(57)【要約】【課題】真空耐圧でない構造においても、目的とする支燃性ガス濃度で粉塵の最小着火エネルギーを簡便に評価することができる最小着火エネルギー評価装置を提供する。【解決手段】本発明の最小着火エネルギー評価装置は、粉体を収容した筒形容器１１と、この容器１３内に上部から挿入され所定の支燃性ガス濃度を有するガスを容器１３内に供給するためのガス供給管１３と、前記容器内に設置された放電電極を含む放電装置と、前記容器の底部からガスを容器内に吐出させて粉体を容器内に舞い上がらせるためのガス拡散吐出部材と、を備え、前記ガス供給管が容器内を昇降可能である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉体を収容した筒形容器と、
この容器内に上部から挿入され、所定の支燃性ガス濃度を有するガスを容器内に供給するためのガス供給管と、
前記容器内に設置された放電電極を含む放電装置と、
前記容器の底部からガスを容器内に吐出させて粉体を容器内に舞い上がらせるためのガス拡散吐出部材と、を備え、
前記ガス供給管が、容器内を昇降可能であることを特徴とする、粉体の最小着火エネルギー評価装置。
【請求項２】
ガス供給源をさらに備え、このガス供給源から延びるガス流路が前記ガス供給管と、前記ガス拡散吐出部材の２つに分岐している、請求項１に記載の最小着火エネルギー評価装置。
【請求項３】
前記ガス供給管は、下端部が略水平方向に折曲されている、請求項１または２に記載の最小着火エネルギー評価装置。
【請求項４】
前記ガス供給管の下端部は、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平行である、請求項３に記載の最小着火エネルギー評価装置。
【請求項５】
前記容器内に上部から複数のガス供給管が挿入されており、これらのガス供給管は、ガス供給源から延びるガス流路が分岐したものである、請求項１〜４のいずれかに記載の最小着火エネルギー評価装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の最小着火エネルギー評価装置を用いた、粉体の最小着火エネルギー評価方法であって、
前記容器内に試料となる粉体を装填し、容器内が所望の支燃性ガス濃度となるようにガス供給管からガスを供給して容器内のガスを置換した後、ガス供給管を上昇させ、ガス拡散吐出部材により容器の底部からガスを容器内に吐出させて粉体を舞い上がらせながら、点火手段によって発火の有無を確認して、最小着火エネルギーの評価を行うことを特徴とする、粉体の最小着火エネルギー評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粉塵爆発を防止するのに有用な、粉体の最小着火エネルギーを評価するための装置に関する。
【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塵爆発である。粉塵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。中でも最小着火エネルギーは粉塵爆発に対する安全対策を検討する上で重要な値である。
最小着火エネルギーを評価する装置としては、特許文献１に記載のような、加圧下における爆発試験を実施する装置が知られている。
【０００３】
しかし、例えば−０．１ＭＰa以下の減圧や１ＭＰa以上の高圧に耐えられない非耐圧構造において、酸素などの任意の支燃性ガス濃度で最小発火エネルギーを評価し、実際のプロセスでの取扱い条件（雰囲気中の酸素濃度）で粉塵爆発の危険性を目視にて簡便に評価できる装置および方法が要望されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開昭６２−１３４０５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、非耐圧構造においても、任意の支燃性ガス濃度で粉塵の最小着火エネルギーを目視等にて簡便に評価することが可能な最小着火エネルギー評価装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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）粉体を収容した筒形容器と、この容器内に上部から挿入され、所定の支燃性ガス濃度を有するガスを容器内に供給するためのガス供給管と、前記容器内に設置された放電電極を含む点火手段と、前記容器の底部からガスを容器内に吐出させて粉体を容器内に舞い上がらせるためのガス拡散吐出部材と、を備え、前記ガス供給管が、容器内を昇降可能であることを特徴とする、粉体の最小着火エネルギー評価装置。
（２）ガス供給源をさらに備え、このガス供給源から延びるガス流路が前記ガス供給管と、前記ガス拡散吐出部材の２つに分岐している、（１）に記載の最小着火エネルギー評価装置。
（３）前記ガス供給管は、下端部が略水平方向に折曲されている、（１）または（２）に記載の最小着火エネルギー評価装置。
（４）前記ガス供給管の下端部は、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平行である、（３）に記載の最小着火エネルギー評価装置。
（５）前記容器内に上部から複数のガス供給管が挿入されており、これらのガス供給管は、ガス供給源から延びるガス流路が分岐したものである、（１）〜（４）のいずれかに記載の最小着火エネルギー評価装置。
（６）（１）〜（５）のいずれかに記載の最小着火エネルギー評価装置を用いた、粉体の最小着火エネルギー評価方法であって、前記容器内に試料となる粉体を装填し、容器内が所望の支燃性ガス濃度となるようにガス供給管からガスを供給して容器内のガスを置換した後、ガス拡散吐出部材により容器の底部からガスを容器内に吐出させて粉体を舞い上がらせながら、点火手段によって発火の有無を確認して、最小着火エネルギーの評価を行うことを特徴とする、粉体の最小着火エネルギー評価方法。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の最小着火エネルギー評価装置によれば、耐圧でない構造においても、目的とする支燃性ガス濃度で粉塵の最小着火エネルギーを簡便に評価することができるという効果がある。特に本発明では、筒形容器内に上部から挿入されたガス供給管が、容器内を昇降可能であるので、所定の支燃性ガス濃度を有する雰囲気ガスの容器内への導入時には、ガス供給管の下端にあるガス供給口は容器の下部に位置し、点火時にはガス供給管を容器上部または容器外に引き上げて、点火を行うことにより、雰囲気ガスの速やかな置換と、点火時におけるガス供給管による外乱（ガス供給管によって火炎自体や火炎によって温度上昇した雰囲気ガスが冷やされ燃焼伝播しにくくなる、ガス供給管の冷却効果による消炎、粉体の舞い上がりの物理的な阻害等）を回避することができる。
上記（２）に記載のように、ガス供給源から延びるガス流路が前記ガス供給管と、前記ガス拡散吐出部材の２つに分岐していることにより、ガス供給源を１つにすることができ、ガス供給源を複数用いたときに想定されるガス供給源間でガス濃度調整の誤差による実験データの信頼性低下を防止することができる。
また、上記（３）、（４）および（５）に記載のように構成することにより、容器内の雰囲気ガスの置換をより速やかに行うことができ、また置換時に予め筒形容器内に配置した粉体の移動を防ぐことが容易となる。
上記（６）に記載の粉体の最小着火エネルギー評価方法によれば、粉塵の最小着火エネルギーを簡便に評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施態様に係る最小着火エネルギー評価装置を示す模式図である。
【図２】図１の破線囲み部分におけるガス供給管の下端部を示す拡大側面図である。
【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】ガス拡散吐出部材の動作の一例を示す模式図であって、（Ａ）は試料舞い上げ前の状態を示す図であり、（Ｂ）は粉塵舞い上げ時の状態を示す図である。
【図５】試料粉末が置かれた雰囲気中の酸素濃度と点火エネルギーとの関係の一例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１は、本発明の一実施態様に係る最小着火エネルギー評価装置を示す模式図である。図１に示すように、この実施態様に係る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。
【００１０】
筒形容器１１は、粉塵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。筒形容器１１の形状は、円筒形でも角筒形であってもよい。容器の大きさは、０．５〜３Ｌ程度であればよい。
【００１１】
容器１１の上部は開放しており、この容器上部の開口はろ紙３で塞いである。前記ガス供給管１２および酸素濃度計１４はろ紙３を貫通して、容器１１内に挿入されている。容器１１内に収容される粉体１８は、該粉体の量を容器１１の内容積で除した値が０．１〜８０００ｇ／ｍ3程度、好ましくは１〜５０００ｇ／ｍ3程度であるのがよい。
なお、本発明において、粉体１８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。
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】
ガス供給管１３は、図１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。なお、ガスの流量は１〜１０００ｍＬ／秒程度、好ましくは１０〜５００ｍＬ／秒であり、ガスの線速度は１〜５０ｍ／秒程度、好ましくは５〜３０ｍ／秒である。
【００１３】
ガス供給管１３の長さは、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のが好ましい。ガス供給管１３は、図２に示すように、下端ガス噴出部１３１が水平に折曲されている。なお、本発明において、下端ガス噴出部１３１の曲げ角度θは９０°±１０°の範囲であるのがよい。ガス噴出部１３１の曲げ角度θが８０°未満であると、先端の吐出口が上方に向くことになるため、容器１１内の雰囲気ガスの置換を効率よく行うことができなくなる。一方、曲げ角度θは１００°を超えると、堆積した粉体１８にガスが当たるため、粉体１８を吹き上げる前に粉体１８がガス拡散吐出部材から離れた場所に移動することになり好ましくない。
【００１４】
また、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平行となるように折曲されている。これにより、図３に矢印で示すように、先端の吐出口から吐出したガスは、円筒形容器１１の内壁に沿って周方向に流れる水平旋回流を成し、中央部付近で上昇気流となって筒形容器１１の上部から外に排出されるため、容器１１の底部に堆積した粉体１８が気流によって容器１１の底部から動かされ難くすることができ、かつ雰囲気ガスの置換を速やかに行なうことができる。このため、ガス供給管１３は、可能なかぎり容器内壁に近接しているのが望ましい。
【００１５】
さらに、容器１１内には上部から２本のガス供給管１３，１３が挿入されているので、容器１１内の雰囲気ガスの線速度を小さくできるので、粉体１８を動かすことなく置換をより一層速やかに行なうことができる。これらのガス供給管１３，１３は、ガス供給源１２から延びるガス流路が分岐したものである。なお、分岐は２本に限られるものではなく、必要に応じて３本またはそれ以上であってもよいし、分岐せずに１本のみであってもよい。
【００１６】
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。
【００１７】
本発明においては、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であるのが好ましいが、着火した際、ガス供給管１３の冷却によって生じる消炎効果や、粉体１８の舞い上がりの物理的な阻害を抑止できるかぎりはこれに限定されるものではなく、必要なら容器１１からガス供給管１３を抜き取るようにしてもよい。昇降は、例えば容器１１内のガス供給管１３に至るガス流路の一部を弾性材（例えばゴム管等）で構成し、手動または機械を使用してガス供給管１３を上下動させるようにしてもよい。
このようにガス供給管１３を昇降可能にしたので、容器１１内の雰囲気ガスを置換する際には、ガス供給管１３を容器１１の下部に下降させてガス置換を行い、放電時にはガス供給管１３を容器１１の上部に上昇させて、粉体１８の舞い上がりの物理的な阻害やガス供給管１３による冷却効果によって着火した炎が消えてしまったりするのを防止ないし抑制することができる。
【００１８】
本発明の装置に用いられる放電装置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。
【００１９】
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（粉塵を生じさせる）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。
【００２０】
ガス噴射ノズル２０は、図１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。
【００２１】
次に、本発明の装置を用いて最小着火エネルギー（ＭＩＥ）を評価する方法を、図１を参照して説明する。
【００２２】
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。ついで、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。
【００２３】
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、粉塵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。
【００２４】
粉塵が着火した場合、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。
【００２５】
具体的に、本発明の装置を用いて、特定の試料粉末の最小着火エネルギー（ＭＩＥ）を評価した。雰囲気中の酸素濃度が約２１％（空気）の場合、試料粉末は、約３０ｍＪの点火エネルギーで着火したが、点火エネルギーを２５ｍＪ程度に下げると着火しなかった。したがって、空気中における試料粉末のＭＩＥは、３０ｍＪ程度であることがわかった。
【００２６】
また、酸素濃度を約１８％にすると、約７０ｍＪの点火エネルギーでは着火しないが、点火エネルギーを徐々に上昇させ、約８０ｍＪになると着火することがわかった。したがって、酸素濃度が約１８％の雰囲気中における試料粉末のＭＩＥは、８０ｍＪ程度であることがわかった。
【００２７】
このようにして、試料粉末が置かれた雰囲気（酸素と窒素の混合気体）中の酸素濃度とＭＩＥとの関係を求めた一例を図５に示す。図５に示すようなＭＩＥのグラフを作成しておくことにより、粉体の貯蔵や移送時等において安全な酸素等の支燃性ガス濃度を知ることができ、粉塵爆発の予防に役立てることができる。
【符号の説明】
【００２８】
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
１９１  ストッパー
２    放電装置
２２  電極
２４  スイッチ
【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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