JP6543036B2 - 防爆構造 - Google Patents

Description

本発明は、防爆構造に関する。

研究用の実験施設の中には、水素ガス等の爆発性ガスを取り扱う施設が存在する。これらの施設は、実験施設としての機能を確保した上で、万一、爆発事故が生じても被害を最小限に留める構造が求められている。
爆発性ガスを取り扱う実験施設の構造に関する技術には、例えば特許文献１がある。

特許文献１は、実験施設を構築する外壁の一部に、第１圧力で開放される圧力放散口を設け、圧力放散口を取り囲むように間仕切壁を設け、爆発性ガスの爆発空間を構築する構成である。ここに、間仕切壁は、第２圧力で破壊される区画板を、厚さ方向に隙間をあけて複数枚積層した構成とされ、外壁は、爆発性ガスの爆発時に作用する最大圧力値に耐えうる耐力を有し、第１圧力は最大圧力値より小さく、第２圧力は第１圧力より小さくされている。
これにより、爆発性ガスが爆発したとき、先ず、区画板が破壊されて爆発時の衝撃を吸収し、次いで、扉で閉じられた圧力放散口が開放され、実験施設の安全性が確保される。

特開２００４−５２２６８号公報

しかし、特許文献１は、実験施設を構築する外壁の一部に圧力放散口を設け、爆発時の圧力を、圧力放散口から横方向に開放する構成であり、実験施設に隣接して建築物等がある場合には適用できない。

本発明は、上記事実に鑑み、実験施設に隣接して建築物等があっても適用できる、防爆構造を提供することを目的とする。

第１態様に記載の発明に係る防爆構造は、地盤の上に構築され、爆風に耐える剛性を備える壁体で囲まれ、爆発時に上部が外部に直接開放される開口部とされた防爆室と、前記開口部を覆い、前記壁体より剛性が小さい屋根部材と、前記防爆室の内部に収納された設備と前記防爆室の出入口との間に設けられた遮蔽部材と、を有することを特徴としている。

第１態様に記載の発明によれば、防爆室は、地盤の上に構築され、爆風に耐える剛性を備える壁体で囲まれ、壁体より剛性が小さい屋根部材により、爆発時に外部に直接開放される上部の開口部が覆われているので、設備が爆発したとき、爆発に伴う爆風は、屋根部材を破壊して上方へ抜け、防爆室内部の圧力を低下させる。
また、防爆室の内部に収納された設備と防爆室の出入口との間に、遮蔽部材が設けられているので、設備の爆発時に、防爆室の出入口を塞ぐ扉に加わる爆発時の衝撃圧力が軽減される。
ここで設備とは、爆発や爆燃する可能性がある内容物（可燃性ガス、水素等）を内在するタンク、配管、バルブ及び容器並びにこれらを２つ以上組み合わせたものをいう。また、設備の爆発とは、設備が内容物を内在させた状態で爆発する場合、内容物が設備から漏れた状態で爆発する場合の両者を含む。
このように、設備の爆発時には、先ず屋根部材を破壊させて、上方へ防爆室内部の圧力を開放することで、防爆室の内部圧力を早急に低下させることができる。この結果、壁体に隣接して建築物等を設けることができる。
また、設備と防爆室の出入口との間に設けられた遮蔽部材により、出入口を塞ぐ扉が覆われているので、扉に加わる爆発時の衝撃圧力が軽減される。この結果、扉の剛性（防爆グレード）を下げることができる。

第２態様に記載の発明は、第１態様に記載の防爆構造において、前記防爆室には、前記壁体との間に空間が形成され、前記設備を収納する収納室が設けられ、前記収納室は、前記防爆室の床面に固定された軸材と、前記軸材に取付けられて前記設備の収納空間を形成し、前記壁体より剛性が小さい壁材と、を有し、前記遮蔽部材は、前記収納室の出入口を開閉する扉であることを特徴としている。

第２態様に記載の発明によれば、防爆室の中に収納された設備が、壁体より剛性が小さくされた壁材で取り囲まれている。このとき、壁材は、防爆室の床面に固定された軸材に取付けられ、壁体との間には空間が形成されている。
本構成とすることにより、設備が爆発した場合、爆風は四方八方へ伝播するが、収納室に作用する最大圧力値に達する前に、壁体より剛性が小さくされた収納室の壁材が、壁体の方へ押し曲げられて変形される。また、壁体より剛性が小さくされた屋根部材が破壊され、爆風を上方へ逃がす。これにより、防爆室内部の圧力が低下する。
壁材がある場合と、壁材がなく、爆風が防爆室の壁体へ直接当る場合とを比較すると、壁材がある場合には、壁体が受ける衝撃力を小さくできる。この結果、壁体の壁厚を小さくでき、防爆室の建設コストを低減できる。

また、収納室の出入口を開閉する扉により、防爆室の出入口を塞ぐ扉が遮蔽されているので、設備が爆発した場合、出入口を塞ぐ扉に加わる爆発時の衝撃圧力が軽減される。この結果、扉の剛性を下げることができる。
なお、収納室の上部は、天井材を設けず開口されたままでも良いし、壁材より剛性が小さい天井材で、開口部を覆ってもよい。

第３態様に記載の発明は、第２態様に記載の防爆構造において、前記壁材は、前記防爆室の出入口から搬入可能な大きさに分割されていることを特徴としている。

第３態様に記載の発明によれば、壁材が、防爆壁の出入口から搬入可能な大きさに形成されているので、壁材を容易に取り替えることができる。また、壁材は、爆発時に先に変形、破損するよう、壁体より剛性が低く設計されているので、爆発後は、壁材を取り替えるだけで容易に収納室を復旧させることができる。

本発明は、上記構成としてあるので、実験施設に隣接して建築物等があっても適用できる、防爆構造を提供することができる。

（Ａ）は本発明の第１実施形態に係る防爆構造の基本構成を示す鉛直断面図であり、（Ｂ）は、その水平断面図である。 本発明の第１実施形態に係る壁材の構成例を示す斜視図である。 （Ａ）は本発明の第１実施形態に係る防爆構造の爆発時の状態を示す鉛直断面図であり、（Ｂ）は、その水平断面図である。 （Ａ）は本発明の第２実施形態に係る防爆構造の基本構成を示す鉛直断面図であり、（Ｂ）は、その水平断面図である。 （Ａ）は本発明の第２実施形態に係る防爆構造の爆発時の状態を示す鉛直断面図であり、（Ｂ）は、その水平断面図である。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係る防爆構造について、図１（Ａ）〜図３（Ｂ）を用いて説明する。ここに、図１（Ａ）は、第１実施形態に係る防爆構造の基本構成を示す鉛直断面図（（Ｂ）のＹ１−Ｙ１線断面図）であり、（Ｂ）は、そのＺ１−Ｚ１線断面図である。図２は壁材の構成例を示す斜視図である。図３（Ａ）は、第１実施形態に係る防爆構造の爆発時の状態を示す鉛直断面図（（Ｂ）のＹ１−Ｙ１線断面図）であり、（Ｂ）は、そのＺ１−Ｚ１線断面図である。

図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、防爆構造は、地盤３８の上に構築され、鉄筋コンクリート造の壁体１２で、四周が囲まれた防爆室１０を有している。
防爆室１０の床面２６は、鉄筋コンクリート造とされ、壁体１２の上部には、鉄筋コンクリート造のスラブは設けられてなく、開口部１４とされている。
防爆室１０の内部は、水素ガス等の爆発性ガスを用いた実験空間とされている。

壁体１２は矩形状に構築され、壁体１２の一部には出入口３４が開口されている。
壁体１２は、防爆室１０の内部で、実験用の爆発性ガスが爆発しても、防爆室１０の外部に被害を及ぼさないよう、爆風に耐える十分な剛性を備えた壁厚（例えば５００ｍｍ程度）で構築されている。

出入口３４には、出入口３４を開閉する扉（防爆扉）１８が設けられている。扉１８は、出入口３４より大きい寸法で形成され、室内側に矢印Ｓ１の方向にスライド可能に取付けられている。扉１８も、出入口３４を閉じた状態で、実験用の爆発性ガスが爆発しても、防爆室１０の外部に被害を及ぼさないよう、爆風に耐える十分な剛性を備えた扉厚で構築されている。

防爆室１０の上部の開口部１４には、鉄板製の屋根材（屋根部材）１６が設けられ、屋根材１６で開口部１４が覆われている。屋根材１６は、壁体１２より剛性が小さくされ、防爆室１０の内部で実験用の爆発性ガスが爆発した場合の、圧力解放部とされている。
なお、屋根材１６の上に、屋根材１６等が周囲に飛散しないよう、飛散防止用の枠材等を設けてもよい。

防爆室１０の内部には、収納室２０が構築され、収納室２０の内部が、実験用の設備を設置する、設備設置スペース２４とされている。
ここで設備とは、爆発や爆燃する可能性がある内容物（可燃性ガス、水素等）を内在するタンク、配管、バルブ及び容器並びにこれらを２つ以上組み合わせたものをいう。また、設備の爆発とは、設備が内容物を内在させた状態で爆発する場合、内容物が設備から漏れた状態で爆発する場合のいずれも含んでいる。
設備設置スペース２４は、二点鎖線で例示する領域である。実験の目的に応じて、位置、大きさ、形状等が異なるため、具体的形状は図示していない。

収納室２０は、防爆室１０の床面２６に下端部が固定された、複数の柱（軸材）２８を有している。柱２８は、少なくとも収納室２０の四隅に設けられ、柱２８と柱２８の間には、複数の梁２９が渡されている。梁２９は、柱２８の上端部、中央部及び下端部に設けられ、柱梁フレームを構築している。
なお、柱梁フレームは、図１（Ａ）、（Ｂ）に記載された構成に限定されることはなく、例えば、柱２８の上端部を屋根材１６と接合させ、上端部の梁２９を省略した構成でも良いし、中央部の梁２９を省略した構成等でも良い。

柱２８及び梁２９には、壁パネル（壁材）３０が取付けられている。壁パネル３０は、例えば、壁体１２より剛性が小さい鋼板等で形成され、設備設置スペース２４の周囲を、隙間なく囲んでいる。
壁パネル３０は、柱梁フレームの外側に、壁体１２と対面して取付けられている。壁パネル３０と、壁体１２の内周面との最短距離はＬ１とされている。ここに、距離Ｌ１は、爆発性ガスが爆発して、壁パネル３０が外側に膨らんでも、壁体１２に直接接触しない寸法とされている。

図２に例示するように、壁パネル３０は、複数のパネル部材４８を、隙間なく平板状に連結して形成されている。パネル部材４８は、出入口３４から搬入、搬出可能な大きさに形成されている。また、パネル部材４８は、所定の圧力で変形を開始するよう剛性が調整されている。また、パネル部材４８は、組立てや取り外しが容易となるように、外周部にフランジ３１が設けられている。
パネル部材４８の柱２８及び梁２９への取り付けや、隣接するパネル部材４８同士の接合は、取り外しが可能なようにボルト４６を用いて行われる。

また、壁パネル３０には、設備配管用のダクト３６を貫通する、図示しない貫通孔が設けられている。さらに、壁体１２にも、ダクト３６を防爆室１０の外へ引出す、図示しない引出口が形成されている。貫通孔と引出口は、直線上に配置されていないため、引出口から防爆室１０の外へ、爆発性ガスが漏れにくくなっている。

収納室２０には、出入口３５が設けられ、出入口３５の内側には、出入口３５を開閉する扉（遮蔽扉）３２が取り付けられている。扉３２は、矢印Ｓ２の方向へ移動可能とされている。なお、扉３２は、出入口３５を閉じた状態において、設備設置スペース２４と、防爆室１０の出入口３４を結ぶ直線状に配置されている。

次に、爆発性ガスが、収納室２０の内部で爆発した場合の挙動について説明する。
図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、爆発時の爆風ＥＰは、四方八方へ伝播する。爆風ＥＰが収納室２０に作用する最大圧力値に達する前に、変形可能に構築された収納室２０の壁パネル３０が、壁体１２の方へ押し曲げられて変形させられる。更に、屋根材１６が破壊され、爆風ＥＰを上方へ逃がす。

このように、壁パネル３０を変形させ、屋根材１６を破壊させて開口部１４を開放することで、爆発時のエネルギーが低減される。
なお、壁パネル３０を変形と屋根材１６の破壊は、時間的にほぼ同時に発生させても良いし、壁パネル３０を先に変形させ、その後、屋根材１６を破壊させても良い。

上述したように、防爆室１０は、周囲が壁体１２で囲まれ、壁体１２で囲まれた上部の開口部１４は、屋根材１６で覆われているので、防爆室１０の内部で爆発性ガスが爆発しても、爆発に伴う爆風は、壁体１２より剛性が小さい屋根材１６を破損させ、上方へ抜けて防爆室１０の圧力を低下させる。
このように、設備の爆発時には、先ず、屋根材１６を破壊させて、上方へ防爆室０１の圧力を開放することで、早期に防爆室１０の内部圧力を低下させることができる。この結果、壁体１２に建物が隣接していても、建物に与える影響を抑制することができる。

また、防爆室１０の中に構築された収納室２０には壁パネル３０が設けられ、壁パネル３０が、収納室２０に設けられた設備設置スペース２４を取り囲んでいるので、爆発性ガスの爆発時には、爆風ＥＰが壁体１２を損傷させる前に壁パネル３０が変形する。この結果、爆発時のエネルギーが吸収され、壁体１２に加わる衝撃力が軽減されるので、壁体１２の壁厚を減らし、防爆室１０の建設コストを低減できる。

また、設備設置スペース２４と、出入口３４との間に設けられた扉３２により、防爆室１０の出入口３４を塞ぐ扉１８が覆われるので、扉１８に加わる衝撃力が軽減され、扉１８の剛性を下げることができる。即ち、扉１８の防爆グレードを下げることができる。

また、壁パネル３０は、交換を前提に、壁体１２より剛性が小さい材質で、防爆室１０の出入口３４から搬入、搬出が可能な寸法、形状に形成されている。更に、収納室の柱２８や梁２９に、取り外し可能にボルト接合されているので、爆発が発生して損傷しても、早期に復旧できる。

なお、扉３２は、設備設置スペース２４と防爆室１０の出入口３４を結ぶ直線状に配置された構成で説明した。しかし、これに限定されることはなく、扉３２は、設備設置スペース２４と防爆室１０の出入口３４を結ぶ直線状に配置されていなくてもよい。この場合には、防爆室１０の出入口３４を塞ぐ扉１８は、壁パネル３０で遮蔽されているため、扉１８に加わる衝撃力が軽減される。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態に係る防爆構造について、図４（Ａ）〜図５（Ｂ）を用いて説明する。第２実施形態に係る防爆構造は、防爆室４０の内部に収納室が形成されていない点において、第１実施形態に係る防爆構造と相違する。相違点を中心に説明する。
ここに、図４（Ａ）は、第２実施形態に係る防爆構造の基本構成を示す鉛直断面図（（Ｂ）のＹ１−Ｙ１線断面図）であり、（Ｂ）は、そのＺ１−Ｚ１線断面図である。図５（Ａ）は、第２実施形態に係る防爆構造の爆発時の状態を示す鉛直断面図（（Ｂ）のＹ１−Ｙ１線断面図）であり、（Ｂ）はそのＺ１−Ｚ１線断面図である。

図４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、第２実施形態に係る防爆構造は、地盤３８の上に構築され、鉄筋コンクリート造の壁体１２で、四周が囲まれた防爆室４０を有している。防爆室４０の躯体構造は、第１実施形態に係る防爆室１０と同じであり、重複する説明は省略する。

防爆室４０の内部は、ほぼ全空間が設備設置スペース（二点鎖線で例示する範囲）２４とされている。設備設置スペース２４と、防爆室の出入口３４との間には、遮蔽壁（遮蔽部材）４２が設けられている。
遮蔽壁４２は、実験用の爆発性ガスが爆発した場合に、爆風ＥＰを受けて破壊されない剛性を備え、扉１８より一回り大きい寸法で形成されている。遮蔽壁４２で爆風ＥＰを遮ることで、爆風ＥＰから扉１８を保護する。

遮蔽壁４２の下には、２本のレール４４が設けられている。レール４４は、出入口３４に取付けられた扉１８と交差する方向に設けられ、防爆室４０の床面２６に固定されている。これにより、遮蔽壁４２は、矢印Ｓ３の方向に、レール４４の上をスライド可能とされている。

遮蔽壁４２は、実験の準備段階では、出入口３４から最も遠い、防爆室４０の中央部近くまで移動され、出入口１８の前に、実験機器類の搬入空間を確保する。一方、実験時には、扉１８に最も近い位置まで移動される。この位置において、遮蔽壁４２は、設備設置スペース２４と出入口３４を結ぶ直線状に配置され、扉１８を、爆風ＥＰから遮蔽する。

図５（Ａ）、（Ｂ）に示すように、爆発性ガスが、防爆室４０の内部で爆発した場合、爆発に伴う爆風ＥＰは、壁体１２より剛性が小さい屋根材１６を破損させ、上方の開口部１４から上方へ抜けて、防爆室４０の圧力を低下させる。
この結果、早期に防爆室４０の内部圧力を低下させることができる。また、防爆室４０の圧力を上方へ開放するので、壁体１２と隣接する建物に与える影響を抑制できる。

また、設備と出入口３４との間に設けられた遮蔽壁４２により、防爆室４０の出入口３４を塞ぐ扉１８が覆われているので、扉１８に加わる衝撃力が軽減される。この結果、扉１８の剛性を下げることができる。即ち、扉１８の防爆グレードを下げることができる。

なお、本実施形態では、扉１８を遮蔽壁４２で覆う構成を説明したが、これに限定されることはなく、例えば、扉１８をなくし、レール４４を扉１８の位置まで延長し、遮蔽壁４２が扉１８を兼ねる構成としても良い。この結果、建設コストを下げることができる。
他の構成は、第１実施形態と同じであり説明は省略する。

１０、４０ 防爆室
１２ 壁体
１４ 開口部
１６ 屋根材（屋根部材）
１８ 扉（防爆室）
２０ 収納室
２２ 空間
２４ 設備設置スペース（設備）
２６ 床面
２８ 柱（軸材）
２９ 梁
３０ 壁パネル（壁材）
３２ 扉（遮蔽部材、収納室）
３４ 出入口（防爆室）
３５ 出入口（収納室）
４２ 遮蔽壁（遮蔽部材）

Claims (3)

1. 地盤の上に構築され、爆風に耐える剛性を備える壁体で囲まれ、爆発時に上部が外部に直接開放される開口部とされた防爆室と、
   前記開口部を覆い、前記壁体より剛性が小さい屋根部材と、
   前記防爆室の内部に収納された設備と前記防爆室の出入口との間に設けられた遮蔽部材と、
   を有する防爆構造。
2. 前記防爆室には、前記壁体との間に空間が形成され、前記設備を収納する収納室が設けられ、
   前記収納室は、前記防爆室の床面に固定された軸材と、前記軸材に取付けられて前記設備の収納空間を形成し、前記壁体より剛性が小さい壁材と、を有し、
   前記遮蔽部材は、前記収納室の出入口を開閉する扉である
   請求項１に記載の防爆構造。
3. 前記壁材は、前記防爆室の出入口から搬入可能な大きさに分割されている請求項２に記載の防爆構造。