(57)【要約】【課題】液化低温ガスのような被検体を所定の低温に保持することができる液化ガス燃焼・爆発試験用低温容器及び該容器を備えた燃焼・爆発試験装置を得る。【解決手段】本発明に係る液化ガス燃焼・爆発試験用低温容器１は、上部に開口部３ａを有する有底筒体状の容器本体３と、容器本体３の開口部３ａを覆う蓋体５と、容器本体３内に冷熱を伝達する第１冷熱伝達機構７と、容器本体３に設けられて低温液化ガスを入れる低温液化ガス容器９を保持する容器保持機構１１とを有し、第１冷熱伝達機構７は、容器本体３内に設置されたコールドベース２３と、コールドベース２３に一端側が接続され、他端側が容器本体３を貫通して容器本体３の外部に配置されて、冷熱をコールドベース２３に伝達するコールドロッド２５とを備えてなり、コールドベース２３及びコールドロッド２５は容器本体３よりも熱伝導率の高い材料で形成されていることを特徴とするものである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
低温液化ガスの燃焼・爆発試験を実施するための液化ガス燃焼・爆発試験用低温容器であって、
上部に開口部を有する有底筒体状の容器本体と、該容器本体の前記開口部を覆う蓋体と、前記容器本体内に冷熱を伝達する第１冷熱伝達機構と、前記容器本体内に設けられて低温液化ガスを入れる低温液化ガス容器を保持する容器保持機構とを有し、
前記第１冷熱伝達機構は、前記容器本体内に設置されたコールドベースと、該コールドベースに一端側が接続され、他端側が前記容器本体を貫通して該容器本体の外部に配置されて、冷熱を前記コールドベースに伝達するコールドロッドとを備えてなり、
前記コールドベース及び前記コールドロッドは前記容器本体よりも熱伝導率の高い材料で形成されていることを特徴とする液化ガス燃焼・爆発試験用低温容器。
【請求項２】
前記容器本体への侵入熱を遮断する第２冷熱伝達機構を有し、該第２冷熱伝達機構は、容器本体の外周面に接触して該外周面に冷熱を伝達する固体熱伝導部材を備えてなり、該固体熱伝導部材は前記容器本体よりも熱伝導率の高い材料で形成されていることを特徴とする請求項１記載の液化ガス燃焼・爆発試験用低温容器。
【請求項３】
前記第１冷熱伝達機構及び前記第２冷熱伝達機構は、温度を調整する温度調整装置を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の液化ガス燃焼・爆発試験用低温容器。
【請求項４】
前記容器保持機構は、一端側から前記コールドベースの冷熱を受けて、前記低温液化ガス容器外面に冷熱を伝達する保持アームを有し、該保持アームは前記耐圧容器よりも熱伝導率の高い材料で形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の液化ガス燃焼・爆発試験用低温容器。
【請求項５】
前記容器本体の内部に、銅もしくは銅合金からなるライナーを、前記容器本体の内壁面及び前記蓋体に接触しないように設けたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の液化ガス燃焼・爆発試験用低温容器。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の液化ガス燃焼・爆発試験用低温容器を有する燃焼・爆発試験装置であって、
前記液化ガス燃焼・爆発試験用低温容器を収容する真空断熱された外容器と、前記第１冷熱伝達機構及び前記第２冷熱伝達機構に伝達する冷熱を生成する冷凍機を備えたことを特徴とする燃焼・爆発試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可燃性もしくは支燃性の低温液化ガスの燃焼・爆発試験に用いる液化ガス燃焼・爆発試験用低温容器及び該容器を備えた燃焼・爆発試験装置に関する。
本明細書において、低温液化ガスまたは低温液化ガスが共存する系には、液体酸素＋液体メタン、液体酸素＋液体プロパンなど支燃性液化ガスと可燃性液化ガスとの混合系と、液体酸素＋固体金属粉、固体樹脂、活性表面をもつ固体混合物を含むこととし、これらを総称して「低温液化ガスまたは低温液化ガスが共存する系」と呼ぶこととする。
【背景技術】
【０００２】
可燃性もしくは支燃性の低温液化ガスは、これらを安全に取り扱うために、爆発範囲、表面の触媒効果、最小着火エネルギー、爆発の威力の測定など、燃焼や爆発を起こす条件を測定する必要がある。
このような測定に用いる試験装置の例として、可燃性のガスを対象としたものとしは、例えば特許文献１の「爆発限界領域測定装置」や特許文献２の「可燃性ガス・蒸気の爆発試験装置」のような簡易的な設備の例がある。
また、粉体を対象とした試験装置としては、例えば特許文献３の「粉塵爆発試験装置」や、特許文献４の「粉塵爆発試験装置および粉塵爆発試験方法」がある。
また、低温液化ガスの爆発実験に関する先行技術としては、液体酸素と液体メタンの混合液を入れたステンレス容器の上方に着火源を設置し、着火爆発させて燃焼形態を検討した例が非特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平8-145921号公報
【特許文献２】特開2010-8135号公報
【特許文献３】特開2000-310583号公報
【特許文献４】特開2011-220813号公報
【非特許文献１】金東俊他、火薬学会2008年度年会講演要旨集pp.29-30(2008)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
可燃性ガスと支燃性ガスの混合気体は一般に温度が低くなると爆発範囲（混合気体に着火源がある場合に、混合気体が着火・爆発する濃度の下限濃度と上限濃度の間の範囲）が狭くなったり、最小着火エネルギーが大きくなったりする傾向を示す。そのため、低温液化ガスの燃焼・爆発試験は、温度条件を同じにして繰り返し試験を実施する必要があり、精度の高い試験を実施するためには、試験装置ごとに恒温槽や温度を一定にできる恒温室内での実施が必須である。
特に支燃性ガスとして代表的な酸素ガスは、沸点が大気圧で90Kであり、大気圧下で液体状態での着火や爆発を伴う試験や、液体酸素が共存する系では、90K以下に長期間保つ必要がある。
【０００５】
しかしながら、上述した特許文献１〜４及び非特許文献１に記載の試験方法は、いずれも常温のガスや粉体を対象にしている。そのため、これらを用いて燃焼・爆発を伴う上記の測定や推定のための試験を行う場合には、雰囲気の温度の影響や気液の状態が異なるときの影響を測定することができない。
また、非特許文献１のものは、外気の侵入熱により被検体である液化ガスが非常に早い速度で蒸発してしまい、気相液相双方で組成を推定できないばかりでなく、多くの試料を必要とするため、試験時の防護壁など安全面の環境整備や安全対策に非常に多くのコストが必要となるという問題がある。
【０００６】
本発明はかかる課題を解決するためになされたものであり、可燃性もしくは支燃性の低温液化ガスを所定の低温に保持してこれらの燃焼・爆発試験に用いることができる液化ガス燃焼・爆発試験用低温容器及び該容器を備えた燃焼・爆発試験装置を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）本発明に係る液化ガス燃焼・爆発試験用低温容器は、低温液化ガスの燃焼・爆発試験を実施するための液化ガス燃焼・爆発試験用低温容器であって、
上部に開口部を有する有底筒体状の容器本体と、該容器本体の前記開口部を覆う蓋体と、前記容器本体内に冷熱を伝達する第１冷熱伝達機構と、前記容器本体内に設けられて低温液化ガスを入れる低温液化ガス容器を保持する容器保持機構とを有し、
前記第１冷熱伝達機構は、前記容器本体内に設置されたコールドベースと、該コールドベースに一端側が接続され、他端側が前記容器本体を貫通して該容器本体の外部に配置されて、冷熱を前記コールドベースに伝達するコールドロッドとを備えてなり、
前記コールドベース及び前記コールドロッドは前記容器本体よりも熱伝導率の高い材料で形成されていることを特徴とするものである。
【０００８】
（２）また、上記（１）に記載のものにおいて、前記容器本体への侵入熱を遮断する第２冷熱伝達機構を有し、該第２冷熱伝達機構は、容器本体の外周面に接触して該外周面に冷熱を伝達する固体熱伝導部材を備えてなり、該固体熱伝導部材は前記容器本体よりも熱伝導率の高い材料で形成されていることを特徴とするものである。
【０００９】
（３）また、上記（１）又は（２）に記載のものにおいて、前記第１冷熱伝達機構及び前記第２冷熱伝達機構は、温度を調整する温度調整装置を備えていることを特徴とするものである。
【００１０】
（４）また、上記（１）乃至（３）のいずれかに記載のものにおいて、前記容器保持機構は、一端側から前記コールドベースの冷熱を受けて、前記低温液化ガス容器外面に冷熱を伝達する保持アームを有し、該保持アームは前記耐圧容器よりも熱伝導率の高い材料で形成されていることを特徴とするものである。
【００１１】
（５）また、上記（１）乃至（４）のいずれかに記載のものにおいて、前記容器本体の内部に、銅もしくは銅合金からなるライナーを、前記容器本体の内壁面及び前記蓋体に接触しないように設けたことを特徴とするものである。
【００１２】
（６）本発明に係る燃焼・爆発試験装置は、上記（１）乃至（５）のいずれかに記載の液化ガス燃焼・爆発試験用低温容器を有する燃焼・爆発試験装置であって、
前記液化ガス燃焼・爆発試験用低温容器を収容する真空断熱された外容器と、前記第１冷熱伝達機構及び前記第２冷熱伝達機構に伝達する冷熱を生成する冷凍機を備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明においては、上部に開口部を有する有底筒体状の容器本体と、容器本体の開口部を覆う蓋体と、容器本体内に冷熱を伝達する第１冷熱伝達機構と、容器本体内に設けられて低温液化ガスを入れる低温液化ガス容器を保持する容器保持機構とを有し、第１冷熱伝達機構は、容器本体内に設置されたコールドベースと、コールドベースに一端側が接続され、他端側が容器本体を貫通して容器本体の外部に配置されて、冷熱をコールドベースに伝達するコールドロッドとを備えてなり、コールドベース及びコールドロッドは容器本体よりも熱伝導率の高い材料で形成されていることにより、低温液化ガス容器内にいれた液化低温ガスのような被検体を所定の低温に保持することができ、雰囲気の温度の影響や気液の状態が異なるときの影響を加味した前記被検体についての必要な試験を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態に係る液化ガス燃焼・爆発試験用低温容器の全体構成を説明する説明図であって、一部断面を含む分解斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る液化ガス燃焼・爆発試験用低温容器を説明する説明図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る液化ガス燃焼・爆発試験用低温容器の内部構造を説明する説明図であって、縦断面を図示したものである
【図４】本発明の実施の形態に係る液化ガス燃焼・爆発試験用低温容器内に配置される低温液化ガス容器について説明する説明図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る液化ガス燃焼・爆発試験用低温容器の低温液化ガス容器の保持機構について説明する説明図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る液化ガス燃焼・爆発試験用低温容器における低温液化ガス容器の配置状態について説明する説明図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る燃焼・爆発試験装置の圧力解放機構について説明する説明図である（その１）。
【図８】本発明の実施の形態に係る燃焼・爆発試験装置の圧力解放機構について説明する説明図である（その２）。
【図９】本発明の実施の形態に係る燃焼・爆発試験装置の全体構造を説明する説明図であって、一部断面を含む分解斜視図である。
【図１０】本発明の実施例に係るシミュレーション結果を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
［液化ガス燃焼・爆発試験用低温容器］
本発明の一実施の形態に係る液化ガス燃焼・爆発試験用低温容器１は、図１に示す通り、上部に開口部３ａを有する有底筒体状の容器本体３と、容器本体３の開口部３ａを覆う蓋体５と、容器本体３内に冷熱を伝達する第１冷熱伝達機構７と、容器本体３への侵入熱を遮断する第２冷熱伝達機構８と、容器本体３内に設けられて低温液化ガスを入れる低温液化ガス容器９を保持する容器保持機構１１（図５、図６参照）とを有している。
以下、各構成を詳細に説明する。
【００１６】
＜容器本体＞
容器本体３は上部に開口部３ａを有する有底筒体からなり、開口縁部にフランジ部３ｂを有している。容器本体３は、ステンレスやステンレス合金など、強度が高く加工が容易であり、熱伝導率の低い材料からなる。
容器本体３は図示しない真空ポンプによって真空引きされて真空になるように構成されている。具体的には、真空ポンプとして例えば油回転ポンプ等を使用し、蓋体５を貫通する配管を介して容器本体３内部が1×10-1Pa程度になるよう排気する。
【００１７】
容器保持機構１１で保持された低温液化ガス容器９（図６参照）内の被検体が燃焼・爆発した場合は、低温液化ガス容器９は内部に数GPaの爆圧を受け破損する。しかし、容器本体３と低温液化ガス容器９との間には空間が形成されているため、容器本体３にかかる圧力及び衝撃は数MPa程度に減少するので、容器本体３の耐圧強度はその程度で十分である。本実施の形態のように、低温液化ガス容器９を容器保持機構１１よって保持して、容器本体３との間に空間を形成することで、容器本体３の耐圧強度を小さくすることができる。
【００１８】
容器本体３の必要耐圧は、試料が燃焼・爆発したときに予想される爆発圧力の推算から決定する。
液体や固体が爆発した場合の、発生ガスと衝撃波を含めた推算方法はすでに多く報告されている。これらは一般の液化酸素及び可燃性液化ガス混合物にも適用可能であり、推算が可能である。この推算値から、密閉系で液化支燃性ガスと液化可燃性ガス混合物が着火・爆発したときに破損の可能性がない容器の耐圧を計算することができる。参考文献として、A.G.STRENG他、Journal of Chemical and  Engineering Data,Vol.4,No.2,p.127-April(1959)などがある。
【００１９】
なお、爆轟が発生すると圧力解放機構１３の動作（詳細は後述する）が間に合わない場合も考えられるので、容器本体３の耐圧は、爆轟時の衝撃波も含めた耐圧とすることで安全をより確実に担保することができる。
【００２０】
本実施の形態の容器本体３は、容器本体３の内壁面を覆うライナー３ｃ（図３参照）を有している。
ライナー３ｃは、熱伝導性に優れ酸素ガスの爆轟にも燃焼性の低い材料、例えば銅もしくは真鍮などの銅合金等で形成されている。この理由について以下に説明する。
低温液化ガス及び低温液化ガスが共存する系の試験では、試験条件によっては、可燃物より支燃性液化ガスが大量に存在する系の試験の実施も行われる。そのとき、可燃性液化ガスと反応しない支燃性ガスは、周囲の材料等との燃焼反応を起こす場合がある。特にステンレスや鉄などは、低温下でも酸素ガス雰囲気で爆発的な燃焼反応をおこすため、燃焼ガスと直接接触する容器本体３がこれら材料であった場合、容器本体３への延焼の可能性がある。この対策として、容器本体３内部に銅または銅合金(真鍮)のライナー３ｃを設置する。銅または真鍮は、非常に熱伝導がよく、爆発による熱を局部的に蓄積させることがないため、銅、真鍮への延焼がなく、容器本体３への延焼可能性もない。
【００２１】
ライナー３ｃは、パンチングメタルでもよく、容器本体３内壁及び蓋体５に直接触れず、かつコールドベース２３（図３参照）またはベース板４１（図５参照）に直接接触していることが望ましい。ライナー３ｃが容器本体３内壁や蓋体５に接触していると、これら容器本体３内壁面や蓋体５からコールドベース２３やベース板４１への伝熱ルートが作られ、冷却効果を低下させる。また、ライナー３ｃを、コールドベース２３またはベース板４１と接触させることで、ライナー３ｃをコールドベース２３またはベース板４１とほぼ同じ温度にできるので、低温液化ガス容器９及び容器保持機構１１への容器本体３の周壁面からの輻射熱を低減させる効果が期待できる。
【００２２】
＜蓋体＞
蓋体５は、図１に示すように、板状からなり容器本体３の開口を覆うようにして設置されている。
蓋体５には厚さ方向に貫通して容器本体３の内部に連通する開口部５ａが設けられており、この開口部５ａには低温液化ガスを燃焼・爆発させた際に発生する燃焼ガスを系外に排出するための圧力解放機構１３を設けている。
以下、この圧力解放機構１３について説明する。
【００２３】
圧力解放機構１３は、図１、図７および図８に示すように、蓋体５の開口部５ａを閉止して容器本体３内を真空に保つと共に上方に移動可能に設けられた弁体１５と、弁体１５が上動した際に弁体１５が衝突してそれよりも上に移動しないようにする弁体衝突板１６と、弁体衝突板１６に設けられて弁体１５が上動したときに弁体１５が衝突したときに変形する緩衝材１９と、弁体１５の移動をガイドする弁体ガイド２１とを備えている。
【００２４】
緩衝材１９は、弁体衝突板１６における弁体１５に対向する面に複数設けられ、燃焼・爆発時に弁体１５が弁体衝突板１６に衝突する際のエネルギーを、自らが圧縮変形することで吸収して弁体１５の破損を防止する。そのため、緩衝材１９の材料としては、アルミニウムや鉛、銅またはこれらの合金など比較的柔らかいものが適しており、また形状としては円錐形、角錐形等の先細の形状のものが好ましい。
【００２５】
＜第１冷熱伝達機構＞
第１冷熱伝達機構７は、容器本体３内に冷熱を伝達するためのものである。
第１冷熱伝達機構７は、容器本体３の底部を覆うコールドベース２３と（図３参照）、コールドベース２３に一端側が接続され、他端側が容器本体３を貫通して容器本体３の外部に配置されて、冷熱をコールドベース２３に伝達するコールドロッド２５（図３参照）と、コールドロッド２５の温度調整を行う第１温度調整装置３１（図１参照）を備えている。
以下に、第１冷熱伝達機構７の各構成について詳細に説明する。
【００２６】
≪コールドベースおよびコールドロッド≫
コールドベース２３およびコールドロッド２５は、容器本体３よりも熱伝導率の高い銅や銅合金などの材料で形成されている。
コールドベース２３は、図３に示すように、容器本体３の底部に配置され、ロー付けにて容器本体３に接合されている。コールドベース２３と容器本体３は異種の材料によって形成されるため、極低温下では容器本体３とコールドベース２３の熱収縮率が異なり、両者間の接合部が離れる可能性がある。
そこで、本実施の形態では、図３に示すように、コールドベース２３の中央部に凹陥部２３ａを形成し、この凹陥部２３ａに容器本体３の底部に形成した凸部３ｄが挿入されるようにしている。このようにすることで、極低温下において熱収縮率の高いコールドベース２３が収縮したときに、コールドベース２３と容器本体３との接合部が離れることがなく、逆に容器本体３との接合をより強固にすることができる。
【００２７】
なお、コールドベース２３は、ロー付けに代えて、メタルＣリングによって接合してもよい。
上記のようなロー付けやメタルＣリングなどのように低温下でも異種金属が強固に固着する方法で容器本体３に固着することで、熱収縮時にもガス漏洩や材料の割れなどが生じることを抑制できる。
【００２８】
コールドロッド２５は、図１に示す通り、例えば矩形ブロック状の冷熱伝達部材２９によって外部の冷凍機等に接続されることで冷熱を受ける。
【００２９】
≪第１温度調整装置≫
第１温度調整装置３１は、コールドロッド２５の温度調整を行うためのものである。
第１温度調整装置３１は、図１に示すように、冷熱伝達部材２９を加熱可能に設置された第１ヒータ３１ａと、コールドロッド２５の基端部の温度を測定して該温度に基づいて第１ヒータ３１ａの発熱量を制御する第１ヒータ制御部３１ｂとで構成されており、第１ヒータ３１ａの発熱量を制御することでコールドロッド２５の温度を調整する。このような第１温度調整装置３１を用いることで、70K〜150Kの間でコールドロッド２５の温度を精度よく温度調整可能になっている。第１温度調整装置３１を用いれば、低温液化ガス容器９内に定量導入された可燃性ガス、支燃性ガスを数時間かけて液化し、さらに平衡状態を保つことができる。
【００３０】
＜第２冷熱伝達機構＞
次に第２冷熱伝達機構８について説明する。
第２冷熱伝達機構８は、容器本体３への侵入熱を遮断するためのものであり、図１に示すように、容器本体３の外周面に接触して該外周面に冷熱を伝達する固体熱伝導部材２７と、固体熱伝導部材２７の温度調整を行う第２温度調整装置３３を備えている。
以下に、第２冷熱伝達機構８の各構成について詳細に説明する。
【００３１】
≪固体熱伝導部材≫
固体熱伝導部材２７は、容器本体３の外周面に接触して該外周面に冷熱を伝達するものである。
固体熱伝導部材２７は、図１に示すように、一端が外部の冷凍機等に冷熱を伝達可能に接続されて、他端に開口を有する板からなり、該開口に容器本体３が挿入されることで、容器本体３の外周面に接触して該外周面に冷熱を伝達する。
【００３２】
固体熱伝導部材２７を設ける理由は以下の通りである。
容器本体３の必要耐圧が大きい場合には、容器本体３の壁厚さを厚くする必要があるが、容器本体３の壁の断面積が多いと、それだけフランジ部３ｂから低温液化ガス容器９への侵入熱の伝熱ルートが広がるため、冷凍機による第１冷熱伝達機構７を介する冷却能力を越える場合がある。そこで、低温液化ガス容器９の冷却とは別に、容器本体３を直接冷却することで、侵入熱を遮断でき低温液化ガス容器９を十分に冷却可能になる。
【００３３】
≪第２温度調整装置≫
第２温度調整装置３３は、固体熱伝導部材２７の温度調整を行うことで、容器本体３の温度調整を行う。第２温度調整装置３３は、図１に示すように、固体熱伝導部材２７に巻回して固体熱伝導部材２７を加熱可能な第２ヒータ３３ａと、容器本体３の温度を測定して該測定した温度に基づいて第２ヒータ３３ａの発熱量を制御する第２ヒータ制御部３３ｂとで構成されており、固体熱伝導部材２７を適宜加熱することで、固体熱伝導部材２７を介して容器本体３の温度調整を行う。
なお、ヒータは上記の他、固体熱伝導部材２７に穴をあけ、シース型ヒータを埋め込む形式でもよい。
【００３４】
＜低温液化ガス容器＞
低温液化ガス容器９は、被検体の低温液化ガスを密封するものであり、図４に示すように、冷却ブロック３５と、冷却ブロック３５で冷却されて液状態になった液化ガスを貯留する有底の筒状の液溜部３６とを備えている。
冷却ブロック３５にはガス容器５７（図９参照）からガスを供給するためのガス導入管３７が接続されており、ガス導入管３７から導入されたガス状の液化ガスは、冷却ブロック３５で冷却されて液状になる。
冷却ブロック３５の側面には、被検体に着火する一対の放電電極３９が挿入されている。
低温液化ガス容器９は、図５に示すように容器保持機構１１により保持されるが、図６に示すように容器本体３中央に設置されることが望ましい。
放電電極３９等を用いて被検体に着火すると、液溜部３６は、被検体の燃焼・爆発により破損する。
【００３５】
＜容器保持機構＞
容器保持機構１１は、図５に示すように、第１冷熱伝達機構７のコールドベース２３に接触することで冷却されるベース板４１と、ベース板４１から立設する一対の逆Ｌ字型からなり、先端部４３ａが対向するように配置された保持アーム４３とを有している。保持アーム４３は、容器本体３よりも熱伝導率の高い材料、例えば銅、銅合金等で形成されている。
各保持アーム４３は、図５に示す通り、先端部４３ａ同士をボルト４５で連結し、ボルト４５によって先端部４３ａ同士の隙間を調整できるようになっている。このため、先端部４３ａの間に冷却ブロック３５を配置してボルト４５を締めれば、冷却ブロック３５を挟持して保持することができる。
【００３６】
容器保持機構１１に保持された低温液化ガス容器９は、図６に示すように、容器保持機構１１が容器本体３内のコールドベース２３上に載置されることによって、容器本体３の中央部に配置される。低温液化ガス容器９の冷却ブロック３５は、第１冷熱伝達機構７のコールドロッド２５、コールドベース２３、ベース板４１、保持アーム４３を介して冷熱が固体熱伝達により伝達されて冷却される。上述したとおり、保持アーム４３は熱伝導率の高い材料で形成されているため、冷却ブロック３５に効率的に冷熱を伝達することができる。
【００３７】
［燃焼・爆発試験装置］
図９は、図１に示した液化ガス燃焼・爆発試験用低温容器１を組み込んだ燃焼・爆発試験装置の一例を示すものである。
以下、図９に基づいて、液化ガス燃焼・爆発試験用低温容器１を備えてなる燃焼・爆発試験装置の一例を説明する。
燃焼・爆発試験装置５１は、液化ガス燃焼・爆発試験用低温容器１を収容する真空断熱された外容器５３と、液化ガス燃焼・爆発試験用低温容器１に伝達する冷熱を生成する冷凍機５５と、液化ガス燃焼・爆発試験用低温容器１内にガスを供給するガス容器５７とを備えている。
以下、燃焼・爆発試験装置５１の各構成を説明する。
【００３８】
＜外容器＞
外容器５３は、円形の底板部５３ａと、円筒状の側壁部５３ｂと、液化ガス燃焼・爆発試験用低温容器１のフランジ部３ｂが設置される開口部５３ｄが設けられた天板部５３ｃを有している。外容器５３内は、真空断熱されており、内部に設置される液化ガス燃焼・爆発試験用低温容器１へ外部からの熱が浸入するのを低減している。
【００３９】
＜冷凍機＞
冷凍機は、例えばHe冷凍機等からなり液化ガス燃焼・爆発試験用低温容器１に伝達する冷熱を生成する。
冷凍機５５は、図９に示す通り、冷熱伝達部材２９に接続されており、冷熱をコールドロッド２５に伝導可能になっている。また、冷凍機５５は、固体熱伝導部材２７と接続されており、冷熱を容器本体５に伝導可能になっている。
【００４０】
なお、上述した弁体衝突板１６（図１参照）は、燃焼・爆発試験装置５１においては、有底の筒状からなり蓋体５の上方を覆って弁体１５が上動可能な空間を形成する弁体枠部材１７の一部によって構成されている。
【００４１】
以上のように構成された
液化ガス燃焼・爆発試験用低温容器１を組み込んだ燃焼・爆発試験装置５１を用いて被検体を所定の低温に保持する方法を説明する。
まず、外容器５３と容器本体３との間の真空断熱層を真空にするとともに、低温液化ガス容器９外表面の温度を低温にする。
低温液化ガス容器９を所定の温度にするには、第１冷熱伝達機構７が接続されている冷凍機５５を稼働させて、冷熱伝達部材２９、コールドロッド２５、コールドベース２３、さらに、ベース板４１、保持アーム４３を介して冷熱を低温液化ガス容器９に伝達することで低温液化ガス容器９を冷却するとともに、第１温度調整装置３１を用いて冷熱伝達部材２９の温度を調節することで行う。
【００４２】
また、第２冷熱伝達機構８の固体熱伝導部材２７が接続されている冷凍機５５を稼働させ、容器本体３を冷却することで、フランジ部３ｂからの侵入熱を遮断する。
この状態で、ガス（例えばメタンガスや酸素等）を低温液化ガス容器９内に定量導入すると、導入されたガスが冷却ブロック３５で冷却されて液化するとともに液溜部３６内の温度及び圧力が平衡状態で保持される。
以上のように、本実施の形態においては、液化低温ガスのような被検体を所定の低温状態で保持することができる。
【００４３】
なお、この状態で、放電電極３９に電流を印加すれば、被検体を爆発させることができる。爆発させると、燃焼ガス及び衝撃波により弁体１５は瞬時に上方に移動して弁体枠部材１７の緩衝材１９に衝突して、エネルギーが吸収される。これによって、容器本体３等の破損が免れ、容器本体３等の繰り返し使用が可能になる。
【実施例１】
【００４４】
本発明の液化ガス燃焼・爆発試験用低温容器１による冷却効果について確認するための具体的なシミュレーションを行ったので、その結果について以下に説明する。
シミュレーションは、第１冷熱伝達機構７が接続されている冷凍機５５を稼働させ低温液化ガス容器９を冷却するものである。この際、第１温度調整装置３１を用いて低温液化ガス容器９の温度が85Kになるように調整した。シミュレーション結果を図１０に示す。図１０は容器本体３、低温液化ガス容器９および第１冷熱伝達機構７の温度のコンター図である。図１０に示すように、コールドロッド２５の温度が104K、低温液化ガス容器９の温度が122Kになり、可燃性ガス、支燃性ガスがNO,N2O,O3,酸化エチレン、アセチレンなどが対象となる試験には十分であった。
【００４５】
さらに、第２冷熱伝達機構８の固体熱伝導部材２７が接続されている冷凍機５５を稼働させ容器本体３を冷却したところ、容器本体３のフランジ部３ｂから侵入熱が遮断されて低温液化ガス容器９の温度が85Kになり、COやO2が関連する試験に対してより好適であった。
以上のように、液化ガス燃焼・爆発試験用低温容器１によれば、低温液化ガス容器９を十分に冷却可能である。
【実施例２】
【００４６】
次に、液化ガス燃焼・爆発試験用低温容器１を用いた被検体の冷却について、具体的な実施例に基づいて説明する。
本実施例においては、容器本体３は、その内容積を約5リットルとし、容器内で約3gのCH4+O2混合溶液が爆発することを想定し、そのときの爆発時最大圧を2.5MPaGと推定し容器耐圧を作成した。
低温液化ガス容器９は爆発時に容易に破損するよう容器壁をできるだけ薄肉とし、かつ伝熱抵抗をできる限り少なくするため、銅製とした。更に容器本体３底部の伝熱プレートに容器保持機構１１を設け、低温液化ガス容器９が容器本体３の中心にできる限り近くに設置できる構造とした。
また、外容器５３内部、容器本体３内部を真空状態に保った。
【００４７】
容器本体３のライナー３ｃは厚さ2mmの純銅製とし、開口率20%、口径2mmのパンチングとし、容器本体３内壁との隙間を1〜2mmとなるよう容器本体３内のコールドベース２３上にガイド溝２３ｂを設けて設置した。
【００４８】
各部品を組み上げたうえで、外容器５３と容器本体３との間の真空断熱層を真空にし、低温液化ガス容器９外表面の温度が85K以下になるように制御した。この状態で、真空である低温液化ガス容器９内に酸素ガスを定量導入し、液溜部３６内の温度及び圧力が平衡になるまで保持した。更にメタンガスを導入し、酸素導入と同様十分に平衡になる状態まで保持した。
このときメタンと酸素の導入量はCH4:O2=0.03mol:0.07molであった。十分平衡になったときの液化容器内の圧力は90kPa(abs)であった。
以上のように、液化ガス燃焼・爆発試験用低温容器１によれば、被検体であるガスを導入して液化し、さらに所定の低温に保持可能であることが実証された。
【００４９】
なお、この状態で、低温液化ガス容器９に装着した放電電極３９に電流を印下したところ、低温液化ガス容器９内で爆発がおこり、液溜部３６が破損した。このときの放電エネルギーは最大で3mJであった。その結果、低温液化ガス容器９、緩衝材１９、ライナー３ｃ、保持アーム４３の一部に損傷を観測したが、容器本体３などには損傷は観測されず、破損品を交換することで繰り返し試験に供されるに十分な強度を維持していることも確認された。
【符号の説明】
【００５０】
１  液化ガス燃焼・爆発試験用低温容器
３  容器本体
３ａ  開口部
３ｂ  フランジ部
３ｃ  ライナー
３ｄ  凸部
５  蓋体
５ａ  開口部
７  第１冷熱伝達機構
８  第２冷熱伝達機構
９  低温液化ガス容器
１１  容器保持機構
１３  圧力解放機構
１５  弁体
１６  弁体衝突板
１７  弁体枠部材
１９  緩衝材
２１  弁体ガイド
２３  コールドベース
２３ａ  凹陥部
２３ｂ  ガイド溝
２５  コールドロッド
２７  固体熱伝導部材
２９  冷熱伝達部材
３１  第１温度調整装置
３１ａ  第１ヒータ
３１ｂ  第１ヒータ制御部
３３  第２温度調整装置
３３ａ  第２ヒータ
３３ｂ  第２ヒータ制御部
３５  冷却ブロック
３６  液溜部
３７  ガス導入管
３９  放電電極
４１  ベース板
４３  保持アーム
４３ａ  先端部
４５  ボルト
５１  燃焼・爆発試験装置
５３  外容器
５３ａ  底部
５３ｂ  側壁部
５３ｃ  天板部
５３ｄ  開口部
５５  冷凍機
５７  ガス容器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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