鉄道を斬る No.32
2015年7月14日
7月16日一部修正
新幹線の列車火災を小規模に留めた原因を探る
永瀬和彦
今年の6月30日に起きた東海道新幹線の列車火災は、今まで全く経験がなかった事故のためか、多様な意見が提案されている。筆者は大量のガソリンが車内に撒かれたと聞いたとき、巻き添えで亡くなられた方やそのご家族、さらには、負傷された方々のことを思うと本当に心が痛むのではあるが、被害が良くこの程度に留まったなと思った。事故の状況がある程度は明らかになった現段階で、報道等で得た情報を基に、被害が小規模に留まった原因と問題点とを論じさせて頂く。
今回の火災の特殊性
従前の列車火災は全て、車両の部材や搭載した燃料などが燃焼して起きた。ところが、今回はガソリンという揮発性の高い燃料が車内に持ち込まれて散布され、これが燃焼するという、全くの想定外の事態が起きたのである。根本的な防止策は、「大量輸送機関で意図的に行なわれる破壊的行為に如何に対処すべきか」という大きな問題に行き着くことになり、浅学の筆者に論じられる問題ではない。よって、揮発性の高い燃料が車内に散布されて発火した場合に起きる燃焼現象を論じ、大惨事となり得る可能性があったにも関わらず、被害が小規模に留まった原因について、技術的見地から私見を述べる。
ガソリン燃焼のメカニズム
ガソリンが燃焼する典型的な事象は、乗用車用エンジンのシリンダ内部で行なわれている爆発である。ガソリンが乗用車で広く使われるのは、大気中で容易に蒸発して空気と混合しやすく、適度に混合させた場合は急激に燃焼（爆発）し、しかも、排気をクリーンに保つのが容易なことにある。
ところで、ガソリンが爆発するためには、気化したガソリンと空気との混合割合を、ある一定の範囲に保つ必要がある。「液相」のガソリンが蒸発して「気相」となって、空気とが混じり合った気体を「混合気」と言い、空気との混合の割合を、通常は質量比で見た「空燃比」で表す。ガソリンが危険な爆発物である「可燃混合気」に変身したか否かを判定する指標にも「空燃比」が使われ、この値が概ね8〜15程度の範囲にあると爆発が起きる。だから、車内に撒かれたガソリンは、少なくとも火源に近い要の部分では、爆薬とも言うべき「可燃混合気」に変身するのを免れたのであろう。
報道によると、車内に持ち込まれたガソリンは7Lとされる。ガソリンの比重は約0.75程度、空気の質量は常温の平地で1m3当り約1kgであるから、持ち込まれた約7L（5kg）のガソリン全てを危険な可燃混合気に変身させるには、50kg(50 m3)程度の空気があれば充分で、新幹線1両の客室内にある空気で足りる。そして、この程度の可燃混合気でも、爆発した場合には、車体が大きく損傷する程の甚大な被害が出る。
他方、爆発を伴わずに燃料が燃焼する現象に、「拡散炎」と呼ぶ赤い炎が主体の「拡散燃焼」がある。拡散燃焼は、可燃性混合気が形成されない場合、つまり、ガソリンの蒸気と空気とが充分に混じり合あわなかった場合に起きると考えて頂いてよい。拡散燃焼は黒煙を伴う場合が多く、車内天井に付着した煤は、火災が拡散燃焼を主体に行なわれたことを物語る。ガソリンが拡散燃焼したと思われる列車火災は、国鉄時代の昭和39年に立川駅構内、昭和42年に新宿駅構内で、何れもタンク車の衝突で発生している。これらの事故では、巨大な赤い炎（拡散炎）が立ち昇ったが、消防当局と関係職員の機敏な消火活動によって、可燃混合気が形成されることによる爆発や、タンク本体が爆裂する事態は避けられた。
同じタンク車による列車火災でも、最近、米国やカナダで続発生した原油輸送タンク車の火災では、タンク本体が爆裂して巨大な火炎柱が立ち昇った事例も発生している。今回は拡散燃焼が主体の火災であったと思われるが、拡散燃焼による列車火災であっても、激しい燃焼が起きた場合には、窓ガラスが破損して火炎が噴出す「フラッシュ・オーバー」や、タンク車では本体が爆裂するケースも起きるのである。今回は、車体が破壊されるような爆発や、窓から火炎が吹き出すフラッシュ・オーバーは幸いに起きなかったのであるが、その可能性はあったと考えるべきである。
爆発やフラッシュ・オーバーは何故起きなかったのか
1両目の車内には、撒かれたガソリンを可燃混合気に変身させることが出来る充分な空気が存在したことは、先に述べた。にも関わらず爆発を免れた理由は、可燃混合気が形成されなかったことによるとも述べた。爆発が起きるためには、車内に発生した混合気の全てが可燃混合気、すなわち、爆発の可能性あるガスに変身する必要はないが、火源に近い混合気は、そのような状態にあることが絶対に必要である。そして、火種近くの要とも言うべき場の混合気が適正な混合比にあれば、たちまちに爆発的な燃焼が発生し、これによって生じた火炎は蒸発していない液相のガソリンの蒸発を促進させ、加えて、急速な火炎の伝播によりガソリン蒸気と空気との混合をも促進させて、巨大な爆発を誘発させる可能性が一挙に高まる。某社の乗用車で採用されていたガソリンの「シリンダ内直接噴射GDI」でも、この現象を一部で利用している。今回の火災では、着火源であるライター又はライターを火元として発生した拡散炎の周辺に、適正な混合比を保った混合気が存在しなかったことが幸いして、甚大な被害が発生しなかったのであろう。
話は変わるが、最近の長距離列車は車内の快適性を保つために、座席周辺の気流を微弱に保つための多様な工夫がなされている。快適な居住空間は、乗客の着衣量、室内温度及び乗客が受ける放射熱量などにより多様に異なるものの、気流は概ね0.3m/s以下の値を保つことが望ましいとされる。新幹線電車の多くも、同じように強い気流が乗客の周辺に存在しないような配慮がなされている。その結果、撒かれたガソリンと空気との混合を促進させるに足る強い気流は車内には存在せず、可燃混合気が形成されなかったのではと思う。長旅の乗客に快適な空間を提供するために、車内の気流を微弱に保つための関係者の努力が、思わぬところで減災効果を発揮したことになる。
日本の列車火災対策のバイブルとも言うべき、国鉄の「列車火災対策委員会報告書」及びこれに関連する資料を紐解くと、車内内装は木材、イスは難燃処理がなされていない素材を使った旧型客車を、締め切った状態で座席に火を放っても、火災を発生させることは出来なかった旨が記載されている。今回の火災で火元に強い気流が存在し、充分な空気が供給されていれば、爆発の可能性は高まり、爆発を免れたとしても、ガソリンは激しく燃え、難燃性の座席も燃え上がったであろうことは、過去に起きた上越線のアルカディア号火災や石勝線列車火災の例から見て、疑いがない。上越線の列車火災では、エンジンブレーキの作動によって火元の消音器に多量の空気が供給されて煙突がメルトダウンし、石勝線火災で火元と推定された床下の発火部位は外気に晒される場所に位置していた。
今後の課題
以上のような状況を思えば、新幹線の安全性を向上させるためと称して、一部の関係者が唱えている「火災発生時に煙の排出を促進させるために、換気装置を強化させるべき」などの意見は、列車火災を拡大させる危険性があるのではないか。今回の火災では、難燃性の素材で作られた座席や床材が多量の煙や有害なガスを発生させたと見られる。車内て使われる素材についての発煙性及び有毒性を評価する必要性は、北陸トンネル列車火災の前から再三にわたり、議論されててきたが、未だに実現していない。急ぐべきは、この対策であろうと思う。