JPH09500296A - 鎮火のための装置と方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 鎮火炎組成物と鎮火装置（９０）が開示される。この組成物は推進剤と有効量の炭酸マグネシウムを含有している。１つの装置（９０）は推進剤（１４）の流出物（９８）を氷（９６）と水（９４）との混合物の所に導いて過熱水蒸気（１０６）を発生させる。流出物（９８）は熱ガスと固体微粒子との混合物であるのが好ましく、その混合物はノズル（１００）により氷（９６）と水（９４）との混合物に衝突するように向けられる。

Description

【発明の詳細な説明】 鎮火のための装置と方法 本発明は鎮火のための装置と方法に関する。更に詳しくは、ガス発生器で高温 の第一ガスを生成させ、この第一ガスが気化性の液体と相互作用して鎮火能を有 する第二ガスを発生させるものである。 火は酸素と、熱で引火温度まで昇温せしめられる燃料との間の化学反応を伴う 。鎮火系は次のどれか１つ又はそれらの組み合わせで働く：（ｉ）酸素の除去、 （ii）系の温度の低下、（iii）燃料の酸素からの分離、及び（iv）燃焼の化学 反応の遮断。典型的な鎮火剤に水、二酸化炭素、ドライ化学薬品（ｄｒｙ ｃｈ ｅｍｉｃａｌ）、及びハロン（Ｈａｌｏｎ）と総称され、知られているハロカー ボンの群がある。 水が水蒸気に気化すると火から熱が奪われる。水は電気導体であって、電気装 置回りで使用するのは危険である。しかし、非電気的状況では、水は、細かい霧 として大きな区域を覆うように与えられる場合は、環境に優しい効果的な鎮火剤 となる。 二酸化炭素（ＣＯ₂）ガスは酸素の置換と熱の吸収との組み合わせで鎮火する 。二酸化炭素ガスは電気を通さず、従って電気的装置回りでも安全に使用できる 。二酸化炭素は圧縮ガスとして貯蔵可能であるが、室温貯蔵用には高圧のシリン ダーが必要になる。これらのシリンダーは重く、従って圧縮ガスの容積が制限さ れる。大量の二酸化炭素は、室温と大気圧に暴露されたとき気化する液体として 、更に経済的に貯蔵される。 室温と大気圧に暴露される時、液体ＣＯ₂の膨張特性は、容器仕込み物のほぼ １／３がブローダウン過程中に凍結する、そのようなものである。妥当な時間で はそのＣＯ₂の約２／３しか排気されないのである。残りはドライアイスとなっ てその貯蔵容器の中に残る。ドライアイスは、最後には昇華し、容器を出るが、 昇華期間は何時間にも及ぶと見積もられ、従って鎮火にはほとんど役立たないも のである。 液体二酸化炭素を基剤とする鎮火系に関する問題は、低温操作が求められると き更に悪くなる。−５５℃では、二酸化炭素の蒸気圧は急速排出には全く不十分 な（２０℃での４．８ＭＰａ（７００ｐｓｉｇ）に比較して）約０．４８ＭＰａ （７０ｐｓｉｇ）である。容器の凍結問題も更に悪くなる。液体二酸化炭素の約 ５０％が、−５５℃及び大気圧に暴露されると、固化してしまうのである。 改良された二酸化炭素による鎮火系は、室温における二酸化炭素ガスの急速排 出を促進するために加圧窒素が加えられたものである。加圧窒素は低温における 凍結問題を解決せず、また上限使用温度の約７０℃では貯蔵圧力が極端に高くな り、これは厚くて重い壁の付いた貯蔵容器を使用せざるを得なくする。 化学薬品系は燃料を酸素から分離することによって消火するものである。典型 的なドライ化学薬品系には重炭酸ナトリウム、重炭酸カリウム、リン酸アンモニ ウム及び塩化カリウムがある。効果を改善するために有機リン酸塩が加えられた 、Ｇ−１粉末として知られる粒状グラファイトが、金属の火に対して広く使われ ている。他の適したドライ化合物に、流れを改善するためにリン酸三カルシウム が、また撥水性改善用のステアリン酸金属が加えられた塩化ナトリウム；乾性砂 ；タルク；アスベスト粉末；粉末石灰；グラファイト粉末；及び炭酸ナトリウム がある。ドライ化学薬品系は加圧された不活性ガスと組み合わせるか、又はシャ ベルを使う等の手動式で火に送られる。この分布系は大きな火には不十分であっ て、大きな火を鎮火するのに有効な量のドライ粉末を送るためには相当長い時間 が必要になる。 最も効率的な鎮火剤はハロン類である。ハロン類は一群の臭素化フルオロカー ボンであって、メタン又はエタンのような飽和炭化水素から誘導され、その水素 原子がハロゲン元素、即ち臭素、塩素及び／又はフッ素の原子で置換されたもの である。この置換はその分子を可燃性物質から消火剤に変える。フッ素は不活性 度と安定性を高め、一方臭素は消火効果を高める。最も広く使用されるハロンは ハロン１３０１で、これはＣＦ₃Ｂｒ、即ちトリフルオロブロモメタンである。 ハロン１３０１は二酸化炭素又は窒素ガスに必要とされる濃度よりはるかに低い 濃度で消火する。典型的には、ハロン１３０１は約３．３容量％以上の濃度で消 火する。 ハロンによる鎮火は有効酸素の減少、大気酸素からの燃料の分離、冷却による 燃焼反応の遮断と化学的な遮断を初めとして色々な作用の組み合わせによって起 こる。ハロン１３０１のこの優れた鎮火効率は、燃焼に関連した無制御の反応を 終わらせるその能力に起因する。この停止段階はハロン１３０１が燃焼源の上に 掛けられた時に生成する臭素ラジカル（Ｂｒ・）の安定性によるハロンの１３０ １の触媒作用である。 未反応のハロン１３０１が成層圏に移行すると、太陽光がハロン１３０１を分 解し、臭素ラジカルを生成させる。Ｂｒ・は次に不可逆的に反応してオゾンを消 費する。 Ｂｒ・ ＋ Ｏ₃−−→ ＢｒＯ・ ＋ Ｏ₂ オゾンの減少は重大な環境問題であると言う今日の認識に鑑みて、（ｉ）環境 への影響がハロンより余り著しくない鎮火剤、及び（ii）環境により優しいこれ らの鎮火剤を送る装置を確認することが運動の目標になっている。 従って、ハロンより環境上危険が少ない鎮火剤を効果的に送る鎮火装置を提供 することが本発明の１つの目的である。この装置は液体と固体の両鎮火剤を効果 的に送ると言うことが本発明の１つの特徴である。この装置ではハロンの鎮火装 置より著しく大きなスペースは必要とされないと言う点が、本発明の１つの利点 である。高蒸気圧及び低蒸気圧の両液体が効果的に貯蔵され、気化され、そして ガス状で送られると言うことが、本発明の更にもう１つの利点である。 本発明によれば、鎮火装置が提供される。この装置にはガス発生器とチャンバ ー内に収容された気化性の液体が含まれる。チャンバーと火の間には１つの通路 が設けられている。この装置は、賦勢されたとき、高温の第一ガスを発生させる ことにより鎮火する。第一の液体は第一ガスとの相互作用で実質的に気化され、 鎮火能を有する第二のガスを発生させ、この第二ガスが次いで火に向けられる。 本発明のもう１つの態様では、第一ガスはＣＯ₂、Ｎ₂又は水蒸気のような効果 的な鎮火剤である。この第一ガスは鎮火剤として直接使用してもよいし、或いは 鎮火用の第二ガスと併用してもよい。 上記の目的、特徴及び利点は次の明細書の説明及び図面から更に明らかになる だろう。 図１は本発明の第一の態様に従って液体を鎮火用ガスに気化させるための装置 を断面図として説明するものである。 図２は本発明の第二の態様に従って液体を鎮火用ガスに気化させるための装置 を断面図として説明するものである。 図３はドライ化学薬品の鎮火炎剤を火に送る装置を断面図として説明するもの である。 図４は二酸化炭素生成用のガス発生器を断面図として説明するものである。 図５はガス発生器中の炭酸マグネシウム含有量が増加すると腐食性の流出物の 生成が低下することをグラフとして説明するものである。 図６は氷と水についての圧力と密度との間の関係をグラフとして説明するもの である。 図７は本発明による、水を基剤とする鎮火系を断面図とする説明するものであ る。 図１は本発明の第一態様による鎮火装置１０を断面図として示すものである。 適当な固体推進剤１４が入っているガス発生器１２が高温の第一ガス１６をチャ ンバー２０に入っている気化性液体１８に送る。第一の導管２２がガス発生器１ ２とチャンバー２０との間の通路となる。第一ガス１６は気化性液体１８と相互 作用をし、その液体を第二ガス２４に転化する。気化性液体１８を適正に選択す ることにより、第二ガスは鎮火炎能を有するようになる。第二の導管２６が第二 ガス２４を火に向ける。希望によって設けられるアスピレーター２８が第二ガス ２４を広い領域にわたって均一に分布させる。 鎮火装置１０はビル、航空機又は他の適当な構造物若しくは車両の天井又は壁 に恒久的に取り付けられる。センサー３０が火の存在を検知する。典型的には、 センサー３０は温度上昇か、又は煙りの存在による空気のイオン化ポテンシャル の変化を検知する。火を検知すると、センサー３０は賦勢信号を引き金機構３２ に送信する。賦勢信号は電線３４又は他の適当な手段で送られる高周波パルスや 電気パルスであることができる。 引き金機構３２は固体推進剤１４に着火させることができる任意の装置である 。１つの引き金機構は電気的小型火管である。電気的小型火管は、ブリッジワイ ヤ ー、典型的には直径０．０７６〜０．１０ｍｍ（３〜４ミル）のニクロム線で相 互に接続された２本のリード線を有する。これらのリード線に電流が流れると、 ブリッジワイヤーが赤熱し、隣接する小型火管の混合物、典型的にはジルコニウ ムと過塩素酸カリウムを着火させる。着火した小型火管の混合物は次に隣接する 黒色火薬装填材料を着火させ、火球と圧力衝撃波を創り出し、その圧力衝撃波が ガス発生器１２内に収容された固体推進剤１４を着火させる。 ガス発生器１２には固体推進剤１４が入っており、その推進剤が着火すと二酸 化炭素、窒素及び水蒸気のような鎮火用流体を含有する大量の高温ガスを発生さ せる。気化性液体の選択と鎮火を要すると予測される火のタイプに依存して、そ のガスは数ミリ秒から数秒の範囲の期間発生する。１つの特に適したガス発生器 は、シキ（Shiki）らに付与された米国特許第３，９０４，２２１号明細書に記 載される、自動車のエア・バッグに使用されるタイプである。ハウジング３６は 固体推進剤１４を支持し、爆発の衝撃波を気化性液体１８の方向に向ける。ハウ ジング３６の典型的な材料にアルミニウム合金及びステンレス鋼がある。 好ましい固体推進剤１４は多量の高温ガスを発生させる燃焼性の混合物である 。この推進剤を第一ガスに転化させる化学反応は、一般に、約１０９３℃（２０ ００°Ｆ）より低い温度では効率的には起こらない。推進剤１００ｇ当たりのモ ル数で表されるガス生成量は約１．５モルを越えるべきであり、好ましくは約２ ．０モルを越えるべきである。推進剤は、一般に、窒素に富む燃料と酸化剤との 、水素と酸素の生成を最少限に抑える適正な化学量論比の混合物である。好まし い燃料はグアニジン化合物、アジド化合物及びアゾール化合物である。 “ＲＲＣ−３１１０”及び“ＦＳ−０１”［両者共、米国、ワシントン州（Wa shington）、レドモンド（Redmond）のオリン・エアロスペース社（Olin Aerosp ace Company）から入手できる］が２種の好ましい固体推進剤である。これら推 進薬の組成（重量パーセント）は次の通りである： ＲＲＣ−３１１０ ５−アミノテトラゾール ２８．６２％ 硝酸ストロンチウム ５７．３８％ クレー ８．００％ カリウム ５−アミノテトラゾール ６．００％ ＲＲＣ−３１１０は、着火すると、Ｈ₂Ｏ、Ｎ₂及びＣＯ₂、更にはＳｒＯ、Ｓ ｒＣＯ₃及びＫ₂ＣＯ₃の微粒子を生成させる。 ＦＳ−０１ ５−アミノテトラゾール ２９．２０％ 硝酸ストロンチウム ５０．８０％ 炭酸マグネシウム ２０．００％ ＦＳ−０１は、着火すると、Ｈ₂Ｏ、Ｎ₂及びＣＯ₂、更にはＳｒＯ、ＳｒＣＯ₃ 及びＭｇＯの微粒子を生成させる。 もう１つの有用な推進剤組成物は次のものである： 硝酸グアニジン ４９．５０％ 硝酸ストロンチウム ４８．５０％ 炭素 ２．００％ この組成物は、着火すると、Ｈ₂Ｏ、Ｎ₂及びＣＯ₂ガスの混合物をＳｒＯ及び ＳｒＣＯ₃の微粒状子固体と共に放出する。 ＫＣｌ塩を生成させる推進剤も適している。ＫＣｌは鎮火には有効であるが、 この塩の腐食性がこれら推進剤の適用を制限している。２種のこのような推進剤 は次のものである： ５−アミノテトラゾール ３０．９０％ 過塩素酸カリウム ４４．１０％ 炭酸マグネシウム ２５．００％ この推進剤は、着火すると、Ｈ₂Ｏ、Ｎ₂及びＣＯ₂ガス、更にはＫＣｌ及びＭ ｇＯの微粒子を生成させる。 塩素酸カリウム ６１．０％ 炭素 ９．０％ 炭酸マグネシウム ３０．０％ この推進剤は、着火すると、唯一のガスとしてのＣＯ₂と、ＫＣｌ及びＭｇＯ の微粒子を生成させる。 もう１つの適した推進剤は窒素ガスとハウジング３６の中に残る固体スラグを 生成させるもので、この窒素ガスだけが気化性液体に対して放出され、従ってそ の区域は固体微粒子により汚染されない。 アジドナトリウム ５９．１％ 酸化鉄 ３９．４％ 硝酸カリウム １．０％ 炭素 ０．５％ この推進剤は、着火すると、Ｎ₂ガスと、ハウジングから排出されないスラグ を生成させる。 本発明の装置に有用な推進剤は上記の５種に限定されない。同様のガス状生成 物を高速、高温で生成させることができるものであればいかなる固体推進剤も適 当である。 最も好ましい推進剤は鎮火剤として炭酸マグネシウムを含有するものである。 炭酸マグネシウムは、ＦＳ−０１におけるように、燃料と併用してもよいし、他 の鎮火剤と併用してもよいし、或いは単一成分の鎮火推進剤として使用してもよ い。炭酸マグネシウムは吸熱反応を行って二酸化炭素（良好な酸素置換剤）と酸 化マグネシウム（良好な放熱剤及び冷却剤）に分解する。 適した推進剤は、消火に有効な量から約９５重量％までの炭酸マグネシウムを 含有し、残りが燃料と酸化剤との混合物であるものである。この推進剤は約２０ 〜約７０重量％の炭酸マグネシウムを含有しているのが好ましく、約３０〜約６ ０重量％の炭酸マグネシウムを含有しているものが最も好ましい。 炭酸マグネシウム含有量が低い場合、硝酸ストロンチウムを含有する推進剤は 酸化ストロンチウムに富む流出物を生成させる。これは、大気の水分に暴露され ると、航空機の製作に用いられるアルミニウム、その他の材料に対して腐食性の 極端に塩基性の溶液を生成させる。図５を参照して説明すると、出願人は、約３ ５％と言う最低炭酸マグネシウム含有量が腐食の可能性を最少限に抑えるのに望 ましいことを確認した。 炭酸マグネシウムのような推進剤用添加剤は、吸熱性放熱剤及び二酸化炭素発 生剤として作用する。これらの効果は、生成する酸化ストロンチウムの量を最少 限に抑えることにより、推進剤の流出物の腐食性を減少させる。図５は、ＦＳ− ０１を存在する炭酸マグネシウムの量を変えて着火させることによって生成する ガス状流出物の組成をグラフとして示すものである。酸化ストロンチウムの含有 量は基準線８０で定められる。酸化マグネシウムを本質的に含まない流出物を得 るには、約３５重量％の炭酸マグネシウムが必要である。 炭酸マグネシウム（基準線８２）と酸化マグネシウム（基準線８４）は、大気 の水分に暴露されるとｐＨが７に近い化合物を生成し、従って、一般的には、有 意の腐食を引き起こさない。 １つの好ましい推進剤は窒素に富む燃料、酸化剤及び炭酸マグネシウムを含有 するものである。適した推進剤に、５−アミノテトラゾールと、硝酸ストロンチ ウム、過塩素酸カリウム又はそれらの混合物のような酸化剤を含有するＦＳ−０ １の変種がある。燃料対酸化剤の重量比は約１：１〜約１：２である。この燃料 と酸化剤とに約２０〜約７０重量％の炭酸マグネシウムが組み合わさられる（重 量％は推進剤／炭酸マグネシウム／添加剤の圧縮混合物の百分率として測定）。 推進剤は、また、クレー（成形特性を改善する）又はグラファイト（流動特性を 改善する）のような添加剤を含有していてもよい。 推進剤は圧縮された粉末の混合物である。粉末成分が全てほぼ同じ大きさであ るならば、燃焼速度は許容できないほど低くなる。推進剤は、平均粒径が約１５ ０〜約２００ミクロンの相対的に大きな炭酸マグネシウム粒子と、平均粒径が約 ５０〜約７５ミクロンの相対的に小さい燃料粒子及び酸化剤粒子との混合物であ るのが好ましい。この大きい方の炭酸マグネシウム粒子は個々に分かれた冷却剤 部位となり、全ての成分がほぼ同じ大きさであるときほど劇的には推進剤の燃焼 速度を低下させない。 この固体推進剤には約３０ミリ秒から数秒の範囲の時間にわたってガスを発生 させることが求められるだろう。典型的には、短い“燃焼時間”は爆発性の環境 で必要となり、一方より長い燃焼時間は燃焼性の環境で必要となる。短い燃焼時 間が所望とされる場合は、推進剤は、典型的には、直径が１ｃｍで、厚さが約０ ．５ｃｍのオーダーの錠剤の形を取る。このペレットの大きさが増すと、燃焼時 間が長くなる。燃焼時間が数秒である場合、ガス発生器がハウジングに圧縮成形 された単一の推進剤スラグを含有する。 図１に戻り、それを参照して説明すると、固体推進剤１４の着火中にそのハウ ジング３６が溶融しないようにするために、ハウジング３６と固体推進剤１４と の間に冷却用材料３８を配置してもよい。１つの冷却用材料は顆粒状の炭酸マグ ネシウムで、これは１５０℃（３００°Ｆ）以上に加熱されたとき二酸化炭素を 生成させる。ＭｇＳＯ₃１モルは１モルのＣＯ₂と１モルのＭｇＯを生成させ、そ のＭｇＯはスラグの形でハウジング３６の中に残る。固体推進剤の着火中に少量 のＭｇＯダストが排出されることがある。 チャンバー２０が固体推進剤１４によりその着火前に汚染されるのを防ぐため に、第一の破裂性ダイアフラム４０で気化性液体１８を分離しておく。この分離 用ダイアフラム４０は衝撃波の圧力で破られる。ディスク型破裂用起爆装置のよ うな能動装置は必要とされない。機械的破壊屑の生成を防ぐために、分離用ダイ アフラム４０に境界線と蝶番領域を有せしめて花弁様方式で開くようにすること ができる。 第一導管２２は第一ガス１６を気化性液体１８に導く通路となる。第一ガス１ ６は過熱され、高速で走行する。この第一ガスと気化性液体１８とが相互に作用 してその気化性液体を気化させ、第二ガス２４を生成させる。この第二ガス２４ が第二の分離用ダイアフラム４２を破り、鎮火用ガスとして、好ましくはアスピ レーター２８を通って放出される。 気化性液体１８をどう選択するかは、第二ガス２４と大気オゾンとの反応性を ハロンよりも小さくすると言う希望に基づく。気化性液体１８は臭素を含有せず 、そして好ましくは塩素も含有しない。気化性液体１８の好ましい群に炭素−フ ッ素結合しか含有しない分子であるフルオロカーボン、及び炭素−水素結合と炭 素−フッ素結合の両結合を含有する分子である水素化フルオロカーボンがある。 表１は好ましいフルオロカーボンと水素化フルオロカーボン、及びそれらの気化 温度を示すものである。比較のために、ハロン１３０１のデーターも与えれれて いる。 最も好ましいフルオロカーボン及び水素化フルオロカーボンは、より高い沸点 とより低い蒸気圧を有するものである。より高い沸点は気化性液体１８を液体と して貯蔵しておくのに要する圧力を低下させる。より低い蒸気圧は気化性液体を 着火時に鎮火用ガスに転化する速度を高める。ＨＦＣ−２２７、ＦＣ−３１−１ ０、ＦＣ−３１８及びＦＣ−２１８が特に適している。 不飽和の、即ちアルケンのハロカーボンが低い蒸気圧と比較的高い沸点を有す る。これらの不飽和分子は炭素−フッ素結合及び、場合によっては、炭素−水素 結合と共に炭素−炭素二重結合を含有する。その不飽和はこれら化合物を飽和化 合物よりかなり強く感光性にし、このことが高度がより低い大気中での著しい光 化学的分解に通じる。この低高度での光分解は、成層圏でのオゾンの減少に対す るこれら化合物の寄与を一層小さくするだろう。本発明の鎮火装置で不飽和ハロ カーボンを使用することにより、臭素含有化合物が許容されるようになることは 事実と思われる。 代表的なハロアルケンは約３５〜約１００℃の沸点を有するもので、これには ３−ブロモ−３，３−ジフルオロープロペン、３−ブロモ−１，１，３，３−テ トラフルオロプロペン、１−ブロモ−３，３，３−トリフルオロ−１−プロペン 、４−ブロモ−３，３，４，４−テトラフルオロ−１−ブテン及び４−ブロモ− ３，４，４−トリフルオロ−３−（トリフルオロメチル）−１−ブテン、並びに それらの同族体、類似体及び関連化合物がある。 飽和であるか、不飽和であるかにかかわらず、フルオロカーボン及び水素化フ ルオロカーボンに関する１つの不利な点は、その蒸気が火に接触すると少量のフ ッ化水素が生成することである。フッ化水素は設備に対して腐食性で、かつ人員 に対して危険でもある。 第一ガス１６によって伴われる相当の熱と圧力は、気化性液体１８として液体 二酸化炭素又は水の使用を許容する。非エネルギー的に排出される液体二酸化炭 素について前記で明らかにされた膨張問題は、第一ガス１６の過熱効果によって 取り除かれる。水は第一ガスと相互作用すると水蒸気の細かい霧に転化され、火 炎の鎮静に極めて有効になる。 水は細かい液滴、即ち霧の形か又は過熱水蒸気として火に発出されるとき、そ のような効果的な鎮火媒体となるので、ガスを発生させると言う着想における使 用に対して最も有利な流体の１つである。しかし、水は０℃（３２°Ｆ）と言う 温度で凍るので、凍結点を下げる手段を加えなければならないか、又はガス発生 器のデザインをその装置が水の凍結した固体でも効果的に作動できるそのような ものにしなければならない。 ほとんどの軍事用途及び商業用途では、鎮火装置は、−５４〜＋７１℃（−６ ５〜＋１６０°Ｆ）の温度範囲にわたり効果的に作動することが求められる。ア ンモニア、アルコール、グリコール類及び塩類のような多くの添加剤が、水の凍 結点を−５４℃（−６５°Ｆ）以下まで下げることができるが、その混合物のか なりの部分が添加剤になってしまう。ほとんどの添加剤は可燃性か腐食性であっ て、凍結点降下剤が水中に存在するとき水系の有効さと望ましい特徴を低下させ る。 ガス発生器の駆動系用試剤としての水の望ましい特徴が維持されるようにする ために、その系を水が凍結固体を含んでいても、所望とされる−５４〜＋７１℃ （−６５〜＋１６０°Ｆ）の温度範囲にわたり効果的に作動するように設計する ことができる。 図６は、水と氷の大気圧、中圧、高圧及び中度の真空における密度と温度との 関係をグラフとして示すものである。０℃（＋３２°Ｆ）よりわずかに高い温度 では、液体の水の密度は１．０ｇ／ｃｍ³（６２．４０ １ｂｍ／ｆｔ³）である 。水の温度が０℃（＋３２°Ｆ）よりほんの少し下がれば、水は凍って氷となり 、容積がかなり膨張する。氷の０℃（３２°Ｆ）における密度は０．９２ｇ／ｃ ｍ³（３５７．５０ １ｂｍ／ｆｔ³）である。 ０℃より低い温度では、氷の密度は、基準線８６で説明されるように、温度が 低下するにつれて増加する。０℃より高い温度では、水の密度は、基準線８８で 説明されるように、温度が上昇するにつれて減少する。 図７は、水の凍結に起因する氷の膨張に順応するようになっている、水を基剤 とする鎮火系９０を断面図として示すものである。鎮火系９０は、前記で説明さ れ、かつ前に図１で例証した固体推進剤ガス発生器１２を含む。ガス発生器１２ はタンク９２と第一導管９３により形成される通路で連通している。タンク９２ には水９４と氷９６との混合物が入っている。タンク９２の容積は水９４が全て 凍ったとすれば含まれることになる氷の容積より大きい。 ガス発生器１２は、そのガス発生器１２により生成せしめられた熱ガス９８を 氷９６の方向に向けることにより、氷９６を凍結点まで加熱し、その氷を融かす のに十分な熱エネルギーを提供する。熱ガス９８の流れをそれが氷と水の混合物 に衝突するように向け、良好な混合と水の気化を保証する乱流を誘発させる。 氷９６と水９４の加熱は、固体を有意の割合で熱ガス９８と共にタンク９２に 排出させる推進剤の使用で更に高められる。流出物の少なくとも約２０重量％、 最も好ましくは少なくとも約４０重量％が固体粒子であるのが好ましい。 タンク９２は氷９６の自由な膨張を助長するように設計される。氷の成長を妨 害するポケット又はキャビティーはない。ガス発生器の機械的部分の破壊を最少 限に抑えるために、氷の成長路には機械的部分はない。 発生したガスの温度は約９２５℃（１７００°Ｆ）を越えているのが好ましく 、そして典型的には約１０９３℃（２０００°Ｆ）を越える。ガス発生器は、排 出ガスが少なくとも２０重量％、好ましくは約４０重量％を越える熱い固体微粒 子（即ち、ＭｇＯ等）を含有するように選ばれるのが好ましい。この排出ガス流 は氷を速やかに融かす非常に効果的な手段となる。 水を基剤とする鎮火系９０のもう１つの特徴は、水９２と氷９６の上のヘッド スペース１０２が、タンク９２に排出される熱ガス９８が持つ発生圧力が出口の 破裂性ディスク１０４を破るのに十分な圧力、典型的には約１３．８ＭＰａ（２ ０００ｐｓｉｇ）を生み出さないことを保証すべく十分に大きいことである。こ の系は、ガス発生器９２から、気化した水を出口ディスク１０４が破られ、流れ 始める前に過熱するために加えられるべき追加の熱ガスを必要とするように設計 される。 出口ディスク１０４が一旦破られると、ガス発生器１２から連続して流れ出る ガス９８の流れにより、タンク９２内に水９４の十分な乱流と混合が作り出され 、水を気化させて水蒸気１０６を生成させる。特定の鎮火用途に依存して、その 装置を低温では低品質の水蒸気を、まはそれより高温では過熱水蒸気を生成させ るように設計することが望ましいだろう。その系で使用される水と固体推進剤を 適正に調整することにより、どのような温度と水蒸気の品質をも生み出すことが できる。水蒸気１０６は第二導管１０７により形成される第二通路を通って火に 向けられる。 時には、氷９６の融解熱を下げるために、水９４に添加剤１０８を添入するこ とが望ましいことがある。効果的な化学的添加剤にポリビニルアルコールと水溶 性ポリマー、例えばメチルセルロースがあり、水に約１５容量％以下の濃度で加 えられる。添加剤１０８は、また、水に適正に添加されるときは粘稠なゲルを形 成する傾向がある。このより高い粘度の作動流体はタンク９２から漏出する可能 性が水よりはるかに少ない。 本発明の第二の態様において、その鎮火装置５０は図２に断面図として説明さ れる通りである。この第二鎮火装置５０の構成要素は図１に説明される構成要素 と実質的に同じであり、従って同様の要素は同様の数字で示される。典型的には 、固体推進剤１４は固体の微粒子を第一ガスと共に生成させる。微粒子は鎮火装 置の他の構成部材、例えば炭酸マグネシウムの冷却層３８により生成させること ができる。この鎮火炎装置５０の配置される環境が固体微粒子の存在により有害 な影響をうけるようであるならば、ガス発生器１２とチャンバー２０との間にブ ラダー（bladder）５２を配置してもよい。強力な第一ガス１６は可撓性のブラ ダー５２を強制的に変形させ、衝撃波を発生させて気化性液体１８を気化させ、 かつ第二ガス２４を生成させる。ブラダー５２は高温のエラストマーのような任 意、適当な材料であることができる。 この第二態様では気化性液体１８は第一態様ほど効果的には過熱されない。エ ラストマー材料５２を通る熱伝達が制限されるからである。従って、ＨＦＣ−３ ２、ＦＣ−１１６及びＨＦ−２３のようなより低沸点の気化性液体が好ましい。 本発明の第三の態様では、図３の鎮火炎装置６０によって説明されるように、 固体の鎮火炎剤を用いることができる。断面図として説明される鎮火炎装置６０ は先に説明した態様と似ており、従って同様の構成要素は同様の参照数字で示さ れ、一方似た機能を奏する構成要素は新たに用意された参照数字で示される。チ ャンバー２０’には、約５〜約１００ミクロン、好ましくは約１０〜約５０ミク ロンオーダーの小さい直径の、任意の有効な鎮火炎材料から成る粒子６２が充填 されている。適した材料に、重炭酸カリウム、重炭酸ナトリウム、リン酸アンモ ニウム、塩化カリウム、粒状グラファイト、塩化ナトリウム、水酸化マグネシウ ム、水酸化カルシウム、水酸化ストロンチウム、水酸化バリウム、水酸化アルミ ニウム、炭酸マグネシウム、硫酸カリウム、砂、タルク、粉末石灰、グラファイ ト粉末、炭酸ナトリウム、炭酸カルシウム及び炭酸マグネシウムがある。これら の及びその他の適した材料は、山口に付与された米国特許第４，９１５，８５３ 号明細書に開示されるように、酸化ホウ素と混合することができる。 本発明の先の態様においては、鎮火炎装置は気化性液体と相互作用する過熱ガ スに関して説明された。過熱ガスは主として窒素、二酸化炭素及び水蒸気であっ て、全て有効な鎮火炎剤である。ある種特定の用途では、その気化性液体を省略 し、固体推進剤によって生成せしめられた鎮火炎性ガスを直接火に排出するのが 好ましい。二酸化炭素生成用のガス発生器７０は図４に断面図として説明されて いる。 この二酸化炭素生成用ガス発生器７０は前記のガス発生器と似ている。電気的 スキブ３２が固体推進剤１４の強力な混合物を活性化する。着火すると、固体推 進剤１４は炭酸マグネシウム含有推進剤７２を着火させ、ＭｇＯ、ＣＯ₂、Ｎ₂ 及び水蒸気を発生させる。有孔スクリーン７４が推進剤をハウジング１２から分 離している。ハウジング１２と推進剤との間には炭酸マグネシウムの冷却床７６ が配置されており、加熱時に追加のＣＯ₂を生成させる。推進剤７２は、炭酸マ グネシウムに加えて、他の鎮火剤を単独か又は組み合わせで含有していてもよい 。適した鎮火剤には、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化ストロン チウム、水酸化バリウム及び水酸化アルミニウムがある。 次の実施例は本発明の鎮火炎装置の有効さを例証するものである。 実施例 実施例１ ガス発生装置７０はＣＯ₂、Ｎ₂又は水蒸気のような低分子量の不活性化剤（in erting agent）に射出するための効率的な装置である。装置と推進剤の重量はハ ロンを基剤とする鎮火系の重量に匹敵するのが有利である。ガス発生装置の特性 長さ−４２．２４ｃｍ（１６．６３インチ） 直径−１３．９７ｃｍ（５．５０インチ） 置換外部容積−０．００６５ｍ³（３９５ｉｎ³） ＦＳ−０１推進剤装填量−２．０１キログラム（４．４３７ポンド）；１．４ １キログラム（３．１０ポンド）のＣＯ₂、Ｎ₂及び水蒸気を生成させる。 ＭｇＣＯ₃冷却剤の装填量−６．００キログラム（１３．２１ポンド）；３． １３キログラム（６．８９４ポンド）のＣＯ₂を生成させる。 総生成不活性化用ガス−４．５４キログラム（１０．００ポンド） 系全体の概算重量−１１．８キログラム（２６．１０ポンド）ガス発生装置の材料 ハウジング１２−アルミニウム合金６０６０−Ｔ６ 固体推進剤１４−ＢＫＮＯ₃ ＦＳ−０１推進剤７２−ペレット状；所望される燃焼時間に基づくペレットの 大きさ；直径約１ｃｍ×厚さ０．５ｃｍの錠剤が３０ミリ秒の燃焼時間を与える 。 ＭｇＣＯ₃冷却剤床７６−粒状 有孔保持スクリーン７４−１．２７ｍｍ（０．０５０インチ）の孔を複数個有 する。 この系は約４．５４キログラム（１０ポンド）のＣＯ₂、Ｎ₂及び水蒸気を生成 させ、重さが約１１．８キログラム（２６．１０ポンド）であり、０．００６５ ｍ³（３９５ｉｎ³）の空間を占める。比較すると、鎮火剤を４．５４キログラム （１０ポンド）含有するハロン１３０１系は重さが約８．６キログラム（１９ポ ンド）で、０．００６５ｍ³（３６５ｉｎ³）の空間を占める。本発明の系はハロ ン系よりわずかに大きく、重いが、他のハロン置換系は重量を２倍又は３倍増加 させると予想される。実施例２ 流出物成分の飽和溶液の、航空機で一般に用いられる材料に対する腐食作用を 評価した。流出物で飽和された水溶液を調製し、そのｐＨを測定した。次に、種 種の材料を各飽和溶液の５０％相対湿度の雰囲気に暴露した。３０日の暴露後、 それらの板状試験片を腐食ピットに関して分析した。表２は流出物から酸化スト ロンチウムを除去することの利点を説明するものである。 本発明により前記の目的、手段及び利点を完全に満足する鎮火装置と鎮火法が 提供されていることは明らかである。以上において、本発明を特定の態様と組み 合わせて説明したが、前記の説明に徴して当業者には多くの別の態様、修正及び 変更が明瞭であることは明らかである。従って、そのような別の態様、修正及び 変更が全て本願の請求の範囲の精神と広い範囲に入るものとして包含されるもの とする。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ， ＣＮ，ＣＺ，ＦＩ，ＧＥ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＧ，ＫＰ，Ｋ Ｒ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，ＮＯ ，ＮＺ，ＰＬ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ， ＴＴ，ＵＡ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者 プーレ，ドナルド アール. アメリカ合衆国 98072 ワシントン州ウ ッディンビル，セブンティーセブンス ア ベニュー エス．イー．23327 (72)発明者 ミッチェル，ロバート エム. アメリカ合衆国 98027 ワシントン州イ サクアー，エス．イー．サーティーナイン ス プレース 24511

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．次の： （ａ）ガス発生器（１２）； （ｂ）チャンバー（２０）内に含まれている気化性液体（１８）；及び （ｃ）チャンバー（２０）と火との間の通路（２６）； を特徴とする鎮火装置（１０、５０）。 ２．前記のガス発生器（１２）が窒素、二酸化炭素、水蒸気及びそれらの混合 物より成る群から選ばれる高温のガス（１６）を生成させることを特徴とする、 請求の範囲第１項に記載の装置（１０、５０）。 ３．前記のガス発生器（１２）が５−アミノテトラゾール、硝酸ストロンチウ ム、クレー及びカリウム ５−アミノテトラゾールの有効な混合物を含有してい ることを特徴とする、請求の範囲第２項に記載の装置（１０、５０）。 ４．前記の気化性液体（１８）がフルオロカーボン、水素化フルオロカーボン 、ハロアルケン、二酸化炭素、水及びそれらの混合物より成る群から選ばれるこ とを特徴とする、請求の範囲第２項に記載の装置（１０、５０）。 ５．前記の気化性液体（１８）が約−２５℃以下の沸騰温度と約０．１７ＭＰ ａ（２５ｐｓｉ）以上の室温気化圧力を有するフルオロカーボンであることを特 徴とする、請求の範囲第４項に記載の装置（１０、５０）。 ６．前記の気化性液体（１８）が水及び二酸化炭素より成る群から選ばれるこ とを特徴とする、請求の範囲第２項に記載の装置（１０、５０）。 ７．エラストマーのブラダー（５２）を更に含んでいる、請求の範囲第２項に 記載の装置（１０、５０）。 ８．次の： ａ）ガス発生器（１２）； ｂ）チャンバー（２０’）に含まれ、そして水酸化マグネシウム、水酸化カル シウム、水酸化ストロンチウム、水酸化バリウム、水酸化アルミニウム、炭酸マ グネシウム、硫酸カリウム及びそれらの混合物より成る群から選ばれる充填され た粉末（６２）； ｃ）ガス発生器（１２）とチャンバー（２０’）との間の通路となる第一の導 管；及び ｄ）チャンバー（２０’）と火との間の通路となる第二の導管； を特徴とする鎮火装置（６０）。 ９．前記のガス発生器（１２）が窒素に富む燃料と酸化剤との、燃料対酸化剤 の重量比が約１：１〜約１：２である混合物を含有していることを特徴とする、 請求の範囲第８項に記載の装置（６０）。 10．前記の燃料が５−アミノテトラゾールであり、そして前記の酸化剤が硝酸 ストロンチウム、塩素酸カリウム及びそれらの混合物より成る群から選ばれるこ とを特徴とする、請求の範囲第９項に記載の装置（６０）。 11．前記の充填粉末（６２）が重炭酸ナトリウム、重炭酸カリウム及びそれら の混合物より成る群から選ばれることを特徴とする、請求の範囲第９項に記載の 装置（６０）。 12．次の： 推進剤（１４）と、窒素、二酸化炭素、水蒸気及びそれらの混合物より成る群 から選ばれる、高温のガスを生成させる鎮火剤（７２）を含んでいるガス発生器 （１２）；及び ガス発生器（１２）と火との間の通路； を特徴とする鎮火装置（７０）。 13．前記のガス発生器（１２）が窒素に富む燃料と酸化剤との混合物を含有し ていることを特徴とする、請求の範囲第１２項に記載の装置（７０）。 14．前記の鎮火剤（７２）が炭酸マグネシウム、水酸化マグネシウム、水酸化 カルシウム、水酸化ストロンチウム、水酸化バリウム、水酸化アルミニウム、硫 酸カリウム及びそれらの混合物より成る群から選ばれることを特徴とする、請求 の範囲第１３項に記載の装置（７０）。 15．前記の推進剤（１４）と鎮火剤（７２）とが圧縮された粉末の混合物であ り、そして鎮火剤粒子（７２）の平均直径が推進剤粒子（１４）の平均直径より 大きいことを特徴とする、請求の範囲第１４項に記載の装置（７０）。 16．前記の推進剤（１４）が窒素に富む燃料と酸化剤との、燃料対酸化剤の 重量比が約１：１〜約１：２である混合物であることを特徴とする、請求の範囲 第１５項に記載の装置（７０）。 17．前記の燃料が５−アミノテトラゾールであり、そして前記の酸化剤が硝酸 ストロンチウム、塩素酸カリウム及びそれらの混合物より成る群から選ばれるこ とを特徴とする、請求の範囲第１６項に記載の装置（７０）。 18．前記の鎮火炎剤（７２）の含有量が腐食性の流出副生成物の生成を抑制す るのに十分な量であることを特徴とする、請求の範囲第１７項に記載の装置（７ ０）。 19．前記の鎮火炎剤（７２）が約３０〜約６０重量％の炭酸マグネシウムを含 有していることを特徴とする、請求の範囲第１８項に記載の装置（７０）。 20．次の： 推進剤（１４）と鎮火剤を含有しているガス発生器（１２）； ガス発生装置（１２）と、水（９４）と氷（９６）との混合物を含有している タンク（９２）との間の通路となる第一の導管（９３）；及び タンク（９２）と火との間の通路となる第二の導管（１０７）； を特徴とする、鎮火装置（９０）。 21．前記の推進剤（１４）が熱ガス（９８）と固体微粒子との流出混合物を生 成させることを特徴とする、請求の範囲第２０項に記載の装置（９０）。 22．前記の熱ガス（９８）が約９２５℃を越える温度を有し、そして前記の混 合物が２０重量％を越える固体微粒子を含有していることを特徴とする、請求の 範囲第２１項に記載の装置（９０）。 23．前記の固体微粒子がＭｇＯであることを特徴とする、請求の範囲第２２項 に記載の装置（９０）。 24．前記の第二導管（１０７）に、前記の熱ガス（９８）を気化させ、そして 前記の水（９４）を過熱するのに有効な破裂圧力を有する出口破裂ディスク（１ ０４）が組み込まれていることを特徴とする、請求の範囲第２１項に記載の装置 （９０）。 25．前記の第一導管（９３）が前記の熱ガス（９８）と固体微粒子を前記の氷 （９６）と水（９４）との混合物に衝突させるように作られているノズル（１ ００）の所で終わっていることを特徴とする、請求の範囲第２２項に記載の装置 （９０）。 26．前記の水（９４）の中に氷（９６）の融解熱を下げるのに有効な添加剤（ １０８）が存在することを特徴とする、請求の範囲第２２項に記載の装置（９０ ）。 27．前記の添加剤（１０８）がポリビニルアルコール及びメチルセルロースよ り成る群から選ばれることを特徴とする、請求の範囲第２６項に記載の装置（９ ０）。 28．次の： 推進剤；及び 消火に有効な量から約９５重量％までの炭酸マグネシウム； を特徴とする鎮火炎用組成物。 29．前記の炭酸マグネシウムの含有量が約２０〜約７０重量％であることを特 徴とする、請求の範囲第２８項に記載の鎮火炎用組成物。 30．前記の推進剤が窒素に富む燃料と酸化剤との、燃料対酸化剤の重量比が約 １：１〜約１：２である混合物であることを特徴とする、請求の範囲第２９項に 記載の鎮火炎用組成物。 31．前記の推進剤と炭酸マグネシウムとが粉末の圧縮された混合物であり、そ して炭酸マグネシウムの粒子が平均で推進剤の粒子より大きいことを特徴とする 、請求の範囲第２９項に記載の鎮火炎用組成物。 32．前記の燃料が硝酸グアニジンであることを特徴とする請求の範囲第３０項 に記載の鎮火炎用組成物。