JP7423767B2 - 原子力発電所爆発安全性向上の方法 - Google Patents

Description

本発明は、原子力発電所および大規模な化学工場を含む産業施設に対する爆発的負荷の影響を低減する方法に関するものです。

発泡体または多孔質材料を使用して、追加の消滅メカニズムが必要とされていない衝撃波を減衰させるための方法と装置が既知しております。[1. Kudinov V. M.、Palamarchuk B.I.、Gelfand B.E.、Gubin S.A. 泡の爆発物の爆発中の衝撃波のパラメータ//「ソ連科学アカデミーの報告」. 第228巻、1974年、4. - 555~558頁。 2. Gelfand B.E.、Gubanov A.V.、Timofeev E.I. 衝撃空気波と多孔質スクリーンとの相互作用//「ソ連科学アカデミー便り、MZHG (液体と気体の力学)」、1983年、4. - 79~84頁。]。

ただし、このような装置は、消耗品の効率が低く、消費量が多いという特徴があり、実際の使用が大幅に制限されます。衝撃波の強度を低減するために、不燃性液体で満たされた連続気泡構造の多孔質材料（発泡ゴムなど）で作られたスクリーンも使用されます [RU 2150669、F 42 B 33/00、F 42 D 5 / 04、1999年3月15日。]。ただし、多孔質スクリーンに液体が存在すると湿度が上昇し、それに応じて腐食が発生し、保護された施設の壁や天井にかかる重量負荷が増加するため、産業施設でこのアプローチを使用することは効果的ではありません

目的、そして一連の本質的な特徴の点で、請求される発明に最も近いものは、爆風を減衰させるように設計された、不燃性液体で満たされた弾性シェルの形で保護表面の前に障害物を配置することを含む、プロトタイプとして採用されている爆発安全性向上の方法です [EN 2125232、F 42 B 39/00、F 42 B 33 / 00、09/23/1997。]。

プロトタイプと類似物の欠点は、保護された施設の壁と床に一定の静的負荷がかかることです。請求されている発明の課題は、原子力発電所爆発安全性向上の方法です。本発明の技術的結果は、保護された施設の壁と天井に対する可燃性空気混合物の緊急爆発中に発生する爆風の影響を低減することです。

前記の技術的結果を達成するため、保護された表面の前で燃焼をサポートしない物質で満たされた弾性シェルの形で障害物を配置することを考えられた、保護された表面への燃焼波または衝撃波の影響を減らすことによって爆発の安全性を高める既知の方法では、シェルを満たす物質として不燃性ガスを使用することが提案されており、シェル自体は、時間の経過とともに、燃焼波または衝撃波の前面のシェルの表面に沿った動きの作用の下で崩壊する材料でできることになり、シェルは、検出直後に不燃性ガスで満たされる保護対象物の前の空間に危険な濃度の可燃性ガスを放出します。 弾性シェルを埋めるために、ヘリウムは不燃性物質として使用されます。 弾性シェルは、少なくとも2層で保護されるように、表面の前に配置されます。 弾性シェルの後続の各層は、前の層の窪みに配置されます。 弾性シェルを充填するために、燃焼をサポートしない物質として、ヘリウム含有量が少なくとも50体積％の空気とヘリウムの混合物が使用されます。 ヘリウムで満たされた殻の前に、空気で満たされた各殻があります。 保護された表面の法線に沿って不燃性物質で満たされた弾性シェルの総厚は、化学量論的組成の混合物の自由空間で2つの臨界爆轟直径を超えます。主張された特徴の組み合わせは、保護された部屋を制限する空間的に拡張された平坦、そして曲面に対する爆風の高爆発性、そして熱的影響を低減するための方法の高効率を達成することを可能にします。保護された表面への爆発的な影響を低減するための既知の方法の中で、主張された特徴に対応する本質的な特徴の組み合わせは見出されておりません。

提案された方法の可能な実施形態の一つを示す図である。 衝撃波減衰の有効性が実験的にテストされた爆発チャンバーの概略図である。

保護された表面への爆風の影響を減らすために提案された方法は、図1と図2に示されています。 図1は、提案された方法の可能な実施形態の一つを示し、図2は、衝撃波減衰の有効性が実験的にテストされた爆発チャンバーの概略図を示しています。

図1によると、保護された部屋1に於いては、爆発性ガスの濃度を決定するためのセンサー２、必要に応じて、ガス供給機構４を作動させるコントローラ３、圧縮ガスを貯蔵するためのシリンダー5; ガス供給分配システム6; 弾性シェル7とコンプレッサー8などが配置されています。

爆発物からのNPP構内の表面の保護は、次のように実行されます。 センサー２からコントローラー３まで、原子力発電所の保護された部屋における水素などの可燃性ガスの濃度に関する信号を継続的に受信します。 コントローラ３が許容できない濃度の可燃性ガスを検知すると（緊急の場合）、コントローラ３は、ガス供給機構４に、およびタンク５から分配システム６を介してコマンドを発信するようになり、弾性シェル７は、不燃性ガス、例えば、ヘリウムで満たされるようになります（図1では、2層のシェルが不燃性ガスで満たされています）。 部屋1の可燃性ガスの濃度を安全なレベルまで下げることができる場合（たとえば、図には示されていない、換気システムと可燃性ガスの化学酸化システムの操作の結果として）、ガス適切な圧縮機を使用してシェル７からタンク５にポンプで戻して、その後の使用に使用することができます。 したがって、不燃性（不活性）ガスを含む弾性シェルを使用して爆発物から建物を保護するためのシステムは、元の動作状態に戻すことができます。 部屋1で爆発性燃焼が発生すると、弾性シェル7に接近する燃焼波（または衝撃波）がそれらを破壊し、不燃性（不活性）ガス媒体内でその動きを続けることにより、壁、特に部屋1のドームへの力の影響が減少します。

衝撃波減衰の有効性は、スキームを図2に示す直径12メートルの球形爆発チャンバー9内の水素・空気の混合物の局所体積の爆発に関する大規模な実験でテストされました。 事前に混合された可燃性混合物を、最大40立方メートルの体積のラテックスシェル10（プローブバルーン）に充填しました。 燃焼または爆発の開始は、凝縮された爆薬11の装薬の助けを借りて中央で実行されました。 圧力センサー12D1-4 及びイオン化センサー12 I1-4は、シェルの内側と部分的に外側に配置されていました。

最も単純な場合は境界面で表される外部オブジェクトに関連して、壁の近くの領域にある球形のボリューム10は、NPPの内部空間での可燃性水素と空気の混合物の蓄積をモデル化します。 爆発荷重のパラメータを登録するために、図2の右側に示されているように、四つの圧力センサー13が爆発チャンバーの表面近くに配置されています。 圧力センサー13として、RSV113型センサーを使用しました。RSV113モデルセンサーは、0.52x0.65平方メートルの厚さ6 mmの鋼板に面一に取り付けられています（図には示されていません）。 センサー13のいくつかは、ヘリウムまたは空気で満たされ、ガス層の厚さが0.6ｍである弾性シェル７を備えているか、または同じ総ガス層の厚さが0.6ｍである２層の空気ヘリウムガスシステムで満たされている。層の厚さの比率は1：1です。 実験では、図2に示すように、センサー13によって検知された圧力を、ローカル保護シェル7がある場合とない場合の二つのオプションについて比較しました。

差圧比較表

上記の研究は、最も効果的な減圧がヘリウムで満たされた弾性シェルによって提供されることを示しています。爆風の伝播経路にある弾性シェルのガス層の指定された厚さ0.6mは、化学量論的水素・空気組成の混合物の自由空間における少なくとも2つの臨界爆轟直径です。

Claims (5)

1. 保護された表面（１）の前に燃焼をサポートしない物質で満たされた弾性シェル（７）の形で障害物を配置することから成り、不燃性ガスが、シェル（７）を充填する物質として使用され、シェル（７）自体が、時間の経過とともに、燃焼波または衝撃波の前面のシェル（７）の表面に沿った動きの作用の下で崩壊する材料でできていると同時に、シェル（７）への不燃性ガスの充填は、保護対象物の前の空間で危険な濃度の可燃性ガスが検出された直後に行われ、前記弾性シェル（７）は、前記保護された表面（１）の前に、少なくとも２層で配置され、各後続の層の前記弾性シェル（７）は、前の層の前記弾性シェル（７）に形成された窪みに配置されていることを特徴とする、保護面への燃焼波や衝撃波の影響を低減することにより、閉鎖空間での爆発安全性向上の方法。
2. 前記弾性シェル（７）を満たすための燃焼をサポートしない物質としてヘリウムが使用されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 燃焼をサポートしない物質として前記弾性シェル（７）を充填するために、少なくとも５０体積％のヘリウム含有量の空気とヘリウムの混合物が使用されことを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. ヘリウムで満たされた前記シェル（７）の前に、空気で満たされたシェルがあることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
5. 前記保護された表面（１）の法線に沿って不燃性物質で満たされた前記弾性シェル（７）の総厚が、化学量論的組成物の混合物の自由空間において２つの臨界爆轟直径を超えることを特徴とする請求項１に記載の方法。