JP2007171009A - 燃焼試験装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 試験室内で水素が漏洩し爆発した場合でも、上流側及び下流側の機器を保護することができる燃焼試験装置を提供する。
【解決手段】 水素の漏洩、燃焼、及び爆発を試験する試験室１２と、試験室に燃焼用空気を供給する給気装置１４と、試験室内で発生した排ガスを処理する排煙処理装置１６とを備える。試験室１２は、爆発時の圧力に耐える耐圧構造を有する。さらに、試験室１２から給気装置１４へ爆発時の圧力が伝播するのを防止する逆圧防止装置２２と、試験室から排煙処理装置へ伝播される爆発時の圧力を低減する爆圧低減装置２４とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、密閉された試験室内で爆発可能性のある燃焼試験を行う燃焼試験装置に関する。

車両の火災試験のように、密閉された試験室内で爆発の可能性のある燃焼試験を行う場合、燃焼中の火炎や排ガス、爆発時の騒音、爆圧、等から周辺環境や試験機器を保護する必要がある。なお、本出願において、「燃焼試験」とは、車両火災試験に限定されず、可燃物の漏洩、燃焼、及び爆発を試験する試験を意味する。

可燃物の漏洩、燃焼、及び爆発を試験する試験装置又はこれに用いる機器として、特許文献１〜５が既に提案されている。

特許文献１の焼却炉は、プロセスガス中の酸化可能な不純物を完全に焼却するための装置である。

特許文献２は、万一火災が発生しても、火災の拡大を抑制すると共に、ポリ塩化ビフェニル及びダイオキシン類の環境排出防止を図ることを目的とし、ＰＣＢ廃棄物から液抜きされたＰＣＢ含有油及びＰＣＢ液を無害化処理するＰＣＢ無害化処理装置の下方にオイルパンが敷設され、このオイルパンに冷却手段が設けられたものである。

特許文献３の装置は、火の粉、炎を上げずに燃焼する粒子等、火災及び爆発の引金となる粒子の存在をセンサによって検出し、消火領域に配置された装置により、消火剤を放出し、危険な粒子を除去するものである。

特許文献４の装置は、ガス成分に感度を有するセンサ素子と、その出力情報に基づいて、油脂が過熱状態にあるか否かを判定する判定手段とを備え、油脂の種類によらず、油脂火災を発生前に検出するものである。

特許文献５の装置は、産業廃棄物用溶融炉に設けられる安全装置であって、炉本体内の溶融部の上方に緩衝用空間部を形成するとともに、炉本体の上端部に、緩衝用空間部の上方に形成された開口部を塞ぐ蓋体を設けたものである。

特許第２８０２５４４号公報、「気流の中の不純物を完全に酸化するための焼却炉」 特開２００５−６６４７９号公報、「ポリ塩化ビフェニル及びダイオキシン類の環境排出防止施設及びその環境排出防止方法」 特表平９−５０４４５２号公報、「パイプラインにおいて炎を上げてまたは上げずに燃焼する粒子による火災の危険を避けるための装置」 特開２００３−２２８７７８号公報、「油脂火災防止用ガス検知器及び油脂火災防止用ガス検知方法」 実開平５−８５４８６号公報、「産業廃棄物用溶融炉の安全装置」

自動車用燃料電池の実用化に伴い、燃料である圧縮水素を充填した圧縮水素タンクの火炎暴露試験、銃弾貫通試験、燃料電池車全体の火災試験などが不可欠となる。

このような試験では、高圧水素ガスが使用されるため、水素が空気中に漏洩した場合に爆発性のある可燃性混合気が形成され、それが着火し爆発する可能性がある。

水素は、可燃範囲が非常に広く（例えば、約４〜７５％）、燃焼速度も速いため、爆ごう濃度範囲が広いという特性を有する。そのため、このような水素の燃焼を伴う燃焼試験では、燃焼中の火炎や排ガスから周辺環境を保護するとともに、爆発時の騒音、爆圧、等から周辺環境や試験機器を保護する必要がある。

しかし、このような燃焼試験装置を、車両を収納し試験する試験室と、試験室に外気を供給する給気設備と、発生した排ガスを処理する排煙処理装置とで構成した場合、以下の問題点があった。
（１）試験室内で水素が漏洩し爆発した場合、爆圧が上流側及び下流側に伝播して、給気設備や排煙処理装置に損傷を与える。
（２）また爆発時の爆圧を低減するために、破裂板（ラプチャーディスク等）を用いると、爆発の発生毎に破裂板の交換作業が発生し、運用上不便である。
（３）試験室内で爆発しない場合でも、水素が漏洩し装置内の複雑な流路内に可燃性ガスが滞留し、これが静電気等で着火して爆発し排煙処理装置等を損傷するおそれがある。
（４）水素の漏洩を検知するセンサが、高温、腐食、汚染に弱く、排気ガスを安定して検知できない。

本発明は上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の主目的は、試験室内で水素が漏洩し爆発した場合でも、上流側及び下流側の機器を保護することができる燃焼試験装置を提供することにある。
また、本発明の別の目的は、漏洩した水素の滞留をなくし、滞留ガスの爆発による機器の損傷を防止することができる燃焼試験装置を提供することにある。
さらに、本発明の別の目的は、粉塵、腐食性ガス、高温ガス、爆圧による影響が少なく、性能が安定しており、かつ爆発が発生してもその後の機器のメンテナンスが容易である燃焼試験装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明によれば、水素の漏洩、燃焼、及び爆発を試験する試験室と、該試験室に燃焼用空気を供給する給気装置と、前記試験室内で発生した排ガスを処理する排煙処理装置とを備えた燃焼試験装置であって、
前記試験室は、爆発時の圧力に耐える耐圧構造を有し、
前記試験室から給気装置へ爆発時の圧力が伝播するのを防止する逆圧防止装置と、
前記試験室から排煙処理装置へ伝播される爆発時の圧力を低減する爆圧低減装置と、を備えたことを特徴とする燃焼試験装置が提供される。

本発明の好ましい実施形態によれば、前記逆圧防止装置は、試験室に燃焼用空気を供給する中空管と、該中空管の試験室側開口端に開閉可能に設けられた閉鎖板と、該閉鎖板を試験室側に付勢して開位置に保持する付勢手段とを有し、
爆発時の圧力が付勢手段の付勢力を超えたときに、閉鎖板が開口端に押付けられてその開口を閉鎖する。

また前記給気装置は、前記試験室の上流側に設けられ該上流側の圧力が所定の安全圧を超えたときにその圧力で破裂して内部のガスを外部に放散するファン圧力放散器を有する。

また前記爆圧低減装置は、試験室と排煙処理装置の間に位置し管路よりも大径の中空拡径容器と、該中空拡径容器内を複数のチャンバに仕切りかつ管路より小径の貫通孔を有する複数の仕切板と、該貫通孔に嵌合し貫通孔より十分小径の多数の細孔を有する複数の中空細孔管とを有する。

また上記目的を達成するために、本発明によれば、水素の漏洩、燃焼、及び爆発を試験する試験室と、該試験室に燃焼用空気を供給する給気装置と、前記試験室内で発生した排ガスを処理する排煙処理装置とを備えた燃焼試験装置であって、
前記試験室から排気される排ガス中の未燃ガスを燃焼させる未燃ガス処理装置と、
排ガス中の水素濃度を検出する水素濃度計測装置と、
未燃ガス処理装置を通過した排ガスの圧力を瞬時に検出する高速圧力計測装置と、
排煙処理装置の上流側に設置され排煙処理装置への流路を瞬時に閉鎖可能な緊急遮断弁と、
水素濃度計測装置又は高速圧力計測装置の検出値が所定の閾値を超えたときに緊急遮断弁を閉鎖する中央制御装置と、を備えることを特徴とする燃焼試験装置が提供される。

本発明の好ましい実施形態によれば、前記未燃ガス処理装置は、前記試験室の排気口に設けられた燃焼室と、該燃焼室内に火炎を形成するバーナと、該バーナに燃料を供給する燃料供給装置と、燃焼室内の火炎を検知するフレームロッドとを有し、燃焼室を通過する排ガスを火炎と接触させ、排ガス中の未燃ガスを燃焼させる。

前記水素濃度計測装置は、排ガスを導入するガスサンプリング管と、該ガスサンプリング管の出口よりも高い水位で水を保有する中空のガス冷却容器と、該ガス冷却容器に連通し内部のガスを水封する水封器と、ガス冷却容器を通過したガス中の水素濃度を検出するガス検知器とを有する。

また前記排煙処理装置の上流側に設けられ、該上流側の圧力が所定の安全圧を超えたときにその圧力で破裂して排ガスを外側に放散する破裂放散器と、
該破裂放散器を囲む密閉された排ガス放散室と、
該排ガス放散室内の排ガスを排煙処理装置をバイパスして大気中に放出する放出ラインと、を備えることが好ましい。

前記排煙処理装置は、排ガス温度を低減する減温部と、排ガス中のダイオキシンを吸着し酸性ガスを中和し粉塵を集塵する排煙処理部と、排ガスを大気中に排気して上流側圧力を制御する排気ファンとを有する、ことが好ましい。

上記本発明の構成によれば、試験室が爆発時の圧力に耐える耐圧構造を有しているので、試験室内で水素が漏洩し爆発した場合でも試験室の損傷を防ぐことができる。
また、逆圧防止装置により試験室から給気装置へ爆発時の圧力が伝播するのを防止するので、上流側機器（すなわち給気装置）を保護することができる。
また、爆圧低減装置により試験室や未燃ガス処理装置から排煙処理装置へ伝播される爆発時の圧力を低減するので、下流側の機器を保護することができる。

また、本発明の構成によれば、未燃ガス処理装置により試験室から排気される排ガス中の未燃ガスを燃焼させるので、水素が漏洩しても燃焼して水蒸気になるので、可燃性ガスの装置内での滞留を本質的になくすことができる。
また、水素濃度計測装置と高速圧力計測装置で排ガス中の水素濃度と圧力を検出し、その検出値が所定の閾値を超えたときに中央制御装置により緊急遮断弁を閉鎖するので、未燃ガス処理装置を未燃分が通過し、更に内部で部分的に燃焼／爆発した場合でも、下流側の機器（排煙処理装置）の損傷を防止することができる

さらに、本発明の構成によれば、爆圧低減装置が、試験室と排煙処理装置の間に位置し管路よりも大径の中空拡径容器と、該中空拡径容器内を複数のチャンバに仕切りかつ管路より小径の貫通孔を有する複数の仕切板と、該貫通孔に嵌合し貫通孔より十分小径の複数の細孔を有する中空円筒管とを有する構造であり、破裂板（ラプチャーディスク等）のように、作動後の破裂板の交換作業等が不要なので、メンテナンスが容易である。

また、前記水素濃度計測装置が、ガス冷却容器と水封器とを有するので、ガス冷却容器内の水で粉塵及び腐食性ガスを除去し、高温ガスを冷却できる。また、さらに爆圧を水封器を通して外部に放出できるので、ガス検知器の損傷を防止し、安定して性能を維持し、かつ爆発が発生してもその後の機器のメンテナンスが容易となる。

以下、本発明の好ましい実施例を図面を参照して説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。

図１は、本発明の燃焼試験装置の全体構成図である。
この図に示すように、本発明の燃焼試験装置１０は、水素の漏洩、燃焼、及び爆発を試験する試験室１２と、試験室１２に燃焼用空気を供給する給気装置１４と、試験室１２内で発生した排ガスを処理する排煙処理装置１６とを備える。

試験室１２は、厚いコンクリートで囲まれ、爆発時の圧力に耐える耐圧構造を有する密閉可能な中空の部屋である。この試験室１２は、床部材１２ａで、下部の空気室１２ｂと上部の火災試験室１２ｃとに仕切られている。また、床部材１２ａには、空気室１２ｂと火災試験室１２ｃを連通する給気口１３が設けられている。

給気装置１４は、給気ファン１４ａ、給気フィルタ１４ｂ、給気消音器１４ｃ，１４ｄ、及び流量調整ダンパ１４ｅを有し、大気中の空気を給気フィルタ１４ｂと給気消音器１４ｃで除塵、消音しながら、流量調整ダンパ１４ｅで所定流量に調整して吸引し、別の給気消音器１４ｄを介して試験室１２の空気室１２ｂに燃焼用空気を供給する。

排煙処理装置１６は、減温部１６ａ、排煙処理部１６ｂ及び排気ファン１６ｃからなる。
減温部１６ａは、排煙処理装置１６に供給される排ガスの温度を空気との熱交換と冷却空気による希釈により冷却する。排煙処理部１６ｂは、排ガス中のダイオキシンを活性炭で吸着する活性炭噴霧装置と、酸性ガスを消石灰で中和する消石灰噴霧装置と、粉塵をセラミックフィルタで集塵するろ過装置とからなる。
排気ファン１６ｃは、大型排気ファンであり、排煙処理装置１６内の排ガスを大気中に排気して、上流側に連通する試験室１２内の圧力を制御する。

本発明の燃焼試験装置１０は、さらに逆圧防止装置２２と爆圧低減装置２４を備える。

図２は、本発明による逆圧防止装置の構成図である。この図に示すように、逆圧防止装置２２は、中空管２２ａ、閉鎖板２２ｂ及び付勢手段２２ｃからなる。
中空管２２ａは、空気室１２ｂと火災試験室１２ｃを連通する給気口１３に取り付けられ、その内部を通して試験室１２に燃焼用空気を供給する。閉鎖板２２ｂは、中空管２２ａの試験室側開口端にこの例では上下に移動して開閉可能に設けられている。付勢手段２２ｃはこの例では圧縮ばねであり、閉鎖板２２ｂを試験室側に付勢して開位置（この例では上方）に保持する。
この構成により、爆発時に空気室１２ｂの圧力が上昇し、この圧力が付勢手段２２ｃの付勢力（この例では閉鎖板２２ｂを上向きに押す力）を超えたときに、この圧力により閉鎖板２２ｂが中空管２２ａの開口端に押付けられてその開口を閉鎖し、試験室１２から給気装置１４へ爆発時の圧力が伝播するのを防止する。

また、図１において、給気装置１４は、試験室１２の上流側に設けられ上流側の圧力が所定の安全圧を超えたときにその圧力で破裂して内部のガスを外部に放散するファン圧力放散器１５（例えばラプチャーディスク）を有する。
このファン圧力放散器１５は、この例では、給気装置１４と試験室１２の間の管路に設けられているが、本発明はこれに限定されず、給気ファン１４ａのケーシング、あるいはその他の箇所に設けてもよい。
この構成により、逆圧防止装置２２の作動遅れ、或いは漏洩ガスの逆流／着火により、上流側の圧力が所定の安全圧を超えた場合でも、内部のガスを外部に放出して圧力を低減し、給気装置１４の損傷を防止することができる。

図３は、本発明による爆圧低減装置の構成図である。この図に示すように、爆圧低減装置２４は、中空拡径容器２４ａ、複数の仕切板２４ｂ、及び複数の中空細孔管２４ｃからなる。
中空拡径容器２４ａは、試験室１２と排煙処理装置１６の間に位置し、その間の管路よりも大径に形成されている。複数の仕切板２４ｂは、中空拡径容器２４ａの内部をこの例では軸方向に並んだ複数のチャンバに仕切る。この仕切板２４ｂは、管路より小径の貫通孔を有する。複数の中空細孔管２４ｃは、仕切板２４ｂの貫通孔に嵌合し、貫通孔より十分小径の多数の細孔をその側面に有する。多数の細孔を有する側面は、例えばパンチングメタルで構成するのがよい。
この構成により、複数のチャンバの容積、中空拡径容器２４ａの直径等を調整して、爆発が発生していないときの排ガスの圧損を低く抑え、爆発発生時には、中空拡径容器２４ａにおけるガスの膨張と、細孔通過時の圧損により、試験室１２から排煙処理装置１６へ伝播される爆発時の圧力を低減することができる。

図１において、本発明の燃焼試験装置１０は、さらに未燃ガス処理装置３２、水素濃度計測装置３４、高速圧力計測装置３６、緊急遮断弁３８及び中央制御装置４０を備える。

未燃ガス処理装置３２は、試験室１２の排気口１２ｄに設けられた燃焼室３２ａと、燃焼室３２ａ内に火炎を形成するバーナ３２ｂと、バーナ３２ｂに燃料を供給する燃料供給装置３２ｃと、燃焼室３２ａ内の火炎を検知するフレームロッド３２ｄとを有する。バーナ３２ｂとフレームロッド３２ｄは一体に形成するのがよい。
この構成により、試験室１２から排気され燃焼室３２ａを通過する排ガスを火炎と接触させ、排ガス中の未燃ガスを燃焼させることができる。

図４は、本発明による水素濃度計測装置の構成図である。この図に示すように、水素濃度計測装置３４は、ガスサンプリング管３４ａ、中空のガス冷却容器３４ｂ、水封器３４ｃ、及びガス検知器３４ｄを有する。
ガスサンプリング管３４ａは、一端が未燃ガス処理装置３２の上流側及び下流側の管路に連通し、この管路内の排ガスを水素濃度計測装置３４に導入する。中空のガス冷却容器３４ｂは、ガスサンプリング管３４ａの出口（下端）よりも高い水位で水を保有する。この水は、外部から冷却水が供給され、水位を越えた水が水封器３４ｃに排水され、水位を維持するようになっている。
水封器３４ｃは、ガス冷却容器３４ｂに排水口を介して連通し内部のガスを水封しながら排水する。ガス検知器３４ｄは、ガス冷却容器３４ｂを通過したガス中の水素濃度を検出する。
この構成により、ガス冷却容器３４ｂ内の水で粉塵及び腐食性ガスを除去し、高温ガスを冷却できる。また、爆圧を水封器を通して外部に放出できるので、ガス検知器の損傷を防止し、安定した性能を維持する。従って、爆発が発生してもその後の機器のメンテナンスは容易である。

高速圧力計測装置３６は、未燃ガス処理装置３２を通過した排ガスの圧力を瞬時に検出する。
緊急遮断弁３８は、排煙処理装置１６の上流側に設置され、排煙処理装置への流路を瞬時に閉鎖可能に構成されている。この緊急遮断弁３８は正常運転時には全開している。
中央制御装置４０は、水素濃度計測装置３４又は高速圧力計測装置３６の検出値が所定の閾値を超えたときに緊急遮断弁３８を閉鎖する。所定の閾値は任意に設定できる。
この構成により、未燃ガス処理装置３２の作動が仮に不完全で未燃分が通過した場合、或いは、更に通過した未燃分が内部で部分的に燃焼／爆発した場合でも、緊急遮断弁３８を閉鎖して下流側の排煙処理装置１６の損傷を防止することができる。

図１において、本発明の燃焼試験装置１０は、さらに破裂放散器４２、排ガス放散室４４、及び放出ライン４６を有する。
破裂放散器４２は、例えばラプチャーディスクであり、排煙処理装置１６の上流側の爆圧低減装置２４と緊急遮断弁３８の間に複数（この例では６つ）設けられ、排煙処理装置１６の上流側の圧力が所定の安全圧を超えたときにその圧力で破裂して排ガスを外側に放散する。
排ガス放散室４４は、複数の破裂放散器４２を囲む密閉されたチャンバであり、破裂放散器４２から放散された排ガスを内部に密閉して周辺への漏洩を防止する。
放出ライン４６は、排ガス放散室４４内の排ガスを排煙処理装置１６をバイパスして大気中に放出する。
この構成により、緊急遮断弁３８を閉鎖した際に、爆圧低減装置２４による圧力の低減が不十分で内圧が上昇した場合でも、破裂放散器４２から排ガスを外側に放散して内圧を低減することができる。
また、この際に破裂放散器４２から放散された排ガスを、排ガス放散室４４と放出ライン４６で排煙処理装置１６をバイパスして大気中に放出するので、周辺への漏洩を防止することができる。

図１において、本発明の燃焼試験装置１０は、さらに排気消音器４８を備える。この排気消音器４８は、いわゆるマフラーであり、排煙処理装置１６で処理された排ガスを消音し、図示しないスタックを介して排ガスを大気中に放出する。
上述した放出ライン４６は、排煙処理装置１６をバイパスして排気消音器４８の入口側に連通するのがよい。

また本発明の燃焼試験装置１０は、未燃ガス処理装置３２と爆圧低減装置２４の間の管路を開閉可能な中央遮断弁４９と、未燃ガス処理装置３２と爆圧低減装置２４の間を大気中に開放する大気開放弁５０を有する。
中央遮断弁４９は、緊急遮断弁３８と好ましくは同時に閉鎖して、試験室１２からの圧力伝播を防止する。また、大気開放弁５０は、緊急遮断弁３８と好ましくは同時に開放して、内圧の上昇を防止するようになっている。

以下、本発明の実施例を説明する。
（設備の概要）
設計では爆ごう混合気の濃度範囲が広い特性を持つ水素を屋内で扱うことを前提に、衝撃などに一般的に弱い排煙処理装置に対し、爆発時の被害を最小限に抑えるための保護機能の付加を考慮することから検討を始め、下記のような構成装置を想定した。
（１）火災試験室へ大気空気を供給する給気装置
（２）自動車燃焼、などにより排気ガス中に混在する有害物質を処理、屋外へ排気するための排煙処理装置
（３）設備への水素ガス進入防止や火災試験室で万一発生する水素爆発に対して設備への影響を低減するための爆発対策として設置する装置（以下、「対爆装置」という）
（４）通常試験時の騒音に対して排気ダクトから放出する騒音を低減する消音装置
（５）各機器を監視、操作する中央制御装置

火災試験室本体は建屋コンクリートに耐爆強度を持たせることで対応しているが本装置の構成機器には高圧や高温に弱いものが多数ある。また、水素燃焼がダクト内などで爆ごうへ遷移した場合、機器の保全は極めて困難となることから、爆ごう遷移をできるだけ避けるような設計的配慮を行う必要がある。
検討の結果、おもに火災試験室内部で発生する爆発への対応を前提とし、排気ダクト内部への可燃性ガス侵入を極力抑え、爆発時でもその被害を最小限とするような対爆装置を含めた燃焼試験装置のシステムを決定した。上述した図１は、この燃焼試験装置のシステムフロー図である。

排煙処理装置１６には耐圧、耐高温性に利点のあるセラミックフィルタ集塵機を採用した。対爆装置には、配管の破裂を防ぐための破裂放散器４２、排煙処理装置への爆圧を緩衝する爆圧低減装置２４、排煙処理装置への爆発火炎などの影響を遮断する緊急遮断弁３８を設置した。
また、排気ダクトや装置内部への水素ガス侵入を防ぎ、爆発発生を低減するために、水素濃度を検知して大気開放とする大気開放弁５０、排気ガス中の可燃性ガスを積極的に燃焼処理するための未燃ガス処理装置３２を設置した。

（構成装置の機能）
本発明の燃焼試験装置の構成機器について以下に述べる。
（１）給気装置
給気消音器１４ｃ，１４ｄ、給気ファン１４ａ（この例では遠心送風機）、流量調整ダンパ１４ｅによって構成され、所定の空気量（この例では７５０ｍ^３／ｍｉｎ）の空気を火災試験室１２ｃへ供給する。
給気ファン１４ａのケーシングには圧力放散口が設置され、異常圧力発生時に送風機や給気消音器を保護する役割を持つ。

（２）排煙処理装置
自動車火災試験などによって発生する有害燃焼ガスを一定の環境基準に応じた濃度に低減する。高温の排気ガスは減温された後、活性炭噴霧によるダイオキシン吸着処理、消石灰噴霧による酸性ガス中和処理、セラミックフィルタ集塵機によるダストろ過処理を行う。また、大型の排気ファンを制御して、火災試験室内部の圧力制御を行うと同時に処理した排気ガスを大気へ放出する。大気放出口には排気消音器を設置し、大気放出時の敷地境界騒音を低減する。

排気ガスの減温部１６ａは、排煙処理装置入口温度を有害ガス処理のために約１８０℃までに減温する。冷却方法は排煙処理量及び装置サイズの最適化を考慮し、空気熱交による冷却及び大気空気導入による空気希釈の２方式を採用している。
活性炭噴霧によるダイオキシン吸着処理では、排気ガス中に活性炭を噴霧し、ダイオキシンを活性炭に吸着させる。
消石炭噴霧による酸性ガス中和処理では、排気ガス中に消石灰を噴霧し、排気ガス中のＨＣｌ，ＳＯｘを消石灰と反応させて中和する。

集塵機によるダストろ過処理では、活性炭や消石灰によって有害ガス処理を行った排気ガス中に含まれるダストをセラミックフィルタにより捕集する。セラミックフィルタ集塵機は多くのゴミ焼却炉などに利用されている濾布式処理装置（バグフィルタ）に比べて、耐圧性、耐高温性を持たせることが可能で、セラミックフィルタ単独では最大９００℃の高温に耐える。
セラミックフィルタによる集塵のメカニズムは、ハニカム状エレメントの中に排気ガスを通過させることによりダストを捕集するものである。また、捕集したダストは高圧空気を使用したパルス洗浄により、ろ過面に付着したダストを定期的に払い落とす。

（３）対爆装置
火災試験室内部における万一の爆発の際に設備全体の被害を最小限に抑えるために、逆圧防止装置２２、爆圧低減装置２４、破裂放散器４２、緊急遮断弁３８、未燃ガス処理装置３２、大気開放弁５０を設置している。

逆圧防止装置２２は、火災試験室内部での異常圧力上昇時に給気側の機器に異常圧力をかけないため、給気流路を遮断する機能を持つ。
本装置は火災試験室の床に設けられた給気口内部に設置されている。流路の遮断方式は逆止弁などと同様で、通常はバネの力で弁体を押し上げて空気流路を確保しているが、外圧が掛かると弁体が押し下げられて流路を遮断する。

爆圧低減装置２４は、火災試験室内部及びダクト内部で発生する瞬間的な圧力上昇に作用し、本装置下流側（主に排煙処理装置）の圧力上昇を緩和する機能を持つ。排気ダクトよりも大きな内径を持つ外筒の中に小径パイプを組み込んで流路を形成、爆風はこの複雑な流路を通過することにより減圧される。数値解析により圧力緩衝能力を推定して構造を決定した。

破裂放散器４２は、配管内部が圧力上昇した際に破裂して圧力を大気開放することにより、配管、機器を保護する機能を持つ。破裂放散器は騒音防止用の防音壁に囲まれており、防音壁には破裂放散器作動時のための排気口を設けている。

緊急遮断弁３８は、火災試験室及び排気ダクト内における圧力上昇及び火炎伝播の影響を排煙処理装置から遮断する機能を持つ。形式としてバタフライバルブを採用し、各部に設置した高速圧力計や水素濃度計により異常圧力、異常濃度を検知した際に作動する。爆発伝播速度に対して十分な速度で動作する必要があるが、必要な速度と遮蔽弁口径との関係を考慮し、双方の兼ね合いから閉速度を０．５ｓｅｃ以内に設定した。排気ガスが遮断弁を通過する流路面積と排気ダクトの流路面積の関係から、３台のバルブを並列に設置した。駆動源は高圧空気で、高速駆動を行うために専用の高圧空気タンクを併設している。

未燃ガス処理装置３２は、火災試験室から排気ガスを伴って排気ダクト及び排煙処理装置へ侵入する可能性のある水素ガスを低減し、排気ダクト内や排煙処理装置内部での爆発を防止する機能を持つ。２本のＬＰＧバーナ、ＬＰＧ供給装置から成る。火災試験室の頭頂部に位置し、排気流路中にバーナ火炎を形成することで、排気ダクトへ流入する手前で排気ガス中に含まれる可燃性ガスを燃焼処理する。使用したＬＰＧバーナの構造を図５に示す。バーナ火炎の検知には耐圧性に優れたフレームロッドを使用している。

大気開放弁５０は、火災試験室から排煙処理装置へ排気ガスを導入する排気ダクトの途中に設置し、排気ダクトを大気開放する機能を持つ。耐圧、耐高温を考慮した空気作動式のバタフライ弁を採用している。下記の場合に応じて、任意及び自動で大気開放動作を行う。
・排気ダクト内に異常圧力や異常濃度の水素を検知した場合
・試験実施中に試験や装置に異常や警報が発生した場合
・有害な排気ガスの発生を伴わない試験を行う場合

（４）消音装置
給気消音器１４ｃ，１４ｄを給気装置に設置し、排気消音器４８を排煙処理装置の下流に設置している。高圧水素容器の火炎暴露試験などで高圧水素容器の安全弁（ＰＲＤ）作動時に発生する騒音１４５ｄＢ（Ａ）に対して、装置から１００ｍ離れた地点の騒音を６０ｄＢ以下とする条件で設計を行った。

（５）中央制御装置
水素濃度計測装置３４は、水素濃度計測ポートを配管ダクト数ヶ所に設置し、排気ガスをサンプリングして水素濃度測定を行う。水素濃度計測装置３４はガス検知器３４ｄ、ガスサンプリング管３４ａ、ガス冷却容器３４ｂ、水封器３４ｃ、及びサンプリングガスフィルタなどからなる。盤内にガス検知器及びサンプリング用アスピレータ（吸引器）などが内蔵されている。

ガス検知器３４ｄは高温や衝撃圧に弱いため、サンプリングガスを冷却すると同時に、爆発時の衝撃で損傷しないように爆発時の圧力放散機構を設置する必要がある。サンプリングガス冷却はサンプリングガスを冷却水中に通過させるバブリング冷却を採用し、圧力放散機構には水封器を設置した。

高速圧力計測装置３６は、爆発などによる急激な圧力上昇を短時間で検知を行う。爆圧時に計測レンジを超えた場合のセンサ破壊防止のために、導圧管に安全弁を設置している。また、センサ本体は高温に対しても弱いため、試験中は導圧配管に常時冷却用パージエアーを流している。

中央制御装置４０は、装置の起動停止と制御、作動状態確認、異常故障時の警報表示、緊急時のインタロック動作などを行う。
緊急時の動作としては、高速圧力計測装置３６が急激な圧力上昇を検知した場合に、緊急遮断弁３８への閉指令、大気開放弁５０への開指令を行う。
起動停止などの主な操作は盤面に設置されたタッチパネルによるタッチ操作で行うことができる。タッチパネル部にモニタされた計測装置トレンドは盤内に内蔵したプリンターから出力できる。

（開発の経緯）
本装置は世界には類を見ない設備であることから、既存のデータがほとんど無い状況の中で、屋内での水素爆発時の圧力、温度などのデータや対爆装置の能力把握については数値解析を用いた。以下では設計のために実施した主な解析や確認試験などについて述べる。

（１）設備温度、圧力の推定
火災試験時の自動車燃焼ガス温度は、既存の実車燃焼試験結果を基に排気ガス温度を推定した。対象車種を乗用車よりも大きめのワンボックス車とし、文献中のセダンの最大発熱速度、可燃物質量と燃焼時間の比率などから最大発熱速度を求めた。発熱が全て空気温度の上昇に寄与すると、発熱速度と排気温度の関係は図６のようになる。
爆発時の圧力、温度は、火災試験室内で水素−空気混合気が爆発した場合を仮定して爆燃解析を行い、設備側にかかる圧力、温度の推定を行った。解析結果の妥当性を確認するために、単純な配管と破裂放散器を組み合わせた配管モデルによる爆燃実験を行い、解析ソフトの検証も行った。

（２）逆圧力防止器の作動確認試験
弁体が全閉となる作動差圧の確認のために実機試験を行った。空気ブロワーで規定圧力を弁体にかけて一定の圧力で作動することを確認した。
（３）緊急遮断弁の開閉時間確認試験
設計では前述の火災試験室内爆発解析結果を考慮のうえ、緊急遮断弁単体の全開から全閉までの動作時間を０．５ｓｅｃ以下に想定し、専用の空気源、高速作動の空気シリンダ、電磁弁を選定した。試作品を作り、作動時間確認のために実機計測を行った。試験では開動作用電磁弁へＯＦＦ信号を入力してから閉感知用リミットスイッチ（ＬＳ）信号からＯＮ出力が出るまでの時間を計測した。空気シリンダの排気消音器の抵抗によって作動時間が変わるなどの問題もあったが、作動時間は０．５ｓｅｃ以下となっている。

（４）爆圧低減装置の数値解析
構造を決めるに当たり、通常運転時の圧力損失を考慮しながら数ケースに絞り、通常運転時の圧力損失及び爆発時の爆圧低減能力について数値解析を行った。内部圧力分布の解析値から入口出口の圧力差を求め、通常運転時は想定内の圧力損失であることを確認している。また、爆発時の圧力上昇を仮定して解析を行い、一定の圧力緩衝能力を得ていることも確認している。

（完成後の試験結果）
装置完成時に実施したＴＮＴ火薬爆発試験により耐爆発を確認した。また自動車火災試験において排気ガス成分を計測し、所定の排煙処理能力を持つことを確認した。
（１）ＴＮＴ爆発試験結果
ＴＮＴ薬量１６Ｋｇの爆発試験において火災試験室天井排気口中央部付近は一瞬にして３２０ｋＰａＧまで上昇したが、給排気系の配管などに甚大な問題はなかった。
（２）排ガス計測結果
酸性ガス、ダイオキシン量とも所定の排煙処理能力を得ていることが確認された。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。

本発明の燃焼試験装置の全体構成図である。 本発明による逆圧防止装置の構成図である。 本発明による爆圧低減装置の構成図である。 本発明による水素濃度計測装置の構成図である。 使用したＬＰＧバーナの構造図である。 発熱速度と排気温度の関係図である。

符号の説明

１０ 燃焼試験装置、１２ 試験室、１２ａ 床部材、
１２ｂ 空気室、１２ｃ 火災試験室、１２ｄ 排気口、１３ 給気口、
１４ 給気装置、１４ａ 給気ファン、１４ｂ 給気フィルタ、
１４ｃ，１４ｄ 給気消音器、１４ｅ 流量調整ダンパ、
１５ ファン圧力放散器（ラプチャーディスク）、
１６ 排煙処理装置、１６ａ 減温部、１６ｂ 排煙処理部、１６ｃ 排気ファン、
２２ 逆圧防止装置、２２ａ 中空管、２２ｂ 閉鎖板、２２ｃ 付勢手段、
２４ 爆圧低減装置、２４ａ 中空拡径容器、
２４ｂ 仕切板、２４ｃ 中空細孔管、
３２ 未燃ガス処理装置、３２ａ 燃焼室、３２ｂ バーナ、
３２ｃ 燃料供給装置、３２ｄ フレームロッド、
３４ 水素濃度計測装置、３４ａ ガスサンプリング管、
３４ｂ ガス冷却容器、３４ｃ 水封器、３４ｄ ガス検知器、
３６ 高速圧力計測装置、３８ 緊急遮断弁、
４０ 中央制御装置、４２ 破裂放散器、
４４ 排ガス放散室、４６ 放出ライン、
４８ 排気消音器、４９ 中央遮断弁、
５０ 大気開放弁

Claims (9)

1. 水素の漏洩、燃焼、及び爆発を試験する試験室と、該試験室に燃焼用空気を供給する給気装置と、前記試験室内で発生した排ガスを処理する排煙処理装置とを備えた燃焼試験装置であって、
   前記試験室は、爆発時の圧力に耐える耐圧構造を有し、
   前記試験室から給気装置へ爆発時の圧力が伝播するのを防止する逆圧防止装置と、
   前記試験室から排煙処理装置へ伝播される爆発時の圧力を低減する爆圧低減装置と、を備えたことを特徴とする燃焼試験装置。
2. 前記逆圧防止装置は、試験室に燃焼用空気を供給する中空管と、該中空管の試験室側開口端に開閉可能に設けられた閉鎖板と、該閉鎖板を試験室側に付勢して開位置に保持する付勢手段とを有し、
   爆発時の圧力が付勢手段の付勢力を超えたときに、閉鎖板が開口端に押付けられてその開口を閉鎖する、ことを特徴とする請求項１に記載の燃焼試験装置。
3. 前記給気装置は、前記試験室の上流側に設けられ該上流側の圧力が所定の安全圧を超えたときにその圧力で破裂して内部のガスを外部に放散するファン圧力放散器を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の燃焼試験装置。
4. 前記爆圧低減装置は、試験室と排煙処理装置の間に位置し管路よりも大径の中空拡径容器と、該中空拡径容器内を複数のチャンバに仕切りかつ管路より小径の貫通孔を有する複数の仕切板と、該貫通孔に嵌合し貫通孔より十分小径の多数の細孔を有する複数の中空細孔管とを有する、ことを特徴とする請求項１に記載の燃焼試験装置。
5. 水素の漏洩、燃焼、及び爆発を試験する試験室と、該試験室に燃焼用空気を供給する給気装置と、前記試験室内で発生した排ガスを処理する排煙処理装置とを備えた燃焼試験装置であって、
   前記試験室から排気される排ガス中の未燃ガスを燃焼させる未燃ガス処理装置と、
   排ガス中の水素濃度を検出する水素濃度計測装置と、
   未燃ガス処理装置を通過した排ガスの圧力を瞬時に検出する高速圧力計測装置と、
   排煙処理装置の上流側に設置され排煙処理装置への流路を瞬時に閉鎖可能な緊急遮断弁と、
   水素濃度計測装置又は高速圧力計測装置の検出値が所定の閾値を超えたときに緊急遮断弁を閉鎖する中央制御装置と、を備えることを特徴とする燃焼試験装置。
6. 前記未燃ガス処理装置は、前記試験室の排気口に設けられた燃焼室と、該燃焼室内に火炎を形成するバーナと、該バーナに燃料を供給する燃料供給装置と、燃焼室内の火炎を検知するフレームロッドとを有し、燃焼室を通過する排ガスを火炎と接触させ、排ガス中の未燃ガスを燃焼させる、ことを特徴とする請求項５に記載の燃焼試験装置。
7. 前記水素濃度計測装置は、排ガスを導入するガスサンプリング管と、該ガスサンプリング管の出口よりも高い水位で水を保有する中空のガス冷却容器と、該ガス冷却容器に連通し内部のガスを水封する水封器と、ガス冷却容器を通過したガス中の水素濃度を検出するガス検知器とを有する、ことを特徴とする請求項５に記載の燃焼試験装置。
8. 前記排煙処理装置の上流側に設けられ、該上流側の圧力が所定の安全圧を超えたときにその圧力で破裂して排ガスを外側に放散する破裂放散器と、
   該破裂放散器を囲む密閉された排ガス放散室と、
   該排ガス放散室内の排ガスを排煙処理装置をバイパスして大気中に放出する放出ラインと、を備えることを特徴とする請求項１又は５に記載の燃焼試験装置。
9. 前記排煙処理装置は、排ガス温度を低減する減温部と、排ガス中のダイオキシンを吸着し酸性ガスを中和し粉塵を集塵する排煙処理部と、排ガスを大気中に排気して上流側圧力を制御する排気ファンとを有する、ことを特徴とする請求項１又は５に記載の燃焼試験装置。
   

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