WO2015045195A1

WO2015045195A1 - 自動消火具

Info

Publication number: WO2015045195A1
Application number: PCT/JP2013/084622
Authority: WO
Inventors: 健児谷口; 岩崎　雅也
Original assignee: 株式会社ニチボウ; 三井化学産資株式会社
Priority date: 2013-09-27
Filing date: 2013-12-25
Publication date: 2015-04-02
Also published as: US10118059B2; KR101670191B1; JP6521473B2; EP3050595A1; CN104812450A; KR20150058138A; JP2018196833A; EP3050595A4; JPWO2015045195A1; JP6456818B2; US20160193489A1; EP3050595B1; CN104812450B

Abstract

周囲に限られたスペースしかない消火対象物の近くに長期間に亘ってメンテナンスフリーで設置することができ、且つ火災の際は火災を速やかに消火することができるコンパクトな自動消火具を提供する。消火剤（１４）と、消火剤（１４）を充填した密閉状態の容器（１２）とからなり、消火剤（１４）は、少なくとも２５℃（常温）で液体、沸点が少なくとも７５℃以下の消火作用を有する化合物からなり、容器（１２）は少なくともガスバリヤー層（１６）と熱可塑性樹脂層（２０）を積層したものからなり、ガスバリヤー層（１６）はエチレン－ビニルアルコール共重合体樹脂（ethylenevinylalcohol copolymer：EVOH）からなる。

Description

自動消火具

　本発明は、液状の消火剤を充填した密閉状態の容器の一部に火災の熱と消火剤の圧力によって噴出口を形成させ、この噴出口から消火剤を噴出させて火災を消火させるようにした自動消火具に関するものである。

　近年、大気汚染防止や炭酸ガス排出抑制等の環境保護の観点、またエネルギーの有効利用の観点から、ハイブリッド自動車や電気自動車が大量に普及してきている。ハイブリッド自動車や電気自動車には高効率、高出力、高エネルギー密度、軽量等の特徴を有する大容量のリチウムイオン電池が搭載されている。

　リチウムイオン電池は数十Ａｈという大きな電気容量を有する大形の二次電池であり、充電の際や運転の際には大電流が流れ、かなりの量の熱が発生するので、周囲の状況によってはこの熱が蓄積されて高熱になり、出火する可能性があるという問題があった。

　また、交通事故等でリチウムイオン電池が損傷し、内部に短絡が起こると、小形の二次電池とは比較にならないような極めて異常な大電流が局所的に流れ、火災が発生する危険性があるという問題があった。

　また、ハイブリッド自動車ではリチウムイオン電池によって発生した上記のような火災が更にガソリンに引火し、大きな二次火災を生ずる危険性があるという問題があった。

　このような問題を解決する方法としては、従来から知られている技術の延長として、リチウムイオン電池に電気的な感熱センサーを設置し、この感熱センサーによって作動する消火器の噴出口をリチウムイオン電池に向けた状態で設置し、火災が発生した場合は、感熱センサーで火災を感知し、この感熱センサーから送られた電気信号によって消火器を作動させてリチウムイオン電池の火災を消火することが考えられる。

　しかし、種々の装置が密集状態で設置され、スペース的にほとんど余裕の無いエンジンルームの内部に従来から知られているかなりの大きさの消火装置や感熱センサーを上記のような構成で設置することは困難であり、コストもかかるという問題がある。

特開２００３－１１７０２１号公報

　本発明が解決しようとする課題は、周囲に限られたスペースしかない消火対象物の近くにメンテナンスフリーの状態で長期間に亘って消火能力を備えた状態で設置することができ、且つ火災の際は火災を速やかに消火することができるコンパクトな自動消火具を提供することである。

　本発明は、少なくとも２５℃（常温）で液体、沸点が少なくとも７５℃以下の消火作用を有する化合物を消火剤として使用し、該消火剤を密閉された容器に充填し、該容器を消火対象物の近くに設置し、該消火対象物から出火した場合、火災の熱と該消火剤の圧力によって該容器の一部に噴出口を形成させ、該噴出口から該消火剤を噴出させて火災を消火させるようにした自動消火具において、該容器を少なくともガスバリヤー層と熱可塑性樹脂層を積層したもので形成したことを最も主要な特徴とする。

　本発明の自動消火具は、少なくともガスバリヤー層と熱可塑性樹脂層を積層したもので前記容器を形成しているので、該容器内の消火剤の透過・消失が長期に亘って防止され、メンテナンスフリーの状態で長期間に亘って消火能力を備えた状態で設置することができるという利点がある。

図１は本発明に係る自動消火具の一実施例の平面図である。図２は図１のＡ－Ａ矢視断面図である。図３は図１のＢ－Ｂ矢視断面図である。図４は図３の部分拡大図である。図５は消火剤の温度と蒸気圧との関係を示すグラフである。図６は本発明に係る自動消火具をスパイラル状の防護材で被覆したものの説明図である。図７は本発明に係る自動消火具を二次電池の集合体の隙間に挿入・設置した状態を示す説明図である。図８は本発明に係る自動消火具を電源ボックス内に挿入・設置した状態を示す説明図である。図９は本発明に係る自動消火具が火災の熱で破裂して穴を開け、該穴から噴出した消火剤が火災を消火する状態を示す説明図である。

　周囲に限られたスペースしかない消火対象物の近くに長期間に亘ってメンテナンスフリーの状態で設置しておくことができるコンパクトな自動消火具を提供するという目的を、簡単な構成により、消火能力を損なうことなく実現した。

　図１は本発明に係る自動消火具の一実施例の平面図、図２は図１のＡ－Ａ矢視断面図、図３は図１のＢ－Ｂ矢視断面図、図４は図３の部分拡大図である。これらの図において、１０は自動消火具であり、自動消火具１０は容器１２と、容器１２の内部に充填された消火剤１４とからなる。容器１２はガスバリヤー層１６の両面に接着剤層１８，１８を介して熱可塑性樹脂層２０，２０を積層したものからなる。

　本実施例における容器１２は、図１に示すように、チューブ状の形状になっている。容器１２がチューブ状の形状になっている場合、容器１２の両端部は、図２に示すように、蓋としての電気融着継手２２，２２で密閉構造にするのが好ましい。容器１２の両端部を電気融着継手２２，２２で密閉構造にした場合、容器１２の両端部から消火剤１４が漏洩するおそれが全く無くなるからである。

　また、容器１２の端部を潰して融着させただけの場合、火災時に、火災に近い部分に破裂穴が形成される前に、火災の熱と消火剤１４の圧力で端部の融着が先に剥がれ、端部から消火剤１４が漏れ、火災を効果的に消火することができなくなるおそれがあるが、容器１２の端部を電気融着継手２２，２２で密閉構造にすればそのようなおそれがなくなるという利点もある。

　なお、本実施例における容器１２は、二次電池の隙間への設置の都合上、チューブ状の形状にしているが、容器１２の形状はチューブ状に限定されるものではなく、設置場所の状況に応じて、袋状、箱状等、如何なる形状をしていてもよい。また、容器１２の端部は消火剤１４の漏洩を防ぐことができるものであれば電気融着継手２２，２２以外の継手（蓋）を使用してもよい。

　容器１２の２５～７５℃における耐圧は０．１ＭＰａ以上が好ましい。容器１２の２５～７５℃における耐圧が０．１ＭＰａ以上である場合は、充放電や外気温によって二次電池の温度が上がり、自動消火具１０がかなりの高温（ＭＡＸ７５℃）になり、火災ではないが、消火剤１４の蒸気圧の上昇や気体の膨張で容器１２内の圧力が高まっても容器１２が破損するおそれがないという利点があるからである。

　容器１２のＳＤＲ（管の外径÷肉厚）は６～１８が好ましい。容器１２のＳＤＲ（管の外径÷肉厚）が６～１８である場合、通常時に消火剤１４の圧力に耐えるものであり、火災時には速やかに溶融・破損するという利点があるからである。また、容器１２の外径は４ｍｍ～４０ｍｍが好ましい。設置場所のスペースを考慮した場合、容器１２の外径が４ｍｍ～４０ｍｍである場合、自動消火具１０として実用的に使用可能な大きさになるからである。

　容器１２はガス遮蔽性の高い材料からなるガスバリヤー層１６を積層した材料によって形成されている。容器１２を一般的な合成樹脂で形成した場合、容器１２内の消火剤１４は、自動消火具１０の長期間に亘る設置で、容器１２から透過・消失し、火災の際に消火できなくなるおそれがあるが、ガス遮蔽性の高い材料からなるガスバリヤー層１６を積層した材料によって容器１２を形成した場合は、自動消火具１０の長期間に亘る設置でも消火剤１４が容器１２内に保持されるからである。

　ガス遮蔽性の高い材料としては、エチレン－ビニルアルコール共重合体樹脂（ethylenevinylalcohol copolymer：EVOH）を好適に使用することができるが、ガスバリヤー層１６の材料はＥＶＯＨに限定されるものではなく、消火剤１４の透過・消失を長期間に亘って防止することができる、ガス遮蔽性の高い材料であれば、PET（ポリエチレンテレフタレート）、PAN（ポリアクリロニトリル）、PVDC（ポリ塩化ビニリデン）等、如何なる材料を使用しても良い。

　ガスバリヤー層１６の厚さは０．０１ｍｍ～１ｍｍが好ましい。ガスバリヤー層１６の厚さが０．０１ｍｍ～１ｍｍである場合は、消火剤１４の透過を実用上、十分に防止し、自動消火具１０をメンテナンスフリー状態で長期に亘って設置することができるという利点があり、１ｍｍを越えると容器１２が火災の熱で溶損するのに時間がかかって、消火が遅れるおそれがあるからである。

　熱可塑性樹脂層２０はガスバリヤー層１６のいずれか一方の面だけでもよいが、図３及び図４に示すように、ガスバリヤー層１６の両面に熱可塑性樹脂層２０，２０を積層するのが好ましい。ガスバリヤー層１６の両面に熱可塑性樹脂層２０，２０を積層する場合は、ガスバリヤー層１６が両面から保護され、ガスバリヤー層１６の損傷により消火剤１４が透過・消失することを防止することができるという利点があるからである。

　熱可塑性樹脂層２０の材料としてはポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、その他のポリオレフィン樹脂を使用することができる。熱可塑性樹脂層２０の材料がポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、その他のポリオレフィン樹脂からなる場合は、容器１２が熱によって速やかに破損し、火災を速やかに消火することができるという利点があるからである。

　熱可塑性樹脂層２０の材料がポリエチレン樹脂の場合、厚さは０．５ｍｍ～２．５ｍｍが好ましい。厚さが０．５ｍｍ～２．５ｍｍの場合は、容器１２の強度を消火剤１４の圧力に耐えるものとすることができるという利点があり、２．５ｍｍを越えると容器１２が火災の熱で溶損するのに時間がかかって、消火が遅れるおそれがあるからである。

　ポリエチレン樹脂の種類としては密度が９３０ｋｇ／ｍ^３～９６０ｋｇ／ｍ^３のポリエチレン樹脂が好ましい。ポリエチレン樹脂が密度９３０ｋｇ／ｍ^３～９６０ｋｇ／ｍ^３のポリエチレン樹脂である場合は、クリープ性能と柔軟性を兼ね備えた領域を確保することができるという利点があるからである。

　なお、熱可塑性樹脂層２０の材料としてはポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、その他のポリオレフィン樹脂に限定されるものではなく、自動消火具の設置中は所定の強度を保持でき、火災の際は火災の熱によって破損して速やかに穴が形成される材料であれば、ABS樹脂（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン樹脂）、PB（ポリブテン）、PS（ポリスチレン）等、如何なる材料を使用しても良い。

　ガスバリヤー層１６と熱可塑性樹脂層２０とを接着している接着剤層１８としては無水マレイン酸などの官能基で変性したポリオレフィン樹脂を好適に使用することができる。接着剤層１８として官能基による変性ポリオレフィンを使用した場合、ガスバリヤー層１６と熱可塑性樹脂層２０を強固に結合させることができるという利点があるからである。

　容器１２の内部は消火剤１４で完全に満たされているよりは、ある程度の容積の気体部分がある方が良い。消火剤１４が容器１２の内部に完全に満たされていると、火災の熱で消火剤１４が温まるのに時間がかかるからである。種々の試作品を作って消火実験をした経験によれば、容器１２の容積の５０％～９０％が消火剤１４で占められ、容器１２の容積の５０％～１０％が気体で占められた状態が好ましい。

　容器１２の容積の５０％～９０％が消火剤１４で占められ、容器１２の容積の５０％～１０％が気体で占められている場合は、火災時に消火剤１４の温度が上昇し易くなるとともに、気体部分の加熱膨張によって消火剤１４が速やかに放出され、火災が速やかに消火されるという利点があるからである。

　容器１２の内部に消火剤１４を完全に満たさなければ、消火剤１４の蒸気と空気が気体部分を形成するが、容器１２の内部に窒素、ヘリウムガス等の不活性ガスを充填して気体部分を形成しても良い。更に、容器１２の内部に窒素ガス等の気体を加圧した状態で充填しても良い。窒素ガス等の気体を加圧した状態で充填した場合は、火災の際に消火剤１４が速やかに放出され、火災が速やかに消火されるという利点がある。

　消火剤１４としては、例えばＣＦ_３ＣＦ_２Ｃ（Ｏ）ＣＦ（ＣＦ_３）_２の化学式で示される物質（ISO登録名FK5-1-12）を好適に使用することができるが、図５のLineＡとLineＢで囲まれた領域（網目で覆われた領域）の消火剤、すなわち、１５０℃の蒸気圧が０．６Ｍｐａ以上で、少なくとも２５℃（常温）で液体、沸点が少なくとも７５℃以下、の消火作用を有する化合物であれば、上記の物質以外のものを使用してもよい。ちなみに、図５の網目で覆われた領域中のLineＮは上記の消火剤（ISO登録名FK5-1-12）である。

　容器１２は図６に示すように金属又は合成樹脂からなるスパイラル状の防護材２４で囲繞してもよい。容器１２を金属又は合成樹脂からなるスパイラル状（コイル状）の防護材２４で囲繞しておけば、容器１２を防護材２４とともに曲げて設置場所に挿入することが可能で、しかも、容器１２を曲げた際に容器１２の座屈が防止されるという利点がある。また、容器１２をスパイラル状の防護材２４で囲繞しておけば、火災時に急激な加熱で容器１２が軟化して形状（チューブ形状）が保持され難い状態になっても容器１２の形状（チューブ形状）が保持されるという利点がある。

　次に、火災が発生するおそれがある被消火対象物の近くにこの自動消火具１０を設置した場合の状況を、各状況毎に説明する。

　まず、この自動消火具１０を被消火対象物の近くに設置する。例えば、被消火対象物が自動車に搭載されている二次電池２６の集合体の場合、図７に示すように、集合体の二次電池２６の周囲の隙間にこの自動消火具１０を挿入して設置する。また、被消火対象物が電源ボックス２８の場合、図８に示すように、電源ボックス２８の内部にこの自動消火具１０を曲げた状態で設置する。

　自動車に搭載されている二次電池２６や電源ボックス２８の場合、通常の使用で火災が起きることはまず無いので、自動消火具１０は二次電池２６の周囲の隙間や、電源ボックス２８の内部に、年単位の長期に亘って設置されたままになる。

　自動消火具１０の容器１２の内部はガスバリヤー層１６によって外部から遮蔽されているので、自動消火具１０が長期に亘って設置されたままでも、消火剤１４が容器１２の内部から外部に透過・気散して容器１２内から失われてしまうことはなく、容器１２内には消火剤１４が消火可能な容量が保持され、自動消火具１０はメンテナンスフリーの状態で長期に亘って消火可能な状態に保たれる。

　しかし、不運にも交通事故に遭遇して二次電池２６が損傷し、二次電池２６の内部に短絡が起こり、大電流が局所的に流れ、火災が発生することがある。また、電源ボックス２８内の電源盤に漏電等、何らかの原因で大電流が流れ、電源ボックス２８内に火災が発生することがある。

　二次電池２６や電源ボックス２８に火災が発生した場合、自動消火具１０は火災の熱で熱せられ、自動消火具１０の容器１２は火災に近い部分が強く熱せられて機械的な強度が部分的に低下し、また、火災の熱で温められて膨張した気体部分の圧力と、気化した消火剤１４の蒸気圧によって容器１２内は高圧になる。

　火災の熱によって機械的な強度が弱くなった部分は、火災の熱で温められて圧力が高まった気体の圧力と、火災の熱で温められて気化した消火剤１４の蒸気圧、すなわち、容器１２内の圧力によって破裂し、容器１２に穴３０が開く。

　そして、図９に示すように、破裂によって開いた穴３０から容器１２内の圧力によって火災に向けて消火剤１４が噴出し、噴出した消火剤１４が火災を包み、火災に供給される空気を遮断し、火災を冷却し、燃焼反応を化学的に抑制することにより火災を消火する。

　本発明に係る自動消火具１０は、自動車の二次電池の消火だけでなく、分電盤、配電盤、電力盤、サーバーラック、リチウム電池格納箱、集塵機、NC旋盤、研磨機、各種工作機械、可燃物保管庫、化学実験装置、耐火金庫、重要書類書庫、車両のエンジンルーム、油類貯蔵庫他の火災を消火する用途にも適用できる。

１０　自動消火具
１２　容器
１４　消火剤
１６　ガスバリア層
１８　接着剤層
２０　熱可塑性樹脂層
２２　電気融着継手
２４　防護材
２６　二次電池
２８　電源ボックス
３０　穴

Claims

　消火剤と、該消火剤を充填した密閉状態の容器とからなり、該消火剤は、少なくとも２５℃（常温）で液体、沸点が少なくとも７５℃以下の消火作用を有する化合物からなり、該容器は少なくともガスバリヤー層と熱可塑性樹脂層を積層したものからなることを特徴とする自動消火具。
　前記ガスバリヤー層が前記熱可塑性樹脂層に挟まれていることを特徴とする請求項１に記載の自動消火具。
　前記ガスバリヤー層と前記熱可塑性樹脂層は接着剤層を介して積層していることを特徴とする請求項１又は２に記載の自動消火具。
　前記ガスバリヤー層がエチレン－ビニルアルコール共重合体樹脂（ethylenevinylalcohol copolymer：EVOH）からなることを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の自動消火具。
　前記ガスバリヤー層の厚さが０．０１ｍｍ～１ｍｍであることを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載の自動消火具。
　前記熱可塑性樹脂層がポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、又はその他のポリオレフィン樹脂からなることを特徴とする請求項１～５のいずれかに記載の自動消火具。
　前記ポリエチレン樹脂が密度９３０ｋｇ／ｍ^３～９６０ｋｇ／ｍ^３のポリエチレン樹脂であることを特徴とする請求項６に記載の自動消火具。
　前記消火剤が、１５０℃の蒸気圧が０．６Ｍｐａ以上の特性を有する消火剤であることを特徴とする請求項１～７のいずれかに記載の自動消火具。
　前記消火剤がＣＦ_３ＣＦ_２Ｃ（Ｏ）ＣＦ（ＣＦ_３）_２の化学式で示される物質であることを特徴とする請求項１～８のいずれかに記載の自動消火具。
　前記容器の容積の５０％～９０％が前記消火剤で占められ、前記容器の容積の５０％～１０％が気体で占められていることを特徴とする請求項１～９のいずれかに記載の自動消火具。
　前記気体が加圧されていることを特徴とする請求項１０に記載の自動消火具。
　前記容器の２５～７５℃における耐圧が０．１ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項１～１１のいずれかに記載の自動消火具。
　前記容器が両端部を電気融着継手で閉じたパイプからなることを特徴とする請求項１～１２のいずれかに記載の自動消火具。
　前記容器のＳＤＲ（管の外径÷肉厚）が６～１８であることを特徴とする請求項１～１３のいずれかに記載の自動消火具。
　前記熱可塑性樹脂層の厚さが０．５ｍｍ～２．５ｍｍであることを特徴とする請求項１～１４のいずれかに記載の自動消火具。
　前記容器の外径が４ｍｍ～４０ｍｍであることを特徴とする請求項１～１５のいずれかに記載の自動消火具。
　前記容器がスパイラル状の防護材によって囲繞されていることを特徴とする請求項１～１６のいずれかに記載の自動消火具。
　分電盤、配電盤、電力盤又は二次電池の火災を消火するためのものであることを特徴とする請求項１～１７のいずれかに記載の自動消火具。