최소 점화 에너지 (MIE, Minimum Ignition Energy)의 개념과 원리

최소 점화 에너지 (MIE, Minimum Ignition Energy)

가연성 가스가 점화될 수 있는 혼합가스에서 점화원 존재 시 발화가 발생할 경우, 점화에 필요한 최소에너지를 최소 점화 에너지(MIE, Minimum Ignition Energy) 또는 최소착화에너지, 최소 발화 에너지라고 한다.

 

최소점화에너지는 점화원으로 불꽃 방전을 사용하여 그 방전 에너지를 계산을 통해 구하며, 일반적으로 최소점화에너지는 매우 낮으므로, J(Joule)대신 1/1000단위인 mJ을 사용한다.

 

Fig.1 물질별 최소점화에너지

 

일반적으로 1 기압에서 다수의 탄화수소의 최소 점화 에너지는 약 0.25mJ, 가스혼합물의 경우 0.001~1mJ 정도로 낮은편이다. 최소 점화 에너지는 이론상으로는 화학 양론 비의 경우 가장 낮아야 하나, 화학양론농도보다 조금 더 높은 농도일 때 가장 낮은 값이 된다.

 

최소점화에너지의 반대로, 매우 압력이 낮아 점화원이 존재해도 점화하지 않는 한계가 있으며, 이를 최소착화압력이라고 한다.

 

최소점화에너지는 다음과 같은 식으로 계산한다.

 

Fig.2 최소점화에너지 식

 

최소점화에너지는 물질의 성분, 온도, 에너지 등에 따라 다르게 나타나게 되며, 영향을 미치는 인자는 다음과 같다.

① 가연성물질의 초기 온도가 높으면 분자 이동이 활발해지기 때문에 최소 점화 에너지는 감소한다.

② 가연성물질의 초기 압력이 높으면 분자 간의 거리가 가까워지기 때문에 최소 점화 에너지는 감소한다.

③ 가연성물질의 농도가 높으면 최소 점화 에너지는 감소한다.

④ 화학양론적 조성이 완전연소 조성에 아까울수록 최소 점화 에너지는 감소한다.

⑤ 일반적으로 연소속도가 클수록 최소 점화 에너지값은 작다.

⑥ 소염거리 이상에서는 점화되지 않는다.

 

분진폭발의 최소 점화 에너지도 위에서 말한 방법과 동일하나, 분진폭발의 경우 가스, 액체 등 분자가 균일하게 분산시키는 과정이 어려워 정확한 측정 결과를 도출해 내기 어렵다. 또한 최소점화에너지가 기체에 비하여 100～1000배 정도 크다는 특징을 가지고 있다.

 

---

연소이론과 관련된 사항은 아래 링크에서 참고하면 된다.

 

인화점 (Flash Point), 연소점 (Fire Point), 발화점(Ignition Point)

자연 발화 (Spontaneous Ignition) 의 개념과 원리

연소 , 폭연 , 폭발 의 개념 비교

---