静電気学会誌, 33, 1 (2009) 49-50

J. Inst. Electrostat. Jpn.
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||

ノート||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||

高圧水ジェット噴霧中の空間電荷密度の測定
大 澤敦 ∗,1（2008 年 9 月 16 日受付，2009 年 1 月 7 日受理）

Measurement
water Jet
jet Spraying
spraying
Measurementofofspace
Spacecharge
Chargedensities
Densitiesduring
during high-pressure
High-pressure Water∗,1 *,1Atsushi
OHSAWA
A. Ohsawa(Received September 16, 2008; Accepted January 7, 2009)

Charged clouds produced by water spraying used in industrial operations are potential hazards ofignition by electrostatic discharges. Since this ignition risk can be assessed by electric ﬁelds createdby the clouds, it is necessary to estimate the charge densities of them in which whether the electricﬁelds can initiate an incendive discharge. This paper presents the results of the measurements ofcharge densities of clouds during water spraying with its pressure of up to 84 MPa. The use of tap
water with high conductivity may reduce the risk eﬀectively in washing operations.

1.

はじめに

2.

実験

最近の各種産業の工程における噴霧プロセスの応用は造測定に用いた超高圧水ジェットは洗浄機（スギノマシン,粒，冷却，洗浄，反応，散布，塗装，はく離，研磨，切断，JPCM-93014，最大水圧 84 MPa，最大流量 11 L/min）で加湿などにみられるように多岐にわたってきており，噴霧条ある．ノズルは口径 Dn = 0.6–1.1 mm を用いた．水は水道件も静電気的に危険側に推移することもあり，障災害も様相水（導電率: 1.1 × 10−2 S/m）とイオン交換樹脂フィルタをを変えながら未だに起きている．このようなことから，液体とおした水道水（以下，精製水，4.5 × 10−5 S/m）を用い噴霧における静電気危険性の評価技術の確立が求められていた．ここで，超高圧水ジェットの利点は，洗浄液に用いるこる．この静電気危険性は噴霧条件だけではなく，噴霧されるともある有機溶剤・洗浄剤が不要となることである．

空間の境界条件にも依存するので，同じような工程でも噴霧

空間電荷密度の測定には接地した金属製円筒かご（直径

空間の形状や規模にも依存し，特定の条件で静電気の危険性

D = 長さ L = 15 または D = L = 20 cm）の側面に取りを評価することができたとしても，これをもとに一般的な議付けた電界計（Rion, EA-07A）2) を用いた．噴霧は全面が論に展開することは容易ではない．このような場合，数値計接地したステンレス板でできたシールドルーム内（水が蓄積算が有効であり，着火性放電を防止する条件を求めることもしないように床面には排水口を設けている）で行い，上記の

1)．これは，帯電雲が接地タンク内に形成され測定子により任意の数カ所にて空間電荷密度を測定した（図るとき，着火性放電を防止するための電荷密度またはタンク1）．洗浄には必然のタンク壁でのジェットの反射の影響を考半径を与え，静電気着火リスクを評価するもの（安全プロセ察するため，図 1 のように噴流に対して 45 度の角度でノズス条件を与えるもの）であるが，各種の噴霧プロセスで形成

ルから 90 cm の位置に接地金属板を設置した実験も行った．

可能となるされる帯電雲の空間電荷密度がどの程度なのか知っておくこ

3.

結果とも重要である．ここでは，可燃性物質用タンクの洗浄を対3.1

噴流内の空間電荷密度

象に実施した空間電荷密度の測定結果について報告する．
キーワード：噴霧，帯電雲，静電気放電，着火，リスクアセス
メント* 独立行政法人労働安全衛生総合研究所，産業安全研究所，電気安全研究グループ（204-0024 東京都清瀬市梅園 1-4-6）
Electrical Safety Research Group, Institute of IndustrialSafety, National Institute of Occupational Safety andHealth, 1-4-6 Umezono, Kiyose, Tokyo 204-0024, Japan
1 ohsawa@s.jniosh.go.jp

図 2 に代表的な測定結果を示す．これは空間電荷密度が最大となるノズル近傍（ノズルから距離 45 cm）で測定されたものである．精製水の場合は帯電雲の電荷密度は水圧が高いほど，また，ノズル径が小さいほど高くなる傾向がある．
さらに，高水圧では電荷密度が飽和している．
相対的に高導電率となる水道水を用いると空間電荷密度静電気学会誌
ComputerVoltmeter

第 1 号（2009）
1.0x10-73

Fieldmetercontroller

第 33 巻Charge density (C/m )50GPIB
Fieldmeter
Cylindrical metal cage

Water jetmachine

0.50.0-0.5
10Reflection plate

Grouded stainless steel room
W: 4.8 m, D: 3.8 m, H: 2.2 m

図 1 実験装置の概略
Fig.1 Schematic diagram of measuring system ofspace charge density during spraying.

2030 40 50 60 70
Water pressure (MPa)80

図 3 高圧水ジェット外の帯電雲中の空間電荷密度
Fig.3 Space charge densities in charged clouds outside cone jets during high-pressure water jet
spraying with a reﬂection plate. : Dn =0.6 mm, : Dn = 0.8 mm, and : Dn = 1.0mm with puriﬁed water.

る）位置で測定した空間電荷密度を図 3 に示す．小さい水

3Charge density (C/m )-51042

滴が負に帯電することが知られているように 0.6 mm のノ10-64ズル口径以外の場合に負の空間電荷密度が測定されている．

2-710また，値は噴流内のそれよりも十分に小さい．噴流は壁に衝42

突すると壁に沿って流れるので，噴流自体の空間電荷密度は-81010203040506070Water pressure (MPa)80

壁等の反射によって影響されないことも測定によって確認している．これらの結果からタンク壁での噴流の衝突が，静電

図 2 高圧水ジェット内の空間電荷密度
Fig.2 Space charge densities in cone jets duringhigh-pressure water jet spraying at the distance of 45 cm from a nozzle and with a reﬂection plate. : nozzle hole diameter of
Dn = 0.6 mm, : Dn = 0.8 mm, and :
Dn = 1.0 mm with puriﬁed water and :
Dn = 0.8 mm with tap water.

気リスクを危険側に推移させるものではないといえる．

4.

静電気着火リスクの評価

帯電雲による着火性放電の防止条件 1)

ρ ≤ 2.3 × 10−6 R−1 (M IE ≥ 0.2 mJ)（ρ (C/m3 ): 接地円筒タンク内の一様帯電雲の空間電荷密度，R (m): タンク半径，M IE: タンク内雰囲気の最小着火が水圧に依存しなくなることが示され，その値も大幅に減少エネルギー）を水道水の最大測定電荷密度（ρ = 1.1 × 10−7している（図 2 の ）．このとき，さらに低圧の洗浄機（いC/m3 ）に適用すると，R ≤ 20.9 m のタンク洗浄の着火リけうち）では，電荷密度がこれよりも低くなっていることかスクを低減できることが示される．ここで，最大測定電荷密ら，水圧に対して飽和していると解せる．

度で一様とした帯電雲は危険側となり，着火リスク評価としこれらの結果は水圧とノズル径に関係する噴出速度および電荷緩和に起因しているようであるが，詳細には説明できては問題とならない．また，すべての実験中に放電は放電検出器（Trek, Model 900）で検出されなかった．ていない．しかしながら，可能な範囲で低速噴流となる比較

5.

的に太いノズル口径の選択と高導電率の洗浄水の利用は静電

過去に測定例がない 84 MPa までという高圧水ジェット気着火リスクを低減することは明らかである．また，水圧にによって形成される帯電雲の空間電荷密度を測定し，水道水よって空間電荷密度が飽和することは，静電気着火リスクをのように高導電率の水を使用すればタンク洗浄の静電気着火高めることなく，洗浄能力を向上できることを示している．

リスクを広範囲のタンク径に対して低減できることが予測さ3.2

タンク壁での反射タンク壁における噴流反射の影響を調査するために反射おわりにれた．洗浄水の導電率のほかにノズル口径の選択によっても静電気着火リスクを低減できることが示された．

板を設けているが，これによって大量の微小ミストが形成されて向かいの壁がみえなくなるほどになる．このミスト雲の空間電荷密度の代表値として，円錐状の噴流の軸から鉛直方向に 90 cm 離れた（反射板の中心からも 90 cm 離れてい参考文献
1) A. Ohsawa, J. Electrostat. (in press)
2) 大澤敦, 産業安全研究所研究報告, NIIS–RR–2005(2006) 9