ВЗРЫВОНЕПРОНИЦАЕМЫЙ КОРПУС С ВНУТРЕННИМ СБРОСОМ ДАВЛЕНИЯ
EXPLOSION-PROOF CASE WITH INTERNAL PRESSURE RELIEF

Предметом изобретения является взрывозащищенный корпус, прежде всего одно- или многокамерный корпус с видом взрывозащиты Ex-d (вид взрывозащиты "взрывонепроницаемые оболочки "d"" в терминологии стандарта ГОСТ IEC 60079-1-2013).
Во взрывоопасных областях зачастую применяются корпуса с видом взрывозащиты Ex-d. Такие корпуса выполнены настолько прочными, что выдерживают происходящее в их внутренней полости воспламенение взрывчатой газовой смеси и вследствие возникающего взрыва последующее повышение давления. Кроме того, корпуса сконструированы таким образом, что из них пламя или раскаленные, действующие как источники инициирования, частицы наружу попадать не могут. Если наличествуют зазоры, они должны иметь минимальную длину и не превышать максимальной ширины. Имеющиеся отверстия в корпусе снабжены элементами сброса давления, которые называются также пламезащитными фильтрами и которые предотвращают, что вспыхнувшее в корпусе пламя проникнет наружу и воспламенит наличествующую в окружающей среде взрывоопасную смесь, причем, с другой стороны, они вызывают выравнивание давления с окружающей средой.
В DD 261063 A3 описан взрывозащищенный корпус с расположенным в его внутренней полости пористым элементом, например из шлаковаты, стекловаты, металла или керамики, с открытыми сквозными порами или зазорами. Такой расположенный в корпусе элемент должен приводить к снижению давления взрыва примерно на 90%.
В DE 19860286 B4 раскрыт предусмотренный для монитора корпус, внутренняя полость которого частично заполнена пористым демпфирующим материалом для снижения давления взрыва. Материал имеет множество маленьких в поперечном сечении, не закрытых, а сквозных каналов в форме пор или зазоров. За счет этого давление взрыва должно уменьшаться приблизительно до 10% давления взрыва, которое в противном случае возникло бы в пустом корпусе.
Далее в DE 102014206433 B3 предложена компоновка планшетного компьютера в снабженном стеклянной пластиной взрывонепроницаемом корпусе, причем в планшетном компьютере расположен демпфирующий элемент из минеральной ваты, кварцевой ваты, стекловаты, металловаты с открытыми порами или т.п.
В известных корпусах с элементами из материала с открытыми порами речь идет частично о специальных решениях, которые относительно широки и/или же согласованы со специальными условиями, как, например, планшетные компьютеры.
В DE 102013109259 A1 описан, напротив, взрывозащищенный корпус вида взрывозащиты "взрывонепроницаемая оболочка" (Ex-d), в стенке корпуса которого предусмотрен пористый элемент сброса давления, через который созданное в корпусе давление взрыва может проникать наружу. Такой принцип использован также в корпусах согласно US 4180177, а также согласно DE 102010016782 B4.
Подобные элементы сброса давления при расположении таких корпусов в неблагоприятной среде подвержены загрязнению или, в случае воздействия погодных условий, инфицированию, обледенению и/или коррозии. Учет подобных обстоятельств ведет к повышению затрат.
Задачей изобретения является предложить концепцию для взрывозащищенного корпуса, которая является универсально применимой и малозатратной.
Эта задача решена посредством корпуса согласно п. 1 формулы изобретения.
Предлагаемый в изобретении корпус содержит компоновку стенок, имеющую несколько стенок, которые охватывают внутреннюю полость, причем по меньшей мере две стенки снабжены расположенным внутри корпуса материалом с открытыми порами (открытопористым материалом), не имеющим огнепреградительных свойств, а корпус снабжен по меньшей мере одним устройством сброса давления, являющимся газопроницаемым огнепреградителем, обеспечивающим сообщение внутренней полости корпуса с окружающей средой и/или с расширительным объемом.
Посредством расположения материала с открытыми порами на двух разных, например стоящих напротив или под углом друг к другу, стенках возникшая в корпусе ударная волна гасится особо эффективно. Это действительно как в случае, когда каждая из имеющих материал с открытыми порами стенок по всей площади имеет этот материал, так и в случае, когда на одной или нескольких имеющих материал стенках этот материал покрывает только часть указанной стенки.
Использование по меньшей мере двух или нескольких поверхностей стенок для нанесения материала с открытыми порами, демпфирующего попадающую на него или проходящую вдоль него ударную волну, дает большую демпфирующую поверхность и, тем самым, сильное демпфирующее действие, даже если применяются только относительно тонкие слои материала с открытыми порами. За счет этого имеющаяся для установки компонентов часть внутренней полости корпуса из-за материала с открытыми порами уменьшается лишь незначительно. В корпусе стенки могут быть частично или полностью облицованы пористым материалом. Пористые материалы действуют, с одной стороны, как невоспламеняющийся разгрузочный объем, а с одной стороны, как гасящий объем для проникающего фронта пламени. Шаровидный фронт ударной волны поглощается сразу в кратчайший срок на большой площади поверхности, причем достигается охлаждение и поглощение несгоревших газов. Таким образом, во-первых, уменьшается количество участвующего в горении или же взрыве газа, во-вторых, вследствие охлаждения газа давление уменьшается. Посредством полной облицовки корпуса изнутри материалом с открытыми порами получается оптимальное отношение поверхность/объем для корпуса.
Посредством расположения материала с открытыми порами, предпочтительно, исключительно на стенках получается большой сплошной монтажный объем для оборудования, выключателей и т.п.
Предпочтительно, материал с открытыми порами расположен прилегающим непосредственно по меньшей мере на двух стенках. За счет этого данная теплопередача между материалом с открытыми порами и стенкой корпуса охлаждает материал с открытыми порами, так что он имеет сильный эффект сброса давления. Стенка корпуса образует термически подключенный к материалу с открытыми порами тепловой аккумулятор.
Материал с открытыми порами может быть соединен по всей площади, неразъемно или только в некоторых местах неразъемно со стенками взрывонепроницаемого корпуса. Для этого пористый материал может быть приварен к стенкам или, если корпус изготовлен способом литья, посредством введения в литейную форму путем первичного формообразования соединен со стенками корпуса. Могут быть использованы возможности соединения с геометрическим замыканием и/или неразъемно. Например, материал с открытыми порами может быть огражден решетчатой структурой, соединенной с компоновкой стенок. Решетчатая структура может представлять собой металлическую сетку, перфорированный металлический лист, пластиковую решетку или т.п.
Пористый материал, предпочтительно, выполнен как пластина или мат по существу неизменной толщины, так что обращенная от стенки поверхность расположена проходящей параллельно или под острым углом к стенке. За счет этого во внутренней полости по меньшей мере две поверхности материала с открытыми порами стоят по существу напротив друг друга или под углом друг к другу. Одно и другое ведет к эффективному демпфированию динамично проходящего фронта пламени.
На свободных от материала с открытыми порами местах стенки или на покрытых материалом с открытыми порами местах стенки могут быть расположены элементы сброса давления. В то время как сам материал с открытыми порами не имеет или не должен иметь огнепреградительных свойств, огнепреграждение, т.е. блокирование выхода пламени наружу, обеспечивается одним или несколькими элементами сброса давления. Материал с открытыми порами служит в первую очередь для охлаждения газа и, тем самым, для поглощения тепловой энергии и уменьшения пиков давления. Относительно потока газа образованные материалом с открытыми порами устройство поглощения тепла и огнепреградитель расположены один за другим. Посредством комбинации не имеющего огнепреградительных свойств материала с огнепреградителем создается сброс давления с улучшенной эффективностью. Это действительно независимо от того, прикреплен ли материал с открытыми порами только на внутренней стороне одной стенки корпуса или на нескольких стенках корпуса.
В предпочтительной форме исполнения можно, однако, отказаться от элемента сброса давления и тем самым, от внешнего выравнивания давления, в то время как прикрепленный внутри на стенках материал с открытыми порами ведет к быстрому охлаждению и, тем самым, к весьма существенному сбросу давления. Материал с открытыми порами может быть образован одним или несколькими элементами из металловаты, из спеченных металлических частиц, металлических волокон, прежде всего волокон высококачественной стали, других металлических волокон, металлических проволок, металлических лент, минеральных волокон, таких как стекловолокно, волокно минеральной ваты, кварцевое волокно и т.п. Материал с открытыми порами может иметь решетчатую структуру, ячеистую структуру или тканевую структуру и быть образованной, прежде всего, из нескольких уложенных друг на друга решетчатых, ячеистых или тканевых структур. Они могут лежать друг на друге незакрепленными или, например, быть соединены посредством спекания или посредством другого способа. В элементах из проволочного или волокнистого материала речь может идти о нетканых компоновках, то есть о слоях спутанных волокон с валяными, но физически не зафиксированными между собой волокнами. При необходимости может быть также скрепление волокон между собой, например, посредством связующего или посредством спекания. Волокна приводят к охлаждению поглощенной ударной волны вследствие поглощения тепла и к гашению кинетической энергии ударной волны вследствие внутреннего трения волокон между собой. Предпочтителен материал с высокой теплоемкостью, такой, как минеральная вата или керамическая вата.
Волокнистый материал материала с открытыми порами может быть предварительно спрессован в элемент в виде пластин, прямоугольного параллелепипеда или других форм, которые могут быть вложены в корпус, приклеены или привинчены, или могут удерживаться посредством каркаса. Однако сжатие волокнистого элемента, предпочтительно, является настолько слабым, что расстояния и зазоры пористых материалов, по меньшей мере, в некоторых местах лежат выше граничной ширины зазора классической взрывозащиты, то есть эффект охлаждения, эффект потока или прочие кинетические эффекты, которые могли бы предотвратить воспламенение имеющегося в материале газа или прохождение фронта пламени через материал, отсутствуют или отсутствуют не везде. Прежде всего, если материал с открытыми порами имеет высокую теплоемкость, как, например, в случае стекловолокон, кварцевых волокон, керамических волокон, каменных волокон, тем не менее достигается высокий сброс давления.
Материал с открытыми порами может также настолько быть зафиксирован неорганическими или органическими связующими, что возникает устойчивый к деформации элемент с открытыми порами. Он не должен неизбежно примыкать к стенке. Такой предварительно отформованный зафиксированный волокнистый элемент может быть расположен в корпусе и быть доступным с четырех, пяти или шести сторон. Он выполняет сброс давления также без примыкания к стенке и может находить применение в качестве альтернативы или дополнительно к описанным выше облицовкам корпуса материалом с открытыми порами. Также расположенный на стенке корпуса материал с открытыми порами может быть стабилизирован в своей форме посредством органического или неорганического связующего.
Варианты осуществления изобретения следуют из пунктов формулы, чертежа и описания. Показано на:
фиг. 1 - корпус согласно изобретению с различными мерами для сброса давления, схематическое изображение,
фиг. 2 - фрагмент элемента с открытыми порами для сброса давления корпуса согласно фиг. 1,
фиг. 3 и 4 - другие формы исполнения корпуса согласно изобретению соответственно, схематическое изображение в поперечном разрезе.
На фиг. 1 показан взрывозащищенный корпус 10, содержащий несколько стенок 11, 12, 13, 14, ограничивающих изолированную наружу внутреннюю полость. Стенки 11-14 образуют совместно с дополнительно не показанным дном и крышкой компоновку 16 стенок. Дно и крышка такого корпуса могут быть соединены со стенками 11-14 неразъемно или же разъемно. Далее их также рассматривают как стенки.
Во внутренней полости 15 могут быть расположены конструктивные элементы и компоненты, например, такие, как печатные платы 17, 18 с расположенными на них электрическими конструктивными элементами, могущие служить источниками инициирования.
По меньшей мере на двух стенках 11, 12 корпуса 10 расположен материал 19, 20 с открытыми порами, например, в виде пластин, элементов или матов, покрывающий соответствующую стенку 11, 12 соответственно полностью или частично. Материал с открытыми порами может содержать волокна или частицы в подвижной форме или в соединенной между собой форме. Он может содержать упорядоченно или неупорядоченно выполненные и расположенные поры. Например, речь может идти о решетчатых структурах с одной или несколькими расположенными одна над другой решетками из металлических проволок, многожильных проволок или лент, расположенных в форме решетки или как ткань. Металлические проволоки, металлические многожильные проволоки или металлические ленты соединены между собой или лежат друг на друге, например, незакрепленными слоями. Металлические проволоки, ленты или проволоки могут также быть сформованы в другое плетеное изделие, как, например, плетеное полотно или набор пластин. Проволоки, многожильные проволоки или ленты могут состоять также из другого теплопоглощающего материала.
Материал с открытыми порами при этом, предпочтительно, расположен прилегающим непосредственно к соответствующей стенке 11, 12 и далее, предпочтительно, соединен с ней. Соединение может происходить посредством склеивания по всей площади, сваривания или посредством других мер по соединению, ведущих к неразъемному частичному или полному соединению. В качестве альтернативы или дополнительно материал 19, 20 с открытыми порами может удерживаться в приемном гнезде, образованном, например, решетчатой структурой 21. Решетчатая структура 21 может представлять собой перфорированный металлический кожух, металлическую сетку, короб или т. п., соединенный(-ую) с корпусом 10 и отделяющий(-ую) материал 19, 20 с открытыми порами от остальной внутренней полости 15.
Материал 19, 20 с открытыми порами на своей обращенной к внутренней полости 15 стороне имеет поверхности 22, 23, расположенные, как показано, друг к другу под углом, который меньше 180°.
В качестве альтернативы или дополнительно к материалу 20 с открытыми порами напротив материала 19 с открытыми порами расположен еще один участок 24 материала с открытыми порами. Это может быть такой же или другой материал с открытыми порами, по сравнению с материалами 19, 20. Он может иметь такую же или неодинаковую толщину. Таким же образом материалы 19, 20 с открытыми порами могут иметь такую же или неодинаковую толщину. Материал 24 имеет обращенную к внутренней полости 15 поверхность 25, лежащую напротив поверхности 22 и расположенную к поверхности 23 под углом, например, 90°.
Материал 19, 20 с открытыми порами и/или 24 образует внутреннее устройство сброса давления. Еще одно внутреннее устройство сброса давления может быть образовано посредством элемента 26 с открытыми порами, который расположен свободно по меньшей мере с четырех, предпочтительно с пяти или шести сторон, то есть не прилегая ни к одной из стенок компоновки стенок, во внутренней полости 15 корпуса 10. Нижеследующие пояснения к элементу 26 действительны опционально также для материала 19, 20 с открытыми порами.
Предпочтительно, элемент 26 с открытыми порами является волокнистым элементом, волокна которого соединены между собой посредством связующего. На фиг. 2 показан схематический фрагмент элемента 26. Как видно, несколько волокон 27 в пространственно неупорядоченной компоновке переплетены между собой и, по меньшей мере, в некоторых местах пересечения соединены посредством связующего 28. В случае волокон речь может идти о металлических волокнах или минеральных волокнах, прежде всего стекловолокнах, кварцевых волокнах, каменных волокнах, керамических волокнах. Связующее 28 может представлять собой искусственную смолу, прежде всего фенольную смолу. Доля смолы настолько мала, что имеющиеся между волокон 27 поры остаются открытыми. Однако она настолько велика, что элемент 26 с открытыми порами имеет существенную устойчивость к деформации, так что он при инициировании взрыва во внутренней полости 15 не распадается и по возможности не высвобождает или высвобождает только безопасное количество волокон.
В качестве альтернативы волокна, проволоки, нити или частицы, из которых состоит элемент 26, могут быть расположены упорядоченно и тем не менее соединены между собой связующим. В случае волокон 27 речь может идти об одинаковых волокнах, находящих применение также для материала 19, 20, 24 с открытыми порами. Он может быть также предварительно сжат и по желанию снабжен связующим.
Факультативно, корпус 10 может быть снабжен по меньшей мере одним устройством 29 и/или 30 сброса давления, обеспечивающим аэродинамическое соединение между внутренней полостью корпуса и окружающей средой. Оба устройства 29, 30 сброса давления представляют собой пористые газопроницаемые элементы с шириной зазора и длиной зазора, обеспечивающими огнепреграждение, т.е. предотвращающими проскок пламени. Устройство 29 сброса давления расположено на свободном от пористого материала участке стенки 14 корпуса 10. Дополнительно или в качестве альтернативы, предусмотренное устройство 30 сброса давления, если смотреть из внутренней полости 15, покрыто материалом 25 с открытыми порами. Однако он не препятствует протоку газа. Такая комбинация из эндотермического, но не огнепреградительного материала 25 с открытыми порами и устройства 30 сброса давления может находить применение независимо от материала 19, 20 с открытыми порами.
На фиг. 3 показана измененная форма исполнения корпуса 10 согласно изобретению. Прежнее описание действительно при использовании уже введенных позиций соответственно. В отличие от описанного выше корпуса 10, корпус 10 согласно фиг. 3 имеет пористый материал 19, 20, 25, 31 на всех четырех стенках 11, 12, 13, 14 корпуса и опционально дополнительно на не показанном дне и/или крышке. Материал 19, 20, 25, 31 с открытыми порами образует идущий вдоль стенок локально прерывистый или же непрерывный слой, улавливающий вспыхнувший во внутренней полости 15 фронт пламени и поглощающий возникающую ударную волну.
В случае показанного на фиг. 4 корпуса 10 речь идет об основанной на корпусе 10 согласно фиг. 3 форме исполнения. Опционально этот корпус имеет устройство 32 сброса давления, выполненное как огнепреградительное и расположенное на стенке 14, к которой примыкает расширительный объем 33. Он может быть отделен посредством неполного корпуса 34 от окружающей среды и изолирован от нее или же иметь отверстия, через которые он сообщается с окружающей средой.
Дополнительно или в качестве альтернативы, в стенке 12 может быть предусмотрен элемент 35 сброса давления, обеспечивающий сброс давления в окружающую среду. Огнепреградительный элемент 35 сброса давления может быть в свою очередь изнутри перекрыт пористым материалом 20 или лежать свободно. Кроме того, может быть предусмотрено устройство 36 со сквозным отверстием, через которое, например, вал 37 пропущен через стенку 12 корпуса. Для этого вал 37 со стенкой 12 корпуса может задавать непроницаемый для воспламенения зазор 38. Вал 37 может быть пропущен через материал 20 с открытыми порами и передавать движения между элементами вне корпуса 10 и элементами внутри корпуса 10.
Корпус 10 согласно изобретению для понижения внутреннего давления взрыва может быть снабжен изнутри охватывающей, предпочтительно, по меньшей мере две стороны корпуса 10 облицовкой из материала с открытыми порами. Дополнительно или в качестве альтернативы, в корпусе может быть расположен формованный элемент из материала с открытыми порами, прежде всего фиксированного волокнистого материала.
Ссылочные обозначения
10 корпус
11-14 стенки
15 внутренняя полость
16 компоновка стенок
17, 18 печатные платы
19, 20 материал с открытыми порами
21 решетчатая структура
22, 23 поверхности материала с открытыми порами
24 участок материала с открытыми порами
25 поверхность
26 элемент с открытыми порами
27 волокна
28 связующее
29, 30 устройство сброса давления
31 материал с открытыми порами
32 элемент сброса давления
33 расширительный объем
34 неполный корпус
35 элемент сброса давления