Silviase/jgov_v1.4_full_ann huggingface dataset:
STR1から4に生じるひずみ振幅の値は内側ほど値は若干大きく、その傾向は図7においても見られる。発生応力値についても計測値とオーダーは一致しており、妥当な解析結果が得られていると思われる。図15に有効応力の変化を示す。図15より、スティフナ近傍の最大応力値は高々30MPa程度であり、熱応力のみでデッキが破断する確率は極めて低いものと考えられる $ ^{6)} $ 。また、村田らの実験 $ ^{9)} $ により得られたSS400の疲労限度250MPaと比較しても、発生応力の値は疲労限度の半分以下であり、疲労破壊の可能性も極めて低いと考えられる。

### 4. 破壊確率の検討

3章の数値解析の結果より、日中の寒暖で発生する熱応

図 13 浮き屋根の鉛直方向の変位

図 14 ひずみ振幅の変化の解析結果

図 15 有効応力の変化の解析結果

力で浮き屋根上にき裂が生じる可能性は低いことを示した。続いて、何らかの原因で生じた初期き裂が熱応力で進展し、浮き屋根が破断するかどうの検討を確率論的破壊力学を用いて破壊確率の算出を行った $ ^{10)} $ 。

### 4.1 モンテカルロ法

破壊確率を算出する方法としてはモンテカルロ法がある。モンテカルロ法は、式(1)に示すよう、M回の試行を行ってそのうち$\mathrm{N}_{\mathrm{f}}$回の破壊確率$\mathrm{P}_{\mathrm{f}}$を求める方法である$^{11)}$。

$$ \mathrm{P}_{\mathrm{f}}=\frac{\mathrm{N}_{\mathrm{f}}}{\mathrm{M}} $$

### 4.2 破壊確率の算出手順

図16に破壊確率算出の手順とその詳細を示す。

(1) 初期き裂の算出：浮き屋根表面に生じるき裂は、図17に示す2次元表面き裂とする。図中のaはき裂長さ(mm)、hはデッキ厚さ4.8mmとし、μはき裂の平均深さ(mm)とする。本解析においては、μ=h/3, h/5, h/8の3通りの検討を行った。き裂の密度関数f(a)は式(3)で与えられるとすると、き裂深さ0からaまでの累積確率密度P(a)は式(4)となる。式(4)の左辺を式(5)のようにrとおいて、r値を乱数で与えて初期き

図 16 破壊確率算出の手順

図 17 2 次元表面を裂
裂 $ a_{0} $ を求めると式(6)となる。

$$ \mathbf{f}(a)=\frac{1}{\mu}\mathbf{e}^{-\frac{a}{\mu}} $$

$$ \mathrm{P}(\mathrm{a})=\int_{0}^{\mathrm{a}}\mathrm{f}(\mathrm{x})\mathrm{d}\mathrm{x}=\mathrm{1}-\mathrm{e}^{-\frac{\mathrm{a}}{\mu}} $$

$$ \mathrm{r}=1-\mathrm{e}^{-\frac{\mathrm{a}}{\mu}} $$

$$ a_{0}=-\upmu\ln\left(1-\mathrm{r}\right) $$

(2) き裂進展：き裂進展量に関しては、式（7）に示すParis則を用いて算出を行った $ ^{12)} $ 。式中のΔKは応力拡大範囲 $ \left(\mathrm{MPa}\sqrt{\mathrm{m}}\right) $ であり、き裂近傍の応力特異場パラメータである応力拡大係数Kの最大値 $ K_{max} $ と最少値 $ K_{min} $ の差として式（8）で与えられる。aはき裂長さ（mm）、Nは繰り返し数（回）を示す。Cとmは無次元材料定数であり、Cは $ 5.21\times10^{-13} $ 、mは3.0とした $ ^{13)} $ 。ただし、き裂はある応力状態における応力拡大係数範囲が、下限界応力拡大係数範囲 $ \Delta\mathrm{K}_{\mathrm{th}}=2.0\left(\mathrm{MPa}\sqrt{\mathrm{m}}\right)^{13} $ より大きい場合のみ進展するとする。

$$ \mathrm{d}a/\mathrm{d}N=C(\Delta K)^{\mathrm{m}} $$

$$ \Delta K=K_{\mathrm{m a x}}-K_{\mathrm{m i n}} $$

き裂先端の応力拡大係数Kは、3章の熱応力解析結果および原子炉圧力容器の加圧熱衝撃事象の解析コードPASCAL（日本原子力研究開発機構） $ ^{14)} $ のき裂近傍の応力分布を3次関数で近似した式（9）を用いて算出した。式（9）の $ A_{i} $ は応力係数、ξはx/hとし、き裂近傍の応力分布の座標系を図18に示す。 $ A_{i} $ は、熱応力解析結果で得られたデッキ板厚方向の応力分布に合うように値を決定する。本解析については、デッキ板厚方向の応力分布はほぼ一様であったため、図15の最大応力値を参照し、 $ A_{0}=30 $ とした。

図18 き裂近傍応力分布の座標系

$$ \sigma(\xi)=\mathrm{A}_{0}+\mathrm{A}_{1}\xi+\mathrm{A}_{2}\xi^{2}+\mathrm{A}_{3}\xi^{3} $$

応力拡大係数は重ね合わせの原理に基づき、式（10）で与えられる。 $ F_{0} $ は、a/h の値により、式（11）あるいは式（12）で与えられる。

$$ \mathbf{K}=\sqrt{\pi a}(\mathrm{A}_{0}\mathrm{F}_{0}) $$

$$ a/h<=0.7\ の場合 $$

$$ \mathrm{F}_{0}=0.6820\xi^{4}-1.8283\xi^{3}+3.4051\xi^{2}+0.0209\xi+1.1215 $$

$$ \begin{aligned}&a/h=>0.7 的場合 \\&F_{0}=4729.3333\xi^{5}-17919.6364\xi^{4}+27100.4530\xi^{3}-\\&20442.3042\xi^{2}+7692.5106\xi-1153.4967\\ \end{aligned} $$

(3) 破壊確率の算出：破壊確率は式（2）を用いて算出を行った。本解析においては、平均き裂長さ $ \mu=h/3 $ ，h/5，h/8 の3通りとし、各ケースにつき1,000個の初期き裂をランダムに与えて計算を行った。本解析で示す破壊は、初期き裂長さが板厚 h に等しくなった時点を表すものとする。

### 4.3 破壞確率

破壊確率を図19に示す。図19より、破壊が生じ始めるのは、h/3で3.7年後、h/5で10.7年後およびh/8で21.5年後となり、初期き裂によって破壊発生時期が異なる。また、30年後の破壊確率は、h/3で0.6、h/5で0.43およびh/8で0.16となった。

本解析においては検査による欠陥検出および補修は考慮せず、危険側に見積もりを行っているものの、検査で発見できなかったき裂は日中の熱応力の繰返しでき裂進展が生じる可能性が高いことを示している。

図 19 熱応力による破壊確率

(き裂平均長さ h/3、h/5 および h/8)
### 5. まとめ

浮き屋根上のき裂の発生原因を特定するために、実験的および数値的に検討を行った。実験的な検討として、現在、浮き屋根上に構築中の計測システムを紹介した。また、数値的な検討においては、有限要素解析を用いた決定論的な解析と確率論に基づいた非決定論的な検討結果を示した。以下にまとめを示す。

(1) 実際にき裂が生じた浮き屋根に構築中のFBG光ファイバーセンサーを用いた計測システムを紹介し、ひずみ、温度および風速の計測データの一例を示した。試験計測より、8月の浮き屋根上の表面温度は正午あたりで60℃に達し、日夜の温度差が30℃にもなることを確認した。また、浮き屋根上には500 μ strain程度のひずみ振幅が生じていることを確認した。

(2) 浮き屋根の全体的な挙動を把握するために熱応力解析を行った。スティフナリングの周りに生じる最大有効応力は高々30MPa程度であり、日中に生じる熱応力だけでは浮き屋根に損傷が生じる可能性は低いことを示した。

(3) 何らかの原因で生じた初期き裂の熱応力による破壊確率を算出した。き裂平均深さを h/3 とした場合の 30 年後の破壊確率は 0.6、h/5 で 0.43 および h/8 で 0.16 となった。破壊確率は、き裂平均長さ、および、検査によるき裂検出などに大きく影響を受けるため、本計測で得られる実測値を用いて再検討を行う予定である。

## 参考文献

1）総務省消防庁：総務省消防庁ホームページ（漏洩件数と被害）、http://www.fdma.go.jp

2）危険物保安技術協会：屋外タンク貯蔵所浮き屋根審査基準検討会報告書，pp.26-81(2005)

3）平成15年(2003年)十勝沖地震記録編集委員会：平成15年(2003年)十勝沖地震記録—危険物施設の被害状況—，pp.174(2004)

4）山田實、西晴樹、廣川幹浩、座間信作、畑山健：光ファイバーによる浮き屋根のひずみ計測結果について、平成21年度春季講演会講演会論文集、日本高圧力技術協会、(2009)

5）小林薫：時間分割多重化による FBG 光ファイバセンサを用いたモデルングシステム、とびしま技報、55 号、pp.156-161 (2008)

6）日本工業標準調査会：JIS G 3101 一般構造用圧延鋼材(2010)

7）遠藤英樹、日下卓也、坂上隆英:赤外線サーモグラフィによる配管のスクリーニング、非破壊検査協会、非破壊検査 59(2), pp. 90-95 (2010)

8)四国電力(株):燃料タンクの放散熱量低減について(浮

き屋根・シングルデッキ部保温の検討と実施)、http://www.eccj.or.jp/succase/03/c/c_20.html

9）村田雅人：構造材料の損傷と破壊、日刊工業新聞社、pp.135-144 (1995)

10)矢川元基：破壊力学、培風館、pp. 201-226 (1988)

11）例えば、神山新一、佐藤明: モンテカルロ・シミュレーション、朝倉書店、pp. 28-49 (1999)

12）例えば、荒木透、堀部進：金属疲労の力学と組織学、養賢堂、pp. 98-109 (1984)

13) American Petroleum Institute : API 579-1/ASME FFS-1 Fitness-For-Service, 2nd Edition (2007)

14）日本原子力研究開発機構: JAERI-Data/Code 2001-011、pp. 135-142 (2001)
# Study on the Possibility of the Damage on the Actual Floating Roof due to Thermal Stress

(Abstract)

Yoshihiro Hirokawa, Minoru Yamada, Nishi Haruki, Shinsaku Zama, and Ken Hatayama

(Accepted June 25, 2010)

Several cracks were found on some actual floating roof of the crude oil tank in the southern part of Japan. We assumed that one of causes is due to thermal stress during the day. In order to figure out whether the thermal stress could cause damages on the floating roof, the measurement system composing of an optimal fiber gauge was set up on the actual floating roof. In this report, some of the measurement results were shown. Furthermore, the numerical simulation and the fracture possibility estimation were also conducted and these results were also shown.
技術報告

# 植物油の蓄熱による自然発火危険性について

岩田 雄策

(平成 22 年 7 月 22 日 受理)

植物油等が染みこんだタオル等の布類が酸化発熱し、蓄熱して自然発火することにより火災に至った事例が年間で数例報告されている。本報告では、熱分析を行った実験結果から、繊維に染みこんだ植物油の自然発火危険性について解説し、類似火災予防のための情報提供を行う。

### 1. はじめに

タオル等の布類に染みこんだ植物油が酸化発熱し、蓄熱して自然発火することにより火災に至った事例が年間で数例報告されている。過去の同種の火災事例を表1にまとめた1~6)。出火原因として、植物油等が染みこんだタオル類が乾燥機中や乾燥機から取り出されて高温のまま重ねられた状態で自然発火を起こした事例が報告されている。また、植物油や植物性ワックス等を拭いた布を放置した状態から自然発火に至った事例もある。また、老人福祉施設において、リネン室にあった植物油を主成分とするマッサージオイルの染みこんだタオルが出火し、死者が発生した火災も発生している。

植物油の例として、アマニ油、大豆油及びオリーブ油などがあり、これらは塗料、食用油、マッサージオイル、一部の潤滑油や切削油に使用されている。タオル等の布類に染みこんだ植物油の自然発火という思わぬ原因で火災になり、被害が増大することもある。繊維に染みこんだこれらの植物油の自然発火危険性について、熱分析を行った実験結果を基に、発火の温度条件及びメカニズムについて解説し、類似火災予防のための情報提供を行う。

表 1 植物油等による火災事例

発生場所	発火源
マッサージ店等	マッサージオイルが染みこんだ洗濯乾燥後のタオル
クリーニング店	マッサージオイルが染みこんだタオル
工場	床用ワックスを拭き取ったタオル
老人福祉施設	マッサージオイルが染みこんだ洗濯乾燥後のタオル
学校	油絵具の画用液を拭き取った布等
飲食店	金ザルに盛った揚げ玉
一般家庭	天ぷら油が染みこんだ古着等

### 2. 熱分析実験

布類の繊維に染みこんだ植物油の発火メカニズムは、植物油の酸化によって発熱した熱が布類中で蓄熱し、その熱によって、さらに植物油の酸化が促進され、布類の発火点に至って発火するものと考えられる。そこで、2種類の熱分析装置を用いて、タオル等の繊維に染みこんだ植物油の発熱挙動を調べた。

## (1) 装置及び試料の概要

熱分析実験として、TG-DTA (熱天秤 - 示差熱分析) 及び SIT (自然発火温度測定装置) を使用した。TG-DTA は所定の昇温速度で加熱したときの試料の発熱開始温度を確認するために用いた。また、TG-DTA の結果より発熱反応の反応機構を把握し、燃焼に至る過程について調べた。図1に SIT の装置の概要図を示す。SIT は試料から外部への放熱が無い状態（断熱状態）で、試料の自然発火温度を測定する装置である。一般に酸化発熱を調べ

図１ SIT の測定部の概要
る場合には試料容器に空気を流しながら、測定を行う。試料容器の外径は14mm、長さは37mmである。SITは酸化によって上昇した試料温度とヒーター用熱電対の温度が同じとなるようにヒーターを制御し、試料容器から外部への放熱を防ぐ。SITによって試料からの発熱が外部に逃げることが無い状態（熱損失が無い状態）で、言い換えると最も発熱しやすい条件で測定が可能となり、試料量の影響の少ない状態でデータを取得できる。熱損失がある測定では、試料量が多いほど単位体積あたりの表面積が小さくなるため、放熱が少なくなり（熱損失が小さくなり）、蓄熱発火し易くなる。試料として主成分に市販の植物油を含むマッサージオイルを実験に使用した。

## (2) 実験条件

## 1 ）TG-DTA

試料量：約10mg（植物油のみをTG-DTA用試料容器に入れて測定を行った。）

异温速度：2K/min

図2 植物油を含むマッサージオイルの TG-DTA 曲線 (20-600℃)

図3 植物油を含むマッサージオイルの TG-DTA 曲線 (20-200℃)

雾困気：空気、流量 150ml/min

試料容器：白金製開放式試料容器

## 2 ）SIT

試料量：約65mg（約400mgの木綿製タオル地に65mg

の植物油を含浸させて測定した)

保持温度： $ 100^{\circ} $ C、 $ 80^{\circ} $ C、 $ 70^{\circ} $ C、 $ 60^{\circ} $ C、 $ 50^{\circ} $ C

保持時間：164時間（約7日）以內

雰囲気：空気

試料容器：石英製ガス流通試料容器セル

## (3) 実験結果

## 1 ）TG-DTA

室温から昇温速度 2K/min で 600℃ まで昇温した場合の測定結果を図 2 に示す。更に発熱開始温度と酸化の様子を正確に確認するために、同じ測定について室温から 200℃ の温度範囲を拡大して図 3 に示す。TG-DTA 曲線において横軸は試料の温度、左軸は試料の重量変化率 (%)、右軸は熱流束（μV）を示す。熱流束とは、試料から発生する単位時間あたりの熱量で、DTA では試料容器の温度上昇によって発生した熱電対の起電力を熱流束として表している。上に凸のピークが発熱ピークを表す。図 2 より 175℃ 付近までの酸化增量の後、おおよそ 3 段階で発熱分解が進み、燃焼している様子がわかる。発熱分解は 175.9℃－374.5℃－419.3℃－517.4℃ の領域に大まかに分けることができ、連続的に分解反応が進行することがわかる。すなわち、実験に供したオイルは、一度酸化により熱が蓄積され温度が上がりはじめれば、分解、燃焼まで続いて進行することが確認された。

図3のDTA曲線より、2K/minで昇温した場合の酸化による発熱開始温度は、試料による温度上昇が見られた92.0℃であった。これは、試料からの放熱が小さい状態で一定温度に保持した場合に、酸化はこの92.0℃より低い温度でも起ることを示唆している。TG曲線より175.9℃までわずかな（0.16%）增量が観測されている。これは175.9℃までオイルはまだ分解せず、酸化により增量し、焦げて茶色く変色していく過程を示している。この175.9℃の重量増加は温度領域を拡大した測定で観測された（図3）。

## 2 ）SIT

環境温度を100℃、80℃、70℃、60℃、50℃で保持したときのSITの測定結果を、図4に示す。試料が自然発火を起こさない場合、試料温度は環境温度と等しい。一方、自然発火が起こると試料温度は環境温度より上昇し300℃以上に至る。今回の測定結果では100℃、80℃、70℃、60℃の各温度で発熱を検出し、自然発火に至ったことが確認された。環境温度を50℃に保持した場合、前記測定条件の範囲内では発熱は検出されなかった。本実験条件における自然発火の限界温度は50℃と60℃の
間にあることがわかった。

## (4) 熱分析結果のまとめ

植物油を含むマッサージ用オイルを染みこませたタオルを60℃以上の温度で保持すると、酸化熱が蓄熱され自然発火を起こすことがSITにより確認された。SITの60℃保持の実験結果において空気を導入してから、発火までの時間（誘導時間）は6221分であった。SITの実験結果からタオルに残留したマッサージ用オイルが発熱した後、自然発火を起こし、火災に至る可能性が高いことが確認できた。

断熱条件下において試料からの発熱挙動に関して式(1)が成立する $ ^{7} $ 。ここで、発熱開始時は試料がほとんど消耗されていない状態なので零次反応で反応が進行するとしている。

$$ \mathrm{~c~}_{\rho}\left(\mathrm{d T}/\mathrm{d t}\right)\;=\Delta\mathrm{~H~}\cdot\mathrm{A e x p}\left(-\mathrm{E}/\left(\mathrm{R}\cdot\mathrm{T}\right)\right) $$

図4 SITによって測定された植物油を含むマッサージオイルの自然発火温度と時間の関係（グラフ中の数字は保持した環境温度）

図 5 SIT の周囲温度と誘導時間の関係

c : 比熱 (J/mol)、ρ : 比重 (g/cm³)、T : 試料温度 (K)、ΔH : 発熱量 (J/mol)、E : 活性化工ネルギー (J/mol)、A : 頻度因子 (mol/cm³/min)、R : 気体定数 (8.314J/K/mol)

(dT/dt) が一定値をとると仮定し、式（1）を積分して自然対数を取ると式（2）が得られる。SIT の誘導時間と活性化工ネルギーには式（2）の関係がある。

$$ \ln\Delta t=\mathrm{E}/\left(\mathrm{R}\cdot\mathrm{T}\right)\mathrm{~}+\ln\left(\Delta\mathrm{T}\cdot\mathrm{c}\cdot\rho/\left(\Delta\mathrm{H}\cdot\mathrm{A}\right)\right) $$

ここで、誘導時間 $ \Delta t $ （分）は、試料温度が T（K）から $ (T + \Delta T) $ （K）まで上昇するために要する時間である。 $ \Delta T $ は発熱したと見なした温度上昇幅のことで、ここでは $ 4(\mathrm{K}) $ とした。

SIT の測定結果を式（2）に代入して得られる値を図5の様に縦軸を $ \ln\left(\Delta t\right) $ 、横軸を 1/T に取ると直線が得られる。この直線の傾きは（E/R）であることから、活性化工ネルギーを求められる。結果は直線性の良い関係が得られ、植物油の活性化工ネルギーは 55.4 kJ/mol となった。例えば動物性飼料である肉骨粉の活性化工ネルギーは 170.7 kJ/mol、天かすは 96.1 kJ/mol である $ ^{8)} $ 。活性化工ネルギーが小さいほど反応が進行しやすく、すなわち、発熱し易いことから植物油の染みこんだ繊維はこれらに比較して発火しやすいことがわかった。

## (5) タオル等の布類に染みこんだ植物油に関する自然発火の危険性

SITによる自然発火温度及び誘導時間は周囲への熱損失が無い状態での測定値である。実際の発熱温度や発熱するまでの時間は、タオルに残留したオイルの種類や量、タオルの繊維の中に含浸したオイルと空気の接触面積、部分的に高温になっているタオルの温度、保管中のタオルの断熱状態（保管量、密度、放熱状況等）などの影響を受け、今回測定した結果よりも更に低い温度や短い時間で発熱する可能性も十分にある。また、植物油がタオルに単に付着した状態よりも、洗濯しても完全に植物油が除去されない場合、繊維に十分染みこんだ植物油は酸素との接触面積が増え、酸化発熱しやすい状態にあることが考えられる。

### 3. 植物油の酸化発熱のメカニズム

植物油の成分は表2にあるように数種類の脂肪酸の混合物である $ ^{9)} $ 。代表例として炭素数が18個の4つの脂肪酸の分子構造を図6に示す。脂肪酸の中には分子中に二重結合を持つものがある。二重結合を持つ脂肪酸の反応機構は図7に示すとおりである。以下図7に示す①等の反応について解説する。①「熱及び金属等の作用によ
り二重結合の隣の水素が引き抜かれてアルキルラジカル（遊離基）が発生する。]一般にラジカルは高い反応性を持つ。②「発生したラジカルが空気中の酸素と結合してパーオキサイドラジカルとなる。」この反応において酸化熱が発生する。③「次にパーオキサイドラジカルが他の脂肪酸から水素を引き抜き、新たにラジカルを形成させるのと同時に自らはハイドロパーオキサイドとなる $ ^{9,10,11)} $ 。]②と③を繰り返すことにより連鎖的にハイドロパーオキサイドが生成することになる。「連鎖的に」とは、③で発生したアルキルラジカル（R・）が酸素と反応した後、再びハイドロパーオキサイドとアルキルラジカルを生成

図6 脂肪酸の構造式

することをいう。ハイドロパーオキサイド基（ーOOH）は、二重結合の隣の炭素に形成される。④「ハイドロパーオキサイドは不安定なため、アルデヒド類やケトン類に分解して分解熱を発生させる。また、脂肪酸を酸化してエポキシ化合物を生成させ、酸化熱を発生させる⁹）。

TG-DTA 実験で図3に示すように試料の重量の増加が発熱開始付近から見られた。これは二重結合の隣の炭素に酸素が付加したことを示すものである（上記②及び③の反応）。通常、植物油を含めた液体に対する気体の溶解度は液温が高いほど小さくなる。しかし、不飽和脂肪酸を含む植物油に対する酸素の溶解度は、逆に液温が高いほど大きくなることが知られている $ ^{10} $ 。これは酸素が不飽和脂肪酸と付加物（過酸化物）を形成し、温度が高くなるほど酸素の付加する量が増えるためと考えられる。

図7 脂肪酸の酸化反応機構

表 2 主な植物油の脂肪酸組成

植物油の名称	脂肪酸組成(%)*	ヨウ素価
パルメチン酸	パルミレイン酸	ステアリン酸	オレイン酸	リノール酸	リノレン酸
16:0	16:1	18:0	18:1	18:2	18:3
アマニ油	4～9	0～1	2～5	20～35	5～20	30～58	175～
サフラワー油	4～8	0～1	1～4	8～25	60～80	0～1	140～150
大豆油	5～12	-	2～7	20～35	50～57	3～8	123～142
トウモロコシ油	7～13	-	2～5	25～45	40～60	0～3	103～130
ゴマ油	7～12	-	3～6	35～46	35～48	0～2	103～118
ナタネ油	1～4	0～1	0～2	56～62	15～24	7～11	95～127
コメ油	11～21	0～1	1～3	35～50	25～40	0～1	92～115
オリーブ油	7～15	1～3	1～3	70～85	4～12	0～1	75～94

$ ^{*} $ ）脂肪酸名称の下段は、(炭素数)：(二重結合数)。
### 4. 植物油の自然発火

## (1) 化学的要因

自然発火の化学的なメカニズムを考慮すると、植物油の組成に関して、分子内に二重結合の数が多い脂肪酸を多く含むほど、植物油は大きな酸化熱が発生することが理解できる。例えば、図6においてリノレン酸、リノール酸、オレイン酸、ステアリン酸の順で二重結合が多いため、大きな酸化発熱を生じ、酸化発熱による自然発火を起こし易い。

植物油について二重結合の数の指標としてヨウ素価が用いられる。ヨウ素価は油脂100gに対してその二重結合に付加するヨウ素の量をグラム数で表した値である。表2に植物油のヨウ素価を示した。表2にあるように脂肪酸組成とヨウ素価を基に、植物油の自然発火危険性をある程度推測できる。ヨウ素価の大きい植物油は不飽和脂肪酸の含有量が多く、酸化発熱を起こし易い。

ヨウ素価 120 以上の油は薄くのばして空気中に放置すると酸化による重合が早く、乾燥被膜を作りやすいので乾性油と呼ばれ、90～120 は半乾性油、90 以下は不乾性油と呼ばれる。ヨウ素価の大きいものが、自然発火危険性を持つ例として、アマニ油を含有した製品のしみ込んだ布類が室温下で自然発火した事例もある。

ヨウ素が大きいほど酸化発熱を起こし易いが、不乾性油であるアーモンドオイル及びホホバオイルであってもタオルに付着した場合、120℃に保持すると酸化発熱し、燃焼にまで至ることが報告されている $ ^{4)} $ 。また、銅、マンガン、鉄等の金属が植物油中に含まれていると触媒作用により酸化を促進し自然発火し易くなることが分かっているので注意する必要がある。

## (2) 物理的要因

ここまで、自然発火の化学的な面を中心に見てきたが、放熱等の物理的要因も影響している。酸化や分解によって発生した熱が、外部に放熱しにくい状態であるほど、発生した熱が蓄熱して自然発火し易い。高温のタオル等の布類を広げずに積み重ねた場合は酸化発熱の量は同じでも放熱に寄与する表面積が小さくなるため、蓄熱し易くなる。また、一般的に周囲温度が高ければ放熱量は少なくなる。夏場は気温が高くなることから、植物油のしみ込んだ布類が自然発火し易くなる。

### 5. 自然発火の予防について

植物油等がしみこんだ布類の自然発火を予防するために留意すべき点を挙げる。

1）マッサージオイル等に使用される植物油がしみこんだタオル等の布類は洗濯後、乾燥機を使用せずに自然乾燥する。または、乾燥機で乾燥後、放置せずに扇風機等を用いて冷却して布類の温度が室温程度になるまで待って収納する。

2）アマニ油等のヨウ素価が大きい植物油を多く含む製品を使用している場合は自然発火し易い（室温で自然発火する可能性もある）。植物油に銅や鉄等の金属が含まれている場合にはさらに自然発火し易い。ヨウ素価が大きい植物油がしみこんだ布等を廃棄する場合には、安全のため、他のごみと分けて、水で湿らせて金属缶に入れる等の措置が必要である。水で湿らせる理由は、自然発火する前に発生する酸化熱を水の潜熱で奪い、酸化反応を促進させないためである。

## 参考文献

1）身近な出火危険－天然油脂ワックスの自然発火及びアロマテラピーの異常燃焼メカニズム－、片桐勝治、第47回全国消防技術者会議(1999)

2）油絵具の画用液を拭き取った布から出火した火災、勝倉忠男、第48回全国消防技術者会議(2000)

3）揚げ玉の自然発火に関する調査研究、石田純他、第51回全国消防技術者会議(2003)

4）エステ用オイルの発熱の可能性について、河中慶次郎、第52回全国消防技術者会議(2004)

5）エステサロンで使用されたタオルの火災について、老沼康弘、第53回全国消防技術者会議(2005)

6）廃棄した植物油が自然発火した火災、山本祐子、第55回全国消防技術者会議(2007)

7）自然発火試験装置による熱発火限界温度の算出法ならびに数種の料品の自然発火性の検討、琴寄崇、内藤道夫、産業安全研究所研究報告 RIIS-RR-28-2(1980)

8）動物性飼料の自然発火に関する研究報告書、消防研究所研究資料第58号(2003)

9）新版 油脂製品の知識、安田耕作他、幸書房 (1993)

10）改訂増補 油脂化学の知識 第3版、幸書房(1994)

11）自然発火の原因となる油類の熱分析による発熱特性とその生成物（アクロレイン）の検出について、柴田靖史、第51回全国消防技術者会議(2003)
No.109 (2010)

# Hazards of Self-Ignition by Heat Accumulation of Vegetable Oil

(Abstract)

Yusaku Iwata

(Accepted July 22, 2010)

The textile with vegetable oil generates heat by the oxidation. The several fire cases that the generated heat accumulates and becomes the cause of fire are reported during year. This report explains the hazards of self-ignition of the vegetable oil on the basis of experiment results by thermal analysis for the purpose of giving the information to prevent similar fires by self-ignition.
研究紹介

# ユビキタスセンサーネットワークによる災害情報の収集と伝達に関する研究 —ユビキタス機能を利用した火災報知システムの試作—

細川 直史、高梨 健一

(平成 22 年 7 月 14 日 受理)

携帯電話などのユビキタス機能を利用した火災報知システムの研究開発について紹介する。このシステムの目的は、火災が発生した建物の在館者が早期避難など適切な防災行動をとれるように、現状理解（Context Awareness）を支援することである。火災警報が、IPネットワーク、携帯電話、電子メール、ブルートゥース（Bluetooth）などの無線通信を活用して伝達されるシステムを試作した。

### 1. はじめに

災害の初動対応を的確に行うためには、災害発生の事実やその内容を迅速かつ的確に把握・共有する必要があり、現場からの通報情報がきわめて重要となる。しかしながら、地震などの災害発災時に消防本部や市町村が受け取る情報は、電話などを使った音声によるものがほとんどであり、それらの取り纏めは人手に負うところが大きく、応急対応における情報共有のボトルネックになっている。他方、119番通報の発信地表示システム、市町村の震度情報ネットワーク、気象庁の降雨レーダなどのセンサーシステムは、位置情報をともなった災害情報を迅速に集約することが可能で、災害対策本部などの要員の災害対応業務の効率化には無くてはならないものになっている。

一方、平成17年～20年度の消防庁の「ユビキタス機能を応用した高機能自動火災報知設備の開発に関する検討会」 $ ^{1)} $ では無線機能の導入に関する検討が行われ、結果、ARIB（財団法人電波産業会）の標準規格（ $ ^{*} $ ）に基づく無線連動式の住宅用火災警報器が実用化されている。この検討会においては、今後の方向性として、図1に示す「火災感知器のユビキタスセンサーネットワーク化」についても提言がなされている。この提言は、地震や火災など災害時における情報収集活動の支援を目的に、火災の発生、地震動の強さ、構造物の損壊、要救助者の位置などの災害情報を、センサーとネットワークを用いて位置（緯度・経度）付きで自動収集するしくみとして紹介されている。本稿では、この検討結果などを踏まえて行っているユビキタス機能を利用した火災報知システムの研究開発について紹介する。

### 2. 本研究で取り組む課題について

自動火災報知設備は、火災で発生する熱や煙を感知器により自動的に検知し、音響装置（べル）を鳴動させて建物内に報知することにより、避難と初期消火活動を促す設備で、施設内の安全確保に無くてはならないものである。感知器からの信号は受信機に集められ、防排煙設備、消火設備、消防本部の指令台へとつながっている場合もあり、自動火災報知設備は建物内における一種のセンサーネットワークであるといえる。

一方、住宅用火災警報器の設置が、新築住宅については全国一律で平成18年6月1日より義務化されており、さらに、既存住宅については市町村条例の規定により平成23年6月1日までに順次義務化されることになっている。東京消防庁の調べによると、住宅用火災警報器の普及にともなって、奏功事例が多く報告されるようになっている $ ^{2)} $ 。

表 1 年度別住警器の設置率と奏功件数 $ ^{2)} $

年度	奏功件数（住警器の設置率）
平成17年	48件（14.7%）
平成18年	56件（19.3%）
平成19年	76件（24.3%）
平成20年	128件（33.8%）

この報告によると、住宅用火災警報器の警報音に気づいた人は、居住者が176件（51%）であるが、隣人・通行人等は144件（41%）にのぼり、この中には居住者不在時の67件が含まれている。また、居住者が就寝中に、隣人・通行人等が警報音に気づいた事例が15件含まれていた。このことから、火災警報を近隣の人に伝えることにより、119通報、初期消火や避難補助などの行動が期待できる。
概要 ① 災害時の瞬時情報収集・解析・提供システムとの連携による火災・事故、要救助、急病等の情報の早期覚知と迅速な消防災活動による被害の軽減。

② 建物内における在室者の情報による照明・空調等の家電製品のON.OFF管理による省エネ対策

図１ 火災感知器のユビキタスセンサーネットワーク化 $ ^{1)} $

平成19年1月20日（土）宝塚市内のカラオケボックスにおいて発生した火災では、3名が死亡し、5名が負傷者するという惨事となった $ ^{3)} $ 。火災が発生した建物は、カラオケボックスへの用途変更が無届けであることや、非常用警報設備などが設置されていないなど、数々の法令違反が指摘されている。この火災では、第1通報者は、カラオケを楽しんでいる最中に、停電で照明が消えカラオケ機器が止まったことで異変を覚知していることから、このような音響機器や照明器具が設置された環境では、火災警報のベル音や叫び声や逃げまどう騒音などの火災初期の現象が聞こえにくくなると考えられ、適切な音量や光量をもった非常用警報設備の各個室での設置が重要となってくる。さらに、この火災に対する119番通報は6報あったが、そのうちの1報は、出火建物内で逃げ遅れた女性からの通報であった。消防指令室では、この通報により要救助者の存在と位置を把握し、要救助者は姿勢を低くし部屋の中で救助を待ったことで生存救助につながった事例である。

火災の発生を迅速かつ的確に把握し、そのことを在館者に迅速に通知する自動火災報知設備は、火災の初期消火や避難安全を確保するために極めて重要であり、以上のことから、この仕組みをさらに効果的にするためには、以下の視点が重要になってくると考えられる。

(1) 警報の伝達範囲を広げる。

火災の発生した部屋やその建物に限らず、火災発生後に速やかな消防署への通報、初期消火、避難誘導など防災行動が期待できる近隣の人への火災警報を伝達する。

(2) 火災の覚知を的確に行う。

従来から利用されている音による方式と比較して環境による影響を受けにくい警報の伝達方式について検討を行うこと。例えば、耳や目が不自由な人にたいして検討が行われている光や振動なども重要な研究対象である。(3) 火災に関する適切な情報提供を行う。

火災が発生した事実と共に、火災の発生位置やその状況を在館者やその近隣の人に伝え、適切な防災行動につなげることが肝要である。

### 3. ユビキタス機能を利用した火災報知システムの試作

ユビキタス (Ubiquitous) とは、それが何であるかを意識させず、しかも「いつでも、どこでも、だれでも」が恩恵を受けることができるインタフェース、環境、技術のことであるが、坂村教授によると、ユビキタス・コンピューティングの本質は、1) 人の位置と属性、2) モノの位置と属性、3) 周囲の状況、という3つを把握するコンテクスト・アウェアネス (Context Awareness、状況理解) にあると説明されている $ ^{4} $ 。人が火災によって被害を受
ける可能性がある場合、火災が発生した事実、火災と自分の位置の関係、火災の種別や規模などの状況を理解することは、早期避難や初期消火などにより被害を未然に防ぐために必要なことである。したがって、火災などの災害においてのユビキタスとは、火災現場や近くに居る人が、火災の発生やその性状など自分の置かれた状況を把握することと解釈することができる。本研究では、図2のイメージで示すように、携帯電話などユビキタス機器への警報の伝達や環境情報の提供を行うことで、避難行動への明確な動機付けなど適切な防災行動を期待するものである。

本稿では、前述の(1)警報の伝達範囲を広げる、(2)火災に対する覚知を的確に行う、(3)火災に関する適切な情報提供を行うという3つの課題を解決し、ユビキタスの視点を具備した火災報知システムを実現することを目的に、インターネットや携帯電話などのユビキタス機器を利用した研究開発について紹介する。

### 3.1 インターネットを利用した環境観測システム

一つめの「警報の伝達の範囲を広げる」ことについては、現状は、非常ベルや放送設備などの音響設備で実現されているが、ユビキタス機器との親和性が良いIPネットワークを活用することによって、その到達範囲を制御した警報伝達が可能になると考えられる。しかし、新たな研究用システムを自動火災報知設備受信機インターフェース（以下I/Fと略す）に接続することは、開発コストがかかることから、スポット型の火災感知器の出力情報をIPパケット化しインターネット上のWEBサーバのデータベース（以下DBと略す）に送ることが可能な実験用の環境計測システムを試作した。

このシステムは、図3に示すように、感知器（アナログ型煙濃度または住宅用火災警報器）、温度、CO、在室者、加速度のセンサー値をIPパケット化するI/Fボックスと、これらの環境計測データを位置（緯度・経度）情報付きでDBに蓄積するWEBサーバからなる。設置方法を含む機能は以下の通りである。

(1) 各センサーを信号線で I/F ボックスとむすび、さらに、I/F ボックスを LAN ケーブルでインターネット回線に接続された DHCP 機能付きルータに接続する。

(2) 同じルータに接続した PC から、センサー値の送信先である WEB サーバの IP アドレスの指定などの初期設定を行う。

(3) WEB ブラウザで WEB サーバにアクセスし、センサーの設置位置とセンサー種別、設置場所施設管理者などの情報を、地図表示に基づいた GUI を用いて WEB サーバに登録する。

(4) I/F ボックスは、IPパケット化したセンサーデータを最小1秒の間隔でWEBサーバデータベースに登録する。住宅用火災警報器については、移報接点のon/offをデータ化してWEBサーバに送る。WEBブラウザでWEBサーバにアクセスし、センサー設置位置のリンクをクリックすることによって、その場所の煙濃度や温度などの環境計測情報や、警報の状況が閲覧可能である。

このシステムは、火災などの環境の変化を判断し警報を発信する機能が I/F ボックス側にもあるが、WEB サーバ側にも火災判断機能を持たせることが可能で、この後述べる移報システムへの警報の受け渡しにおいて、柔軟な条件設定が可能となっている。

### 3.2 火災警報の移報に関する検討

火災警報を人に伝える媒体として、音はもっとも有効な手段であるが、環境音による阻害要因もあることから、音に限らず、光、振動（皮膚の感覚に刺激となるような）などの手段が考えられる $ ^{5} $ 。そこで、前述の（1）警報の伝達範囲を広げる、（2）火災に対する覚知を的確に行うという2つの課題に対応することを目的に、携帯電話に対する警報の通知（移報）について検討した。携帯電話

携帯電話などのユビキタス機器や映像音響機器への警報伝達と情報提供

（例）小規模施設や集合住宅内での警報伝達

図２ ユビキタス機能を利用した火災報知システムのイメージ
図3 インターネットを利用した環境観測システムの構成

への警報の移報をとりあげた理由は以下の通りである。

(1) 携帯電話の契約数が1億台を超え、生活に身近な機器となっている。

(2) 携帯電話のメール機能などは、聴覚障害者をはじめとした災害時要援護者の重要な連絡手段になっている。

(3) ほぼ全ての携帯電話に備わっている音、光、振動を発する機能により、人の視覚・聴覚・触覚に訴えことが可能ある。例えば、単に電話・メールだけでなく、目覚まし時計のかわりなど様々な用途に使われている。

(4) NTT ドコモのエリアメールを始め、緊急地震速報の通知など様々な警報伝達に活用されている。

そこで、環境計測システムから通知された火災信号を火災警報通知サーバから携帯電話や携帯端末（PDA: Personal Digital Assistant）に通知（移報）する機能を図4ならびに以下に示す。

## (1) 携帯電話への電子メールによる移報機能

警報通知サーバには、携帯電話のメールアドレスとその位置、センサーを中心とした警報の伝達範囲を、WEBブラウザに表示された地図上で指定することで登録が可能である。さらに、携帯電話の位置については、携帯電話に内蔵されたFeliCa（フェリカ）機能を利用し、パソリと呼ばれる非接触型ICカードに携帯電話をかざすことで携帯電話のソフトが起動して位置を登録する機能も備えている。

## (2) 携帯端末への近距離無線による移報機能

電子メールを利用する方式は、特定の建物内や範囲で火災警報を通知する場合には、あらかじめ携帯電話の位置を警報通知サーバ側で把握する必要がある。携帯電話の位置を把握することなく火災近傍の一定領域に火災警報を伝達する方式として、建物に火災信号の電波源を設置し、電波の到達範囲内の在館者の持つ携帯電話に対して、警報を伝達する方式を検討している。本研究では、

図4 携帯電話などを利用した警報の通知（移報）
携帯電話へのメールによる報知と詳細情報の表示

Bluetooth 送信機から携帯端末への報知と詳細情報の表示

図5 携帯電話・携帯端末からのURL接続で表示された警報の詳細情報

無線による移報機能として、携帯端末に搭載が進んでいる Bluetooth の機能を利用した警報システムを試作した。火災警報通知サーバは予め位置と IP アドレスが登録された Bluetooth 送信機に警報情報を通知し、Bluetooth 警報送信機は警報の通知が可能な携帯端末を検索して、その携帯端末に対して火災の発生とその位置（緯度・経度、住所）、温度、煙濃度などを通知可能である。

### 3.3 火災に関する詳細情報の提供

火災に関する適切な情報提供を行うという3つめの課題に対応するために、携帯電話や携帯端末に通知された情報には、火災に関する詳細情報の閲覧が可能なURLが含まれ、携帯電話や携帯端末からも火災の発生位置の地図など火災の状況を確認出来るようになっている（図5）。さらに、今後の課題ではあるが、このようなURLへの接続をサーバ側で認識することで、在館者などの把握にも活用が可能と考えられる。

### 4. 課題と今後

ユビキタス機能に着目した火災報知システムについて述べてきたが、携帯電話を持っていない人がいることや警報の着信を見逃す危険性もあり、建物内の火災警報を不特定多数の在館者に的確に伝達するためには、音響設備や放送設備との併用が必要である。現在のところ、聴覚障害者などの災害時要援護者への警報伝達と情報提供がもっとも有効な活用方法と考えられる。また、メール機能で火災警報を通知する場合には、あらかじめ携帯電話の位置を警報通知サーバ側で把握する必要があるが、GPSなどの使えない屋内や地下において、携帯電話の位置を正確に把握する技術の研究は多方面で行われているが実用化していない。したがって、要救助者や消防隊の位置を正確に把握するための屋内測位技術の研究開発とその普及が望まれる $ ^{6,7,8} $ 。

一方、携帯電話を使った災害対応要員の招集システムや安否確認システムが防災の現場では不可欠となっている現状から、火災現場付近での火災警報の周知、例えば、小規模施設の職員やその近隣住民で構築した応急体制において、火災の早期覚知とともに、早期に人をあつめて初期消火や避難補助を行うための警報伝達システムとして活用することが考えられる。

## 参考文献

1）ユビキタス機能を応用した高機能自動火災報知設備の開発に関する検討会報告書（平成19年度），平成20年2月

2）住宅用火災警報器等の奏功事例の分析結果（概要），東京消防庁生活安全課，検定協会だより，pp.9-14，21年9月

3）宝塚市カラオケボックス建物火災報告書，宝塚市消防本部，平成20年1月18日

4）ユビキタスでつくる情報社会基盤，坂村健，東京大学出版会

5）高齢者等災害時要援護者に適した消防用機械器具等に関する調査検討報告書，総務省消防庁，平成20年2月.

6）細川，高梨，滝澤，“RFIDによる測位を利用した携帯電話からの通報システム”電子情報通信学会総合大会講演論文集2, B20-52, pp.656, 2009年3月

7）高梨,細川，“要救助者の探索システムに関する研究”電子情報通信学会総合大会講演論文集2，B20-51,pp.655,2009年3月

8）細川直史，滝澤修，高梨健一，羽田靖史，“携帯電話による救援要請通報のための電子タグによる測位システム”電子情報通信学会総合大会，B20-48, pp.589, 2008.3月
# A study on Gathering and Communication of Disaster Information using Ubiquitous Sensor Network

# - a development of fire alarm system using ubiquitous equipment -

(Abstract)

Masafumi Hosokawa and Ken-ichi Takanasi

(Accepted July 14, 2010)

This report introduces a development of fire alarm system using ubiquitous equipment such as cellular phone. The objective of this system is that to aid “Context Awareness” of person staying in the building that caught fire, for appropriate action such as early evacuation. We developed a system which informs fire alert and its detail to ubiquitous equipment utilizing IP network, cell-phone, text-messaging and the bluetooth wireless communication.
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

Risk evaluation method for intense mixture reaction using calorimeter

Yusaku Iwata, Lim Woo-sub and Hiroshi Koseki …… 51
The papers listed here are unavailable in this cite because their copyrights belong to other organizations. Contact us if you are interested in a paper in the list.

Articles of Staff of NRIFD Published by Outside Organizations

Contents

Risk evaluation method for intense mixture reaction using calorimeter

Yusaku Iwata, Lim Woo-sub and Hiroshi Koseki …… 51
# 消防研究所报告

通 卷 109 号

平成22年9月30日発行

禁無断転載

編集

発 行

総務省消防庁 消防大学校 消防研究センター

〒182-8508 東京都調布市深大寺東町4－35－3

電話（0422）44-8331（代表）

http://www.fri.go.jp

Email:toiawase2010@fri.go.jp

印刷 (株)三州社

〒105-0012 東京都港区芝大門1丁目1番21号
週当り平均労働時間

非銀行民間部門現金通貨保有高

(10億マルク)
非銀行民間部門要求払い預金残高

非銀行民間部門定期性預金残高
## V I - 2 初期値テストの結果

資本収支と為替レートを外生扱いにした場合の初期値テストの結果は，第VI－2表と第VI－3表に示されている。前者は，石油危機による経済環境の激動によって，モデルの説明力に差があるか否かをみるために，石油危機前後の二つの期間について分析されている。すなわち，ケース(1)は1969：I－73：IVの期間について，ケース(2)は1974：I－77：IVの期間について分析されている。平均絶対誤差率でみる限り，ケース(1)に比べてケース(2)において，国際収支ブロックの予測精度がやや低下し，物価ブロックの精度がやや上昇しているという傾向が指摘できるものの，ケース間に特にはっきりした優劣の差は認められない。第VI－3表は，1974年以降において，初期値を景気の下降局面と上昇局面とにとることによる差があるか否かを調べたものである。すなわち，ケース(3)は1974：I－75：IVの期間を，ケース(4)は1976：I－77：IVの期間を分析している。ケース(3)に比べてケース(4)において，実質支出と金融ブロックの精度はやや上るものの，国際収支ブロックの精度はやや低下している。したがって，国際収支ブロックの精度は石油危機後に落ちたというよりも，推定期間の最後の景気上昇局面でみられた諸収支の複雑な動きをフォローし切っていないから低下していると解釈できる。

資本収支と為替レートを内生にした場合の初期値テストの結果は，第VI－4表に示されている。石油危機以降について，ケース(1)は景気の下降局面（1974：I－75：IV）を，ケース(2)は上昇局面（1976：I－77IV）を分析している。ケース(1)に比べて，ケース(2)においては，実質支出と金融プロックで予測精度がやや上っているが，国際収支プロックの精度がやや低下しているのは以前の場合と同様である。ただし，為替レート（FXS，FXF）に関する限り精度はむしろ上っており，その誤差率は約2％に過ぎない。

全体として，為替レートを外生とする場合も内生とする場合も，ケース間に予測精度の大きな差は認められない。