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ると考える。さらに、今回の実験では強制換気を行わず自然換気の状態で実験を行っている。実際には、トンネル内は強制換気の場合も多いと考えられる。強制換気の場合には、燃焼状態は $ B\cdot H^{3/2}/A_{f} $ では整理出来ないので、新たに強制換気量を基本としたパラメータを考える必要がある。

## 参考文献

1）トンネル防火設備実験委員会：名神高速道路トンネル内の防火設備に関する実験、V.11、No.2(1961)

2) Satoh, Miyazaki: Report of Fire Research Institute of Japan, No.68, p. 23 (1989)

3) Final report on the tests in the Ofenegg Tunnel from 17 May to 31 May. 1965. Published by the Commission for Safety Measures in Road Tunnels, Bern

4）水谷敏則：“トンネル内火災実験報告書 I”、土木研究所資料第1876号（1982）

5）水谷敏則：“トンネル内火災実験報告書Ⅱ”、土木研究所資料第1960号（1983）

6）疋田強：“火災爆発危険性の測定法”、日刊工業新聞社、p.260（1977）

7）燃料協会：“燃料便覧”、コロナ社、p.14(1977)

8）化学工学協会：“化学工学便覧”、丸善、p.10、p.84（1975）

9) M. L. Bullen and P. H. Thomas: "Compartment Fires with Non-cellulosic Fuels", 17th Symp. on Combustion P.1139(1979)

10) T. Z. Harmathy: "Mechanism of Burning of Fully-Developed Compartment Fires", Combustion and Flame, 31, P265~273(1978)

11) J. G. Quintiere, B. J. Mccaffrey, and K. Den Braven: "Experimental and Theoretical Analysis of Quasi-steady Small-scale Enclosure Fire", 17th Symp. on Combustion P.1125(1979)
# An Experimental Study on Fire Phenomena of Liquid Fuel in a Small-sized Tunnel — Burning Behavior of n-heptane —

(Abstract)

Yuichi Watanabe and Sanae Miyazaki

(Received November 30, 1990)

A fire experiment of n-heptane fuel was conducted using a small-sized tunnel to investigate its burning behavior. The width B and length L of the tunnel were 0.6m and 7.2m respectively. The height H was changed in the range of 0.15~0.75m in order to study the relation between burning rate and the height of the tunnel. Fuel surface areas $ A_{f} $ were $ 112cm^{2} $ (10.6cm square) and $ 225cm^{2} $ (15.0cm square).

Fuel burning rate became maximum when $ B \cdot H^{3/2} / A_{f} $ was about $ 8 m^{1/2} $ , and was nearly seven times larger than that in an open fire, due to radiant heat from the ceiling and the flame to the surface of fuel. Then, the horizontal length of flame along the ceiling was nearly six times as large as the height of tunnel.
# CF_{3}Brを添加した同軸管内拡散火炎の安定領域

佐宗祐子

(平成2年11月30日受理)

ガス系消火剤の消火性能評価方法として、ISO提案のカップバーナー法よりも小規模の同軸バーナー法で消炎濃度が測定できる可能性をさぐるため、カップバーナーと類似の同軸バーナーを用いて、3種類の気体炭化水素の同軸管内拡散火炎にCF_{3}Brを添加し、同軸バーナーの管径と可燃性気体の流速の違いにより火炎の安定領域、消炎付近での火炎の状態および消炎濃度がどのように変化するかを調べた。同軸バーナーの管径とメタン、プロパン、エチレン各気体炭化水素の流速は、火炎の安定領域の大小、非安定領域における火炎の挙動および消炎濃度に変化を与えた。これらの変化について、火炎からバーナーへの熱損失、燃焼速度の低下、加熱壁の存在等の保炎・消炎機構の寄与を考察した。

### 1. 绪言

ガス系消火剤の消火性能評価方法として、これまでピーク濃度（不活性化濃度）と消炎濃度の二種類の濃度が用いられてきた。ピーク濃度の測定は、着火方法、火炎伝播の方向等の影響を受け、また他の文献値と比較できる実験値を得るのに大がかりな装置を必要とする。これに対し、消炎濃度の測定は比較的容易に行うことができるため、ガス系消火剤の性能評価に適していると考えられる。

現在、消炎濃度の測定法としては、ISOのドラフト $ ^{1)} $ でカップバーナー法が提案されている。この測定法ではカップバーナーの円筒の直径は85mm、カップの直径は31mm、可燃性気体の流速は13cm／secと規定されている。一方、カップバーナー法による可燃性気体の流速と消炎濃度の関係については、これまでにいくつかの報告があるが $ ^{2)} $ 、 $ ^{3)} $ 、カップバーナーの径と可燃性気体の流速の両方を変化させて系統的に消炎濃度への影響を調べた報告は見当たらない。消火剤開発のためには、より少量の試薬で消炎濃度を測定できることが望ましいが、カップバーナーの様な同軸バーナーの管径は、消炎濃度のみでなく消炎機構にも影響を与えると考えられる。消炎が起こる要因として一般に、1）熱損失、2）物質輸送速度の増大、3）火炎面における不安定性、4）連鎖反応の停止、等が指摘されている。カップバーナー法の火炎はこれらの要因が極めて複雑に影響している場であるにもかかわらず、カップバーナー法に関するこれまでの報告は消炎濃度の値そのものに議論が終始しており、消炎付近での火炎の状態や消炎機構を詳細に記述した報告は見られない。このような記述なしに消炎濃度の値の持つ意味を考察することは困難である。

そこで本報では、ISO提案のものよりも小規模の同軸バーナー法で消炎濃度が測定できる可能性をさぐるため、カップバーナーと類似の同軸バーナーを用いて、同軸管内拡散火炎にCF_{3}Brを添加し、同軸バーナーの管径と可燃性気体の流速の違いにより火炎の安定領域、消炎付近での火炎の状態および消炎濃度がどのように変化するかを調べた。

### 2. 実験方法

### 2.1 装置及び実験条件

実験に用いた装置の概要と実験条件を、各々

Fig. 1、Table 1 に示す。この装置は、バーナー
Table 1 Conditions of experiments

No	d1(mm in I.D.)	d2(mm in I.D./O.D.)	Fuel	Air flow rate(l/min)	(cm/sec)
1	50	10 / 12	Propane	14.7	13.2
2	50	10 / 12	Ethylene	14.7	13.2
3	26	3.5 / 8	Methane	4.0	13.8
4	26	3.5 / 8	Propane	4.0	13.8
5	26	3.5 / 8	Ethylene	4.0	13.8

Fig. 1 Experimental apparatus

① : Glass chimney

② : Burner tube

③ : Glass beads (3mm in diameter)

④ : Flowmeters

⑤ : Needle Valves

部、可燃性気体供給系、 $ CF_{3}Br $ ／空気混合気調製系の3つの部分から成る。

バーナー及び円筒はパイレックスガラス製であり、各々の管径はTaple1に他の実験条件と共にまとめた。ISOのドラフト $ ^{1)} $ によるカップバーナーは、上流側からバーナー端に向かってゆるやかに管径が増大しており、またバーナー端には可燃性液体の試験用にテーパーをつけてあるが、本実験で用いたバーナーにはこれらの細工は施しておらず、バーナー端は軸方向と垂直に切断されたままの形状である。バーナー端より円筒上端までの長さ26cmの部分は燃焼のための空間となっている。

可燃性気体としては、メタン、プロパン及びエチレンの3種類の気体炭化水素を用いた。

乾燥空気、$\mathrm{CF}_{3}\mathrm{Br}$、可燃性気体は各々市販の高圧容器から圧力調整器、ニードルバルブ、層流型空気流量計またはフロートメーターを通して供給した。また、バーナー底部のガラスビーズにより$\mathrm{CF}_{3}\mathrm{Br}$を空気と混合した。

本研究では、装置の管径によらずバーナー端における空気の平均線速度が約13cm／secとなる様に空気流量を固定し、可燃性気体の流速を変化させることにより空燃比を変化させた。実験は常温で行った。

### 2.2 実験の手順

初め、装置に Table 1 で示した流量の空気を供給し、可燃性気体に着火した。次に、可燃性気体の流量を適当な値に調節し、燃焼が定常になるまで約 5 分間予燃した後 $ CF_{3}Br $ の添加を開始した。充分な時間間隔（約 1 分以上）をとりながら徐々に二ードルバルブを開いて $ CF_{3}Br $ の流量を増加させ、そのときの火炎の状態を観測した。また、空気の流量を $ A(\ell/\min) $ 、消炎時の $ CF_{3}Br $ の流量を
$ B\left(\ell/\min\right) $ として、 $ \left(B/\left(A+B\right)\right)\times100 $ (%)で算出される値を消炎濃度として記録した。

可燃性気体と空気の流量から（それが完全に混合したと仮定したときの）可燃性気体の濃度を求め、当量濃度に対するその比、すなわち当量比を算定して、当量比が約0.1から0.7の範囲内となる様に可燃性気体の流量を変化させて、上記の操作を各々の実験条件につき数回ずつ繰り返した。

### 3. 実験結果と考察

### 3.1 火炎の安定領域と火炎形状

Table 1 に示した実験条件 Na_{0.1} ~ 5 の各々の場合について、可燃性気体の流速及び CF_{3}Br 濃度と火炎安定領域との関係をそれぞれ Fig. 2 a ~ e に示した。いずれも、横軸にバーナー出口における可燃性気体の平均線流速を、縦軸には CF_{3}Br 濃度をとり、火炎形状をマッピングしたものである。図中、○で囲んだ数字は、各々、①バーナーに付着した安定な火炎、②消炎、③浮き上がり火炎、④円筒に付着した火炎、⑤火炎基部がコマの歳差運動のように回転している火炎、の領域であることを示している。各領域における火炎のおおよその形状を、Fig. 3 に示した。また、流量計の測定可能限界を越えたため領域の上限濃度を求められなかったもの、および現象に再現性が見られなかったものについては、Fig. 2 中において、領域間の境界を点線で表示した。

a～eの全てにおいて、CF_{3}Br添加前の火炎は安定なバーナー付着火炎であり、可燃性気体の流速にかかわらずバーナーの外径とほぼ等しいところに火炎基部が位置していた。

実験条件No.1（プロパン、d1=50mm）では、可燃性気体の流速が小さい（0.7cm/sec）場合、CF_{3}Br濃度を増加させても浮き上がり火炎は出来ずに火炎の状態が不安定になり消抜した。流速1cm/sec以上では、CF_{3}Br濃度を増加させると火炎が浮き上がり、火炎はあまり小さくならずに乱れて消抜した。

実験条件No.2（エチレン、d1=50mm）では、流速が3cm/sec以下の場合、付着安定火炎から消炎に至るまでの間に、火炎基部が回転する領域⑤が見られた。流速が5cm/sec以上の場合は、No.1と同様に浮き上がり火炎が形成された。しかし、この条件ではNo.1のときと違って浮き上がり後に火炎が次第に小さくなり、輝炎の外側を暗橙色の火炎が取り囲んでいる状態で下流側へ流されて消炎に至った。中間の流速（4.2cm/sec）では、CF_{3}Br濃度が5.3%付近で浮き上がり、そのまま火炎が下流側へ流されて消炎する場合と基部の回転に遷移する場合があった。

実験条件No.3（メタン、d1=26mm）では、No.1と同様に流速が小さい場合には浮き上がらずに不安定になり消炎し、流速が大きい場合には浮き上がった。浮き上がり後、輝炎の外側を暗橙色の火炎が取り囲み、CF₃Br濃度をさらに増加させると内側の輝炎が消失した。残った暗橙色の火炎は次第に小さくなり消炎に至った。さらに流速を大きくすると、円筒への付着により安定化された④の火炎が出来、消炎濃度が大きくなる場合があった。

実験条件No.4（プロパン、d1=26mm）では、流速が小さい場合、バーナー付着火炎が不安定になった後、浮き上がる瞬間に消炎する場合と浮き上がり火炎が安定化する場合があった。流速が大きい場合の火炎の状態は、No.3と同様であった。

実験条件No.5（エチレン、d I=26mm）では、測定したエチレン流速の全範囲において、浮き上がり火炎の領域は見られずバーナー付着火炎から直接消炎に至っている。この消炎の直前において、（過渡的現象であるため図中には領域として現れないが、）Fig.3の⑥に模式的に示した火炎基部が浮き上がりかけて激しく上下に振動している火炎の状態が観察された。

可燃性気体の種類の違いによる火炎の安定領域の違いは、実験に使用した燃料のうちエチレンにおいて最も顕著に表れている。実験条件のNo.3（メタン）、No.4（プロパン）、No.5（エチレン）をFig.2c、d、eで比較してみると、メタンおよびプロパンではCF₃Br濃度の増加にともないバーナー付着火炎から浮き上がり火炎に遷移した後消炎に至るが、エチレンでは浮き上がり火炎は形成されない。Fig.2bでも、エチレンの浮き上がり火炎領域は他と比較して小さい。

バーナー管径の違いによる火炎安定領域の差異は、プロパン、エチレンの両方で認められた。実験条件No.1の結果であるFig.2aではプロパンの流速の増大と共に浮き上がり領域が小さくなっているのに対し、Fig.2dでは逆にプロパンの流速が増大するにつれて浮き上がり火炎の領域が拡大している。消炎濃度も、
☐ Attached to burner ☑ Lifted ✗ Extinguished

(a) No.1 (d1 = 50mm, propane)

☐ Attached to burner ☑ Lifted ✗ Extinguished

(e) No.5 (d1 = 26mm, ethylene)

Fig. 2 Effect of fuel gas flow rate and $ CF_{3}Br $ concentration on flame stability. Arabic numerals in the Figures correspond to the flame regions having flame shapes and behaviors shown in Fig. 3.

☐ Attached to burner + Rotation ☑ Lifted × Extinguished

(b) No.2 (d1 = 50mm, ethylene)

☐ Attached to burner ◦ Attached to chimney △ Lifted × Extinguished (c) No.3 (d1 = 26mm, methane)

☐ Attached to burner ◇ Attached to chimney △ Lifted × Extinguished (d) No.4 (d1 = 26mm, propane)

Fig. 3 Flame figures of each flame region in Fig. 2.

Fig. 2 a では 2～4 cm/sec の範囲でほぼ一定の値 (3.4%) となり 6 cm/sec 以上で低下しているのに対し、Fig. 2 d ではプロパンの流速の増大と共に消炎濃度も増大している。Fig. 2 a の流速 6 cm/sec 以上の火炎ではすすが大量に生成し不完全燃焼となり、輝炎が消炎濃度付近までほとんど小さくならずに消炎に至ったことから、輝炎内のすすによる放射損失が火炎維持を妨げていると考えられる。これに対し、Fig. 2 d で
は測定した全流速範囲において、暗橙色の火炎が輝炎消失後も安定に存在し、CF_{3}Br濃度の増加にともない次第に火炎が小さくなって消炎した。拡散火炎は一般に拡散律速であるが、拡散速度が大きくなり過ぎると反応帯における燃焼反応の速度が拡散速度に追従できなくなり、未燃焼で反応帯を通過する可燃性気体が多くなるので火炎温度が低下し、火炎は維持できなくなる $ ^{7,8} $ 。従って、可燃性気体の流速と共に消炎濃度が減少するFig.2aの方がより一般的な現象であると言える。可燃性気体の流速の増大にもない火炎が安定化される例として、Gordonら $ ^{4} $ による水素拡散火炎の消炎に関する報告がある。Gordonらは、この安定化を、管壁近傍における水素の発熱反応の効果であると説明しているが、実験条件Na_{4}の高流速側で見られる現象の場合は、円筒と火炎が接近していることによる蓄熱の効果であると思われる。

エチレンの火炎では、Fig. 2 bおよびFig. 2 eに見られるように消炎濃度はエチレン流速に依存していない。しかし、バーナー径の大きいFig. 2 bでは、付着安定火炎から消炎に至るまでの間に、流速の大きい側では浮き上がりが見られ、流速の小さい側では火炎基部が回転するという異なった現象が観測された。低流速側の火炎基部回転は、全実験中、d1=50mmのバーナーでエチレンを燃焼させた場合にのみ観測された現象である。一般に、拡散火炎基部では、可燃性気体と空気が混合した後に燃焼反応が開始する。従って、火炎がバーナー上で回転する現象は、予混合火炎の場合と同様に境界速度勾配によって火炎位置が定まるとすると、次のように定性的に説明することができる。火炎からバーナーへの熱損失により燃焼速度が低下した火炎はバーナー端から離れた位置に移動し、再び燃焼の反応速度が回復するとバーナー端に再付着する。Fig. 3の⑤の火炎は、この線り返しがバーナーの円周に沿って連続的に継続しているものであると考えられる。従って、不安定化の機構としてはFig. 3の⑥の上下に振動する火炎に類似であるが、火炎全体が拡大、縮小を繰り返す⑥の火炎よりその大きさが定常である分だけ⑤の火炎の方がより安定であるため、⑥の火炎より広い領域にわたって存在することができると説明される。

実験条件No.1～5の全てにおいて可燃性気体の流速が非常に小さい場合、火炎は浮き上がる前に既に非常に小さくなっており、バーナー端から剝された直後に下流へ流されて消炎した。この現象は、周囲気流中でバーナーがブラフボディとして火炎の安定化に寄与していると考えられ、拡散火炎においても乱流予混炎に見られるような障害物により安定化される領域が存在することを示していると考えられる。

実験条件No.3のメタンとNo.4のプロパンで観測されたFig.3の④の円筒への付着による安定化は、火炎からの既燃ガスと輻射により充分に加熱された円筒内壁あるいは円筒内壁に付着したすすが保炎に寄与しているものと考えられる。円筒内壁に付着した④の火炎ができると、CF_{3}Br濃度を増加させてもなかなか消炎に至らなかった。エチレンの場合に④の火炎が見られなかったのは、浮き上がりがないため円筒内壁上部が加熱され難かったことによると考えられる。また直径50mmの円筒の場合も、このような円筒内壁による保炎が起こらなかったのは、火炎の浮き上がり高さが直径26mmの円筒の場合に比べて小さいためと考えられる。

### 3.2 消炎濃度

エチレン及びメタンについては、実験条件No.2、3、5とも測定した流速範囲内で消炎濃度はほぼ一定の値となった。

プロパンについては、実験条件No.1ではプロパンの流速が2cm/sec以上4cm/sec以下の領域で消炎濃度はほぼ一定となり、それ以上でも以下でも消炎濃度は低下した。実験条件No.4では8cm/sec以上15cm/sec以下の領域で消炎濃度はほぼ一定となり、実験条件No.1における値より少し低い値となった。また、実験条件No.4において、20cm/sec以上の流速にすると消炎濃度は増大した。

実験条件No.1～5の消炎濃度を当量比∀に対してプロットした図をFig.4に示す。いずれの場合においても、当量比が著しく小さい場合や、∀=1に近い場合を除くと、同一の装置で測定した消炎濃度の値は可燃性気体の流速に依らずほぼ一定となることがわかった。これらの結果は、プロピレンの火炎にCF₂ClBrを添加した場合の消炎濃度を測定したHirstとBoothの報告 $ ^{2)} $ と一致している。

実験条件No.2およびNo.4においては消炎濃度が流速に依らず一定となる領域の外で消炎濃度が増大し、先のHirstとBoothの報告と反対の結果が得られた。消火剤の設計濃度を定める目的で消炎濃度を測定しようと
一□:No.1 -+No.2 -◇:No.3 -Δ-:No.4 -X-:No.5

Fig. 4 Relationship between equivalence ratio and extinguishing concentrations.

する場合、得られた消炎濃度では消炎しない領域が存在することは安全上問題である。しかし、消火剤の性能評価を目的として消炎濃度を測定するのであれば、流速による変化の小さい再現性の高い領域での測定の方が優れている。ISOのドラフトでは消炎濃度測定時の可燃性気体の流速を一律に13cm/secと定めているが、その場合可燃性気体の種類により当量比が異なり火炎の大きさやすさ生成の有無等の燃焼状態に著しく差が生じる。可燃性気体の流速をISOのドラフトの様に平均線流速で定めずに当量比で定めれば、燃焼状態が類似で流速による変化の小さい領域で消炎濃度を測定することができると考えられる。Fig. 4より、これに相当する領域は、当量比が約0.2から0.4までの範囲であることがわかる。

Fig. 4 において可燃性気体の流速によらず消炎濃度がほぼ一定となったときの値の平均値の最大値を、類似の同軸バーナー法による消炎濃度の文献値 $ ^{(2)} $ 、 $ ^{(3)} $ 、 $ ^{(5)} $ 、 $ ^{(6)} $ と共に Table 2 にまとめた。消炎に至るまでの火炎の形状変化が多様であるにもかかわらず、どちらの装置でもメタン、プロパン、エチレンの順に消炎濃度が増大している。異なる規模の装置間で消炎濃度の大小関係に相関性が認められたことから、用いた3種類の可燃性気体については小スケールで消炎濃度を推定できることがわかった。しかし、エチレンの

Table 2 Comparison of flame extinguishing concentrations

(%)

This Work	Creitz $ ^{6)} $	Yamashika $ ^{3)} $	Hirst $ ^{2)} $	ICI $ ^{5)} $
d1 (mm)	50	26	50	81	85	85
d2 (mm)	12	8	7	20	28	28
Methane	-	1.6	1.5	1.6	2.5	1.33
Propane	3.4	3.2	2.7	3.3	3.9	3.1
Ethylene	5.5	5.0	-	6.1	6.6	5.1
場合に装置の管径が小さくなる程消炎濃度が低下したことや、火炎の多様な形状変化について、その機構を明らかにする為には、流れ場の解析、及び円筒内の温度分布を調べる必要があり、詳細は今後さらに検討していく予定である。

### 4. 結言

同軸管内拡散火炎に$\mathrm{CF}_{3}\mathrm{Br}$を添加し、同軸バーナーの管径と可燃性気体の流速の違いにより火炎の安定領域がどう変化するかを調べた。その結果、以下のことが明らかになった。

(1) 可燃性気体の流速により、火炎の形状、および火炎の形状が遷移する $ CF_{3}Br $ 濃度に違いが認められた。(2) 同軸バーナーの管径によっても、やはり火炎の形状や遷移点の $ CF_{3}Br $ 濃度に違いが認められた。

(3)3種類の気体炭化水素について、いずれも当量比が0.2から0.4の範囲において、可燃性気体の流速による影響の小さい領域で消炎濃度を測定することができた。

(4)同軸バーナーの管径を変化させても、各々のバーナー径における、種類の異なる可燃性気体間の消炎濃度の大小関係には変化がなかった。

(5)同軸バーナーの管径が減少するに従い、消炎濃度は若干の低下が見られた。

## 参考文献

1）ISO/DIS 6183（1988）

2）Hirst, R. and Booth, K.: Fire Technology, 13,296 (1977)

3）山本 熟、佐藤公雄、山鹿修蔵：消防研究所報告、No.57、41（1984）

4 ) Gordon, A. S., Saito, K. and Williams, F.A.: Combustion Science and Technology ,36, 285 (1984)

5) Ford, C. L.: “Halogenated Fire Suppressants”, ACS Symposium Series No.16, pp1~63 (1975)

6) Creits, E. C.: Journal of Research of the National Bureau of Standards—A, 65 A(4), 389 (1961)

7）Williams, F. A.：“燃焼の理論”，pp.79~83、日刊工業新聞社（1987）

8）平野敏右：“燃焼学”，pp.72～75，海文堂出版(1986)
# Stability of Coaxial-coflow Diffusion Flame in the Presence of CF₃Br

(Abstract)

Yuko Saso

(Received November 30, 1990)

Development of new fire-extinguishing agents requires that the scale of the test method for evaluating the extinguishing effectiveness should be as small as possible.

In this study, we examined the scale effect of coflow diffusion flames of methane, propane, and ethylene on flame stability, liftoff, and quenching when $ CF_{3}Br $ was added to the oxidizer side. It was observed that the flame lifted off, attached to the chimney, rotated, or fluctuated before extinction. Varying burner diameter and fuel gas flow rate changed not only the range of stable flame region but also the flame behavior found in unstable flame region. Flame quenching mechanisms such as heat loss to the burner or decrease of burning velocity were discussed to explain the variation of the flame behavior. The flame extinguishing concentration had a plateau region in equivalence ratio $ \phi = 0.2 \sim 0.4 $ for all 3 fuels when fuel gas flow rate was varied. Varying burner diameter made no change in the order of the flame extinguishing concentrations of 3 fuels, though the concentrations were a little lowered as the burner diameter was decreased.
## おことわり

ここに掲載されている論文は、他機関の発行する雑誌等から転載されたものであるためインターネット上では公開しておりません。これらの論文の閲覧を希望される方は消防研究センターまでお問い合わせください。

## 所外発表論文

## 目次

石油タンク火災に対する各種泡消火剤の消火性能について……星野 誠、林 幸司……(53)

シアン化水素に暴露したラビットの挙動と血中シアン致死濃度

……守川時生、箭内英治、渡辺貞一、岡田健夫、佐藤喜宣……(63)

上部引火点の測定方法

一セタ密閉式引火点試験器を用いた実用的手法一

……長谷川和俊、樫木恵三……(69)

帯電油面一接地球電極間の放電現象……松原美之……(79)
# Articles of Staff of FRI Published by Outside Organizations

## Contents

Extingushing Abilities of Fire-Fighting Foams for Petroleum Tank Fires
..... Makoto Hoshino and Koji Hayashi ..... (53)
Behavior of and Blood Cyanide in, Rabbits Exposed to HCN Gas of Different Concentrations
..... Tokio Morikawa, Eiji Yanai, Teiichi Watanabe, Takeo Okada and Yoshinobu Sato ..... (63)
A Method for measuring Upper Flash Point
– Practical Method Using Setaflash Closed-cup Apparatus –
..... Kazutoshi Hasegawa and Keizou Kashiki ..... (69)
Aspect of Discharges between Charged Kerosene and Spherical Electrodes
..... Yoshiyuki Matsubara ..... (79)
___ 消防研究所报告 ___

通 卷 71 号

平成3年3月31日発行

编 集 行 自治省 消防厅 消防研究所

東京都三騰市中原3丁目14番1号

電話（0422）44-8331（代表）
第Ⅰ章

# 国産材の安定供給体制の構築に向けて

我が国の人工林資源は約5割が10齢級以上に達し、本格的な資源の利用期に移行している。また、木質バイオマス利用の推進等により、国産材の需要が増加してきている。

一方で、我が国の林業は、採算性の悪化等により生産活動が停滞してきたとともに、小規模な森林所有者が多数を占める構造となっている。また、木材の生産及び流通も小規模、分散的で多段階を経る構造となっている。これらのことなどから、国産材については、需要に応じた安定的、効率的な供給体制が構築できていない状況にある。

本章では、人工林資源の充実や国産材需給の現況を分析した上で、国産材の安定供給体制の構築についての意義や考え方を整理する。そして、国産材の安定供給体制の構築に向けた取組の現状や今後の課題について、主伐とその後の確実な更新の実施、効率的な作業システムの構築、施業の集約化や路網の整備といった「原木の供給力の増大」と、安定取引の動きを含めた「木材等の需要情報の共有と原木供給のとりまとめ」に分けて整理する。
### 1. 森林資源の充実と国産材需給の現況

我が国の森林資源は戦後造成された人工林を中心に充実し、本格的な利用期を迎えており、十分な供給余力がある。しかしながら、木材需要量に対して国産材供給量は約3割となっており、豊富な森林資源を積極的に循環利用していく上で、国産材の利用の促進と国産材の安定供給体制を構築することが重要となっている。

以下においてはまず、国産材の安定供給体制の構築が求められている背景として、森林資源の充実や国産材需給の現況について記述する。

## (1)森林資源の充実と「林業の成長産業化」 (森林資源の充実)

我が国は、主に終戦直後や高度経済成長期の伐採の跡地において、スギ・ヒノキ等の人工林の造成を進めてきた。その面積は、国土の2割以上を占める約1,000万haに達している。これまで人工林の多くは、間伐等の施業が必要な育成段階にあったが、現在では、その約5割が10齢級以上の高齢級 $ ^{*1} $ に達しており、主伐による利用が可能となりつつある(資料Ⅰ－Ⅰ)。我が国の森林蓄積(森林資源量)についても、こうした人工林の齢級構成の変化に伴って増加し、現在は約49億m³に達している。このように、これまでの造林・保育による資源の造成期から、現在は資源の利用期に本格的に移行してきている。

## (森林資源の循環利用と「林業の成長産業化」)

充実してきた森林資源については、「植える→育てる→使う→植える」というサイクルの中で循環利用を推進することによって、伐採後の再造林や間伐等の森林整備が適切に実施され、国土の保全、水源の涵養、地球温暖化の防止等の森林の多面的機能の発揮を確保することが可能になる。

そして、このサイクルが活力を持つようにするためには、国産材の利用を推進することが重要である。国産材の利用は、木材産業の振興につながるものであり、地域経済の活性化に貢献するとともに、国産材の利用によって生み出された収益が森林所有者や林業者に還元されることによって、森林整備が促進されていく。

また、木材は、再生可能な資源であり、住宅や家具等に利用されることで、長期間にわたって炭素を貯蔵する「第2の森林」としての役割を果たしている。さらに、エネルギーを多く消費して製造される鋼材等の資材や化石燃料の代わりに利用すること

資料 I－1 人工林の齢級構成の変化

注：「森林法」第5条及び第7条の2に基づく森林計画の対象森林の面積である。

資料：林野庁「森林資源の現況」(平成24年3月31日現在)、林野庁「日本の森林資源」(昭和43年4月)

$ ^{*} $ 1 齢級は、林齢を5年の幅でくくった単位。苗木を植栽した年を1年生として、1～5年生を「1齢級」と数える。
で、二酸化炭素の排出を抑制することがら、木材の利用は、地球温暖化の防止に貢献することができる。

他方、昭和55（1980）年以降、木材価格が下落傾向で推移する一方で、人件費や資材等の経営コストが上昇したことから、林業経営の採算性が大幅に悪化してきた。このため、森林所有者の経営意欲が減退し、林業生産活動は停滞してきた。また、我が国の林業は、小規模零細な森林所有構造の下、施業集約化や路網整備、効率的な作業システムの導入や運用の立ち後れ等により、生産性が低い状況にある。

加えて、林業従事者や森林所有者の多くが居住する山村地域は、過疎化や高齢化が急速に進み、集落機能が低下し維持が困難な集落があるなど、依然として厳しい状況に置かれている。しかしながら、林業は、山村地域における雇用の確保に貢献する産業であり、森林所有者は、林業を通して、自らの森林を保全管理し、水源涵養等の多面的機能の発揮に大きく貢献してきた。そのため、山村の振興を図っていく上でも、木材をはじめ山村地域に豊富に存在する森林資源の利活用を進めることによって、林業や木材産業を振興していくことが必要である。

平成27(2015)年6月に閣議決定された「まち・ひと・しごと創生基本方針2015」では、「林業の成長産業化」として、「森林資源のフル活用に向けて、製材品や集成材 $ ^{*2} $ 、合板 $ ^{*3} $ 、木質バイオマス利用などのバランスの取れた需要を創出し、需要に応じた国産材の安定供給体制を確立する。」とされている。このように、再生可能資源である豊富な森林資源を持続的に循環利用し、森林の多面的機能を発揮させつつ、CLT（直交集成板） $ ^{*4} $ や木質バイオマス利用等の新たな木材需要の創出、国産材の安定供給体制の構築を図り、林業の成長産業化を実現することが重要な課題にもなっている。

## (2) 国産材需給の現況

最終消費者による木材製品のニーズの変化等に伴い、国産材の需要の構造は変化してきた。木材の利用を推進するためには、こうした需要の動向を把握し、これに応じて安定的かつ効率的に国産材を供給していく体制を構築することが重要である。

## (木材製品に対する消費者ニーズの変化)

我が国では、従来から木造住宅への志向があり、かつては、和室の柱を中心に無節のいわゆる役物 $ ^{*5} $ へのニーズがあった。その後、洋室が増えるなど生活様式が変化し、昭和50年代後半から大壁工法が本格的に普及していったことから、柱など構造部材は、壁面の内部など表に見えないところで主に利用されるようになっていった。このため、構造用の役物需要は減少し、かわりに並材 $ ^{*6} $ の需要が増加してきている。

また、昭和60年代以降の木造住宅でのプレカット材 $ ^{*7} $ の利用拡大や、住宅性能の向上、施主からのクレーム防止の観点から、建築用材として品質・性能が安定している乾燥材 $ ^{*8} $ や集成材のニーズが中心になってきている。

## (木材産業における国産材需要構造の変化)

木材産業においては、製材、合板、木材チップ等の各分野において製品需要が多様化しており、木材の需要構造が変化している状況にある。

かつて我が国の製材工場では、無垢の未乾燥材のなみざい

生産が中心であったが、並材の人工乾燥材や集成材に需要が変化してきている。

合板製造業ではかつて東南アジアからの南洋材が中心だったが、南洋材丸太の輸入減少に伴って、ロシアからの北洋材丸太の輸入が増加した。その後、ロシアが針葉樹丸太の輸出税を引き上げたこと、国
内の人工林資源が成熟してきたこと、原木から単板を製造するロータリーレース $ ^{*9} $ の改良により間伐材等の小径材や曲がり材を利用することが可能になったことなどにより、国産材の利用が平成14（2002）年頃から急速に広がっている。その一方で、集成材については、国産材の利用は増加傾向にあるものの、平成26（2014）年における集成材の国産材の使用比率は16％にとどまっており、集成材用材の国産材需要は大きく伸びてはいない。

## (国産材の需給)

こうした中で、近年、製材業や合板製造業では、住宅メーカーや工務店、プレカット工場等の需要者のニーズに応じた製品の安定供給を図るため、新たに大型工場を建設する動きが活発化している。このバイオマス発電施設20か所が同制度により売電を行っているほか、全国で約40か所程度の発電設備の新設計画が、同制度の認定を受けている。この動きに伴って、平成26(2014)年度に全国でエネルギー源として利用された間伐材等由来の木質バイオマス量は168万m³に達している。木質バイオマス発電施設の稼働に伴い、今後とも木質バイオマス等のチップ用材の需要が増加していくことが見込まれる。

このような需要に対応し、国産材供給量は、人工林の森林資源の充実等を背景に増加傾向にある。平成26(2014)年の国産材供給量は2,365万 $ m^{3} $ となっており、木材自給率は31.2%まで回復している。

中には、国内の豊富な人工林資源を利用することを想定して、内陸部に立地するケースが多くみられる(資料I-2)。平成23(2011)年以降に新たに稼働したか又は稼働を予定している大型の製材工場、合板・LVL $ ^{*} $ 10工場、集成材工場の年間の国産材利用量は、丸太に換算して約190万 $ m^{3} $ と見込まれており、国産材の原木を大ロットで利用する体制が整備されつつある状況となっている。

さらに、平成24(2012)年7月から、電気事業者に対して、再生可能エネルギー源を用いて発電された電気を一定の期間・価格で買い取ることを義務付ける再生可能エネルギーの固定価格買取制度 $ ^{*11} $ が導入された。平成27(2015)年10月末現在において主に未利用間伐材等を活用した木質

資料 I – 2 近年の主な大型工場の新設状況

注：平成22(2010)年以降に新設された製材工場、合板・LVL工場、集成材工場で、平成28(2016)年3月現在で、年間の国産材消費量3万m³以上(原木換算)のものを記載。

資料：林野庁木材産業課調べ。
一方で、未だ国内の木材需要量の約7割は、輸入材に占められている状況である。その要因としては、輸入材と比較して、国産材は品質にばらつきがあることや、ロットがまとまらず一定の数量を工場に供給することができないことが考えられている。

## (国産材の流通)

我が国の国産材の流通については、合理化が進められてきたが、依然として、各段階が小規模かつ分散的で多段階を経る構造となっている。このため、国産材の原木が、需要に応じた品質、納期、ロットで流通できていないなどの課題がある。

特に、平成25(2013)年の年末から平成26(2014)年の年初にかけて、消費税の税率が5%から8%に増税される前の期間において、住宅建築のいわゆる「駆け込み需要」等による製材品価格の高騰や製材業者によるいわゆる思惑買いにより、スギやヒノキの素材価格が急騰した(資料I-3)。

原木の流通には、素材生産業者が伐採した後、木

材市売市場 $ ^{*12} $ や木材販売業者 $ ^{*13} $ を経由して製材工場や合板工場等(いわゆる「川中」)へ流通していく場合と、素材生産業者等が、製材工場等の木材加工業者との間で、取引のための原木の数量、造材方法等に関する協定を締結した上で、伐採現場から工場へ直送する場合等がある。近年では、並材需要の増加に伴い、工場等へ直送する形態が増加しているが、木材市売市場を通した流通も依然として大きな割合を占めている。

全国規模でみると、平成23(2011)年においては、工場へ直送した国産材と木

材市売市場を通じて流通した国産材の量は、それぞれ同水準となっている。また、木材販売業者を経由して流通した国産材の量は、国産材全体の約2割となっている(資料Ⅰ－4)。

一方で、大規模工場や木質バイオマス発電施設の有無、木材市売市場の有無、素材生産業者の規模や相互連携の状況等により、最も有利となる販売方法が変わってくることから、木材市売市場中心のセリ売りが主体となっている場合や、協定取引による工場等への直送が過半数となっている場合など様々な地域差がみられる。

資料 I−3 国産材の素材価格の推移 (平成25 (2013) 年から平成26 (2014) 年)

注：スギ中丸太(径14～22cm、長さ3.65～4.0m)、ヒノキ中丸太(径14～22cm、長さ3.65～4.0m)、カラマツ中丸太(径14～28cm、長さ3.65～4.0m)のそれぞれ1m $ ^{3} $ 当たりの価格。

資料：農林水産省「木材需給報告書」、「木材価格」
平 成 26 年

# 木材需給表

平 成 28 年 4 月

林野庁 企画課
## 目次

I 解說 …… 1

1 木材需給表の作成方法 …… 1

（1）区分及び使用統計 …… 1

（2）丸太換算率 …… 2

2 木材需給の概要 …… 2

（1）木材需要 …… 2

（ア）用材 …… 2

（イ）しいたけ原木及び燃料材 …… 2

（ウ）総数 …… 2

（2）木材供給 …… 4

（ア）用材 …… 4

（イ）しいたけ原木及び燃料材 …… 4

（ウ）総数 …… 4

（3）木材自給率 …… 6

Ⅱ 平成26年木材需給表 …… 7

Ⅲ 参考資料 …… 8

参考1 木材需給の推移 …… 9

参考2 木材の需要量（用途別）の推移 …… 10

参考3 木材の供給量（形態別）の推移 …… 11

参考4 丸太換算率を適用している木材製品の概要 …… 12
## I 解說

## 1 木材需給表の作成方法

## （１）区分及び使用統計

本表は、平成26年（1～12月）における木材需給の状況を明らかにするため、林野庁において、以下の区分により関係統計を用いて作成した。

注：( )書きのHSコードとは、HS条約（商品の名称及び分類についての統一システムに関する国際条約）の品目表に基づく貿易統計上の分類番号である。

（※）平成26年から、木質バイオマス発電施設等においてエネルギー利用された燃料用チップを「薪炭材」に新たに計上することとし、これを踏まえ、項目名を「薪炭材」から「燃料材」に変更した。
## （2） 丸太换算率

本表における木材需要・供給量は丸太換算材積であり、丸太以外の形態で輸入又は輸出されたものについては、以下の換算率を用いて丸太材積に換算した。

木材製品名	単位	丸太換算率	木材製品名	単位	丸太換算率
製材品	針葉樹	m³	63.7%	その他木材製品	改良木材	m³	100.0%
広葉樹	m³	54.8%	再生木材	m³	100.0%
木材パルプ	t	1 t=3.3 m³	集成材	m³	60.0%
木材チップ	針葉樹	t	1 t=2.2 m³	構造用集成材	m³	60.0%
広葉樹	t	1 t=1.7 m³	セルラ-ウットパネル	m²	100 m²=7.92 m³
合板等	合板	m³	61.8%	加工材	針葉樹	m³	60.0%
薄板・単板	m³	61.8%	広葉樹	m³	50.0%
7°ロック-ト等	m³	40.9%	燃料材	木炭	t	1 t=7.407 m³
薪	t	1 t=1.282 m³

## 2 木材需給の概要

## （1） 木材需要

## （ア）用材

平成26年における用材の総需要量は7,254万7千m³で、前年に比べて132万m³(対前年増減率(以下同じ。)△1.8%)減少した。この内訳をみると、製材用材が245万3千m³（△8.6%）、合板用材が8万8千m³（△0.8%）の減少となり、パルプ・チップ用材が108万m³（3.6%）の増加となった。また、輸出量は201万m³で、前年に比べて10万9千m³（5.7%）増加した。

## （イ）しいたけ原木及び燃料材（※1）

平成26年におけるしいたけ原木の総需要量は31万3千m³で、前年に比べて7万5千m³（△19.3%）減少した。一方、燃料材の総需要量は294万m³であった。

## (ウ) 総数

平成26年における総需要量は7,579万9千 $ m^{3} $ となった。

燃料用チップを除く平成26年の総需要量は7,410万3千m³で、前年に比べ135万6千m³（△1.8%）減少した。（※2）

(※1) 平成26年から、木質バイオマス発電施設等において利用された燃料用チップを「薪炭材」に新たに計上することとし、これを踏まえ、項目名を「薪炭材」から「燃料材」に変更した。

(※2) 燃料用チップを新たに計上したため、前年からの増減の算出に当たっては、燃料用チップを除いた値を用いた。
木材需要の動向

区 分	平成26年	平成25年	对前年 增减量 (千m³)	对前年 增减率 (%)
数量 (千m³)	構成比 (%)	数量 (千m³)	構成比 (%)
総需要量	用材	製材用材	26,139	34.5	28,592	37.9	△2,453	△8.6
パルプ・チップ用材	31,433	41.5	30,353	40.2	1,080	3.6
合板用材	11,144	14.7	11,232	14.9	△88	△0.8
その他用材	3,830	5.1	3,690	4.9	140	3.8
小計	72,547	95.7	73,867	97.9	△1,320	△1.8
しいたけ原木	313	0.4	388	0.5	△75	△19.3
燃料材(※)	2,940	3.9	1,204	1.6
計	75,799	100.0	75,459	100.0
計(燃料用チップ除く)	74,103	100.0	75,459	100.0	△1,356	△1.8
国内消費	用材	製材用材	26,032	35.3	28,497	38.7	△2,465	△8.7
パルプ・チップ用材	30,123	40.8	28,860	39.2	1,263	4.4
合板用材	11,087	15.0	11,191	15.2	△104	△0.9
その他用材	3,293	4.5	3,418	4.6	△125	△3.7
小計	70,536	95.6	71,966	97.9	△1,430	△2.0
しいたけ原木	313	0.4	388	0.5	△75	△19.3
燃料材(※)	2,921	4.0	1,191	1.6
計	73,770	100.0	73,544	100.0
計(燃料用チップ除く)	72,074	100.0	73,544	100.0	△1,470	△2.0
輸出	用材	2,010	99.1	1,901	99.3	109	5.7
うち丸太	521	25.7	273	14.3	248	90.8
燃料材(※)	19	0.9	13	0.7
計	2,029	100.0	1,914	100.0
計(燃料用チップ除く)	2,029	100.0	1,914	100.0	115	6.0

注：1）合板用材には、薄板、単板、ブロックボードに加工された木材及びLVL（単板積層材）を含む。

2）その他用材には、加工材、再生木材、構造用集成材等を含む。

3）輸出の丸太には、加工材、再生木材等を含む。

4）燃料材とは、木炭、薪、燃料用チップ及びペレットである。

5）数値の合計値は、四捨五入のため計に一致しない場合がある。

（※）平成26年から、木質バイオマス発電施設等においてエネルギー利用された燃料用チップを「薪炭材」に新たに計上することとし、これを踏まえ、項目名を「薪炭材」から「燃料材」に変更した。このため、平成25年については「薪炭材」の数量を、平成26年については「燃料材」の数量を記載している。
## （2） 木材供給

## （ア）用材

平成26年における用材の国内生産量は2,149万2千m³で、前年に比べて37万5千m³（1.8%）増加した。この内訳をみると、丸太は2,126万1千m³で44万3千m³（2.1%）の増加、林地残材は23万1千m³で6万8千m³（△22.7%）の減少となった。

用材の輸入量は5,105万4千 $ m^{3} $ で、前年に比べて169万6千 $ m^{3} $ （△3.2%）減少した。この内訳をみると、丸太の輸入量が62万8千 $ m^{3} $ （△10.5%）、木材製品の輸入量が106万8千 $ m^{3} $ （△2.3%）減少した。

## （イ）しいたけ原木及び燃料材（※1）

平成26年におけるしいたけ原木の国内生産量は31万3千m³で、前年に比べて7万5千m³（△19.3%）減少した。一方、燃料材の国内生産量は184万3千m³であった。

## (ウ) 総数

平成26年における国内生産量は2,364万7千 $ m^{3} $ で、輸入量は5,215万2千 $ m^{3} $ となった。

燃料用チップを除く平成26年における国内生産量は2,204万7千 $ m^{3} $ で、前年に比べて31万2千 $ m^{3} $ （1.4%）増加し、輸入量は5,205万6千 $ m^{3} $ で、前年に比べて166万8千 $ m^{3} $ （△3.1%）減少した。（※2）

(※1) 平成26年から、木質バイオマス発電施設等において利用された燃料用チップを「薪炭材」に新たに計上することとし、これを踏まえ、項目名を「薪炭材」から「燃料材」に変更した。

(※2) 燃料用チップを新たに計上したため、前年からの増減の算出に当たっては、燃料用チップを除いた値を用いた。
木材供給の動向

区 分	平成26年	平成25年	对前年
增減量
(千m³)	对前年
增減率
(%)
数量
(千m³)	構成比
(%)	数量
(千m³)	構成比
(%)
総供給量	用材	丸太	26,604	35.1	26,788	35.5	△184	△0.7
林地残材	231	0.3	299	0.4	△68	△22.7
輸入木材製品	45,712	60.3	46,780	62.0	△1,068	△2.3
小計	72,547	95.7	73,867	97.9	△1,320	△1.8
しいたけ原木	313	0.4	388	0.5	△75	△19.3
燃料材(※)	2,940	3.9	1,204	1.6
計	75,799	100.0	75,459	100.0
計(燃料用チップ除く)	74,103	100.0	75,459	100.0	△1,356	△1.8
国内生産	用材	丸太	21,261	89.9	20,818	95.8	443	2.1
林地残材	231	1.0	299	1.4	△68	△22.7
小計	21,492	90.9	21,117	97.2	375	1.8
しいたけ原木	313	1.3	388	1.8	△75	△19.3
燃料材(※)	1,843	7.8	230	1.1
計	23,647	100.0	21,735	100.0
計(燃料用チップ除く)	22,047	100.0	21,735	100.0	312	1.4
輸入	用材	丸太	5,342	10.2	5,970	11.1	△628	△10.5
木材製品	9,876	18.9	11,835	22.0	△1,959	△16.6
木材パルプ	5,788	11.1	5,771	10.7	17	0.3
木材チップ	20,594	39.5	19,400	36.1	1,194	6.2
合板等	6,533	12.5	6,734	12.5	△201	△3.0
その他	2,921	5.6	3,040	5.7	△119	△3.9
うち構造用集成材	1,213	2.3	1,268	2.4	△55	△4.3
細計	45,712	87.7	46,780	87.1	△1,068	△2.3
小計	51,054	97.9	52,750	98.2	△1,696	△3.2
燃料材(※)	1,098	2.1	974	1.8
計	52,152	100.0	53,724	100.0
計(燃料用チップ除く)	52,056	100.0	53,724	100.0	△1,668	△3.1

注：1）林地残材は、立木を伐採した後の林地に残されている根株、枝条等のうち、利用を目的に木材チップ工場に搬入されたものである。

2）燃料材とは、木炭、薪、燃料用チップ及びペレットである。

3）数値の合計値は、四捨五入のため計に一致しない場合がある。

（※）平成26年から、木質バイオマス発電施設等において利用された燃料用チップを「薪炭材」に新たに計上することとし、これを踏まえ、項目名を「薪炭材」から「燃料材」に変更した。このため、平成25年については「薪炭材」の数量を、平成26年については「燃料材」の数量を記載している。