JP2003199840A - 火災の消火方法及びシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 機動性があり、非開放空間に火災が発生する
とき、迅速に火災を抑制でき、かつ空間内にいる人員の
生存に悪い影響を与えず、消防や救助隊員が火災空間に
迅速に進入できるような雰囲気環境を提供することによ
って、より早く救急が行われ、より少量な消火剤で消火
できる消火方法及びシステムを提供することを目的とす
る。 【解決手段】 消火作業の現場で大気中から窒素富化空
気を生産する技術と、火災の種類に応じて流量と酸素濃
度を制御する技術と、火災空間への窒素富化空気の注入
および流れ制御技術と、装置の移動技術と、火災状況の
監視技術を利用して、消火しようとする空間の雰囲気
を、適切なの酸素濃度をもつ窒素富化空気の大量注入を
通して、火災を抑制できかつ人も生存できる雰囲気に置
換することにより、火災を抑制し、救急やほかの消火活
動が迅速にできる環境を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、密閉または半密
閉空間（以下は非開放空間という）における火災の消火
方法およびそのシステムに関する。詳述すれば、さまざ
まな場所の非開放空間に発生した火災に機動的に対応で
き、非開放空間で火災が発生する場合、迅速に火災を抑
制でき、かつ空間内にいる人員の生存に悪い影響を与え
ず、消防や救助隊員が火災の発生空間に迅速に進入でき
るような環境を提供することによって、より早く救助活
動が行われ、より早く、より少量な消火剤で消火できる
消火方法に関する。特に、超高層ビル、地下街、トンネ
ル、デパート、ホテル、オフィスビルのような奥行きが
深く、または雑居ビルのような内部に迷路状になり障害
物が多く、外部からの放水が内部の火元に届けにくい建
築物、およびハイテク倉庫、重要機材の保管倉庫、文化
財または貴重なデータの保管室、機械室などのような付
加価値が高い場所に適用する方法である。

【０００２】

【従来の技術】現代の建築物には、大規模化と高層・地
下化が進んでおり、また、利便性を追求するため、住
宅、ショッピングセンター、飲食店などを同じ建築物に
集中する傾向がある。そのため、火災発生の危険性が高
まり、また、建築物のワンフロアの床面積が大きくな
り、内部の構造が複雑になっているため、一旦火災が発
生したら、トンネル火災と同様に、消火のための外部か
らの放水が奥まで届けにくく、高温や煙のため火災が収
まるまで消防や救助隊員が進入できない。このような人
がつねに出入している非開放空間に対する火災の消火
は、言うまでもなく非常に重要であるが、従来の方法で
はまだ万全ではない。死者が多く出たトンネル、ホテ
ル、雑居ビルや超高層ビルの火災、および倉庫の大規模
火災がしばしば発生し、鎮火するまで長時間を費やした
ことはよくある。

【０００３】人がつねに出入している非開放空間に使用
される消火方法は、主に水を使用する方法である。すな
わち、初期消火はその場所に設置された消火器、屋内消
火栓設備および散水スプリンクラーなどにより行われ、
その以上の火災は消防隊の消火活動に頼る。消防隊が一
般火災を消火する主な装備はやはり水を使う放水車であ
る。

【０００４】初期消火を目的とする散水スプリンクラー
のような消火システムは多くの配管が必要であり、その
設置は建物の設計段階から計画に入れなければ難しい。
つまり、建物が完成した後の設置が困難である。また、
初期費用がかかるため、設置されていない建築物が多く
ある。散水スプリンクラーが設置されている場所でも、
可燃物の種類、置き方、または空調、内装などの影響に
より、作動が遅れて、あるいは散水しても鎮火できない
ケースがある。さらに、地震やテロなどの被害によって
水が充分に供給できないケースもある。

【０００５】以上のような初期消火が実行できない、ま
たは失敗した場合、非開放構造のため、短時間で上昇し
た温度と充満した煙は消防や救助隊員の進入を妨げる。
その場合、外部からの放水が奥にある燃焼物に届けにく
いため、消火活動は効率的に行うことができなく、火災
空間に閉じ込められた人員の早期救出も困難である。以
下に示した最近の火災事例も従来の消火方法及びそのシ
ステムの限界を示唆する。２０００年１１月１１日オー
ストリアのカプルーンに発生したケーブルカー火災は消
防隊が到着した後も３時間以上燃えつづけ、死者１５５
名を出した大惨事となった。死者４４名を出した２００
１年９月１日の新宿雑居ビル火災のとき、火災の覚知か
ら鎮圧まで約４時間半かかった。死者のほとんどは煙、
すなわち一酸化炭素にはる中毒死である。また、２００
１年９月１１日に世界貿易センタービルがテロの攻撃を
受けて倒壊した原因は１時間以上継続した火災にあると
見られる。

【０００６】そのため、迅速に火災を抑制でき、かつ空
間内にいる人員の生存に悪い影響を与えず、消防や救助
隊員が火災空間に迅速に進入できるような環境を提供す
ることによって、より早く救助活動が行われ、より早
く、より少量な消火剤で消火できる消火方法及びシステ
ムが要求される。

【０００７】二酸化炭素以外の不活性ガスによる希釈消
火方法は地球にも人の心身にも有害な影響を与えないの
で注目されている。米国特許第３，８９３，５１４号
は、窒素を加圧して、可住大気を含む密閉空間に加え、
火災が抑制される環境内で、人の心身に有害な影響を与
えないで火災を抑制するシステムと方法を開示してい
た。

【０００８】また、日本公開特許公報の昭６４−５８２
７２号は、数パーセントの炭酸ガスを含む不活性ガスを
使用して、危急に際し、効率のよい人員活動に適切な環
境を保持しながら設備に損害を与えない火災の抑制と消
火の方法を開示していた。

【０００９】そのほかに、日本公開特許公報の特開平１
０−２６３１０９と特開平１１−２２６３４３号は、火
災の時、火災空間の空気を吸引して圧縮し、酸素透過膜
または酸素吸着性の液体により酸素を除去してから火災
空間に戻し、酸素濃度を徐々に低下させる消火方法およ
び消火装置を開示していた。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
希釈消火方法は、いずれも１００％に近い濃度の不活性
ガスを放出することを特徴とし、密閉空間を対象とする
固定消火システムを持つ方法である。そのため、それら
は以下のような欠点がある。第１、設置費用が高いた
め、付加価値の高い場所しか設置されていない。第２、
貯蔵容器より供給される不活性ガスの量が決まってお
り、長時間にわたって継続的に供給できないので、開口
部のある空間には使えない。第３、密閉空間内の障害物
の存在などにより放出ガスの混合が充分にできない場
合、空間内の局所の酸素濃度が人の生存に必要な濃度以
下に低下する恐れがある。第４、火災により発生した煙
や有毒ガスが外部に排出せず空間内に留まる。

【００１１】また、上述の火災空間の酸素を酸素透過膜
または酸素吸着性の液体で除去する消火方法は、希釈消
火方法と同様に、開口部のある空間には適用できないほ
かに、希釈消火設備に同等の消火性能を持たせるには、
大がかりの設備を必要とし、設置費用が希釈消火設備よ
り高くなる。さらに、有機高分子材料からなる酸素透過
膜は火災で発生した高温ガスおよび固形の粒子に弱いた
め、実用上に多くの問題がある。

【００１２】本発明は、さまざまな場所の非開放空間に
発生した火災に機動的に対応でき、非開放空間に火災が
発生するとき、迅速に火災を抑制でき、かつ空間内にい
る人員の生存に悪い影響を与えず、消防や救助隊員が火
災空間に迅速に進入できるような雰囲気環境を提供する
ことによって、より早く救助が行われ、より少量な消火
剤で消火できる消火方法及びシステムを提供することを
目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、火災空間の雰囲気を、一定の酸素濃度をもつ窒素
富化空気の外部からの大量注入により、火災を抑制する
と同時に人も生存できる雰囲気に置換する消火方法及び
そのシステムを提供する。本発明による方法及びシステ
ムは、消火作業の現場で窒素富化空気を生産する手段
と、窒素富化空気の流量及び酸素濃度を制御する手段
と、火災空間への窒素富化空気の注入および流れ制御手
段と、装置の移動手段と、火災状況の監視手段とを具え
ることを特徴とするものである。

【００１４】より具体的には、消火しようとする火災現
場に移動手段により消火システムを迅速に運び、火災の
種類及び人員の有無に応じて酸素濃度を調整した窒素富
化空気を生産し、火災空間の規模に応じて必要な流量の
窒素富化空気を火災空間に継続的に送り込む。それによ
って煙や有毒ガスを含む火災空間の既存大気を排除し、
燃焼を抑制し、視界を確保し、人員の生存と燃焼の抑制
が両立できる雰囲気環境を実現する。

【００１５】窒素富化空気を生産する手段として、気体
分離膜方式と水素を燃焼することにより空気中の酸素濃
度を低下させる方式から選択することができる。

【００１６】気体分離膜方式による窒素富化空気発生装
置は主に空気を一定の圧力まで圧縮する空気圧縮機と空
気中の固形粒子などを取り除くフィルタおよび空気中の
窒素と酸素を分離する気体分離膜から構成される。シス
テムのコンパクトを実現するために、空気圧縮機はガス
タービン用の軸流−遠心式圧縮機を用い、また、気体分
離膜は中空系を用いる窒素セパレーターを利用すること
ができる。空気圧縮機により一定の圧力に加圧された空
気はフィルタを通して固形粒子や油分を取り除き、窒素
セパレーターに導入して一部の酸素を取り除き、必要な
濃度と流量の窒素富化空気をつくる。

【００１７】水素燃焼方式による窒素富化空気発生装置
は主に水素を供給する水素タンクと水素を燃焼するガス
タービンおよび燃焼ガスを冷却する冷却器から構成され
る。窒素富化空気をつくるとき、水素を燃料としてガス
タービンに供給し燃焼させる。水素が空気中の酸素と反
応するとき水しか生成しないため、グリーンな窒素富化
空気が得られる。また、窒素富化空気中の酸素濃度は水
素と空気との混合比を変えることによって調整できる。

【００１８】窒素富化空気を火災空間に送り込むには、
その空間の規模と形状に応じて以下の方式から選択でき
る。

【００１９】規模の小さい低層建築物の火災空間に対し
て、システムに付属するホースを用いて建築物の窓やド
アなどの開口部から窒素富化空気を送りこむ。同時に、
送り込んだ窒素富化空気が希望の方向に流れるように流
れ制御装置を用いてほかの開口部を適当に閉鎖または開
放させる。

【００２０】規模の大きい建築物あるいは地下・高層建
築物に発生する火災に対して、その建築物の換気システ
ム、あるいは配管およびその設置スペース、またはエレ
ベータスペースなどを利用して、窒素富化空気を建築物
内の特定の場所に送りこむ。建築物の換気システムに予
め次のような工夫をすれば、窒素富化空気消火システム
をより効果的に利用できる。すなわち、換気システムに
つながる各部屋の換気口にダンパーを取り付ける。換気
システムが止まるとダンパー自動的に閉じる。また、ダ
ンパーに熱で解除するロックが取り付けられ、ロックが
解除されるダンパーが換気ダクト内の圧力により開放す
る仕組みとする。そうすれば、火災時換気システムの停
止により各部屋のダンパーが閉じられ、換気システムを
通じる火災被害の拡大が防がれる。また、火災となる部
屋だけダンパーのロックが火災の熱で解除され、換気シ
ステムのダクトに窒素富化空気注入すると、ダクト内の
圧力上昇により火災部屋のダンパーが開かれ、窒素富化
空気が火災の部屋だけに流れ込み、効率的に消火でき
る。

【００２１】トンネルのような構造物に対して、窒素富
化空気を直接出火地点まで送るには、予めトンネルの天
頂に一本の送気パイプをトンネル両端の出入口まで設置
する。パイプの材料は通常使用時の最高温度より高い融
点を持つが、火災時の熱で溶融または軟化する不燃また
は自己消火性のものにする。例えば低コストの耐熱ＰＶ
Ｃパイプを使用する。火災時、火源上方のパイプが熱に
より穴が開けられ、窒素富化空気がトンネルの出入口か
らパイプを通して出火地点まで送り込まれる。

【００２２】消防や救助隊員が送り込んだ窒素富化空気
の保護を受けて火災空間に迅速に進入できるため、早期
の救助活動が実施できる。

【００２３】可燃物の種類や火災空間の構造によって窒
素富化空気の注入だけで火災を完全に消火することもあ
りうる。また、完全に消火できなく残火が残っても、酸
素濃度の低下により燃焼が抑制されているため、消防人
員が燃焼物に近づくことができる。したがって、より早
く、より少量の水や消火剤で消火することができ、水損
などによる被害も少なくなる。

【００２４】周知のように、大気中の酸素濃度は通常２
１％であるが、人間は酸素濃度１５％位まではまず無事
で、１４％以下では呼吸数が増し、１０％前後に至れば
呼吸困難、７％以下は生命危険である。すなわち、１５
％以上の酸素があれば、健康上には支障がなく、７％以
上の酸素があれば、生命に危険がない。一方、酸素濃度
が１７％以下になると、マッチやロウソクは燃えなくな
る。１２％位になると、ほとんどの物が燃えなくなる。
このように、火災空間の酸素濃度を窒素富化空気の注入
により人間にとって生存上に支障のない濃度までに低下
させ、それによって、人間の活動できる環境を維持する
同時に、消火または燃焼を抑制する効果が得られる。

【００２５】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を実施
例に基づき図面を参照して具体的に説明するが、本発明
はそれらによって限定されるものではない。

【００２６】図１は本発明をビル火災に応用する実施例
を示すものである。装置の移動手段とする自走車両１
に、気体分離膜を用いて窒素富化空気を生産する窒素富
化装置２と、窒素富化空気の流量及び酸素濃度を一定に
維持するための制御部３と、窒素富化空気の注入装置４
と、窒素富化空気の流れを制御する装置５と、火災空間
の温度と圧力および煙などの状況を監視するための監視
装置６が設置される。

【００２７】次に、図２に示したフローチャートに基づ
いて実施例の火災消火システムを説明する。火災がこの
ような非開放空間に発生したら、消防隊に配置された本
システムが迅速に現場に移動する。火災区域に人の有
無、また、火災規模や可燃物種類および建築物の状況な
どに応じて、必要の酸素濃度に調製した窒素富化空気を
現場で生産し、建築物のドアや窓などの開口部から必要
な流量の窒素富化空気を建築物内部に送り込み、同時
に、送り込んだ窒素富化空気が希望の方向に流れるよう
に流れ制御装置を用いてほかの開口部を適当に閉鎖す
る。建築物内の火炎、温度、圧力及び煙などの変化は圧
力センサと可視及び赤外カメラなどの監視装置より観測
される。建築物内の煙が追い出され、温度が消防や救助
隊員が進入できる状態になったら、消防や救助隊員が窒
素富化空気の流れに沿って建築物内に進入し、人の救出
を行い、また残火を消火する。

【００２８】また、本システムは火災発生の予防にも使
える。例えば、火災空間に１２％の酸素濃度をもつ窒素
富化空気を注入して火災を消火する同時に、その隣接の
空間に別の窒素富化空気発生装置から１６％程度の酸素
濃度をもつ窒素富化空気を注入して出火や延焼の防止を
はかりながら流れ込んだ煙を排出する。

【００２９】図３は本発明をトンネル火災に応用する実
施例を示す図である。トンネルの天頂にあらかじめ窒素
富化空気を輸送する一本のパイプ７を設置しておく。パ
イプは１６０℃〜５００℃で溶融する不燃または自己消
火性の材料で製造する。パイプの両端に開閉バルブ８を
取り付ける。トンネル内に火災が発生した場合、その場
所の天頂温度が上昇し、パイプの融点を超えたら、その
場所の輸送パイプが熱により破損し穴が開けられる。ト
ンネル入口に到着する窒素富化空気発生装置２から窒素
富化空気注入装置４を通して、輸送パイプ８に窒素富化
空気を注入する。そうすれば窒素富化空気が火災発生場
所のパイプ破損部から吹出され、火災を消火することが
できる。

【００３０】図４に保護空間の酸素濃度を低下させるこ
とによりもたらした火災の抑制効果を示した。黒マーク
により囲まれた範囲はＣｏｗａｒｄ ａｎｄ Ｊｏｎｅ
ｓの爆発ビュレット法で測定されたプロパンガスの爆発
範囲である。横軸は空気中の酸素濃度を、縦軸は空気中
のプロパンガス濃度を表す。酸素濃度が２１％のときに
比べ、酸素濃度が１８％に下がると、プロパンガスの漏
れによる火災発生の可能性は２／３まで減少し、酸素濃
度が１６％に下がると、その可能性が２１％のときの１
／３まで減少する。さらに、酸素濃度を１５％以下に下
げると、プロパンガスがまったく燃えなくなる。しか
し、酸素濃度が８％までに低下しても人が短時間で生存
できる。そのため、この濃度の差を利用すれば、火災を
抑制する同時に人が生存できる雰囲気環境を提供でき
る。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の方法及び
システムによれば、下記に記載されるような効果を奏す
る。

【００３２】迅速に移動でき、様々な場所の火災に機動
的に対応できる。

【００３３】迅速に火災を抑制すると同時に、火災空間
に閉じ込められた人員に生存できる環境を提供する。

【００３４】煙の排出と温度の低下により消防や救助隊
員が火災空間に迅速に進入できるため、早期の救助活動
が実施できる。

【００３５】可燃物の種類や火災空間の構造によって本
発明の方法及びシステムだけで火災を消火することもあ
りうる。

【００３６】また、残火が残っても、燃焼が抑制されて
いるため、消防人員が燃焼物に近づくことができる。し
たがって、より早く、より少量の水や消火剤で消火する
ことができ、火災と水損の両方の被害が軽減できる。

【００３７】消火に使う窒素富化空気は大気から生産す
るため、地震やテロなどの被害によって水が充分に供給
できない場合でも、消火活動ができる。

【００３８】超高層ビルの場合でも、タクトまたは配管
やエレベータなどの設置スペースを利用して火災発生の
層まで窒素富化空気を迅速に送り込み、火災を抑制する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による実施例のシステムを示す概略図。

【図２】実施例の消火過程のフローチャート。

【図３】本発明をトンネル火災に応用する実施例を示す
概略図

【図４】実施例の火災発生に対する抑制効果。

【符号の説明】

１ 装置の移動手段とする自走車両 ２ 窒素富化空気発生装置 ３ 流量と酸素濃度制御部 ４ 窒素富化空気注入装置 ５ 流れ制御装置 ６ 監視装置 ７ 窒素富化空気輸送パイプ ８ 開閉バルブ

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 消火しようとする密閉または半密閉の火
   災空間に、適切な酸素濃度をもつ窒素富化空気を外部か
   ら注入することにより、燃焼ガスを含む火災空間の大気
   を排除し、火災空間の既存雰囲気を火災が抑制できかつ
   人が生存できる雰囲気に置換することを特徴とする火災
   消火方法。
2. 【請求項２】 前記の空間に、大気中から窒素を富化す
   る技術を利用して消火作業現場で生産される窒素富化空
   気を大量に注入することを特徴とする請求項１に記載の
   消火方法。
3. 【請求項３】 前記の大気中から窒素を富化する手段と
   して、空気中の窒素と酸素を分離する気体分離膜方式ま
   たは水素を燃焼することにより空気中の酸素濃度を低下
   させる方式を利用することを特徴とする請求項１に記載
   の消火方法。
4. 【請求項４】 前記の空間に注入する窒素富化空気の酸
   素濃度は９乃至１６容積％の範囲内に調製されることを
   特徴とする請求項１に記載の消火方法。
5. 【請求項５】 前記の窒素富化空気を生産する装置は火
   災が発生する時、火災現場に迅速に移動できることを特
   徴とする請求項１に記載の消火方法。
6. 【請求項６】 火災時、建築物の換気システムまたは空
   調システムを利用して、窒素富化空気を火災空間に送り
   込むことを特徴とする請求項１に記載の消火方法。
7. 【請求項７】 トンネルの天頂に予め通常使用時の最高
   温度より高い融点を持つ材料で製作した一本の送気パイ
   プをトンネル両端の出入口まで設置し、火災時、火源上
   方のパイプが熱により穴が開けられ、窒素富化空気がト
   ンネルの出入口からパイプを通して出火地点まで送り込
   まれることを特徴とする請求項１に記載の消火方法。
8. 【請求項８】 消火作業の現場で大気中から窒素富化空
   気を生産する手段と、酸素濃度および窒素富化空気の流
   量を制御する手段と、火災空間への窒素富化空気の注入
   および流れ制御手段と、装置の移動手段と、火災状況の
   監視手段とを具えることを特徴とするシステム。