(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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特徴とする耐圧防爆容器の冷却装置。
【請求項２】
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特徴とする耐圧防爆容器の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【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】
0003618696.tif 000002
【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。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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