火災試験と研究におけるコーンカロリーメーター：その仕組み、操作、そして応用
火災試験・研究においては、発熱量と煙発生量の正確な測定が不可欠です。コーンカロリメータは、物質が火災にさらされた際の挙動に関する一貫したデータを研究者が収集するための重要なツールです。制御された条件下で動作するため、業界全体の安全基準を満たす再現性の高い結果が得られます。
コーン熱量計とは何ですか?
当学校区の コーン熱量計 火災試験において重要な機器であり、制御された熱曝露下での材料の発熱速度と煙発生量を測定するように設計されています。この装置は、円錐形のヒーターを使用してサンプルに均一な熱を加えることで、小型の試験片でも正確かつ再現性の高い試験を可能にします。
しかし、円錐熱量計を発明したのは誰でしょうか？この装置は、熱量計円錐の発明者であるヴィテニス・バブラウスカスによって1982年XNUMX月に初めて開発されました。 NIST火災研究エンジニア技術者の Dave Swanson、Randy Shields、Bill Twilley のサポートを受けています。
彼らの革新により、火災試験に標準化がもたらされ、さまざまな材料間で一貫性のある信頼性の高いデータの比較が可能になりました。これは、今日でも火災安全研究所で信頼されている方法です。
コーン熱量計の仕組みを理解する
コーンカロリメータの原理は酸素消費量に基づいています。試料が燃焼すると、コーンカロリメータは燃焼ガス中の酸素濃度の減少を測定します。
コーンカロリメータは、試料に制御された熱を加えて燃焼を誘発し、発熱、ガス放出、煙生成に関連する様々な出力を測定することで動作します。主なコンポーネントと機能の詳細は以下の通りです。
1. コーンヒーターとスパーク点火
円錐状の放射ヒーターは、火災状況を模擬するために、通常10～100kW/m²の範囲で制御された熱流束を提供します。燃焼は、サンプル上部に設置されたスパーク点火装置によって開始されます。この制御された点火により、一貫した試験が可能になり、特に材料開発や比較耐火性能試験に適しています。
2. 試験片とロードセル
サンプルはロードセルに取り付けられ、燃焼中のサンプルの質量減少を連続的に測定します。質量減少率は総発熱量の計算に寄与するため、このデータは燃焼特性を理解する上で不可欠です。
コーン熱量計における燃焼には、炎の前面が物質の大部分を通過する浸透性の燃焼プロセスが伴い、物質の熱慣性と発火特性についての洞察が得られます。
3. 排気フードとガスサンプリングシステム
試験中に発生した燃焼ガスは、遠心ファンを備えたダクトシステムに接続された排気フードを通過します。このシステムは、制御されたガス流量を捕捉・維持することで、排出ガスの流量を一定に保ちます。これは、酸素減少率と熱発生率（HRR）の正確な測定に不可欠です。
常磁性分析装置は酸素レベルを測定し、非分散赤外線 (NDIR) 分析装置は一酸化炭素 (CO) と二酸化炭素 (CO₂) の濃度を測定します。
4. 酸素欠乏熱量測定
コーン熱量計は主に酸素減少熱量測定の原理に基づいて動作し、燃焼中に消費される酸素量に基づいて熱発生率を計算します。有機物の場合、消費される酸素13.1kgあたり約XNUMXMJのエネルギーが放出されるため、この測定値は信頼性があります。
ただし、酸素消費量や熱放出量の測定に影響を与えるハロゲン、リン、または水酸化アルミニウム難燃剤を含む材料については、システムの調整や修正が必要になる場合があります。
5. 煙の測定と煤の収集
排気ダクトに設置されたレーザー光度計は、光の減衰を検知することで煙の濃度を測定し、動的な煙発生速度を提供します。さらに、煤サンプルチューブと集塵フィルターは排気ガス中の粒子状物質を捕集し、火災時の視認性と毒性を評価する上で重要な煙の遮蔽量を定量化します。
6.データの収集と分析
コーン熱量計は、熱発生率 (HRR)、発火時間、質量損失率、煙生成、ガス発生量 (CO および CO₂) などの重要なパラメータを継続的に記録します。
得られたデータ（時間の経過に伴う特徴的な熱放出率曲線など）は、材料の耐火性能を評価し、熱分解および燃焼モデルを開発し、火災シミュレーションや実物大の火災挙動予測に入力するために使用されます。
これらの測定を通して、コーンカロリメータは明確かつ再現性の高い火災試験シナリオを提供します。実際の火災状況（頭上放射によって通常は発生しない火災など）を完全に再現することはできませんが、コーンカロリメータは材料の比較、難燃性の評価、そして規制および研究目的のための標準化されたデータの作成に不可欠なツールです。
コーン熱量計の操作方法は？
コーンカロリメーター装置を正確に操作するには、慎重な準備と管理された手順が必要です。一貫性と信頼性の高い結果を得るためのコーンカロリメーターの操作手順を以下に示します。
1. サンプルの準備
通常100×100×4mmのサンプルをロードセル上のコーンカロリメータに装着し、試験中の質量減少を測定します。標準化された材料サンプルを選択し、試験室内のスケール上に置きます。このスケールは、試験中のサンプルの質量減少をモニタリングします。これは燃焼特性の分析に不可欠です。
2. 熱流束の設定
円錐型ヒーターを必要な熱流束（通常は10～75kW/m²）に調整し、火災の熱量を再現します。円錐型ヒーターが設定温度に達するまで加熱を続けることで、正確かつ制御された加熱が可能になります。
3. テストの開始
試験は、カバープレート（ある場合）を外してサンプルを熱にさらすことから始めます。サンプルの上部に設置された点火装置が火花を散らし、材料から熱分解ガスを放出させ、最終的に発火させます。
4. 監視とデータ収集
熱量計はいくつかの重要なパラメータを追跡します。
- 熱放出率（HRR）： 酸素消費量に基づいて計算されます。
- 点火までの時間: 物質が熱にさらされてから発火するまでにかかる時間。
- 質量損失率: 物質の質量が減少する速度。分解および燃焼速度を示します。
- 煙発生率: 排気ガス中の煙の濃度を測定し、生成された粒子状物質の量を示します。
- COおよびCO₂排出量: 毒性や火災挙動の分析に重要な、排気中の一酸化炭素と二酸化炭素の濃度を分析します。
5. 結果の分析
試験後、データを分析し、総煙量、有効燃焼熱、着火時間などの要素を計算します。火災モデリングアプリケーションでは、時間経過に伴う熱発生率を示す曲線が作成されることがよくあります。
これらの手順に従うことで、材料の火災挙動を正確に測定し、その安全性能に関する重要な洞察を得ることができます。
信頼性の高い結果を得るための基準：ASTMおよびISO準拠
使い方 コーン熱量計 火災試験では厳格な基準に従う必要があります。ASTM E1354規格とISO 5660規格は、コーン熱量計試験のプロトコルを概説した主要なガイドラインです。
ASTM E1354規格は、制御された条件下での材料の発熱速度と煙発生量の測定方法を規定しています。これにより、結果の正確性と再現性が確保されます。同様に、ISO 5660はコーン熱量計試験の実施方法に関するガイドラインを提供し、国際的な試験機関間の一貫性を確保しています。
これらの規格は火災試験において不可欠であり、試験機関が製品の安全性と業界のコンプライアンスを裏付ける信頼性の高いデータを取得するのに役立ちます。ASTM E1354コーンカロリメータおよびISO 5660コーンカロリメータのプロトコルに準拠することで、試験プロセスへの信頼性が高まり、多くの業界の安全要件に準拠することができます。
その他のコンプライアンス規格:
- ASTM E1474
- ASTM F1550
- ASTM E1740
- ASTM D6113
- IMO MSC 40（64)
- BS476-15
- NFPA 264
- NFPA 271
- CSN EN 45545-2+A1
- CSN EN 13501-1+A1
火災試験室におけるコーン熱量計の応用
コーンカロリメータは、そのエンジニアリングに基づくアプローチと正確で定量的なデータにより、コーンカロリメータ試験機関で広く利用されています。合否判定のみに焦点を当てた従来の試験とは異なり、コーンカロリメータは様々な高度なアプリケーションに役立つ知見を提供します。
- 火災モデルのサポート: 最新の火災モデル化と予測に必要な詳細なコーン熱量計データを提供します。
- 実規模の火災挙動予測： 単純な数式や相関関係を採用し、データを使用して、実際の火災で物質がどのように挙動するかを予測します。
- 素材ランキング: 耐火性能に基づいて製品をランク付けできるため、さまざまな材料の比較テストに最適です。
- 合否評価: 製品が設定された火災安全基準を満たしているかどうかを評価することで、規制要件を満たします。
コーン熱量計テストの恩恵を受ける主な業界は次のとおりです。
- ポリマー: UL94 や LOI などの古いテストに代わる、材料開発に不可欠な信頼性の高い発熱率 (HRR) データを提供します。
- 建材： 建築材料の不燃性と可燃性を評価し、火災安全規則の遵守を支援するために使用されます。
- 布張り家具: 家具材料の HRR を評価し、火災安全性の研究と製品の改善を支援します。
- 電線・ケーブル： 大規模な垂直ケーブル テストの HRR 結果を予測し、耐火ケーブルの開発に信頼できるデータを提供します。
- 特殊なアプリケーション: 木材、繊維、PVC 製品、観賞用植物などの材料をテストし、さまざまな業界の火災安全をサポートします。
コーン熱量計テストは、エンジニアリングに基づく貴重なデータを一貫して提供し、業界が火災状況における材料の安全性と性能について情報に基づいた決定を下すのに役立ちます。
最終的な考え
コーンカロリメータは、材料の火災挙動に関する正確で工学的なデータを提供することで、火災試験に革命をもたらしました。発熱率、煙発生率、質量減少率といった重要な要素を測定できるため、ポリマーや建築材料から繊維や電気部品に至るまで、あらゆる業界で不可欠なツールとなっています。
この詳細なデータにより、高度な火災モデリング、実規模の動作予測、信頼性の高い材料ランク付けが可能になり、安全専門家は防火対策を強化するために必要な洞察を得ることができます。
安全性とコンプライアンスを重視する研究室や業界にとって、高品質のコーンカロリメータへの投資は非常に重要です。この装置とその用途についてさらに詳しく知りたい方は、当社のウェブサイトをご覧ください。 コーン熱量計 さまざまな材料の正確で効率的な耐火試験をサポートするように設計されたソリューション。
