2018 Fiscal Year Research-status Report
Development of simple estimation model for minimum ignitiion energy of flowing flammable gas based on quenching distance
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18K04641
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| Research Institution | Suwa University of Science |
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Principal Investigator |
今村 友彦 公立諏訪東京理科大学, 工学部, 准教授 (50450664)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 可燃性ガス / 着火 / 流動 / 高温表面 / 消炎距離 / 着火エネルギー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，代替エネルギーとして期待されている水素，プロパン，ジメチルエーテル等の適切なリスク管理手法の確立に資することを視野に入れて，「可燃性ガスの着火特性に対して，ガスの流動がどのように影響を及ぼすのか」という学術的な問いを解き明かすことを目的としている。可燃性ガスの着火特性を表す因子として消炎距離と最小着火エネルギー（MIE）に注目し，静穏環境下で確立されている，消炎距離からMIEを算出する手法にガス流動の影響を組み込んだモデルの開発を最終ゴールとしている。本研究は①消炎距離に基づく最小着火エネルギー推算の理論モデル構築と，②実験的アプローチにより構成している。
2018年度は，まずは着火エネルギー計測の容易さの観点から，着火源に高温表面を使用して流動するプロパン／空気混合気の着火挙動を把握することを目的とした一連の実験を実施した。その結果，特定の組成についてのみであるが，着火確率に及ぼす供給エネルギーおよび流速の影響を明らかにするとともに，着火機構をモデル化して，ヒーターに供給する電力と，これに通電時間を乗じて求まるエネルギーとから，着火の有無を判定することができる図を作成すると同時に，着火に要する最小の供給エネルギーとこれに対応する電力の値を示すことができた。2018年度の成果は2019年5月に開催される国内会議（日本火災学会研究発表会）及び2019年9月に開催される国際会議（Asia Pacific Symposium on Safety 2019）にて発表の予定である。
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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
2018年度は，着火源に高温表面（セラミックヒーター）を使用し，流動するプロパン／空気混合気の着火特性を調べるための実験を行った。着火挙動の観察のために内部を視認できる燃焼チャンバーをアクリル板で製作し，内部にDCファンを設置して，プロパン／空気混合気流速を0.0-4.0 m/sの範囲で調整可能とした。実験条件としてセラミックヒーターへの供給電圧を変化させた。これにより，表面温度も変化する。プロパン濃度は燃焼下限界に相当する2.1 vol%で一定とした。
実験により，①流速の増加に伴って着火が確認される最小の電圧（最小着火電圧）が上昇すること，②ほぼ同等の表面温度であっても，供給電圧が小さいと着火しないこと，③供給電圧の増加に伴って，着火に必要な時間が短くなること，などの結果を得た。これらの結果をもとに，高温表面による着火では単位時間あたりに単位体積の未燃混合気に供給される，熱損失分を除いた正味のエネルギーが，各供給電力に対応した，着火のために供給した臨界エネルギー（臨界総供給エネルギー）を超えていれば着火すると考えて，総供給エネルギーと供給電力とから着火を判定できる図を作成した。同時に，臨界総供給エネルギーの最小値と，これに対応する供給電力（最適供給電力）が，それぞれ約1.0 kJ, 32 Wであることを明らかにした。
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| Strategy for Future Research Activity |
高温表面を着火源とした場合については，①プロパン濃度を数段階（化学量論濃度：4.0 vol%付近，燃焼上限界：9.5 vol%付近）変化させ，臨界総供給エネルギーに及ぼす影響を検討して，モデルの一般化を図る。合わせて，着火源を電気スパークに変更して消炎距離を測定し，静穏環境下での最小着火エネルギーの推算方法に組み込むことで，流速の影響を明らかにするとともに，高温表面の場合の着火エネルギーとの比較から，着火源の種類が着火に及ぼす影響について考察する。
得られた成果は随時積極的に学会発表及び論文投稿によって発信する。
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| Causes of Carryover |
2018年度は，流動する可燃性ガスの基本的な着火特性を調べるために，当初予定（消炎距離測定）を変更して，高温表面を着火源とした場合の実験による着火挙動の観察を先に行うこととしたので，2018年度終了時点で511,116円の残額が発生した。これ次年度に繰り越し，2019年度予算と合わせて，より多数回の実験を繰り返し実施し，かつ，積極的に成果発表を進めることで，研究目的をより効率的に達成できると考えられたため，2019年度に繰り越した。2019年度はこの繰越額を含め，燃焼チャンバー，電極部品，ヒーター等の消耗品購入に充てるとともに，旅費（海外旅費を含む），英文校閲費，論文投稿料等，成果発信のための費用に充てる計画である。
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