7. 微燃性冷媒の安全性研究・産業技術総合研究所安全科学研究部門の進捗
7.2 過剰なエネルギーによる A2L/2L 冷媒の燃焼・爆発特性
7.2.1 燃焼特性の整理と他媒体との比較
A2L/2L冷媒の実用化と安全利用のため, 爆轟を含む爆発の潜在的リスクを評価しておくことは重要である．
しかし, 現段階ではA2L/2L冷媒に関して報告はほとんど見られないため, 間接的ではあるが, 他の可燃性ガ スについて最小着火エネルギー(MIE)や爆轟範囲, KG値などを調査して比較できるようにしておくのは有効 と考えられる．いくつかのガスについて, 空気との混合ガスの到達圧力Pmax, KG, 燃焼範囲, 爆轟範囲(Mannan
2005)等をまとめたものを表 7.2 に示す．表はKG値を基準にしてならべたものになっており, 到達圧力, 燃焼
速度は関連する傾向が見られる. これらのガスとA2L/2L冷媒との比較検討を行い, 新規冷媒の爆発危険性に ついてさらに調査を進めていく．特に, 表に掲げた中で燃焼特性値が近いアンモニアに注目して比較評価を 進めていく予定である.
表 7.2 Comparison of Pmax, KG and other parameters with other gases.
*1 Ref. (NFPA68, 2007), Table E.1 (0.005ft3 sphere; E=10J, normal condition). *2 Ref.(NFPA68, 2007), Table D.1.
*3 Ref. (Mannan, 2005), Detonation limits obtained for confined tube. *4 Ref. (ISO/DIS 817, 2010)
*5 Ref. (高圧ガス保安協会,2011) *6 Ref.(日本フルオロカーボン協会, 2013) *7 Ref. (Mannan, 2005), Table 16.4 † This work.
7.2.2 自然発火温度
自然発火温度(Autoignition temperature: AIT)は燃焼性物質が標準大気において外部からの放電や火炎などに よるエネルギー供給なしに発火する最低温度である．A2L/2L冷媒の自然発火特性を評価するため, ASTM E 659試験法(ASTM, 2005)に従った試験に向けて整備を進めている．本試験は本来引火性液体や, 可燃性固体に 関する試験法だが, 本試験法を可燃性ガスにも適用し, さらに本研究では水分の存在や, 触媒として想定さ れる金属の存在による影響を評価する予定である．図7.8に示す試験装置は最高1000℃までの運転を想定し て設計しているが, 開放系での試験となるためR32やR1234yfの発火後に発生する有害なガスを除去するため の除害設備が必要であり, 設備の整備を進めるとともに現在は有害ガスを発生しないガスでの試験評価を進 めている．一般的な可燃性ガスの自然発火温度は表7.2に掲載しているが, KG値を基準に整理する限りは自然 発火温度と爆発強度との直接の相関性は見られない. 今後微燃性冷媒の自然発火温度の評価を行うとともに, 自然発火温度もKG値なとど同様に容器の大きさや形状, 材質等に対して依存性をもつため, 同一の試験環境 条件においてA2L/2L冷媒と, 他の代表的な可燃性ガスとの比較を行う計画である．
図7.8 ASTM E659自然発火試験概略図
7.3 まとめ
A2L/2L冷媒の基礎的な燃焼特性の評価と冷媒利用時の燃焼爆発影響評価を行うため, 燃焼・爆発に関する
フィジカルハザード評価を行った．R32やR1234yfについて大容量の球形燃焼容器を用いた予混合着火試験に より火炎伝播速度や燃焼速度, KG値, 到達圧力Pmaxなどを評価して燃焼特性を整理した. また浮力による火炎 面の浮き上がり効果や水分の存在が燃焼特性に与える影響を検証した. 燃焼・爆発の危険性評価のための数 値シミュレーションや燃焼モデル, 自然発火温度に関して検討を行った．A2L/2L冷媒の爆発危険性を評価す るため, 他の可燃性ガスの燃焼速度や爆轟範囲の比較を行った．現在, 評価対象としてR1234zeを追加して評 価を進めており, 今後は5章（担当：東京理科大学）で実施の安全性評価と連携し, 実規模での燃焼爆発影響評価 が可能にするべく評価手法の検討を進めていく.
参考文献
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