JP2015155762A

JP2015155762A - 集煙装置

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Publication number: JP2015155762A
Application number: JP2014030154A
Authority: JP
Inventors: 正寿中村; Masatoshi Nakamura
Original assignee: Taisei Corp
Current assignee: Taisei Corp
Priority date: 2014-02-20
Filing date: 2014-02-20
Publication date: 2015-08-27
Anticipated expiration: 2034-02-20
Also published as: JP6276059B2

Abstract

【課題】既存の大型の燃焼測定装置を用いても、小さな発熱速度を高精度で計測できる集煙装置を提供すること。
【解決手段】集煙装置２は、下面１０Ａが開放されて上面に吸引口１２が形成された箱状のフード１０と、このフード１０を支持する支柱９０と、フード１０の内部の空気を吸引口１２から吸引して排出する排煙ダクト２０と、この排煙ダクト２０に設けられて空気の流量および酸素濃度を計測するダクトセンサ部３０と、を備える燃焼測定装置１に用いられる。この集煙装置２は、フード１０の内部に設けられて上下方向に延びる筒部４０を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、集煙装置に関する。例えば、測定対象の発熱速度を測定する燃焼測定装置に用いられる集煙装置に関する。

従来より、耐火性能の検証法として、平成１２年建設省告示第１４３３号の耐火性能検証法が知られている（以下「告示検証法」と呼ぶ）（非特許文献１参照）。この告示検証法では、まず、対象室（単一室あるいは同時燃焼を想定する複数室）を設定し、屋内で発生する火災の継続時間を算定する。その後に、対象室に面する主要構造部について、各々の主要構造部に要求される耐火性能（非損傷性・遮熱性・遮炎性）を保持できる限界時間、すなわち保有耐火時間を部材単位に算定する。そして、主要構造部の保有耐火時間が火災継続時間以上であれば、性能が満たされると判断する。この検証を、建築物を構成する全ての主要構造部について行う。

このうち、保有耐火時間の算定式では、発熱速度が用いられる。発熱速度とは、単位時間当たりに発生する熱量である。
この発熱速度の計測方法として、例えば、酸素消費法がある。酸素消費法は、測定対象を実際に燃焼させて、発生した煙の流量および酸素濃度を計測し、これら流量および酸素濃度の計測値に基づいて、発熱速度を算出する方法である。

以上の酸素消費法により発熱速度を測定するため、以下のような燃焼測定装置が用いられる。
すなわち、燃焼測定装置は、下面が開放されて上面に吸引口が形成された箱状のフードと、このフードを支持する支柱と、フード内部の空気を吸引口から吸引して排出する排煙ダクトと、この排煙ダクトに設けられて空気の流量および酸素濃度を計測するセンサ部と、を備える。

フードの下方に測定対象を配置し、この測定対象を燃焼させて、発生した煙を排煙ダクトに吸引し、排煙ダクト内の煙の流量および酸素濃度、二酸化炭素濃度、および一酸化炭素濃度といった気体濃度を計測する。そして、これら流量および気体濃度の計測値に基づいて、発熱速度を算出する。

２００１年版耐火性能検証法の解説及び計算例とその解説、国土交通省住宅局建築指導課

ところで、上述の燃焼測定装置のフードの大きさに対して、発熱速度を計測する測定対象が比較的小さい場合がある。
この場合、燃焼している測定対象からフードの吸引口までの距離が長くなるため、煙の上昇に伴って周囲の空気が大量に巻き込まれて、発生した煙が吸引口に至るまでの間に、煙濃度が過剰に希釈される。その結果、煙の気体濃度と新鮮空気の気体濃度との差分が過小となり、計測精度が低下する、という問題があった。

この問題を解決するためには、測定対象の燃焼の大きさに合わせてフードを新設あるいは改造すれば良いが、コストがかる、という問題があった。

本発明は、既存の大型の燃焼測定装置を用いても、小さな発熱速度を高精度で計測できる集煙装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の集煙装置（例えば、後述の集煙装置２）は、下面（例えば、後述の下面１０Ａ）が開放されて上面に吸引口（例えば、後述の吸引口１２）が形成された箱状のフード（例えば、後述のフード１０）と、当該フードを支持する支柱（例えば、後述の支柱９０）と、前記フード内部の空気を前記吸引口から吸引して排出するダクト（例えば、後述の排煙ダクト２０）と、当該ダクトに設けられて空気の流量および気体濃度（例えば、酸素濃度、二酸化炭素濃度、および一酸化炭素濃度）を計測するセンサ部（例えば、後述のダクトセンサ部３０）と、を備える燃焼測定装置（例えば、後述の燃焼測定装置１）に用いられ、前記フード内部に設けられて上下方向に延びる筒部（例えば、後述の筒部４０）を備えることを特徴とする。

この発明によれば、燃焼測定装置のフードの内部に集煙装置を設けて、この集煙装置の直下で測定対象を燃焼させる。すると、この燃焼による煙は、集煙装置の筒部を通って燃焼測定装置のダクトに吸引される。
したがって、集煙装置を設けることで、測定対象の燃焼している部分から吸引口までの距離が実質的に短くなるので、煙の上昇に伴って巻き込まれる周囲の空気を低減して、従来のように発生した煙が吸引口に至るまでの間に煙濃度が過剰に希釈されるのを防止できる。したがって、既存の大型の燃焼測定装置を用いても、小さな発熱速度を高精度で計測できる。

また、既存の燃焼測定装置のフードの内部に、本発明の集煙装置を配置するだけでよいので、既存の燃焼測定装置を何ら改造する必要がないうえに、取付け・取り外しが容易であり、低コストである。

請求項２に記載の集煙装置は、前記フードの吸引口と前記筒部の上端面との間には、隙間（例えば、後述の隙間ｄ）が形成されることを特徴とする。

燃焼測定装置のフードの大きさに対して、発熱速度を計測する測定対象が比較的小さい場合、測定対象から発生する煙の量に対して、排煙ダクトで吸引する風量が過大となる。その結果、集煙装置への煙以外の周囲空気の流入量が大きくなるため、煙が過剰に希釈され、発熱速度を精度良く計測できない場合があった。

しかしながら、この発明によれば、燃焼測定装置のフードと本発明の集煙装置の筒部との間に隙間を設け、直に接触しないようにした。このように隙間を設けたことで、この隙間を通して、集煙装置を通過するガスの他に、この隙間付近の空気が適宜排煙ダクトに吸引されるので、集煙装置内部を流通する風量が過大とならず、発熱速度を精度良く計測できる。

また、燃焼測定装置のフードと本発明の集煙装置の筒部との間に隙間を設け、直に接触しないようにしたので、既存のフードにダンパを設けたり、形状を変更したりするなど、既存のフード自体を改造する必要がなく、経済的である。

請求項３に記載の集煙装置は、前記筒部の下端側に設けられたベーン（例えば、後述のベーン６０）と、当該ベーンを回転駆動させる駆動装置（例えば、後述の駆動装置７０）と、をさらに備えることを特徴とする。

集煙装置の筒部の内部にセンサを設けた場合、筒部の下端から吸引された煙は、集煙装置のセンサに到達するまでの間に、空気と十分混合されないおそれがある。すると、煙の気体濃度が均一とならないので、センサの測定精度が低下する、という問題があった。

しかしながら、この発明によれば、駆動装置を駆動してベーンを回転させることで、吸引した煙と周囲の空気が攪拌されるので、この煙が集煙装置のセンサに到達するまでに空気と十分に混合されて均一な濃度となる。よって、煙の測定精度を高めることができる。

本発明によれば、燃焼測定装置のフードの内部に集煙装置を設けて、この集煙装置の直下で測定対象を燃焼させる。すると、この燃焼による煙は、集煙装置の筒部を通って燃焼測定装置のダクトに吸引される。したがって、集煙装置を設けることで、測定対象の燃焼している部分から吸引口までの距離が実質的に短くなるので、煙の上昇に伴って巻き込まれる周囲の空気を低減して、従来のように発生した煙が吸引口に至るまでの間に煙濃度が過剰に希釈されるのを防止できる。したがって、既存の大型の燃焼測定装置を用いても、小さな発熱速度を高精度で計測できる。また、既存の燃焼測定装置のフードの内部に、本発明の集煙装置を配置するだけでよいので、既存の燃焼測定装置を何ら改造する必要がないうえに、取付け・取り外しが容易であり、低コストである。

本発明の一実施形態に係る集煙装置が取り付けられた燃焼測定装置の平面図および縦断面図である。本発明の実施例に係る燃焼測定装置の構成を示す模式図である。集煙装置および排煙ダクトの通過風量と経過時間との関係を示す図である。集煙装置および排煙ダクトの周囲空気からの酸素濃度の低下量と、経過時間と、の関係を示す図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る集煙装置２が取り付けられた燃焼測定装置１の平面図および縦断面図である。
燃焼測定装置１は、測定対象である可燃物の発熱速度を計測するものである。この燃焼測定装置１は、フード１０と、このフード１０を支持する４本の支柱９０と、フード１０の上端面に接続された排煙ダクト２０と、この排煙ダクト２０に設けられたダクトセンサ部３０と、を備える。

フード１０は、箱状であり、このフード１０の下面１０Ａは、開放されている。一方、フード１０の上部は、４つの勾配面１１で構成された四角錐形状であり、この四角錐の頂点に相当する部分には、吸引口１２が形成されている。
４本の支柱９０は、平面視でフード１０の四隅を支持している。

排煙ダクト２０は、フード１０の吸引口１２に接続されている。この排煙ダクト２０の接続先には、図示しないファンが設けられており、このファンを駆動することにより、フード１０の内部の空気は、吸引口１２から排煙ダクト２０に吸引されて排出される。

ダクトセンサ部３０は、排煙ダクト２０の内部を流れる空気の流量や、酸素濃度、二酸化炭素濃度、一酸化炭素濃度といった気体濃度を計測するものである。このダクトセンサ部３０は、排煙ダクト２０内の風量を計測する風量センサ部３１と、排煙ダクト２０内の温度を計測する熱電対３２と、排煙ダクト２０内の空気を採取するサンプルガス採取管３３と、を備える。
サンプルガス採取管３３は、酸素濃度を測定するガス分析装置３４に接続されている。

集煙装置２は、フード１０の内部に設けられる。この集煙装置２は、具体的には、上下方向に延びる筒部４０と、この筒部４０に設けられた集煙装置センサ部５０と、筒部４０の下端側に設けられたベーン６０と、ベーン６０を回転駆動させる駆動装置７０と、を備える。

筒部４０の上端面は、吸引口１２に対向している。この筒部４０の上端縁には、外側に向かって略水平に延びるフランジ４１が形成されており、このフランジ４１の外端縁と勾配面１１との間には、隙間ｄが形成されている。

筒部４０の下端側は、下方に向かうに従って拡がる四角錐形状のチャンバ４２となっている。このチャンバ４２の下端側は、水平方向に延びる仕切板４３で仕切られており、この仕切板には、開口４４が形成されている。

集煙装置センサ部５０は、筒部４０の内部を流れる空気の流量や、酸素濃度、二酸化炭素濃度、一酸化炭素濃度といった気体濃度を計測するものである。この集煙装置センサ部５０は、筒部４０内の風量を計測する風量センサ部５１と、筒部４０内の温度を計測する熱電対５２と、筒部４０内の空気を採取するサンプルガス採取管５３と、を備える。

排煙ダクト２０のサンプルガス採取管３３の途中には、切替弁５４が設けられており、集煙装置センサ部５０のサンプルガス採取管５３は、この切替弁５４に接続されている。
この切替弁５４を切り替えることで、ガス分析装置３４により、サンプルガス採取管３３内部の気体濃度、あるいは、サンプルガス採取管５３内部の気体濃度を、選択的に測定できるようになっている。

ベーン６０は、チャンバ４２の内部でかつ仕切板４３の開口４４の直上に配置されている。
駆動装置７０は、ベーン６０に接続されて仕切板４３の開口４４を通って下方に延びる回転軸７１と、この回転軸７１を回転駆動するモータ７２と、を備える。この駆動装置７０によれば、モータ７２を駆動することにより、回転軸７１を介してベーン６０が回転する。

［実施例］
上述の燃焼測定装置１を用いて、以下の実験条件で燃焼実験を行った。
図２は、本発明の実施例に係る燃焼測定装置１の構成を示す模式図である。
上述の燃焼測定装置１のフード１０の内部に、上述の集煙装置２をセットし、さらに、火災室を模した箱状の火災室模型８０をセットした。この火災室模型８０の側面には、開口８１が設けられており、この開口８１を集煙装置２の下端に位置するように配置した。
また、この火災室模型８０の内部に、プロパンガスを燃料とするバーナー８２を測定対象として配置した。

具体的な実験条件は、以下の通りである。
バーナーのプロパンガス供給量を１０．６ｌ／ｍｉｎで一定とした。また、集煙装置２のダクト径は２００ｍｍ、フランジ４１の大きさは０．９３ｍ×０．９３ｍで、フランジ４１とフード１０との間の隙間ｄの幅寸法は概ね６〜８ｃｍとした。

そして、火災室模型８０の内部にてバーナー８２を燃焼させた。また、排煙ダクト２０の接続先の図示しないファンを駆動するとともに、駆動装置７０を駆動してベーン６０を回転させた。

すると、このバーナー８２の燃焼による煙は、火災室模型８０から開口８１を通って外部に流出する。排煙ダクト２０のファンが回転駆動しているので、この流出した煙は、集煙装置２の開口４４を通って、筒部４０のチャンバ４２に吸引される。このとき、ベーン６０の回転により、煙と周囲空気とが混合される。
チャンバ４２に流入した煙は、集煙装置センサ部５０を通過して、筒部４０の上面から流出する。その後、この煙は、隙間ｄを流れる周囲空気とともに、吸引口１２を通って排煙ダクト２０に吸引され、ダクトセンサ部３０を通過して、排出される。

このとき、集煙装置センサ部５０およびダクトセンサ部３０のそれぞれにて、通過風量と気体濃度を測定する。
具体的には、実験開始後１６０Ｓに達するまで、ガス分析装置３４により、サンプルガス採取管５３つまり集煙装置２の筒部４０内の酸素濃度を測定した。そして、１６０Ｓに切替弁５４を切り替えて、１６０Ｓ以降、ガス分析装置３４により、サンプルガス採取管３３つまり燃焼測定装置１の排煙ダクト２０内の酸素濃度を測定した。

実験結果を図３、図４に示す。
図３は、集煙装置２および排煙ダクト２０の通過風量と経過時間との関係を示す図である。
図３に示すように、集煙装置の通過風量は、排煙ダクトの通過風量の６．４％程度となった。これにより、隙間ｄを通して、測定対象ではない集煙装置２の周囲の空気を適宜排煙ダクト２０に吸引して、集煙装置２を流通する風量を、排煙ダクトを流通する風量に比べて十分に低減できることが判る。

図４は、集煙装置２および排煙ダクト２０の周囲空気からの酸素濃度の低下量と、経過時間と、の関係を示す図である。
つまり、図４の縦軸は、集煙装置および排煙ダクトの酸素濃度を計測して、この計測値を周囲空気の酸素濃度から減算した値である。

図４に示すように、集煙装置の酸素濃度の低下量は、既設フードの酸素濃度の低下量に比べて１５．６倍である。よって、集煙装置２により、煙の上昇に伴って巻き込まれる周囲の空気を低減して、煙濃度が過剰に希釈されるのを防止できることが判る。

本実施形態によれば、以下のような効果がある。
（１）集煙装置２を設けることで、測定対象から吸引口１２までの距離が実質的に短くなるので、煙の上昇に伴って巻き込まれる周囲の空気を低減して、従来のように発生した煙が吸引口１２に至るまでの間に煙濃度が過剰に希釈されるのを防止できる。したがって、既存の大型の燃焼測定装置１を用いても、小さな発熱速度を高精度で計測できる。

また、既存の燃焼測定装置１のフード１０の内部に、集煙装置２を配置するだけでよいので、既存の燃焼測定装置１を何ら改造する必要がないうえに、取付け・取り外しが容易であり、低コストである。

（２）燃焼測定装置１のフード１０と集煙装置２の筒部４０との間に隙間ｄを設け、直に接触しないようにした。このように隙間ｄを設けたことで、この隙間ｄを通して測定対象ではない集煙装置２の周囲の空気が適宜排煙ダクト２０に吸引されるので、集煙装置２の内部を流通する風量が過大とならず、発熱速度を精度良く計測できる。

また、燃焼測定装置１のフード１０と集煙装置２の筒部４０との間に隙間ｄを設けて、直に接触しないようにしたので、既存のフード１０にダンパを設けたり、形状を変更したりするなど、既存のフード１０自体を改造する必要がなく、経済的である。

（３）駆動装置７０を駆動してベーン６０を回転させることで、吸引した煙と周囲の空気が攪拌されるので、この煙が集煙装置２の集煙装置センサ部５０に到達するまでに空気と十分に混合されて均一な濃度となる。よって、煙の測定精度を高めることができる。

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。

ｄ…隙間
１…燃焼測定装置
２…集煙装置
１０…フード
１０Ａ…下面
１１…勾配面
１２…吸引口
２０…排煙ダクト
３０…ダクトセンサ部
３１…風量センサ部
３２…熱電対
３３…サンプルガス採取管
３４…ガス分析装置
４０…筒部
４１…フランジ
４２…チャンバ
４３…仕切板
４４…開口
５０…集煙装置センサ部
５１…風量センサ部
５２…熱電対
５３…サンプルガス採取管
５４…切替弁
６０…ベーン
７０…駆動装置
７１…回転軸
７２…モータ
８０…火災室模型
８１…開口
８２…バーナー
９０…支柱

Claims

下面が開放されて上面に吸引口が形成された箱状のフードと、当該フードを支持する支柱と、前記フード内部の空気を前記吸引口から吸引して排出するダクトと、当該ダクトに設けられて空気の流量および酸素濃度を計測する計測部と、を備える燃焼測定装置に用いられ、
前記フード内部に設けられて上下方向に延びる筒部を備えることを特徴とする集煙装置。
前記フードの吸引口と前記筒部の上端面との間には、隙間が形成されることを特徴とする請求項１に記載の集煙装置。
前記筒部の下端側に設けられたベーンと、
当該ベーンを回転駆動させる駆動装置と、をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の集煙装置。