JP2019021624A - 爆発する可能性のある雰囲気中で使用可能なジェネレータ並びに静電スプレー及びそのようなジェネレータを含む組立体 - Google Patents

Abstract

【課題】ＡＴＥＸゾーンで使用可能であり、静電スプレーに電力供給するのに十分に強力なジェネレータを提供する。【解決手段】本発明は、爆発性雰囲気ゾーンで使用可能であり、かつ、８ワット以上、好ましくは１０ワット超の電力を有するジェネレータ（２）に関する。本発明はまた、上述したジェネレータ（２）と、コーティング用製品のための静電スプレー（４）とを含む組立体に関する。【選択図】図４

Description

本発明は、爆発する可能性のある雰囲気中で使用可能なジェネレータに関する。特に、そのようなジェネレータは、静電スプレーにコーティング用製品を供給するために使用することができる。したがって、本発明はまた、スプレー及びジェネレータを含む組立体に関する。

対象物のコーティングの分野において、コーティングされるべき１つ又は複数の対象物は、スプレーブースと称される閉じたブース内にほぼ体系的に配置される。特殊な装備を備える１人又は複数人のオペレータは、ブース内に入り、ブース内に存在する対象物の表面上にコーティング用製品をスプレーする。その目的を達成するために、オペレータは、手動のスプレーガン、特に、静電ガンを使用する。このタイプのガンは、コーティング用製品に高電圧をもたらし、したがって、グランドに接続されているコーティングされるべき部分に向いたガンの出口にスプレー用製品の液滴を案内するための高電圧ユニットを含む。したがって、少なくとも１つの電力ケーブルが、ガンを高電圧ジェネレータと接続している。また、ガンは、スプレーの形態で製品をスプレーするための空気吸入部を含み、それはスプレー用空気と説明される。

幾つかの用途、例えば航空学においては、ラッカー層、プライマ層、結合層及び塗料層、特に、２成分溶媒系塗料を含む、複数の層の製品がスプレーされる。結合層はアルコール系である。さらに、塗料の溶媒は、しばしば、可燃性化学物質を含む可能性がある。

したがって、溶媒及びアルコールの蒸気は、ブースの内側の雰囲気を爆発性にする。これは、爆発性雰囲気ゾーン（又はＡＴＥＸゾーン）と称される。その結果、高電圧ジェネレータは、ブースの外側に論理的に配置される。しかしながら、これは、オペレータとジェネレータとの間に数十メートル又はさらに数百メートルあるブースを有することを考慮することはできないため、飛行機のコックピットを塗装するために航空学において使用されるブースのような大きいブースに対しては問題が生じる。

ＧＢ１１９８４８０号の図２では、バックパックの形態で設計された運搬可能なジェネレータにより電力供給される高電圧ユニットを含む手持ちスプレーを開示している。しかしながら、このジェネレータは、ＡＴＥＸゾーンに対して承認されていない。さらに、使用される高電圧のレベルは約１ｋＶであり、これは、静電効果が一般的に１５ｋＶから観測され、そして、ロスを減らすために、５０〜６０ｋＶの高電圧のレベル又は８０μＡ（マイクロアンペア）の強度を使用することが好ましいと仮定すると、静電効果、すなわち、コーティングされるべき表面に向けて塗料の粒子を実際に案内することを得るのには極めて不十分である。最後に、この時点で使用される技術を用いると、このジェネレータは約７０ｋｇの重さになり、これはオペレータの動きに大きな影響を及ぼす。特に、そのような装備を備えると、オペレータは、例えばコックピットの屋根を塗装するための足場の上に昇ることができない。また、自主性は極めて低く、この装備は、結局のところ大きな実際的関心がないものであった。

近年では、ＡＴＥＸゾーンに対して承認された自主性ジェネレータが、３Ｗ又は４Ｗを超えない電力を有する。これは、装備の認証の間に直面する困難性が原因である。幾つかの認証機関は、これらの値を超える如何なるファイルを調査することを拒絶する。しかし、静電用途については、ガンの出口での電力は、少なくとも４ワット（Ｐ＝Ｕ＊Ｉ、又は５０ｋＶ＊８０μＡ＝４Ｗ）が必要であるか、又は、出力が約０．５であることを知っていれば少なくとも８Ｗに等しい発生電力が必要である。

本発明は、特に、ＡＴＥＸゾーンで使用可能であり、かつ、静電スプレーに電力供給するのに十分に強力なジェネレータを提案することでこれらの欠点を解決することを目的としている。

その目的を達成するために、本発明は、爆発性雰囲気ゾーンで使用可能であり、かつ、８ワット以上、好ましくは１０ワット超の電力を有するジェネレータに関する。

ジェネレータを爆発性雰囲気中で使用することができるという事実は、ＡＴＥＸゾーンの安全性の分野で周知である試験及び手順を使用して、直接的に及び好適に検証することができる。

有利であるが、任意選択の本発明の態様によれば、ジェネレータは、任意の技術的に許容される組み合わせで考慮される、以下の特徴のうち１つ又は複数を含むことができる：
−ジェネレータの質量が２ｋｇ未満であり、ジェネレータの容積が２０００立方センチメートル未満である。
−ジェネレータが、少なくとも１つのバッテリー要素、好ましくは、共にバッテリーを形成している複数のバッテリー要素を含む。
−ジェネレータが、ジェネレータの電源がオフになった場合に、各バッテリー要素の接続を切るためのシステムを含む。
−各バッテリー要素、及び、特に１つ又は複数のバッテリー要素の接続端子のそれぞれが、電気絶縁材料から作られた外部のオーバーモールド部を含む。
−ジェネレータが、静電スプレーに電力供給するためのものである。
−ジェネレータが、電気エネルギー変換構成部材を含み、これらの構成部材が、好ましくは、樹脂筐体の内側に封入されている。
−各電気構成部材が、複数の複製物において提供され、及び／又は、ジェネレータの通常の運転条件下で定格電力に対して容量未満、特に定格電力の３分の１で作動するように寸法決めされている。

本発明はまた、コーティング用製品のための静電スプレーと、前述したようなジェネレータとを含む組立体に関する。

好ましくは、組立体は、グランドに接続された圧縮空気源と、その源をスプレーに接続する少なくとも１つの空気吸入ホースとを含み、空気吸入ホースが、スプレーをグランドに接続するように１Ｍオーム未満の電気抵抗を有し、少なくとも１つの導電性ケーブルが、ジェネレータをグランドに接続するようにジェネレータとスプレーとを接続している。

好ましくは、組立体は、グランドに接続された製品供給源と、その源をスプレーに接続する少なくとも１つの製品吸入ホースとを含み、製品吸入ホースが、スプレーをグランドに接続するように１Ｍオーム未満の電気抵抗を有し、少なくとも１つの導電性ケーブルが、ジェネレータをグランドに接続するようにジェネレータとスプレーとを接続している。

好ましくは、空気吸入ホース及び／又は製品吸入ホースは、２０ｋオーム／メートル未満の、単位長さあたりの抵抗値を有する。

単に例として提供され、添付の図面を参照してなされる、その原理に従ったジェネレータの１つの実施形態の以下の説明に照らして、本発明及び本発明の他の利点がよりはっきりと明確になる。

オペレータのベルトに取り付けられた本発明に係るジェネレータを示す概略的な斜視図である。 図１のジェネレータの、別の角度からの拡大図である。 図１及び２のジェネレータの概略的な断面図である。 ジェネレータと、そのジェネレータに接続された静電スプレーとを含む組立体の図である。 図４の組立体の部材と様々な構成部材との間、特に、エネルギー変換構成部材間の接続の図である。

図１〜４は、斜視図及び断面図において、爆発性雰囲気ゾーン５（ＡＴＥＸゾーン）で使用可能なジェネレータ２を示す。ＡＴＥＸゾーン５は、図５において差し込み（ｉｎｓｅｔ）により概略的に示される。典型的に、ＡＴＥＸゾーン５は、スプレーブース、特に、飛行機のコックピットを収容することが意図された大きいブースの内部容積により形成される。

ジェネレータ２は、８ワット以上、好ましくは１０ワット超の電力を有する。このように、ジェネレータ２は、図４に概略的に示されるコーティング用製品のための静電スプレー４に電力供給するために十分な電力を出力することができる。コーティング用製品は、塗料、ワニス、プライマ、封止剤などであることができる。

図１に示されるように、ジェネレータ２はハウジング２０を含む。ここで、ジェネレータの質量は有利には２ｋｇ未満であり、その容積は２０００ｃｃ未満である。したがって、ジェネレータ２は、特にベルト上で、オペレータ１により輸送することができるのに十分にコンパクトであり軽い。そのために、図１及び２の例において、ジェネレータ２はベルトクリップ３を含む。

有利には、ジェネレータ２は、少なくとも１つ、好ましくは複数のバッテリー要素２２を含む。単一の要素２２又はセットの要素２２はバッテリー２３を形成する。各バッテリー要素２２は、約１０〜１８Ｖの電圧を出力する。最大充電において、要素２２は約１６〜１８Ｖの電圧を出力する。

例においては、２つのサブ組立体を形成するために、２つずつ列になって接続されている４つの要素２２が存在している。２つのサブ組立体は、並列に接続される。したがって、各サブ組立体は、約２０〜３６Ｖの電圧を出力する。このように、ジェネレータは、たとえ１つ又は２つの要素２２が故障しても、そして要素２２の１つが熱暴走した場合であっても動作することができる。したがって、人及び資産の安全性は影響を受けない。

ここで、バッテリー要素２２は、リチウムイオンタイプのものである。要素２２は、ジェネレータ２がグリッドのような任意の電気エネルギー源から接続を切られる間に動作することができる点で、ジェネレータに特定の自主性（ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ）を与える。これは、「自主性ジェネレータ」と称される。

任意選択で、ジェネレータ２は、ジェネレータ２の電源がオフになった場合に各バッテリー要素２２の接続を切るためのシステム（図示せず）を含む。このように、要素２２は、ジェネレータ２が使用中でない場合は、電流を取り出さない。

各要素２２は、ベントが配置された外部のオーバーモールド部（図示せず）を含む。これらのベントにより、バッテリー２２からガス放出物を排出することが可能となる。さらに、各バッテリー要素２２は、ベントが故障した場合、ガスからの圧力を制限することが可能である機械的ヒューズ（図示せず）を備えている。

有利には、各要素２２のオーバーモールド部は、電気絶縁材料、例えばプラスチック材料から作られる。各要素２２の接続端子（＋及び−）はまたオーバーモールドされており、それにより、２つの端子間に絶縁層がもたらされる。この層のおかげで、各バッテリー要素の２つの端子間の物理的距離を低減することができ、それによって、コンパクト性を得ることが可能となる。例として、ジェネレータの厚さを約１５ｍｍ低減することができ、すなわち、約２０％の利得（ゲイン）を得ることができる。

例においては、ジェネレータ２は、１セットの電気エネルギー変換構成部材２４により形成される電気変換部を含む。

例においては、電気構成部材２４は、プリント回路基板（ＰＣＢ）、すなわち、電気構成部材２４を互いに維持して、電気的に接続することが可能である基材に属する。特に、プリント回路基板は、絶縁層により互いに離間した少なくとも３つの導電層を含む、多層回路基板である。

図３に示されるように、これらの構成部材２４は、筐体２６の内側に収容され、樹脂タイプの絶縁材料の内側に組み込まれており、電気構成部材２４を視認することを可能とする材料切取部で象徴的に示されている。この樹脂は、爆発性雰囲気中での保護に適した樹脂であり、それは、一般的にエポキシ及び／又はポリウレタンタイプのものである。

要素２２及び全体の電気エネルギー変換部は、密閉に関する国際電気標準会議による国際標準（欧州標準ＥＮ６０５２９により反復される）に従って、例えば最低限のＩＰ５４°で密封されているハウジング２０の内側に収容される。

図５に示されるように、電気構成部材２４は、バッテリー要素２２を保護するための１つ又は複数の部材２４．１を含む。これらの部材２４．１により、過電流の場合、すなわち、過剰な電流の存在が検出された場合に、要素の接続を切ることが可能となる。特に、これらの部材２４．１は、公称容量の３分の１以下の負荷因子で使用される１つ又は複数のダイオード、特にツェナーダイオード、抵抗、又はキャパシタを含むことができ、それにより、それらを標準ＥＮ６２０６１の意味内で絶対確実な（ｉｎｆａｌｌｉｂｌｅ）構成部材とみなすことが可能となる。

電気構成部材２４はまた、要素２２から取り出されたエネルギーを制御するため、及び、如何なる余分なエネルギーを消散させるための制御システム２４．２を含む。特に、この制御システム２４．２は、ステップアップ及びステップダウン変圧器を含む。

ＳＥＰＩＣ（「Ｓｉｎｇｌｅ−Ｅｎｄｅｄ Ｐｒｉｍａｒｙ Ｉｎｄｕｃｔｏｒ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ」）コンバータ２４．３、インバータ２４．４、可変周波数駆動部２４．５及び電気制御ユニット２４．６が設けられる。電気制御ユニット２４．６は、有利には、特に、コンバータ２４．３、インバータ２４．４及び可変周波数駆動部２４．５を制御するプロセッサを含む。

有利には、電気構成部材２４は、ＡＴＥＸゾーン安全性の分野において、標準ＥＮ６２０６１に従って絶対確実とみなされる構成部材である。理論において、絶対確実な電気構成部材は存在しない。ＡＴＥＸに適用可能な規則の意味内、したがって、本明細書の意味内においては、構成部材を絶対確実にさせる構成部材が使用される。

特に、一方では、品質及び信頼性の観点から、構成部材２５はそれらのカテゴリー内で最も良く採点されたものの中から選択されることが有利であるため、構成部材２５は絶対確実とみなされる。その採点は、国際電気標準会議の文献ＩＥＣ６１５０８により出版されたランキングの中から割り当てられる。他方では、各電気構成部材２４は、同一の機能（ハードウェア冗長性）を実行するために、複数の複製物において提供されるか、又は問題となる用途に対して大きくサイズ決めされる。後者の場合において、これは、通常運転条件下において定格電力に対して容量未満、特に定格電力の３分の１で作動するように寸法決めされることを意味する。言い換えると、約３の安全因子（又は係数）が使用される。

定格電力とは、構成部材が通常条件下で作動している場合に、構成部材が受け取る電力のことである。実際に、構成部材に供給される電力は、その定格電力に一致しなければならない。それが定格電力より大きくなると、損傷のリスクが生じる。抵抗の例を考えると、抵抗が通常条件下で約０．３３ワットの電力を消散させるために提供されると仮定すると、選択される抵抗は約１ワットの定格電力を有するか又は必要とする値の３倍大きい定格電力を有する。

冗長性を提供することで、すなわち、通常必要である構成部材の数に３掛けることで（二重冗長）、同一の効果を得ることができる。したがって、前述の例に戻るために、０．３３ワットの定格電力を有する１つの抵抗を有する代わりに、それぞれが０．３３ワットの定格電力を有する３つの抵抗が直列で使用される。原理は以下のようである：システムは同時に発生する２つの不具合に耐えることができなければならない。したがって、２つの抵抗が使い果たされた場合は、エネルギー消散を第３の抵抗が提供することができる。

有利には、要素２２が再充電可能タイプのものである。したがって、ジェネレータ２は、再充電インターフェース（図示せず）を含む。

スプレー４は、それに電気エネルギーが供給された場合に特定の電圧／電流特性に従ってコーティング用製品を静電的に充電するための高電圧ユニット４０を含むガンである。高電圧ユニット４０は、電圧レベルを高めるための変圧器及び増倍部を含む。

高電圧ユニットの電圧／電圧特性は、高電圧ユニットにより出力される電圧と電流との間の比に相当する。したがって、それは、電流を関数とした電圧の変化を代表する曲線である。典型的に、その特性は負の傾きを持つ直線である。

電圧／電流特性は、スプレー距離に応じて調整される。特に、人がスプレーをコーティングされるべき部分から離して動かす場合、電圧は増加される。反対に、人がスプレーをコーティングされるべき部分のより近くに動かす場合、電圧は低下する。その特性は、有利には、時間を関数とした電流消費の変化（ｄＩ／ｄｔ）の連続的かつ迅速な分析のおかげで自動的に調整され、マイクロプロセッサ２４．６によるこのパラメータの動的分析により、スプレーガンと塗装されるべき部分との間の距離、及びそれらの相対的なアプローチ速度を極めて正確に説明することが可能となる。

高電圧ユニット４０は、ジェネレータ２に接続される電力ケーブル１２を通じて低電圧が供給される。

図２に示されるように、ジェネレータ２は、好ましくは、ハウジング２０の１つの面上に位置するマンマシンインターフェース（ＭＭＩ）２８を含む。インターフェース２８は、電圧／電流特性、オン／オフボタン、及びディスプレイスクリーン２８．１を選択することが可能である、２つの調整ボタン「＋」及び「−」を含む。例えば、スクリーン２８．１を使用して、選択された電圧／電流特性及び／又はバッテリー２３の全体の充電レベルを表示することができる。

番号３０は、高電圧ユニット４０の電力ケーブル１２の接続のためのジェネレータ２の接続部を示す。

ガン４には、製品吸入ホースとみなされるホース６によりコーティング用製品が供給され、空気吸入ホースとしてみなされるホース８により圧縮空気が供給される。したがって、ホース８は、スプレー４と圧縮空気源（図示せず）との間で延在している。ホース６は、スプレー４と製品供給源との間で延在している。

有利には、この圧縮空気源及び／又はこの製品供給源は、グランドに接続される。空気吸入ホース８及び／又は製品吸入ホース６は、スプレー４をグランドに接続するように１Ｍオーム（メガオーム）未満の電気抵抗を有する。実際は、オペレータ１によりスプレー４のグリップ部４２が握られると仮定すると、スプレーは常に接地されていなければならない。したがって、従来技術においては、ガンのグリップ部と、グランドに直接接続されるジェネレータのカーカス部との間に少なくとも１つ、好ましくは２つの接続が存在する。一方、本発明においては、ジェネレータ２はオペレータ１により運ばれ、したがって、直接グランドに接続させることができない。したがって、考えたのは、ジェネレータ２及びスプレー４を接続する導電ケーブル１２を提供することで、スプレーするために使用される圧縮空気及び製品をもたらすホース６及び８と、ガンのグリップ部４２とを通じて、ジェネレータ２をグランドに接続しようとすることである。

有利には、ホース６及び／又は８は導電材料、例えばポリマーから作られ、そして、ホース６及び／又は８は、２つのホースの抵抗値を加えた場合にホース６及び／又は８の長さが最大で５０メートル又はさらに１００メートルに達することができるように、２０ｋオーム／メートル未満の単位長さあたりの抵抗値を有する。したがって、オペレータ１は、スプレーブース（図示せず）の内側で移動する間にホースの長さにより制限されない。

好ましくは、安全性をさらに向上させるために、グランドに接続するための導電ケーブル１２は、典型的に、複数のより線（又は複数のワイヤ）を有する。

ホース６及び／又は８は、それらの内面及び外面上、並びにそれらの質量、すなわち、それらの厚さにおいて、同時に導通している。これらの条件下で、それらを、複数のワイヤ導体に連結することができる。

有利には、ジェネレータ２は、メンテナンスインターフェースとみなすことができるインターフェース３２を備える。このインターフェースは、図５にのみ概略的に示される。それは、実際には、診断キットのような分析ツール（図示せず）を接続するための接続ポートである。そのようなツールにより、ある量の情報、例えば、バッテリー２２の充電レベル、ガンのトリガー作用の数、高電圧ユニット４０の累積運転時間などを正常な状態に戻すことが可能となる。そのために、電気制御ユニット２４．６及び高電圧ユニット４０は、情報（デジタル及び／又はアナログ）を送るために作用するケーブルにより接続することができる。

図示されていない代替実施形態において、ジェネレータ２は、バックパック若しくはハーネスシステムの形態であることができ、又は地面上で転動する独立した台車上に設置することができる。

図示されていない別の代替実施形態において、インターフェース２８は、１つ又は複数のＬＥＤ、特に３つのＬＥＤを含むことができる。通常の運転条件下では緑色ＬＥＤを表示することができ、例えばバッテリー２２が容量の１０％である場合に橙色ＬＥＤを表示することができ、差し迫った自主性喪失の場合、すなわち、バッテリーが実質的に空になった場合に赤色ＬＥＤを表示することができる。有利には、電流が切断される前に、赤色ＬＥＤを２又は３分間点滅させることができる。

上記で考慮された、主要な実施形態及び図示されていない代替実施形態の特徴は、本発明の新規の実施形態を作り出すために互いに組みわせることができる。

Claims (17)

1. 爆発性雰囲気ゾーン（５）で使用可能なジェネレータ（２）であって、８ワット以上の電力を有することを特徴とする、ジェネレータ。
2. 前記ジェネレータの質量が２ｋｇ未満であり、前記ジェネレータの容積が２０００立法センチメートル未満であることを特徴とする、請求項１に記載のジェネレータ。
3. 少なくとも１つのバッテリー要素（２２）を含むことを特徴とする、請求項１又は２に記載のジェネレータ。
4. 共にバッテリー（２３）を形成している複数のバッテリー要素（２２）を含むことを特徴とする、請求項３に記載のジェネレータ。
5. 前記ジェネレータの電源がオフになった場合に、各バッテリー要素（２２）の接続を切るためのシステムを含むことを特徴とする、請求項３又は４に記載のジェネレータ。
6. 各バッテリー要素（２２）が、電気絶縁材料から作られた外部のオーバーモールド部を含むことを特徴とする、請求項３〜５のいずれか１項に記載のジェネレータ。
7. 各バッテリー要素（２２）、及び１つ又は複数のバッテリー要素（２２）の接続端子のそれぞれが、電気絶縁材料から作られた外部のオーバーモールド部を含むことを特徴とする、請求項６に記載のジェネレータ。
8. 前記ジェネレータ（２）が静電スプレーに供給するためのものであることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載のジェネレータ。
9. 電気エネルギー変換構成部材（２４）を含むことを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載のジェネレータ。
10. 前記電気エネルギー変換構成部材（２４）が、樹脂筐体（２６）の内側に封入されていることを特徴とする、請求項９に記載のジェネレータ。
11. 各電気構成部材（２４）が、複数の複製部において提供され、及び／又は前記ジェネレータの通常の運転条件下で定格電力に対して容量未満で作動するように寸法決めされていることを特徴とする、請求項９又は１０に記載のジェネレータ。
12. 各電気エネルギー変換構成部材が、前記ジェネレータの通常の運転条件下で定格電力の３分の１で作動するように寸法決めされていることを特徴とする、請求項１１に記載のジェネレータ。
13. 前記ジェネレータの電力が１０ワット超であることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか１項に記載のジェネレータ。
14. コーティング用製品のための静電スプレー（４）と、請求項１〜１３のいずれか１項に記載のジェネレータ（２）とを含む組立体。
15. 前記組立体が、グランドに接続された圧縮空気源と、前記源を前記静電スプレー（４）に接続する少なくとも１つの空気吸入ホース（８）とを含むこと、
    前記空気吸入ホースが、前記静電スプレーをグランドに接続するように、１Ｍオーム未満の電気抵抗を有すること、及び
    少なくとも１つの導電ケーブル（１２）が、前記ジェネレータをグランドに接続するように、前記ジェネレータ（２）と前記静電スプレー（４）とを接続すること
    を特徴とする、請求項１４に記載の組立体。
16. 前記組立体が、グランドに接続された製品供給源と、前記源を前記静電スプレー（４）に接続する少なくとも１つの製品吸入ホース（６）とを含むこと、
    前記製品吸入ホース（６）が、前記静電スプレーをグランドに接続するように、１Ｍオーム未満の電気抵抗を有すること、及び
    少なくとも１つの導電ケーブル（１２）が、前記ジェネレータをグランドに接続するように、前記ジェネレータ（２）と前記静電スプレー（４）とを接続すること
    を特徴とする、請求項１４又は１５に記載の組立体。
17. 前記空気吸入ホース（８）及び／又は前記製品吸入ホース（６）が、２０ｋオーム／メートル未満の単位長さ当たりの抵抗値を有することを特徴とする、請求項１５に記載の組立体。

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