JP2009125235A - 消火方法及び消火装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
ウォーターミストによる消火を効果的に行なうことができる消火方法及び消火装置を提供する。
【解決手段】
火炎基部領域及び／又は前記火炎基部領域の鉛直上方の領域を挟む又は囲むように配置された複数のミストノズルから、燃料面を除いて火炎に対してウォーターミストを噴射する工程と、そのウォーターミストの一部を前述の火炎の外縁に沿って上昇させる工程とを備えている。この方法を採用すれば、火炎の周囲に存在する空気（特に、酸素）の火炎内部への侵入を防止する障壁が形成されるため、消火が促進される。
【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、消火方法及び消火装置に関し、特に、油等の可燃性液体のプール火災の消火のための消火方法及び消火装置に関する。

従来、例えば、最も消火が困難のものの１つといわれるプール火災の消火に対して、二酸化炭素による局所消火、泡消火、又は水噴霧を利用した設備が使用されている。これまで、火災が想定される油槽（焼き入れ槽など）の上方に消火用水の配管を設置し、そこに一定の間隔で下方に向けたノズルを取り付けた設備が開示されている。消火の際には、ノズルから下方の火源に向けて二酸化炭素、泡、又は水噴霧が放射される。

しかしながら、かかる方法では二酸化炭素については窒息の危険があり、泡消火については環境が汚染される。また、水噴霧については、水噴霧を火炎の上方から下方に向かって単に放出しているだけなので、水噴霧が火炎に巻き上げられてしまって火炎基部にまで到達できない。その結果、消火が困難となるだけでなく、ミストの噴射によって周囲の空気が巻き込まれて火炎が拡大する危険があるため、消火のためにはむしろ通常の消火に比べて多量の水を使用しなければならないという問題がある。

かかる問題に対して、ウォーターミストをプール火災の火炎に生じる空気流に乗せて火炎基部に到達させることによって消火する方法が提案されている（特許文献１参照）。

この方法では、ウォーターミストを火炎内部に到達させることができるので、ウォーターミストが火炎と接触することによって発生する水蒸気による冷却効果や酸素濃度低下効果が得られる。しかしながら、酸素が空気流に沿って火炎基部へ流入するため、なお改良の余地がある。
特開２００５−３２３７９４号公報

本発明は、上述の従来技術の問題を克服して、火災、特に可燃性液体の燃焼であるプール火災の消火技術の向上に大きく貢献するものである。発明者らは、ミストの軽量性に加え、前述の可燃性液体の燃料面へのミストの直接的な導入の影響について鋭意研究を行った。その結果、たとえミストが軽量であっても燃料面に直接到達させるようにミストを噴射すると、火炎基部領域の燃料ガスや突入したミスト自体が、火炎基部内を乱すだけでなく、周囲の空気（特に酸素）が火炎基部領域に送り込まれることになることが分かった。つまり、ミストの噴射は、一面的には、むしろ燃焼を助長することになるため、消火をすることが非常に困難になる。

他方、ミストを火炎の一定の領域に対して噴射すれば、ミストの軽量性を生かすことによって、ミストの一部を火炎の外縁に沿って上昇させることができることが判明した。その結果、発明者らは、そのミストの上昇によって形成される「壁」が火炎の周囲に存在する空気（特に、酸素）の火炎への侵入を防止することにより、消火が促進されることを知見した。特に、水を消火剤として用いた場合であっても、上述のようなプール火災の消火に有効であることがわかった。本発明は、このような知見に基づいて創出された。

なお、本出願において「火炎基部領域」とは、油等の可燃性液体の表面からその鉛直上方３００ｍｍ以下の柱状空間領域を意味する。また、本出願において「燃料面」とは、前述の可燃性液体の最表面を意味する。尚、この「燃料面」は、「燃焼面」と呼ばれることもある。

本発明の１つの消火方法は、火炎基部領域及び／又はその火炎基部領域の鉛直上方の領域を挟む又は囲むように配置された複数のミストノズルから、燃料面を除いて火炎に対してウォーターミストを噴射する工程と、そのウォーターミストの一部を前記火炎の外縁に沿って上昇させる工程とを備えている。

この消火方法によれば、ウォーターミストの一部が火炎の外縁に沿って上昇することにより、火炎の周囲に存在する空気（特に、酸素）の火炎への侵入を防止する障壁が形成されるため、消火が促進される。また、ウォーターミストによって消火されることにより、人体への安全性は格段に高まるとともに、環境への負荷は大きく低減される。

また、本発明の１つの消火装置は、火炎基部領域を挟む又は囲むように配設され、燃料面を除いて火炎に対してウォーターミストを噴射するとともに、そのウォーターミストの一部をその火炎の外縁に沿って上昇させるように噴射する複数のミストノズルと、前述の各々のミストノズルに対して消火剤を送給する送給手段とを備えている。

この消火装置によれば、所定の位置に配設された複数のミストノズルから噴射されるウォーターミストの一部が、火炎の外縁に沿って上昇することによって、火炎の周囲に存在する空気（特に、酸素）が火炎への侵入を防止する障壁を形成する。その結果、消火が促進される。また、ウォーターミストによって消火されることにより、人体への安全性は格段に高まるとともに、環境への負荷は大きく低減される。

本発明の消火方法によれば、ウォーターミストの一部が火炎の外縁に沿って上昇することにより、火炎の周囲に存在する空気（特に、酸素）の火炎内部への侵入を防止する障壁が形成されるため、消火が促進される。また、本発明の消火装置によれば、所定の位置に配設された複数のミストノズルから噴射されるウォーターミストの一部が、火炎の外縁に沿って上昇することによって、火炎の周囲に存在する空気（特に、酸素）が火炎への侵入を防止する障壁を形成する。その結果、消火が促進される。上述のいずれの発明であっても、ウォーターミストによって消火されることにより、人体への安全性は格段に高まるとともに、環境への負荷は大きく低減される。

つぎに、本発明の実施形態を、添付する図面に基づいて詳細に述べる。尚、この説明に際し、全図にわたり、特に言及がない限り、共通する部分には共通する参照符号が付されている。また、図中、本実施形態の要素は必ずしもスケール通りに示されていない。また、各図面を見やすくするために、一部の符号が省略され得る。

＜第１の実施形態＞
図１Ａは、本実施形態の１つの消火装置１００の全体概略図である。図１Ｂは、図１ＡのＸ−Ｘ断面図である。図１Ｃは、図１Ａの平面図において円形のリング状配管１０、複数のミストノズル１１，・・・，１１及び油槽７０を示す側面図である。尚、本実施形態では、円形のリング状配管１０及び複数のミストノズル１１，・・・，１１の材質は、ＳＵＳ３０４である。また、各ミストノズル１１と円形のリング状配管１０とは、公知の技術により螺合、接着、あるいは接合されている。

図１Ａ乃至図１Ｃに示すように、タンク１９内の消火剤（本実施形態では水）は、バルブ制御盤１６からの信号による電動バルブ１５又は手動バルブ１４の「開」動作と、ポンプ制御盤１８からの信号によるポンプ１７によって、リング状の配管１０に送給され、その後、複数のミストノズル１１，・・・，１１からミストとして噴射される。尚、必要に応じて、圧力調整バルブ１３によって、送給される消火剤の圧力が調整される。

本実施形態の消火装置に対しては、公知の種々のミストノズルが適用できる。また、本実施形態のミストノズルの代わりに、既に本出願人が特願２００７−２３５２２７号の中で提案している薄型ミストノズルを採用することも好ましい一態様である。また、その他の例として、特開２００４−１３５７４２号公報に記載の消火器と同じ原理でミストを噴射させることもできる。いずれのミストノズルを採用した場合であっても、消火効果を最大限に発揮させるためには、ウォーターミストが火炎を通過した後、全て水蒸気に変わるように噴射することが望ましい。

本実施形態における油槽７０は、図１Ｃに示すとおり、直径１４４０ｍｍ、深さ３００ｍｍの円形の油槽である。また、油槽７０に収められた４８Ｌ（リットル）のｎ−ヘプタン７１表面から１６０ｍｍの高さにその油槽を囲うように複数のミストノズル１１，・・・，１１が配設されている。さらに、その複数のミストノズル１１，・・・，１１の噴射角度は、水平面に対して仰角３０°であり、その噴射範囲は６０°である。また、噴射されるウォーターミストの平均粒径は１００μｍである。尚、ウォーターミストの平均粒径は、１０μｍ以上２００μｍ以下が好ましい。ウォーターミストの平均粒径が１０μｍ未満であると火炎の輻射熱を受け火炎に到達する前に水蒸気に気化してしまう。他方、ウォーターミストの平均粒径が２００μｍを越えると、火炎を通過した後も完全に気化せず水滴が残ることとなるため好ましくない。

ここで、本出願において「噴射範囲」とは、１つのミストノズルから噴射される際のそのノズルのオリフィス近傍のミストの広がり角度を示す。また、本出願において「噴射角度」とは、水平面とノズルの向きとの角度を示す。

油槽７０のｎ−ヘプタン７１が着火された後、上述のように配設された複数のミストノズル１１，・・・，１１から、圧力０．９ＭＰａ、流量４８Ｌ／ｍｉｎの条件で消火剤であるウォーターミストが噴射された。その結果、火炎はウォーターミスト噴射開始から１７秒後に消火された。このときの消火剤（水）の使用量は、１３．６Ｌであった。尚、各ミストノズル１１のオリフィスから２０ｃｍの距離におけるウォーターミストの平均の流速は、５ｍ／秒であった。

本実施形態の消火装置１００は、図１Ａに示すように、プール火災が生じる油槽７０の周囲にウォーターミストを噴射するミストノズル１１を均等に複数個配設し、火炎基部領域の空気の流入方向に向けてウォーターミストを噴射する。その結果、ウォーターミストは火炎の外縁に沿って上昇するため、最終的には、略円錐状にウォーターミストの壁が作られるといえる。

尚、ウォーターミストの噴射方向は、燃焼時に火炎基部領域から火炎中央部に流入する空気の流れをウォーターミストが阻止するように、火炎の流れに対して実質的に平行でかつ同じ方向にすることが好ましい。また、噴射されるウォーターミストの流速は、火炎基部への空気流入を阻止するのに十分な速度であることが好ましく、具体的には、０．１ｍ／秒以上１０ｍ／秒以下が好ましい。これは、ミストの流速が０．１ｍ／秒未満であれば、噴射されたミストが火炎によって巻き上げられてしまうため、ミストが火炎に殆ど到達せず、実質的に消火に寄与しなくなるからである。他方、その流速が１０ｍ／秒以上になれば、噴射されたミストが周囲の空気を火炎に流入させることになって火炎を煽ってしまうことになる。上記観点からいえば、ウォーターミストの流速は、０．３ｍ／秒以上６ｍ／秒以下がさらに好ましい。

本実施形態の消火装置を用いることにより、ウォーターミストが火炎基部を隙間なく取り囲むため、火炎基部への外部からの酸素供給量が低減すると考えられる。従って、ウォーターミストの液体から気体への相変化による冷却効果及び酸素濃度希釈効果に加えて、酸素供給を阻止することによる窒息効果が発揮されるといえる。その結果、少量の水での迅速な消火が可能となる。また、ウォーターミストによって、消火が困難とされるプール火災であっても消火された。これにより、人体への安全性は格段に高まるとともに、環境への負荷は大きく低減される。

上記の比較例として、複数のミストノズル１１，・・・，１１の噴射角度を油槽７０の表面から９０°、即ち、垂直上向きとした以外は第１の実施形態と同様の装置を使用してウォーターミストが噴射された。その結果、若干の火炎抑制効果は見られたが、５分間経っても消火に至らなかった。
＜第２の実施形態＞
図２Ａは、本実施形態の他の消火装置２００のリング状配管の拡大図である。全体概略図である。図２Ｂは、図２ＡのＹ−Ｙ断面図である。

本実施形態では、第１の実施形態のリング状配管１０の代わりに、平面図において矩形のリング状配管２０が用いられている。また、本実施形態では、矩形のリング状配管２０に対し、パイプ２２を介して配設された複数のミストノズル２１，・・・，２１の噴射角度は、水平面に対して仰角３７°であり、その噴射範囲は７０°である。また、噴射されるウォーターミストの平均粒径は１０５μｍである。本実施形態の消火装置２００は、上述以外の点については第１の実施形態と同じ構成を有している。このような形態のリング状配管２０を用いて、第１の実施形態と同様の消火実験を行った。その結果、火炎はウォーターミスト噴射開始から１７秒後に消火された。このときの消火剤（水）の使用量は、１９Ｌであった。従って、第１の実施形態と同様の消火効果が確認された。

ところで、第１の実施形態では、ミストノズルが各配管に直接螺合、接着、あるいは接合されているが、これに限定されない。例えば、図３に示すように、第２の実施形態で採用されたミストノズル２１と同様のミストノズル３１が配設されてもよい。従って、消火剤である水は、円形のリング状配管３０からパイプ３２を介してミストノズル３１に至り、ミストが火炎に向けて噴射される。

また、上述の各実施形態では、ミストノズルの噴射角度は、水平面に対して仰角３０°の場合と３７°の場合を例示したが、これに限定されない。上記角度が水平面に対して０°（つまり、水平面と平行）以上、仰角９０°未満であれば、本発明の効果を実質的に損なわないといえる。但し、火炎基部領域内に周囲の空気が流入することを防止するとともに、ミストを十分に火炎基部領域に供給させるためには、上記角度は水平面に対して１０°以上、仰角６０°以下であることが好ましい。また、この観点から言えば、最も好ましい範囲は、水平面に対して２０°以上、仰角４５°以下である。

また、上述の各実施形態では、消火剤の送給手段としてポンプが採用されていたが、これに限定されない。例えば、図４Ａに示すように、密閉タンク４０内の消火剤４１を圧縮空気４２により配管４３に送給してもよい。また、図４Ｂに示すように、加圧用ボンベ４６を用いて配管４４を通じて密閉タンク４０内の圧力を上昇させ、消火剤４１を配管４３に送給してもよい。この場合、加圧用ボンベ４６は、図示しない制御盤からの信号を受けて電動バルブを開けても良いし、手動バルブ４７によってボンベ４６内のガスを開放してもよい。尚、この場合、必要に応じて、圧力調整器４５によって、加圧用ガスボンベ４６から送給されるガスの圧力が調整される。

また、図５に示すように、２つの配管５０ａ，５０ｂが対向配置されることによって、火炎基部領域及び／又はその火炎基部領域の鉛直上方の領域を挟むように複数のミストノズル５１ａ，・・・，５１ａ，５１ｂ，・・・，５１ｂが配設されてもよい。この場合、送給手段は１つ又は２つとなり、消火剤は配管５２ａ，５２ｂを経由して各ミストノズルに送られる。このような構成であっても、本発明の効果が実質的に発揮される。

また、上述の各実施形態では、ｎ−ヘプタンによる火災の消火がされているが、これに限定されない。例えば、ガソリンや、メタノール、エタノール、イソプロパノール等のアルコール類、又はアセトンであっても同様の効果が得られる。本発明は、引火点の比較的低い可燃性液体に対して特に有効であるといえる。

また、例えば、危険物貯蔵タンクの全面火災において、上述の各実施形態の手段に従ってタンクの屋根等にウォーターミストのミストノズルを配置することは、他の好ましい一態様であると考えられる。以上、述べたとおり、本発明の範囲内に存在する変形例もまた、特許請求の範囲に含まれるものである。

本発明は、消火方法及び消火装置として有用であり、特に、油等の可燃性液体のプール火災が生じうる産業において極めて有用である。

本実施形態の１つの消火装置の全体概略図である。 図１ＡのＸ−Ｘ断面図である。 図１Ａの配管、複数のミストノズル、及び油槽を示す側面図である。 本実施形態の他の消火装置のリング状配管の概略図である。 図２ＡのＹ−Ｙ断面図である。 本実施形態の他の消火装置の図１Ｂに相当する図面である。 本実施形態の他の消火装置の消火剤の送給装置の概略図である。 本実施形態の他の消火装置の消火剤の送給装置の概略図である。 本実施形態の他の消火装置のリング状配管の概略図である。

符号の説明

１０，２０，３０，４３，４４，５０ａ，５０ｂ，５２ａ，５２ｂ 配管
１１，２１，３１，５１ａ，５１ｂ ミストノズル
２２，３２ パイプ
１３ 圧力調整バルブ
１４，４７ 手動バルブ
１５，４８ 電動バルブ
１６ バルブ制御盤
１７ ポンプ
１８ ポンプ制御盤
１９ タンク
４０ 密閉タンク
４１ 消火剤
４２ 圧縮空気
４５ 圧力調整器
４６ 加圧用ボンベ
７０ 油槽
７１ ｎ−ヘプタン
１００，２００ 消火装置

Claims (6)

1. 火炎基部領域及び／又は前記火炎基部領域の鉛直上方の領域を挟む又は囲むように配置された複数のミストノズルから、燃料面を除いて火炎に対してウォーターミストを噴射する工程と、
   前記ウォーターミストの一部を前記火炎の外縁に沿って上昇させる工程とを備える
   消火方法。
2. 前記火炎に対する前記ウォーターミストの噴射角度が、水平面に対して０°以上、仰角９０°未満であることを特徴とする
   請求項１に記載の消火方法。
3. 前記ウォーターミストの平均粒径が１０μｍ以上２００μｍ以下である
   請求項１又は請求項２に記載の消火方法。
4. 火炎基部領域を挟む又は囲むように配設され、燃料面を除いて火炎に対してウォーターミストを噴射するとともに、前記ウォーターミストの一部を前記火炎の外縁に沿って上昇させるように噴射する複数のミストノズルと、
   前記各々のミストノズルに対して消火剤を送給する送給手段とを備える
   消火装置。
5. 前記火炎に対する前記ウォーターミストの噴射角度が、水平面に対して０°以上、仰角９０°未満となるように前記各々のミストノズルが配設されている
   請求項４に記載の消火装置。
6. 前記ウォーターミストの平均粒径が１０μｍ以上２００μｍ以下である
   請求項４又は請求項５に記載の消火装置。
   
   

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