液体の配管輸送 - 静電気イノベーションズ

チェック項目36　液体流動の帯電性調査

液体が配管等を流れるとき，液体と壁との境界には必ず電気二重層を形成して，一方の極性の電荷は液体とともに流れ，他方の電荷は壁に残る．この帯電量はパイプと液体の導電性のほかに，流速 $v$ ，配管径 $d$ などに依存する．接地した金属配管内の液体とともに流れる電流は

(10.1) $i = 3.75 \times 10^{-6} v^2 d^2\left(1-\exp \left(-\frac{l}{v \tau} \right) \right)$

なる関係[11]が実験的に求められている．ここで， $l$ は配管の長さ， $\tau$ は液体の電荷緩和時間 $\varepsilon/\sigma$ （ $\varepsilon$ , $\sigma$ : 液体の誘電率と導電率）である．導電率が低い液体，配管の長さが十分に長いなど（ $l/v \tau = \infty$ ）で指数関数の項を無視できる場合( $i_\infty = 3.7 \times 10^{-6} v^2 d^2$ )，この式から電荷密度 $q$ が流速に比例する式

(10.2) $q= 4.77 \times 10^{-6} v \approx 5.0 \times 10^{-6} v$

を導くことができる．実際に静電気対策に用いられている流速1-7 m/sは液体の電荷密度では約5-35 𝜇C/m³の範囲にあることがわかる．また， $l \ge 3 v \tau$ の長さの配管は無限長の配管と同じと考える．

式(10.1)はSchönの式として知られており，規格等[2-5]に用いられてきた．流動電流は $i = \beta v^x d^y$ の関係があり，Schönの式では $x=y=2$ で近似され，配管径に依存しない電荷密度の式(10.2)となる．最新の規格IEC 60079-32-1 [36]では， $x=2, y=1$ とした流動電流式[32]