(57)【要約】【課題】防爆性を確実なものとした新規な防爆型冷凍機と、これを含む冷凍装置を提供する。【解決手段】冷凍サイクルは圧縮、凝縮、膨張、蒸発の４つの工程で構成されるが、一般的にこの４つの工程はどれも大気圧以上の圧力で構成され、冷媒配管に亀裂等が発生しても配管内に空気が入り込むことはほぼ無い。しかし、極低温の冷凍サイクルはごく一部に大気圧以下になる部分があり、その部分の配管に亀裂等が生じることがあれば内部に空気が入り込む可能性が生じる。そこで亀裂等が生じても発火源とならによう、圧力スイッチにて内部圧力を検知し、亀裂等の有無を検出出来る機構を設け異常が発生次第、電源を切断して爆発を防ぐ特殊防爆機構を設けている。【選択図】図１
2017210873.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機とその周辺機器を内圧防爆容器に収納して内圧防爆構造とし、
前記圧縮機と該圧縮機に連なる冷媒配管である吸気管及び排気管からなる圧縮機管路を特殊防爆構造としてなり、
低圧側の前記冷媒配管に圧力検出手段を設け、
該圧力検出手段は、圧力の上昇を検出したら、前記圧縮機とその周辺機器のうちの非防爆機器への通電を遮断させる、
ことを特徴とする防爆型冷凍機。
【請求項２】
前記圧縮機の駆動源の周囲に過昇温防止用の温度検出手段を設け、前記駆動源の温度上昇を検知したら前記圧縮機内にあるオイル類の引火点に達する前に、前記内圧防爆容器内の非防爆機器の電源を遮断する、
ことを特徴とする請求項１に記載の防爆型冷凍機。
【請求項３】
前記内圧防爆構造は、少なくとも前記圧縮機管路の周囲を板金材で囲んで所定の内圧を掛けるとともに、前記板金材の周囲にパッキン材を配して前記内圧防爆構造内への可燃性ガスの流入を防ぐ構造である、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の防爆型冷凍機。
【請求項４】
前記保護装置は、前記圧力検出手段からの前記内圧防爆容器の内圧の所定の下限値を示す信号を検知すると、前記内圧防爆容器内の機器通電遮断動作を行う、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の防爆型冷凍機。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の防爆型冷凍機を含んでなることを特徴とする冷凍装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、引火爆発の危険がある材料を取り扱う工場等の冷却設備に用いられる防爆型冷凍機と、これを含む冷凍装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
防爆性を要する設備が増加中である。その内には、例えば水素ステーション等のように、高度の防爆を要するものがある。そのような機器、装置、システムでは、低圧側配管において、損傷が発生した場合に圧縮機内への空気の混入が有り得る。すると、運転時の低圧圧力は、大気圧（０ＭＰａ）より低いため、空気が損傷箇所より圧縮機内への混入することにより、圧縮槻モーター、ヒーター端子部分が点火源になり、オイルが発火することがある。
【０００３】
また内圧容器内への外気の混入があると、内圧容器内の非防爆機器が点火源となり、外気の可燃性ガスが発火することがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、叙上の諸点に鑑み、防爆性を確実なものとした新規な防爆型冷凍機と、これを含む冷凍装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る防爆型冷凍機は、圧縮機とその周辺機器を内圧防爆容器に収納して内圧防爆構造とし、前記圧縮機と該圧縮機への吸排気管からなる圧縮機管路を特殊防爆構造としてなり、前記内圧防爆容器内に、該内圧防爆容器の内圧防爆を担保するための保護装置が圧力検出手段を含み、該圧力検出手段は、前記内圧防爆容器の内圧上昇を検出したら、前記保護装置により前記内圧防爆容器内への通電を遮断させることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明に係る防爆型冷凍機は、圧縮機とその周辺機器を内圧防爆容器に収納し、構造規格の内圧防爆構造で防爆性を維持し、圧縮機とそれへの吸排気管からなる圧縮機管路には可燃性流体が存在するので特殊防爆構造としているので、防爆性を確実にできる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の一実施形態に係る防爆型冷凍機とこれを含む冷凍装置の回路図である。
【図２】内圧防爆容器の構造を示す斜視図である。
【図３】同部分拡大図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る防爆型冷凍機における内圧防爆容器とその内部を示す正面図である。
【図５】同平面図である。
【図６】同左側面図である。
【図７】同右側面図である。
【図８】同背面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明の実施の形態を添付図面を参照しつつ説明する。
本発明の実施形態に係る防爆型冷凍機の防爆の特徴は内圧防爆構造と特殊防爆構造を併せ持つことである。
【０００９】
図中１は内圧防爆容器（以下、内圧容器と記載する。）１であり、立方体状に枠組みした内圧容器フレーム２の外周に板金材からなる内圧容器側板３・・・を取り付け、２本の内圧容器ベース４上に搭載している。もちろん、内圧容器フレーム２の形状は立方体状に限定されず、内圧容器側板３の材料、枚数、形状等は図示の枚数、形状に限定されず、内圧容器ベース４に搭載する構造でなくても良いことは勿論である。
【００１０】
本発明の実施形態に係る防爆型冷凍機の内圧防爆構造は、内圧容器１に２００Ｐａ程度の内圧を掛け、かつ内圧容器側板３の周囲にシリコン製のかまぼこ型パッキン材５を配して、外部からの可燃性ガスの流入を防ぐ構造にしている。また内圧容器１の内圧の下限値を監視し、下限値を検知した場合、内圧容器内電源を遮断して保護するための保護回路を備えている。
【００１１】
保護回路は、内圧防爆を担保するためのもので、後述する保護機器からなり、通常の動作としては、
保護回路始動→初期状態→掃気開始→掃気完了→起動／運転開始、
となる。また、
保護回路始動→初期状態→掃気開始→掃気中に内圧の異常低下→初期状態
という運転パターンも有する。さらに、前記通常の動作で運転を開始した後、運転中に内圧の異常低下を認めた場合は、
信号検知→通電遮断動作→初期状態、
という動作を行う。掃気とは、内圧容器１内の空気を窒素に置換することである。
【００１２】
なお図１において示す冷凍装置の構成要素は、既述の内圧容器１に加えて下記の通りのものを含んでいる。
図中ＣＭは圧縮機であり、吐出ガス温度センサーＴＳ、膨張弁ＥＸＶ、過冷却器ＨＥＸ、油圧圧力スイッチＰＳ、クランクケースヒーターＨＴ、ドライヤＤＲ、サイトグラスＳＧ、電磁弁ＳＶを備えている。
【００１３】
また、内圧容器保護機器として、窒素圧力低下インターロック用圧力センサーＰＳ１、ヒーター温度スイッチＴＳ１、ＴＳ２、掃気用電磁弁ＳＶ３を備え、その他に、オイルセパレータＯＳ、凝縮器ＨＥＸ１、ＨＥＸ２、凝縮器ファンＦＭ１、ＦＭ２、可溶栓ＦＰ、受液器ＲＴ、ドライヤＤＲ１、サイトグラスＳＧ１、電磁弁ＳＶ１、ボール弁Ｖ１、Ｖ２、サクションフィルタＳＦ、レシーバタンクＡＬ、均圧用電磁弁ＳＶ２、高圧圧力トランスミッタＰＳ１Ｈ、低圧圧力トランスミッタＰＳ２Ｌ、圧力計ＰＧ１Ｈ、ＰＧ２Ｌ、ＰＧ３Ｍ、パックドバルブＰＶ１〜ＰＶ３、アクセスバルブＣＶ１〜ＣＶ６、冷却用フレキＦＬ、膨張弁ＥＸＶ１を備えている。低圧圧力トランスミッタＰＳ２Ｌは冷凍機の低圧保護（冷凍機の一般的な保護）に用いる。本実施形態では、低圧圧力トランスミッタＰＳ２Ｌに加え、さらに圧力センサーＰＳ３Ｌ、ＰＳ４Ｌを備えている。これら圧力センサーＰＳ３Ｌ、ＰＳ４Ｌは冷媒配管内への空気流入による圧力上昇を検知するもので特殊防爆構造の機能を発揮するためのものである。なお、一対の圧力センサーＰＳ３Ｌ、ＰＳ４Ｌを用いたのは、保護の２重化のためである。コストを考慮しないのであれば保護を多重化してもよい。また低圧用トランスミッタは１台で２点接点（低圧検知、空気流入検知）をとることができるの。したがって、図示の例のように低圧圧力トランスミッタＰＳ２Ｌと圧力センサーＰＳ３Ｌ、ＰＳ４Ｌを用いると構成に限定されることはない。
【００１４】
また本発明の実施形態に係る防爆型冷凍機の特殊防爆構造は、冷媒配管内には可燃性ガス（冷凍機オイル）が循環しているため、冷媒配管内、圧縮機内全体が、特殊防爆構造の対象となる。特殊防爆とは、一般的な内圧防爆や耐圧防爆、安全増し防爆、本質安全防爆構造とは異なり、防爆の規格に存在しない内容について、公益社団法人産業安全技術協会（ＴＩＩＳ）との打ち合わせにより決定する、防爆構造の総称である。
【００１５】
本実施形態では、安全性を担保するために、保護機器を設けてある。
保護機器としては、上述のように、圧縮機モーター過昇温防止用サーミスタ、圧縮機吐出配管過昇温防止用サーミスタ（図１の吐出ガス温度センサーＴＳ）、配管内空気流入検知用圧力トランスミッタ（図１のＰＳ２Ｌ）、２重化保護用のクランクケースヒーターＨＴの過昇温防止用スイッチ（図１のＴＳ１、ＴＳ２）を備えている。
【００１６】
冷凍機の防爆適合性について説明する。
上述のように、機器は圧縮機ＣＭとその周辺機器を内圧防爆容器である内圧容器１に収納し、構造規格の内圧防爆構造で防爆性を維持する。ただし圧縮機ＣＭとそれへの吸気管１１、排気管１２は可燃性流体が存在するので、特殊防爆構造として防爆性を確実にしている。なお、圧縮機ＣＭとそれへの吸気管１１、排気管１２を圧縮機管路と称する。
【００１７】
内圧容器１内の爆発性雰囲気は、Ｚｏｎｅ２．水素（３Ｇ３）、圧縮機管路にある可燃性流体は引火点２４０℃の潤滑オイルとする。冷媒は高圧ガス保安法に示す不活性ガスであるフルオロカーボンＲ４０４Ａ（通称フロンガスＲ４０４Ａ）とする。
【００１８】
また内圧容器１中にある電気機器は図１にも示す通り次の８種類であり、そのうちで防爆保護構造を有している電気機器は（８）であり、（２）は圧縮機管路中にある。
（１）クランクケースヒーター：（ＨＴ、圧縮機ＣＭの潤滑オイルを予熱するヒーター、モーター駆動時は電源ＯＮ）
（２）圧縮機モーター：（ＣＭＭ、圧縮機ＣＭを駆動するモーター）
（３）吐出入ガス温度センサーＴＳ
（４）油圧圧力スイッチＰＳ
（５）過冷却用電磁弁ＳＶ
（６）ポンプダウン用電磁弁ＳＶ１
（７）ヒーター温度スイッチＴＳ１、ＴＳ２
（８）圧力センサーＰＳ１：防爆機器
【００１９】
このような冷凍機においては、次の防爆構造で防爆性を確立する。
（１）冷凍機全体：内圧防爆構造（圧縮機管路を除く）
（２）圧縮機管路：特殊防爆構造：モーターＣＭＭは特殊防爆として保護する。
【００２０】
特殊防爆構造について説明する。
圧縮機管路は内部に可燃性流体と点火源があるが、次の条件を整えることによって発火しないことを確実とし、特殊防爆構造といえる保護構造とする。
発火しない要件は下記の通りである。
（Ａ）圧縮機管路の内部に酸素が存在しない。
（Ｂ）クランクケースヒーターＨＴは潤滑オイルの引火温度を超えないための制御と保謹装置をもつ。
（Ｃ）モーターＣＭＭは低温冷媒により冷却され、モーターＣＭＭの各部位は潤滑オイルの引火温度を超えない。
【００２１】
圧縮機管路に酸素が存在しない根拠について説明する。
（１）冷凍機の機能特性上、冷媒と潤滑オイル以外の流体は圧縮機管路中に存在しない。
冷凍機内への冷媒充填の際には、配管経路内の空気及び窒素を真空ポンプで引くため、通常酸素は存在しない。耐圧気密試験にて漏れ確認を実施できる。
（２）圧縮機管路の構造と強度を検証できる。冷凍機は高圧ガス保安法の冷凍則に従い、設計圧力の１．２５倍の耐圧試験が要求されているため、公的機関により強度が検証承認される。すなわち耐圧気密試験にて漏れ確認を実施できる。
（３）圧縮機管路の気密性、すなわちシール構造と気密性を検証できる。冷媒機器は、耐圧値３．５ＭＰａ以上の機器を使用しており、また（２）の通り公的機関により強度が検証、承認される。すなわち耐圧気密試験にて漏れ確認を実施できる。
（４）冷凍機の運転開始時の手順で、開始時の酸素の排除ができる。構造規格でうたわれている掃気条件の試験を行える。掃気の検証は以下のように行う。
［１］内圧容器１の容積の５倍以上の流量を流し、掃気を行い、内圧容器１内の空気（酸素）を排出する。
［２］掃気後、内圧が２００Ｐａを超える範囲であれば、運転開始する。
（５）冷媒やオイルは、密閉された配管内を循環しているため、通常運転時は外部からの空気の侵入はない。
【００２２】
内圧容器１の防爆フェールセーフを故障・不具合項目ごとに説明する。
（１）圧縮機オイルの漏れは、
・内圧容器外、高圧冷媒配管からのオイル漏れ、
・内圧容器外、低圧冷媒配管からのオイル漏れ、
・内圧容器内、高圧冷媒配管からのオイル漏れ、
・内圧容器内、低圧冷媒配管からのオイル漏れ、
がある。
想定される不具合は、いずれも漏れた圧縮機オイルが発火することである。
このような故障不具合の回避は、
・内圧容器１外の電気機器は防爆品を使用して点火源を無くす、
・内圧容器１内は不活性ガス（窒素）で満たしてオイルが発火するための酸素を無くす、
ことによる。
（２）圧縮機内への空気の混入について想定される不具合は、低圧側配管において、損傷が発生した場合、運転時の低圧圧力は、大気圧（０ＭＰａ）より低いため、空気が損傷箇所より圧縮機内への空気混入により圧縮機モーター、ヒーター端子部分が点火源になりオイルが発火することである。
このような故障不具合の回避は、
・低圧側の冷媒配管に圧力センサーを設け、圧縮機内に空気が混入したことを圧力センサーで検知（常用低圧圧力値以上、大気圧以下：０ＭＰａ）し、内圧容器内の圧縮機及び非防爆機器の電源を遮断し、点火源を無くすことで、空気混入による発火を防ぐ、
・圧縮機モーターの周囲に巻いている過昇温防止用の温度センサーにより、圧縮機モーターの温度上昇を検知（常用運転温度９０℃未満）し、オイルの引火点（２４０℃）に達する前に、内圧容器内の非防爆機器の電源を遮断し点火源を無くす、
・圧縮機ヒーターの加熱防止温度スイッチにより、圧縮機ヒーターの温度上昇を検知（常用運転温度６０〜７０℃）し、オイルの引火点（２４０℃）に達する前に内圧容器内非防爆機器の電源を遮断し点火源を無くす、
ことを挙げ得る。
（３）内圧容器内への外気の混入について想定される不具合は、内圧容器内の非防爆機器が点火源となり外気の可燃性ガスが発火することである。
このような故障不具合の回避は、内圧圧力センサーにより内圧容器内の不活性ガス（窒素）の圧力低下を検知（常用運転圧力２２０Ｐａ）し、非防爆機器の電源を遮断し点火源を無くすことを挙げ得る。
【００２３】
以上述べたように、本発明は、低圧圧力トランスミッタを空気流入検知用に使用し、冷媒配管内の冷凍機油の引火を防ぐものである。
また、本発明は以上説明した実施形態に限定されるものではなく、多くの変形が本発明の技術的思想内で当分野において通常の知識を有する者により可能である。
【符号の説明】
【００２４】
１          ：内圧容器
２          ：内圧容器フレーム
３          ：内圧容器側板
４          ：内圧容器ベース
５          ：かまぼこ型パッキン材
１１        ：吸気管
１２        ：排気管
ＡＬ          ：レシーバタンク
ＣＭ          ：圧縮機
ＣＭＭ          ：モーター
ＣＶ１〜ＣＶ６    ：アクセスバルブ
ＤＲ、ＤＲ１      ：ドライヤ
ＥＸＶ、ＥＸＶ１    ：膨張弁
ＦＬ            ：冷媒用フレキ
ＦＭ１、ＦＭ２    ：凝縮器ファン
ＦＰ            ：可溶栓
ＨＥＸ            ：過冷却器
ＨＥＸ１、ＨＥＸ２  ：凝縮器
ＨＴ            ：クランケースヒーター
ＯＳ            ：オイルセパレータ
ＰＧ１Ｈ          ：高圧圧力用圧力計
ＰＳ            ：油圧圧力スイッチ
ＰＳ１            ：窒素圧力低下インターロック用圧力センサー
ＰＳ１Ｈ            ：高圧圧力トランスミッタ
ＰＳ２Ｌ            ：低圧圧力トランスミッタ
ＰＳ３Ｌ、ＰＳ４Ｌ  ：圧力スイッチ
ＰＶ１〜ＰＶ３    ：パックドバルブ
ＲＴ            ：受液器
ＳＦ        ：サクションフィルタ
ＳＧ        ：サイトグラス
ＳＶ        ：電磁弁
ＳＶ１        ：電磁弁（ポンプダウン用）
ＳＶ２        ：均圧用電磁弁
ＳＶ３        ：掃気用電磁弁
ＴＳ        ：吐出ガス温度センサー
ＴＳ１、ＴＳ２  ：ヒーター温度スイッチ
Ｖ１、Ｖ２    ：ボール弁
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２５】
【特許文献１】特開平８−２１０２８１号公報
【図１】
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【図２】
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【図３】
2017210873.tif 000005
【図４】
2017210873.tif 000006
【図５】
2017210873.tif 000007
【図６】
2017210873.tif 000008
【図７】
2017210873.tif 000009
【図８】
2017210873.tif 000010