Silviase/jgov_v1.4_full_ann huggingface dataset:
# Ignitability and Flammability of the Drop Curtains by Stage Illumination Lights

(Abstract)

Eiji Yanai and Takeshi Suzuki

(Received June 9, 1998)

Flame retardant treated drop curtains in theatres were heated by stage illumination lights resulting in fires. For investigating the mechanism of the fires, experiments were done to examine ignitability and flammability of the drop curtains by the stage illumination lights. As the results of the experiments, the following were obtained.

(1) The lights are arranged in order of ignition hazard as follows:

Perlight(1kW), Fresnel lens spotlight(1.5kW), low horizontal light(0.5kW).

(2) In order of ignitability as follows:

FR cotton > FR rayon > untreated cotton > polychlal. Here, FR stands for flame retardant.

(3) The results of burning experiments depended on sample thickness which is controlled by number of sheets. When number of sheets is one or two, flame spread was not observed even in the case where the distance between the outlet of light and the sample surface is zero. When number of sheets is more than four, flame spread to the upper end was observed.

(4) Ignitability of FR cotton is larger than that of untreated cotton. Maximum ignition distance of FR cotton is smaller than that of untreated cotton. But flame spread of FR cotton is smaller than that of untreated cotton.

(5) Flammability of polychlals is the lowest. Polychlals were ignited, but flames spread was not observed even in the most hazardous conditions (the distance between the outlet of perlight and the sample surface is zero).
# 苦小牧におけるやや長周期地震動特性

座間信作

(平成10年6月8日受理)

苫小牧測候所で観測された強震計記録の収集と数値化を行い，そのデータを用いて周期2秒から20秒のやや長周期帯域における震源地別増幅度特性を求め，震源地毎に期待される最大地震規模の地震に対する加速度スペクトルの予測を行った。増幅度は震源地毎に異なった特性を示し，北海道東方沖，北海道南東沖の地震については，周期にあまり依存せずほぼ1倍，日本海東縁部の地震については周期約10秒で鋭いピークを持ち平均で3倍となる。このピークは東北内陸の浅い地震や伊豆付近の地震についても認められた。最大規模地震に対する予測加速度スペクトルは，予測精度を考慮すると，北海道南東沖での周期約17秒以上，日本海東縁部の地震の周期約10秒付近で，石油タンクのスロッシングに対する規制値約100gal·secと同程度の強さとなる。日本海東縁部の地震等で見られた周期10秒付近の特徴的なスペクトルピークは任意の地震について認められるものではないことから，苦小牧直下の地下構造の影響をそれほど受けたものではないことが推察された。また，1993年北海道南西沖地震に対する予測加速度スペクトルは，平均的には観測値よりほぼ全解析対象周期帯域で小さく，周期9秒では，約200gal·secという観測値の1/2にしかならない。増幅度評価に用いた地震の殆どが男鹿半島沖，新潟県沖を震源としていることから，苦小牧を対象とする場合，積丹沖の地震は同じZONE3の中に含めることができないことを指摘した。

### 1. はじめに

石油タンクのスロッシング予測には，周期約2～20秒のやや長周期地震動の評価が決定的に重要である。この長周期地震動は観測地点あるいは震源地によってその特性が大きく変わることから，やや長周期帯域の地震動を比較的精度良く記録でき，かつ長い観測期間をもつ気象官署の強震計記録を用いて，やや長周期地震動の地域特性を定量的に求めてきた $ ^{1\sim3} $ 。

また，前報 $ ^{4} $ では，日本海東縁部を震源とする地震によるやや長周期地震動特性について報告した。その中で，男鹿半島沖以北と新潟県沖の地震とでは，調査した地点の殆どで地震動特性が異なっていることを指摘したが，苫小牧では顕著な差が認められず，周期10秒付近で増幅が大きいことが示された。他地域の地震に対しても周期10秒付近における増幅度が大きければ，震源の影響よりも苫小牧付近の地下構造の増幅度特性に与える影響が強いことになり，スロッシング対策を重視すべきタンクの絞り込みが可能となる。

本報告では，以上の論点も含め，苫小牧でのやや長周期地震動特性について，苫小牧測候所の地震記録に基づき検討する。

### 2. 地震データ
Fig.1 Numbered seismic source zone and location of earthquakes treated in this paper. Size of an open circle showing an epicenter corresponds to a fault area. Closed circle indicates JMA Tomakomai station.

用いた地震記録は，苫小牧測候所の1959年～1990年の間の1倍強震計記録である。地震記録の収集は，原記録の等倍コピーによった。地震記録の収集基準は，永久保存されている全ての記録のうち1 mm以上の振幅をもつものとした。収集した地震の震央位置と震源地区分（ZONE） $ ^{5)} $ をFig.1に示す。

解析対象記録は総計215個で，震央距離とマグニチュード（M）及びZONE毎の地震のMとの関係はFig.2のようになっている。これから，ZONE-1～3及び5の地震数が多く，これらの地域の地震による危険度が高いだろうことが推察される。

Fig.2(a) Relation between earthquake magnitude and epicentral distance of the earthquakes treated in this paper.

Fig.2(b) Magnitude distribution for each source zone.

記録の数値化には，イメージスキャナーによって取り込んだ地震記録紙の画像データから波形のみを抽出するシステム $ ^{6)} $ を用いた。得られたデータの解像度は時間軸で約0.5sec/dot，振幅軸で約0.1mm/dotである。この数値化されたデータに対し，記録紙及び地震計保守原簿に記載されている地震計定数を用いて計器補正を施し加速度フーリエスペクトルを求めた。以下ではこの加速度スペクトルについて議論する。

### 3. 各ZONEに対する増幅度特性と地震動予測

Fig.3は1968年十勝沖地震（ZONE-2）と1964年
(a)

(b)

Fig.3 Comparison of the records for the earthquakes in different seismic source zones.

(b) Oga Hanto-Oki earthquake (M6.9, $ \Delta $ 334km)

Upper left: Real ground motion Upper right: Waveform after time and arc correction.

Lower: Acceleration spectra(Solid line: EW, Broken line: NS, Dash-dotted line: UD)

男鹿半島沖地震（ZONE-3）の記録を比較したもので，M及び震央距離は各々7.9，6.9及び260，334kmである。各々の図で上段右側の波形は原記録を数値化した後，EW，NS成分について時間補正，円弧補正処理をしたもの，左側は同じく両成分について周波数特性補正を施した実地動，下段はそれの加速度フーリエスペクトルである。但し，上下動スペクトル（一点鎖線）も示してある。この図から，周期約10秒付近のスペクトルの特徴が大きく異なっていて，1964年男鹿半島沖地震のそれが著しく卓越しており，十勝沖地震に比べMが1小さくかつ震央距離が大きいにも拘わらず，周期約10秒付近のスペクトル値は同程度となっていることがみてとれる。

このように震源地によって大きくスペクトル特性が異なっていることから、震源地毎に特徴を把握することが必要となる。その特徴抽出は、観測スペクトルと次式で表される半経験的スペクトル $ F_{c}^{\tau} $ との比で表現することとし、ここではそれを地域固有の増幅度特性と言うことにする。

$$ \mathrm{F c}=4.8\cdot10^{0.5\mathrm{M}-2}\mathrm{e x p}\left(-\mathrm{a}\left(\mathrm{T}\right)\cdot\Delta\right)/\Delta^{0.5} $$

$$ \left(T\leq T c\right) $$

$$ \mathrm{F c}=4.8\cdot10^{0.5\mathrm{M}-2}\mathrm{e x p}\left(-\mathrm{a}\left(\mathrm{T}\right)\cdot\Delta\right)/\Delta^{0.5}\cdot\left(\mathrm{T c}/\mathrm{T}\right)^{2} $$

$$ \left(T>Tc\right) $$

$$ \log\mathrm{\boldmath~a(T)=9.11/T-4.26} $$

ここで，M，Δ，T，Tcはそれぞれ気象庁マグニチュード，震央距離（km），周期（sec），カットオフ周期（sec）で，Tcは経験的にlogTc=0.5M−2.42で与えられる⁸）。

13ZONEのうち地震数の多いZONE及び少なくて
Fig.4 Amplification factor as a function of period. Thick and thin lines show the average amplification and standard deviation.

も増幅度が地震によらず比較的良く一致しているZONEについて，周期2～20秒の増幅度の平均値（太実線）と標準偏差（細線）をFig.4に示す。ZONE-1，2に対しては，増幅度の周期依存性は少なくほぼ1となっている。一方，前述したようにZONE-3に当たる日本海東縁部の地震に対しては，周期10秒付近に特徴的なピークがあり，平均では3程度の増幅となっている。そのほか，周期10秒付近のピークはZONE-4及び9にも若干認められる。

やや長周期地震動の地域特性については岡田・鏡味（1978）⁹の先駆的な研究をはじめ，Mamula et al. (1984)¹⁰等幾つかの研究があるが，苦小牧については佐藤・他¹¹が扱っている程度である。彼らは気象庁87型強震計記録を用いて，減衰5%の速度応答スペクトルに関する統計解析から揺れ易さを周期1秒から10秒の間で評価している。但し，その評価では大島測候所の値を基準とした相対評価となっており，ここで得られた結果とは，直接比較することはできない。そこで，既に報告した中で同一地点を扱っている東京¹²を基準として，苦小牧の相対的な増幅度特性を比較してみることにする。Fig.5に煩雑さを避けるために3つのZONE毎の本解析，及び佐藤・他による増幅度の苦小牧/東京の結果を示す。但し，佐藤・他は震源地を分けずに全ての記録を一括して扱っているので，ZONEに依存しない。本解析による増幅度比は東京との比をとってもZONE毎に大きく変わっている。佐藤・他との対応をみると，レベルが約2/3小さいが比較的ZONE5との対応が良い。これは彼らの扱った地震25個のうち，6個の地震がZONE5にあり，他のZONEに比べ多くなっているためと思われる。いずれにせよ，ZONE毎による増幅度特性の違いが大きいことを考えると，全国の地震記録を一括処理することは妥当ではない。

さて，増幅度特性が求められたので，例えば各ZONEにおいて期待される最大M $ ^{12} $ の地震に対するやや長周期帯域の加速度スペクトルが，式(1)～(3)を用いて得られることになる。ここで震央距離を与える必要があるが，現段階において最大Mの地震の震央が与えられていないので，仮にここでは各ZONEで解析対象となった地震の震央距離の平均値を用いることとし，加速度スペクトルの大凡のレベルを把握する。予測スペクトルはFig.6のようになる。ここで，太実線は増幅度特性の平均値を，細線は土標準偏差を用いた場合に対応している。この図から，大部分では現行の石油タンクの空間余裕高さを規定する地震動強さ約100gal·secを下回るが，標準偏差を考えると，ZONE-2の周期約17秒以上，ZONE-3の周期約10秒付近でこれに匹敵する強さとなる。

### 5. 苦小牧付近の深部地下構造の推定

やや長周期地震動特性は，震源と波動伝播特性とから定まる。震源特性が非常に強ければどの地点でも観測スペクトルに震源特性を示す共通のピ
Fig.5 Comparison of amplification factor normalized by the one at Tokyo between Sato et al.(1994) and this study. ZONE-1 ZONE-2

ークが認められる。例えば1983年日本海中部地震などはそのよい例である。また，波動伝播特性，言い換えれば地下構造の影響が強ければ震源地が異なっても，その地点での観測スペクトルに一定の卓越周期を見つけることができる。

苦小牧においては，ZONE-3，4，9の地震に対しては周期約10秒付近にスペクトルピークを持つが，その他のZONEについてはそのようなピークは認められない。このことは苦小牧周辺の地下構造の影響が強いとはいえないことを示唆する。そこで，苦小牧測候所（JMA）の東約18kmにあるタンクサイト（STO）での記録を用いて，両地点間の平均的な地下構造を推定することによって，地下構造がやや長周期地震動特性に与える影響について検討してみた。

STOでは1993年釧路沖地震，北海道南西沖地震，1994年北海道東方沖地震の加速度記録が得られている。ここでは，先ず全ての記録を速度波形に変換して周期8から10秒のバンドパスフィルターをかけて粒子軌道を描き，主要動がほぼtransverseの方向にあることを確認した後，transverse成分の変位波形にDziewonski et al. (1968) $ ^{13} $ のマルチプルフィルターをかけた（Fig.7）。このフィルターは与えられた波形のスペクトル振幅の時間変化を見

ZONE-4

Fig.6 Predicted acceleration spectra for the earthquake with the maximum expected magnitude in each seismic source zone. Thick and thin lines show the average spectrum and standard deviation.
ることができるもので，Fig.7のコンターはこのスペクトル振幅の等値線である。なお，コンターは最大値を100dBとして，50dBから2dB間隔で描かれている。また，黒丸はある周期での最大値を示

(a) 1993 HOKKAIDO NANSEI-OKI JMA

Fig.7 Multiple filtered records of the transverse displacement seismograms at JMA (a) and STO (b) for the 1993 Hokkaido Nansei-Oki earthquake. The vertical coordinate shows the period. Closed circles and broken lines show the ridge of spectral intensity distribution.

したもので，これらを結んだ曲線は与えられた波形に対する群速度の分散性を表現する。

これから個々の地震に対してJMA-STO間の群速度の算出を試みたが，実際に求めることができたのは北海道南西沖地震についてのみで，Fig.8の■印のように読みとれた。前述のように主要動がtransverseの方向にあることから，Love波が主であると仮定して，読みとった群速度と地下構造から計算されるそれとが一致するように試行錯誤的に地下構造モデルを変え，最終的に得たモデルから計算される群速度の分散曲線がFig.8の実線である。なお，地下構造モデルの設定において，深さ1～2km程度の浅い構造については，やや長周期微動を用いて推定された石狩平野の地下構造モデル $ ^{14)} $ を，約10km以上の深部構造は屈折法探査結果 $ ^{15)} $ を参考にしている。群速度を満足する最適地下構造モデルはFig.9の実線のように与えられ，微動から得たもの（破線）との顕著な相違は，S波速度

Fig.8 Dispersion curves of group velocity between JMA and STO. Solid square shows the observed group velocity obtained from Fig.7. Solid and broken lines are the dispersion curves for the subsurface structural models shown by the solid in Fig.9 and semi-infinite media with S-wave velocity of 3km/s.
3km/s層上面の深さが約4.5kmとかなり深くなっていることである。この付近でのバイブロサイス反射法の結果 $ ^{16} $ では、深さ約5kmに顕著な反射面が認められており、ここでの結果を支持する。

この地下構造モデルに基づいて，SH波重複反射による増幅度，Love波の振幅特性を計算したものがFig.10(a)である。これによれば，SH波の増幅度のピークは，約25，11，7.5秒などとなっており，またLove波の基本モードの振幅特性は短周期になるにつれ漸増する傾向にある。また，3km/s層が無限に続くとする構造モデルでも，比較的群速度を説明する（Fig.8の点線）ことから，同様の計算を行ってみると，Fig.10(b)のようにSH波では，約9，4秒などにピークがあり，Love波ではやはり短周期になるにつれ漸増する。北海道南西沖地震では周期9秒付近にスペクトルのピークが認められているが，これが後者の地下構造モデルに対応するかは明らかではない。Love波の振幅特性から判断すると，入射地震波の影響がそのまま現れるような地下構造となっていると考えた方が良いかもしれない。鏡味（1989） $ ^{17} $ は，やや長周期微動の解析結果から，地盤と基盤の速度コントラス

Fig.9 Subsurface structural models between JMA and STO Solid line is the model best fitted to the observed dispersion curve. Broken line is the model estimated from the analysis of microtremor by Okada et al.(1990).

Fig.10 Amplification characteristics for SH wave incidence and Love wave's medium response for the subsurface structural model at Tomakomai. (a) for the model shown by the solid line in Fig.9. (b) for the model of semi-infinite media with S-wave velocity of 3km/s.
Fig.11 Comparison between the observed and the predicted acceleration spectra in the 1993 Hokkaido Nansei-Oki earthquake. MEAN and $ \sigma $ are the average and standard deviation of the predicted spectrum. EW and NS indicate the acceleration spectra in the EW and NS components of the seismogram at JMA Tomakomai station.

トがあまり大きくない地域がこのような特徴を持つとして，石狩平野もその例として挙げている。そうであるならば，前述の増幅度特性のZONEによる違いは，震源スペクトルと苦小牧地域（どの程度の広がりかは不明であるが）までの伝播特性から定まる入射波動場の特性の違いによるものと考えられる。

## 6 ．1993年北海道南西沖地震に対する加速度スペクトルの予測

ここでは，苫小牧測候所のデータに基づいて得られたやや長周期地震動の増幅度特性の精度を，北海道南西沖地震での苫小牧における地震動の予測を通してしてみる。この地震は1倍強震計が廃止された後に発生しているため，増幅度特性の評価にこの記録は用いられていない。北海道南西沖地震のM7.8と震央距離Δ198kmを式(1)，(2)に代入して得られるFcに，ZONE-3に対して得られた増幅度特性（Fig.4）を乗じることによって，1990年までの情報に基づいた加速度スペクトルの予測がFig.11のように得られる。ここで，濃い太実線は予測値の平均，薄い太実線はそれの±標準偏差，細実線，破線は87型強震計記録のEW，NS成分の加速度スペクトルである，これをみると，予測値の平均は観測値より周期2～12秒で小さく，平均十標準偏差の値がほぼ等しくなっているが，周期9秒では，約200gal·secというNS成分の観測値の約1/2となっている。

ZONE-3に対する増幅度特性は周期約10秒にピークを持つものであった。一方，北海道南西沖地震の各地のスペクトル $ ^{1,14)} $ をみると，周期8～9秒にピークを持つところが多い。このことは，震源スペクトルがその周期でピークを持っていた可能性を示唆する。Fig.1から分かるように，増幅度評価に用いた地震は殆どが男鹿半島沖，新潟県沖を震源としており，苫小牧を対象とする場合，北海道南西沖地震は同じZONE-3の中に含めることができないのかもしれない。今後この地域に起こる地震を検討し，周期約9秒のピークが北海道南西沖地震に特有のものか，あるいはこの積丹半島沖の地域に発生する地震全体にいえる特徴であるのか見極める必要がある。

### 7. おわりに

苫小牧測候所で観測された強震計記録の収集と数値化を行い，そのデータを用いて周期2秒から20秒のやや長周期帯域の地震動特性に関する検討を行った。以下に得られた知見をまとめると，

(1) 増幅度特性は震源地毎に異なった特性を示し，北海道東方沖，北海道南東沖の地震については，周期にあまり依存せずほぼ1，日本海東縁部の地震については周期約10秒で鋭いピークを持ち平均で3倍となる。このピークは東北内陸の浅い地震や伊豆付近の地震についても認められた。

(2) 地震地体構造区分毎の最大期待規模の地震に対する予測加速度スペクトルは，平均的には
100gal・secを下回るが，ばらつきを考えると北海道南東沖での周期約17秒以上，日本海東縁部の地震の周期約10秒付近で同程度の強さとなる。

(3) 日本海東縁部の地震等で見られた周期10秒付近の特徴的なスペクトルピークは全てのZONEの地震について認められるものではないことから，苫小牧直下の地下構造の影響をそれほど受けたものではないことが推察された。苫小牧測候所とそこから東に約18km離れた観測点間の群速度の解析から推定された地下構造モデルに基づいて得られるLove波の振幅特性はそれを支持するものとなった。

(4) 北海道南西沖地震に対する予測加速度スペクトルは，平均的には観測値よりほぼ全解析対象周期帯域で小さく，平均+標準偏差の値がほぼ等しくなっているが，周期9秒では，約200gal-secという観測値の約1/2となった。増幅度評価に用いた地震の殆どが男鹿半島沖，新潟県沖を震源としていることから，苫小牧を対象とする場合，積丹沖の地震は同じZONE-3の中に含めることができない可能性を指摘した。

## 謝辞

地震記録の収集に当たっては，気象庁本庁，苫小牧測候所の関係者の方々，小林啓美東京工業大学名誉教授，建設省建築研究所小山信博士，並びに危険物保安技術協会に大変お世話になった。ここに記して謝意を表する。

## 参考文献

1）座間信作:気象庁1倍強震計記録に見られるやや長周期地震動の地域特性一その2 東京一，消防研究所報告，76，1-11（1993）

2）座間信作:新潟におけるやや長周期地震動特性，消防研究所報告，78，57－66（1994）

3）座間信作:気象庁1倍強震計記録に基づく大阪でのやや長周期地震動特性，消防研究所報告，79，8-21（1995）

4）座間信作:日本海東縁部の地震による長周期地

震動特性，消防研究所報告，84，20-32（1997）

5）気象庁地震火山部地震津波監視課:気象庁（東京）で観測された強震記録（1927年～1989年）(1990)

6）座間信作:アナログ地震記録の読み取りシステムについて，消防研究所報告，74，1-7（1992）

7) Kudo, K.: Significance of long-period strong motion in seismic risk evaluation, Proc. 4th Inst. Symp. on the Analysis of Seismicity and Seismic Risk., 433-439 (1989)

8）太田 裕，鏡味洋史:耐震工学上考慮すべき地震波の周期の上限と振幅の下限，日本建築学会論文報告集，249，53-60（1976）

9）岡田成幸，鏡味洋史:日本各地におけるやや長周期の地盤特性の定量的評価の試み，日本建築学会論文報告集，267，29-38（1978）

10) Mamula, Lj., K. Kudo, and E. Shima: Distribution of ground-motion amplification factors as a function of period (3-15sec), in Japan, Bull. Earthq. Res. Inst., 59, 467-500 (1984)

11）佐藤俊明，宮越淳一，佐藤智美，渡辺孝英，植竹富一，田中英朗：気象庁87型電磁式強震計記録の応答スペクトルの統計解析による各気象台のやや長周期帯域（周期1～10秒）の揺れやすさ係数について，第9回日本地震工学シンポジウム，607-612（1994）

12）萩原尊禮編:日本列島の地震－地震工学と地震地体構造－，鹿島出版会（1991）

13) Dziewonski, A., Landisman, M., Bloch, S., Sato, Y., and Asano, S.: Progress Report on Recent Improvements in the Analysis of Surface Wave Observations, J. Phys. Earth, 16 (1990)

14) 岡田廣，松島健，森谷武男，笹谷努:広域・深層地盤調査のための長周期微動探査法，物理探査，43，402-417（1990）

15) Okada, H., S. Suzuki, T. Moriya, and S. Asano: Crustal structure in the profile across the southern part of Hokkaido, Japan, as derived from explosion seismic observations, J. Phys.
Earth, 21, 329-354 (1973)

16）浅野周三，嶋 悦三，吉井敏剋，岡田 広，斉藤正徳，小林啓美，入倉孝次郎，鳥羽武文，朝倉夏雄：バイプロサイス反射法による北海道長沼測線の地下構造，地震学会講演予稿集，2，204（1986）

17) 鏡味洋史:やや長周期微動による深層地盤特性探索の問題, 第17回地盤震動シンポジウム, 日本建築学会, 31-40 (1989)

18）座間信作，井上涼介：1993年北海道南西沖地震による石油タンクのスロッシング，消防研究所報告，77，1-10（1994）
# Characteristics of Long-Period Strong Ground Motions in Tomakomai

(Abstract)

Shinsaku Zama

(Received June 8, 1998)

In order to clarify the characteristics of long-period (2 to 20 sec) ground motion in Tomakomai, JMA strong motion displacement records were digitized and analyzed. The amplification factor, which is defined as the ratio of the observed to semi-empirical acceleration spectrum, gives different characteristics in each seismic source zone. For the earthquakes in the east and south-east off Hokkaido, amplification factor is about one in the period range of interest. For the earthquakes in the east margin of Japan Sea, this has a sharp peak at a period of about 10 sec, and its value is about 3. This peak period can be seen for the earthquake in the region of the inland of Tohoku and near Izu Peninsula. The average predicted acceleration spectra for the earthquake with maximum expected magnitude in each seismic zone, are below 100gal·sec corresponding to the regulation of liquid sloshing of oil storage tank. Taking the deviation into consideration, they are more than 100gal·sec for the earthquakes in the southeast off Hokkaido region and in the east margin of Japan Sea.

The records of the 1993 Hokkaido Nansei-oki earthquake at the tank site, which is located at 18km away from JMA Tomakomai station, were used for the calculation of the inter-station group velocity. The deep subsurface structure satisfying the dispersion curve of inter-station group velocity indicates that the observed ground motion characteristics are not strongly affected by the subsurface structure but by the input seismic wave field.

The predicted acceleration spectral amplitude at a period of about 9 sec for the 1993 Hokkaido Nansei-Oki earthquake, is about a half of the observed one even if taking the deviation into consideration. This suggests that ZONE-3 should be divided into smaller blocks.
# 消火設備から回収されたハロン2402の 消火性能評価

中田健一 $ ^{*} $ ，斎藤直，佐宗祐子，尾川義雄

(平成10年6月4日受理)

消火設備の撤去等により回収されるハロン2402を再生することなく，そのまま再利用することが出来るかどうか検討するために，回収品と標準試料についてそれぞれ純分及び消炎濃度を測定し比較した。

消火設備の点検時に採取された，貯蔵期間が16年から27年にわたる5種類の回収ハロン2402試料の純分は，いずれも99.9%以上であり，実用消火設備に充填されたハロン2402の長期保存における優れた安定性が確認された。また，n一ヘプタンに対する消炎濃度は，各回収ハロン2402及び標準試料のいずれも2.2±0.1%で有為な差は見られず，文献値の2.3±0.1%とも一致した。

これらの結果は，本研究に用いた回収ハロン2402と同等以上の純分を持つ回収品については，既存の消火設備にそのまま再利用しても，消火性能上の問題は生じないことを示すものである。

### 1. まえがき

オゾン層保護の為，1994年1月1日からハロン消火剤の製造が禁止された。これに伴い，我国ではハロンバンク推進協議会が中心となり，消火設備の撤去等で生じた不要ハロンを回収・再生し，有効資源として消火設備等への再利用を行っている。 $ ^{1,2)} $

現在，ハロン1301のリサイクル利用は行われているが，回収ハロン2402は利用されていない。これは，ハロン2402の主な用途が，石油タンクの既存消火設備の補充用に限定され利用量が少なく採算が見込めないこと，及び回収ハロン2402の品質が確認できていないことによる。さらに，これまで在庫品のみで補充の対応ができていることもその理由として挙げられる。

1998年2月末における，我国のハロン消火設備の設置状況をTable 1に示す。この表に示すように，ハロン2402は，消火器を除いて約900件の消火設備に利用され，合計薬剤量は約400トンである。1997年にハロン2402消火設備に補充された薬剤量は約1トンであり，現在ある約1トンの在庫品のみでは，既存のハロン2402消火設備の維持，管理が短時日に不可能になることは明らかである $ ^{3} $ 。

一方，撤去された消火設備から回収されたハロン2402は，1998年3月現在において約5トン保管されている。既存消火設備の延命をはかるため，ハロン2402回収品を再生することなく，そのまま再利用することが計画されている。

本報は，回収したハロン2402の純分とn—ヘプタ
Table 1 The conditions of the halon fire-extinguishing agents currently used in existing systems.

Agents	Equipment type	The number of systems	The quantity of halon(kg)	total(kg)
Halon2402	Fire Extinguishing System	689	339,116	390,992
Fire Extinguishing Package Unit	226	47,577
Fire Extinguisher	192	4,299
Halon1211	Fire Extinguishing System	106	43,397	82,460
Fire Extinguishing Package Unit	30	2,198
Fire Extinguisher	666	36,865
Halon1301	Fire Extinguishing System	32,854	15,617,072	16,830,185
Fire Extinguishing Package Unit	12,104	1,041,861
Fire Extinguisher	9,474	171,252

ンに対する消炎濃度を測定し，回収ハロン2402を再生することなく，補充用薬剤として再利用することが可能であるかどうかについて検討したものである。

### 2. 実験装置と実験方法

### 2.1 回收ハロン2402の試料

我国でハロン2402消火設備が設置されるようになってから30数年経過した。本研究では、設置後16～27年経過した5個所の浮き屋根式タンクの消火設備の点検時に、ハロン2402をそれぞれ約1kg回収し、実験用試料とした。回収品は、比色試験により変質の程度に応じて5種類に分類した。用いた比色試験の手続きは以下の通りである。

まず，各回収ハロン2402試料20mlに濃硫酸5mlを加え，攪拌した後静置し，試験液を2層に分離させる。分解等で成分が変質したハロン2402では，変質成分により，濃硫酸の層が着色する。この着色の程度は，JIS K-8001「試薬試験方法通則」 $ ^{4)} $ に準じた比色試験により5段階に分類することができた。分類状況を示す写真をFig.1に示す。ここで着色が濃いものほど品質の劣化が進んでいる。なお，回収ハロン2402の分類は，旭硝子（株）によって実施されたものである。

このようにして劣化の程度に応じて分類した5種類の回収ハロン2402について，純分及び消火性能を次節の方法で測定した。消火性能については

Fig.1 The coloring conditions of concentrated sulfuric acid.

標準試料との比較を行った。ここで、標準試料は，1981年に製造され実験室内に保存された，市販のハロン2402消火器用薬剤をそのまま用いた。

### 2.2 純分の分析

純分の分析は，島津製作所製のガスクロマトグラフGC-9Aを用いて行った。分析条件は，

カラム : PORAPAK-Q

50/80メッシュ 2m

カラム温度：150℃

试料氮化室温度： $ 150^{\circ} $ C

検出器 : TCD
(検出器温度：100℃，

ブリッジ電流100mA)

キャリアガス：ヘリウム

ガス流量：39ml/min

である。

本条件下において，ハロン2402の保持時間は，約10分であった。純分の測定は，各試料をマイクロシリンジで2μl注入し，60分以内に出現する全ピークの総面積に対するハロン2402のピーク面積の割合を求め，この値を純分とした。ここでの測定回数は，標準試料で2回，回収品については3回以上とした。

### 2.3 消炎濃度の測定

消火性能については，カップバーナー法によりn—ヘプタン火炎に対する各試料の消炎濃度を測定することにより調べた。実験装置をFig.2に示す。カップバーナーには，井上他 $ ^{5)} $ と同一のFRIカッ

Fig.2 Schematic diagram of FRI cup burner system.

プバーナー装置を用いた。常温で液体のハロン2402は，中谷他 $ ^{6)} $ と同一の蒸発装置を用い，ガス化して供給した。燃料には，市販の特級試薬のn-ヘプタンを用いた。全ての実験を，温度25℃，大気圧の条件下で行った。

消炎濃度の測定は，中谷他 $ ^{6)} $ と同様にステップ状に消火剤流量を増して10秒間保持し，消炎の有無を観測する方法をとった。消炎時の消火剤流量と次式から消炎濃度を計算する。

$$ C=100\times Q\nearrow(40+Q) $$

ここで，C（%）は消炎濃度，Q（l/min）は消炎時の消火剤流量，40（l/min）は空気流量を表す。消炎時の消火剤流量の測定は，各試料について3回以上行い，消炎濃度はそれらの平均値と(1)式から求めた。

### 3. 結果と考察

### 3.1 回収ハロン2402の比色試験と純分

回収ハロン2402の貯蔵期間と比色試験結果の関係をTable 2に示す。Table 2において、ハロン2402の品質劣化と貯蔵期間の間には相関が見られない。すなわち、19年間貯蔵されたものが、濃硫酸層の着色が最も濃く、以下27年、21年、25年、16年の順に着色は薄くなっていく。このことから、消火設備に貯蔵されているハロン2402消火剤の品質劣化は、貯蔵期間ばかりでなく、消火設備の設置条件等、他の要因にも支配されていると考えられる。今後、ハロン2402を回収再利用する上で貯蔵条件と劣化の関係は検討されるべきである。

Table 2 Purity of the collected halon 2402.

Place	Installation period (years)	Coloring of $ H_{2}SO_{4} $ layer	Purity (%)
Control	99.9±0.00
No.1	Ibaraki	16	Barely yellow	99.9±0.03
No.2	Chiba	25	Light yellow	99.9±0.02
No.3	Okinawa	21	Yellow	99.9±0.04
No.4	Tokyo	27	A little dark yellow	99.9±0.02
No.5	Fukushima	19	Dark yellow	99.9±0.01

Numerals with $ \pm $ sign show standard deviation
比色試験が微量の有機系不純物の検出に高感度である $ ^{7)} $ のに対し，試料中の消火剤の含有量を直接的に示す指標は，純分である。Table 2には，純分の測定結果もあわせて示した。比色分析結果から品質の劣化が最も進んでいると判断された回収ハロン2402においても，純分は99.9%以上あり，各試料ともハロン2402の日本消防検定協会「消火器用消火薬剤の検定細則」 $ ^{8)} $ の99.9%以上を満足していた。ハロン2402を含む3種類のハロン消火剤は，消火性能の他，安全性，安定性等が，十分調査された上で採用されている $ ^{9)} $ 。本研究の結果は，実際に消火設備に充填されたハロン2402が，実用上要求される程度の長期にわたる保存においても十分安定であることを実証するものである。

### 3.2 回収ハロン2402の消炎濃度

カップバーナーによる消炎濃度測定中の炎の様子をFig.3～Fig.5に示す。予燃終了直前の着火8分後には，燃料は沸騰し，炎はカップ縁より横にはみ出しながら燃えていた（Fig.3）。しかし，消火剤を少量加えただけで燃料の沸騰は収まり，炎はカップ径より細い炎に変化した（Fig.4）。さらに消火剤を添加すると，炎がさらに小さくなり，消炎付近の消火剤濃度では炎の基部にある青炎の部分が波打つように不安定となり，やがて振幅が増し，瞬間的に消炎した（Fig.5）。このときの消火剤流量から消炎濃度を求めた。

測定結果をTable 3に示す。ここに示したように回収ハロン2402及び標準試料の消炎濃度は，いずれも2.2±0.1%であり，これらの試料の消炎濃度間には有意な差は認められない。また，斎藤他 $ ^{10)} $ は，n一ヘプタンに対するハロン2402の消炎濃度を2.3±0.1%と報告しており，ここでの測定結果とよく一致している。

以上，述べた5種類の回収ハロン2402に関する純分及び消炎濃度に関する検討結果から，本研究で試料とした回収ハロン2402と同等もしくはそれ以上の品質を有する回収品については，再生することなく，既存の消火設備の補充用薬剤としてそのまま再利用しても，消火設備の消火性能上の問題

Fig.3 n-heptane flame just before addition of halon 2402.

Fig.4 A lifting flame by a little addition of halon 2402.

Fig.5 A flame just before the extinction.
Table 3 Flame extinguishing concentrations of the collected halon 2402.

Flame extinguishing concentrations(%)
Control	2.2±0.06
No.1	2.2±0.03
No.2	2.2±0.01
No.3	2.2±0.02
No.4	2.2±0.04
No.5	2.2±0.01

Numerals with $ \pm $ sign show standard deviation

は生じないと結論できる。

### 4. まとめ

(1) 貯蔵期間が16〜27年にわたる5種類の回収ハロン2402の純分はいずれも99.9%以上で、ハロン2402の検定細則にある純分99.9%以上を満たしていた。

(2) 消炎濃度については，いずれの回収ハロン2402も2.2±0.1％で，17年前に製造され研究室に保管されていた市販のハロン2402と同じであり，文献値とも一致していた。

(3) 今回，回収したハロン2402は，既存の消火設備の補充用薬剤としてそのまま再利用しても消火性能上の問題はない。したがって，本実験で試料とした回収ハロン2402と同等以上の品質を有する回収品については，既存の消火設備の補充用薬剤としてそのまま再利用しても，消火設備の消火性能上の問題は生じない。

## 付記

本研究は，消防研究所とハロンバンク推進協議会との共同研究により実施したものである。

## 参考文献

1）自治省消防庁消防研究所，ハロンバンク推進協議会：「消炎試験結果報告7—総括再生ハロン1301の消炎濃度の測定」，(1995)

2）ハロンバンク推進協議会，自治省消防庁消防

研究所：「再生ハロンの消火性能と品質評価に関する共同研究報告書」,(1997)

3）（社）日本消火器工業会：「消火器だより」，p.2（1998）

4）JIS K-8001 試薬試験方法通則、5.一般試験方法5.1外観、(2)液体試料の場合、p.131-132(1985)

5）井上康史，斎藤直，佐宗祐子，尾川義雄：「ハロン代替候補物質の消火性能と実用性評価」，消防研究所報告、No.79，p.1-7（1995）

6）中谷衛，斎藤直，佐宗祐子，尾川義雄：「新ハロン消火剤—不活性ガス消火剤の複合による消火効果」，平成9年度日本火災学会研究発表会概要集，p.16-19（1997）

7）武藤義一：「比色分析法」，p.9-10，共立全書(1974)

8）日本検定協会：「消火器用消火薬剤の検定細則」，p.6（1997）

9) Richard G. Gann and Sanford Davis: "Preliminary Screening Procedures and Criteria for Replacements for Halons 1211 and 1301-Section I: Introduction and Background", NIST Technical Note 1278, p.6-7 (1990)

10）斎藤直，佐宗祐子，尾川義雄，中谷衛，酒井竜太：「アルゴン－窒素混合気のn－ヘプタンおよび高引火点化合物に対する消炎濃度」，消防研究所報告，No.84，p.12-18（1997）
# Evaluation of Fire Suppression Efficiency of Halon 2402 Collected from Fire Extinguishing System

(Abstract)

Kenichi Nakada $ ^{*} $ , Naoshi Saito, Yuko Saso, and Yoshio Ogawa

(Received June 4, 1998)

For the purpose of recycling halon 2402 collected from scrapped fire extinguishing systems without purification, purity and flame extinguishing concentrations for n-heptane of halon 2402 samples collected directly from fire different existing fire extinguishing systems were measured.

The purity of all the samples, which were stored for 16 to 27 years, is higher than 99.9%. It shows that halon 2402 has excellent stability in such long periods of storage in the existing fire extinguishing systems. The flame extinguishing concentrations for n-heptane diffusion flame measured with FRI cup burner are $ 2.2 \pm 0.1\% $ for all the samples. These values agree well with both the flame extinguishing concentration of a standard sample of halon 2402 in the present study and the literature data, $ 2.3 \pm 0.1\% $ , reported by Saito et al.

The present results demonstrate that halon 2402 with quality equal to or better than the collected samples examined in this study, can be reused as a supplementary agent for existing halon 2402 fire extinguishing systems without further purification.
# ろ紙の下方燃え拡がりに及ぼす不活性ガス および水蒸気の影響

檀原俊康 $ ^{*} $ ，斎藤直

(平成10年6月2日受理)

カップバーナー装置を改良した燃焼装置を用いて，ろ紙の下方燃え拡がり速度と消炎濃度を測定し，不活性ガス系の消火剤（窒素，アルゴン，二酸化炭素，IG-541）及び水蒸気の燃焼抑制効果について検討した。

ろ紙の下方燃え拡がりに対する不活性ガス混合消火剤の消火効果は，斎藤らが報告した各成分の消炎濃度とモルフラクションを用いて求める計算式により計算した値と実測値が一致したため，成分消火剤それぞれが熱的に作用する消火効果であることがわかった。

ろ紙の下方燃え拡がりに対する空気中の水蒸気の抑制効果は，気相における不活性ガス的作用よりも，セルロースに吸着された固相内に取り込まれた水分が蒸発による吸熱として大きく関与していることがわかった。

### 1. まえがき

オゾン層保護のため，ハロン消火剤の製造が禁止され，ハロン代替の新しい消火剤を使用する消火設備が書庫，美術館，博物館などの施設に設置されつつあるそのため，紙などセルロース系の火災を想定し，それらの可燃性固体に対するガス系消火剤の消火効果や効果的利用法について十分な検討が必要となっている。

薄い可燃性固体が流れと逆向きに燃え拡がる現象は，準定常で解析がしやすいうえ，固体燃焼の基本的性質を理解するのに適した現象として，多くの研究 $ ^{1,2)} $ が行われている。最近，ろ紙の下方燃え拡がり速度に関し，不活性ガス $ ^{3)} $ や湿度 $ ^{4)} $ による影響について報告されている。しかし，それらの報告は，セルロースの気相及び固相にわたる燃焼抑制について定量的に調べられていないため，ガス系消火剤によるセルロース火災の消火が困難である本質について明らかにされたとはいえない。

筆者らは，セルロースであるろ紙の燃焼に対するガス系消火剤と空気中の水蒸気の消火効果を調べる目的で，ろ紙の下方燃え拡がり速度と消炎濃度を測定し，ガス系消火剤及び水蒸気の燃焼抑制効果について検討している。この報告は，不活性ガス系の消火剤及び水蒸気の消火効果に関するものである。

### 2. 実験装置と実験方法

### 2.1 実験装置と試料

実験装置をFig.1に示す。本装置は大きく分けて，燃焼装置，マスフローコントローラ，水蒸気供給装置から構成されている。燃焼装置はカップバー