JP2012527050A - リアルな火源のシミュレーションのための浮遊ガスの使用 - Google Patents

Abstract

【課題】
火災時の安全確保において、ビルディング煙管理システムが設計通りに機能するか否かをテストする必要がある。
【解決手段】
本当の火源による煙流れのシミュレーション方法であって、本当の火源に対応した煙の速度プロフィールを測定する工程と、本当の火源による燃焼産物の流れの代理の役割を果たし、本当の火源による速度プロフィールと実質上同じの速度プロフィールを有する、加圧された浮遊ガスのリリース装置からのリリースを制御する工程とを含むことを特徴とするシミュレーション方法。
【選択図】 図１

Description

本出願は、２００９年５月１１日に出願した米国仮出願第６１／１７７，０４１号の優先権を主張し、その内容を引用して本明細書に内容とする。

（技術分野）
火災時の安全確保において、ビルディング煙管理システムが設計通りに機能するか否かをテストする必要がある。巨大な火源のもとで当該システムをテストすることは非現実であり、別のテスト方法が好ましい。現在、発煙弾やこれに類似する発煙装置は、煙管理システムのテストに用いられている。しかしながら、これらの技術では、本当の炎による、ビルディング内部のものの破壊またはダメージを引き起こす大量なエネルギーのリリースを伴わないため、実際の煙の動きを駆動する浮力を正確に再構成するのに難しいという、リアリズム不足の欠点がある。

（詳細な説明）
本当の火源による煙の動きをシミュレーションするための、大量なエネルギーのリリースを伴わずに、適切な浮力を作り出す好ましい方法は、周囲空気の密度に低いガスもしくは混合ガスをリリースし、本当の火源による煙の動きをシミュレーションする。ガスは、周囲空気に対して、不活性で自然に浮く（ここの「自然に浮く」は、周囲空気に対して本質的に浮力があると、理解されるべきである）。一つの実施形態において、自然に浮力のある不活性ガスが、ヘリウム、もしくは、少なくとも５０％のヘリウム、７５％以上のヘリウム、または９０％以上のヘリウム、さらに９５％以上ののヘリウムを含む混合ガスである。

本発明は、煙管理システムをテストする発明である。しかし、当該方法および装置は、本当の火源に関する熱環境の再構築なしで、本当の火源からの生成物の流れをシミュレーションする必要なとき、いつでも、用いられる。

いくつかの実施形態において、場所の視覚表示、および、リリース装置からリリースされた代理煙の流れの特徴を提供するため、浮遊ガスが、トレーサーガスのような人工煙、または、不活性染料（例えば、微粒子等）から混合されている。別の実施形態において、浮遊ガスの動きを可視化するため、ガス密度において相違を見せる光技術が用いられる。例えば、ガス密度の相違を示せる光装置は、装置からリリースされた浮遊ガスの動きの視覚表示を提供するために用いられる。

火の形状およびサイズと、得られた流れによる特徴および条件との間に、互いに関連するため、いくつかの実施形態における本発明の方法および装置は、浮遊ガスがリリースされる形状およびエリア、およびリリースされる当該浮遊ガスの圧力を変える機能を含む。浮遊不活性ガスをリリースする流れおよびエリアを制御することは、当該方法および装置を使って、火の増強率をシミュレーションすることを可能にする。
シミュレーションされた火の増強率が、特殊燃料および形態の増強率、または、例えば、T定規（T-Squared、例、Q＝αt2、Qが熱のリリース率、αが増強定数、そして、tが時間）火のような一般的な増強率を再形成することができる。

上記のように、混合ガスがいくつかの実施形態に用いることができる。混合ガスの使用は、ヘリウムを単独とする単一ガスの使用よりもっと正確にガスの浮力を制御するメカニズムを提供する。別の実施形態において、ガスは加熱されることでその浮力を制御する。別に実施形態においても、混合ガスおよび当該混合ガスへの加熱でその浮力を制御することができる。さらに、所望の浮力を微調整するために混合ガスを追加的に使用することができ、また、可視化の目的で、トレーサーガスが浮遊ガスに混合することができる。

本発明は、煙管理システムをテストする発明である。煙管理システムは、煙の動きを制御するために用いられるあらゆる方法を含むように設計されたシステムである。ビルディングでの予期しない火災について、煙管理システムは、出口または避難エリアに安全に到達するために必要な時間、および、全ての出口への通路、および、避難エリアへのアクセスにいる避難者に耐えられる環境を維持するように設計されている。ビルディングの居住者のほかに、煙管理の利点消防隊員および財産へのダメージの減少にメリットがある。煙管理の方法には、区画化、希釈化、加圧、エアフローおよび浮力のメカニズムを含む。火災の場合において、これらの方法は、単独もしくはこれらの組み合わせで煙状態を管理することができる。

煙管理システムを設計および導入の標準として、特殊なパフォーマンス設計基準に適合する機能を測定する受入テストが要求されている。従来、煙管理システムの受入テストは、「発煙弾」から本当の火までの火／煙のランキングを活用していた。「発煙弾」から発生した人工煙の使用は、本当の火源からの燃焼による産物の浮力、圧力等と同じものを生成することができないため、現実的なものではない。受入テストにおける本当の火源の使用は、明らかに安全上および財産の保護上に問題があり、非安全および非現実的である。このように、かなりの制限下で、特殊パフォーマンス設計基準の全てをテストすることはできない。

本発明の一実施形態を表したシステム１００の模式図が図１に示されている。このシステムは、バルブ１２０を制御するために結合しているコントローラ１１０を含む。当該コントローラ１１０が不活性ガスを源の１３０から、本実施形態において、そこに複数のポートが形成されているプレナムを含むリリース装置１４０への流れを制御する。流れのセンサー１５０は、バルブ１２０とリリース装置１４０との間を連結し、リリース装置に入っていく浮遊ガスの流れを測定し、コントローラ１１０に入っている流れの量のインプットを提供する。コントローラ１１０は当該インプットでバルブ１２０を制御する。システムセンサー１６０は、リリース装置１４０で形成されたプレナムの一以上の特徴を測定する。当該実施形態において、システムセンサー１６０がリリース装置１４０の内部に記載されているが、よく理解されるように、他の実施形態において、システムセンサー１６０がリリース装置１４０のの外部に設けることができる。もちろんべの実施形態において、複数のシステムセンサー１６０が異なる場所、例えば、異なる高さに設けることができる。いくつかの実施形態において、システムセンサー１６０がガスプレナムの速度および温度を測定する。これらの情報は、コントローラ１１０にフィードバックされ、流れセンサー１５０のアウトプットと一緒にコントローラ１１０の制御アルゴリズムに使われ、バブル１２０を制御する。システムセンサー１６０および流れセンサー（流量センサー）１５０の共同使用で、図１のシステムで本当の炎のプレナムを正確にシミュレーションするコントローラ１１０の機能を増強することができる。別の実施形態において、ただ１つの流量センサー１５０もしくはただ１つのシステムセンサー１６０が使われる場合もある。

本発明の第二実施形態を表したシステム２００の模式図が図２に示されている。システム２００は、コントローラ１１０の制御下で供給口（ガス入口）１３０からのガスを加熱するように設定されれているヒーター１７０を含む以外は、システム１００と同じである。このヒーター１７０が、コントローラ１１０による追加制御を提供する。当業者にとっては、多様な実施形態において浮遊ガスが混合の場合、ヒーター１７０はその中の１成分のガスを加熱し、もしくは隔てられる複数のヒーター１７０がそれぞれの成分を加熱することができることを容易に理解することができる。

いくつ下の実施形態において、リリース装置１４０が、平方、円状、もしくはその他の形状の「２−Ｄ」炎（例えば、リキッド・プール・ファイア（liquid pool fire））をシミュレーションするように、アレンジされた一連のパイプおよびノズルうを含む。円状の実施形態の一例が、図３に示されているシステム３００である。システム３００が、バルブ１２０を制御するために結合しているコントローラ１１０を含んでいる。当該コントローラ１１０がバルブ１２０を作動し、不活性ガスを源の１３０から、コントロールバルブ３８０のバンクへの流量を制御する。複数のコントロールバルブの使用で、図１に示されている実施形態におけるシングルバルブより、浮遊ガスのリリースの制御の正確さを高めることができる。流量のセンサー１５０は、バルブ１２０とコントロールバルブバンク３８０との間を連結し、リリース装置３４０に入っていく浮遊ガスの流れを測定し、コントローラ１１０に入っている流量のインプットを提供する。コントローラ１１０は当該インプットでバルブ１２０を制御する。コントローラ１１０によって、操作されるバルブバンク３８０は、そこに、ポート３４４（たとえば、単なる穴、固定もしくは調節可能なノズル）をそれぞれ有する、一連の同心円状のパイプ３４２が形成されている、リリース装置３４０のセクションの流れる不活性浮遊ガスの流れを制御する。流量センサーバンク３９０が、グリッドバルブバンク３８０とリリース装置３４０との間を連結し、リリース装置に入っていく浮遊ガスの流れを測定し、コントローラ１１０に入っている流量のインプットを提供する。コントローラ１１０が、当該インプットで、バンク３８０にある各バブルがリリース装置３４０にある独立したパイプ３４２の流れを制御している、コントロールバルブバンク１８０を制御する。システムセンサー１６０が、リリース装置３４０で形成されたプレナムの一以上の特徴を測定する。システムセンサー１６０が、図３のように、リリース装置３４０の上に設けられている。いくつかの実施形態において、システムセンサー１６０がガスプレナムの速度および温度を測定する。これらの情報は、コントローラ１１０にフィードバックされ、流れセンサー１５０のアウトプットと一緒にコントローラ１１０の制御アルゴリズムに使われ、バブル１２０を制御する。システムセンサー１６０、流れセンサー（流量センサー）１５０およびセンサー３９０の共同使用で、図３のシステムで本当の炎のプレナムを正確にシミュレーションするコントローラ１１０の機能を増強することができる。別の実施形態において、これら全部のセンサーが使用されない場合もある。

図４はシステム４００を示しており、浮遊ガス供給口（ガス入口）１３０のためのヒーター１７０を含む以外は、システム３００と同じである。前記とおり、複数のヒーター１７０が、複数のガス供給口が用いられる場合に使用され、また、シングルヒーターが、一つもしくは複数のガス供給口の加熱に用いられる。

別の実施形態において、リリース装置が、立方体、ピラミッド状、もしくはその他の立体形状の「３−Ｄ」炎をシミュレーションすることができる。各形状は、好ましくは同じように作られる。また、そのセクションも同じであることが好ましい。シミュレーションされた炎の増強率は、リリース装置（このような実施形態において、リリース装置には、複数のバルブ１２０、各ノズルまたは各ノズルまたは各グループのノズルを有する）にある、単独のセクションへの流れもしくは各ノズルまたは各グループのノズルを経た多様な流れによって制御される。いくつかの実施形態において、複数のシステムセンサー１６０を有する。

前記の実施例は、本発明の実施形態の一部であり、本発明の範囲を限定するものではない。参考としていくつかの実施形態を列挙したが、ここで用いた言葉等は、一例であり、それによって、本発明を限定するものではない。さらに、特定の方法や、材料等実施形態に示されたが、同じく、これらによって本発明の内容は限定されない。

さらに、要約の目的は、本発明の技術分野と特に詳しくない、科学者、エンジニア等の当業者のために、簡潔に情報を提供するものであり、これらによって本発明の内容は限定されない。

図1は、１つの実施形態における、制御された不活性浮遊ガスリリースのためのシステムの模式図である。 図２は、第２実施形態における、制御された不活性浮遊ガスリリースのためのシステムの模式図である。 図３は、第３実施形態における、循環リリース装置を伴う、制御された不活性浮遊ガスリリースのためのシステムの模式図である。 図４は、第３実施形態における、循環リリース装置を伴う、制御された不活性浮遊ガスリリースのためのシステムの模式図である。

Claims (9)

1. 本当の火源による煙流れのシミュレーション方法であって、
   本当の火源に対応した煙の速度プロフィールを測定する工程と、
   本当の火源による燃焼産物の流れの代理の役割を果たし、本当の火源による速度プロフィールと実質上同じの速度プロフィールを有する、加圧された浮遊ガスのリリース装置からのリリースを制御する工程とを含むことを特徴とするシミュレーション方法。
2. シミュレーションされる火源の形状を変えるために浮遊ガスがリリースされる際に、リリース装置の状態を変える工程をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のシミュレーション方法。
3. 浮遊ガスの流れを制御し、不活性ガスがリリースされる表面エリアを制御する工程をさらに含むことを特徴とする請求項２に記載のシミュレーション方法。
4. 前記リリース工程が、リリース装置から流出する浮遊ガスの流量を測定するセンサーシステムによるインプットで行われることを特徴とする請求項１に記載のシミュレーション方法。
5. 前記リリース工程が、浮遊ガスの流れを制御するように構成されたコントロールシステムを用いることで行われることを特徴とする請求項１に記載のシミュレーション方法。
6. 前記コントローラーが、流れのコントロール信号を生成することを特徴とする請求項５に記載のシミュレーション方法。
7. 前記コントローラーが、リリース装置関するセンサーシステムからの信号を受け取ることを特徴とする請求項５に記載のシミュレーション方法。
8. 前記コントローラーが、調整された調節係数の使用を通じたインプット信号からのコントロールアウトプットを生成するアナログコントローラーであることを特徴とする請求項５に記載のシミュレーション方法。
9. 前記アナログコントローラーがＰＩＤ（比例、積分、微分）コントローラーであることを特徴とする請求項８に記載のシミュレーション方法。