火の三角形

火災の三角形または燃焼の三角形は、ほとんどの火災に必要な要素を理解するための単純なモデルです。^[1]

この三角形は、火が燃え上がるために必要な3つの要素、つまり熱、燃料、酸化剤（通常は酸素）を表しています。^[2]火災は、これらの要素が存在し、適切な混合物で組み合わさったときに自然に発生します。^[3]火災の三角形の要素のいずれか1つを除去することで、火災を防止または消火することができます。たとえば、火を防火ブランケットで覆うと酸素が遮断され、火を消すことができます。消防士が呼ばれる大規模な火災では、酸素の量を減らすことは通常選択肢になりません。広範囲でそれを実現する効果的な方法がないためです。^[4]

火の四面体は、火の三角形にすでに存在する 3 つの 化学連鎖反応の追加を表します。

燃焼は、火に熱を与えて継続させる化学反応です。いったん火がつくと、発熱連鎖反応によって火が維持され、火の要素の少なくとも 1 つが遮断されるまで、または遮断されない限り、火は継続します。

• 泡は火に必要な酸素を遮断するために使用される可能性がある
• 水は、燃料の温度を発火点以下に下げたり、燃料を除去または分散させたりするために使用できます。
• ハロンはフリーラジカルを除去し、火災の原因となる化学反応に直接攻撃する不活性ガスのバリアを作るために使用することができます。 ^[5]

リチウム、マグネシウム、チタンなどの金属を燃やした火災の場合^[6]（クラスD火災として知られている）、エネルギー放出を考慮することがさらに重要になります。金属は酸素よりも水と速く反応し、それによってより多くのエネルギーが放出されるため、このような火災に水をかけると、火がさらに熱くなり、爆発することさえあります。二酸化炭素消火器は、チタンなどの特定の金属には効果がありません。^[6]したがって、金属燃焼の連鎖反応を断ち切るために不活性剤（例：乾燥砂）を使用する必要があります。

同様に、四面体の 4 つの要素のうち 1 つが (完全に) 除去されると、燃焼は停止します。

酸化剤は、化学反応のもう 1 つの反応物です。ほとんどの場合、それは周囲の空気、特にその成分の 1 つである酸素 (O ₂ ) です。小さなろうそくの炎を空のグラスで覆うなど、火から空気を奪うと火を消すことができます。逆に、木の火に空気を吹き付けると (ふいごなど)、より多くの空気が導入されて火が活性化します。

フッ素ガス、過塩素酸アンモニウムなどの過塩素酸塩、三フッ化塩素などの化学物質は酸化剤として作用し、その作用は酸素自体よりも強力な場合もあります。これらの酸化剤との反応による火災は、酸化剤がなくなるまで消火が非常に困難です。つまり、火の三角形のその辺は通常の方法では破壊できません (つまり、空気を遮断しても消火できません)。

一部の爆発物など、特定のケースでは、酸化剤と可燃物は同じです (例: ニトログリセリンは、酸化可能な部分と同じ分子内に酸化部分を持つ不安定な分子です)。

反応は活性化エネルギーによって開始されます。ほとんどの場合、活性化エネルギーは熱です。いくつかの例としては、マッチの場合のような摩擦、電線の加熱、炎（火の伝播）、火花（ライターまたは始動用電気機器から）などがあります。電気、放射線、圧力など、十分な活性化エネルギーをもたらす方法は他にもたくさんあり、いずれも温度上昇につながります。ほとんどの場合、熱の発生によって反応の自立が可能になり、連鎖反応が成長します。液体が十分な蒸気を生成して自立燃焼する可燃性混合物を得る温度は、その液体の引火点と呼ばれます。

燃焼反応を止めるには、火の三角形の 3 つの要素のうちの 1 つを除去する必要があります。

十分な熱がなければ、火災は発生せず、継続もできません。熱は、火災反応に利用できる熱量を減らす物質を塗布することで除去できます。これは通常、水で、水から蒸気への相変化のために熱を吸収します。十分な量と種類の粉末またはガスを炎に投入すると、同様に火災反応に利用できる熱量が減ります。燃えている建物から残り火を削り取ると、熱源も除去されます。電気火災の場合は、電気を切ると発火源が除去されます。

燃料がなければ、火は止まります。燃料は、燃える燃料がすべて燃え尽きた場合には自然に除去できますが、機械的または化学的に手動で燃料を火から取り除くこともできます。燃料の分離は、野火の鎮圧において重要な要素であり、制御された燃焼などのほとんどの主要な戦術の基礎となっています。火が止まるのは、炎の中の燃料蒸気の濃度が低いとエネルギー放出が減少し、温度が低下するためです。燃料を除去すると、熱が減少します。

十分な酸素がなければ、火は発生せず、また燃え続けることもできません。酸素濃度が低下すると、燃焼プロセスが遅くなります。二酸化炭素消火器、防火ブランケット、または水を使用して、火に酸素を供給しないようにすることができます。

水には 2 つの異なる役割があります。固体可燃物の場合、固体燃料は熱 (通常は放射線) の影響を受けて熱分解生成物を生成します。このプロセスは、燃料が熱分解するよりも水の方が蒸発しやすいため、水を加えることで停止します。これにより、燃料表面からエネルギーが除去されて冷却され、熱分解が停止し、炎への燃料供給がなくなります。消火活動では、これを表面冷却と呼びます。

ガス相、つまり炎や煙の中では、可燃物を酸化剤から分離することができず、唯一可能な処置は冷却することです。この場合、水滴はガス相で蒸発し、それによって温度が下がり、水蒸気が追加されてガス混合物が不燃性になります。これには約 0.2 mm 未満のサイズの水滴が必要です。消火活動では、これをガス冷却または煙冷却と呼びます。

点火要因が活性化エネルギーではないケースもあります。たとえば、煙爆発は、突然の新鮮な空気の流入 (酸化剤の流入) によって発生した煙に含まれる未燃焼ガスの非常に激しい燃焼です。空気/ガス混合物が燃焼できる間隔は、空気の爆発限界によって制限されます。この間隔は非常に短い場合 (灯油) もあれば、長い場合 (アセチレン) もあります。

特定の種類の火災には水は使用できません。

• 通電中の火災 – 水は電気を伝導するため、感電の危険があります。
• 炭化水素火災 – 密度/疎水性の違いにより、火災が広がるだけです。たとえば、油源のある火災に水を追加すると、油と水は混ざらないため、油が広がります。ただし、特定の適用方法で泡/水の混合物を使用することは許容されます。
• 金属火災 – これらの火災は膨大な量のエネルギー（アルミニウムの場合最大 7.550 カロリー/kg ^{[異論あり–議論]}）を生成し、水は燃える金属と激しい化学反応を起こすこともあります（追加の酸化剤としても機能する可能性があります）。

これらの反応は十分に理解されているため、次のようなことを可能にする特定の水添加剤を作成することが可能です。

• 水よりも密度が高く、熱吸収性に優れています。
• フリーラジカルキャッチャーを火に運ぶ。
• 発泡剤を運ぶことで、液体火災の表面に水が留まり、ガスの放出を防ぐことができます。
• 燃焼物質と反応してその性質を変える特定の反応物質を運びます。

水添加剤は、通常、複数のカテゴリの火災（クラス A +クラス B、またはクラス A + クラス B + クラス F [北米ではクラス K]）に効果を発揮するように設計されており、これは、1 つの消火器でさまざまな種類の火災（または複数の異なるクラスの材料が関係する火災）に対して全体的に優れた性能と使いやすさを実現することを意味します。

山火事の文脈では、火災の三角形は、地形（数日から数キロメートルのスケール）にわたる火災の広がりと、時間（数十年から数百キロメートルのスケール）にわたる火災の再発に拡大することができます。^[7]したがって、熱は炎を点火するために重要ですが、地形は特に上り坂の燃料を予熱することによって火災の広がりを助けるために重要であり、点火源はより長い時間スケールでの再発を説明するために重要です。同様に、酸素は炎を維持するために関連していますが、天候とそれに伴う風は燃え広がる火災に酸素を供給し、天候の長期的なパターンは気候としてまとめられます。最後に、燃料とは、単一の炎で燃えるものから広がる山火事で燃える物質の範囲を説明する用語ですが、燃料は植生と呼ばれるより広い空間と時間のスケールで変化します。

最も小さなスケールである燃焼火災三角形では、個々の燃料粒子が臨界温度で一度点火され、火がエネルギーを最も近い周囲に伝達します。燃焼イベントは数秒から数日のスケールで発生し、その影響は象限スケールで監視されます。対照的に、最も大きなスケールは火災レジームの概念を表します。地球規模の気候変動は、「山火事」と「火災レジーム」の三角形に関係する多くの要因を左右します。たとえば、火災レジームに関して言えば、特定の植生タイプは、再発、強度、季節性、生物学的影響の点で特徴的な火災を支えます。植生タイプの変化は、火災レジームの変化に影響を及ぼします。

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• 消防用語集
• 消防クラス

• 消防活動と消防署活動の基本（第 5 版）。国際消防訓練協会。2008 年。