Influence of ignition energy and initial ambient humidity on physical hazard of flammable gases

2017 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15K01235
• Research Institution: Tokyo University of Science, Suwa
• Principal Investigator: 今村 友彦 諏訪東京理科大学, 工学部, 准教授 (50450664)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• 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

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、様々な環境条件の下で取得し、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。平成29年度は、平成28年度の研究で明らかにした、初期水分がLPGの燃焼に及ぼす影響についてさらに踏み込んで、初期湿度をさまざまに変化させた実験を実施した。具体的には、燃焼容器内に導入するLPG、酸素、窒素のうちバブラーを通過した窒素の導入分圧を変化させることにより、おおむね相対湿度にして0～50%の範囲で初期湿度を5段階程度変化させた。その結果、特に燃料組成が化学量論組成に対して過濃となる場合（LPG濃度5～8 vol%）では、乾燥状態（相対湿度0%）よりも幾分初期湿度が高い条件下のほうが、燃焼速度，爆風圧ともに大きくなる傾向が見られ、特にLPG濃度に比例して、燃焼速度および爆風圧が最大値を示す初期湿度の値が大きくなる傾向が見られた。これは、過濃組成の場合は燃料と反応する酸素が不足するので、不足分の酸素を初期環境中の水分から補うことにより乾燥状態よりも反応が進行するためと考えられる。CHEMKIN-PROによる化学平衡計算を行ったところ、過濃組成の場合は乾燥状態に比べて湿度が幾分高い条件下では、CO2の生成量が増加しCOの生成量が低下することが分かった。これは水分の添加により燃焼がより完全反応に近づいているためと推測され、上記の仮説が立証できたと考えられた。これをまとめた論文は、APSS2017にてBest Paper Awardを受賞するとともに、2018年10月開催予定の11st AOSFSTに受理されるなど、国際的にも一定の評価を受けた。

Research Products

• [Journal Article] Influence of Initial Humidity on the Flame Propagation Rate of LPG/Air and LPG/O2/N2 Mixtures (2018)
  • Author(s): Imamura, T., Ohtsuki, M., Kumata, S., Furuya, Y., Ohno, R., Tanaka, A., Kawaguchi, A.
  • Journal Title: Proceedings of 11st Asia-Oceania Symposium on Fire Science and Technology Volume: 印刷中 Pages: 印刷中
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Influence of Moisture on Flame Propagation Rate of LPG/Air and LPG/O2/N2 Mixture (2017)
  • Author(s): Imamura, T., Ohno, R., Tanaka, A., Kawaguchi, A., Ohtsuki, M., Kumata, S., Furuya, Y.
  • Journal Title: Proceedings of Asia Pacific Symposium on Safety 2017 Volume: - Pages: -
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Influence of Initial Humidity on the Flame Propagation Rate of LPG/Air and LPG/O2/N2 Mixtures (2018)
  • Author(s): Imamura, T., Ohtsuki, M., Kumata, S., Furuya, Y., Ohno, R., Tanaka, A., Kawaguchi, A.
  • Organizer: 11st Asia-Oceania Symposium on Fire Science and Technology
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Influence of Moisture on Flame Propagation Rate of LPG/Air and LPG/O2/N2 Mixture (2017)
  • Author(s): Imamura, T., Ohno, R., Tanaka, A., Kawaguchi, A., Ohtsuki, M., Kumata, S., Furuya, Y.
  • Organizer: Proceedings of Asia Pacific Symposium on Safety 2017
  • Int'l Joint Research