2017 年度実施状況報告書

木材の有炎燃焼・赤熱燃焼に関わる熱物性値の解明と燃焼シミュレーション

研究課題

研究課題/領域番号	16K18201
研究機関	国立研究開発法人森林研究・整備機構
研究代表者	上川大輔国立研究開発法人森林研究・整備機構, 森林総合研究所, 主任研究員等 (30409651)
研究期間 (年度)	2016-04-01 – 2019-03-31
キーワード	コーンカロリーメーター / 赤熱燃焼 / 木材の熱分解
研究実績の概要	木材の炭化物の燃焼性状と風速等の関係をコーンカロリーメーターを用いて把握するため、コーンカロリーメーター試験機に設置可能な平坦な炭化物の作製方法を検討した。具体的には、スギ引き板と鋼材平板を交互に重ね、上部に重しとして鋼材を載せたものを、窒素置換下のマッフル炉にて加熱する方法により、反りや割れの少ない平板状の炭化物を作製することができることを明らかにした。また、その際のマッフル炉の温度制御についても検討し、木材の熱分解に伴うサンプル温度の不安定化やマッフル炉外での可燃ガスの燃焼を抑制可能な温度制御スケジュールを明らかにした。次いで、この方法で作製した炭化物サンプルに対して、昨年度策定した有風下での燃焼性を把握する試験法により、炭化物の赤熱燃焼性状と表面流速との関係を調査した。実験にはコーンカロリーメーターに送風機を組み合わせた実験装置を用い、平板状のサンプル上面への加熱強度、サンプル上面の風速をパラメータとした。風速の制御は、送風ダクトに設置した送風ファンへの電流値を電源装置にてコントロールすることで行った。コーンカロリーメーター付属のガス分析器により発熱速度を、同じく付属のロードセルによりサンプルの重量減少を計測した。さらに、熱画像撮影装置によりサンプル表面の温度を計測した。当初の予測の通り、炭化物の赤熱燃焼による発熱速度は、表面の流速が大きくなるほど増大することが示唆された。また、サンプルへの加熱強度が大きくなるほど発熱速度が大きくなることも明らかにした。これらの性状の関係性は事前に予想されてはいるものであるが、その具体的数値の既往データはほとんどなく、木材に限らず表面燃焼する物質の燃焼を予測する上で重要なデータといえる。
現在までの達成度 (区分)	現在までの達成度 (区分) 2: おおむね順調に進展している理由 H28年度の計測機器の補修により生じた一部の実験実施の遅れはH29年度の早い時期に挽回できたため、研究の進捗は概ね計画通りと判断した。
今後の研究の推進方策	木材及びその炭化物の粉体について熱分析を行い、温度域ごとの吸発熱性状を計測、重量変化との対応を検討する。風速と炭化物の赤熱燃焼速度との関係性について、更に検証を進める。これまでに得られた熱分解や赤熱燃焼に関する情報を組み込み、木材の燃焼や炭化を数値計算する計算モデルを構築する。モデルにより得た数値と実際の実験でのデータとの比較を実施することにより、モデルの妥当性を検証し、改良等を図る。
次年度使用額が生じた理由	次年度実施予定の熱分析に関し、場合によっては外部機関への依頼分析となる可能性が生じたため（所有機器の不調）、購入予定であった計測機器や消耗品の購入を保留、あるいは現有品で代替する等として節約したため、次年度使用が生じた。熱分析に用いる機器を問題なく使用できる状況であれば、繰り越した経費によりこれまでに検証した各種実験の条件やサンプル仕様に追加をし、更なる検証を進める。熱分析機器に問題があり外注する場合はその経費に繰り越し分を充てる予定である。