消防科学研究所報２２号（昭和６０年）密閉室内の燃焼性状に関する研究(第 1報) TheStudyonTheF i r e Behaviouri nTheClosed Room . (Series. 1) 鳥井内郎・千葉博日男田島川武中新ネ公国コ "ょ p 嗣・・・光イ変・ Weexperimentedont h er e l a t i o n sbetweenburningr a t eandoxygenc o n c e n t r a t i o nande x t i n c t i o n J im i tt oknowt h ef i r ebehaviouri nt h ec 10sedroum o t some knowledge d e s c r i b e db e l o w . Burning r a t e sg r a d u a l l yr e d u c e si n As a r e s u l t，W f' g x c e e d i n g l yr e d u c e sa taoxygenc o n c e n t r a t i o n p r o p o r t i o nt ooxygenc o n c e n t r a t i o nfromnormala i r，e o fabout 1 6% anda tl a s tr e a c h e se x t i n c t i o nl i m i t 5~ 16 % E x t i n c t i o nl i m i tl i e sonaoxygenc o n c e n t r a t i o no fabout 1 と安併せもつ酸素指数計測用の燃焼性試験器か 1. はじめにら構成されている。ガス混合部ではさを素及び酸素を所定の重量紫濃東京消防庁管内において年間数件の割合で自然度(濃度範聞約 15~21%) 及び流 {I[ 鎮火火災が発生している。 01e /min 一定)に調節し，円筒燃焼室内に供給した。この自然鎖火現象を検討すると，燃焼によって酸素濃度が低下し始め，燃焼限界酸素濃度付近ま荷重変換器，増幅器及びぺンレコーダーを所で低下すると，燃焼継続に必要な熱1kを維持でき定の状態にセットし，試験片下端をガスバーナなくなるため鎮火すると戸考えられる。ーにより点火し，それを燃焼室内に入れ.アーしかし，実際にこの現象を把握するには資料がムに吊り下げ，測定した。不足しているため難しい状況にある。このため，密閉室内の燃焼性状について実験的研究を行~ >，自然鎮火の可能性のわ無について判断する際の基礎資料の一部を得たので報告する。 i ' 0， 2 .実験目的密閉空間内における自然鎮火の可能性の有無をぺ幾度の低判断する際の基礎資料とするため，置費紫i J レコダー下に伴う燃焼速度の変化及び燃焼限界該当ミ濃度を知る。図 l 実験装置概略図 (1) 3 実験装置及び方法 ( 2 ) 燃焼ガス分析及び燃焼温度変化実験装 f i ' 1 の概略図を図 2に示す。 ( l ) 燃焼速度実験装置の概略図を図 lに示す。装i i Eは荷重変換器，増幅器及びぺンレコ本図は図 lの点線により固まれた部分を変えダた。図 lと比べ，測定部には温度測定のためマーからなる重2測定部と，ガス混合部と燃焼室ルチロガー及び熱電対，燃焼ガス分析のためガス採取用ポンプ及びサンプリングバッグを用い $第一研究笈・・予防部予防 ; ; ' I ! た。・・.~ お消防署 (1 9) 試験片表面中央にC.A 熱電対を付け，前実て濃度測定した。 ( 3 ) 試験片験と同様に下端に点火し，調整済みガスが流入試験片は表 lに示す 3穐類の形状に整形後，する燃焼室へ入れ，同時にマルチロガーをスキ真空中 6 0 ' C加混. 2 4時間乾燥させ，絶乾状態(木ャンさせ，試験片を吊り下げた。材水分計にて水分測定不能状態)にした杉の辺ガスの採取は測定開始後 15~25秒の聞のガスをポンプによりサンプリングバッグへ入れた o 材を用いた。なお，採取したガスは室温で冷却後，北川式 ιおぞ 51) 表l 試験片の形状，- 検知 t~ により一酸化炭紫及び二酸化炭素につい「一一一一一一一一一一一ーユw/// - 悔 ×厚さ×長さ No.1 6x 3 x 1 5 0 No.2 1 2x 3 x 1 5 0 No.3 2 4x 3 x 1 5 0 3. 実験結果及び考察 ) 1 ( 重量減少の状況試験片(寸法 1 2x3x1 5 0 ) を供給酸素襖度 2 0.8%の雰囲気中で燃焼させた場合の盟 . . b J :の時間的変化を図 3に示す。試験片重量は次の 3つの状態を経て減少すると考えられる。蔽初は燃焼が盛んになっていく成長期(約図 2 実験装置概略図 (2) o ~16秒間).次に安定した燃焼状態である定常期(約 17秒 ~33秒間).最後に火勢が 2 . S 0， 208% ノウドシヘンサイズ 12x3x1 5 0 2 . 0 ︹凶︺トヱO] 川rtJ 1 . 5 1 . 0 0 . 5 。。 1 0 2 0 3 0 TIME ( s e c ) 図 3 試験片重量の時間的変化 (20) 4 0 5 0 6 0 衰え消えるまでの減衰期である。定常期は可燃物が酸素供給量に見合う最も激しい燃焼をする期間であり，成長期は定常期に至るまでの燃焼 5 . 12030150 シヘン叶イズ拡大期間。減衰期は可燃物の sが定常期を維持するには不十分となり，火勢が衰えていく期間である。なお，この定常期におけるグラフの傾き値を燃焼速庵とする。 c E ( 2 ) 燃焼速度と酸素濃度との関係についてれ，それらをもとにその酸素濃度における燃焼比j ‘ r α 4 t コ豆速度をプロッ卜したものである。 2 . 0 Z α 4 。/仁川幻各穐試験片について前述と同様なグラフが得ら JfJ 30 国 ) 燃焼速度と酸紫濃度との関係を図 4に示す。コ酸素濃度が 21%から低い方へと行くに従凶， ∞ 3種の試験片ともに燃焼速度が直線的に減少す 10 る和買向にある。酸素濃度が約 16%付近かう燃焼速度は急激に降下し，約 15%付近で燃焼継続不可能，すなわ。。ち燃焼限界となる。 1 5 燃焼速度が急激に降下する途中の試験片の燃 2 0 OXYGENCONCENTRATION (%) 焼状態は深部の炭化を伴わない表面燃焼や片面燃焼という状態であった。図 4ー 2 燃焼速度 5 . 0 y へンサイズ一八一一 5 . 0 シへンサイズ 6030150 40 c C E F C 、、回出戸30 担30 ソ 40 2 4030150 〈〈 E 己出コ〈 O Z 之。。 Z 520 ∞ 。。 o 。 o ) 0 二ィ/向 o~o 一。~〆・6 z 。一 o Y= 1 6 1ネ C G2.0 力イキド ∞ 。 x-.114 56 O~ニ--。一。 1 .0 10 Y=.1070X-.245 カイキド。。 6 5 し。 1 5 20 1 5 2 0 OXYGENCONCENTRATION ( % ; OXYGENCONCENTRATION ( % ; 図 4-3 燃焼速度図 4-1 燃焼速度 21 燃焼速度と酸紫濃度とが比例関係にあると思述べられているが，木材試験片を用いた本実験われる濃度範囲約 16~21% についてそれぞれ直結果では 2 4四幅の種類と他 2種から得られたデータを比較すると.碓井氏の説と同様の傾向を線回帰式を算出したので同じく悶 4に示す。示す。燃焼速度と酸紫濃度との関係に及ぼす寸法効しかし，他 2種のデータどうしを比較しでも果について考察してみる。燃焼速度と酸素濃度とが比例関係にあると思その傾向はみられなかった。 ( 3 ) 燃焼ガス分析についてわれる淡度範囲では同一酸素濃度においては形状の大きな試験片ほど燃焼速度は大きな値をと燃焼速度と酸紫担当度が比例関係にある範囲にっているのに対し，そうでない濃度範囲では寸おける燃焼ガス中の二酸化炭素と一酸化炭素と， / COと供給酸紫濃度との関係をの濃度比 CO 法効果は成われなかった。 Q度においてただし，この範囲では同一重量紫i 図 5に示す。同一燃焼速度の場合は，形状の大きな種類の試グラフの線分は直線回帰計算による結果であ v初期重虫)は低験片の方が燃焼率(焼失重量る。 0，濃度が低下するに伴い， CO，/COが低下すい傾向を示した。，よりもることから， 0，波度が低下すると CO 碓井氏のアルコールを用いた燃焼実験により得られた説によると，燃焼面積が小となる : こ従 COの生成する比率が高くなり，不完全燃焼状い.燃焼限界酸素濃度も小となる傾向があると態となることを示している。 6 " O [ CO ， f CO].3. 6 1X(0 ， )-39メ {創性"J" ~ 061 1 5 0 O O 4 0 。U¥"ou {l} 3 0 。 2 0 O 1 0 0 l S 1 6 1 7 " 1 9 。 2 u 2 1 2 2 2 1 Q/ ， / COと0，温度との関係図 5 CO ( 4 ) 燃焼温度変化について各温度のヒークの挽われる順序:.:tより下の黙潟度燃焼;品度として試料表面温度及び雰囲主 L 電対の方が早くまむコれる傾向がある。を測定したので図 6に示す。なお，緩い凹凸や急激な温度上昇の原因は可燃ガスの突出，着火によるものと思われる。雰閤気温度に関しては，炎の上昇特性のため，試験片表面温度に関しては，ピーク値は各条より上方にある熱電対が高い温度を示している。時間の経過とともに温度は上昇し，緩い凹凸や件とも約 6 0 0 ' C強ぐらいであり，雰囲気温度のピ温度上昇またはピーク{直を通り，急激な j ーク{直よりもさらに遅れる傾向がある。この遅しだし〉に冷やされていく。れは，雰囲気j 温度 ! i炎の編射及び対流により影 (2 2) 7 0 0 ・ 1 2 3浄 1 5 0 2 0 . 8 % シへンサイズ 0，ノウド 6 0 0 SURFACET.. L .ATM.T . . ，ーー M.ATM.T . トー U .ATi v 1 .T 一-+- ー。 5 0 0 3 0 0 唱・・ 4 4 v 。 1 0 2 0 4 0 3 0 。喝・唱・・唱・ aF ・・ 4 p J e・ e・ 1 0 0 A 2 0 0 ・ d - ω ι F 4凶'H ve] 凶UD'H︿伝 -ハ 4 0 0 5 0 7 0 6 0 TJME [ s e cJ 8 0 9 0 1 0 0 図 6ー l 表面温度及び雰囲気温度の時間的変化 7 0 0 シへンサイズ 0，ノウド 6 0 0 ・・ 1 23 1 5 0 1 8 % - - SURFACET ・ .0.' L . . ¥TM.T ・噌ー. M.ATM.T U.ATM.T 5 0 0 ・ υ・﹂凶区コト︿出ωι ヲω ↑ F 4 0 0 3 0 0 4T 唱。唱。・ -F1 -vo ・噌司・、. ‘ . ‘. 4ι7 4? ・・ J ・ 4T1 E4T 叶・ 4T -F ・ 7 0 6 0 9 0 8 0 1 0 0 T 1ME f s e c l 図 6-2 表面温度及び雰圏気温度の時間的変化 ff，j ~ を受け，早目にピークが表われるのに対し (2) 駁主総浪度が約 1 6%以下の燃焼速度は急激に降 1 0 2 0 3 0 表蘭温度は炎の基である炭化現象の生ずる燃焼得が高温を示すことによる。 4 結下し，燃焼限界に至る。 ( 3 ) 本実験の範囲内では燃焼限界酸素濃度は約 15 ~16% に存在する。論 5 .おわりに杉の辺材を用いた燃焼実験により次の結論が得られた。 ( 1 ) 燃焼速度は酸素濃度が2 1%から約 1 6% 主で依下するのに伴い直線的に減少する。そ H ノでii'i~3l 今後の研究としては燃焼に伴う熱収支を踏まえ，こ￨期す密閉小空間内における換気を考慮した燃焼 l る法本的現象の解明に努めたい。回帰式により表わした。 2 3.