JP2010112892A - 着火温度測定装置及び着火温度測定方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】内部流路11が常温における消炎径よりも小さな直径とされる管1を予混合ガスGの流れ方向に予混合ガスGの着火温度以上まで連続的に昇温されるように加熱すると共に、上記管1に上記予混合ガスGを上記管1の内部流路11に形成された火炎が安定しかつ火炎の形成位置が上記予混合ガスGの流速に影響されない条件を満たす流量にて供給し、上記管1の内部流路11に形成された火炎の位置を検出し、該検出結果及び予め記憶する上記予混合ガスGを流した場合における上記管1の長さ方向の温度プロファイルに基づいて上記予混合ガスGの着火温度を算出する。
【選択図】図1
Description
このASTM法によれば、非特許文献1に記載されているように、容量が500mlの丸底フラスコを用い、当該丸底フラスコを周囲から加熱し、加熱された丸底フラスコ内に可燃性液体を滴下し、着火した場合の温度を確認することによって、可燃性液体の着火温度が測定される。
板垣晴彦,産業安全研究所研究報告 NIIS−RR−2002(2003) 「可燃性液体の発火温度の圧力依存性について」,Research Reports of the National Institute of Industrial Safety, NIIS-RR-2002(2003) UDC 614.841.41+543.87:662.612.1「The Dependence of Initial Pressure on the Autoignition Temperature of Flammable Liquid」(www.jniosh.go.jp/publication/RR/pdf/RR-2002-06.pdf)
また、丸底フラスコ内に滴下された可燃性液体は、着火前に蒸発して混合気となる。そして、着火温度は混合気の濃度に依存して変化するが、ASTM法では、混合気の濃度が一定である保証はない。
また、非特許文献1に記載されているように、着火温度は、着火位置の圧力環境に依存して変化する。
また、本発明の着火温度測定装置によれば、燃料と酸化剤とが混合された予混合ガスが上記管に供給され、その流量は、管の内部流路に形成された火炎が安定しかつ火炎の形成位置が予混合ガスの流速に影響されない条件を満たす流量とされる。
また、本発明の着火温度測定装置によれば、管の内部流路に形成された火炎の位置が検出され、この検出結果と予め記憶される予混合ガスを流した場合における管の長さ方向の温度プロファイルに基づいて予混合ガスの着火温度が算出される。
また、本発明の着火温度測定方法によれば、燃料と酸化剤とが混合された予混合ガスが上記管に供給され、その流量は、管の内部流路に形成された火炎が安定しかつ火炎の形成位置が予混合ガスの流速に影響されない条件を満たす流量とされる。
また、本発明の着火温度測定方法によれば、管の内部流路に形成された火炎の位置が検出され、この検出結果と予め記憶される予混合ガスを流した場合における管の長さ方向の温度プロファイルに基づいて予混合ガスの着火温度が算出される。
また、本発明によれば、燃料と酸化剤とが混合された予混合ガスが上記管に供給され、その流量は、管の内部流路に形成された火炎が安定しかつ火炎の形成位置が予混合ガスの流速に影響されない条件を満たす流量とされる。このような本発明によれば、予め燃料と酸化剤とが混合されるため、管の内部流路における燃料の濃度を均一にすることができる。さらに、本発明によれば、管に供給される予混合ガスの流量が、管の内部流路に形成された火炎が安定しかつ火炎の形成位置が予混合ガスの流速に影響されない条件を満たすような低流量とされるため、火炎が予混合ガスの流速に依存せずに安定して形成される。このため、管の内部流路における火炎が形成される位置を、予混合ガスの流量に依存しない安定した位置とすることができる。
そして、本発明によれば、管の内部流路に形成された火炎の位置が検出され、この検出結果と予め記憶される予混合ガスを流した場合における管の長さ方向の温度プロファイルに基づいて予混合ガスの着火温度が算出される。
このような本発明によれば、管内部である内部流路(すなわち予混合ガスが着火される空間)の温度が均一化され、管の内部流路における燃料の濃度が均一化され、さらに管の内部流路における火炎が形成される位置を、予混合ガスの流量に依存しない安定した位置とすることができる。したがって、ASTM法と比較して、燃料の正確な着火温度を測定することが可能となる。
この図に示すように、本実施形態の着火温度測定装置S1は、管1と、供給装置2(供給手段)と、ヒータ3(加熱手段)と、熱電対4と、撮像装置5と、フィルタ6と、測定処理部7とを備えている。
この供給装置2は、管1に供給する予混合ガスGの流量を調節可能であり、管1に供給する予混合ガスGの流量を連続的に減少させて、その流量が管1の内部流路11に形成された火炎が安定しかつ火炎の形成位置が予混合ガスGの流速に影響されない条件を満たす流量となるように設定する。なお、管1の内部流路11に形成された火炎が安定しかつ火炎の形成位置が予混合ガスGの流速に影響されない条件を満たす流量については、後に詳説する。
また、供給装置2は、測定処理部7と電気的に接続されており、測定処理部7からの指令に基づいて、予混合ガスGにおける燃料と酸化剤との割合を調節可能とされている。
なお、ヒータ3は、管1を完全に覆うように配置されているのではなく、火炎の形成領域を外部から目視可能なように配置されている。もしくは、ヒータ3は、通常時は管1を完全に覆い、観察時のみヒータ3の全部もしくは一部が移動することで火炎の形成領域を外部から目視可能なように構成されている。
そして、ヒータ3は、測定処理部7と電気的に接続されており、測定処理部7の指令に基づいて、管1が予混合ガスGの流れ方向に予混合ガスGの着火温度以上まで連続的に昇温されるように加熱する。
なお、ヒータ3による管1の加熱領域の長さは、本実施形態の着火温度測定装置S1にて求められる測定精度に比例して設定されている。
なお、本実施形態の着火温度測定装置S1は、熱容量の異なる(すなわち直径の異なる)複数の熱電対4を備えている。そして、各熱電対4は、各々管1の内部流路11に対して出し入れ可能とされている。
なお、撮像装置5は、測定処理部7に電気的に接続されており、測定処理部7の指令に基づいて、露光時間等が制御される。
このようなフィルタ6を設置することによって、撮像装置5においてCHラジカルに起因する発光あるいはOHラジカルに起因する発光のみが選択的に撮像される。
この測定処理部7は、上記温度データ、上記撮像データ、温度プロファイル、また温度プロファイルの取得や着火温度を算出に用いられる各種プログラム等を記憶する記憶部71と、該記憶部71に記憶されるデータやプログラムに基づいて温度プロファイルや着火温度を算出する演算処理部72と、該演算処理部72にて算出された着火温度に基づく情報を出力する出力部73とを備えている。
本温度プロファイル取得工程では、熱電対4を管1の内部流路11を移動させ、この熱電対4から得られた温度データが、測定処理部7の記憶部71に一旦記憶される。その後、測定処理部7の演算処理部72が、記憶部71に記憶されたデータ及び温度プロファイルの取得プログラムに基づいて温度プロファイルを算出して取得し、この温度プロファイルが記憶部71に記憶される。
このような温度プロファイルを正確に取得するために、本実施形態の着火温度測定方法では、予供給ガスGが管1の全長に亘って着火されない状況を擬似的に作り出すために、熱電対4にて管1の内部流路11の温度を検出する場合に、供給装置2から、予混合ガスと同じ伝熱性を有する不燃性ガスを供給する。これによって、予供給ガスGが管1の全長に亘って着火されない状況が擬似的に作り出され、予供給ガスGが管1の全長に亘って着火されなかった場合における、管1の特定の位置の温度を取得することが可能となる。
なお、供給装置2から、予混合ガスと同じ伝熱性を有する不燃性ガスを供給する場合において、不燃性ガスの流量は、管1の内部流路11における熱移動が、不燃性ガスの流速に依存されないような低流量とされる。
より詳細には、複数の熱電対4にて検出される温度データを比較することによって、熱電対4の容量と温度データとの関係を導き出す。そして、この熱電対4の容量と温度データとの関係から、熱電対4の容量が0の場合(すなわち熱電対4が内部流路11に存在しない場合の)温度データを算出し、この温度データに基づいて温度プロファイルを取得する。
後の着火温度算出工程(ステップS3)においては、熱電対4が内部流路11に存在しない状態となるため、熱電対4が管1の内部流路11に存在しない場合の温度プロファイルを取得することによって、着火温度算出工程(ステップS3)における算出結果をより正確なものとすることができる。
これによって、管1の内部流路11に供給された予混合ガスGは、管1の内部流路11を一端部から他端部に向かうに連れて加熱され、着火温度以上に加熱された時点で着火する。
一方、管1の内部流路11における予混合ガスGの流速が遅い場合には、連続的に燃焼状態が維持され、火炎が安定する。
そこで、本実施形態における着火温度測定方法では、まず先に管1の内部流路11における流速が十分に早くなるような流量の予混合ガスGを管1に供給し、その後予混合ガスGの流量を徐々に減少させ、火炎が安定されるまで予混合ガスGの流量を低減させる。
具体的には、撮像装置5にて火炎を撮像することで火炎の状態を確認しながら供給装置2から供給する予混合ガスGの流量を徐々に減少させ、火炎が安定されるまで予混合ガスGの流量を低減させる。
図4は、管1の内部流路11における予混合ガスGの流速と、安定火炎位置、着火位置及び消火位置との関係を示したグラフである。なお、図4に示すグラフは、直径が2mmの管1に対して、メタンと空気の量論比の予混合ガスGを供給することによって得られたデータに基づくものである。
この図に示すように、予混合ガスGの流速が速い場合(40〜100cm/s)には、火炎は安定するが、火炎の形成位置が流速に影響されることが分かる。また、これよりも予混合ガスGの流速が遅い場合(5〜40cm/s)には、火炎が振動することが分かる。そして、さらに予混合ガスGの流速が遅い場合(0.2〜5cm/s)には、火炎が安定すると共に火炎の形成位置が流速に影響されないことが分かる。このように、管1の内部流路11における予混合ガスGの流速に応じて、火炎の状態が変化する。
そして、本実施形態における着火温度測定方法の火炎安定工程(ステップS2)では、予混合ガスGの流速が、火炎が安定すると共に火炎の形成位置が流速に影響されない流速となるように、予混合ガスGの流量が設定される。
具体的には、火炎から発光されたCH光あるいはOH光が選択的にフィルタ6を透過して撮像装置5に到達することによって火炎の位置が撮像装置5によって撮像される。そして、測定処理部7がその撮像データから火炎の位置を検出し、温度プロファイルに照らし合わせることによって、管1の火炎が形成された位置の温度(すなわち予混合ガスGの着火温度)を算出する。
また、本実施形態の着火温度測定装置及び着火温度測定方法によれば、燃料と酸化剤とが混合された予混合ガスGが管1に供給され、その流量は、管1の内部流路11に形成された火炎が安定しかつ火炎の形成位置が予混合ガスGの流速に影響されない条件を満たす流量とされる。つまり、予め燃料と酸化剤とが混合されるため、管1の内部流路11における燃料の濃度を均一にすることができる。さらに、管1に供給される予混合ガスの流量が、管1の内部流路11に形成された火炎が安定しかつ火炎の形成位置が予混合ガスGの流速に影響されない条件を満たすような低流量とされるため、火炎が予混合ガスGの流速(伝達速度)に依存せずに安定して形成される。このため、管1の内部流路11における火炎が形成される位置を、予混合ガスGの流速に依存しない安定した位置とすることができる。
そして、本実施形態の着火温度測定装置及び着火温度測定方法によれば、管1の内部流路11に形成された火炎の位置が検出され、この検出結果と予め記憶される予混合ガスGを流した場合における管1の長さ方向の温度プロファイルに基づいて予混合ガスGの着火温度が算出される。
このような本実施形態の着火温度測定装置及び着火温度測定方法によれば、管1内部である内部流路11(すなわち予混合ガスが着火される空間)が均一に加熱され、管1の内部流路11における燃料の濃度が均一化され、さらに管1の内部流路11における火炎が形成される位置を、予混合ガスの流速に依存しない安定した位置とすることができる。したがって、予混合ガスの着火温度を正確に測定することができ、さらにはASTM法と比較して、燃料の正確な着火温度を測定することが可能となる。
このため、火炎の存在を直接確認することが可能となり、より正確に火炎の位置を検出することが可能となる。
このため、散乱光等の外乱に影響されることなく、確実に火炎を撮像することができ、より正確に火炎の位置を検出することが可能となる。
このため、管1の内部流路11の温度を直接検出することができ、正確な温度プロファイルを取得することが可能となる。
このため、熱電対4が管1の内部流路11に存在しない場合の温度プロファイルを取得することが可能となり、より正確な着火温度を測定することが可能となる。
このため、外部から火炎を撮像可能となると共に、火炎が管壁に衝突することによって失活することを防止することができる。
これは、管1の加熱領域が長くなることによって、図3にて示した温度プロファイルの傾斜が緩やかとなり、より正確な着火温度を測定できるためである。
このため、予め、火炎が安定化する流量を記憶することなく、流量調節を行うことが可能となる。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、イオンプローブ等の他の構成にて火炎の位置を検出するようにしても良い。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、フィルタを設置しない構成も可能である。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばイメージインテンシファイア等の他の構成によって火炎画像を撮影しても良い。また、例えば赤外線スコープ等の他の構成によって温度プロファイルを取得しても良い。
しかしながら、本発明によれば、予め火炎が安定化される流量を記憶しておき、この記憶した流量の予混合ガスGを供給するようにしても良い。
Claims (16)
- 内部流路が常温における消炎径よりも小さな直径とされる管と、
燃料と酸化剤とが混合された予混合ガスを、前記管の内部流路に形成された火炎が安定しかつ火炎の形成位置が前記予混合ガスの流速に影響されない条件を満たす流量にて前記管に供給可能な供給手段と、
前記予混合ガスの流れ方向に前記予混合ガスの着火温度以上まで連続的に昇温されるように前記管を加熱する加熱手段と、
前記管の内部流路に形成された火炎の位置を検出し、該検出結果及び予め記憶する前記予混合ガスを流した場合における前記管の長さ方向の温度プロファイルに基づいて前記予混合ガスの着火温度を算出する着火温度算出手段と
を備えることを特徴とする着火温度測定装置。 - 前記着火温度算出手段は、前記火炎の位置を撮像する撮像装置を備え、該撮像装置にて撮像された撮像データに基づいて前記火炎の位置を検出することを特徴とする請求項1記載の着火温度測定装置。
- 前記着火温度算出手段は、CHラジカルに起因する発光あるいはOHラジカルに起因する発光を選択的に透過して前記撮像装置に伝達するフィルタを備えることを特徴とする請求項2記載の着火温度測定装置。
- 前記着火温度算出手段は、前記管の温度を検出する熱電対と、該熱電対にて検出された温度データを記憶する記憶部とを備え、前記管の長さ方向に移動される前記熱電対によって検出された温度データに基づいて前記温度プロファイルを取得することを特徴とする請求項1〜3いずれかに記載の着火温度測定装置。
- 前記着火温度算出手段は、熱容量の異なる複数の前記熱電対を備え、各熱電対によって検出された温度データに基づいて前記温度プロファイルを取得することを特徴とする請求項4記載の着火温度測定装置。
- 前記管は、少なくとも前記火炎の形成範囲が石英ガラスにて形成されていることを特徴とする請求項1〜5いずれかに記載の着火温度測定装置。
- 前記加熱手段にて加熱される前記管の加熱領域は、求められる着火温度の測定精度に比例した長さを有することを特徴とする請求項1〜6いずれかに記載の着火温度測定装置。
- 前記供給手段は、前記予混合ガスの供給流量を連続的に減少させ、火炎が安定化された流量を前記管の内部流路に形成された火炎が安定しかつ火炎の形成位置が前記予混合ガスの流速に影響されない条件を満たす流量とすることを特徴とする請求項1〜7いずれかに記載の着火温度測定装置。
- 内部流路が常温における消炎径よりも小さな直径とされる管を、燃料と酸化剤とが混合された予混合ガスの流れ方向に前記予混合ガスの着火温度以上まで連続的に昇温されるように加熱すると共に、前記管に前記予混合ガスを前記管の内部流路に形成された火炎が安定しかつ火炎の形成位置が前記予混合ガスの流速に影響されない条件を満たす流量にて供給し、
前記管の内部流路に形成された火炎の位置を検出し、該検出結果及び予め記憶する前記予混合ガスを流した場合における前記管の長さ方向の温度プロファイルに基づいて前記予混合ガスの着火温度を算出する
ことを特徴とする着火温度測定方法。 - 前記火炎の位置を撮像することによって検出することを特徴とする請求項9記載の着火温度測定方法。
- CHラジカルに起因する発光あるいはOHラジカルに起因する発光を選択的に撮像することを特徴とする請求項10記載の着火温度測定方法。
- 前記管の長さ方向に移動される熱電対によって検出された温度データに基づいて前記温度プロファイルを取得することを特徴とする請求項9〜11いずれかに記載の着火温度測定方法。
- 熱容量の異なる複数の熱電対を各々前記管の長さ方向に移動させることによって検出された温度データに基づいて前記温度プロファイルを取得することを特徴とする請求項12記載の着火温度測定方法。
- 前記管の少なくとも火炎の形成範囲が石英ガラスにて形成されていることを特徴とする請求項9〜13いずれかに記載の着火温度測定方法。
- 前記管の加熱領域が、求められる着火温度の測定精度に比例した長さを有することを特徴とする請求項9〜14いずれかに記載の着火温度測定方法。
- 前記予混合ガスの供給流量を連続的に減少させ、火炎が安定化された流量を前記管の内部流路に形成された火炎が安定しかつ火炎の形成位置が前記予混合ガスの流速に影響されない条件を満たす流量とすることを特徴とする請求項9〜15いずれかに記載の着火温度測定方法。
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