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消火の理論

2024年1月6日更新

消火理論

消火は燃焼の三要素を取り除くことが基本となる。除去効果（removal effect），窒息効果（siffocation effect），冷却効果（cooling effect）を消火の三要素という。この三つに負触媒効果（negative catalyst effect）を入れて，消火の四要素ということがある。消火の四要素のうち，一つを除去することができれば，燃焼は継続できないため，消火することができる。

表　消火の四要素
消火の要素 説明 具体例
除去効果 可燃物を取り除いて消火する方法 ガスの元栓を閉める（可燃物であるガスを遮断する），ローソクの火をふいて消す（可燃性の蒸気を息で吹き飛ばす）
窒息効果 酸素の供給を絶って消火する方法 アルコールランプにふたをする，不燃性の泡で燃焼物をおおう，二酸化炭素で燃焼物をおおう，土，砂などの固体で燃焼物をおおう
冷却効果 燃焼物の温度を下げ，点火源となる熱をうばい，燃焼が持続しないようにする消火方法 注水による消火，強化液（水の消火能力を強化した液体）による消火
負触媒効果（抑制効果） 可燃物の酸化が進まないように，燃焼を中断させる消火方法 ハロゲン化物，リン酸塩類

演習問題　消火効果と消火方法の組合せ

消火効果と消火方法の組合せのうち，誤っているものはどれか

  1. 除去効果・・・ローソクの炎を吹き消す。
  2. 除去効果・・・ガスコンロの栓を閉じる。
  3. 窒息効果・・・アルコールランプの炎にふたをかぶせる。
  4. 冷却効果・・・焚き火に水をかける。
  5. 冷却効果・・・焚き火に土をかける。

正解は，5. である。焚き火に土をかけるのは，窒息効果である。

演習問題　負触媒効果による消火

負触媒効果による消火の説明として，正しいものはどれか。

  1. 可燃物を取り除いて消火する。
  2. 加熱物を冷却して消火する。
  3. 可燃物の酸化を抑制して消火する。
  4. 点火源を取り除いて消火する。
  5. 酸素供給体は取り除いて消火する。

正解は，3. である。負触媒効果の具体例として，ハロゲン化物，リン酸塩類がある。

演習問題　消火剤と消火効果の組合せ

消火剤と，その主たる消火効果の組合せのうち，誤っているものはどれか。

  1. 炭酸水素ナトリウム・・・負触媒効果
  2. ハロゲン化物・・・・・・負触媒効果
  3. 二酸化炭素・・・・・・・窒息効果
  4. 棒状の強化液・・・・・・負触媒効果
  5. 泡・・・・・・・・・・・窒息効果

正解は，4. である。棒状の強化液は，冷却効果である。

消火器と消火剤

火災の種類

火災は普通火災（木材，紙などによる火災），油火災（引火性液体による火災），電気火災（電線・モーターなどによる火災）の3種類に分類され，それぞれ A 火災，B 火災，C 火災という。

表　火災の種類
ABC 火災 火災の種類 説明
A 火災 普通火災 木材，紙，衣類などが燃える火災
B 火災 油火災 石油やガソリン（可燃性液体），油脂類などが燃える火災
C 火災 電気火災 電気設備，電気器具など感電の恐れのある電気施設を含む火災

小型消火器の本体には，適応する火災の種類がすぐわかるように，色違いの丸い標識がついている。（注）平成23年1月1日から『規格』が変更され，『絵表示』することになった。

火災の種類
図　火災の種類
消火器用消火薬剤の技術上の規格を定める省令 第9条　容器

消火薬剤は、希釈、濃縮、固化、吸湿、変質その他の異常を生じないように、容器に封入しなければならない。

消火器用消火薬剤の技術上の規格を定める省令 第10条　表示

消火薬剤の容器（容器に表示することが不適当な場合にあつては、包装）には、次の各号に掲げる事項を記載した簡明な表示をしなければならない。

  1. 品　名
  2. 充てんされるべき消火器の区別
  3. 消火薬剤の容量又は質量
  4. 充てん方法
  5. 取扱い上の注意事項
  6. 製造年月
  7. 製造者名又は商標
  8. 型式番号
演習問題　消火器本体の標識

消火器の適応火災を表すため消火器本体についている円形の標識のうち，油火災用を表す標識は何色か。

  1. 白色
  2. 黄色
  3. 青色
  4. 赤黄色
  5. 黒色

正解は，2. である。

消火剤の種類

消火器に使われている代表的な消火剤は，水，強化液，泡，ハロゲン化物，二酸化炭素，粉末である。

水

水（H2O）は，もっとも手軽に入手できる消火剤である。比熱と蒸発熱が大きいため，注水すると燃焼物や周囲の空気から大量の熱を奪う。このときの冷却効果によって消火が行われる。さらに，蒸発して水蒸気になると，周囲の空気の酸素濃度が低くなるため，窒息効果もある。

表　比熱容量
物質名 比熱容量（18 °C）[kJ/kg·K]
水 4.2
エタノール 2.4
鉄 0.44
表　気化熱（蒸発熱）
物質名 沸点 [°C] 沸点における気化熱 [kJ/kg]
水 100 2,250
エタノール 80.3 393
エーテル 34.5 327

水は普通火災の消火にもっとも適している。しかし，油火災に注水すると，油が水に浮いて火災が広がるおそれがあるため，油火災には適さない。第 4 類危険物の火災にも，水は使われていない。

水消火器は，ノズルを棒状の放射と霧状の放射（噴霧）とに切り替えられる。電気火災に水を棒状に放射すると感電のおそれがあるため，棒状放射の水は電気火災には適さない。

表　水の放射方式と適応火災
放射方式 適応火災
棒状放射 普通火災
霧状放射 普通火災，電気火災
演習問題　消火剤としての水

水が消火剤として優れていることの説明のうち，誤っているものはどれか。

  1. 比熱が大きく，多量の熱を吸収する。
  2. 水は気化するときに周囲から大量の熱を奪い，冷却効果がある。
  3. 水蒸気による窒息効果がある。
  4. 身近にあり，容易に手に入る。
  5. 普通火災のほか，油火災，電気火災などにも利用できる。

正解は，5. である。水は油火災には適応できない。棒状放射では電気火災に適応できないが，霧状放射では電気火災に適応できる。

強化液

強化液は，水に炭酸カリウムなどのアルカリ金属塩類を加え，消火能力や再燃防止作用を高めたものである。また，- 20 °C でも凍らないので，寒冷地での使用にも適している。

強化液の放射方式と適応火災
放射方式 適応火災
棒状火災 普通火災
霧状火災 普通火災，油火災，電気火災

その他の特徴は水と変わらないが，霧状に放射した場合は，負触媒効果によって油火災でも消火できる。

消火器用消火薬剤の技術上の規格を定める省令 第3条　強化液消火薬剤

強化液消火薬剤（内部において化学反応により発生するガスを放射圧力の圧力源とする消火器に充てんするものを除く。）は、次の各号に適合するアルカリ金属塩類等の水溶液でなければならない。

  1. アルカリ金属塩類の水溶液にあつてはアルカリ性反応を呈すること。
  2. 凝固点が零下 20 度以下であること。

２　内部において化学反応により発生するガスを放射圧力の圧力源とする消火器に充てんする強化液消火薬剤は、前項各号に適合するアルカリ金属塩類等の水溶液及び凝固点が零下 20 度以下である良質の酸又はその塩類でなければならない。

３　強化液消火器用の粉末状のアルカリ金属塩類等は、水に溶けやすく、かつ、水溶液とした場合、第一項各号又は前項の規定に適合するものでなければならない。

４　消火器を正常な状態で作動した場合において放射される強化液は、防炎性を有し、かつ、凝固点が零下 20 度以下のものでなければならない。

泡消火剤

泡消火剤は，燃焼物を泡でおおって，窒息効果により消火するものである。

泡の種類には化学泡と機械泡がある。化学泡は，炭酸水素ナトリウムと硫酸アルミニウムを混合し，化学反応により発泡する。一方，機械泡は，消火器から放射する際に空気を混入して発泡する。

泡消火器は普通火災，油火災に適応するが，電気火災の場合は感電のおそれがあるため適さない。

消火器用消火薬剤の技術上の規格を定める省令 第4条　泡消火薬剤

泡消火薬剤は、次の各号に適合するものでなければならない。

  1. 消火薬剤は、防腐処理を施したものであること。ただし、腐敗、変質等のおそれのないものは、この限りでない。
  2. 消火器から放射される泡は、耐火性を持続することができるものであること。

２　化学泡消火薬剤（化学反応により消火効果を有する泡を生成する消火薬剤をいう。以下同じ。）は、前項に定めるもののほか、次の各号に適合するものでなければならない。

  1. 粉末状の消火薬剤は、水に溶けやすい乾燥状態のものであること。
  2. 不溶解分は、一質量パーセント以下であること。
  3. 温度 20 度の消火薬剤を充てんした消火器を作動した場合において放射される泡の容量は、手さげ式の消火器及び背負式の消火器にあつては消火薬剤の容量の 7 倍以上、車載式の消火器にあつては消火薬剤の容量の 5.5 倍以上であつて、かつ、放射終了時から 15 分経過したときにおける泡の容量の減少は、25 パーセントをこえないこと。

３　機械泡消火薬剤（化学泡消火薬剤以外の泡消火薬剤をいう。）は、第一項に定めるもののほか、次の各号に適合するものでなければならない。

  1. 消火薬剤は、水溶液又は液状若しくは粉末状のものであること。この場合において、液状又は粉末状の消火薬剤にあつては、水に溶けやすいものであり、当該消火薬剤の容器（容器に表示することが不適当な場合にあつては、包装）には、第十条第五号の規定により、「飲料水を使用すること」と表示すること。
  2. 温度 20 度の消火薬剤を充てんした消火器を作動させた場合において放射される泡の容量は、消火薬剤の容量の 5 倍以上であつて、かつ、発泡前の水溶液の容量の 25 パーセントの水溶液が泡から還元するために要する時間は、1 分以上であること。

ハロゲン化物消火剤

ハロゲン化物消火剤は，ハロン 1301（ブロモトリフルオロメタン，CBrF3），ハロン 2402（ジブロモテトラフルオロエタン，CBrF2-CBrF2）などを主成分とした消火剤である。放射すると蒸発して不燃性ガスに変わり，燃焼物をおおって負触媒効果や窒息効果で消火する。

負触媒効果について，ハロゲンを「X」と表記した化学式で説明する。ハロンの熱分解で生じたハロゲン原子（HX）が，燃焼により発生する高活性の水素原子と水酸基（OH）を取り除く。

X + H → HX
HX + OH → X + H2O

ハロン化物は油火災に適しているほか，電気を通さないため電気火災にも適合する。ただし，ハロゲン化物のガスは地球成層圏のオゾン層を破壊することから，現在では生産できない[1]。

（参考）ハロゲン

第 17 族元素（halogen : ハロゲン）は周期表における第 17 族に属する元素の総称。フッ素（F），塩素（Cl），臭素（Br），ヨウ素（I），アスタチン（At），テネシン（Ts）がこれに分類される。フッ素，塩素，臭素，ヨウ素は性質がよく似ており，アルカリ金属あるいはアルカリ土類金属と典型的な塩を形成するので，これら元素からなる元素族をギリシャ語の塩（alos）と，作る（gennao）を合わせ「塩を作るもの」という意味の「halogen」（ハロゲン）と，18 世紀フランスで命名された。これらの任意の元素を表すために化学式中では，しばしば「X」と表記される。

（参考）ハロン

ハロン（halon）は，炭化水素の水素原子（一部または全て）がハロゲン原子で置換されたハロゲン化炭化水素（ハロカーボン）のうち，臭素を含むものである。ハロゲン化炭化水素（halogenated hydrocarbon）が語源で，アメリカ陸軍工兵司令部（USACE）が 1948 年に命名した。ハロン類（halons），ハロン化合物（halon compounds）ともいう。

消火器用消火薬剤の技術上の規格を定める省令 第5条　ハロゲン化物消火薬剤

ブロモクロロメタン消火薬剤（以下「ハロン 1011」という。）及びジブロモテトラフルオロエタン消火薬剤（以下「ハロン 2402」という。）は、次の各号に適合するものでなければならない。

  1. 無色透明で浮遊物がないこと。
  2. 温度 15 度における比重は、ハロン 1011 にあつては 1.93 以上 1.96 以下、ハロン 2402 にあつては 2.18 以上 2.21 以下であること。
  3. 蒸留試験において、ハロン 1011 にあつては温度 66 度以上 69 度以下の留出量、ハロン 2402 にあつては温度 46 度以上 49 度以下の留出量が 95 容量パーセント以上であること。
  4. 含有水分は、ハロン 1011 にあつては 0.02 質量パーセント以下、ハロン 2402 にあつては 0.008 質量パーセント以下であること。
  5. ヨードカリでん粉液を加える試験において、青色を呈しないこと。
  6. 硝酸銀溶液を加える試験において、白色又は黄色を呈しないこと。
  7. 濃硫酸を加える試験において、有機物による変色を呈しないこと。
  8. 蒸発残分は、0.004 質量パーセント以下であること。
  9. 温度 20 度の消火薬剤によくみがいた鉄板及び銅板を半分浸し、一時間放置したのち、鉄板及び銅板の表面に変色その他の異常を呈しないこと。
消火器用消火薬剤の技術上の規格を定める省令 第6条

ブロモクロロジフルオロメタン消火薬剤（以下「ハロン 1211」という。）及びブロモトリフルオロメタン消火薬剤（以下「ハロン 1301」という。）は、次の各号に適合するものでなければならない。

  1. 無色透明で浮遊物がないこと。
  2. 純分は、ハロン 1211 にあつては 98.5 パーセント以上、ハロン 1301 にあつては 99.6 パーセント以上であること。
  3. 酸分及び遊離ハロゲンの合計は、0.0002 質量パーセント以下であること。
  4. 蒸発残分は、0.01 質量パーセント以下であること。
  5. 含有水分は、0.005 質量パーセント以下であること。
  1. ハロン 1211，ハロン 1301，ハロン 2402 は，モントリオール議定書でオゾン層破壊物質として特定ハロンに指定されており，1994年1月1日から議定書 第5条 非適用国（先進国）では製造等が全廃されている。

二酸化炭素消火剤

炭酸ガス（二酸化炭素，CO2）を圧縮して液体の状態で消火器に充填し，放射すると気化して燃焼物をおおい，窒息効果で消火する消火剤である。二酸化炭素消火設備は，次のような特長を備えている。

  1. 二酸化炭素は安定したガスであり，油類，金属類，電気絶縁物などに化学変化を及ぼさない。また，二酸化炭素を長時間にわたって貯蔵しても変質しない。
  2. 二酸化炭素消火では，火災の及ばなかった機器への影響は小さい。
  3. 電気絶縁性に優れており，電気機器の火災に使用できる。
  4. 気体で放射するため，複雑な形状の機器であっても消火できる。
  5. ガス自体の圧力で放射するため，ポンプその他の動力源が不要。
（参考）二酸化炭素消火設備の事故

二酸化炭素消火設備の誤操作や誤動作により，消火剤である二酸化炭素が誤放出され，死傷者を出す事故がしばしば発生している。

粉末消火剤

リン酸アンモニウムや炭酸水素ナトリウム（重曹）の粉末を炭酸ガスなどの圧力で放射し，窒息効果と負触媒効果によって消火する消火剤である。

炭酸水素ナトリウムを使ったものは，油火災・電気火災には大きな消火効果があるが，普通火災には適合しない。

粉末消火器の種類と適応火災
粉末消火器の種類 適応火災
リン酸アンモニウム（ABC 消火剤） 普通火災，油火災，電気火災
炭酸水素ナトリウム 油火災，電気火災

一方，リン酸アンモニウムを使ったものは，普通火災（A），油火災（B），電気火災（C）のいずれにも適合し，ABC 消火器と呼ばれる。現在の家庭用小型消火器は，ほとんどが ABC 消火器のタイプである。

消火器用消火薬剤の技術上の規格を定める省令 第7条　粉末消火薬剤

粉末消火薬剤は、防湿加工を施したナトリウム若しくはカリウムの重炭酸塩その他の塩類又はりん酸塩類、硫酸塩類その他防炎性を有する塩類（以下「りん酸塩類等」という。）で、次の各号に適合するものでなければならない。

  1. JIS Z 8801 の呼び寸法 180 μm 以下の消火上有効な微細な粉末であること。
  2. 温度 30 度及び相対湿度 60 パーセントの恒温恒湿槽中に 48 時間以上恒量になるまで静置した後に、温度 30 度及び相対湿度 80 パーセントの恒温恒湿槽中に 48 時間静置する試験において、質量増加率が 2 パーセント以下であること。
  3. 水面に均一に散布した場合において、1 時間以内に沈降しないこと。
蓄圧式消火器

消火器の本体容器内には，消火薬剤とともに放射圧力源となる窒素ガス（N2）が，常時 0.7 ～ 0.98 MPa で蓄圧されており，レバーの操作によって，吐出管，ホースを通って消火薬剤がノズルより放出される。圧力源の窒素ガスの蓄圧状態が，圧力ゲージ（指示圧力計）によって外部から見えるようになっているため，圧力状態のチェックが簡単にできる。


加圧式消火器

消火器本体の内部に，小型の加圧用ガス容器（液化炭酸ガス，窒素ガスなどのボンベ）を組み込んだ構造である。レバーを強く握ると，カッターで加圧用ガス容器（ボンベ）の封板がやぶられ，ガスが消火器内部に噴出される。その圧力によって消火薬剤が攪拌され，ノズルから放射される。薬剤放出を途中で止めることができるタイプもある。


消火剤のまとめ

主な消火剤についてまとめると，下表のようになる。

表 消火剤のまとめ
消火剤の種類 主成分 消火方法 適応火災
水 棒状放射 水 冷却効果（窒息効果） A
霧状放射 A, C
強化液 棒状放射 炭酸カリウム水溶液 冷却効果（窒息効果） A
霧状放射 A, B, C
泡消火剤 化学泡 炭酸水素ナトリウム・硫酸アルミニウム 窒息効果 A, B
機械泡 界面活性剤など
ハロゲン化物消火剤 ハロン1301，ハロン2402など 負触媒効果，窒息効果 B, C
二酸化炭素消火剤 液化二酸化炭素 窒息効果 B, C
粉末消火剤 リン酸アンモニウム 負触媒効果，窒息効果 A, B, C
炭酸水素ナトリウム B, C
演習問題　消火剤

次の消火剤に関する説明のうち，誤っているものはどれか。

  1. 泡消火剤は，微細な気泡の集合体で燃焼面を覆う窒息効果と，水分による冷却効果によって消火する。
  2. 二酸化炭素消火剤は，主として酸素濃度を下げる窒息効果によって消火する。
  3. 水は，蒸発熱より燃焼物の温度を下げる冷却効果によって消火する。さらに気化により発生した水蒸気による窒息効果もある。
  4. 粉末消火剤は，燃焼の連鎖反応を中断させる負触媒（抑制）効果によって消火する。
  5. ハロゲン化物消火剤は，主として燃焼物の温度を印加点以下に下げる冷却効果によって消火する。

正解は，5. である。ハロゲン化物消火剤は，負触媒効果，窒息効果により消火する。

演習問題　消火

消火について，誤っているものはどれか。

  1. 燃焼の三要素のうち，1 つの要素を取り除けば消火できる。
  2. 水は比熱と蒸発熱が大きいので，冷却効果によって消火を行う。
  3. りん酸アンモニウムを使った粉末消火器は，普通火災には向いていない。
  4. 二酸化炭素消火剤は，酸素供給体を断つ窒息効果で消火を行う。
  5. 泡消火剤は主として燃焼物を泡でおおう窒息効果で消火を行う。

正解は，3. である。りん酸アンモニウムを使った粉末消火器は，普通火災（A）にも適応できる。

演習問題　消火剤の説明

消火剤の説明で，誤っているものはどれか。

  1. 二酸化炭素の主たる消火効果は，窒息効果である。
  2. ハロゲン化物の主たる消火効果は，負触媒効果である。
  3. 空気泡による消火効果は，窒息効果である。
  4. りん酸塩類の粉末消火剤は，油火災，電気火災には適しているが，普通火災には適していない。
  5. 霧状放射の水は普通火災，電気火災には適しているが，油火災には適していない。

正解は，4. である。りん酸塩類の粉末消火剤は，普通火災にも適応できる。

演習問題　ガソリンの火災に対応する消火剤

ガソリンの火災に対応する消火剤として誤っているものはどれか。

  1. ハロゲン化物
  2. 泡
  3. 二酸化炭素
  4. 強化液（棒状放射）
  5. りん酸塩類の粉末消火剤

正解は，4. である。ガソリンの火災には，強化液（棒状放射）が用いられる。

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