水素は爆発する？｜水素濃度、引火・爆発、HHOとの違い

水素は爆発するのか？

水素発生器を使うとき、「水素は爆発するの？」「室内で使っても大丈夫？」と気になる方もいるでしょう。水素があるだけで爆発するわけではありません。ただし、空気との混合、水素濃度、火種、換気状態によっては、引火や爆発の危険が生じます。

この記事では、燃焼の基本条件、６畳の部屋を使った概算、車内での注意点、HHO（酸水素ガス）との違いを説明します。

水素の引火・爆発には何が必要？

水素を含め、物質が燃えるには基本的に酸素が必要です。酸素の無い真空状態では燃えません。理科の事件でマッチをビーカーに落とすとすぐに火が消えるという実験を行ったのではないかと思います。これは、マッチの火がビーカー内の酸素を全て消費した結果、燃焼が続けられなくなるからです。
水素も同じで、酸素がなければ燃えることは困難です。
次に着火元。ガスコンロもガスがあるだけでは火が点かないのと同じで、水素も着火元がないと燃えません。

ここまでで、燃えるには酸素と着火元が必要であることがお分かりになったと思います。

濃度、比率によって危険性はどう変わる？

水素が空気中で燃焼できる濃度範囲は、一般に体積比で約４～75％とされています。ただし、「４％未満ならどんな状況でも安全」という意味ではありません。
次に水素が完全燃焼する理論上の比率は2：1です。この比率をどこかで見た記憶はありませんか？　そうです。水素発生器で水を電気分解した際の水素、酸素の比率でＨＨＯ・酸水素ガスの比率です。最も爆発の危険性が高い比率になります。この状態は僅かな着火元でも引火するので注意が必要になります。

６畳の部屋が水素濃度４％になるには？

目安として、６畳を約9.72㎡、天井高を2.4ｍと仮定すると、部屋の容積は約23.3㎥、つまり約23,300Ｌです。その４％に相当する水素は、約930Ｌになります。

水素の発生量が600mL/分の機器なら、930Ｌを発生させるだけで約1,555分、約26時間かかる計算です。これは、水素が一切外へ出ず、部屋全体に均一に混ざると仮定した、規模感をつかむための単純計算です。実際の濃度が約26時間後に４％になる、という予測ではありません。
一般的な部屋は換気や隙間があり、軽い水素は上方へ移動・拡散しやすいため、通常の使用で部屋全体の平均濃度が４％に達することは考えにくいでしょう。
しかし、「部屋全体が４％になりにくい」ことを換気を省いてよい理由にはなりませんので、換気しながらお使いください。また、最近はポータブル電源の普及や車内で100V電源が使える車も珍しくはなくなっています。車内での利用は容積が小さいこと、静電気発生の可能性が高いので注意が必要です。メーカーが車内使用をどう扱っているのかご確認ください。

何が火種になる？ 静電気はどう発生する？

火種は、たばこ、ライター、電子タバコなどだけではありません。
静電気の放電も着火源になり得ます。特にHHOでは注意が必要です。

静電気は、異なる素材が触れたり離れたり、こすれ合ったりするときに発生します。たとえば、次のような身近な動作でも起こります。

• ポリエステルやフリースなどの衣類が、ほかの衣類や座席の布地とこすれる
• 車のシートから立ち上がる、衣類を脱ぐ、毛布を動かす
• カーペットの上を歩く、樹脂製品を扱う

とくに空気が乾燥する季節は静電気が逃げにくく、金属に触れたときなどに「パチッ」と放電することがあります。どの素材なら必ず着火する、ということではありませんが、水素吸入の際は、火元を近づけたり、静電気には十分な注意が必要です。f

HHO（酸水素ガス）は特に注意が必要

HHOと呼ばれる酸水素ガスは、水素と酸素が2:1で混ざったガスを指します。（名称は機器によって異なります）

なぜ、HHOは特に注意が必要なのかを説明します。

ご家庭でガスコンロやカセットコンロをお使いになられた事はあるかと思います。
コンロのバーナー部では火が点いていますが、その炎がコンロ内の配管を伝ってガス供給元まで燃え進むことはありません。

どうしてでしょうか？

これはブログの最初に書いてある、「燃焼には酸素が必要」であるからです。
コンロ内やカセットボンベ内はガスしかなく、燃えることが出来ない状態なのです。

もうお気付きだと思いますが、HHOは燃えるための条件である酸素が高濃度で、しかも最も燃焼効率の良い比率で混合されているのです。
水素と酸素が適切な比率で混ざったガスでは、条件によってデトネーション（爆轟・衝撃波を伴い、非常に速い速度で伝わる燃焼）が起こり得る範囲にあります。

この爆発リスクを下げるために、カニューラを水素、酸素別々にして、鼻腔内で混合させるカニューラも販売されています。*爆発を完全に防げるわけではありません

HHOガスは一般的には工業用として使用されており、バーナーの元にはほぼ間違いなくフレームアレスターと呼ばれる逆火防止弁が装備されています。
これはバーナーの火が配管を通ってボンベが爆発するのを防ぐ装置です。

着火さえしなければ問題はないですが、リスクを知った上で利用はご判断ください。
*弊社の製品では禁止とさせて頂いております

まとめ

・燃焼には火種と酸素が必要
・水素は空気に対して4～75%の濃度で燃焼します
・水素と酸素が2：1のHHO（酸水素ガス）は理想的な燃焼比率で爆発の危険性があるので、細心の注意をはらう必要がある
・火種はタバコ、電子ライターなど、他には静電気にも注意が必要

この記事は一般的な安全情報であり、個別の製品や使用環境の安全性を保証するものではありません。