№1

（様式２）

平成２９年度 公益財団法人火薬工業技術奨励会研究助成金受給者 概要報告用紙

対 象 者

個 人 グル－プ研究機関

記載事項

※印欄に記入する。

書き切れない時は補足紙…A4判…使用も可

提出期限 平成30年

5月31日

※１ 受 給 者

①研究機関名・個人又はグル－プ名

横浜国立大学大学院エネルギー安全工学研究室 伊里 友一朗 塩田 謙人 三宅 淳巳

②所在地又は現住所

〒240-8501 横浜市保土ヶ谷区常盤台79-7 安全工学棟402号室

③電 話 TEL 045-339-3992

④Ｅメールアドレス izato-yuichiro-hk@ynu.jp

※２ 研究計画

①件 名（テ－マその他）

エネルギー塩一般の燃焼・分解に関する汎用詳細反応モデルの構築

②費 用

イ．申 請 額 1,000千円

ロ．受 給 額 1,000千円

№2

※３ 研究報告

①経 過

本研究は、イオン性のエネルギー物質であるエネルギー塩一般の燃焼・熱分解詳細反応モデルを構築することが目的である。特に、アンモニウムジニトラミド、硝酸ヒドロキシルアミン、硝酸アンモニウム、硝酸グアニジンの燃焼・分解反応機構解析を行った。詳細反応モデルとは、反応機構を構成する素反応セットとその速度定数および各化学種の熱力学データから構成される。エネルギー物質が呈すると考えられる種々の反応経路に関して、遷移状態理論に基づき反応速度定数を算出した。反応系や生成系の化学種、および各反応の遷移状態を量子化学計算により特定した。凝縮相反応を解析する際は、連続誘電体モデルによる溶媒効果を与えることで液相反応を模擬した。熱力学データも量子化学計算により推算した。以上の検討よりエネルギー塩の気相における燃焼モデルYNU modelと液相における分解モデルYNU-Lを構築した。

②結 論

アンモニウムジニトラミド、硝酸ヒドロキシルアミン、硝酸アンモニウムおよび硝酸グアニジンに関して、気相および液相における燃焼・分解詳細反応モデルを第一原理から構築することを達成した。例えば、YNU-L2.0 modelを用いた詳細反応シミュレーションを行い、アンモニウムジニトラミドおよび硝酸アンモニウムの熱分解挙動を再現したところ、実験値(示差走査熱量測定(DSC)やラマン分光分析)を良好に再現した(例えば図1)。構築した詳細反応モデルより、エネルギー塩の分解機構を理論的に明らかにすることも達成した。今後は、対象エネルギー物質を拡張し、より汎用的なモデル構築を行うと共に、エネルギー物質アプリケーションにおける課題解決に応用することを検討する。

図1 アンモニウムジニトラミドの熱分解に関する熱流束曲線

(伊里 他、2018年度火薬学会春季研究発表会講演予稿集、21 (2018.5)より) ③ 所要 費用

人 件 費 0千円 購入材料費 800千円 旅 費 100千円 そ の 他 100千円

送付先： 〒106-0041 東京都港区麻布台 2-3-22 一乗寺ビル 3階 A

公益財団法人 火薬工業技術奨励会事務局（Tel 03-5575-6605）

（Fax03-5575-6607） Ｅ-mail : nk4@oak.ocn.ne.jp

受

付

№ 年 月 日 初 継 正 式 報 告

研究成果

表彰

1. 火薬学会 技術賞 「硝酸アンモニウムの分解反応解析」 (2018.5)

投稿論文

2. Y. Izato and A. Miyake, A detailed chemical kinetics model for the initial

decomposition of gas phase ammonium nitrate, Science and Technology of Energetic

Materials, Vol.78, No.6, pp.143-149 (2017)

学会発表

3. 伊里友一朗,三宅淳巳, アンモニウムジニトラミドの凝縮相熱分解に関する詳細反応

モデルの検証と改良 ,2018 年度火薬学会春季研究発表会講演予稿集,21,東京

(2018.5)

4. Y. Izato and A. miyake, Detailed reaction simulation for thermal decomposition

of ammonium dinitramide (ADN),Abst’International Symposium on Energetic

Materials and their Applications 2017,O17-3,Sendai-Miyagi, JAPAN (2017.11)

5. Y. Izato and A. miyake, Detailed reaction simulation for thermal decomposition

of hydroxylammonium nitrate (HAN),Abst’International Symposium on Energetic

Materials and their Applications 2017,P-16,Sendai-Miyagi, JAPAN (2017.11)

№1

（様式２）

平成３０年度 公益財団法人火薬工業技術奨励会研究助成金受給者 概要報告用紙

対 象 者

個 人 グル－プ研究機関

記載事項

※印欄に記入する。

書き切れない時は補足紙…A4判…使用も可

提出期限 平成30年

5月31日

※１ 受 給 者

①研究機関名・個人又はグル－プ名

弘前大学 大学院理工学研究科 鳥飼 宏之

②所在地又は現住所

青森県 弘前市 文京町 3番地

③電 話 0172－39－3680

④Ｅメールアドレス torikai@hirosaki-u.ac.jp

※２ 研究計画

①件 名（テ－マその他）

爆薬を利用した爆風消火法の検討

②費 用

イ．申 請 額

1、000、000万円

ロ．受 給 額

1、000、000万円

№2

※３ 研究報告

①経 過

本研究は，消火対象である火炎に対する爆点の位置を変化させてアジ化銀ペレットを用いた爆風消火

実験を実施し，各位置での消火効果について検討し，消火に最適な爆点位置の解明を行った．

図1は，メタン流量0.5 L/min.で形成した拡散火炎を消火対象として行った爆風消火実験の消火過

程を高速度カメラで撮影したものである．図1では爆点は(R, Z)=(60 mm, 50 mm)の位置にあり，起爆はレーザ光を用いて行った．またアジ化銀ペレットは線径0.1 mmのナイロン製糸に接着することで目的の位置に設置した．そして火炎の平均高さは88 mmであった．図1のような消火実験を一つの爆点位置で10回繰り返して行い消火確率P [-]を計算した．その結果から図2のような爆風消火限界を求めることができた（図2のR=0 mmの位置に火炎が存在）．そして図2からZ=10 mmの位置において最も火源から半径方向に離れた位置(R=100 mm)でP=1を達成していることが分かった．従って，爆薬を地面に置いて起爆するより，空間中で起爆した方が爆風の消火効果は高いことを示している．

②結 論

同時多発火災に対する緊急時の消火法として爆風消火の使用を考え，円管バーナで形成したメタン－空気拡散火炎を消火対象に微小爆薬を用いた爆風消火実験を行った．特に，火炎に対する爆点の位置を変化させて消火実験を行うことで最適な起爆位置の解明を行った．その結果，地面から10 mmの高さで10 mgのアジ化銀ペレットを起爆した場合，最も火炎から離れた位置で爆風消火を達成可能つまり消火確率P=1が得られることが分かった．このように，爆風消火法では，その消火効果を最大とするのに適した爆点位置が存在することが明らかとなった．また本研究によって得られた成果は，以下の学会で発表を行った． Ryo Sekikawa and Hiroyuki Torikai, “Blast Extinguishment of a Methane-Air Jet Diffusion Flame Using a Silver Azide Pellet”, 6th International Symposium on Energetic Materials and their Applications(ISEM2017), (2017.11.6-10), (Sendai, Japan). ③ 所要 費用

人 件 費 購入材料費：金属材料等 800,120円 旅 費：国内旅費 53, 860円 そ の 他：学会参加費 146, 020円

送付先： 〒106-0041 東京都港区麻布台 2-3-22 一乗寺ビル 3階 A

公益財団法人 火薬工業技術奨励会事務局（Tel 03-5575-6605）

（Fax03-5575-6607） Ｅ-mail : nk4@oak.ocn.ne.jp

受

付

№ 年 月 日 初 継 正 式 報 告

図 1 アジ化銀ペレット（10 mg）を用いた爆風消火の様子（消火成功） 図 2 爆風消火限界

�

i

X hT k 1) r(

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7 7 7F : 9 0 C 79

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a j su T e j W

eXa

7 9 7A8: a 516 j 2 k a

7 9 7A8: a 1@ f t W t eXa

1.

(HR)1

HR 20

Oxidizer to fuel ratio(O/F)HR

(Hydroxyl-terminated polybutadiene : HTPB)

3~4

HR

2.

2-1. HR

“Blocking effect” 2

2-2.

(Al)

O/F

Figure 1(WAX) Al

NASA-CEA

Figure 1 Chemical Equilibrium Computation of !Isp vs O/F.

Figure 1 O/F Al

. Al

Al

Al 1)

2) 3) Al

Al

2-3. Al

Al

AlAl

Figure 2

170

210

250

290

330

0 1 2 3 4 5

ρIsp

[g-s

/cm

3 ]

O/F

WAX

10 mass% Al

20 mass% Al

1. Oxidizer injection port

2. Pressure transducerthermocouple

3. Fuel cartridge 4. aft-chamber

Figure 2 Schematic chart of combustion experiment apparatus.

WAX 20 mass% 3 µm

Al (GOX)

#̇ = '( − '*2,-

(1)

'* ,-

'(

'( = .'*

( +4∆23!45

(2)

!4 L ∆2

678 ,

678 =

9*

:; (3)

9* :;<∗ >?∗

<@8;∗ NASA-CEA <AB∗ (4)

5∗ CD :E(5)

aft-chamber

>?∗ = <@8;∗

<EF∗ (4)

5∗ = CD:E

(5)

Figure 3 Regression rate result.

Figure 3 WAXAl

Figure 4 C*efficiency result.

Al

C* Al Figure 4Table 1

O/F Pc #̇ <∗ >?∗

O/F Figure 1

Tc (6) expth NASA-CEA

Table 1 Results of each case.

Case O/F Pc (abs) [MPa]

#̇ [mm/s]

>?∗ [%]

WAX1 1.72 0.393 0.99 82.7 WAX2 1.78 0.414 1.01 85.5 WAX3 1.38 0.386 1.12 71.9 Al 20-1 1.54 0.380 1.08 72.8 Al 20-2 1.21 0.400 1.29 74.4 Al 20-3 1.45 0.413 1.07 78.7

0.6

0.7

0.8

0.9

1

1.1

1.2

1.3

1.4

19 21 23 25 27 29 31

Reg

ress

ion

rate

[mm

/s]

Oxidaizer mas flux [kg/m2 s]

WAX

Al 20

55

60

65

70

75

80

85

90

1.55 1.6 1.65 1.7 1.75 1.8

C*

effic

ienc

y [%

]

Characterisitc length [m]

WAX

Al 20

GD

= 1IEF

J:EKLMN?KLM9̇@8;

O(

PEF Q2

PEF + 1R

STUVWSTUXW

(6)

IEF :EKLM

9̇@8; PEF Table 2

Table 2 Calculated combustion gas temperature.

Case GD [K] WAX1 2274.5 WAX2 2348.1 WAX3 1450.2 Al 20-1 1863.4 Al 20-2 1821.0 Al 20-3 2157.7

1450.2K

3 µm Al H2-O2-Ar1400K~ 1500K

[1]

Al

2-4.

aft-chamber

aft-chamber C*

3.

Al

Al Al

Al

Figure 2

Al

Figure 5

Figure 5 Swirl flow injector.

Figure 2 Fuel cartridge 1.94

aft-chamber Figure 2 55 mm 155 mm

GOX Al 3 µm Table 3

Table 3 Swirl flow experimental condition.

Case Composition Aft-chamber [mm]

1 WAX 55 2 WAX + 20 mass% Al 55 3 WAX 155 4 WAX + 20 mass% Al 155

4. 4-1. aft-chamber 55 mm Figure 6 Figure 7 C*

Figure 6 Regression rate result of swirl flow experiment.

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

0 5 10 15 20

Reg

ress

ion

rate

[mm

/s]

Oxidizer mass flux [kg/m2 s]

WAX

Al 20

Figure 7 C* efficiency result of swirl flow experiment.

Figure 3

AlFigure 7 Al

O/F0.64~1.03

4-2aft-chamber 155 mm

Figure 8 Regression rate result of swirl flow with 155 mm aft-chamber.

Figure 9 C* efficiency result of swirl flow with 155 mm aft-chamber.

aft-chamber 155 mm Al4.1 WAXC* 155 mm

100%

Al

Al

Figure 10 Combustion view. Upside : 55 mm aft-chamber, Downside : 155 mm aft-chamber.

aft-chamber 155 mm O/F 0.72~1.0355 mm Al

aft-chamber O/F

AlO/F Al

O/F

. aft-chamber 155 mmaft-chamber Al

O/FAl

5. Al

aft-chamber WAX C*

aft-chamber Al

[1] Ying Huang, Grant A. Risha, Vigor Yang, Richard A.

Yetter, Effect of particle size on combustion of aluminum particle dust in air, Combustion and Flame 156, 2009, 5-13.

50

60

70

80

90

100

1.6 1.7 1.8 1.9 2

C*

effic

ienc

y [%

]

Characteristic lemgth [m]

WAX

Al 20

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

0 5 10 15 20

Reg

ress

on ra

te [m

m/s

]

Oxidizer mass flux [kg/m2 s]

WAX

Al 20

50

60

70

80

90

100

110

120

3.5 4 4.5 5

C*

effic

ienc

y [%

]

Charactristic length [m]

WAX

Al 20

№1

（様式２）

平成２９年度 公益財団法人火薬工業技術奨励会研究助成金受給者 概要報告用紙

対 象 者

個 人 グル－プ研究機関

記載事項

※印欄に記入する。

書き切れない時は補足紙…A4判…使用も可

提出期限 平成30年

5月31日

※１ 受 給 者

①研究機関名・個人又はグル－プ名

富山高等専門学校 商船学科 保前 友高（代表者） 山田 圭祐（共同研究者）

②所在地又は現住所

〒933-0293 富山県射水市海老江練合1-2

③電 話 0766-86-5100（代表） 0766-86-5235（保前 直通）

④Ｅメールアドレス homae@nc-toyama.ac.jp

※２ 研究計画

①件 名（テ－マその他）

テーブルトップ爆発影響評価実験装置の開発

②費 用

イ．申 請 額

1,476,200円

ロ．受 給 額

1,000,000円

№2

※３ 研究報告

①経 過

「これまで比較的大規模な設備が必要であった爆発影響評価実験を、微量でも確実に爆 轟するアジ化銀ペレットを用いることにより、テーブルトップのサイズで行うことができ る実験系を構築すること」、および「この実験系を用いて、構造物・防護材等による爆風 の分布や低減化について研究すること」の2点を目標として研究を開始した。 助成金を活用し、圧力センサー等一式（PCB Piezotronics, Inc. 圧力センサー113B28 4個、ICP型センサー用シグナルコンディショナー(4チャンネル) 482C05、ケーブル等）を 購入し、応募時の計画に基づき、図1の実験系を構築した。図1のアルミ板（800 mm×800 mm）中央部に供試火薬類の設置部を設け、4個の圧力センサーを中央部から86.2 mmおきに 、一列に設置した。センサーの感圧面がアルミ板上面と同一面になるよう設置した。 構築した実験系の試験を行うため、供試火薬類設置部に競技用紙雷管（エバニュー EG A222 JIS K 4853によると塩素酸カリウム 72∼77% 赤りん 8%以下 硫黄 15∼20%）1個を 置き、衝撃を与えて起爆した。結果を図2に示す。4点のセンサーが順次、圧力波の伝播を とらえ、衝撃波のように切り立った圧力波を記録することができた。同条件で4回の実験を 行ったところ、波形はほぼ同一であり、ピーク過圧の値も±5％程度以下であったため、再 現性を確認することができた。 図1 本研究で構築した実験系 図2 実験で得られた圧力波形の例

②結 論

以上のように、実験系を構築し、供試火薬類の爆発による圧力の計測を行うことができた。 計測値の再現性も定性的、定量的に確認できた。 今後、計測した値の妥当性を確認した上で、アジ化銀ペレットの導入、および構造物・防護 材等による爆風の分布や低減化についての研究を進めていく予定である。 ③ 所要 費用

人 件 費 0円 購入材料費 1,000,000円 旅 費 0円 そ の 他 0円

送付先： 〒106-0041 東京都港区麻布台 2-3-22 一乗寺ビル 3階 A

公益財団法人 火薬工業技術奨励会事務局（Tel 03-5575-6605）

（Fax03-5575-6607） Ｅ-mail : nk4@oak.ocn.ne.jp

受

付

№ 年 月 日 初 継 正 式 報 告

0 500 1000 1500 2000-20

-10

0

10

20

30

40

Ove

rpre

ssure

(kP

a)

Time (ms)

Ch1 86.2 mm Ch2 172.3 mm Ch3 258.5 mm Ch4 344.6 mm