JP2006296918A - 消火剤流量調整器 - Google Patents

Abstract

【課題】コストが安く、送水及び消火剤原液の流量にかかわらず混合濃度を安定化させる消火剤流量調整器を提供する。
【解決手段】消火を行う放出口へ送水される流水に対して消火剤貯蔵タンク１０２から消火剤原液を供給して混合させる消火剤混合装置５０の消火剤原液の混合濃度を調節する消火剤流量調整器１０において、手前側に位置する消火剤原液の流路よりも狭小に形成された縮径部２４，３６と、消火剤原液の供給流量に応じて縮径部２４，３６の縮径率を可変調節する可変手段２０，３０，４０とを備える、という構成を採っている。
【選択図】図２

Description

本発明は、泡及び閉鎖型噴霧消火設備等において用いる混合装置の消火剤流量調整器に関する。

建造物に設置される、泡ヘッドや閉鎖型噴霧ヘッド等（以下、「放出口」という）から消火剤水溶液を放射する消火設備において、消火剤を水と希釈混合する装置を消火剤混合装置といい、プレッシャ・プロポーショナ（差圧混合装置）、ポンプ・プロポーショナ（ポンプ混合装置)、プレッシャ・サイド・プロポーショナ（圧入混合装置)、ライン・プロポーショナ（管路混合装置）などの多くの混合方式がある。このうち、プレッシャ・プロポーショナ（差圧混合装置）が最も多く使用されている。

上記プレッシャ・プロポーショナ（差圧混合装置）としての消火剤混合装置１００は、図７のように、消火ポンプから放出口までを接続する消火配管主管１０３の途中に設けられた混合器１０１と、消火剤の供給源である消火剤貯蔵加圧タンク１０２と、混合器１０１と消火剤貯蔵加圧タンク１０２との間を接続する加圧水側配管１０４及び消火剤側配管１０５と、消火剤貯蔵加圧タンク１０２から混合器１０１へ消火剤側配管１０５を介して供給される消火剤の供給流量を調整する消火剤流量調整器１０６とを備えている。

上記プレッシャ・プロポーショナ（差圧混合装置）方式の消火剤混合装置１００の動作原理を、図８に基づいて説明する。
混合器１０１の内部に入口部１０１ｂよりも内径が小さい断面積狭小部（いわゆる縮径部）１０１ａを設け、放出口の作動や試験弁の開放によって混合器１０１内に水流が発生すると、狭小部１０１ａの水の速度（流速）は、混合器１０１の入口部１０１ｂの流速より速くなる。その結果、ベルヌーイの定理より混合器１０１の入口部１０１ｂの圧力に対し、狭小部１０１ａの圧力は低くなり、入口部１０１ｂと狭小部１０１ａの間には圧力差（以下、「差圧」という）が発生する。

一方、消火剤貯蔵加圧タンク１０２は、その内部が隔膜によって加圧水領域と消火剤領域とに隔てられており、混合器１０１の入口部１０１ｂは加圧水側配管１０４を経て消火剤貯蔵加圧タンク１０２の加圧水領域に接続され、混合器１０１の狭小部１０１ａは消火剤側配管１０５を経て消火剤貯蔵加圧タンク１０２の消火剤領域に接続されている。従って、入口部１０１ｂ側の圧力が狭小部１０１ａよりも高くなると、加圧水が消火剤貯蔵加圧タンク１０２の加圧水領域内に押し込まれ、隔膜を介して消火剤が消火剤貯蔵加圧タンク１０２から押し出される。押し出された消火剤は、消火剤側配管１０５を経て混合器１０１に送り込まれ、消火配管主管１０３を流れる水に混合される。
このように混合器１０１の狭小部１０１ａで低下する圧力の大きさはそこを通過する流速に相対的な関係にあり、混合器１０１に発生する差圧も流速と相対的な関係にあるため、圧力によらず単位時間当たりの流量に応じた消火剤の送入が可能となる。

混合装置１００では、ポンプから送られる水の流量が変化しても一定の希釈混合濃度で消火剤を混合する必要がある。この目的のため、消火剤側配管１０５の混合器１０１近くに消火剤流量調整器１０６を設けている。
このようにして消火剤貯蔵加圧タンク１０２内の消火剤の量を制御して混合器１０１内に圧送して、水と消火剤を混合し、所定混合濃度の消火剤水溶液を生成する。

ここで混合器１０１の入口部の圧力をＰ１、狭小部の圧力をＰ２、出口部の圧力をＰ３とすると、混合器１０１が発生する差圧はＰ１−Ｐ２となり、圧力損失はＰ１−Ｐ３となる。
上記差圧は流量と相対的な関係にあるが、流量が少なくなって差圧の発生が小さくなると加圧水側配管１０４や消火剤側配管１０５内で消火剤と管内壁面に生ずる摩擦による圧力損失や消火剤貯蔵加圧タンク１０２内の隔膜の抵抗等（以下、「圧力損失」という。）により、十分に圧送できず、流量に応じた混合ができなくなる。
つまり、適正に水と消火剤を混合するための差圧を得るに必要な流量が当該混合器の最小流量となる。

また、理論的には、混合器１０１の狭小部１０１ａで低下させた圧力は、低下させる前の圧力まで回復するが、実際には、混合器１０１の壁面の摩擦による圧力損失、乱流等により入口圧力まで回復させることはできない。このため、入口部の圧力と出口部の圧力の差が当該混合器１０１の圧力損失となる。
ここで、流量が多いほど狭小部１０１ａの圧力はより低くなり、回復させる圧力の幅が大きくなる。それに比例して混合器１０１に生じる圧力損失も加速度的に増加する。
これに対して、圧力損失の最大許容値を大きくすれば最大流量を多くすることはできるが、生じた圧力損失分を加算した能力の消火ポンプの設置や配管サイズを大きくすることなどが必要となり、コストアップの原因となるため広流量範囲の混合器の実用化は困難であった。

一方、図９に示すように従来の消火剤流量調整器１０６では、消火剤オリフィス１０６ａによって流量を制御している。かかる消火剤オリフィス１０６ａは平面に垂直に貫通した開口部を設けた構造であるため、その流入部における圧力損失は大きく、差圧が小さい場合、差圧に比例した消火剤量を混合器１０１に投入できず、最小流量が制限されていた。

ここで、上記消火剤オリフィス１０６ａを用いた消火剤流量調整器１０６による、消火配管主管１０３の流量（横軸）と消火剤の混合濃度（縦軸）との関係を図６を参照して説明する。
図６において、折れ線Ｌ１は主管流量60〜900[l/min]の帯域で300[l/min]以下の低流量帯域を除いて全体的に規定の混合濃度1.5パーセントをほぼ維持できるように消火剤オリフィス径を調整した場合を示している。これに対して、折れ線Ｌ２は、より低流量の帯域まで規定の混合濃度1.5パーセントをほぼ維持できるように消火剤オリフィス径を調整（拡大）した場合を示す。その場合、大きい流量時は差圧も大きくなるため、低流量帯域以外は、所定の混合濃度より高い混合濃度となってしまう。さらに、その場合、単位時間当たりに混合される消火剤も増大するため、設定された放出時間中に消火剤を放出口から放出し続けると、必要消火剤量を多量に確保しなければならないという問題があった。

かかる問題に対処するために、従来の技術として、加圧送水装置から放出口までの間に、主管流量の低流量帯域から高流量帯域までの複数の帯域ごとに、個別に規定の混合濃度を維持するように調整された複数の混合器及び消火剤流量調整器を並列で装備し、放出口の放出流量を検知して、その検出流量に応じて適切な混合器を選択する消火剤混合装置が案出されている（例えば、特許文献１参照）。
特開昭６４−１１５７０号公報

しかしながら、上記従来例では、消火配管主管を複数に分岐させて、個別に混合器及び消火剤流量調整器を設ける構成であるため、装置全体としてはその構造が複雑化、大規模化すると共に構成部品も多大に必要となり、生産コストが増大し、生産性が低下するという問題があった。
本発明は、生産コスト低減を図りつつも、主管流量の広範囲で安定した消火剤の比例混合を行える消火剤流量調整器を提供することを、その目的とする。

請求項１記載の発明は、消火を行う放出口へ送水される流水に対して消火剤原液を供給して混合させる消火剤混合装置の消火剤原液の混合濃度を調節する消火剤流量調整器において、手前側に位置する消火剤原液の流路よりも狭小に形成された縮径部と、消火剤原液の供給流量に応じて縮径部の縮径率を可変調節する可変手段とを備える、という構成を採っている。

上記「縮径部」とは、流動方向に対して直交する断面積が、その直前（手前側）の流路よりも小さくなるように形成されている部分を示すものである。なお、縮径部の断面形状は円形に限定されるものではなく、いかなる形状であっても良い。「縮径部」については、以下に示す他の請求項記載の発明についても同様である。
また、「縮径率の可変調節」とは、単数又は複数の縮径部により、流通可能な開口面積を増減させて圧力損失の大きさを変動調節することをいう。

上記構成では、消火を行う放出口への送水に伴い、消火剤貯蔵タンクから消火剤原液の供給が開始されると、消火剤原液は縮径部を通過して流水に混合される。
そして、消火を行う放出口への送水流量が小さい場合には、消火剤原液の供給流量も小さくなり、その結果、配管の管内壁面に生ずる摩擦等による圧力損失は小さくなるが、混合器に発生する差圧も小さくなるため、相対的に圧力損失の影響は大きくなるので、縮径部の縮径率を圧力損失が小さくなるように調整し、目的とする消火剤濃度に達するまでの十分な供給が行えるように調整する。
また、消火を行う放出口への送水流量が大きい場合には、消火剤原液の供給流量も大きくなり、その結果、安定的に供給が行われるので、縮径部の縮径率を圧力損失が適度に大きくなるように調整し、目的とする消火剤濃度を大きく越えて余剰の消火剤を浪費しないように調整する。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明と同様の構成を備えると共に、可変手段は、消火剤原液が流入されるケース部と、ケース部内で消火剤原液の流入により前進移動可能に支持されたピストン部と、ピストン部を後退移動方向に付勢する弾性体とを備え、ピストン部の移動により縮径部の縮径率の調節を行う、という構成を採っている。

上記「前進」又は「後退」とは往復移動可能なピストンの一方への移動方向と他方への移動方向とを意味するものであり、例えば、消火剤原液の流動方向と前進方向とが一致するという限定的な意味を示すものではない。他の請求項についても同様である。

上記構成では、消火剤原液の流量が小さいときには、ピストン部は弾性体により後退位置にあって、消火剤原液は縮径率が大きな状態で縮径部を通過し、低圧力損失状態で消火剤原液の供給が行われる。
そして、消火剤原液の流量が増加すると、ピストン部が移動を生じ、消火剤原液は縮径率が小さな状態で縮径部を通過することとなる。これにより、縮径部を通過する際の消火剤原液の圧力損失が増加し、流量が制限される。
このように、消火剤原液の流量の増加に対して各縮径部による圧力損失が大きくなるように調整されるので、低流量域で必要となる消火剤原液の供給量を確保可能な圧力損失を設定しても、流量の増加後は過剰供給とならない圧力損失を生じるように切り替えることが可能となる。

請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明と同様の構成を備えると共に、縮径部は、並列に配置された複数の縮径部からなり、ピストン部の前進移動により複数の縮径部の一部が閉塞される配置で形成される、という構成を採っている。

上記構成では、消火剤原液の流量が小さいときには、ピストン部は弾性体により後退位置にあって、複数の縮径部が全開通して低圧力損失状態で消火剤原液を通過させる。
そして、消火剤原液の流量が増加すると、ピストン部が移動を生じ、複数の縮径部の一部が閉塞され、圧力損失が増加した状態で消火剤原液を通過させる。
従って、消火剤原液の低流量状態での供給不足と高流量状態での供給過多の双方を回避することができる。
上記構成の一例としては、ケース部とピストン部の少なくともいずれか一方に複数の縮径部として複数の開口部を設け、ピストン部が前進移動することで一部の開口部が閉塞されるように配置する構成が挙げられる。ただし、これに限定されるものではない。

請求項４記載の発明は、請求項２記載の発明と同様の構成を備えると共に、縮径部は、ピストン部の前進移動により縮径部の一部が閉塞される配置で形成される、という構成を採っている。

上記構成では、消火剤原液の流量が小さいときには、ピストン部は弾性体により後退位置にあって、縮径部がその縮径率を調整される前の低圧力損失状態で消火剤原液の通過が行われる。
そして、消火剤原液の流量が増加すると、ピストン部の前進移動により、縮径部の一部が閉塞されて、圧力損失が増加した状態で消火剤原液の通過が行われる。
従って、消火剤原液の低流量状態での供給不足と高流量状態での供給過多の双方を回避することができる。
上記構成の一例としては、ケース部又はピストン部に縮径部として、一つの開口部を設け、ピストン部の前進移動によりその開口部の一部が閉塞されるように配置する構成が挙げられる。ただし、これに限定されるものではない。

請求項５記載の発明は、消火を行う放出口へ送水される流水に対して消火剤原液を供給して混合させる消火剤混合装置の消火剤原液の混合濃度を調節する消火剤流量調整器において、消火剤流量調整器は、並列に接続された複数の消火剤流量調整器からなり、消火剤原液の供給流量に応じて、複数の消火剤流量調整器のいずれか一つ或いは複数の組み合わせを選択して消火剤原液を通過させる、という構成を採っている。

上記構成において、縮径率が等しい複数の消火剤流量調整器の中から使用する個体数を増減させることで縮径率の可変調節を行っても良いし、縮径率がそれぞれ異なる複数の消火剤流量調整器に対していずれかを選択することで縮径率の可変調節を行っても良い。
そして、上記構成では、消火剤原液の流量が小さいときには、可変手段は、流通させる複数の消火剤流量調整器を選択し、或いは縮径率が大きな消火剤流量調整器を選択し、低圧力損失状態で消火剤原液の供給を行わせる。
そして、消火剤原液の流量が増加すると、可変手段は、選択する消火剤流量調整器の個体数を少なく選択し、或いは縮径率が小さな消火剤流量調整器を選択し、高圧力損失状態で消火剤原液の供給を行わせる。
従って、消火剤原液の低流量状態での供給不足と高流量状態での供給過多の双方を回避することができる。

請求項１記載の発明は、可変手段により、消火剤原液の供給流量に応じて消火剤原液が通過する縮径部の縮径率を可変調節するので、送水流量が少ないときの消火剤の供給量低減を回避し、送水流量が増加したときの消火剤の過剰供給も回避できるので、送水量或いは消火剤供給量について幅広い範囲で安定した混合濃度を維持することが可能となる。またこれにより、送水流量が増加したときに過分に消火剤原液が供給されることがなくなり、消火剤原液の浪費を防止することが可能となる。さらにこれに伴い、消火剤混合装置の消火剤貯蔵を行うタンク等の貯蔵手段の大型化を図ることなく、設定された放出時間中、消火剤溶液の放出を続けることが可能となる。
さらに、本発明は、縮径部の縮径率の可変調節により混合濃度の安定化を図るので、従来のように、個別に混合器を設ける必要がなく、装置の生産コストを低減し、生産性の向上を図ることが可能となる。
なお、本発明は、消火剤原液の貯蔵を行うタンク等の貯蔵手段ではなく、消火剤原液発生装置などによって混合器への消火剤原液が供給される場合においても適用される。
即ち、本発明の消火剤流量調整器は、例えば、前述した混合器のような入口部と狭小部との差圧を利用し、消火剤流量に応じて消火剤流量調整器の可変手段が縮径部の縮径率を可変調節できるものであれば良い。

請求項２記載の発明は、消火剤原液流量の増加によりピストン部を移動させ、縮径部の縮径率を小さい状態へ切り替えを図る構成であるため、低流量状態では圧力損失を低減し、高流量状態では圧力損失を増加させることができ、消火剤供給量について幅広い範囲で安定した混合濃度を維持することが可能となる。
さらに、上記発明は、ケース部（具体的にはシリンダ部）とピストン部と弾性体とを備える可変手段により混合濃度の安定化を図るので、従来例と比して、さらなる生産コストの低減と生産性の向上を図ることが可能となる。

請求項３記載の発明は、複数の縮径部の一部を閉塞することにより圧力損失の切り替えを行うので、簡易な構成で、消火剤供給量について幅広い範囲で安定した混合濃度を維持することが可能となる。
また、縮径部を設ける数によって、切り替え前後の各縮径率を設定でき、それぞれの圧力損失の設定を容易に行うことが可能となる。

請求項４記載の発明は、縮径部の一部を閉塞することにより圧力損失の切り替えを行うので、各縮径部の加工形成が非常に容易となり、飛躍的に装置の生産コスト低減及び生産性の向上を図ることが可能となる。

請求項５記載の発明は、消火剤原液の供給流量に応じて消火剤流量調整器の数を増減し或いは、縮径率の異なる消火剤流量調整器縮径部を選択することにより縮径率を可変調節するので、送水量或いは消火剤供給量について幅広い範囲で安定した混合濃度を維持することが可能となる。
さらに、本発明は、複数消火剤流量調整器の選択により混合濃度の安定化を図るので、従来のように、複数の混合器を設ける必要がなく、装置の生産コストを低減し、生産性の向上を図ることが可能となる。

［第一の実施形態］
（全体構成）
本発明の第一の実施形態である消火剤流量調整器１０について図１及び図２を参照して説明する。上記消火剤流量調整器１０は、建造物に設置されて、放出口から消火剤水溶液を放射する消火設備の消火剤混合装置５０に設けられている。図１は、消火剤混合装置５０の全体構成図である。
なお、この消火剤混合装置５０は消火剤流量調整器１０以外については、前述した消火剤混合装置１００（図７参照）と同じ構成を備えるものであり、同一の構成については同一の符号を付して重複する説明は省略する。

（消火剤流量調整器：全体）
図２は消火剤流量調整器１０の中心線に沿った断面図であり、図２（Ａ）は消火剤の流量が小さな状態を示し、図２（Ｂ）は消火剤の流量が大きな状態を示す。
上記消火剤流量調整器１０は、消火剤原液が通過するケース部２０と、ケース部２０内で消火剤原液の通過により前進移動可能に支持されたピストン部３０と、ピストン部３０を後退移動方向に付勢する弾性体としてのコイルバネ４０とを備えている。
以下、各部を詳細に説明する。

（消火剤流量調整器：ケース部）
ケース部２０は、シリンダ部２１と、当該シリンダ部２１の外部に装着されるカバー部２２とを備えている。
上記シリンダ部２１は、その一端部（図２における左端部）が閉塞された円筒状に形成されており、閉塞端面の中心部には消火剤の流入口２３が形成されている。この、流入口２３には消火剤側配管１０５の消火剤供給方向の下流側端部が接続される。つまり、ケース部２０には、この流入口２３から消火剤原液が流入するようになっている。
シリンダ部２１の外周面にはネジ溝が形成され、これに対応して内周面にネジ溝が形成されたカバー部２２を螺合装着することが可能となっている。

カバー部２２は、一端部（図２における右端部）が閉塞された円筒状に形成されており、閉塞端面の中心部には当該端面に垂直に貫通した円形の開口部である第一縮径部２４が形成されている。また、閉塞端面の外側には第一縮径部２４に連通すると共に当該第一縮径部２４よりも大径な筒状ノズル２５が形成されている。そして、この筒状ノズル２５は、混合器１０１の狭小部１０１ａに接続される。

前述したように、カバー部２２はその内周面にネジ溝が形成されており、シリンダ部２１に螺合装着することにより内径が一様となる筒状体を形成する。また、シリンダ部２１の外周面とカバー部２２の内周面との間にはＯリング２６が介挿され、シリンダ部２１とカバー部２２との間の水密性が保たれている。
そして、第一縮径部２４は、ケース部２０の内径よりも小径であり、当該第一縮径部２４を通過する消火剤原液に対して、流量が所定の流量となるように調整される構造となっている。

（消火剤流量調整器：ピストン部）
ピストン部３０は、ケース部２０の内側に格納される。かかるピストン部３０は、円筒状であって、一端部（図２における右端部）が閉塞されており、他端部（図２における左端部）にはフランジ部３１が形成されている。
当該フランジ部３１は、その外径がシリンダ部２１の内径とほぼ等しく設定され、当該フランジ部３１の外周面がシリンダ部２１の内周面に沿って移動することで、ピストン部３０の中心線方向に沿った進退移動をガイドしている。また、フランジ部３１の外周面とシリンダ部２１の内周面との間にはＯリング３２が介挿され、ピストン部３０の外周から消火剤が第一縮径部２４の方向に流出することを防いでいる。
なお、この消火剤流量調整器１０にあっては、消火剤の流動方向における下流側を「前」側（２次側）とし、上流側を「後」側（１次側）というものとする。
また、本実施形態では、ピストン部３０とシリンダ部２１との間に水密性を確保するためにＯリング３２を取り付けているが、Ｏリング以外の水密手段を設置しても良い。また、ピストン部３０とシリンダ部２１の接触部の寸法を適切に設計することにより、Ｏリング３２を省略することもできる。

また、ピストン部３０の閉塞端面の中心部には円形の開口部３３が形成され、当該開口部３３を挟んでその両側には開口部３３よりも小径な開口部３４，３５が形成されている。これらの各開口部３３，３４，３５は、ピストン部３０の閉塞端面を垂直に貫通して形成されている。そして、これらの開口部３３，３４，３５により、第二縮径部３６が構成されている。
ピストン部３０は、ケース部２０内において、流入口２３から流入する消火剤原液が、フランジ部３１側の端部からその内部に流入し、その閉塞端部までが内径の一様な消火剤原液の流路となる。
一方、第二縮径部３６の開口面積（各開口部３３，３４，３５の合計開口面積）は、ピストン部３０の内部の断面積よりも小さいため、当該第二縮径部３６を通過する消火剤原液の流量が、所定の流量となるように調整される構造となっている。

ピストン部３０は、シリンダ部２１内において、互いの中心線が同一軸上となるように配設され、且つ、ピストン部３０はその中心線方向に沿って進退移動を可能とする。そして、ピストン部３０は最前進位置まで移動することにより、その前端面が、カバー部２２の内側前端面に密接させることが可能となっている。
一方、ピストン部３０を前方から見て、第二縮径部３６の中央開口部３３は、その中心に位置しており、両側開口部３４，３５は、中心から所定距離離れて配置されている。
つまり、ピストン部３０の前端面がカバー部２２の前端の内側面に密接した状態において、同心上に配置された第一縮径部２４と第二縮径部３６の中央開口部３３とは、互いに重合した状態となる。一方、第二縮径部３６の両側開口部３４，３５は、第一縮径部２４に対して全く重合を生じない距離だけ外側に配置されている。かかる配置により、両側開口部３４，３５は、カバー部２２の内側前端面に閉塞された状態となる。

つまり、ピストン部３０は、最前進位置に位置していないときには、当該ピストン部３０内に流入した消火剤原液を第二縮径部３６の全開口部３３，３４，３５に通過させることができ、最前進位置に位置するときには、当該ピストン部３０内に流入した消火剤原液を第二縮径部３６の中央開口部３３にのみ通過させることができる。
なお、第二縮径部３６の三つの開口部３３，３４，３５からなる全開口面積は第一縮径部２４の開口面積よりも小さく設定されている。

（消火剤流量調整器：コイルバネ）
コイルバネ４０は、ケース部２０内において、ピストン部３０を挿入させた状態でそのフランジ部３１に当接し、当該ピストン部３０を流入口２３側に押圧している。従って、流入口２３から消火剤原液が流入し、その圧力がコイルバネ４０の押圧力を越えている状態で、ピストン部３０は前進移動が行われることになる。
また、前述したように、ピストン部３０が最前進位置に到達することで縮径率の切り替えが行われる（第二縮径部３６の全開口部３３，３４，３５が流通可能な状態から中央開口部３３のみが流通可能な状態に切り替わる）が、ピストン部３０が最前進位置に到達するための消火剤原液の流量を決定する一つの要素として、上記コイルバネ４０のバネ定数が挙げられる。従って、コイルバネ４０のバネ定数は、縮径率の切り替えを行うべき消火剤原液流量に基づいて適正な値が選択される。

（消火剤流量調整器の動作説明）
上記構成からなる消火剤流量調整器１０の動作を消火剤混合装置５０の動作をふまえて説明する。
消火剤混合装置５０が作動し、放出口の開放によって混合器１０１内の水流の発生に伴い、入口部１０１ｂと狭小部１０１ａの間には差圧が発生する。
これにより、消火剤貯蔵加圧タンク１０２は、加圧水側配管１０４を経て加圧水領域の内部圧力が高まり、内部の隔膜を介して消火剤原液が消火剤貯蔵加圧タンク１０２から押し出される。そして、消火剤原液は、消火剤側配管１０５を経て消火剤流量調整器１０の流入口２３から内部に流入する。

混合器１０１内の水流の流量が小さいときには、消火剤原液の流量も小さくなり、その場合、消火剤流量調整器１０のケース部２０内では、図２（Ａ）に示すように、ピストン部３０はコイルバネ４０の押圧力により最後退位置を維持する。そして、消火剤原液は第二縮径部３６の全開口部３３，３４，３５を通過し、さらに第一縮径部２４を通過してから混合器１０１の狭小部１０１ａに送り込まれ、消火配管主管１０３内の流水に混合される。
このとき、第二縮径部３６の全開口面積は、上記消火剤原液がピストン部３０を最前進位置まで移動させることができない低流量である場合でも、目標とする混合濃度に達する流量が確保可能な範囲の圧力損失しか生じない大きさに設定されており、これにより、放水口に供給される消火剤溶液は目標とする濃度が維持される。

そして、混合器１０１内の水流の流量が大きくなると、消火剤原液の流量も大きくなり、消火剤流量調整器１０のケース部２０内ではピストン部３０が前進移動を開始する。そして、消火剤原液が所定流量に達すると、図２（Ｂ）に示すように、ピストン部３０はコイルバネ４０の押圧力に抗して最前進位置まで達した状態となる。
これにより、第二縮径部３６の両側開口部３４，３５は閉塞され、消火剤原液は中央開口部３３のみを通過し、さらに第一縮径部２４を通過してから混合器１０１の狭小部１０１ａに送り込まれ、消火配管主管１０３内の流水に混合される。
このとき、第二縮径部３６の中央開口部３３の開口面積は、上記消火剤原液がピストン部３０を最前進位置まで移動可能な流量を超えるほど大きくなった場合でも、目標とする混合濃度を大きく越えて消火剤原液の浪費を発生することを抑制可能な圧力損失が生じる値に設定されており、これにより、放水口に供給される消火剤溶液は目標とする濃度を大きく越えず且つ消火剤原液の浪費も回避される。

このように、ケース部２０、ピストン部３０及びコイルバネ４０の協働により、第一縮径部２４と第二縮径部３６の重合状態と非重合状態とが消火剤原液の流量に応じて切り替えられる。つまり、ケース部２０、ピストン部３０及びコイルバネ４０の構成は、消火剤原液の流量に応じて第一縮径部２４と第二縮径部３６からなる縮径部の縮径率（ここで、「縮径率」とは、例えば、第二縮径部３６の流通可能な開口部の総開口面積に対するピストン部３０の内側前端面面積の比率）の可変調節を行う可変手段として機能することとなる。

（第一の実施形態の効果）
以上のように、消火剤流量調整器１０は、消火剤原液が低流量のときには第二縮径部３６における全開口部３３，３４，３５を通過して低圧力損失状態での供給が行われ、消火剤原液が高流量のときには中央開口部３３のみが通過可能となり、高圧力損失状態での供給が行われる。このため、送水流量が少ないときの消火剤の供給量不足を回避しつつも送水流量が増加したときの消火剤の過剰供給をも回避することができることから、送水量或いは消火剤供給量について幅広い範囲で安定した混合濃度を維持することが可能となる。
またこれにより、消火剤混合装置５０において送水流量が増加したときに過分に消火剤原液が供給されることがなくなり、消火剤原液の浪費を防止することが可能となる。さらにこれに伴い、消火剤混合装置５０の消火剤貯蔵加圧タンク１０２の大型化を図ることなく、設定された放出時間中、消火剤溶液の放出を続けることが可能となる。
さらに、消火剤流量調整器１０は、シリンダ部２０とピストン部３０とコイルバネ４０を主要な構成とする簡易な構成により混合濃度の安定化を図るので、装置の生産コストを低減し、生産性の向上を図ることが可能となる。

さらに、上記消火剤流量調整器１０は、ピストン部３０の前側端面に第二縮径部３６の各開口部３３，３４，３５を設けると共に、対向するカバー部２２の内側前端面に第一縮径部２４を設け、ピストン部３０が最前進位置に到達したときに、縮径率が切り替わる構成のため、圧力損失の切り替えを段階的に切り替えることが可能である。このため、ある流量値を境にして消火剤原液の供給不足或いは供給過多を生じる場合に、当該流量値で縮径率の切り替えを行うことで、より適正に安定した混合濃度の維持を図ることが可能となる。

（その他）
なお、両側開口部３４，３５は、第一縮径部２４と重合しない配置であればピストン部３０の前端面のいずれに設けても良い。
また、第一縮径部２４と重合する開口部と重合しない開口部の両方が設けられ、全開口部を消火剤原液が通過する場合と重合する開口部のみを通過する場合とで、消火剤原液の供給流量に応じて所定の混合濃度を維持できるのであれば、第二縮径部３６の各開口部の数は一乃至複数のいずれでも良い。

さらに、第二縮径部３６の総開口面積又は各開口部の開口面積については、特定値に限定されるものではない。ただし、これらの値は、使用条件や設計条件等により適正値が変動し得るので、目標混合濃度を満たすことが困難な小流量帯域と供給過多となりやすい流量帯域とでバランス良く混合濃度を維持することが可能となる第二縮径部３６の総開口面積又は各開口部の開口面積を、試験或いはシミュレーション等により求めることが望ましい。
また、コイルバネ４０のバネ定数は、特定値に限定されるものではない。ただし、この値は、縮径部の縮径率が切り替えが行われる（ピストン部３０が最前進位置となる）消火剤原液の流量を決定する一要素となるので、縮径部の縮径率を切り替えを行うべき消火剤原液の目標流量に応じて、決定することが望ましい。また、前述と同様に、試験或いはシミュレーション等により決定しても良い。

またピストン部３０は、最前進位置に到達したときにシール性を確保するために、前端面の第二縮径部３６を除く表面にシールやパッキングを設けても良い。或いは、カバー部２２の内側前端面の第一縮径部２４を除く表面にシールやパッキングを設けても良い。

［第二の実施形態］
第二の実施形態である消火剤流量調整器１０Ａについて、図３を参照しながら説明する。図３は消火剤流量調整器１０Ａの中心線に沿った断面図である。この消火剤流量調整器１０Ａは、複数の開口部２７Ａ，２８Ａ，２９Ａからなる第一縮径部２４Ａがカバー体２２Ａに形成されている点と、単一の開口部からなる第二縮径部３６Ａがピストン部３０Ａに形成されている点のみが前述した消火剤流量調整器１０と異なっており、その他の同一の構成については消火剤流量調整器１０と同符号を付して重複する説明は省略するものとする。また、この消火剤流量調整器１０Ａも、消火剤流量調整器１０と同様に消火剤混合装置５０（図１参照）に装備されるものである。

第二縮径部３６Ａは、ピストン部３０Ａの中心に形成されている。一方、第一縮径部２４Ａの中央開口部２７Ａはカバー体２２Ａの中心に形成され、両側開口部２８Ａ，２９Ａはピストン部３０Ａが最前進位置まで前進しても第二縮径部３６Ａと重合を生じ得ない距離だけ中心から離れて形成されている。
また、第二縮径部３６Ａの開口面積は、重合を生じる第一縮径部２４Ａの中央開口部２７Ａの開口面積以下に設定されている。

かかる消火剤流量調整器１０Ａは、消火剤混合装置５０が作動を開始して、混合器１０１内の流水流量及び消火剤原液の供給流量もまだ少ない段階では、コイルバネ４０に押圧されてピストン部３０Ａは後退位置を維持する。つまり、消火剤原液は、第二縮径部３６Ａと第一縮径部２４Ａの全開口部２７Ａ，２８Ａ，２９Ａを通過して、低圧力損失状態で混合器１０１内に供給される。従って、予定する混合濃度を下回ることなく消火剤溶液が放出口から放出される。
また、混合器１０１内の流水流量及び消火剤原液の供給流量が増加すると、コイルバネ４０に抗してピストン部３０Ａは前進を開始する。そして、さらなる流水流量及び消火剤原液の供給流量の増加によりピストン部３０Ａが最前進位置まで到達すると、消火剤原液は、第二縮径部３６Ａと第一縮径部２４Ａの中央開口部２７Ａのみを通過して、高圧力損失状態で混合器１０１内に供給される。従って、予定する混合濃度を下回ることなく且つ過剰量の供給が抑制されて消火剤原液が供給され、適正な濃度の消火剤溶液が放出口から放出される。

このように、消火剤流量調整器１０Ａも消火剤流量調整器１０とほぼ等しい効果を得ることが可能である。即ち、送水流量が少ないときの消火剤の供給量不足を回避しつつも送水流量が増加したときの消火剤の過剰供給をも回避することができることから、送水量或いは消火剤供給量について幅広い範囲で安定した混合濃度を維持することが可能となる。またこれにより、消火剤原液の浪費も防止され、設定された放出時間中、消火剤溶液の放出を続けることが可能となる。
また、かかる消火剤流量調整器１０Ａも消火剤流量調整器１０と同様に、簡易な構成により混合濃度の安定化を図るので、装置の生産コストを低減し、生産性の向上を図ることが可能となる。

［第三の実施形態］
第三の実施形態である消火剤流量調整器１０Ｂについて、図４を参照しながら説明する。図４は消火剤流量調整器１０Ｂの中心線に沿った断面図である。この消火剤流量調整器１０Ｂは、単一の開口部からなる第二縮径部３６Ｂがピストン部３０Ｂに形成されており、第二縮径部３６Ｂが第一縮径部２４に対して幾分ずらして配置した点のみが前述した消火剤流量調整器１０と異なっており、その他の同一の構成については消火剤流量調整器１０と同符号を付して重複する説明は省略するものとする。また、この消火剤流量調整器１０Ｂも、消火剤流量調整器１０と同様に消火剤混合装置５０（図１参照）に装備されるものである。

第二縮径部３６Ｂは、ピストン部３０Ｂの中心から幾分ずれた位置に形成されている。即ち、ピストン部３０Ｂが最前進位置に到達すると、第二縮径部３６Ｂの一部と第一縮径部２４の一部とが重合するように配置されている。つまり、これを換言すると、第一縮径部２４と第二縮径部３６Ｂの各々の互いに重合しない部分を閉塞し合うことにより、ピストン部３０Ｂが最前進位置に達すると縮径率を小さく切り替えることとなる。
また、第二縮径部３６Ｂの開口面積は、第一縮径部２４の開口面積以下に設定することが望ましい。

かかる消火剤流量調整器１０Ｂは、消火剤混合装置５０が作動を開始して、混合器１０１内の流水流量及び消火剤原液の供給流量もまだ少ない段階では、コイルバネ４０に押圧されてピストン部３０Ｂは後退位置を維持する。つまり、消火剤原液は、第二縮径部３６Ｂと第一縮径部２４を通過して、低圧力損失状態で混合器１０１内に供給される。従って、予定する混合濃度を下回ることなく消火剤溶液が放出口から放出される。
また、混合器１０１内の流水流量及び消火剤原液の供給流量が増加すると、コイルバネ４０に抗してピストン部３０Ｂは前進を開始する。そして、さらなる流水流量及び消火剤原液の供給流量の増加によりピストン部３０Ｂが最前進位置まで到達すると、消火剤原液は、第二縮径部３６Ｂと第一縮径部２４の互いに重合する範囲のみを通過して、高圧力損失状態で混合器１０１内に供給される。従って、予定する混合濃度を下回ることなく且つ過剰量の供給が抑制されて消火剤原液が供給され、適正な濃度の消火剤溶液が放出口から放出される。

このように、消火剤流量調整器１０Ｂも消火剤流量調整器１０とほぼ等しい効果を得ることが可能である。即ち、送水流量が少ないときの消火剤の供給量不足を回避しつつも送水流量が増加したときの消火剤の過剰供給をも回避することができることから、送水量或いは消火剤供給量について幅広い範囲で安定した混合濃度を維持することが可能となる。またこれにより、消火剤原液の浪費も防止され、設定された放出時間中、消火剤溶液の放出を続けることが可能となる。
また、かかる消火剤流量調整器１０Ｂも消火剤流量調整器１０と同様に、簡易な構成により混合濃度の安定化を図るので、装置の生産コストを低減し、生産性の向上を図ることが可能となる。

［第四の実施形態］
本発明の第四の実施形態である消火剤流量調整器７０について図５参照して説明する。上記消火剤流量調整器７０は、建造物に設置されて、放出口から消火剤水溶液を放射する消火設備の消火剤混合装置６０に設けられている。図５は、消火剤混合装置６０の全体構成図である。
なお、この消火剤混合装置６０は消火剤流量調整器７０以外については、前述した消火剤混合装置１００（図７参照）と同じ構成を備えるものであり、同一の構成については同一の符号を付して重複する説明は省略する。

消火剤流量調整器７０は、消火剤貯蔵加圧タンク１０２から混合器１０１までを連結すると共にその途中の区間が三本に分岐された配管７１と、当該配管７１の分岐点の手前において消火剤原液の流量検出を行う流量センサ７９と、配管７１の各分岐区間ごとに設けられた第一〜三縮径部７２，７３，７４と、配管７１の各分岐区間ごとに設けられて消火剤原液の流通可能状態と流通停止状態とを制御信号により切替可能な電磁バルブ７５，７６，７７と、流量センサ７９の検出流量に応じて各電磁バルブ７５，７６，７７の切替制御を行う可変手段としての制御装置７８とを備えている。

上記配管７９は、その上流側端部が消火剤貯蔵加圧タンク１０２に接続され、その下流側には流量センサ７９が設けられている。さらに、配管７１は、流量センサ７９の下流側で三本に分岐されると共に、一つ目の分岐経路には電磁バルブ７５及び第一縮径部７２が設けられ、二つ目の分岐経路には電磁バルブ７６及び第二縮径部７３が設けられ、三つ目の分岐経路には電磁バルブ７７及び第三縮径部７４が設けられている。そして、各分岐経路は下流側で合流して一つになり、下流側端部が混合器１０１の狭小部１０１ａに接続されている。

第一〜三縮径部７２，７３，７４は、消火剤流量調整器１０６（図９参照）と同様に、その内部にオリフィスを備え、その内部を通過する消火剤原液に対してオフィリス径に応じた圧力損失を生じさせる構造となっている。そして、第一縮径部７２のオリフィス径が最も大きく、次いで第二縮径部７３のオリフィス径が大きく、第三縮径部７４のオリフィス径が最も小さく設定されている。
そして、第一縮径部７２のオリフィス径は、消火剤混合装置６０に対して行われる消火剤原液の供給流量全範囲を三つに区分した中で最も小さい流量範囲に対応し、第二縮径部７３のオリフィス径は、三つに区分した中で二番目に小さい流量範囲に対応し、第三縮径部７４のオリフィス径は、三つに区分した中で最も大きな流量範囲に対応する。
そして、各縮径部のオリフィス径は、それぞれの消火剤原液流量範囲で目標とする混合濃度を実現可能な程度の内径に設定されている。

流量センサ７９は、対応箇所での消火剤原液流量を検出し、検出流量に応じた検出信号を制御装置７８に出力する。
制御装置７８は、所定の処理プログラムと流量テーブルを記憶したメモリと、処理プログラムを実行する演算部とを備えている。
即ち、上記流量テーブルは、前述した消火剤原液の供給流量全範囲を三つに区分した当該各区分ごとの流量範囲と、当該各流量範囲にいずれの電磁バルブ７５，７６，７７が対応するかを示すものである。そして、制御装置７８は、流量テーブルをメモリから読み出し、流量センサに７９による検出流量がいずれの流量範囲に属するかを判定し、該当する一つの電磁バルブのみを開放する動作制御を実行する。
つまり、制御装置７８は、消火剤貯蔵加圧タンク１０２からの供給流量に対して、その流量に応じた電磁バルブを選択し、開放することで、流量に応じた縮径部７２，７３，７４のいずれかを選択することを可能としている。

かかる消火剤流量調整器７０は、消火剤混合装置５０が作動を開始すると、まず初期動作として全電磁バルブ７２，７３，７４を開放し、混合器１０１内の流水流量がまだ少なく、消火剤原液の供給流量もまだ少ない段階では、その供給流量に応じて電磁バルブ７２のみを開放した状態に切り替える。つまり、消火剤原液は、第一縮径部７２を通過して、低圧力損失状態で混合器１０１内に供給される。従って、予定する混合濃度を下回ることなく消火剤溶液が放出口から放出される。
そして、混合器１０１内の流水流量がやや上昇して消火剤原液の供給流量もやや増加すると、その供給流量に応じて電磁バルブ７３のみを開放した状態に切り替える。つまり、消火剤原液は、第二縮径部７３を通過して、所定の圧力損失状態で混合器１０１内に供給される。従って、予定する混合濃度を下回ることなくまた過剰に高濃度となることもなく消火剤溶液が放出口から放出される。
さらに、混合器１０１内の流水流量が上昇して消火剤原液の供給流量もより増加すると、その供給流量に応じて電磁バルブ７４のみを開放した状態に切り替える。つまり、消火剤原液は、第三縮径部７４を通過して、高圧力損失状態で混合器１０１内に供給される。従って、予定する混合濃度に対して過剰に高濃度となることもなく消火剤溶液が放出口から放出される。

このように、消火剤流量調整器７０も消火剤流量調整器１０とほぼ等しい効果を得ることが可能である。即ち、送水流量が少ないときの消火剤の供給量不足を回避しつつも送水流量が増加したときの消火剤の過剰供給をも回避することができることから、送水量或いは消火剤供給量について幅広い範囲で安定した混合濃度を維持することが可能となる。またこれにより、消火剤原液の浪費も防止され、設定された放出時間中、消火剤溶液の放出を続けることが可能となる。
また、かかる消火剤流量調整器７０も混合器１０１までを複数必要とせず、簡易な構成により混合濃度の安定化を図るので、装置の生産コストを低減し、生産性の向上を図ることが可能となる。

なお、上記消火剤流量調整器７０では、各縮径部７２，７３，７４の縮径率を異ならせて流量に応じて適正なものを選択する制御を行ったが、複数の全ての縮径部を同じ縮径率に設定し、消火剤原液の流量が少ないときには、より多くの縮径部を流通可能とし、消火剤原液の流量の増加に応じて流通可能な縮径部の個体数を減少させる制御を行っても良い。
また、縮径率の異なる複数の縮径部を使用する場合であっても、これらを組み合わせることで、消火剤原液の流量の増加に対して縮径率が小さくなるように制御を行っても良い。

［消火剤流量調整器による消火配管主管の流量と消火剤の混合濃度との関係］
前述した消火剤流量調整器１０を用いて、消火配管主管１０３の流量（横軸）と消火剤の混合濃度（縦軸）との関係を求める試験を行い、その結果を線図として図６に示す。
上記試験において、消火剤流量調整器１０の第二縮径部３６の中央開口部３３の内部直径を3.3[mm]、両側開口部３４，３５の内部直径を2.5[mm]、第一縮径部２４の内部直径を11.0[mm]とし、コイルバネのバネ定数を4.18[N/mm]とするものを使用し、その結果を折れ線Ｌ３に示した。なお、主管流量60[l/min]未満の範囲は使用されていないので試験対象範囲外とし、結果の記載は省略した。
また、比較のために、従来の消火剤流量調整器１０６と同じ構造のものについて、主管流量300〜900[l/min]の帯域で混合濃度1.5パーセントをほぼ維持できるように開口部の内部直径を調整した比較例を折れ線Ｌ１に示し、主管流量300[l/min]以下の帯域でも混合濃度1.5パーセントを越えることができるように開口部の内部直径を調整した比較例を折れ線Ｌ２に示す。
上記試験によれば、消火剤流量調整器１０は、主管流量60〜150[l/min]の帯域ではピストン部３０がまだ前進を開始しておらず、かかる範囲では高い混合濃度を得ることができる。そして、150[l/min]を越えるとピストン部３０が前進を開始して消火剤量は徐々に制限され、300[l/min]でピストン部３０は最前進位置に到達して縮径率の切り替えが行われる。そして、主管流量300〜900[l/min]の帯域では、従来の消火剤流量調整器１０６と同様に、混合濃度1.5パーセントを安定的に維持することが可能となる。
なお、消火剤流量調整器１０を使用した場合に、主管流量60〜300[l/min]の帯域で目標とする混合濃度より高くなっているが、混合器１０１を流れる流水流量が少ないため、混合器１０９に投入される消火剤の絶対量も少ない。そのため、消火剤の消費が設定放出時間内を維持できないほどの影響を生じることはない。
また、主管流量900[l/min]の時には、目標濃度をわずかに上回る程度であるため、消火剤貯蔵加圧タンク１０２に貯蔵する消火剤量を必要以上に多く見積もらなくとも設定された放出時間中、放出を継続することができる。
なお、消火剤流量調整器１０では、主管流量60〜300[l/min]の帯域で目標濃度をやや超えているが、これは両側開口部３４，３５の内部直径の調整により、より低減を図ることが可能である。

本発明の第一の実施形態たる消火剤流量調整器を備える消火剤混合装置の全体構成図である。 消火剤流量調整器の中心線に沿った断面図であり、図２（Ａ）は消火剤の流量が小さな状態を示し、図２（Ｂ）は消火剤の流量が大きな状態を示す。 本発明の第二の実施形態たる消火剤流量調整器の中心線に沿った断面図である。 本発明の第三の実施形態たる消火剤流量調整器の中心線に沿った断面図である。 本発明の第四の実施形態たる消火剤流量調整器を備える消火剤混合装置の全体構成図である。 第一の実施形態たる消火剤流量調整器を用いて、消火配管主管の流量と消火剤の混合濃度との関係を求めた試験の結果を示す線図である。 従来の消火剤流量調整器を備える消火剤混合装置の全体構成図である。 図７に開示した混合器及び消火剤流量調整器の中心線に沿った断面図である。 図７に開示した消火剤流量調整器の中心線に沿った断面図である。

符号の説明

１０，１０Ａ，１０Ｂ，７０ 消火剤流量調整器
２０，２０Ａ ケース部
２４，２４Ａ，７２ 第一縮径部
２７Ａ，３３ 中央開口部
２８Ａ，２９Ａ，３４，３５ 両側開口部
３０，３０Ａ，３０Ｂ ピストン部
３６，３６Ａ，３６Ｂ，７３ 第二縮径部
４０ コイルバネ（弾性体）
５０，６０ 消火剤混合装置
７１ 配管
７４ 第三縮径部
７８ 制御装置（可変手段）
１０２ 消火剤貯蔵タンク

Claims (5)

1. 消火を行う放出口へ送水される流水に対して消火剤原液を供給して混合させる消火剤混合装置の前記消火剤原液の混合濃度を調節する消火剤流量調整器において、
   手前側に位置する消火剤原液の流路よりも狭小に形成された縮径部と、
   前記消火剤原液の供給流量に応じて前記縮径部の縮径率を可変調節する可変手段とを備えることを特徴とする消火剤混合装置の消火剤流量調整器。
2. 前記可変手段は、前記消火剤原液が流入するケース部と、前記ケース部内で前記消火剤原液の流入により前進移動可能に支持されたピストン部と、前記ピストン部を後退移動方向に付勢する弾性体とを備え、
   前記ピストン部の移動により前記縮径部の縮径率の調節を行うことを特徴とする請求項１記載の消火剤流量調整器。
3. 前記縮径部は、並列に配置された複数の縮径部からなり、
   前記ピストン部の前進移動により前記複数の縮径部の一部が閉塞される配置で形成されたことを特徴とする請求項２記載の消火剤流量調整器。
4. 前記縮径部は、
   前記ピストン部の前進移動により前記縮径部の一部が閉塞される配置で形成されたことを特徴とする請求項２記載の消火剤流量調整器。
5. 消火を行う放出口へ送水される流水に対して消火剤原液を供給して混合させる消火剤混合装置の前記消火剤原液の混合濃度を調節する消火剤流量調整器において、
   前記消火剤流量調整器は、並列に接続された複数の消火剤流量調整器からなり、
   前記消火剤原液の供給流量に応じて、前記複数の消火剤流量調整器のいずれか一つ或いは複数の組み合わせを選択して消火剤原液を通過させることを特徴とする消火剤流量調整器。

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