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耐圧防爆 vs. 本質安全防爆 vs. 複合防爆 — バルブプロジェクトで適切な保護方式を選ぶには？
作成日 08.12
1. 耐圧防爆 / 防爆筐体 (Ex d)
動作原理
機器には十分に堅牢な金属製筐体が製造される。筐体内で内部爆発が発生した場合、筐体は破裂することなく爆発圧力に耐えなければならず、同時に炎路（接合フランジギャップ）が炎と高温ガスを冷却・減圧し、外部の爆発性混合ガスの着火を防ぐ。耐圧防爆構造の概念は「事後封じ込め」戦略であり、内部爆発を許容するが、炎の外部への伝播を防ぐものである。
図1 — 耐圧防爆電気機器の防爆原理の概略図
構造特性
筐体は高強度金属で製造される。接合面（フランジ合わせ面）は平坦かつ滑らかで、正確な幅とギャップ寸法を備えていなければならない。耐圧防爆機器は、保護レベルの異なる3つの機器保護レベル（EPL）：Ex da、Ex db、Ex dcに分類される。
適用危険場所
ゾーン1およびゾーン2。
利点
- 高い保護等級、堅牢で耐久性のある筐体
- 内部回路に対する要件が比較的低い
- 管理可能な製造コスト
欠点
- 大容量かつ重量が重い
- 放熱性能が限定的
- 通電中に筐体を開けることは固く禁止されています
2. 本質安全防爆 (Ex i)
動作原理
回路内の電気エネルギーを制限することで、機器は通常動作中または指定された故障条件下で発生する電気火花や熱的影響が、爆発性ガス雰囲気に着火するのに十分でないことを保証します。本質安全防爆 (IS) は予防優先の戦略であり、着火源をその発生源で抑制します。
構造的特徴
低電圧・低電流・低電力の回路設計を採用。重い耐圧防爆筐体は不要。
3つの本質安全防爆レベル
表
レベル | 説明 | 適用ゾーン |
ia | 通常動作＋2つの独立した故障時も安全 | ゾーン0 |
ib | 通常動作＋1つの故障時も安全 | ゾーン1 |
ic | 通常動作時のみ安全 | ゾーン2 |
注記：iaレベルはゾーン0で承認された唯一の本質安全防爆タイプであり、すべての防爆方式の中で最高の安全等級を提供します。
利点
- コンパクトで軽量
- 通電中の筐体開放によるメンテナンスが許可される
欠点
- 回路設計の要件が厳しく、コストが高い
- 出力電力と信号強度が限られる
3. 耐圧防爆と本質安全防爆の複合（Ex d + Ex i）
動作原理
この構成は、以下の2つの防爆方式を同時に統合しています：
- 本質安全回路
- 耐圧防爆筐体
機器は通常、耐圧防爆区画（隔爆腔）と本質安全区画（本安腔）に分かれており、隔壁端子コネクタ（穿牆端子）を介して相互に接続されています。
構造的特徴
堅牢な耐圧防爆筐体と精密な低エネルギー回路の両方が必要であり、区画間の厳格な絶縁保護が求められる複雑な構造。
適用可能な危険区域
Zone 1およびZone 2（本質安全区画部分はZone 0レベルの保護を達成可能）。
利点
- 両方の防爆方式の利点を兼ね備えています
- 全体的な安全性レベルが最も高い
- 非常に厳格な防爆要件を有する場所に適しています
欠点
- 構造が複雑で、設計と製造が困難
- 3つのタイプの中で最もコストが高い
- 保守・点検には専門技術者が必要です
4. 3つの防爆方式の核心比較
比較基準 | 耐圧防爆（Ex d） | 本質安全防爆（Ex i） | 複合防爆（Ex d + Ex i） |
防爆ロジック | 物理的隔離；爆発を封じ込め、伝播を防止 | エネルギー制限；着火源を発生源で抑制 | 両方式の組み合わせ |
核心部品 | 高強度耐圧防爆筐体 | 本質安全回路 | 耐圧防爆筐体＋本質安全回路 |
機器サイズ | 大型で重量あり | コンパクトで軽量 | 中～大型 |
通電状態での保守 | 厳禁 | 許可 | 区画による |
適用可能な最高危険区域 | 第一種危険場所 | 第一種危険場所 (ia レベル) | 第一種危険場所 |
コスト構造 | 筐体製造コストが高い | 回路設計コストが高い | 総合コスト — 全体的に最高 |
代表的な用途 | モーター、スイッチ、配電盤 | センサー、計器、通信機器 | コントローラー、電源ユニット |
防爆表示クイックリファレンス
- 耐圧防爆：Ex d
- 本質安全防爆：Ex i
- 表示例：Ex db ⅡC T4 Gb
5. 選定ガイドライン
表
シナリオ | 推奨 |
ゾーン0 （爆発性雰囲気が継続的に存在） | 本質安全防爆 ia レベルが必須 |
ゾーン1 （通常運転時に爆発性雰囲気が発生する可能性あり） | 防爆 (Ex db) または本質安全防爆 ib レベル — 電力要件と保守のアクセス性に基づいて選択 |
第二種危険場所 （爆発性雰囲気は異常時のみ） | 3種類すべて許容可能。本質安全防爆（icレベル）または耐圧防爆がコスト効率の良い選択肢 |
高出力機器 （モーター、開閉器など） | 本質安全防爆は電力が制限されるため、耐圧防爆を選択する必要がある |
稼働中のメンテナンスが必要な計器・センサー | 本質安全防爆が推奨される |
非常に厳格な防爆要件を備えた制御システム | 複合防爆（耐圧防爆＋本質安全防爆）が推奨される |
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