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industries, SECOND EDITION", p. 420, Butterworth-Heinemann, Oxford, U.K. (1997) 9) BS EN 13821:2002. Potentially explosive
atmosphere - Explosion prevention and protection - Determination of minimum ignition energy of
dust/air mixtures (2002) 10) ⍹ᵿᷤ㧘᭑ᧄᴦ㧘ㄘ↥‛☳ᧃߩ⊒․ᕈ㧘ోᎿ ቇ. 1975; 14; 243-249 (a) 1 mH ߣࠦࡦ࠺ࡦࠨߩߺߩᲧセ (b) 1 mH ߣ 100 kȍ ߩᲧセ (c) 1 mH ߣ 100 kȍ㧔ല㔚ࠛࡀ࡞ࠡ)ߩᲧセ ࿑6 ฦ㔚᧦ઙߦ߅ߌࠆ⛔⸘⊛ᦨዊ⌕Ἣࠛࡀ࡞ࠡߩᲧセ 労働安全衛生総合研究所特別研究報告 JNIOSH-SRR-NO.43(2013）
粉体貯蔵槽での光センサによる静電気放電の検出
†崔 光 石
*1最 上 智 史
*2鈴 木 輝 夫
*2 粉体空気輸送，貯蔵など大量の粉体を扱う工程の装置においては，帯電した粉体に起因した静電気放電を着火 源とする爆発や火災を誘発するおそれがある．このような静電気放電による災害を防止するためには，静電気放 電を早期に検出し，安全対策を実施する必要がある．本研究では，粉体貯蔵槽で発生する静電気放電を，簡便， かつ的確に検出可能な光センサを利用した静電気放電検出器を開発した．光センサ型静電気放電検出器は，光セ ンサと光増幅装置を主構成装置とし，光センサ保護用石英ガラス（直径：30 mm, 厚み：3 mm），測定環境の外部 光を除去するための干渉フィルタ（中心波長λ が異なる 9 種類：240 nm ～ 600 nm，直径：30 mm, 厚み：3 mm） を具備したもので，光信号はオシロスコープなどの表示装置に表示する．実規模粉体空気輸送実験設備の貯蔵槽 に本静電気放電検出器を取り付けて静電気放電の検出を試みた結果，適切な干渉フィルタを用いることで太陽光 や蛍光灯などのノイズ光の存在する環境下でも，静電気放電を的確に検出できることが確認された．また，本研 究では，静電気放電の検出に最適な干渉フィルタの波長は330 nm であると結論付けた． キーワード: 静電気放電，光センサ，干渉フィルタ，粉体，粉体貯蔵槽 1 はじめに 粉体プロセスにおいては，自動化，省力化，クリーン 化が求められ，粉体空気輸送がよく用いられている.しか し，空気輸送時に粉体と配管との摩擦・衝突により発生 する大量の静電気は，生産障害や災害につながることが ある.特に，帯電した粉体を貯蔵槽に充填する工程では， 着火性静電気放電が発生し，粉じん濃度が爆発下限界以 上である場合，粉じん爆発を引き起こす危険性がある1,2). このような災害を防止するためには，まず，工程内で発 生する着火性静電気放電を早期に検出することが最も重 要であり，引き続いて，窒素ガスでの置換・シール，粉 体用除電器の使用などの災害防止対策を施す必要がある． このような背景から，本報では，粉体貯蔵槽で発生する 着火性静電気放電の発光の検出を目的として，実際に現 場で適用可能な光センサを用いた静電気放電検出器（以 下，光センサ型静電気放電検出器という）を開発し，そ の性能評価を行ったので報告する． 2 実験 1) 光センサ型静電気放電検出器 光センサ型静電気放電検出器は，主に現場での適用の し易さおよび高精度を考慮して開発したものである．図 1 に光センサ型静電気放電検出器の概略を示す．光セン サ型静電気放電検出器は，主に光センサ検出部，光電子 増倍管モジュール用電源，フォトセンサアンプ，オシロ スコープから構成されている．光センサ検出部（図2） は，金属製外側円筒（Ø: 31 mm）内に光センサ（Hamamatsu Photonics, Ltd.: H10721-210; max. gain, 2,000,000）を取り 付けたものであり，光センサ保護用石英ガラス（直径： 30 mm, 厚み：3 mm），および干渉フィルタ（直径：30 mm, 厚み：3.5 mm）を円筒内に配置している.なお，金属製外 側円筒は電磁ノイズを防止するため接地している. 光センサは光電子増倍管と高圧電源回路を内蔵したも のである.感度波長範囲は 230 nm ～700 nm，最大入力電 圧 は 5.5 Ｖ で あ る . 光 電 子 増 倍 管 モ ジ ュ ー ル 用 電 源 (Hamamatsu Photonics, Ltd.: C-10709)の可変電圧範囲 Vaは 0.25～1.8V である.フォトセンサアンプ（Hamamatsu Photonics, Ltd.: C-9329）は微弱な光電流を検出できる電 流－電圧変換アンプであり，今回の実験での光電流検出 感度は1 × 109 V/A とした. 今回の実験で使用した干渉フィルタは，中心波長λ が 異なる9種類である.干渉フィルタの中心波長および半値 幅は，後述の表1 に示すとおりである.なお，光センサ検 出部からの信号はオシロスコープ（Textronix, DPO 7254， 周波数帯域：最大2.5 GHz (本実験では 500MHz)，入力イ ンピーダンス: 1 MΩ，サンプリング速度:最大 40GS/s(本 実験では 10kS/s)，サンプル数:100k）に入力し，表示さ せた．†本報はReview of Scientific Instruments に投稿中である． *1 労働安全衛生総合研究所 電気安全研究グループ *2 春日電機株式会社 図1 光センサ型静電気放電検出器
inside of silo
amplifier oscilloscope power supply control voltage photosensor unit inside of silo silo roof ｓignal output inside of silo上記の事項から, 産業現場において，高感度カメラを 使用し，静電気放電を撮影・検出することは，困難であ るのが現状である.
(a) top view
(b) side view 図 4 粉体貯蔵槽で観測されたブラシ放電とバルク表面放電 （露出: 2 s） 2) 光センサ型静電気放電検出器による粉体貯蔵槽内 部で発生する静電気放電の検出 粉体の貯蔵槽内に外部からノイズ光が入射する状況下 で，この貯蔵槽の天井に光センサ型静電気放電検出器を 取り付けて着火性バルク表面放電の検出を試みた.この 光センサには，ノイズ光をカットするために干渉フィル タが取り付けられている.今回の実験で使用した干渉フ ィルタは中心波長λ が 330 nm である（λ に 330 nm の干 渉フィルタを選定した理由は，後節で述べる）.また，検 出した放電光の信号を増幅する光電子増倍管モジュール 用電源の印加電圧Vaは0.35 V である. 実験は，空気輸送 した PP ペレットを貯蔵槽内に投入して，堆積粉体表面 でバルク表面放電を発生させて，この放電光を光センサ 型静電気放電検出器で検出する方法で行った.実験結果 の一例を図5（a, b）に示す.結果によると，貯蔵槽に PP ペ レットを投入すると図5（a）のような４本のパルス状の 信号が観測された.また，PP ペレットの貯蔵槽への投入 を停止すると，図5（b）に示すようにパルス状の信号は 消えた. 次に，貯蔵槽を暗幕で覆いノイズ光が入らない状態に して，再度，着火性バルク表面放電の検出を行った.この 結果を図6 に示す.この図 6 の結果は，図 5（a）のパルス 状の信号（以下，パルス状の信号という）と同様であっ たため，検出器の放電光検出性能にはノイズ光の影響が 少ないことがわかった.また，このとき，光センサ型静電 気放電検出器から得られたパルス信号が，バルク表面放 電に対応していることを確認するため，当該検出器によ る放電検出と同時に高感度カメラによってバルク表面放 電の撮影も行い，両者の結果を比較した.その結果，光セ ンサ型静電気放電検出器からの検出信号（図6）と CCD カメラで撮影された静電気放電（図 7）とは，検出信号 の検出時刻とバルク表面放電の発生観測時刻がよく一致 した.したがって，光センサ型静電気放電検出器からのパ ルス信号がバルク表面放電であることが確認された.
(a) when silo is getting loading
(b) when silo has stopped loading
図 5 光センサ型静電気放電検出器を用いたバルク表面放電静 電気放電の検出 (ノイズ光あり) 図 6 光センサ型静電気放電検出器を用いたバルク表面放電の 検出 (ノイズ光なし) శࡦࠨဳ㕒㔚᳇㔚ᬌེࠍ☳⾂⬿ᮏㇱደᩮߩ ⓣ㧔⋥ᓘ㧦50 mm㧕ߦ⸳⟎ߒߡ⾂⬿ᮏౝㇱߢ⊒↢ߔࠆ㕒 㔚᳇㔚ߩᬌࠍ⹜ߺߚ. ࿑2 శࡦࠨᬌㇱߩ᭴ᚑ࿑ 2) ☳ⓨ᳇ャㅍ⸳߮☳⹜ᢱ ታ㓙ߩశࡦࠨဳ㕒㔚᳇㔚ᬌེߩ႐߳ߩㆡ↪ࠍ ⠨ᘦߒߡ㧘ታⷙᮨ☳ⓨ᳇ャㅍታ㛎⸳ࠍ↪ߒ㧘ߘߩ ᕈ⢻ࠍ⹏ଔߒߚ㧚☳ⓨ᳇ャㅍታ㛎⸳ߪ࿑3 ߩࠃ߁ߦ㧘 ⾂⬿ᮏ㧔SUS ╴ဳ㧘⋥ᓘ㧦1.5 m㧘⢵㐳㧦3.3 m㧘ኈ ㊂㧦3.8 m3㧕㧘㈩▤㧔᧚⾰㧦SUS㧘⋥ᓘ㧦0.1 m㧘ో㐳㧦⚂ 30 m㧕㧘ャㅍⓨ᳇ߩᓮ⋚㧔ᦨᄢ㘑㊂㧦11 m3/min㧘ࠗࡦ ࡃ࠲ᓮဳ㧕㧘ⓨ⺞࡙࠾࠶࠻(ャㅍⓨ᳇ߩ᷷ᐲ 30 ͠㧘 ⋧ኻḨᐲ30 %ߦ⸳ቯ)╬߆ࠄ᭴ᚑߐࠇߡࠆ㧚ታ㛎ߪ㧘 వߕ㧘⾂⬿ᮏౝߦ☳⹜ᢱࠍలႯߒ㧘⾂⬿ᮏᐩㇱߦ⸳⟎ ߒߚࡠ࠲ࡃ࡞ࡉࠍⒿߐߖ㧘☳ࠍ⾂⬿ᮏᐩㇱ߆ ࠄឃߒⓨ᳇ャㅍ㈩▤߳ଏ⛎ߔࠆ㧚ߘߩᓟ㧘⾂⬿ᮏ߆ࠄ ㈩▤߳ଏ⛎ߐࠇߚ☳ࠍⓨ᳇ャㅍߒ㧘⾂⬿ᮏㇱ߆ࠄౣ ߮⾂⬿ᮏౝߦᛩߔࠆᣇᴺߢⴕߞߚ㧚ታ㛎ᤨߩ☳ߩන ᤨ㑆ߚࠅߩଏ⛎㊂ߪ㧘0.38 kg/s ߣߒߚ㧚 ߥ߅㧘⹜ᢱ☳ߪൻቇᎿ႐ߢᐢߊ↪ߐࠇߡࠆࡐ ࡊࡠࡇࡦ(PP) ࡍ࠶࠻㧔ᐔဋ☸ᓘ㧦⚂ 2 mm㧕ߢ⚂ 300 kg ࠍ↪ߒߚ㧚 ࿑3 ታⷙᮨ☳ⓨ᳇ャㅍታ㛎⸳ 3) ࠗࡔࠫࠗࡦ࠹ࡦࠪࡈࠔࠗࠕઃ߈ CCD ࠞࡔ శࡦࠨဳ㕒㔚᳇㔚ᬌེ߆ࠄᓧࠄࠇߚାภߩല ᕈࠍ⏕ߔࠆߚ㧘ࠗࡔࠫࠗࡦ࠹ࡦࠪࡈࠔࠗࠕઃ߈ CCD ࠞࡔ㧔એਅ㧘㜞ᗵᐲࠞࡔߣ߁㧕ߢ㕒㔚᳇㔚 ߩᓇࠍหᤨߦⴕߞߚ.ߎߩࠞࡔߪ㧘⾂⬿ᮏㇱደᩮߩ ࠟࠬ⓹ߦ⸳⟎ߒߡ⾂⬿ᮏౝㇱߢ⊒↢ߔࠆ㕒㔚᳇㔚ࠍ ᓇߒߚ.ࠗࡔࠫࠗࡦ࠹ࡦࠪࡈࠔࠗࠕߦߪ㧘ᥧⷞⵝ⟎ 㧔ᵿ᧻ࡎ࠻࠾ࠢࠬ㧘࠽ࠗ࠻ࡆࡘࠕC9016-02㧘ᗵᐲᵄ㐳 ▸࿐㧦280 nm㨪780 nm㧕ࠍ↪ߒߚ. 3 ታ㛎⚿ᨐ߅ࠃ߮⠨ኤ 1) 㜞ᗵᐲࠞࡔߦࠃࠆ☳⾂⬿ᮏౝㇱߢ⊒↢ߔࠆ㕒 㔚᳇㔚ߩⷰኤ 㜞ᗵᐲࠞࡔࠍ↪ߒ㧘☳⾂⬿ᮏߢ⊒↢ߔࠆ㕒㔚᳇ 㔚ࠍᓇ᷹ⷰߒߚ৻ࠍ࿑4㧔a,b㧕ߦ␜ߔ.ߎࠇࠄߩ ⚿ᨐߦࠃࠆߣ㧘☳⾂⬿ᮏౝߩ☳㕙ߢ⊒↢ߔࠆ㕒㔚 ᳇㔚ߣߒߡߪ㧘ࡉࠪ㔚ߣࡃ࡞ࠢ㕙㔚ߩ2 ⒳㘃 ߇⏕ߐࠇߚ.ࡉࠪ㔚ߪ㧘☳⾂⬿ᮏოߦ⊒↢ߔࠆ 㔚ߢ㧘৻⥸⊛ߦߪ10 kV ⒟ᐲએߩᏪ㔚‛ߦ㧘ᦛ₸ ඨᓘ߇3㨪50 mm ߩዉ߇ 10 cm ⒟ᐲ߹ߢធㄭߒߚߣ߈ ߦߎࠆࡉࠪ⁁ߩ⊒శࠍ߁㔚ߢࠆ.ࡉࠪ㔚 ߪ㔚ࠛࡀ࡞ࠡ߇ᦨᄢ4 mJ ⒟ᐲߢࠆߣႎ๔ߐࠇߡ ࠆ3).৻⥸ߩนΆᕈߩࠟࠬ㧘ṁ⫳᳇ߩ߶߆ߦ㧘☸ᓘ߇ ᢙචȝm એਅߩ৻ㇱߩนΆᕈ☳ߩ⌕ἫḮߦߥࠅᓧࠆ߇㧘 ․ߦ⌕Ἣෂ㒾ᕈ߇㜞นΆᕈ☳એᄖߦߪนΆᕈ☳ߩ ⌕ἫḮߦߪߥࠄߥ. ৻ᣇ㧘ࡃ࡞ࠢ㕙㔚ߪ㧘ਥߦ⾂⬿ᮏౝߦၸⓍߒߚ☳ ߩ㕙ߦᴪߞߡ⊒↢ߔࠆᒝ⊒శࠍ߁㔚ߢࠆ. ࡃ࡞ࠢ㕙㔚ߩ㔚ࠛࡀ࡞ࠡߪ㧘⾂⬿ᮏߩ⋥ᓘ D [m]ߣ☳☸ᓘ d [mm]ߦଐሽߔࠆ.߃߫㧘0.5 m㧨D㧨3 m㧘 0.8 mm㧨d㧨3.0 mm㧕ߢࠇ߫㧘㔚ࠛࡀ࡞ࠡ W [mJ] ߩ㒢ߦ㑐ߒߡᰴߩታ㛎ᑼ߇ਈ߃ࠄࠇߡࠆ3). W=5.22 D3.36 d1.46 (1) ࿁㧘↪ߒߚ☳⾂⬿ᮏߩ⋥ᓘD ߪ 1.5 m㧘☳⹜ᢱ ߩ☸ᓘd㧔(PP) ࡍ࠶࠻㧕ߪ 2 mm ߢࠅ㧘⸥ᑼ(㧝) ࠃࠅW ߪ 56 mJ ߣߥࠆ.ߎߩ୯ߪ㧘☳⾂⬿ᮏౝߦᓸ☳ ߇ᄙ㊂ߦ߹ࠇࠆ႐วߪ☳ߓࠎ⊒ࠍᒁ߈ߎߔน⢻ᕈ ߇㜞ߊෂ㒾ߢࠆ. ߎߩࠃ߁ߦ㧘☳⾂⬿ᮏౝߢ㕒㔚᳇㔚ࠍᬌߒ㧘ߘ ߩෂ㒾ᕈࠍ⹏ଔߔࠆ㓙ߦ㧘㜞ᗵᐲࠞࡔߪ߆ߥࠅലߢ ࠆ.ߒ߆ߒ㧘㜞ᗵᐲࠞࡔࠍ↪ߔࠆᣇᑼߦߪએਅߩࠃ ߁ߥ৻ㇱᡷༀߔߴ߈ὐ߇߹ࠇߡࠆ. 㧔㧝㧕㕒㔚᳇㔚ߦࠃߞߡ⊒↢ߔࠆశߩᒝᐲߪ㧘ᄖㇱ ߆ࠄߩశ㧘߃߫㧘ᄥ㓁శ㧘ⰯశἮ㧔એਅ㧘ࡁ ࠗ࠭శߣ߁㧕ߣᲧߴߡᒙߚ㧘ߘࠇࠍᱜ⏕ ߦᓇߔࠆߚߦ㜞ᗵᐲࠞࡔ߿☳⾂⬿ᮏో ࠍᥧ᐀ߢⷒ߁ᔅⷐ߇ࠆ 㧔㧞㧕 㕒㔚᳇㔚ߦࠃࠆ⊒శࠍᓇߔࠆߚߦߪ㧘 ⊒శㇱߦᱜ⏕ߦࡇࡦ࠻ࠍวࠊߖߥߌࠇ߫ߥࠄ ߥ․ߦ㧘☳⾂⬿ᮏ߇ᄢဳൻߒ㧘ࠆߪ㧘 ☳⾂⬿ᮏౝߩ☳ߩၸⓍࡌ࡞ߦᄌൻ߇ࠆ ႐วߦߪ㧘ࡇࡦ࠻ࠍวࠊߖࠆߎߣ߇ਇน⢻ߥ႐ ว߽ࠆ 㧔㧟㧕 ᥧⷞⵝ⟎㧘ᐢⷺࡦ࠭㧘ࠞࡔߥߤ߇ᔅⷐߢ ࠆߎߣ╬ߢ৻⥸⊛ߦࠦࠬ࠻߇㜞ଔߢࠆ. 労働安全衛生総合研究所特別研究報告 JNIOSH-SRR-NO.43(2013） 労働安全衛生総合研究所特別研究報告 JNIOSH-SRR-NO.43(2013）
上記の事項から, 産業現場において，高感度カメラを 使用し，静電気放電を撮影・検出することは，困難であ るのが現状である.
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(b) side view 図 4 粉体貯蔵槽で観測されたブラシ放電とバルク表面放電 （露出: 2 s） 2) 光センサ型静電気放電検出器による粉体貯蔵槽内 部で発生する静電気放電の検出 粉体の貯蔵槽内に外部からノイズ光が入射する状況下 で，この貯蔵槽の天井に光センサ型静電気放電検出器を 取り付けて着火性バルク表面放電の検出を試みた.この 光センサには，ノイズ光をカットするために干渉フィル タが取り付けられている.今回の実験で使用した干渉フ ィルタは中心波長λ が 330 nm である（λ に 330 nm の干 渉フィルタを選定した理由は，後節で述べる）.また，検 出した放電光の信号を増幅する光電子増倍管モジュール 用電源の印加電圧Vaは0.35 V である. 実験は，空気輸送 した PP ペレットを貯蔵槽内に投入して，堆積粉体表面 でバルク表面放電を発生させて，この放電光を光センサ 型静電気放電検出器で検出する方法で行った.実験結果 の一例を図5（a, b）に示す.結果によると，貯蔵槽に PP ペ レットを投入すると図5（a）のような４本のパルス状の 信号が観測された.また，PP ペレットの貯蔵槽への投入 を停止すると，図5（b）に示すようにパルス状の信号は 消えた. 次に，貯蔵槽を暗幕で覆いノイズ光が入らない状態に して，再度，着火性バルク表面放電の検出を行った.この 結果を図6 に示す.この図 6 の結果は，図 5（a）のパルス 状の信号（以下，パルス状の信号という）と同様であっ たため，検出器の放電光検出性能にはノイズ光の影響が 少ないことがわかった.また，このとき，光センサ型静電 気放電検出器から得られたパルス信号が，バルク表面放 電に対応していることを確認するため，当該検出器によ る放電検出と同時に高感度カメラによってバルク表面放 電の撮影も行い，両者の結果を比較した.その結果，光セ ンサ型静電気放電検出器からの検出信号（図6）と CCD カメラで撮影された静電気放電（図 7）とは，検出信号 の検出時刻とバルク表面放電の発生観測時刻がよく一致 した.したがって，光センサ型静電気放電検出器からのパ ルス信号がバルク表面放電であることが確認された.
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図 5 光センサ型静電気放電検出器を用いたバルク表面放電静 電気放電の検出 (ノイズ光あり) 図 6 光センサ型静電気放電検出器を用いたバルク表面放電の 検出 (ノイズ光なし) శࡦࠨဳ㕒㔚᳇㔚ᬌེࠍ☳⾂⬿ᮏㇱደᩮߩ ⓣ㧔⋥ᓘ㧦50 mm㧕ߦ⸳⟎ߒߡ⾂⬿ᮏౝㇱߢ⊒↢ߔࠆ㕒 㔚᳇㔚ߩᬌࠍ⹜ߺߚ. ࿑2 శࡦࠨᬌㇱߩ᭴ᚑ࿑ 2) ☳ⓨ᳇ャㅍ⸳߮☳⹜ᢱ ታ㓙ߩశࡦࠨဳ㕒㔚᳇㔚ᬌེߩ႐߳ߩㆡ↪ࠍ ⠨ᘦߒߡ㧘ታⷙᮨ☳ⓨ᳇ャㅍታ㛎⸳ࠍ↪ߒ㧘ߘߩ ᕈ⢻ࠍ⹏ଔߒߚ㧚☳ⓨ᳇ャㅍታ㛎⸳ߪ࿑3 ߩࠃ߁ߦ㧘 ⾂⬿ᮏ㧔SUS ╴ဳ㧘⋥ᓘ㧦1.5 m㧘⢵㐳㧦3.3 m㧘ኈ ㊂㧦3.8 m3㧕㧘㈩▤㧔᧚⾰㧦SUS㧘⋥ᓘ㧦0.1 m㧘ో㐳㧦⚂ 30 m㧕㧘ャㅍⓨ᳇ߩᓮ⋚㧔ᦨᄢ㘑㊂㧦11 m3/min㧘ࠗࡦ ࡃ࠲ᓮဳ㧕㧘ⓨ⺞࡙࠾࠶࠻(ャㅍⓨ᳇ߩ᷷ᐲ 30 ͠㧘 ⋧ኻḨᐲ30 %ߦ⸳ቯ)╬߆ࠄ᭴ᚑߐࠇߡࠆ㧚ታ㛎ߪ㧘 వߕ㧘⾂⬿ᮏౝߦ☳⹜ᢱࠍలႯߒ㧘⾂⬿ᮏᐩㇱߦ⸳⟎ ߒߚࡠ࠲ࡃ࡞ࡉࠍⒿߐߖ㧘☳ࠍ⾂⬿ᮏᐩㇱ߆ ࠄឃߒⓨ᳇ャㅍ㈩▤߳ଏ⛎ߔࠆ㧚ߘߩᓟ㧘⾂⬿ᮏ߆ࠄ ㈩▤߳ଏ⛎ߐࠇߚ☳ࠍⓨ᳇ャㅍߒ㧘⾂⬿ᮏㇱ߆ࠄౣ ߮⾂⬿ᮏౝߦᛩߔࠆᣇᴺߢⴕߞߚ㧚ታ㛎ᤨߩ☳ߩන ᤨ㑆ߚࠅߩଏ⛎㊂ߪ㧘0.38 kg/s ߣߒߚ㧚 ߥ߅㧘⹜ᢱ☳ߪൻቇᎿ႐ߢᐢߊ↪ߐࠇߡࠆࡐ ࡊࡠࡇࡦ(PP) ࡍ࠶࠻㧔ᐔဋ☸ᓘ㧦⚂ 2 mm㧕ߢ⚂ 300 kg ࠍ↪ߒߚ㧚 ࿑3 ታⷙᮨ☳ⓨ᳇ャㅍታ㛎⸳ 3) ࠗࡔࠫࠗࡦ࠹ࡦࠪࡈࠔࠗࠕઃ߈ CCD ࠞࡔ శࡦࠨဳ㕒㔚᳇㔚ᬌེ߆ࠄᓧࠄࠇߚାภߩല ᕈࠍ⏕ߔࠆߚ㧘ࠗࡔࠫࠗࡦ࠹ࡦࠪࡈࠔࠗࠕઃ߈ CCD ࠞࡔ㧔એਅ㧘㜞ᗵᐲࠞࡔߣ߁㧕ߢ㕒㔚᳇㔚 ߩᓇࠍหᤨߦⴕߞߚ.ߎߩࠞࡔߪ㧘⾂⬿ᮏㇱደᩮߩ ࠟࠬ⓹ߦ⸳⟎ߒߡ⾂⬿ᮏౝㇱߢ⊒↢ߔࠆ㕒㔚᳇㔚ࠍ ᓇߒߚ.ࠗࡔࠫࠗࡦ࠹ࡦࠪࡈࠔࠗࠕߦߪ㧘ᥧⷞⵝ⟎ 㧔ᵿ᧻ࡎ࠻࠾ࠢࠬ㧘࠽ࠗ࠻ࡆࡘࠕC9016-02㧘ᗵᐲᵄ㐳 ▸࿐㧦280 nm㨪780 nm㧕ࠍ↪ߒߚ. 3 ታ㛎⚿ᨐ߅ࠃ߮⠨ኤ 1) 㜞ᗵᐲࠞࡔߦࠃࠆ☳⾂⬿ᮏౝㇱߢ⊒↢ߔࠆ㕒 㔚᳇㔚ߩⷰኤ 㜞ᗵᐲࠞࡔࠍ↪ߒ㧘☳⾂⬿ᮏߢ⊒↢ߔࠆ㕒㔚᳇ 㔚ࠍᓇ᷹ⷰߒߚ৻ࠍ࿑4㧔a,b㧕ߦ␜ߔ.ߎࠇࠄߩ ⚿ᨐߦࠃࠆߣ㧘☳⾂⬿ᮏౝߩ☳㕙ߢ⊒↢ߔࠆ㕒㔚 ᳇㔚ߣߒߡߪ㧘ࡉࠪ㔚ߣࡃ࡞ࠢ㕙㔚ߩ2 ⒳㘃 ߇⏕ߐࠇߚ.ࡉࠪ㔚ߪ㧘☳⾂⬿ᮏოߦ⊒↢ߔࠆ 㔚ߢ㧘৻⥸⊛ߦߪ10 kV ⒟ᐲએߩᏪ㔚‛ߦ㧘ᦛ₸ ඨᓘ߇3㨪50 mm ߩዉ߇ 10 cm ⒟ᐲ߹ߢធㄭߒߚߣ߈ ߦߎࠆࡉࠪ⁁ߩ⊒శࠍ߁㔚ߢࠆ.ࡉࠪ㔚 ߪ㔚ࠛࡀ࡞ࠡ߇ᦨᄢ4 mJ ⒟ᐲߢࠆߣႎ๔ߐࠇߡ ࠆ3).৻⥸ߩนΆᕈߩࠟࠬ㧘ṁ⫳᳇ߩ߶߆ߦ㧘☸ᓘ߇ ᢙචȝm એਅߩ৻ㇱߩนΆᕈ☳ߩ⌕ἫḮߦߥࠅᓧࠆ߇㧘 ․ߦ⌕Ἣෂ㒾ᕈ߇㜞นΆᕈ☳એᄖߦߪนΆᕈ☳ߩ ⌕ἫḮߦߪߥࠄߥ. ৻ᣇ㧘ࡃ࡞ࠢ㕙㔚ߪ㧘ਥߦ⾂⬿ᮏౝߦၸⓍߒߚ☳ ߩ㕙ߦᴪߞߡ⊒↢ߔࠆᒝ⊒శࠍ߁㔚ߢࠆ. ࡃ࡞ࠢ㕙㔚ߩ㔚ࠛࡀ࡞ࠡߪ㧘⾂⬿ᮏߩ⋥ᓘ D [m]ߣ☳☸ᓘ d [mm]ߦଐሽߔࠆ.߃߫㧘0.5 m㧨D㧨3 m㧘 0.8 mm㧨d㧨3.0 mm㧕ߢࠇ߫㧘㔚ࠛࡀ࡞ࠡ W [mJ] ߩ㒢ߦ㑐ߒߡᰴߩታ㛎ᑼ߇ਈ߃ࠄࠇߡࠆ3). W=5.22 D3.36 d1.46 (1) ࿁㧘↪ߒߚ☳⾂⬿ᮏߩ⋥ᓘD ߪ 1.5 m㧘☳⹜ᢱ ߩ☸ᓘd㧔(PP) ࡍ࠶࠻㧕ߪ 2 mm ߢࠅ㧘⸥ᑼ(㧝) ࠃࠅW ߪ 56 mJ ߣߥࠆ.ߎߩ୯ߪ㧘☳⾂⬿ᮏౝߦᓸ☳ ߇ᄙ㊂ߦ߹ࠇࠆ႐วߪ☳ߓࠎ⊒ࠍᒁ߈ߎߔน⢻ᕈ ߇㜞ߊෂ㒾ߢࠆ. ߎߩࠃ߁ߦ㧘☳⾂⬿ᮏౝߢ㕒㔚᳇㔚ࠍᬌߒ㧘ߘ ߩෂ㒾ᕈࠍ⹏ଔߔࠆ㓙ߦ㧘㜞ᗵᐲࠞࡔߪ߆ߥࠅലߢ ࠆ.ߒ߆ߒ㧘㜞ᗵᐲࠞࡔࠍ↪ߔࠆᣇᑼߦߪએਅߩࠃ ߁ߥ৻ㇱᡷༀߔߴ߈ὐ߇߹ࠇߡࠆ. 㧔㧝㧕㕒㔚᳇㔚ߦࠃߞߡ⊒↢ߔࠆశߩᒝᐲߪ㧘ᄖㇱ ߆ࠄߩశ㧘߃߫㧘ᄥ㓁శ㧘ⰯశἮ㧔એਅ㧘ࡁ ࠗ࠭శߣ߁㧕ߣᲧߴߡᒙߚ㧘ߘࠇࠍᱜ⏕ ߦᓇߔࠆߚߦ㜞ᗵᐲࠞࡔ߿☳⾂⬿ᮏో ࠍᥧ᐀ߢⷒ߁ᔅⷐ߇ࠆ 㧔㧞㧕 㕒㔚᳇㔚ߦࠃࠆ⊒శࠍᓇߔࠆߚߦߪ㧘 ⊒శㇱߦᱜ⏕ߦࡇࡦ࠻ࠍวࠊߖߥߌࠇ߫ߥࠄ ߥ․ߦ㧘☳⾂⬿ᮏ߇ᄢဳൻߒ㧘ࠆߪ㧘 ☳⾂⬿ᮏౝߩ☳ߩၸⓍࡌ࡞ߦᄌൻ߇ࠆ ႐วߦߪ㧘ࡇࡦ࠻ࠍวࠊߖࠆߎߣ߇ਇน⢻ߥ႐ ว߽ࠆ 㧔㧟㧕 ᥧⷞⵝ⟎㧘ᐢⷺࡦ࠭㧘ࠞࡔߥߤ߇ᔅⷐߢ ࠆߎߣ╬ߢ৻⥸⊛ߦࠦࠬ࠻߇㜞ଔߢࠆ. 労働安全衛生総合研究所特別研究報告 JNIOSH-SRR-NO.43(2013） 粉体貯蔵槽での光センサによる静電気放電の検出
(a) 1.5 s (b) 3.8 s (c) 5.5 s (d) 8.1 s 図7 高感度カメラを用いた静電気放電の検出 最後に，ノイズ光の下で光センサ型静電気放電検出器 によりブラシ放電を検出した結果を図8（a，b）に示す. 今回はVaを0.35 V を 0.4 V に上げて，放電検出器の検出 感度を高くし，オシロスコープの感度も上げて観測した 結果である.この結果によると，放電光の検出を開始する と外部光のノイズ値Ｎが100 mV あるため，検出信号は ベースラインより100 mV シフトした位置で推移してい る. 粉体試料の投入を開始すると，3 秒程度後から小さな パルス信号が発生するのが観測された.これについても， バルク表面放電の観側実験と同様に映象で確認した結果， 小さなパルス信号がブラシ放電であることがわかった． 一方，バルク表面放電の大きなパルス信号は，ブラシ放 電が発生した後に発生し，ブラシ放電とバルク放電が混 在して発生する状態が観測された.また，粉体の供給を停 止すると両放電のパルス信号共に消滅することも確認さ れた. 以上のことから，光センサ型静電気放電検出器は粉体 の貯蔵槽の中で発生するバルク表面放電やブラシ放電の 検出に有効である. さらに，光センサ型静電気放電検出 器の感度を調整し，着火性バルク表面放電の発生前にブ ラシ放電を検出，即座に粉体用除電器を使用するなど災 害防止対策を施し，爆発・火災を未然に防止することが 可能になる.粉体用除電器については，本報告書の「小型 防爆構造除電器の開発」を参照のこと.
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図 8 光センサ型静電気放電検出器を用いたブラシ放電の検出 (ノイズ光あり) 3) 光センサ型静電気放電検出器の検出特性に干渉フ ィルタの波長が及ぼす影響 光センサ型静電気放電検出器の干渉フィルタの波長が 検出特性に及ぼす影響について定量的に調べた.実験は， 前述した着火性静電気放電（バルク表面放電）の検出を 試みた実験と同じ方法で，干渉フィルタを変えて放電光 の検出信号とノイズ信号を観測した.この実験の目的は， ᬌାภߣࡁࠗ࠭శߩାภߩᏅ߇ᄢ߈ߊߥࠆᵄ㐳ၞߩᐓ ᷤࡈࠖ࡞࠲ࠍㆬቯߔࠆߎߣߢࠆ㧚ታ㛎ߢ↪ߒߚᐓᷤ ࡈࠖ࡞࠲ߪ㧘ታ㛎ߩ⋡⊛߆ࠄඨ୯ߪ 20 nm 㨪 30 nm ⒟ᐲߢචಽߣ⠨߃㧘ㅢㆊᵄ㐳߇㊀ߥࠄߥ߽ߩࠍㆬቯߒ ߚ.࿁㧘↪ߒߚ 9 ⒳㘃ߩᐓᷤࡈࠖ࡞࠲ߩㅢㆊᵄ㐳ߩਛ ᔃᵄ㐳Ȝ ߣඨ୯ᵄ㐳 Ȝ1/2ࠍ1 ߦ␜ߔ. 1 ࿁↪ߒߚᐓᷤࡈࠖ࡞࠲ߩㅢㆊᵄ㐳
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1. M.Glor: conditions for the appearance of discharges during the gravitational compaction of powders, J. electrostatics, 15, pp.223-235(1984).
2. R. Siwek, C. Cesana: Ignition behavior of dusts, Process Safety Progress, 14, 2, pp.107-119, (1995).
3. IEC50404:Electrostatic -Code of practice for the avoidance of hazards due to static electricity (2003). 4. R.W.B. Pearse: The identification of molecular spectra,
London : Chapman and Hall, p.217 (1976).
5. JIS-C8911:Secondary reference crystalline solar cells, p.1310 (1988).
粉体貯蔵槽での光センサによる静電気放電の検出
(a) 1.5 s (b) 3.8 s (c) 5.5 s (d) 8.1 s 図7 高感度カメラを用いた静電気放電の検出 最後に，ノイズ光の下で光センサ型静電気放電検出器 によりブラシ放電を検出した結果を図8（a，b）に示す. 今回はVaを0.35 V を 0.4 V に上げて，放電検出器の検出 感度を高くし，オシロスコープの感度も上げて観測した 結果である.この結果によると，放電光の検出を開始する と外部光のノイズ値Ｎが100 mV あるため，検出信号は ベースラインより100 mV シフトした位置で推移してい る. 粉体試料の投入を開始すると，3 秒程度後から小さな パルス信号が発生するのが観測された.これについても， バルク表面放電の観側実験と同様に映象で確認した結果， 小さなパルス信号がブラシ放電であることがわかった． 一方，バルク表面放電の大きなパルス信号は，ブラシ放 電が発生した後に発生し，ブラシ放電とバルク放電が混 在して発生する状態が観測された.また，粉体の供給を停 止すると両放電のパルス信号共に消滅することも確認さ れた. 以上のことから，光センサ型静電気放電検出器は粉体 の貯蔵槽の中で発生するバルク表面放電やブラシ放電の 検出に有効である. さらに，光センサ型静電気放電検出 器の感度を調整し，着火性バルク表面放電の発生前にブ ラシ放電を検出，即座に粉体用除電器を使用するなど災 害防止対策を施し，爆発・火災を未然に防止することが 可能になる.粉体用除電器については，本報告書の「小型 防爆構造除電器の開発」を参照のこと.
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図 8 光センサ型静電気放電検出器を用いたブラシ放電の検出 (ノイズ光あり) 3) 光センサ型静電気放電検出器の検出特性に干渉フ ィルタの波長が及ぼす影響 光センサ型静電気放電検出器の干渉フィルタの波長が 検出特性に及ぼす影響について定量的に調べた.実験は， 前述した着火性静電気放電（バルク表面放電）の検出を 試みた実験と同じ方法で，干渉フィルタを変えて放電光 の検出信号とノイズ信号を観測した.この実験の目的は， ᬌାภߣࡁࠗ࠭శߩାภߩᏅ߇ᄢ߈ߊߥࠆᵄ㐳ၞߩᐓ ᷤࡈࠖ࡞࠲ࠍㆬቯߔࠆߎߣߢࠆ㧚ታ㛎ߢ↪ߒߚᐓᷤ ࡈࠖ࡞࠲ߪ㧘ታ㛎ߩ⋡⊛߆ࠄඨ୯ߪ 20 nm 㨪 30 nm ⒟ᐲߢචಽߣ⠨߃㧘ㅢㆊᵄ㐳߇㊀ߥࠄߥ߽ߩࠍㆬቯߒ ߚ.࿁㧘↪ߒߚ 9 ⒳㘃ߩᐓᷤࡈࠖ࡞࠲ߩㅢㆊᵄ㐳ߩਛ ᔃᵄ㐳Ȝ ߣඨ୯ᵄ㐳 Ȝ1/2ࠍ1 ߦ␜ߔ. 1 ࿁↪ߒߚᐓᷤࡈࠖ࡞࠲ߩㅢㆊᵄ㐳
Optical band-pass filter [ nm] center wavelength, Ȝ FWHM, Ȝ1/2* 240 r 3 230 to 250 270 r 3 257 to 282 300 r 3 287 to 312 330 r 3 315 to 345 360 r 3 345 to 375 400 r 3 390 to 410 450 r 3 440 to 460 500 r 3 492 to 508 600 r 3 590 to 610 *:Ȝ1/2, or full width at half maximum (FWHM)
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Va: 0.35 V noize values ave. values* ࿑9 ᐓᷤࡈࠖ࡞࠲ߩਛᔃᵄ㐳ߣᬌାภߣߩ㑐ଥ (*: 3 ߟߩᬌ ାภ㧔ࡇࠢ㔚୯㧕ߩᐔဋ୯) (ࡁࠗ࠭శࠅ) 4 ߹ߣ ☳ࠍขࠅᛒ߁Ꮏ⒟ߢߩ㕒㔚᳇㔚ߦࠃࠆ⊒Ἣἴ ߩ㒐ᱛࠍ⋡⊛ߣߒ㧘శࡦࠨဳ㕒㔚᳇㔚ᬌེࠍ㐿⊒ ߒߚᧄ⎇ⓥߢߪ㧘ታⷙᮨ☳ⓨ᳇ャㅍታ㛎⸳ߩ⾂⬿ᮏ ߦ㕒㔚᳇㔚ᬌེࠍขࠅઃߌߡߘߩലᕈࠍ⺞ߴߚ ታ㛎⚿ᨐߦࠃࠆߣ㧘ㆡಾߥᵄ㐳㧔270 nm㨪 400 nm㧕ߩ ᐓᷤࡈࠖ࡞࠲ࠍ↪ࠆߎߣߢ㧘ᄥ㓁శߥߤߩࡁࠗ࠭శߩ ࠆⅣႺਅߢ߽㕒㔚᳇㔚ࠍ⊛⏕ߦᬌߢ߈ࠆߎߣ߇ࠊ ߆ߞߚ㧚߹ߚ㧘㔚శߣࡁࠗ࠭శߩାภജߩᏅ߇৻⇟ ᄢ߈ߊߥࠅ㧘㕒㔚᳇㔚ߩᬌߦᦨㆡߥᐓᷤࡈࠖ࡞࠲ߩ ᵄ㐳ߪ 330 nm ߢߞߚ㧚ߐࠄߦ㧘⌕Ἣᕈ߇ᒝࡃ࡞ࠢ 㕙㔚ߩ⊒↢೨ߩ⊒శߩᒙࡉࠪ㔚ࠍᬌߢ߈ߚ ߎߣ߆ࠄ㧘ᧄᬌེߪ☳ߓࠎ⊒Ἣἴߩ㒐ᱛߦᓎߦ┙ ߟ߽ߩߢࠆߎߣ߇⏕ߐࠇߚ. ᢥ ₂
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粉体貯蔵槽での光センサによる静電気放電の検出
