CN101824573B - 热敏材料以及使用该热敏材料的洒水喷头 - Google Patents

Abstract

由于洒水喷头的强度试验的试验温度接近用于洒水喷头的感热分解部分的焊锡合金的熔融温度，因此，要求在自动喷水器动作的高温区域具有蠕变特性，但是，不使用Pb或Cd的In基合金制作的洒水喷头，与以往的使用Pb或Cd的洒水喷头相比，达不到自动喷水器动作的高温区域的蠕变特性，有时耐久试验不合格。本发明中，作为洒水喷头的感热分解部分的热敏材料用合金，采用于约70～75℃下Sn为0.1～2.0质量％、Bi为31～37质量％、其余为In的合金，于约90～95℃下Zn为0.05～0.4质量％、Bi为43～55质量％、其余为In的合金。

Description

热敏材料以及使用该热敏材料的洒水喷头

本申请是申请日为2005年8月2日、申请号为200580048820.7、发明名称为“热敏材料以及使用该热敏材料的洒水喷头”的申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种发生火灾时进行洒水从而进行灭火的洒水喷头。

背景技术

洒水喷头，在火灾的异常高温下感热分解部分发生分解，通过打开保持在该感热分解部分的阀体，进行洒水灭火。作为用于洒水喷头的感热分解部分的热敏材料，有液体与低熔点合金。

当洒水喷头的感热分解部分使用液体时，用乙醇作热敏材料。将使用乙醇的感热分解部分称作玻璃阀型，乙醇与少量的空气一起填充在玻璃制的安瓿中。玻璃阀型，通过将安瓿设置在洒水喷头的阀体与本体之间而堵塞阀体。当发生火灾时，玻璃阀型通过安瓿内的乙醇沸腾、气化来提高内压，使安瓿破坏。然后打开由安瓿保持的阀体。该玻璃阀型虽然具有价廉、经济的优点，但是由于安瓿内的乙醇气化后用其压力来破坏安瓿，故只要安瓿的厚度、强度、内部的乙醇量、空气量等稍微不同，直到安瓿破坏的时间产生偏差，不一定在规定温度下必须作出动作，因此稳定性差。

当洒水喷头的感热分解部分上采用低熔点合金时，由于低熔点合金的熔点取决于配合组成及配合比例等，因此，用于洒水喷头的感热分解部分时，具有动作时不发生偏差的突出的特点。作为采用低熔点合金的感热分解部分，有搭接型与压缩型。

以往的搭接型，是指将两块小板状金属板用低熔点合金粘接。用搭接型时，分别在金属板端部用控制杆结合，用控制杆的一侧保持阀体的同时，控制杆的另一侧设置在洒水喷头本体上，从而支持按压阀体的力。在组装有搭接型的感热分解部分的洒水喷头中，当火灾发生时，通过火灾的热，熔化低熔点合金，金属板发生分离，控制杆脱落，从而打开阀体。由于搭接型的感热分解部分的热敏材料采用了低熔点合金，因此动作温度准确，但存在着长期使用时的可靠性欠缺的问题。即，平时洒水喷头的感热分解部分中施加有用于密闭阀体的力与用于动作时为了感热分解部分不妨碍洒水而使其弹至远方的弹性力。但是，采用搭接型时，由于将两块金属板用低熔点合金粘接，因此，因长时间的蠕变现象，粘接部分有发生剥离之虑。

在压缩型中，由于筒体内填充低熔点合金，再用柱塞按压该低熔点合金，因此，筒体与柱塞通过其他构成部件保持阀体，或结合在本体上。在组装了该压缩型感热分解部分的洒水喷头中，当发生火灾时，筒体内的低熔点合金发生熔融，柱塞沉入于筒体内，借此，感热分解部分的构成部件失去平衡而分解，阀体被打开。由于压缩型与搭接型同样，采用了低熔点合金，因此动作温度准确，而且，因低熔点合金填充在筒体内，并用柱塞将其按压，因此即使长时间对低熔点合金施加强力，低熔点合金也不发生变形等的蠕变现象。因此，近几年来，压缩型的感热分解部分成为主流。

洒水喷头采用与各种安装场所吻合的温度的低熔点合金。例如，在高层住宅或百货公司等一般建筑物中，为了尽可能迅速地动作而实施对初期火灾的灭火，故采用70～75℃的较低熔点的低熔点合金。另外，即使是一般的建筑物，但在厨房的火炉上方或供暖设备的暖风吹出口，若采用70～75℃的熔点低的低熔点合金，当洒水喷头附近升温至接近熔点时，即使没有发生火灾，洒水喷头也动作而进行洒水，或即使未达到低熔点合金的熔点以上的温度，但升温至接近熔点时，低熔点合金的机械强度变得非常弱，因此，在搭接型中两块金属板发生分离，而在压缩型中，低熔点合金软化而被压破。因此，如厨房或供暖设备的热风吹出口等温度高的地方，采用熔点为90～100℃的低熔点合金。

以往的洒水喷头中，用于感热分解部分的低熔点合金几乎都是含有Pb或Cd的合金。例如，熔点为70～75℃的低熔点合金为50Bi-12.5Cd-25Pb-12.5Sn(熔点72℃)的合金，熔点为90～100℃的低熔点合金为52Bi-32Pb-16Sn(熔点96℃)的合金。

但是，只要建筑物中不发生火灾，洒水喷头会依旧被安装在那里，因此外观变差或设计变得不合理的洒水喷头，需要用新的洒水喷头更换。旧的洒水喷头作废弃处理，但由于洒水喷头的感热分解部分的热敏材料采用了Pb或Cd，因此Pb或Cd污染地下水。若长年累月地饮用含这些Pb或Cd的地下水，则它们在人体中蓄积，有引起铅中毒或镉中毒之虑。因此，建筑业或灭火设备业希望出现由完全不含Pb或Cd的热敏材料构成的洒水喷头。

本申请提供一种洒水喷头，其特征在于，洒水喷头的感热分解部分的热敏材料中不使用Pb或Cd，用于感热分解部分的低熔点合金为选自Sn、Bi、In、Zn、Ga、Ag的两种以上金属构成的合金(特开2002-078815号公报)。

【专利文献1】特开2002-078815号公报

发明内容

在洒水喷头的感热分解部分采用的焊锡合金时，必需按照动作温度来使用低熔点合金。在用于洒水喷头的感热分解部分的Sn基焊锡合金中，降低温度的添加元素可以举出Pb、Cd、Bi、In、Zn。如上所述，由于Pb、Cd污染地下水而不能使用，因此在其余的Sn、Bi、In、Zn中，尤其是必须制造以熔融温度低的In作为基出的焊锡合金组成。但是，由于In柔软而蠕变特性差，用不使用Pb或Cd的In基合金所制成的洒水喷头的感热分解部分的热敏材料，与使用Pb或Cd的洒水器头相比，蠕变特性差，洒水喷头的耐久性比以往的使用Pb或Cd者短。特别是使用Cd的洒水喷头的感热分解部分的热敏材料一般蠕变特性都好，因此与不使用Pb或Cd的热敏材料制造的洒水喷头相比，耐久性良好。

已由总务省令对洒水喷头的技术规格作出了规定。例如，于70～75℃使用的洒水喷头在52℃、于90～100℃使用的洒水喷头在80℃的试验温度下放置30天后，施加2.5MPa的静水压5分种而进行强度试验。但是，用不使用Pb或Cd的In基合金制作的洒水喷头，与以往的使用Pb或Cd的洒水喷头相比，蠕变特性有变差的倾向。所谓蠕变，意指在一定负荷或一定应力下随时间进行的变形，将难以引起该随时间变形的称作蠕变特性。通常越硬的物质的蠕变特性越好，而柔软物质的蠕变特性有变差的倾向。

特别是，由于洒水喷头的强度试验的试验温度接近洒水喷头的感热分解部分中使用的焊锡合金的熔融温度，因此要求具有洒水喷头动作的高温区域的蠕变特性，但是，用不使用Pb或Cd的In基合金制作的洒水喷头，与以往的使用Pb或Cd的洒水喷头相比，达不到自动喷水器动作的高温度区域的蠕变特性，有时耐久试验不合格。

本发明要解决的课题是提供一种洒水喷头，该洒水喷头，即使是用不使用Pb或Cd的In基的热敏材料，自动喷水器动作的高温区域的蠕变特性也良好，具有耐久性。

本发明人等，对固相温度及峰值温度处于65～75℃及90～100℃的、不使用Pb或Cd的感热分解部分的热敏材料的缺点进行悉心探讨的结果发现，在Bi-In-Sn系合金中，某种限定组成区域的合金组成，具有约70～75℃及约90～95℃的固相温度及峰值温度，该温度区域也非常狭窄并且洒水器喷头进行动作的高温区域的蠕变特性良好，从而完成本发明。然而而且，本发明的洒水器喷头的感热分解部分的感热敏材料均不含有害成分的Cd或Pb。

本发明的洒水喷头的感热分解部分的热敏材料用合金，是在约70～75℃下熔融的热敏材料，其特征在于，由0.1～2.0质量％的Sn、31～37质量％的Bi、其余为In的合金所构成。

另外，本发明的洒水喷头的感热分解部分的热敏材料用合金，是在约90～95℃下熔融的热敏材料，其特征在于，由0.05～0.4质量％的Zn、43～55质量％的Bi、其余为In的合金所构成。

本发明的洒水喷头的感热分解部分的热敏材料用合金，不含有害成分Cd或Pb，用新的洒水喷头更换旧的洒水喷头时，即使进行填埋处理也不污染地下水。另外，本发明的洒水喷头，由于洒水喷头动作的高温区域的蠕变特性良好，因此不更换洒水喷头也可以长时间使用，是符合耐久试验的、优良的洒水喷头。

附图说明

图1为组装有压缩型的感热分解部分的洒水喷头的正面剖视图。

符号的说明

1本体

2框架

3阀体

4导流板

5感热分解部分

14筒体

15柱塞

16低熔点合金

具体实施方式

洒水喷头依赖于洒水喷头用合金的熔融温度，但平时施加有水压，因此，若蠕变特性等的机械强度弱，则不能用以安全装置。作为本发明的具有约70～75℃的固相·峰值温度的合金的Bi-In-Sn系合金中，若Sn的量低于0.1质量％，由于合金自身的机械强度低，强度试验不合格，当Sn的量大于2.0质量％时，由于Bi-In-Sn系合金的固相温度降低，合金的熔融温度接近于所使用的温度区域，合金的强度发生劣化，动作温度区域的蠕变特性降低。因此，在本发明的Bi-In-Sn系合金中，Sn含量优选为0.1～2.0质量％。另外，当Bi含量低于31质量％时，Bi-In-Sn系合金的液相温度过于提高，合金的熔融性变环，熔融试验中不合格。当Bi的量大于37质量％时，偏离了Sn-In合金的共晶点，液相温度过于上升，合金的熔融性变坏，熔融试验中不合格。因此，本发明的Bi-In-Sn系合金，优选Bi含量为31～37质量％。本发明中，通过将Sn含量调整为0.1～2.0质量％、将Bi含量调整为31～37质量％、其余调整为In，能够在70～75℃的使用温度区域中，得到具有强蠕变特性的洒水喷头用合金。更优选的是，通过调整为Sn为0.5质量％、Bi为35质量％、其余为In的合金，可以得到在使用温度区域中具有最强的蠕变特性的洒水喷头用合金。当本发明的洒水喷头用合金的基本构成成份的Sn、Bi偏离上述范围时，熔融温度区域变宽，动作稳定性受损。

其次，本发明的约90～95℃下具有固相·峰值温度的合金、即Bi-In-Zn系合金中，若Zn的量小于0.05质量％，则由于合金自身的机械强度低，因此在强度试验中不合格，当Zn的量大于0.4质量％时，由于Bi-In-Zn系合金的固相温度降低，合金的熔融温度接近于所使用的温度区域，从而降低动作温度区域的蠕变特性。因此，本发明的Bi-In-Zn系合金中，Zn含量优选为0.05～0.4质量％。另外，若本发明的Bi-In-Zn系合金的Bi含量小于43质量％，则Bi-In-Zn系合金的液相温度过于上升，合金的熔融性变差，熔融试验中不合格。另外，当Bi的量大于37质量％时，由于偏离了Sn-In合金的共晶点，液相温度过于上升，合金的熔融性变差，熔融试验中不合格。因此，本发明的Bi-In-Zn系合金，优选Bi含量为43～55质量％。在本发明中，通过采用Zn为0.05～0.4质量％、Bi为43～55质量％、其余为In的合金，可以得到具有强蠕变特性的洒水喷头用合金。更优选的是，通过采用Zn为0.2质量％、Bi为48质量％、其余为In的合金，可以得到在使用温度区域中具有最强的蠕变特性的洒水喷头。当作为本发明的洒水喷头用合金的基本构成成份的Zn、Bi偏离上述范围时，熔融温度区域变广，洒水喷头的动作稳定性受损。

另外，在本发明的Bi-In-Sn系合金及Bi-In-Zn系合金中，可以添加Cu、Sb、Ge、Ag、Au、Zn、Ni、La族等的提高强度的元素。所谓La族，又称镧族元素，是指La及Ce、Pr、Nd、Pm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu等的具有与La相似的特性的元素。这些提高强度的元素在单独添加或组合添加时，均可呈现效果。在本发明的Bi-In-Sn系合金及Bi-In-Zn系合金中，特别是当作为提高强度的元素添加Cu时，最能提高蠕变特性。但是，由于这些提高强度的元素，必需熔融在Bi-In-Sn系合金及Bi-In-Zn系合金而使用，当添加量过多时，合金的熔融温度上升。因此，优选提高强度的元素的总量为2.0质量％以下。最优选的各提高强度的元素的添加量是Cu为0.1～1.0质量％、Sb为0.2～2.0质量％、Ge为0.1～1.0质量％、Ag为0.1～0.7质量％、Au为0.1～0.6质量％、Zn为0.2～0.6质量％、Ni为0.02～0.1质量％、La族为0.01～0.1质量％，当低于上述添加量时，不能呈现提高合金强度的效果，而当超过上述添加量时，液相温度上升，导致不能在目标的温度区域动作。

实施例1

制作本发明的洒水喷头的感热分解部分的热敏材料用合金及洒水喷头。

制作表1及表2所述的洒水喷头的感热分解部分的热敏材料用合金，通过差示热分析对各合金组成测定加热曲线，利用吸热峰值的开始点、吸热峰值的最低点、吸热峰值的终止点，测定固相温度、峰值温度、液相温度。表1及表2中示出各合金的熔融温度。

表1及表2的比较例1，为专利文献1的洒水喷头的感热分解部分的热敏材料用合金。

熔融温度的测定条件如下所示。

1.差示热分析的测定

·差示热分析测定装置SII制差示扫描量热仪

·升温速度：5deg/min

·试样重量：10mg

表1

表2

实施例2

在这里，对组装有压缩型的感热分解部分的洒水喷头加以简单说明。图1是组装有压缩型的感热分解部分的洒水喷头的正面剖视图。

洒水喷头S由本体1、框架2、阀体3、导流板4、及感热分解部分5构成。

本体1，在其中央贯通设置有导水孔6，其下端为阀座7。另外，在本体1的外周上部螺接有外螺纹8，其下端形成法兰盘9。

框架2为圆筒状，其下端为内侧法兰盘10，上端与上述法兰盘9螺合。

阀体3，在其上部被覆有密封垫11，平时本体1的阀座7密封成水密状态。

导流板4为圆盘状，其周围形成多根桨叶，动作时，被连接环12吊设。导流板4设置在上述阀体3的下部。

感热分解部分5设置在框架2的下部，通过导柱13保持阀体3。

感热分解部分5由筒体14、柱塞15、低熔点合金16、支持板17、天平18、一对控制杆19、19构成。

筒体14内填充有低熔点合金16，其上载置有柱塞15。筒体14嵌合在天平18的中央孔，天平的两端结合在控制杆19、19的孔中。柱塞5的上部设置有固定螺丝20，该固定螺丝在其上部与支持板17螺合。控制杆19、19的上部弯曲，通过该弯曲部分与支持板17结合。控制杆19、19的弯曲的端部载置在上述框架2的内侧法兰盘10上，弯曲部顶端与导柱13接触。

实施例3

下面，在图1所示的洒水喷头中，分别对各合金组成测定蠕变特性(称作强度试验)、及感热分解部分的动作温度。

2.强度试验

1)将感热分解部分5安装在专用夹具上，并将标示温度低于75℃者放入设定在20℃的试验槽内、标示温度为75℃以上者放入温度设定为比最高周围温度低20℃的试验槽内。

2)采用压缩机，对感热分解部分持续240小时施加平时的13倍的荷载，测定感热分解部分的厚度的变化程度。

3.动作温度

1)将洒水喷头连接在压缩机上，施加2.5MPa的压力。

2)将连接在压缩机的洒水喷头投入到水槽中，加热水槽中的水。

3)将从水槽中的洒水喷头空气一下子漏掉时的温度作为动作温度加以测定。

本发明的洒水喷头，于约70～75℃及约90～95℃下动作，由于洒水喷头合金的低温蠕变特性优良，合格于总务省令规定的强度试验，可长期间使用，显示出在以往不含Cd或Pb的低熔点合金不具有的优良效果。

Claims (9)

1.一种洒水喷头，其具有：在中央贯通设置有导水孔且下端为阀座的本体；本体的阀座密封成水密状态的阀体；以及保持阀体的压缩型的感热分解部分，并且，前述感热分解部分中使用低熔点合金，其特征在于，

其使用由0.1质量％以上且不足1.0质量％的Sn、31～37质量％的Bi、以及余量的In的合金构成的热敏材料，且动作温度为70～75℃。

2.一种洒水喷头，其具有：在中央贯通设置有导水孔且下端为阀座的本体；本体的阀座密封成水密状态的阀体；保持阀体的压缩型的感热分解部分，并且，前述感热分解部分中使用低熔点合金，其特征在于，

其使用由0.1质量％以上且不足1.0质量％的Sn、31～37质量％的Bi、0.2～2.0质量％的Sb、以及余量的In的合金构成的热敏材料，且动作温度为70～75℃。

3.一种洒水喷头，其具有：在中央贯通设置有导水孔且下端为阀座的本体；本体的阀座密封成水密状态的阀体；保持阀体的压缩型的感热分解部分，并且，前述感热分解部分中使用低熔点合金，其特征在于，

其使用由0.1质量％以上且不足1.0质量％的Sn、31～37质量％的Bi、0.1～1.0质量％的Cu、以及余量的In的合金构成的热敏材料，且动作温度为70～75℃。

4.一种洒水喷头，其具有：在中央贯通设置有导水孔且下端为阀座的本体；本体的阀座密封成水密状态的阀体；保持阀体的压缩型的感热分解部分，并且，前述感热分解部分中使用低熔点合金，其特征在于，

其使用由0.1质量％以上且不足1.0质量％的Sn、31～37质量％的Bi、0.1～1.0质量％的Ge、以及余量的In的合金构成的热敏材料，且动作温度为70～75℃。

5.一种洒水喷头，其具有：在中央贯通设置有导水孔且下端为阀座的本体；本体的阀座密封成水密状态的阀体；保持阀体的压缩型的感热分解部分，并且，前述感热分解部分中使用低熔点合金，其特征在于，

其使用由0.1质量％以上且不足1.0质量％的Sn、31～37质量％的Bi、0.1～0.7质量％的Ag、以及余量的In的合金构成的热敏材料，且动作温度为70～75℃。

6.一种洒水喷头，其具有：在中央贯通设置有导水孔且下端为阀座的本体；本体的阀座密封成水密状态的阀体；保持阀体的压缩型的感热分解部分，并且，前述感热分解部分中使用低熔点合金，其特征在于，

其使用由0.1质量％以上且不足1.0质量％的Sn、31～37质量％的Bi、0.1～0.6质量％的Au、以及余量的In的合金构成的热敏材料，且动作温度为70～75℃。

7.一种洒水喷头，其具有：在中央贯通设置有导水孔且下端为阀座的本体；本体的阀座密封成水密状态的阀体；保持阀体的压缩型的感热分解部分，并且，前述感热分解部分中使用低熔点合金，其特征在于，

其使用由0.1质量％以上且不足1.0质量％的Sn、31～37质量％的Bi、0.2～0.6质量％的Zn、以及余量的In的合金构成的热敏材料，且动作温度为70～75℃。

8.一种洒水喷头，其具有：在中央贯通设置有导水孔且下端为阀座的本体；本体的阀座密封成水密状态的阀体；保持阀体的压缩型的感热分解部分，并且，前述感热分解部分中使用低熔点合金，其特征在于，

其使用由0.1质量％以上且不足1.0质量％的Sn、31～37质量％的Bi、0.02～0.1质量％的Ni、以及余量的In的合金构成的热敏材料，且动作温度为70～75℃。

9.一种洒水喷头，其具有：在中央贯通设置有导水孔且下端为阀座的本体；本体的阀座密封成水密状态的阀体；保持阀体的压缩型的感热分解部分，并且，前述感热分解部分中使用低熔点合金，其特征在于，

其使用由0.1质量％以上且不足1.0质量％的Sn、31～37质量％的Bi、0.01～0.1质量％的La族元素、以及余量的In的合金构成的热敏材料，且动作温度为70～75℃。