WO2014192900A1

WO2014192900A1 - 消火装置及び消火方法

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Publication number: WO2014192900A1
Application number: PCT/JP2014/064350
Authority: WO
Inventors: 祐二中村; 太一薄木; 薫若月
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Priority date: 2013-05-29
Filing date: 2014-05-29
Publication date: 2014-12-04
Anticipated expiration: 2015-11-29
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Abstract

　消火装置（１）は、内部に形成された収容空間（２０Ａ）が真空状態とされた容器（２０）と、被燃焼物が配置された燃焼空間（Ｓ）と前記収容空間（２０Ａ）とを接続するとともに、前記被燃焼物及び前記被燃焼物の燃焼に伴って発生する発生物を前記収容空間（２０Ａ）に向かって吸引する吸引部（１０）と、を備える。

Description

消火装置及び消火方法

　本発明は、液状化して燃焼するプラスチック等を含む固体可燃物又は液体可燃物の火災で用いられる消火装置及び消火方法に関する。
　本願は、２０１３年５月２９日に出願された日本国特許出願２０１３－１１３０５２号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

　例えば宇宙船や航空機，潜水艦等の外部と完全に隔離された閉鎖空間で火災が起こると、閉鎖空間の外部に避難する避難経路が著しく制限される。また、火災時に発生するガスは、外部に排気されずにこの閉鎖空間内に充満してしまう。このような特殊な環境下での火災に対する処置は、著しく重要な技術課題として位置づけられている。

　一方、火災に備えた対策としては、そもそも火災発生を抑える、いわゆる「前処理」と、火災が発生した際の消火対策、いわゆる「後処理」という２つが挙げられる。前処理としては、難燃性の高い材料を用いて部材を仕上げることが挙げられる。また、後処理としては、被燃焼物の消火装置などが挙げられる。以下に、特に閉鎖空間や金属紛体の火災において効果的な対策である後処理について説明する。

　現在の火災の後処理としては、いわゆる噴射型消火器を用いることが一般的である。例えば最も人命救助が難しい例である宇宙船内での消火に対しても、同じく噴射型消火器が採用されている。現状では国際ルールが定まっていないため、各国の宇宙開発関連機関は異なる方式を採用している。

　例えば、二酸化炭素ＣＯ_２や窒素Ｎ_２といった燃焼反応に対して著しく活性が弱いガスを、火災源に吹き付けることで燃焼場の酸素濃度を減じて消火させる方式が主流である（非特許文献１～４参照）。また、乾燥した消火用パウダーを、火災源に吹き付けることで、被燃焼物へ供給される酸素の供給経路を遮断する方式も採用されている。これらは、ともに消火薬剤を噴射する点で共通している。

　この消火薬剤は、不活性のキャリアガスによって火源まで運ばれる。消火中に火災現場に供給されるキャリアガスの総量は多いため、消火活動の際には火災空間内部の酸素濃度が急激に減少して消火活動者に悪影響を及ぼし得る。そこで、消火活動に入る前には、消火活動者は、酸素吸引マスクを着用することが求められている。

　また、万が一、初期の段階における消火が芳しくなく火勢が強くなってしまい、消火薬剤を噴射するだけでは消火しきれないと判断される場合には、宇宙船にいる乗組員は火災空間から速やかに退避する。そして、火災空間を遮断した後、火災空間内の酸素を含むガス成分を全て空間外に放出して火災を止める。例えば、船外が高真空環境である宇宙船等では船外につながるラッチを解放することでこれが達成できる。この最終手段を採用することで、乗組員が焼死又はガス中毒で死亡することは避けられる。しかし、被害にあった船内は回復不能なダメージを受けてしまう。これからわかるように、甚大な被害を食い止めるために、迅速な初期消火は著しく重要である。

　また、宇宙飛行体の消火装置として、宇宙飛行体内の与圧部と宇宙空間とを連通・遮断するバルブと、与圧部の火災を感知する火災センサと、火災センサの信号によりバルブを開くコントローラとを備えたものが提案されている（下記特許文献１参照）。この消火装置では、与圧部内の空気と可燃ガスが宇宙空間に排出されて、消火される。

　また、例えば液体燃料の火災の場合、火災源の形が変わることでガス化に関与する表面積が増加した場合には、火勢が急激に大きくなる。また、金属粉体のような紛体火災では、火災源が分散状になればなるほど燃焼に関与する固体の表面積が大きくなり、容易に莫大な発熱量を与えて火勢を強める。このため、これらの火災に対しては火勢を大きくさせない、すなわち火源をできるだけ燃焼しづらい状態に保ちつつ、初期消火を施すことが重要になる。そこで、これらの火災に対する初期消火には現状では噴射型の消火器により、被燃焼物の表面を不活性物質で覆ってガス化を抑制又は酸化剤の供給を抑制することで被燃焼物を消火している。

G.E. Musgrave, A. M. Larsen, and T. Sgobba, "Safety Design for Space Systems", Butterworth-Heinemann, 2009 R. Friedman, "Fire Safety in Extraterrestial Environments", NASA/TM-1998-207417, 1998 http://www.nasa.gov/missions/shuttle/f_fireprevention.html http://www.esa.int/Our_Activities/Human_Spaceflight/Delta_Mission/Andre_Kuipers_diary_-_Part_9_Training_in_Houston Nakamura, Y., et al, "Flame Spread over Polymer-Insulated Wire in Reduced Pressure Environments: Similarity to Microgravity Phenomena", Progress in Scale Modeling, Springer-Verlag, New York NY, pp.17-28, (2008).

日本国特開平７－１００９３号公報

　しかしながら、酸素吸引マスクを着用して消火する方法では、消火活動者はまず酸素吸引マスクをつけ、酸素吸引装置を担ぎ、吸引システムを稼働させてから消火作業に入るため、これらの作業に費やしている時間は消火活動が停滞することになる。上記の通り、甚大な被害を食い止めるためには迅速な初期消火が重要であるから、このタイムロスにより効率的な初期消火ができない場合がある。

　また、上記の通り、火災現場である閉鎖空間に消火薬剤を噴射する方法では、一旦初期消火が完了したとしても、その空間内には煤や有毒ガスを含む燃焼生成物又は熱分解生成ガスといった各種生成物（以下、「火災時発生物」と称する）が生じている。よって、その空間を回復させるためには、火災時発生物を回収しなければならない。
　例えば、火災を消火するために化学消火剤を用いた場合は、火災中及び消火中の化学反応によって生じたガス成分が火災空間内部に広がって、いわゆる混合物の混合エントロピーが高い状態になる。よって、これらを全て取り除いて周囲大気を火災発生前の状態に戻すには、大変な労力と時間がかかる。具体的には、この空間内での滞在及び活動を一時的に中断させた状態で、換気流を用いて閉鎖空間にある気体を全てフィルタに通過させる。そして、火災中及び消火中に発生したガス種を、フィルタに吸着させて除去する。
　しかし、全てのガス種を除去するまでには長時間を要するため、上記の宇宙船での消火の場合には、宇宙船でのミッションスケジュールは著しくタイトであるため、業務が復旧するまでに時間がかかってしまうと、多大な損益を与えかねないという問題点がある。

　また、上記の特許文献１に記載の宇宙飛行体の消火装置では、排気に伴い酸素濃度を変化させずに全圧低下に伴う酸素分圧の低下により消火に至らしめるため、消火を実現するには大量の空気を放出することになる。例として軽量プラスチックとして多用されるポリマー（絶縁性能に優れるため宇宙でも好んで利用される）の拡散燃焼を阻止するには、通常の大気組成（２１％酸素，７９％窒素）においては全圧０．３気圧以下、すなわち酸素分圧０．０６３気圧以下まで下げる必要がある（非特許文献５参照）。つまり、火災空間内の７０％に相当する大気を船外に放出することになるため、非常時とはいえ宇宙船で極めて貴重な空気を大量に排気することは宇宙での活動制限を与え、火災による損傷が残る空間を火災前状態へ復旧するまでに時間を要するという問題点がある。
　また、火災時発生物には高分子成分も大量に含まれるが、それが高真空中に排出されると相変化を起こして固化する。特に宇宙船などの船外設備には太陽電池パネルや観測用カメラ、通信機器など、表面への異物付着がその性能に影響するものが多く、そのような機器への損害が与えられると消火を実現できたとしても宇宙船の機能を著しく低下させ得る。

　また、上記のように火源が液状又は紛体状に飛散する場合に噴射による消火方法では、液体燃料においては、飛散することでガス化表面積が増加してガス化が促進される場合がある。また、紛体燃料においても、紛体燃料が飛散することで紛体表面積が急激に増加する場合がある。つまり、噴射による消火活動が図らずも火勢を増加させることにもなる可能性がある。また、噴射によって火源そのものが周囲に飛散してしまい鎮火に至らしめることが困難となり、外力で容易に変形し得る火源の熱暴走を食い止めることができない可能性がある。

　本発明の態様は、効率的な消火ができるとともに、迅速に火災前の状態に回復をさせることができる消火装置及び消火方法を提供することを目的とする。

　本発明の態様に係る消火装置及び消火方法は以下の構成を採用している。
　（１）本発明の一態様に係る消火装置は、内部に形成された収容空間が真空状態とされた容器と、被燃焼物が配置された燃焼空間と前記収容空間とを連通するとともに、前記被燃焼物及び前記被燃焼物の燃焼に伴って発生する発生物を前記収容空間に向かって吸引する吸引部と、を備える。

　このように構成された消火装置では、吸引部が被燃焼物及び発生物を真空とされた収容空間内に吸引して、これら被燃焼物及び発生物を不活性化することで消火することができる。また、燃焼空間から人体に有害となる一酸化炭素ＣＯ（以下、「ＣＯ」とする。）や煤などの発生物の除去をも同時に行うことで、燃焼空間における火災被害を軽減することができる。よって、効率的な消火ができるとともに、迅速に火災前の状態に回復をさせることができる。

　（２）上記（１）の態様では、前記消火装置は、前記収容空間内に消火剤を供給する消火剤供給部を備えてもよい。

　このように構成された消火装置では、収容空間内に消火剤を供給することで、火災が混合された火災源混相流と消火剤が混合された消火剤混相流とが、収容空間内で衝突する。
　よって、収容空間内で分散状態にある火災源に対して消火剤を効率的に接触させて、効率的な不活性化が実現される。

　（３）上記（１）または（２）の態様では、前記吸引部には逆止弁が設けられてもよい。

　このように構成された消火装置では、被燃焼物及び発生物が、吸引部内を収容空間側から燃焼空間側に向かって流通することがない。よって、消火装置の安全性を高めることができる。

　（４）本発明の別の態様に係る消火方法は、被燃焼物を消火する消火方法であって、内部に収容空間が形成された容器の前記収容空間を真空状態にする真空工程と、前記容器と被燃焼物が配置された燃焼空間とを連通する吸引部が、前記被燃焼物及び前記被燃焼物の燃焼に伴って発生する発生物を吸引する吸引工程とを備える。

　このように構成された消火方法では、被燃焼物及び発生物を吸引部を介して真空とされた収容空間内に吸引して、これら被燃焼物及び発生物を不活性化して消火することができる。また、燃焼空間から人体に有害となるＣＯや煤などの発生物の除去をも同時に行うことで、燃焼空間における火災被害を軽減することができる。よって、効率的な消火ができるとともに、迅速に火災前の状態に回復をさせることができる。

　本発明の態様に係る消火装置及び消火方法によれば、効率的な消火ができるとともに、迅速に火災前の状態に回復をさせることができる。

本発明の一実施形態に係る消火装置の構成を示す概略構成図である。本発明の一実施形態に係る消火装置の要部の構成及び消火の状況を示す模式図である。本発明の実施例における試験で用いた装置の概略構成図である。本発明の実施例におけるエジェクタシステムの構成を示す図である。本発明の実施例における消火過程の一連の時系列直接写真例であって、（ａ）吸引開始直後、（ｂ）吸引開始０．１５秒後、（ｃ）吸引開始１秒後、（ｄ）吸引開始４秒後の写真である。本発明の実施例における消火過程におけるシュリーレン画像であって、（ａ）吸引開始前、（ｂ）吸引開始後の画像である。本発明の実施例における異なる吸引時間直後の溶融ポリエチレンからの分解ガス発生有無の様子を示した写真であって、（ａ）開始から０．３６秒で吸引を停止した写真、（ｂ）開始から１秒後も吸引を続けた写真である。比較用の液化石油ガス（以下、「ＬＰＧガス」とする。）火炎に対して本発明の実施形態に係る消火方法を適用した際の消火事例の写真である。

　以下、本発明の一実施形態に係る消火装置について説明する。

　図１及び図２に示すように、消火装置１は、被燃焼物等を吸引する吸引管１０（吸引部）と、吸引された被燃焼物を収容する消火用容器２０（容器）と、消火用容器２０内に消火剤を供給する消火剤供給部３０とを備えている。

　吸引管１０は、管状部材である。吸引管１０の第１の端部１０Ａは、火災時に、被燃焼物の配置された燃焼空間Ｓに向かって配置される。吸引管１０の第２の端部１０Ｂは、消火用容器２０に接続されている。吸引管１０内には、燃焼空間Ｓにおける固体や液体等の被燃焼物、及び被燃焼物の燃焼にともなって生成する煤や有毒ガスを含む燃焼生成物又は熱分解生成ガスといった各種生成物等（発生物）が、燃焼空間Ｓ側から消火用容器２０側に向かって流通する。

　吸引管１０には、手動で開閉可能とされた開度調整用コック１１と、後述する安全機構２００と連動して開閉可能とされた電磁弁１２と、被燃焼物及び発生物の逆流を防止する逆止弁機構１３とが設けられている。
　電磁弁１２は、安全機構２００が作動しない状態においては開いている。電磁弁１２は、安全機構２００が作動すると図示しない自動制御回路から発せられる信号により閉じる。

　図１及び図２に示すように、消火用容器２０は、実質的に直方体状をなし、内部には収容空間２０Ａが形成されている。

　消火用容器２０の第１の面２０Ｐには、吸引管１０の第２の端部１０Ｂが接続されている。これにより、収容空間２０Ａと燃焼空間Ｓとは、吸引管１０で連通されている。収容空間２０Ａは、燃焼空間Ｓから分離された空間である。収容空間２０Ａは、燃焼空間Ｓから所定の距離、離れている。収容空間２０Ａは、燃焼空間Ｓとは別の空間である。

　消火用容器２０の第２の面２０Ｑには、ジョイント管２１の第１の端部２１Ａが接続されている。ジョイント管２１の第２の端部２１Ｂは低圧場Ｔ（高真空場）に配置されている。これにより、収容空間２０Ａと低圧場Ｔとは、ジョイント管２１で連通されている。
　なお、ジョイント管２１が接続される第２の面２０Ｑは、図１では吸引管１０が接続された第１の面２０Ｐと直交する面である。あるいは、図２に示すように、ジョイント管２１が接続される第２の面２０Ｑは、吸引管１０が接続された第１の面２０Ｐの反対側の面であってもよい。

　図２に示すように、消火用容器２０には、消火剤供給部３０が設けられている。消火剤供給部３０は、消火剤が収容された薬剤容器３１と、薬剤容器３１に接続された薬剤管３２と、薬剤管３２に設けられたコック３３とを有している。

　消火剤供給部３０のコック３３は、通常の状態においては閉じており、消火の際に手動又は自動で開かれる。そして、薬剤容器３１内に収容された消火剤は、薬剤管３２を流通して消火用容器２０の収容空間２０Ａ内に供給され、収容空間２０Ａ内の火災源を不活性化して消火する。

　消火用容器２０には、安全機構２００及び不活性ガス供給部２１０が設けられている。
　安全機構２００は、収容空間２０Ａ内に設けられ収容空間２０Ａ内の発熱の進行度合いを検知する熱感知センサ２０１と、熱感知センサ２０１の検知に基づいて異常の場合に警報等を発するアラーム２０２と、熱感知センサ２０１の検知に基づいて異常の場合に発光するフラッシュランプ２０３とを有している。

　不活性ガス供給部２１０は、不活性ガスが収容された不活性ガスボンベ２１５と、不活性ガスボンベ２１５に接続された不活性ガス管２１６と、不活性ガス管２１６に設けられた電磁弁２１７とを有している。

　不活性ガス供給部２１０は、消火剤供給部３０が収容空間２０Ａ内に消火剤を供給してもなお収容空間２０Ａ内に残留する火災源が十分に不活性化されない場合に、不活性ガスを供給して火災源を消火する。

　つまり、電磁弁２１７は、通常の状態においては閉じており、安全機構２００の熱感知センサ２０１の検知に基づいて異常の場合に、図示しない自動制御回路から発信される信号により開かれる。そして、不活性ガスボンベ２１５に収容された不活性ガスが、不活性ガス管２１６を流通して消火用容器２０の収容空間２０Ａ内に供給される。

　図１に示すように、ジョイント管２１には、開閉可能とされ、フィルタが設けられたフィルタ付コック２２が設けられている。つまり、フィルタ付コック２２が開いている状態では、消火用容器２０内の空気が低圧場Ｔに向かって排出されるため、消火用容器２０内は真空状態とされる。すなわち、収容空間２０Ａの圧力は、燃焼空間Ｓの圧力よりも小さくなる。
　なお、真空状態は、低真空状態、中真空状態、高真空状態、および超高真空状態を含む。低真空状態は、例えば、圧力が１×１０^２Ｐａ以上１×１０^５Ｐａ未満の状態である。換言すれば、低真空状態は、例えば、圧力が１×１０^２Ｐａ以上大気圧未満の状態である。中真空状態は、例えば、圧力が１×１０^－１Ｐａ以上１×１０^２Ｐａ未満の状態である。高真空状態は、例えば、圧力が１×１０^－５Ｐａ以上１×１０^－１Ｐａ未満の状態である。超高真空状態は、例えば、圧力が１×１０^－５Ｐａ未満の状態である。また、真空状態は、低圧状態、および減圧状態を含む。
　本実施形態では、消火用容器２０の収容空間２０Ａの真空状態は、低真空状態にできる。あるいは、収容空間２０Ａの真空状態は、中真空状態、高真空状態、又は超高真空状態であってもよい。また、収容空間２０Ａの真空状態は、低圧状態にできる。あるいは、収容空間２０Ａの真空状態は、減圧状態であってもよい。
　真空状態の収容空間２０Ａの圧力は、例えば、１×１０^－６Ｐａ、１×１０^－５Ｐａ、１×１０^－４Ｐａ、１×１０^－３Ｐａ、１×１０^－２Ｐａ、１×１０^－１Ｐａ、１Ｐａ、１×１０^１Ｐａ、１×１０^２Ｐａ、１×１０^３Ｐａ、１×１０^４Ｐａ、２×１０^４Ｐａ、３×１０^４Ｐａ、４×１０^４Ｐａ、５×１０^４Ｐａ、６×１０^４Ｐａ、７×１０^４Ｐａ、８×１０^４Ｐａ、又は９×１０^４Ｐａ未満にできる。

　次に、上記のように構成された消火装置１を用いた消火方法について説明する。
　まず、準備として、消火活動者は、吸引管１０に設けられた開度調整用コック１１及びジョイント管２１に設けられたフィルタ付コック２２を閉じた状態で、燃焼空間Ｓに向かって吸引管１０の第１の端部１０Ａを配置する。

　次に、消火用容器２０の収容空間２０Ａを真空とする真空工程を実行する。
　つまり、ジョイント管２１に設けられたフィルタ付コック２２を開いて、消火用容器２０の収容空間２０Ａ内の空気を低圧場Ｔに向かって排出して、消火用容器２０内を真空状態にする。
　なお、内部の収容空間２０Ａを真空とする真空工程を実行した後に、吸引管１０の第１の端部１０Ａを燃焼空間Ｓに向かって配置してもよい。

　次に、吸引管１０が、燃焼空間Ｓにある被燃焼物及び発生物を吸引する吸引工程を実行する。
　つまり、吸引管１０に設けられた開度調整用コック１１を開いて、燃焼空間Ｓにおける被燃焼物及び発生物を吸引管１０内に吸引する。このようにして、被燃焼物及び発生物が、消火用容器２０の収容空間２０Ａ内に吸引される。図２に示すように、吸引管１０で吸引された被燃焼物は、ガス成分と混合した混相流、すなわち火災源混相流９０１となって収容空間２０Ａ内に流れ込む。

　次に、消火剤供給工程を実行する。
　つまり、手動（又は自動）でコック３３が開かれ、薬剤容器３１内に収容された消火剤が、薬剤管３２を流通して消火用容器２０内に供給される。これにより、消火用容器２０内には火災源混相流９０１のみならず消火剤を含む混相流、すなわち消火剤混相流９０２が流れ込む。火災源混相流９０１に対して消火剤混相流９０２を消火用容器２０内で衝突させることにより、分散状態にある火災源に対して消火剤を効率的に接触させて効率的な不活性化が実現される。

　また、火災源混相流９０１、消火剤混相流９０２の噴射方向から離れた位置に設けられたジョイント管２１から、消火用容器２０内のガス成分のみが負圧によって排気され、火災源は消火剤と共に消火用容器２０内に留まる。このようにして、収容空間２０Ａ内に吸引された被燃焼物及び発生物が不活性化されて消火される。

　最後に、消火活動者は燃焼空間Ｓ及び消火用容器２０の収容空間２０Ａ内の消火を確認したら、吸引管１０に設けられた開度調整用コック１１及びジョイント管２１に設けられたフィルタ付コック２２を閉じて、消火活動を終了する。

　なお、この間、危険感知用の熱感知センサ２０１は、消火用容器２０内の発熱の進行度合いを検知している。
　ここで、検知した値が予め定められた安全規定値を超えた場合、つまり消火剤供給部３０からの消火剤の供給だけでは十分に消火できない場合には、アラーム２０２が警笛を鳴らすとともにフラッシュランプが発光して、消火活動者へ危険を通知する。

　そして、吸引管１０に設けられた電磁弁１２が、自動制御回路の信号により閉じる。これにより、消火用容器２０の収容空間２０Ａ内への被燃焼物及び発生物の吸引が停止する。

　次に、消火用容器２０に接続された不活性ガス管２１６に設けられた電磁弁２１７が、自動制御回路の信号により開き、不活性ガス管２１６に接続された不活性ガスボンベ２１５から不活性ガスが消火用容器２０の収容空間２０Ａ内に供給される。これにより、不活性ガスが収容空間２０Ａ内に充満するため、燃焼継続に必要な酸化剤成分を不足させ強制消火に至らしめることができる。
　なお、この安全機構２００及び不活性ガス供給部２１０の作動は、あくまで消火装置１の破損が予測される場合にのみ起動するように設定されている。

　このように構成された消火装置１及び消火方法では、吸引管１０が、被燃焼物及び発生物を真空とされた消火用容器２０の収容空間２０Ａ内に吸引して、これら被燃焼物及び発生物を不活性化することで消火することができる。また、燃焼空間Ｓから人体に有害となるＣＯや煤などの発生物の除去をも同時に行うことで、燃焼空間Ｓにおける火災被害を軽減することができる。よって、効率的な消火ができるとともに、燃焼空間Ｓを火災前の状態に迅速に回復をさせることができる。

　また、消火剤供給部３０が消火剤を収容空間２０Ａ内に供給することで、火災が混交された火災源混相流９０１と消火剤が混合された消火剤混相流９０２とが、収容空間２０Ａ内で衝突する。よって、収容空間２０Ａ内で分散状態にある火災源に対して消火剤を効率的に接触させて、効率的な不活性化が実現される。

　また、吸引管１０には逆止弁機構１３が設けられているため、被燃焼物及び発生物が吸引管１０内を消火用容器２０側から燃焼空間Ｓ側に向かって流通することがない。よって、消火装置１の安全性を高めることができる。

　また、ジョイント管２１に設けられたフィルタ付コック２２を開いて真空工程を始める作業及び消火確認後にフィルタ付コック２２及び開度調整コック１１を閉じる作業は、消火活動者が行う。よって、消火活動者自身の判断で、素早く初期消火活動を行うことが可能である。

　また、被燃焼物及び発生物は、主に吸引管１０及び消火用容器２０の収容空間２０Ａ等の消火装置１内に滞留し、消火装置１外に漏出することがない。よって、火災源を周囲に飛散させることないため、火災源の拡大を阻止しながら効率的に火災源の不活性化を行うことで消火効率を飛躍的に向上させる。

　また、火災源と同時に発生するＣＯなどの有毒ガスも消火用容器２０の収容空間２０Ａ内に閉じ込めて、燃焼空間Ｓに残留することを防ぐことができるため、消火活動者の人体への悪影響を低減できる。よって、消火の初期段階において、消火活動者が酸素吸引マスクを着用する等の作業を必要としないため、素早い初期消火活動が可能となる。

　水や消火剤などを噴射する従来法と比べて、本発明の実施形態に係る消火装置１および消火方法は吸引がベースになることから、消火活動時に燃焼空間Ｓへ損害を与えることを最小限にとどめることができ、鎮火後において火災前状態への復帰が早くなる。また、吸引された物質を消火用容器２０内に閉じ込めることでその内部で完全に不活性化、すなわち消火されるまで他空間へ火災被害を拡大させることがない。このような利点は、例えばクリーンルームなど極端に埃を嫌う各種装置を含む環境に代表される特殊環境では大きなメリットになる。

　また、上記の消火装置１は単純な構造であるため、メンテナンスも容易であり、故障が発生する個所が少なく、非常用設備として必須となる耐久性を有する。

（実施例）
　以下、本発明の実施例について、図面を参照して詳細に説明する。
　図３に示すように、被燃焼物は治具５０１により水平に取り付けられた電線とする。被燃焼物の一方の端に取り付けられた着火用の熱源５０２を加熱することで、被燃焼物の他方の端へ向かって進行する火炎を消火対象とする。

　火炎の通過経路の鉛直上方から、低圧場Ｔへと接続された吸引管５１０が治具５１１によって所定の位置に固定されている。火炎が吸引管５１０の先端（吸引口）に近づいた段階で吸引を行い消火に至らしめる。

　吸引のタイミングを制御するために、火炎が特定の位置に達した際に作動する熱感知センサ５２０が設けられている。また、吸引管５１０には、熱感知センサ５２０により流路を開放する電磁弁５２１が設けられている。
　なお、現象の観察はビデオカメラまたは影映像とし、火災現場の炎が消失するまでの画像を記録する。

　吸引をもたらす低圧場Ｔは、エジェクタ効果によって得る。
　図４に、低圧場Ｔをもたらすエジェクタシステムの構成を示す。吸引管５１０の吸引口と反対側には、バッファタンク５３０（図３参照）が設けられ、吸引された固体又は液体物はバッファタンク５３０で捕集される。

　なお、バッファタンク５３０内に吸引された被燃焼物の不活性化処理、すなわち消火に至らしめる装置を備えることで、バッファタンク５３０は上記の実施形態における消火用容器２０に相当する。しかし、本試験では簡素化のため、消火剤供給部３０及び不活性ガス供給部２１０は設けられていない。

　エジェクタ効果をもたらす主流は空気の高圧ボンベ５４０によりもたらされ、その流量はマスフローコントローラ５４１により調整される。高圧ボンベ５４０とマスフローコントローラ５４１との間には、安全弁５４２が設けられている。マスフローコントローラ５４１の下流には、流路を開閉するバルブ５４３が取り付けられており、エジェクタ効果による低圧場Ｔへの供給を制御する。

　主流がエジェクタ５５０に導入されると、エジェクタ５５０の中央には負圧場が形成されて周囲のガスを吸引し、主流と吸引ガスの混合ガスがエジェクタ５５０の出口部から放出される。エジェクタ５５０内部に形成される負圧場に接続されたエジェクタ吸引口５５１に、吸引管５１０を取り付けることで、安定した吸引が実現される。

　本例ではエジェクタ効果により低圧場Ｔを導入したが、低圧場Ｔをもたらす方法はこれに限らない。同様に、ここでは被燃焼物として細い金属線の上に薄く被膜したポリエチレン（燃焼時に溶融しながら燃焼する典型的な溶融物）の例を示したが、どのような火災源であっても構わない。

　次に、実験方法について説明する。
　試験条件は、エジェクタに導入する空気流量を適切に調整し、吸込口から２．５ｍ／ｓ～５．３ｍ／ｓの間で吸引可能な条件とした。火災源には、直径０．５ｍｍの金属素線上に０．１５ｍｍの厚さで被膜された高密度ポリエチレンを用いた。比較対象として直径１４ｍｍのバーナ上に形成されたＬＰＧガスを燃料とする小型の拡散火炎を用いた。

　前者の金属線に被膜された高密度ポリエチレンは着火装置で加熱されて溶融した後、さらに加熱が続けられると熱分解ガス成分を放出し、そのうちの可燃成分が大気中の酸素と燃焼して拡散火炎を形成する。溶融したポリエチレンはガス化により消費されてその体積は減じるが、それが完全に消費する前に、拡散火炎が上記の着火装置に代わる熱源となって未燃ポリエチレンの溶融およびガス化をもたらすため、結果として溶融ポリエチレンはその場所を移動させながら常に火炎を形成する状態に落ち着く。

　このようにして被燃焼物の一方の端で着火して形成された拡散火炎は未燃部に向かって表面のポリエチレンを溶融しながら進行する。この進行速度は条件によって依存するが、ここで考える試料を用いる場合、様々な環境下の試験において条件固有の値になることが知られており、極めて安定した再現性をもって実現されることが確認されている。

　なお、ここで火災源として考えるポリエチレンは、溶融温度は４００Ｋ以下、ガス化（分解）温度は７００Ｋ以上であるため、溶融温度以上でガス化温度以下のポリエチレンは固体ではなく液体、すなわち溶融物として存在する。電線の導体を模擬した金属線に懸垂する形でこの（加熱された）溶融物体が存在し、その周囲を覆うように火炎が形成される。したがって現在の例においては、被燃焼物は初期状態では固体であるが燃焼時には液体である。

　次に、実験結果について説明する。
　ここでは電線火災を模擬した金属線上に被膜したポリエチレン燃焼場に対して本発明の実施形態に係る消火方法を適用した様子を例として示す。上記の通りポリエチレンは溶融後にガス化して溶融ポリエチレン周囲に拡散火炎を形成する。本消火システムでは、直接燃焼に関与する可燃ガス成分および燃焼生成物のみならず、被燃焼物である溶融ポリエチレンをも積極的に吸引することで早期消火を実現する。

　図５に示すように、吸入口は電線から鉛直下方５ｍｍに備え、時刻ゼロで吸引を開始する。吸引開始のタイミングならびに吸引継続時間がここで示す実験パラメータとする。また比較例として、固体や液体燃焼ではないガス燃焼にて本発明の実施形態に係る消火方法を適用した際の例も合わせて示し、本発明の実施形態である消火装置１を用いた消火方法の効果について示す。

　図５（ａ）に示すように、吸引開始後、火炎は大きく変形し、吸引口内部に引き込まれることがわかった。図５（ｂ）に示すように、これは燃焼する気体成分（溶融ポリエチレンから放出される可燃ガス）が勢いよく負圧によって吸引されていることを示している（図５に示すＡ）。

　吸引を継続すると溶融したポリエチレンそのものも吸引口から吸いこまれた（図５に示すＢ）。吸引された溶融ポリエチレンはバッファタンク５３０内部で捕集され、エジェクタ５５０までは達しなかった。図５（ｄ）に示すように、吸引を継続すると次第に目視で炎が確認できなくなった。この状態を、燃焼空間Ｓ（火災空間）における炎の消失という意味で「火災空間における消火」と呼ぶ。

　図６は、本発明の実施形態に係る消火方法による消火時におけるシュリーレン画像を示す。
　図６に示すように、シュリーレン計測では密度変化が影となって現れるため、高温領域あるいは大気と異なる密度のガスが存在する領域が影となって観測される。
　したがって、シュリーレン画像を観察することで、燃焼時に周囲に放出された火災時発生ガスがどのような挙動を示すかを知ることができる。

　図６（ａ）から確認されるように、吸引消火前には火炎周囲の比較的広い範囲に影となる領域、すなわち火災時生成ガスが存在する領域が観察された。一方で、図６（ｂ）に示されるように、吸引消火を開始した後の画像からは、同じ位置に影が確認できず、吸引口と電線との間にのみ影が集中して現れることがわかった。

　以上のことから、本発明の実施形態に係る消火装置及び消火方法においては、火災時に発生する分解可燃ガス成分のみならず生成ガスを吸引しながら、火災源である溶融ポリエチレンを火災現場から素早く除去して燃焼空間Ｓから炎を消失させることができることが確認された。

　異なる吸引時間直後の溶融ポリエチレンの挙動を示した例を図７に示す。図７（ａ）は「火災空間における消火」が実現されたところで吸引を停止した場合を、図７（ｂ）は（ａ）よりも吸引時間を長くした場合の写真である。
　図７（ａ）では開始から０．３６秒で吸引を停止したが、図７（ｂ）では開始から１秒後も吸引を続けた。

　図７（ａ）では炎は消失したままでありながら、炎を伴わない残留溶融ポリエチレンから白い煙が立ち上った。この白い煙はポリエチレンからの分解生成ガスを含む生成物であった。この観察事例から、「火災空間における消火」直後では被燃焼物である溶融ポリエチレンの表面温度が十分低下しておらず、分解生成物を継続して放出していることが分かった。
　この分解生成物中には可燃ガス成分が含まれているため、「火災空間における消火」時に吸引を停止しただけでは追加され得る可燃成分の放出による再着火ならびに火災の再発現という二次災害を引き起こす可能性がある。

　一方、吸引継続時間を延長した図７（ｂ）では、図７（ａ）で観察された白い煙の立ち上がりが観察されなかった。この理由は、「火災空間における消火」後も吸引時間を十分にとることにより被燃焼物である（高温の）溶融ポリエチレンの表面が吸引により誘導される流れ場によって強制的に冷却された結果、ガス化温度よりも低下してガス化が抑制されたことと考えられる。この状態のことを（火災二次災害を食い止めるという意味で）「火災空間における完全消火」と呼ぶ。

　このように本発明の実施形態に係る消火装置１及び消火方法を適用することで、溶融ポリエチレンの分解停止まで消火活動を続けることで単なる炎の消失（消火）を実現するのみならず、可燃ガス成分の放出を食い止めさらなる火災被害を抑制できる「火災空間における完全消火」を実現できることが確認された。

（比較例）
　参考のために、固体又は液体の燃焼ではなくガス燃焼に対して本発明の実施形態に係る消火方法を適用した例を図８に示す。図８ではＬＰＧガスを燃料とする拡散炎の基部の横に吸引口を設置し、本発明の実施形態に係る消火方法を適用した。溶融ポリエチレンによる火炎よりも大きなサイズの火炎が形成されているにも関わらず、吸引開始後に瞬時に炎を消すことができることが確認できた。

　拡散炎は火災の基本燃焼形態であり、炎の最下端部且つバーナ最近接部に相当する「火炎基部」によってそれ以外の火炎が保たれている。したがって基部が消炎すると火炎全体を消失させることができる。もちろん火炎が消失したことによりＬＰＧガス燃料は消費される機構を失うため、継続して周囲に放出されており、燃料供給経路を閉じない限りそのガス放出を止めることができない。

　固体又は液体燃料でも火炎を形成するのはガス化後のガス燃料であるにも関わらず、なぜガスバーナ火炎が本発明の実施形態に係る消火装置１で容易に炎の消失を実現できるのかは、燃料の初期温度に関係する。つまり、ガスバーナの場合は常温である一方で、固体または液体燃料の場合、ガス化温度の燃料ガスが供給されるため、燃焼性は著しく高い。この比較実験に基づく考察から、消火後に継続して放出される可燃ガス成分の放出、すなわち固体又は液体燃料のガス化をどのようにして止めるかが、単なるガスバーナによる炎ではなく、「火災」に対する消火概念で重要であることが再確認できる。

　本発明の実施形態に係る消火装置１では、単に「火災空間における消火」をするのではなく、可燃ガスを消し去る「火災空間における完全消火」を実現するため、被燃焼物（ここでは溶融ポリエチレン）を吸引口から消火活動中に吸引し、火災現場から火災源を除去する特長を通じて、極めて有効的な消火活動を実現することができる。

　今回の試験では考慮していないが、被吸引物の燃焼性が高く、単に吸引のみで燃焼性を失うほど冷却されない場合は、上記の通り消火用容器２０内で不活性化する消火剤供給部３０及び不活性ガス供給部２１０を設けて、（単に火災空間における完全消火にとどまらず）「消火用容器２０内で完全消火」に至らしめることもできる。

　なお、上述した実施の形態において示した組立手順、あるいは各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

　例えば、上記に示す実施形態においては、消火装置１は消火剤供給部３０を備えているが、本発明の実施形態はこれに限られず、消火剤供給部３０を備えていなくてもよい。この場合でも、真空とされた収容空間２０Ａ内で被燃焼物及び発生物は不活性化されて、消火される。

　また、消火用容器２０の内部には、吸引した被燃焼物のうち固体や液体、高分子ガスなどを捕集する装置が組み込まれていてもよい。これにより、吸引した物質が消火用容器２０外に漏洩することないため、消火区域以外への損害を与えない。

　また、上記で挙げた効果・利点は、様々な火災に対して有効であることを担保する。例えば宇宙船や潜水艦などに代表される閉鎖空間での消火、容易に飛散し得る液体または紛体の消火、消火薬剤のみにしか作用しない火災源の消火、噴霧された消火剤が周囲環境に損害を与え得る特殊環境での消火などにも適用可能である。つまり、本発明の実施形態に係る消火装置１・消火方法は、特定の火災にのみ適用されることに留まらず、広く汎用に用いられ得る。

　１…消火装置　１０…吸引管（吸引部）　１３　…逆止弁機構　２０…消火用容器（容器）　２０Ａ…収容空間　３０　…消火剤供給部　Ｓ…燃焼空間。

Claims

　内部に形成された収容空間が真空状態とされた容器と、
　被燃焼物が配置された燃焼空間と前記収容空間とを連通するとともに、前記被燃焼物及び前記被燃焼物の燃焼に伴って発生する発生物を前記収容空間に向かって吸引する吸引部と、を備える消火装置。
　前記収容空間内に消火剤を供給する消火剤供給部を備える請求項１に記載の消火装置。
　前記吸引部には逆止弁が設けられている請求項１または請求項２に記載の消火装置。
　被燃焼物を消火する消火方法であって、
　内部に収容空間が形成された容器の前記収容空間を真空状態にする真空工程と、
　前記容器と被燃焼物が配置された燃焼空間とを連通する吸引部が、前記被燃焼物及び前記被燃焼物の燃焼に伴って発生する発生物を吸引する吸引工程とを備える消火方法。