwersalne dla ochrony przeciwwybuchowej urządzeń elektronicznych, stosowanych w strefach zagrożonych wybuchem, na przykład w przemyśle wydobywczym. Dotyczy to również urządzeń elektrycznych w wykonaniu przeciwwybuchowym typu Ex-p innych producentów, takich jak Gonnheimer Elektronie GmbH, PEPPERL+ FUCHS, BARTEC, Technor.

Z katalogów produkcyjnych Firmy SIGRIST znane są obudowy ze stali nierdzewnej, przeznaczone do ochrony fotometrów instalowanych w strefach zagrożonych wybuchem, posiadające cechy uniwersalności. Obudowy te zapewniają ochronę przeciwwybuchową typu „Ex-p z wykorzystaniem

PL 210 337 B1 zewnętrznego źródła gazu ochronnego dla ciągłego przedmuchiwania elektrycznej instalacji wewnętrznej.

Obudowa urządzeń elektronicznych do zastosowań w strefach zagrożonych wybuchem, mająca postać hermetycznej skrzynki ze stali nierdzewnej lub antystatycznego tworzywa, zawierająca butlę ze sprężonym gazem obojętnym z ręcznie sterowanym wentylem oraz reduktor ciśnienia, według wynalazku, ma czujnik przepływu sprężonego gazu obojętnego, włączony na wyjściu reduktora ciśnienia oraz ma wyłącznik zasilania, którego wejście jest połączone ze źródłem energii elektrycznej, a wyjście jest równolegle związane z wejściem mechanicznego wyłącznika ciśnieniowego i wejściem iskrobezpiecznego zasilacza. Wyjście iskrobezpiecznego zasilacza jest połączone z wejściami zasilającymi czujnika przepływu sprężonego gazu obojętnego, czujnika ciśnienia i tlenu, wyświetlacza, sygnalizatora akustyczno-optycznego, elektromechanicznego zaworu przewietrzania i mikroprocesora sterującego, z którego odpowiednimi portami są związane wyjścia informacyjne wspomnianego czujnika przepływu gazu ciśnienia i tlenu, wejścia wyświetlacza i sygnalizatora akustyczno-optycznego oraz wejścia sterujące elektromechanicznego zaworu przewietrzania i elektronicznego wyłącznika zasilania. Wejście elektronicznego wyłącznika zasilania jest połączone z wyjściem wspomnianego mechanicznego wyłącznika ciśnieniowego, a wyjście jest przeznaczone do podłączenia chronionych przez obudowę nieiskrobezpiecznych urządzeń elektronicznych. Pokrętło ręcznie sterowanego wentyla i przycisk wyłącznika zasilania znajdują się na zewnętrznej ściance hermetycznej skrzynki. Zasilanie nieiskrobezpiecznych urządzeń elektronicznych, zainstalowanych wewnątrz hermetycznej skrzynki jest realizowane z wykorzystaniem zewnętrznego źródła energii elektrycznej lub wewnętrznego elektrochemicznego źródła energii elektrycznej. Czujnik przepływu sprężonego gazu obojętnego, czujnik ciśnienia, wyświetlacz, sygnalizator akustyczno-optyczny, elektromechaniczny zawór przewietrzania, mikroprocesor sterujący i elektroniczny wyłącznik zasilania mają wykonanie iskrobezpieczne.

Obudowa urządzeń elektronicznych do zastosowań w strefach zagrożonych wybuchem według wynalazku zapewnia zgodnie z normą PN-EN 50016 ochronę typu „Ex-p w trybie zasilania od sieci energetycznej, od zewnętrznego iskrobezpiecznego źródła zasilania lub od autonomicznego wewnętrznego źródła zasilania.

Przedmiot wynalazku jest dokładniej przedstawiony poniżej, w oparciu o rysunek, na którym fig. 1 przedstawia schemat blokowy obudowy przy zasilaniu chronionych urządzeń elektronicznych z wykorzystaniem zewnętrznego źródła zasilania, a fig. 2 - ten schemat przy zasilaniu urządzeń od wewnętrznego elektrochemicznego źródła zasilania.

Obudowa urządzeń elektronicznych do zastosowań w strefach zagrożonych wybuchem ma postać hermetycznej skrzynki 1 ze stali nierdzewnej lub z antystatycznego tworzywa. Wewnątrz hermetycznej skrzynki 1 jest zainstalowana butla 2 ze sprzężonym gazem obojętnym, z ręcznie sterowanym wentylem 3 i reduktorem 4 ciśnienia, z którego wyjścia gaz obojętny jest doprowadzany poprzez czujnik 5 przepływu gazu do jej wewnętrznej przestrzeni. Wewnątrz hermetycznej skrzynki 1 jest zainstalowany wyłącznik 6 zasilania, którego przycisk, razem z pokrętłem wentyla 3 znajduje się na zewnętrznej ściance tej skrzynki 1. Do wejścia wyłącznika 6 zasilania doprowadzane jest zewnętrzne źródło energii elektrycznej lub autonomiczne, elektrochemiczne źródło 7 energii elektrycznej, zainstalowane wewnątrz hermetycznej skrzynki 1, a jego wyjście jest równolegle związane z wejściem iskrobezpiecznego zasilacza 8 i mechanicznego wyłącznika ciśnieniowego 9. Wyjście iskrobezpiecznego zasilacza 8 związane jest z wejściami zasilającymi czujnika 5 przepływu gazu, czujnika 10 ciśnienia, wyświetlacza 11, sygnalizatora akustyczno-optycznego 12, elektromechanicznego zaworu 13 przewietrzania i mikroprocesora sterującego 14. Z odpowiednimi portami mikroprocesora sterującego 14 są związane wyjścia czujnika 5 przepływu gazu, czujnika 10 ciśnienia, elektrochemicznego czujnika 15 tlenu oraz wejścia wyświetlacza 11, sygnalizatora akustyczno-optycznego 12, wejście sterujące elektromechanicznego zaworu 13 przewietrzania oraz wejście sterujące elektronicznego wyłącznika 16 zasilania. Wejście elektronicznego wyłącznika 16 zasilania jest związane z wyjściem mechanicznego wyłącznika ciśnieniowego 9, a wyjście jest przeznaczone do podłączenia chronionych nieiskrobezpiecznych urządzeń elektronicznych. Czujnik 5 przepływu gazu obojętnego, czujnik 10 ciśnienia, wyświetlacz 11, sygnalizator akustyczno-optyczny 12 elektromechaniczny zawór 13 przewietrzania, mikroprocesor sterujący 14 oraz elektroniczny wyłącznik 16 zasilania mają wykonanie iskrobezpieczne.

W czołowej ściance hermetycznej skrzynki 1 zainstalowane jest obserwacyjne okienko 17 wykonane ze szkła hartowanego.

Obudowa urządzeń elektronicznych zapewnia przeciwwybuchowość tych urządzeń w sposób następujący. Po otwarciu ręcznie sterowanego wentyla 3, gaz z butli 2 sprzężonego gazu obojętnego,

PL 210 337 B1 poprzez reduktor 4 ciśnienia i czujnik 5 przepływu gazu, zaczyna wpływać do wnętrza hermetycznej skrzynki 1. Dopływ gazu następuje do czasu kiedy ciśnienie wewnątrz hermetycznej skrzynki 1 osiągnie wartość ustaloną na wyjściu reduktora 4 ciśnienia. Po włączeniu wyłącznika 6 zasilania wejście iskrobezpiecznego zasilacza 8 i wejście wyłącznika ciśnieniowego 9 zostają podłączone do zewnętrznego źródła energii elektrycznej lub do wewnętrznego, elektrochemicznego źródła 7 energii elektrycznej. Wyłącznik ciśnieniowy 9 przechodzi w stan przewodzenia, a zasilacz 8 zapewnia w sposób iskrobezpieczny zasilanie czujnika 5 przepływu gazu obojętnego, czujnika 10 ciśnienia, wyświetlacza 11, sygnalizatora akustyczno-optycznego 12, elektromechanicznego zaworu 13 przewietrzania i mikroprocesora sterującego 14. Poziom tlenu wewnątrz hermetycznej skrzynki 1 jest kontrolowany za pomocą elektrochemicznego czujnika 15 tlenu i mikroprocesora sterującego 14. W przypadku, kiedy poziom tlenu i ciśnienie gazu obojętnego wewnątrz skrzynki 1 będą odpowiadały wartościom zaprogramowanym, mikroprocesor sterujący 14 wygeneruje sygnał sterujący, który spowoduje przejście elektronicznego wyłącznika 16 zasilania w stan przewodzenia. Powoduje to dopływ energii elektrycznej do chronionych nieiskrobezpiecznych urządzeń elektrycznych. Z kolei, w przypadku kiedy poziom tlenu wewnątrz skrzynki 1 będzie przewyższał wartość ustaloną, mikroprocesor sterujący 14 spowoduje otwarcie elektromechanicznego zaworu 13, wskutek czego dopływ gazu z butli 2 i przedmuchiwanie wnętrza skrzynki 1 będzie kontynuowane do czasu kiedy poziom tlenu spadnie poniżej wartości ustalonej. W przypadku naruszenia hermetyzacji skrzynki 1 nastąpi upływ gazu obojętnego, co spowoduje wygenerowanie przez czujnik 5 przepływu gazu obojętnego sygnału, po którym mikroprocesor sterujący 14 zablokuje dopływ energii elektrycznej do nieiskrobezpiecznych urządzeń elektronicznych za pomocą wyłącznika 16 zasilania. Tak więc, ciśnienie gazu obojętnego wewnątrz hermetycznej skrzynki 1 jest kontrolowane niezależnie za pomocą czujnika 5 przepływu gazu obojętnego i wyłącznika 16 zasilania, o różnych zasadach funkcjonowania, a czystość atmosfery wewnątrz tej skrzynki 1 jest kontrolowana za pomocą elektrochemicznego czujnika 15 tlenu. Tryby pracy systemu kontroli wewnętrznej atmosfery hermetycznej skrzynki 1 są zobrazowywane i sygnalizowane za pomocą wyświetlacza 11 i sygnalizatora akustyczno-optycznego 12.

Claims (4)

1. Obudowa urządzeń elektronicznych do zastosowań w strefach zagrożonych wybuchem, mająca postać hermetycznej skrzynki ze stali nierdzewnej lub antystatycznego tworzywa, zawierająca butlę ze sprężonym gazem obojętnym z ręcznie sterowanym wentylem oraz reduktor ciśnienia, znamienna tym, że ma czujnik (5) przepływu sprężonego gazu obojętnego, włączony na wyjściu reduktora (4) ciśnienia oraz ma wyłącznik (6) zasilania, którego wejście jest połączone ze źródłem energii elektrycznej, a wyjście jest równolegle związane z wejściem mechanicznego wyłącznika ciśnieniowego (9) i wejściem iskrobezpiecznego zasilacza (8), którego wyjście jest połączone z wejściami zasilającymi czujnika (5) przepływu sprężonego gazu obojętnego, czujnika (10) ciśnienia, czujnika (15) tlenu, wyświetlacza (11), sygnalizatora akustyczno-optycznego (12), elektromechanicznego zaworu (13) przewietrzania i mikroprocesora sterującego (14), z którego odpowiednimi portami są związane wyjścia informacyjne wspomnianego czujnika (5) przepływu gazu, czujnika (10) ciśnienia i czujnika (15) tlenu, wejścia wyświetlacza (11) i sygnalizatora akustyczno-optycznego (12) oraz wejścia sterujące elektromechanicznego zaworu (13) przewietrzania i elektronicznego wyłącznika (16) zasilania, którego wejście jest połączone z wyjściem wspomnianego mechanicznego wyłącznika ciśnieniowego (9), a wyjście jest przeznaczone do podłączenia chronionych przez obudowę nieiskrobezpiecznych urządzeń elektronicznych.

2. Obudowa według zastrz. 1, znamienna tym, że pokrętło ręcznie sterowanego wentyla (3) i przycisk wyłącznika (6) zasilania znajdują się na zewnętrznej ściance hermetycznej skrzynki (1).

3. Obudowa według zastrz. 1, znamienna tym, że zasilanie nieiskrobezpiecznych urządzeń elektronicznych, zainstalowanych wewnątrz hermetycznej skrzynki (1) jest realizowane z wykorzystaniem zewnętrznego źródła energii elektrycznej lub wewnętrznego elektrochemicznego źródła (7) energii elektrycznej.

4. Obudowa według zastrz. 1, znamienna tym, że czujnik (5) przepływu sprężonego gazu obojętnego, czujnik (10) ciśnienia, wyświetlacz (11), sygnalizator akustyczno-optyczny (12) elektromechaniczny zawór (13) przewietrzania, mikroprocesor sterujący (14) i elektroniczny wyłącznik (16) zasilania mają wykonanie iskrobezpieczne.