JP4904273B2 - 有害物質を扱う密閉作業空間における切断方法 - Google Patents

Description

本発明は、人体に有害な物質が付着あるいは含有している部材を切断するため、外部に対して有害物質が飛散しないように、周辺から密閉状態にて隔離された特殊ハウスなどの密閉作業空間内で切断を行うことを可能にする切断方法に関する。

人体に有害な物質である放射性物質，残留性有機汚染物質（例えばダイオキシン，ＰＣＢなど）、あるいは、発がんなどの重大な疾病を発生させる物質（例えばアスベスト）などを取り扱う施設においては、施設設備の解体，修理分解などに際し、前記有害物質が付着あるいは含有している部材を切断する必要が生じた場合、切断のための作業は、有害物質の外部への飛散を防ぐため、周辺から密閉状態にて隔離された特殊ハウス内にて行われていた。

切断方法としては、バイトカッタ，丸のこ等を用いる機械的切断法よりも、作業現場での対応性，使用される装置の簡便さ，切断速度などを考慮して、ガス切断，プラズマ切断，レーザ切断などの熱的切断法が使用されるが、プラズマ切断，レーザ切断には、特殊な装備，操作が要求されるため、一般的には、プロパンガス，アセチレンガスを用いたガス切断が、切断作業において汎用的に使用されている。

図１２は従来のガス切断法（プロパンガス，アセチレンガス使用）の作業現場の概略構成を示す平面図、図１３は図１２におけるＢ−Ｂ断面図である。

図１２，図１３において、１は密閉状態で外部から遮断された密閉作業空間としての作業ハウス、２は、作業者が火炎トーチ３を持って被切断部材４を熱切断するための切断作業台、５は切断物一時置場、６は重量物取扱エリア、７は作業者が出入りする二重室構造になっているハウス前室、８は重量物搬入／搬出口、９は廃棄物収納用ドラム缶、１０は冷却ユニット、１１は局所排気集塵ユニットである。

また、１２は、ハウス外部に設置され、局所排気集塵ユニット１１とダクト１３を介して連結された排気フィルタ・排風機ユニット、１４は切断に使用される酸素、プロパンガスあるいはアセチレンガスなどが設置される酸素・可燃ガス置場、１５は火炎トーチ３に切断用ガスを供給するガス供給配管である。

前記のようなプロパンガス，アセチレンガスを用いたガス切断は、切断作業として汎用的に使用されているが、切断時のヒュームの発生量，作業周辺の温度上昇，切断対象部材の高温化などの課題があり、作業者への熱防護対策上、問題になる点が多々ある。

原子炉の解体などの特殊な切断環境において、プラズマ切断，レーザ切断を使用することが特許文献１〜３などに記載されているが、既述したように、一般なプラズマ切断，レーザ切断には特殊な装備，操作が要求される。

特に、プラズマ切断は、ガス切断に比べて切断速度が速く、切断対象範囲が広いが、高温となる１万〜２万℃のプラズマを使用するため、切断時のヒュームの発生量，作業周辺の温度上昇，切断対象部材の高温化など、作業者への熱防護対策が問題になる。

一方、密閉された作業空間内で作業を行う作業者は、有害物質からの身体保護のため、防護具の装着が必要になり、また、熱的遮断のためには更に防炎服を装着するなど防炎対策も必要となる。

従来では、このような作業環境の改善のために、密閉作業空間内の換気を良くしたり、あるいは作業者の交換頻度を多くするしかなかった。
日本特開平１０−２０６５８８号公報 日本特開２００１−１６６０９０号公報 日本特開２００２−１５４３号公報

しかしながら、密閉作業空間内で行われる熱的切断作業は、作業者にとっては、換気されているとはいえ、熱気が密閉作業空間内に滞留して一般的な作業場としては、かなり高温になる。また作業用の密閉空間として充分な容積が取れない場合が多々あり、狭い空間内での作業では、切断して高温になった切断物も近くにあるため、それらからの輻射熱も作業者に加わることになる。さらに、作業者の防炎服を含む多重の防護装備を装着するため、作業者への温熱負荷はかなり大きい。

我が国では、作業環境温度の法的規制は坑内労働以外ではないが、米国のＡＣＧＩＨ（米国産業衛生専門家会議）における高温許容基準によると、多重防護装備をした場合は、許容基準の被服補正係数を考慮しなければならず、密閉空間内での作業の場合では、通常環境の作業よりもＷＢＧＴ（暑熱指数）を低く抑えなければならない（３０℃以下、２５℃程度が良いとされている）。

しかしながら、密閉作業空間の前記のような環境下における切断現場の現状では、３０℃をはるかに超える４０℃〜５０℃になる場合もあるが、現在、これらに対応できていないのが現状である。

このようなことから、熱の発生が少ない熱的切断法の開発により、密閉作業空間における作業環境の温度上昇の抑制、切断対象物の温度上昇および輻射熱の低減化により、火傷などの危険性をなくすこと、さらにヒューム発生が少ない熱的切断法の開発により、ヒュームに含まれる有害物質による作業者の汚染暴露・汚染拡大リスクの低減化が求められていた。

そこで、本発明は、前記従来技術の課題を解決し、比較的作業が容易な熱的切断により、有害物質を有する被切断部材を密閉作業空間にて切断する場合の作業環境の改善を図り、作業者の安全性を確保することができる密閉作業空間における切断方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明は、有害物質が付着あるいは含有している部材を切断するため、外部に対して有害物質が飛散しないように密閉空間内で前記部材を所定の大きさに切断する切断方法であって、前記密閉空間内に切断対象部材を設置すると共に、前記密閉空間内に前記切断対象部材の厚さに対応して選択したガス噴出口径の火炎トーチを切断部位に対向設置し、前記火炎トーチの一部から水素ガスおよび支燃酸素ガスを噴出して着火して前記切断部位を生成炎にて予熱すると共に、前記火炎トーチの他部から酸素ガスを噴出して切断酸素気流を生成させ、該切断酸素気流による切断燃焼にて前記切断部位を切断することを特徴とし、この方法による水素ガスを用いた熱切断法によれば、例えばプロパンガスを使用した熱切断法に比べて、輻射熱，温度上昇，炭酸ガス発生量などの環境を劣化させる要因を低下させることができると共に、ヒュームおよび粉塵の発生が少なく有害物質の飛散防止効果が大となり、密閉作業空間での有害物質を有する切断対象部材の切断作業を安全に行うことができるため、従来に比して格段と密閉作業空間における作業環境が良化し、作業者の火傷などの危険性をなくすことができ、さらに有害物質による作業者の汚染暴露および汚染拡大リスクを低減させることができる。

前記有害物質を扱う密閉作業空間における切断方法において、火炎トーチのガス噴出口径として、切断の対象部材における最大肉厚に対する切断に要するガス燃焼熱量が得られるガス量を噴出するガス噴出口径を選択することができる。これによって、切断対象部材が肉厚の変化するものであっても、作業中に火炎トーチなどを交換するなどの作業工具，手順の変更を要せずに、容易に切断を行うことが可能になる。

また、前記有害物質を扱う密閉作業空間における切断方法において、切断の対象部材における肉厚，材質などの仕様に応じて、火炎トーチの移動速度を調整して、対象部材におけるガス切断状態を均一化することができる。これによって、切断対象部材の切断部位における切断面，切断状態をそろえることができ、切断後の処理，加工などが容易になる。

さらに、前記有害物質を扱う密閉作業空間における切断方法において、水素ガスに炭素含有ガスを混入させることができる。これによって、微量のプロパンガスなどの炭素含有ガスを必要により混入することにより、水素ガスの燃焼を可視状態にすることができ、作業者が火炎トーチを持って行う作業の場合における安全性が向上する。

また、前記有害物質を扱う密閉作業空間における切断方法において、水素ガスに対する炭素含有ガスの混合割合を５０％以下とすることができる。

本発明によれば、切断の予熱炎として水素の燃焼炎を用いたことにより、例えばプロパンガスを使用した熱切断法に比べて、輻射熱，温度上昇，炭酸ガス発生量などの環境を劣化させる要因を低下させることができると共に、ヒュームおよび粉塵の発生が少なく有害物質の飛散防止効果が大となり、密閉作業空間での有害物質を有する切断対象部材の切断作業を安全に行うことができるため、従来に比して格段と密閉作業空間における作業環境が良化し、作業者の火傷などの危険性をなくすことができ、さらに有害物質による作業者の汚染暴露および汚染拡大リスクを低減させることができ、有害物質を扱う密閉作業空間における切断方法として実際上の効果が大である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。

図１は本発明に係る切断方法の実施形態１を説明するための作業現場の概略構成を示す平面図、図２は図１におけるＡ−Ａ断面図である。なお、図１２，図１３にて説明した部材に対応する部材には同一符号を付した。

図１，図２において、１は密閉状態で外部から遮断された密閉空間としての作業ハウス、２は、作業者が火炎トーチ１６を持って被切断部材４を後述するような熱切断するための切断作業台、５は切断物一時置場、６は重量物取扱エリア、７は作業者が出入りする二重室構造になっているハウス前室、８は重量物搬入／搬出口、９は廃棄物収納用ドラム缶、１１は局所排気集塵ユニットである。

また、１２は、ハウス外部に設置され、局所排気集塵ユニット１１とダクト１３を介して連結された排気フィルタ・排風機ユニット、１４は酸素ガス，プロパンガスなどのボンベが設置される酸素・可燃ガス置場、１５は火炎トーチ１６に必要なガスを供給するガス供給配管、１７は切断作業に使用される切断用ガスを発生する水素／酸素電気分解装置である。

本実施形態では、後で詳述するように、作業ハウス１内の熱負荷が減少し、かつヒューム発生量が減少し、また水素／酸素電気分解装置１７を設置したことから酸素ボンベの設置数を少なくすることができるなどから、冷却ユニット１０、局所排気集塵ユニット１１，排気フィルタ・排風機ユニット１２、および酸素・可燃ガス置場１４などの設置部を減少化することができ、図１１，図１３に示す従来例に比べて、省スペース化を図ることができる。

図３は本実施形態における前記水素／酸素電気分解装置の一例として水電解式水素酸素分離発生装置の概略構成図であり、２１は水素ガス分離タンク、２２は酸素ガス分離タンク、２３は両タンク２１，２２において水の電気分解を生じさせる電解槽、２４は電解槽１７に電力を供給する電源装置、２５は両タンク２１，２２に水を供給する水補充用タンク、２６は両タンク２１，２２の電解液を設定温度範囲にて冷却する電解液冷却システム、２７は電解液冷却システム２６の循環ポンプ、２８は両タンク２１，２２で発生した水素ガス，酸素ガスを冷却するガス冷却システム、２９は、外部に水素ガス，酸素ガスを送るガス経路であって、このガス経路２９中に圧力計３０，逆火防止器３１などが設けられている。

前記構成の水電解式水素酸素分離発生装置において、水と電解液とが混合している両タンク２１，２２において、電解槽２３により電気分解を生じさせ、水素ガス，酸素ガスを分離して発生させる。

実施形態１では、１本（複数本であってもよい）の火炎トーチ１６に対してガス流出量制御装置を介して水素／酸素電気分解装置１７から切断用の燃焼ガスを供給する構成になっており、本例では切断用の予熱ガスとして、水素ガスを主成分とし、また主として燃焼炎の視認性を向上させる色付けの目的のために、添加ガスとして炭素含有ガス（本例ではプロパンガス）を混入させ、さらに燃焼支持用の支燃酸素ガスを混入した混合ガスを用いている。

図４は本実施形態におけるガス流出量制御装置の構成を示すブロック図であり、ガス流出量制御装置３６には、水素と酸素とを発生する水素／酸素電気分解装置１７とプロパンガス貯蔵タンク３７が設けられている。

図４において、図３に示す水素／酸素電気分解装置１７の水素ガス分離タンク２１に連結された水素ガス供給管３８に設けられて、供給される水素ガスの流量からガス流入量を検知するガス流量検知器３９と、プロパンガス貯蔵タンク３７に連結されたプロパンガス供給管４０に設けられて、供給されるプロパンガスの流出量を制御する流出量調整器４１と、ガス流量検知器３９によって検知された水素ガス流量の検知データを受けて、流出量調整器４１を動作させてプロパンガス流出量を制御する制御部４２と、水素ガスとプロパンガスとの混入ガスを予熱ガスとして火炎トーチ１６へ供給するための混合／供給部４３とから構成されている。

さらに、図４において、３１，３１は逆止弁、４４は作業者が設定データなどを入力するための操作入力部、４５は制御部４２に設けたメモリ部、４６，４６は圧力調整器、４７は酸素ボンベである。

図５は本実施形態における前記火炎トーチの火口部と切断状態を説明するための断面図であって、予混合（プレミックス）型の火口部の構成例を示しており、火炎トーチ１６において、５０は予熱炎として着火する予熱ガス（本例では主として水素ガス＋プロパンガス＋支燃酸素ガス）が通る予熱ガス通路、５１は切断酸素気流として噴出する酸素ガスが通る酸素ガス通路である。

なお、火口部としては、前記予混合型の火口部以外にも、アウト混合型のものも使用することができ、図５に示すものに限定されない。

次に、前記構成の実施形態１の切断作業および構成各部の動作について説明する。

実施形態１においては、放射能物質などの有害物質で汚染された機器や材料を破棄する場合に、図１に示すように、それらを廃棄物収納用ドラム缶９に収納することができる大きさで、かつ保管，移動および後処理のために適切な大きさにするため、前記有害物質で汚染された機器や材料を切断する作業を行う。

前記作業を行う作業者は、作業に必要な防護具を着装し、作業ハウス１の出入口部であるハウス前室７に入り、防炎服などの作業ハウス１内における作業専用の防護具を装着した後、作業ハウス１内部へ入る。ハウス前室７は、２重室構造であって、順に入室することにより、作業ハウス１外部への有害物質の拡散を防止している。

被切断部材４は、重量物搬入／搬出口８から搬入され、作業ハウス１内部において、まず、搬送用に梱包養生された被切断部材４の開梱を行った後、切断作業台２にセットされる。セットされた被切断部材４を火炎トーチ１６を用いて後述するように熱切断して、廃棄物収納用ドラム缶９に収納できる大きさにする。そして、切断された部材の温度が廃棄物収納用ドラム缶９に収納可能な温度になるまで冷却する。切断された部材の温度が下がった状態で、該部材を作業ハウス１内で廃棄物収納用ドラム缶９へ入れる。廃棄物収納用ドラム缶９に所定量の切断部材が収納されると、廃棄物収納用ドラム缶９に蓋をして密閉し、作業ハウス１から重量物搬入／搬出口８を通って搬出する。

前記切断作業に際して、図４において、作業者は、実施する切断加工に必要な予熱ガスである水素ガスとプロパンガスとの適正な混合比のデータ、および切断酸素ガス供給量のデータを、すなわち実証テストなどに基づいてあらかじめ設定された設定値データ（後述する）を、操作入力部４４から制御部４２に入力する。

さらに、火炎トーチ１６における火口部のガス噴出口径として、被切断部材４における最大肉厚に対する切断に要するガス燃焼熱量が得られるガス量を噴出することができるガス噴出口径を選択することにより、被切断部材４が肉厚の変化するものであっても、作業中に火炎トーチ１６などを交換するなどの作業工具，手順の変更を要せずに、容易に切断を行うことが可能になる。

また、被切断部材４における肉厚，材質などの仕様に応じて、火炎トーチ１６の移動速度を調整して、被切断部材４におけるガス切断状態を均一化するようにしてもよい。これにより、被切断部材４の切断部位における切断面，切断状態をそろえることができ、切断後の処理，加工などが容易になる。

前記の諸点を総合勘案して当該切断作業が行われるが、図４において、入力された設定値データは、ＣＰＵ（中央演算処理部）などの電気的制御回路からなる制御部４２のメモリ部４５に記憶され、制御部４２では、ガス流量検知器３９によって検知された水素ガス流量の検知データを受け、かつメモリ部４５から混合設定値データを読み出すことによって供給される水素ガスに対するプロパンガスの混合比率が常に一定になるように、ガス流量調整弁などからなる流出量調整器４１をコントロールする。同様に酸素ガス供給量がコントロールされる。

このようにして、火炎トーチ１６へ供給される予熱ガスである水素ガスとプロパンガスとの混合ガスは、常に所定の混合設定値に規制されて混合／供給部４３から供給される。さらに、火炎トーチ１６では、水素／酸素電気分解部１７にて発生した酸素ガス、あるいは水素／酸素電気分解部１７からの酸素ガスのみでは不足の場合に酸素供給を行う酸素・可燃ガス置場１４の酸素ボンベ４７からの酸素ガスを受けて溶断炎が生成され、被切断部材４が切断されることになる。

火炎トーチ１６では、図５に示すように、火炎トーチ１６の外周部に予熱炎５２が生成され、中央部に酸素ガスが噴出して切断酸素気流５３が生成される。切断は、被切断部材４を予熱炎５２にて発火温度（鋼材は約９００℃)まで加熱し、その部分に酸素ガスを吹き付け、被切断部材４を燃焼させ、その熱により被切断部材４を溶融させると同時に、燃焼にて生成された生成物と溶融物（ノロ，スラグ）を、切断酸素気流５３が持つ噴出力で吹き飛ばすことにより行われる。この状態で火炎トーチ１６を矢印方向へ移動することにより、予熱炎５２と切断酸素気流５３により被切断部材４が順次除去され、溝状に被切断部材４が切断されることになる。

本実施形態では水素ガスに混入するプロパンガスとの適正な混合比のデータ（混合設定値データ）を、実証テストなどに基づいて検証した結果、図６に示す結果が得られた。

図６に示すように、水素濃度が８０％までは水素ガスを主としたガスの燃焼速度であるが、これより少ないと、本実施形態のような水素ガスを用いることによる効果が減少していくが、水素ガスを主体とした燃焼状態（燃焼速度）に維持するためには、水素ガスに対するプロパンガスの混合割合は５０％以下であればよく、発明の効果、および経済的かつ作業環境上からすると２０％以下であることが好ましい。

また、水素燃焼用ガスとして酸素ガスが使用されるが、この場合には、水素／酸素電気分解装置１７にて発生した酸素ガスを使用することができ、水素／酸素電気分解装置１７において発生する水素ガスと酸素ガスとの有効利用を図ることができる。

本実施形態のように、水素ガスを予熱炎の燃料として用いた熱切断法を採用したことにより、従来のプロパンガスを主体として使用する熱切断法に比べて、輻射熱，温度上昇，炭酸ガス発生量などの環境を劣化させる要因を低下させることができると共に、スラグ，ヒュームおよび粉塵の発生が少なく、結果として、それらの飛散防止効果が大であることを、下記のような実証試験により確認することができた。

・試験方法
ポリエチレンシートにより囲った２×２×２（内容量８ｍ３）の密閉ハウス内で（換気なし）、試験片（ＳＮ４９０Ｂ，大きさ５００ｍｍ×１００ｍｍ×厚さ２２ｍｍ）の長手方向５００ｍｍを、予熱ガスとして水素ガス（微量のプロパンガス添加）と、プロパンガスの２種類を用いて、それぞれ切断試験を行った。

その切断試験において、切断に要した時間，終了時の密閉ハウス内の粉塵量，気温，ガス濃度を測定した。ガス濃度測定器：光明理工学工業株式会社製北川式検知管，粉塵量測定器：柴田科学株式会社製デジタル粉塵計，水素発生器：ＩＬＴテクノロジー社製水電解式水素酸素分離発生装置。

切断試験の測定結果を（表１）に示す。

前記試験片を長さ５０ｃｍ切断した結果、切断前に比べて、密閉ハウス内の気温は、水素ガス切断では２１．５℃から７℃上昇して、２８．５℃になったのに対して、プロパンガス切断では２１．５℃から２０．４℃上昇して、４１．９℃になり、温度上昇量は、プロパンガス切断に対して水素ガス切断では６６％減少した。

また、炭素ガス濃度は、水素ガス切断では８７０ｐｐｍと、ほとんど上昇しなかったのに対して、プロパンガス切断では４０００ｐｐｍ以上（使用した検知管の最大濃度オーバー）となった。

また、粉塵濃度は、水素ガス切断では、プロパンガス切断の場合の約１／２以下である５．２ｍｇ／ｃｍ３であった。粉塵濃度上昇量は、プロパンガス切断に対して水素ガス切断では５８％減少した
また、酸素使用量は、プロパンガス切断が２１Ｌ／ｍｉｎであるのに対して、水素ガス切断では５．７Ｌ／ｍｉｎであって７３％減少した。

また、ヒューム発生量は、プロパンガス切断が７２±３４ｍｇ／ｍｉｎであるのに対して、水素ガス切断では３６±３２ｍｇ／ｍｉｎであって５０％減少した。

この切断試験の結果から、本実施形態の水素ガス切断法によれば、本発明が対象とする、密閉空間での有害物質を有する切断対象部材の切断作業としては、有害物質の飛散防止効果が大であって、密閉空間での有害物質を有する切断対象部材の切断作業を安全に行うことができ、従来の他の熱切断法に比して格段と作業環境が良化し、作業者の火傷などの危険性をなくすことができ、さらに有害物質による作業者の汚染暴露および汚染拡大リスクを低減させることができるなど、実際上の効果が大であることが分かる。

以下、作業環境に影響を与える要素について、（表１）に示した個々の項目について、さらに検証，確認し、水素ガス切断とプロパンガス切断との差異を比較検討する。

作業環境への熱影響の比較を発生する熱量と、その移動形態(放射，対流，伝熱など）から環境への影響を検討する。

予熱炎からの影響を検証すると、予熱炎の内、プロパンガスの炎は、光を発して黒体放射により、燃焼で発生するエネルギーの50％位を放出するが、水素ガスの炎は、光を発しないので黒体放射はせず、燃焼熱の１０％程度しか放出をしない（（表２）参照）。

次に、切断時における熱収支について検証すると、切断は、被切断部材（鋼材）の酸素により発生する燃焼熱にて鋼材の溶融を行い、酸化物を生成し、低融点化，流動性を良好にすることで行われる。予熱炎を形成する水素ガスはシールガスとして機能し、このシールガスの種類により切断で生成されるノロ(スラグ)の性状は異なり、水素ガスでは剥離性がよく、プロパンではこれより悪くなる。

また、ノロ(スラグ）の組成では、水素ガスでは鉄分が多く、プロパンでは酸化鉄(III)が多い。さらに切断では、鋼材の酸素による発熱量に対し、鋼材の溶融に必要な熱量は少ないので、過剰の熱量が環境へ排出されることになる。

これらの水素ガス切断とプロパンガス切断との差異について検討したところ、（表３），（表４）に示すような結果が得られた。

（表３），（表４）にて分るように、水素ガス切断の過剰熱量が８９８ＫＪであるのに対して、プロパンガス切断では１１２８ＫＪにもなる。

次に、作業環境へ影響のある熱の放出について検証すると、放出熱は、輻射熱など切断作業により周囲に直接影響を与える熱と考えることができる。一方、被切断部材へ移動した熱は、表面からの輻射，対流，伝達，蓄熱などにより周辺へ影響を及ぼすと考えられる。この熱は局所排気や局部的な冷却によって緩和できる。

そこで水素ガス切断とプロパンガス切断との輻射，対流，伝達，蓄熱との差異について検討したところ、（表５）に示すような結果が得られた。

（表５）に示すように、作業環境に直接影響を与える放出熱は、水素ガス切断の場合は、プロパンガス切断の５割程度となる。

周辺環境への熱影響をまとめると、（表６）に示すようになる。（表６）は作業ハウス内の作業エリアでの温度変化を実測した結果を示している。

水素ガス切断の場合の方が温度上昇が少ないことが顕著に現れる。

また、前記熱収支より考えられる周辺環境への熱影響は水素ガス切断の方がプロパンガス切断よりも少なく、その比率は、切断時、直接影響を与える熱影響が、水素ガス切断ではプロパンガス切断の４９％となり、また被切断材からの熱影響が、水素ガス切断ではプロパンガス切断の７０％となる。

作業エリアでの温度変化と熱収支との効果を考慮すると、（切断時、直接影響を与える熱０．４９）×（被切断材からの熱０．７）＝０．３４であり、また、作業ハウス内の温度上昇は、７／２０．４＝０．３４となり、水素ガス切断の方が効果があることが分かる。

前記以外の周辺環境への影響に関しては、水素ガス切断では、（表７）に示すように、予熱炎からの炭酸ガスの発生がなく、粉塵（ヒューム）発生量も約半分となる。このため、作業ハウスにおける排気処理の負荷が低減する。

作業効率などへの影響などについては、水素ガス切断の方が切断速度を早くすることが可能であり、（表８）に示すように、切断作業時間の効率化が図れ、また水素ガス切断では、可燃ガスボンベ置場が減少させることができ、酸素使用量の削減も可能となる。

なお、前記切断試験は、換気のない条件で行ったものであるので、換気および切断部位への局所排気を行えば、温度上昇をさらに抑制することができるため、水素ガス切断では、長時間の使用においても作業環境温度を低減化することが可能である。

図７は本発明に係る切断方法の実施形態２を説明するための原子炉切断作業の説明図であり、６０は原子炉の炉心槽、６１は図２〜図５に示す火炎トーチ１６などの水素ガス切断用の装置を備えた走行体、６２は、走行体６１の走行ガイドを行うため、炉心槽６０の外周壁に合わせて周囲に設置された走行路であって、走行路６２は、走行体６１と共に炉心槽６０の外壁を上下移動するように、本例ではプーリと駆動ベルトなどからなる走行路移動駆動機構６３が設置されている。

さらに、６４は、炉心槽６０，走行体６１，走行路移動駆動機構６３の外周を覆う作業ハウスであって、外部から遮断された密閉空間を形成している。また、走行体６１，走行路移動駆動機構６３は作業ハウス６４から遠隔操作可能な構成になっている。

図８は実施形態２における走行体の関連構造を示す構成図であり、走行路６２には、走行体６１の移動をガイドするためのレール６５が設けられており、走行体６１の上部にメインコントロール装置６６が搭載されている。また走行体６１の上方には、外部コントローラ６７との信号線、あるいは電気供給源（電源）６８などを供給するためのコード，ホース６９などを架設するためのホース類吊り下げフレーム部７０が設置されている。

図９は実施形態２における前記メインコントロール装置を構成を示すブロック図であり、７１は、実施形態１の水素／酸素電気分解部１７と同様の構成であって、水から水素ガスおよび酸素ガスを電気分解により分離して発生させる水電解型水素酸素分離発生装置、７２は酸素ガスと窒素ガスとを発生（酸素ガスのみでもよい）させる酸素発生装置、７３は、前記水素ガスと酸素ガスとを、予熱用あるいは切断用に分岐して適所に分岐して供給する弁（図示せず）の開閉駆動を行う弁駆動部、７４は、水素ガス，酸素ガス、あるいは電力使用量などを計測する計測センサ、７５は走行体６１の走行を駆動制御する走行体駆動部、７６は前記各部をコントロールするＣＰＵ（中央演算処理ユニット）などからなる制御部である。

前記構成の実施形態２において、走行体６１は、走行体駆動部７５によるコントロールを受けながら、被切断部材である鋼材などからなる炉心槽６０を実施形態１にて説明したと同様に水素ガス切断する。走行体６１は、炉心槽６０の周囲を走行路６２のレール６５にガイドされながら移動し、切断部位周部に対する切断が終了した後、走行路移動駆動機構６３によって、炉心槽６０における次の切断部位周部へ走行路６２と走行体６１とが共に上下動させられる。

水素ガス切断時、水電解型水素酸素分離発生装置７１と酸素発生装置７２とが始動し、弁駆動部７３により、火炎トーチ１６に対して水素ガス（必要に応じてプロパンガスを加える）が被切断部位の予熱を行う予熱炎を生成するために供給されると共に、切断用の酸素ガスが供給される。

そして図４にて説明したように、水素ガス切断により、炉心槽６０の各部位を順次、輪切り状にかつブロック状に大まかな切断が行われる。この切断された部材は、さらに図１に示す作業ハウス１などに搬送されて、処理のために適当な大きさに切断されることになる。

実施形態２の各部の制御は、外部コントローラ６７、およびメインコントロール装置６６の制御部７６における各部との信号の授受によって行われる。

実施形態２においても、水素ガス切断法を使用し、密閉された作業ハウス６４内にて、放射能物質を有する切断対象部材である炉心槽６０を切断するため、放射能物質のハウス内外における飛散防止効果が大であって、作業ハウス６４内での炉心槽６０の切断作業を安全に行うことができるため、従来の他の熱切断法に比して格段と作業者の汚染暴露および汚染拡大リスクを低減させることができる。

また、実施形態２においては、作業ハウス６４内での水素ガス切断には、作業者が作業ハウス６４内に、常時、入る必要をなくし、火炎トーチ１６などの水素ガス切断用の装置を備えた走行体６１を駆動して、自動的に被切断部材である炉心槽６０の切断を行うことができるため、作業者の作業上の安全性は格段と向上する。

ところで、我が国の労働安全衛生規則の中で具体的な温度規制が行われているのは、坑内労働の３７℃だけであって、製造現場における具体的な温度規制の限度数値は一切存在しない。ただし、作業環境に関する指針として、ＪＩＳ Ｚ ８５０４指数に基づく作業者の熱ストレスの評価−暑熱環境が存在する。

しかし、米国にはＡＣＧＩＨ（米国産業衛生専門家会議）に作業温度環境に関する基準が存在する。この基準において、作業強度，作業時間別の許容基準濃度（ＷＢＧＴ）が示され、さらに、この許容基準の特徴として被服の温度補正計数が例示されている。

温度環境の許容基準は、ほとんど全ての作業者が、その条件に繰り返し暴露されながら働いても、健康上差し支えないと考えられる高温ストレスの限界を示すものであり、高温環境に順応し、通常の作業服を着て、かつ水と塩を適度に補充しているほとんど全ての作業者の深部体温（直腸温）が、３８℃を超えることがなく作業することができる条件を示すものである。

そこで、本実施形態による水素切断による密閉作業ハウスでの実証結果を前記指針および基準と比較検討すると、本実施形態による顕著な効果が理解される。

（表９）は検討対象とするＷＢＧＴ基準値の一覧であり、図１０は本実施形態の試験実績とＷＢＧＴ基準値との関係を示す図、図１１は本実施形態の試験実績と不快指数との関係を示す図である。

上述したように、本実施形態のような作業ハウス内において、水素ガス切断の場合、初期が２１．５℃であったものが２８．５℃に上昇したのに対して、プロパンガス切断の場合には、初期が２１．５℃であったものが４１．９℃にまで上昇した。

このことを図１０，図１１を参照して検討する。図１０において、本実施形態の水素ガス切断の場合には、ＪＩＳの指針を満足し、また米国の基準も低い湿度の環境ではほぼ満足するが、プロパンガス切断では坑内労働基準も満足しない。

また、図１１において、水素ガス切断の場合、その作業環境は快適にまでにはならないが、プロパンガス切断の作業環境では全員が不快を感じる状況より格段と改善されることが分る。

なお、前記実施形態において使用される水素ガスは、爆発範囲が広いことから、隔離密閉管理した作業ハウス内での使用時には火災爆発の対応が必要になるが、本実施形態の水素ガス供給では、水の電気分解により水素ガスと酸素ガスとを独立して取り出す構成の水素／酸素電気分解装置を使用しているため、水素ガス供給系（配管）における水素ガス量は少なく、その圧力を正圧に維持すれば爆発の発生を防止することができる。

また、酸素水素ガスを水の電気分解により取り出す方法において、可燃性ガスの混合により爆発範囲を外すようにすることも提案されているが、水素ガスよりも発熱量の大きい可燃性ガスを混合するため、本実施形態のような温度低減効果を望むことができない。

また、本実施形態における水素ガス切断では、切断面の再溶着がなくなり、ヒューム発生量が約１／２に減少する。さらに、ノロの発生量も少なく、簡単に剥離できることが検証されている。このため、遠隔操作，自動化への信頼性を高めることができ、また作業環境温度も下がるため、自動化に必要な監視／制御装置への熱負荷も軽減することができ、システム全体の信頼性が向上し、実施形態２のような自動化を実施しやすくなる。

なお、水素ガスの供給源および供給方法は、水の電気分解あるいは水素ガスボンベを用いる構成以外の他の手段であってもよく、本実施形態で説明した前記構成のものが優れているが、この構成に限定されるものではない。

本発明は、人体に有害な物質、放射性物質，残留性有機汚染物質（例えばダイオキシン，ＰＣＢなど），発がんなどの重大な疾病を発生させる物質（例えばアスベスト）が付着あるいは含有している部材を切断するため、周辺から密閉状態にて隔離された特殊ハウスなどの密閉作業空間内において、良好な作業環境状況で切断を行うことを可能にするガス切断として有効である。

本発明に係る切断方法の実施形態１を説明するための作業現場の概略構成を示す平面図 実施形態１の作業現場の図１におけるＡ−Ａ断面図 実施形態１における水素／酸素電気分解装置の一例として水電解式水素酸素分離発生装置の概略構成図 実施形態１おけるガス流出量制御装置の構成を示すブロック図 実施形態１における火炎トーチの火口部と切断状態を説明するための断面図 実施形態１における水素ガス濃度と燃焼速度との関係を示す図 本発明に係る切断方法の実施形態２を説明するための原子炉切断作業の説明図 実施形態２における走行体の関連構造を示す構成図 実施形態２におけるメインコントロール装置を構成を示すブロック図 本実施形態の試験実績とＷＢＧＴ基準値との関係を示す図 本実施形態の試験実績と不快指数との関係を示す図 従来のガス切断法の作業現場の概略構成を示す平面図 図１２の従来例におけるＢ−Ｂ断面図

符号の説明

１ 作業ハウス
２ 切断作業台
４ 被切断部材
１４ 酸素・可燃ガス置場
１６ 火炎トーチ
１７ 水素／酸素電気分解装置
２１ 水素ガス分離タンク
２２ 酸素ガス分離タンク
２５ 水補充用タンク
３７ プロパンガス貯蔵タンク
４２ 制御部
４３ 混合／供給部
４４ 操作入力部
５０ 予熱ガス通路
５１ 酸素ガス通路
５２ 予熱炎
５３ 切断酸素気流
６０ 原子炉の炉心槽
６１ 走行体
６２ 走行路
６３ 走行路移動駆動機構
６４ 作業ハウス
６６ メインコントロール装置
７１ 水電解型水素酸素分離発生装置
７２ 酸素発生装置
７３ 弁駆動部
７５ 走行体駆動部
７６ 制御部

Claims (5)

1. 有害物質が付着あるいは含有している部材を切断するため、外部に対して有害物質が飛散しないように密閉空間内で前記部材を所定の大きさに切断する切断方法であって、
   前記密閉空間内に切断対象部材を設置すると共に、前記密閉空間内に前記切断対象部材の厚さに対応して選択したガス噴出口径の火炎トーチを切断部位に対向設置し、前記火炎トーチの一部から水素ガスおよび支燃酸素ガスを噴出して着火し、前記切断部位を生成炎にて予熱すると共に、前記火炎トーチの他部から酸素ガスを噴出して切断酸素気流を生成させ、該切断酸素気流による切断燃焼にて前記切断部位を切断することを特徴とする有害物質を扱う密閉作業空間における切断方法。
2. 前記火炎トーチのガス噴出口径として、前記切断の対象部材における最大肉厚に対する切断に要するガス燃焼熱量が得られるガス量を噴出するガス噴出口径を選択することを特徴とする請求項１記載の有害物質を扱う密閉作業空間における切断方法。
3. 前記切断の対象部材における肉厚，材質などの仕様に応じて、前記火炎トーチの移動速度を調整して、前記対象部材におけるガス切断状態を均一化することを特徴とする請求項１または２記載の有害物質を扱う密閉作業空間における切断方法。
4. 前記水素ガスに炭素含有ガスを混入させることを特徴とする請求項１記載の有害物質を扱う密閉作業空間における切断方法。
5. 前記水素ガスに対する前記炭素含有ガスの混合割合を５０％以下としたことを特徴とする請求項４記載の有害物質を扱う密閉作業空間における切断方法。

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