JP2011062340A - エアロゾル消火装置 - Google Patents

Abstract

【課題】消火性能を低下させることなく、火炎の分断とエアロゾルの冷却を効率よく行う。
【解決手段】燃焼により消火用エアロゾルを発生する固形消火剤１４を、一端に開口した筒状の内容器２０に収納する。内容器２０の開口側の途中には、固形消火剤１４の燃焼に発生する火炎の外部への放出を抑制する複数のノズル孔６２を配置した多孔ノズル６０が配置され、固形消火剤１４の燃焼で噴き出す火炎を分断し、エアロゾルの噴き出しによりノズル出口側が負圧となることで、空気孔６４から空気を巻き込んで高温のエアロゾルを冷却して放出する。
【選択図】図３

Description

本発明は、固形消火剤の燃焼により消火用エアロゾルを発生して火災を消火抑制するエアロゾル消火装置に関する。

従来、エンジンルーム、ケーブルダクト、制御盤、機器筐体内などの閉鎖された密閉空間で発生した火災を消火抑制するため、固形消火剤に点火して燃焼させることで消火用エアロゾルを発生するエアロゾル消火装置が知られている。

このようなエアロゾル消火装置にあっては、火災が発生した際に、エアロゾル消火装置の点火装置に電気信号を送り、固形消火剤に点火して燃焼させるようにしている。固形消火剤の燃焼により発生するエアロゾルは例えば塩化カリウムや臭化カリウムなどを主成分とし、それ以外に水、二酸化炭素及び窒素を含み、燃焼抑制作用により消火抑制を果たすことができる。

ところで、固形消火剤が燃焼する際には、火炎が発生するため、エアロゾル消火装置から火炎や高温ガスが放出されると、装置周囲のものを損傷させてしまうという問題がある。

この問題を解決するため従来のエアロゾル消火装置にあっては、燃焼により発生したエアロゾルを冷却物質を通して冷却してから消火対象空間に放出させている。冷却物質としては、水とエチレングリコールなどの熱吸収媒体、熱分解による化学的冷却剤、粒状化した親水性の鉱物などを用いている（特許文献１）。

特許第３７６６６８５号公報 特開２００５−５０３８５３号公報 特開平６−２６９５１３号公報

しかしながら、このような従来の冷却物質によりエアロゾルを冷却するエアロゾル消火装置にあっては、水分子との接触により冷却する場合には、長期間に亘り冷却性能を維持することが困難であり、また熱分解による化学冷却剤を用いる場合、熱分解により生成されるガスに窒素酸化物等毒性のあるものが含まれていることもあるという問題がある。また冷却物質にエアロゾルを通過させると、冷却物質にエアロゾルが吸着され、エアロゾルの噴出量が少なくなり、消火性能が大きく低下してしまうこともあった。

本発明は、消火性能を低下させることなく、火炎の分断とエアロゾルの冷却を効率よく行うエアロゾル消火装置を提供することを目的とする。

本発明はエアロゾル消火装置を提供するものであり、
燃焼により消火用エアロゾルを発生する固形消火剤と、
固形消火剤を収納する一端に開口した筒状の収納容器と、
収納容器の開口側に配置され、固形消火剤の燃焼に発生する火炎の外部への放出を抑制する複数のノズル穴を配置した多孔ノズルと、
を備えたことを特徴とする。

ここで、多孔ノズルを、収納容器の開口径Ａの略半分Ａ／２となる開口部から離れた位置に配置し、エアロゾルの噴出により負圧状態を生成して外気を巻き込む冷却構造を形成する。

また収納容器における多孔ノズルの配置位置と開口部との間の側面に冷却空気を導入する空気孔を形成する。

固形消火剤は、表面から内部に通じる穴を有し、
更に、
固形消火剤を収納する一端に開口した筒状の消火剤容器と、
固形消火剤の穴に収納され、固形消火剤に点火して燃焼させる点火部材と、
穴に対応する位置に放出穴を開口し、消火剤容器に収納された固形消火剤の開口側の端面に接触して配置されて燃焼を抑制する燃焼制御部材と、
を備える。

更に、収納容器を間に断熱空気層を介して収納する一端に開口した外容器を配置して２重容器構造とする。

本発明によれば、多孔ノズルを固形消火剤の上部に配置することで、固形消火剤の燃焼で放出される火炎を分断し、火炎高さを抑制することができる。また、エアロゾルを冷却剤に通すことがないため、エアロゾルの放出速度を低下させることがなく、発生したエアロゾルを消火対象空間（防護エリア）に勢いよく拡散させ、消火性能を大きく向上させることができる。

また、収納容器の開口部に対する多孔ノズルの配置位置を適切に設定することで、多孔ノズルからエアロゾルが放出される際にノズル付近を負圧にして外気を巻き込み、エアロゾルを効率良く冷却できる。

多孔ノズルの配置位置としては、収納容器の開口径Ａの略半分Ａ／２となる開口部から離れた位置に多孔ノズルを配置することで、放出されたエアロゾルガスの放出速度によりノズル付近が負圧となり、効率良く外気を巻き込んでエアロゾルガスを冷却できる。

また、収納容器の多孔ノズルの配置位置から開口部までの間の側壁に空気孔を設けることで、エアロゾルの噴出で負圧状態となったノズル付近に対する外部からの空気の導入を効率良く行って冷却性能を高め、同時に火炎による多項ノズルや収納容器の昇温を抑制し、過熱による損傷を防止できる。

また、固形消火剤として貫通穴を形成し、固形消火剤の開口穴に点火装置を配置して中から燃焼を開始させ、固体消火剤の放出側の端面に放出穴の空いた燃焼制御部材を設置することで、固体消火剤の内部からの燃焼が放出側の表面に広がらず、内部から外側に広がるように燃焼を制御することができ、固形消火剤の燃焼を緩やかに制御して急激な圧力上昇といった過剰な負荷を掛けることなく、エアロゾルの放出が可能になる。

また固形消火剤の開放側端面に配置した燃焼制御部材の上部に多孔ノズルを配置することで、固形消火剤の燃焼で放出される火炎をより確実に分断し、火炎高さを充分に抑制することができる。

また固形消火剤の燃焼で発生したエアロゾルは燃焼制御部材の放出穴から放出されるため、発生ガスの内部圧力を上昇させ、エアロゾルの放出速度を上げることができ、発生したエアロゾルが消火対象物内での拡散効果に繋がるため、消火性能の向上が期待でき、さらには燃焼時に発生する未燃性ガスも拡散させるため、放出穴付近の火炎の発生を抑制できる。

本発明によるエアロゾル消火装置の実施形態を示した説明図 図１の実施形態の組立分解状態を示した説明図 図１の実施形態における燃焼の様子を示した説明図

図１は本発明によるエアロゾル消火装置の実施形態を示した説明図であり、図１（Ａ）に平面を、図１（Ｂ）に断面を示している。

図１において、本実施形態のエアロゾル消火装置１０は、消火剤容器１２の中に固形消火剤１４を収納しており、固形消火剤１４の開口側となる上面には燃焼制御板１６が面接触して固定配置されている。

消火剤容器１２は放出側となる上部に開口した円筒体であり、金属ケースなどが使用される。固形消火剤１４は中心軸方向に貫通穴１５を形成した円柱形状をもち、燃焼により粉末エアロゾルを発生するものである。

固形消火剤１４に使用する消火剤組成物としては、特に制限がないが、アルカリ金属塩を主成分とする発煙消火剤組成物を使用することが好ましい。アルカリ金属塩として具体的には、塩素酸カリウム、過塩素酸カリウム、重クロム酸カリウム、硝酸セシウム、および硝酸カリウムからなる群より選択されたアルカリ金属塩が好ましく、入手のしやすさ、コスト等の面からより好ましくは塩素酸カリウム、過塩素酸カリウムである。

また、アルカリ金属塩に還元剤として作用する反応物を含んだものが好ましい。還元剤は、特に限定されることはないが、ゴム、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、フェノール−ホルムアルデヒド樹脂等の高分子材料を好ましく用いることができる。

さらに、本発明に用いる消火剤組成物には、別途、燃焼調整剤、金属還元剤がそれぞれ配合されていてもよい。該燃焼調整剤としては、塩化カリウム、炭酸カリウム、炭酸水素カリウム、塩化ナトリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、タルク、珪藻土、硝子粉等の塩を用いることができる。また、該金属還元剤としてはマグネシウム、アルミニウム、シリコン等を挙げることができる。

これらの消火剤組成物は、過塩素酸カリウムに代表される酸化剤を主成分とし、樹脂等の還元剤及び適宜、燃焼調整剤、金属還元剤を混合し、成型したものを使用することができる。

固形消火剤１４の燃焼により発生するエアロゾルは１μｍ以下の粒子径を持つ超微粒子であり、その成分には炭酸塩、塩化物、あるいは酸化物、もしくはその混合物を含有している。

具体的には、エアロゾルは塩化カリウム、塩化ナトリウム、炭酸カリウム、酸化カリウムなどの凝集粒子であり、これ以外に窒素、二酸化炭素、水蒸気などを含んでいる。エアロゾルは火災が発生した監視エリアに充満することで、火災発生場所における燃焼の火災中心を抑制消滅させることで消火を行う。またエアロゾルはその主成分が炭酸塩、塩化物、あるいは酸化物などであることから、毒性がなく環境に対し優しい性状を有する。

エアロゾルを燃焼により発生する固形消火剤１４の重量としては、１立方メートルの監視エリアに必要な量が８０〜２００グラムであり、これに基づき、本実施形態のエアロゾル消火装置１０を設置する監視エリア、例えば車両のエンジンルームの容積に対応した量の固形消火剤１４を収納している。

燃焼制御板１６は貫通穴１５に対応する中心位置に放出穴１８を開口した金属製の薄い円板であり、固形消火剤１４の放出側の上面に接触固定され、上面の燃焼を抑制すると共に、放出穴１８から燃焼により発生したエアロゾルを含む燃焼ガスを外部に放出させる。

ここで燃焼制御板１６の中心に設けた放出穴１８の穴径は、エアロゾルの放出時間や放出速度を決める役割を果たし、必要に応じて任意に変更する。例えば貫通穴１５の初期の径と同じであっても良いし、貫通穴１５よりも小さい径でも良い。また燃焼制御板１６の放出穴１８としては円形の穴としているが、これ以外に、多角形や星形といった任意の形状及び個数とすることができる。

また消火剤容器１２に対する燃焼制御板１６の固定は、消火剤容器１２に対し燃焼制御板１６を圧入することにより抜止めし、上端面に接触固定している。燃焼制御板１６の消火剤容器１２内での固定構造としては、圧入以外に、固形消火剤の上面に対する接着固定、消火剤容器１２内へのＣリングの嵌合による抜止め固定、若しくは消火剤容器１２の内面に形成した爪又は突起による抜止め固定などにより、固形消火剤１４の上端面に接触固定しても良い。

消火剤容器１２は上部の放出側に開口した収納容器としての内容器２０に底部のスペーサプレート２９を介して収納される。内容器２０は更に上部の放出側に開口した外容器２２に収納され、両者の間に断熱空気層２５を形成した２重容器構造としている。

この２重容器構造は、内容器２０の底部から下向きに３本のボルト２６を延在し、ボルト２６に円筒状のスペーサ２８を挿入することで両者の間隔を設定し、外容器２２の底部から取り出したボルト２６に間にフッ素系ゴムを使用したシール４０を介して底板２４を配置し、ナット３０のねじ込みで締め付け固定している。

消火剤容器１２に収納した固形消火剤１４の貫通穴１５には点火装置３２が設けられる。点火装置３２は内容器２０の底部に耐熱ソケットとしてセラミックソケット３４を配置してシール３８を介して底板２４により固定し、固形消火剤１４の貫通穴１５の中にヒータコイル３６を穴の内面に接触するように配置している。

点火装置３２は外部からの信号線接続による通電でヒータコイル３６を加熱し、貫通穴１５の部分で固形消火剤１４に点火して中から燃焼を始めるようにしている。点火装置３２のヒータコイル３６にはニクロム線やタンタル線を使用する。

内容器２０の開口側の途中にはビス６６により多孔ノズル６０が配置される。多孔ノズル６０は上下方向に小さな複数のノズル孔６２を略均一に分布するように形成し、また火炎の噴き出しを抑制するノズル孔６２の長さを確保するため、充分な厚さとしており、ステンレスなどの金属円板から作られている。

多孔ノズル６０は、固形消火剤１４の燃焼により燃焼制御板１６の放出穴１８から噴き出すエアロゾルを含む火炎を受け、分散した複数のノズル孔６２を通して外部に放出させることで、火炎を分断して外部への炎の噴き出しを抑制する。

またノズル孔６２からエアロゾルを含む火炎が勢い良く噴き出す場合、多孔ノズル６０の噴き出し側の空間が負圧となり、開口側から周囲の空気を巻き込み、高温のエアロゾルを冷却する作用を果たす。

この外部からの空気の巻き込みによるエアロゾルの冷却効率を高めるため、本実施形態にあっては、内容器２０の開口径をＡとした場合、多孔ノズル６０を開口部から開口径Ａの半分となるＡ／２だけ奥まった位置に配置しており、更に、開口側となる内容器２０の側壁の複数個所に空気孔６４を形成している。

このような開口径Ａに対しＡ／２となる奥まった位置に多孔ノズル６０を配置したことで、ノズル孔６２からエアロゾルの噴き出しにより発生する負圧を高くし、更に、側壁の空気孔６４から高い負圧により充分な量の空気を導入し、高温状態で噴き出してくるエアロゾルを効率良く冷却して消火対象空間に放出することができる。

図２は図１のエアロゾル消火装置の実施形態を組立分解状態として示した説明図である。図２において、上部に開口した円筒体である消火剤容器１２には、中心軸方向に燃焼を開始するための貫通穴１５を形成した固形消火剤１４が収納され、その貫通穴１５の上に放出穴１８を開口した燃焼制御板１６を例えば圧入し、固形消火剤１４の上面に接触させている。従って、固形消火剤１４の外表面は消火剤容器１２で覆われると共に、上面が燃焼制御板１６に接触して覆われた収納構成となり、貫通穴１５に対応する燃焼制御板１６の放出穴１８でのみ外部と連通している。

固形消火剤１４及び燃焼制御板１６を組み込んだ消火剤容器１２は、上部に開口した円筒状の内容器２０に収納される。内容器２０は底部から下向きに延在した３本のボルト２６にスペーサ２８を嵌め入れた状態で外容器２２に収納し、ボルト２６の先端を底部の通し穴４６から取り出し、そこにシール３８を介して底板２４の通し穴５４を嵌め入れ、その下側でナット３０のネジ込みにより、内容器２０を外容器２２の中に浮動状態で支持固定している。

点火装置３２は内容器２０の底部のソケット挿入穴４４にヒータコイル３６を挿入して固形消火剤１４の貫通穴１５の中に配置している。ヒータコイル３６はセラミックソケット３４の上面に設けた一対の端子間にコイル部３６ａとコイル戻り部３６ｂを接続している。

コイル部３６ａは、ヒータ線を細かいピッチで巻き回して固形消火剤１４との接触面積を確保する。コイル戻り部３６ｂは、固形消火剤１４の貫通穴１５の中に下側から嵌め入れる際に、貫通穴１５に押し当てながら挿入することにより、コイル部３６ａを貫通穴１５の反対側に押圧接触させ、通電加熱時にコイル部３６ａの熱を効率良く伝えて確実に着火できるようにしている。

固形消火剤１４及び燃焼制御板１６を組み込んだ消火剤容器１２を収納した内容器２０の開口側の途中には、ビス６６を通し孔６８からノズル側のネジ穴にねじ込むことで、ノズル孔６２を複数設けた多孔ノズル６０を配置している。

図３は図１の実施形態における固形消火剤の燃焼によりエアロゾルが放出する様子を示した説明図である。

図３において、点火装置３２のヒータコイル３６に通電すると、ヒータコイル３６の発熱によりコイル部３６ａが接触している貫通穴１５の部分から固形消火剤１４の燃焼が始まる。固形消火剤１４の燃焼で発生したエアロゾルは燃焼による炎と共に矢印７０ａのように貫通穴１５から燃焼制御板１６の放出穴１８を通って噴出される。

燃焼制御板１６の放出穴１８から矢印７０ａに示すように噴き出したエアロゾルを含む火炎は、多孔ノズル６０に当たって外部に対する直接的な火炎の噴き出しが抑制され、火炎が分断される。多孔ノズル６０の下側に噴き付けた火炎は、複数のノズル孔６２で絞り込まれた噴出量となって矢印７０ｂに示すように外部の消火対象空間に放出される。

このときノズル出口部分の空間がエアロゾルの噴き出しで負圧となり、内容器２０の側壁に設けた空気孔６４から矢印７２に示すよう空気を導入し、放出される高温のエアロゾルを空気の巻き込みで効率良く冷却して消火対象空間に放出させることができる。更に空気を巻き込むことで燃焼時に発生する未燃性ガスも拡散させるため、外部への火炎の発生を充分に抑制できる。

また、固形消火剤１４の上側の表面には燃焼制御板１６が接触固定されているため、貫通穴１５による固形消火剤１４の中から燃焼を開始しても、固形消火剤１４の上表面に燃焼が拡大することがなく、矢印で示すように、貫通穴１５から外側に向かって緩やかに燃焼が進む。消火剤容器１２の内面も固形消火剤１４の側面及び底面に接触していることから、消火剤の燃焼時の火炎が固形消火剤１４の表面に延焼することを防止して燃焼を制御していることから、燃焼制御板１６と同様の機能も果たしている。

更に固形消火剤１４の放出側の上面に接触配置した燃焼制御板１６は中心に放出穴１８を開口しているため、貫通穴１５から外側に向かう燃焼で発生したエアロゾルで内部圧力が上昇し、放出穴１８から外部に勢い良くエアロゾルを放出する。

これによって固形消火剤１４の燃焼速度を緩やかに抑えながら、同時にエアロゾル７０ａの噴出速度を高めることができ、放出したエアロゾルの消火対象物内での拡散効果を高めることで消火性能の向上が期待できる。

また固形消火剤１４の燃焼によって内容器２０が加熱されて温度が上昇するが、内容器２０と外容器２２の間には断熱空気層２５が形成されているため、外容器２２に対する熱伝導を抑制し、外容器２２の温度が安全な範囲を超えて上昇しないようすることができる。

なお、上記の実施形態にあっては、エアロゾル消火装置を消火対象空間内に直接設置する場合を例にとっていることから、内容器２０及び外容器２２の上部となる放出側については単に円筒体を開口しているだけの放出側の構造であるが、エアロゾル消火装置を消火対象空間から離れた位置に設置するような場合には、エアロゾル消火装置から放出されたエアロゾルを消火対象空間に導くダクトやパイプといった適宜の放出ガイド構造を内容器２０及び外容器２２の開口に連結することになる。

また上記の実施形態にあっては、点火装置としてヒータコイルを使用した場合を例にとっているが、機械的な摩擦で点火する点火装置や、複数物質の接触による反応熱で点火する点火装置を使用しても良い。

また、上記の実施形態においては、固形消火剤１４を収納する容器として、一端を開口した筒状の消火剤容器１２に、一端を塞ぐ燃焼制御板１６、６２を装着することで固形消火剤１４の外表面を接触させて覆った構成としているが、これに限らず、内部から燃焼開始した固形消火剤１４が火炎によって表面に燃え広がらないように面接触して覆う構成であればよく、例えば、消火剤容器と燃焼制御板がともに側面を有する筒形状で、互いの筒部材を上下に組み合わせることで固形消火剤１４の側面を分担して覆う構成であっても良い。

貫通穴１５は必ずしも固形消火剤１４の中心軸と一致させて開口する必要はない。

また、上記の実施形態においては、固形消火剤１４の内部に点火装置を設置しやすくするため貫通穴１５を設けて、一端をエアロゾル放出穴として、他端を点火装置の挿入穴としているが、固形消火剤の内部から燃焼して外方向へ燃焼させていく構成であれば良く、必ずしも穴は貫通させる必要はなく、固形消火剤の表面に貫通しないエアロゾル放出穴を備え、貫通せずに一端のみ開放し消火剤内部方向に伸びた穴形状とし、その放出穴に発火装置を収納する構造であってもよい。

この場合はエアロゾル放出穴と点火装置挿入穴を兼用する構成としても良く、またヒータコイルのリード線を開放していない方の消火剤を貫いてリード線が外部に出される構成であっても良い。つまり、図１の固形消火剤のコイルヒータ３６より下の点火装置部分は消火剤に埋め込まれて消火剤を固形成形するようにしても良い。

固形消火剤１４は円柱形状に限らず円錐、角柱や角錐であってもよく、エアロゾル放出穴周辺表面に併せて燃焼制御板の形状を設定すればよい。

消火剤容器１２と内容器２０は同一部材で構成しても良い。

また本発明はその目的と利点を損なうことのない適宜の変形を含み、更に上記の実施形態に示した数値による限定は受けない。

１０：エアロゾル消火装置
１４：固形消火剤
１５：貫通穴
１６：燃焼制御板
２０：内容器
２２：外容器
２４：底板
２５：断熱空気層
３２：点火装置
６０：多孔ノズル
６２：ノズル孔
６４：空気孔

Claims (5)

1. 燃焼により消火用エアロゾルを発生する固形消火剤と、
   前記固形消火剤を収納する一端に開口した筒状の収納容器と、
   前記収納容器の開口側に配置され、前記固形消火剤の燃焼に発生する火炎の外部への放出を抑制する複数のノズル穴を配置した多孔ノズルと、
   を備えたことを特徴とするエアロゾル消火装置。
   
2. 請求項１記載のエアロゾル消火装置に於いて、前記多孔ノズルを、前記収納容器の開口径の略半分となる開口部から離れた位置に配置し、エアロゾルの噴出により負圧状態を生成して外気を巻き込む冷却構造を形成したことを特徴とするエアロゾル消火装置。
   
3. 請求項１記載のエアロゾル消火装置に於いて、前記収納容器における前記多孔ノズルの配置位置と開口部との間の側面に冷却空気を導入する空気孔を形成したことを特徴とするエアロゾル消火装置。
   
4. 請求項１記載のエアロゾル消火装置に於いて、前記固形消火剤は、表面から内部に通じる穴を有し、
   更に、
   前記固形消火剤を収納する一端を開口した筒状の消火剤容器と、
   前記固形消火剤の穴に収納され、前記固形消火剤に点火して燃焼させる点火部材と、
   前記穴に対応する位置に放出穴を開口し、前記消火剤容器に収納された前記固形消火剤の開口側の端面に接触して配置されて燃焼を抑制する燃焼制御部材と、
   を備えたことを特徴とするエアロゾル消火装置。
   
5. 請求項３記載のエアロゾル消火装置に於いて、更に、前記収納容器を間に断熱空気層を介して収納する一端に開口した外容器を配置して２重容器構造としたことを特徴とするエアロゾル消火装置。

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