(57)【要約】【課題】着火遅延時間を変えて実験を行う回数を減らすことができ、試験時間を短縮できる粉じんの最小発火エネルギー測定における着火遅延時間決定方法を提供する。【解決手段】ハルトマン型円筒１０の下端より粉体を吹き上げ、粉体と気体とが混在する混合物に着火して最小発火エネルギーを測定する方法における着火遅延時間を決定する方法であって、ハルトマン型円筒１０内に粉体を吹き上げた後、粉じん雲ｍに着火せずにハルトマン型円筒１０内における粉体の動きを観察し、観察された粉体の動きに基づいて着火遅延時間を決定する。火花を発生させる時間を順次変化させながら最小発火エネルギーを求める場合に比べて、試験を繰り返す回数を少なくでき、試験期間を短縮できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハルトマン型円筒の下端より粉体を吹き上げ、該粉体と気体とが混在する混合物に着火して最小発火エネルギーを測定する方法における着火遅延時間を決定する方法であって、
前記ハルトマン型円筒内に前記粉体を吹き上げた後、前記混合物に着火せずに前記ハルトマン型円筒内における前記粉体の動きを観察し、該観察された粉体の動きに基づいて着火遅延時間を決定する
ことを特徴とする粉じんの最小発火エネルギー測定における着火遅延時間決定方法。
【請求項２】
前記ハルトマン型円筒内における前記粉体の動きを高速度カメラによって撮影し、該高速度カメラによって撮影された画像に基づいて着火遅延時間を決定する
ことを特徴とする請求項１記載の粉じんの最小発火エネルギー測定における着火遅延時間決定方法。
【請求項３】
前記混合物の上部が前記ハルトマン型円筒の上部に到達した後、前記混合物中の粉体が一様に沈降し始めるまでの時間を着火遅延時間とする
ことを特徴とする請求項１または２記載の粉じんの最小発火エネルギー測定における着火遅延時間決定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粉じんの最小発火エネルギー測定における着火遅延時間決定方法に関する。さらに詳しくは、吹き上り法により粉じん雲を形成する粉じん爆発試験装置を使用した粉じんの最小発火エネルギー測定における着火遅延時間決定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ある一定濃度の粉じんが気体中に浮遊している場合に、火花などにより粉じんに着火すると粉じん爆発が生じる。かかる粉じん爆発は、小麦粉等の食品やプラスチック粉末、金属粉末等種々の粉体において生じる現象であるので、各種粉体の粉じん爆発を予防する上では、各種粉体についてそれぞれ粉じん爆発が生じる条件を把握することが重要である。
【０００３】
各種粉体について粉じん爆発が生じる条件を把握するために、各種粉体の最小発火エネルギーを測定することが行われている。
各種粉体の最小発火エネルギーは、その各種粉体が気体中に均一混合された状態で測定することが理想であるが、かかる状態を得ることは非常に難しい。このため、粉じんを形成する方法等の条件が変われば、得られる最小発火エネルギーの値が大きく異なってしまう可能性がある。
【０００４】
最小発火エネルギーの測定精度を一定に保つために、実験装置や試料粉じんの事前処理等を規定した測定方法が定められているが、その一つにＣＥＮ（欧州標準化委員会）によって作成された欧州規格がある。この欧州規格では、粉じんの最小発火エネルギーは、ハルトマン型円筒を用いて以下の手順で測定することが規定されている（非特許文献１）。
【０００５】
（手順１）
試験する粉体（試験粉体）によって所定の濃度の粉じん雲を形成し、この粉じん雲に対して放電による火花によって着火する着火試験を繰り返す。そして、１０回の着火試験において、すべてで発火しなくなるまで、火花を形成するエネルギー（火花エネルギー）を段階的（例えば、５０％ずつ）に低下させて、最低エネルギーを求める。この間、粉じん濃度および着火遅延時間は一定に保たれる。なお、試験は、所定の濃度の粉じん雲に確実に発火させることができる火花エネルギー値から試験を開始する。また、着火遅延時間とは、試験粉体が試験装置内（ハルトマン型円筒内）に分散・浮遊し始めた時点から着火源を起動させるまでの時間を意味している。
（手順２）
手順１で明らかになった最低エネルギーのままで、粉じん濃度を変えて着火試験を繰り返す。そして、ある粉じん濃度で発火が発生した場合は、その濃度において手順１を行い、その濃度において新たに最低エネルギーを求める。そして、新たな最低エネルギーにおいて粉じん濃度を変えて着火試験を繰り返す。この手順を繰り返して、全ての粉じん濃度において発火が発生しなくなる最低エネルギーを求める。なお、この間も、着火遅延時間は一定に保たれる。
（手順３）
上記手順１、手順２を着火遅延時間を変化させて繰り返せば、各着火遅延時間について最低エネルギーが求められるので、粉じん濃度および着火遅延時間の影響も考慮した、試験粉体の粉じん雲に発火が生じない最高エネルギー（Ｅ１）を求める。そして、最高エネルギー（Ｅ１）が見つかると、発火が生じる最低エネルギー（Ｅ２）を求める。
すると、最低エネルギー（Ｅ２）と最高エネルギー（Ｅ１）との間の値として、試験する粉体の最小発火エネルギーが得られる。
【０００６】
しかるに、上記規格の手順による試験では、粉じん濃度や着火遅延時間を変えながら、粉じん雲の形成、着火を繰り返し行わなければならないので、一つの試験粉体について最小発火エネルギーを求めるだけでも非常に多くの手間を要し、また、非常に長時間を要するという問題がある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】“ EUROPEAN STANDARD EN13821 : 2002E ,CEN , November 2002 ”
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上記事情に鑑み、着火遅延時間を変えて実験を行う回数を減らすことができ、試験時間を短縮できる粉じんの最小発火エネルギー測定における着火遅延時間決定方法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】
【０００９】
第１発明の粉じんの最小発火エネルギー測定における着火遅延時間決定方法は、ハルトマン型円筒の下端より粉体を吹き上げ、該粉体と気体とが混在する混合物に着火して最小発火エネルギーを測定する方法における最適着火遅延時間決定する方法であって、前記ハルトマン型円筒内に前記粉体を吹き上げた後、前記混合物に着火せずに前記ハルトマン型円筒内における前記粉体の動きを観察し、該観察された粉体の動きに基づいて最適着火遅延時間を決定することを特徴とする粉じんの最小発火エネルギー測定における着火遅延時間決定方法。
第２発明の粉じんの最小発火エネルギー測定における着火遅延時間決定方法は、第１発明において、前記ハルトマン型円筒内における前記粉体の動きを高速度カメラによって撮影し、該高速度カメラによって撮影された画像に基づいて最適着火遅延時間を決定することを特徴とする。
第３発明の粉じんの最小発火エネルギー測定における着火遅延時間決定方法は、第１または第２発明において、前記混合物の上部が前記ハルトマン型円筒の上部に到達した後、前記混合物中の粉体が一様に沈降し始めるまでの時間を最適着火遅延時間とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
第１発明によれば、混合物に着火せずに混合物の動きを観察するので、最小発火エネルギー測定を行う上で最適なタイミングを把握できる。すると、粉体の吹き上げを開始してからこのタイミングまでの時間を最適着火遅延時間として、この最適着火遅延時間に火花を発生させる着火試験を行えば、粉じん雲に発火が生じない最高エネルギーや粉じん雲ｍに発火が生じる最低エネルギーを求めることができる。よって、火花を発生させる時間を順次変化させながら最高エネルギーや最低エネルギーを求める場合に比べて、試験を繰り返す回数を少なくでき、試験期間を短縮できる。
第２発明によれば、ハルトマン円筒内における混合物の極短時間の動きを静止画像やスローモーション画像によって確認できるので、最適なタイミングをより正確に把握することができる。
第３発明によれば、ハルトマン円筒内に粉体が均一分散した状態に近くなるので、最適着火遅延時間をより適切に決定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】（Ａ）は本発明の着火遅延時間決定方法に使用する装置１の概略説明図であり、（Ｂ）はハルトマン型円筒１０の概略説明図である。
【図２】本発明の着火遅延時間決定方法の概略説明図である。
【図３】実施例における粉じんの挙動の撮影画像である。
【図４】実施例において得られた着火遅延時間と、実際に着火実験を行った場合における各着火遅延時間の着火エネルギーの関係を示した表である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
本発明の着火遅延時間決定方法は、粉じんの最小発火エネルギーを測定する際に、粉体の挙動を画像で確認することによって、粉じんに着火することなく、適正な着火遅延時間（最適着火遅延時間）をおおまかに決定できるようにしたことに特徴を有している。
【００１３】
まず、本発明の着火遅延時間決定方法を説明する前に、着火遅延時間および最適着火遅延時間について説明する。
着火遅延時間とは、粉体と空気の混合物（以下、粉じん雲という）を形成するためにハルトマン型円筒１０内に粉体を吹き上げて、粉体がハルトマン型円筒１０内分散・浮遊し始めた時点から放電するまでの時間を意味している。
一方、最適着火遅延時間とは、あらゆる粉じん濃度において、最も小さい放電エネルギー（最低エネルギー（Ｅ２））で粉じんに着火できる着火遅延時間のことである。
（ハルトマン型円筒１０の説明）
【００１４】
つぎに、本発明の着火遅延時間決定方法に使用するハルトマン型円筒１０について説明する。
図１において、符号１０はハルトマン型円筒を示している。このハルトマン型円筒１０は、粉じんの最小発火エネルギーの測定等に使用される装置であり、中空な内部を外部から視認できる、ガラス等によって形成された透明円筒１１を備えている。この透明円筒１１内の中空な空間11a内には、互いに対向するように配置された一対の放電電極１２，１２を有している。この一対の放電電極１２，１２は、放電用電源回路に接続されており、この放電用電源回路から電圧が印加されると、一対の電極１２，１２間に放電が発生し火花が形成されるように配置されている。
【００１５】
この透明円筒１１はその下端が閉塞されており、その下端では貫通孔でのみ外部と連通されている。この貫通孔の外端には、透明円筒１１内に加圧空気を吹き込むため配管１５が連通されており、一方、貫通孔の内端にはノズル１３が設けられている。このノズル１３は、配管１５と貫通孔を通って供給された加圧空気の流れを、上向きから下向きに変更するために設けられている。
なお、配管１５は加圧空気を透明円筒１１内に供給しうる、例えば、ボンベやコンプレッサ等の手段に接続されている。そして、配管１５に介装されている電磁弁１６を開閉することによって、透明円筒１１内への加圧空気の供給停止を制御できるようになっている。
【００１６】
また、透明円筒１１の下端部内底面には、最適着火遅延時間を測定する対象である粉体を配置するための凹部11cが設けられている。この凹部11cは、前記ノズル１３の周囲を囲むように形成されている。
【００１７】
一方、透明円筒１１の上端には蓋状部材１４が設けられている。この蓋状部材１４は、透明円筒１１の上端開口部分と対応する位置に、空気が通過できるが粉体は通過できない粉体遮断部を備えている。この粉体遮断部の構造はとくに限定されないが、例えば、蓋状部材１４に設けた貫通孔を通気性を有する紙等によって塞いだ構造等とすることができる。
（ハルトマン型円筒１０を用いた粉じん雲形成の説明）
【００１８】
以上のごとき構造であるから、以下の方法によって、ハルトマン型円筒１０内に所定の濃度の粉じん雲を形成することができる。
【００１９】
まず、着火凹部11cに所定の量の粉体を配置して電磁弁１６を開くと、配管１５と貫通孔を通って、透明円筒１１内に加圧空気が供給される。加圧空気は、ノズル１３によって下方に流れるように流動方向が変えられるので、加圧空気が凹部11c内の粉体に吹き付けられる。すると、粉体は透明円筒１１内に舞い上がり、透明円筒１１内には粉じん雲が形成される。
ここで、透明円筒１１の蓋状部材１４には空気が通過できる粉体遮断部が設けられているので、透明円筒１１内に供給された加圧空気は粉体遮断部に向かって流動する。言い換えれば、加圧空気は透明円筒１１の上端に向かって流動する。すると、加圧空気とともに粉じん雲も透明円筒１１の上端に向かって移動するから、透明円筒１１内全体に粉じん雲が拡がった状態になる。つまり、粉体が透明円筒１１内全体に分散・浮遊した状態となるのである。
【００２０】
なお、透明円筒１１内全体に粉じん雲が形成された状態で一対の電極１２，１２間に放電を発生させれば、粉じん雲に着火することもできる。
また、着火凹部11cに配置する粉体の量は、透明円筒１１内全体に均一な粉じん雲が形成されたときに所定の粉じん濃度となるように、透明円筒１１の容積に基づいてその量（重量）が調整される。
（本発明の装置の説明）
【００２１】
図１に示すように、本発明の着火遅延時間を決定する方法に使用する装置（以下、着火遅延時間決定装置１という）では、上述したハルトマン型円筒１０に加えて、画像を撮影する撮影手段である高速度カメラ２０を備えている。この高速度カメラ２０は、前記ハルトマン型円筒１０の側方において、ハルトマン型円筒１０内を撮影できる位置に配設されている。この高速度カメラ２０の性能はとくに限定されないが、ハルトマン型円筒１０内における粉体の動きを捉えるためには、500コマ／秒程度の機能を有するものが好ましい。
なお、ハルトマン円筒１０内における粉体の動きを撮影する手段は、高速度カメラ２０に限らず、デジタルビデオカメラでもよいが、高速度カメラ２０を用いれば、静止画像やスローモーション画像によって極短時間の粉体の動きでも確認できるので、最適なタイミングをより正確に把握することができる。
【００２２】
なお、高速度カメラ２０が、十分に長い撮影可能時間（例えば、数秒以上）が有するものであれば、高速度カメラ２０による撮影を開始した後、手動操作などによって電磁弁１６を開いても、最適着火遅延時間と考えられるタイミング前後の画像も十分に撮影できる。
しかし、図１に示すように、高速度カメラ２０と電磁弁１６の作動を制御する制御手段３０を設けておけば、高速度カメラ２０の撮影時間を有効に活用することができる。例えば、制御手段３０によって高速度カメラ２０の撮影開始タイミングと電磁弁１６の開閉タイミングの両方を制御するようにしておけば、電磁弁１６を開いて円筒内に空気を供給したタイミング、又は、空気を供給したタイミングから所定の期間経過後に、高速度カメラ２０による撮影を開始させることができる。すると、粉じん雲形成前の期間を撮影した時間を少なくできるので、高速度カメラ２０の撮影可能時間が短い場合には好ましい。
（本発明の方法の説明）
【００２３】
つぎに、上記装置１を用いて本発明の着火遅延時間を決定する方法（以下、着火遅延時間決定方法という）を説明する。
【００２４】
本発明の着火遅延時間決定方法では、ハルトマン型円筒１０内に粉じん雲を形成させるときに、粉じん雲に着火せず、粉じん雲の挙動を高速度カメラ２０によって撮影する。そして、高速度カメラ２０によって撮影された画像から粉体の挙動を確認して、最適着火遅延時間をおおまかに決定する。
【００２５】
最適着火遅延時間と考えられるタイミングは、粉体が気体中に均一混合された状態であると考えられる。かかる状態を特定する方法は種々考えられるが、例えば、ハルトマン型円筒１０内に吹き上げられた粉体と空気の混合物（粉じん雲）が、ハルトマン型円筒１０の上部、つまり、蓋状部材１４に到達した後、粉じん雲が一様に沈降し始めるまでの時間を最適着火遅延時間とすることができる。
この時間を最適着火遅延時間とすることができるのは、加圧空気をハルトマン型円筒１０内に供給したことによって生じる粉じん雲が、ハルトマン型円筒１０内において、以下のごとき挙動をするからである。
【００２６】
まず、電磁弁１６を開いて加圧空気がハルトマン型円筒１０内に供給されると、粉体は加圧空気によって吹き上げられ、粉じん雲ｍが形成される。このとき円筒１１の上端に設けられている蓋状部材１４は空気を通すので、空気の上方への流れに乗って粉じん雲ｍは上方に移動しながら拡散していく（図２（Ａ））。
【００２７】
所定の量の加圧空気を透明円筒１１内に供給すると電磁弁１６が閉じられ、加圧空気の供給が停止される。すると、空気の上方への流れは徐々に遅くなるが、しばらくは上方への流れが継続するので、粉じん雲ｍの上方への移動と透明円筒１１内への粉じん雲ｍの拡散も継続する（図２（Ｂ））。このとき、粉じん雲ｍは拡散によってその濃度は低下し、所定の濃度に近づいていく。
【００２８】
そして、粉じん雲ｍの上端が蓋状部材１４まで到達する頃には、空気の上方への流れは停止する（図２（Ｃ））。すると、粉じん雲ｍはしばらく透明円筒１１内を漂い、その後、粉じん雲ｍは下方に移動を開始する（図２（Ｄ））。
つまり、透明円筒１１内において、粉じん雲ｍの上端が蓋状部材１４まで到達した後、粉じん雲ｍが一様に沈降し始めるまでの期間は、粉じん雲ｍを構成する粉体の移動が最も少なくなる。言い換えれば、透明円筒１１内における空気の流れが非常に弱くなった状態となる。
しかも、この期間は粉じん雲ｍが最も広い範囲に拡散した状態となっているので、透明円筒１１内において粉じん雲ｍが最も均一に分散した状態となる。
【００２９】
ここで、粉じん雲ｍが同じ濃度であれば、ハルトマン型円筒１０内の空気の流れが弱いほど粉じん雲ｍは着火しやすいと考えられる。
すると、粉じん雲がハルトマン型円筒１０の蓋状部材１４に到達した後、粉じん雲が一様に沈降し始めるまでの時間は、ハルトマン型円筒１０内に粉体が均一に分布されており粉じん雲ｍは着火しやすい状況となっていると考えられるから、最適着火遅延時間となる状況であると推定できるのである。
【００３０】
そして、本発明の着火遅延時間決定方法によって最適着火遅延期間を決定すれば、この最適着火遅延期間およびその前後の期間でのみ、粉じん濃度を変えながら着火実験を行うことによって、粉じん雲ｍに発火が生じる最低エネルギーを求めることができる。すると、粉じん濃度および着火遅延期間の両方を順次変化させながら最低エネルギーを求める場合に比べて、試験を繰り返す回数を少なくできるから、最小発火エネルギーを測定する試験を行う試験期間を短縮することができる。
【実施例】
【００３１】
つぎに、本発明の着火遅延時間を決定する方法の妥当性を、本発明の方法によって決定した最適着火遅延時間において着火実験を行い、その測定結果である最小発火エネルギーに基づいて評価した。
【００３２】
実験は、まず、本発明の装置によってハルトマン型円筒内に形成される粉じん雲を撮影して最適着火遅延時間を決定した。その後、最適着火遅延時間の近傍において、粉じん濃度を変えて着火実験を行い、各着火遅延時間において粉じん雲ｍに発火が生じる最低エネルギーを測定した。
【００３３】
実験は以下の装置、条件で行った。
粉じん雲爆発試験装置：    ＭＩＫＥ３（Ｋｕｈｎｅｒ社製）
撮影手段            ：    高速度カメラ（ｎａｃ社製：型番V-140-J）
試験粉体            ：    石松子
粉じん濃度          ：    750ｇ／ｍ３
なお、粉体の吹き上げには、５０ｃｍ３バッファー容器内の加圧空気（0.8ＭＰａ）を瞬時に供給した。
（最適着火遅延時間の決定）
【００３４】
図３に示すように、吹き上げられた粉体によって形成される粉じんは、時間の経過とともに円筒内を上昇し、空気を吹き込んでから150ｍｓ後に円筒の上端に到達していることが確認できる。そして、上端到達後、100ｍｓぐらいの期間（つまり、吹き上げ後250ｍｓまで）は、粉じん雲が円筒１１内を漂っていることが確認できる。そして、上端到達後、200ｍｓ経過した時点では（つまり、吹き上げ後350ｍｓ経過した時点では）、粉じん雲が下方に移動していることが確認できる。
以上から、高速度カメラによって撮影された画像から粉体の挙動が確認でき、この実験条件では、空気を吹き込んでから150〜250ｍｓの期間が最適着火遅延時間であると推定できる。
（着火実験との比較）
【００３５】
上記実験で推定された最適着火遅延時間近傍の各着火遅延時間で最小発火エネルギーを測定した。
粉じん濃度を変えながら着火実験を行ったところ、図４に示すように、最適着火遅延時間と推定した期間において、粉じん雲ｍに発火が生じる最低エネルギーが極小値を示すことが確認できる。つまり、本発明の方法は、最適着火遅延時間を決定する方法として妥当であることが確認できる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明の粉じんの最小発火エネルギー測定における着火遅延時間決定方法は、粉じんの最小発火エネルギー測定に適している。
【符号の説明】
【００３７】
１      最適着火遅延時間決定装置
１０      ハルトマン型円筒
２０      高速度カメラ
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図３】
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