JPH11218598A - 汚染の閉じ込め方法と装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エンクロ−ジャ内に発生する汚染を良好
に閉じ込める。 【解決手段】 流体を充填されたエンクロージャの上容
積部５又は下容積部４の少なくとも一方に発生する汚染
を閉じ込める方法であって、前記上容積部５の温度を、
前記下容積部４の温度よりも、二つの容積部間が、内部
で急温度勾配が維持される幅狭の乱流中間領域３によっ
て互いに確実に分離される温度だけ、高い温度に維持
し、この乱流中間領域３が水平面に於ける仮想仕切りと
して作用する仮想閉じ込めバリアを形成し、前記汚染を
熱成層化によって容積部内に閉じ込める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、汚染の閉
じ込めを行うための方法と装置に関する。さらに詳しく
は、本発明は、流体を充填したエンクロージャの上容積
部又は下容積部の一方以上に発生する汚染を閉じ込める
方法と、この方法に関連する装置とに関するものであ
り、この方法は工業用であって、熱成層化の自然現象に
基づく点に於いて独自のものである。この方法を実施す
ることによって、種々の用途、特に、高温汚染源がエン
クロージャの底部に存在し、かつ、このエンクロージャ
の上部をその汚染源から保護する必要のある最も厳しい
態様に於いて驚異的に効果的な閉じ込めが保障される。
本出願人は、本発明の方法と装置を、特に、ガラス化セ
ルの上部に配置されるホイスト装置を保護する観点か
ら、このホイスト装置を坩堝とカ焼炉とによって放出さ
れる汚染物質から保護するために、原子力産業に於ける
核分裂生産物をガラス化する態様用として開発したもの
である。しかしながら、次に詳述する本発明の前記方法
と装置とは、この態様に限定されるものではない。

【０００２】

【従来の技術】従来から、流体の成層化現象は周知であ
る。流体が液体の場合は、次のようになる。重力成層化
は、密度の異なる非混和性流体において一般的に観察さ
れる。これは、非常に安定したものであって、二つの相
を混合させるために高いエネルギを必要とする。混合が
無い場合には、単位体積当たり比較的小さな界面領域
が、一方の相から他方の相への、溶質、又は懸濁粒子、
の移動に対する有効なバリアを構成する。流体が気体の
場合は、次のようになる。二つの相が、密度が異なり、
その内部に於いて外気に依る乱流がほとんど無い大きな
容積のエンクロージャ内に存在する気体である場合にも
類似の現象が観察される。この場合、その成層化現象の
安定性は遙かに低く、界面は、液相間のそれほど明確に
は形成されない。むしろ、その界面は、ブラウン運動
と、一方の相の他方の相への平均濃度が垂直軸に沿って
急勾配に連続的に上昇変化する乱流拡散とに依る「混合
領域」によって取って代わられる。熱成層化について更
に詳述すると、同じ流体中に於いて、温度差によって密
度差が存在し、従って、その流体は二つの異なる相、即
ち、低温相と高温相、として振る舞う、ということが知
られている。これら二つの相は、もしもその体積が大き
い場合には、互いにあまり混和性が高くなく、したがっ
て、これらの相は、異なる組成の流体間に於けるものと
同様の成層化現象を示す。この自然現象によって下記が
説明できる。海流、温度逆転の気象現象と、その大気汚
染に対する影響、そして、山地の湖の水の温度プロファ
イル（その深さの関数としての）が、この現象に関連す
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の態様に於い
て、驚くべきことに、液体と気体との両方の水平面に於
いて真正のバリアを人工的に形成するべく、上述の熱成
層化現象をコントロールすることが可能であることが観
察された。当業者に於いては、このような制御が達成可
能である可能性はほとんど無いと考えられる、ことが容
易に理解されるであろう。事実、特に対流と乱流とに対
して非常に影響を受け易い気体雰囲気に於いてこれを達
成することが出来る可能性は低いと思われるであろう。
従って、従来、閉じ込めの工業方法を熱成層化の自然現
象に基づかせることに反対する非常に強い先入観が存在
した。現在及び本発明の開発中に於いて実施されてきた
公知の閉じ込め方法、特に、粒子を含む汚染大気から装
置を保護するための方法は、以下の４タイプに分類され
る。これらのタイプは、カバーを利用した密封保護、エ
ア・カーテンによる保護、層流下の保護、そして、熱伝
達に基づく保護である。本発明を理解することによっ
て、当業者は、この発明が上述の従来技術に対して様々
な態様に於いて提供する利点を理解するであろう。記載
のこの段階では、本発明の方法が効果的であり、しか
も、この方法を実施するのに必要な付属装置はコンパク
トなものである、ということを強調しておくに留める。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、先ず、流体、
即ち、一般には空気である気体、或いは、一般には水で
ある液体、のいずれかを充填されたエンクロージャ（定
容積空間）の上容積部又は下容積部の少なくとも一方に
発生する汚染を閉じ込める方法を提供するものであり、
前記汚染を熱成層化によって閉じ込めるものであって、
前記上容積部の平均温度は、前記下容積部の温度より
も、これら二つの容積部が「混合領域」と称されその内
部で急温度勾配が維持される幅狭の乱流中間領域によっ
て互いに確実に分離される量だけ、高い温度に維持さ
れ、結果的に、前記乱流中間領域は、水平面に於ける仮
想仕切りとして作用する仮想閉じ込めバリアを構成す
る。

【０００５】この方法は、前記上容積部と下容積部との
間に十分大きな温度差を維持することによって（前記上
容積部の温度を下容積部の温度よりも明確に高い状態に
維持する）、これら上下容積部間において閉じ込めバリ
アを人工的に作り出すことに依る。前記温度差は、前記
上容積部の高温流体と、下容積部の低温流体との間に十
分に大きな密度差を保障することができるものでなけれ
ばならない。前記密度差は、前記低温流体に対して下向
きに作用し、高温流体に対して上向きに作用する垂直方
向の力の作用（アルキメデスの押圧力に依るこれらの力
は、二つの相の様々な部分に対して作用し、これらの相
を成層化によって分離しようとする）は、前記体積部分
が前記混合領域（乱流中間領域）に流入する速度に依る
慣性力の作用に打ち勝つものでなければならない。前記
慣性力は、外部環境の乱流のランダムな速度に依るもの
であり、これによって、相間での拡散混合と熱交換とが
起こる。従って、本発明に依って、前記エンクロージャ
は、人工的に、二つの異なるエンクロージャ部分に分割
される。

【０００６】上述したように、本発明の方法は、気体を
充填されたエンクロージャ（定容積空間；従って、この
エンクロージャは、「セル（容器内空間）」又は「チャ
ンバ（室内空間）」という方が理解し易い）中か、もし
くは、液体を充填されたエンクロージャ（「プール（貯
液槽内空間）」等）中で実施することができる。一般
に、気体又は液体として一種類のみの流体が使用され
る。前記流体が気体である場合に、これは一般に空気か
ら成り、それが液体である場合には、これは一般に水か
ら成る。その他の気体、たとえば窒素、や、その他の液
体も本発明の範囲から除外されるものではない。同様
に、本発明は、二種類の気体又は二種類の液体がエンク
ロージャ中に存在する可能性も除外するものではない。
しかし、そのような場合には、これら二種類の流体の密
度は、本発明の実施に適合するものでなければならな
い。

【０００７】本発明の方法は、エンクロージャの二つの
容積部分、即ち、上容積部と下容積部を、互いに対して
閉じ込めるものであり、これら容積部のいずれか一方で
発生した汚染が他方の容積部に侵入することが防止され
る。或いは、これら容積部の両方で汚染が発生する場合
には、一方の容積部の汚染が他方の容積部での汚染から
保護される。汚染とは様々なタイプのものが可能であ
る。その汚染源は、たとえば、機械ダスト、特に、放射
性ダスト（一般的にエンクロージャの下部に配置され
る、鋸引きステーション、せん断ステーション、溶接ス
テーション等、このようなステーションは、同様に、特
に、その作業がロケット等の装置の上部に対して行われ
る場合には、エンクロージャの上部に配置されることも
ある）であったり、或いは、その汚染源は、粒子を含む
供給原料から放出される（たとえば高温である）蒸気
（ガラス化溶融製品用のセルの下部に配置される溶融炉
やカ焼炉等）であったりする。このような汚染源は、低
温又は高温であり、それは、エンクロージャの上部又は
下部に存在する。すべての場合が可能であるが、最も厳
しいケースは、高温の汚染源がエンクロージャの下部に
存在する場合である。このような汚染源から放出される
汚染物質は、対流によって自然にエンクロージャの上部
領域を汚染する。本発明の方法は、その他様々なケース
に於いて有効に実施することができ、これは、又、気体
雰囲気中での作業が特に困難であるこの厳しいケースに
於いても効果的である。

【０００８】熱成層化が安定的に達成されるようにエン
クロージャの上部と下部とをそれぞれある温度に維持す
るする手段としては様々なものを使用することが可能で
ある。本発明の方法の一つの有利な改変構成に於いて、
前記上容積部と下容積部とは、それぞれ独立して、それ
ぞれの適当な温度で噴射される流体流が流れ、上容積部
内に噴射される流体は、この上容積部から前記混合領域
（即ち、閉じ込めバリア）の上側界面の直上から排出さ
れ、前記下容積部内に噴射される流体は、この下容積部
から、前記混合領域の下側界面の直下から排出され、こ
れら流体は互いに同一種の流体又は異なる種類の流体の
いずれであってもよく、更に、これら流体は、前記それ
ぞれの容積部内に、発生される乱流速度の垂直方向成分
を最小化する条件下で噴射されることが好ましい。

【０００９】この有利な改変構成は、以下のいずれかで
実施することが可能である。空気等の気体（又は、前述
したように二種類の気体でもよい）を使用し、これを高
温で上容積部に吹き込み、低温で下容積部に吹き込む。
或いは、水等の液体（又は、前述したように二種類の液
体でもよい）を使用し、これを高温で上容積部に注入
し、低温で下容積部に注入する。いずれの場合にも、最
大の効果、つまり、発生された閉じ込めバリアの安定化
を得るためには、高温と低温の流体が「スムース」に注
入されなければならない。もちろん、これらの流体の排
出もスムースなものとし、その排出時に発生する乱流の
悪影響を少なくする。この目的の為に、発生された乱流
の速度の垂直成分を最小化する必要がある。好ましく
は、この同じ目的のために、前記流体供給手段の流出断
面の速度分布を均一化し、この流体供給手段を前記閉じ
込めバリアを構成する混合領域から可能な限り離間させ
る。反対に、注入された流体を排出するための流体排出
手段は、前記混合領域（乱流中間領域）に可能な限り近
接させることが理解されるであろう。

【００１０】本発明の別の好適な改変構成に於いて、前
記エンクロージャの上容積部を流れる高温流体は、少な
くともその一部がリサイクルされることが好ましい。

【００１１】本発明の方法に於いて、このように、エン
クロージャの下部（低温領域）と上部（高温領域）との
間に十分に大きな温度差を維持することによって、水平
面に閉じ込めバリアが形成される。この温度差を作り出
す手段はどのようなものであってもよい。上述したよう
に、好ましくは、この温度差は、前記下容積部と上容積
部とに、それぞれ適当な温度の流体（単数種又は複数
種）を流すことによって作り出せる。

【００１２】本発明は、更に、上述した閉じ込め方法を
実施するための閉じ込め装置を提供し、流体、即ち、一
般には空気である気体、又は一般には水である液体、の
いずれかを充填したエンクロージャの上容積部又は下容
積部に発生する汚染を閉じ込めるための装置は以下を有
することとすることが好ましい。前記上容積部の平均温
度を前記下容積部の平均温度よりも高い温度に維持し、
これによって、前記上容積部と下容積部との間に水平面
に於ける仮想閉じ込めバリアを形成するための温度維持
手段、前記仮想閉じ込めバリアは、その内部に於いて急
温度勾配が維持される、「混合領域」と称される幅狭の
乱流中間領域によって構成される。そして、好ましく
は、前記上容積部の壁の少なくとも一部を断熱するため
の手段を備えることが好ましい。当業者は、エンクロー
ジャの上容積部と下容積部とをそのそれぞれの適当な温
度に維持するための前記温度維持手段として様々な構成
が可能であり、又、いずれの場合に於いても、前記上容
積部を断熱することが有利である、ことを理解するであ
ろう。第１に、熱交換を低減することが有利であり、第
２に、前記上容積部の壁と外気との間のあまりにも大き
な温度差は避けることが有利である。そのように過剰な
温度差は、対流と有害な乱流とを引き起こすであろう。

【００１３】上容積部と下容積部とをそれぞれの適切な
温度に維持された流体を流すという上述した本発明の方
法の一改変構成に於いては、前記各容積部に於いて適当
な温度を維持するための前記温度維持手段を、これら各
容積部に適切に配置されてこれら各容積部に流体を流す
流体供給装置と流体排出装置とから構成することが好ま
しい。前記流体供給装置の形状と寸法とは、発生される
乱流の垂直方向成分を最小化するべく構成される。もち
ろん、この流体供給装置は、その上流側に於いて、前記
流体をその所望の温度で供給するための手段に接続さ
れ、前記流体排出装置は、その下流側に於いて、対象の
容積部（上容積部又は下容積部）を流れた流体を吸引す
る適当な手段に接続されて構成できる。

【００１４】前記上容積部（より正確には、この上容積
部の底部）から高温流体を排出させるための前記流体排
出装置と、前記下容積部（より正確には、この下容積部
の上部）から低温流体を排出させるための前記流体排出
装置とを、それぞれの共通の高さ部に均一に配置分布さ
せ、エンクロージャの二つの対向する垂直壁の全長に沿
って互いに向かい合った状態で配置された複数の幅狭ス
ロットから構成することが好ましい。もちろん、これら
のスロットが形成された前記垂直壁が、このスロットの
形成によって構造的に弱くならないように注意する。各
スロットは、実際には複数のスロット部材から成る。前
記エンクロージャが矩形ブロックである場合、当業者
は、これらの排出スロットは、このエンクロージャの長
手方向（水平方向）軸心に沿って配置されると有利であ
る、ということを理解出来るであろう。

【００１５】上容積部（より正確には、この上容積部の
上部）に高温流体を供給するための前記流体供給装置又
は下容積部（より正確には、この下容積部の底部）に低
温流体を供給するための前記流体供給装置を、下記のい
ずれかから構成することが好ましい。 ａ）その流体が空間領域において連続的に分布されるよ
うに構成された水平面、又は、 ｂ）エンクロージャの水平壁（床又は天井）の全長に渡
って均一かつ平行に分布配設された少なくとも二つの幅
狭スロット、又は、 ｃ）エンクロージャの二つの互いに対向する垂直壁の全
長に渡って千鳥状に均一に分布形成された幅狭で高さの
短い複数のスロットから成る二つのスロット列、これら
のスロットは、前記水平壁（単数又は複数で天井又は
床）又はその近傍から前記垂直壁に接触する状態で延出
させる。

【００１６】上記変形例ａ）に於いて、前記床（又は床
に類するもの）又は天井（又は天井に類するもの）は、
その表面の少なくとも一部が穿孔されこれによって前記
注入流体を拡散させるための壁を構成することが好まし
い。

【００１７】上記変形例ｂ）に於いて、流れ効果を確実
にするべく長手スロット（一般に、少なくとも二つの長
手スロット）が設けられる。これらのスロットは、天井
に類するもの又は床に類するものにおいても同様に構成
することができる。

【００１８】上記変形例ｃ）に於いて、エンクロージャ
の垂直壁の底部又は天頂部に二列のスロットが設けられ
る。これらのスロットは、注入時に発生する乱流を最小
限にするべく千鳥状に分布配置される（これら二列のス
ロットは、好ましくは均一にオフセットされる）。好ま
しくは、エンクロージャの下容積部に設けられるスロッ
トは、床（又は床に類するもの）レベルには設けられ
ず、むしろ、この床（又は床に類するもの）のレベルよ
りもわずかに上方に設けられる。これによって、この床
（又は床に類するもの）上に着地したダストの上方への
攪拌を避けることができる。

【００１９】本発明の前記装置は、エンクロージャの上
容積部と下容積部とに、同じタイプ又は異なるタイプの
流体供給装置を使用することができる。一好適変形例に
於いて、汚染が発生する容積部（単数又は複数）に於い
て、即ち、上容積部又は下容積部に於いて、前記流体供
給装置は上述のｃ）タイプの装置である。このタイプの
装置は、特に、注入時に於いて発生される乱流の垂直方
向の速度成分を最小限にするように最適化される。好ま
しくは、汚染された上又は下容積部に設けられるこのタ
イプの装置は、対応する汚染されない下又は上容積部
（汚染がこれら容積部のいずれか一方に於いてのみ発生
されると仮定して）の上記ｂ）タイプの装置と関連付け
られる。

【００２０】本発明の装置に於いて、上容積部に高温流
体が確実に流れるように設けられる前記手段は、好まし
くは、前記高温流体の少なくともその一部をリサイクル
する手段である。同様に、本発明の装置に於いて、下容
積部に低温流体が確実に流れるように設けられる前記手
段は、好ましくは、前記流体から得られる熱エネルギを
利用して前記高温流体供給装置に供給される流体の温度
を上昇させるヒートポンプから構成される。即ち、例え
ば、低温流体の供給装置には、環境温度の流体、又は、
前記流体から取られた熱エネルギを利用して前記高温流
体の供給装置に供給される流体の温度を上昇させるヒー
トポンプによって上流側に於いて冷却された流体、が供
給されることが好ましい。

【００２１】本発明の前記態様に於いて、前記方法のエ
ネルギ効率の最適化のために、様々な手段（断熱、リサ
イクル、熱交換器の提供）が可能である。本発明の別の
改変構成に於いて、特に、一般に空気である気体によっ
て充填されたエンクロージャの底部に存在するたとえば
高温である汚染源から放出される汚染物質を閉じ込める
のに特に適した、本発明の装置は、以下を有することが
好ましい。前記下容積部に設けられて一般に空気である
低温気体を供給する前記ｃ）タイプの第１供給装置、前
記上容積部に設けられて一般に空気である高温気体を供
給する前記ｂ）タイプの第２供給装置、そして前記上下
各容積部に設けられて、上述したように、一般に空気で
ある注入された気体を排出するための排出装置。以下の
実施の形態にあっては、この変形例に基づいて、本願を
説明する。

【００２２】

【発明の実施の形態】この特定の態様は、その底部に汚
染熱源を有し、かつ、その上部に塔頂移動クレーン２を
備えた、前述したガラス化核分裂製品用のセルの態様で
ある。図１及び図２に示すように、セルは、汚染源１
（これは坩堝とカ焼炉とからなる）と、前記汚染源１か
ら保護されるべき塔頂移動クレーン２とを有する。前記
セルには空気が充満している。図１は、本願の温度維持
手段を備えない場合の気流の流れ状態を例示的に示した
ものである。本発明者等が直面した技術的課題は、この
ようなセル内のホイストの汚染を大幅に制限することに
あった。前記坩堝とカ焼炉とによって加熱された空気
は、煙突に於いてと同様、セル内を上昇し、この空気に
放射性粒子が含まれている場合、これはセルの上部の塔
頂移動クレーン２を汚染し、これによってこの装置２に
対して行われる保守作業をより困難なものとする。過去
の経験に依れば、高温汚染源を含むセル内に存在するホ
イストの利用度は、それらホイストが汚染される度合い
に直接関係している。

【００２３】このような問題を解決するための本願の実
施例と、その結果を本テクストに於いて更に詳細に提供
される本出願人によって行われた全研究に於いて、前記
セルは下記の寸法を有するものであった。

【００２４】 長さ １２．０ｍ 幅 ３．６ｍ クレーンを支持する軌道下の高さ ７．５ｍ 全高 ９．０ｍ

【００２５】温度維持手段を備えない構造（図１）に於
いては、前記クレーン２を保護するために換気システム
が設置される。空気は、セルの上部（前記坩堝の上方）
から供給され、反対側の壁の底部から排出される。前記
空気は、毎時４，３００Ｎｍ ³（４，３００Ｎｍ³／ｈ）
の流量で２８℃の温度で注入される。

【００２６】温度維持手段を備える構造（この構造が本
願の構造に対応する）に於いては（図２）、セルの下部
（低温領域で下溶液部の一例）４と上部（高温領域で上
容積部の一例）５との間に十分に大きな温度差を維持す
ることによって、水平面に於いて閉じ込めバリア（混合
領域３）が形成される。前記温度差は、適当な換気シス
テム（温度維持手段の一例）によって維持され、これ
は、前記高温領域５に侵入する低温空気に対して作用す
る重力が、それに対して作用する慣性力よりも大きく、
これによってこの低温空気がセルの底部に向けて再度降
下し、均衡に達して、セルの上部５に位置するクレーン
２を汚染することがないようにするものでなければなら
ない。

【００２７】前記閉じ込めバリア（混合領域３）は、そ
の内部の空気中に於いて垂直方向の温度勾配がこの領域
外部に位置する前記二つの容積部４及び５のいずれかの
内部の温度勾配よりも急峻である（図３参照）混合領域
３を形成する。図３横軸は、温度軸θ（℃）であり、縦
軸Ｚは、高さ方向の距離（ｍ単位）を表している。符号
９はセルの天井近傍に対応している。一般に、前記混合
領域の厚みは、セルの高さの１５％以下でなければなら
ない。この厚みは、セルの下記のような代表長さの関数
として決められる。セルの高さ、クレーンの移動量の高
さ、汚染領域に含まれる装置によって占有される高さ。

【００２８】前記両領域（即ち、高温領域と低温領域）
の乱流のレベルがどのようなものであっても、これら両
領域間の温度差が大きければ大きいほど、前記厚みは小
さくなる。前記下容積部４と上容積部５とは、換気によ
って内部に流体が流れる構造とされる（使用される流体
は、６０℃の高温空気と２８℃の低温空気である）。

【００２９】本発明に関し、その概略的な構造から先ず
説明する。 １）一般原理 前記換気は、あたかも、その換気によって、その厚みが
前記混合領域３の厚みである物理的容積部によって互い
に分離された二つの別々の上下に位置するセル（４及び
５）内の空気が所望の率で入れ替えられることが保障さ
れるように構成される。前記二つの仮想セル（又は領
域）には、換気再処理ユニット用の空気によって通常の
処理を受けた空気流が供給される。取り入れ開口部Ａ及
びＤは、これら開口部がそれぞれ領域５及び４内に於い
て、可能な限り最小のランダム成分を有する連続的な垂
直方向の低速流（毎秒数センチメータ（ｃｍ／ｓ））を
作り出すように配置される。前記下（低温）領域４内の
流れは上方に向けられ、上（高温）領域５内の流れは下
方に向けられる。排出スロットＢ及びＣは、前記混合領
域３のいずれかの側方に設けられる。即ち、高温空気排
出スロットＢは、前記混合領域３の上側界面の直上に位
置し、そして、低温空気排出スロットＣは、前記混合領
域３の下側界面の直下に位置する。これら排出スロット
Ｂ及びＣは、前記混合領域３のレベルを安定化させる。

【００３０】この安定化のためには、高温空気回路と低
温空気回路との排出流量に対する取り入れ流量を、十分
正確に制御する必要がある。この目的のための最も単純
な解決方法は、前記高温空気をリサイクルする方法であ
る。この方法は、更に、熱エネルギの節約と、ヒータユ
ニットのサイズを小さくできるという利点を提供する。 ２）換気の寸法構成を決定する空気の物理特性 ａ）高温領域５内の空気 供給流量：領域５はなんら汚染源を含まないことから、
次のことが必要である。一方に於いて、前記混合領域３
の最上平面の近傍の水平方向断面を通る流速（垂直方向
下方）が、この混合領域３に侵入した汚染物質粒子のブ
ラウン運動と、その乱流拡散との速度よりも高いもので
なければならない。そして、他方に於いて、高温空気の
流量は、壁との対流に依る損失を相殺するのに十分に大
きなものでなければならない。上領域５の側壁を断熱し
て、熱交換と漂遊対流を低減すれば、混合領域３の安定
化に役立つ。 温度：上領域５の温度は、可能な限り高いものでなけれ
ばならず、その温度は、ホイストのモータの冷却の必要
性のみによって制限される。

【００３１】ｂ）低温領域４内の空気： 供給流量：下領域４に供給される空気の流量は、汚染源
の強度とタイプと、主に、その汚染源が有する熱源によ
って発生されるエネルギとの関数であり、この流量は、
その結果起こる空気の平均温度の上昇が冷気のその流量
によって相殺されるものでなければならない。いずれの
場合に於いても、この流量の最大許容値は、前記混合領
域３の厚み（従って、水平断面を通る空気流の侵入速度
と上昇速度）を限定する必要性によって決まる。 温度：低温は、混合領域３の厚みを減少させ、その安定
性を増加させる（それが正に維持されると仮定して）要
因であるので、下領域の空気の温度には下限がない。し
かしながら、単純化の理由と、更に、投資コストを制限
するために、一般に外気温度の空気が使用される。次
に、寸法構成の為に考慮される温度は、その現場に於い
て、十分な長さの基準時間中に記録される最高気象温度
に対応する温度でなければならない。 乱流レベル：乱流は、熱源の存在と、更に、前記取り入
れ開口部Ｄのと配置方法とに依り、高温領域５に於いて
の方が多く、これは、混合領域３との界面に於けるラン
ダム速度の二乗平均値である最大値によって特徴付けら
れ、これが前記領域３の高さを決めるパラメータであ
る。

【００３２】本発明を実施するのに使用される装置に関
して、さらに具体的に以下を指定することができる。 １）供給と換気開口部の構成 成層化が効果的であるためには、前記換気開口部Ａ（第
２供給装置を成す），Ｄ（第１供給装置を成す）を通る
取り入れ流量と、前記排出スロットＢ，Ｃ（排出装置を
成す）を通る排出流量とが均一に分布されることが必須
である。前記取り入れ開口部Ａ，Ｄへの供給ダクトと、
前記排出スロットＢ，Ｃからの排出ダクトとは、この限
定（ファン羽根、種々の断面のダクト、等）の関数とし
て構成されなければならない。従って、又、そのように
構成しなければ起こるであろう全体サイズの増加とに依
り、ダクトの寸法を研究することが、本装置の設計に於
いて一つの必須項目であり、この作業は、セルの土木工
学に関する作業に先立って行う必要がある。前記セル
は、断熱二重内壁（たとえば、発泡ガラス製）を備えさ
せることができ、この場合、これらの壁とセルの構造壁
との間の約０．４ｍの隙間を取り入れ空気を分配するた
めのダクトと装置用に使用することができる。更に、前
記取り入れ開口部Ａ，Ｄの供給断面に於ける速度が均一
に分布される必要がある。これは、この供給オリフィス
は、約２０％の透過率を有し、互いに数ミリの間隔で離
間した２又は３つの層の穿孔シートメタルでライニング
することによって達成される。一般に、「誘導的」（即
ち、内部循環移動を誘導する）である取り入れ開口部
Ａ，Ｄは、前記混合領域３からできる限り離間させる必
要があるのに対して、その周囲環境に対する誘導作用が
空間的に非常に限られた排出スロットＢ，Ｃは、これら
スロットがセルの垂直壁へり境界部を形成し、かつ、そ
れらを安定化させるため、混合領域３により近接して配
置することができる。

【００３３】２）高温空気取り入れ開口部Ａ（スロッ
ト）（図２及び４参照） ａ）一般構成：これら開口部は、前記混合領域３の近傍
に於いて水平断面を介して高温空気流量を、その流れが
できる限り層流に近い状態で分配することが可能なよう
に配設されなければならない。これらの条件を満たすた
めに（ホイストの固定方法を考慮して）、これら取り入
れ開口部は、セルの長手方向軸心に対して平行で、ほと
んど連続的な複数の幅狭スロットとして配置することが
できる。所望の流量の関数としてのその最小断面を決定
するその供給速度は、クレーン２の諸構成部材に対する
最大速度が毎秒０．４メータ（ｍ／ｓ）以上にならない
ようにするものでなければならない。これによって、前
記混合領域３の安定性に悪影響を与える乱流の発生を避
けることができる。 ｂ）高温空気流量 高温空気流量は、前記上容積部５の水平方向断面領域を
通る流速が確実に約０．０４ｍ／ｓとなるように選択さ
れる。前記上領域５のための供給開口部のために選択さ
れる取り入れ速度とその分布に鑑みて、前記混合領域３
の天頂平面の近傍での流れは、乱流拡散が無視できる程
度である層流であると考えることができ、最も細かい汚
染物質粒子（最も高速で拡散する）の場合でも、そのブ
ラウン運動に依る拡散速度は０．０４ｍ／ｓよりも遙か
に低い。

【００３４】３）低温空気取り入れ開口部Ｄ（スロッ
ト）（図２，４，５及び６参照） ａ）一般構成： 前記低温空気供給開口部Ｄは、前記下
領域（低温領域）４の周囲環境内に於ける汚染空気と高
温空気との密度が、誘導された乱流のランダム速度の垂
直方向成分を制限しながら、可能な限り均一となるよう
に配置、形状構成される。前記幅狭供給開口部Ｄ（縦ス
ロット又は「小窓」形状）は、セルの長手側に於いてそ
の床の近傍に位置され、千鳥状に配置されている。この
レイアウトによって、垂直軸心方向平面を有する相互対
向噴流１０が作り出される（図６参照）。互いに反対の
速度に依るせん断作用によって、これらの平面噴流は、
その速度が小さな垂直方向成分を有し、種々の源から発
生する流れを周囲環境と混合させる渦流を作り出す（図
５参照）。水平方向軸心を有し、垂直方向のランダム速
度を発生させるこれらの渦流は、噴流１０間の界面の領
域と比較して非常に小さな（「小窓」の領域）領域から
作り出されることが観察される。更に、前記噴流１０の
上部と、セル内のほとんど不動の周囲環境との間の速度
差は、互いに反対方向の噴流間の速度差の半分であり、
これによって、上向きの垂直流に対してかなり圧倒的な
水平方向の流れを作り出すことが理解される。これらの
二つの理由に依り、前記ランダム速度の垂直方向成分
は、大幅に低減され、従って、前記混合領域への侵入の
現象が制限される。更に、このレイアウトは、汚染の保
護領域５へのいかなる侵入に於いても最も重要な要因で
ある、前記熱源から発生する流れの上昇速度を、ダイリ
ューションに依って、制動しようとする。 ｂ）低温空気流量 空気の平均上昇速度の値は、換気用空気に依る、下領域
４からの、「空気力学的直径」が３５μｍ以下である汚
染物質粒子の取り込みを制限するように約０．０４ｍ／
ｓに選択される。より直径の大きな粒子は、セル内に沈
下する傾向があり、これらは壁に付着せず、真空掃除に
よって除去可能である。この速度は、セルの水平方向断
面積の関数である流量を決めるものであり、これは、低
温空気の供給温度と熱源１のエネルギと考慮して、前記
低温領域４を十分に低い温度に維持するのに十分に高い
ものでなければならない。セルの単位容積当たりの熱源
によって発生される平均熱エネルギが非常に高いある種
の用途に於いては、その流量を制限するために、供給空
気を冷却するユニットが必要となるかもしれない。この
ような場合には、最も合理的な解決方法は、低温空気の
温度を低下させながら、高温空気の温度を上昇させるた
めのヒートポンプを使用することであろう。

【００３５】４）排出スロットＢ，Ｃ（低温空気用
（Ｃ）と高温空気用（Ｂ）） 前記低温空気用排出スロットＣと高温空気用排出スロッ
トＤとは、ほとんど連続的な（吸気開口部の垂直側部間
の隙間は可能な限り狭い）複数のスロットから成り、そ
の長手側に於いて互いに対面しながら延出する水平スロ
ット列として配置される。前記低温空気排出スロットＣ
の最上レベルが、前記混合領域３の最下平面を形成し、
前記高温空気排出スロットＢの最下レベルが前記混合領
域３の最上平面を形成する。前記高温空気排出スロット
Ｂの最上レベルは、前記ホイストがその内部を移動する
前記容積部の最下レベルの約１ｍ下方に位置しなければ
ならない。前記クレーンが車輌デッキを備える場合、前
記高温空気排出スロットの最上レベルは、このクレーン
のデッキのレベルの下に位置しなければならない。

【００３６】図３を参照して、以下を指定することがで
きる。前記下容積部に於いては、その汚染熱源の存在の
ために、緩やかな熱勾配が観察される。所望の急峻な温
度勾配は、前記（垂直）閉じ込めバリアを構成する前記
混合領域３に於いて観察される。

【００３７】図４に於いて、図示の簡略化のために、前
記クレーン２は図示されていない。

【００３８】上記説明に於いて、本発明の方法は、添付
の図２及び４ないし６に略示された上述した装置を使用
して上述した寸法を有するガラス化セル内に実施され
た。下記の表は、本発明のこの方法と装置の特性を示し
ている。

【００３９】

【表１】

【００４０】この条件で、良好に汚染の拡散を防止でき
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願の実施の対象であるセルの構成を示す図

【図２】本発明の閉じ込め方法（熱成層化による閉じ込
め）を実施したセルの図

【図３】図２に示したセル内部の温度プロファイルを示
すグラフ

【図４】本発明の閉じ込め装置を備えた図２のセルの斜
視図

【図５】図４のＶの方向での断面図

【図６】図５の一部の拡大図

【符号の説明】

Ａ 高温流体供給装置 Ｂ 流体排出装置 Ｃ 流体排出装置 Ｄ 低温流体供給装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 フランソワ・メリーヌ フランス 75006 パリ リュー・サン・ プラシッド 43

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流体を充填されたエンクロージャの上容
   積部又は下容積部の少なくとも一方に発生する汚染を閉
   じ込める方法であって、 前記上容積部の温度を、前記下容積部の温度よりも、二
   つの容積部間が、内部で急温度勾配が維持される幅狭の
   乱流中間領域によって互いに確実に分離される温度だ
   け、高い温度に維持し、 前記乱流中間領域が水平面に於ける仮想仕切りとして作
   用する仮想閉じ込めバリアを形成し、前記汚染を熱成層
   化によって容積部内に閉じ込める汚染の閉じ込め方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の汚染の閉じ込め方法であ
   って、前記上容積部と下容積部には独立に、それぞれ所
   定温度で噴射される流体流が流れ、上容積部内に噴射さ
   れる流体は、この上容積部から前記乱流中間領域の上側
   界面の直上で排出され、前記下容積部内に噴射される流
   体は、この下容積部から前記乱流中間領域の下側界面の
   直下で排出され、これら流体が、前記それぞれの容積部
   内において、発生される乱流速度の垂直方向成分を最小
   化する。
3. 【請求項３】 請求項２記載の汚染の閉じ込め方法であ
   って、前記エンクロージャの上容積部を流れる高温流体
   は、少なくともその一部がリサイクルされる。
4. 【請求項４】 請求項１ないし３記載のいずれかの汚染
   の閉じ込め方法であって、気体によって充填されたエン
   クロージャの底部に存在する汚染源から放出される汚染
   物質を閉じ込めるのに使用される。
5. 【請求項５】 流体を充填したエンクロージャの上容積
   部又は下容積部の少なくとも一方に発生する汚染を閉じ
   込めるための汚染閉じ込め装置であって、 前記上容積部の温度を前記下容積部の温度よりも高い温
   度に維持し、前記上容積部と下容積部との間に水平面状
   の仮想閉じ込めバリアを形成するための温度維持手段を
   備え、前記温度維持手段により形成される前記仮想閉じ
   込めバリアが、その内部に於いて急温度勾配に維持さ
   れ、幅狭の乱流中間領域とされる汚染閉じ込め装置。
6. 【請求項６】 請求項５記載の汚染閉じ込め装置であっ
   て、前記上下各容積部を各別に所定の温度を維持するた
   めの前記温度維持手段は、これら各容積部に適切に配置
   されて、これら各容積部内に流体を流す流体供給装置と
   流体排出装置とを有し、前記流体供給装置の形状と寸法
   とは、発生される乱流の垂直方向成分を最小化するべく
   構成されている。
7. 【請求項７】 請求項６記載の汚染閉じ込め装置であっ
   て、前記上容積部から高温流体を排出させるための前記
   流体排出装置と、前記下容積部から低温流体を排出させ
   るための前記流体排出装置とは、夫々、共通の高さ位置
   に配置され、エンクロージャの二つの対向する垂直壁の
   全長に沿って互いに向かい会って配置された複数の幅狭
   スロットを、備えて構成されている。
8. 【請求項８】 請求項６又は７記載の汚染閉じ込め装置
   であって、上容積部に高温流体を供給するための前記流
   体供給装置又は下容積部に低温流体を供給するための前
   記流体供給装置の少なくとも一つは、その流体を連続的
   に噴射するように構成され、水平面上に配置される。
9. 【請求項９】 請求項６又は７記載の汚染閉じ込め装置
   であって、上容積部に高温流体を供給するための前記流
   体供給装置又は下容積部に低温流体を供給するための前
   記流体供給装置の少なくとも一つは、前記エンクロージ
   ャの水平壁の全長に渡って均一かつ、水平壁と平行に分
   布形成された少なくとも二つの幅狭スロットから成る。
10. 【請求項１０】 請求項６又は７記載の汚染閉じ込め装
    置であって、上容積部に高温流体を供給するための前記
    流体供給装置又は下容積部に低温流体を供給するための
    前記流体供給装置の少なくとも一つは、前記エンクロー
    ジャの二つの互いに対向する垂直壁の全長に渡って千鳥
    状に均一に分布形成された幅狭で高さの短い複数のスロ
    ットから成る二つのスロット列から成り、これらのスロ
    ットは、前記水平壁又はその近傍の垂直壁部から前記垂
    直壁に接触する状態で延出している。
11. 【請求項１１】 請求項６又は７記載の汚染閉じ込め装
    置であって、前記汚染が発生される前記上容積部又は前
    記下容積部の少なくとも一方に於いて、前記流体供給装
    置は、前記エンクロージャの二つの互いに対向する垂直
    壁の全長に渡って千鳥状に均一に分布形成された幅狭で
    高さの短い複数のスロットから成る二つのスロット列か
    ら成り、これらのスロットは、前記天井又は前記床であ
    る前記水平壁又はその近傍の垂直壁部から前記二つの垂
    直壁に接触する状態で延出している。
12. 【請求項１２】 請求項６ないし１１記載のいずれかの
    汚染閉じ込め装置であって、更に、前記エンクロージャ
    の前記上容積部を流れる高温流体の少なくともその一部
    をリサイクルさせる手段を有する。
13. 【請求項１３】 請求項６ないし１２記載のいずれかの
    汚染閉じ込め装置であって、前記低温流体の供給装置に
    は、環境温度の流体、又は、前記流体から取られた熱エ
    ネルギを利用して前記高温流体の供給装置に供給される
    流体の温度を上昇させるヒートポンプによって上流側に
    於いて冷却された流体、が供給される。
14. 【請求項１４】 気体によって充填されたエンクロージ
    ャの底部に存在する高温である汚染源から放出される汚
    染物質を閉じ込めるのに使用される請求項６の汚染閉じ
    込め装置であって、以下に示す第１供給装置、第２供給
    装置、及び排出装置を有する、 前記第１供給装置は、前記下容積部に設けられて低温気
    体を供給するものであり、前記エンクロージャの二つの
    互いに対向する垂直壁の全長に渡って千鳥状に均一に分
    布形成された幅狭で高さの短い複数のスロットから成る
    二つのスロット列から成り、これらのスロットは、一般
    に前記床である前記水平壁又はその近傍から前記垂直壁
    に接触する状態で延出している、 前記第２供給装置は、前記上容積部に設けられて高温気
    体を供給するものであり、前記エンクロージャの、水平
    壁の全長に渡って均一かつ平行に分布形成された少なく
    とも二つの幅狭スロットから成る、 前記排出装置は、前記上下各容積部に設けられて注入さ
    れた気体を排出するためのものであり、それぞれの共通
    の高さ部に均一に分布され、エンクロージャの二つの対
    向する垂直壁の全長に沿って互いに向かい合った状態で
    形成された複数の幅狭スロットから構成されている。