JP5327645B2

JP5327645B2 - 水素関連施設における壁面構造

Info

Publication number: JP5327645B2
Application number: JP2010014269A
Authority: JP
Inventors: 喜則酒井
Original assignee: Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Corp
Priority date: 2010-01-26
Filing date: 2010-01-26
Publication date: 2013-10-30
Anticipated expiration: 2030-01-26
Also published as: JP2011153426A

Description

本発明は、水素を製造、輸送、貯蔵する施設等の水素を取り扱う諸施設（以下、水素関連施設という）に係わり、特に燃料電池自動車に対して燃料としての水素を随時供給するための施設であるいわゆる水素ステーションに適用して好適な壁面構造に関する。

水素を燃料とする燃料電池によって走行する車両（燃料電池自動車）の開発が進められているが、その普及を図るためには燃料電池自動車に対して燃料としての水素を随時供給するためのシステムが不可欠であり、近い将来にはそのための施設である水素ステーション（従来のガソリンスタンドに相当するもの）が各地に多数設置されることが想定されている。

そのような水素ステーションは多量の水素を貯蔵する施設であり、しかも市街地や繁華街等にも設置されるものであるから、水素の万一の爆発（より厳密には爆発を伴う燃焼、すなわち爆燃や爆轟）を想定した安全対策が不可欠である。そのため、たとえば特許文献１には万一の爆発時には屋根面が爆風により一体的に剥がれるようにしておくことにより爆発被害や周辺への影響を最小限に抑えるという水素貯蔵建屋についての提案がある。

また、航空機の爆発を想定したものではあるが、特許文献２には爆発によって生じた爆風および破片を有効に吸収可能とされる複合材料についての提案があり、この種の複合材料を水素ステーションにおけるガスボンベ室や火薬保管庫に設置することで爆発被害を軽減できるのではないかと考えられる。

特開２００８−５７１８５号公報特許第２８８８６３４号公報

しかし、水素が万一爆発した際のエネルギーは極めて大きいことから、特許文献１に示されるような従来一般の手法のみでは充分ではなく、特に爆風圧による被害を充分に抑制するためにはより万全の安全対策が必要であると考えられている。

但し、この種の水素ステーションは狭小な敷地に小規模のものとして設置される場合も多いことから、安全対策のための保安スペースや各種安全設備のための設置スペース、保守スペースを充分に確保し得ないことが想定される。
さらに、この種の施設は経済的に運用し得ることが前提でもあり、したがって可及的にメンテナンスフリーに近い施設であることも要求されるから、如何に安全対策が重要とはいえ多大なコスト（設備費および運転費）や頻繁な保守を必要とするような高度かつ複雑な安全管理システムを採用することも現実的ではない。

その点では、特許文献２に示されるような複合材料は航空機を対象とした極めて特殊かつ複雑な構成のものであるので、これを可及的に簡易な施設、経済的な運営が必要とされる水素ステーションにそのまま適用することは現実的ではないし、水素爆発を想定した場合の有効性や信頼性も必ずしも充分ではないと考えられる。

以上のことは水素ステーションのみならず水素を取り扱う諸施設全般に共通する課題でもあり、したがって燃料電池自動車の普及を図るためには水素ステーションをはじめとする水素関連施設の安全性の確立が必要であり、特に可及的に簡便かつ低コスト、メンテナンスフリーで安全性を向上させるための有効適切な手段の開発が求められている。

上記事情に鑑み、本発明は、水素ステーション等の水素関連施設に適用して好適な壁面構造であって、水素を取り扱う室の壁をデッキプレートを打込型枠として用いたコンクリート壁としてその室内側の表面に凹凸を形成し、室内での水素爆発時に爆風圧に対する緩衝材として機能するデッキプレートを前記コンクリート壁の表面側に双方の凹凸をずらした状態で装着して、双方のデッキプレートの間に緩衝空間を確保してなることを特徴とする。

本発明の壁面構造によれば、万一の水素爆発が生じた際にはその爆風圧が緩衝材としてのデッキプレートに作用し、デッキプレートの凸部が緩衝空間に押し込まれるようにして塑性変形し、それにより爆風圧が効果的に吸収され、特に壁面反射波を効果的に吸収し得て優れた緩衝効果が得られる。
また、本発明の壁面構造は、打込型枠および緩衝材として汎用製品であるデッキプレートを用いるだけで良く、その施工に際しては何ら面倒な手間や煩雑な工程を必要とせず、日常的なメンテナンスも不要であるから、安全性に優れる水素ステーション等の水素関連施設を合理的に実現することができる。

本発明の壁面構造の実施形態を示す図である。同、爆風圧を受けた状況を示す図である。

図１は本発明の実施形態である壁面構造の概要を示すものである。これは、燃料電池自動車に燃料としての水素を随時供給するための施設である水素ステーションへの適用例であって、水素を取り扱う諸室（通常、密閉室ないし半密閉室とされる）の内部において水素が万一爆発した際の被害、特に爆風圧による被害を軽減するためにその壁面に適用したものである。

本実施形態の壁面構造は、水素爆発に耐え得る頑強なコンクリート壁１を主体とし、その室内側の表面に水素爆発時に爆風圧に対する緩衝材としてのデッキプレート２を装着して、それらの間にデッキプレート２の変形を許容するための緩衝空間３を確保したものである。

本実施形態におけるコンクリート壁１は、室内側の打込型枠としてデッキプレート１ａを使用して形成されるものであり、したがってこのコンクリート壁１の室内側の表面にはデッキプレート１ａによる凹凸がそのまま形成されているものである。
デッキプレート１ａとしては従来よりコンクリートスラブ施工用の鋼製床型枠として多用されている汎用製品をそのまま採用可能であり、その板厚や各部の形状・寸法（凹凸ピッチや高さ）は適宜設計すれば良いが、一例を挙げれば、たとえば板厚2.3mm、凹部の底部幅寸法142mm、凸部の頂部幅寸法88mm、凹部の深さ（凸部の高さ）75mmのものが好適に採用可能である。
なお、コンクリート壁１全体の仕様は通常の鉄筋コンクリート造の壁体に準ずるもので良いが、壁厚や強度はこの室の用途や想定される爆発規模に対する安全性を考慮して適宜設計すれば良い。

本実施形態では、コンクリート壁１の室内側に取り付けられる緩衝材としてもデッキプレート２が用いられている。このデッキプレート２もコンクリート壁１におけるデッキプレート１ａと同様に汎用製品をそのまま採用可能であって、その板厚や形状・寸法も適宜で良く、コンクリート壁１におけるデッキプレート１ａと同じものを用いることでも良いが、図示例のようにそれよりもやや小さいもの、たとえば板厚1.0mm、凹部の底部幅寸法110mm、凸部の頂部幅寸法94.7mm、凹部の深さ（凸部の高さ）50mmのものが好適に採用可能である。

そして、緩衝材としてのデッキプレート２はその凹凸形状がコンクリート壁１の表面に形成されている凹凸形状とはずれる状態でコンクリート壁１の表面側に装着され、それによりコンクリート壁１とデッキプレート２との間には双方の凹部の内部空間が連なる形態で緩衝空間３が確保されることになる。
コンクリート壁１に対するデッキプレート２の装着は適宜手法で行えば良いが、たとえば図示例のようにコンクリート壁１の施工の際にアンカーボルト４を打ち込んでおくか、あるいはコンクリート壁１施工後に打込型枠として用いたデッキプレート１ａにアンカーボルト４を溶接等により後付けして、そのアンカーボルト４によってデッキプレート２をコンクリート壁１に対して装着すれば良い。
その場合、図１（ｂ）に示すように、デッキプレート２に予めルーズホール６を形成しておいて、そのルーズホール６にアンカーボルト４を通してワッシャ７を介してナット５により締結することにより、デッキプレート２をルーズホール６の範囲内でコンクリート壁１に対して面内方向に変位可能な状態で装着すると良く、これによりデッキプレート２が爆風圧を受けた際の変形が拘束されることなく確実に塑性変形させて充分な緩衝効果を得ることができる。

また、その場合、デッキプレート２の凸部（コンクリート壁１側への凸部）をコンクリート壁１の凸部に当接させた状態で装着することでも良いが、それらの間に若干の隙間を確保してデッキプレート２の全体をコンクリート壁１から浮かせた状態で装着することでも良い。
さらに、デッキプレート２を上記のルーズホール６の範囲内でコンクリート壁１に対してその面内方向に変位可能に装着するのみならず、コンクリート壁１に対して離接するように面外方向に変位可能な状態で装着することでも良い。

上記の壁面構造によれば、室内において万一の水素爆発が生じた際には、その爆風圧がデッキプレート２に作用して図２（ａ）に示すようにデッキプレート２の凸部（室内側への凸部）がコンクリート壁１の表面に形成されている凹部に押し込まれるようにして変形するから、そのようなデッキプレート２の緩衝空間３側への塑性変形により爆風圧が効果的に吸収されて優れた緩衝効果が得られる。
特に、水素ステーションにおける諸室のような比較的狭小な密閉室ないし半密閉室内で水素爆発が生じた際には爆風圧が壁面間で反射を繰り返すことが想定されるが、本発明の壁面構造によればそのような壁面での反射波を効果的に吸収することができ、それによる被害を充分に軽減することが期待できる。

なお、デッキプレート２をコンクリート壁１に対して単に装着することのみではそれらの間に形成される緩衝空間３は自ずとさしたる密閉空間にはならないから、デッキプレート２が爆風圧により変形しても緩衝空間３の内圧が過度に高まるようなことはなく、したがってデッキプレート２の変形やそれによる緩衝効果を損なうことはないと考えられるが、必要であれば図２（ｂ）に示すように緩衝空間３を壁面の縁部（上部や下部あるいは側部）において室内側に開放しておくか、あるいはデッキプレート２の要所（安全上の問題が生じない位置）に内圧を逃がすための開口部を形成しておけば良い。

以上のように、本発明の壁面構造は爆風圧に対する優れた緩衝効果が得られることはもとより、その施工に際しては打ち込み型枠および緩衝材として汎用製品であるデッキプレート１ａ、２を用いるだけで良く、またデッキプレート２をデッキプレート１ａに対して若干ずらした状態で装着することのみでそれらの間に自ずと緩衝空間３を確保できるから、本発明の壁構造は充分に簡易にかつ安価に施工することが可能であるし、日常的なメンテナンスも不要であり、以上のことから安全性に優れる水素ステーション等の水素関連施設を合理的に実現することができる。

なお、上記実施形態では双方のデッキプレート１ａ、２を上下方向に沿う向きで設置したが、左右方向に沿う向きで設置しても勿論良い。
また、本発明の壁面構造は室内に面する壁面全体に適用することが好ましいが、さらに天井面や可能であれば床面も同様の構造とすることがより好ましい。

１コンクリート
１ａデッキプレート（打込型枠）
２デッキプレート（緩衝材）
３緩衝空間
４アンカーボルト
５ナット
６ルーズホール
７ワッシャ

Claims

水素を取り扱う室の壁をデッキプレートを打込型枠として用いたコンクリート壁としてその室内側の表面に凹凸を形成し、室内での水素爆発時に爆風圧に対する緩衝材として機能するデッキプレートを前記コンクリート壁の表面側に双方の凹凸をずらした状態で装着して、双方のデッキプレートの間に緩衝空間を確保してなることを特徴とする水素関連施設における壁面構造。