フラッシュオーバー

フラッシュオーバーとは

フラッシュオーバー （ flashover ）とは、爆発的に延焼する 火災現象のことです。
室内で火災による熱で可燃物が熱分解し、引火性のガスが発生して室内に充満した場合や天井の内装などに使われている可燃性素材が輻射熱などによって一気に発火した場合に生じる現象。

近年のフラッシュオーバー

今日の住宅のほとんどが住宅用警報器を備えています。
警報器は、より早く避難できるよう、火災の初期段階の住民に早期警告を与えてくれます。多くの場合、フラッシュオーバーが発生する前に、消防署へ通報があります。このことにより、フラッシュオーバーの発生直前に消防士が現場到着することから、現場活動中フラッシュオーバーに見舞われることが多くなりました。

最近の家の家具は、一世代前の家よりも多くのプラスチックが含まれています。天然繊維と木製家具、木製の床に座っていた古い家では非常に一般的でした。しかし、今の家庭では、プラスチック製の家具、処理されたファイバーボード、様々な合成物のカーペットの上で生活しており、火災の際に引火性のガスが多く発生してしまいます。

フラッシュオーバーの危険性

現在の防火衣は昔と比べると大きく進歩しましたが、それでもフラッシュオーバー条件に耐えるように設計されていません。フラッシュオーバーが発生した場合、1,000℃を超える高温の環境が一気に広範囲に広がります。
防火衣は1,000°以上の温度にさらされるとすぐに破損し消防士を受傷させてしまいます。

フラッシュオーバー発生の要因

フラッシュオーバーを防ぐ方法を理解するには、まずフラッシュオーバーとは何かを理解する必要があります。NFPA(全米防火協会)は、フラッシュオーバーを「熱放射にさらされた表面が同時に発火温度に達し、火災が空間全体に急速に広がり、部屋全体及びその他の区画が完全に関与するコンパートメント火災の発生における移行段階」と定義しています。

フラッシュオーバーに関係する要因を次に記載します。

• 火災発生の場所
• 区画のサイズ
• 区画の形状、面積、容積
• 熱増加と熱損失
• 収容物と床壁面の材料など
• 火災発生時の周囲温度
• ドア、窓、開口部の位置と高さ
• 火災成長率

フラッシュオーバーを説明するための定義や方法はいくつかありますが、最も重要なのは、完全に発達した火災の迅速な移行です。

屋内で燃えるソファや布張りの椅子などの燃料物は、いくつかの段階を経て進行します。初期の段階では、火災は少量の燃料しか関係せず、火災が成長段階に移行するにつれて、より多くの燃料が関係し、燃焼反応の速度が向上します。最終的に収容物全体が関与し、火は最盛期に発達します。燃料が消費されると、火は減退し始めます。この過程を通して、火災発生は燃料制御されます。火災の発生速度と放出されるエネルギーは、燃料の特性と構成に依存します。燃焼は屋内で行われているため、火災が4つの段階のそれぞれを通過するにつれて、燃焼をサポートするのに十分な酸素が必要となります。

熱エネルギーは、特定の質量の燃料が完全に燃焼したときに放出されるエネルギーです。物体が燃焼するときに放出されるエネルギーは、燃焼熱と燃焼した燃料の量(質量)に比例します。燃焼熱はジュール(J)で測定されます。熱発生率(HRR)は、単位時間あたりに放出されるエネルギー量です。

火が密閉されていないとき、燃えている燃料によって生成された熱の多くは、放射と対流によって外に逃げます。火災の発生は、区画内の特性の影響を受けます。部屋内の材料、壁、天井、床は、火災によって放出されるエネルギーの一部を吸収します。エネルギーの一部は吸収されませんが、燃焼燃料に放射され、燃焼過程を継続して加速させます。

火によって加熱された熱い煙と空気は、浮力により上昇し天井や壁などより冷たい材料と接触すると、熱はより冷たい材料に伝達され、それらの温度を上昇させます。この熱伝達は、区画内のすべての材料の温度を上昇させます。燃料が加熱されると、熱分解し始めます。最終的に、熱分解の速度は、燃えるような燃焼をサポートできるポイントに達し、火災は他の燃料にまで及ぶ可能性があります。
そして、区画内全ての壁や収容物が温度上昇し、発生した可燃性ガスが爆発現象を起こします。

参考ページ：フラッシュオーバーが起こると、部屋全体が炎に包まれ、温度は1100度華氏以上になります。この環境では、完全な防護具を装着した消防士でも数秒しか生存できません。ここではフラッシュオーバーの理解と対策の詳細を記載します

フラッシュオーバーの前兆

・屋内が500℃以上に達し、強い熱気
・大量の濃い煙
・室内にゴースティング（炎が酸素を求めてゆらゆらとゆらめいている現象）が発生
・煙の中に炎が見え、床付近まで煙が急降下するロールオーバー現象が見られる
※ロールオーバーはアメリカでは「火の舌」や「天使の指」と表現され恐れられています。

その他に、フラッシュオーバーはコンパートメントを通って横方向に移動する急速な火炎延長がおき、外部窓が激しく破損するなどがあります。

多くの目撃者は火災が「爆発した」と証言しています。

フラッシュオーバーの前兆である警告サインを覚えてください。

抑制方法

フラッシュオーバーを抑制させる戦術があります。

その戦術は、ドアコントロールし酸素を遮断することです。フラッシュオーバー前の状態が発生している部屋のドアを閉めることによって、空気は容易に入ることができません。これは、フラッシュオーバーを遅らせる、部屋の燃焼率を低下させることができます。ドアコントロールで開口部を閉めることで、近くの他の部屋をより長い時間安全に検索できるように、差し迫ったフラッシュオーバーを抑制しています。

参考ページ：消防士として、建物火災時にドアや窓、その他アクセスポイントを管理するのは、火災環境で安全かつ効果的に活動するために必要な項目の1つです。ここではドアコントロールの詳細を記載します

NFPA(全米防火協会)の研究によりフラッシュオーバーと火災を分析すると、火災が部屋全体に広がっているからといって、必ずしも部屋がフラッシュオーバーしたことを意味するわけではないことがわかります。報告によると、換気と換気制御はフラッシュオーバーが発生するかどうかの最も重要な要因の1つであり、フラッシュオーバーを遅らせるための１つの方法として換気を説明しています。

フラッシュオーバーを抑制する最終的な方法は、水で空間冷却することです。高熱層に水の流れを向け、ガスを冷却します。この室内温度の低下は、室内のフラッシュオーバーのプロセスを遅くすることができます。

部屋を冷しても状況が悪化した場合は、状況を再評価してください。

ただ、放水時の空気の流入や、水蒸気の発生には注意が必要です。
これらを回避するために屋内進入する際は、トランディショナルアタックで空間冷却をすることがおすすめです。

参考ページ：トランジショナルアタックは、火災の外部から水を浴びせて初期の火勢を抑え、その後、建物内部への進入をより安全に行う戦術です。ここでは詳細を記載します

フラッシュオーバーを生きたまま脱出する可能性は低く、怪我をせずにフラッシュオーバーから脱出することはほぼ不可能です。警告サインを知ることは命を守る大きな鍵になり、すぐに脱出するための合図です。この複数の警告サインは、フラッシュオーバー発生まで時間にして平均7〜10秒程度です。つまり、最良の行動は、警告サインに反応して１０秒以内に安全区間に到達することです。１０秒という時間は、屋内進入中の消防士で平均２ｍ移動できる距離です。

完全なPPEが必須ですが、必ずしも命を守れるとは限りません。フラッシュオーバー中の室内温度は、PPEの限界を超えます。ドア、窓、隣接する部屋など、脱出ポイントまたは避難エリアを常に検討するようにしてください。

煙の色

煙の色も考慮される場合が多いが、煙の色とフラッシュオーバーの危険性との間には関係がありません。近年まで黒い濃い煙は特に危険であると考えられていましたが、過去の火災が信頼できない指標であることを示しています。例えば、1975年にロンドンのゴムマットレス工場で白い煙を発生させる火災がありフラッシュオーバーにより、消防士数人が殉職しました。

※すべての火災がフラッシュオーバーに進行するわけではありませんが、すべての火災にフラッシュオーバーの可能性があります。

参考ページ：フローパスは、外部から建物内へ酸素を供給する空気の流れの経路と、建物から火、煙、または熱が外へ抜ける経路を指します。ここではフローパスの詳細を記載します

フラッシュオーバーとバックドラフトの違い

フラッシュオーバーとバックドラフトは、火災時に起こる危険な現象ですが、それぞれ異なる状況で発生します。

フラッシュオーバーは、火災の温度が非常に高くなり、部屋全体が一瞬で燃え広がる現象です。部屋の中の可燃物が一斉に発火し、瞬時に炎が広がります。この現象は、火災が進行する中で発生し、非常に高温で危険です。

バックドラフトは、火災が酸素不足で一時的に鎮火した後、急に酸素が供給されることで発生する爆発的な現象です。例えば、火災が閉ざされた空間で発生し、その後ドアや窓が開かれた際に、急激に酸素が流入して爆発が起こります。これも非常に危険で、火災現場での注意が必要です。

簡単に言うと、フラッシュオーバーは火災が進行して部屋全体が一気に燃え広がる現象、バックドラフトは酸素が急に供給されることで爆発が起こる現象です。

参考ページ：バックドラフトとは火災により室内の酸素が欠乏した状態で、ドアを開けたり、窓を割ったりすると、大量の酸素が一気に流れ込み、爆発的な炎を生じる現象です。ここではバックドラフトの詳細を記載します

フラッシュオーバーの詳細メカニズム

フラッシュオーバーは火災の成長段階で、室内のエネルギーバランスが急激に崩れ、可燃物が同時多発的に発火する現象です。この現象の発生は、熱放射の連鎖反応によって引き起こされます。具体的には、以下の要因が絡み合い進行します。

1. 熱放射フィードバック
   火災が進行する中で、天井や壁に蓄積された熱が輻射熱として室内に戻されます。この熱放射が室内の物質や可燃性ガスの温度をさらに上昇させ、臨界点に達します。
2. 可燃性ガスの蓄積
   ソファやプラスチック製家具などの可燃物が熱分解を起こし、プロパン、メタン、エチレンなどの引火性ガスを発生させます。このガスが一定濃度を超えた際、爆発的な燃焼が起こります。
3. 浮力と煙層の形成
   加熱された煙と空気は浮力によって上昇し、天井に煙層を形成します。この煙層が壁や天井を加熱し、最終的に室内全体が均一な温度に近づきます。

フラッシュオーバーと熱発生率（HRR）

熱発生率（Heat Release Rate, HRR）は、フラッシュオーバー発生を予測する重要な指標です。HRRは以下のように定義されます。

計算式:
HRR = 燃料の燃焼速度（ṁ_fuel） × 燃焼熱（ΔH_c）

• ṁ_fuel: 燃料の燃焼速度（kg/s）
• ΔH_c: 燃焼熱（kJ/g）

フラッシュオーバー発生の目安となるHRRは、一般的に500～1000 kW以上とされています。この数値を超えると、室内の熱負荷が限界を迎え、急速な熱連鎖反応が起こります。

コンパートメント火災の影響因子

フラッシュオーバーの発生には、以下の建築的要因が強く影響します。

1. 区画の容積と形状
   小さい部屋ほど、熱エネルギーが効率的に蓄積されやすく、フラッシュオーバーの発生リスクが高まります。
2. 開口部の位置とサイズ
   ドアや窓の位置と大きさは酸素供給に直接影響し、燃焼制御において重要な役割を果たします。開口部が大きい場合、フラッシュオーバーが遅れる傾向があります。
3. 室内の仕上げ材
   合成素材（プラスチック、ナイロン、処理された木材）は天然素材に比べて燃焼速度が速く、より多くの熱と引火性ガスを生成します。

フローパス（Flow Path）の役割

火災が進行する中で、フローパス（熱、煙、酸素の流れの経路）がフラッシュオーバー発生のトリガーとなることがあります。フローパスを制御することで、フラッシュオーバーを遅らせることが可能です。

• 正圧ゾーン（火源付近）: 熱と煙が外部に放出される領域。
• 負圧ゾーン（外部開口部）: 酸素が流入する領域。

フローパスが効率的に酸素を供給する場合、燃焼速度が加速し、フラッシュオーバーが発生しやすくなります。一方、フローパスを遮断する（ドアコントロール）ことで、燃焼を遅らせる効果が期待できます。

フラッシュオーバーの特異現象

1. ロールオーバー（Roll Over）
   煙層内で可燃性ガスが部分的に燃焼し、炎が天井付近を「舌」のように伸びる現象。これはフラッシュオーバー直前の兆候とされています。
2. ゴースティング（Ghosting）
   炎が酸素を求めて漂うような動きを見せる現象。この動きが見られた場合、室内酸素が限界に近い状態です。

高度な対策と戦術

1. HRR測定とリアルタイムモニタリング
   火災現場でHRRをリアルタイムでモニタリングすることで、フラッシュオーバーの発生を予測できます。
2. 高度な水噴射戦術
   ミスト状の水を煙層に向けて噴射することで、煙の温度と可燃性ガス濃度を同時に低下させます。これは「粒径制御冷却」とも呼ばれる戦術です。
3. 人工知能（AI）による火災進行予測
   AIを活用して火災進行をシミュレーションし、フラッシュオーバーの発生ポイントを予測する研究が進んでいます。

研究最前線

近年、フラッシュオーバーに関する研究は、燃焼化学、建築材料の特性、熱流体シミュレーションなど、多岐にわたる分野で進化しています。特に、スマートビルディング技術と連携した早期警告システムは、フラッシュオーバーのリスク軽減に期待されています。