(57)【要約】【課題】空気より軽い水素ガスを取り扱う屋内施設において、漏洩した水素ガスが天井面に設けられたレターン吸込口から吸い込まれ、施設内に拡散されてしまうことを防止するための水素ガスを取り扱う屋内施設のレターン吸込口を提供する。【解決手段】水素ガスを取り扱う屋内施設の天井面２に設けられ、施設内の空気を吸い込んで、空気を施設内に循環させるためのダクト７に連通した水素ガスを取り扱う屋内施設のレターン吸込口４であって、レターン吸込口４は、空気を吸い込む位置が、天井面２よりも低い位置となるように設けられている。【選択図】  図１
2006112662.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気より軽いガスを取り扱う屋内施設の天井面に設けられ、施設内の空気を吸い込んで、該空気を施設内に循環させるためのダクトに連通した屋内施設のレターン吸込口であって、
前記レターン吸込口は、
前記空気を吸い込む位置が、前記天井面よりも低い位置となるように設けられたことを特徴とする屋内施設のレターン吸込口。
【請求項２】
前記レターン吸込口は、
前記天井面から床面方向に下げられた仕切りを有するフードを備えたことを特徴とする請求項１に記載の屋内施設のレターン吸込口。
【請求項３】
前記レターン吸込口は、
前記天井面から床面方向に下げられた垂れ壁を備えたことを特徴とする請求項１に記載の屋内施設のレターン吸込口。
【請求項４】
前記ダクトは、
前記天井面から床面方向に下げられたことを特徴とする請求項１に記載の屋内施設のレターン吸込口。
【請求項５】
下記数式（１）の関係にあることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の屋内施設のレターン吸込口。
2006112662.tif 000010
但し、Ｗ：漏洩が想定される箇所の真上に相当する天井面から直近のレターン吸い込み口の端部までの水平距離および壁面から直近のレターン吸い込み口の端部までの水平距離（ｍ），Ｈ：床面から天井面までの距離（ｍ），ｕ:空調気流速度（ｍ／ｓ），ρair：空気の密度(ｋｇ／ｍ３)，ρgas：施設内で取り扱う対象ガスの密度(ｋｇ／ｍ３)，ｇ：重力加速度（ｍ／ｓ２），とする。
【請求項６】
下記数式（２）の関係にあることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の屋内施設のレターン吸込口。
2006112662.tif 000011
但し、ｈ：レターン吸込口の下げ高さ（ｍ），Ｑ：施設内に漏洩する単位時間当たりの対象ガスの漏洩量（ｍ３／ｓ），Ａ：施設の床面の面積（ｍ２），ｔ：対象ガスが漏洩してからレターン吸込口に吸い込まれるまでの時間（ｓ），とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、施設内で漏洩した空気より軽いガスが、天井面に設けられたレターン吸込口から吸い込まれ、施設内に拡散してしまうことを防止するための屋内施設のレターン吸込口に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料電池の開発施設等、空気より軽いガスを取り扱う屋内施設において、施設内の空気を吸い込んで、該空気を施設内に循環させるためのダクトに連通したレターン吸込口を天井面に設けたものがある。また、建築物内の排気気体が排気口から排出され、この排気気体が給気口から流入するのを防止するため、排気口および給気口が開口された壁面上に突起物を形成した喚起装置がある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−１８６６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来の技術では、施設内でガスが漏洩した場合には、漏洩したガスは空気よりも軽いためレターン吸込口から吸い込まれ、その結果、漏洩したガスがダクトを通じて施設内に拡散されてしまうという問題がある。
【０００４】
そこで、本発明は、空気より軽いガスを取り扱う屋内施設において、漏洩したガスが天井面に設けられたレターン吸込口から吸い込まれ、施設内に拡散されてしまうことを防止するための屋内施設のレターン吸込口を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明は、空気より軽いガスを取り扱う屋内施設の天井面に設けられ、施設内の空気を吸い込んで、空気を施設内に循環させるためのダクトに連通した屋内施設のレターン吸込口であって、レターン吸込口は、空気を吸い込む位置が、天井面よりも低い位置となるように設けられたことを特徴とする。
【０００６】
また、本発明において、レターン吸込口は、天井面から床面方向に下げられた仕切りを有するフードを備えたことを特徴とし、天井面から床面方向に下げられた垂れ壁を備えたことを特徴としてもよい。さらに、本発明において、ダクトは、天井面から床面方向に下げられたことを特徴としてもよい。
【０００７】
また、本発明の屋内施設のレターン吸込口は、下記数式（１）の関係にあることを特徴とする。  
2006112662.tif 000003
【０００８】
但し、Ｗ：漏洩が想定される箇所の真上に相当する天井面から直近のレターン吸い込み口の端部までの水平距離および壁面から直近のレターン吸い込み口の端部までの水平距離（ｍ），Ｈ：床面から天井面までの距離（ｍ），ｕ:空調気流速度（ｍ／ｓ），ρair：空気の密度(ｋｇ／ｍ３)，ρgas：施設内で取り扱う対象ガスの密度(ｋｇ／ｍ３)，ｇ：重力加速度（ｍ／ｓ２），とする。
【０００９】
また、本発明の屋内施設のレターン吸込口は、下記数式（２）の関係にあることを特徴とする。  
2006112662.tif 000004
【００１０】
但し、ｈ：レターン吸込口の下げ高さ（ｍ），Ｑ：施設内に漏洩する単位時間当たりの対象ガスの漏洩量（ｍ３／ｓ），Ａ：施設の床面の面積（ｍ２），ｔ：対象ガスが漏洩してからレターン吸込口に吸い込まれるまでの時間（ｓ），とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、空気より軽いガスを取り扱う屋内施設において、漏洩したガスが天井面に設けられたレターン吸込口から吸い込まれ、施設内に拡散されてしまうことを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態について説明する。なお、本実施の形態では、施設内で取り扱うガスの例として水素ガスを対象にしているが、本発明は、必ずしも水素ガスに限定されるものではなく、メタンガスや都市ガス等、空気より軽いガスであればその他のガスであってもよい。
【００１３】
図１は、水素ガスを取り扱う屋内施設において漏洩した水素ガスの流れを示す図であり、施設の床面５の中心部付近には、水素ガスを取り扱う装置１が設けられている。また、施設の天井面２には、施設内の空気を屋外に排出するための排気口３と、レターン吸込口４とが設けられ、レターン吸込口４は、天井面２から床面５の方向に下げられた仕切り６によって、施設内の空気を吸い込む位置が、天井面１よりも低い位置となるように設けられている。さらに、このレターン吸込口４は、天井面２の裏側に設けられたダクト７に連通しており、レターン吸込口４から吸い込まれた施設内の空気は、ダクト７を通過した後、施設内の床面５から天井面２の方向に吹き出され、施設内を循環するようになっている。このため、施設内においては、空気が床面５から天井面２の方向に流れるように空調気流が形成されている。
【００１４】
図１に示すように、このような構成の本発明において、水素ガスは、水素ガスを取り扱う装置１から漏洩しており、空気より軽い水素ガスは、それ自体の浮力及び施設内の空調気流のために上昇する。この上昇過程において、水素ガスは、分子拡散、空調気流、揺らぎ等のために水平方向にも移動し、漏洩箇所の真上に相当する天井面２から水平方向に離れた位置に到達する。
【００１５】
その後、天井面２に到達した水素ガスは、さらに、天井面２に沿って水平方向に拡散しながら移動する。この天井面２には、排気口３とレターン吸込口４とが設けられているため、天井面２に沿って水平方向に移動する水素ガスは、排気口３及びレターン吸込口４の付近まで到達する。このうち、排気口３まで到達した水素ガスは、排気口３から吸い込まれて屋外に排出されるが、他方、レターン吸込口４まで到達した水素ガスは、天井面２から床面５の方向に下げられた仕切り６と天井面２との段差（＝レターン吸込口４の下げ高さ）のために塞き止められ、レターン吸込口４から吸い込まれにくくなっている。
【００１６】
図２は、このような本発明の実施形態におけるレターン吸込口４を示す図であり、（ａ）は、フード８を備えたレターン吸込口４を示し、他方、（ｂ）は、垂れ壁９を備えたレターン吸込口４を示す。また、（ｃ）は、天井面２から床面５の方向にダクト７が下げられたレターン吸込口４を示す。
【００１７】
図２（ａ）に示すように、レターン吸込口４が、天井面２から床面５の方向に下げられた仕切りを有するフード８を備えている場合には、空気を吸い込む位置は、天井面２よりも低い位置となっている。このため、天井面２に沿って拡散しながら水平方向に移動してきた水素ガスは、フード８の仕切りと天井面８との段差のために塞き止められ、レターン吸込口４から吸い込まれにくくなっていることがわかる。
【００１８】
また、図２（ｂ）に示すように、レターン吸込口４が、天井面２から床面５の方向に下げられた垂れ壁９を備えている場合には、垂れ壁９が仕切りとして機能し、空気を吸い込む位置は、天井面２よりも低い位置となっている。このため、天井面２に沿って拡散しながら水平方向に移動してきた水素ガスは、垂れ壁９と天井面２との段差のために塞き止められ、レターン吸込口４から吸い込まれにくくなっていることがわかる。
【００１９】
さらに、図２（ｃ）に示すように、レターン吸込口４が、天井面２から床面５の方向にダクト７が下げられている場合にも、ダクト７が仕切りとして機能し、空気を吸い込む位置は、天井面２よりも低い位置となっている。このため、天井面２に沿って拡散しながら水平方向に移動してきた水素ガスは、ダクト７と天井面２との段差のために塞き止められ、レターン吸込口４から吸い込まれにくくなっていることがわかる。
【００２０】
このように、本発明におけるレターン吸込口４は、施設内で漏洩した水素ガスが吸い込まれにくい構造となっており、水素ガスは、レターン吸込口４に連通したダクト７を通過し、施設内に循環されないようになっている。このため、本発明によれば、施設内で漏洩した水素ガスが、施設内に拡散されてしまうことを防止することが可能となる。
【００２１】
図３は、本発明の実施形態における水素ガスを取り扱う屋内施設の模式図であり、以下、この模式図を用いて、レターン吸込口４の位置及びレターン吸込口４の下げ高さを導出する。
【００２２】
なお、レターン吸込口４の位置は、水素ガスを取り扱う装置１の真上に相当する天井面からレターン吸込口４の中心部までの距離Ｗ（ｍ）で表示し、他方、レターン吸込口４の下げ高さは、天井面２から施設内の空気を吸い込む位置までの下げ高さｈ（ｍ）で表示した。
【００２３】
図３に示すように、このような模式図において、水素ガスは、施設の床面５の中心部付近に設けられた水素ガスを取り扱う装置１から連続的に漏洩しており、同施設の天井面２には、排気口３及びレターン吸込口４が設けられている。さらに、排気口３には、水素ガス漏洩検知手段としての水素ガス濃度検知器（センサー）１０が備えられ、他方、レターン吸込口４には、天井面２から床面５の方向に下げられた仕切り６が備えられている。
【００２４】
このような水素ガスの漏洩パターンとしては、水素ガスを取り扱う装置１の開閉等による垂直方向への漏洩と、フランジ接続不良や溶接不良等のピンホール漏洩による水平方向への漏洩との２パターンが考えられるが、ここでは、１００％の水素ガスが、水素ガスを取り扱う装置１が設けられた床面５から漏洩し、浮力によって垂直方向に上昇する場合と、水素ガスを取り扱う装置１が設けられた床面５からピンホール漏洩によって水平方向に移動し、施設の側壁１１に到達してから、浮力によって垂直方向に上昇する場合とを想定している。
【００２５】
＝＝＝レターン吸込口の位置（Ｗ）の導出＝＝＝
まず、図３の模式図を用いて、レターン吸込口の位置（Ｗ）を導出する。なお、ここでは、床面５から天井面２までの距離（天井高さ）をＨ（ｍ）とした。また、水素ガスを取り扱う装置１の真上に相当する天井面から直近のレターン吸込口４までの水平距離をＷ１（ｍ）とし、施設の側壁１１から直近のレターン吸込口４までの水平距離をＷ２（ｍ）とした。
【００２６】
図３に示すように、このような模式図において、水素ガスは、施設の床面５に設けられた水素ガスを取り扱う装置１から漏洩し、その浮力によって、施設内を垂直方向に上昇する。
【００２７】
この上昇過程において、水素ガスは、分子拡散（移動速度：１．１２×１０―２（ｍ／ｓ））、乱流気流（移動速度：４．４７×１０―２（ｍ／ｓ））、揺らぎ（移動速度：０．２〜０．３（ｍ／ｓ））、空調気流（移動速度：ｕ＝０．３〜２．０（ｍ／ｓ））等によって水平方向にも移動することが考えられるが、ここでは、水素ガスが空調気流によって水平方向に移動する場合（移動速度：ｕ＝２．０（ｍ／ｓ））を想定している。
【００２８】
このような水素ガスが、初速度０．０（ｍ／ｓ）で、床面５から上昇し始め、天井高さＨ（ｍ）の天井面２まで到達するために要する時間ｔ０（ｓ）、次のように求めることができる。
【００２９】
すなわち、水素ガスの微小体積をｄＶ（ｍ３）とし、空気の密度をρair＝１．２９３（ｋｇ／ｍ３）、水素ガスの密度をρH２＝０．０８９９（ｋｇ／ｍ３）、重力加速度をｇ＝９．８１（ｍ／ｓ２）とすると、
2006112662.tif 000005
【００３０】
そして、水素ガスは、空調気流（移動速度：ｕ＝２．０（ｍ／ｓ））によって水平方向に移動することを想定しているため、水素ガスは、空調気流の移動速度と同じ速度ｕ＝２．０（ｍ／ｓ）で、水平方向に移動する。
【００３１】
そこで、床面５から漏洩した水素ガスが上昇し、天井面２に到達するまでのｔ０（ｓ）間に、水平方向に移動する距離Ｗ０（ｍ）は、
2006112662.tif 000006
【００３２】
そして、漏洩した水素ガスがＷ０（ｍ）よりも水平方向に移動してしまうと、水素ガスはレターン吸込口４から吸い込まれてしまうため、漏洩した水素ガスがレターン吸込口４から吸い込まれないようにするには、水素ガスを取り扱う装置１の真上に相当する天井面から直近のレターン吸い込み口の端部までの水平距離および壁面から直近のレターン吸い込み口の端部までの水平距離をＷ（ｍ）とし、
Ｗ≧Ｗ０
となるような関係を満たす位置にレターン吸込口４を設ける必要がある。
【００３３】
また、床面５からピンホール漏洩によって水素ガスが水平方向に移動し、施設の側壁１１に到達するまでの時間が非常に短時間であることを考慮すると、
2006112662.tif 000007
【００３４】
図４は、このようにして導出された、レターン吸込口の位置（Ｗ）と、天井高さ（Ｈ）との関係を示すグラフである。
【００３５】
図４に示すように、レターン吸込口の位置（Ｗ）は、天井高さの平方根（√Ｈ）と比例関係にあることがわかる。  
例えば、天井高さが３（ｍ）（Ｈ＝３．０）の屋内施設においては、レターン吸込口４は、水素ガスを取り扱う装置１の真上に相当する天井面から直近のレターン吸い込み口の端部までの水平距離および壁面から直近のレターン吸い込み口の端部までの水平距離が、４３（ｃｍ）以上となるような位置（Ｗ≧０．４３）に設ける必要があることがわかり、さらに、安全面を考慮すると、５０（ｃｍ）離れた位置（Ｗ＝０．５０）に設けることが好ましい。
【００３６】
＝＝＝レターン吸込口の下げ高さ（ｈ）の導出＝＝＝
次に、レターン吸込口の下げ高さ（ｈ）を導出する。なお、ここでは、水素ガスが溜る領域に相当する天井面の面積は、天井面２の全域の面積と等しいものとし、さらに、天井面２の面積と床面５の面積は等しいものと仮定して、その値をＡ（ｍ２）とした。また、床面５から漏洩する単位時間当たりの水素ガス漏洩量をＱ（ｍ３／ｓ）とし、施設内で漏洩した水素ガスは、レターン吸込口４に吸い込まれるまでは、排気口３等から排出されることなく、すべて施設内の天井面２に溜まり続けるものとした。
【００３７】
このような前提条件の下で、水素ガスが漏洩してからレターン吸込口４に吸い込まれるまでの時間を少なくともｔ（ｓ）遅延させることができるような、レターン吸込口４の下げ高さをｈ（ｍ）とすると、
ｔ時間の間に床面５から漏洩した水素ガスの漏洩量は、
ｔ×Ｑ（ｍ３）
となり、
他方、天井面２で滞留し得る水素ガスの最大量は、
Ａ×ｈ（ｍ３）
と近似することができる。
【００３８】
そして、ｔ時間の間に床面５から漏洩した水素ガスは、すべて施設内の天井面２に滞留していることを前提にしていることから、
Ａ×ｈ≧ｔ×Ｑ
となり、下記数式が導出される。  
2006112662.tif 000008
【００３９】
さらに、水素ガスが漏洩してからレターン吸込口４に吸い込まれるまでの時間を３０秒間遅延させる場合には、ｔ＝３０．０とすることで、下記数式（４）が導出される。  
2006112662.tif 000009
【００４０】
図５は、このようにして導出された、レターン吸込口４の下げ高さｈ（ｍ）と、施設の天井面２の面積をＡ（ｍ２）との関係を、水素ガス漏洩量Ｑ（ｍ３／ｓ）ごとに示すグラフである（ｔ＝３０．０）。
【００４１】
図５に示すように、レターン吸込口４の下げ高さｈ（ｍ）は、施設の天井面２の面積Ａ（ｍ２）とは反比例の関係にあり、水素ガス漏洩量Ｑ（ｍ３／ｓ）とは比例関係にあることがわかる。
【００４２】
例えば、水素ガス漏洩量Ｑが、１，０００（Ｌ／ｍ）（＝０．０１６７（ｍ３／ｓ））の屋内施設においては、レターン吸込口４の下げ高さを１００（ｍｍ）（ｈ＝０．１）とすれば、施設の天井面２の面積が５ｍ２以上（Ａ≧５．０）屋内施設では、施設内で水素ガスが漏洩してから３０秒が経過するまでの間は、水素ガスがレターン吸込口４に吸い込まれないようにすることが可能となる。
【００４３】
また、排気口３には、水素ガス漏洩検知手段としての水素ガス濃度検知器（センサー）１０が備えられており、３０秒間あれば水素ガスの濃度を測定することで水素ガスの漏洩を検知することができる。このため、水素ガスが施設内で漏洩してからレターン吸込口４に吸い込まれ、施設内に循環されてしまう前に、排気口３から吸い込まれた水素ガス濃度を測定することで、水素ガスの漏洩を検知することも可能となる。
【００４４】
以上のように、本発明によれば、水素ガスを取り扱う屋内施設において、レターン吸込口の位置（Ｗ）及びレターン吸込口の下げ高さ（ｈ）を導出することで、施設内で漏洩した水素ガスがレターン吸込口から吸い込まれ、施設内に拡散してしまうことを防止することができるようになる。
【００４５】
また、本発明によれば、排気口に水素ガス検知手段を備えることで、水素ガスが施設内に循環されてしまう前に、水素ガスの漏洩を検知することもできるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の実施形態における水素ガスを取り扱う屋内施設において漏洩した水素ガスの流れを示す図である。
【図２】本発明の実施形態におけるレターン吸込口を示す図である。
【図３】本発明の実施形態における水素ガスを取り扱う屋内施設の模式図である。
【図４】本発明の実施形態におけるレターン吸込口の位置（Ｗ）と、導出された天井高（Ｈ）との関係を示すグラフである。
【図５】本発明の実施形態におけるレターン吸込口４の下げ高さｈ（ｍ）と、施設の天井面２の面積Ａ（ｍ２）との関係を、水素ガス漏洩量Ｑ（ｍ３／ｓ）ごとに示すグラフである。
【符号の説明】
【００４７】
１  水素ガスを取り扱う装置
２  天井面
３  排気口
４  レターン吸込口
５  床面  
６  仕切り
７  ダクト
８  フード
９  垂れ壁
１０  水素ガス濃度検知器（センサー）
１１  側壁
【図４】
2006112662.tif 000012
【図５】
2006112662.tif 000013
【図１】
2006112662.tif 000014
【図２】
2006112662.tif 000015
【図３】
2006112662.tif 000016