JP3632299B2 - 自然発火試験装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、酸素ガスや空気等の雰囲気中で試料を設定温度に保ち自然発火が始まるまでの時間を測定する自然発火試験装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
化学物質の製造工程では、製造の途中の段階で生成される中間生成物を一時的に保管しておく必要が生じる場合がある。そして、このような中間生成物の中には、ある程度以上の温度環境で長時間放置すると自然発火を起こすものがあり、しかも、この自然発火に至る温度や時間の条件が未知のものがある。自然発火試験装置は、このような中間生成物の試料を一定の設定温度に長時間保持して自然発火が始まるまでの時間を測定することにより、安全に保管を行うための温度環境や保管可能時間を事前に調べるためのものである。
【0003】
上記自然発火試験装置は、図4に示すように、装置本体11と操作ボックス12とで構成される。装置本体11は、下端に試料を収納するための試料保持容器14が設けられた試料ホルダ13を上部から挿入して内部に装着することができるようになっている。また、この装置本体11には、温度制御装置が設けられ、装置内部の試料保持容器14に収納した試料の試料温度を一定の設定温度に保持できるようになっている。さらに、この装置本体11の正面には、窒素ガス等の不活性ガスの供給を受ける第1ポート15と、酸素ガスや空気等の供給を受ける第2ポート16が設けられている。これらのポート15,16は、それぞれ電磁弁を介して装置内部にガスを流入させるためのものである。操作ボックス12は、温度制御装置の設定温度を設定する操作や、電磁弁を動作させて装置本体11の内部に流入させるガスを切り替える操作等を行うものである。
【0004】
上記自然発火試験装置は、まず自然発火の条件を調べる試料を試料保持容器14に収納して試料ホルダ13を装置本体11に装着する。次に、操作ボックス12を操作して、装置本体11の内部に第1ポート15からの不活性ガスを流入させると共に、温度制御装置の設定温度を設定して温度制御を開始させる。すると、図5に示すように、時刻t21に温度制御が開始されることにより、試料温度Tが徐々に上昇し、時刻t22にほぼ設定温度Tsetに達して安定する。そして、この試料温度Tが安定すると、装置本体11の内部に供給するガスを第2ポート16からの酸素ガス等に切り替えて、試料保持容器14の試料が自然発火を始めるまでの時間の測定を開始する。
【0005】
ここで、試料が設定温度Tset に長時間保持されることにより自然発火を起こす場合には、その少し前の時刻t23の頃から試料温度Tが上がり始め自然発火の直前には急激に上昇する。従って、この試料温度Tの急激な上昇を適宜手段により検出して、時刻t24に測定を終了する。この際、測定を開始した時刻t22からこの時刻t24までの時間が、試料が自然発火を始めるまでの時間となる。また、この時刻t24に試料温度Tの急激な上昇を検出すると、安全装置が動作して、直ちに第1ポート15からの不活性ガスを装置本体11の内部に大量に流入させることにより、試料が実際に発火するのを事前に防止し装置が損傷を受けるのを防ぐようになっている。
【0006】
なお、上記試料温度のデータを図示しないデータ処理装置に送るようにして、このデータ処理装置で時間の測定を行うようにしてもよい。この際、測定の開始や終了を知らせる信号をデータ処理装置に送ることにより、データの収集を開始させたり終了させるようにする。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の自然発火試験装置では、時刻t21に温度制御を開始してから、オペレータが装置の前で試料温度Tの上昇の様子を監視し、設定温度Tset で安定したことを目視によって判断することにより、時刻t22に測定の開始操作を行っていた。このため、オペレータは、試料温度Tが安定するまで装置の側を離れることができず、測定に手間がかかるという問題があった。また、試料温度Tが安定したかどうかの判断はオペレータの主観によるので、測定の開始時刻t22が人によってまちまちになるおそれがあり、測定時間が不正確になるという問題もあった。さらに、測定を開始する時刻t22には、第1ポート15の電磁弁を閉じて第2ポート16の電磁弁を開くことにより装置本体11の内部に流入させるガスを迅速に酸素ガス等に切り換えなければならないので、このガスの切り換え操作が面倒になるという問題もあった。
【0008】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、試料温度が設定温度で安定したことを検出し、自動的に計時の開始やガスの切り換え等の測定開始動作を行うことにより、手間がかからず正確な測定を行うことができる自然発火試験装置を提供することを目的としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、上記課題を解決するために、酸素を含むガスの雰囲気中で試料を設定温度に保ち自然発火が始まるまでの時間を測定する自然発火試験装置において、試料又は試料近傍の温度を検出する試料温度検出手段と、この試料温度検出手段の検出した試料温度が設定温度の前後の所定範囲内となり、かつ、この試料温度の微分値の絶対値が所定値以下となった場合に、この試料温度が安定したと判定する判定手段と、この判定手段によって試料温度が安定したと判定された場合に、測定を開始させる測定開始手段とを備えたことを特徴とする。そして、試料温度検出手段が検出した試料温度が判定手段によって安定したと判定されると、計時を開始させたり例えばガスの切り換えを行うことにより、測定開始手段が自動的に測定を開始させる。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図1〜図3は本発明の一実施形態を示すものであって、図1は自然発火試験装置の構成を示すブロック図、図2は試料温度が設定温度で安定するまでの変化を詳細に説明するために測定の開始時期を拡大して示したタイムチャート、図3は温度安定判定回路の動作例を説明するために測定の開始時期を拡大して示したタイムチャートである。なお、図4及び図5に示した従来例と同様の機能を有するものには同じ番号を付記する。
【0011】
本実施形態の自然発火試験装置は、図4に示したものと同様の装置本体11と操作ボックス12とで構成され、この装置本体11に試料ホルダ13が装着されることにより、試料保持容器14が装置内部に配置される。試料保持容器14は、図1に示すように、底部に通気孔が設けられた容器であり、この容器内に試料Sが収納される。また、試料保持容器14内には、熱電対1が配置されている。熱電対1は、試料温度検出器2に接続され、この試料温度検出器2が熱電対1の起電力を計測することにより、試料S又は試料S近傍の温度である試料温度Tを検出するようになっている。
【0012】
なお、これら熱電対1と試料温度検出器2は、試料温度Tを設定温度Tset に保持するための温度制御を行う温度制御装置で用いられるものであってもよい。また、本実施形態では、試料温度検出手段をこれら熱電対1と試料温度検出器2によって構成したが、試料温度Tを検出できるものであれば、必ずしもこの構成に限らない。
【0013】
試料温度検出器2で検出された試料温度Tは、図示しないデータ処理装置に送られると共に、温度安定判定回路3にも送られるようになっている。温度安定判定回路3は、試料温度Tが設定温度Tset で安定したかどうかを判定する回路である。試料温度Tが設定温度Tsetで安定したと判定するためには、試料温度Tが設定温度Tset 付近に達し、かつ、温度変化がほとんどなくなることが必要である。例えば図2の曲線Aに示すように、試料温度Tが設定温度Tset に漸近するような場合には、試料温度Tが設定温度Tset 付近に達しただけで安定したと判断できる。しかし、この図2の曲線Bに示すように、試料温度Tが一旦設定温度Tset を超えてオーバーシュートを起こし、振動を繰り返しながら徐々に設定温度Tset に収束するような場合には、時刻t1 や時刻t2 で試料温度Tが設定温度Tset に達したことにより直ちに安定したと判定することができず、振動が十分に収束した時刻t3 以降に安定したと判定する必要がある。従って、温度安定判定回路3は、例えば試料温度Tが設定温度Tset の前後の所定範囲内となり、かつ、試料温度Tの変化率、即ち微分値の絶対値が所定値以下となったことを検出することにより安定したと判定できる。また、この試料温度Tが所定時間(ディジタルデータの場合には所定サンプル数)にわたって設定温度Tset の前後の所定範囲内にあることを検出した場合にも安定したと判定できる。
【0014】
もっとも、試料温度Tは、温度制御装置によって設定温度Tset となるように温度制御され、試料温度Tと設定温度Tset との温度差が大きい場合には、必ずこの温度差が小さくなるように温度制御されるので、ある程度の時間にわたって試料温度Tの温度変化がほとんどなくなった場合にも、この試料温度Tが設定温度Tset 付近にあることが保証され、安定したと判定することができる。ただし、図2の曲線Bに示したように、試料温度Tがオーバーシュートを起こす場合には、図示点b1 等に示す振動の各極大点又は極小点で微分値が0となるので、単に試料温度Tの微分値の絶対値が所定値以下となっただけでは、必ずしも安定したと判定することはできず、ある程度の長さの時間にわたって温度変化がほとんどないことが必要となる。従って、所定時間にわたって試料温度Tの微分値の絶対値が所定値以下となる場合には、安定したと判定できる。また、所定時間内の試料温度Tの最高値と最低値の温度差が所定値ΔT以下となるような場合に安定したと判定することもできる。所定時間内の最高値と最低値を用いるのは、所定時間の開始時と終了時における試料温度Tの温度差が所定値ΔT以下となるかどうかを判定したのでは、所定時間が例えば図2の曲線Bにおける点b1 を含むような期間の場合、偶然に開始時と終了時の試料温度Tがほぼ一致し誤判定を起こすおそれがあるからである。
【0015】
上記所定時間内の試料温度Tの温度差で判定を行う場合、温度安定判定回路3は、一定時間(ディジタルデータの場合には例えば各サンプル)ごとに、所定時間だけ以前からその時までの試料温度Tの最高値と最低値を検出し、これらの温度差を演算すると共に、この温度差と所定値ΔTとを比較する。そして、所定時間内の温度差が所定値ΔT以下となった場合に、試料温度Tが設定温度Tsetで安定したと判定する。例えば図3に示す例において、時刻t12に、それより所定時間tcだけ以前の時刻t11からこの時刻t12までの間の試料温度Tの最高値と最低値の温度差ΔT1を演算し所定値ΔTと比較した場合には、ΔT1>ΔTであるため試料温度Tが安定したとは判定しない。また、時刻t14に、時刻t13〜t14の間の試料温度Tの温度差ΔT2を演算し所定値ΔTと比較した場合にも、ΔT2>ΔTであるため試料温度Tが安定したとは判定しない。しかし、時刻t16に、時刻t15〜t16の間の試料温度Tの温度差ΔT3を演算し所定値ΔTと比較した場合には、ΔT3<ΔTとなるため試料温度Tが安定したと判定する。本実施形態では、所定時間tcは例えば30秒程度とすることにより、試料温度Tが設定温度Tset付近にない場合には必ず温度差が大きくなるようにする。また、所定値ΔTは、十分に安定したと考えられ得る0.5°C程度とすればよい。
【0016】
なお、本実施形態では、判定手段をこの温度安定判定回路3によって構成し、アナログ回路又はディジタル回路によって実現するものとしているが、これをコンピュータのプログラムとこれを実行するハードウエアによって構成することもできる。
【0017】
温度安定判定回路3によって試料温度Tが設定温度Tsetで安定したと判定された場合には、測定開始信号が上記データ処理装置と電磁弁駆動回路4に送られる。電磁弁駆動回路4は、上記装置本体11の内部に設けられた電磁弁5,6の開閉を制御する駆動回路である。電磁弁5は、図4に示した不活性ガスの供給を受ける第1ポート15に繋がり、電磁弁6は、酸素ガス等の供給を受ける第2ポート16に繋がっている。そして、電磁弁駆動回路4は、温度制御の開始時の操作によって電磁弁5のみを開いて不活性ガスを装置本体11の内部に流入させているが、温度安定判定回路3から測定開始信号が送られて来ると、この電磁弁5を閉じて電磁弁6を開き、酸素ガス等を装置本体11の内部に流入させる。従って、試料Sに自然発火のための酸素を供給されるので、測定が開始される。また、データ処理装置では、この温度安定判定回路3から測定開始信号が送られて来ると、試料温度Tのデータの収集を始めることにより測定を開始する。このデータ処理装置は、測定を開始してからの時間を内部のタイマによって計時してもよいし、試料温度Tをディジタルデータとして収集する場合には、収集したディジタルデータのサンプル数を計数することにより時間を測定することもできる。
【0018】
なお、本実施形態では、測定開始手段を、これら電磁弁駆動回路4及び電磁弁5,6とデータ処理装置とによって構成している。しかし、ここでは測定の開始前に試料Sが酸素と反応するのを防止するために、装置本体11の内部に不活性ガスを流入させていたが、最初から酸素ガス等を流入させている場合には、測定を開始する際に、電磁弁駆動回路4が電磁弁5,6を制御してガスの切り換えを行う必要はない。また、ここでは、試料温度Tのデータをデータ処理装置に送って時間の測定を行う場合について説明したが、この測定を自然発火試験装置の内部のタイマで行う場合には、温度安定判定回路3が発した測定開始信号に基づいてタイマの計時を開始させるだけで足りる。即ち、測定開始手段は、少なくとも計時を開始させるものであり、必要に応じてガスの切り換え等の動作を行うことになる。
【0019】
以上説明したように、本実施形態の自然発火試験装置によれば、試料温度検出器2が検出した試料温度Tが設定温度Tsetで安定すると、温度安定判定回路3がこれを判定し、電磁弁駆動回路4にガスの切り換えを行わせると共に、データ処理装置に測定開始信号を送る。従って、オペレータは、装置本体11の内部に不活性ガスを流入させる操作を行うと共に、温度制御装置による温度制御を開始させる操作を行うだけで、その後に自動的に測定が開始されるので、装置の側から離れて他の作業を行うことができるようになり、測定の手間を軽減することができる。また、温度安定判定回路3によって客観的に試料温度Tの変化が所定の条件を満たしたかどうかを判定するので、オペレータによる測定の開始時期のばらつきがなくなり正確な測定を行うことができるようになる。しかも、測定の開始時にガスの切り換えが必要な場合にも、この切り換え操作の煩わしさを解消することができる。
【0020】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の自然発火試験装置によれば、試料温度が設定温度で安定したことを検出し、自動的に計時の開始やガスの切り換え等を行い測定を開始するので、測定に手間がかからず、しかも、正確な測定を行うことができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態を示すものであって、自然発火試験装置の構成を示すブロック図である。
【図2】本発明の一実施形態を示すものであって、試料温度が設定温度で安定するまでの変化を詳細に説明するために測定の開始時期を拡大して示したタイムチャートである。
【図3】本発明の一実施形態を示すものであって、温度安定判定回路の動作例を説明するために測定の開始時期を拡大して示したタイムチャートである。
【図4】自然発火試験装置の外観を示す図である。
【図5】自然発火試験装置の動作を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
1 熱電対
2 試料温度検出器
3 温度安定判定回路
4 電磁弁駆動回路
5 電磁弁
6 電磁弁
S 試料
T 試料温度
Tset 設定温度
Claims (1)
- 酸素を含むガスの雰囲気中で試料を設定温度に保ち自然発火が始まるまでの時間を測定する自然発火試験装置において、
試料又は試料近傍の温度を検出する試料温度検出手段と、
この試料温度検出手段の検出した試料温度が設定温度の前後の所定範囲内となり、かつ、この試料温度の微分値の絶対値が所定値以下となった場合に、この試料温度が安定したと判定する判定手段と、
この判定手段によって試料温度が安定したと判定された場合に、測定を開始させる測定開始手段と、
を備えたことを特徴とする自然発火試験装置。
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JP14081396A JP3632299B2 (ja) | 1996-05-09 | 1996-05-09 | 自然発火試験装置 |
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JP14081396A Expired - Fee Related JP3632299B2 (ja) | 1996-05-09 | 1996-05-09 | 自然発火試験装置 |
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-
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- 1996-05-09 JP JP14081396A patent/JP3632299B2/ja not_active Expired - Fee Related
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