(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素を含むガスの雰囲気中で試料の自然発火の条件を測定する自然発火試験装置において、
試料又は試料近傍の温度を検出する試料温度検出手段と、
この試料温度検出手段が検出した試料温度を時間で微分する微分手段と、
この微分手段によって演算された微分値が所定値を超えたかどうかを判定する判定手段と、
この判定手段によって微分値が所定値を超えたと判定された場合に、試料の発火防止措置を講じる発火防止手段と
を備えたことを特徴とする自然発火試験装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、試料の自然発火の条件を測定する自然発火試験装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
化学物質の製造工程では、製造の途中の段階で生成される中間生成物を一時的に保管しておく必要が生じる場合がある。そして、このような中間生成物の中には、ある程度以上の温度環境で長時間放置すると自然発火を起こすものがあり、しかも、この自然発火に至る温度や時間の条件が未知のものがある。自然発火試験装置は、このような中間生成物の試料を一定の設定温度に長時間保持して自然発火が始まるまでの時間を測定することにより、安全に保管を行うための温度環境や保管可能時間を事前に調べるためのものである。
【０００３】
上記自然発火試験装置は、図３に示すように、装置本体１１と操作ボックス１２とで構成される。装置本体１１は、下端に試料を収納するための試料保持容器１４が設けられた試料ホルダ１３を上部から挿入して内部に装着することができるようになっている。また、この装置本体１１には、温度制御装置が設けられ、装置内部の試料保持容器１４に収納した試料の試料温度を一定の設定温度に保持できるようになっている。さらに、この装置本体１１の正面には、窒素ガス等の不活性ガスの供給を受ける第１ポート１５と、酸素ガスや空気等の供給を受ける第２ポート１６が設けられている。これらのポート１５，１６は、それぞれ電磁弁を介して装置内部にガスを流入させるためのものである。操作ボックス１２は、温度制御装置の設定温度を設定する操作や、電磁弁を動作させて装置本体１１の内部に流入させるガスを切り替える操作等を行うものである。
【０００４】
上記自然発火試験装置は、まず自然発火の条件を調べる試料を試料保持容器１４に収納して試料ホルダ１３を装置本体１１に装着する。次に、操作ボックス１２を操作して、装置本体１１の内部に第１ポート１５からの不活性ガスを流入させると共に、温度制御装置の設定温度を設定して温度制御を開始させる。すると、図４に示すように、時刻ｔ１１に温度制御が開始されることにより、試料温度Ｔが徐々に上昇し、時刻ｔ１２にほぼ設定温度Ｔｓｅｔに達して安定する。そして、この試料温度Ｔが安定すると、装置本体１１の内部に供給するガスを第２ポート１６からの酸素ガス等に切り替えて、試料保持容器１４の試料が自然発火を始めるまでの時間の測定を開始する。
【０００５】
ここで、試料が設定温度Ｔｓｅｔに長時間保持されることにより自然発火を起こす場合には、その少し前の時刻ｔ１３の頃から試料温度Ｔが上昇し始める。そして、この試料温度Ｔが急激に上昇する時刻ｔ１４に測定を終了し、測定を開始した時刻ｔ１２からこの時刻ｔ１４までの時間を、試料が自然発火を始めるまでの時間とする。
【０００６】
ところで、試料が実際に自然発火を起こすと、装置本体１１の内部が極めて高温になるので、試料ホルダ１３が損傷を受けたり装置が破損するなどの不都合が生じる。そこで、この自然発火試験装置には、試料が自然発火を始める直前の温度上昇を検出することにより、実際に発火が発生するのを事前に防止する安全装置が従来から設けられている。
【０００７】
安全装置は、図５に示すように、試料温度検出器２と温度比較判定回路３と電磁弁駆動回路５を備えている。試料温度検出器２は、装置本体１１内部の試料保持容器１４内に配置された熱電対１により、この試料保持容器１４に収納された試料Ｓの試料温度Ｔを検出するものである。温度比較判定回路３は、この試料温度検出器２が検出した試料温度Ｔを所定温度Ｔｔｈと比較するものである。所定温度Ｔｔｈは、予め操作ボックス１２の操作により、設定温度Ｔｓｅｔ  よりも十分に高い温度に設定されたものである。電磁弁駆動回路５は、装置本体１１の内部に設けられた電磁弁６，７の開閉を制御する駆動回路である。電磁弁６は、図３に示した不活性ガスの供給を受ける第１ポート１５に繋がり、電磁弁７は、酸素ガス等の供給を受ける第２ポート１６に繋がっている。そして、この電磁弁駆動回路５は、測定時には、電磁弁７を開いて酸素ガス等を装置本体１１の内部に流入させているが、温度比較判定回路３によって試料温度Ｔが所定温度Ｔｔｈを超えたと判定された場合には、この電磁弁７を閉じて電磁弁６を開くことにより、大量の不活性ガスを装置本体１１の内部に流入させるようになっている。
【０００８】
この安全装置は、図４に示したように、試料温度Ｔが自然発火の直前になって急激に上昇し、時刻ｔ１４に所定温度Ｔｔｈを超えると、温度比較判定回路３がこれを判定して、電磁弁駆動回路５が大量の不活性ガスを装置本体１１の内部に流入させる。従って、この不活性ガスの流入による酸素供給のしゃ断と試料温度Ｔの低下により試料Ｓが実際に発火するのを未然に防止できるので、装置の破損等を回避することができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記所定温度Ｔｔｈは、試料Ｓの設定温度Ｔｓｅｔ  に応じて測定の度に設定し直さなければならず、操作ミス等により誤った温度に設定される可能性を完全になくすことができない。そして、この所定温度Ｔｔｈの設定誤りは、設定温度Ｔｓｅｔ  の設定誤りの場合と異なり、測定が始まってからも見過ごされ易い。このため、従来の自然発火試験装置では、所定温度Ｔｔｈの設定の誤りにより試料Ｓの発火を事前に防止できずに装置を破損するおそれがあるという問題があった。
しかも、この所定温度Ｔｔｈは、外乱等による温度変動やノイズの影響を避けて確実に検出を行うために設定温度Ｔｓｅｔ  よりも十分に高くなければならないが、実際に発火が始まるまでに不活性ガスを確実に流入できるようにできるだけ低い温度に設定する必要もある。このため、従来の自然発火試験装置では、所定温度Ｔｔｈを的確な温度に設定することが困難になる場合があり、設定した所定温度Ｔｔｈが高すぎるときには、不活性ガスの流入が間に合わずに試料Ｓが発火を始めて装置の破損等が生じ、設定した所定温度Ｔｔｈが低すぎるときには、誤動作によって測定が無関係の時期に終了し信頼のおける測定結果が得られなくなるという問題も生じていた。
【００１０】
また、試料Ｓが自然発火を起こす場合には、酸化反応が連鎖的に増大するので、試料温度Ｔが急激に上昇するだけでなく、この温度の上昇率も急激に増加する。従って、この試料温度Ｔが実際に所定温度Ｔｔｈに達した時には、温度の上昇率も既に極めて高くなっているので、この時点から電磁弁駆動回路５が電磁弁６，７の切り換え動作を開始したのでは間に合わずに、不活性ガスが流入される前に試料Ｓが発火を始めるというおそれがある。このため、従来の自然発火試験装置では、試料Ｓの発火を事前に確実に防止することができない場合が生じ、不活性ガスの流入により消火されるまでの間に装置内部が高温に曝されることがあるという問題もあった。
【００１１】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、試料温度の微分値が所定値を超えた場合に不活性ガスを流入させて発火防止措置を講じることにより、試料の発火を事前に確実に防止することができる自然発火試験装置を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、上記課題を解決するために、試料温度検出手段が試料温度を検出すると共に、微分手段がこの試料温度を時間で微分し、判定手段がこの微分値を随時所定値と比較して所定値を超えたかどうかを判定する。そして、試料が自然発火を開始する直前に試料温度が上昇し、この試料温度の上昇率、即ち微分値が常時とは異なる高い値になると、判定手段によって微分値が所定値を超えたと判断され、発火防止手段が大量の不活性ガスを流入するなどの発火防止措置を講じる。従って、試料の自然発火を事前に正確に判定し、この試料の発火を確実に防止することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１及び図２は本発明の一実施形態を示すものであって、図１は自然発火試験装置の安全装置の構成を示すブロック図、図２は自然発火試験装置の動作を示すタイムチャートである。なお、図３〜図５に示した従来例と同様の機能を有する構成部材には同じ番号を付記する。
【００１４】
本実施形態の自然発火試験装置は、図３に示したものと同様の装置本体１１と操作ボックス１２とで構成され、この装置本体１１に試料ホルダ１３が装着されることにより、試料保持容器１４が装置内部に配置される。試料保持容器１４は、図１に示すように、底部に通気孔が設けられた容器であり、この容器内に試料Ｓが収納される。また、試料保持容器１４内には、熱電対１が配置されている。熱電対１は、安全装置の試料温度検出器２に接続され、この試料温度検出器２が熱電対１の起電力を計測することにより、試料Ｓ又は試料Ｓ近傍の温度である試料温度Ｔを検出するようになっている。なお、これら熱電対１と試料温度検出器２は、試料温度Ｔを設定温度Ｔｓｅｔ  に保持するための温度制御を行う温度制御装置で用いられるものと共用することもできる。
【００１５】
試料温度検出器２で検出された試料温度Ｔは、温度比較判定回路３と微分演算回路４に送られるようになっている。温度比較判定回路３は、図５に示した従来例と同様に、試料温度検出器２が検出した試料温度Ｔを予め設定された所定温度Ｔｔｈと比較するものである。そして、この温度比較判定回路３の判定結果は、電磁弁駆動回路５に送られる。電磁弁駆動回路５も、図５に示した従来例と同様に、上記装置本体１１の内部に設けられた電磁弁６，７の開閉を制御する駆動回路である。この電磁弁駆動回路５は、測定中は電磁弁７のみを開いて酸素ガス等を装置本体１１の内部に流入させているが、温度比較判定回路３によって試料温度Ｔが設定温度Ｔｓｅｔを超えたと判定された場合には、この電磁弁７を閉じると共に電磁弁６を開くようになっている。このため、本実施形態の安全装置の場合にも、従来と同様に、測定時に試料Ｓの自然発火により試料温度検出器２が検出した試料温度Ｔが上昇して所定温度Ｔｔｈを超えると、温度比較判定回路３がこれを判定して電磁弁駆動回路５が大量の不活性ガスを装置本体１１の内部に流入させるので、この試料Ｓが実際に発火するのを未然に防止することができる。
【００１６】
上記微分演算回路４は、試料温度検出器２が検出した試料温度Ｔを時間ｔで微分することにより微分値Ｄ（Ｄ＝ｄＴ／ｄｔ）を得る回路である。従って、この微分演算回路４は、試料温度Ｔがアナログデータである場合には、ＲＣ回路やこれにオペアンプ（演算増幅器）を加えたアナログ微分回路によって構成することができ、試料温度Ｔがディジタルデータである場合には、試料温度Ｔのサンプリングデータとその直前のサンプリングデータとの差を演算する回路によって構成することができる。また、これらの回路は、一種のＨＰＦ（高域通過フィルタ）であり、他の構成のアナログフィルタやディジタルフィルタの場合にも、実質的に微分演算を行うものがある。しかも、例えばノイズ等の影響を避けるためには、より高次のフィルタを用いた方が好ましいこともある。従って、ｄＴ／ｄｔの微分成分を主に含む出力を得るものであれば、任意の回路構成のものを用いることができる。
【００１７】
微分演算回路４で演算された微分値Ｄは、微分値比較判定回路８に送られる。微分値比較判定回路８は、この微分値Ｄを所定値Ｄｔｈと比較するものであり、オペアンプによる比較回路やディジタルデータの大小を比較演算する回路によって構成することができる。また、ノイズ等の影響を避けるために、例えばシュミット回路のように所定値Ｄｔｈを高低の２値とし比較動作にヒステリシス特性を持たせるようにしたり、微分値Ｄが一定時間以上又は所定サンプリング数以上にわたって実際に所定値Ｄｔｈを超えた場合にのみ、所定値Ｄｔｈを超えたと判定させるようにすることもできる。この微分値比較判定回路８の所定値Ｄｔｈは、温度比較判定回路３の所定温度Ｔｔｈと同様に、操作ボックス１２の操作により設定するようにしてもよいし、予め定めた固定値を用いることもできる。所定温度Ｔｔｈは、測定時の設定温度よりも十分に高い温度に設定されるものであり、この設定温度に応じて測定の度に設定し直す必要がある。しかし、自然発火時の試料温度Ｔの変化の程度を示す微分値Ｄは、試料Ｓや設定温度が変わってもほぼ同様の変化特性を示すので、所定値Ｄｔｈは、これら試料Ｓや設定温度にかかわりなく固定値とすることが可能となる。
【００１８】
上記微分値比較判定回路８の判定結果も、上記温度比較判定回路３の判定結果と同様に、電磁弁駆動回路５に送られるようになっている。電磁弁駆動回路５は、温度比較判定回路３から試料温度Ｔが所定温度Ｔｔｈを超えた旨の判定結果が送られて来た場合だけでなく、この微分値比較判定回路８から微分値Ｄが所定値Ｄｔｈを超えた旨の判定結果が送られて来た場合にも、電磁弁６，７を切り替えて装置本体１１の内部に大量の不活性ガスを流入させるようになっている。
【００１９】
上記構成の自然発火試験装置を用いて試料Ｓが自然発火を始めるまでの時間を測定する場合の動作を図２に基づいて説明する。時刻ｔ１に試料保持容器１４内の温度制御を始めることにより、時刻ｔ２に試料温度Ｔが設定温度Ｔｓｅｔに達し
安定すると、測定を開始する。この際、試料温度Ｔが設定温度Ｔｓｅｔまで上昇するときの温度変化により、微分演算回路４が演算する微分値Ｄがある程度大きな値となる。しかし、温度制御による温度上昇は、自然発火による温度上昇に比べて緩やかであるため、通常は、このときの微分値Ｄが所定値Ｄｔｈを超えることはない。ただし、時刻ｔ２に測定が開始されるまでは微分値Ｄが所定値Ｄｔｈを超えても微分値比較判定回路８がこの旨の判定結果を出力しないようにして、電磁弁駆動回路５が誤動作を生じるのを防止することもできる。
【００２０】
上記測定の開始後に試料Ｓが自然発火を起こす場合には、その少し前の時刻ｔ３の頃から試料温度Ｔが上昇を始め、その上昇率も次第に高くなる。すると、微分演算回路４が演算する微分値Ｄもこれに伴って高くなり、自然発火の直前には、試料Ｓの酸化反応が連鎖的に増大するために試料温度Ｔの上昇率が極めて高くなって、微分値Ｄも急激に上昇する。従って、自然発火の直前の時刻ｔ４には、この微分値Ｄが所定値Ｄｔｈを超え、微分値比較判定回路８がこの旨の判定結果を出力するので、電磁弁駆動回路５が電磁弁６，７を切り替える。すると、大量の不活性ガスが装置本体１１の内部に流入されるので、試料Ｓの発火を事前に確実に防止することができる。
【００２１】
ここで、微分値比較判定回路８がこの判定結果を出力しなかったと仮定すると、時刻ｔ５に試料温度Ｔが所定温度Ｔｔｈを超えて温度比較判定回路３がこの旨の判定結果を出力することになる。しかし、試料温度Ｔは微分値Ｄを積分したものであるため、この微分値Ｄが急激に大きくなったとしても、実際に温度が十分に高くなるまでには多少の時間遅れが生じる。従って、所定温度Ｔｔｈと所定値Ｄｔｈをいずれも最適な値に設定した場合には、図２に示したように、時刻ｔ４が時刻ｔ５よりも早い時期となり、試料温度Ｔで判定するよりもその微分値Ｄで判定する方が、試料Ｓの自然発火をより早い段階で検出できる可能性が高くなる。
【００２２】
以上説明したように、本実施形態の自然発火試験装置によれば、試料Ｓが自然発火を始める直前の微分値Ｄの上昇を検出することにより、この試料Ｓの自然発火を事前に的確に検出することができる。しかも、試料温度Ｔの上昇率を示す微分値Ｄによって判定するので、従来からの試料温度Ｔによる判定よりも早期に試料Ｓの自然発火の徴候を検出し、この試料Ｓが実際に発火するのを確実に防止することができる。また、本実施形態のように、この微分値Ｄによる判定を従来からの試料温度Ｔによる判定と組み合わせて安全装置を構成すれば、二重の安全を図ることができる。なお、本発明は、このように従来からの試料温度Ｔによる判定と組み合わせて実施することが好ましく、測定時間が所定時間を超えた場合にも測定を中止するようにして、この時間による判定を組み合わせることもできる。ただし、微分値Ｄによる判定のみで安全装置を構成することも可能である。
【００２３】
さらに、本実施形態の自然発火試験装置によれば、微分値比較判定回路８で微分値Ｄと比較する所定値Ｄｔｈは、測定を行う試料Ｓや設定温度Ｔｓｅｔに依存することが少ないために、必ずしも測定の度に設定し直す必要がなく、固定値とすることも可能となるので、設定を誤るおそれがほとんどなくなる。
なお、本実施形態では、試料温度検出手段を熱電対１と試料温度検出器２によって構成したが、試料温度Ｔを検出できるものであれば、他の構成のものであってもよい。また、本実施形態では、発火防止手段を電磁弁駆動回路５と電磁弁６，７によって構成し、試料Ｓの周囲に大量の不活性ガスを流入させる発火防止措置を講じる場合について説明した。しかし、試料Ｓの発火を防止するには、この試料Ｓを酸素からしゃ断するか、試料温度Ｔを強制的に低下させれば足りるので、本発明の発火防止手段は、少なくともこれらのいずれか一方を実行するものであれば他の措置であってもよい。
【００２４】
さらに、本実施形態では、微分手段と判定手段を微分演算回路４と微分値比較判定回路８によって構成し、アナログ回路又はディジタル回路によって実現するものとしているが、これをコンピュータのプログラムとこれを実行するハードウエアによって構成することもできる。
【００２５】
さらに、本実施形態では、試料を設定温度に保ち自然発火が始まるまでの時間を測定するための自然発火試験装置について説明したが、本発明はこれに限らず、例えば温度制御により試料温度Ｔを徐々に変化させるようなものや、時間ではなく試料温度Ｔのみを測定するようなものに実施することも可能である。
【００２６】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の自然発火試験装置によれば、試料の自然発火に至る直前の温度上昇を迅速かつ的確に検出し発火防止措置を講じることができるので、この試料の発火を確実に防止し装置の安全性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示すものであって、自然発火試験装置の安全装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態を示すものであって、自然発火試験装置の動作を示すタイムチャートである。
【図３】自然発火試験装置の外観を示す図である。
【図４】従来例を示すものであって、自然発火試験装置の動作を示すタイムチャートである。
【図５】従来例を示すものであって、自然発火試験装置の安全装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１    熱電対
２    試料温度検出器
４    微分演算回路
５    電磁弁駆動回路
６    電磁弁
７    電磁弁
８    微分値比較判定回路
Ｓ    試料
Ｔ    試料温度
Ｄ    微分値
Ｄｔｈ  所定値
【図１】
0003632298.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
0003632298.tif 000005
【図５】
0003632298.tif 000006