JP2011115338A - 噴出ヘッド及びガス消火システム - Google Patents

Abstract

【課題】消火ガスの供給に基づく騒音を低減することが可能な、噴出ヘッド、及びこれを備えたガス消火システムを提供する。
【解決手段】対象室内に消火ガスを供給するためのノズル３１に連結されて、ノズル３１を流通する消火ガスを噴出させる噴出ヘッド４１であって、ノズル３１の流出口に連通するチャンバー４４を備え、チャンバー４４の壁面には、対象室内に向けて開口する複数のオリフィス孔４５が形成されていることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、噴出ヘッド、及びこれを備えたガス消火システムに関する。

従来、対象室内において発生した火災を消火するガス消火システムとして、窒素ガス、二酸化炭素ガス、ハロゲンガス等の不活性ガスや不燃性ガスからなる消火ガスを対象室内に充満させるものがある（例えば、特許文献１参照）。このようなガス消火システムは、水や化学消火剤に弱い大型コンピュータやサーバ等の精密機器類が設置された対象室内の消火に対して特に有効である。
このガス消火システムにおいては、短時間のうちに大量の消火ガスを対象室内に充満させることができるように、対象室内に開口する流出口を、断面を絞り込んだノズル形状とする等して、流出口から高圧の消火ガスを高速で噴出させている。

特開２０００−６０９８４号公報

しかしながら、上述したガス消火システムにおいては、高圧の消火ガスが流出口から対象室内に噴出される際にガス圧力が急激に開放されるため、消火ガスが急激に膨張し、非常に大きな膨張音が発生するおそれがある。
また、対象室内に短時間で消火ガスを充満させるために、消火ガスを流出口から高速で噴出させているが、この噴出流速が部分的に音速を超えると衝撃波が発生し、この衝撃波に起因して騒音が発生する場合がある。

そこで、本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、消火ガスの供給に基づく騒音を低減することが可能な、噴出ヘッド、及びこれを備えたガス消火システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の噴出ヘッドは、対象室内に消火ガスを供給するためのガス配管の流出口に連結されて、前記ガス配管を流通する消火ガスを噴出させる噴出ヘッドであって、前記流出口に連通するチャンバーを備え、前記チャンバーの壁面には、前記対象室内に向けて開口する複数のオリフィス孔が形成されていることを特徴とする。

この構成によれば、対象室内の消火時に、消火ガスはガス配管の流出口から噴出ヘッドのチャンバー内に流入する。この場合、ガス配管の流出口から噴出した消火ガスはチャンバー内で一旦膨張した後に、チャンバーに形成されたオリフィス孔を通って対象室内に噴出されるので、噴出口（オリフィス孔）から消火ガスが開放される際に発生する膨張音を低減することができる。
また、チャンバーには、複数のオリフィス孔が形成されているため、ガス配管からチャンバー内に流入した消火ガスは、複数のオリフィス孔から分散されて対象室内に噴出される。これにより、噴出孔（オリフィス孔）１箇所当たりの消火ガスの流量を低下させ、各オリフィス孔から噴出されるガス流速を低減することができる。そのため、従来のようにノズル形状の噴出口から一括して消火ガスを噴出させる場合に比べて、消火ガスの噴出流速を低減することができ、消火ガスの噴出流速に起因して発生する騒音を低減することができる。なお、本発明の構成によれば、オリフィス孔が複数形成されているので、対象室内に噴出される消火ガスの総流量を低下させることなく、騒音の低減を図ることができる。
その結果、消火ガスの供給に基づく騒音を低減することができる。

また、前記チャンバーは、消火ガスの流通方向に沿って複数配列され、前記各チャンバー間は前記オリフィス孔により連通していることを特徴とする。

この構成によれば、消火ガスが各チャンバー間を流通するたびに除々に膨張した後に、対象室内に噴出されることになる。すなわち、消火ガスの噴出までの膨張を段階的に行うことができるので、噴出口（オリフィス孔）から消火ガスが開放される際に発生する膨張音をより確実に低減することができる。

また、前記各チャンバー間の前記オリフィス孔同士が消火ガスの流通方向から見てオフセットされていることを特徴とする。

この構成によれば、各チャンバー間において、オリフィス孔が重ならないように配置されることになるので、各チャンバー間での流路長を長くすることができ、膨張音に対する低減効果を大きくすることができる。

また、本発明のガス消火システムは、消火ガスを貯留するガス供給源と、消火ガスを前記ガス供給源から対象室内に供給するためのガス配管と、上記本発明の噴出ヘッドとを備え、前記噴出ヘッドがガス配管の流出口に取り付けられていることを特徴とする。

この構成によれば、周知のガス配管に上記本発明の噴出ヘッドを取り付けるだけで騒音を低減することができる。そのため、ガス消火システムの大幅な変更を伴うことなく、設備コストの増加も抑制することができる。

本発明の噴出ヘッドによれば、消火ガスの供給に基づく騒音を低減することができる。
本発明のガス消火システムによれば、周知のガス配管に上記本発明の噴出ヘッドを取り付けるだけで騒音を低減することができる。そのため、ガス消火システムの大幅な変更を伴うことなく、設備コストの増加も抑制することができる。

本発明の実施形態における消火システムの概略構成図である。 本発明の第１実施形態における要部分解斜視図である。 図２のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 本発明の第２実施形態における要部分解斜視図である。 図４のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。 ガス配管の断面図である。

次に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
（ガス消火システム）
図１は、ガス消火システムを示す概略構成図である。
図１に示すように、本実施形態のガス消火システム１０は、大型コンピュータ等の精密機器１１が設置された対象室１２内の消火を行うものであって、対象室１２外に設置された消火ガスの供給源（ガス供給源）２１と、供給源２１と対象室１２内とを連通させ、供給源２１から供給される消火ガスを対象室１２内まで導くガス配管２２と、図示しない火災報知器から出力される火災信号に基づいて、ガス配管２２に接続された制御弁２３の開閉操作を行う図示しない制御部とを備えている。

なお、本実施形態の対象室１２は、天井１４との間に間隔をあけて天板１５が配置される一方、床１３との間に間隔をあけて床板１６が配置された、いわゆる二重床及び二重天井構造をなしている。具体的に、天井１４と天板１５とに囲まれた空間が天井領域１７、床１３と床板１６とに囲まれた空間が床下領域１８、天板１５と床板１６とに囲まれた空間が機器設置領域１９を構成しており、機器設置領域１９の床板１６上に上述した精密機器１１が設置されている。なお、床板１６及び天板１５は、各領域１７〜１９を完全に遮断するように設けられることに限らず、図示例のように、各領域１７〜１９が互いに連通するように設けられていてもよい。

供給源２１は、例えば高圧状態で消火ガスを貯蔵するガスボンベ等の耐圧容器によって構成されている。なお、消火ガスには、不活性ガスまたは不燃性ガスとして、例えば窒素ガスや、二酸化炭素ガス、ハロゲンガス等を用いることが可能であり、本実施形態では窒素ガスが好適に用いられている。

ガス配管２２は、ガス供給源２１から対象室３に至る中途部分において複数に分岐されており、これによって、ガス配管２２の複数（図示例では三つ）の流出口が対象室３内に開口している。これら複数の流出口は、より短時間で対象室３内を消火ガスで充満できるように、互いに離れた位置に配されることが好ましい。
なお、本実施形態においては、ガス配管２２は、供給源２１に接続された供給配管２２ａと、供給配管２２ａの下流端が分岐された複数の分岐配管２２ｂと、各分岐配管２２ｂの下流端に接続されて対象室１２の側壁２５から天井領域１７、機器設置領域１９及び床下領域１８内に向けて開口する複数の噴出配管２２ｃとを備えている。また、本実施形態の制御弁２３は、ガス配管２２が集合されてなる供給配管２２ａに接続されているが、これに限らず分岐配管２２ｂや噴出配管２２ｃに接続しても構わない。

また、機器設置領域１９の側壁２５に対向する側壁２７には、対象室１２内の圧力が所定圧以上となった場合に開放され、対象室１２内に充満するガス（消火ガスや空気）を対象室１２の外部に逃がす避圧口ダンパー２６が形成されている。このように、消火ガスが噴出される噴出配管２２ｃに対向する位置に避圧口ダンパー２６を配置することで、対象室１２内全体に消火ガスを充満させ易くなる。

図２は本実施形態の要部の分解斜視図であり、図３は図２のＡ−Ａ線に沿う断面図である。なお、図２においては説明を分かり易くするために、後述する噴出ヘッド４１を一部断面で示している。また、各噴出配管２２ｃよりも下流側はともに同一の構成であるため、以下の説明では１つの噴出配管２２ｃの下流側について説明する。
図２，図３に示すように、各噴出配管２２ｃの下流端には、噴出配管２２ｃから噴出される消火ガスの流れを加速させるオリフィス形状のノズル（流出口）３１が取り付けられている。このノズル３１は、噴出配管２２ｃの軸方向（消火ガスの流通方向）に沿って延在しており、噴出配管２２ｃを流通する消火ガスがノズル３１を流通することで、消火ガスをより高速で対象室１２内に噴出させることができる。

（噴出ヘッド）
ここで、ノズル３１の下流端には、消火ガスを対象室１２内に噴出するための噴出ヘッド４１が取り付けられている。噴出ヘッド４１は、ノズル３１の下流端を外側から覆うように連結された筒状の連結部４２と、連結部４２の下流端に形成されたヘッド本体４３とを備えている。

ヘッド本体４３は、連結部４２に連通するチャンバー４４を備えている。チャンバー４４は、ノズル３１の内径に対して流通方向に直交する方向に拡大形成された直方体形状のものであり、長手方向が消火ガスの流通方向と平行になるように延在している。すなわち、チャンバー４４は、ノズル３１から流入する消火ガスを対象室１２内に噴出させる前段で一旦膨張させる膨張室として機能している。そして、チャンバー４４における長手方向上流側の壁面において、チャンバー４４内と連結部４２とが連通している。

また、チャンバー４４の壁面には、壁面の厚さ方向に沿って貫通する多数のオリフィス孔４５が形成されている。これらオリフィス孔４５は、チャンバー４４の壁面の厚さ方向に沿って内径が一様に形成された平面視矩形状の貫通孔であり、チャンバー４４のほぼ全面、具体的にはチャンバー４４の下流側の壁面及び消火ガスの流通方向に沿う壁面に亘って多数形成されている。このオリフィス孔４５により、チャンバー４４内と対象室１２内とが連通している。なお、本実施形態の噴出ヘッド４４は、ノズル３１に一体に固定、あるいは一体に形成してもよいが、ノズル３１に対して着脱自在に取り付けられることがより好ましい。

（ガス消火システムの動作方法）
次に、本実施形態のガス消火システムの動作方法について説明する。なお、図１，図２中矢印Ｆは、消火ガスの流れを示している。
まず、対象室１２内の火災を火災報知器が検知すると、火災報知器から制御部に向けて火災信号が出力される。制御部は火災信号を受信すると、ガス消火システム１０を起動する。具体的に、制御部は、制御弁２３を開放して供給源２１からガス配管２２に向けて消火ガスを供給させる。

供給源２１から供給される消火ガスは、ガス配管２２（供給配管２２ａ、分岐配管２２ｂ及び噴出配管２２ｃ）内を流通し、ノズル３１内を流通することで加速された状態で、噴出ヘッド４１のチャンバー４４内に流入する。そして、消火ガスはチャンバー４４内からチャンバー４４の壁面に形成されたオリフィス孔４５を通って対象室１２内に噴出されることになる。

ここで、ノズル３１から噴出した消火ガスはチャンバー４４内で一旦膨張した後に、オリフィス孔４５を通って対象室１２内に噴出されるので、噴出口（オリフィス孔４５）から消火ガスが開放される際に発生する膨張音を低減することができる。

また、チャンバー４４には、多数のオリフィス孔４５が形成されているため、ノズル３１からチャンバー４４内に流入した消火ガスは、多数のオリフィス孔４５から分散されて対象室１２内に噴出される。これにより、噴出孔（オリフィス孔４５）１箇所当たりの消火ガスの流量を低下させ、各オリフィス孔４５から噴出されるガス流速を低減することができる。そのため、従来のようにノズル形状の噴出口から一括して消火ガスを噴出させる場合に比べて、消火ガスの噴出流速を低減することができ、消火ガスの噴出流速に起因して発生する騒音を低減することができる。この場合、本実施形態では、オリフィス孔４５が多数形成されているので、対象室１２内に噴出される消火ガスの総流量を低下させることなく、騒音の低減を図ることができる。

その結果、消火ガスは、噴出ヘッド４１のチャンバー４４内から各オリフィス孔４５を通過して対象室１２内に拡散されるように噴出され、対象室１２内全体に供給されることになる。その後、噴出ヘッド４１から対象室１２内に消火ガスを供給し続け、対象室１２内を消火ガスで充満させることで、対象室１２内の火災を消火することができる。なお、消火ガスを供給し続け、対象室１２内の圧力が所定圧以上になった場合には、避圧口ダンパー２６が開放されて対象室１２内のガスが自動的に外部へ逃げるようになっている。

このように、本実施形態では、ノズル３１の下流端に噴出ヘッド４１を取り付け、噴出ヘッド４１のチャンバー４４に形成された多数のオリフィス孔４５から消火ガスを噴出させる構成にした。
この構成によれば、上述したようにオリフィス孔４５から消火ガスが開放される際の膨張に起因する騒音、及びオリフィス孔４５からの噴出されるガス流速に起因する騒音を、ガス流量の低下を伴うことなく低減することができる。よって、消火ガスの供給に基づく騒音を低減することができる。

ところで、火災発生時に制御弁２３を開放すると、ガス配管２２における制御弁２３よりも上流側と、下流側との圧力差によって衝撃波（圧力波）が発生する。そして、この衝撃波は、消火ガスとともにガス配管２２（供給配管２２ａ、分岐配管２２ｂ及び噴出配管２２ｃ）及びノズル３１内を伝播してチャンバー４４内に伝播する。

ここで、ノズル３１内を伝播した衝撃波は、ノズル３１を通過してチャンバー４４内に伝播する際に、回折することで減衰する。さらに、チャンバー４４内に伝播した衝撃波は各オリフィス孔４５を通過して回折することにより、減衰した状態で対象室１２内に伝播することになる。このように、衝撃波は対象室１２内に伝播する前段で段階的に減衰することになるので、制御弁２３開放時に発生する衝撃波に起因する騒音も低減することができる。

また、本実施形態のガス消火システムでは、噴出配管２２ｃが対象室１２内の天井領域１７、床下領域１８及び機器設置領域１９の各領域に開口しているため、これら複数の領域何れかで火災が発生したとしても、消火ガスをより短時間で充満させることが可能である。

また、本実施形態のガス消火システム１０では、対象室１２内に消火ガスを充満させることで火災の消火が行われるが、対象室１２内に供給された消火ガスによって対象室１２内の圧力が上昇することがある。ここで、本実施形態のガス消火システムでは、避圧口ダンパー２６を備えているため、過剰な圧力を対象室１２外に逃がすことができる。

なお、噴出ヘッド４１をノズル３１に対して着脱自在に構成した場合には、ガス消火システムの大幅な変更を伴うことなく、周知のノズル３１に噴出ヘッド４１を取り付けるだけで騒音を低減することができる。そのため、設備コストの増加も抑制することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。図４は本実施形態の要部の分解斜視図であり、図５は図４のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。なお、以下の説明では、上述した第１実施形態と同様の構成については同一の符号を付し説明を省略する。
図４，図５に示すように、本実施形態の噴出ヘッド６１におけるヘッド本体６２は、内径が連結部４２の内径よりも拡大された筒状部６３と、ヘッド本体６２の軸方向（消火ガスの流通方向）に沿って並んで配置され、筒状部６３内を区画する複数のオリフィスプレート６５，６６とを備えている。

筒状部６３は、その軸方向がノズル３１及び噴出配管２２ｃの軸方向に一致するように延在し、対象室１２内に向けて開口している。オリフィスプレート６５，６６は、その面方向が筒状部６３の軸方向に直交するように配置された円板形状の部材であり、筒状部６３内の上流側に配置された第１オリフィスプレート６５と、下流側に配置された第２オリフィスプレート６６とを備えている。そして、各オリフィスプレート６５，６６は、筒状部６３の内側を軸方向に沿って区画するように配置されており、各オリフィスプレート６５，６６で区画された空間が、上流側から第１チャンバー７１及び第２チャンバー７２を構成している。

各オリフィスプレート６５，６６には、厚さ方向に沿って貫通するオリフィス孔７５，７６が多数形成されている。この場合、第２オリフィスプレート６６に形成された第２オリフィス孔７６の内径は、第１オリフィスプレート６５に形成された第１オリフィス孔７５の内径よりも大きく形成されている。すなわち、オリフィス孔７５，７６は、上流側から下流側に向かうにつれ大きくなるように形成されている。
また、第１オリフィス孔７５と第２オリフィス孔７６との中心軸は、消火ガスの流通方向に直交する方向にオフセットされている。すなわち、各オリフィス孔７５，７６同士は、消火ガスの流通方向から見て重ならない位置に配置されている。

この場合、第１チャンバー７１内に流入した消火ガスは、第１チャンバー７１内で一旦膨張した後に、第１オリフィス孔７５を通過して第２チャンバー７２内に流入する際にさらに膨張し、その後第２オリフィス孔７６を通過することで、対象室１２内に噴出されることになる。

このように、本実施形態によれば、上述した第１実施形態と同様の効果を奏するとともに、消火ガスの噴出までの膨張を段階的に行うことができるので、オリフィス孔７５，７６から消火ガスが開放される際に発生する膨張音をより確実に低減することができる。
また、オリフィス孔７５，７６の内径が下流側になるにつれ大きく形成することで、消火ガスが各チャンバー７１，７２内の圧力を除々に増加させることができるので、チャンバー７１，７２から対象室１２内に噴出されるまでの圧力変動をより滑らかに行うことができる。
さらに、各オリフィス孔７５，７６が重ならないように配置されているため、各チャンバー７１，７２間の流路長を長くすることができ、膨張音に対する低減効果を大きくすることができる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
例えば、本実施形態では、オリフィス孔の内径を厚さ方向に沿って一様に形成した場合について説明したが、これに限らず上流側から下流側にかけて漸次内径が変化するようなテーパ形状に形成しても構わない。さらに、オリフィス孔の形状は矩形状に限られず、円形状等、適宜設計変更が可能である。
また、上述した第２実施形態では、チャンバー７１，７２を２つ設ける場合について説明したが、これに限らず、３つ以上設ける構成にしても構わない。
さらに、第１実施形態のチャンバー４４を覆うように第２チャンバーを設けても構わない。

さらに、上述した実施形態では、ガス消火システム１０の制御弁２３の開閉操作を制御部により制御する構成について説明したが、これに限らず作業者によって手動で制御弁２３の開閉操作を行っても構わない。

また、ガス配管２２内に高速の流れが生じるとガス配管２２自体に共振が発生し、この振動に基づき騒音が発生する場合がある。そこで、例えば、図６に示すように、ガス配管２２（噴出配管２２ｃ）の外周面に、防振材からなるスリーブ８０を固定してもよい。なお、図示例のスリーブ８０は、対象室１２の内外に亘って設けられているが、例えば対象室１２内に突出している領域のみに設けられていても構わない。

なお、スリーブ８０は、例えば金属材料等の任意の材料によって構成されてよいが、例えばウレタン等の樹脂材料のように吸音性能を有する材料によって構成されることがさらに好ましい。この場合には、ガス配管２２やその近傍で生じる騒音を吸収することができる。

そして、本発明のガス消火システム１０は、床板１６や天板１５によって複数の領域１７〜１９に区画された対象室１２の消火に限らず、例えば床板１６や天板１５の無い一つの領域のみの対象室１２の消火にも適用することができる。また、本発明のガス消火システム１０は、精密機器１１が配された対象室１２内の消火に限らず、クリーンルーム等の他の対象室１２の消火にも適用することができる。

１０…ガス消火システム
１２…対象室
２１…供給源（ガス供給源）
２２…ガス配管
３１…ノズル（流出口）
４１，６１…噴出ヘッド
４４…チャンバー
４５…オリフィス孔
７１…第１チャンバー（チャンバー）
７２…第２チャンバー（チャンバー）
７５…第１オリフィス孔（オリフィス孔）
７６…第２オリフィス孔（オリフィス孔）

Claims (4)

1. 対象室内に消火ガスを供給するためのガス配管の流出口に連結されて、前記ガス配管を流通する消火ガスを噴出させる噴出ヘッドであって、
   前記流出口に連通するチャンバーを備え、
   前記チャンバーの壁面には、前記対象室内に向けて開口する複数のオリフィス孔が形成されていることを特徴とする噴出ヘッド。
2. 前記チャンバーは、消火ガスの流通方向に沿って複数配列され、
   前記各チャンバー間は前記オリフィス孔により連通していることを特徴とする請求項１記載の噴出ヘッド。
3. 前記各チャンバー間の前記オリフィス孔同士が消火ガスの流通方向から見てオフセットされていることを特徴とする請求項２記載の噴出ヘッド。
4. 消火ガスを貯留するガス供給源と、
   消火ガスを前記ガス供給源から対象室内に供給するためのガス配管と、
   請求項１ないし請求項３の何れか１項に記載の噴出ヘッドとを備え、
   前記噴出ヘッドが前記ガス配管の流出口に取り付けられていることを特徴とするガス消火システム。

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