JP2012180992A

JP2012180992A - 爆風圧低減板

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Publication number: JP2012180992A
Application number: JP2011045067A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Sakai; 喜則酒井; Kouji Oguma; 紘而尾熊
Original assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Priority date: 2011-03-02
Filing date: 2011-03-02
Publication date: 2012-09-20

Abstract

【課題】簡易な構成で各種機器を爆風圧から防護することが可能な爆風圧低減板を提供する。
【解決手段】各種の機器の近傍位置に設置されて該機器を爆風圧から防護するための爆風圧低減板１であって、外板３と内板４が所定間隔をおいて積層された中空二重壁構造とされ、かつ前記外板および内板のそれぞれに径寸法が互いに異なる多数の孔が形成されている。外板に形成されている孔の径寸法が内板に形成されている孔の径寸法に比べて相対的に小とされている。
【選択図】図１

Description

本発明は、各種の機器の近傍位置に設置されて該機器を爆風圧から防護するための爆風圧低減板に関する。

周知のように、近年開発が進められている燃料電池自動車の普及を図るためにはインフラ設備としての水素ステーション（従来のガソリンスタンドに相当）が各所に多数設置されることが前提となるが、水素ステーションの設置に際しては万一の水素爆発を想定した施設設計とする必要がある。

現時点では水素爆発を想定した有効適切な防護手法は確立されていないが、たとえば特許文献１に示されるような抗爆発性パッドや、特許文献２に示されるような衝撃吸収構造体を水素ステーションにも適用することが考えられる。

特開２００５−１２０８２３号公報特開２００５−２８２２６６号公報

しかし、水素が万一爆発した際の爆風圧は極めて大きなものであり、特に市街地に設置されることが想定される小規模の水素ステーションでは狭小な閉鎖空間内で爆風圧が反射を繰り返してしまうことから、従来一般の爆風圧対策では十分な効果が期待できないと考えられている。

上記事情に鑑み、本発明は簡易な構成であっても各種機器に作用する爆風圧を有効に低減させることが可能であって、特に水素ステーションに設置される各種機器を対象とする防護手段として好適に採用可能な爆風圧低減板を提供することを目的とする。

本発明は各種の機器の近傍位置に設置されて該機器を爆風圧から防護するための爆風圧低減板であって、外板と内板が所定間隔をおいて積層された中空二重壁構造とされ、かつ前記外板および内板のそれぞれに径寸法が互いに異なる多数の孔が形成されていることを特徴とする。

本発明においては、外板に形成されている孔の径寸法が内板に形成されている孔の径寸法に比べて相対的に小とされていることが好ましい。

本発明によれば、対象機器に作用する爆風圧はまず外板に形成されている孔を通して内板に到達し、次いで内板に形成されている孔を通して機器に到達するから、その際に爆風圧の伝播に位相差が生じて対象機器に直接作用する爆風圧を低減させることが可能であり、以て対象機器の安全性、信頼性を向上させることが可能である。

本発明の実施形態を示すもので、本実施形態の爆風圧低減板を水素ステーションにおけるボンベの近傍位置に設置した状態を示す図である。同、爆風圧低減板における外板を示す図である。同、爆風圧低減板における内板を示す図である。同、効果を実証するための解析とその結果の説明図である。同、効果を実証するための解析とその結果の説明図である。同、効果を実証するための解析とその結果の説明図である。同、効果を実証するための解析とその結果の説明図である。

図１〜図３に本発明の爆風圧低減板の一実施形態を示す。
本実施形態は水素ステーション内に設置されるボンベ１を防護対象機器として、万が一の水素爆発の際にその爆風圧からボンベ１を防護するべくその近傍位置に爆風圧低減板２を設置したものである。
図示例ではボンベ１の両側にそれぞれ同一の爆風圧低減板２を設置した場合の例であるが、破線で示すように他の位置にも同様の爆風圧低減板２を設置して、実質的にボンベ１を取り囲む状態でその全体を多数の爆風圧低減板２により覆うようにしても良い。

本実施形態の爆風圧低減板２は、外板３と内板４とが連結材５を介して所定の間隔ｄ１をおいて積層された中空二重壁構造とされ、かつ外板３および内板４のそれぞれに径寸法が互いに異なる多数の孔６が形成されたものであるが、特に外板３に形成されている孔６の径寸法が内板４に形成されている孔６の径寸法に比べて相対的に小とされている（換言すると、内板４に形成されている孔６の径寸法が外板４に形成されている孔６の径寸法に比べて相対的に大とされている）ものである。
つまり、本実施形態では、図２に示すように外板３には相対的に小さい小孔６ａが形成され、図３に示すように内板４には相対的に大きい大孔６ｂが形成されている。

外板３および内板４の素材は爆風圧に耐え得るものであれば特に限定されないが、たとえば厚さ6mm程度の鋼板が好適に採用可能であり、特に汎用の孔あき鋼板を用いれば孔明け加工が不要であるので最適である。
外板３と内板４との間の間隔ｄ１は特に限定されないがたとえば200mm程度とすれば良く、連結材５としては間隔ｄ１に相当する高さ寸法のＨ形鋼が好適に採用可能である。
この爆風圧低減板２と防護対象機器であるボンベ１との離隔距離ｄ２も特に限定されないが、少なくとも100mm以上とすることが好ましいと考えられる。

本実施形態において外板３および内板４に形成する孔６の径寸法は特に限定されるものではないが、たとえば50mm〜200mm程度とすることが現実的であり、そのような範囲内で任意に設定すれば良い。
外板３および内板４のそれぞれの開口率（全面積に対する孔面積の総和の比）も適宜設定すれば良いが、いずれもたとえば0.4程度（換言すると閉塞率0.6程度）とすることが考えられる。

上記構成の爆風圧低減板２を防護対象のボンベ１の近傍位置に設置することにより、万が一の水素爆発時にボンベ１に作用する爆風圧はまず外板３に形成されている小孔６ａを通して内板４に到達し、次いで内板４に形成されている大孔６ｂを通してボンベ１に到達するから、その際に爆風圧の伝播に位相差が生じてボンベ１に直接作用する爆風圧を低減させることが可能であり、以てボンベ１を大きな爆風圧から防護することができ、ボンベ１自体はもとより水素ステーション全体の安全性、信頼性を向上させることが可能である。

以下、本発明の爆風圧低減メカニズムとその効果を解析により実証する。
まず、図４に示す解析により外板３および内板４における最適な閉塞率(Blockage ratio)を確認する。
ここでは、（ａ）に示すような直径500mm、長さ2000mmの円筒状の密閉容器内の基端（図示例では左端）において小爆発を生じさせ、その爆風圧を先端面（同、右端）に到達させてそこからの反射爆風圧を検証するものである。
本発明の外板３または内板４に相当する要素として（ｂ）に示す４種のリング（厚さｔはいずれも5mm）を想定して、それらを先端面から200mmの位置に配置し、反射爆風圧が各リングを通過した後の最大爆風圧(Pmax)とリングがない場合の最大爆風圧(P0max)とを２個所の測定点（爆発点である基端から500mmおよび1000mmの位置。反射面である先端面からは1000mmと1500mmの位置）で求める。
その結果を（ｃ）に示す。この結果から、いずれのリングの場合もそれがない場合に比べて爆風圧が85〜60％程度まで低減する効果が得られ、特に閉塞率0.59の場合が最も効果的であることが確認できた。
このことから、本発明では外板３や内板４における閉塞率を0.6程度とすることが好ましいと考えられる。

次に、図５に示す解析により爆風圧低減板と防護対象物との間に確保するべき最適な離隔距離(Wall distance)について確認する。
ここでは、（ａ）に示す上記の容器内の他端部に、（ｂ）に示すリング（上記解析において最も効果的であった閉塞率0.59のもの）を配置し、先端面からの離隔距離を100mm、150mm、200mmの３段階として、同様の解析を行う。
その結果として（ｃ）に示すようにいずれの場合も爆風圧が85〜60％程度まで低減する効果が得られ、特に離隔距離を200mmとすることが最も効果的であることが確認できた。

以上の解析を踏まえて、図６に示すように上記の最適なリング（閉塞率0.59のもの）を最適な離隔距離（200mm）の位置に配置した場合について、基端面から1000mm（先端面から1000mm）の位置に設定した測定点において爆風圧(PRESSURE)を求め、爆発後の経時変化とリングの有無による変動の状況を確認する。そのリングは本発明の爆風圧低減板における外板３あるいは内板４に相当するものである。
その結果として、（ｃ）に示すように、爆風圧は爆発発生から約1.5ms後に測定点を通過して約5ms後に先端面に到達し、そこからの反射爆風圧は、リングがない場合には約6ms後（先端面で反射してからは約1ms後）に最大となり、その最大値は約190kPaにもなる。
それに対し、リングを設けた場合には、反射してから速やかに（約0.5ms後）最大になるものの、その最大値は160ｋPa程度に低減することが分かる。
このことから、本発明における外板３あるいは内板４のいずれか一方のみを配置することでもそれなりの爆風圧低減効果が得られることが分かる。

さらに、図７に示すように、本発明の爆風圧低減板に相当する要素として（ｂ）に示すような２種のリング（小孔６ａを形成した外板３に相当する閉塞率0.48のもの、および大孔６ｂを形成した内板４に相当する閉塞率0.36のもの）による二重リングを想定し、それらをそれぞれ先端面から200mmおよび100mmの位置に配置した場合について同様の解析を行う。
その結果、（ｃ）に示すように反射爆風圧は反射してから約2ms後に最大となり、しかもその最大値は150kPa程度にまで低減し、上記の一重リングの場合（外板３または内板４のいずれか一方のみの場合に相当）に比べてさらなる低減効果が得られた。

以上の解析から、本発明のように外板３と内板４とを二重に設けてそれらにそれぞれ異なる径の孔６を形成しておき、かつ内板４と対象物との間の距離を100mm程度とし、内板４と外板５との間の距離を100mmとすることが最も効果的であることが確認できた。
なお、以上の解析に併せて実施した爆発実験によっても同様の結果が得られており、実験によっても本発明の有効性が実証されている。

以上で本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で適宜の設計的変更や応用が可能である。
たとえば、上記実施形態では外板３に小孔６ａを形成し内板４に大孔６ｂを形成するようにしたが、必ずしもそうすることはなく、逆に外板３に大孔６ｂを形成して内板４に小孔６ａを形成することでも良く、あるいは双方に同一径の孔を形成しない限りは双方に小孔６ａと大孔６ｂを混在させても良い。
また、上記実施形態のように各孔６をほぼ千鳥配置とすることが現実的であるが、必ずしもそうすることはなく、格子状に配列したりランダムに配置する等、適宜の形式で配列しても良い。
要は、防護対象機器の近傍に中空二重壁構造の外板３および内板４を設置して、それらに形成されている前後２段の孔６を通して爆風圧が防護対象機器に対して間接的に作用するようにし、それによって爆風圧に位相差が生じて所望の低減効果が得られるように構成すれば良いのであって、そのためには外板３に形成されている孔６と内板に形成されている孔６が完全に重なってしまわないように設定すれば良いから、そのように構成する限りにおいて各孔６の大きさやその数、配列、開口率（閉塞率）は最適に設定すれば良い。
換言すると、前後２段の孔を設けてもそれらが同一径であって完全に重なっている状況では、爆風圧がそこを通過しても顕著な位相差が生じることはなく、したがって十分な爆風圧低減効果は期待できるものではない。

また、上記実施形態は水素ステーションに設置されるボンベ１を防護対象としたが、本発明の爆風圧低減板はボンベ１に限らず蓄圧機や圧縮機といった他の機器に対しても適用できることはもとより、水素爆発に対する防護手段としてのみならず爆風圧に対する防護が必要とされる各種の機器全般に対する防護手段として広く適用できることは当然である。

１ボンベ（防護対象機器）
２爆風圧低減板
３外板
４内板
５連結材
６孔
６ａ小孔
６ｂ大孔

Claims

各種の機器の近傍位置に設置されて該機器を爆風圧から防護するための爆風圧低減板であって、
外板と内板が所定間隔をおいて積層された中空二重壁構造とされ、かつ前記外板および内板のそれぞれに径寸法が互いに異なる多数の孔が形成されていることを特徴とする爆風圧低減板。
請求項１記載の爆風圧低減板であって、
外板に形成されている孔の径寸法が内板に形成されている孔の径寸法に比べて相対的に小とされていることを特徴とする爆風圧低減板。