特開 2024-101837 燃焼速度測定方法及び燃焼速度測定装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024101837

(43)【公開日】2024-07-30

(54)【発明の名称】燃焼速度測定方法及び燃焼速度測定装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 25/38 20060101AFI20240723BHJP

【ＦＩ】

G01N25/38

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023005993

(22)【出願日】2023-01-18

(71)【出願人】

【識別番号】000191009

【氏名又は名称】新東工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100161425

【弁理士】

【氏名又は名称】大森 鉄平

(74)【代理人】

【識別番号】100190470

【弁理士】

【氏名又は名称】谷澤 恵美

(72)【発明者】

【氏名】高柳 圭佑

(72)【発明者】

【氏名】畑 篤史

【テーマコード（参考）】

2G040

【Ｆターム（参考）】

2G040AB12

2G040BA15

2G040BA29

2G040CA02

2G040CA12

2G040CA23

2G040DA06

2G040DA12

2G040DA15

2G040EA03

2G040HA02

2G040HA16

(57)【要約】

【課題】二次元の燃え広がりを測定することができる燃焼速度測定方法及び燃焼速度測定装置を提供する。
【解決手段】燃焼速度測定方法は、粉状又は粒状の試料の燃焼速度を測定する方法であって、試料皿上に平面状に配置された試料に着火する工程Ｓ６と、サーモカメラにより試料の温度分布を示す画像を取得する工程Ｓ５と、画像に基づき、試料の燃焼面積に対応する値の増加速度を燃焼速度として算出する工程Ｓ７と、を含む。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

粉状又は粒状の試料の燃焼速度を測定する方法であって、
試料皿上に平面状に配置された前記試料に着火する工程と、
サーモカメラにより前記試料の温度分布を示す画像を取得する工程と、
前記画像に基づき、前記試料の燃焼面積に対応する値の増加速度を前記燃焼速度として算出する工程と、を含む、
燃焼速度測定方法。

【請求項2】

前記算出する工程は、前記画像を予め設定された温度により二値化処理し、前記試料の燃焼領域を判定する工程を含む、
請求項１に記載の燃焼速度測定方法。

【請求項3】

前記試料の上面に風を流した状態で前記試料の前記燃焼速度を測定する方法であって、
前記試料の上面に予め設定された風速で風を流す工程を更に含む、
請求項１に記載の燃焼速度測定方法。

【請求項4】

前記着火する工程では、前記試料の中央部に着火する、
請求項１に記載の燃焼速度測定方法。

【請求項5】

前記試料の種類と前記燃焼速度とを対応付けてデータベースに記憶する工程を更に含む、
請求項１に記載の燃焼速度測定方法。

【請求項6】

前記データベースに基づき、前記試料の燃焼の危険性を評価する工程を更に含む、
請求項５に記載の燃焼速度測定方法。

【請求項7】

粉状又は粒状の試料の燃焼速度を測定する装置であって、
前記試料が平面状に配置される試料皿と、
前記試料に着火する着火部と、
前記試料の温度分布を示す画像を取得するサーモカメラと、
前記画像に基づき、前記試料の燃焼面積に対応する値の増加速度を前記燃焼速度として算出する制御部と、を備える、
燃焼速度測定装置。

【請求項8】

前記試料の上面に風を流した状態で前記試料の前記燃焼速度を測定する装置であって、
前記試料の上面に予め設定された風速で風を流す送風ユニットを更に備える、
請求項７に記載の燃焼速度測定装置。

【請求項9】

前記送風ユニットは、
前記試料皿を収容する内部空間を有する測定ボックスと、
前記内部空間を排気する排気装置と、を含み、
前記測定ボックスは、
前記試料皿が配置された底部と、
前記排気装置と接続される排気口が設けられた第１側部と、
前記第１側部と対向し、吸気口が設けられた第２側部と、を有している、
請求項８に記載の燃焼速度測定装置。

【請求項10】

前記サーモカメラの位置を調整する移動機構を更に備える、
請求項７に記載の燃焼速度測定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、燃焼速度測定方法及び燃焼速度測定装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、三角柱の成形試料が所定長さ燃焼するのにかかった時間を計測し、燃焼速度を得る燃焼速度測定方法が記載されている。特許文献２には、微粉炭やバイオマス燃料を燃焼する火炎の温度分布を測定する温度分布測定方法が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００２－２７７４５４号公報

【特許文献2】特開２０２１－３９０６５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

例えば集塵ダクト内に付着した粉塵は、二次元に燃え広がる。このような集塵ダクトの燃焼の危険性を正確に評価するには、粉塵の二次元の燃え広がりを測定する必要がある。

【0005】

本開示は、二次元の燃え広がりを測定することができる燃焼速度測定方法及び燃焼速度測定装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の一態様に係る燃焼速度測定方法は、粉状又は粒状の試料の燃焼速度を測定する方法であって、試料皿上に平面状に配置された試料に着火する工程と、サーモカメラにより試料の温度分布を示す画像を取得する工程と、画像に基づき、試料の燃焼面積に対応する値の増加速度を燃焼速度として算出する工程と、を含む。

【0007】

本開示の一態様に係る燃焼速度測定装置は、粉状又は粒状の試料の燃焼速度を測定する装置であって、試料が平面状に配置される試料皿と、試料に着火する着火部と、試料の温度分布を示す画像を取得するサーモカメラと、画像に基づき、試料の燃焼面積に対応する値の増加速度を燃焼速度として算出する制御部と、を備える。

【発明の効果】

【0008】

本開示によれば、二次元の燃え広がりを測定することができる燃焼速度測定方法及び燃焼速度測定装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、実施形態に係る燃焼速度測定装置を示す側面図である。

【図2】図２は、実施形態に係る燃焼速度測定装置を示す平面図である。

【図3】図３は、測定ボックスを示す斜視図である。

【図4】図４は、移動機構を説明するための一部拡大斜視図である。

【図5】図５は、実施形態に係る燃焼速度測定方法を示すフローチャートである。

【図6】図６（ａ）は、サーモカメラにより取得された画像の一例である。図６（ｂ）は、図６（ａ）の画像を二値化処理した画像である。

【図7】図７は、白色領域の面積率の時間変化の一例を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0010】

［本開示の実施形態の概要］
最初に、本開示の実施形態の概要を説明する。

【0011】

（条項１）本開示の一態様に係る燃焼速度測定方法は、粉状又は粒状の試料の燃焼速度を測定する方法であって、試料皿上に平面状に配置された試料に着火する工程と、サーモカメラにより試料の温度分布を示す画像を取得する工程と、画像に基づき、試料の燃焼面積に対応する値の増加速度を燃焼速度として算出する工程と、を含む。

【0012】

上記燃焼速度測定方法では、試料皿に平面状に配置された試料の温度分布を示す画像に基づき、試料の燃焼面積に対応する値の増加速度を燃焼速度として算出するので、試料の二次元の燃え広がりを測定することができる。

【0013】

（条項２）上記条項１に記載の燃焼速度測定方法において、算出する工程は、画像を予め設定された温度により二値化処理し、試料の燃焼領域を判定する工程を含んでもよい。この場合、試料の燃焼領域を画像から容易に判定することができる。

【0014】

（条項３）上記条項１又は２に記載の燃焼速度測定方法は、試料の上面に風を流した状態で試料の燃焼速度を測定する方法であって、試料の上面に予め設定された風速で風を流す工程を更に含んでもよい。この場合、実際の環境に近い条件で試料の二次元の燃え広がりを測定することができる。

【0015】

（条項４）上記条項１～３のいずれか一項に記載の燃焼速度測定方法において、着火する工程では、試料の中央部に着火してもよい。この場合、燃焼の広がりを二次元方向に進めることができる。

【0016】

（条項５）上記条項１～４のいずれか一項に記載の燃焼速度測定方法は、試料の種類と燃焼速度とを対応付けてデータベースに記憶する工程を更に含んでもよい。この場合、データベースによれば、複数の試料の燃焼速度を相対的に比較することができる。

【0017】

（条項６）上記条項５に記載の燃焼速度測定方法は、データベースに基づき、試料の燃焼の危険性を評価する工程と、を更に含んでもよい。この場合、複数の試料の燃焼速度を相対的に比較することにより、試料の燃焼のしやすさ、すなわち、燃焼の危険性を相対的に知ることができる。

【0018】

（条項７）本開示の一態様に係る燃焼速度測定装置は、粉状又は粒状の試料の燃焼速度を測定する装置であって、試料が平面状に配置される試料皿と、試料に着火する着火部と、試料の温度分布を示す画像を取得するサーモカメラと、画像に基づき、試料の燃焼面積に対応する値の増加速度を燃焼速度として算出する制御部と、を備える。

【0019】

上記燃焼速度測定装置では、試料皿に平面状に配置された試料の温度分布を示す画像に基づき、試料の燃焼面積に対応する値の増加速度を燃焼速度として算出するので、試料の二次元の燃え広がりを測定することができる。

【0020】

（条項８）上記条項７に記載の燃焼速度測定装置は、試料の上面に風を流した状態で試料の燃焼速度を測定する装置であって、試料の上面に予め設定された風速で風を流す送風ユニットを更に備えてもよい。この場合、実際の環境に近い条件で試料の燃焼速度を測定することができる。

【0021】

（条項９）上記条項８に記載の燃焼速度測定装置において、送風ユニットは、試料皿を収容する内部空間を有する測定ボックスと、内部空間を排気する排気装置と、を含み、測定ボックスは、試料皿が配置された底部と、排気装置と接続される排気口が設けられた第１側部と、第１側部と対向し、吸気口が設けられた第２側部と、を有していてもよい。この場合、排気装置が内部空間を排気することにより、吸気口から排気口に向かって試料の上面に風を流すことができる。

【0022】

（条項１０）上記条項７～９のいずれか一項に記載の燃焼速度測定装置は、サーモカメラの位置を調整する移動機構を更に備えてもよい。この場合、試料の配置に合わせてサーモカメラの位置を容易に調整することができる。

【0023】

［本開示の実施形態の例示］
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

【0024】

図１～図４を参照して、実施形態に係る燃焼速度測定装置１について説明する。図１は、実施形態に係る燃焼速度測定装置を示す側面図である。図２は、実施形態に係る燃焼速度測定装置を示す平面図である。図１及び図２に示される燃焼速度測定装置１は、粉状又は粒状の試料の燃焼速度を定量的に測定する装置である。燃焼速度測定装置１は、試料の上面に風を流した状態で試料の燃焼速度を測定する装置である。燃焼速度測定装置１では、風の影響を考慮した燃焼速度が測定される。風の影響としては、試料に空気が供給されることにより、空気に含まれる酸素が燃焼を促進することや、風向が生じることにより、燃え広がりの方向性が変化することなどがある。

【0025】

燃焼速度測定装置１は、測定ボックス２と、試料皿３と、着火部４と、ストッパー５と、サーモカメラ（サーモグラフィカメラ）６と、移動機構７と、排気装置８と、測定用ＰＣ（パーソナル・コンピュータ）９とを備える。図１では、測定ボックス２の内部を示すため、側板１６（図２及び図３参照）の図示が省略されている。

【0026】

図３は、測定ボックスを示す斜視図である。測定ボックス２は、箱型に形成され、試料皿３を収容する内部空間Ｓを有している。測定ボックス２は、鉄材等の耐熱性や耐火性を有する材料により形成されている。測定ボックス２は、底部１１と、天板１２と、複数（ここでは６）の側板１３，１４，１５，１６，１７，１８と、を有する。

【0027】

底部１１及び天板１２は、ｚ軸方向において互いに対向している。複数の側板１３，１４，１５，１６，１７，１８は、底部１１と天板１２とを接続するようにｚ軸方向に延在している。側板１３，１４は、ｘ軸方向において互いに対向している。側板１５，１６は、ｙ軸方向において互いに対向している。ｘ軸方向、ｙ軸方向、及び、ｚ軸方向は、互いに直交している。ｘ軸方向及びｙ軸方向は、水平方向である。ｚ軸方向は、鉛直方向である。以下では、測定ボックス２において、底部１１が設けられる方向を下方、天板１２が設けられる方向を上方とも言う。

【0028】

底部１１及び天板１２は、ｚ軸方向から見て、矩形の隣り合う２つの角部を落としたような六角形状を有している。底部１１の上面１１ａには、試料皿３が配置される。上面１１ａには、試料皿３の位置を位置決めする窪み（不図示）が設けられている。天板１２は、固定部１９と、可動部２０とを含む。固定部１９は、六角形状の板であり、側板１６，１７，１８の上端、側板１３の側板１７寄りの部分の上端、及び、側板１４の側板１８寄りの部分の上端と接する位置に固定されている。

【0029】

可動部２０は、矩形板であり、側板１５の上端、及び、側板１３，１４の側板１５寄りの部分の上端と接するように設けられている。可動部２０の一辺は、固定部１９に取り付けられている。可動部２０は、固定部１９に取り付けられた一辺を回転軸として回転可能に設けられている。可動部２０は、内部空間Ｓを開閉する蓋部材として機能している。可動部２０を回転移動させてできる開口を通じて、内部空間Ｓに試料皿３を入れたり、内部空間Ｓから試料皿３を取り出したりすることができる。可動部２０には、矩形状の開口２１が設けられている。開口２１は、サーモカメラ６と測定用ＰＣとを接続する配線を通すために設けられている。開口２１は、サーモカメラ６の位置に合わせて、可動部２０のｘ軸方向の中央部に設けられている。開口２１は、固定部１９に取り付けられている可動部２０の一辺まで至っている。

【0030】

複数の側板１３，１４，１５，１６，１７，１８は、いずれも矩形板である。側板１３の中央部には、着火部４を挿通させる円形状の挿入孔２２が設けられている。側板１５には、排気装置８と接続される円形状の排気口２３が設けられている。排気口２３は、内部空間Ｓのｚ軸方向の中央部に配置されている。ｙ軸方向から見て、排気口２３は、試料皿３の上方、かつ、サーモカメラ６の下方に位置している。

【0031】

側板１６には、矩形状の吸気口２４が設けられている。ｙ軸方向から見て、吸気口２４は、試料皿３の上面と重なっている。ｙ軸方向から見て、吸気口２４の下端は、底部１１の上面と一致し、吸気口２４の上端は、試料皿３の上面よりもわずかに高い。吸気口２４のｚ軸方向の長さは、試料皿３のｚ軸方向の長さよりもわずかに長い。吸気口２４のｘ軸方向の長さは、試料皿３のｘ軸方向の長さよりも長い。本実施形態では、吸気口２４は、側板１６のｘ軸方向の全体にわたって形成されているので、側板１６は、ｚ軸方向において互いに離間する二つの板材に分割されているとも言える。

【0032】

側板１６のｘ軸方向の長さは、側板１５のｘ軸方向の長さよりも長い。側板１６のｘ軸方向の中央部は、側板１５とｙ軸方向において対向している。側板１７は、ｚ軸方向から見て、ｘ軸方向及びｙ軸方向に対して傾斜する方向に延在し、側板１３と側板１５とを接続している。側板１８は、ｚ軸方向から見て、ｘ軸方向及びｙ軸方向に対して傾斜する方向に延在し、側板１４と側板１５とを接続している。ｘ軸方向における側板１７と側板１８との間の間隔は、側板１５に近づくほど短くなっている。つまり、ｚ軸方向から見て、内部空間Ｓの側板１５寄りの部分は、先窄まりのテーパー形状を有している。

【0033】

試料皿３には、粉状又は粒状の試料（不図示）が平面状に広げて配置される円形状の器である。試料皿３は、ステンレスや琺瑯等の耐熱性や耐火性を有する材料により形成されている。試料皿３の内径は、一例として、９０ｍｍである。試料皿３の深さは、例えば、１５ｍｍ以上であり、一例として、１７ｍｍである。試料皿３の深さが不十分な場合、試料の熱が試料皿３を通じて底部１１に伝わりやすく、試料の温度をサーモカメラ６により正確に測定することができない。

【0034】

着火部４は、例えば、ガス式のライターであり、試料皿３の試料に非接触で着火する。着火部４は、トーチ状であり、着火部４の先端は、挿入孔２２から内部空間Ｓに挿入され、試料皿３の上方に位置している。着火部４は、試料の上面の中央部に着火する。

【0035】

ストッパー５は、着火部４が内部空間Ｓに挿入される長さを設定するための部材である。ストッパー５は、着火部４のトーチ部分の途中に取り付けられている。ストッパー５は、例えば、挿入孔２２を通過できない形状を有している。よって、ストッパー５が取り付けられる位置により、着火部４が内部空間Ｓに挿入される長さが設定される。ストッパー５によれば、着火部４の先端を容易に位置決めすることができる。

【0036】

サーモカメラ６は、試料の温度分布を示す画像（サーモグラフィ画像）を取得する。サーモカメラ６は、例えば、動画として画像を連続的に取得してもよいし、所定時間毎に画像を取得してもよい。サーモカメラ６は、取得した画像を測定用ＰＣ９に送信する。サーモカメラ６は、試料皿３の上方に配置されている。サーモカメラ６は、移動機構７に取り付けられている。

【0037】

図４は、移動機構を説明するための一部拡大斜視図である。図４では、側板１６（図２及び図３参照）の図示が省略されている。移動機構７は、サーモカメラ６の位置を調整する。移動機構７は、第１軸部材７ａ、第２軸部材７ｂ、第１取付部材７ｃ、及び、第２取付部材７ｄを含んでいる。第１軸部材７ａは、水平方向（ｘ軸方向及びｙ軸方向）に延びている。第１軸部材７ａは、図４の例では、ｙ軸方向に延びている。第２軸部材７ｂは、鉛直方向（ｚ軸方向）に延びている。第２軸部材７ｂの一端部は、例えば、ボルト（不図示）により固定部１９に取り付けられている。第１軸部材７ａ及び第２軸部材７ｂには、例えば、目盛りが設けられている。

【0038】

第１取付部材７ｃは、第１軸部材７ａを把持することにより、第１軸部材７ａに取り付けられている。第１取付部材７ｃには、サーモカメラ６が固定されている。サーモカメラ６は、第１取付部材７ｃにより第１軸部材７ａに取り付けられている。図４の例では、第１取付部材７ｃは、第１軸部材７ａの一端部に取り付けられている。第１取付部材７ｃの取り付け位置を変更することで、サーモカメラ６を第１軸部材７ａに沿って、水平方向に移動させることができる。

【0039】

第２取付部材７ｄは、第１軸部材７ａ及び第２軸部材７ｂをそれぞれ把持することにより、第１軸部材７ａ及び第２軸部材７ｂに取り付けられている。第２取付部材７ｄの第１軸部材７ａに対する取り付け位置を変更することにより、サーモカメラ６を第１軸部材７ａに沿って水平方向に移動させることができる。第２取付部材７ｄの第２軸部材７ｂに対する取り付け位置を変更することにより、サーモカメラ６を第２軸部材７ｂに沿って鉛直方向に移動させることができる。第２取付部材７ｄの第２軸部材７ｂに対する取り付け角度を変更することにより、第２軸部材７ｂを中心軸としてサーモカメラ６を回転させることができる。

【0040】

排気装置８は、排気口２３に接続され、内部空間Ｓを排気する。排気装置８は、例えば、吸引ファンであり、ボルト（不図示）により側板１５の外面に取り付けられている。排気装置８が内部空間Ｓの排気を行うと、外部の空気が吸気口２４を通じて内部空間Ｓに取り込まれる。これにより、内部空間Ｓでは、吸気口２４から排気口２３に向かって試料の上面を風が流れる。

【0041】

上述のように、ｙ軸方向から見て、吸気口２４は、試料皿３の上面と重なっているので、試料の上面に確実に風を流すことができる。吸気口２４は、矩形状であり、吸気口２４のｘ軸方向の長さは、試料皿３のｘ軸方向の長さよりも長い。よって、試料皿３の上面に平行な風を流すことができる。排気口２３は、試料皿３の上方に位置しているので、粉塵が排気口２３から排出されることが抑制される。試料の上面を流れる風の風速は、排気装置８の排気速度（吸引風量）により調整可能である。排気装置８は、測定ボックス２と共に、試料の上面に予め設定された一定の風速で風を流す送風ユニット１０を構成している。

【0042】

例えば、集塵ダクト内を風が流れている場合、堆積粉塵の表面を風が流れる。送風ユニット１０によれば、この状況を再現することができる。送風ユニット１０は、試料の上面を流れる風の風速を変更可能に構成されているので、実可動状況により近い状況で燃焼速度を測定することができる。

【0043】

制御部９ａは、サーモカメラ６と電気的に接続され、サーモカメラ６から画像を受信する。制御部９ａは、サーモカメラ６の画像に基づき、試料の燃焼面積に対応する値の増加速度を燃焼速度として算出する。一例として、横軸を時間、縦軸を燃焼面積に対応する値としたグラフの傾きを、燃焼開始時点から、燃焼面積に対応する値がピーク値を示す時点までの間における線形近似直線の傾きとして求め、燃焼速度とする。また、燃焼面積（高温領域の面積）に対応する値がピーク値に達してから所定の値（例えば、ピーク値の半分）に減少するまでの燃焼持続時間によって燃焼の持続性を判断する。制御部９ａは、試料の燃焼速度及び燃焼持続時間を、試料の種類を示す情報と共にデータベース９ｂに送信する。試料は、例えば、材料や形状によって種類分けされる。制御部９ａは、データベース９ｂに基づき、試料の燃焼の危険性を評価する。例えば、予め作成した評価基準によって、燃焼速度から粉塵の燃えやすさ、すなわち、燃焼の危険性を評価すると共に、燃焼持続時間から燃焼の持続性を評価する。

【0044】

測定用ＰＣ９は、制御部９ａ及びデータベース９ｂを含む。制御部９ａは、例えばＰＬＣ（Programmable Logic Controller）として構成される。制御部９ａは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などのプロセッサと、ＲＡＭ（Random Access Memory）及びＲＯＭ（Read Only Memory）などのメモリと、タッチパネル、マウス、キーボード、ディスプレイなどの入出力装置と、ネットワークカードなどの通信装置とを含むコンピュータシステムとして構成されてもよい。制御部９ａは、メモリに記憶されているコンピュータプログラムに基づくプロセッサの制御のもとで各ハードウェアを動作させることにより、制御部９ａの機能を実現する。データベース９ｂは、制御部９ａと電気的に接続されている。データベース９ｂは、試料の燃焼速度を試料の種類と対応付けて記憶する。データベース９ｂは、外部のサーバにより構成されていてもよい。

【0045】

図５～図７を更に参照して、実施形態に係る燃焼速度測定方法について説明する。燃焼速度測定方法は、粉状又は粒状の試料の燃焼速度を定量的に測定する方法である。燃焼速度測定方法は、試料の上面に風を流した状態で試料の促進された燃焼速度を測定する方法である。燃焼速度測定方法は、燃焼速度測定装置１を用いて行われる。図５に示されるように、燃焼速度測定方法は、工程Ｓ１から工程Ｓ９を含む。工程Ｓ１から工程Ｓ９は、例えば、この順に行われる。

【0046】

工程Ｓ１は、試料を準備する工程である。工程Ｓ１では、試料として、例えば、篩にかけた粉塵を試料皿３に擦切りいっぱいに詰める。これにより、試料が試料皿３上に平面状に広げて配置される。試料の上面の高さ位置は、試料皿３の上端の高さ位置と一致している。圧縮により粉塵の密度が高まると、粉塵の内部に酸素が入りにくくなるので、粉塵が燃えにくくなる。粉塵を篩にかけることにより、粉塵の密度を実際の堆積粉塵の密度に近づけることができる。

【0047】

工程Ｓ２は、試料が配置された試料皿３を測定ボックス２の内部空間Ｓに配置する工程である。試料皿３は、例えば、可動部２０を回転移動させてできる開口を通じて、内部空間Ｓに配置される。試料皿３は、底部１１の上面１１ａの所定位置に設置される。

【0048】

工程Ｓ３は、サーモカメラ６の位置を調整する工程である。サーモカメラ６の位置は、移動機構７により調整される。サーモカメラ６は、試料皿３上に配置される試料の上面全体の温度分布を測定可能な位置に配置される。工程Ｓ３は、少なくとも工程Ｓ６の前に行われればよく、例えば、工程Ｓ４や工程Ｓ５の後に行われてもよい。例えば、複数の試料の燃焼速度を続けて測定する場合のように、サーモカメラ６の位置を調整する必要がなければ、工程Ｓ３は省略されてもよい。

【0049】

工程Ｓ４は、試料の上面に予め設定された一定の風速で風を流す工程である。工程Ｓ４では、排気口２３に接続された排気装置８により、内部空間Ｓの排気を開始する。これにより、吸気口２４から内部空間Ｓに空気が流入し、試料の上面に風が流れる。風速は、排気速度を調整することにより調整可能である。風速は、例えば、実際の集塵ダクトを流れる風の風速に合わせて設定される。

【0050】

工程Ｓ５は、サーモカメラ６により、試料の温度分布を示す画像を取得する工程である。ここでは、サーモカメラ６による画像の取得が開始される。取得された画像は、測定用ＰＣ９に送信される。工程Ｓ５は、測定用ＰＣ９の測定プログラムにより実施される。測定プログラムは、制御部９ａにより実行される。工程Ｓ５は、工程Ｓ４の前に行われてもよいし、同時に行われてもよい。

【0051】

工程Ｓ６は、試料皿３上に平面状に広げて配置された試料に着火部４により着火する工程である。工程Ｓ６では、試料の上面の中央部に着火される。着火部４による着火は、予め設定された着火時間で行われる。着火時間は、例えば、３秒以上１０秒以下である。工程Ｓ６は、例えば、排気装置８による排気、及び、サーモカメラ６による撮像が行われている状態で実行される。つまり、工程Ｓ６は、工程Ｓ４及び工程Ｓ５の開始と同時か、工程Ｓ４及び工程Ｓ５の開始後に実行される。着火部４は、工程Ｓ６の終了後に内部空間Ｓから引き抜かれる。

【0052】

工程Ｓ６の終了後も、排気装置８による排気、及び、サーモカメラ６による撮像は続けられ、風の流れる状況における試料の燃焼の広がりがサーモカメラ６により観察される。排気装置８による排気、及び、サーモカメラ６による撮像は、例えば、予め設定された測定時間経過後に終了される。測定時間は、例えば、６０秒以上３００秒以下である。

【0053】

工程Ｓ７は、制御部９ａにより、サーモカメラ６で取得された画像に基づき、試料の燃焼面積に対応する値の増加速度を燃焼速度として算出する工程である。工程Ｓ７も、測定用ＰＣ９の測定プログラムにより実施される。工程Ｓ７は、サーモカメラ６で取得された画像を予め設定された温度により二値化処理し、試料の燃焼領域を判定する工程を含む。試料の燃焼面積に対応する値とは、試料の燃焼面積と相関する値であり、例えば、試料の燃焼面積自体であってもよいし、試料の燃焼面積に比例する値であってもよい。

【0054】

図６（ａ）は、サーモカメラにより取得された画像の一例である。図６（ｂ）は、図６（ａ）の画像を二値化処理した画像である。この例では、試料として鉄粉を用いた。参考のため、図６（ａ）及び図６（ｂ）では、試料皿３の輪郭が破線で示されている。図６（ａ）では、高温ほど淡色で示され、低温ほど濃色で示されている。図６（ａ）によれば、試料の一部が燃焼し、高温となっていることがわかる。

【0055】

二値化処理とは、所定温度を境界値とし、境界値より高温の領域を白色、境界値以下の領域を黒色に変換する画像解析処理である。境界値となる所定温度は、燃焼領域の温度を予め測定して設定される。境界値となる所定温度は、例えば、６０℃である。二値化処理によれば、図６（ｂ）の画像において、白色領域を試料の燃焼領域として判定することができる。つまり、サーモカメラ６と二値化処理を組み合わせることにより、所定温度以上の領域が容易に抽出できる。抽出領域の面積は、例えば、抽出領域のピクセル数から定量的に測定することができる。

【0056】

図７は、白色領域の面積率の時間変化の一例を示すグラフである。図７の縦軸は、白色領域の面積率（％）を示す。白色領域の面積率は、画像全体の面積に対する燃焼領域の面積の割合であり、燃焼面積に比例する値である。図７の横軸は、時間（秒）を示す。測定プログラムが開始された時間を０とする。図７に示されるように、時間の経過とともに、燃焼が広がり、白色領域の面積率が増加する。

【0057】

図７の例では、５秒から８秒までの３秒間は、工程Ｓ６が実行されている時間、すなわち、着火時間である。工程Ｓ６の実行中は、着火部４の影響で白色領域が一時的に増加する。着火部４の影響を排除するため、工程Ｓ６の終了時、すなわち、着火時間の終了時を燃焼開始時点とし、工程Ｓ６終了後における白色領域の面積率の増加速度を試料の燃焼速度（％／秒）として算出する。例えば、上述のように、工程Ｓ６終了後におけるグラフの線形近似直線を求め、線形近似直線の傾きを燃焼速度としてもよい。工程Ｓ７は、上述の燃焼持続時間を算出する工程を含んでもよい。

【0058】

工程Ｓ８は、試料の種類と燃焼速度とを対応付けてデータベース９ｂに記憶する工程である。工程Ｓ８も、測定用ＰＣ９の測定プログラムにより実施される。工程Ｓ８は、更に、試料の種類と燃焼持続時間とを対応付けてデータベース９ｂに記憶してもよい。工程Ｓ９は、データベース９ｂに基づき、試料の燃焼の危険性を評価する工程である。燃焼の危険性は、燃焼速度と燃焼持続時間により総合的に評価されてもよい。

【0059】

以上説明したように、実施形態に係る燃焼速度測定装置１及び燃焼速度測定方法では、試料皿３上に平面状に広げて配置された試料の温度分布を示す画像に基づき、制御部９ａが、試料の燃焼領域の面積率の増加速度を燃焼速度として算出する。よって、粉塵が平面状に堆積しているような実際の現場に近い状況で、試料の二次元の燃え広がりを測定することができる。

【0060】

工程Ｓ７では、制御部９ａが画像を予め設定された温度により二値化処理し、試料の燃焼領域を判定する。よって、試料の燃焼領域を画像から容易に判定することができる。工程Ｓ６では、着火部４が試料の上面の中央部に着火するので、燃焼の広がりを二次元方向に進めることができる。堆積粉塵に着火源が近づいた場合の燃焼速度を、実可動状況に近い状況で確認できる。

【0061】

工程Ｓ４では、排気装置８により内部空間Ｓを排気し、試料の上面に予め設定された風速で風を流す。このため、集塵機等のダクト内部のように、外部から風が吹き込んでいるような実際の現場に近い状況で、試料の二次元の燃え広がりを測定することができる。このように、周囲環境による影響を加味して燃焼速度を求めるので、周囲環境による影響を排除する測定方法に比べて、現実に即した燃焼速度を求めることができる。

【0062】

工程Ｓ８では、データベース９ｂにより、試料の種類と燃焼速度とを対応付けて記憶する。データベース９ｂによれば、複数の試料の燃焼速度を相対的に比較することができる。工程Ｓ９では、複数の試料の燃焼速度を相対的に比較することにより、試料の燃焼の危険性を相対的に知ることができる。つまり、複数の試料の燃焼速度を燃焼の危険性の評価指標とすることができる。

【0063】

試料は、測定ボックス２の内部空間Ｓに配置されるので、測定条件を設定しやすく、測定結果が外の環境に影響されにくい。ｚ軸方向から見て、内部空間Ｓは、側板１５の両端の角部を落としたような形状を有し、側板１５寄りの部分において、側板１５に近づくほど狭くなっている。これにより、吸気口２４から流入した空気が角部に滞留することなく、スムーズに排気口２３から排出される。

【0064】

本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。

【符号の説明】

【0065】

１…燃焼速度測定装置、２…測定ボックス、３…試料皿、４…着火部、６…サーモカメラ、７…移動機構、８…排気装置、９…測定用ＰＣ、９ａ…制御部、９ｂ…データベース、１０…送風ユニット、１１…底部、１１ａ…上面、１５…側板（第１側部）、１６…側板（第２側部）、２３…排気口、２４…吸気口、Ｓ…内部空間。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】