2015 Fiscal Year Research-status Report
着火エネルギー及び環境湿度が可燃性ガスのフィジカルハザードに及ぼす影響
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15K01235
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| Research Institution | Tokyo University of Science, Suwa |
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Principal Investigator |
今村 友彦 諏訪東京理科大学, 工学部, 講師 (50450664)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 気相燃焼 / 可燃性ガス / 着火エネルギー / 環境湿度 / フィジカルハザード |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、燃焼範囲や最小着火エネルギーといった着火可能性につながるデータと、燃焼速度、爆風圧といった危害度評価につながるデータを、さまざまな環境条件のもとで取得し、可燃性ガス燃焼・爆発時の物理的危害度（フィジカルハザード）に及ぼす環境因子の影響を明らかにすることを目的としている。特に投入エネルギーと環境湿度の影響に着目して、①投入エネルギーが着火可能性及び燃焼威力に及ぼす影響、②環境湿度が着火可能性および燃焼威力に及ぼす影響の2点を明らかにすることに注目している。平成27年度は、当初予定では①の投入エネルギーの影響を明らかにすることを目指したが、先に環境湿度の影響を明らかにすることが研究進行上合理的と考えて、①と②を入れ替えて、環境湿度の影響について調べた。既存の燃焼容器に水分添加系統を付加するとともにシュリーレン光学系を整備し、さまざまな初期温度および湿度条件のもとで、投入エネルギーを最小着火エネルギーよりも十分大きな値で一定にして着火実験を行い、火炎挙動を高速度シュリーレン撮影して火炎伝播速度および燃焼速度を求めるとともに、圧力上昇を計測した。これにより、火炎伝播速度，燃焼速度，および圧力上昇と当量比の関係に及ぼす湿度影響を明らかにするとともに、湿度影響を受けた状態であっても、燃焼速度とピーク過圧の間には一律の関係が保存されており、燃焼速度からピーク過圧をある程度予測できることを示した。これらの成果は、国内学会口頭発表により成果発信した。また、平成28年度内の国際ジャーナルでの論文発信を目指している。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
上述のとおり平成27年度は、当初予定を入れ替えて、環境湿度が着火可能性および燃焼威力に及ぼす影響について検討した。そのために、まず水分添加系統を構築した。支燃性ガス供給ラインを分岐し、一方にバブラーを設置して支燃性ガスに水中をくぐらせて、水分添加が可能な構造とした。ガス導入の際に、燃焼容器とバブラーの温度を等しく保つ必要があるため、ジャケットヒーターを燃焼容器に取り付けて、初期温度をコントロールした。湿り空気は分圧法によって容器内へ導入し、容器内温度および露点温度より求まる飽和水蒸気圧とを用いて相対湿度値を求めた。
また、火炎面を明瞭に撮影し、火炎伝播速度および燃焼速度を解析するために、シュリーレン光学系を整備した。シュリーレン光学系は、光源（75 Wキセノンランプ），シュリーレンレンズおよびナイフエッジからなり、燃焼容器内の密度差を明暗としてとらえることができる。これにより火炎伝播速度の画像測定を容易にし、その結果燃焼速度の解析を可能とした。
以上により、さまざまな初期湿度条件および当量比の条件のもとで燃焼実験を行い、燃焼速度データおよび圧力上昇データを整備し、圧力上昇および爆発強度指数KG値は燃焼速度に大きくリンクして変化すること、あらかじめ湿度の影響を含んだ燃焼速度値が既知となれば、その湿度におけるピーク過圧もある程度の精度で予測可能であることなどを示した。以上より、本研究は現在までのところおおむね順調に進捗していると判断できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
①平成27年度に引き続き環境湿度が着火可能性および燃焼威力に及ぼす影響について検討する。具体的には、特に燃料過濃領域側で湿度が高い場合にピーク過圧が低下する傾向が認められたが、本研究では湿り空気に対する燃料の割合として当量比を算出しているため、可燃性混合気中の水分量が多くなっても当量比が変化しないことになる。当量比を乾き空気に対する燃料の割合とすれば、初期圧力を一定（大気圧）に保てば、水分量が多くなるほど相対的に乾き空気量が減少するため、当量比は過濃側へシフトすることとなる。したがって平成27年度に得られた、水分によるピーク過圧低下効果は、水分による冷却や反応抑制効果に起因するのか、当量比の相対的な変化に起因するのかが明確でない。そこで、乾き空気に対する当量比を一定にして水分量を変化させた実験を実施し、水分によるピーク過圧低下効果のメカニズムを明らかにする。
②投入エネルギーが燃焼威力に及ぼす影響を検討する。可燃性ガスハンドリング時の着火源としては、裸火など数J以上の大きなエネルギーから、1 mJ程度未満の静電気によるものまで、エネルギー範囲は幅広い。着火源のエネルギーにより、どこまで燃焼反応を進めるだけのエネルギーが投入されているかによって、その後の反応に要する時間等も影響されると考えられるため、投入エネルギーの大小が燃焼威力には影響すると考えられる。そこで、数mJから数J程度まで幅広く着火エネルギーを振ることのできるスパーク系統を製作し、実験データを蓄積する。
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| Causes of Carryover |
研究実施により年度末に最終的に19,576円の残金が生じたが、これを平成28年度に繰り越して、28年度の研究で必要となる物品等の購入費に充てるほうが経済的に合理的と考えたたため繰り越した。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
着火エネルギー制御のための電子機器類や燃料ガス等の購入費に充当する。
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