JP2004514511A - 火災鎮圧用不活性ガスジェネレータ - Google Patents

Abstract

【課題】不活性ガスを短時間に多量生産できるジェネレータを提供する。
【解決手段】ガスジェネレータは始動モータ１２、圧縮機、燃焼器２０及びタービン１８を備えるガスタービン装置と、ガスタービン装置に連結され、１次燃焼されたガスを再燃焼させ、火炎安定器２６を備える後方燃焼器２４と、後方燃焼器２４で燃焼されたガスを冷却させるためのスプレーノズル３４を備えた冷却チャンバ３０と、冷却チャンバ３０及びスプレーノズル３４で冷却されたガスをさらに冷却させるための気化器４２と、気化器４２で冷却され低い酸素濃度を有する不活性ガスを吐出させるための排気ノズル５２と、始動モータ１２、前記燃料ポンプ２２、燃焼器２０を制御するためのコントローラ５４により構成される。そのジェネレータは車輪に搭載され多様な地域で発生される火災を迅速に鎮圧することができる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は火災鎮圧装置に関するものであり、より詳細には火災を鎮圧するために酸素濃度が相当に低い不活性ガスを短時間に多量を生産し、火災を鎮圧することができる火災鎮圧用ガスジェネレータ及びガス発生装置を搭載した火災鎮圧用車輛に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、火災発生時にこれを鎮圧するためには主に、消防水が利用され、又は二酸化炭素、窒素、ハロン（Ｈａｌｏｎ）１３０１ガス、イナーゼン（ｉｎｅｒｇｅｎ）ガスのような不活性ガスが使用されている。勿論、このうちで消防水は全ての消火剤のうち、最も確実に火災を鎮圧することができ、また消火効果も相当に高いと見なされている。ここで、消火効果とは火災を鎮圧するときに期待することができる冷却効果及び窒息効果を意味する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、消防水を消火剤として使用する場合、火災地域の表面全てを消防水で覆わなければならないために、火災鎮圧時間が長くなり、また大型火災の場合、多量の水を密集した地域に輸送しなければならないという困難点があり、多くの量の水が使用されるので非経済的な短所がある。
【０００４】
一方、消防水を除外した二酸化炭素消火器、窒素消火器、Ｈａｌｏｎ１３０１、消火袋などは一時的に火災を鎮圧することができるが、これらの製造費用が高いので、主に火災発生初期に火災を鎮圧するに重点を置いている。それだから、消防水を除外した大部分の既存消火剤は大型火災鎮圧には不適であることが知られている。
【０００５】
また、大型構造物などに発生した火災を鎮火するための消火装置として、スプリンクラシステムが広く使用されている。このような、スプリンクラシステムは、動作流体に圧力を加えるための油圧ポンプ、油圧ポンプに連結され火災発生時に、警報を動作させるためのアラムバルブ、アラムバルブに連結され加圧された流体を外部へ噴射させるための噴射ノズル及びスプリンクラヘッドを含む。ここで、スプリンクラヘッドには火災により室内の温度が設定値以上に上昇するとき、溶融される可溶性リンクと噴射ノズル通じて外部へ噴射される圧力流体を所定の角度に噴射させるためのデフレクタ（ｄｅｐｌｅｃｔｏｒ）が形成されている。
【０００６】
このような消火装置は、火災発生時に油圧バルブを通過した所定の圧力流体を火災場所に噴射して火災を鎮圧するように構成され、このような火災鎮圧のために多量の消防水が必要であるという点と消防水供給に多くの時間がかかり、火災鎮圧に多くの時間が所要されるという問題がある。また、実際には、大部分の火災発生時に、初期鎮圧が相当に重要であるので、消火装備の初期鎮圧能力に対する多様な提案が公知となっている。
【０００７】
例えば、米国特許第４，１１３，０１９号にジェットエンジンを利用した消防用不活性ガスジェネレータが開示されている。この特許のジェネレータによると、後方燃焼室の出口にディフューザー（Ｄｉｆｆｕｓｅｒ）が設けられており、その後方燃焼室とディフューザーとの間には減圧室が設けられている。また、減圧室には外部から窒素のような圧縮された不活性ガスが流入されることができるようにマニホルドが形成されている。従って、減圧室に流入された圧縮不活性ガスは減圧され火災場所に噴出され、ディフューザーは排出されるガスにフレオンを供給する方式に火災に対する鎮圧効率を向上させるように構成されている。
【０００８】
しかし、その特許第４，１１３，０１９号は、火災鎮圧のための消火剤としての不活性ガスを生産することではなく、予め他の経路を通じて生成された不活性ガスを後方燃焼室とディフューザー間に誘導し、ガスタービンから排出される多くの量のガス運動エネルギーを利用して単純に噴出するための装置として、窒素及びフレオンガスを不活性ガスに使用するので、費用がかさむだけではなく、環境に有害な影響を及ぼす短所がある。
【０００９】
そして、国際特許公開ＷＯ−９３１８８２３号には火災鎮圧用ターボジェットガスタービンが開示されており、そのターボジェットガスタービンはノズルの後方に水を噴射し、排気ガスの温度を低下させると同時にターボジェットガスタービン出口で発生する強力なモーメンタム（ｍｏｍｅｎｔｕｍ）を利用して水を火災地域に噴射するように構成されている。このような、火災鎮圧用ターボジェットガスタービンは、主に、油井地域のような特殊地域での火災発生時に利用されているが、火災の根源地を物理的な方法により大気中の酸素流入を一時的に遮断し鎮圧する方式を取り、かつ、過度な量の水を消費するという短所がある。
【００１０】
また、ロシア特許ＳＵ−１７２４２７５号には圧縮機を使用し高圧、高温エネルギーを有した空気を発生させ、この高温高圧空気にパウダー又は一種の不活性ガスを投入して空港などのような特殊地域の火災を鎮圧するための装置が開示されている。しかし、圧縮機を駆動するために別途の電源が必要であり、これにより長時間駆動が困難であり、また不活性ガスを大量に発生することが困難であるという短所がある。
【００１１】
また、中国特許第ＣＮ−１１１０１８４号にはガスタービン駆動型ジェネレータが開示されており、このジェネレータは給水ポンプを動作させ多量の水を火災地域に送出して火災を鎮圧する方式を取っており、これは一般的な消防車による消火概念に近接するので、前述したような根本的な問題点を内包している。
【００１２】
ドイツ特許ＤＥ−１９６２５５５９号には機械室又は小さい規模のビルなどのように狭小な空間で発生する火災を鎮圧するための小型のガスタービンを使用する火災鎮圧装備が開示されている。この火災鎮圧装備は空気中の酸素と窒素を反応させ、窒素と水を作って火災地域に投入する方式により火災を鎮圧している。これは、反応物質に二酸化炭素及び他の有害物質が含まれていないので、環境に適するという長所がある。しかし、この火災鎮圧装置は工程が複雑であり、大量の窒素ガスと水を生産することが困難であるので、大型火災を鎮圧することが困難であるという問題点を有している。
【００１３】
本発明の目的は、ターボジェットガスタービンを使用し火災を鎮圧するための火災鎮圧用不活性ガスジェネレータを提供することにある。
【００１４】
本発明の他の目的は、ターボジェットガスタービンを使用し大気中の空気を吸入した後、これを燃焼作用を通じて酸素量が顕著に減少され、低温の不活性ガスを短時間に大量に生産することができる火災鎮圧用不活性ガスジェネレータを提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するための本発明は、初期駆動のための始動モータと、始動モータに動作的に連結され、空気を吸入し圧縮するための圧縮機と、燃料供給のための燃料ポンプと連結され、圧縮機で圧縮された空気の一部を燃焼させる燃焼器と、燃焼器の後方に設けられ、膨張過程を通じて動力を発生させるためのタービンを備えるガスタービン装置と、ガスタービン装置のタービン後方に連結されて設けられ、圧縮機で抽出された一部空気の供給を受けるために圧縮空気放出バルブにより圧縮機に連結され、タービンから供給された１次燃焼されたガスを再燃焼させ、それにより発生する火炎を安定化させるための火炎安定器を備える後方燃焼器と、後方燃焼器で燃焼されたガスを冷却させるために後方燃焼器に連通設けられ、燃焼されたガスに冷却水を撒布するためのスプレーノズルを備える冷却チャンバと、冷却チャンバ及びスプレーノズルで冷却されたガスをさらに冷却させるために冷却チャンバ後方に設けられる気化器と、前記気化器で冷却され酸素の濃度が下降した不活性ガスを火災地域に吐出させるための排気ノズルと始動モータ、また、燃料ポンプ、燃焼器を制御するためのコントローラにより達成されることができる。
【００１６】
火災鎮圧用不活性ガスジェネレータによると、ガスタービンが起動される際に、初期にはタービンが生産する動力が圧縮機所要動力及び燃料ポンプ駆動のための動力を満足するほど十分な動力を生産しないので、自家駆動回転数（速度）前まで外部から動力が供給される始動モータを含む。そのモータはガスタービンエンジンが自家駆動回転速度に至ると、自動的に分離される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の望ましい実施形態をより詳細に説明する。
【００１８】
図１に示したように、本発明の一つの実施形態によるガスジェネレータはガスタービン装置１０を含む。ガスタービン装置１０は初期にそのガスタービン装置１０の初期駆動のための始動モータ１２を備えることが望ましい。始動モータ１２はガスタービン装置１０の初期動作時に圧縮機１４が要求する動力供給又はそのガスタービン装置１０に連係された補助装置を駆動する十分な動力を発生させ、また一定回数以上に上昇させる役割を有する。勿論、ガスタービン装置１０が自家駆動能力を有すると、始動モータ１２はそれから分離されるように構成される。
【００１９】
始動モータ１２には、圧縮機１４が作動的に連結され吸入される空気を圧縮する。圧縮機１４は軸流式又は遠心式全て使用可能である。圧縮機１４にはその圧縮機内に空気を効果的に案内し流入させるために、ベルマウスと称する空気吸入装置１６が設けられることが望ましい。この空気吸入装置１６は圧縮機１４での圧力損失が最小化されるように構成されることが望ましい。圧縮機１４にはその圧縮機は勿論、周辺の補助装置を動作させるためのタービン１８が作動的に連結される。
【００２０】
圧縮機１４とタービン１８との間には燃焼器２０が設けられる。この燃焼器２０は圧縮機で圧縮された後、タービン本体１８へ流入される空気うちの一部を燃焼させる役割を有する。勿論、その燃焼器２０には燃焼器に燃料を供給するための燃料ポンプ２２が連通される。
【００２１】
また、タービン１８には上述された燃焼器２０による燃焼後にも、ガス内に残留した酸素濃度を低下させるための後方燃焼器２４が作動的に設けられる。後方燃焼器２４は燃焼器から発生される火炎を安定化させるために、タービン１８の後方に一体的に連通設けられる火炎安定器（ｆｌａｍｅ　ｓｔａｂｉｌｉｚｅｒ）２６を含む。その後方燃焼器２４には、燃料を供給するために燃料ポンプ２２が連結される。特に、火炎安定器２６の外部には冷却チャンバ３０が一体的に形成され、その冷却チャンバ３０は火炎安定器２６を完全に包囲し、その火炎安定器２６以後に発生する火炎による熱が外部に伝達されることを冷却させる役割を有する。また、後方燃焼器２４は圧縮機１４で圧縮された圧縮空気の一部が後方燃焼器２４直後に供給されることができるように圧縮空気放出バルブ３２を通じて圧縮機１４に連結される。
【００２２】
特に、冷却チャンバ３０の後方又は後述される気化器４２の前方には燃焼により温度が上昇したガスを冷却させるための冷却水を撒布するための複数のスプレーノズル３４が設けられる。そのスプレーノズル３４にはそのノズルに冷却水を供給したり、その冷却水の供給量を調節するための給水ポンプ３６、水タンク３８、給水バルブ４０などが順次に連結されることが望ましい。また、スプレーノズル３４は冷却チャンバ３０の内部壁に設けられた環形チューブから分岐され設けられ、ガスの方向と直角に、しかし、半径方向と傾斜するように配列される。
【００２３】
冷却チャンバ３０の後方には、そのスプレーノズル３４により冷却されたガスの温度をさらに低下させるための気化器４２が一体的に設けられる。その気化器４２にはガスの冷却に使用された冷却水の一部を排出させるためのドレーンバルブ４４が設けられる。
【００２４】
気化器４２は図２に詳細に示したように、複数の円筒管４６が一定間隔に相互離隔され隔層式に構成されることが望ましい。これにより、各々の円筒管４６間にはガス通路が形成されるものである。特に、各々の円筒管４６には、その長さ方法に沿って相互交代に離隔され形成される凹部４８と凸部５０が形成される。このように、各々の円筒管４６に凹部４８及び凸部５０が形成されると、熱交換面積及びその熱交換性能が向上されるものである。即ち、気化器４２の短い距離内でガスの平均温度が例えば、１００℃乃至１５０℃に至るように設計されることが望ましい。
【００２５】
気化器４２の後方には、気化器４２で気化された不活性ガスを外部へ吐出させるための排気ノズル５２が設けられる。その排気ノズル５２はそれから吐出される不活性ガスの吐出距離を調節するために収縮及び膨張が可能である望遠鏡式に形成されることが望ましい。
【００２６】
一方、本発明による不活性ガスジェネレータはそれを自動に制御するためのコントローラ５４を含む。そのコントローラ５４は始動モータ１２に連結されそれの動作を制御し、燃料ポンプ２２に連結され燃料供給量及び燃焼器２０の動作を制御し、また、後方燃焼器２４に連結されその後方燃焼器２４の燃焼作用を制御するように構成される。
【００２７】
一方、図３に示したように、本発明による不活性ガスジェネレータは、それの機動性を向上させるためにトラックのような車輪に適合に搭載されることができる。即ち、ガスタービン装置１０、後方燃焼器２４、気化器４２、排気ノズル５２などにより構成される不活性ガスジェネレータが例えば、５トン以上のトラックに搭載される。選択的に、不活性ガスジェネレータは前後に回動可能であり、左右に回転可能であるように動作されるクレーン５６により車輪に設けられる。また、不活性ガスジェネレータのガスの噴射角度を調節するために油圧シリンダー５８が設けられることが望ましい。その車輪には前述したように、所定の容量を有する水タンク３８が設けられ、その水タンク３８にはスプレーノズル３４に冷却水を供給するための給水ポンプ３６が設けられている。また、車輪には燃焼器２０及び後方燃焼器２４に燃料を供給するための燃料タンク２２が設けられる。また、車輪には、排気ノズル５２の長さを調節するために収縮及び膨張が可能であるブーム組立体６０が設けられる。
【００２８】
以下、本発明による火災鎮圧用不活性ガスジェネレータの動作方式及びその作用モードについて詳細に説明する。
【００２９】
例えば、火災が発生し、これを鎮圧するために作業者がコントローラ５４を利用し、ガスタービン装置１０のタービン１８が圧縮機１４及び周辺の他の補助装置を正常的に駆動させるために十分な動力を発生させることができるように始動モータ１２を動作させる。以後、タービン１８が一定回転数以上に駆動され、自家駆動能力を有すると、始動モータ１２はタービン１８と分離され、それに対する動力供給を停止させる。
【００３０】
一方、圧縮機１４が動作されながら空気吸入装置１６を通じて最小の圧力損失状態に空気が圧縮機１４内に吸入される。圧縮機１４内に供給された空気は圧縮機１４を経て、圧力と温度が同時に上昇される。ここで、圧縮機１４を通過する気体の一部は圧縮空気放出バルブ３２を通じて燃焼器２０とタービン１８を迂回して後方燃焼器２４内に流入される。同時に、圧縮空気放出バルブ３２を通じて排出されない空気は、燃焼器２０に流入され燃料ポンプ２２を通じて供給される燃料により燃焼される。このような、燃焼により圧縮空気は燃焼ガスに変わり、このとき温度がさらに上昇されガスうちの酸素の一部が燃焼され消耗される。このときの酸素の消耗量は、燃焼器２０の入口温度と出口温度により左右される。即ち、燃焼器２０の入口温度が低いほど又は出口温度が高いほどガスに残存する酸素量は少なくなる。
【００３１】
以後、燃焼器２０で燃焼されたガスはタービン１８に流入され膨張されることにより、ガスが有している運動エネルギー及び熱エネルギーが機械的エネルギーに変換される。この時、タービン１８の動作により発生されるエネルギーの一部は圧縮機１４及び周辺の他の補助装置の動力に使用される。タービン１８を抜け出たガスは、その後方に位置した後方燃焼器２４に流入され燃焼される。このような燃焼により、ガス内に残存する酸素が燃焼され消耗されることにより、火災鎮圧のための消火剤として適正である酸素濃度を有する。例えば、後方燃焼器２４を通過したガスの酸素濃度は大気空気対比１０％以下水準まで下降する。このとき、ガスの温度は燃焼熱により例えば、１８００Ｋ〜２１００Ｋに相当に高い。
【００３２】
以後、後方燃焼器２４を通過した高温のガスは、冷却チャンバ３０を経て複数のスプレーノズル３４から噴射される冷却水により冷却され温度が下降される。このとき、スプレーノズル３４から噴射される冷却水がガスと混合されガス−スチーム混合体が形成される。また、冷却チャンバ３０で一次的に冷却されたガスは、気化器４２を経て、再び下降される。このとき、図２に示したように、気化器４２を構成する各々の円筒管４６間を経るガスは、例えば、約１０トン／ｈ以下の水供給により１００℃〜１５０℃まで低下させることができる。このように、温度が下降されたガスは排気ノズル５２を通じて噴射され火災を鎮圧することになる。このとき、排気ノズル５２の出口でのガス又はガス−スチーム（部分的に液滴が含まれることができる）の温度は１００℃〜１５０℃に維持されることが望ましい。
【００３３】
一方、図３に示したように、不活性ガスジェネレータが車輪の積載箱に搭載された場合には、そのジェネレータを保持するクレーン５６により不活性ガスの噴射角度を調節することができる。即ち、作業者は例えば、車輪のクレーン５６を操作し、ガスジェネレータの不活性ガス噴射方向を決定することができる。また、運転席に配置されたコントローラ５４を利用し油圧シリンダー５８を操作すると、上下（Ａ１）又は左右方向に回動され排気ノズル５２を通じた不活性ガスの噴射角を調節することができる。また、ブーム組立体６０を制御し排気ノズル５２の長さを矢印（Ａ２）方向に調節することにより、その排気ノズル５２を通じた不活性ガスの噴射距離を調節することができる。勿論、給水ポンプ３６、燃料ポンプ２２などを駆動するための動力は別途のバッテリを使用し、又は車輪のエンジン駆動ときに発生される動力を利用することができる。
【００３４】
以上、本発明の実施例によって詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明が属する技術分野において通常の知識を有するものであれば本発明の思想と精神を離れることなく、本発明を修正または変更できるであろう。
【００３５】
【発明の効果】
本発明による火災鎮圧用不活性ガスジェネレータによると、約１００℃〜１５０℃の低温であり、大気対比約１０％以下の比較的低い酸素濃度を有する不活性ガスを多量に発生させ、火災地域に撒布することができ、例えば、大型構造物、住居地域、船舶、山などで発生される火災だけでなく軍事的活動により発生される火災を短時間に効果的に鎮圧することができるので、適用性及び信頼性が向上される効果がある。
【００３６】
そして、大気空気及び水を使用しガスを生産するので、費用が節減され、排気ガス内の有害ガス含量が少なくて環境新化的な長所がある。
【００３７】
また、火災鎮圧のうちにも水を使用せず、スチームガスを使用することができ、構造物内部に設けられている電子装備など高価装備が損傷されることを最小化することができるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の望ましい実施形態による不活性ガスジェネレータを示す構成図である。
【図２】図１の不活性ガスジェネレータに適用される気化器を詳細に示す斜視図である。
【図３】図１の不活性ガスジェネレータを移動手段に搭載された状態を示す斜視図である。
【符号の説明】
１０　　ガスタービン装置
１２　　始動モータ
１４　　圧縮機
１８　　タービン
２２　　燃料ポンプ
２４　　後方燃焼器
２６　　火炎安定器
３０　　冷却チャンバ
３２　　放出バルブ
３４　　スプレーノズル
３６　　給水ポンプ
３８　　水タンク
４０　　給水バルブ
４２　　気化器
４６　　円筒管
５２　　排気ノズル

Claims (6)

1. 初期駆動のための始動モータと、前記始動モータに動作的に連結され、空気を吸入して圧縮するための圧縮機と、燃料供給のための燃料ポンプと連結され、前記圧縮機で圧縮された空気の一部を燃焼させる燃焼器と、
   前記燃焼器の後方に設けられ、膨張過程を通じて動力を発生させるためのタービンを備えるガスタービン装置と、
   前記ガスタービン装置のタービンの後方に連結されて設けられ、圧縮機で抽出された一部空気の供給を受けるために圧縮空気放出バルブにより圧縮機に連結され、タービンから供給された１次燃焼されたガスを再燃焼させ、それにより発生する火炎を安定化させるための火炎安定器を備える後方燃焼器と、
   前記後方燃焼器で燃焼されたガスを冷却させるために、後方燃焼器に設けられ、燃焼されたガスに冷却水を撒布するためのスプレーノズルを備える冷却チャンバと、
   前記冷却チャンバ及びスプレーノズルで冷却されたガスをさらに冷却させるために前記冷却チャンバ後方に設けられる気化器と、
   前記気化器で冷却され酸素の濃度が下降した不活性ガスを火災地域に吐出させるための排気ノズルと、
   前記始動モータ、前記燃料ポンプ、前記燃焼器を制御するためのコントローラとを含むことを特徴とする火災鎮圧用不活性ガスジェネレータ。
2. 最終排気ガスの酸素濃度を調節するために、前記スプレーノズルに供給される冷却水の供給量を調節するための水タンク、給水ポンプ、給水バルブが順次に連結されることを特徴とする請求項１に記載の火災鎮圧用不活性ガスジェネレータ。
3. 前記気化器は半径方向へ相互離隔されガス移動通路を形成するように配置される複数の円筒管を含み、前記各々の円筒管には熱交換面積を増大させるために、凹部と凸部が交代に形成されることを特徴とする請求項１に記載の火災鎮圧用不活性ガスジェネレータ。
4. 前記気化器には、消耗された後の冷却水を排出させるためのドレーンバルブが設けられることを特徴とする請求項３に記載の火災鎮圧用不活性ガスジェネレータ。
5. 前記排気ノズルは吐出される不活性ガスの吐出距離を調節するために収縮及び膨張が可能であるように形成されることを特徴とする請求項１に記載の火災鎮圧用不活性ガスジェネレータ。
6. 車輪の積載箱に前記不活性ガスジェネレータを回転可能であるように搭載させるためのクレーンと、
   前記不活性ガスジェネレータの不活性ガスの噴射角度を調節するための油圧シリンダーと、
   前記不活性ガスジェネレータの排気ノズルの長さを調節するために収縮及び膨張が可能であるブーム組立体をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の火災鎮圧用不活性ガスジェネレータ。

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