(57)【要約】【課題】試料が自然発火に至る条件を高い精度で評価することが可能な自然発火試験装置を提供する。【解決手段】筒状を有するヒータコア６２と、ヒータコア６２の内側において試料Ｓを取り囲むように設けられる内筒６４との間でガスの流路６８が形成される。ガス供給部３０により流路６８を通して試料Ｓにガスが供給される。ヒータコア６２に巻回されたヒータ６３により、試料Ｓの周囲の雰囲気が加熱されるとともに、流路６８を流れるガスが加熱される。【選択図】図３
2020201195.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料が自然発火に至る条件の評価に用いられる自然発火試験装置であって、
筒状を有するヒータコアと、
前記ヒータコアの内側において試料を取り囲むように設けられ、前記ヒータコアとの間でガスの流路を形成する内筒と、
前記流路を通して試料にガスを供給するガス供給部と、
前記ヒータコアに巻回され、試料の周囲の雰囲気を加熱するとともに、前記流路を流れるガスを加熱するヒータとを備える、自然発火試験装置。
【請求項２】
前記流路は、前記内筒の外周面と前記ヒータコアの内周面との間に形成され、
前記内筒の外周面と前記ヒータコアの内周面との間の間隔は１ｍｍ以下である、請求項１記載の自然発火試験装置。
【請求項３】
前記ヒータコアおよび前記内筒は、前記流路が上下方向を向くように配置され、
前記ガス供給部は、ガスが前記流路を下方に流れるように配置され、
前記流路は、ガスが試料の下方から試料に供給されるように構成される、請求項１または２記載の自然発火試験装置。
【請求項４】
前記ガス供給部は、前記ヒータの上端部よりも上方から前記流路を通して試料にガスを供給する、請求項３記載の自然発火試験装置。
【請求項５】
前記流路の下端部は試料よりも下方に位置する、請求項３または４記載の自然発火試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自然発火試験装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自然発火試験装置は、試料が自然発火に至る温度または時間の条件を測定する装置である。例えば、特許文献１に記載された自然発火試験装置においては、測定対象の試料が装置本体の内部に収容され、装置本体の内部に不活性ガスが供給される。この状態で、試料温度が所定の設定温度に保持されるように装置本体の温度制御が開始される。これにより、試料温度が初期値から徐々に上昇し、設定温度に達すると安定する。
【０００３】
試料温度が安定した後、不活性ガスに代えて酸素ガスが装置本体の内部に供給される。この場合、試料が酸化することにより試料の温度が上昇し、試料の温度が未知の発火点に到達すると、試料が自然発火を始める。そこで、上記の試料温度が安定した時点から試料が自然発火を始める時点までの時間が測定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３６３２２９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１においては、試料温度が設定温度で安定したか否かの判定が温度安定判定回路により客観的に行われる。これにより、試料が自然発火を始めるまでの時間を正確に測定することができるとされている。しかしながら、上記の自然発火試験装置により測定される試料が自然発火を始めるまでの時間は、自然発火試験装置が設置される部屋の環境または季節等により変化する。そのため、測定される時間には、大きいばらつきが発生する。したがって、試料が自然発火に至る条件を高い精度で評価することができない。
【０００６】
本発明の目的は、試料が自然発火に至る条件を高い精度で評価することが可能な自然発火試験装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一局面に従う態様は、試料が自然発火に至る条件の評価に用いられる自然発火試験装置であって、筒状を有するヒータコアと、前記ヒータコアの内側において試料を取り囲むように設けられ、前記ヒータコアとの間でガスの流路を形成する内筒と、前記流路を通して試料にガスを供給するガス供給部と、前記ヒータコアに巻回され、試料の周囲の雰囲気を加熱するとともに、前記流路を流れるガスを加熱するヒータとを備える、自然発火試験装置に関する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、試料が自然発火に至る条件を高い精度で評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施の形態に係る自然発火試験装置の模式的断面図である。
【図２】図１の試料室温調部の構成を示す断面図である。
【図３】本体部内における詳細な空気の流れを説明するための図である。
【図４】図２の試料室温調部の部分拡大断面図である。
【図５】図４の試料室温調部のＡ−Ａ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（１）自然発火試験装置の構成
以下、本発明の一実施の形態に係る自然発火試験装置について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施の形態に係る自然発火試験装置の模式的断面図である。図１に示すように、自然発火試験装置１００は、本体部１０、試料保持具２０、ガス供給部３０、エアバス温調部４０、整流部材５０、試料室温調部６０および制御部７０を備える。以下の説明では、重力が向う方向を下方とし、その反対方向を上方とする。
【００１１】
本体部１０は、例えば直方体形状を有する筐体であり、本実施の形態においてはステンレスにより形成される。本体部１０の側壁内には、断熱材１１が充填されている。本体部１０の内部には、外部から熱的に隔離された所定の温度範囲の環境を有するエアバス（恒温槽）１２が実現される。本例では、上記の温度範囲の上限は３００℃である。また、後述するように、本体部１０の内部における略中央部に測定対象の試料Ｓが配置される。以下、本体部１０の内部における試料Ｓの周囲の一定範囲の空間を試料室１３と呼ぶ。
【００１２】
試料保持具２０は、上下方向に延び、下端部において試料Ｓが収容された試料容器２１を保持する。試料容器２１は、例えばガラスにより形成され、ガス供給部３０により供給される種々のガスを取り入れるための開口２１ａ（後述する図２参照）を有する。試料保持具２０は、本体部１０の上面に形成された開口１４に挿通された状態で本体部１０の上面に固定される。これにより、試料保持具２０の下端部に保持された試料容器２１が本体部１０の内部における略中央部（試料室１３）に位置する。
【００１３】
ガス供給部３０は、試料容器２１に収納された試料Ｓに反応抑制ガス、反応ガスおよび反応停止ガスを選択的に供給する。反応抑制ガスは、不活性ガス（本例では窒素ガス）であり、試料Ｓの酸化反応を抑制する。反応ガスは、酸素濃度調整ガスまたは空気であり、試料Ｓの酸化反応を促進する。反応停止ガスは、不活性ガス（本例では窒素ガス）であり、試料Ｓの酸化反応を停止させる。試料Ｓに供給されたガスは、試料保持具２０に沿って上方に導かれ、本体部１０の開口１４を通過した後、試料保持具２０に形成されたガス排出口２２から排出される。ガスの流路の詳細については後述する。
【００１４】
エアバス温調部４０は、ヒータ４１、温度センサ４２、ファン４３およびモータ４４を含む。ヒータ４１、温度センサ４２およびファン４３は、本体部１０内に配置される。モータ４４は、本体部１０の下方に配置される。モータ４４の回転軸４４ａは、本体部１０の下面に形成された開口１５を通してファン４３に接続される。ヒータ４１は、例えば電熱線であり、エアバス１２の温度を調整する。温度センサ４２は、例えば白金測温抵抗体であり、エアバス１２の温度を検出する。ファン４３は、回転することによりエアバス１２の雰囲気を撹拌する。モータ４４は、ファン４３を回転駆動する。
【００１５】
整流部材５０は、ステンレス等の熱容量が小さい材料により形成された有底円筒形状を有する部材である。整流部材５０の側壁の厚みは例えば０．５ｍｍであり、整流部材５０の底壁の厚みは例えば１．５ｍｍである。整流部材５０は、試料室１３を取り囲む状態で本体部１０の下面に点接触により固定され、ファン４３により撹拌された雰囲気を上部から内部に取り入れる（図１の太い矢印を参照）。整流部材５０の底壁におけるファン４３の上方には、例えば直径４５ｍｍの開口５１（後述する図２参照）が形成される。開口５１を通して、ファン４３の中央部分に空気が供給される。試料室温調部６０は、試料室１３の温度を調整する。試料室温調部６０の詳細な構成については後述する。
【００１６】
制御部７０は、ガス制御部７１、エアバス制御部７２、試料室制御部７３および測定部７４を含む。ガス制御部７１は、ガス供給部３０に設けられた図示しない弁を切り替えることにより、反応抑制ガス、反応ガスおよび反応停止ガスを選択的に供給するようにガス供給部３０を制御する。
【００１７】
エアバス制御部７２は、使用者から設定温度の入力を受け付ける。また、エアバス制御部７２は、温度センサ４２により検出されたエアバス１２の温度が上記の設定温度に一致するようにヒータ４１を制御する。試料室制御部７３は、試料室１３の温度が試料Ｓの温度に一致するように試料室温調部６０を制御する。測定部７４は、試料Ｓが自然発火を始めるまでの時間を測定する。試料室制御部７３および測定部７４の詳細については後述する。
【００１８】
（２）試料室温調部
図２は、図１の試料室温調部６０の構成を示す断面図である。図２に示すように、試料室温調部６０は、コア保持具６１、ヒータコア６２、ヒータ６３、内筒６４、輻射筒６５および温度センサ６６，６７を含む。コア保持具６１は、例えばステンレスにより形成された円筒形状を有する部材であり、整流部材５０の内側において試料室１３を取り囲むように配置される。コア保持具６１の側面には、例えば直径１５ｍｍの複数の開口６１ａが形成されている。コア保持具６１は、整流部材５０の下面に固定された状態で、ヒータコア６２、内筒６４および輻射筒６５を保持する。
【００１９】
図３は、本体部１０内における詳細な空気の流れを説明するための図である。図３に太い矢印で示すように、ファン４３の回転によりファン４３の外方に拡散れた空気は、整流部材５０により上方に導かれ、整流部材５０の上部から整流部材５０の内周部とコア保持具６１の外周部との間の空間に取り入れられる。当該空間の空気は、コア保持具６１に形成された複数の開口６１ａを通してコア保持具６１の内部の空間に取り入れられた後、整流部材５０の底部の開口５１を通してファン４３の中央部分に導かれる。このようにして、本体部１０内で空気が循環する。
【００２０】
図４は、図２の試料室温調部６０の部分拡大断面図である。図５は、図４の試料室温調部６０のＡ−Ａ線断面図である。ヒータコア６２は、絶縁材料（例えばセラミック）により形成され、図４に示すように下部が閉塞された円筒形状を有する。ヒータコア６２の内径は、例えば３４ｍｍである。ヒータコア６２の外周面には、螺旋状に旋回しながら上下方向に延びる溝部６２ａが形成される。ヒータ６３は、例えば太さ０．７ｍｍの電熱線であり、溝部６２ａに嵌め込まれた状態でヒータコア６２に巻回される。
【００２１】
内筒６４は円筒形状を有し、内筒６４の外径は例えば３３ｍｍである。内筒６４は熱容量が小さくかつ伝熱性が高い材料により形成される。内筒６４の側壁の厚みは小さいことが好ましい。本実施の形態では、内筒６４はセラミックにより形成され、側壁の厚みは１ｍｍである。実施の形態はこれに限定されず、内筒６４は他の材料により形成されてもよい。例えば、設定温度の上限が３００℃程度である場合には、内筒６４はステンレスにより形成されてもよい。この場合、内筒６４の側壁の厚みをより小さくすることができる。
【００２２】
内筒６４は、ヒータコア６２と同心になるように、ヒータコア６２の内側において試料室１３を取り囲むように配置される。これにより、内筒６４の外周面とヒータコア６２の内周面との間に幅ｗ（本例では０．５ｍｍ）を有する環状の間隙が形成される（図５参照）。当該間隙が、試料Ｓにガスを供給するための流路６８となる。詳細は後述する。本例では、内筒６４の外側の空間が試料室１３として区画され、試料室１３に試料Ｓが収容された試料容器２１が配置される。
【００２３】
輻射筒６５は、円筒形状を有し、例えばセラミックにより形成される。輻射筒６５は、ヒータコア６２を取り囲むように配置され、ヒータコア６２を高い温度に維持しつつ温度を安定させる。なお、設定温度の上限が３００℃程度である場合には、試料室温調部６０は輻射筒６５を含まなくてもよい。
【００２４】
温度センサ６６は、例えばシース熱電対であり、試料容器２１の内部に取り付けられる。温度センサ６６は、試料容器２１に収容された試料Ｓの温度を検出し、検出結果を図１の試料室制御部７３に与える。温度センサ６７は、例えばシース熱電対であり、ヒータコア６２に埋設される。温度センサ６７は、ヒータコア６２の温度を試料室１３の温度として検出し、検出結果を試料室制御部７３に与える。試料室制御部７３は、温度センサ６７により検出された試料室１３の温度が温度センサ６６により検出された試料Ｓの温度に一致するようにヒータ６３を制御する。
【００２５】
ヒータ６３よりも上部におけるヒータコア６２には、ガス供給部３０との接続口６９が形成される。ガス供給部３０のガス管３１は、接続口６９に接続される。なお、ガス管３１は、ヒータコア６２を固定するためのステンレス製のヒータ固定金具３２に溶接される。ヒータコア６２は、グラファイトリング３３をグラファイトリング固定金具３４で締め付けることによりヒータ固定金具３２に固定される。グラファイトリング３３は、ヒータコア６２を固定するとともに、ガス漏れが発生することを防止するシール部材として機能する。
【００２６】
ガス管３１は、接続口６９から内筒６４とヒータコア６２との間の流路６８に反応ガスを供給する。供給された反応ガスは、図４の点線の矢印で示すように、流路６８内を下方に流れる。ここで、反応ガスの温度は、自然発火試験装置１００が設置される部屋の環境または季節等により一定ではない。しかしながら、反応ガスは、流路６８を流れることによりヒータ６３により加熱される。これにより、反応ガスの温度は、試料室１３の温度、すなわち試料Ｓの温度と同程度まで上昇する。
【００２７】
その後、反応ガスは、試料容器２１の下部の開口２１ａを通して試料容器２１内に取り入れられ、試料Ｓに供給される。この場合、反応ガスの温度は試料Ｓの温度と同程度に上昇しているので、試料Ｓの温度は反応ガスの温度の影響して低下することがない。その結果、試料Ｓが自然発火に至る条件のばらつきが抑制され、試料Ｓが自然発火に至る条件を高い精度で評価することが可能になる。
【００２８】
なお、反応抑制ガスまたは反応停止ガスも、反応ガスと同様の流路６８を通してガス管３１から試料Ｓに供給される。そのため、反応抑制ガスまたは反応停止ガスを流路６８内でヒータ６３により加熱しつつ試料Ｓに供給することも可能である。
【００２９】
（３）自然発火試験装置の動作
図１を用いて自然発火試験装置１００の動作を説明する。まず、使用者は、測定対象の試料Ｓを試料容器２１に収納し、試料容器２１を試料保持具２０の下部に取り付ける。次に、使用者は、試料保持具２０を本体部１０の開口１４に挿通させた状態で、本体部１０の上面に固定する。これにより、試料容器２１が試料室１３に配置される。
【００３０】
続いて、使用者は、エアバス制御部７２を操作することにより設定温度を入力する。設定温度が入力されると、エアバス制御部７２は、エアバス１２の温度が設定温度に一致するようにヒータ４１を制御する。また、ファン４３は、回転することによりエアバス１２の雰囲気を撹拌する。さらに、ガス制御部７１は、反応抑制ガスを使用者により調整された流量で供給するようにガス供給部３０を制御する。この場合、試料Ｓの温度が初期値から徐々に上昇する。試料室制御部７３は、試料室１３の温度が試料Ｓの温度に追従するように試料室温調部６０を制御する。
【００３１】
試料Ｓの温度は、設定温度に達すると安定する。この時点で、測定部７４は時間の計測を開始する。また、ガス制御部７１は、反応抑制ガスに代えて反応ガスを使用者により調整された流量で供給するようにガス供給部３０を制御する。これにより、試料Ｓの酸化反応が促進され、試料Ｓの温度が上昇する。反応ガスの流量は、比較的小さく、例えば２ｍＬ／ｍｉｎ〜５ｍＬ／ｍｉｎである。試料室制御部７３は、試料室１３の温度が試料Ｓの温度に追従するように試料室温調部６０を制御する。
【００３２】
試料Ｓの温度が発火点に到達すると、試料Ｓの温度が急激に上昇する。この時点で、測定部７４は時間の測定を終了する。また、ガス制御部７１は、反応ガスに代えて反応停止ガスを使用者により調整された流量で供給するようにガス供給部３０を制御する。これにより、試料Ｓの酸化反応が停止し、自然発火が防止される。なお、反応停止ガスの流量は、反応抑制ガスの流量よりも大きい。測定部７４により測定された時間が、試料Ｓが自然発火に至る条件として評価される。
【００３３】
（４）効果
本実施の形態に係る自然発火試験装置１００においては、筒状を有するヒータコア６２と、ヒータコア６２の内側において試料Ｓを取り囲むように設けられる内筒６４との間でガスの流路６８が形成される。ガス供給部３０により流路６８を通して試料Ｓにガスが供給される。ヒータコア６２に巻回されたヒータ６３により、試料Ｓの周囲の雰囲気が加熱されるとともに、流路６８を流れるガスが加熱される。
【００３４】
この構成によれば、自然発火試験装置１００が設置される部屋の環境または季節等によりガスの温度が一定ではない場合でも、ガスが流路６８において加熱されることにより、ガスの温度が試料Ｓの周囲の雰囲気の温度と同程度まで上昇する。そのため、試料Ｓが自然発火に至る時間に大きいばらつきが発生することが防止される。これにより、試料Ｓが自然発火に至る条件を高い精度で評価することができる。
【００３５】
また、流路６８の幅ｗ（内筒６４の外周面とヒータコアの内周面との間の間隔）は０．５ｍｍである。ガス供給部３０は、ヒータ６３の上端部よりも上方から流路６８を通して試料Ｓにガスを供給し、流路６８の下端部は試料Ｓよりも下方に位置する。これらの構成によれば、ガスの流量が比較的大きい場合でも、ガスが流路６８を通過する間にガスを十分に加熱することができる。また、加熱されたガスを試料Ｓの下方から試料Ｓに効率よく供給することができる。
【００３６】
（５）他の実施の形態
（ａ）上記実施の形態において、測定部７４は、試料Ｓが自然発火に至る条件として、試料Ｓが自然発火を始めるまでの時間を測定するが、実施の形態はこれに限定されない。測定部７４は、試料Ｓが自然発火に至る条件として、試料Ｓが自然発火に至る温度を測定してもよい。
【００３７】
（ｂ）上記実施の形態において、流路６８の幅ｗは０．５ｍｍであるが、実施の形態はこれに限定されない。例えば、流路６８の幅ｗは１ｍｍ以下であってもよい。この構成によれば、ガスの流量が比較的大きい場合でも、ガスが流路６８路を通過する間にガスを十分に加熱することができる。一方、ガスが流路６８を通過する間にガスを十分に加熱することが可能である場合には、流路６８の幅ｗは１ｍｍよりも大きくてもよい。
【００３８】
（ｃ）上記実施の形態において、ガス供給部３０はヒータ６３の上端部よりも上方から流路６８を通して試料Ｓにガスを供給するが、実施の形態はこれに限定されない。ガスが流路６８を通過する間にガスを十分に加熱することが可能である場合には、ガス供給部３０はヒータ６３の上端部よりも下方から流路６８を通して試料Ｓにガスを供給してもよい。
【００３９】
（ｄ）上記実施の形態において、流路６８の下端部は試料Ｓ（試料容器２１の下端部）よりも下方に位置するが、実施の形態はこれに限定されない。ガスが流路６８を通過する間にガスを十分に加熱することが可能である場合には、流路６８の下端部は試料Ｓよりも上方に位置してもよい。
【００４０】
（６）態様
（第１項）一態様に係る自然発火試験装置は、
試料が自然発火に至る条件の評価に用いられる自然発火試験装置であって、
筒状を有するヒータコアと、
前記ヒータコアの内側において試料を取り囲むように設けられ、前記ヒータコアとの間でガスの流路を形成する内筒と、
前記流路を通して試料にガスを供給するガス供給部と、
前記ヒータコアに巻回され、試料の周囲の雰囲気を加熱するとともに、前記流路を流れるガスを加熱するヒータとを備えてもよい。
【００４１】
この自然発火試験装置においては、筒状を有するヒータコアと、ヒータコアの内側において試料を取り囲むように設けられる内筒との間でガスの流路が形成される。ガス供給部により流路を通して試料にガスが供給される。ヒータコアに巻回されたヒータにより、試料の周囲の雰囲気が加熱されるとともに、流路を流れるガスが加熱される。
【００４２】
この構成によれば、自然発火試験装置が設置される部屋の環境または季節等によりガスの温度が一定ではない場合でも、ガスが流路において加熱されることにより、ガスの温度が試料の周囲の雰囲気の温度と同程度まで上昇する。そのため、試料が自然発火に至る温度または時間等に大きいばらつきが発生することが防止される。これにより、試料が自然発火に至る条件を高い精度で評価することができる。
【００４３】
（第２項）第１項に記載の自然発火試験装置において、
前記流路は、前記内筒の外周面と前記ヒータコアの内周面との間に形成され、
前記内筒の外周面と前記ヒータコアの内周面との間の間隔は１ｍｍ以下であってもよい。
【００４４】
この構成によれば、ガスの流量が比較的大きい場合でも、ガスが流路を通過する間にガスを十分に加熱することができる。
【００４５】
（第３項）第１または２項に記載の自然発火試験装置において、
前記ヒータコアおよび前記内筒は、前記流路が上下方向を向くように配置され、
前記ガス供給部は、ガスが前記流路を下方に流れるように配置され、
前記流路は、ガスが試料の下方から試料に供給されるように構成されてもよい。
【００４６】
この場合、流路において加熱されたガスを試料に効率よく供給することができる。
【００４７】
（第４項）第３項に記載の自然発火試験装置において、
前記ガス供給部は、前記ヒータの上端部よりも上方から前記流路を通して試料にガスを供給してもよい。
【００４８】
この場合、ガスが流量を通過する間にガスをより十分に加熱することができる。
【００４９】
（第５項）第３または４項に記載の自然発火試験装置において、
前記流路の下端部は試料よりも下方に位置してもよい。
【００５０】
この場合、ガスが流量を通過する間にガスをより十分に加熱することができる。
【符号の説明】
【００５１】
１０…本体部，１１…断熱材，１２…エアバス，１３…試料室，１４，１５…開口，２０…試料保持具，２１…試料容器，２１ａ…開口，２２…ガス排出口，３０…ガス供給部，３１…ガス管，３２…ヒータ固定金具，３３…グラファイトリング，３４…グラファイトリング固定金具，４０…エアバス温調部，４１，６３…ヒータ，４２，６６，６７…温度センサ，４３…ファン，４４…モータ，４４ａ…回転軸，５０…整流部材，６０…試料室温調部，６１…コア保持具，６２…ヒータコア，６２ａ…溝部，６４…内筒，６５…輻射筒，６８…流路，６９…接続口，７０…制御部，７１…ガス制御部，７２…エアバス制御部，７３…試料室制御部，７４…測定部，１００…自然発火試験装置，Ｓ…試料
【図１】
2020201195.tif 000003
【図２】
2020201195.tif 000004
【図３】
2020201195.tif 000005
【図４】
2020201195.tif 000006
【図５】
2020201195.tif 000007