着火温度測定装置及び着火温度測定方法
【課題】燃料の正確な着火温度を測定する。
【解決手段】内部流路１１が常温における消炎径よりも小さな直径とされる管１を予混合ガスＧの流れ方向に予混合ガスＧの着火温度以上まで連続的に昇温されるように加熱すると共に、上記管１に上記予混合ガスＧを上記管１の内部流路１１に形成された火炎が安定しかつ火炎の形成位置が上記予混合ガスＧの流速に影響されない条件を満たす流量にて供給し、上記管１の内部流路１１に形成された火炎の位置を検出し、該検出結果及び予め記憶する上記予混合ガスＧを流した場合における上記管１の長さ方向の温度プロファイルに基づいて上記予混合ガスＧの着火温度を算出する。
【解決手段】内部流路１１が常温における消炎径よりも小さな直径とされる管１を予混合ガスＧの流れ方向に予混合ガスＧの着火温度以上まで連続的に昇温されるように加熱すると共に、上記管１に上記予混合ガスＧを上記管１の内部流路１１に形成された火炎が安定しかつ火炎の形成位置が上記予混合ガスＧの流速に影響されない条件を満たす流量にて供給し、上記管１の内部流路１１に形成された火炎の位置を検出し、該検出結果及び予め記憶する上記予混合ガスＧを流した場合における上記管１の長さ方向の温度プロファイルに基づいて上記予混合ガスＧの着火温度を算出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可燃性液体である燃料の着火温度の測定に用いることが可能な着火温度測定装置及び着火温度測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料として用いられる可燃性液体の着火温度を測定する際には、いわゆるＡＳＴＭ（American Standard of Testing Method）法が用いられる場合が多い。
このＡＳＴＭ法によれば、非特許文献１に記載されているように、容量が５００ｍｌの丸底フラスコを用い、当該丸底フラスコを周囲から加熱し、加熱された丸底フラスコ内に可燃性液体を滴下し、着火した場合の温度を確認することによって、可燃性液体の着火温度が測定される。
【非特許文献１】板垣晴彦，産業安全研究所研究報告 ＮＩＩＳ−ＲＲ−２００２（２００３） 「可燃性液体の発火温度の圧力依存性について」，Research Reports of the National Institute of Industrial Safety, NIIS-RR-2002(2003) UDC 614.841.41+543.87:662.612.1「The Dependence of Initial Pressure on the Autoignition Temperature of Flammable Liquid」（www.jniosh.go.jp/publication/RR/pdf/RR-2002-06.pdf）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、ＡＳＴＭ法による測定方法では、大きな容積をもつ丸底フラスコに可燃性液体を滴下させて着火させるため、丸底フラスコ内の温度分布の不均一に起因して、実際の着火温度と測定温度とに差が生じる場合がある。つまり、丸底フラスコ内における着火位置と、温度測定位置が異なる場合には、測定誤差が生じる。
【０００４】
さらに、丸底フラスコ内の温度分布は、丸底フラスコの容積の大きさによって差がある。
また、丸底フラスコ内に滴下された可燃性液体は、着火前に蒸発して混合気となる。そして、着火温度は混合気の濃度に依存して変化するが、ＡＳＴＭ法では、混合気の濃度が一定である保証はない。
また、非特許文献１に記載されているように、着火温度は、着火位置の圧力環境に依存して変化する。
【０００５】
このように、ＡＳＴＭ法で測定される着火温度は、当該ＡＳＴＭ法を用いる測定装置の環境における可燃性液体の着火温度であり、可燃性液体自体の化学的及び物理的な着火温度とは異なるものである。
【０００６】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、燃料の正確な着火温度を測定することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の着火温度測定装置は、内部流路が常温における消炎径よりも小さな直径とされる管と、燃料と酸化剤とが混合された予混合ガスを、上記管の内部流路に形成された火炎が安定しかつ火炎の形成位置が上記予混合ガスの流速に影響されない条件を満たす流量にて上記管に供給可能な供給手段と、前記予混合ガスの流れ方向に前記予混合ガスの着火温度以上まで連続的に昇温されるように前記管を加熱する加熱手段と、上記管の内部流路に形成された火炎の位置を検出し、該検出結果及び予め記憶する上記予混合ガスを流した場合における上記管の長さ方向の温度プロファイルに基づいて上記予混合ガスの着火温度を算出する着火温度算出手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
このような特徴を有する本発明の着火温度測定装置によれば、内部流路が常温における消炎径よりも小さな直径とされる管が予混合ガスの流れ方向に予混合ガスの着火温度以上まで連続的に昇温されるように加熱される。
また、本発明の着火温度測定装置によれば、燃料と酸化剤とが混合された予混合ガスが上記管に供給され、その流量は、管の内部流路に形成された火炎が安定しかつ火炎の形成位置が予混合ガスの流速に影響されない条件を満たす流量とされる。
また、本発明の着火温度測定装置によれば、管の内部流路に形成された火炎の位置が検出され、この検出結果と予め記憶される予混合ガスを流した場合における管の長さ方向の温度プロファイルに基づいて予混合ガスの着火温度が算出される。
【０００９】
また、本発明の着火温度測定装置においては、上記着火温度算出手段は、上記火炎の位置を撮像する撮像装置を備え、該撮像装置にて撮像された撮像データに基づいて上記火炎の位置を検出するという構成を採用する。
【００１０】
また、本発明の着火温度測定装置においては、上記着火温度算出手段は、ＣＨラジカルに起因する発光あるいはＯＨラジカルに起因する発光を選択的に透過して上記撮像装置に伝達するフィルタを備えるという構成を採用する。
【００１１】
また、本発明の着火温度測定装置においては、上記着火温度算出手段は、上記管の温度を検出する熱電対と、該熱電対にて検出された温度データを記憶する記憶部とを備え、上記管の長さ方向に移動される上記熱電対によって検出された温度データに基づいて上記温度プロファイルを取得するという構成を採用する。
【００１２】
また、本発明の着火温度測定装置においては、上記着火温度算出手段は、熱容量の異なる複数の上記熱電対を備え、各熱電対によって検出された温度データに基づいて上記温度プロファイルを取得するという構成を採用する。
【００１３】
また、本発明の着火温度測定装置においては、上記管は、少なくとも上記火炎の形成範囲が石英ガラスにて形成されているという構成を採用する。
【００１４】
また、本発明の着火温度測定装置においては、上記加熱手段にて加熱される上記管の加熱領域は、求められる着火温度の測定精度に比例した長さを有するという構成を採用する。
【００１５】
また、本発明の着火温度測定装置においては、上記供給手段は、上記予混合ガスの供給流量を連続的に減少させ、火炎が安定化された流量を上記管の内部流路に形成された火炎が安定しかつ火炎の形成位置が上記予混合ガスの流速に影響されない条件を満たす流量とするという構成を採用する。
【００１６】
次に、本発明の着火温度測定方法は、内部流路が常温における消炎径よりも小さな直径とされる管を、燃料と酸化剤とが混合された予混合ガスの流れ方向に前記予混合ガスの着火温度以上まで連続的に昇温されるように加熱すると共に、上記管に上記予混合ガスを上記管の内部流路に形成された火炎が安定しかつ火炎の形成位置が上記予混合ガスの流速に影響されない条件を満たす流量にて供給し、上記管の内部流路に形成された火炎の位置を検出し、該検出結果及び予め記憶する上記予混合ガスを流した場合における上記管の長さ方向の温度プロファイルに基づいて上記予混合ガスの着火温度を算出することを特徴とする。
【００１７】
このような特徴を有する本発明の着火温度測定方法によれば、内部流路が常温における消炎径よりも小さな直径とされる管が予混合ガスの流れ方向に予混合ガスの着火温度以上まで連続的に昇温されるように加熱される。
また、本発明の着火温度測定方法によれば、燃料と酸化剤とが混合された予混合ガスが上記管に供給され、その流量は、管の内部流路に形成された火炎が安定しかつ火炎の形成位置が予混合ガスの流速に影響されない条件を満たす流量とされる。
また、本発明の着火温度測定方法によれば、管の内部流路に形成された火炎の位置が検出され、この検出結果と予め記憶される予混合ガスを流した場合における管の長さ方向の温度プロファイルに基づいて予混合ガスの着火温度が算出される。
【００１８】
また、本発明の着火温度測定方法においては、上記火炎の位置を撮像することによって検出するという構成を採用する。
【００１９】
また、本発明の着火温度測定方法においては、ＣＨラジカルに起因する発光あるいはＯＨラジカルに起因する発光を選択的に撮像するという構成を採用する。
【００２０】
また、本発明の着火温度測定方法においては、上記管の長さ方向に移動される熱電対によって検出された温度データに基づいて上記温度プロファイルを取得するという構成を採用する。
【００２１】
また、本発明の着火温度測定方法においては、熱容量の異なる複数の熱電対を各々上記管の長さ方向に移動させることによって検出された温度データに基づいて上記温度プロファイルを取得するという構成を採用する。
【００２２】
また、本発明の着火温度測定方法においては、上記管の少なくとも火炎の形成範囲が石英ガラスにて形成されているという構成を採用する。
【００２３】
また、本発明の着火温度測定方法においては、上記管の加熱領域が、求められる着火温度の測定精度に比例した長さを有するという構成を採用する。
【００２４】
また、本発明の着火温度測定方法においては、上記予混合ガスの供給流量を連続的に減少させ、火炎が安定化された流量を上記管の内部流路に形成された火炎が安定しかつ火炎の形成位置が上記予混合ガスの流速に影響されない条件を満たす流量とするという構成を採用する。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、内部流路が常温における消炎径よりも小さな直径とされる管が予混合ガスの流れ方向に予混合ガスの着火温度以上まで連続的に昇温されるように加熱される。このような本発明によれば、内部流路を常温における消炎径よりも小さな直径とされた極めて断面積が小さな管を用いるため、管内部である内部流路（すなわち予混合ガスが着火される空間）の温度を均一にすることができる。
また、本発明によれば、燃料と酸化剤とが混合された予混合ガスが上記管に供給され、その流量は、管の内部流路に形成された火炎が安定しかつ火炎の形成位置が予混合ガスの流速に影響されない条件を満たす流量とされる。このような本発明によれば、予め燃料と酸化剤とが混合されるため、管の内部流路における燃料の濃度を均一にすることができる。さらに、本発明によれば、管に供給される予混合ガスの流量が、管の内部流路に形成された火炎が安定しかつ火炎の形成位置が予混合ガスの流速に影響されない条件を満たすような低流量とされるため、火炎が予混合ガスの流速に依存せずに安定して形成される。このため、管の内部流路における火炎が形成される位置を、予混合ガスの流量に依存しない安定した位置とすることができる。
そして、本発明によれば、管の内部流路に形成された火炎の位置が検出され、この検出結果と予め記憶される予混合ガスを流した場合における管の長さ方向の温度プロファイルに基づいて予混合ガスの着火温度が算出される。
このような本発明によれば、管内部である内部流路（すなわち予混合ガスが着火される空間）の温度が均一化され、管の内部流路における燃料の濃度が均一化され、さらに管の内部流路における火炎が形成される位置を、予混合ガスの流量に依存しない安定した位置とすることができる。したがって、ＡＳＴＭ法と比較して、燃料の正確な着火温度を測定することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、図面を参照して、本発明に係る着火温度測定装置及び着火温度測定方法の一実施形態について説明する。なお、以下の図面においては、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。
【００２７】
図１は、本実施形態の着火温度測定装置の概略構成を示す模式図である。
この図に示すように、本実施形態の着火温度測定装置Ｓ１は、管１と、供給装置２（供給手段）と、ヒータ３（加熱手段）と、熱電対４と、撮像装置５と、フィルタ６と、測定処理部７とを備えている。
【００２８】
管１は、石英ガラスによって形成された円筒形状の直管である。そして、管１の内部流路１１の直径は、内部流路１１に形成される火炎が伝播できずに消炎する限界値である常温における消炎径よりも小さく設定されている。
【００２９】
供給装置２は、燃料と酸化剤（例えば、酸素や外気）との混合気である予混合ガスＧを管１に供給するものであり、管１の一端から管１の内部流路１１に予混合ガスＧを流入させることによって管１に予混合ガスＧを供給する。
この供給装置２は、管１に供給する予混合ガスＧの流量を調節可能であり、管１に供給する予混合ガスＧの流量を連続的に減少させて、その流量が管１の内部流路１１に形成された火炎が安定しかつ火炎の形成位置が予混合ガスＧの流速に影響されない条件を満たす流量となるように設定する。なお、管１の内部流路１１に形成された火炎が安定しかつ火炎の形成位置が予混合ガスＧの流速に影響されない条件を満たす流量については、後に詳説する。
また、供給装置２は、測定処理部７と電気的に接続されており、測定処理部７からの指令に基づいて、予混合ガスＧにおける燃料と酸化剤との割合を調節可能とされている。
【００３０】
なお、供給装置２は、予混合ガスＧの他に、予混合ガスＧと同じ伝熱性を有する不燃ガスを管１に供給可能とされている。このようなガスとしては、例えば窒素と酸素の混合ガス等を用いることができる。
【００３１】
ヒータ３は、管１の内部流路１１における少なくとも火炎の形成領域を囲うように管１の周囲に配置されている。
なお、ヒータ３は、管１を完全に覆うように配置されているのではなく、火炎の形成領域を外部から目視可能なように配置されている。もしくは、ヒータ３は、通常時は管１を完全に覆い、観察時のみヒータ３の全部もしくは一部が移動することで火炎の形成領域を外部から目視可能なように構成されている。
そして、ヒータ３は、測定処理部７と電気的に接続されており、測定処理部７の指令に基づいて、管１が予混合ガスＧの流れ方向に予混合ガスＧの着火温度以上まで連続的に昇温されるように加熱する。
なお、ヒータ３による管１の加熱領域の長さは、本実施形態の着火温度測定装置Ｓ１にて求められる測定精度に比例して設定されている。
【００３２】
熱電対４は、管１の内部流路１１に対して出し入れ可能とされており、先端部４１にて管１の内部流路１１の温度を検出し、その検出結果を温度データとして測定処理部７に入力するものである。
なお、本実施形態の着火温度測定装置Ｓ１は、熱容量の異なる（すなわち直径の異なる）複数の熱電対４を備えている。そして、各熱電対４は、各々管１の内部流路１１に対して出し入れ可能とされている。
【００３３】
撮像装置５は、管１の内部流路１１に形成される火炎を管１の外部から撮像するものであり、管１の火炎形成領域の近傍に配置されている。そして、撮像装置５は、撮像結果を撮像データとして測定処理部７に入力する。
なお、撮像装置５は、測定処理部７に電気的に接続されており、測定処理部７の指令に基づいて、露光時間等が制御される。
【００３４】
フィルタ６は、撮像装置５と管１との間に配置されており、ＣＨラジカルに起因する発光あるいはＯＨラジカルに起因する発光（すなわち火炎特有の発光）のみを選択的に透過させるものである。
このようなフィルタ６を設置することによって、撮像装置５においてＣＨラジカルに起因する発光あるいはＯＨラジカルに起因する発光のみが選択的に撮像される。
【００３５】
測定処理部７は、熱電対４にて検出された温度データを記憶して該温度データに基づいて管１の長さ方向の温度プロファイルを取得すると共に、撮像装置５にて撮像された撮像データから管１の内部流路１１に形成された火炎の位置を検出し、該検出結果及び予混合ガスを流した場合における管１の長さ方向の温度プロファイルに基づいて予混合ガスＧの着火温度を算出するものである。
この測定処理部７は、上記温度データ、上記撮像データ、温度プロファイル、また温度プロファイルの取得や着火温度を算出に用いられる各種プログラム等を記憶する記憶部７１と、該記憶部７１に記憶されるデータやプログラムに基づいて温度プロファイルや着火温度を算出する演算処理部７２と、該演算処理部７２にて算出された着火温度に基づく情報を出力する出力部７３とを備えている。
【００３６】
そして、このような本実施形態の着火温度測定装置Ｓ１においては、熱電対４、撮像装置５、フィルタ６及び測定処理部７にて本発明の着火温度算出手段が構成されている。また、供給装置２及び測定処理部７にて本発明の供給手段が構成されている。
【００３７】
次に、上述のように構成された本実施形態の着火温度測定装置Ｓ１を用いた着火温度測定方法について説明する。
【００３８】
図２は、本実施形態における着火温度測定方法のフローチャートである。この図に示すように、本実施形態における着火温度測定方法は、温度プロファイル取得工程（ステップＳ１）と、火炎安定工程（ステップＳ２）と、着火温度算出工程（ステップＳ３）とを有している。なお、これらの工程全てにおいて、ヒータ３は、管１が予混合ガスＧの流れ方向に予混合ガスＧの想定着火温度以上まで連続的に昇温されるように加熱する。
【００３９】
温度プロファイル取得工程（ステップＳ１）は、予混合ガスＧを流した場合における管１の内部流路１１の長さ方向における温度プロファイルを取得する工程である。
本温度プロファイル取得工程では、熱電対４を管１の内部流路１１を移動させ、この熱電対４から得られた温度データが、測定処理部７の記憶部７１に一旦記憶される。その後、測定処理部７の演算処理部７２が、記憶部７１に記憶されたデータ及び温度プロファイルの取得プログラムに基づいて温度プロファイルを算出して取得し、この温度プロファイルが記憶部７１に記憶される。
【００４０】
本工程にて取得する温度プロファイルは、予供給ガスＧが管１の全長に亘って着火されなかった場合における、管１の特定の位置での温度を示すものである。
このような温度プロファイルを正確に取得するために、本実施形態の着火温度測定方法では、予供給ガスＧが管１の全長に亘って着火されない状況を擬似的に作り出すために、熱電対４にて管１の内部流路１１の温度を検出する場合に、供給装置２から、予混合ガスと同じ伝熱性を有する不燃性ガスを供給する。これによって、予供給ガスＧが管１の全長に亘って着火されない状況が擬似的に作り出され、予供給ガスＧが管１の全長に亘って着火されなかった場合における、管１の特定の位置の温度を取得することが可能となる。
なお、供給装置２から、予混合ガスと同じ伝熱性を有する不燃性ガスを供給する場合において、不燃性ガスの流量は、管１の内部流路１１における熱移動が、不燃性ガスの流速に依存されないような低流量とされる。
【００４１】
そして、管１の内部流路１１には一端部から着火温度以下の流体（予混合ガスＧあるいは不燃性ガス）が供給され、この流体がヒータ３にて加熱されることから、温度プロファイルは、図３に示すように、管１の一端部から他端部に向けて上昇する形状となる。
【００４２】
また、本温度プロファイル取得工程においては、熱容量の異なる複数の熱電対４を各々管１の内部流路１１を移動させ、これらの熱電対４の温度データから、熱電対４が管１の内部流路１１に存在しない場合の温度プロファイルを取得することが好ましい。
より詳細には、複数の熱電対４にて検出される温度データを比較することによって、熱電対４の容量と温度データとの関係を導き出す。そして、この熱電対４の容量と温度データとの関係から、熱電対４の容量が０の場合（すなわち熱電対４が内部流路１１に存在しない場合の）温度データを算出し、この温度データに基づいて温度プロファイルを取得する。
後の着火温度算出工程（ステップＳ３）においては、熱電対４が内部流路１１に存在しない状態となるため、熱電対４が管１の内部流路１１に存在しない場合の温度プロファイルを取得することによって、着火温度算出工程（ステップＳ３）における算出結果をより正確なものとすることができる。
【００４３】
次に、火炎安定工程（ステップＳ２）は、温度プロファイル取得工程（ステップＳ１）の後に行われる工程であり、管１の内部流路１１に火炎を形成すると共に、当該火炎を安定させる工程である。
【００４４】
本工程では、上記温度プロファイル取得工程（ステップＳ１）にて用いた熱電対４を管１から引き出した状態で行われ、供給装置２から燃料と酸化剤とが所定の割合（測定処理部７から指令に基づく割合）で混合された予混合ガスＧが、管１の内部流路１１に供給される。
これによって、管１の内部流路１１に供給された予混合ガスＧは、管１の内部流路１１を一端部から他端部に向かうに連れて加熱され、着火温度以上に加熱された時点で着火する。
【００４５】
予混合ガスＧが着火されることによって形成された火炎は、管１の内部流路１１における予混合ガスＧの流速が早い場合には振動する。これは、予混合ガスＧの着火と消火が短時間で繰り返されることに起因する。
一方、管１の内部流路１１における予混合ガスＧの流速が遅い場合には、連続的に燃焼状態が維持され、火炎が安定する。
そこで、本実施形態における着火温度測定方法では、まず先に管１の内部流路１１における流速が十分に早くなるような流量の予混合ガスＧを管１に供給し、その後予混合ガスＧの流量を徐々に減少させ、火炎が安定されるまで予混合ガスＧの流量を低減させる。
具体的には、撮像装置５にて火炎を撮像することで火炎の状態を確認しながら供給装置２から供給する予混合ガスＧの流量を徐々に減少させ、火炎が安定されるまで予混合ガスＧの流量を低減させる。
【００４６】
なお、火炎が安定される予混合ガスＧの流量とは、管１の内部流路１１に形成された火炎が安定しかつ火炎の形成位置が予混合ガスＧの流速に影響されない条件を満たす流量である。つまり、本実施形態における着火温度測定方法では、火炎安定工程（ステップＳ２）において、予混合ガスＧの流量を、管１の内部流路１１に形成された火炎が安定しかつ火炎の形成位置が予混合ガスＧの流速に影響されない条件を満たす流量まで低減させる。
【００４７】
ここで、図４を参照して、管１の内部流路１１における予混合ガスＧの流速に応じて、火炎の状態が変化することについて説明する。
図４は、管１の内部流路１１における予混合ガスＧの流速と、安定火炎位置、着火位置及び消火位置との関係を示したグラフである。なお、図４に示すグラフは、直径が２ｍｍの管１に対して、メタンと空気の量論比の予混合ガスＧを供給することによって得られたデータに基づくものである。
この図に示すように、予混合ガスＧの流速が速い場合（４０〜１００ｃｍ／ｓ）には、火炎は安定するが、火炎の形成位置が流速に影響されることが分かる。また、これよりも予混合ガスＧの流速が遅い場合（５〜４０ｃｍ／ｓ）には、火炎が振動することが分かる。そして、さらに予混合ガスＧの流速が遅い場合（０．２〜５ｃｍ／ｓ）には、火炎が安定すると共に火炎の形成位置が流速に影響されないことが分かる。このように、管１の内部流路１１における予混合ガスＧの流速に応じて、火炎の状態が変化する。
そして、本実施形態における着火温度測定方法の火炎安定工程（ステップＳ２）では、予混合ガスＧの流速が、火炎が安定すると共に火炎の形成位置が流速に影響されない流速となるように、予混合ガスＧの流量が設定される。
【００４８】
次に、着火温度算出工程（ステップＳ３）は、管１の内部流路１１に形成された火炎の位置を検出し、該検出結果及び予め記憶する（ステップＳ１で取得した）管１の長さ方向の温度プロファイルに基づいて予混合ガスＧの着火温度を算出する。
具体的には、火炎から発光されたＣＨ光あるいはＯＨ光が選択的にフィルタ６を透過して撮像装置５に到達することによって火炎の位置が撮像装置５によって撮像される。そして、測定処理部７がその撮像データから火炎の位置を検出し、温度プロファイルに照らし合わせることによって、管１の火炎が形成された位置の温度（すなわち予混合ガスＧの着火温度）を算出する。
【００４９】
以上のような本実施形態の着火温度測定装置及び着火温度測定方法によれば、内部流路１１が常温における消炎径よりも小さな直径とされる管１が予混合ガスＧの流れ方向に予混合ガスＧの着火温度以上まで連続的に昇温されるように加熱される。つまり、内部流路１１を常温における消炎径よりも小さな直径とされた極めて断面積が小さな管１を用いるため、管１内部である内部流路１１（すなわち予混合ガスが着火される空間）を均一に加熱することができる。
また、本実施形態の着火温度測定装置及び着火温度測定方法によれば、燃料と酸化剤とが混合された予混合ガスＧが管１に供給され、その流量は、管１の内部流路１１に形成された火炎が安定しかつ火炎の形成位置が予混合ガスＧの流速に影響されない条件を満たす流量とされる。つまり、予め燃料と酸化剤とが混合されるため、管１の内部流路１１における燃料の濃度を均一にすることができる。さらに、管１に供給される予混合ガスの流量が、管１の内部流路１１に形成された火炎が安定しかつ火炎の形成位置が予混合ガスＧの流速に影響されない条件を満たすような低流量とされるため、火炎が予混合ガスＧの流速（伝達速度）に依存せずに安定して形成される。このため、管１の内部流路１１における火炎が形成される位置を、予混合ガスＧの流速に依存しない安定した位置とすることができる。
そして、本実施形態の着火温度測定装置及び着火温度測定方法によれば、管１の内部流路１１に形成された火炎の位置が検出され、この検出結果と予め記憶される予混合ガスＧを流した場合における管１の長さ方向の温度プロファイルに基づいて予混合ガスＧの着火温度が算出される。
このような本実施形態の着火温度測定装置及び着火温度測定方法によれば、管１内部である内部流路１１（すなわち予混合ガスが着火される空間）が均一に加熱され、管１の内部流路１１における燃料の濃度が均一化され、さらに管１の内部流路１１における火炎が形成される位置を、予混合ガスの流速に依存しない安定した位置とすることができる。したがって、予混合ガスの着火温度を正確に測定することができ、さらにはＡＳＴＭ法と比較して、燃料の正確な着火温度を測定することが可能となる。
【００５０】
また、本実施形態の着火温度測定装置を、減圧環境あるいは高圧環境に配置することによって、減圧環境あるいは高圧環境における燃料の正確な着火温度を測定することも可能である。
【００５１】
また、本実施形態の着火温度測定装置及び着火温度測定方法においては、火炎の位置を直接撮像することによって検出する。
このため、火炎の存在を直接確認することが可能となり、より正確に火炎の位置を検出することが可能となる。
【００５２】
また、本実施形態の着火温度測定装置及び着火温度測定方法においては、ＣＨラジカルに起因する発光あるいはＯＨラジカルに起因する発光を選択的に撮像する。
このため、散乱光等の外乱に影響されることなく、確実に火炎を撮像することができ、より正確に火炎の位置を検出することが可能となる。
【００５３】
また、本実施形態の着火温度測定装置及び着火温度測定方法においては、管１の長さ方向に移動される熱電対４によって検出された温度データに基づいて温度プロファイルを取得する。
このため、管１の内部流路１１の温度を直接検出することができ、正確な温度プロファイルを取得することが可能となる。
【００５４】
また、本実施形態の着火温度測定装置及び着火温度測定方法においては、さらに、熱容量の異なる複数の熱電対４を各々管１の長さ方向に移動させることによって検出された温度データに基づいて温度プロファイルを取得する。
このため、熱電対４が管１の内部流路１１に存在しない場合の温度プロファイルを取得することが可能となり、より正確な着火温度を測定することが可能となる。
【００５５】
また、本実施形態の着火温度測定装置及び着火温度測定方法においては、管１が石英ガラスにて形成されている。
このため、外部から火炎を撮像可能となると共に、火炎が管壁に衝突することによって失活することを防止することができる。
【００５６】
なお、上述のように、管１の加熱領域が求められる着火温度の測定精度に比例した長さを有することが好ましい。
これは、管１の加熱領域が長くなることによって、図３にて示した温度プロファイルの傾斜が緩やかとなり、より正確な着火温度を測定できるためである。
【００５７】
また、本実施形態の着火温度測定装置及び着火温度測定方法においては、予混合ガスＧの供給流量を連続的に減少させ、火炎が安定化された流量を管１の内部流路１１に形成された火炎が安定しかつ火炎の形成位置が予混合ガスＧの流速に影響されない条件を満たす流量とする。
このため、予め、火炎が安定化する流量を記憶することなく、流量調節を行うことが可能となる。
【００５８】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る着火温度測定装置及び着火温度測定方法の好適な実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００５９】
例えば、上記実施形態においては、火炎の位置を撮像することによって検出する構成について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、イオンプローブ等の他の構成にて火炎の位置を検出するようにしても良い。
【００６０】
また、上記実施形態においては、フィルタを用いてＣＨラジカルに起因する発光あるいはＯＨラジカルに起因する発光を選択的に撮像装置５に到達させる構成について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、フィルタを設置しない構成も可能である。
【００６１】
また、上記実施形態においては、熱電対４によって検出した温度データに基づいて温度プロファイルを取得する構成について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばイメージインテンシファイア等の他の構成によって火炎画像を撮影しても良い。また、例えば赤外線スコープ等の他の構成によって温度プロファイルを取得しても良い。
【００６２】
また、上記実施形態においては、予混合ガスの供給流量を連続的に低減させて、火炎が安定化される流量とする構成について説明した。
しかしながら、本発明によれば、予め火炎が安定化される流量を記憶しておき、この記憶した流量の予混合ガスＧを供給するようにしても良い。
【００６３】
また、上記実施形態において、例えば管１の内部流路１１におけるガスをサンプリングする、あるいはレーザ計測による測定を行うことによって燃焼反応の途中で生成される中間生成物の濃度を取得することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の一実施形態における着火温度測定装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】本発明の一実施形態における着火温度測定装置を用いた着火温度測定方法のフローチャートである。
【図３】本発明の一実施形態における着火温度測定装置が備える管の温度プロファイルを示すグラフである。
【図４】管の内部流路における予混合ガスの流速と、安定火炎位置、着火位置及び消火位置との関係を示したグラフである。
【符号の説明】
【００６５】
Ｓ１……着火温度測定装置、１……管、１１……内部流路、２……供給装置、３……ヒータ（加熱手段）、４……熱電対、５……撮像装置、６……フィルタ、７……測定処理部、Ｇ……予混合ガス
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可燃性液体である燃料の着火温度の測定に用いることが可能な着火温度測定装置及び着火温度測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料として用いられる可燃性液体の着火温度を測定する際には、いわゆるＡＳＴＭ（American Standard of Testing Method）法が用いられる場合が多い。
このＡＳＴＭ法によれば、非特許文献１に記載されているように、容量が５００ｍｌの丸底フラスコを用い、当該丸底フラスコを周囲から加熱し、加熱された丸底フラスコ内に可燃性液体を滴下し、着火した場合の温度を確認することによって、可燃性液体の着火温度が測定される。
【非特許文献１】板垣晴彦，産業安全研究所研究報告 ＮＩＩＳ−ＲＲ−２００２（２００３） 「可燃性液体の発火温度の圧力依存性について」，Research Reports of the National Institute of Industrial Safety, NIIS-RR-2002(2003) UDC 614.841.41+543.87:662.612.1「The Dependence of Initial Pressure on the Autoignition Temperature of Flammable Liquid」（www.jniosh.go.jp/publication/RR/pdf/RR-2002-06.pdf）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、ＡＳＴＭ法による測定方法では、大きな容積をもつ丸底フラスコに可燃性液体を滴下させて着火させるため、丸底フラスコ内の温度分布の不均一に起因して、実際の着火温度と測定温度とに差が生じる場合がある。つまり、丸底フラスコ内における着火位置と、温度測定位置が異なる場合には、測定誤差が生じる。
【０００４】
さらに、丸底フラスコ内の温度分布は、丸底フラスコの容積の大きさによって差がある。
また、丸底フラスコ内に滴下された可燃性液体は、着火前に蒸発して混合気となる。そして、着火温度は混合気の濃度に依存して変化するが、ＡＳＴＭ法では、混合気の濃度が一定である保証はない。
また、非特許文献１に記載されているように、着火温度は、着火位置の圧力環境に依存して変化する。
【０００５】
このように、ＡＳＴＭ法で測定される着火温度は、当該ＡＳＴＭ法を用いる測定装置の環境における可燃性液体の着火温度であり、可燃性液体自体の化学的及び物理的な着火温度とは異なるものである。
【０００６】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、燃料の正確な着火温度を測定することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の着火温度測定装置は、内部流路が常温における消炎径よりも小さな直径とされる管と、燃料と酸化剤とが混合された予混合ガスを、上記管の内部流路に形成された火炎が安定しかつ火炎の形成位置が上記予混合ガスの流速に影響されない条件を満たす流量にて上記管に供給可能な供給手段と、前記予混合ガスの流れ方向に前記予混合ガスの着火温度以上まで連続的に昇温されるように前記管を加熱する加熱手段と、上記管の内部流路に形成された火炎の位置を検出し、該検出結果及び予め記憶する上記予混合ガスを流した場合における上記管の長さ方向の温度プロファイルに基づいて上記予混合ガスの着火温度を算出する着火温度算出手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
このような特徴を有する本発明の着火温度測定装置によれば、内部流路が常温における消炎径よりも小さな直径とされる管が予混合ガスの流れ方向に予混合ガスの着火温度以上まで連続的に昇温されるように加熱される。
また、本発明の着火温度測定装置によれば、燃料と酸化剤とが混合された予混合ガスが上記管に供給され、その流量は、管の内部流路に形成された火炎が安定しかつ火炎の形成位置が予混合ガスの流速に影響されない条件を満たす流量とされる。
また、本発明の着火温度測定装置によれば、管の内部流路に形成された火炎の位置が検出され、この検出結果と予め記憶される予混合ガスを流した場合における管の長さ方向の温度プロファイルに基づいて予混合ガスの着火温度が算出される。
【０００９】
また、本発明の着火温度測定装置においては、上記着火温度算出手段は、上記火炎の位置を撮像する撮像装置を備え、該撮像装置にて撮像された撮像データに基づいて上記火炎の位置を検出するという構成を採用する。
【００１０】
また、本発明の着火温度測定装置においては、上記着火温度算出手段は、ＣＨラジカルに起因する発光あるいはＯＨラジカルに起因する発光を選択的に透過して上記撮像装置に伝達するフィルタを備えるという構成を採用する。
【００１１】
また、本発明の着火温度測定装置においては、上記着火温度算出手段は、上記管の温度を検出する熱電対と、該熱電対にて検出された温度データを記憶する記憶部とを備え、上記管の長さ方向に移動される上記熱電対によって検出された温度データに基づいて上記温度プロファイルを取得するという構成を採用する。
【００１２】
また、本発明の着火温度測定装置においては、上記着火温度算出手段は、熱容量の異なる複数の上記熱電対を備え、各熱電対によって検出された温度データに基づいて上記温度プロファイルを取得するという構成を採用する。
【００１３】
また、本発明の着火温度測定装置においては、上記管は、少なくとも上記火炎の形成範囲が石英ガラスにて形成されているという構成を採用する。
【００１４】
また、本発明の着火温度測定装置においては、上記加熱手段にて加熱される上記管の加熱領域は、求められる着火温度の測定精度に比例した長さを有するという構成を採用する。
【００１５】
また、本発明の着火温度測定装置においては、上記供給手段は、上記予混合ガスの供給流量を連続的に減少させ、火炎が安定化された流量を上記管の内部流路に形成された火炎が安定しかつ火炎の形成位置が上記予混合ガスの流速に影響されない条件を満たす流量とするという構成を採用する。
【００１６】
次に、本発明の着火温度測定方法は、内部流路が常温における消炎径よりも小さな直径とされる管を、燃料と酸化剤とが混合された予混合ガスの流れ方向に前記予混合ガスの着火温度以上まで連続的に昇温されるように加熱すると共に、上記管に上記予混合ガスを上記管の内部流路に形成された火炎が安定しかつ火炎の形成位置が上記予混合ガスの流速に影響されない条件を満たす流量にて供給し、上記管の内部流路に形成された火炎の位置を検出し、該検出結果及び予め記憶する上記予混合ガスを流した場合における上記管の長さ方向の温度プロファイルに基づいて上記予混合ガスの着火温度を算出することを特徴とする。
【００１７】
このような特徴を有する本発明の着火温度測定方法によれば、内部流路が常温における消炎径よりも小さな直径とされる管が予混合ガスの流れ方向に予混合ガスの着火温度以上まで連続的に昇温されるように加熱される。
また、本発明の着火温度測定方法によれば、燃料と酸化剤とが混合された予混合ガスが上記管に供給され、その流量は、管の内部流路に形成された火炎が安定しかつ火炎の形成位置が予混合ガスの流速に影響されない条件を満たす流量とされる。
また、本発明の着火温度測定方法によれば、管の内部流路に形成された火炎の位置が検出され、この検出結果と予め記憶される予混合ガスを流した場合における管の長さ方向の温度プロファイルに基づいて予混合ガスの着火温度が算出される。
【００１８】
また、本発明の着火温度測定方法においては、上記火炎の位置を撮像することによって検出するという構成を採用する。
【００１９】
また、本発明の着火温度測定方法においては、ＣＨラジカルに起因する発光あるいはＯＨラジカルに起因する発光を選択的に撮像するという構成を採用する。
【００２０】
また、本発明の着火温度測定方法においては、上記管の長さ方向に移動される熱電対によって検出された温度データに基づいて上記温度プロファイルを取得するという構成を採用する。
【００２１】
また、本発明の着火温度測定方法においては、熱容量の異なる複数の熱電対を各々上記管の長さ方向に移動させることによって検出された温度データに基づいて上記温度プロファイルを取得するという構成を採用する。
【００２２】
また、本発明の着火温度測定方法においては、上記管の少なくとも火炎の形成範囲が石英ガラスにて形成されているという構成を採用する。
【００２３】
また、本発明の着火温度測定方法においては、上記管の加熱領域が、求められる着火温度の測定精度に比例した長さを有するという構成を採用する。
【００２４】
また、本発明の着火温度測定方法においては、上記予混合ガスの供給流量を連続的に減少させ、火炎が安定化された流量を上記管の内部流路に形成された火炎が安定しかつ火炎の形成位置が上記予混合ガスの流速に影響されない条件を満たす流量とするという構成を採用する。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、内部流路が常温における消炎径よりも小さな直径とされる管が予混合ガスの流れ方向に予混合ガスの着火温度以上まで連続的に昇温されるように加熱される。このような本発明によれば、内部流路を常温における消炎径よりも小さな直径とされた極めて断面積が小さな管を用いるため、管内部である内部流路（すなわち予混合ガスが着火される空間）の温度を均一にすることができる。
また、本発明によれば、燃料と酸化剤とが混合された予混合ガスが上記管に供給され、その流量は、管の内部流路に形成された火炎が安定しかつ火炎の形成位置が予混合ガスの流速に影響されない条件を満たす流量とされる。このような本発明によれば、予め燃料と酸化剤とが混合されるため、管の内部流路における燃料の濃度を均一にすることができる。さらに、本発明によれば、管に供給される予混合ガスの流量が、管の内部流路に形成された火炎が安定しかつ火炎の形成位置が予混合ガスの流速に影響されない条件を満たすような低流量とされるため、火炎が予混合ガスの流速に依存せずに安定して形成される。このため、管の内部流路における火炎が形成される位置を、予混合ガスの流量に依存しない安定した位置とすることができる。
そして、本発明によれば、管の内部流路に形成された火炎の位置が検出され、この検出結果と予め記憶される予混合ガスを流した場合における管の長さ方向の温度プロファイルに基づいて予混合ガスの着火温度が算出される。
このような本発明によれば、管内部である内部流路（すなわち予混合ガスが着火される空間）の温度が均一化され、管の内部流路における燃料の濃度が均一化され、さらに管の内部流路における火炎が形成される位置を、予混合ガスの流量に依存しない安定した位置とすることができる。したがって、ＡＳＴＭ法と比較して、燃料の正確な着火温度を測定することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、図面を参照して、本発明に係る着火温度測定装置及び着火温度測定方法の一実施形態について説明する。なお、以下の図面においては、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。
【００２７】
図１は、本実施形態の着火温度測定装置の概略構成を示す模式図である。
この図に示すように、本実施形態の着火温度測定装置Ｓ１は、管１と、供給装置２（供給手段）と、ヒータ３（加熱手段）と、熱電対４と、撮像装置５と、フィルタ６と、測定処理部７とを備えている。
【００２８】
管１は、石英ガラスによって形成された円筒形状の直管である。そして、管１の内部流路１１の直径は、内部流路１１に形成される火炎が伝播できずに消炎する限界値である常温における消炎径よりも小さく設定されている。
【００２９】
供給装置２は、燃料と酸化剤（例えば、酸素や外気）との混合気である予混合ガスＧを管１に供給するものであり、管１の一端から管１の内部流路１１に予混合ガスＧを流入させることによって管１に予混合ガスＧを供給する。
この供給装置２は、管１に供給する予混合ガスＧの流量を調節可能であり、管１に供給する予混合ガスＧの流量を連続的に減少させて、その流量が管１の内部流路１１に形成された火炎が安定しかつ火炎の形成位置が予混合ガスＧの流速に影響されない条件を満たす流量となるように設定する。なお、管１の内部流路１１に形成された火炎が安定しかつ火炎の形成位置が予混合ガスＧの流速に影響されない条件を満たす流量については、後に詳説する。
また、供給装置２は、測定処理部７と電気的に接続されており、測定処理部７からの指令に基づいて、予混合ガスＧにおける燃料と酸化剤との割合を調節可能とされている。
【００３０】
なお、供給装置２は、予混合ガスＧの他に、予混合ガスＧと同じ伝熱性を有する不燃ガスを管１に供給可能とされている。このようなガスとしては、例えば窒素と酸素の混合ガス等を用いることができる。
【００３１】
ヒータ３は、管１の内部流路１１における少なくとも火炎の形成領域を囲うように管１の周囲に配置されている。
なお、ヒータ３は、管１を完全に覆うように配置されているのではなく、火炎の形成領域を外部から目視可能なように配置されている。もしくは、ヒータ３は、通常時は管１を完全に覆い、観察時のみヒータ３の全部もしくは一部が移動することで火炎の形成領域を外部から目視可能なように構成されている。
そして、ヒータ３は、測定処理部７と電気的に接続されており、測定処理部７の指令に基づいて、管１が予混合ガスＧの流れ方向に予混合ガスＧの着火温度以上まで連続的に昇温されるように加熱する。
なお、ヒータ３による管１の加熱領域の長さは、本実施形態の着火温度測定装置Ｓ１にて求められる測定精度に比例して設定されている。
【００３２】
熱電対４は、管１の内部流路１１に対して出し入れ可能とされており、先端部４１にて管１の内部流路１１の温度を検出し、その検出結果を温度データとして測定処理部７に入力するものである。
なお、本実施形態の着火温度測定装置Ｓ１は、熱容量の異なる（すなわち直径の異なる）複数の熱電対４を備えている。そして、各熱電対４は、各々管１の内部流路１１に対して出し入れ可能とされている。
【００３３】
撮像装置５は、管１の内部流路１１に形成される火炎を管１の外部から撮像するものであり、管１の火炎形成領域の近傍に配置されている。そして、撮像装置５は、撮像結果を撮像データとして測定処理部７に入力する。
なお、撮像装置５は、測定処理部７に電気的に接続されており、測定処理部７の指令に基づいて、露光時間等が制御される。
【００３４】
フィルタ６は、撮像装置５と管１との間に配置されており、ＣＨラジカルに起因する発光あるいはＯＨラジカルに起因する発光（すなわち火炎特有の発光）のみを選択的に透過させるものである。
このようなフィルタ６を設置することによって、撮像装置５においてＣＨラジカルに起因する発光あるいはＯＨラジカルに起因する発光のみが選択的に撮像される。
【００３５】
測定処理部７は、熱電対４にて検出された温度データを記憶して該温度データに基づいて管１の長さ方向の温度プロファイルを取得すると共に、撮像装置５にて撮像された撮像データから管１の内部流路１１に形成された火炎の位置を検出し、該検出結果及び予混合ガスを流した場合における管１の長さ方向の温度プロファイルに基づいて予混合ガスＧの着火温度を算出するものである。
この測定処理部７は、上記温度データ、上記撮像データ、温度プロファイル、また温度プロファイルの取得や着火温度を算出に用いられる各種プログラム等を記憶する記憶部７１と、該記憶部７１に記憶されるデータやプログラムに基づいて温度プロファイルや着火温度を算出する演算処理部７２と、該演算処理部７２にて算出された着火温度に基づく情報を出力する出力部７３とを備えている。
【００３６】
そして、このような本実施形態の着火温度測定装置Ｓ１においては、熱電対４、撮像装置５、フィルタ６及び測定処理部７にて本発明の着火温度算出手段が構成されている。また、供給装置２及び測定処理部７にて本発明の供給手段が構成されている。
【００３７】
次に、上述のように構成された本実施形態の着火温度測定装置Ｓ１を用いた着火温度測定方法について説明する。
【００３８】
図２は、本実施形態における着火温度測定方法のフローチャートである。この図に示すように、本実施形態における着火温度測定方法は、温度プロファイル取得工程（ステップＳ１）と、火炎安定工程（ステップＳ２）と、着火温度算出工程（ステップＳ３）とを有している。なお、これらの工程全てにおいて、ヒータ３は、管１が予混合ガスＧの流れ方向に予混合ガスＧの想定着火温度以上まで連続的に昇温されるように加熱する。
【００３９】
温度プロファイル取得工程（ステップＳ１）は、予混合ガスＧを流した場合における管１の内部流路１１の長さ方向における温度プロファイルを取得する工程である。
本温度プロファイル取得工程では、熱電対４を管１の内部流路１１を移動させ、この熱電対４から得られた温度データが、測定処理部７の記憶部７１に一旦記憶される。その後、測定処理部７の演算処理部７２が、記憶部７１に記憶されたデータ及び温度プロファイルの取得プログラムに基づいて温度プロファイルを算出して取得し、この温度プロファイルが記憶部７１に記憶される。
【００４０】
本工程にて取得する温度プロファイルは、予供給ガスＧが管１の全長に亘って着火されなかった場合における、管１の特定の位置での温度を示すものである。
このような温度プロファイルを正確に取得するために、本実施形態の着火温度測定方法では、予供給ガスＧが管１の全長に亘って着火されない状況を擬似的に作り出すために、熱電対４にて管１の内部流路１１の温度を検出する場合に、供給装置２から、予混合ガスと同じ伝熱性を有する不燃性ガスを供給する。これによって、予供給ガスＧが管１の全長に亘って着火されない状況が擬似的に作り出され、予供給ガスＧが管１の全長に亘って着火されなかった場合における、管１の特定の位置の温度を取得することが可能となる。
なお、供給装置２から、予混合ガスと同じ伝熱性を有する不燃性ガスを供給する場合において、不燃性ガスの流量は、管１の内部流路１１における熱移動が、不燃性ガスの流速に依存されないような低流量とされる。
【００４１】
そして、管１の内部流路１１には一端部から着火温度以下の流体（予混合ガスＧあるいは不燃性ガス）が供給され、この流体がヒータ３にて加熱されることから、温度プロファイルは、図３に示すように、管１の一端部から他端部に向けて上昇する形状となる。
【００４２】
また、本温度プロファイル取得工程においては、熱容量の異なる複数の熱電対４を各々管１の内部流路１１を移動させ、これらの熱電対４の温度データから、熱電対４が管１の内部流路１１に存在しない場合の温度プロファイルを取得することが好ましい。
より詳細には、複数の熱電対４にて検出される温度データを比較することによって、熱電対４の容量と温度データとの関係を導き出す。そして、この熱電対４の容量と温度データとの関係から、熱電対４の容量が０の場合（すなわち熱電対４が内部流路１１に存在しない場合の）温度データを算出し、この温度データに基づいて温度プロファイルを取得する。
後の着火温度算出工程（ステップＳ３）においては、熱電対４が内部流路１１に存在しない状態となるため、熱電対４が管１の内部流路１１に存在しない場合の温度プロファイルを取得することによって、着火温度算出工程（ステップＳ３）における算出結果をより正確なものとすることができる。
【００４３】
次に、火炎安定工程（ステップＳ２）は、温度プロファイル取得工程（ステップＳ１）の後に行われる工程であり、管１の内部流路１１に火炎を形成すると共に、当該火炎を安定させる工程である。
【００４４】
本工程では、上記温度プロファイル取得工程（ステップＳ１）にて用いた熱電対４を管１から引き出した状態で行われ、供給装置２から燃料と酸化剤とが所定の割合（測定処理部７から指令に基づく割合）で混合された予混合ガスＧが、管１の内部流路１１に供給される。
これによって、管１の内部流路１１に供給された予混合ガスＧは、管１の内部流路１１を一端部から他端部に向かうに連れて加熱され、着火温度以上に加熱された時点で着火する。
【００４５】
予混合ガスＧが着火されることによって形成された火炎は、管１の内部流路１１における予混合ガスＧの流速が早い場合には振動する。これは、予混合ガスＧの着火と消火が短時間で繰り返されることに起因する。
一方、管１の内部流路１１における予混合ガスＧの流速が遅い場合には、連続的に燃焼状態が維持され、火炎が安定する。
そこで、本実施形態における着火温度測定方法では、まず先に管１の内部流路１１における流速が十分に早くなるような流量の予混合ガスＧを管１に供給し、その後予混合ガスＧの流量を徐々に減少させ、火炎が安定されるまで予混合ガスＧの流量を低減させる。
具体的には、撮像装置５にて火炎を撮像することで火炎の状態を確認しながら供給装置２から供給する予混合ガスＧの流量を徐々に減少させ、火炎が安定されるまで予混合ガスＧの流量を低減させる。
【００４６】
なお、火炎が安定される予混合ガスＧの流量とは、管１の内部流路１１に形成された火炎が安定しかつ火炎の形成位置が予混合ガスＧの流速に影響されない条件を満たす流量である。つまり、本実施形態における着火温度測定方法では、火炎安定工程（ステップＳ２）において、予混合ガスＧの流量を、管１の内部流路１１に形成された火炎が安定しかつ火炎の形成位置が予混合ガスＧの流速に影響されない条件を満たす流量まで低減させる。
【００４７】
ここで、図４を参照して、管１の内部流路１１における予混合ガスＧの流速に応じて、火炎の状態が変化することについて説明する。
図４は、管１の内部流路１１における予混合ガスＧの流速と、安定火炎位置、着火位置及び消火位置との関係を示したグラフである。なお、図４に示すグラフは、直径が２ｍｍの管１に対して、メタンと空気の量論比の予混合ガスＧを供給することによって得られたデータに基づくものである。
この図に示すように、予混合ガスＧの流速が速い場合（４０〜１００ｃｍ／ｓ）には、火炎は安定するが、火炎の形成位置が流速に影響されることが分かる。また、これよりも予混合ガスＧの流速が遅い場合（５〜４０ｃｍ／ｓ）には、火炎が振動することが分かる。そして、さらに予混合ガスＧの流速が遅い場合（０．２〜５ｃｍ／ｓ）には、火炎が安定すると共に火炎の形成位置が流速に影響されないことが分かる。このように、管１の内部流路１１における予混合ガスＧの流速に応じて、火炎の状態が変化する。
そして、本実施形態における着火温度測定方法の火炎安定工程（ステップＳ２）では、予混合ガスＧの流速が、火炎が安定すると共に火炎の形成位置が流速に影響されない流速となるように、予混合ガスＧの流量が設定される。
【００４８】
次に、着火温度算出工程（ステップＳ３）は、管１の内部流路１１に形成された火炎の位置を検出し、該検出結果及び予め記憶する（ステップＳ１で取得した）管１の長さ方向の温度プロファイルに基づいて予混合ガスＧの着火温度を算出する。
具体的には、火炎から発光されたＣＨ光あるいはＯＨ光が選択的にフィルタ６を透過して撮像装置５に到達することによって火炎の位置が撮像装置５によって撮像される。そして、測定処理部７がその撮像データから火炎の位置を検出し、温度プロファイルに照らし合わせることによって、管１の火炎が形成された位置の温度（すなわち予混合ガスＧの着火温度）を算出する。
【００４９】
以上のような本実施形態の着火温度測定装置及び着火温度測定方法によれば、内部流路１１が常温における消炎径よりも小さな直径とされる管１が予混合ガスＧの流れ方向に予混合ガスＧの着火温度以上まで連続的に昇温されるように加熱される。つまり、内部流路１１を常温における消炎径よりも小さな直径とされた極めて断面積が小さな管１を用いるため、管１内部である内部流路１１（すなわち予混合ガスが着火される空間）を均一に加熱することができる。
また、本実施形態の着火温度測定装置及び着火温度測定方法によれば、燃料と酸化剤とが混合された予混合ガスＧが管１に供給され、その流量は、管１の内部流路１１に形成された火炎が安定しかつ火炎の形成位置が予混合ガスＧの流速に影響されない条件を満たす流量とされる。つまり、予め燃料と酸化剤とが混合されるため、管１の内部流路１１における燃料の濃度を均一にすることができる。さらに、管１に供給される予混合ガスの流量が、管１の内部流路１１に形成された火炎が安定しかつ火炎の形成位置が予混合ガスＧの流速に影響されない条件を満たすような低流量とされるため、火炎が予混合ガスＧの流速（伝達速度）に依存せずに安定して形成される。このため、管１の内部流路１１における火炎が形成される位置を、予混合ガスＧの流速に依存しない安定した位置とすることができる。
そして、本実施形態の着火温度測定装置及び着火温度測定方法によれば、管１の内部流路１１に形成された火炎の位置が検出され、この検出結果と予め記憶される予混合ガスＧを流した場合における管１の長さ方向の温度プロファイルに基づいて予混合ガスＧの着火温度が算出される。
このような本実施形態の着火温度測定装置及び着火温度測定方法によれば、管１内部である内部流路１１（すなわち予混合ガスが着火される空間）が均一に加熱され、管１の内部流路１１における燃料の濃度が均一化され、さらに管１の内部流路１１における火炎が形成される位置を、予混合ガスの流速に依存しない安定した位置とすることができる。したがって、予混合ガスの着火温度を正確に測定することができ、さらにはＡＳＴＭ法と比較して、燃料の正確な着火温度を測定することが可能となる。
【００５０】
また、本実施形態の着火温度測定装置を、減圧環境あるいは高圧環境に配置することによって、減圧環境あるいは高圧環境における燃料の正確な着火温度を測定することも可能である。
【００５１】
また、本実施形態の着火温度測定装置及び着火温度測定方法においては、火炎の位置を直接撮像することによって検出する。
このため、火炎の存在を直接確認することが可能となり、より正確に火炎の位置を検出することが可能となる。
【００５２】
また、本実施形態の着火温度測定装置及び着火温度測定方法においては、ＣＨラジカルに起因する発光あるいはＯＨラジカルに起因する発光を選択的に撮像する。
このため、散乱光等の外乱に影響されることなく、確実に火炎を撮像することができ、より正確に火炎の位置を検出することが可能となる。
【００５３】
また、本実施形態の着火温度測定装置及び着火温度測定方法においては、管１の長さ方向に移動される熱電対４によって検出された温度データに基づいて温度プロファイルを取得する。
このため、管１の内部流路１１の温度を直接検出することができ、正確な温度プロファイルを取得することが可能となる。
【００５４】
また、本実施形態の着火温度測定装置及び着火温度測定方法においては、さらに、熱容量の異なる複数の熱電対４を各々管１の長さ方向に移動させることによって検出された温度データに基づいて温度プロファイルを取得する。
このため、熱電対４が管１の内部流路１１に存在しない場合の温度プロファイルを取得することが可能となり、より正確な着火温度を測定することが可能となる。
【００５５】
また、本実施形態の着火温度測定装置及び着火温度測定方法においては、管１が石英ガラスにて形成されている。
このため、外部から火炎を撮像可能となると共に、火炎が管壁に衝突することによって失活することを防止することができる。
【００５６】
なお、上述のように、管１の加熱領域が求められる着火温度の測定精度に比例した長さを有することが好ましい。
これは、管１の加熱領域が長くなることによって、図３にて示した温度プロファイルの傾斜が緩やかとなり、より正確な着火温度を測定できるためである。
【００５７】
また、本実施形態の着火温度測定装置及び着火温度測定方法においては、予混合ガスＧの供給流量を連続的に減少させ、火炎が安定化された流量を管１の内部流路１１に形成された火炎が安定しかつ火炎の形成位置が予混合ガスＧの流速に影響されない条件を満たす流量とする。
このため、予め、火炎が安定化する流量を記憶することなく、流量調節を行うことが可能となる。
【００５８】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る着火温度測定装置及び着火温度測定方法の好適な実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００５９】
例えば、上記実施形態においては、火炎の位置を撮像することによって検出する構成について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、イオンプローブ等の他の構成にて火炎の位置を検出するようにしても良い。
【００６０】
また、上記実施形態においては、フィルタを用いてＣＨラジカルに起因する発光あるいはＯＨラジカルに起因する発光を選択的に撮像装置５に到達させる構成について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、フィルタを設置しない構成も可能である。
【００６１】
また、上記実施形態においては、熱電対４によって検出した温度データに基づいて温度プロファイルを取得する構成について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばイメージインテンシファイア等の他の構成によって火炎画像を撮影しても良い。また、例えば赤外線スコープ等の他の構成によって温度プロファイルを取得しても良い。
【００６２】
また、上記実施形態においては、予混合ガスの供給流量を連続的に低減させて、火炎が安定化される流量とする構成について説明した。
しかしながら、本発明によれば、予め火炎が安定化される流量を記憶しておき、この記憶した流量の予混合ガスＧを供給するようにしても良い。
【００６３】
また、上記実施形態において、例えば管１の内部流路１１におけるガスをサンプリングする、あるいはレーザ計測による測定を行うことによって燃焼反応の途中で生成される中間生成物の濃度を取得することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の一実施形態における着火温度測定装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】本発明の一実施形態における着火温度測定装置を用いた着火温度測定方法のフローチャートである。
【図３】本発明の一実施形態における着火温度測定装置が備える管の温度プロファイルを示すグラフである。
【図４】管の内部流路における予混合ガスの流速と、安定火炎位置、着火位置及び消火位置との関係を示したグラフである。
【符号の説明】
【００６５】
Ｓ１……着火温度測定装置、１……管、１１……内部流路、２……供給装置、３……ヒータ（加熱手段）、４……熱電対、５……撮像装置、６……フィルタ、７……測定処理部、Ｇ……予混合ガス
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部流路が常温における消炎径よりも小さな直径とされる管と、
燃料と酸化剤とが混合された予混合ガスを、前記管の内部流路に形成された火炎が安定しかつ火炎の形成位置が前記予混合ガスの流速に影響されない条件を満たす流量にて前記管に供給可能な供給手段と、
前記予混合ガスの流れ方向に前記予混合ガスの着火温度以上まで連続的に昇温されるように前記管を加熱する加熱手段と、
前記管の内部流路に形成された火炎の位置を検出し、該検出結果及び予め記憶する前記予混合ガスを流した場合における前記管の長さ方向の温度プロファイルに基づいて前記予混合ガスの着火温度を算出する着火温度算出手段と
を備えることを特徴とする着火温度測定装置。
【請求項２】
前記着火温度算出手段は、前記火炎の位置を撮像する撮像装置を備え、該撮像装置にて撮像された撮像データに基づいて前記火炎の位置を検出することを特徴とする請求項１記載の着火温度測定装置。
【請求項３】
前記着火温度算出手段は、ＣＨラジカルに起因する発光あるいはＯＨラジカルに起因する発光を選択的に透過して前記撮像装置に伝達するフィルタを備えることを特徴とする請求項２記載の着火温度測定装置。
【請求項４】
前記着火温度算出手段は、前記管の温度を検出する熱電対と、該熱電対にて検出された温度データを記憶する記憶部とを備え、前記管の長さ方向に移動される前記熱電対によって検出された温度データに基づいて前記温度プロファイルを取得することを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載の着火温度測定装置。
【請求項５】
前記着火温度算出手段は、熱容量の異なる複数の前記熱電対を備え、各熱電対によって検出された温度データに基づいて前記温度プロファイルを取得することを特徴とする請求項４記載の着火温度測定装置。
【請求項６】
前記管は、少なくとも前記火炎の形成範囲が石英ガラスにて形成されていることを特徴とする請求項１〜５いずれかに記載の着火温度測定装置。
【請求項７】
前記加熱手段にて加熱される前記管の加熱領域は、求められる着火温度の測定精度に比例した長さを有することを特徴とする請求項１〜６いずれかに記載の着火温度測定装置。
【請求項８】
前記供給手段は、前記予混合ガスの供給流量を連続的に減少させ、火炎が安定化された流量を前記管の内部流路に形成された火炎が安定しかつ火炎の形成位置が前記予混合ガスの流速に影響されない条件を満たす流量とすることを特徴とする請求項１〜７いずれかに記載の着火温度測定装置。
【請求項９】
内部流路が常温における消炎径よりも小さな直径とされる管を、燃料と酸化剤とが混合された予混合ガスの流れ方向に前記予混合ガスの着火温度以上まで連続的に昇温されるように加熱すると共に、前記管に前記予混合ガスを前記管の内部流路に形成された火炎が安定しかつ火炎の形成位置が前記予混合ガスの流速に影響されない条件を満たす流量にて供給し、
前記管の内部流路に形成された火炎の位置を検出し、該検出結果及び予め記憶する前記予混合ガスを流した場合における前記管の長さ方向の温度プロファイルに基づいて前記予混合ガスの着火温度を算出する
ことを特徴とする着火温度測定方法。
【請求項１０】
前記火炎の位置を撮像することによって検出することを特徴とする請求項９記載の着火温度測定方法。
【請求項１１】
ＣＨラジカルに起因する発光あるいはＯＨラジカルに起因する発光を選択的に撮像することを特徴とする請求項１０記載の着火温度測定方法。
【請求項１２】
前記管の長さ方向に移動される熱電対によって検出された温度データに基づいて前記温度プロファイルを取得することを特徴とする請求項９〜１１いずれかに記載の着火温度測定方法。
【請求項１３】
熱容量の異なる複数の熱電対を各々前記管の長さ方向に移動させることによって検出された温度データに基づいて前記温度プロファイルを取得することを特徴とする請求項１２記載の着火温度測定方法。
【請求項１４】
前記管の少なくとも火炎の形成範囲が石英ガラスにて形成されていることを特徴とする請求項９〜１３いずれかに記載の着火温度測定方法。
【請求項１５】
前記管の加熱領域が、求められる着火温度の測定精度に比例した長さを有することを特徴とする請求項９〜１４いずれかに記載の着火温度測定方法。
【請求項１６】
前記予混合ガスの供給流量を連続的に減少させ、火炎が安定化された流量を前記管の内部流路に形成された火炎が安定しかつ火炎の形成位置が前記予混合ガスの流速に影響されない条件を満たす流量とすることを特徴とする請求項９〜１５いずれかに記載の着火温度測定方法。
【請求項１】
内部流路が常温における消炎径よりも小さな直径とされる管と、
燃料と酸化剤とが混合された予混合ガスを、前記管の内部流路に形成された火炎が安定しかつ火炎の形成位置が前記予混合ガスの流速に影響されない条件を満たす流量にて前記管に供給可能な供給手段と、
前記予混合ガスの流れ方向に前記予混合ガスの着火温度以上まで連続的に昇温されるように前記管を加熱する加熱手段と、
前記管の内部流路に形成された火炎の位置を検出し、該検出結果及び予め記憶する前記予混合ガスを流した場合における前記管の長さ方向の温度プロファイルに基づいて前記予混合ガスの着火温度を算出する着火温度算出手段と
を備えることを特徴とする着火温度測定装置。
【請求項２】
前記着火温度算出手段は、前記火炎の位置を撮像する撮像装置を備え、該撮像装置にて撮像された撮像データに基づいて前記火炎の位置を検出することを特徴とする請求項１記載の着火温度測定装置。
【請求項３】
前記着火温度算出手段は、ＣＨラジカルに起因する発光あるいはＯＨラジカルに起因する発光を選択的に透過して前記撮像装置に伝達するフィルタを備えることを特徴とする請求項２記載の着火温度測定装置。
【請求項４】
前記着火温度算出手段は、前記管の温度を検出する熱電対と、該熱電対にて検出された温度データを記憶する記憶部とを備え、前記管の長さ方向に移動される前記熱電対によって検出された温度データに基づいて前記温度プロファイルを取得することを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載の着火温度測定装置。
【請求項５】
前記着火温度算出手段は、熱容量の異なる複数の前記熱電対を備え、各熱電対によって検出された温度データに基づいて前記温度プロファイルを取得することを特徴とする請求項４記載の着火温度測定装置。
【請求項６】
前記管は、少なくとも前記火炎の形成範囲が石英ガラスにて形成されていることを特徴とする請求項１〜５いずれかに記載の着火温度測定装置。
【請求項７】
前記加熱手段にて加熱される前記管の加熱領域は、求められる着火温度の測定精度に比例した長さを有することを特徴とする請求項１〜６いずれかに記載の着火温度測定装置。
【請求項８】
前記供給手段は、前記予混合ガスの供給流量を連続的に減少させ、火炎が安定化された流量を前記管の内部流路に形成された火炎が安定しかつ火炎の形成位置が前記予混合ガスの流速に影響されない条件を満たす流量とすることを特徴とする請求項１〜７いずれかに記載の着火温度測定装置。
【請求項９】
内部流路が常温における消炎径よりも小さな直径とされる管を、燃料と酸化剤とが混合された予混合ガスの流れ方向に前記予混合ガスの着火温度以上まで連続的に昇温されるように加熱すると共に、前記管に前記予混合ガスを前記管の内部流路に形成された火炎が安定しかつ火炎の形成位置が前記予混合ガスの流速に影響されない条件を満たす流量にて供給し、
前記管の内部流路に形成された火炎の位置を検出し、該検出結果及び予め記憶する前記予混合ガスを流した場合における前記管の長さ方向の温度プロファイルに基づいて前記予混合ガスの着火温度を算出する
ことを特徴とする着火温度測定方法。
【請求項１０】
前記火炎の位置を撮像することによって検出することを特徴とする請求項９記載の着火温度測定方法。
【請求項１１】
ＣＨラジカルに起因する発光あるいはＯＨラジカルに起因する発光を選択的に撮像することを特徴とする請求項１０記載の着火温度測定方法。
【請求項１２】
前記管の長さ方向に移動される熱電対によって検出された温度データに基づいて前記温度プロファイルを取得することを特徴とする請求項９〜１１いずれかに記載の着火温度測定方法。
【請求項１３】
熱容量の異なる複数の熱電対を各々前記管の長さ方向に移動させることによって検出された温度データに基づいて前記温度プロファイルを取得することを特徴とする請求項１２記載の着火温度測定方法。
【請求項１４】
前記管の少なくとも火炎の形成範囲が石英ガラスにて形成されていることを特徴とする請求項９〜１３いずれかに記載の着火温度測定方法。
【請求項１５】
前記管の加熱領域が、求められる着火温度の測定精度に比例した長さを有することを特徴とする請求項９〜１４いずれかに記載の着火温度測定方法。
【請求項１６】
前記予混合ガスの供給流量を連続的に減少させ、火炎が安定化された流量を前記管の内部流路に形成された火炎が安定しかつ火炎の形成位置が前記予混合ガスの流速に影響されない条件を満たす流量とすることを特徴とする請求項９〜１５いずれかに記載の着火温度測定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１０−１１２８９２（Ｐ２０１０−１１２８９２Ａ）
【公開日】平成２２年５月２０日（２０１０．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２８７０９８（Ｐ２００８−２８７０９８）
【出願日】平成２０年１１月７日（２００８．１１．７）
【出願人】（５０４１５７０２４）国立大学法人東北大学 (2,297)
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年５月２０日（２０１０．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月７日（２００８．１１．７）
【出願人】（５０４１５７０２４）国立大学法人東北大学 (2,297)
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
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