JP3830752B2 - Performance evaluation equipment for fire protection clothing - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、消防服などに用いられる防火衣の性能評価装置に関し、更に詳しくは、火炎を被放射対象物に放射して得られた温度情報を検出して、防火衣の性能を評価するための防火衣の性能評価装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、消防服などの防火衣の評価は、様々な評価方法で行なわれている。例えば、実際に防火衣を人体模型(マネキン)などの被放射対象物に着せた後、この被放射対象物に向けて火炎を放射し、その際に得られる温度の変化や熱量などを測定して、火傷の度合いの推定や防火衣の防炎性能などを評価することは、極めて重要である。
【0003】
なかでも、防火衣を人体模型に着用させ、この人体模型に火炎を放射し、そのとき実際に人体が受けると推定される火傷の度合いを推定することは、高性能な防火衣を開発する上で、極めて重要である。このような従来の評価システムとして例を挙げると、アルバータ大学のM.CrownとJ.D.Daleらによって、"Instrumented manikin evaluation of thermal protective clothing,Performance of Protective Clothing" (Fourth Volume.ASTM STP 1133)で提案されているものがある。この従来技術において、彼らは被火炎放射対象物である人体模型を天井より吊り下げ、この人体模型に火炎を放射した時に得られる温度変化などの情報を総合して、防火衣の性能を評価するシステムを提案している。
【0004】
なお、この従来技術では、試験時の温度変化を測定するために、熱電対などの検知手段などと接続する全ての電気配線を、吊り下げ構造を利用して、人体模型の頭部より取り出し、これらの配線を介して、テスト時に得られた情報を演算して評価している。
【0005】
ところで、この従来技術では、被放射対象物である人体模型に配された計測手段に接続された電気配線を頭部から取り出して、直接計測機器に接続している。このため、人体模型の頭部から取り出される電気配線が障害となり、防火衣に重ね着させる下着などを、頭部の方から着用させることは、極めて難しい。
【0006】
したがって、人体模型に着用させる下着の前部を切り裂いて着用させることが行なわれていた。そのため、従来の評価システムは、実際状態でのテストと異なってしまい、正確な防火衣の評価試験とは言えないという問題を有している。
【0007】
また、この評価技術では、火炎の熱量較正や火炎放射手段の較正に際して、標準的な白人成人男性サイズの人体模型をそのまま使用している。このため、テスト時に、経時的な温度変化などを計測して得られた熱量などにばらつきが生じた場合、このばらつきが、火炎の放射状態に係わるものなのか、あるいは人体模型自体の形状によるものかを識別するのが困難であるという問題を有している。
【0008】
さらに、従来技術は、評価試験中の火炎放射中の実際映像と、この評価試験中に測定される温度変化などを使用して得られる火傷の推定状況などの演算結果は独立に表示するようになっている。このため、評価試験中の実際映像と火傷を推定する演算結果が独立に表示され、火炎そのものの影響をリアルタイムに同時把握するのが困難であるという問題も有している。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、前述の従来技術が有する諸問題に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、第一に、下着などを切り裂いて被測定対象物に着用させることがなく、実際の状態に即応して防火衣の評価を可能とする評価装置を提供することにある。
【0010】
また、火炎の熱量較正や火炎放射手段の較正に際して、経時的な温度変化などを計測して得られた熱量などにばらつきが生じた場合、火炎の放射状態に係わるものなのか、あるいは人体模型自体の形状によるものかを容易に識別可能な評価装置を提供することにある。
【0011】
さらには、評価試験中の実際映像と火傷を推定する演算結果がリアルタイムで同時に表示され、火炎の影響をリアルタイムに同時把握できる評価装置を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討した結果、以下の手段を採ることによって解決できることを見出した。
【0013】
すなわち、請求項1に係わる本発明として、「火炎を放射するための火炎放射手段、防火服を着用した状態で該火炎が放射される人体模型からなる被放射対象物、該被放射対象物の温度を検知するための検知手段、該検知手段によって得られた情報から予め決められたプログラムにしたがって人体における火傷状態を演算して推定する演算処理手段、該被放射対象物への火炎放射中の映像を記録する撮像手段、及び評価試験中の各時刻において該演算処理手段によって推定された火傷の推定結果を該撮影手段によって撮像された画像と同期して視覚的に並列に出力表示するための表示手段とを有することを特徴とする防火衣の性能評価装置。」である。
【0014】
また、請求項2に係わる発明として、「前記被放射対象物が直立に自立固定できる構造を有し、かつ電気配線を該被放射対象物の内部から取り出す着脱自在の連結手段を有する請求項1に記載の防火衣の性能評価装置。」が提供される。
【0015】
また、請求項3に係わる発明として、「前記火炎放射手段を調整するための較正器として、円筒形状を有し、かつその円筒側面に前記検知手段が配された被放射対象物を含むことを特徴とする請求項1又は2に記載の防火衣の性能評価装置。」が提供される。
【0016】
また、請求項4に係わる本発明として、「少なくとも2個の火炎放射手段から放射される炎を所定時間に渡って連続かつ複数の該火炎放射手段を互いに同期させながら放射させるための制御手段を備えたことを特徴とする請求項1〜3の何れか一項に記載の防火衣の性能評価装置。」が提供される。
【0017】
また、請求項5に係る発明として、「前記演算処理手段が、人体模型のモデル形状上に演算した火傷の進行状態を動画として時系列的に表示する演算処理手段であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の防火衣の性能評価装置。」が提供される。
【0018】
そして、請求項6に係わる本発明として、「前記被放射対象物がアルミナセメントで成形されていることを特徴とする請求項1〜5の何れか一項に記載の防火衣の性能評価装置。」が提供される。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。本発明の図1は、防火衣の評価装置のシステム構成を表すブロック図である。
【0020】
該図1において、参照符号1は演算処理手段、参照符号2は制御手段、参照符号3はマネキン人形などの人体模型からなる被放射対象物(以下、単に「人体模型」と称する)、参照符号4は火炎放射手段、そして、参照符号5は電気配線をそれぞれ示す。
【0021】
ここで、前記演算処理手段1へは、人体模型3に付設された熱電対などの温度検知手段から得られた温度情報を電気信号として電気配線5を介して入力される。そして、これらのこれらの情報から、予めプログラムされた評価式や評価基準に従って、人体の火傷の度合いを、演算処理する役割を果たす。なお、火炎放射手段としては、公知のガスバーナーなどを使用することができる。また、温度検知手段(図示せず)としては、熱電対の他には、トランジスターやダイオードなどの半導体を使用したもの、磁気素子を使用したものなどを上げることができる。
【0022】
この場合、防火衣への火炎放射中において、前記演算処理手段1は、人体の火傷の度合いを、リアルタイムで演算処理して推定するようにすることもできるし、一旦、ハードディスクなどの記憶手段に温度情報を収集して記憶させておき、評価試験が終わった後で、火傷の評価式や評価基準に従って、これらの情報を演算させてその結果を表示するようにしても良いことは勿論である。
【0023】
通常、この演算処理手段1としては、人体模型3から得られた温度変化などの情報から、防火性能を演算処理するための中央演算処理装置を有するコンピュータ本体、該コンピュータ本体に温度情報などを入力する入力手段、該入力手段を介して入力された情報や演算処理情報を一旦記憶する記憶手段、そして、演算処理した結果をCRTなどの表示手段や印刷手段などへ出力する出力手段などの公知の手段を含んで構成される。なお、このときの防火衣の性能評価基準に関しては、ISO 13506規格に準じて評価できるようにしている。
【0024】
次に、制御手段2としては、複数個(例えば、12個)の火炎放射手段4を制御対象とし、これらの火炎放射手段にそれぞれ設けられた電磁弁を制御することによって、火炎放射手段へ供給するガスの流量や開閉のタイミングを制御する。つまり、制御手段2は、人体模型3に対して、複数個の火炎放射手段4が同時に同期させられて火炎の放射を開始するように制御がされる。また、火炎放射手段4からの火炎の放射を同期させて停止するようにも制御される。
【0025】
さらに、人体模型3は、例えば標準的な白人の成人男性の大きさに合わせて造られた公知のマネキンを使用する。また、防火衣の評価を行なうにあたって、先ず前記火炎放射手段4の火炎放射を較正するために、本発明においては、円筒模型(図示せず)使用する。この円筒模型(図示せず)に関しては、その大きさは、円筒直径が400mm、円筒高さが1800mmとした。なお、これらの人体模型3及び円筒模型(図示せず)の材質は、共にアルミナセメントで成形したものである。
【0026】
また、これらの人体模型3あるいは円筒模型(図示せず)には、例えば熱電対からなる温度検知手段が付設されている。したがって、これらの人体模型3あるいは円筒模型(図示せず)に火炎が放射されて、これらの模型3及び円筒模型の表面温度が上昇していく過程で得られる温度情報は、前述の演算処理手段2へ送ることが可能である。そして、このようにして得られた温度情報は、前記の演算処理手段2に予めプログラムされた評価式に基づいて演算処理され、実際に人体が受けるであろうと推定される火傷の度合いなどを即時に算出する。
【0027】
その際、この演算処理手段2によって得られた結果は、表示手段であるディスプレイにリアルタイム表示又は録画再生表示される。このとき、実際に火炎を浴びている人体模型3のモデル形状上にこれらの映像を重ね合わせて表示することができるのは、言うまでもない。
【0028】
なお、このようにして得られる演算結果は、演算処理手段の一部を構成する記憶手段に記録されるとともに、必要に応じて印刷手段などによって紙上にその結果を打ち出すこともできる。また、ハードディスク、MO、フロッピーディスクなどの記録媒体などへ電子情報として記録することもできる。
【0029】
その際、前記の人体模型3及び円筒模型の表面部には前述のように温度検知手段が必要な個数だけ、測定したい各部位に付設されていることは、既に述べたところである。例えば、温度検知手段の配置に関しては、円筒模型の上下方向に14段の円周に分配し、これらの各円周上に9個づつ、各円周上の温度検知手段がそれぞれ千鳥配列をとるように、合計126個を等配している。
【0030】
また、人体模型3に関しては、模型の各部(頭部、胴体、腕部、腿、膝下)毎に等面積に領域をそれぞれ分割し、下記の表1に記載したような割合で、分割された領域毎に合計126個の温度検知手段を配している。
【0031】
【表1】
【0032】
ここで、人体模型3及び円筒模型に対して火炎を放射するための前記火炎放射手段4について簡単に説明する。先ず、この火炎放射手段4は、模型3及び円筒模型への火炎の放射角度を自由に変更が可能なように、上下2段に配された火炎放射手段からなる。そして、これらの火炎放射手段4は、上下2段に配されたものを一対として、人体模型3及び円筒模型を中心とした円周上に6組12個が、等間隔に配されている。
【0033】
なお、この火炎放射手段4は、火炎を放射するノズルの先端が円筒模型に対しては、その表面から500mmの距離を保つように配されている。また、人体模型3に対しては、これら使用する火炎放射手段4の数及び配置する位置については、放射熱量がISO 13506規格を満足するように、変更することが可能とされている。
【0034】
また、その際、火炎を発生させるために使用するガスの規格に関しては、例えば、ガスの種類はプロパンガス、ガス供給圧力は50〜300KPa、そして、ガス供給流量は15〜400L/minとしている。ただし、場合によっては、これらの規格を変更することができることは言うまでもない。例えば、本発明の実施形態では、プロパンガスを用いているが、他の種類のガスを使用しても問題が無いことは明らかである。
【0035】
そして、このようにして構成される火炎放射手段4は、公知のシーケンサーなどの制御手段2によって制御され、少なくとも2個の火炎放射手段から放射される火炎を所定時間に渡って連続かつ同期させながら人体模型3または円筒模型に放射させられ、これによって評価試験が進行することは、言うまでもない。
【0036】
以上のように構成される本発明の防火衣の評価装置においては、人体模型3と較正器である円筒模型(図示せず)とは、従来技術のように頭部から吊り下げるのではなく、直立に固定でき、かつ自立できるようにしたことを一大特徴とする。
【0037】
何故ならば、このような構造とすることで、人体模型3に下着や防火衣を着用させたり、脱がせたりすることが極めて容易となり、従来技術のように下着を切り裂いて人体模型に着用させるといった問題から開放され、実際の着用試験に則した評価結果が得られるからである。
【0038】
その際、これらの人体模型3及び円筒模型の表面に取り付けた温度検知手段に接続される電気配線5に関しては、その内部が空洞にされた人体模型3または円筒模型の内部を通すこととする。また、人体模型3の外部へこれらの電気配線5を引き出す場合には、例えば、D−SUBコネクターのような市販の連結手段(図示せず)を介して行なう。このように、連結手段を介することによって、人体模型3からの取り出し部で電気配線5を着脱自在とする。
【0039】
ここで、その実施形態の一例を挙げれば、人体模型3においては、その足の裏に電気配線5の着脱が可能な前述のような連結手段を設けることで、また、円筒模型においては、その円筒底面に連結手段を設けることにより、電気的配線を取り出す。このような本発明の実施形態においては、人体模型3を頭部から最早吊り下げる必要がないため、人体模型3の荷重を電気配線5で受け止める必要はなく、前記のような市販の連結手段を介して簡単に着脱自在の構造とすることができる。
【0040】
この場合、さらには、人体模型3の腕部などに取り付けた温度検知手段(図示せず)に関しても、その内部に温度検知手段の信号取出し線に連結手段を設けて、前述した足の裏のような構造とすることで、電気配線5を着脱自在とすることも、もちろん可能である。
【0041】
なお、人体模型3の頭部には、人体模型3にズボンを着脱させる場合において、着脱操作が容易となるように、人体模型3の昇降を昇降させるための昇降機に接続する接続金具を取り付けることも好ましい実施態様である。
【0042】
本発明の評価装置は、もちろん屋外に設置することができるが、屋内に設置することが好ましい。例えば、人体模型3および円筒模型(図示せず)と火炎放射手段4とが設けられた部屋(以後、「燃焼スペース」と称する)と、演算処理手段1と制御手段2とが設けられた部屋(以後、「観測スペース」と称する)とを仕切り、燃焼スペースの前後の壁にガラスをはめ込むことにより、観測スペースから燃焼スペースの様子を観測できるようにすることができる。また、このようにすることで、観測スペースには、ビデオカメラを設置し、ガラス越しに燃焼スペースの様子を記録することもできる。
【0043】
ところで、本発明の防火衣の評価装置に使用する火炎放射手段4は、その評価結果を共有するために定められたISO 13506規格に準じる必要がある。このため、火炎放射手段4をこの規格に準じるように較正する必要が生じる。その際、従来技術では、火炎放射手段4を較正するために、人体模型3自体をそのまま較正器として使用していた。
【0044】
しかしながら、本発明においては、前述のように人体模型3に代えて単純形状の円筒模型を用いることを一大特徴とする。このように、較正器として従来使用されていた人体模型3に代えて、単純形状の円筒模型を用いることで、人体模型3の複雑な形状に起因する影響を取り除くことができる。
【0045】
ここで、本発明における円筒模型(図示せず)を使用した較正方法について、簡単に説明する。
【0046】
先ず、前述のように円筒模型(図示せず)の表面に温度検知手段を取り付け、円筒模型の表面温度を電気信号として、サンプリング周期0.2秒でコンピュータに取り込み、取り込んだ表面温度の変化から円筒模型へ流入する熱流束を算出する。
【0047】
そして、このようにして算出した熱流束から、火炎放射手段4から円筒模型(図示せず)に与えられる熱量がISO 13506規格に準じた値、すなわち、84KW/m2となるように調整する。この調整に関しては、火炎放射手段4のノズル口径、火炎放射手段4の火炎放射角度、そして、ガスーナー4へ供給するガスの流量などの変更により行なった。
【0048】
なお、表2は、円筒模型を較正器として使用した場合と、人体模型3を較正器として使用した場合との較正結果を示したものであって、各温度検知手段によって温度変化を検出して算出した熱流束の平均値とその標準偏差である。
【0049】
【表2】
【0050】
ここで、表2から明らかなごとく、円筒模型(図示せず)で火炎放射手段4の熱量を調整して較正した場合に、人体模型3の場合と比較して、標準偏差が大きいのは、火炎放射のばらつきによるものではなく、人体模型3自体の複雑な形状によるものである。したがって、較正器として円筒模型を使用することは、人体模型3の形状に起因するばらつき因子を排除する上で有効である。
【0051】
このとき、防火衣の評価試験は、演算処理手段1と制御手段2を共同させて処理する操作により、全ての火炎放射手段4の火炎を同時に点火させ、所定の時間(試験例では4秒間)に渡って、連続的に火炎を放射することができる。このとき、火炎放射を終わらせるために、全ての火炎放射手段4の火炎放射を同時に停止させるようにできる。
【0052】
また、火炎放射時の模型3の様子は、ビデオカメラのような撮像手段と、この撮像手段によって得られた画像を表示する表示手段とによってリアルタイムで表示した。なお、このときの試験データとビデオ信号とは、コンピュータ本体に設けられた記憶手段とビデオ信号の録画手段とに、記憶及び記録させ、試験が終了した後においても、その様子を再生できるようにした。
【0053】
以上に述べた防火衣の評価装置において、予め入力されたプログラムによって前記の温度検知手段で検知された温度情報を演算処理する演算処理手段の実施態様の一例に関して、以下に数式を使用しながら詳細に説明する。
【0054】
なお、この演算処理手段において使用する数式は、下記の(1)〜(4)式である。ここで、(1)式は、放射された火炎から防火服や下着などを介して人体模型3あるいは円筒模型が受け取る熱流束Qを算出するための式である。なお、この熱流束Qは、温度検知手段によって検出される人体模型3あるいは円筒模型の表面温度から算出される。このとき、人体模型3あるいは円筒模型の表面に取り付けられた温度検知手段からは、0.5秒のサンプリング周期で温度情報をコンピュータに取り込んだ。
【0055】
その際、(1)式における温度検知手段の熱伝導率k、温度検知手段の密度ρ、そして温度検知手段の比熱cに関しては、126個の温度検知手段それぞれについて実験によって予め決定することができる既知の値である。また、温度検知手段の初期温度Tiも任意に設定することができる値である。このため、温度検知手段が検知した温度が与えられると、その時点での熱流束Qを直ちに計算することができる。
【0056】
【数1】
【0057】
ここで、
Q : 人体模型3または円筒模型が受ける熱流束(W/m2)
Ts: 温度検知手段によって検出される温度(K)
Ti: 温度検知手段初期温度(K)
k : 温度検知手段の熱伝導率(W/m・K)
ρ : 温度検知手段の密度(kg/m3)
c : 温度検知手段の比熱(J/kg・℃)
t : 時刻(sec)
【0058】
このようにして、(1)式から熱流束Qが求まると、次に、人体の皮膚の温度上昇を下記の(2)式を使用して算出する。なお、(2)式は人体の皮膚組織を数式モデル化したものであって、皮膚組織の内部への温度伝導を算出するための式である。なお、(2)式に含まれるエネルギー減衰関数fは、(3)式から算出される。
【0059】
なお、人体の皮膚組織を数式モデル化した(2)式において、(1)式で計算される熱流束q((1)式のQと同じ値)以外は、人体の皮膚組織を数式モデル化する際に実験あるいは評価条件によって一義的に予め決定することができる既知の値であり、また(3)式で定義されるエネルギー減衰関数もこれらの既知の値から計算される値である。
【0060】
【数2】
【0061】
ここで、
T : 皮膚推定温度(K)
Tb : 血液の温度(K)
q : (1)式で算出した熱流束Q(W/m2)
k : 皮膚の熱伝導(W/m・K)
Cρ: 体積熱容量(cal/cm3・℃)
(Cρ)b: 血液の体積熱容量(cal/cm3・℃)
x : 皮膚表面からの距離(m)
G : 組織体積に対する血液の流れる割合(cc/sec)
f : エネルギー減衰関数(下記の(3)式から算出する。)
【0062】
【数3】
【0063】
ここで、
γ1 : 表皮の吸収係数(cm-1)
γ2 : 真皮と皮下層の吸収係数(cm-1)
δ1 : 表皮の厚み(cm)
【0064】
以上のようにして、人体の皮膚温度Tを算出して推定すると、次に、皮膚組織内への熱の伝播によって生じる皮膚組織の温度上昇によって、皮膚組織が受けるダメージを算出する。このとき、皮膚組織が受けるダメージは、(4)式によって定義されるダメージ関数から求めることができる。
【0065】
【数4】
【0066】
ここで、
Ω : ダメージ関数
P : 周波数要因(sec-1)
ΔE: 皮膚の活性化エネルギー(J/mol)
R : 気体定数(8.315 J/kmol・K)
T : 真皮のそれぞれの深さにおける絶対温度(K)
t : Tが44℃(317.15K)以上になる時間(sec)
【0067】
以上に述べたようにして、ダメージ関数から皮膚組織のダメージの度合いΩが求まると、このダメージの度合いΩから、皮膚組織の火傷の度合いを推定することができる。
【0068】
例えば、以上に述べた皮膚表面から皮膚下までの距離xが0.008cmにおける皮膚組織のダメージ関数を算出して、Ω≦0.5であれば、「皮膚に火傷が起こらない」ものと推定し、0.5<Ω<1.0であれば、「1度火傷」と推定する。また、皮膚下距離xが0.008cmの場合に、Ω≧1.0と算出された場合において、さらに皮膚下距離xが0.2cmにおけるΩの値を算出し、Ω <1.0であれば、「2度火傷」と推定し、Ω≧1.0であれば、「3度火傷」と推定する。
【0069】
なお、前記のダメージ関数は、演算処理手段1によって、時間の経過と共にリアルタイムで計算するようにしてもよい。このようにすれば、必要に応じて、火炎放射の開始に始まる火傷の進行度合いを時系列的に動画としてリアルタイムで表示することもできることは、言うまでもない。ただし、リアルタイムでの処理が必要でなければ、温度などの計測データを取り込んだ後、評価試験後に演算処理し、その結果を表示するようにしても良い。
【0070】
このとき、火傷の推定結果は、人体模型3の形状を演算処理手段1にインプットしておけば、人体模型3の画像上に、温度検知手段の取り付けた領域ごと、あるいは隣接する温度検知手段を取り付けた領域を補間することで、火傷の進行状態を等高線(コンター線)で表示した画像を得ることもできる。
【0071】
なお、火傷状態の推定は、温度検知手段を含む分割された領域毎及び一定の時間毎に行なう。このようにして算出された人体模型3の火傷の推定結果は、試験中の各時刻について、単独に表示しても良いし、異なる試験条件での火傷の推定結果と並列に表示するようにしても良い。
【0072】
さらには、火炎放射試験中に撮影するビデオ映像と共に並列に出力表示してもよい。つまり、映像と火傷推定データは、映像の録画時に記録されたタイムコードから試験開始タイミングを合わせ、映像をコンピュータに取り込む際にスキャンのタイミングをサンプリング周期の0.5秒と等しくして記録し、その結果を同期をとって並列に出力することができる。
【0073】
【発明の効果】
本発明は、前述の通り、実際の火炎放射映像と、これに対応する部分の火傷の推定結果についても、互いに同期をとって出力を行い、同じ試験時刻におけるデータを対比することにより火炎の影響を確認することができる、という顕著な効果を奏する。
【0074】
また、本発明は、人体模型3を自立させて直立に固定でき、しかも、人体模型3の足の裏から連結手段を介して電気配線5を取り出すことができる。したがって、頭から被る形状の防火服や足からはく防火ズボンであっても、これらを切り開くことなく、そのままの状態で人体模型3に着衣させることが可能となる。したがって、人体が着衣できる全ての形状の防火衣について、実際の着用状態に則した形で評価試験を行なうことができるという極めて顕著な効果を奏する。
【0075】
更には、較正器として円筒模型(図示せず)を用いて火炎の熱量を較正することにより、従来の方法においては、複雑な形状を有する人体模型に起因する測定値のばらつきを分離して識別することが困難であったが、容易に均一な火炎調整が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図1】防火衣の評価装置の構成を模式的に例示したブロック線図である。
【符号の説明】
1 演算処理手段
2 制御手段
3 人体模型
4 火炎放射手段
5 電気配線[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a performance evaluation apparatus for fire protection garments used for fire fighting clothes and the like, and more specifically, to detect the temperature information obtained by radiating a flame to an object to be radiated to evaluate the performance of the fire protection garments. The present invention relates to an apparatus for evaluating the performance of fire protection clothing.
[0002]
[Prior art]
In general, evaluation of fire clothes such as fire clothes is performed by various evaluation methods. For example, after actually wearing a fire garment on an object to be radiated, such as a human body model (mannequin), a flame is emitted toward the object to be radiated, and the temperature change and heat quantity obtained at that time are measured. Thus, it is extremely important to estimate the degree of burns and to evaluate the flameproof performance of the fireproof garment.
[0003]
In particular, it is important to develop a high-performance fire-resistant garment by wearing a fire-resistant garment on a human body model, radiating a flame to the human body model, and estimating the degree of burns that the human body will actually receive. It is extremely important. As an example of such a conventional evaluation system, M.I. Crown and J.H. D. Some have been proposed by Dale et al. In "Instrumented manikin evaluation of thermal protective clothing, Performance of Protective Clothing" (Fourth Volume. ASTM STP 1133). In this conventional technology, they suspend a human body model that is a target object of flame emission from the ceiling, and evaluate the performance of fire protection clothing by combining information such as temperature changes obtained when flame is emitted to this human body model. A system is proposed.
[0004]
In addition, in this prior art, in order to measure the temperature change at the time of the test, all the electrical wiring connected to the detection means such as a thermocouple is taken out from the head of the human body model using the hanging structure, Information obtained at the time of testing is calculated and evaluated via these wirings.
[0005]
By the way, in this prior art, the electric wiring connected to the measuring means arranged on the human body model which is a radiation target is taken out from the head and directly connected to the measuring device. For this reason, the electric wiring taken out from the head of the human body model becomes an obstacle, and it is extremely difficult to wear underwear or the like to be layered on the fire protection clothing from the head.
[0006]
Therefore, the front part of the underwear to be worn on the human body model has been cut and worn. Therefore, the conventional evaluation system is different from the test in the actual state, and has a problem that it cannot be said to be an accurate evaluation test for fire protection clothing.
[0007]
In this evaluation technique, a standard human body model of a white adult male size is used as it is when calibrating the calorific value of the flame or the means for radiating the flame. For this reason, if variations occur in the amount of heat obtained by measuring temperature changes over time during testing, this variation is related to the radiation state of the flame or the shape of the human body model itself. It is difficult to identify whether or not.
[0008]
Furthermore, the conventional technology displays the actual results of the flame emission during the evaluation test and the calculation results such as the estimated state of burns obtained by using the temperature change measured during the evaluation test, etc., independently. It has become. For this reason, the actual image during the evaluation test and the calculation result for estimating the burn are displayed independently, and it is difficult to simultaneously grasp the influence of the flame itself in real time.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
The object of the present invention is to solve the problems of the prior art described above, and the problem to be solved by the present invention is that, firstly, the underwear etc. is not torn and worn on the object to be measured. An object of the present invention is to provide an evaluation device that enables the evaluation of fire protection clothing in response to the situation.
[0010]
Also, if there is a variation in the calorific value obtained by measuring changes in temperature over time during calibration of the calorific value of the flame or the flame radiation means, it may be related to the radiation state of the flame, or the human body model itself An object of the present invention is to provide an evaluation device that can easily identify whether the shape is due to the shape of the.
[0011]
It is another object of the present invention to provide an evaluation apparatus that can simultaneously display an actual image during an evaluation test and a calculation result for estimating a burn in real time, and can simultaneously grasp the influence of a flame in real time.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
Thus, as a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors have found that the problem can be solved by taking the following means.
[0013]
That is, as the present invention according to
[0014]
Further, as an invention according to
[0015]
Further, as an invention according to
[0016]
Further, according to the present invention relating to
[0017]
The invention according to
[0018]
And as this invention concerning claim 6, “The performance evaluation device for fire protection garments according to any one of
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 of the present invention is a block diagram showing a system configuration of an evaluation apparatus for fire protection clothing.
[0020]
In FIG. 1,
[0021]
Here, temperature information obtained from temperature detecting means such as a thermocouple attached to the
[0022]
In this case, the calculation processing means 1 can estimate the degree of burns of the human body by calculating in real time during the flame emission to the fire protection garment, or once in the storage means such as a hard disk. Of course, the temperature information is collected and stored, and after the evaluation test is completed, the information may be calculated and displayed in accordance with the burn evaluation formula or evaluation standard. .
[0023]
Usually, as the arithmetic processing means 1, a computer main body having a central processing unit for arithmetic processing of fire prevention performance from information such as temperature change obtained from the
[0024]
Next, as the control means 2, a plurality of (for example, 12) flame radiating means 4 are controlled and supplied to the flame radiating means by controlling the electromagnetic valves respectively provided in these flame radiating means. Controls the flow rate of gas and the timing of opening and closing. That is, the control means 2 is controlled so that a plurality of flame radiation means 4 are simultaneously synchronized with the
[0025]
Furthermore, the
[0026]
The
[0027]
At that time, the result obtained by the arithmetic processing means 2 is displayed in real time or recorded and reproduced on a display as a display means. At this time, it goes without saying that these images can be superimposed and displayed on the model shape of the
[0028]
The calculation result obtained in this way is recorded in a storage unit constituting a part of the calculation processing unit, and the result can be printed on paper by a printing unit or the like as necessary. It can also be recorded as electronic information on a recording medium such as a hard disk, MO, or floppy disk.
[0029]
At that time, as described above, the surface portions of the
[0030]
The
[0031]
[Table 1]
[0032]
Here, the flame radiating means 4 for radiating the flame to the
[0033]
The flame radiating means 4 is arranged so that the tip of the nozzle that radiates the flame maintains a distance of 500 mm from the surface of the cylindrical model. For the
[0034]
At that time, regarding the standard of the gas used to generate the flame, for example, the type of gas is propane gas, the gas supply pressure is 50 to 300 KPa, and the gas supply flow rate is 15 to 400 L / min. However, it goes without saying that these standards can be changed in some cases. For example, in the embodiment of the present invention, propane gas is used, but it is apparent that there is no problem even if other types of gas are used.
[0035]
The flame radiating means 4 configured as described above is controlled by a control means 2 such as a known sequencer, and the flames radiated from at least two flame radiating means are continuously and synchronized over a predetermined time. It goes without saying that the
[0036]
In the fire protection garment evaluation apparatus of the present invention configured as described above, the
[0037]
This is because such a structure makes it very easy to make the
[0038]
At that time, regarding the
[0039]
Here, to give an example of the embodiment, in the
[0040]
In this case, furthermore, with respect to a temperature detecting means (not shown) attached to the arm portion of the
[0041]
In addition, when attaching and removing trousers to and from the
[0042]
The evaluation apparatus of the present invention can be installed outdoors, but is preferably installed indoors. For example, a room in which the
[0043]
By the way, the flame radiation means 4 used for the evaluation apparatus of the fire protection garment of this invention needs to comply with the ISO 13506 standard defined in order to share the evaluation result. For this reason, it is necessary to calibrate the flame emitting means 4 so as to comply with this standard. At that time, in the prior art, in order to calibrate the flame radiating means 4, the
[0044]
However, the present invention is characterized by using a simple cylindrical model instead of the
[0045]
Here, a calibration method using a cylindrical model (not shown) in the present invention will be briefly described.
[0046]
First, as described above, a temperature detecting means is attached to the surface of a cylindrical model (not shown), the surface temperature of the cylindrical model is taken as an electric signal in a computer with a sampling period of 0.2 seconds, and the change in the surface temperature taken in is detected. Calculate the heat flux flowing into the cylindrical model.
[0047]
From the heat flux calculated in this way, the amount of heat given from the flame radiating means 4 to the cylindrical model (not shown) is a value according to the ISO 13506 standard, that is, 84 KW / m.2Adjust so that This adjustment was performed by changing the nozzle diameter of the flame radiating means 4, the flame radiating angle of the flame radiating means 4, and the flow rate of the gas supplied to the
[0048]
Table 2 shows the calibration results when the cylindrical model is used as a calibrator and when the
[0049]
[Table 2]
[0050]
Here, as is clear from Table 2, when the calorie of the flame radiating means 4 is adjusted and calibrated with a cylindrical model (not shown), the standard deviation is large compared to the case of the
[0051]
At this time, the fireproof garment evaluation test is performed by jointly processing the arithmetic processing means 1 and the control means 2 to simultaneously ignite the flames of all the flame radiating means 4 and for a predetermined time (4 seconds in the test example). It is possible to radiate a flame continuously over. At this time, in order to end the flame emission, the flame emission of all the flame emission means 4 can be stopped simultaneously.
[0052]
The state of the
[0053]
In the fire protection garment evaluation apparatus described above, an example of an embodiment of the arithmetic processing means for arithmetically processing the temperature information detected by the temperature detecting means by a program inputted in advance will be described in detail using mathematical expressions below. Explained.
[0054]
The mathematical formulas used in this arithmetic processing means are the following formulas (1) to (4). Here, the equation (1) is an equation for calculating the heat flux Q received by the
[0055]
At that time, the thermal conductivity k of the temperature detection means, the density ρ of the temperature detection means, and the specific heat c of the temperature detection means in equation (1) can be determined in advance by experiments for each of the 126 temperature detection means. It is a known value. Further, the initial temperature Ti of the temperature detecting means is also a value that can be arbitrarily set. For this reason, when the temperature detected by the temperature detecting means is given, the heat flux Q at that time can be immediately calculated.
[0056]
[Expression 1]
[0057]
here,
Q: Heat flux (W / m) received by the
Ts: Temperature (K) detected by the temperature detection means
Ti: Temperature detection means initial temperature (K)
k: thermal conductivity of temperature detection means (W / m · K)
ρ: density of temperature detection means (kg / mThree)
c: Specific heat of temperature detection means (J / kg · ° C)
t: Time (sec)
[0058]
Thus, when the heat flux Q is obtained from the equation (1), the temperature rise of the human skin is calculated using the following equation (2). Equation (2) is a mathematical model of human skin tissue, and is an equation for calculating temperature conduction into the skin tissue. The energy decay function f included in the equation (2) is calculated from the equation (3).
[0059]
In addition, in formula (2), where the human skin tissue is modeled, the human skin tissue is modeled except for the heat flux q (the same value as Q in formula (1)) calculated by formula (1). In this case, it is a known value that can be uniquely determined in advance by an experiment or an evaluation condition, and the energy decay function defined by the equation (3) is also a value calculated from these known values.
[0060]
[Expression 2]
[0061]
here,
T: Estimated skin temperature (K)
Tb : Blood temperature (K)
q: Heat flux Q (W / m) calculated by equation (1)2)
k: heat conduction of skin (W / m · K)
Cρ: Volumetric heat capacity (cal / cmThree・ ℃)
(Cρ)b: Volumetric heat capacity of blood (cal / cmThree・ ℃)
x: Distance from skin surface (m)
G: Blood flow rate relative to tissue volume (cc / sec)
f: Energy decay function (calculated from the following equation (3))
[0062]
[Equation 3]
[0063]
here,
γ1 : Absorption coefficient of epidermis (cm-1)
γ2 : Absorption coefficient of dermis and subcutaneous layer (cm-1)
δ1 : Skin thickness (cm)
[0064]
When the skin temperature T of the human body is calculated and estimated as described above, the damage to the skin tissue due to the temperature increase of the skin tissue caused by the propagation of heat into the skin tissue is calculated. At this time, the damage received by the skin tissue can be obtained from the damage function defined by the equation (4).
[0065]
[Expression 4]
[0066]
here,
Ω: Damage function
P: Frequency factor (sec-1)
ΔE: skin activation energy (J / mol)
R: Gas constant (8.315 J / kmol · K)
T: Absolute temperature (K) at each depth of the dermis
t: Time for T to reach 44 ° C (317.15K) or more (sec)
[0067]
As described above, when the degree of skin tissue damage Ω is obtained from the damage function, the degree of skin tissue burn can be estimated from the degree of damage Ω.
[0068]
For example, by calculating the skin tissue damage function when the distance x from the skin surface to the skin below is 0.008 cm and Ω ≦ 0.5, it is estimated that “the skin does not burn”. If 0.5 <Ω <1.0, it is estimated that “one-time burn”. In addition, when Ω ≧ 1.0 is calculated when the skin under distance x is 0.008 cm, the value of Ω when the skin under distance x is 0.2 cm is further calculated, and Ω <1.0. If it is Ω ≧ 1.0, “3 degree burn” is estimated.
[0069]
The damage function may be calculated by the arithmetic processing means 1 in real time as time passes. If it does in this way, it cannot be overemphasized that the progress degree of the burn which starts from the start of flame radiation can also be displayed in real time as a time series as needed. However, if real-time processing is not necessary, after taking measurement data such as temperature, it is possible to perform arithmetic processing after the evaluation test and display the result.
[0070]
At this time, as a result of burn estimation, if the shape of the
[0071]
Note that the burn state is estimated for each of the divided areas including the temperature detecting means and for every predetermined time. The burn estimation result of the
[0072]
Further, it may be output and displayed in parallel with a video image taken during the flame emission test. In other words, the video and burn estimation data are recorded by matching the test start timing from the time code recorded at the time of video recording, and the scan timing is equal to the sampling period of 0.5 seconds when the video is taken into the computer, The result can be output in parallel in synchronization.
[0073]
【The invention's effect】
As described above, the present inventionThe actual flame radiation image and the estimated result of the burn in the corresponding part are also output in synchronization with each other, and the effect of the flame can be confirmed by comparing the data at the same test time Has a remarkable effect.
[0074]
In the present invention, the
[0075]
Furthermore, by calibrating the calorific value of the flame using a cylindrical model (not shown) as a calibrator, the conventional method separates and discriminates variations in measured values caused by a human body model having a complicated shape. Although it was difficult to do so, it was possible to easily perform uniform flame adjustment.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram schematically illustrating the configuration of an evaluation apparatus for fire protection garments.
[Explanation of symbols]
1 Arithmetic processing means
2 Control means
3 human model
4 Flame radiation means
5 Electrical wiring
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