TWI487549B - 高膨脹泡沫滅火設備 - Google Patents

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Description

高膨脹泡沫滅火設備
本發明係關於使用於石油槽的孔、石油複合體的管涵、或船室、船艙等之高膨脹泡沫滅火設備。
作為建物的滅火設備，通常多數配置有噴灑器之滅火設備，利用灑水來滅火。相對於此，在石油槽、船室等，為了防備油火災，而設置高膨脹泡沫滅火設備。
在前述高膨脹泡沫滅火設備，藉由從放射噴嘴釋出泡沫水溶液，使其與發泡用網衝突後捲入空氣來發泡。然後，利用此泡沫，埋盡火源藉以進行窒息滅火。在此，將顯示泡沫水溶液與所產生的泡沫的體積比之發泡倍率為80以上、1000以下者稱為高膨脹泡沫滅火設備。
一般，在高膨脹泡沫滅火設備所使用的泡沫水溶液，將由合成界面活性劑所構成的泡沫滅火藥劑等以3%程度的比例來與水混合。
水其為表面張力大的液體。但，當將前述泡沫滅火藥劑與該水混合而作成為泡沫水溶液時，表面張力變小，且變得容易起泡。
為了使高膨脹泡沫例如以發泡倍率500以上產生泡沫，需要將從位於放射噴嘴的上流側之空氣吸引部吸入大量的空氣。在此情況，一般採用吸引室外空氣之方式(稱為「外側氣體」)。
但，在此外側氣體，由於利用室外的空氣，故必須在建屋上開孔，於該孔設置導管，或在隔壁上開孔以配設泡沫產生機(發泡機)。其結果，會有成本變高等的問題產生。
因此，為了解決上述問題，採用吸引釋出泡沫的放射區塊內的空氣之方式(稱為「內側氣體」)的高膨脹泡沫滅火設備(例如參照專利文獻1)。
[專利文獻1]日本特開平06-165837號公報
在內側氣體之高膨脹泡沫滅火設備，比起外側氣體之高膨脹泡沫滅火設備，發泡倍率明顯下降。其主要原因為因火災，在室內所引起之「煙」。該煙會成為固體的微粒子而浮游於室內。例如，此微粒子之粒徑為1μm以下。當此微粒子與放射區塊內的空氣混合而從泡沫產生機的空氣吸引部被吸引時，會與空氣一起被供給到起泡部，造成發泡倍率降低之故。
本發明係有鑑於上述事情而開發完成的發明，其目的在於即使吸引煙，也能獲得期望的發泡倍率。
本發明的特徵係針對在液溫20℃±1℃的條件下，藉由最大泡壓法，以壽命時間100msec所測定到的動態表面張力，使用前述動態表面張力的值為25mN/m以下之泡沫水溶液，來釋出泡沫。
本發明的另一特徵係針對在液溫20℃±1℃的條件下，藉由最大泡壓法，以壽命時間100msec所測定到的動態表面張力，使用前述動態表面張力的值為18mN/m～23mN/m之泡沫水溶液，來釋出泡沫。
本發明的另一特徵係針對在液溫20℃±1℃的條件下，藉由最大泡壓法，以壽命時間100msec所測定到的動態表面張力，以前述泡沫水溶液的前述動態表面張力的值成為18mN/m～24mN/m之方式，將泡沫滅火藥劑以2%以上的濃度來與水混合，藉以釋出泡沫。
本發明係針對在液溫20℃±1℃的條件下，藉由最大泡壓法，以壽命時間100msec所測定到的動態表面張力，使用前述動態表面張力的值為25mN/m以下，例如，18mN/m～23mN/m之泡沫水溶液。因此，即使在煙環境下，也能夠獲得期望的發泡倍率。
本發明者為了解決前述問題，發先除去煙粒子即可。但，亦考量即使不除去煙粒子也能防止發泡倍率降低。
本發明者們，從至今為止的研究推測出：因煙造成發泡倍率降低的現象是因泡膜表面之界面活性劑分子與煙粒子之反應所引起的現象。即，在當發泡時，吸引煙之情況，會因與煙粒子之反應，造成泡膜表面的界面活性劑分子密度降低。而產生發泡倍率顯著的降低之現象。
以往，在高膨脹泡沫滅火設備，將由合成界面活性劑所構成的泡沫滅火藥劑，稀釋成為3%左右的濃度的水溶液後再加以使用。這些泡沫水溶液的靜態(平衡時)表面張力係成為22mN/m左右。但，在從噴嘴放射成液滴狀而在發泡網上，泡沫成膜之稱為「發泡」的動態狀態，泡沫水溶液之表面形狀、表面積，在短時間會急遽地變化。
因此，成為形成泡沫的時間之表面年齡變得越短，則界面活性劑分子對泡膜表面之吸附變得無法跟上，造成動態狀態之表面張力變大。例如在以最大泡壓法進行測定之情況，前述的泡沫水溶液的動態表面張力，在氣泡壽命時間為100msec下，會成為30mN/m以上。
再者，在此所撐得「表面年齡」(surface age)係指，形成泡沫等水溶液與空氣之界面所需的時間，在最大泡壓法則相當於「壽命時間」。
此動態表面張力的值係意味著，該值越大則泡膜表面的界面活性劑密度變得越低。另外，在當進行發泡時，吸引煙的情況，因與煙粒子之反應，使得泡膜表面的界面活性劑分子密度變得更低，造成發泡倍率顯著地降低。
因此，為了提昇對煙之耐久性並不易引起發泡倍率降低，考量提高泡沫成膜時的表面的界面活性劑密度之技術為有效的。此泡沫成膜時的表面的界面活性劑密度係如後述，反映於動態表面張力的值，動態表面張力越低，則表面之界面活性劑密度變得越高。
發明者們依據這樣的考察，從各種實驗發現，因藉由在預定的範圍調整泡沫水溶液的動態表面張力，即使吸引煙，也能獲得期望的發泡倍率，所以以下針對此內容進行詳細說明。
首先，針對「最大泡壓法之動態表面張力的測定方法」進行說明。
動態表面張力的測定方法，具有以最大泡壓法(亦稱為「泡沫壓力法」)為首的各種滴下容量法等之各種方法。檢討這些方法的適應時間範圍、再現性等的結果得知，進行泡沫水溶液的動態表面張力測定時，前述「最大泡壓法」為最理想，因此採用此測定方法。
因此，針對前述最大泡壓法進行說明。
從被插入到泡沫水溶液中之被稱為探針的細微管之前端，使用壓縮空氣來擠出氣泡。此方法係為將吸管插入到已被注入到杯子的水中，來產生膨脹泡沫(冒泡)這種的方法。在此探針的底部設有壓力感測器，伴隨氣泡沫的產生，以前述壓力感測器檢測探針內的內壓之改變。
伴隨氣泡沫的產生，探針內的壓力會逐漸上升，當將最初的內壓設為P0、成為最大時的時間點之內壓設為Pmax時，從Young-Laplace方程式，泡沫水溶液的表面張力γ為以下述的這樣的方程式加以表示。再者，在此r係顯示探針孔的半徑。
γ=(Pmax-P0)r/2
如此，從伴隨氣泡產生之壓力改變來算出表面張力之方法為「最大泡壓法」。從該方程式得知，動態表面張力越小，則能以越小的壓力產生泡沫。
再者，將開始產生氣泡(P0)到內壓成為最大(Pmax)為止之時間稱為「壽命時間」。藉由改變此壽命時間，能夠測定各種時間帶的表面張力。
作為最大泡壓法的動態表面張力計，使用「BP-D5」(商品名協和界面科學(股)製)、SITAt60(商品名英弘精機(股)製)。
其次，使用圖1，說明關於以最大泡壓法所測定的泡沫水溶液的「動態表面張力與壽命時間之關係」。
此圖表係為在液溫20℃，使用下述試料(No.1～No.4)，使氣泡沫的壽命時間從10msec到10000msec(10秒)改變，所測定到的動態表面張力γ(mN/m)之方塊圖。一般，當溫度上升時，液體的分子運動會變得活潑，故，其表面張力會逐漸變小。因此，進行動態表面張力的測定之際，也需要進行試料的液溫之管理，在本發明，於20℃±1℃下進行測定。
No.1　泡沫水溶液A3：以氟系界面活性劑為主成分之泡沫滅火藥劑A。將此泡沫滅火藥劑A再與水之混合比例即濃度3%下使用。再者，以下之藥劑中，「濃度」也是顯示水之混合比例。
No.2　泡沫水溶液A6：以氟系界面活性劑為主成分之泡沫滅火藥劑A，在濃度6%下使用。
No.3　泡沫水溶液C3：以在高膨脹泡沫滅火設備所使用的烴系界面活性劑為主成分之合成界面活性劑泡沫滅火藥劑C在標準濃度3%下使用。
No.4　泡沫水溶液E3：以在低膨脹泡沫滅火設備所使用的氟系界面活性劑為主成分之水成膜泡沫滅火藥劑E在標準濃度3%下使用。
測定結果係如圖1(圖表)所示，在此圖表中，縱軸顯示動態表面張力γ(mN/m)，橫軸顯示壽命時間(msec)。
由圖表可得知，各試料的動態表面張力γ(mN/m)係壽命時間越短則越帶，伴隨壽命時間變長而逐漸減少。在此，將壽命時間延長無限大之情況時的表面張力相當於所謂的「靜態(平衡時)表面張力」。又，所測定到的各試料的液溫20℃之靜態表面張力，泡沫水溶液A3、A6及E3均大約為16mN/m，泡沫水溶液C3為22mN/m。
在圖1的圖表中，當對泡沫水溶液A3與泡沫水溶液A6進行比較時，在壽命時間為1000msec以上之情況，會相互重疊而看不出有差異。另外，在壽命時間為1000msec以下之情況時，變得越短則兩者的差異明確地擴大，在100msec，泡沫水溶液A3大約為22mN/m，而A6大約為20mN/m。即，即使為相同泡沫藥劑，濃度高者，其動態表面張力會變得較小。這樣的差異性產生的原因，可考量為因界面活性劑的含有量所引起的。
又，即使為相同的泡沫藥劑濃度，比起烴系界面活性劑C，氟系界面活性劑A、E之動態表面張力較小。例如，壽命時間100msec之泡沫藥劑C3的動態表面張力為33mN/m，而泡沫藥劑E3的動態表面張力為27mN/m，泡沫藥劑A3的動態表面張力為22mN/m。產生這種差異的原因，應為因含於泡沫藥劑之界面活性劑的種類所引起。
亦有藉由市面販賣之動態表面張力計，也無法測定到在30msec以下之壽命時間的表面張力的情況。因此，為了比較上述這種泡沫水溶液的動態表面張力特性，採用壽命時間為100msec左右所測定到的值為有效的。
其次，說明關於「動態表面張力與煙中的發泡倍率之關係」。
為了獲得此關係，使用圖3的試料(No.1～No.10)，進行壽命時間100msec之動態表面張力γ(mN/m)的測定及在煙中之發泡倍率的測定。
No.1-3　(本發明)泡沫水溶液A：在濃度2、3、7%下使用以氟系界面活性劑為主成分之泡沫滅火藥劑A。
No.4-6　(本發明)泡沫水溶液B：在濃度5、10、14%下使用在低膨脹泡沫滅火設備所使用的以氟系界面活性劑為主成分之水成膜泡沫滅火藥劑B。
No.7　(以往品)泡沫水溶液C：在標準濃度3%使用在高膨脹泡沫滅火設備所使用的合成界面活性劑泡沫滅火藥劑C(主成分為烴系界面活性劑)
No.8　(以往品)泡沫水溶液D：在標準濃度3%使用在高膨脹泡沫滅火設備所使用的合成界面活性劑泡沫滅火藥劑D(主成分為烴系界面活性劑)
No.9　(以往品)泡沫水溶液E：在標準濃度3%使用在低膨脹泡沫滅火設備所使用的水成膜泡沫滅火藥劑E(主成分為氟系界面活性劑)
No.10　(以往品)泡沫水溶液F：在標準濃度2倍之6%下使用在低膨脹泡沫滅火設備所使用的水成膜泡沫滅火藥劑F(主成分為氟系界面活性劑)
測定結果係如圖2(圖表)及圖3(表)所示。在圖2中，縱軸顯示煙中的發泡倍率，橫軸顯示壽命時間100msec之動態表面張力γ(mN/m)。再者，煙中之發泡倍率係燻燒橡膠輪胎，在減光率15%/m之煙濃度進行測定者。又，動態表面張力γ係在試料的液溫20℃下進行測定者。
從圖2可得知，壽命時間100msec之動態表面張力γ變得越小，則煙中之發泡倍率變得越高。為了實際提供作為高膨脹泡沫滅火設備，發泡倍率為300倍以上即可，因此，從圖表可得知，泡沫水溶液的動態表面張力為25mN/m以下即可。
又，從圖3的試料No.1～3、及試料No.4～6可得知，伴隨各自的泡沫藥劑濃度變高，發泡倍率也變高。
作為比較例之以往品的泡沫水溶液C、D、E、F，其壽命時間100msec之動態表面張力均成為27mN/m以上。又，在煙中之發泡倍率也成為200倍以下，不適合實際使用。
另外，本發明的泡沫水溶液A及B，壽命時間100msec之動態表面張力均成為25mN/m以下，在煙中之發泡倍率也成為300倍以上，可實際提供作為高膨脹泡沫滅火設備。
從這些情況得知，使用於高膨脹泡沫滅火設備之本發明的泡沫水溶液，在液溫20℃下所測定到的壽命時間100msec之動態表面張力係25mN/m以下為佳。
且，因藉由將動態表面張力作成為23mN/m以下，使得在煙中之發泡倍率成為400倍以上，所以更加理想。使用於高膨脹泡沫滅火設備之本發明的泡沫水溶液，因壽命時間100msec之動態表面張力越小，則發泡倍率越提昇，因此未特別限定，但，在動態表面張力為18mN/m以下之情況時，發泡倍率的延伸會飽和，所以，在實用上，將18mN/m作成為下限值為佳。或亦可將下限值作成為採取成靜態表面張力之值。
調製成作為使用於高膨脹泡沫滅火設備之本發明的泡沫滅火藥劑之泡沫滅火藥劑A，其在水之混合濃度2%的情況，在液溫20℃下所測定到的壽命時間100msec之動態表面張力為24mN/m以下(圖3中之試料No.1)。
因此，高膨脹泡沫滅火設備，使用將本發明的泡沫滅火藥劑以2%以上的濃度混合之泡沫水溶液為佳，藉此，即使在煙中，也能獲得300倍以上的發泡倍率。
使用於高膨脹泡沫滅火設備之本發明的泡沫水溶液，使用氟系界面活性劑等含有微胞臨界濃度以上的濃度之靜態表面張力變小的界面活性劑之泡沫滅火藥劑為佳。
在高膨脹泡沫滅火設備所使用的以往之泡沫滅火藥劑，係為在以烴系界面活性劑為主成分之消防檢測定規格上的「合成界面活性劑泡沫滅火藥劑」。此藥劑之靜態表面張力，亦如前述的例子，大約22mN/m左右。
相對於此，消防檢測定規格上的「水成膜泡沫滅火藥劑」，含有作為主成分之氟系界面活性劑，一般成為在0.5%以下之混合濃度靜態表面張力在下限值飽和之微胞臨界濃度，該值成為16～17mN/m左右。由前述的圖1(圖表)的泡沫水溶液C3與E3可得知，會有靜態表面張力值越小，則動態表面張力也相對地變小之傾向。因此，前述「水成膜泡沫滅火藥劑」這樣，含有氟系界面活性劑之藥劑，較適合作為用於在煙狀況下所使用的泡沫水溶液之泡沫滅火藥劑。
如以上所述，為了提昇具煙之情況的發泡性能，需要縮小動態表面張力，但，從泡沫水溶液的動態表面張力的特徵，亦可採用下述該方法。即，針對泡沫藥劑，「將泡沫滅火劑的主成分作成為水成膜、氟系界面活性劑」、「提高界面活性劑的濃度」。
在此，調查含有氟系界面活性劑之以往的水成膜泡沫滅火藥劑(泡沫水溶液E、F)的動態表面張力之結果得知，藥劑在標準使用濃度下，於液溫20℃所測定到的壽命時間100msec之動態表面張力為25mN/m以上，並不適用於煙狀況下之使用於高膨脹泡沫滅火設備。但，藉由調整成較標準使用濃度更高濃度，能夠將壽命時間100msec之動態表面張力作成為25mN/m以下。
針對本發明的泡沫滅火藥劑B，從測定結果得知，雖為以往以來在標準濃度3%下所使用之低膨脹泡沫滅火設備用的水成膜泡沫滅火藥劑，但，將其作成為混合濃度4%以上者時，則壽命時間100msec之動態表面張力會成為25mN/m以下。在本發明，藉由將此泡沫滅火藥劑B在5%以上的濃度下使用，能夠獲得在煙中之發泡倍率400倍以上。
但，並非將任何一種水成膜泡沫滅火藥劑，作成較標準使用濃度更高濃度，即可在煙狀況下獲得高發泡倍率。例如，前述的圖3的以往品F，即使將濃度作成為標準使用濃度的2倍即6%，壽命時間100msec之動態表面張力也大約為28mN/m，煙中的發泡倍率也未到達200倍。
在使用此泡沫滅火藥劑F之情況，為了將壽命時間100msec之動態表面張力作成為25mN/m以下，需要作成為10%以上的濃度，但會造成泡沫滅火藥劑的儲藏、混合之設備成本變高，作為滅火設備並不適當。
又，藉由提高泡沫藥劑的濃度，雖能夠增加發泡倍率，但，即使提昇濃度，發泡倍率也會飽和。因此，提昇必要以上之濃度，會造成所添加之氟系界面活性劑增加，造成藥劑成本變高。因此，雖藉由縮小動態表面張力，能夠提高發泡倍率，但考量此發泡倍率的飽和，動態表面張力γ之下限值，大約18mN/m為適當值。
本發明不限於上述實施例，在不超出本發明之技術思想範圍內可進行各種變更。
圖1係顯示本發明的第1實施例之圖，顯示動態表面張力與壽命時間之關係的圖表。
圖2係顯示本發明的第1實施例之圖，顯示煙中的發泡倍率與動態表面張力之關係的圖表。
圖3係顯示本發明的第1實施例之圖，將試料、動態表面張力、發泡倍率等總括而作成之表。

Claims (2)

  1. 一種高膨脹泡沫滅火設備，係採用吸引釋出泡沫的放射區塊內的空氣之內側氣體方式，藉由使從放射噴嘴釋出泡沫水溶液與發泡用網衝突後捲入空氣來發泡，利用此泡沫，埋盡火源藉以進行窒息滅火之高膨脹泡沫滅火設備，其特徵為：針對在液溫20℃±1℃的條件下，藉由最大泡壓法，以壽命時間100msec所測定到的動態表面張力，以泡沫水溶液的前述動態表面張力的值成為18mN/m~24mN/m之方式，使用將以氟系界面活性劑為主成分之泡沫滅火藥劑以2%以上的濃度來與水混合所構成之前述泡沫水溶液，來釋出發泡倍率為300倍以上之泡沫。
  2. 如申請專利範圍第1項之高膨脹泡沫滅火設備，其中，針對在液溫20℃±1℃的條件下，藉由最大泡壓法，以壽命時間100msec所測定到的動態表面張力，使用前述動態表面張力的值為18mN/m~23mN/m之泡沫水溶液，來釋出泡沫。
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