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消火器で火が消える仕組みとは?どのような種類があるの?


火災警報機は、住宅での設置が義務化され、どこの家庭でも設置されていると思いますが、消火器については家庭での設置義務はなく、ある調査によると約6割の家庭が消火器を備えているとされています。

ここでは、家庭用消火器の消化の仕組みや種類についてご紹介します。

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消火器の仕組みの前に、燃焼の条件について見てみましょう。

燃焼の条件

ものが燃えるためには、可燃物酸素熱源の3つの要素が必要です。

可燃物

可燃物は通常の環境で着火した場合に継続して燃焼するものをいいます。

可燃物となる主な物質は、木材、繊維、プラスチック、石油などの有機化合物です。

この他には、炭素、水素、マグネシウムなどの元素類、一酸化炭素、亜硫酸ガスなどがあります。

酸素

燃焼は、可燃物が空気中または酸素中で光や熱の発生を伴いながら、酸素と反応する酸化反応です。

燃焼は空気中に含まれる酸素の量と密接な関係があり、酸素量の少ない密封された状態では燃焼できませんが、逆に酸素量が増えると爆発的な燃焼を引き起こすことがあります。

空気中の酸素のほか、酸化剤中の酸素や可燃物中の酸素も酸素の供給源になります。

熱源(点火エネルギー)

着火や引火には最低点火エネルギーが必要になります。

常温では可燃物の酸化反応は起こらず、外部から熱エネルギーを与えて発火状態にしなければ、燃焼は起こりません。

点火エネルギーの代表例は電気、静電気、摩擦熱、衝撃などによって発生する火花などです。

以上の燃焼の3要素に、燃焼の継続を加えて燃焼の4要素と呼ぶことがあります。

燃焼が継続していくためには連続した酸化反応が必要です。

消火の方法

火を消すには、これら燃焼の要素を取り除き、連鎖反応を断ち切ればよいということになり、燃焼のしくみを利用した、次の3つの消火方法が考えられます。

冷却法

燃焼しているものに水などをかけることにより、温度が急激に低下して火が消えます。

窒息法

燃焼しているものへの酸素の供給を断ち切る方法です。

例えば、火のついたロウソクにコップをかぶせると火が消えるのは、コップなかの酸素がなくなるからです。

また、空気中に約20%含まれている酸素を約15~16%以下に濃度を薄めることでも消火はできます。これを希釈効果と呼びます。

抑制法

光と熱の酸化反応である燃焼の3要素(可燃物、酸素、熱源)間で起きている化学的連鎖反応を遮断することにより、消火することができます。

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消火器の種類

消火器の種類は薬剤種別、火災種別、構造による分け方があります。

薬剤種別

薬剤種別の分類では、粉末系消火器、水・泡系消火器、ガス系消火器に分かれます。

これらの中で家庭用消火器としてよく使用されるものとして、粉末系消火器のABC粉末消火器、水・泡系消火器の強化液消火器を記載します。

ABC粉末消火器

一般家庭に最も普及している消火器はABC粉末消火器といわれるもので、窒息法と抑制法を併用して消火します。

この消火器の主成分は、リン酸アンモニウムや硝酸アンモニウムなどです。

消火剤を噴射させると、非常に細かい霧状の粉末が火元周辺の酸素や気化ガス濃度を下げます。(窒息法)

同時に、化学反応の過程で生じる遊離基(フリーラジカル)は化学反応を促進し、燃焼を拡大させますが、これと粉末が結びつくことにより化学連鎖反応を抑制します。(抑制法)

また、遊離基と結合した粉末の一部はアンモニアとリン酸に分解されますが、このアンモニアは遊離基を減少させ、リン酸はさらに分解が進み、その際に熱を吸収します。(冷却法)

粉末消火器は粉末が火元全体を数秒で覆って一気に炎が収まります。

粉末は固形物に浸透しないので、木材などが燃えた場合には火種が残り、場合によっては後で水をかけるなどの処理が必要となるようです。

また、粉末が充満するので、消火作業中は視界の妨げになり、吸い込むとむせてしまい、部屋中が粉まみれになり、後の清掃が大変なようです。

強化液消火器

強化液消火器は水を用いた冷却法で消火します。水だけでは気温が低い冬には凍ってしまうため、約-20℃まで凍らない炭酸カリウム水溶液などの強化液を混ぜています。

強化液は燃焼で発生した気体と酸素が結合するのを防ぎ、可燃物に作用して酸素と結び付きにくい炭素と、水に分解します。(抑制法)

強化液タイプは一気に炎を抑えることはできませんが、視界が遮られないので、確実に消すことができます。全般的に放射後の清掃が簡単で、布などで拭き取るだけで済みます。
価格はやや高めです。

火災種別

火災の種類は、燃える物質によって以下の3種類に分けられます。

A火災(普通火災)

木材、紙、衣類などが燃える火災です。

B火災(油火災)

石油やガソリン、油脂類などが燃える火災です。

C火災(電気火災)

電気設備、電器器具など感電の恐れのある電気施設を含む火災です。

業務用の消火器では火災の種類により、適応する消火器が用意されていますが、家庭用消火器として最も多く使われているABC粉末消火器や強化液消火器はいずれの火災にも対応しています。

構造による分類

消火器は、消火器内に充てんされた消火薬剤に圧力をかけて放射し、消火を行います。

消火器には、本体容器の中に消火薬剤と加圧用ガス容器を内蔵した加圧式と、消火薬剤と圧力源を封入した蓄圧式があります。

加圧式

加圧式は、本体容器内に消火薬剤を充填し、放射圧力源のガスを充てんした容器が消火薬剤と同じ本体容器内に組み込まれています。

消火器のレバーを握るとガスを充填した容器の頭部が破れ、そこからガスが噴出して本体容器内の圧力を高め、消火薬剤をノズルから放射します。

加圧式消火器は、本体の腐食やキャップの緩みや劣化があると、内部の急激な圧力に耐えられなくなった容器が破裂、爆発することがあり、過去に死亡者も複数出ており、各メーカーは安全性の高い蓄圧式への生産に切り替えを行いました。

蓄圧式

蓄圧式は、本体容器内に消火薬剤とその消火薬剤を放射するための圧力源(CO2またはN2等)の気体を蓄圧します。

そのため常時適正な圧力がかかっているか、確認できるように圧力計が設けられています。

消火器の使用期限

一般家庭向け消火器の使用期限は、おおむね5年(業務用はおおむね10年)です。

ラベルに表示されている「設計標準使用期限」で確認することができます。

使用期限を過ぎた消火器は破裂による人身事故の危険があり、使用期限に達していなくても、腐食、キズ、変形などがみられる場合には直ちに交換しましょう。

まとめ

燃焼は可燃物、酸素、熱源の3つの要素が結びつき、連鎖反応を起こすことで発生します。

火を消すには、これら燃焼の要素を取り除き、連鎖反応を断ち切ればよいということになります。

冷却法、窒息法、抑制法の3つの消火方法のいずれかを応用した消火器があります。

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