JP2009160279A - 消火設備及び消火方法 - Google Patents

Abstract

【課題】火災の迅速かつ効率的な消火を達成する消火技術を提供する。
【解決手段】この消火設備１００は、火炎基部領域及び／又は火炎基部領域の鉛直上方の領域を挟む又は囲むように配置され、燃料面を除いて火炎に対して消火剤を含むミストを噴射するとともに、そのミストの一部を火炎の外縁に沿って上昇させるように噴射する複数の第１ミストノズル１１と、その火炎基部領域及び／又は火炎基部領域の上方の略水平面上に配置され、火炎又は火炎上方に対して消火剤を含むミストを噴射するとともに、そのミストを火炎内又は火炎上方のいずれかの位置で互いに衝突させるように噴射する複数の第２ミストノズル２１と、各々の第１ミストノズル１１及び各々の第２ミストノズル２１に対して、消火剤を送給する送給手段とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、消火設備及び消火方法に関し、特に、油等の可燃性液体のプール火災の消火のための消火設備及び消火方法に関する。

従来、例えば、最も消火が困難のものの１つといわれるプール火災の消火に対して、ウォータミストをプール火災に生じる空気流に乗せて火炎基部に到達させることによって消火する方法が提案されている（特許文献１参照）。この方法では、ウォータミストを火炎内部に到達させることができるので、ウォータミストが火炎と接触することによって発生する水蒸気による冷却効果や酸素濃度低下効果が得られる。しかしながら、酸素も空気流に沿って火炎基部へ流入するため、なお改良の余地がある。

上述の従来技術の問題を解消するため、火炎中心軸に向かって火炎の上方の周囲から放射することによって消火する方法が提案されている（特許文献２参照）。この方法では、ウォータミストによって形成される下降流を形成することができるので、ウォータミストによる冷却効果以外に、水蒸気の生成及び火炎内部の圧力増加による空気流入の抑制効果が得られる。

一方、火炎基部を隙間なく取り囲むようにウォータミストを放射して消火する方法が提案されている（特許文献３参照）。この方法では、ウォータミストを火炎の流れに対して実質的に平行にして、火炎基部への空気の流入を阻止しているので、ウォータミストの液体から気体への相変化による冷却効果、酸素濃度希釈効果、および窒息効果を発揮することができる。
特開２００５−３２３７９４号公報 特開２００７−２４４７２３号公報 特開２００７−３０７０９６号公報

しかしながら、上述の特許文献２に記載の消火方法では、ウォータミストから水蒸気への相変化に伴う圧力増加が火炎基部領域内で生じることにより、火炎基部領域内に乱流が発生することになる。その結果、かえって燃焼を助長させるという問題が生じる。さらに、発明者らの注意深い観察により、この方法では、ウォータミストから水蒸気への相変化の過程で生じる体積増加により、一時的ではあるが火炎領域を急激に拡大させるという問題も生じることが分かった。その結果、消火までに比較的多量の水と長い時間が必要となるだけでなく、周辺の物や建築物への延焼の危険性も生じうる。

また、上述の特許文献３に記載の消火方法では、火炎基部への空気の流入を阻止するためにウォータミストが利用されるので、火炎基部領域に到達するウォータミストの量がその分だけ減少する。その結果、ウォータミストの使用量に対する消火の効率を十分に上げることができないという問題が生じる。

そこで、本発明は、上述の従来技術の問題を克服して、特に可燃性液体の燃焼であり、最も消火が困難のものの１つといわれるプール火災の消火技術の更なる向上を図るものである。

ここで、本出願において「燃料面」とは、前述の可燃性液体の最表面を意味する。また、本出願において「火炎基部領域」とは、燃料面からその鉛直上方３００ｍｍ以下の柱状空間領域を意味する。なお、この「燃料面」は「燃焼面」と呼ばれることもある。また、本出願において「噴射方向」とは、水平面とミストノズルの向きとがなす角度を意味する。また、「噴射角度」とは、代表的に図１２に示す、ミストノズル１１から噴射される消火剤の飛行範囲の広がり角度θをいう。

本発明の１つの消火設備は、火炎基部領域及び／又は火炎基部領域の鉛直上方の領域を挟む又は囲むように配置され、燃料面を除いて火炎に対して消火剤を含むミストを噴射するとともに、そのミストの一部をその火炎の外縁に沿って上昇させるように噴射する複数の第１ミストノズルと、その火炎基部領域及び／又は火炎基部領域の上方の略水平面上に配置され、火炎又は火炎上方に対して消火剤を含むミストを噴射するとともに、そのミストを火炎内又は火炎上方のいずれかの位置で互いに衝突させるように噴射する複数の第２ミストノズルと、前述の各々の第１ミストノズル及び前述の各々の第２ミストノズルに対して、その消火剤を送給する送給手段とを備えている。

この消火設備によれば、第１ミストノズルから噴射されるミストの一部が火炎の外縁に沿って上昇することによって、火炎の周囲に存在する空気（特に酸素）が火炎へ侵入することを防止するいわば「障壁」が形成される。また、第２ミストノズルから噴射されるミストが、火炎内又は火炎上方のいずれかの位置で互いに衝突して下降流を形成する。その結果、ミストによる冷却効果に加えて、ミストから蒸気への相変化に伴う火炎内部における圧力増加による空気流入の抑制効果が得られる。

さらに、第１ミストノズルと第２ミストノズルが協働することにより、第１ミストノズルから噴射されるミストの一部が上述の「障壁」に利用されることによる火炎基部領域に到達するミストの量の損失分が第２ミストノズルから噴射されるミストで補われるため、極めて迅速かつ効率的な消火が達成され得る。なお、詳細な理由は未だ不明であるが、第１ミストノズルからのミストにより、上述の第２ミストノズルからのミストの火炎内部での圧力増加に伴う火炎領域の一時的拡大現象が著しく抑制された。

また、本発明の１つの消火方法は、火炎基部領域及び／又は火炎基部領域の鉛直上方の領域を挟む又は囲むように配置される複数の第１ミストノズルから、燃料面を除いて火炎に対して消火剤を含むミストを噴射する第１ミスト噴射工程と、その第１ミストノズルから噴射されるミストの一部をその火炎の外縁に沿って上昇させるミスト上昇工程と、その火炎基部領域及び／又は火炎基部領域の上方の略水平面上に配置される複数の第２ミストノズルから、火炎又は火炎上方に対して消火剤を含むミストを噴射する第２ミスト噴射工程と、前述の第２ミストノズルから噴射されるミストを火炎内又は火炎上方のいずれかの位置で互いに衝突させるように噴射するミスト衝突工程とを備えている。

この消火方法によれば、第１ミストノズルから噴射されるミストの一部が火炎の外縁に沿って上昇することによって、火炎の周囲に存在する空気（特に酸素）が火炎へ侵入することを防止する障壁が形成される。また、第２ミストノズルから噴射されるミストが、火炎内又は火炎上方のいずれかの位置で互いに衝突する工程を経ることにより、火炎基部領域に向かう下降流が形成される。この下降流により、ミストによる冷却効果に加えて、ミストから蒸気への相変化に伴う火炎内部における圧力増加による空気流入の抑制効果が得られる。

さらに、第１ミストノズルと第２ミストノズルが協働することにより、第１ミストノズルから噴射されるミストの一部が上述の「障壁」に利用されることによる火炎基部領域に到達するミストの量の損失分が第２ミストノズルから噴射されるミストで補われるため、極めて迅速かつ効率的な消火が達成され得る。なお、詳細な理由は未だ不明であるが、第１ミストノズルからのミストにより、上述の第２ミストノズルからのミストの火炎内部での圧力増加に伴う火炎領域の一時的拡大現象が著しく抑制された。

本発明の消火設備及び消火方法によれば、第１ミストノズルから噴射されるミストによる消火作用と第２ミストノズルから噴射される消火作用とが相俟って、従来の消火設備と比較して、より少量のミストにもかかわらず迅速に消火することができる。

つぎに、本発明の実施形態を、添付する図面に基づいて詳細に述べる。尚、この説明に際し、全図にわたり、特に言及がない限り、共通する部分には共通する参照符号が付されている。また、図中、本実施形態の要素は必ずしもスケール通りに示されていない。また、各図面を見やすくするために、一部の構成部材又は符号が省略され得る。

＜第１の実施形態＞
図１は、本実施形態の消火装置１００の全体概略図であり、図２は、図１のＸ−Ｘ断面図である。また、図３は、図１の一部である第１リング状配管１０、複数の第１ミストノズル１１，・・・，１１、第２リング状配管２０、複数の第２ミストノズル２１，・・・，２１及び油槽７０を示す側断面図である。また、図４は、図１の一部である第１リング状配管１０、複数の第１ミストノズル１１，・・・，１１、第２リング状配管２０、複数の第２ミストノズル２１，・・・，２１及び油槽７０を示す平面図である。

図１に示す消火設備１００は、複数の第１ミストノズル１１，・・・，１１と、複数の第２ミストノズル２１，・・・，２１と、各々の第１ミストノズル１１及び各々の第２ミストノズル２１に対して消火剤を送給する送給手段とを備える。

本実施形態の送給手段は、消火剤（本実施形態では水）を貯留するタンク１９、ポンプ１７、ポンプ制御部１８、第１リング状配管１０及び第２リング状配管２０への消火剤の送給のＯＮ／ＯＦＦを切り替える開閉動作を行う手動バルブ１４ａ，１４ｂ及び電動バルブ１５ａ，１５ｂ、バルブ制御部１６、第１圧力調整バルブ１３ａ、第２圧力調整バルブ１３ｂ、第１リング状配管１０及び第２リング状配管２０を備える。また、第１リング状配管１０には複数の第１ミストノズル１１，・・・，１１が接続され、第２リング状配管２０には複数の第２ミストノズル２１，・・・，２１が接続される。

これらの構成により、タンク１９内の消火剤は、バルブ制御部１６からの信号による電動バルブ１５ａ，１５ｂ又は手動バルブ１４ａ，１４ｂの「開」動作と、ポンプ制御部１８からの信号によるポンプ１７の送給動作によって、第１リング状配管１０及び／又は第２リング状配管２０に送給される。その後、第１圧力調整バルブ１３ａ及び第２圧力調整バルブ１３ｂによって別個独立に制御された圧力条件で、複数の第１ミストノズル１１，・・・，１１と複数の第２ミストノズル２１，・・・，２１からミストが噴射される。

また、本実施形態におけるバルブ制御部１６は、電動バルブ１５ａ，１５ｂの開閉動作及びその開閉のタイミングを制御する。従って、第１リング状配管１０に対する消火剤の送給開始時刻と第２リング状配管２０に対するその送給開始時刻との間に差を設けることが可能となる。なお、上述のバルブ制御部１６は、公知の制御装置及び制御プログラムが適用される。

また、本実施形態では、複数の第１ミストノズル１１，・・・，１１が１つの第１リング状配管１０に公知の技術により螺合、接着、又は接合（以下、これらを総称して接続という）しているため、複数の第１ミストノズル１１，・・・，１１は一括して制御される。同様に、第２ミストノズル２１，・・・，２１が１つの第２リング状配管２０に接続されているため、複数の第２ミストノズル２１，・・・，２１は一括して制御される。

本実施形態の消火設備１００に対しては、公知の種々のミストノズルが適用できる。また、本実施形態のミストノズルの代わりに、既に出願人が特願２００７−２３５２２７号の中で提案している薄型ミストノズルを採用することも好ましい一態様である。また、その他の例として、特開２００４−１３５７４２号公報に記載の消火器と同じ原理でミストを噴射させることもできる。いずれのミストノズルを採用した場合であっても、消火効果を最大限に発揮させるためには、消火剤を含むミストが火炎を通過した後、全て蒸気に変わるように噴射することが望ましい。これは、例えば、水蒸気の体積はウォータミストの体積の１０００倍以上であることからも分かるように、蒸気に変わった方が、火炎に対する圧力が増し、火炎内部の酸素濃度が低下するとともに火炎内部への空気（主に酸素）流入抑制効果が高まるためである。

本実施形態では、図１に示すように、第１リング状配管１０及び第２リング状配管２０は円状に形成されている。ここで、第１リング状配管１０に接続する複数の第１ミストノズル１１，・・・，１１及び第２リング状配管２０に接続する複数の第２ミストノズル２１，・・・，２１の具体的な態様と役割は次の通りである。

まず、本実施形態の各々の第１ミストノズル１１は、火炎基部領域を囲むように、略均等な間隔で第１リング状配管１０に接続している。このため、火炎に対して偏り無くミストを噴射することができる。さらに、各々の第１ミストノズル１１は、消火剤を含むミストを、その一部が前記火炎の外縁に沿って上昇するように噴射する。なお、上述の通り、本実施形態の複数の第１ミストノズル１１，・・・，１１の噴射方向は、直接燃料面に向かないように設定されている。これは、たとえミストが軽量であっても燃料面に直接到達させるようにミストを噴射すると、火炎基部領域の燃料ガスや突入したミスト自体が、火炎基部領域内を乱すだけでなく、周囲の空気（特に酸素）が火炎基部領域に送り込まれるためである。また、複数の第１ミストノズル１１，・・・，１１の噴射方向は、燃焼時に火炎基部領域から火炎中央部に流入する空気の流れをミストが阻止するように、火炎の流れに対して実質的に平行でかつ同じ方向にすることが好ましい。

ところで、各々の第１ミストノズル１１から噴射されるミストの平均粒径は、１０μｍ以上２００μｍ以下であることが好ましい。これは、ミストの平均粒径が１０μｍ未満であると火炎の輻射熱を受け火炎に到達する前に気化してしまう一方、ミストの平均粒径が２００μｍを超えると火炎を通過した後も完全に気化せず液滴が残ることになるためである。

また、各々の第１ミストノズル１１から噴射されるミストの噴射流速は、０．１ｍ／ｓ（メートル／秒）以上１０ｍ／ｓ以下が好ましい。これは、ミストの流速が０．１ｍ／ｓ未満であれば、噴射されたミストが火炎によって巻き上げられてしまうため、ミストが火炎に殆ど到達せず、実質的に消火に寄与しなくなるからである。他方、その流速が１０ｍ／ｓ以上になれば、噴射されたミストが周囲の空気を火炎に流入させることになって火炎を煽ってしまうことになる。上記観点からいえば、そのミストの流速は、０．３ｍ／ｓ以上６ｍ／ｓ以下がさらに好ましい。

次に、本実施形態の各々の第２ミストノズル２１は、火炎基部領域の鉛直上方の領域を囲むように第２リング状配管２０に均等な間隔で配置される。また、各々の第２ミストノズル２１は、消火剤を含むミストを、火炎内又は火炎上方のいずれかの位置で互いに衝突させるように噴射する。

本実施形態では、各々の第２ミストノズル２１は、各々の第１ミストノズル１１よりも上方に配置される。これは、火炎又は火炎上方に対して各々の第２ミストノズル２１から噴射されるミストが、各々の第１ミストノズル１１からのミストが形成する障壁に妨げられることなく、火炎内又は火炎上方のいずれかの位置で互いに衝突して下降流を形成することができるようにするためである。また、図４に示すように、各々の第２ミストノズル２１は、平面視において、換言すれば、正射影した場合に、各々の第１ミストノズル１１の位置よりも内側に配置される。この配置により、第１ミストノズル１１から噴射されるミストの影響をより低減できるため、各々の第２ミストノズル２１から噴射されるミストは、より容易に互いに衝突することができる。

また、各々の第２ミストノズル２１から噴射されるミストの平均粒径は、５０μｍ以上５００μｍ以下であることが好ましい。これは、ミストの平均粒径が５０μｍ未満であると、火炎の輻射熱を受け火炎に到達する前に気化してしまう虞や、火炎に巻き上げられて火炎の熱エネルギーを吸収することができない虞があるためである。他方、ミストの平均粒径が５００μｍを超えると、火炎を通過した後も完全に気化せず液滴が残り得るためである。

また、各々の第２ミストノズル２１から噴射されるミストの噴射流速は、１ｍ／ｓ以上３ｍ／ｓ以下であることが好ましい。この範囲の噴射流速では、噴射されるミストが火炎によって巻き上げられることがないためである。

本実施形態の消火設備１００では、バルブ制御部１６により、第２ミストノズル２１からのミストの噴射は、第１ミストノズル１１からのミストの噴射開始より４秒遅れるように設定された。この設定により、第２ミストノズル２１から噴射されるミストが下降するときに液体から気体への相変化により生じる火炎内部の圧力の増加により火炎の横幅が拡大するという現象が殆ど観察されなかった。他方、第２ミストノズル２１と第１ミストノズルの噴射を同時に開始した場合、消火の過程で若干火炎の拡がりが確認されたが、第２ミストノズル２１のみによって消火する場合と比較して顕著にその拡がりの低減が確認された。従って、上述の観点から、第２ミストノズル２１からのミストの噴射は、第１ミストノズル１１からのミストの噴射と同時か、又は第１ミストノズル１１からのミストの噴射の後に行われることが好ましい。さらに、消火の過程での火炎の拡がりをより顕著に抑えるためには、第２ミストノズル２１からのミストの噴射は、第１ミストノズル１１からのミストの噴射より２秒以上遅れて開始されることが好ましい。なお、この第２ミストノズル２１からの噴射の遅れ時間の上限は特に定めるものではないが、総消火時間を出来る限り低減することを考慮すれば、第２ミストノズル２１からの噴射の遅れが１５秒以下であることが好ましい。

上述の通り、複数の第１ミストノズル１１，・・・，１１から噴射されるミストは、火炎の周囲に存在する空気（特に酸素）が火炎へ侵入することを防止するいわば障壁を形成する。また、複数の第２ミストノズル２１，・・・，２１から噴射されるミストは、火炎内又は火炎上方のいずれかの位置で互いに衝突して下降流を形成するため、ミストによる冷却効果に加えて、ミストから蒸気への相変化に伴う火炎内部における圧力増加による空気流入の抑制効果が得られる。

さらに、詳細な理由は未だ不明であるが、本実施形態の消火設備１００では、第１ミストノズル１１及び第２ミストノズル２１による２種類のミストが噴射されるので、第１ミストノズルからのミストにより、第２ミストノズルからのミストの火炎内部での圧力増加に伴う火炎領域の一時的拡大現象が著しく抑制される。その結果、消火が顕著に促進されるとともに、延焼の危険性が大きく低減することが分かった。

＜実施例＞
図３に示すように、ｎ−ヘプタン７１を貯留する油槽７０に着火された火炎を用いて、本実施形態の消火設備１００の性能を調査する実験を行った。

この油槽７０は、直径１４４０ｍｍ、深さ３００ｍｍの円筒形であり、底面から１５０ｍｍの深さが燃料面となるように、水の層の上に約４８Ｌ（リットル）のｎ−ヘプタン７１が貯留されている。

２４個の第１ミストノズル１１，・・・，１１は均等な間隔で油槽７０の略上端を囲うように配置されている。このとき、各々の第１ミストノズル１１の噴射方向は、油槽７０の中央上方に、より具体的には、水平面から仰角３０°に向くように配置された。また、その噴射角度は６０°に設定されている。

また、１６個の第２ミストノズル２１，・・・，２１は、油槽７０の円心を中心とする直径１２５０ｍｍの円周上に均等な間隔で、この油槽７０の縁から９９０ｍｍの高さに配置された。このとき、各々の第２ミストノズル２１は、油槽７０の中央下方に、より具体的には、水平面から俯角１５°に向くように配置された。また、その噴射角度は６０°に設定されている。

また、各々の第１ミストノズル１１及び各々の第２ミストノズル２１から噴射されるミストの平均粒径は１００μｍに設定され、噴射時のミストの圧力は０．９ＭＰａに設定された。また、各々の第１ミストノズル１１からの流量は９．６Ｌ／ｍｉｎに設定され、ノズルのオリフィスから２０ｃｍの距離におけるミストの流速が３ｍ／ｓであった。また、各々の第２ミストノズル２１からの流量は３２Ｌ／ｍｉｎに設定され、ノズル出口から２０ｃｍ離間した位置におけるミストの流速が４ｍ／ｓであった。

本実施例では、上述の通り、第１ミストノズル１１からのミストの噴射を、第２ミストノズル２１からのミストの噴射よりも４秒早く開始した。

上述の各条件下で消火実験を行った結果、火炎は１３秒で消火された。また、このときの複数の第１ミストノズル１１，・・・，１１による消火剤使用量は約２．１Ｌ、第２ミストノズル２１，・・・，２１による消火剤使用量は約４．８Ｌであった。従って、消火に要した消火剤は総計で約６．９Ｌであった。

次に、２つの比較例について説明する。

比較例１は、約４８Ｌのｎ−ヘプタン７１を貯留した上述の実施例と同じ油槽７０に着火された火炎を用いて行われた実験である。

比較例１では、２４個のミストノズルが均等な間隔で油槽７０の略上端を囲うように配置されている。他方、上述の実施例のように、第２ミストノズル２１に相当するミストノズルは配置されていない。なお、比較例１における２４個のミストノズルの噴射方向は、上述の実施例の第１ミストノズル１１のそれと同じ値に設定されている。また、各ミストノズルの形状及び構造は、実施例とそれらと同一である。

また、比較例１における２４個のミストノズルのミストノズルから噴射されるミストの平均粒径は１００μｍに設定され、噴射時のミストの圧力は０．９ＭＰａに設定された。また、それらのミストノズルからの流量は４８Ｌ／ｍｉｎに設定され、ノズルのオリフィスから２０ｃｍの距離におけるミストの流速が５ｍ／ｓであった。

他方、比較例２も、比較例１と同じ油槽７０に着火された火炎を用いて行われた実験である。

比較例２では、２４個のミストノズルが油槽７０の円心を中心とする直径１２５０ｍｍの円周上に均等な間隔で、この油槽７０の縁から９９０ｍｍの高さに配置されているが、上述の実施例のように、第１ミストノズル１１に相当するミストノズルは配置されていない。なお、比較例２における２４個のミストノズルの噴射方向は、上述の実施例の第２ミストノズルのそれと同じ値に設定されている。また、各ミストノズルの形状及び構造は、実施例とそれらと同一である。

また、比較例２における２４個のミストノズルから噴射されるミストの平均粒径は１００μｍに設定され、噴射時のミストの圧力は０．９ＭＰａに設定された。また、それらのミストノズルからの流量は４８Ｌ／ｍｉｎに設定され、ノズルのオリフィスから２０ｃｍの距離におけるミストの流速が５ｍ／ｓであった。

上述の各実験の結果、消火するまでに使用された消火剤の量を比較すると、実施例では６．９Ｌであったのに対し、比較例１では１３．６Ｌであり、比較例２では２０．８Ｌであった。すなわち、本実施形態の消火設備１００を用いることにより、従来の約３割〜５割の量の消火剤で消火することが可能であることが分かった。

また、消火するまでに要した時間は、実施例では１３秒であったのに対し、比較例１では１７秒であり、比較例２では２６秒であった。すなわち、本実施形態の消火設備１００を用いることにより、従来の約５割〜８割の時間で消火することが可能であることが分かった。

表１は、上記の実施例及び従来の消火設備を使用した比較例（比較例１及び比較例２）の諸条件と結果を一覧にしたものである。

従って、本実施形態の消火設備１００が採用されることによって、消火剤の量及び消火時間が、従来と比較して格段に低減されることが確認された。また、本実施形態で使用されるノズル数が単純に比較例１と比較例２を加算した数より少なくても前述の効果がえられることが分かった。さらに、第２ミストノズルに相当するミストノズルによる油槽上方からのミストの噴射によって形成される下降流が引き起こす消火過程の火炎の横方向への拡大が、油槽の縁からのミストにより防止されることが明らかとなったことは特筆に価する。

＜第２の実施形態＞
本実施形態の消火設備２００は、図５に示すように、第１リング状配管１０及び第２リング状配管２０が、それぞれ、一対の第１直線状配管２１０，２１０及び一対の第２直線状配管２２０，２２０に変更された点以外は、第１の実施形態の消火設備１００と同じ構成を備える。従って、重複する説明は省略され得る。

図５は、本実施形態の第１直線状配管２１０、第２直線状配管２２０及び油槽７０を示す平面図であり、第１の実施形態における図４に相当する。

本実施形態の消火設備２００は、その一部として、一対の第１直線状配管２１０，２１０と一対の第２直線状配管２２０，２２０を備える。第１直線状配管２１０，２１０は、油槽７０との関係において第１の実施形態の第１リング状配管１０と同様の位置に配置されている。また、第２直線状配管２２０，２２０も、油槽７０との関係において第１の実施形態の第２リング状配管２０と同様の位置に配置されている。ここで、一対の第１直線状配管２１０，２１０が備える９個ずつの第１ミストノズル１１，・・・，１１は、火炎基部領域及び／又は火炎基部領域の鉛直上方の領域を挟むように互いに対向している。また、一対の第２直線状配管２２０，２２０が備える７個ずつの第２ミストノズル２１，・・・，２１も互いに対向することによって、噴射されるミストが火炎内又は火炎上方のいずれかの位置で互いに衝突するように配置されている。

なお、図５に示すように、各々の第２ミストノズル２１は、平面視において各々の第１ミストノズル１１の位置よりも内側に配置される。この配置により、第１ミストノズル１１から噴射されるミストの影響をより低減できるため、各々の第２ミストノズル２１から噴射されるミストは、より容易に互いに衝突することができる。

本実施形態の各々の第１ミストノズル１１の噴射方向は、油槽７０の中央上方に、より具体的には、水平面から仰角３０°に向くように配置される。また、その噴射角度は６０°に設定される。また、各々の第２ミストノズル２１は、油槽７０の中央下方に、より具体的には、水平面から俯角１５°に向くように配置される。また、その噴射角度は６０°に設定される。

上述の構成を採用した場合であっても、迅速で効率的な消火が達成できる。

＜第２の実施形態の変形例＞
本実施形態の消火設備２０１は、図６に示すように、上述の第２の実施形態の一対の第１直線状配管２１０，２１０及び一対の第２直線状配管２２０，２２０が、それぞれ、４つの第１直線状配管２１０，・・・，２１０及び４つの第２直線状配管２２０，・・・，２２０に変更されている点以外は、第２実施形態の消火設備２００と同じ構成を備えている。従って、重複する説明は省略され得る。

ここで、４つの第１直線状配管２１０，・・・，２１０が備える総計３６個の第１ミストノズル１１，・・・，１１は、火炎基部領域及び／又は火炎基部領域の鉛直上方の領域を囲うように配置されている。また、４つの第２直線状配管２２０，・・・，２２０が備える総計２０個の第２ミストノズル２１，・・・，２１も、２つずつが対向することによって、噴射されるミストが火炎内又は火炎上方のいずれかの位置で互いに衝突するように配置されている。この変形例では、上述の第２実施形態と比較してミスト同士の衝突確率が格段に高まると考えられる。

本実施形態の各々の第１ミストノズル１１の噴射方向は、油槽７０の中央上方に、より具体的には、水平面から仰角３０°に向くように配置される。また、その噴射角度は６０°に設定される。また、各々の第２ミストノズル２１は、油槽７０の中央下方に、より具体的には、水平面から俯角１５°に向くように配置される。また、その噴射角度は６０°に設定される。

上述の構成を採用した場合であっても、迅速で効率的な消火が達成できる。

ところで、第２の実施形態及びその変形例の消火設備２００及び２０１は、複数の第１直線状配管及び複数の第２直線状配管から構成されているため、火炎の大きさによって比較的自由に配置を変更することができる。その結果、火炎基部領域との適切な位置関係を容易に得ることができる点は特筆に価する。また、第１直線状配管及び第２直線状配管が直線状に形成されていることから、製造が容易になってコストを低減できることに加え、輸送の際にも便利である。

＜第３の実施形態＞
本実施形態の消火設備３００は、図７に示すように、第１リング状配管１０及び第２リング状配管２０が、それぞれ、一対の第１Ｕ字状配管３１０，３１０及び一対の第２Ｕ字状配管３２０，３２０に変更された点以外は、第１の実施形態の消火設備１００と同じ構成を備える。従って、重複する説明は省略され得る。

図７は、本実施形態の一対の第１Ｕ字状配管３１０，３１０、一対の第２Ｕ字状配管３２０，３２０、および油槽７０を示す平面図であり、第１の実施形態における図４に相当する。

本実施形態の消火設備３００は、その一部として、一対の第１Ｕ字状配管３１０，３１０と一対の第２Ｕ字状配管３２０，３２０を備える。第１Ｕ字状配管３１０，３１０は、油槽７０との関係において第１の実施形態の第１リング状配管１０と同様の位置に配置されている。また、第２Ｕ字状配管３２０，３２０も、油槽７０との関係において第１の実施形態の第２リング状配管２０と同様の位置に配置されている。ここで、一対の第１Ｕ字状配管３１０，３１０が備える１４個ずつの第１ミストノズル１１，・・・，１１は、火炎基部領域及び／又は火炎基部領域の鉛直上方の領域を挟むように互いに対向している。また、一対の第２Ｕ字状配管３２０，３２０が備える９個ずつの第２ミストノズル２１，・・・，２１も互いに対向することによって、噴射されるミストが火炎内又は火炎上方のいずれかの位置で互いに衝突するように配置されている。

本実施形態においても、図７に示すように、各々の第２ミストノズル２１は、平面視において各々の第１ミストノズル１１の位置よりも内側に配置される。この配置により、第１ミストノズル１１から噴射されるミストの影響をより低減できるため、各々の第２ミストノズル２１から噴射されるミストは、より容易に互いに衝突することができる。

本実施形態の各々の第１ミストノズル１１の噴射方向は、油槽７０の中央上方に、より具体的には、水平面から仰角３０°に向くように配置される。また、その噴射角度は６０°に設定される。また、各々の第２ミストノズル２１は、油槽７０の中央下方に、より具体的には、水平面から俯角１５°に向くように配置される。また、その噴射角度は６０°に設定される。

上述の構成を採用した場合であっても、迅速で効率的な消火が達成できる。

＜第３の実施形態の変形例＞
本実施形態の消火設備３０１は、図８に示すように、上述の第３の実施形態の一対の第１Ｕ字状配管３１０，３１０及び一対の第２Ｕ字状配管３２０，３２０が、それぞれ、一対の第１円弧状配管３３０，・・・，３３０及び一対の第２円弧状配管３４０，・・・，３４０に変更されている点以外は、第３実施形態の消火設備３００と同じ構成を備えている。従って、重複する説明は省略され得る。

ここで、一対の第１円弧状配管３３０，・・・，３３０が備える９個ずつの第１ミストノズル１１，・・・，１１は、火炎基部領域及び／又は火炎基部領域の鉛直上方の領域を実質的に囲うように配置されている。また、一対の第２円弧状配管３４０，・・・，３４０が備える９個ずつの第２ミストノズル２１，・・・，２１も、２つずつが略対向することによって、噴射されるミストが火炎内又は火炎上方のいずれかの位置で互いに衝突するように配置されている。

本実施形態の各々の第１ミストノズル１１の噴射方向は、油槽７０の中央上方に、より具体的には、水平面から仰角３０°に向くように配置される。また、その噴射角度は６０°に設定される。また、各々の第２ミストノズル２１は、油槽７０の中央下方に、より具体的には、水平面から俯角１５°に向くように配置される。また、その噴射角度は６０°に設定される。

上述の構成を採用した場合であっても、迅速で効率的な消火が達成できる。

ところで、第３の実施形態及びその変形例の消火設備３００及び３０１は、２つの第１Ｕ字状配管及び２つの第２Ｕ字状配管、２つの第１円弧状配管及び２つの第２円弧状配管から構成されているため、火炎の大きさによって比較的自由に配置を変更することができる。その結果、火炎基部領域との適切な位置関係を容易に得ることができる点は特筆に価する。また、上述のＵ字状又は円弧状の配管を採用することにより、直線状配管と比較して少数の配管数によって火炎基部領域を囲むことができる。

＜第４の実施形態＞
図９は、本実施形態の消火設備４００の全体概略図であり、図１０は図９のＹ−Ｙ断面図である。また、図１１は図９の一部である共通配管４１０、複数の第１ミストノズル１１,・・・,１１、複数の第２ミストノズル２１,・・・,２１及び油槽７２を示す側断面図である。なお、この油槽７２は、直径１４４０ｍｍ、深さ５００ｍｍの円筒形であり、底面から１５０ｍｍの深さまで約４８Ｌ（リットル）のｎ−ヘプタン７３が貯留されている。

本実施形態の消火設備４００は、第１の実施形態の第１リング状配管１０、第２リング状配管２０及び圧力調整バルブ１３ａ，１３ｂが、共通配管４１０及び圧力調整バルブ４１３に変更された点以外は、第１の実施形態の消火設備１００と同じ構成を備える。従って、重複する説明は省略され得る。

本実施形態の共通配管４１０は、油槽７２に沿った略円状に形成されており、油槽７２の略上端の略水平面上に配置される。複数の第１ミストノズル１１，・・・，１１は、均等な間隔で油槽７２の略上端を囲うように接続している。

また、本実施形態の第２ミストノズル２１は、上述の各実施形態とは異なり、各々の第１ミストノズル１１よりも上側の位置で共通配管４１０と接続するとともに、各々の第１ミストノズル１１よりも高い仰角、換言すれば、大きな仰角を向くように接続される。前述のような配置により、各々の第２ミストノズル２１から噴射されるミストを、出来るだけ各々の第１ミストノズル１１から噴射されるミストが形成する壁に遮られること無く互いに衝突させることができる。他方、各々の第２ミストノズル２１から噴射されるミストが、第１ミストノズル１１から噴射されるミストにより形成される壁を破壊するリスクを低減することができる。

また、各々の第２ミストノズル２１から噴射されるミストを、火炎内又は火炎上方のいずれかで互いに衝突させるために、第２ミストノズル２１の噴射方向は、第１ミストノズル１１のそれよりも高い仰角、換言すれば、大きな仰角を向くように共通配管４１０に接続される。

なお、図９乃至図１１に示すように、上述の第４の実施形態における各々の第２ミストノズル２１が各々の第１ミストノズル１１よりも上側の水平面上に配置されることは好ましい一態様である。しかしながら、この配置に限定されるものではない。例えば、同一水平面上に第１ミストノズルと第２ミストノズルが共に配置されていた場合であっても、それらの噴射方向が異なってさえいれば、本実施形態の効果が奏される。すなわち、一例としては、噴射方向の異なる２種類のミストノズルが、１つのリング状配管の１つの水平面上に交互に配置されても、本実施形態の効果が実質的に奏される。

また、本実施形態の消火設備４００は、複数の第１ミストノズル１１，・・・，１１及び複数の第２ミストノズル２１，・・・，２１が接続する共通配管４１０の圧力を調整する共通の圧力調整バルブ４１３を備える。従って、各々の第１ミストノズル１１と各々の第２ミストノズル１２から噴射されるミストの圧力を、画一に制御することができる。

ところで、上述の各実施形態の第１リング状配管１０、第２リング状配管２０、第１直線状配管２１０、第２直線状配管２２０、第１Ｕ字状配管３１０、第２Ｕ字状配管３２０、第１円弧状配管３３０、第２円弧状配管３４０、共通配管４１０、各々の第１ミストノズル１１及び各々の第２ミストノズル２１は、耐熱性の樹脂材料又は金属材料で構成されることが好ましい。なお、上述の各実施形態では、ＳＵＳ３０４が採用されている。

また、上述の各実施形態では、第１ミストノズルの噴射方向は、水平面に対して仰角３０°を例示したが、これに限定されない。上記方向が水平面に対して仰角０°（つまり、水平面と平行）以上、仰角９０°未満であれば、本発明の効果を実質的に損なわないといえる。但し、火炎基部領域内に周囲の空気が流入することを防止するとともに、ミストを十分に火炎基部領域に供給させるためには、上記方向は水平面に対して１０°以上、仰角６０°以下であることが好ましい。また、この観点から言えば、最も好ましい範囲は、水平面に対して２０°以上、仰角４５°以下である。

また、上述の各実施形態では、第２ミストノズルの噴射方向は、水平面に対して仰角１５°を例示したが、これに限定されない。上記方向が水平面に対して俯角０°（つまり、水平面と平行）以上、俯角９０°未満であれば、本発明の効果を実質的に損なわないといえる。但し、ミストの流速を上げることなく、下降流の成分の有効量、すなわち消火に寄与するミストの量を増やすためには、上記方向は、５°以上６０°以下であることが好ましい。また、この観点から言えば、最も好ましい範囲は、１０°以上３０°以下である。

また、上述の各実施形態では、第１ミストノズル及び第２ミストノズルの噴射角度は、６０°を例示したが、これに限定されない。上記角度が４０°以上、１２０°以下であれば、本発明の効果を実質的に損なわないといえる。但し、火炎の周囲に存在する空気が火炎内に侵入することを防止する「障壁」を効率よく形成するためには、上記角度は、４０°以上１００°以下であることが好ましい。また、この観点から言えば、最も好ましい範囲は、５０°以上９０°以下である。

また、上述の各実施形態第２ミストノズルは、火炎基部領域の鉛直上方の領域を囲むように第２リング状配管に均等な間隔で配置されていたが、これに限定されない。例えば、上述の各実施形態第２ミストノズルが、火炎基部領域を囲むように第２リング状配管に均等な間隔で配置されていてもよい。火炎基部領域内でミストを衝突させる場合であっても、その衝突によって火炎内でのミストの滞留が促進されるため、相変化を生じさせるだけの十分な時間が与えられると考えられるからである。但し、第２ミストノズルから噴射されるミストが、直接燃料面に到達しないようにその噴射方向を調整することが好ましい。

なお、本実施形態では、水を消火剤として用いたが、これに限定されない。水と比較して消火能力の高い他の代替消火剤も適用しうる。例えば、アルカリ性強化液や中性強化液等の公知の消火薬液、界面活性剤及びエタノール等のアルコール類の群から選ばれた少なくとも一種類を添加剤として含む水は、本実施形態及び以下の各変形例に適用しうる。ただし、消火剤として水を用いる場合は、人体への安全性が格段に高まるとともに、環境への負荷は大きく低減される。

また、上述した第２の実施形態及びその変形例の消火設備２００及び消火設備２０１は、２個または４個の第１直線状配管及び２個または４個の第２直線状配管を備えるが、第１直線状配管及び第２直線状配管の数は３個又は５個以上であっても良い。より具体的には、例えば３個の第１直線状配管２１０，・・・，２１０の場合、複数の第１ミストノズル１１，・・・，１１が、平面視において三角形状に火炎基部領域及び／又は火炎基部領域の鉛直上方の領域を囲むように配置されることも好ましい一態様である。

また、上述した第３の実施形態及びその変形例の消火設備３００及び消火設備３０１は、２個の第１Ｕ字状配管３１０と２個の第２Ｕ字状配管３２０、または、２個の第１円弧状配管３３０と２個の第２円弧状配管３４０とを備えるが、これらの数は２個に限定されない。例えば、第１Ｕ字状配管３１０、第２Ｕ字状配管３２０、第１円弧状配管３３０及び第２円弧状配管３４０の数が１個または３個以上であっても本発明の少なくとも一部の効果が奏される。

また、上述した各実施形態において、各々の第２ミストノズル２１は水平面上に配置されているが、配置位置はこれに限定されない。例えば、１つの第２ミストノズル２１の最低位置の水平面の高さと最高位置の水平面の高さとの差が、３００ｍｍ以下、より好ましくは５０ｍｍ以下であれば、実質的に上述と同じ効果が奏される。なお、これは、上述の各実施形態における第１ミストノズル１１についても当てはまる。

さらに、上述した第４実施形態の消火設備４００は円状の共通配管４１０を備えるが、この共通配管４１０は円状に限定されず、上述の第２の実施形態の直線状の配管、第３の実施形態の略Ｕ字状の配管、または、円弧状の配管の形状を用いてもよい。以上、述べたとおり、本発明の範囲内に存在する変形例もまた、特許請求の範囲に含まれるものである。

本発明は、種々の火災に対する消火設備又は消火方法として広く利用されうる。

本発明の１つの実施形態における消火設備を示す全体概略図である。 図１のＸ−Ｘ断面図である。 図１の一部を示す側断面図である。 図１の一部を示す平面図である。 本発明の他の実施形態における図４に相当する平面図である。 本発明の他の実施形態における図４に相当する平面図である。 本発明の他の実施形態における図４に相当する平面図である。 本発明の他の実施形態における図４に相当する平面図である。 本発明の他の実施形態における消火設備を示す全体概略図である。 図９のＹ−Ｙ断面図である。 図９の一部を示す側断面図である。 ミストの噴出角度を説明する図である。

符号の説明

１０ 第１リング状配管
１１ 第１ミストノズル
１３ａ，１３ｂ，４１３ 圧力調整バルブ
１４ａ，１４ｂ 手動バルブ
１５ａ，１５ｂ 電動バルブ
１６ バルブ制御部
１７ ポンプ
１８ ポンプ制御部
１９ タンク
２０ 第２リング状配管
２１ 第２ミストノズル
７０，７２ 油槽
７１，７３ ｎ−ヘプタン
１００，２００，２０１，３００，３０１，４００ 消火設備
２１０ 第１直線状配管
２２０ 第２直線状配管
３１０ 第１Ｕ字状配管
３２０ 第２Ｕ字状配管
３３０ 第１円弧状配管
３４０ 第２円弧状配管
４１０ 共通配管

Claims (9)

1. 火炎基部領域及び／又は火炎基部領域の鉛直上方の領域を挟む又は囲むように配置され、燃料面を除いて火炎に対して消火剤を含むミストを噴射するとともに、前記ミストの一部を前記火炎の外縁に沿って上昇させるように噴射する複数の第１ミストノズルと、
   前記火炎基部領域及び／又は火炎基部領域の上方の略水平面上に配置され、火炎又は火炎上方に対して消火剤を含むミストを噴射するとともに、前記ミストを火炎内又は火炎上方のいずれかの位置で互いに衝突させるように噴射する複数の第２ミストノズルと、
   前記各々の第１ミストノズル及び前記各々の第２ミストノズルに対して、前記消火剤を送給する送給手段とを備える
   消火設備。
2. 前記各々の第１ミストノズルから噴射されるミストの噴射方向が、水平面に対して仰角０°以上９０°未満である
   請求項１に記載の消火設備。
3. 前記各々の第１ミストノズルが第１配管に接続され、
   前記各々の第２ミストノズルが前記第１配管よりも上方に配置された第２配管に接続され、
   前記各々の第２ミストノズルから噴射されるミストの噴射方向が、水平面に対して俯角０°以上９０°未満である請求項１に記載の消火設備。
4. 前記各々の第１ミストノズル及び前記各々の第２ミストノズルが１つの配管に接続され、
   前記各々の第２ミストノズルが、前記各々の第１ミストノズルよりも上側に配置されるとともに、各々の第２ミストノズルから噴射されるミストの噴射方向が、前記各々の第１ミストノズルから噴射されるミストの噴射方向よりも高い仰角である
   請求項１に記載の消火設備。
5. 前記第２ミストノズルによるミストの噴射が、前記第１ミストノズルによるミストの噴射と同時、又は前記第１ミストノズルによるミストの噴射の後に開始するように制御する制御部をさらに備えた
   請求項１に記載の消火設備。
6. 火炎基部領域及び／又は火炎基部領域の鉛直上方の領域を挟む又は囲むように配置される複数の第１ミストノズルから、燃料面を除いて火炎に対して消火剤を含むミストを噴射する第１ミスト噴射工程と、
   前記第１ミストノズルから噴射されるミストの一部を前記火炎の外縁に沿って上昇させるミスト上昇工程と、
   前記火炎基部領域及び／又は火炎基部領域の上方の略水平面上に配置される複数の第２ミストノズルから、火炎又は火炎上方に対して消火剤を含むミストを噴射する第２ミスト噴射工程と、
   前記第２ミストノズルから噴射されるミストを火炎内又は火炎上方のいずれかの位置で互いに衝突させるように噴射するミスト衝突工程とを備える
   消火方法。
7. 前記第１ミスト噴射工程において、前記各々の第１ミストノズルから噴射されるミストの噴射方向が、水平面に対して仰角０°以上９０°未満である
   請求項６に記載の消火方法。
8. 前記第２ミスト噴射工程において、前記各々の第２ミストノズルが、前記各々の第１ミストノズルよりも上方から噴射するとともに、前記各々の第２ミストノズルから噴射されるミストの噴射方向が、水平面に対して俯角０°以上９０°未満である
   請求項６に記載の消火方法。
9. 前記第２ミスト噴射工程におけるミストの噴射が、前記第１ミスト噴射工程におけるミストの噴射と同時、又は前記第１ミスト噴射工程におけるミストの噴射の後に開始する
   請求項６に記載の消火方法。

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