高圧ガスの質問です。 爆発範囲についてお尋ねします。

Question

高圧ガスの質問です。
爆発範囲についてお尋ねします。爆発上限界と爆発下限界がありますが、爆発加減界の方が、つまり大気圧の空気中における空気との混合濃度が低ければ低いほど、自然発火しやすい？燃えやすい？ということですか？

Answer 1

お疲れ様です。ミスター高圧ガスと申します。

可燃性ガスと空気が混合され、何らかの着火源があれば爆発するかというと、必ずそうではありません。一定の濃度の範囲内だけ爆発するので、その範囲のことを爆発範囲といい、その最低の濃度を爆発下限界（以下「LEL」とします。）、最高の濃度を爆発上限界（以下「HEL」とします。）といいます。
このLELとHELはガスの種類のよって変わってきます。

例えば、
・水素 LELが4％、HELが75％
・プロパン LELが2.1％、HELが9.5%
・メタン LELが5％、HELが15％
のようになっています。これは物性なので、どうしようもありません。

以下の論文中の5ページのところにエタノールと石油ベンジンの着火エネルギーと混合割合のグラフがあります。
https://www.jniosh.johas.go.jp/publication/doc/srr/SRR-No38-06.pdf

エタノールは調べたところ、
LELが3.1％、HELが27.7％
で、このグラフで見ると、4％あたりのところで着火エネルギーが70ｍJ程度ですが、8％あたりで0.3～0.6ｍJ、14％あたりで100ｍJくらいであることが分かります。

このグラフから読み取れることは、
①爆発下限界（LEL）に近いほど、大きな着火エネルギーが必要。（＝爆発しにくい）
②爆発範囲の中の8％くらいのところでは、一番小さな着火エネルギーで爆発する。（＝爆発しやすい）
③また濃度の高い14％くらいでは100ｍJ程度の大きな着火エネルギーが必要。（＝爆発しにくい）
④このグラフには書いていないが、爆発上限値（HEL）の27.7%では、相当大きな着火エネルギーがないと爆発しないと考えられる。（＝さらに爆発しにくい）
ということです。

なので、爆発下限界と爆発上限界では、爆発に必要な最小着火エネルギーが大きく異なることが分かります。イコール、爆発のしやすさといってもいいでしょう。

なお、自然発火（発火温度）ですが、こちらは着火源がなくともその温度に到達すると、自然に燃焼をすることを指しています。測定方法や、その他の条件がガスによって異なるので、ここでは説明は省略します。

Answer 2

自然発火はしません。
燃えやすいについては、上限界・下限界とも小さな火花で爆発を起こす範囲ですから燃えやすさは同じです。