JP6017764B2 - 防爆形電気機器 - Google Patents

Description

この発明は、例えば、防爆形照明機器のように、危険場所内に設置される防爆形電気機器に関する。

石油化学プラント等の爆発性ガス雰囲気の危険場所内でも、暗所での作業や夜間の作業時に照明が必要とされる場合がある。危険場所内で使用される防爆形照明機器の光源として蛍光ランプやＨＩＤランプ等の放電ランプを用いると、スタータ、点火装置及び安定器等の装置が必要となって構成が大型化するとともに、大きな消費電力を必要とする。

そこで、光源としてＬＥＤを使用した防爆形照明機器が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。ＬＥＤ光源及び電源導入用の分岐ケーブルは、耐圧防爆構造の容器に収納される。

特開２００５−０９３２４６号公報

しかし、従来の防爆形照明機器では、ＬＥＤ光源や電源回路等を耐圧防爆構造の容器に収納すると、装置が大型化、重量化する問題がある。また、防爆構造として本質安全防爆構造を採用する場合、本安機器（回路の全てが本安回路（正常状態及び特定の故障状態において発生する火花又は熱が対象の爆発性ガス雰囲気に点火を生じない回路。）で構成された電気機器。）であるＬＥＤ光源は危険場所内に設置することができるが、本安関連機器（本安関連回路（本安回路と非本安回路との両方を含む回路で、非本安回路が本安回路に悪影響を及ぼすおそれがないような回路）で構成された電気機器）は危険場所内に設置することができず、非危険場所内に設置する必要がある。したがって、ＬＥＤ光源を含む回路（本安回路）と本安関連機器（本安関連回路）との間の配線インダクタンス及びキャパシタンスが大きくなり、本質安全防爆構造の条件から電流値が制限され、十分な光量を得ることができない問題がある。このような問題は、防爆形照明機器に限らず、本質安全防爆構造の防爆形電気機器に一般的な問題である。

この発明の目的は、装置の小型化及び軽量化を実現できるとともに、本安回路と本安関連回路との間の配線インダクタンス及びキャパシタンスを無視できる程度に低減して本安回路に十分な電力を供給できる防爆形電気機器を提供することにある。

この発明に係る防爆形電気機器は、本安回路部、本安関連回路部、結合部材を備えている。本安回路部は、本安回路を内部に収納し、本安回路に対する電源供給用の第１の接続部を備える。本安関連回路部は、第２の接続部が電気的に接続された本安関連回路であって第２の接続部及び第１の接続部を介して本安回路に電気的に接続される本安関連回路を内部に収納し、危険場所に設置できるようにするために所定の防爆構造にされている。結合部材は、本安回路部の第１の面と本安関連回路部の第２の面とを対向させて、本安回路部と本安関連回路部とを着脱自在に結合する。第１の接続部及び第２の接続部は、それぞれ本安回路部及び本安関連回路部の互いに対向する面において近接する部分に配置されている。具体的には、結合部材は、第１の面及び第２の面における第１の端部側で本安回路部と本安関連回路部とを互いに分離可能かつ回転自在に支持するヒンジと、第１の面及び第２の面における第２の端部側を互いに締結する締結部材と、からなり、第１の接続部及び第２の接続部は、第１の端部側に配置されている。

この構成によれば、本安回路を収納した本安回路部と、本安関連回路を収納した所定の防爆構造の本安関連回路部と、が着脱自在にされる。

この構成において、所定の防爆構造は、樹脂充填防爆構造、又は耐圧防爆構造とすることができる。また、所定の防爆構造を安全増防爆構造とし、本安関連回路を樹脂充填防爆構造とし、本安関連回路の非本安回路側に安全増防爆構造の端子台を設けた構造とすることもできる。

また、本安関連回路部は、本安関連回路に接続される電源を備えることが好ましい。この場合に、電源を樹脂充填防爆構造にし、電源の入力側と出力側とに安全増防爆構造の端子台を設けることもできる。

さらに、本安回路がＬＥＤを含む回路である場合に、本安回路部は、第１の面に対向する面にＬＥＤから照射された光を外部に配光する窓部を備えたものとすることができる。

また、上記防爆形電気機器は、第１の接続部と第２の接続部とを電気的に接続する接続部材を備えることが好ましい。

この発明によれば、装置の小型化及び軽量化を実現できるとともに、本安回路と本安関連回路との間の配線インダクタンス及びキャパシタンスを無視できる程度に低減して本安回路に十分な電力を供給できる。

この発明の実施形態に係る防爆形電気機器の一部破断斜視図である 同防爆形電気機器の本安関連回路のブロック図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、同防爆形電気機器における本安回路部と本安関連回路部との着脱状態の例を示す図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、この発明の実施形態に係る防爆形電気機器の接続部の例を示す図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、この発明の実施形態に係る防爆形電気機器の連結状態の例を示すブロック図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、この発明の別の実施形態に係る防爆形電気機器のブロック図である。

以下に、この発明の実施形態に係る防爆形電気機器について、防爆形照明機器を例にあげて、図面を参照しつつ説明する。

図１に示すように、防爆形照明機器１０は、本安回路部１及び本安関連回路部２からなる。本安回路部１は、略直方体形状を呈し、内部に一例として２つのＬＥＤ基板１１を収納している。各ＬＥＤ基板１１は、一例として８個のＬＥＤ１２をレンズ１３とともに長手方向に沿って２列に配置して実装している。

上面１Ａには、ガラス等の透光性板材によって構成された窓部１４が設けられている。窓部１４は、レンズ１３に対向しており、ＬＥＤ１２が照射した光を外部に配光する。底面１Ｂ側には、ＬＥＤ基板１１に電気的に接続された第１の接続部１５が露出している。

本安回路部１は、内部に消費電力の小さいＬＥＤ１２を実装したＬＥＤ基板１１のみを収納しており、防爆規格上の耐衝撃性を要求されることがなく、小型に構成することができる。

本安関連回路部２は、略直方体形状を呈し、内部にケーブル２５、電源２１及び本安関連回路２２を電気的に接続した状態で収納している。本安関連回路部２の内部は、本安関連回路２２に電気的に接続された第２の接続部２３を上面２Ａ側に露出させ、ケーブル２５を上面２Ａに直交する側面２Ｂから露出された状態で、ケーブル２５、電源２１及び本安関連回路２２の周囲を覆うように樹脂２４が充填され、樹脂充填防爆構造にされている。本安関連回路部２を樹脂充填防爆構造にすることにより、防爆形照明機器１０をゾーン０（爆発性雰囲気が通常の状態において、連続して若しくは長時間にわたって、又は頻繁に存在する場所。）を含む全ての危険場所に設置することができる。樹脂２４の上面と、本安関連回路部２の上面２Ａとの間には間隙が設けられており、この間隙に第２の接続部２３が露出している。ケーブル２５は、本安関連回路部２内で電源２１に電気的に接続されている。

なお、第１の接続部１５及び第２の接続部２３は、一例としてコネクタで構成することができる。

電源２１は、一例として、入力側にＡＣ電源（例えば、ＡＣ１００Ｖ）が供給され、出力側からＤＣ電源（例えば、ＤＣ２４Ｖ）を出力する。防爆形照明機器１０に外部電源からＤＣ電源を供給することにより、電源２１を省略することもできる。但し、外部電源としてはＡＣ電源が一般的であり、電力消費量が同じであれば、電圧が高いほど消費電流が低くなるため、内部の電源２１を用いる方が効率的である。

本安回路部１及び本安関連回路部２は、平面形状を互いに同一にされており、本安回路部１の底面（第１の面）１Ｂと本安関連回路部２の上面（第２の面）２Ａとが対向する状態で着脱自在に結合される。

図２に示すように、本安関連回路２２は、非本安回路（例えば、電源２１）に接続される入力側から本安回路に接続される出力側に向かって定電圧制御回路２２２、ヒューズ２２１、電圧制限回路２２３及び電流制限回路２２８を備えている。

電圧制限回路２２３は、本安回路に対する電源ラインの間に、分路電圧制限回路２２３Ｂ及び電圧検出回路２２３Ｃを出力短絡回路２２３Ａに対してそれぞれ並列に接続して構成されている。出力短絡回路２２３Ａは、例えばサイリスタ等の半導体によって構成され、分路電圧制限回路２２３Ｂと電圧検出回路２２３Ｃとの間に入力端子を接続しており、電圧検出回路２２３Ｃの検出電圧の入力を受ける。出力短絡回路２２３Ａは、検出電圧が所定の動作電圧を超えた時に電源ライン間を短絡し、基準電圧を超える出力電圧の本安回路への出力を防止する。分路電圧制限回路２２３Ｂは、例えばツェナダイオードによって構成され、両端電圧を定電圧であるツェナ電圧に維持する。

電源ライン間の電圧である出力電圧が変動すると電圧検出回路２２３Ｃの電圧が変動し、出力短絡回路２２３Ａの入力端子に入力される検出電圧が変動する。即ち、出力短絡回路２２３Ａに入力される検出電圧は、出力電圧からツェナ電圧（制限電圧）を差し引いた値となる。電圧検出回路２２３Ｃは、例えば抵抗によって構成され、出力電圧から制限電圧を差し引いた検出電圧として出力電圧を間接的に検出する。

ヒューズ２２１は、電圧制限回路２２３に対する規格上の要求に基づいて設けられている。電流制限回路２２８は、例えば抵抗によって構成されており、本安回路に供給される出力電流値を規格によって定められている電流値以下に制限する。

定電圧制御回路２２２は、電圧制御回路２２２Ａ、フィードバック抵抗２２２Ｂ、基準電圧回路２２２Ｃ及び電圧誤差増幅回路２２２Ｄを含む。電圧制限回路２２３における電圧検出回路２２３Ｃの検出電圧は、フィードバック抵抗２２２Ｂを介して電圧誤差増幅回路２２２Ｄに入力される。電圧誤差増幅回路２２２Ｄは、フィードバック抵抗２２２Ｂを介して入力された検出電圧を基準電圧回路２２２Ｃが発生する基準電圧と比較し、両者の差を増幅した差分電圧信号を電圧制御回路２２２Ａに供給する。電圧制御回路２２２Ａは、電圧誤差増幅回路２２２Ｄからの差分電圧信号に基づいて出力電圧を制御する。電圧検出回路２２３Ｃが間接的に検出した出力電圧が、基準電圧に一致するようにフィードバック制御される。

図３（Ａ）に示すように、本安回路部１及び本安関連回路部２には、この発明の結合部材としての係止爪１６及び係止溝２６が、一例としてそれぞれ４箇所に形成されている。係止爪１６を本安関連回路部２の上面２Ａから内部に挿入した後、本安関連回路部２に対して本安回路部１を相対的に水平方向に移動させることにより、本安回路部１及び本安関連回路部２が着脱自在に結合される。

本安関連回路部２内において、上面２Ａと樹脂２４との間には間隙が形成されており、この間隙内に第１の接続部１５と第２の接続部２３とを電気的に接続するケーブル５が収納される。ケーブル５が、この発明の接続部材に相当する。

図３（Ｂ）に示すように、本安回路部１の底面１Ｂ及び本安関連回路部２の上面２Ａのそれぞれの一方の端部側に配置したヒンジ３と、他方の端部側に配置した止めネジ４と、を介して本安回路部１と本安関連回路部２とを着脱自在に結合することもできる。ヒンジ３及び止めネジ４が、この発明の結合部材に相当する。

ヒンジ３は、本安回路部１と本安関連回路部２とを互いに分離可能で且つ回転自在に支持する。ヒンジ３を介して本安回路部１と本安関連回路部２とを互いに回転自在に支持した後、第１の接続部１５と第２の接続部２３とをケーブル５を介して電気的に接続する。第１の接続部１５及び第２の接続部２３のそれぞれを底面１Ｂ及び上面２Ａのそれぞれにおけるヒンジ３が配置されている端部側に近接させて配置することにより、ケーブル５を短くして配線インダクタンス及びキャパシタンスを低減できる。

図４（Ａ）に示すように、第１の接続部１５及び第２の接続部２３の一方をプラグ形状、他方をソケット形状としてもよい。また、図４（Ｂ）及び（Ｃ）に示すように、第１の接続部１５及び第２の接続部２３の一方を他方に圧接する弾性部材で構成してもよい。本安回路部１と本安関連回路部２とを結合させた際に、第１の接続部１５と第２の接続部２３とが機械的に接触することで互いに電気的に接続され、接続部材を省略することができる。

図５に示すように、複数の防爆形照明機器を連結することで、照明光量を増加できる。ゾーン０を含む全ての危険場所で照明光量を増加する場合には、図５（Ａ）に示すように、ネジ又はスライド機構等を用いて複数の防爆形照明機器１０を連結し、各防爆形照明機器１０のケーブル２５のそれぞれを外部電源に接続する。

ゾーン１（通常の状態において、爆発性雰囲気をしばしば生成する可能性がある場所）又はゾーン２（通常の状態において、爆発性雰囲気を生成する可能性が小さく、また生成した場合でも短時間しか持続しない場所）で照明光量を増加する場合には、図６（Ａ）に示す構成の防爆形照明機器１１０を図５（Ｂ）に示すように連結することができる。防爆形照明機器１１０の本安関連回路部２は安全増防爆構造であり、本安関連回路部２内で電源２１と本安関連回路２２とを個別に樹脂充填防爆構造とし、ケーブル２５、電源２１及び本安関連回路２２の接続を安全増防爆構造の端子台３０〜３２によって行う。なお、本安関連回路２２の出力側（本安回路側）の端子台３３は、安全増防爆構造である必要はない。

また、同様にゾーン１、ゾーン２においては、図６（Ｂ）に示す防爆形照明機器１２０及び図６（Ｃ）に示す防爆形照明機器１３０を、図５（Ｃ）に示すように連結することもできる。なお、防爆形照明機器１２０と同様に、防爆形照明機器１３０の本安関連回路部２は安全増防爆構造であり、本安関連回路部２の内部の本安関連回路２２は樹脂充填防爆構造であり、端子台３２は安全増防爆構造の端子台である。

防爆形照明機器１１０〜１３０では、各配線が端子台３０〜３３に着脱自在であるため、配線の自由度が向上する。

なお、本安関連回路部２を耐圧防爆構造としてもよい。

上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１−本安回路部
２−本安関連回路部
５−ケーブル（接続部材）
１０−防爆形照明機器
１１−ＬＥＤ基板（本安回路）
１２−ＬＥＤ
１５−第１の接続部
１６−係止爪（結合部材）
２１−電源
２２−本安関連回路
２３−第２の接続部
２４−樹脂
２６−係止溝（結合部材）

Claims (8)

1. 本安回路を内部に収納し、前記本安回路に対する電源供給用の第１の接続部を備えた本安回路部と、
   第２の接続部が電気的に接続された本安関連回路であって前記第２の接続部及び前記第１の接続部を介して前記本安回路に電気的に接続される本安関連回路を内部に収納し、危険場所に設置できるようにするために所定の防爆構造とした本安関連回路部と、
   前記本安回路部の第１の面と前記本安関連回路部の第２の面とを対向させて、前記本安回路部と前記本安関連回路部とを着脱自在に結合する結合部材と、
   を備え、
   前記第１の接続部及び前記第２の接続部は、それぞれ前記本安回路部及び前記本安関連回路部の互いに対向する面において近接する部分に配置されており、
   前記結合部材は、前記第１の面及び前記第２の面における第１の端部側で前記本安回路部と前記本安関連回路部とを互いに分離可能かつ回転自在に支持するヒンジと、前記第１の面及び前記第２の面における第２の端部側を互いに締結する締結部材と、からなり、
   前記第１の接続部及び前記第２の接続部は、前記第１の端部側に配置されている、防爆形電気機器。
2. 前記所定の防爆構造は、樹脂充填防爆構造である請求項１に記載の防爆形電気機器。
3. 前記所定の防爆構造は、耐圧防爆構造である請求項１に記載の防爆形電気機器。
4. 前記所定の防爆構造は、安全増防爆構造であり、前記本安関連回路を樹脂充填防爆構造とし、前記本安関連回路の非本安回路側に安全増防爆構造の端子台を設けた請求項１に記載の防爆形電気機器。
5. 前記本安関連回路部に、前記本安関連回路に接続される電源をさらに備えた請求項１乃至３の何れかに記載の防爆形電気機器。
6. 前記本安関連回路部に、前記本安関連回路に接続される電源をさらに備え、前記電源を樹脂充填防爆構造にし、前記電源の入力側と出力側とに安全増防爆構造の端子台を設けた請求項４に記載の防爆形電気機器。
7. 前記本安回路は、ＬＥＤを含む回路であり、
   前記本安回路部は、前記第１の面に対向する面に前記ＬＥＤから照射された光を外部に配光する窓部を備えた請求項１乃至６の何れかに記載の防爆形電気機器。
8. 前記第１の接続部と前記第２の接続部とを電気的に接続する接続部材をさらに備える、
   請求項１乃至７の何れかに記載の防爆形電気機器。

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