二部機械教室池田隆春

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細線による静止可燃混合気の着火実験

二部機械教室池田隆春

An experiment on the ignition of quiescent combustible mixtures by small heatep wires．

Takaharu IKEDA

 In this experiment the influence of the   controls the reaction at zone（2），

temperature of heat sourc60n the ignition

region was examined．、     ， 1．まえがき

 Heat source was nickel wire With O・1mm   定容積容器中の静止した可燃混合気を局部熱源 dia・and its t『mperature varied from 1100  によって加熱した場合，混合気の燃焼範囲とその

@ 限界圧力の関係は熱源の種類や熱源温度などによ stituents of mixture were prgpane and ox一 @ って変化する。局部熱源が火花の場合点火エネル ygen       1  丁      ギに対する圧力，混合比の関係についての実験結  Th『resUlts are shown in Fig・5・      果は多いが，熱源が微小熱面である時，熱面温度  The conclusions reached after the expe「一  と限界圧力，混合比の関係を示した実験結果は少  iments are as follows：      な1㌣。この実験では熱源として0．1mm直径の

〔1〕these curves are divided into followi一  ニッヶル線を用い，その温度を1100°から1300°C    ng 3 zones， each with its own chara一  まで50°おきに変え，各温度に対する燃焼範囲を    cte「istics・       示す曲線を求めた。

   （1）zone with minimum mixture ratio      and with 7．OcmHg Partial pres−

     sure of propane      2．実験装置および方法

   （2）・・ne with 7・°cmHg and 11・7cm一 麟とプ。パン（繊98％）舗、図に示す混      Hg Pa「tial p「essu「e°f p「；pane 合鑓輔いて混合し第2図｝こ示す鰍容器中で    （3）z°ne with 11・7cmHg Part a1 P「？一 水平｝こ張った綱で力嚥発火させる。

     ssure of propane and wlth max1−

         ．  ．       用いた細線は純ニッケル線で0．1mm直径，長

     mUm m1XtUre rat10．      （2）

      さ22mmである。細線は温度制御装置を用いて

〔1〕The minimum pressu「e shifts to the  ＿定温度を保たせる。＿定温度には約2msで上    side of lean mixture by the「ise of  昇する。最大加熱時間は実験の都合で10秒までで    the temperature of heat sou「ce・     打切った。細線の温度監視には光電子増倍管MS

〔皿〕When the temperature is low・zone  −−9Sを用いた。温度較正に用いたMS−9Sの出力

    （3）is dominant and as the tempera一  電圧と光高温計の読みとの較正曲線は第3図であ

   tUre rises， zone（1）becomes dominant・  り，またニッケル線の放射率が不明のためニッケ

qy〕It is the quantity of propane that  ル線の抵抗を測定しその時の光高温計による読み

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との比較を第4図に示した。ニッケル線の比抵抗     1．7

    （3）

値は文献によって求めた。この結果から光高温

計の読みと抵抗値から求めた温度は大体一致す     1．6

        温度制御用フードバ・ク      ）1．5

    ．．薯警。一プ温度制御装置  田

燃焼室 o○  ダ＿以 L4

      発生器       1．3

       900    1000   1100   1200   1300   1400

        混合気作成装置 温合気艦器     ・（°c）

       ，        第4図 ニッケル線の抵抗値から計算した温度と        光高温計の読みの関係

       して同一点において五回の繰返しのうち四回まで フ  ロ       着火する圧力値をとり，不着火の上限圧力として        同じく五回の繰返しのうち四回不着火の点の圧力

  第1図 実験装置配置図

       値をとった。第5図に示したのが実験結果である        が図中○印が着火下限，×印が不着火上限の圧力       値を示し，限界圧力曲線は両者の平均値の点を通        るように引いた。

      熱源温度が低くなるにつれ現象のばらつきがひ        どく着火，不着火の圧力値の幅が広くなり，また        濃度40％（量論比2．4）附近はすすの発生がひど

第2図  燃 焼  容 器

α1φNi Wire i l ｜

．・

 ●

D陽極電圧630V 1

P300

P200

P100

P000

｝一

●

・■

@● 陽極電圧825V 二

●

陽極電圧1030V

●

●

900

●●

MS−9S負荷抵抗10KΩ

1  2  3  4  5  6  7  8

700

 600

ξ

只500

陛400

300

      200

       02510Stoi 20  30  40  50        プロパン濃度    容積比   ％       曲線上の数値はプロパン分圧cmHg

限界圧力の値は，限界附近における着火現象が 第鑑轍ξ酸素混合気の定温度力。熱細線1こ かなりのばらつきを示すので，着火の下限圧力と       よる着火限界

一・ 一

5認o 1

3．5

●

901L7

旬

占

2石6

臨。、島

@・1L7鷲17°

δ

① ・τ0・② ．14β③

5D

?メ@ ●g1 11．7

3．

1．75 、      ・

@＼5．0 7．0 口9．0

ムく1L7違

1．0

1

109

い。またこの近傍では各温度についての限界は相    この領域は熱面温度が低い時は限界圧力値が高 互に入れまじり幅が広くなって不正確になった。  いため稀薄混合気は着火しにくいことを示し，熱       面温度が上昇すれば限界圧力曲線の大半の領域に

 第5図に実験結果を示す。縦軸は混合気の充て   着火し易い混合気は稀薄混合気となる。

ん圧力，横軸はプロパンの混合気に対する容積比    （2）の 領 域

をとって

におけるプ゜パンの分圧をcmHgの単位で不した て最高圧力の点をつらねた線であり，この線とい

ものである・        くぶん不明りようではあるがP。、H、−11．7。mHg

図における曲線の傾向から各鹸についての限 の点を織だ線との間の領域｝こおいては洛温度 界圧力曲線はだいアこい次の三つの部分1扮けるこ 剛する曲線上プ。パンの分圧値力洞＿の点の全

と1巖㌔2％（着火下縢）から：』婿麟難蕊巖鷺呈叢纂

   ＝7・OcmHgまで      示される。

1：1：：籔濫霊蹴ぷ濃度（不 bg妾早一・3・・

   明りよう）まで       これから活性化エネルギーを求めればE＝35・5    ＊ Pc3H8：プロパン分圧＝（全圧力）×   kca1／molとなる。

   （プロパンの濃度）      助 次に各領域の特徴について述べる。      li 40       目＆。

（1）の 領 域      0        へ 着火最低濃度は酸素の代りに空気を用いた場合 9ao

      く  

とほとんど変らない。しかも熱面温度の影響はほ  1．o

      ／

1300         1250      1200      1150

とんどないようである。この領域内で各熱面温   63   65      τ0×10−4 度について最低圧力を示す混合比があり，この      1／r     1／K 部分のプロパンの分圧値と熱面温度の関係は第6    第6図 領域（1）の最低圧力混合気のプロパンの分 図のようになる。また最低圧力値と熱面温度の関        圧と熱面温度の関係

      P 係は第7図のように整理される。縦軸にlog T3

横醐≠取ればだいた暗絢このりS・m・n・v （3）の領域

の熱爆発反応の取り扱い（6）における単分子反応と   実験に用いた最低温度1100°Cにおいても燃焼可 考えることができこの関係は       能な領域がありこの部分では熱面温度の上昇につ       P 9000      れて最低圧力はそれ程下降しない。次第に領域（2）

    109−T3＝T−−14・0      の中に含まれる。しかし熱面温度が低い場合この で示されこれから離化エネルギを求めれば 部分に最低圧力があるため曲線は右下り畠瀞・

E−

らが実験的に出した値（7）47kca1／mo1，あるいは  れば（c）の形になる。したがってこの実験のように

Sokolikの（8）23〜27kcal／molとの中間の値となり  熱面温度を変えれば各種燃料についての限界圧曲

小野の実験値（9）≦40kcal／molに近い。       線も変化するのではないかと思われる。

110

㌃

＼ご25

。 30 避

§ 20

  15

α  10 自

る

☆，

  4

4．ま  と  め

㎏響

       域（1）の最低圧については41．5kcal／molであり領        域（2）内では35．5kcal／molである。

＆3 d  ㍗→面㌶㌶諜罐筆蒜1となり嶋

第7図領域（1）の最低圧力値と熱面温度の関係     おわりに本実験に協力された技術員越野英和君

㌃

諭  20 日  15

8

む

   5

㏄

       当時本学学生今福敏，川尻英昭，長正純の諸君に

  b。％・一禦一・a・．〆  感謝します．

         ／

    …／；      文献

，／     ωLN． Khi仕㎞， T輪ph蜘d、舳輌

      and explosion， Israel Program for Scientifnc

  ＆5      7・0  ×10−4

       拓×… ソK  T「anslati°n・Je「usalem1962・P・1°4・

      （2）J．Prestoll and L．E． Ashman， Rev． of

    と熱面温度の関係       Scientific Instr・・Vol・31 No・1（1960）・

      （3）D．P． Eckman， 1ndustrial Instrumentation，

，、      切       P・374・

ξ

100

50

1   §    （・）B．L，wi，， G．。。n Elb，， C。mb。，ti。n，

1      

1 ／  2・・1      Fl・m・・and E・pl・・i・n・・f G・・e・2・dEd・

1     

1   ／       _P．692．

1、一，1

         100

      （5）文献（1），p．106．

25 50 75％H2   2550 75％CO   （6）N．N、 Semenov， NACA T．M． No．10241942，

 （a）       （b）

      P．16．

      （7）Chang， C．J． Thomson， A．L．， Windship，

旨 280  ン 量2・・

蓬・2・

2

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ブペ       R．D．，7th Symp． on Cornbustion pp．431〜435

タン ン タ

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（8） A．S． Sokolik， Self−ignition， Flame and Det−

  onation in Gases， Israel Program for Scient−

  ific Translatio11， Jerusalem 1963， p．204．

・         40       （9）小野，柘植，松村，日本機械学会九州支部 第19期

％C2 N2       0  0．81．62．4 a 240

       燃料濃度（量論比）   、 総会講演前刷集 第1部・P・16

  （C） ビ げ・ （・）   ⑩文献（1），P．、。6．

第9図 各種燃料に対する限界圧力曲線        （11）熱機関体系3，山海堂，P．111．