包括多孔体的、用于具有防火封装的壳体的壳体部件 |
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| 申请号 | CN201410427245.2 | 申请日 | 2014-08-27 | 公开(公告)号 | CN104427813A | 公开(公告)日 | 2015-03-18 |
| 申请人 | R.施塔尔开关设备有限责任公司; | 发明人 | B·利姆巴赫; U·曼; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种用于具有防火封装的防爆壳体(10)的壳体部件。该壳体件可以由流通装置(11)的 喷嘴 (16)和/或壳体壁(10b)和/或壳体底部(10a)和/或壳体顶部(10c)形成。该壳体部件包括座置在该壳体件的通道(15)内的多孔主体(20)。通道(15)由多孔主体(20)以防火方式封闭。多孔主体(20)包括内侧(21)和外侧(22)，内侧(21)被分置到壳体(10)的内部，外侧(22)被分置到包括爆炸环境的周围区域(12)。气体容积流也可以流过多孔主体(20)。气体可以在内侧(21)上进入多孔主体(20)并且可以在外侧(22)上逸出，或者也可以从外侧(22)上进入并且从内侧(21)逸出。为避免 水 或其它水性液体分别渗透到壳体(10)的内部，多孔主体(20)包括位于至少一个区域(31)中的疏水表面(B)。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种壳体部件(16)，用于具有防火封装的防爆壳体(10)，所述壳体部件(16)包括多孔体(20)，所述多孔体为分置到所述壳体(10)内部的内侧(21)和分置到所述壳体(10)周围区域(12)的外侧(22)之间提供透气连接， |
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| 说明书全文 | 包括多孔体的、用于具有防火封装的壳体的壳体部件技术领域[0001] 本发明涉及一种用于防火封装类型的防爆壳体的壳体部件。例如，壳体壁、壳体壁段或者可以连接到壳体壁的喷嘴，可以用作壳体部件。该防爆壳体优选地以点火保护类型的“防火封装”(Ex-d)呈现。典型地，位于该防爆壳体中的是分别可以代表用于壳体外周围区域中爆炸性环境的点火源的电气和/或电子组件或构件。具有防火封装的该防爆壳体将此类点火源和爆炸性环境分开。 [0002] 分别包括多孔体的该壳体或壳体部件代表流通装置，该流通装置为壳体内部和周围区域之间提供气体交换连接。该连接部可以用于平衡壳体内部和周围区域之间由于例如温度改变而导致的压力差。另外，或者在可替换物中，贯穿该可透气多孔体的气体交换连接部保证在壳体内发生爆炸的情况下壳体上的压力被限制。由此，该多孔体代表透气障碍物，该透气障碍物不允许火焰和火花或类似物从容器的内部逃逸到外部去。因此，该多孔体以使得免除火花隙的方式并因此以防火的方式呈现。由于在爆炸时，气流可以膨胀穿过该多孔体到外侧并进入该壳体的周围区域，因此，在该壳体上的爆炸压力是有限的，使得后者承受爆炸并且不会形成使火焰或火花可以从壳体内部到达外部的任何裂口或缝隙。 背景技术[0003] 在专利文献US4180177A中已知包括用于形成压力释放装置的多孔体的壳体部件。该多孔体插入壳体壁中的通道。为避免水渗透到壳体中，该多孔体由翼片覆盖。一旦在壳体内部中出现足够大的过压，该翼片就会打开。因此，必须首先在该壳体中出现一定的过压使得该翼片完全打开，这是不利的。较小的压力差不能被持续补偿。如果可以，必须保证该翼片的功能性性能并且必须定期检查该功能性性能。 [0004] 专利文献DE102010016782A1描述了包括喷嘴的压力释放装置，该喷嘴由其中布置有多孔体的通道穿过。另外，在喷嘴中的通道完全由膜覆盖，以防止水通过多孔体渗透到壳体中。然而，该膜分别限制了通过该多孔体的体积流量和质量流量。 [0005] 专利文献EP2404652A1提出了在空气过滤器的情形下透气膜的使用。然而，该文中所述的设计不适用于防爆应用。 [0006] 专利文献DE4313776C1中公开了一种用于壳体的透气和脱水喷嘴。该文中描述了一种迷宫布置，通过该迷宫布置，可以实现空气交换。可以借助于该迷宫布置从壳体内部排出水，但是避免水渗入壳体内部。 [0007] 专利文献US3987258描述了用于收音机的防溅水保护盖。然而，在本领域的该状态的情况下，也不能保证爆炸保护。 发明内容[0008] 基于所述现有技术的所述的状态，本发明的目的是制造用于具有防火封装的防爆壳体的壳体部件，该壳体部件确保高气体容积流量，但同时以简单的方式避免水渗透到壳体中。 [0010] 根据本发明，该壳体部件包括多孔体。该多孔体布置在该壳体部件的通道中。例如，包括通道的壳体壁、壳体壁段或者喷嘴，可以用作壳体部件。多孔体以非积极方式和/或以牢固结合的方式和/或以积极方式布置在通道中，而没有在限定通道的壁和多孔体之间留出火花隙。该多孔体的内侧分置到该壳体的内部。该多孔体的相对的外侧分置到该壳体的周围区域。气体可以在内侧上进入该多孔体并且可以在多孔体的外侧上逸出。相反的气体流动也是可以的。 [0011] 该多孔体包括疏水表面。该疏水表面可以通过对表面进行表面处理和/或涂层和/或活化而形成。例如，可以通过激光干涉建构或纳米结构来实现表面活化。疏水表面存在于该多孔体的至少一个区域中。该表面防止水从周围区域渗入该壳体的内部。在优选示例性实施例的情形下，包含外侧的多孔体的涂层或层可以包括疏水表面。 [0012] 由于根据本发明的该实施例，可以不必在通道处设置防水膜。因此，气体容积流可以以无阻碍的方式流过该多孔体。该疏水表面不会显著地影响气体容积流。因此，在具有较小压力差的情形下，压力补偿也可以以无阻碍的方式发生。另外，该壳体部件的设计和组装被简化了。在壳体内部中发生爆炸的情况下，该壳体部件也可以作为压力释放装置限制壳体压力。由于该压力释放，壳体本身会比没有此类压力释放时呈现为较不稳定。在爆炸期间突然压力上升的情形下，也确保了大量气体容积流无阻碍地通过该多孔体。 [0013] 通过例如涂层形成的疏水表面特别地位于该多孔体的外侧区域中。在发生爆炸的情况下，外侧上的气温较低，使得疏水表面不受在内侧流入多孔体中的热爆炸气体的影响或只受其较不强烈的影响。作为对此方案的替代，疏水表面也可以位于该多孔体的内侧的区域中或者在内侧上以及在外侧上。还可以分别呈现为或提供具有疏水表面的整个多孔体。在所有示例性实施例的情形下，如果疏水表面位于多孔体的表面区域中，那么这是足够的。多孔体的内芯可以但不是必须的包括疏水表面。 [0014] 该疏水表面可以包含碳氟化合物和/或硅烷。碳氟化合物和/或硅烷具有这样的优势，即除了疏水效果外，也防止油性液体渗入该壳体的内部。另外，减少了污染颗粒对多孔体的黏附，使得可以避免或可以至少减少由于孔隙的堵塞而对气体容积流产生的影响。例如，可以使用聚四氟乙烯作为用于疏水表面的材料。另外，或作为替代，疏水表面也可以包含脂肪和/或蜡。该多孔体的孔隙的孔隙率和/或孔隙尺寸在疏水表面区域中可以小于在包括此疏水表面的区域的外部。 [0015] 在优选示例性实施例的情况下，该多孔体由随机定向纤维结构件形成。该多孔体包括以无序方式缠绕并布置的纤维，所述纤维形成随机定向纤维结构件。优选地，所述纤维的直径至少为70微米，最大为130微米。优选地，多孔体的所有纤维或这至少一部分纤维可以设置有疏水表面。因此，可以在缠绕之前并因此在形成随机定向纤维结构件之前，为纤维设置疏水表面。作为对此方案的替代，所述纤维或所述纤维的至少一部分可以在形成随机定向纤维结构件后设置疏水表面。 [0016] 如果多孔体的孔隙尺寸至少为80微米并且最大为250微米，那么此是有利的。多孔体的孔隙率可以是至少60％并且最大为80％。该孔隙尺寸和/或该孔隙率确保高的气体容积流量并且同时产生多孔体的充分的机械稳定性。在内侧和外侧之间，该多孔体可以包括至少5mm和10mm的厚度。 [0018] 在优选的示例性实施例的情形下，该多孔体直接定位在该壳体的壳体壁内的或壳体壁段中的通道中。作为对此方案的替代，壳体的壳体壁段、壳体壁或者所有壳体壁可以由多孔体形成。 [0019] 在另一示例性实施例中，可以将该多孔体插入喷嘴的通道中。该喷嘴可以是压力释放装置或通气器的一部分。 [0020] 多孔体可以以非积极方式——例如通过过盈配合和/或牢固结合的方式连接到限定该通道的该壳体部件的壁，例如，也可以将该多孔体模制到壳体壁或壳体壁段中，例如，将该多孔体插入铸模中并分别使用壳体壁或壳体壁段的材料进行插入成型或重铸。 [0021] 为避免高速冲击多孔体的溅出的水渗入壳体的内部，在该壳体部件内多孔体的外侧的区域中存在有溅水保护件，优选地，存在有溅水保护盖。因此，该多孔体可以被保护免受高压下朝向该壳体部件的溅水的影响。附图说明 [0023] 图1示出了带有防火封装的防爆壳体的第一示例性实施例的示意性立体图，[0024] 图2示出了防爆壳体的第二示例性实施例的示意性立体图， [0025] 图3示出了用于带有防火封装的防爆壳体的压力释放装置的示例性实施例的示意性剖视图， [0026] 图4示出了压力释放装置的另一示例性实施例的示意性剖视图，[0027] 图5至图7以示意性立体图示出了在不同情形下多孔体的示例性实施例，[0028] 图8以示意图示出了如图5至图7所示多孔体的示意性截面，以及[0029] 图9示出了根据示例性实施例中的一个的多孔体的疏水表面工作方式的示意图。 具体实施方式[0030] 图1仅以示意性的方式示出了具有防火封装的防爆壳体10的示例性实施例。具有防火封装的防爆壳体10特别地以点火保护型“耐压封装”(Ex-d)呈现。该防爆壳体包括流通装置11，该流通装置11穿过该壳体10的壳体底部10a、壳体壁10b或壳体顶部10c。图3和图4示出了用于流通装置11的示例性实施例。 [0031] 该流通装置11可以用作压力释放装置和/或用作压力补偿装置。在该流通装置用作压力补偿装置的情形下，由于气体可以从壳体10的内部流过流通装置11进入周围区域12，或者相反地，可以从周围区域12流过流通装置11进入壳体10的内部，因此可以补偿壳体10的内部与壳体10外部的周围区域12之间的压力差。例如，特别地，如果太阳能辐射作用在具有防火封装的防爆壳体10上，那么可能会由于压力波动而产生此类压力差。 [0032] 在点火保护型“耐压封装”中，该具有防火封装的防爆壳体必须能够承受壳体10内部的爆炸压力。由此，该流通装置11可以用作压力释放装置，并且可以限制壳体10内部的爆炸压力。为此目的，如果壳体10内部的压力由于爆炸而上升，那么会确保足够大量的气流通过该流通装置11。由于流通装置11限制了压力，所以壳体10因预期爆炸压力而可能呈现为较不稳定，因此节约材料、成本和重量。 [0033] 流通装置11包括将壳体10的内部连接到周围区域12并供气体流动的通道15。通道15的横截面可以以任意的方式设计。在本文所示的示例性实施例的情形中，通道15具有圆形的横截面。 [0034] 根据该实例，通道15穿过喷嘴16。喷嘴16可以紧固在壳体10的位于壳体底部10a中、壳体壁10b中或壳体顶部10c中的开口中。在示例性实施例的情形下，喷嘴16具有外螺纹17，借助于外螺纹17可以将喷嘴16旋入相应壳体部件的开口内的内螺纹中。喷嘴 16也可以以非积极方式和/或以积极方式和/或以牢固结合的方式布置和固定在壳体10的任何其它方式的开口中。 [0035] 在壳体10中布置有电气和/或电子部件，这些部件未在图中示出。此类部件可以用作壳体10的周围区域12中的爆炸环境的点燃源。因此，流通装置11的通道15可以不包括火花隙。因此，将多孔体20插入该通道15中。由于多孔性，该多孔体20允许气体流过多孔体20，但是同时确保火焰或火花隙不能够通过该通道15从壳体10的内部出来到达周围区域12中。 [0036] 多孔体20可以以牢固结合的方式和/或以非积极的方式和/或以积极的方式紧固到通道15中。例如，如果在制造喷嘴16时将多孔体20放置于铸模中并当将材料注入该铸模中时建立与喷嘴16的牢固结合，那么此方式会是有利的。作为对此方案的替代，也可以通过过盈配合将多孔体20保持在通道15中，其中，在喷嘴16的限定通道15的壁和多孔体20之间会产生弹性夹持力。在该实施例的情形下，多孔体20可以另外借助于固定装置沿通道15的延伸方向以分别防止移出或推出该通道15的方式进行固定。 [0037] 在此实施例的情形下，多孔体20为盘形。该多孔体20包括内侧21和外侧22，内侧21被安排到壳体10的内部，外侧22被安排到壳体10外部的周围区域12。例如，气体可以在内侧21进入多孔体20并且可以在外侧22逸出，或者也可以从外侧22进入，并从内侧21逸出。内侧21和外侧22通过周面23彼此连接。该周面23以环形的方式封闭。从顶部看内侧21和外侧22，多孔体20具有这样的轮廓或形状，即，该轮廓或形状适应于通道15的横截面的轮廓或形状，使得在限定多孔体20的壁和限定通道15的壁之间可以具有无火花隙的连接。在该示例性实施例的情形下，多孔体20具有圆形轮廓。 [0038] 优选地，该多孔体具有以无序方式彼此缠绕的纤维29。因此，多孔体20包括随机定向的纤维结构件(图7)或者由此类随机定向的纤维结构件30形成。 [0039] 优选地，所述纤维由金属构成，在示例性实施例中，分别由铬合金钢或不锈钢构成。优选地，所有纤维29都具有相同的直径。该直径为至少70微米并且最大130微米。 [0040] 多孔体20的孔隙率Ф可以按以下公式计算： [0041] [0042] 其中： [0043] Ф：以百分比表示的孔隙率； [0044] ρ：.多孔体的模制密度(molded density)； [0045] ρ0：该多孔体的真密度。 [0046] 在图6所示的多孔体20的示例性实施例的情形下，孔隙率Ф在整个多孔体20上是基本恒定的。相比之下，在根据图5和图6的示例性实施例的情形下，在包括周面23的边缘区域24中的孔隙率Ф较小。除了多孔材料，该多孔体20也包括环形部25，该环形部25以环形方式环绕该多孔材料或者随机定向纤维结构件30并且因此形成多孔体20的周面 23，在图7示出的实施例中，该周面23以气密方式被基本封闭。气体渗透或气体逸出分别只可能存在于内侧21或外侧22上。 [0047] 随机定向纤维结构件30的多孔体20的孔隙率Ф分别至少为 且最大为80％。多孔体20和随机定向纤维结构件30的孔隙尺寸P在至少一个空间方向上并优选地在至少两个空间方向上分别在至少80微米至最大250微米的范围内。特别地，在两个空间方向上的孔隙尺寸P位于给定范围内，其中内侧21和外侧22沿与气流方向G成直角的方向延伸。 图9中示意性示出了孔隙尺寸P。 [0048] 在内侧21和外侧22之间的多孔体20的厚度D是至少5mm至10mm。 [0049] 多孔体20或随机定向纤维结构件30分别包括疏水表面B。图8以高度示意性的方式示出了该疏水表面B，并且该疏水表面B例如借助于涂层而成形。作为对此的替代，疏水表面也可以通过分别活化和/或处理多孔体20或随机定向纤维结构件30的材料而产生。例如，可以通过激光干涉建构或通过产生纳米结构来实现疏水特征的活化。 [0050] 疏水表面B分别直接附在随机定向纤维结构件30或多孔体20处。在示例性实施例的情形下，纤维29至少分别在多孔体20或随机定向纤维结构件30的一个区域31内设置有疏水表面B。根据该实例，该区域31至少包含该外侧22。可替换地，或者另外，该区域31也可以包含内侧21并可以邻接该内侧。另外，也可以为多个区域31或整个多孔体20或者整个随机定向纤维结构件30分别设置疏水表面B。例如，纤维29在缠绕以形成随机定向纤维结构件30之前可以设置有疏水表面B。然而，优选地，疏水表面B首先作为涂层分别施加到多孔体20或随机定向纤维结构件30的至少一个区域31内，或者分别在多孔体20或随机定向纤维结构件30产生。 [0051] 如图8所示，包含外侧22并邻接该外侧22的、随机定向纤维结构件30或多孔体20的至少一层设置有疏水表面B。此具有这样的优势，即在壳体10内部发生爆炸的情况下，在内侧21上渗透的热气开始冷却直到这些热气到达包括疏水表面B的区域31。因此，疏水表面B或涂层的耐热性也可以分别比用于制造多孔体20的材料的耐热性低。 [0052] 优选地，根据纤维29的实例，分别用以制造多孔体20或随机定向纤维结构件30的材料具有至少400℃的耐热性。在示例性实施例的情形下，根据该实例用于通过涂层成形的疏水表面B的材料包含碳氟化合物。例如，疏水表面B可以包含聚四氟乙烯或可以由聚四氟乙烯形成。也可以使用包括碳氟化合物和/或一种或多种硅烷的其他材料。碳氟化合物和/或硅烷具有这样的优势，即它们不仅可以避免水通过多孔体20渗透到壳体10的内部，而且它们也可以阻碍或阻止油性流体的渗透。碳氟化合物还阻碍颗粒黏附到多孔体20，使得孔隙不会由污染颗粒堵塞并且不会分别阻碍或减少气体容积流流过多孔体20。 [0053] 作为替代，或者除了使用碳氟化合物和/或硅烷外，疏水表面B的材料也可以包含脂肪和/或蜡。 [0054] 在包括疏水表面B的区域31中的孔隙率Ф或孔隙尺寸P分别可以小于该区域31的外侧的孔隙率Ф或孔隙尺寸P。尽管如此，优选地，孔隙率Ф或孔隙尺寸P在各上述指定范围内，即孔隙尺寸P至少为80微米，最多为150微米，和/或孔隙率Ф至少为60％，最多为80％。 [0055] 多孔体20或随机定向纤维结构件30的外侧22上的表面和水滴34之间的接触角α通过疏水表面B增大，并且大于90°，优选地，大于120°，更优选地，大于160°。通过此，可以实现：小于孔隙尺寸P的较小的各个水滴结合以形成较大的水滴34并且不能通过所述孔隙进入壳体10的内部。因此，包括疏水表面B的区域31不会被水滴渗透。因此，这与区域31是否直接存在于外侧22上或者分别存在于多孔体20或随机定向纤维结构件30的不同段处是无关的。 [0056] 在根据图4的示例性实施例的情形下，流通装置11包括保护盖35，该保护盖35位于分配到周围区域12的侧部上。例如，保护盖35布置成与多孔体20的外侧22具有一定的距离，并且连接到喷嘴16。保护盖35包括封闭的保护性壁区域36，该壁区域36布置成与外侧22具有一定的距离，并且完全覆盖外侧22。保护性壁区域36通过至少一个保持元件37连接到喷嘴16。该至少一个保持元件37远离喷嘴16延伸，并且因此将保护性壁段36保持成与多孔体20的外侧22具有一定的距离并与通道15的开口具有一定的距离。在示例性实施例的情形下，具有以环形方式封闭的单一保持元件37，该单一保持元件37以环形方式环绕通道15的位于喷嘴16的分配到周围区域12的侧部上的出口。作为对该实例的修改，也可以提供横过周围分布的多个单独的保持元件37。 [0057] 根据该实例，以环形方式封闭的保持元件37包括沿周围方向分布的多个排放通路38。在保护性壁段36和多孔体20之间的空间39中累积的水可以从该中间空间39经由这些排放通路38而排出。保护性壁段36分别保护其多孔体20或其外侧22分别免受直接冲击到多孔体20的溅出的水或水射流。因此，该保护性盖35形成射流和溅水保护。 [0058] 在本文所述示例性实施例的情形下，面向中间空间39的保护性壁段36的内表面40不是以一平面延伸，而是具有凸面状。通过此形成了斜面，使得在内表面40上的空间39中收集的水沿排放通道38的方向流动。如图1示意性示出的，当流通装置11附连到壳体底部10a时，此是有利的。 [0059] 在根据图1、图2和图3所示的示例性实施例的情形下，该通道15布置在由喷嘴形成的壳体部件中。作为对此的替代，也可以在壳体壁10b、壳体底部10a或壳体顶部10c中直接设置通道15，并且直接将多孔体20布置在该位置处。在此实施例的情形下，喷嘴16不是必要的。 [0060] 如图2示意性示出的，还可用多孔体20呈现整个壳体部件，例如壳体壁10b、壳体顶部10c或壳体底部10b(a)。作为对此说明的替代，也可以由多孔体20形成壳体门或盖。由此，可以通过由多孔体20形成的所有壳体部件10a、10b、10c而使壳体10的内部和周围区域12之间气体连通。 [0061] 在所有实施例的情形中，各多孔体20的至少一个区域31设置有疏水表面B。 [0062] 本发明涉及一种用于具有防火封装的防爆壳体10的壳体部件。该壳体部件可以由流通装置11的喷嘴16和/或壳体壁10b和/或壳体底部10a和/或壳体顶部10c形成。该壳体部件包括座置在该壳体部件的通道15内的多孔体20。通道15由多孔体20以防火焰方式封闭。多孔体20包括内侧21和外侧22，内侧21被分配到壳体10的内部，外侧22被分配到包括爆炸环境的周围区域12。气体容积流可以流过多孔体20。气体可以在内侧 21上进入多孔体20并且可以在外侧22上逸出，或者也可以从外侧22上进入，并从内侧21逸出。为避免水或其它水性液体分别渗透到壳体10的内部，多孔体20包括位于至少一个区域31中的疏水表面B。 [0063] 附图标记列表： [0064]10 壳体 10a 壳体底部 10b 壳体壁 10c 壳体顶部 11 流通装置 12 周围区域 15 通道 16 喷嘴 17 外螺纹 20 多孔体 21 内侧 22 外侧 23 周面 24 边缘区域 25 环形件 29 纤维 30 随机定向纤维结构件 [0065]31 区域 34 水滴 35 保护性盖 36 保护性壁段 37 保持元件 38 排放通路 39 空间 α 接触角 Ф 孔隙率 d 厚度 b 疏水表面 g 气体流动方向 p 孔隙尺寸 |
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