Specific Research Reports of the National Instituteof Occupational Safety and Health, JNIOSH-SRR-No.38 (2008)
UDC 614.82:537.242

5. 静電気放電による噴霧液体の着火特性（その 2）＊

崔光石 **，山隈

瑞樹 **，大澤敦 **5. Characteristics of Ignitability of Sprayed Liquids due to Electrostatic Spark (II)*by Kwang Seok CHOI**, Mizuki YAMAGUMA** and Atsushi OHSAWA**
Abstract; Explosions and/or fires involving liquid while spraying frequently occur due to electrostatic
sparks in various chemical processes. Accordingly，the quantitative research into the ignitability andthe electrostatic charge of sprayed liquids will be necessary to assess hazards in industrial operations
under various conditions and to propose effective countermeasures. In the current paper，we deal
with Minimum Ignition Energy (MIE) due to an electrostatic spark of a sprayed liquid relative to thepercentage of nitrogen (N2)，including compression in an air cylinder. Four different mixtures，A (O2:
20 %，N2: 80 %)，B (O2: 15 %，N2: 85 %)，C (O2: 10 %，N2: 90 %)，D (O2: 5 %，N2: 95 %) were used.
The charge amount while spraying and electrostatic sparks in a sprayed region were also observed. Twotypes of hand-held spray guns and a supply of air pressure in the range of 0.1 to 1 MPa were used in thisstudy. A liquid was supplied to the spray tube (liquid input line) with air from the pressure supply line.
The liquid was automatically sprayed for 10 s and 15 s，respectively to measure the ignitability and thecharge amount. With regard to the materials，kerosene (conductivity,σ: 3.50 × 10-14 S/m) was selected for
ignition tests while spraying，and water (σ:0.1 S/m)，including sodium chloride (0.5wt% NaCl)，was used
to investigate the charge amount of the sprayed liquid. The following noteworthy results were obtained:
The ignitability of sprayed liquid was dramatically reduced by atomizing with an air changing thepercentage of N2 instead of pressurized pure air，and its efficiency increased with increasing the supplyof air pressure. This fact suggests that both conditions，a 90% rate (or over) of N2 in air and 0.3 MPa(or over) of P，are necessary to prevent effectively explosions and fires that are the result of electrostatic
sparks in a practical industry. The charge amount values of some obtained in this study were unsafe in
the painting industry，and several electrostatic sparks were observed while spraying，even though no
incendiary sparks were detected in our tests. These sparks were particularly conspicuous at the nozzle.
This fact suggests that the spraying of liquids (especially solvents such as toluene，acetylene，and
xylene) under high pressures of several tens of MPa as water jets or airless paint spray must be carefully
managed since it is possible that incendiary electrostatic sparks could occur.
Keywords; Electrostatic spark，Sprayed liquid，Ignitability，Minimum Ignition Energy，Nitrogen* Japanese J. Applied Physics，PT.1，Vol. 46，No. 12，pp. 7861-7864（2007）において一部誌上発表した。
** 電気安全研究グループ Electrical Safety Research Group− 31 −

38-5-choi.indd 31

09.2.23 2:39:23 PM

労働安全衛生総合研究所特別研究報告

JNIOSH-SRR-No.38（2008）

1．はじめにうに火炎が目視で観測され，10 cm 以上伝搬するのに石油などの可燃性液体は，石油 · 化学製品の原料や燃

着火エネルギー（MIEs）とした。MIEs はキャパシタの料として，石油工業，化学工業をはじめとする製造業で静電容量C 及び充電電圧V をCV /2 に代入して計算し広く使用されている。一般に可燃性液体は低導電性のもた。実験に当たって，より安全性を考慮し，着火試験装のが多く，金属配管内の輸送などで発生した静電気が蓄置の上方及び前方には金属製メッシュを取り付け，液体積するため，取扱い時に静電気放電による爆発 · 火災をの着火･爆発時にフレームアレスタとして機能し，発生起こす危険性が高い。化学プラント等では，静電気放電する熱及び圧力を低く抑えることを可能とした。さらにが可燃性液体の着火源となって引き起こした爆発火災災

火種による火災 · 爆発を防止するため，排気装置では水害が数多く見られる。なかでも，可燃性の高圧液体が漏カーテンを設置した。

要する最小のエネルギーを求め，その値をミストの最小2

洩 · 噴出した時には，空気中に噴霧された液体は空気によって絶縁されるため，水や有極性溶剤などの高導電性物質であっても噴霧帯電が生じる。
最近の生産工場では，散布，エアレス塗装，静電塗装，高圧ジェット洗浄など
噴霧プロセスが多く行われており，噴霧帯電や静電気による着火危険性を明らかにし，災害のより効果的な防止対策を確立することが求められている。
このような背景から，我々は第一ステップとして，４種類の低引火性液体の噴霧状態における着火特性について測定を行い，前報で報告した1, 2）。そこでは，ミストになると，引火点と関係なく，室温（約30 ˚C）において数mJ の放電エネルギーで着火することや，噴霧空間内において最小着火エネルギーの分布を測定した結果からは，着火源の位置に大きく依存し，最も着火し易い領域が存在することなどがわかった。
しかし，いまだに解明されていない部分が多く，デー
タも不足している。そこで，本報では，前報に引き続き，爆発防止対策の一環として高圧空気に不活性ガスを添加することによる噴霧液体の着火性の変化や，噴霧液体とFig. 1 MIE measurement system for sprayed liquid.
噴霧液体の最小着火エネルギー試験装置

ノズル間で発生する噴霧電流の測定を行ったので，結果を報告する3）。

2．実験
2.1

実験装置および方法

噴霧液体着火試験装置は，前報の実験で使用したものとほぼ同じで，その構造はFig.1 に示すとおりである。着火試験装置は市販のノズル口径1 mm のスプレーガン（W-100 ，アネスト岩田製），高圧空気ボンベ，空気減圧弁，噴霧コントロール装置，排気装置（風量: 90
Fig.2 Ignition of sprayed liquid.
噴霧液体の着火m3/min，WB-10D M5 ，アネスト岩田製）及び静電容量型高電圧電源（MIES-10 型，環境衛生研究所製）などから構成されている。
高圧空気（0.1~0.5 MPa）によって，実験用液体試料が放電間隙約2 mm のステンレス電極に向かって10 秒

高圧空気（0.1~1 MPa）を流すことによって，スプレー

間ミスト状で自動噴霧され，その噴霧ミストに1 秒間にガンに発生する噴霧電流を測定するために，スプレーガ

1 回の割合で外部電源を用いて静電気放電を発生させる。この過程を2 回繰り返すうちに着火し，Fig.2 のよンは絶縁材（PTFE ）を使用して電気的に絶縁した。ス
プレーガンに銅線を接続し，噴霧電流をエレクトロメー− 32 −

38-5-choi.indd 32

09.2.23 2:39:26 PMqࠄ㔚ᭂ߹ߢߩ〒㔌㧔X ゲ㧕߇ 200 mm㨪400 mm ߩㄭ

1 t
idt      (1)m ³0றߢ޽ߞߚ‫⚿ߩࠄࠇߎޕ‬ᨐߪ೨ႎߩታ㛎⚿ᨐߣ߶߷ߚߛߒ㧘m [kg]ߪྃ㔵ᶧ૕ߩ⾰㊂㧘i [A]ߪྃ㔵㔚ᵹ㧘ห᭽ߢ޽ࠆ‫৻ޕ‬ᣇ㧘⓸⚛ࠍ೑↪ߔࠆߎߣߢ㧘ྃ㔵ᶧ

t [s]ߪྃ㔵ᤨ㑆ߢ޽ࠆ‫ޕ‬૕ߩ⌕Ἣෂ㒾ᕈ߇ᄢ᏷ߦૐᷫߔࠆߎߣ߇᣿ࠄ߆ߦߥ
静電気放電による噴霧液体の着火特性（その2）ߞߚ‫ᦨޕ‬ዊ⌕Ἣࠛࡀ࡞ࠡ࡯ߩჇട୯
K [୚]ߪ㧘ྃ㔵࿶

2㧚2 ⹜ᢱ
⌕Ἣᕈߩ⹜㛎ߦߪ㧘᷹ቯ⚿ᨐࠍᣢሽߩ࠺࡯࠲ 2)ߣ
タ（Keithley-6514 ）で測定した。得られた噴霧電流から，
Ყセߔࠆߚ߼ߦ㧘ૐዉ㔚ᕈߩนΆᕈᶧ૕ߩઍ⴫ߣߒ
噴霧液体の電荷密度q [c/kg] は式（1）で求めた。
ߡ㧘Ꮢ⽼↪ߩἮᴤ (ᒁἫὐ: 50 ºC㧘ዉ㔚₸: 3.50×10-14

1 t
m ∫0

ജ߇ᄢ߈ߊߥࠆ߶ߤჇടߒߚ‫߫߃଀ޕ‬㧘Fig.3 ߦ␜ߔࠃ߁ߦࠟࠬࡏࡦࡌ B ࠍ૶↪ߒߚ႐ว㧘Kߪ᥉ㅢߩ㜞

場合（MIE : 7.2mJ）より，0.1 MPa の時は1.7 倍（12. 8

࿶ⓨ᳇ࠍ૶↪ߒߚ႐ว(MIE : 7.2mJ)ࠃࠅ㧘0.1 MPa ߩmJ），0.2 MPa の時は2.9 倍（21 mJ），0.3 MPa の時は
ᤨߪ倍1.7(12.
8 mJ)㧘
0.2の時はMPa ߩᤨߪ
2.9 ୚(21mJ)㧘
5.2(38୚mJ)，0.5
MPa
14 倍(125mJ) に増加S/m)ࠍ↪޿ߚ‫⌕ޕ‬Ἣ⹜㛎ߦవ┙ߞߡ㧘Ἦᴤ⹜ᢱߪᶧ
q= ‒idt ‒ ‒ ‒ ‒（‒1‒(1)）

した。
0.3 MPa ߩᤨߪ 5.2 ୚(38 mJ)㧘0.5 MPa ߩᤨߪ 14 ୚૕ኾ↪ߩࡑࠗࠢࡠࡈࠖ࡞࠲㧔Wako Industrial㧘IF1AJ㧘

(125 mJ)ߦჇടߒߚ‫ޕ‬

ただし，m［kg］は噴霧液体の質量，i［A］は噴霧電流，

10 l/min㧕෸߮ๆ⌕೷㧔ࠪ࡝ࠞࠥ࡞㧕ࠍ૶↪ߒߡᓴⅣするために，低導電性の可燃性液体の代表として，市販ߪోߡ㧘᳇᷷
30 ± 3 ºC㧘Ḩᐲ 60 ± 5 % RH-14ߩ᧦ઙਅ
用の灯油 (引火点: 50 ˚C ，導電率: 3.50×10

ߦ߅޿ߡⴕߞߚ‫ޕ‬S/m) を用いた。着火試験に先立って，灯油試料は液体専用のマ
イクロフィルタ（Wako Industrial，IF1AJ，10 l/min ）3㧚ታ㛎⚿ᨐ߅ࠃ߮⠨ኤ
及び吸着剤（シリカゲル）を使用して循環通過（12 時間）させ不純物を除去した。なお，噴霧電流測定試験には，

3㧚
1 㜞࿶ⓨ᳇ߦ฽߹ࠇࠆਇᵴᕈࠟࠬߩഀว߇ྃ㔵
塩化ナトリウム（NaCl）水溶液（0.5 wt% ，水道水，導ᶧ૕ߩ⌕Ἣᕈߦ෸߷ߔᓇ㗀
電率: 0.1 S/m）を用いた。測定は全て，気温30 ± 3˚C ，
湿度
60 ± 5 % RH の条件下において行った。
ታ㓙ߩ⃻႐ߢ⌕ἫḮߩ㒰෰߇࿎㔍ߥ႐ว㧘นΆᕈ10㩷㔚ᵹ᷹ቯ⹜㛎ߦߪ㧘Ⴎൻ࠽࠻࡝࠙ࡓ(NaCl)
᳓ṁᶧ
2.2 試料
着火性の試験には，測定結果を既存のデータ
2)と比較
(0.5
wt%㧘᳓㆏᳓㧘ዉ㔚₸: 0.1 S/m)ࠍ↪޿ߚ‫ޕ‬᷹ቯ

Increasing value of MIEs, K>times@t［s］は噴霧時間である。

ㅢㆊ㧔12 ᤨ㑆㧕ߐߖਇ⚐‛ࠍ㒰෰ߒߚ‫߅ߥޕ‬㧘ྃ㔵

1

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

Supply air pressure, P [MPa]Fig.Fig.
3 3.ηwithasaafunction
functionof ofKwithaaBB cylinder
cylinder as
airairpressure supplied to the nozzle.
pressure supplied to the nozzle.
噴霧圧力によるMIEs の増加値（ガスボンベ
B ྃ㔵࿶ജߦࠃࠆ
を使用した場合）MIEs ߩჇട୯㧔ࠟࠬࡏ‛⾰ࠍ฽߻ᷙว᳇૕╬ߦਇᵴᕈࠟࠬ(⓸⚛㧘὇㉄ࠟࠬ㧘3．実験結果および考察᳓⫳᳇ߥߤ)ࠍᷝടߔࠆߎߣߦࠃߞߡ㧘⌕Ἣ῜⊒ࠍ㒐
4)ᱛߔࠆߎߣ߇ߢ߈ࠆ
‫ޕ‬ⓨ᳇ߩઍࠊࠅߦ㧘ੑ㉄ൻ὇
3.1 高圧空気に含まれる不活性ガスの割合が噴霧⚛ࠍ㚟േࠟࠬߣߒߡ૶↪ߒ㧘ྃ㔵ࠛ࠲ࡁ࡯࡞ߩ⌕Ἣ
液体の着火性に及ぼす影響ࡦࡌ B ࠍ૶↪ߒߚ႐ว㧕

実際の現場で着火源の除去が困難な場合，可燃性物
質を含む混合気体等に不活性ガス（窒素，炭酸ガス，水蒸気など）を添加することによって，着火爆発を防止す

これは，噴霧圧力が低いほど，周りの酸素が巻き込まることができる 。空気の代わりに，二酸化炭素を駆動れやすく，爆発下限界の酸素濃度以上になり，噴霧液体

ガスとして使用し，噴霧エタノールの着火性を測定したが小さいエネルギーでも着火したと考えられるが，詳細データが報告されている 。しかし，地球温暖化を防止な検討が必要である。結論として，産業現場において，するために二酸化炭素などの温室効果ガスの使用を抑制

静電気放電による着火爆発災害を防止するには，窒素濃4）5）するという環境面や取扱いの容易さから，本稿では不活

度90 %以上，噴霧圧力0.3 MPa 以上で使用すると静電性ガスとして窒素を使用した。窒素の割合が異なる高圧

気着火の防止に効果的である。

ガスボンベ4 種類（A（O2 : 20 %，N2 : 80 %），B（O2 :3.2

噴霧液体とノズル間で発生する噴霧電流

15 %，N2 : 85 %），C（O2 : 10 %，N2 : 90 %），D（O2: 5 %，N2 : 95 %）を用意し，噴霧圧力を0.1，0.2，0.3
および0.5 MPa に設定し着火実験を行った。目的は，らアースへ流れる電流（噴霧電流）を測定した。ノズル

爆発防止対策の一環として，様々な噴霧圧力に対して，はアルミニウム製で口径1 mm の市販用（スプレーガン

約15 秒間噴霧を行った時，スプレーガンのノズルか

高圧空気中の窒素濃度と噴霧液体の着火性の関係を定量

A，Fig.4（a））と，口径3 mm の試作品（スプレーガンB，的に分析することである。実験結果をTable 1〜Table 4

Fig.4（b））の二種類を用いた。LCR メータ（Yokogawa:に示す。どの場合でも，最も着火し易い領域は，
スプレー

4332A) を使用し，スプレーガンA 及びB の静電容量を測定した結果はそれぞれ65 pF，84 pF であった。

ガンから電極までの距離（X 軸）が200 mm~400 mm の近傍であった。これらの結果は前報の実験結果とほぼ同様である。一方，窒素を利用することで，噴霧液体の着噴霧電流の測定結果をFigs.5，6 に示す。これらの結果，

火危険性が大幅に低減することが明らかになった。最（1）スプレーガンA では＋1~2.7 nA ，スプレーガ0.0

小着火エネルギーの増加値.［倍］は，噴霧圧力が大きく

ンB では＋5~60 nA の噴霧電流が観測された。一般的

なるほど増加した。例えば，Fig.3 に示すようにガスボには同様の材質であればノズル口径が大きい方が噴霧電

ンベB を使用した場合，..は普通の高圧空気を使用した

流（帯電量）は小さいという傾向を示すが 6），スプレー− 33 −

38-5-choi.indd 33

09.2.23 2:39:28 PM

労働安全衛生総合研究所特別研究報告

JNIOSH-SRR-No.38（2008）

Table
Ignitability
ofofa asprayed(kerosene)aasfunctionof thecomposition
ratio
of ratio
air under
0.1 under
Table 11 Ignitability
Table
1 Ignitability
sprayedof aliquid
sprayedliquid(kerosene)
liquidas(kerosene)a functionasa functionofthe compositionof thecompositionof ratio
airof air0.1
under 0.1
MPa. 高圧空気中の窒素濃度と噴霧液体の着火性の関係（噴霧圧力：0.1 MPa）

MPa. 㜞࿶ⓨ᳇ਛߩ⓸⚛Ớᐲߣྃ㔵ᶧ૕ߩ⌕Ἣᕈߩ㑐ଥ㧔ྃ㔵࿶ജ㧦0.1
MPa. 㜞࿶ⓨ᳇ਛߩ⓸⚛Ớᐲߣྃ㔵ᶧ૕ߩ⌕Ἣᕈߩ㑐ଥ㧔ྃ㔵࿶ജ㧦0.1
MPa㧕 MPa㧕
MinimumMinimum
ignition energy
ignition(mJ)energy (mJ)Composition
Composition
ratio of air
ratio of air *
X 50

*
XX100
50

X100
X200

X200
X300

X300
X400

X400
X500

X500
X600

X600
X700

X700
X800

X800

A (O2: 20A%㧘
(O2: N
202:%㧘
80 %)N2: 80 %)
180

180
29.4

29.4
7.20

7.20
9.80

9.80
21.6

21.6
38.4

38.4
38.4

38.4
128

128
NI

NI

B (O2: 15B%㧘
(O2: N
152:%㧘
85 %)N2: 85 %)
320

320
50

50
12.8

12.8
12.8

12.8
29.4

29.4
50

50
72

72
NI

NI
NI

NI

C (O2: 10C%㧘
(O2: N
102:%㧘
90 %)N2: 90 %)
NI**

NI
50**

50
12.8

12.8
12.8

12.8
29.4

29.4
50

50
72

72
NI

NI
NI

NI

D (O2: 5 D%㧘(O2N: 52:%㧘
95 %)N2: 95 %)
NI

NI
72

72
21.6

21.6
12.8

12.8
38.4

38.4
128

128
NI

NI
NI

NI
NI

NI

*

*
**
X: Horizontal
X: Horizontal
distance fromdistance
the fromnozzlethetip㧘mm㧘nozzle tip㧘mm㧘
NI: No **ignition
NI: No ignition

Table 22 Ignitability
Table
2 Ignitability
sprayedof aliquid
sprayedliquid(kerosene)
liquidas(kerosene)a functionasa functionofthe compositionof thecompositionof ratio
airof air0.2
under 0.2
Table
Ignitability
ofofa asprayed(kerosene)aasfunctionof thecomposition
ratio
of ratio
air under
0.2 underMPa.
高圧空気中の窒素濃度と噴霧液体の着火性の関係（噴霧圧力：0.2MPa）
MPa. 㜞࿶ⓨ᳇ਛߩ⓸⚛Ớᐲߣྃ㔵ᶧ૕ߩ⌕Ἣᕈߩ㑐ଥ㧔ྃ㔵࿶ജ㧦0.2MPa㧕
MPa. 㜞࿶ⓨ᳇ਛߩ⓸⚛Ớᐲߣྃ㔵ᶧ૕ߩ⌕Ἣᕈߩ㑐ଥ㧔ྃ㔵࿶ജ㧦0.2MPa㧕
MinimumMinimum
ignition energy
ignition(mJ)energy (mJ)Composition
Composition
ratio of air
ratio of air
X*50

*
XX100
50

X100
X200

X200
X300

X300
X400

X400
X500

X500
X600

X600
X700

X700
X800

X800

A (O2: 20A%㧘
(O2: N
202:%㧘
80 %)N2: 80 %)
NI**

**
NI
50.0

50.0
9.80

9.80
7.20

7.20
21.6

21.6
29.4

29.4
38.4

38.4
72

72
128

128

B (O2: 15B%㧘
(O2: N
152:%㧘
85 %)N2: 85 %)
NI

NI
72

72
29.4

29.4
21

21
38.4

38.4
72

72
128

128
NI

NI
NI

NI

C (O2: 10C%㧘
(O2: N
102:%㧘
90 %)N2: 90 %)
NI

NI
72

72
29.4

29.4
21

21
50

50
72

72
320

320
NI

NI
NI

NI

D (O2: 5 D%㧘(O2N: 52:%㧘
95 %)N2: 95 %)
NI

NI
128

128
38.4

38.4
50

50
50

50
NI

NI
NI

NI
NI

NI
NI

NI

*

*
**
X: Horizontal
X: Horizontal
distance fromdistance
the fromnozzlethetip㧘mm㧘nozzle tip㧘mm㧘
NI: No **ignition
NI: No ignition

Table 33 Ignitability
Table
3 Ignitability
sprayedof aliquid
sprayedliquid(kerosene)
liquidas(kerosene)a functionasa functionofthe compositionof thecompositionof ratio
airof air0.3
under 0.3
Table
Ignitability
ofofa asprayed(kerosene)aasfunctionof thecomposition
ratio
of ratio
air under
0.3 underMPa.
高圧空気中の窒素濃度と噴霧液体の着火性の関係（噴霧圧力：0.3MPa）
MPa. 㜞࿶ⓨ᳇ਛߩ⓸⚛Ớᐲߣྃ㔵ᶧ૕ߩ⌕Ἣᕈߩ㑐ଥ㧔ྃ㔵࿶ജ㧦0.3MPa㧕
MPa. 㜞࿶ⓨ᳇ਛߩ⓸⚛Ớᐲߣྃ㔵ᶧ૕ߩ⌕Ἣᕈߩ㑐ଥ㧔ྃ㔵࿶ജ㧦0.3MPa㧕
MinimumMinimum
ignition energy
ignition(mJ)energy (mJ)Composition
Composition
ratio of air
ratio of*air
X 50

X*50
X100

X100
X200

X200
X300

X300
X400

X500
X400

X500
X600

X600
X700

X700
X800

X800

**
A (O2: 20A%㧘
(O2: N
202:%㧘
80 %)N2: 80
NI%)

**
NI180

180
12.8

12.8
7.20

7.20
12.8

29.4
12.8

29.4
29.4

29.4
72.0

72.0
180

180

B (O2: 15B%㧘
(O2: N
152:%㧘
85 %)N2: 85
NI%)

NI180

180
38.4

38.4
50

50
320

320
320

320
NI

NI
NI

NI
NI

NI

C (O2: 10C%㧘
(O2: N
102:%㧘
90 %)N2: 90
NI%)

NI180

180
50

50
98

98
NI

NI
NI

NI
NI

NI
NI

NI
NI

NI

D (O2: 5 D%㧘(O2N: 52:%㧘
95 %)N2: 95NI
%)

NI180

180
128

128
NI

NI
NI

NI
NI

NI
NI

NI
NI

NI
NI

NI

*

*
**
X: Horizontal
X: Horizontal
distance fromdistance
the fromnozzlethetip㧘mm㧘nozzle tip㧘mm㧘
NI: No **ignition
NI: No ignition

Table 44 Ignitability
Table
4 Ignitability
sprayedof aliquid
sprayedliquid(kerosene)
liquidas(kerosene)a functionasa functionofthe compositionof thecompositionof ratio
airof air0.5
under 0.5
Table
Ignitability
ofofa asprayed(kerosene)aasfunctionof thecomposition
ratio
of ratio
air under
0.5 underMPa.
高圧空気中の窒素濃度と噴霧液体の着火性の関係（噴霧圧力：0.5MPa）
MPa. 㜞࿶ⓨ᳇ਛߩ⓸⚛Ớᐲߣྃ㔵ᶧ૕ߩ⌕Ἣᕈߩ㑐ଥ㧔ྃ㔵࿶ജ㧦0.5MPa㧕
MPa. 㜞࿶ⓨ᳇ਛߩ⓸⚛Ớᐲߣྃ㔵ᶧ૕ߩ⌕Ἣᕈߩ㑐ଥ㧔ྃ㔵࿶ജ㧦0.5MPa㧕
Composition
Composition
ratio of air
ratio of air
X*50

MinimumMinimum
ignition Energy
ignition(mJ)
Energy (mJ)
X*X100
50

X100
X200

X200
X300

X300
X400

X400
X500

X500
X600

X600
X700

X700
X800

X800

A (O2: 20A%㧘
(O2: N
202:%㧘
80 %)N2: 80 %)
NI**

**
NI180

180
29.4

29.4
7.20

7.20
7.20

7.20
7.20

7.20
9.8

9.8
21.6

21.6
21.6

21.6

B (O2: 15B%㧘
(O2: N
152:%㧘
85 %)N2: 85 %)
NI

NINI

NI
180

180
125

125
320

320
NI

NI
NI

NI
NI

NI
NI

NI

C (O2: 10C%㧘
(O2: N
102:%㧘
90 %)N2: 90 %)
NI

NINI

NI
NI

NI
NI

NI
NI

NI
NI

NI
NI

NI
NI

NI
NI

NI

NI
NI

NI
NI

NI
NI

NI
NI

NI

D (O2: 5 D%㧘(O2N: 52:%㧘
95 %)N2: 95 %)
NI
NINI
NI
NI
NI
NI
NI
NI
ߟߩోߡߩ⹜㛎⹜ᢱߦኻߟߩోߡߩ⹜㛎⹜ᢱߦኻ*⚿ᨐߦࠃࠆߣ㧘߹ߕ㧘4*⚿ᨐߦࠃࠆߣ㧘߹ߕ㧘4**
X: Horizontal
X: Horizontal
distance fromdistance
the fromnozzlethetip㧘mm㧘nozzle tip㧘mm㧘
NI: No **ignition
NI: No ignition− 34 −

38-5-choi.indd 34

09.2.23 2:39:30 PM

静電気放電による噴霧液体の着火特性（その 2）小値を示した0.1 MPa の場合でも，–1.76μC/kg（スプレーガンA，噴霧量噴霧 : 0.60 g/s），–0.82μC/kg（スプレーガンB，噴霧量噴霧 : 8.50 g/s）である。つまりス
プレーガンA を用いた場合は約250 秒，スプレーガンBの場合は約 40 秒噴霧すると，この程度帯電してしまう。
なお，水溶液（0.5 wt% のNaCl 溶液水道水）を噴霧する際に，ノズルの近傍や噴霧空間などで発生する
静電気放電の発光状況をイメージインテンシファイア(Hamamatsu Photonics，Ltd.，Night Viewer C3100，
Gain 60,000）と一眼レフカメラからなる撮影装置を利用して撮影した。その観測結果をFig. 6 に示す。

Fig. 4 Photo of spray guns.
スプレーガン

噴霧条件としては，スプレーガンA を用いて，噴霧圧
力は0.5 MPa とした。結果によると，噴霧空間のどの

ガンB は液体がより多量に噴霧できるように，ノズル前3.5n

方に長さ50 mm ，径11 mm のパイプを装着した影響で，

3.0n（2）両スプレーガンとも，噴霧電流は噴霧圧力への依2.5n

存性が顕著であり，噴霧圧力が増加するに伴って，大きな値を示した。これは液体がノズルの小さな開口部から噴出する時，噴霧圧力が強くなることにより，噴霧液体と開口部との摩擦や流動が増加したためであると考えら

Current [A]

スプレーガンA より大きな電流が流れたと考えられる。

れる。

1 MPa

2.0n
1.5n

0.5 MPa

1.0n

0.3 MPa
0.1 MPa

500.0p（3）Table 5 に示すように，スプレーガンB の場合，

0.0

スプレーガンA より噴霧量が大量であるから，噴霧液

0体の電荷密度の大きさに大差はなく，スプレーガンA

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

14

16

18

20

Time [s]では –1.72 ~ –2.62μC/kg ，スプレーガンB では0.82(a) spray gun A~ 3.75μC/kg 程度であった。
塗装現場では塗料を霧化させるので，他の現場と異なって溶剤が蒸発し易くなる。スプレーの方式によって80.0nも異なるが，エアスプレーで溶剤量の60 ~ 70 % が蒸70.0n

発するという報告がある7）。また，塗装現場で使用されルギーは約0.2mJ である8）。塗装現場では自動型とハンディ型の二種類のスプレーガンが一般的に使われている。自動型の場合，インターロックなどのシステムが採Current [A]ンなどがあり，それらの蒸気状態における最小着火エネ

1 MPa

60.0n

る代表的な可燃性溶剤はトルエン，アセトン，キシレ

50.0n
40.0n
30.0n

0.5 MPa

20.0n

用され，接地不良や断線による事故を防止できるが，移10.0n

動可能なハンディ型の場合，接地の付け忘れによる事故

0.0が多数報告されている。したがって，ここではハンディ

0.3 MPa
0.1 MPa

0

2

4

6

8

10

12

型を対象として詳細に考察する。上記の0.2 mJ の値は，Time [s]ハンディ型のスプレーガンを使用した場合，作業者と(b) spray gun B

スプレーガンの静電容量を約184 pF（人体 : 100 pF，ス
プレーガンB : 84 pF）と考えると，スプレーガンを握っている作業者が約1.5kV に帯電した場合の静電エネル
ギーに等しい。この時の電荷量は0.27μC になる。一方，
実験で得られた電荷密度はTable 5 に与えたとおり，最Fig. 5 Change in current during spraying using sprayguns
B.
Fig.A5and
Changein current during spraying using sprayguns A and B.
液体漏洩噴出中のノズルからアースへ流れる電流の変化

液体漏洩噴出中のノズルからアースへ流れる電流の変化− 35 −

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09.2.23 2:39:32 PM

労働安全衛生総合研究所特別研究報告

JNIOSH-SRR-No.38（2008）

Tablerate
5 and
Flowcharge
rate andchargeofdensity
liquidwith various
air pressures
suppliedto a nozzle.
Table 5. Flowdensityliquid ofwithvariousair pressures
suppliedto a nozzle.
液体の噴霧量および電荷密度ᶧ૕ߩྃ㔵㊂߅ࠃ߮㔚⩄ኒᐲ

0.3 MPa

0.1 MPa*
Substance

Water(spray gun A)
Water(spray gun B)

0.5 MPa

1 MPa

m**

q***

m

q

m

q

m

q

[g/s]

[PC/kg][g/s][PC/kg][g/s][PC/kg][g/s][PC/kg]

0.60

-1.76

0.72

-2.19

0.87

-2.51

0.98

-2.62

8.50

-0.82

15.0

-1.78

15.7

-2.81

17.5

-3.75

: air pressure supplied to nozzle㧘 m**: flow rate. q***: charge to mass ratio.

*ࠆ㕒㔚᳇᡼㔚ߩ⊒శ⁁ᴫࠍࠗࡔ࡯ࠫࠗࡦ࠹ࡦࠪࡈࠔ

Ⴃⵝ⃻႐ߢߪႣᢱࠍ㔵ൻߐߖࠆߩߢ㧘ઁߩ⃻႐ߣ

領域でも火花放電のような着火性放電は観測できなかっ⇣ߥߞߡṁ೷߇⫳⊒ߒᤃߊߥࠆ‫ߩ࡯࡟ࡊࠬޕ‬ᣇᑼߦࠗࠕ(Hamamatsu Photonics㧘Ltd.㧘Night Viewer C3100㧘
たものの，噴霧空間やノズルの周囲に多数のコロナ放電ࠃߞߡ߽⇣ߥࠆ߇㧘ࠛࠕࠬࡊ࡟࡯ߢṁ೷㊂ߩ 60㨪

が観測された。しかし，上記の噴霧電流の測定結果にもGain 60,000)ߣ৻⌒࡟ࡈࠞࡔ࡜߆ࠄߥࠆ᠟ᓇⵝ⟎ࠍ

7)70 %߇⫳⊒ߔࠆߣ޿߁ႎ๔߇޽ࠆ ‫ߚ߹ޕ‬㧘Ⴃⵝ⃻႐ߢ૶↪ߐࠇࠆઍ⴫⊛ߥนΆᕈṁ೷ߪ࠻࡞ࠛࡦ㧘ࠕ࠮࠻ࡦ㧘ࠠࠪ࡟ࡦߥߤ߇޽ࠅ㧘ߘࠇࠄߩ⫳᳇⁁ᘒߦ

述べたように，噴霧帯電量は噴霧圧力が大きくなるにつ೑↪ߒߡ᠟ᓇߒߚ‫ⷰߩߘޕ‬᷹⚿ᨐࠍ Fig. 6 ߦ␜ߔ‫ޕ‬

れて大きくなる。現場のエアレス塗装機や高圧ジェット洗浄装置では数十MPa まで達する高圧を使用しているため，噴霧中において着火性放電が発生しないとは断言߅ߌࠆᦨዊ⌕Ἣࠛࡀ࡞ࠡ࡯ߪ⚂ 0.2mJ ߢ޽ࠆ ‫ޕ‬Ⴃ

できない。
実際，
過去には原油タンクで海水によるジェッⵝ⃻႐ߢߪ⥄േဳߣࡂࡦ࠺ࠖဳߩੑ⒳㘃ߩࠬࡊ࡟࡯

ト洗浄中に爆発が相次いで発生している9）。この災害の8)ࠟࡦ߇৻⥸⊛ߦ૶ࠊࠇߡ޿ࠆ‫⥄ޕ‬േဳߩ႐ว㧘ࠗࡦ࠲࡯ࡠ࠶ࠢߥߤߩࠪࠬ࠹ࡓ߇ណ↪ߐࠇ㧘ធ࿾ਇ⦟߿

原因は未解明であるが，着火源の候補として静電気が挙がっている。

4. まとめᢿ✢ߦࠃࠆ੐᡿ࠍ㒐ᱛߢ߈ࠆ߇㧘⒖േน⢻ߥࡂࡦ࠺ࠖဳߩ႐ว㧘ធ࿾ߩઃߌᔓࠇߦࠃࠆ੐᡿߇ᄙᢙႎ๔
ߐࠇߡ޿ࠆ‫ߡߞ߇ߚߒޕ‬㧘ߎߎߢߪࡂࡦ࠺ࠖဳࠍኻ
⽎ߣߒߡ⹦⚦ߦ⠨ኤߔࠆ‫ޕ‬਄⸥ߩ 0.2 mJ ߩ୯ߪ㧘ࡂ

可燃性液体の噴出･噴霧において，静電気放電による爆発･火災を防止するためのデータを得ることを目的とし，噴霧状においての様々な実験を行い，次のような結ࡦ࠺ࠖဳߩࠬࡊ࡟࡯ࠟࡦࠍ૶↪ߒߚ႐ว㧘૞ᬺ⠪ߣ

果を得た。

ࠬࡊ࡟࡯ࠟࡦߩ㕒㔚ኈ㊂ࠍ⚂ 184 pF(ੱ૕㧦100 pF㧘

（1）不活性ガスの窒素が噴霧液体（灯油）の着火を容易に抑制することが明らかになった。静電気放電によࠬࡊ࡟࡯ࠟࡦ B㧦84 pF)ߣ⠨߃ࠆߣ㧘ࠬࡊ࡟࡯ࠟࡦ

る着火爆発災害を防止するためには，高圧空気にࠍីߞߡ޿ࠆ૞ᬺ⠪߇⚂ 1.5kV ߦᏪ㔚ߒߚ႐วߩ㕒

含まれる窒素の割合を90 %以上で，噴霧圧力を0.3㔚ࠛࡀ࡞ࠡ࡯ߦ╬ߒ޿‫ߩᤨߩߎޕ‬㔚⩄㊂ߪ 0.27 PC

MPa 以上で使用すると効果的である。
（2）噴霧電流を測定した結果，噴霧電流は噴霧圧力へのߦߥࠆ‫৻ޕ‬ᣇ㧘ታ㛎ߢᓧࠄࠇߚ㔚⩄ኒᐲߪ Table 5

依存性が高く，噴霧圧力が増加するに伴って，大きߦਈ߃ߚߣ߅ࠅ㧘ᦨዊ୯ࠍ␜ߒߚ 0.1 MPa ߩ႐วߢ
߽㧘-1.76 PC/kg (ࠬࡊ࡟࡯ࠟࡦ A㧘ྃ㔵㊂ྃ㔵㧦0.60
Fig. 6 Observation of the electrostatic sparks while
spraying.
g/s)ߢ޽ࠆ‫ࡦࠟ࡯࡟ࡊࠬࠅ߹ߟޕ‬A ࠍ↪޿ߚ႐วߪ
噴霧中の静電気放電の発光状況g/s)㧘-0.82 PC/kg (ࠬࡊ࡟࡯ࠟࡦ B㧘ྃ㔵㊂ྃ㔵㧦8.50⚂ 250 ⑽ 㧘ࠬࡊ࡟࡯ࠟࡦ B ߩ႐วߪ⚂ 40 ⑽ ྃ㔵ߔ

な値を示した。
（3）噴霧液体（0.5 wt% のNaCl 希釈水道水）とノズル間で発生する静電気放電を観測した結果，どの噴霧領域でも着火性放電は観測できなかったが，噴霧空

Fig. 間やノズルの周囲に多数のコロナ放電が観測され
6 Observation of the electrostatic sparks whileࠆߣ㧘ߎߩ⒟ᐲᏪ㔚ߒߡߒ߹߁‫ޕ‬ߥ߅㧘᳓ṁᶧ㧔0.5 wt%ߩ NaCl ṁᶧ᳓㆏᳓㧕ࠍྃた。

spraying.
ྃ㔵ਛߩ㕒㔚᳇᡼㔚ߩ⊒శ⁁ᴫ㔵ߔࠆ㓙ߦ㧘ࡁ࠭࡞ߩㄭற߿ྃ㔵ⓨ㑆ߥߤߢ⊒↢ߔ− 36 −

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静電気放電による噴霧液体の着火特性（その 2）

謝辞
本研究を遂行するにあたり，元理化学研究所の中島諄二氏に協力及び助言を頂いたことに感謝する。

参考文献
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OHSAWA ，Advanced Powder Particles ， Vol.
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3） K . S . C H O I ， M . YA M A G U M A ， a n d A .
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9） 増田閃一，最近の静電気工学，高圧ガス保安協 会
KHKE 006，p. 64（1974）（平成20年12月8日受理）− 37 −

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