ダイバーシティを考慮した水素防爆対策：安全確認型の概念と国際安全規格に基づく方策

点击翻译按钮获取中文摘要

将来の水素社会実現のため，エネルギー変換効率の向上，低コスト化と並んで重要な要素が安全性の確保である．水素安全利用のための本質的安全設計方策として，爆発・燃焼の範囲を狭め，着火した際の爆発による被害を最小限にすることが求められるが，その具体的な方策と最適化は十分に検討されていないのが現状である．本研究では，ダイバーシティを考慮した水素防爆対策として，ハイブリッド安全システム（安全な水素濃度低減システム）を提案し，安全確認型の概念と国際安全規格に基づく方策を実施する．そして，燃焼メカニズムの解析により周囲の水素濃度低減に適したシステム設計パラメータを同定し，爆発リスク低減の可能性追究と安全なシステムの妥当性実証を目的とする．本研究は，漏洩水素の濃度低減や水素の防爆対策に幅広く応用できる．また，燃焼工学分野に新たな知を還元できる学術的意義も有している．本年度は，水素爆発の挙動解明として，燃焼実験を実施した．ここでは，水素/空気/窒素混合気を取り扱い，水素濃度と窒素濃度を変化させて，密閉型容器内で燃焼実験を行った．容器内に予混合気を充填し，中心点火することにより球状のデフラグレーションを観察し，水素濃度と窒素濃度による燃焼時の挙動を把握した．ここでは，シュリーレン法により，火炎伝播の様子や火炎面形状を高速度撮影した．また，容器内の圧力変化を測定した．実験で得られた主な知見は次の通りである．・火炎半径の増加と共に火炎面にセルが形成され，それが発達して複雑な形状になる．このセルの形成は従来の燃焼実験でも観察されており，数値計算においても確認されている．・水素濃度が高くなると共に，火炎の伝播速度は増大している．これは予混合火炎の燃焼速度が大きくなるからである．・窒素濃度が高くなると共に，火炎の伝播速度は低下する．これは，予混合火炎の燃焼速度が小さくなることによるものである．