振動型静電界センサによる空気輸送粉体の帯電量評価

1 序論 粉体 空気輸送工程 ，粉体 配管 容器 摩擦 帯電 ， 起因 着火・爆発事故 発生 1, 2）_{． ，} 静電気 安全管理 不可欠 ．静電気安全管理 実 施 上 重要 物理量 一 電界強度 ． 電界強度 計測 測定器 ，振動型静電界 挙 ． 振動型静電界 特徴 ，非接触 粉体 帯電量 連続計測 可能 ．今 ，帯電粉体 配管 容器 内壁 形成 電界 連続的 計測 振動型静電界 3, 4） _開 発 ，粉体用除電器 除電性能 評価 使用 5）_． ，粉体浸入 防 電界強度 測定 値 影響 調 6）_{． ，実} 規模 粉体空気輸送装置 取 付 振動型静電界 有効性 関 殆 ．本研究 ，粉 体空気輸送配管 取 付 振動型静電界 ，帯 電粉体 側壁 形成 電界強度 計測 ，帯電粉体 帯電量 評価 試 報告 ． 2 実験装置 方法 1）電界強度計測器 電荷量計測器 本実験 ，振動型静電界 使用 ．振動型静電界 電界強度E［V/m］ 測定 計測器 ， 電荷量Q ［C］ 測定 計測器 ．両方 ，静電気安全管 理 実施 上 重要 計測器 ．本実験 双方 比較 E 帯電量 評価 試 ． 本実験 使用 振動型静電界 一式 写真 図1 示 ．振動型静電界 （春日電機（株）製， KSF-0201） 前報6） _{報告 同様} ． ，本実験 ，振動型静電界 圧 0.1 MPa ， 条件 較正 ．

原稿受付 2015年8月31日（Received date: August 31, 2015） 原稿受理 2016年5月17日（Accepted date: May 17, 2016） J-STAGE Advance published date: July 19, 2016

*1 春日電機株式会社 *2 労働安全衛生総合研究所 電気安全研究 連絡先：〒204‒0024 東京都清瀬市梅園1丁目4番6号 労働安全衛生総合研究所 電気安全研究  崔 光石 E-mail: [email protected] doi: 10.2486/josh.JOSH-2015-0017-CHO 図1 振動型静電界 一式（左；静電界表示器，右；振動型 静電界 ） 図2 実験 使用 大型

振動型静電界 測定 E ，帯電物体 振動型 静電界 検出電極 間 ， ，検出電極 表面 対 主 垂直方向 形成 ．振動型静 電界 測定 E 表示 静電界表示器（春日 電機（株）製，KSV-1000） 等 記録機器 繋 ，連続計測 解析 可能 ． 本実験 使用 大型 写真 図2 示 ．大型 ，帯電 粉体 捕集 内側容器（直径0.27 m，高 0.90 m） 底 部 金属製 （目開 100 µm， 150） 設 ． 金属性 後述 2） 粉体空気 輸送 気流 乱 防止 役割 担 ．外側容器（直 径0.32 m，高 0.90 m） 金属円筒 接地 繋 ， 電極 外乱防止 役割 果 ． ， 内 金属製 粉体 接触帯電 発生 電荷 ，正・負 等量 ，計測値 影響 及 ．図2 笠（大 ；380 mm，高 ；50 mm，材質；鉄） 内側容器 捕集 粉体 質量 調整 設置 ．実験 時 ，図3 示 約5秒間， 笠 水平方向 380 mm移動 ，粉体 内側容器 内 捕集 Q 計測 ． Q 捕集 粉体 質量M［kg］ 割 ，比電荷Q/M［C/kg］ 求 ． ， 笠 内 設置 上 移動 ．後述 2） 粉体空気輸送装置 粉 体排気口 出 5秒間 粉体量 比較 ， 同 2.0 kg ， 粉体 捕集 ． 2）粉体空気輸送実験装置 試料粉体 振動型静電界 有効性 調 使用 30°C，湿度 30% 維持 制御 ．粉体 内 約400 kg充塡 ． 直径1.5 m， 高 3 m 大 ． 下 粉体 供給 ，空気 流 乗 配管内 輸送 ， 上部 再 内 供給 循環経路 成 ． 本実験 使用 振動型静電界 ，図3 示 内部 設置 ．流動 粉体 Q 調整 式直流 7） （春日電機（株）製，NKF10-100-150） 使用 ． 印加電圧V=0.0, +2.5, +2.7, +3.0 kV 変 実験 行 ．正極性電圧 印加 理由 ，試料粉体 SUS304配管 摩擦 負極性 帯電 ． 内 粉体 供給 配管 振動 型静電界 取 付 ， 配管出口下方 位置 設置 ． 本研究 使用 試料粉体 （ poly-図3  内部 実験器具 配置図（左：測定前，中央：測定中，右：測定後） 図4 粉体空気輸送実験装置 概要図

Vol. 9, No. 2, pp. 55 60, (2016) ． ，表1 化 図6 示 ． 結果 ，PP SUS304配管 摩擦 負極性 帯電 ，V 高 ，EE 小 ． ， 正 生成量 多 ，負極性 帯電 PP 正 付着 ，電気的 中和 現象 多 発生 密度 均一 条件 流 ．」 仮定 ．輸送粉 体 配管側壁 形成 電界強度EF 法則 求 8）_． 法則 ， ⋅ =



SE ndS 1εQ ，配管長［l m］，単位長 当 電荷量q［C/m］ ，両辺 ，式（1） ． F 2πrlE =ql ε (1) ，q 空間電荷密度ρ［C/m3_{］ 関係 ，配管断} 面積S=πr_［2 _m2_{］ 用 表 ，式（2） ．} = = 2 q ρS πρr (2) ，式（2） 式（1） 代入 q 消去 ，式 （3） 求 ． = F ₂ρr E ε (3) ，ρ［C/m3_{］：空間電荷密度，r［m］：配管 半径，} ε ［F/m］：空気 誘電率（ε=8.859×10−12 _F/m） 式（3） ρ Q/M 表 ，EF Q/M 関係式9） 式（4） 求 ． = F ₂W Q E πεvr M (4) ，Q/M［C/kg］：比電荷，v［m/s］：粉体 速度，W ［kg/s］：粉体 流量 図5 EE t変化（一例） 表1 V 関 EE 変化 図6 V 関 EE 変化

W ， 下 下 分岐 路（図4） ，粉体 1分間排出 時 流量 ． v ，粉体空気輸送実験装置 配管 覗 窓（図4）

，高速度 （FASTCAM Mini UX100，（株） 製） 設置 測定 1個 粉体 平均速 度 ．粉体 流 様子 撮影 動画 画像 図 7 示 ． ，図8 点 ，動画 読 取 ．1個 粉体 ，10 µs毎 速度 1 ms間 100回測定 ，点線 平均速度 示 ． 以 上 ， 本 実 験 条 件 数 値，r=0.05 m, W=0.40 kg/s, v=10.6 m/s 式（4） 代入 ，式（5） Q/M 同一条件下 3回計測 平均値 ，図9 左側 順 ，V=0.0, +2.5, +2.7, +3.0 kV 条件下 計測値 示 ． ，3回 計測値 示 ．図9 ，計測値 式（5） 直線近 傍付近 ． ，EE Q/M 相 関 ，式（5） 比例関係 確認 ． ，振動型静電界 空気 輸送粉体 帯電量評価 有効 考 ．実験 比較 ，Q/M 式（5） 代入 EF 求 ． 結果 表2 示 ． 最後 ，EE EF 比較 結果 図10 示 ． 点 同一条件下 3回計測 平均値 図7 配管内（覗 窓） 流 粉体 様子 図8 粉体 1個 v分布 図9 Q/M EE 関係 表2 V 関 Q/M EF 変換 図10 V 関 EE EF 比較

Vol. 9, No. 2, pp. 55 60, (2016) 有効 ，静電気安全管理 使用可能 ． 本実験 ，振動型静電界 粉体 静電気安 全性評価 有効 ，危険領域 使用 防爆構造化 目指 ，粉体 静電気 障災害防止 役立 ． 謝 辞 本研究 実施 当 ， 城大学名誉教授 竹内 学先生 助言 頂 ，誠 感謝致 ．

，高速度 （FASTCAM Mini UX100，（株） 製） 粉体速度計測 携 内野真喜様，田中 崇司様（（株） ），速水英治様（太陽計測（株））

大変感謝致 ．

5) Choi K et al. Electrostatic hazards of polypropylene pow-ders in the fluidized bed reactor. IEEE International Con-ference on Industrial Engineering Management. 2011; 995‒999.

6) 野 直人，鈴木輝夫，崔光石，山隈瑞樹．振動型静電界 内 送風 電界強度計測 影響．労働安全衛生研 究．2015; 8: 49‒53.

7) 最上智史，鈴木輝夫，崔光石，山隈瑞樹．粉体用内圧防爆 構造除電器 開発．J. Soc. Pwder Technol. Japan. 2008; 45: 411‒418.

8) 独立行政法人労働安全衛生総合研究所．静電気安全指針 2007, JNIOSH-TR-NO.42 (2007); 2007: 93.

9) Mogami T, Suzuki T, Choi K, Ikehata T. Control of elec-trostatic charge for powder by using feedback control-type ionizer system. J. Loss Prevent. Proc. Indust. 2010; 23: 240.

Electrostatic charging measurements of pneumatically transported powders

using vibration-type electrostatic field sensor

by

Naoto Nogera*

1

_{, Teruo Suzuki*}

1

_{, Kwangseok Choi*}

2

_{and Mizuki Yamaguma*}

2

This paper reports the validity of the vibration-type electrostatic field sensors with respect to the electrostatic charging measurements of pneumatically transported powders. The pneumatic powder transport facility and poly-propylene (PP) powders were used for this study. The feeding mass and velocity of the PP powders were 0.4 kg/s and 10.6 m/s, respectively, and a Faraday cage was set inside a silo. The value of the electrostatic field and the charging amount of the PP powder that was controlled by a DC-type ionizer were compared. It was observed that the two were clearly in direct correlation. The values obtained from the electrostatic field sensor were similar to those that were trans-ferred from the charging amount obtained from the Faraday cage method. The electrostatic field sensor generally per-formed well and its validity was confirmed.

Key Words: electrostatic field sensor, electrostatic charges, powders, pneumatic powder transport facility

*1 Kasuga Denki Inc.