A Study on The Ignition Limit of Flammable Gases by Discharge Spark of Resistive Circuit

저항회로의 개폐불꽃에 의한 폭발성 가스의 점화한계에 관한 연구

This study measured the ignition limits of methane-air, propane-air, ethylene-air, and hydrogen-air mixture gases by discharge spark of D.C. power resistive circuit. The used experimental device is the IEC type spark ignition test apparatus, it consists of explosion chamber and supply -exhaust system of mixture gas. Mixture gases (methane-air, propane-air, ethylene-air, and hydrogen-air) were put into explosion chamber of IEC type spark ignition test apparatus, then it was confirmed whether ignition was made by 3,200 times of discharge spark between tungsten electrode and cadmium electrode. The ignition limits were found by increasing or decreasing the value of current. For the exact experiment, the ignition sensitivity was calibrated before and after the experiment in each condition. The ignition limits were found by changing the value of concentration of each gas-air mixture in D.C. 24 [V] resistive circuit. As the result of experiment, it was found that the minimum ignition limit currents exist at the value of methane-air 8.3 [$Vol\%$], propane-air 5.25[$Vol\%$], ethylene-air 7.8 [$Vol\%$], and hydrogen-air 21[$Vol\%$] mixture gases. For each the minimum ignition concentration of gases, the relationships between voltage and minimum ignition current were found. The results are as follows. - The minimum ignition limits are decreasing in the order of methane, propane, ethylene, and hydrogen. - The value of ignition current is inversely proportional to the value of source voltage. - The minimum ignition limit currents increase sharply at more than 2 [A]. The reason is caused by overheating the electrode.

본 연구는 직류 저항회로의 개폐불꽃에 의한 폭발성 가스의 점화한계를 실험적으로 고찰하였다. 실험은 IEC형 불꽃점화 시험장치의 폭발용기에 폭발성 가스(메탄-공기 프로판-공기, 에틸렌-공기, 수소-공기)를 각각 넣고 텅스텐 전극과 카드뮴 전극사이에서 발생하는 3,200회의 개폐불꽃에 의한 점화유무를 확인하므로서 점화한계를 구하였다. 또한 실험장치의 점화감도교정을 실험한 후에 실시하므로서 실험의 정확성을 기하였다. 실험결과 최소 점화 전류값을 갖는 최소점화한계농도는 메탄-공기 8.3 [$Vol\%$], 프로판-공기 5.25[$Vol\%$], 에틸렌-공기 7.8[$Vol\%$], 수소-공기 21[$Vol\%$]로서 기존의 실험결과와 유사한 결과를 나타내었다. 또한 최소점화한계농도에서 전압과 최소점화잔류와의 관계를 구한 결과 최소점화한계는 메탄, 프로판, 에틸렌, 수소가스의 순서로 낮아졌고 점화전류의 크기는 전원전압의 크기와 반비례하고, 전극의 과열현상으로 인하여 전압 약 20(V)이하에서는 최소점화전류가 2(A)를 넘으면서 심화한계곡선이 급격히 상승한다는 것 등을 알 수 있었다.