JP3191522U - 酸素燃焼危険体感装置 - Google Patents

Abstract

【課題】酸素燃焼の危険性を体験させることのできる酸素燃焼危険体感装置を提供する。【解決手段】この酸素燃焼危険体感装置１は、ハンカチ等の可燃物５０を火種５１とともに燃焼室１０に入れて酸素供給手段２０から空気中よりも高濃度の酸素を供給し、可燃物の燃焼状態を燃焼室に３箇所設けられた観察窓１２，１９ａ，１９ｂからそれぞれ観察可能としたものであって、燃焼室内の酸素濃度をモニタするモニタ手段３０と、このモニタ手段で燃焼室内の酸素濃度をモニタしつつ、その酸素濃度を変化させるレギュレータとを備えている。【選択図】図１

Description

本考案は、酸素燃焼危険体感装置に関するものであって、詳しくは酸素燃焼の危険性を体感させるための酸素燃焼危険体感装置に係るものである。

酸素燃焼とは、酸素あるいは酸素濃度を高めた空気を用いた燃焼のことである。酸素濃度を高めた空気を用いた燃焼は、特に酸素富化燃焼と呼び、これ対して酸素を用いた燃焼を純酸素燃焼と呼び区別することもある。

酸素燃焼、酸素富化燃焼ともに溶融炉や焼却炉に設置する工業用バーナーの燃焼技術として用いられることが多く、ガラス製造、ゴミ焼却、鉄鋼炉といった大規模な燃焼を必要とする分野で利用されている。

ところで、特許文献１には、少なくとも１つの他の火災個所のための火災室を有する消防訓練設備内で急激な火炎の拡がりをシミュレートする方法が開示されている。ここでは、ガスが火災室の天井の近傍へ導入されて、点火される場合において、ガスは、酸素との混合後に燃焼可能なガス−酸素−混合気として火災室内へ放出されて、その後に点火されることが記載示されている。

また、特許文献２には、規定の条件下で、垂直の小試験片が燃焼を維持する、酸素と窒素の混合ガス中の最小酸素濃度を測定する酸素指数測定装置が開示されている。ここでは、ガラスカラムへの酸素流路、窒素流路及び空気流路を含む制御装置と、試験片を収めて燃焼させるガラスカラムと、ＰＣ操作画面を有するディスプレイとからなり、上記ディスプレイ上に消火ボタンを設け、この消火ボタンの操作により、空気の流量コントローラに酸素の流量コントローラと同じ出力の制御信号を送ると同時に、酸素の流量コントローラに出力０％の制御信号を送ることで、空気と窒素を混合してガラスカラム内の総流量を維持し、それにより温度変化なく試験片の燃焼を消火することが記載されている。

しかしながら、特許文献１の技術では、外気中の酸素を用いており、特許文献２の技術では、空気中よりも低い濃度の酸素を用いているので、いずれも酸素燃焼の危険性を体験させるものではないことは明らかである。

すなわち、空気中の酸素は８０％程度にも及ぶ多量の不活性の窒素により、その強い支燃性を抑えられている。ところが、空気中の酸素の割合が増大し、不活性の窒素が減少すると、酸素の支燃性が高まり、僅かな火種であっても可燃物を瞬く間に着火させたり、急激な燃焼速度や、高い燃焼温度を示すようになる。

酸素燃焼の危険性については、酸素を取り扱う者は、事前に机上教育を受けており、頭の中では十分に理解しているのが通例である。しかしながら、仕事の忙しさなどにかまけて、酸素を安易に取り扱う結果、その酸素燃焼による事故が後をたたない。

本考案は、上記事情に鑑みたものであり、その目的とするところは、酸素燃焼の危険性を体験させることのできる酸素燃焼危険体感装置を提供することである。

本考案は、可燃物を火種とともに燃焼室に入れて空気中よりも高濃度の酸素を供給し、その燃焼状態を観察窓から観察可能とした酸素燃焼危険体感装置であって、燃焼室内の酸素濃度をモニタするモニタ手段と、このモニタ手段で燃焼室内の酸素濃度をモニタしつつ、該酸素濃度を変化させる酸素濃度変化手段とを設けたことを特徴とするものである。

本考案によれば、燃焼室内の酸素濃度をモニタするモニタ手段と、このモニタ手段で燃焼室内の酸素濃度をモニタしつつ、該酸素濃度を変化させる酸素濃度変化手段とを設けたので、燃焼室内での酸素濃度の変化に応じて可燃物の燃焼状態が大きく変化することが視認できる。

すなわち、酸素濃度が低い場合は、酸素の支燃性が抑えられているので、可燃物はなかなか着火せず、たとえ着火したとしても燃焼速度が遅く、燃焼温度も低いので危険性は低い。これに対して、酸素濃度がある程度まで高くなると、酸素の支燃性が高まるので、僅かな火種であっても可燃物を瞬く間に着火させ、急激な燃焼速度や、高い燃焼温度を示す酸素燃焼の状態となる。

本考案によれば、かかる酸素燃焼の危険性を容易に体感できるので、酸素を取り扱う者が、仕事の忙しさなどにかまけて、酸素を安易に取り扱う結果、その酸素燃焼による事故が後をたたないといったことがなくなる。その結果、酸素を扱う分野における火災対策等に大いに役立つものとなる。

請求項２のように、燃焼室内に水を潜らせて酸素を供給する酸素供給手段を備えることが好ましい。

請求項２によれば、燃焼室内に水を潜らせて酸素を供給する酸素供給手段を備えたので、可燃物の燃えカスによって酸素供給ラインが閉塞するおそれをなくしている。

請求項３のように、燃焼室内に外気を供給するエアーパージ手段を備えることが好ましい。

請求項３によれば、燃焼室内に外気を供給するエアーパージ手段を備えたので、燃焼室内の酸素濃度を低下させて、消火することができる。

請求項４のように、燃焼室からの排ガスを観察者から離間させるように導くダクト手段を備えることが好ましい。

請求項４によれば、燃焼室からの排ガスを観察者から離間させるように導くダクト手段を備えたので、排ガスに観察者が触れて火傷等を生じるおそれがない。

請求項５のように、装置全体を搭載して移動可能な台車手段を備えることが好ましい。

請求項５によれば、装置全体を搭載して移動可能な台車手段を備えたので、所望場所で酸素燃焼の危険性を体感できて便利である。

本考案によれば、燃焼室内の酸素濃度をモニタするモニタ手段と、このモニタ手段で燃焼室内の酸素濃度をモニタしつつ、該酸素濃度を変化させる酸素濃度変化手段とを設けたので、燃焼室内での酸素濃度の変化に応じて可燃物の燃焼状態が大きく変化することが視認できる。これにより、酸素燃焼の危険性を体感できるので、例えば高濃度の酸素を扱う分野における火災対策等に大いに役立つものとなる。

本考案の一実施形態に係る酸素燃焼危険体感装置の側面図である。 本酸素燃焼危険体感装置の平面図である。 本酸素燃焼危険体感装置の機能を示す説明図である。 本酸素燃焼危険体感装置の使用手順を示す説明図である。

図１は本考案の一実施形態に係る酸素燃焼危険体感装置１の側面図、図２は本酸素燃焼危険体感装置１の平面図、図３は本酸素燃焼危険体感装置１の機能を示す説明図である。なお、図１及び図２中でのＸ方向を左右方向、Ｙ方向を前後方向、Ｚ方向を上下方向という。

本酸素燃焼危険体感装置１は、図１〜図３に示すように、ハンカチ等の可燃物５０を着火した線香等の火種５１とともに燃焼室１０に入れて酸素供給手段２０から空気中よりも高濃度の酸素（Ｏ_２）を供給し、その可燃物５０の燃焼状態を燃焼室１０の３箇所に設けられた観察窓１２，１９ａ，１９ｂからそれぞれ観察可能としたものであって、燃焼室１０内の酸素濃度をモニタするモニタ手段３０と、このモニタ手段３０で燃焼室１０内の酸素濃度をモニタしつつ、その酸素濃度を変化させるレギュレータ（酸素濃度変化手段に相当する。）２２とを備えるとともに、エアーパージ手段４０と、ドレン手段６０と、台車手段７０とをさらに備えている。

このうちの燃焼室１０は、例えば金属製の骨組構造からなる正方形状の筐体を備えている。筐体の前面には、向かって左側の上下２箇所に取り付けられたヒンジ１７，１７で開閉自在に支持された扉を兼ねる観察窓１２があり、この観察窓１２の右側には、図示しないロックのついた取手１６が取り付けられている。そして、取手１６を使用者が把持し、ロックを外した状態でもって、観察窓１２を手前に開放することにより、実験の諸準備を行い、その完了後に前記観察窓１２を閉めて、再びロックをかけた状態としてから実験を行うようにしている。

また、筐体の左右両側面には、それぞれ固定の観察窓１９ａ，１９ｂが嵌め込まれている。観察窓１２，１９ａ，１９ｂは、内側を耐熱ガラス板で形成し、外側をアクリル板で形成することにより、両板間に閉じ込めた空気で断熱した二重構造となっている。観察者は、これらの観察窓１２，１９ａ，１９ｂのいずれかを介して、燃焼室１０内を視認可能としている。

また、筐体の天井面の蓋１１ａと背面の壁１１ｂとは、それぞれ適当な厚みの断熱材で形成されている。そのうち天井面の蓋１１ａの中央付近には、適宜高さまで延設されたダクト手段１５を備えている。このダクト手段１５により燃焼室１０からの排ガスＧを観察者から離間させるように導くことができるので、排ガスＧに観察者が触れて火傷等を生じるおそれがなくなる。また、背面の壁１１ｂの中央付近には、酸素供給手段２０と、エアーパージ手段４０との各ラインを挿脱自在に貫通させている。なお、天井面の蓋１１ａと、観察窓１２とは、筐体に耐熱ガスケットなどを介して着脱可能に取り付けられている。

また、筐体の天井面直下には、ステンレス鋼製ワイヤーからなるハンガー５２が左右に渡してあり、このハンガー５２に、可燃物５０であるハンカチをそれに火種５１である着火した線香等をくるんだ状態で吊るすことによりセットできるようになっている。可燃物５０は、ハンカチ以外のものであってもよく、火種５１は、着火した線香等以外のものであってもよい。

酸素供給手段２０は、容積が１５００ｍ^３程度の酸素ボンベ２１と、レギュレータ２２と、乾式安全器２３とを備えており、酸素ボンベ２１から供給される酸素の量を、レギュレータ２２で調整するとともに、乾式安全器２３で逆流を防止するようになっている。なお、乾式安全器２３と、燃焼室１０との接続には、コネクタ付ホース２４と、止弁Ｖ１とを介在させて、酸素ボンベ２１の交換作業を容易にしている。

そして、筐体の底部に設けられた水槽１８内にノズル１４を突出させている。これにより、止弁Ｖ１を開いて流入した酸素は、水槽１８内に貯留された水Ｗを潜って、燃焼室１０内に供給されることになる。このようにして、可燃物５０の燃えカスがノズル１４を閉塞しないようにしている。また、火炎が酸素供給ラインに逆流するおそれをなくしている。

また、水槽１８の上部には、着脱可能なストレーナ１３が取り付けられている。これにより、可燃物５０の燃えカスが水槽１８内に落下するのを防止するとともに、その燃えカスを容易に除去できるようになっている。そして、水槽１８の底部には止弁Ｖ３を備えたドレン手段６０を備えている。そして、実験開始前に止弁Ｖ３を閉めて、水槽１８内に水Ｗを貯留しておき、実験完了後に止弁Ｖ３を開けて、水槽１８内の水Ｗを抜いて、水槽１８内を容易に掃除できるようになっている。

モニタ手段３０は、ポンプ３１で燃焼室１０内からサンプリングした雰囲気ガス中の酸素濃度を計測する酸素濃度計３２を備えている。酸素濃度計３２は、その原理からジルコニア式、磁気式、電極式など各種形式から適宜選択することができる。ただし、形式によっては、燃焼室１０内に設けてポンプ３１を含むサンプリングラインを省略することもできる。

エアーパージ手段４０は、燃焼室１０内に止弁Ｖ２を介して消火用の外気Ａを導入するものである。すなわち、可燃物５０の燃焼前は止弁Ｖ２を閉めておき、その可燃物５０の燃焼後に止弁Ｖ２を開いて外気Ａを燃焼室１０内に導入することによって、排ガスＧがダクト手段１５を介して外部に追い出される結果、燃焼室１０内の酸素濃度を急速に低下させて消火するものである。

台車手段７０は、キャスター付きの台車本体に、燃焼室１０と酸素ボンベ２１とを含む装置全体を搭載して運搬可能としたものである。これにより、所望場所で酸素燃焼の危険性を体感できて便利である。また、燃焼室１０はそれと一体に形成された架台上にあって、観察者が観察窓１２，１９ａ，１９ｂを覗きやすい所定高さとなるようにしている。ただし、燃焼室１０とその架台とは、それぞれ別体で構成したものを組み立てるものとしてもよい。

以下、本酸素燃焼危険体感装置１の使用手順について説明する。図４は本酸素燃焼危険体感装置１の使用手順を示す説明図である。なお、実験前に台車手段７０に燃焼室１０、酸素ボンベ２１を含む本酸素燃焼危険体感装置１を搭載して所望場所に移動しており、そこで台車手段７０から本酸素燃焼危険体感装置１を降ろして、いつでも使用可能な状態としているものとする。このときには、燃焼室１０の観察窓１２は閉じており、燃焼室１０内には、可燃物５０がハンガー５２にセットされていない。また、モニタ手段３０のポンプ３１は停止し、酸素供給手段２０のコネクタ付ホース２４は接続され、止弁Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３はいずれも閉じているものとする。

図４に示すように、まず使用者が燃焼室１０の筐体正面の観察窓１２を解放して、その筐体底部の水槽１８内に水Ｗを入れる（ステップＳ１）。すなわち、使用者は観察窓１２の図示しないロックを外してから、その取手１６を把持して手前に引く。すると、観察窓１２は、ヒンジ１７，１７まわりに回転し、これにより燃焼室１０の筐体正面が開口された状態となる。この開口から使用者がバケツなどで水Ｗを投入すると、燃焼室１０の筐体下部の水槽１８内にその水Ｗが貯留される。

次いで、使用者は可燃物５０としてのハンカチをそれに火種５１としての着火した線香等をくるんだ状態で筐体天井面のハンガー５２にセットしてから、上記ステップＳ１と逆順にて観察窓１２を閉じてロックをかける（ステップＳ２）。これにより、実験のための諸準備を終えることになる。

次いで、燃焼室１０内の酸素濃度を酸素濃度計３２でモニタしながら、その燃焼室１０内に酸素供給手段２０からの酸素を供給する（ステップＳ３）。すなわち、酸素供給手段２０の止弁Ｖ１を開けるとともに、ポンプ３１を動作させることにより、燃焼室１０内の排ガスＧをサンプリングし、そのサンプリングした排ガスＧ中の酸素濃度を酸素濃度計３２で計測する。計測値は酸素濃度計３２の図示しない表示器に表示されるので、使用者は燃焼室１０内の酸素濃度を時々刻々モニタすることができ、その計測値に応じてレギュレータ２２を操作する。これにより、燃焼室１０内の酸素濃度を徐々に増加させることができる。

ここで、燃焼室１０内の酸素濃度が４０％より低い場合は、酸素の支燃性が抑えられているので、可燃物５０はなかなか着火せず、たとえ着火したとしても燃焼速度が遅く、燃焼温度も低いので危険性は低いことがわかる。これに対して、燃焼室１０内の酸素濃度が４０％より高くなると、酸素の支燃性が高まるので、僅かな火種５１であっても可燃物５０を瞬く間に着火させ、急激な燃焼速度や、高い燃焼温度を示す酸素燃焼の状態となる。観察者は、観察窓１２，１９ａ，１９ｂのいずれかから燃焼室１０内での燃焼状態を観察できるから、燃焼室１０内での酸素燃焼の危険性をその身を以て実感（体感）できる（ステップＳ４）。そして、可燃物５０であるハンカチが完全に燃え尽きると、酸素供給手段２０の止弁Ｖ１を閉めて、燃焼室１０内への酸素の供給を停止する（ステップＳ５）。

次いで、エアーパージ手段４０の止弁Ｖ２を開いて、燃焼室１０内に外気Ａを導入することにより、その酸素濃度を低下させる（ステップＳ６）。そして、酸素濃度が例えば外気Ａ中の酸素濃度２０％程度（所定値）になると、エアーパージ手段４０の止弁Ｖ２を閉めて、燃焼室１０内への外気Ａの導入を停止する（ステップＳ７）。そして、観察者が多い場合には、酸素ボンベ２１の酸素がなくなるまで、上記ステップＳ１〜Ｓ７を繰り返して、全員に酸素燃焼を体感させる。

しかる後に、燃焼室１０内の掃除をする（ステップＳ８）。すなわち、ドレン手段６０の止弁Ｖ３を開けて、筐体底部の水槽１８内の水Ｗを抜く。また、上記ステップＳ１と同様にして、筐体前面の観察窓１２を解放する。そして、水槽１８上のストレーナ１３を外部に取り出して、水洗いすることにより、可燃物５０であるハンカチの燃えカスを取り除く。これと同時に、水槽１８内の燃えカスをも取り除いて、ノズル１４が閉塞しないようにしておく。上記ステップＳ１と逆順にて観察窓１２を閉じる。

そして、酸素ボンベ２１を取り替える。ここでは、コネクタ付ホース２４を取り外して、酸素ボンベ２１を取り除き、新たな酸素ボンベ２１をセットする。この新たな酸素ボンベ２１にコネクタ付ホース２４を再び取り付けて、上記ステップＳ１に戻る。なお、当該場所での体感が終了すると、必要に応じて、燃焼室１０、酸素ボンベ２１を含む本酸素燃焼危険体感装置１の全体を台車手段７０に再び搭載して、次の所望場所に移動させる。

以上説明したように、本酸素燃焼危険体感装置１によれば、燃焼室１０内の酸素濃度をモニタするモニタ手段３０と、このモニタ手段３０で燃焼室１０内の酸素濃度をモニタしつつ、該酸素濃度を変化させるレギュレータ２２とを設けたので、燃焼室１０内での酸素濃度の変化に応じて可燃物５０の燃焼状態が大きく変化することが視認できる。これにより、酸素燃焼の危険性を体感できるので、酸素を扱う分野における火災対策等に大いに役立つものとなる。

なお、上記実施形態では、酸素を用いているが、これに代えて酸素濃度を高めた空気などを用いてもよい。

また、上記実施形態では、酸素濃度計３２で燃焼室１０内の酸素濃度をモニタした結果を表示器で表示しているが、観察者の目は観察窓１２，１９ａ，１９ｂに向けられていることから、モニタ結果を使用者が音声で伝えるか、あるいは自動音声により報知することが好ましい。

さらに、酸素濃度計３２の出力に応じて、レギュレータ２２やエアーパージ手段４０などを自動制御するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、燃焼室１０に３箇所の観察窓１２，１９ａ，１９ｂを設けているが、観察者が少ないときには、１箇所の観察窓１２があれば足りる。

また、上記実施形態では、燃焼室１０内にエアーパージ手段４０により外気Ａを導入することにより、その燃焼室１０内の酸素濃度を低下させて消火しているが、外気Ａに代えて窒素等の不活性ガスを導入することとしてもよい。

また、上記実施形態では、燃焼室１０、酸素ボンベ２１などを含む装置全体を１台の台車手段７０で移動させているが、燃焼室１０と、酸素ボンベ２１とを別個に移動させてもよいし、さらには、燃焼室１０のダクト手段１５を取り外すなど適宜に分解して移動させてもよい。

１ 酸素燃焼危険体感装置
１０ 燃焼室（筐体）
１１ａ 筐体天井面の蓋
１１ｂ 筐体背面の壁
１２ 筐体正面の観察窓
１３ ストレーナ
１４ ノズル
１５ ダクト
１６ 取手
１７ ヒンジ
１８ 底部水槽
１９ａ，１９ｂ 筐体左右両側面の観察窓
２０ 酸素供給手段
２１ 酸素ボンベ
２２ レギュレータ（酸素濃度変化手段に相当する。）
２３ 乾式安全器
２４ コネクタ付ホース
３０ モニタ手段
３１ ポンプ
３２ 酸素濃度計
４０ エアーパージ手段
５０ 可燃物（ハンカチなど）
５１ 火種（着火した線香など）
５２ ハンガー
６０ ドレン手段
７０ 台車手段

特表２００３−５１６２０７号公報 特開２００５−３３３０２０号公報

Claims (5)

1. 可燃物を火種とともに燃焼室に入れて空気中よりも高濃度の酸素を供給し、その燃焼状態を観察窓から観察可能とした酸素燃焼危険体感装置であって、
   燃焼室内の酸素濃度をモニタするモニタ手段と、
   このモニタ手段で燃焼室内の酸素濃度をモニタしつつ、該酸素濃度を変化させる酸素濃度変化手段と
   を設けたことを特徴とする酸素燃焼危険体感装置。
2. 燃焼室内に水を潜らせて酸素を供給する酸素供給手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の酸素燃焼危険体感装置。
3. 燃焼室内に外気を供給するエアーパージ手段を備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の酸素燃焼危険体感装置。
4. 燃焼室からの排ガスを観察者から離間させるように導くダクト手段を備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の酸素燃焼危険体感装置。
5. 装置全体を搭載して移動可能な台車手段を備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の酸素燃焼危険体感装置。
   

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