2021 Fiscal Year Research-status Report
ポーラス構造部材を用いた高気密空間内水素ガス爆発事故被害低減法の実現可能性検証
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19K04929
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| Research Institution | Shibaura Institute of Technology |
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Principal Investigator |
斉藤 寛泰 芝浦工業大学, 工学部, 教授 (80362284)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 爆発圧力緩和 / 水素ガス爆発 / 減災システム / ポーラス体 / 消炎 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
前年度において整備した圧力と火炎中OH*ラジカル自発光の多点同時時系列観測システムを組み込んだ直径1インチの一次元配管実験装置を用いて，ガラスビーズ充填区間に入射させた燃焼波（爆燃，爆轟）の減衰，消炎を調べた．爆轟条件では，管端から伝ぱする燃焼波をシェルキンスパイラルにより爆轟状態に遷移させ，ガラスビーズ充填観測区間に入射させた．充填したガラスビーズの直径は，3,6,9mmの3種（実測空隙率は約32%，35%，46%）であり，30vol%水素-空気混合気の初期圧力とガラスビーズ径の影響を調べた．一般に，可燃性混合気圧力が高いほど燃焼波は消炎しにくくなり，従って，消炎可能となる混合気圧力が高いほどガラスビーズ充填区間の消炎性能は高いことになる．音速未満の燃焼波である爆燃と前方に衝撃波を伴う爆轟のそれぞれにおいて得られた結果は以下のようである．
＜対爆燃波＞3mm：56kPa，6mm：37kPa，9mm：46kPaでそれぞれ消炎に成功
＜対爆轟波＞3mm：70kPa，6mm：40kPa，9mm：15kPaでそれぞれ消炎に成功
3mmガラスビーズの場合，爆轟波の方がより高い混合気圧力でも消炎可能であった．同じ初期圧70kPaに対する爆燃波では，3mmガラスビーズ充填区間内でOH*自発光強度や圧力が充填なしの場合に比べ増大していることが観測された．爆燃波がガラスビーズ充填区間に侵入でき，かつ，燃焼波の進行に伴って生じる未燃混合気の圧力上昇による燃焼強度の増加がガラスビーズの抜熱等の消炎効果を総合的に上回る場合に消炎不可となると考えられる．一方，爆報波の場合，先行する衝撃波がビーズ充填区間で大きく減衰されることにより後方の燃焼反応領域も衰退し，消炎に至ることが分かった．以上の結果より，3mmのガラスビーズを用いた場合に，爆燃・爆轟波の両方に対して比較的高い消炎性能が得られることが分かった．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
ガラスビーズ充填区間と一次元伝ぱ炎との干渉（当初課題１）については，爆燃波だけではなく，爆轟波にまで条件を拡張して検討を行った．圧力センサと火炎中のOH*自発光を多点同時時系列で観測するシステムを考案し，一次元配管装置に実装した結果，ガラスビーズ充填層内の圧力波の伝ぱと燃焼反応領域の進行状況を捉えることができるようになり，消炎に必要な具体的な条件（混合気圧力，ガラスビーズ径）についての知見を得た．また，壁面にガラスビーズ充填層を設置した三次元空間における効果（当初課題２）についても，定容燃焼容器を用いた実験を実施し，その効果を明らかにした．ただし，スケール効果（当初課題３）の検討が不十分であること，また，ミクロな視点でみたビーズ充填区間内の爆燃・爆轟波の伝ぱと消炎のメカニズムについては，観測データを得ることができておらず，観測方法にさらなる工夫が必要な状況となっている．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究では，当初計画課題に対する理解をさらに深化させるために，ガラスビーズ充填区間内における燃焼波伝ぱメカニズムの微視的観測に挑戦する．具体的には，熱電対をガラスビーズ充填区間の断面・長手方向に多点配置して温度データも取得し，ビーズ内の火炎挙動を可視化する方法を試みる．さらに，定容燃焼容器内の残存水素濃度の計測を行いたい．これにより，初期充填水素量のうちの何％がガラスビーズ充填区間内に押し込まれたかを評価することができる．また，これは，ガラスビーズの表面に，物質吸着や再結合反応の機能を付加した場合と比較するためのベースデータとして利用することができる．
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| Causes of Carryover |
実験装置の製作費や消耗品費の削減等により残金が発生したためである．研究課題に対する理解をさらに深化させるため，次年度（延長年度）において実施する実験に必要な物品の購入に充当する．
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