JP3307539B2

JP3307539B2 - 雰囲気制御装置のボックス

Info

Publication number: JP3307539B2
Application number: JP15889196A
Authority: JP
Inventors: 隆太郎和田; 真人浅尾; 清志津根
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1996-05-30
Filing date: 1996-05-30
Publication date: 2002-07-24
Anticipated expiration: 2016-05-30
Also published as: JPH09318797A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、雰囲気制御装置の
ボックスの内部におけるガス流の局所的な滞留を防ぐこ
とのできる雰囲気制御装置のボックスに関する。

【０００２】

【従来の技術】核燃料サイクルおよび原子力発電所等で
発生する放射性廃棄物の処分に関する研究開発や試験が
進められる場合には、地下の処分環境である低酸素条件
を模擬するために、内外の雰囲気を隔離できる密閉ボッ
クスが用いられる。また、これに加え内部で放射性物質
等を取り扱う場合は、このボックスの内部において取り
扱っている物質が洩れ出ないように常に適正な負圧に保
たれている。これらのボックスの内部の雰囲気を調整す
るため、ボックスに対してガス成分を調整するガス制御
装置が接続される。

【０００３】従来から知られる雰囲気制御装置のボック
スと、ガス制御装置の接続形態は以下のようになってい
た。ガス制御装置からの給気管は、ボックスの外壁の適
所に接続され、そこから所定成分となったガスをボック
ス内部へ供給する。また、ボックス外壁の適所に接続さ
れた排気管がガス制御装置に至り、このガス制御装置の
作動により必要に応じてボックス内部の負圧が適正に保
たれ、ボックス内のガスはガス制御装置により循環する
ようになっている。なお、このような雰囲気制御のため
のボックスは、放射性廃棄物の処分に限られず、生物や
化学、半導体等のように外部に洩れ出ないことが求めら
れる雰囲気の制御を必要とする多くの分野の実験等にも
用いられる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
ボックスにおいては、雰囲気調整のためのガスの供給・
排出を、前記の如く、ボックス外壁に直接接続された給
気管と排気管とにより行う構成となっている。しかし、
給気管や排気管の接続位置の調整だけによっては、必ず
しもボックス内の雰囲気を安定的に所定成分に維持でき
ない場合があるという問題点があった。即ち、ガスの所
定成分の許容値の巾に関して、最低量が厳しく制限され
ている場合、給気管や排気管によって循環するガスの濃
度分布を、ボックス内の全ての空間で均一とできず、例
えば、ボックスのコーナー部等に、前記ガスが偏在する
こと等が生じ得る。特にこのようなボックスは実験等の
必要からグローブの接続口や外部に対する監視窓が設け
られたり、外部の測定器に接続するためのコネクタ等が
設けられるが、このような部分には外気の流入を防ぐた
めのシール部が存在している。このシール部は天然ゴ
ム、ネオプレン、テフロン、塩酸ゴム、ブチルゴム等の
シール材料により構成されるが、大気中の酸素等の分子
はこれらのシール材の材質中を透過して内部に侵入す
る。そのうえ、放射性物質を取り扱う内部が負圧のボッ
クスについては、シール部が劣化したりするとこれらの
シール部からボックス内部へと外気のリークが生じる。
これらの透過による酸素等の侵入及びリークの発生によ
り、ボックス内部の壁近傍においては、ガス濃度は不均
一になり易い。また、ボックス内のガス流に偏流や渦を
生ずると、運転時に内部の雰囲気を安定な所定成分に保
つことが困難となるとともに、スタートアップ時にボッ
クス内の雰囲気を所定にするには長時間を要するという
問題もあった。

【０００５】そこで、本発明は、ボックス内部のガス流
を適正にして、ボックス内のガス成分の濃度またはこれ
に含まれる微粒子の濃度の安定化と、スタートアップ時
間の短縮化ができる雰囲気制御装置のボックスを提供す
ることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明にかかる請求項１記載の発明は、内部の雰囲
気を所定成分に維持する雰囲気制御装置に用いられるボ
ックスであって、前記ボックスは角型であって、角型の
下部に設けられたガス供給手段と、角型の上部に設けら
れたガス排出手段とを備え、前記ボックスの内部の雰囲
気を所定成分に維持するように、前記ガス供給手段から
所定成分のガスを前記ボックスの内部に供給するととも
に前記ガス排出手段からガスを排出し、前記ガス供給手
段は、前記角型を構成する立壁のうち少なくとも二面に
沿った下から上へのガス流を生成するように形成されて
いることを特徴とする雰囲気制御装置のボックスであ
る。ここで、角型とは角ばった形状のことをいい、代表
例として、底面、上面、前面、背面、左側面、右側面、
の六面で構成される立体形状がある。この立体形状に
は、前記の六面のうち隣接する面が垂直をなす直方体の
他、例えば、前面が底面および上面に対して傾斜してい
るものや、前面の中途より上面に向かって傾斜させたも
のであっても、前記六面により構成される立体形状は角
型に含まれる。また、立壁とは、前記角型を構成する前
面、背面、左側面、右側面の如く、内面に沿った面壁を
いう。この立壁に沿って下から上へガス流を生成する
と、壁面から内部に侵入し、壁面近くに留まろうとする
酸素等を強制的に循環させることができる。

【０００７】本発明にかかる請求項２記載の発明は、請
求項１記載の発明において、前記ガス供給手段は、前記
ガス流が突き当たる前記角型の上側の角のうち少なくと
も一つに、前記ガス流を乱すようなガス噴出を含んでい
る雰囲気制御装置のボックスである。これにより、ガス
噴出が備えられる角型の上側の角部の近傍において、立
壁に沿って下から上へ流れて来たガス流を乱すことがで
きる。

【０００８】本発明にかかる請求項３記載の発明は、請
求項１記載の発明において、前記角型の上方は、前記ガ
ス流が曲がるように斜めに形成されている雰囲気制御装
置のボックスである。これにより、前記ガス流は、前記
角型の上側の部分において、偏流とならない。

【０００９】本発明にかかる請求項４記載の発明は、請
求項１〜３のいずれかの発明において、前記ガス供給手
段は、前記角型内の隅に配設されたパイプであって、こ
のパイプにガス噴出口が列設されたものである雰囲気制
御装置のボックスである。これにより、パイプの向きに
よりガスを所定の方向に噴出させることができ、また、
多くの噴出口よりガスを噴出することにより、立壁に沿
った均一なガス流を生成することができる。

【００１０】本発明にかかる請求項５記載の発明は、請
求項４記載の発明において、前記パイプの前記角型内部
分は回転可能に設けられている雰囲気制御装置のボック
スである。これにより、前記パイプを回転することによ
って、ガス噴出口の向きを自在に変えることができ、ガ
スを噴射する方向を所望の方向に変更することができ
る。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１は、本発明にかかる雰囲気制
御装置のボックス１の一構成例を示しており、ボックス
１の左側面図である。図２がボックス１の上面図であ
る。図１および図２において、ボックス１は、底面１
１、上面１２、前面の立壁１３、背面の立壁１４、左側
面の立壁１５、ここに図示しない右側面の立壁１６、の
六面からなる四角型に構成される。

【００１２】ボックス１は、雰囲気制御装置としての機
能を果たすため、また、その内部において、目的とする
実験を行う等のために、以下の部材を備える構成とされ
る。即ち、第一給気管２Ａおよび第二給気管２Ｂと、ガ
ス噴出管３と、排気管４と、グローブ取付口５と、監視
窓６と、蛍光灯７とを備える。また、ボックス１は台座
９の上面に支持される構成となっている。この例におい
ては、ボックス１はその中央において、仕切り３２によ
り二つの領域に分けられている。仕切り３２には図示し
ない開閉可能な扉が設けられており、二つの領域の雰囲
気を流通させることも可能な構造になっている。

【００１３】給気管２Ａ、２Ｂは、ガス供給手段を構成
し、ボックス１の内部に窒素等のガスを供給する。給気
管２Ａ、２Ｂは、中空パイプ等からなり、ボックス１の
外部において、ここに図示しない給気系に接続される。
ガス噴射管３は、ガス供給手段の一部としてガス噴射を
形成し、ここに図示しない給気系に接続されている。排
気管４は、排出手段を構成し、ボックス１の内部の排気
を行う。排気管４は、図示しないガス制御装置に接続さ
れ、ボックス１の内部の負圧を適正に保つことにより、
有害な放射性物質等がボックス１の外部に洩れることを
防いでいる。

【００１４】グローブ取付口５は、ボックス１の前面と
背面に多数が設けられており、ボックス１から突出して
設けられる。グローブ取付口５にシールを介して取り付
けられたグローブ５ａは柔軟なゴム材等からなり、実験
者等は、これを介してボックス１の内部に腕を挿入で
き、ボックス１の内部に置かれた放射性物質や機器等の
操作が可能になっている。監視窓６は、これを通してボ
ックス１の内部を観察・監視するためのものであり、ボ
ックス１の背面にシールを介して設ける構成としてい
る。ここでは、監視窓６として円形窓を例示している。
蛍光灯７は、ボックス１の内部を照明し、その内部を監
視し易くするためのものである。ここでは、ボックス１
の上面よりボックス１の内部を照明するための透明体
が、シールを介して取りつけられる構成を例示してい
る。

【００１５】このように、ボックス１の周囲の壁には多
くの部材が設けられており、これらの部材を設ける部分
は、外気の流入を阻止するようボックス１の壁面に対し
てシール部を介して設けられる。しかし、大気中の酸素
等の分子は、シール部を構成する天然ゴムやネオプレン
等のシール材の材質中を透過して内部に侵入し、また、
シール部の劣化等により、ボックス内部へと外気の僅か
なリークが生じ、ボックス内部の壁近傍においては、ガ
ス濃度は不均一になり易い。また、ボックス１の底面１
１、上面１２と立壁１３、１４、１５、１６とのコーナ
ー（隅）ではガス流が生じにくく、ボックス１内中央寄
りの偏流を形成し易い。このような問題を解消しうるよ
うに、ガス供給手段としての第一給気管２Ａ、第二給気
管２Ｂをボックス１内の下部の隅に設けた構成としてい
る。

【００１６】第一給気管２Ａは、この例では、ボックス
１の面１１と面１３の角１７にあって、また第二給気管
２Ｂは、面１１と面１４の角１８にあって、各々紙面の
垂直方向に配設する構成としている。第一給気管２Ａお
よび第二給気管２Ｂの表面には、紙面の垂直方向にガス
を噴出する小孔等の小開口が列設されており、該小開口
２ｃがガス噴出口を形成する。この例においては、ガス
噴出口２ｃのガス噴出方向を角１７、１８に向かう方向
としている。

【００１７】第一給気管２Ａ、第二給気管２Ｂは、角型
の下部に設けられるが、前記のガス噴出口２ｃより噴射
されたガスについて、ボックス１を構成する立壁のうち
表面積の大きなものから順に少なくとも二面に沿って、
下から上へのガス流を生成するような構成としなければ
ならない。何故なら、ボックス１内部の表面積の大きな
壁近傍においては、シール部分も多くなりがちであり、
前記の如く外気のリークによるガス濃度の不均一を生じ
易いので、下から上へのガス流を生成して、ガス流を強
制的に循環させることにより、ガス濃度を均一とできる
からである。この例に示す構成とすると、第一給気管２
Ａよりガスが供給され、ガス噴出口２ｃより角１８に向
けて噴射されたガスの一部は底部の角１８より背面側の
立壁１４に沿って上へのガス流を生成し、また、噴射さ
れたガスの一部は面１１に沿ったガス流を生成する。第
二給気管２Ｂより供給されたガスについては、ガス噴出
口２ｃより角１７に向けて噴射されたガスの一部は底部
の角１７より前面側の立壁１３に沿って上へのガス流を
生成し、また、噴射されたガスの一部は面１１に沿った
ガス流を生成する。即ち、給気管２Ａ、２Ｂをかかる構
成とすることにより、ボックス１の面１１と、立壁１３
と、立壁１４とに沿って循環するガス流の流路８が形成
され、ボックス１の内表面の大部分（５０％以上）に沿
ったガス定常流８のごときガス流を形成できる。

【００１８】また、この例においては、ガス噴射管３
を、ボックス１を構成する上面１２と背面１４の角１９
において、紙面の垂直方向に配設する構成としている。
ガス噴射管３の表面には、第一給気管２Ａと第二給気管
２Ｂと同様に紙面の垂直方向に多数のガス噴出口が列設
される。このガス噴射管３は、そのガス噴出口が、これ
が設けられる角１９の対角線方向の角１７に向けてガス
を噴出しうるように配設される。ガス噴射管３をこのよ
うな構成とすると、前記給気管２より噴射されて下から
上へ向かうガス流ａは、ガス噴射管３が設けられる角型
内の上側の近傍のガス滞留を防ぐとともに、角１９の近
傍において、ｂのように曲げられる。これにより、前記
の第一給気管２Ａより上へ向かうガス流ａについて、角
１９の近傍の部分において、偏流を生じることなく循環
する流れを形成することができる。なお、この例におい
ては、ボックス１の前面１３は上部に向けて傾斜してい
るので、角型内の上側の前面側の角２０の部分において
は、ガス流ｃはスムーズに循環し、角２０では偏流が生
じにくくなっている。

【００１９】また、この例においては、排気管４は、ボ
ックス１の上面１２に設ける構成としている。排気管４
を設ける位置は、角型の上部であるが、前記の立壁に沿
って下から上へ循環するガス流８を生成しうるように、
最適な位置に設ける必要がある。この例に示すように、
排気管４をボックス１の上面１２の中央に設けることな
く、背面１４寄り且つ左側面の立壁１５寄りに設けるこ
とにより、ボックス１上面の隅の偏流を少なくするよう
な下から上へ循環するガス流８を生成することができ
る。

【００２０】ボックス１を上面側から眺めた図２により
給気管２Ａ、給気管２Ｂの詳細構造を説明する。第一給
気管２Ａはボックス１の内部に存在する部分２ａと、ボ
ックス１の外部に存在する部分２ｂとによって構成され
る。第一給気管２Ａの構成部分２ａの表面には、ガス噴
出口２ｃが列設されている。なお、この図は、第一給気
管２Ａの表面にガス噴出口が列設されている状態を模式
的に表わしているにすぎず、ガス噴出口２ｃが設けられ
る位置は前記のとおりであり、上面側から隠れた位置に
設けられている。

【００２１】第一給気管２Ａの前記２ａの部分と、前記
２ｂの部分とは、継手２８によって接続される構成とし
ている。継手２８で接続される部分については、例え
ば、継手２８の両側をメネジ構造とし、その両側より、
前記２ａの部分と前記２ｂの部分をねじ込む構造とする
ことができる。かかる構成により、ボックス１の外部に
存在する部分２ｂについては、継手２８に対して固定に
位置決めし、ボックス１の内部に存在する部分２ａにつ
いては、継手２８に対するねじ込み位置の調節により回
転可能に構成できる。これによって、ガス噴出口２ｃの
向きを自在に変え、ガスを噴射する方向を変更すること
ができるので、ボックス１内部に搬入する物品の形状や
大きさに基づくデッドスペースや、ボックス１の形状等
との関係で、ガスを噴射する方向を調節することが可能
である。

【００２２】なお、ボックス１の上面、側面には、ボッ
クス１の内部に置かれる実験装置の電源又はデータを外
部の測定器により処理する等のためのコネクタ２６や、
内部のガス雰囲気のモニター等のためのセンサ２７が設
けられている。また、給気管２Ａ、２Ｂがボックス１の
外部から内部へ導入される部分や、コネクタ２６および
センサ２７がボックス１へ設置される部分には、シール
部が存在し、ボックス内部の雰囲気を外部と隔離してい
る。エアロック２９は、ここから物品がボックス１の内
部へ搬入される部分である。エアロック２９は、物品の
搬入に際して、ボックス１の雰囲気中の成分を損なわな
い構成とする必要がある。例えば、二重扉の構造とし、
搬入物品を両扉の間に密閉して後に、内側扉を開いて物
品をボックス１の内部に搬入するような構造とすること
ができる。

【００２３】図３は、他の実施形態にかかるものであっ
て、傾斜壁を有しないボックス１Ａの上方にガス噴出管
３Ａ、３Ｂを二本設けた構成例を示す。ボックス１Ａを
構成する角型について、その前面の立壁１３Ａ、背面の
立壁１４のいずれもが底面１１に対して垂直に構成され
ており、角型の上部の角１９、２０のうち、前面側およ
び背面側のいずれの側にもガス噴出管３を設けることが
必要になる。即ち、この場合には、ボックス１の前面側
の角２０に設けた第二ガス噴射管３Ｂよりガスを噴射す
ることにより、前面の角１７に設けられる第二給気管２
Ｂより噴射されて下から上へ向かうガス流ｄについて
も、角２０の近傍においてｅのように曲げられることに
なる。これにより、前面側の角２０においても偏流を生
じることなく循環させることができる。

【００２４】図４は、更に他の実施形態にかかるもので
あって、ボックス１Ｂを構成する前面の立壁１３Ｃおよ
び背面の立壁１４Ｃの上方が斜めに形成されている場合
の構成例を示す。立壁１３Ｃは変曲点２２において、立
壁１４Ｃは変曲点２１において、各々に斜めに曲げられ
ている。第一給気管２Ａ、第二給気管２Ｂより噴射され
て下から上へ向かうガス流は、立壁１３Ｃ、立壁１４Ｃ
に沿って、ガス流路ｆが形成される。従って、立壁の上
方を、この例のように斜めに曲げて形成すると、変曲点
２１、２２の部分より立壁に沿って傾いて流れる流れの
循環が形成されるので、角１９、２０において偏流を生
じにくくなる。

【００２５】図５は、図４にかかる雰囲気制御装置のボ
ックスを稼働させるためのシステムの構成例の概要を示
す。ガス制御装置３５より、ボックス１に第一給気管２
Ａ、第二給気管２Ｂを通して所定成分に調整されたガス
が供給される。また、ボックス１は、ガス制御装置３５
により排気され、適正な負圧が保たれるように構成され
る。

【００２６】なお、この実施の形態においては、雰囲気
制御装置のボックスを、特に放射性物質を取り扱う用途
に用いる場合を取り上げ、具体例として負圧に維持する
場合を中心に説明してきたが、ボックス内部が正圧にあ
ったとしても、ボックス内の雰囲気を外部から隔離して
雰囲気中の成分を一定に維持する点では同じことであ
る。また、雰囲気制御装置内の制御対象とするガス成分
を酸素とする場合を中心に説明してきたが、ガス成分が
炭酸ガス、メタンガス、水素ガス等である場合、又はこ
れらのガス中に微粒子（ゴミ、チリ等）が含まれる場合
であったとしても、ボックス内の雰囲気を外部から隔離
して雰囲気中の成分を一定に維持する点では同じことで
ある。従って、本発明は、ボックス内の雰囲気を外部か
ら隔離して雰囲気中の成分を一定に維持する必要がある
実験等の分野において、一般的に適用することができ
る。放射性物質を扱う原子力分野以外の分野としては、
生物、化学、金属燃料、半導体等の分野を挙げることが
できる。

【００２７】

【実施例】本発明にかかる雰囲気制御装置のボックスの
実施例を以下に示す。図１にかかるボックスの内部の雰
囲気を一定条件に調節するべく、ボックスを稼働し、内
部の雰囲気が安定するまでに要する時間について、従来
の雰囲気制御装置との比較を行った。なお、ボックスの
内容量は約２ｍ３であり、ボックスにワンス・スルー
で流す窒素ガスの流量は８Ｎｍ３／ｈであり、窒素ガ
ス中の酸素濃度は１ｐｐｍ程度である。ここではボック
ス出口の酸素濃度を１０ｐｐｍ以下とする条件で実験を
行った。従来の雰囲気制御装置について、ガス濃度が一
定となり雰囲気を安定させるまでに要した時間は、装置
の稼働を開始した後、約３〜４時間程度であった。本発
明の請求項２の構成例によると、前記従来の雰囲気制御
装置により得られる雰囲気の安定と同程度の安定を得る
ために要した時間は、装置の稼働を開始した後、約１時
間程度であった。従って、本発明の構成によると、ガス
濃度が一定となり雰囲気を安定させるために要する時間
は、従来に比べて十分に短いことが確かめられた。

【００２８】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明のうち、
請求項１記載の発明は、角型ボックスの壁面に設けられ
た種々のシール部から内部に至る僅かな酸素等をガス流
とともに押し流すため、ボックス内部の所定成分のうち
特に酸素濃度が安定するという効果を奏し、また、角型
ボックス内の渦の如き偏流を抑制できるという効果を奏
する。

【００２９】請求項２及び３記載の発明は、ボックス上
部の前記ガス流の偏流を少なくすることによって、請求
項１の効果をより確実にする。即ち、角型ボックス内の
渦の如き偏流を一層少なくできるため、雰囲気制御装置
の立ち上げ時にボックス内部の雰囲気を所定成分にする
までの時間を短縮することができるという効果を奏す
る。

【００３０】請求項４記載の発明は、立壁に沿ってガス
流を確実に且つ簡単に形成することができるという効果
を奏する。

【００３１】請求項５記載の発明は、ガス流の方向を調
整してボックス内の滞留を少なくすることができるとと
もに、ボックス内に入れる物に応じたガス流の形成を可
能にするという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】雰囲気制御装置のボックスの一構成例を左側面
側から眺めた図である。

【図２】雰囲気制御装置のボックスの一構成例を上面側
から眺めた図である。

【図３】雰囲気制御装置のボックスの一構成例を示す図
である。

【図４】雰囲気制御装置のボックスの一構成例を示す図
である。

【図５】ボックスを稼働させるためのシステム構成を示
す図である。

【符号の説明】

１雰囲気制御装置のボックス２給気管３噴射管４排気管５グローブ６監視窓８供給ガス流路１１底面１２上面１３前面の立壁１４背面の立壁１５左側面の立壁１６右側面の立壁２８継手３５ガス制御装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭59−214733（ＪＰ，Ａ) 特開平３−71040（ＪＰ，Ａ) 特開平９−168992（ＪＰ，Ａ) 実開昭63−30491（ＪＰ，Ｕ) 実開平１−156499（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G21F 7/015 F24F 7/007

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】内部の雰囲気を所定成分に維持する雰囲
気制御装置に用いられるボックスであって、前記ボックスは角型であって、角型の下部に設けられた
ガス供給手段と、角型の上部に設けられたガス排出手段
とを備え、前記ボックスの内部の雰囲気を所定成分に維持するよう
に、前記ガス供給手段から所定成分のガスを前記ボック
スの内部に供給するとともに前記ガス排出手段からガス
を排出し、前記ガス供給手段は、前記角型を構成する立壁のうち少
なくとも二面に沿った下から上へのガス流を生成するよ
うに形成されていることを特徴とする雰囲気制御装置の
ボックス。
【請求項２】請求項１において、前記ガス供給手段
は、前記ガス流が突き当たる前記角型の上側の角のうち
少なくとも一つに、前記ガス流を乱すようなガス噴出を
含んでいる雰囲気制御装置のボックス。
【請求項３】請求項１において、前記角型の上方は、
前記ガス流が曲がるように斜めに形成されている雰囲気
制御装置のボックス。
【請求項４】請求項１〜３のいずれかにおいて、前記
ガス供給手段は、前記角型内の隅に配設されたパイプ等
であって、このパイプ等にガス噴出口が列設されたもの
である雰囲気制御装置のボックス。
【請求項５】請求項４において、前記パイプ等の前記
角型内部分は回転可能に設けられている雰囲気制御装置
のボックス。