(57)【要約】【課題】コーン放電による粉じん爆発の可能性が極めて小さい、粉体のＬＯＣよりも高い酸素濃度管理値を提供する。【解決手段】本発明に係る粉体の取り扱い方法は、粉体貯蔵槽内の酸素濃度をＯＣ1％とし、前記粉体貯蔵槽内で発生する最大のコーン放電エネルギーが、粉体の最小着火エネルギーと等しくなる時点の酸素濃度をＯＣ2％とし、そして前記粉体の限界酸素濃度をＬＯＣ％とした場合に、式：ＬＯＣ＜ＯＣ1＜ＯＣ2を満足するように、粉体貯蔵槽内の酸素濃度を管理する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉体貯蔵槽内の酸素濃度をＯＣ1％とし、
前記粉体貯蔵槽内で発生する最大のコーン放電エネルギーが、粉体の最小着火エネルギーと等しくなる時点の酸素濃度をＯＣ2％とし、そして
前記粉体の限界酸素濃度をＬＯＣ％とした場合に、
式（Ｉ）：
ＬＯＣ＜ＯＣ1＜ＯＣ2          （Ｉ）
を満足するように、粉体貯蔵槽内の酸素濃度を管理することを特徴とする、粉体の取り扱い方法。
【請求項２】
式（Ｉ’）：
ＬＯＣ＜ＯＣ1≦ＯＣ2−２          （Ｉ’）
を満足するように、粉体貯蔵槽内の酸素濃度を管理する、請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粉じん爆発のリスクを低減するのに有用な粉体の取り扱い方法に関する。より詳細には、コーン放電による粉じん爆発のリスクを低減した粉体の取り扱い方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
粉体を取り扱う際、安全面から注意しなければならないのが粉じん爆発である。粉じん爆発の危険性を評価する項目としては、爆発下限界濃度、限界酸素濃度、最小着火エネルギーなどが挙げられる。
【０００３】
粉じん爆発の着火源としては、コロナ放電、ブラシ放電、火花放電、沿面放電、コーン放電などが挙げられる。これらのうち、コロナ放電およびブラシ放電は、エネルギーが非常に小さく（０．０１〜数ｍJ）、ほとんどの粉体において、粉じん爆発を生じさせる着火源とはならない。火花放電および沿面放電は、エネルギーが大きく粉じん爆発の着火源となり得るが、例えば火花放電は非接地導体部をアースすることで防止し、沿面放電は粉体取扱い設備を全て導電性のある金属製にするなどして放電防止が可能である。
それに対してコーン放電は、貯蔵槽内に堆積した粉体の表面に発生するものである（非特許文献１）。非特許文献に１によると、コーン放電の最大エネルギーは粉体の中位径とサイロなどの粉体の貯蔵槽の内径とから得られることが分かる。そこで、コーン放電による最大エネルギーを低減させるためには、粉体の中位径を小さくするか、あるいはサイロなどの貯蔵槽の内径を小さくすれば良いことが分かる。しかし、粉体の中位径を小さくすると粉体自体の最小着火エネルギーが低下して、例えばアース不良による火花放電に対する着火可能性が増大することになるので好ましくない。また、貯蔵槽の必要容量を確保したままで内径を小さくするためには、貯蔵槽を縦長にする必要があり、機器配置の物理的制約などで実現困難な場合が多い。
このような問題を解決する手段として、静電気対策だけに着眼するのではなく、酸素濃度を低減させて、具体的には粉じんが存在する雰囲気中（例えば、貯蔵槽内の雰囲気）の酸素濃度を、各粉体における限界酸素濃度（ＬＯＣ）よりも低く設定して、粉じん爆発を防止する方法がある。ここで、限界酸素濃度（ＬＯＣ）とは、着火エネルギーの大きさや粉じん濃度に拘らず爆発を起こさなくなる酸素濃度のことである。
【０００４】
従来、粉じん爆発を生じさせない酸素濃度の管理指標として、ＬＯＣの値や酸素濃度計の有無などの条件によって、ＬＯＣに安全係数を考慮して、「ＬＯＣ−２（％）」、「ＬＯＣ×０．６（％）」または「ＬＯＣ×０．４（％）」の値が定められている（非特許文献２）。
この管理指標に準じて管理する酸素濃度を定めると、ＬＯＣよりもさらに低い酸素濃度で管理するため、確実に粉じん爆発を防止することができる。しかし、ＬＯＣよりも酸素濃度を低く管理するためには、粉じんが存在する雰囲気中の酸素を大量の不活性ガス（例えば、窒素、ヘリウム、アルゴンなど）で置換する必要がある。そのため、従来の方法は、コスト面や煩雑な作業を要するなどの問題を有する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Powder Technology 135-136 (2003) 223-233, Ignition hazard due to static electricity in particulate processes
【非特許文献２】NFPA 69 Standard on Explosion Prevention Systems 2002 Edition
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、コーン放電による粉じん爆発の可能性が極めて小さい、粉体のＬＯＣよりも高い酸素濃度管理値を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、上記課題を解決するべく鋭意検討を行った結果、以下の構成からなる解決手段を見出し、本発明を完成するに至った。
（１）粉体貯蔵槽内の酸素濃度をＯＣ1％とし、
前記粉体貯蔵槽内で発生する最大のコーン放電エネルギーが、粉体の最小着火エネルギーと等しくなる時点の酸素濃度をＯＣ2％とし、そして
前記粉体の限界酸素濃度をＬＯＣ％とした場合に、
式（Ｉ）：
ＬＯＣ＜ＯＣ1＜ＯＣ2          （Ｉ）
を満足するように、粉体貯蔵槽内の酸素濃度を管理することを特徴とする、粉体の取り扱い方法。
（２）式（Ｉ’）：
ＬＯＣ＜ＯＣ1≦ＯＣ2−２          （Ｉ’）
を満足するように、粉体貯蔵槽内の酸素濃度を管理する、（１）に記載の方法。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、コーン放電による粉じん爆発の可能性が極めて小さい、粉体のＬＯＣよりも高い酸素濃度管理値を設定することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】種々の大きさ（直径）を有する粉体貯蔵槽（サイロ）に、粉体を貯蔵した場合に発生する最大のコーン放電エネルギーを示すグラフであり、非特許文献１から得られる情報を図示したものである。
【図２】各酸素濃度における粉体の最小着火エネルギーを測定するための最小着火エネルギー評価装置の一例を示す模式図である。
【図３】容器内のガス供給管の配置を示す容器の概略平面図である。
【図４】各酸素濃度におけるある粉体Ａの最小着火エネルギーを示す概念グラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明に係る粉体の取り扱い方法は、上記式（Ｉ）を満足するように、粉体貯蔵槽内の酸素濃度を管理する。すなわち、粉体貯蔵槽内の酸素濃度を、粉体貯蔵槽内で発生する最大のコーン放電エネルギーが、粉体の最小着火エネルギーと等しくなる時点の酸素濃度よりも低く、かつ前記粉体の限界酸素濃度よりも高く管理する。
【００１１】
粉じん爆発は、「可燃性粉じんの存在」、「着火源の存在」および「支燃性ガスの存在」の３条件によって生じる。粉じんは微細なものであり、非常に大きな比表面積を有する。また、粉じんが大気中に飛散すると、粉じんの周囲には十分な支燃性ガスが存在し、燃焼反応に敏感な状態になる。このような状態で着火源（着火エネルギー）が存在すると、粉じんの一部が燃焼し、粉じん全体に燃焼が伝播していくことになる。これが粉じん爆発のメカニズムである。
なお、本発明において、粉じんあるいは粉体とは、粒径が５００μｍ以下のものをいい、支燃性ガスと反応して爆発し得るものである。例えば、小麦粉、アミノ酸などの粉じんあるいは粉体が挙げられるが、これに限定されない。
また、本発明において、支燃性ガスとは、例えば酸素、フッ素、塩素などをいい、支燃性ガス濃度とは、例えば酸素と窒素との混合気体の場合、この混合気体中における酸素濃度をいう。
【００１２】
粉体には、種類や粒度分布などに応じたそれぞれ固有の限界酸素濃度（ＬＯＣ）が存在する。ＬＯＣ以下の酸素濃度条件下で粉体を管理している限り、いかなる強さの着火エネルギーが存在しても粉じん爆発は生じることはない。しかし、一般的な空気中における酸素濃度（２１％程度）からＬＯＣ以下まで酸素濃度を低減するには、上記のように、大量の不活性ガスが必要であったり、煩雑な作業が必要であったり種々の問題がある。そこで、ＬＯＣより高い酸素濃度条件下（より空気に近い酸素濃度）で取り扱ったとしても、コーン放電による粉じん爆発のおそれを生産活動上、問題ないと判断されるレベルまで低減させることができるのを見出したのが本発明である。
【００１３】
以下、本発明に係る粉体の取り扱い方法（以下、単に「本発明の方法」と記載する場合がある）について、粉体Ａの場合を例に説明する。
【００１４】
本発明の方法では、粉体貯蔵槽内に発生する最大のコーン放電エネルギーを求めることが必要である。図１は、種々の大きさ（直径）を有する粉体貯蔵槽（サイロ）に、粉体Ａを貯蔵した場合に発生する最大のコーン放電エネルギーを測定した結果を示す概念グラフである。
【００１５】
図１に示すように、粉体貯蔵槽の直径が大きくかつ粉体の中位径（ｄ50）が大きくなるほど、粉体貯蔵槽内に発生するコーン放電エネルギーは高くなることがわかる。図１は、非特許文献１に記載された下記式（ＩＩ）をグラフにしたものである。
Ｗ＝５．２２Ｄ3.36ｄ1.46            （ＩＩ）
ここで、Ｗは最大のコーン放電エネルギー（ｍＪ）、Ｄは粉体貯蔵槽の直径（ｍ）およびｄは粉体の中位径（ｄ50）（ｍｍ）である。
【００１６】
例えば、図１のグラフから、中位径（ｄ50）が０．３ｍｍの粉体Ａを、直径３ｍの粉体貯蔵槽（サイロ）に貯蔵する際、生じるコーン放電エネルギーの最大値は約３５ｍＪであり、直径２．５ｍの粉体貯蔵槽の場合は、約２０ｍＪであることがわかる。
【００１７】
さらに、本発明の方法では、最小着火エネルギー（ＭＩＥ）を求める必要がある。最小着火エネルギーとは、所定の酸素濃度条件下で、粉じんを着火（爆発）させるために必要な最小のエネルギーのことである。
最小着火エネルギーは、粉じんが存在する環境下の酸素濃度が高くなると小さくなり、酸素濃度が低くなるにつれて高くなる。すなわち、酸素濃度が高くなると、小さな着火エネルギーで粉じんが発火し、酸素濃度が低くなると、粉じんを発火させるには大きな着火エネルギーが必要となる。
【００１８】
各酸素濃度における最小着火エネルギーの測定方法は、特に限定されない。例えば、図２に示すような最小着火エネルギー評価装置を用いて、各酸素濃度における最小着火エネルギーを求めることができる。
図２に示す最小着火エネルギー（ＭＩＥ）評価装置１は、粉体１８を収容した筒形容器１１の内部に、所定の支燃性ガス濃度を有するガスを容器１１内に供給するためのガス供給管１３が上部から挿入されると共に、前記容器１１内に設置された放電電極２２を含む放電装置２が設けられ、さらに容器１１の底部には、粉体を容器１１内に舞い上がらせるためのガス拡散吐出部材１９が設けられる。さらに、容器１１内には酸素濃度計１４が挿入されている。
【００１９】
筒形容器１１は、粉じん爆発の危険性を目視確認できるように、全部または一部がガラス、透明プラスチックなどの透明部材で形成されている。ガス供給管１３は、図２に示すように必要に応じてガス流量計１５を介してガス供給源１２と接続されている。
ガス供給管１３は、雰囲気ガスの置換時において、下端が容器１１の下部付近に位置し、かつ容器１１の底部に堆積している粉体１８に接触しない長さである。ガス供給管１３の下端ガス噴出部１３１は、図３に示すように、平面視において、ガス供給管に最も近接した位置の容器内壁の接線方向と略平行となるように折曲されている。
さらに、ガス供給管１３は容器１１内を昇降可能である。すなわち、ガス供給管１３は、容器１１の下部から上部の間で昇降するように構成される。上端は、ろ紙３にできるだけ近接した位置となるように設計されている。
【００２０】
ガス供給源１２としては、例えば酸素ボンベ１２１と窒素ボンベ１２２を、それぞれバルブ１２３、１２３を介して連結したものが挙げられ、これらのバルブ１２３、１２３で各ガスの流量を調整することにより、任意の酸素濃度の混合ガスを調製することができる。なお、窒素ガスに代えて、他の不活性ガス、その他のガスを使用してもよい。
ガス供給源１２から延びるガス流路は、ガス供給管１３と、中間タンク１６に向かう２つの流路に分岐しており、それぞれの流路には開閉用のバルブ４，５が設けられている。中間タンク１６は、電磁弁１７を介してガス噴射ノズル２０に接続されている。
【００２１】
放電装置２は、容器１１内で互いに離隔対向して配置された一対の放電電極２２、２２を備え、さらに高圧直流電源２１、コンデンサ２３およびスイッチ２４を備えている。スイッチ２４をＯＮにすると、高圧電流が流れて、電極２２、２２間で放電し火花が生じるように構成されている。この火花によって粉体１８に着火されることになる。
【００２２】
容器１１の底部には、ガス拡散吐出部材１９が設けられている。ガス拡散吐出部材１９は、笠状や板状等の形状を有しており、自重によって底部のガス噴射ノズル２０を塞ぐと共に、ガスをガス噴射ノズル２０から噴出させる際には、噴出ガスの圧力で上方に浮き上がって、ガスを上方でなく、周囲、すなわち底面に沿って容器１１の周方向にガスを拡散噴出させる作用を有する。これによって、容器１１の底部に堆積している試料１８を全て容器１１内に舞い上げる（粉じんを生じさせる）ことができる。
なお、ガス拡散吐出部材１９の下部には、ノズル２０内に位置するストッパー１９１が設けられており、ガス噴出時のおけるガス拡散吐出部材１９の浮き上がり高さを規制している。
【００２３】
ガス噴射ノズル２０は、図２に示すように、電磁弁１７を介して中間タンク１６に接続されている。中間タンク１６はガス供給源１２から送られた高圧ガスを充満させている。
【００２４】
最小着火エネルギー（ＭＩＥ）を評価する方法を、図２を参照して説明する。
まず、容器１１内に上部開口から試料粉体１８を所定量投入し、容器１１の上部開口をろ紙３で覆いゴムバンドなどで固定する。次いで、ガス供給管１３を、ろ紙３を貫通させ、下端ガス噴出部１３１を容器１１の下部より少なくとも３ｃｍ、好ましくは１ｃｍ程度まで挿入し、所定の酸素濃度に調節した混合ガスを容器１１に吹き込み、容器１１内を所定の酸素濃度にする。同時に、バルブ５を開いて中間タンク１６にも混合ガスを送って、所定の酸素濃度にする。
評価前には、酸素濃度計１４にて容器１１が所定酸素濃度のガスに置換されているか確認する。
【００２５】
確認後、ガス供給管１３を評価の影響が出ない範囲（円筒内上部若しくは円筒外部）に移動させ、電磁弁１７を開いて粉体１８を舞い上がらせ、粉体１８を舞い上げた直後（約０．１〜２秒後）に、放電装置２のスイッチ２４を入れ、放電電極２２，２２間に電圧を印加して容器１１内で放電させ、粉じんが発火するか否か目視にて観察し、最小着火エネルギーの評価を行う。
【００２６】
粉じんが着火した場合、放電エネルギーを段階的に弱くしていき、一方、着火しなかった場合は、放電エネルギーを段階的に強くしていき、着火する最小の放電エネルギーを、最小着火エネルギーとすればよい。放電エネルギーの調節は、放電装置２のコンデンサ容量やコンデンサへの印加電圧を変更することによって行われる。
【００２７】
図４は、各酸素濃度におけるある粉体Ａの最小着火エネルギーを測定した結果を示す概念グラフである。図４に示すように、空気中（酸素濃度、２１％程度）では、粉体Ａは、約２８ｍＪの着火エネルギーで着火する（図４における酸素濃度２１％の●）。しかし、着火エネルギーを２５ｍＪ程度に下げると粉体Ａは着火しない（図４における酸素濃度２１％の○）。したがって、空気中における粉体Ａの最小着火エネルギー（ＭＩＥ）は、約２５ｍＪであることがわかった。
【００２８】
酸素濃度を下げて１８％程度にすると、粉体Ａは、約７０ｍＪの着火エネルギーでは着火しないが（図４における酸素濃度１８％の○）、着火エネルギーを徐々に上昇させ、約７８ｍＪになると着火する（図４における酸素濃度１８％の●）。したがって、酸素濃度が１８％の雰囲気中における粉体Ａの最小着火エネルギー（ＭＩＥ）は、約７０ｍＪであることがわかった。
【００２９】
粉体Ａの限界酸素濃度（ＬＯＣ）は１０．５％であり、粉体Ａは、酸素濃度が１０．５％未満になると、いかなる大きさの着火エネルギーを与えても発火しない。従来の考えに従えば、粉体Ａは、このＬＯＣに安全係数の２％を考慮して８．５％の酸素濃度で取り扱うことになる。
【００３０】
本発明の方法では、各酸素濃度と最小着火エネルギーとの関係を見出したことから、粉体貯蔵槽内に発生する最大のコーン放電エネルギーを考慮して、粉体貯蔵槽内の酸素濃度（ＯＣ1）を管理すればよい。すなわち、粉体貯蔵槽内の酸素濃度（ＯＣ1）が、式（Ｉ）を満足するように管理すれば、粉体が着火するリスクは極めて小さくなる。なお、式（Ｉ）中のＯＣ2は、粉体貯蔵槽内で発生する最大のコーン放電エネルギーが、粉体の最小着火エネルギーと等しくなる時点の酸素濃度（％）である。
ＬＯＣ＜ＯＣ1＜ＯＣ2          （Ｉ）
【００３１】
特に、粉体貯蔵槽内で発生する最大のコーン放電エネルギーが、粉体の最小着火エネルギーと等しくなる時点の酸素濃度（％）よりも２％低い濃度以下、すなわち式（Ｉ’）を満足するように管理するのが好ましい。
ＬＯＣ＜ＯＣ1≦ＯＣ2−２          （Ｉ’）
ここで「ＯＣ2−２」の２％は、いわゆる安全率である。
【００３２】
本発明の取り扱い方法を、具体例を挙げて説明する。例えば、３ｍの直径を有するサイロで、ｄ50が０．３ｍｍの粉体Ａを取り扱う場合、サイロ内に発生する最大のコーン放電エネルギーは、上記のように約３５ｍＪである。そして図４に示すように、最小着火エネルギーが（ＭＩＥ）約３５ｍＪとなる酸素濃度（ＯＣ2）は、約２０％である。なお、ＭＩＥは、図２に示すＭＩＥ測定装置１を用いて測定できる。この場合、粉体ＡのＬＯＣ（１０．５％）も考慮して、サイロ内の酸素濃度（ＯＣ1）を２０％未満、詳細には１０．５％＜ＯＣ1＜２０％となるように取り扱えば、コーン放電が発生しても着火する可能性は極めて小さいため、
アースなどの火花放電防止対策や絶縁ライニングを設備で用いないなどの沿面放電防止対策を講じれば、粉じん爆発の恐れを生産活動上、問題ないと判断されるレベルまで低減させた粉体Ａの取扱いが可能である。より確実に粉じん爆発を防止する場合、好ましくは１０．５％＜ＯＣ1≦１８％となるように取り扱えばよい。
【００３３】
例えば、１７〜１８％の酸素濃度を維持するように管理すれば、従来の８．５％よりも、はるかに高い酸素濃度で管理することができ、不活性ガス（窒素など）の使用量を著しく削減することができる。
【符号の説明】
【００３４】
１    最小着火エネルギー（ＭＩＥ）評価装置
１１  筒形容器
１２  ガス供給源
１３  ガス供給管
１３１  ガス供給管の下端ガス噴出部
１４  酸素濃度計
１５  流量計
１６  中間タンク
１７  電磁弁
１８  試料
１９  ガス拡散吐出部材
２    放電装置
２２  電極
２４  スイッチ
【図１】
2014065515.tif 000002
【図２】
2014065515.tif 000003
【図３】
2014065515.tif 000004
【図４】
2014065515.tif 000005