こんにちは、この記事へようこそ。この記事では、燃焼科学の分野で重要な概念である「自己着火」について説明します。
この記事では、紙、ディーゼル、エタノール、水素、アビガスなどのさまざまな物質の定義、自己発火温度など、自己発火のさまざまな側面について説明します。
また、引火点、発火点、自己発火温度の違いと、圧力が自己発火温度に与える影響についても説明します。
この記事の終わりまでに、自己発火とその影響について包括的に理解できるようになります。それでは、始めましょう！
自動点火とは何ですか?
正式な定義は次のとおりです。
内燃機関の燃焼室内の混合気の一部または全部の自然発火。自然発火ともいう。
自己発火とは、物質が外部からの助けなしに、自然に燃え始めることです。物質内部の熱により、自然に発火します。
自己発火温度とは何ですか?
自然発火温度は、通常の大気中で物質が燃焼し始める最低温度です。この温度は、圧力、酸素濃度、空気に対する燃料の量などの影響を受けます。物質が自然に燃え始める温度は、物質の種類と構成に依存することを覚えておくことが重要です。
内燃機関の自己着火
内燃エンジンは、圧縮熱だけで、またはこの熱が燃料噴射と組み合わされると自己着火する可能性があります。自己着火は自然発火とも呼ばれ、エンジンの燃焼室内で発生する可能性があります。
可燃性物質を扱う場合、自己発火温度は、火災や爆発のリスクを判断する上で重要な要素です。外部からの火花や炎がなくても、通常の大気中で物質が自然に発火する可能性を計算するために使用されます。
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さまざまな物質の自己発火温度
木：
木材が自然に燃え始める温度は約 482°F (250°C) です。700°F (371°C) ではすぐに発火しますが、450°F (232°C) から 500°F (260°C) の間では数分かかります。
直火を開始するために必要な最小熱流束では、表面温度は 300 ～ 365°C (572 ～ 689°F) です。
Avgas（航空ガソリン）：
自然に燃え始める温度は 280°C (536°F) です。Avgas は、航空機エンジン用に作られたガソリンの一種です。
引火点は-43°C (-45°F)です。それは灯油のようなもので、280°C (536°F) の温度で自然に燃焼し始めます。
http://large.stanford.edu/courses/2014/ph240/ukropina2
エタノール：
エタノールの自己発火温度は 365°C (689°F) で、ジエチル エーテル (160°C または 320°F) よりも低く、ガソリン (247-280°C または 477-536°F) よりも高くなります。 ）。
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6266291
水素：
水素が自然に燃焼し始める温度は 535°C (995°F) です。
https://en.wikipedia.org/wiki/Autoignition_temperature
エチレンオキシド：
エチレンオキシドが自然に燃焼し始める温度は 429°C (804.2°F) です。しかし、錆がある場合は、140°C (284°F) まで下がる可能性があります。
51.3°F (10.7°C) を超える温度では、エチレンオキシドは無色のガスであり、自然に発火する可能性があります。
https://www.petrochemistry.eu/wp-content/uploads/2018/01/Guidelines_EO_2013_UK_v6-final.pdf
ディーゼル：
自然発火点: 約 210°C。
鋼：
自然発火点: 約 1315°C (2399°F)。
紙：
自然発火点：約218～248℃。
紙の火が始まると、中心部の熱は最大 815°C に達することがあります。
その他のガス:
- メタン：580℃
- プロパン：493℃
- エチレン：425℃
- アセチレン：305℃
- ナフサ：290℃
- 二硫化炭素：102℃
自動発火、引火点、発火点の違いを見分ける方法
要約すると、引火点、発火点、および自然発火温度はすべて、物質の可燃性に関連していますが、各用語は、熱や火にさらされたときに物質がどのように作用するかの異なる側面を指しています.
自動着火
自然発火とは、外部から火花やその他の発火源がなくても、可燃性物質が自然に燃焼し始める最低温度です。
これは、材料の温度が自己発火温度に達したときに発生し、それが可燃性ガスに変わり、自然に燃焼し始めます。
引火点
一方、引火点は、発火する可能性のある液体が発火源と接触したときに発火するのに十分な蒸気を放出する最低温度です。
可燃性液体ごとに、火を持続させるために必要な空気中の蒸気の量は異なります。引火点温度は、可燃性液体が着火源の近くにあるときに発火する最低温度を示します。
引火点と自己発火点:
引火点と自己発火点は、物質がどれだけ簡単に発火するかを測定するための 2 つの重要な方法です。
どちらの用語も何かが燃え始める温度を指しますが、プロセスの異なる部分について語っています。
引火点は物質が外部から発火する温度であり、自然発火点は物質自体が発火する温度です。
ファイアポイント
引火点とは、可燃性液体の蒸気が発火した後も燃え続ける温度です。
引火点温度よりも高く、物質が発火した後も燃え続ける最低温度を示します。
Expeltec は、いくつかの違いを視覚的に説明するための非常に優れたインフォグラフィックを作成しました。
https://expeltec.com/5-terminology/flash-point-auto-ignition-temperature/
自然発火とその他のプロセス
自然発火は、開始するために外部のエネルギー源を必要としないため、自己着火とは異なります。
自然発火温度とは、物質が通常の大気中で外部からの火花がなくても発火する最低温度です。
自動点火と自動露出も異なるプロセスです。自動露出とは、複数の階がある建物で火災がフロア間で広がることであり、自己発火とは、可燃性物質が自然に燃え始める最低温度です。
自着火に対する燃料抵抗の測定
オクタン価
要するに、オクタン価は、燃料が爆発と過早着火にどれだけ抵抗できるかの尺度であり、それはまた、燃料が自然に始動するのにどれだけ抵抗できるかを示しています.
オクタン価は、ガソリンやディーゼルなどの燃料が火花点火エンジンで自然に燃焼し始める程度を測定する標準的な方法です。
この定格は、制御された環境で燃料が自己着火する (自然に燃焼を開始する) 圧力に基づいています。
オクタン価は、リサーチ オクタン価 (RON) またはモーター オクタン価 (MON) として表記されます。
オクタン価が高いほど、燃料の自己着火に対する耐性が高くなり、SI エンジンが圧縮中にノックしたりピンと鳴ったりする可能性が低くなります。
自己着火とその特徴
クランク角度で表した自己点火遅延は、燃料噴射開始 (SOI) から燃焼開始 (SOC) (CAD) までの時間です。
着火遅れ時間（IDT）とも呼ばれ、特定の温度と圧力で燃料と空気の混合気が反応するのにかかる時間を示します。
自然発火温度
エタノールは、685°F (363°C) の温度で燃焼し始める可能性があります。これは、燃料と空気の混合物が外部からの助けなしに自然に着火する温度です。
自己発火温度を把握する 1 つの方法は、圧縮行程の終わりと自己発火イベントの開始の間の温度上昇を測定することです。
別の方法は、1-プロパノールと 2-プロパノールの自己発火温度を見つけることです。
自然発火と放射熱伝達
これは、可燃性液体が発火温度を超えて加熱され、放出された蒸気が、高温の物体や火炎からの赤外線放射などの放射にさらされたときに自己発火する場合に発生します。
点火には、パイロット点火と自動点火の 2 種類があります。可燃性物質は、パイロット点火を開始するために、火花や炎などの外部熱源を必要とします。
一方、自己着火は外部の熱源を必要としません。代わりに、素材自体のエネルギーを使用して火を起こします。
自然発火温度
物質の自己発火温度は、物質が燃焼し始める最低温度です。それは、何かが自然に燃え始める温度です。
自然発火温度の重要性を理解する
自然発火温度は、燃焼科学における重要な概念です。外部からの火花がなくても、物質が自然発火して発火する最低温度を意味します。
材料が自然に燃え始める温度は、その地域に他に何があるかなどによって変化する可能性があります。
発火する可能性のある燃料混合物に関して言えば、自己発火温度は、燃料が外部からの火花なしで自然に発火する最低温度です。
物質の自然発火温度を理解することは、火災の安全、および発火する可能性のあるものを安全に使用および保管するために重要です。
水素ガスと自己着火
水素ガスがエンジンに入れられると、自己点火の仕組みが独特の方法で変化します。その燃焼方法は、メタンのような燃料よりも自己着火温度と熱伝導率が高いという事実の影響を受けます。
自着火に対する水素の影響
水素が他の燃料と混合されると、それ自体が発火する温度が高くなるため、燃焼速度が速くなり、シリンダー内の圧力が上昇します。
しかし、水素を使用すると、安全性の問題、時期尚早の点火、逆火、電力の低下などの問題が発生する可能性もあります。
火花点火エンジンに特定の負荷がかかると、制御されていない自動点火によってエンジンがノッキングする可能性があります。
ディーゼル燃料と水素の両方を使用できるエンジンでは、水素をインテークマニホールドに入れると、ディーゼル燃料が自然に燃焼し始める可能性があります。
空気の自然発火温度
空気は燃えないので、自然に燃え始める温度はありません。ブタン、コークス、水素、石油などの燃料や化学薬品には、多くの場合、自己発火温度が指定されています。
その自己発火温度は、材料が自己発熱を開始し、火災につながる可能性がある最低温度です。
自着火圧力
水素が燃焼し始める圧力は、3.5 ～ 7 Mpa (35 ～ 70 bar) です。リリース初期圧が高く、リーディングショックが強いと自然発火しやすくなります。
火を起こすのに必要な圧力は、空気中の酸素とヘリウムの量によって異なります。
自着火に対する圧力の影響
圧力が上がると、ガスまたは蒸気の混合物が自然に燃焼し始める温度が下がります。
これは、圧力が高いほど反応が速くなり、反応が始まる温度が低くなるためです。
水素の船内貯蔵
ほとんどの車載水素貯蔵システムは、最大 700 バールの圧力で動作します。燃料補給ステーションでは、この種の貯蔵のためにさらに高い圧力が使用されます。
内部で点火されたガスは、全体が燃える前に炎が消えてしまう衝撃放電によって熱を失う可能性があります。これにより、ガス自体の発火を防ぐことができます。
原油の自然発火試験
自然発火試験は原油に対して行われ、通常の室温で自然発火する最低温度を調べます。
米国材料試験協会 (ASTM) は、原油の自然発火能力を試験するための基準を設定しました。
ASTM E659: 物質が自然に燃え始める温度
ASTM E659 は、原油が自然に発火するかどうかを確認するために使用される標準テストです。この試験方法は、均一に加熱された容器内の大気圧の空気中の液体化学物質の熱炎および冷炎自己発火温度を見つける方法を示しています。
このテストの結果は、原油が通常発火する最低温度を示しています。
ASTM E659 と ASTM D2155 の比較
ASTM E659 は、ASTM D2155 よりも原油の自己着火をテストする最新の方法です。各方法のツールは異なりますが、結果は同じです。
ASTM D93A: 引火点測定
ASTM D 93A は、石油および石油から作られた製品の引火点を把握する方法です。ただし、自己発火のテストは対象外です。
引火点とは、石油ベースの製品が、小さな炎が発火して火を持続させるのに十分な蒸気を放出する温度です。
引火点温度は自己発火温度と同じではありません。自然発火温度とは、物質が外部からの火花なしで自然に燃焼し始める温度です。
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