JP2019122660A

JP2019122660A - 防火装置

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Publication number: JP2019122660A
Application number: JP2018006447A
Authority: JP
Inventors: 秀明桑名; Hideaki Kuwana
Original assignee: Kajima Corp
Current assignee: Kajima Corp
Priority date: 2018-01-18
Filing date: 2018-01-18
Publication date: 2019-07-25
Anticipated expiration: 2038-01-18
Also published as: JP6985942B2

Abstract

【課題】火災時において避難者に対する防火を的確に行える防火装置を提供する。【解決手段】防火装置１は、遠隔操作により飛行する飛行体１０と、飛行体１０に取り付けられ霧雨状の水を放出する放水ヘッド１２とを備えて構成されている。この防火装置１は、火災時において飛行体１０を避難者Ｐのいる場所へ移動させることが可能である。そして、避難者Ｐに対し飛行体１０から霧雨状の水Ｗを放出することが可能である。このため、霧雨状の水Ｗによって避難者Ｐが火炎に曝されることを抑制することができ、避難者Ｐに対する防火を的確に行える。【選択図】図１

Description

本発明は、火災時などに用いられる防火装置に関する。

火災時において、火炎の輻射熱や対流熱による熱暴露によって避難者が火傷などの傷害を受ける場合がある。このような熱暴露傷害を防ぐためには水等を用いて冷却することが考えられる。従来、火災時などに用いられる防火装置に関連する装置として、例えば、特開２０１６−１０６８６６号公報に記載されるように、構造物の天井にスプリンクラーヘッドを設け、このスプリンクラーヘッドから放水することにより、火災の消火を行う装置が知られている。

特開２０１６−１０６８６６号公報

しかしながら、構造物に固定されて設置されるスプリンクラーは、火災を初期段階で消火させるものである。このため、スプリンクラーの放水によって火災が鎮火されない場合には避難者に対する防火が的確に行えないこととなる。

そこで、本発明は、火災時において避難者に対する防火を的確に行える防火装置を提供することを目的とする。

すなわち、本発明に係る防火装置は、遠隔操作により飛行する飛行体と、前記飛行体に取り付けられ、霧雨状の水を放出する放水部とを備えて構成されている。この防火装置によれば、遠隔操作により飛行体を飛行させ、火災時において飛行体を避難者のいる場所へ移動させることが可能である。そして、避難者に対し飛行体から霧雨状の水を放出することが可能である。このため、霧雨状の水によって避難者が火炎に曝されることを抑制することができ、避難者に対する防火を的確に行える。また、飛行体は、霧雨状の水を放出するため、少ない放水量で防火効果が得られ、長時間の放水が可能となる。

また、本発明に係る防火装置において前記飛行体は、火災の避難者の上方を飛行し、前記放水部により放水しながら前記避難者の移動に追従して移動してもよい。この場合、飛行体が避難者の上方で放水することにより、避難者の周囲に水幕を形成することができ、避難者の熱暴露を軽減することができる。また、飛行体が避難者の移動に追従して移動することにより、避難者が移動しても避難者の周囲に継続して水幕を形成することができる。

本発明によれば、飛行体から霧雨状の水を放出させることにより、火災時において避難者に対する防火を的確に行うことができる。

図１は、本発明の実施形態に係る防火装置の概要説明図である。図２は、図１の防火装置の電気的構成を示すブロック図である。図３は、図１の防火装置における飛行体の説明図である。図４は、図１の防火装置の飛行体の動作を示すフローチャートである。図５は、図１の防火装置の変形例の説明図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明を実施するための形態を詳細に説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は本発明の実施形態に係る防火装置１の概要説明図である。

図１に示すように、本実施形態に係る防火装置１は、火災時に避難者Ｐの防火を行う装置であり、放水機能を備えた飛行体１０を備えている。飛行体１０は、遠隔操作により飛行する無人の航空機である。この飛行体１０としては、例えば、複数の回転翼を有するマルチコプター、いわゆるドローンが用いられる。飛行体１０は、複数のロータ１１を有し、ロータ１１の回転制御により、前後左右及び上下に移動して飛行が可能であり、位置停止飛行であるホバリングも行うことができる。また、飛行体１０は、避難者Ｐの存在を認識して、避難者Ｐの上方を飛行し、避難者Ｐの移動に従って移動することも可能となっている。なお、本実施形態では、飛行体１０が手動操縦でなく自動飛行制御によって飛行する場合について説明する。

飛行体１０には、放水ヘッド１２が設けられている。放水ヘッド１２は、霧雨状の水Ｗを放水又は散水する放水部として機能する。この放水ヘッド１２は、例えば飛行体１０の下部に取り付けられ、飛行体１０の本体１３から供給される水を霧雨状に放出する。避難者Ｐの周囲に霧雨状の水Ｗを放出することによって、避難者Ｐに対する火炎Ｆの熱暴露が軽減され、防火装置１の防火機能が発揮される。放水ヘッド１２の詳細については、後述する。

防火装置１は、制御器２０を備えている。制御器２０は、飛行体１０の作動を制御する制御機器である。制御器２０は、飛行体１０と無線通信可能とされ、飛行体１０へ飛行指令の信号を出力する。このため、制御器２０は、飛行体１０の遠隔操作機器として機能する。制御器２０としては、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを含むコンピュータにより構成される。制御器２０は、例えば防火対象となる構造物内に設置される。なお、飛行体１０は、その構造物内に配置されていてもよいし、構造物の外部に配置されていてもよい。

図２は、本実施形態に係る防火装置１の電気的構成を示すブロック図である。

飛行体１０は、制御部１０１、通信部１０２、バッテリ１０３、モータ１０４、ポンプ１０５、カメラ１０６及び距離検出器１０７を備えている。制御部１０１は、飛行体１０の飛行制御及び放水制御を行う制御ユニットである。制御部１０１は、飛行制御部１０１ａ、放水制御部１０１ｂ、避難者認識部１０１ｃ及び記憶部１０１ｄを備えている。これらの飛行制御部１０１ａ、放水制御部１０１ｂ及び避難者認識部１０１ｃは、例えば、それぞれの制御を実行するためのプログラムを制御部１０１に導入することにより構成される。飛行制御部１０１ａは、制御器２０から送信される制御指令に従い又は避難者Ｐの位置に追従して飛行体１０を飛行させるように、モータ１０４に駆動信号を出力しモータ１０４を回転駆動させる。なお、図２には図示していないが、飛行体１０には、通常の飛行に必要なジャイロセンサなど機器が搭載されている。

放水制御部１０１ｂは、放水ヘッド１２から放出される水の放水制御を行う。放水制御部１０１ｂは、ポンプ１０５に作動信号を出力し、ポンプ１０５を作動させることにより放水ヘッド１２から霧雨状の水を放出させる。避難者認識部１０１ｃは、飛行体１０の周囲の避難者Ｐの存在を認識する。例えば、避難者認識部１０１ｃは、カメラ１０６が撮像した画像又は映像を画像処理することにより避難者Ｐが存在するか否かを認識する。なお、この避難者認識部１０１ｃは、制御器２０に設けられていてもよい。例えば、通信部１０２を介してカメラ１０６の撮像データを制御器２０に送信し、制御器２０において避難者Ｐの存在の有無を検出してもよい。記憶部１０１ｄは、構造物の見取り図に応じた内部構造データなどを記憶している。

通信部１０２は、制御器２０との送受信を行う通信機器であり、制御部１０１と電気的に接続され、制御部１０１とデータなどの入出力を行う。バッテリ１０３は、飛行体１０の電力源であり、制御部１０１と電気的に接続され、制御部１０１及び飛行体１０に搭載される電気部品に対し電力供給を行う。モータ１０４は、ロータ１１を回転駆動させるアクチュエータであり、制御部１０１からの駆動信号に従って駆動する。モータ１０４は、例えば、一つのロータ１１に対し一つ設けられている。図２では、説明の便宜上、一つのモータ１０４のみを示しているが、飛行体１０は、ロータ１１の設置数と同数のモータ１０４を備えている。

ポンプ１０５は、放水ヘッド１２へ水を送るための送水機器である。このポンプ１０５は、制御部１０１と電気的に接続され、制御部１０１の放水制御信号に従って作動する。カメラ１０６は、飛行体１０の周囲を撮像する撮像機器である。例えば、カメラ１０６は、飛行体１０の本体１３に取り付けられ、飛行体１０の周囲を撮像し、撮像信号を制御部１０１に出力する。距離検出器１０７は、飛行体１０の周囲の物体（例えば、避難者Ｐ）との距離を検出する距離センサである。例えば、距離検出器１０７としては、レーザ式、レーダ式又は超音波式などのセンサが用いられる。距離検出器１０７は、制御部１０１と電気的に接続され、検出信号を制御部１０１に出力する。

制御器２０は、制御部２０１、火災感知器２０２及び通信部２０３を備えている。制御部２０１は、火災の状況に応じて飛行体１０の飛行指令信号を出力する制御ユニットである。制御部２０１は、飛行制御部２０１ａ及び記憶部２０１ｂを備えている。飛行制御部２０１ａは、例えば、飛行制御を実行するためのプログラムを制御部２０１に導入することにより構成される。飛行制御部２０１ａは、火災の状況に応じて飛行体１０が向かうべき目標位置を算出し、その目標位置へ向かうように飛行体１０に対し飛行指令を出力する。目標位置は、例えば、避難者Ｐが存在する位置であり、避難者Ｐが存在すると認識又は推定される位置として算出される。飛行制御部２０１ａは、飛行体１０が目標位置に到着したら、飛行体１０に対し放水を開始させる放水指令を出力してもよい。記憶部２０１ｂは、防火対象となる構造物の内部構造データなどのデータを記憶している。

火災感知器２０２は、構造物内における火災発生を検知するセンサである。この火災感知器２０２は、構造物に設置される既存の火災報知器又は火災検知器を代用してもよい。火災感知器２０２は、制御部２０１と電気的に接続され、制御部２０１に対し火災感知信号を出力する。通信部２０３は、飛行体１０と通信するための通信機として機能する。通信部２０３は、制御部２０１と電気的に接続され、制御部２０１から出力される飛行指令の信号などを飛行体１０へ送信する。

図３は、飛行体１０の構造を示す概要図である。

図３に示すように、飛行体１０は、本体１３の周囲にアーム１４を介してロータ１１が配置されている。ロータ１１は、鉛直方向又はほぼ鉛直方向に向けた回転軸を中心に回転駆動できるように取り付けられている。図３では、説明の便宜上、ロータ１１が二つ示されているが、ロータ１１の設置数は、四つまたは六つとされる。また、飛行体１０は、ロータ１１の設置数が四つ及び六つ以外の設置数のものであってもよい。ロータ１１は、モータ１０４の回転軸に取り付けられ、モータ１０４の回転に伴って回転する。また、ロータ１１の外側にはロータ１１が外部と接触することを防止するガイドを設けてもよい。

本体１３は、飛行体１０の中央に配置されている。本体１３内には、制御部１０１、通信部１０２、バッテリ１０３、ポンプ１０５及びタンク１０８が収容されている。タンク１０８は、放水用の水を貯めておくため収容器である。タンク１０８には、流路を介してポンプ１０５が接続されている。ポンプ１０５には、流路を介して放水ヘッド１２と接続されている。制御部１０１の作動指令を受けて、ポンプ１０５が作動すると、タンク１０８内の水が放水ヘッド１２に向けて送水される。これにより、放水ヘッド１２から水が放出される。

放水ヘッド１２は、例えば、スパイラル状に形成される散水部１２ａを備えたものが用いられる。本体１３から噴射される水が散水部１２ａに衝突することにより、水が霧雨状となって飛行体１０の下方へ放出される。このとき、放出される水は、例えば２００ミクロンの水粒子とされる。このような水粒子を放水することにより、少ない放水量により高い防火効果が得られる。すなわち、微細な水粒子により水幕が形成され、避難者Ｐの熱暴露が抑制される。水粒子の大きさは、霧雨状となる水粒子であれば、ほぼ２００ミクロンの大きさであってもよい。好ましくは、水粒子の大きさが５０〜５００ミクロンとされる。さらに、より好ましくは、水粒子の大きさが１５０〜２５０ミクロンとされる。水粒子の大きさが５０ミクロン未満であると、水が霧状となり適切な場所に噴霧することが困難となってしまう。逆に、水粒子の大きさが５００ミクロンより大きくなると、放水される水粒子の分布が粗くなって熱の遮断効果が低くなると共に、放水量が多くなってしまう。このため、水粒子の大きさを２００ミクロン程度として霧雨状に放水することにより、少ない放水量で高い防火効果が得られるのである。特に、飛行体１０の積載能力は大きくないため、少ない放水量で防火効果が得られることは重要である。

また、放水ヘッド１２において、散水部１２ａへ向けて噴出する水量、水が衝突する散水部１２ａのスパイラル部分の表面形状又は散水部１２ａのスパイラル部分の大きさなどを調整することにより、放水ヘッド１２から放出される水粒子の大きさを調整すればよい。

なお、ここでは、スパイラル状の散水部１２ａを備えた放水ヘッド１２を用いる場合について説明したが、霧雨状の水を放出可能であれば、スパイラル状の散水部１２ａを備えた放水ヘッド１２以外の放水ヘッドを用いてもよい。

本体１３の下部にはカメラ１０６及び距離検出器１０７が取り付けられている。カメラ１０６は、飛行体１０の周囲を撮像する。距離検出器１０７は、飛行体１０の下方に存在する物体、例えば避難者Ｐまでの距離を検出する。

次に、本実施形態に係る防火装置１の動作について説明する。

工場やビルなどの構造物において、火災が発生すると、火災感知器２０２が作動し、防災管理センタなどよって構造物内に火災発生が報知され、避難誘導が行われる。これにより、構造物内にいる人員は構造物の外部又は構造物内の安全な場所へ避難する。

この火災時において、図２に示すように、本実施形態に係る防火装置１では、火災感知器２０２が作動し、制御器２０の制御部２０１に火災感知信号が入力される。制御部２０１は、火災感知信号に基づいて、構造物内の火災発生を認識し、構造物内における火災場所を認識する。このとき、制御部２０１は、火災感知器２０２の感知信号に基づいて火災範囲を認識してもよい。そして、制御器２０は、構造物内の避難者Ｐのいる位置を認識し、避難者Ｐの位置に向かうように飛行体１０に飛行指令を出力する。すなわち、制御部２０１は、避難者Ｐの位置情報を含む飛行指令信号を出力し、通信部２０３から飛行指令信号が飛行体１０側へ送信される。

避難者Ｐのいる位置は、火災場所の情報に基づいて避難者Ｐが集まる位置として推定されてもよい。また、避難者Ｐに装着されるマーカから発信される個人識別信号に基づいて避難者Ｐの位置が認識されてもよい。また、構造物に設置される監視カメラなどの映像に基づいて避難者Ｐの位置が認識されてもよい。さらに、上述した以外の手法により避難者Ｐの位置が認識されてもよい。

図４は、飛行体１０の動作を示すフローチャートである。図４の制御処理は、例えば飛行体１０の制御部１０１により実行される。

まず、図４のステップＳ１０（以下、単に「Ｓ１０」と記載する。Ｓ１０以降のスッテプについても同様とする。）において、飛行体１０の発進指令があるかどうかが判定される。例えば、飛行体１０の制御部１０１に対し通信部１０２を介して飛行指令信号が入力された場合に発進指令があると判定され、飛行指令信号が入力されていない場合には発進指令がないと判定される。

Ｓ１０にて飛行体１０の発進指令がないと判定された場合、図４の制御処理を終了する。この場合、図４の制御処理が再度実行され、Ｓ１０の発進指令の有無の判定が繰り返されることとなる。一方、Ｓ１０にて飛行体１０の発進指令があると判定された場合、第一飛行制御処理が実行される。第一飛行制御処理は、飛行体１０を避難者Ｐのいる位置まで飛行させる制御処理である。飛行制御部１０１ａは、飛行指令信号に基づいて避難者Ｐの位置を認識し、現在の飛行体１０の位置から避難者Ｐの位置までの飛行経路を生成する。飛行経路は、例えばＧＰＳ（GlobalPositioning System）などの位置座標値を用いて生成される。

そして、制御部１０１は、モータ１０４に駆動制御信号を出力し、飛行体１０を発進させ避難者Ｐの位置まで飛行させる。なお、飛行体１０を避難者Ｐの位置まで飛行させる手法は、ＧＰＳなどの位置座標値を用いたものに限られず、飛行体１０が避難者Ｐの位置まで飛行できれば、それ以外の手法を用いてもよい。例えば、加速度計及びジャイロセンサなどの情報に基づいて飛行体１０の三次元空間での飛行状態を計測し、構造物の内部構造データを参照して、飛行体１０を避難者Ｐの位置まで飛行させてもよい。

このとき、制御部１０１は、カメラ１０６を作動させ、カメラ１０６で撮像された画像又は映像を取得する。このカメラ１０６で撮像した画像又は映像は、通信部１０２及び通信部２０３を介して制御器２０に入力されてもよい。この場合、制御器２０にモニタ（図示なし）を設けておくことにより、飛行体１０のカメラ１０６で撮像した画像又は映像をモニタに表示させることができる。

図４において、Ｓ１２の第一飛行制御の実行後、飛行体１０が避難者Ｐの位置に到着した否かが判定される（Ｓ１４）。例えば、制御部１０１は、飛行体１０の現在位置が避難者Ｐの位置に一致する場合に飛行体１０が避難者Ｐの位置へ到着したと判定し、飛行体１０の現在位置が避難者Ｐの位置に一致していない場合に飛行体１０が避難者Ｐの位置に到着していないと判定する。

Ｓ１４にて飛行体１０が避難者Ｐの位置に到着していないと判定された場合、Ｓ１２の第一飛行制御処理が継続して実行される。一方、Ｓ１４にて飛行体１０が避難者Ｐの位置に到着したと判定された場合、第二飛行制御処理が実行される（Ｓ１６）。第二飛行制御処理は、避難者Ｐの防火を行いつつ、飛行体１０を飛行させる制御処理である。例えば、図１に示すように、避難者Ｐの上方を飛行し、放水ヘッド１２から霧雨状の水を放出する。これにより、避難者Ｐの周囲に水幕が形成され、この水幕により避難者Ｐにおいて火炎Ｆの熱暴露が軽減される。

このとき、飛行体１０は、例えばカメラ１０６の画像に基づいて一番近い避難者Ｐを認識し、その避難者Ｐの移動に追従して移動するように飛行する。また、飛行体１０は、カメラ１０６の画像及び距離検出器１０７の検出信号に基づいて一番近い避難者Ｐを認識し、その避難者Ｐの移動に追従して移動するように飛行してもよい。その際、飛行体１０は、避難者Ｐの移動方向の前方位置の上方を飛行してもよい。つまり、飛行体１０は、避難者Ｐの移動方向において、避難者Ｐの少し前の位置の上方を飛行してもよい。この場合、飛行体１０によって避難者Ｐの避難誘導を行うことが可能となる。

一方、Ｓ１６の第二移行制御処理において、図３に示すように、制御部１０１から放水制御信号が出力され、ポンプ１０５が作動し、タンク１０８の水が放水ヘッド１２に送水される。放水ヘッド１２では、噴射する水がスパイラル状の散水部１２ａに衝突して霧雨状の水粒子が放出される。

避難者Ｐが安全な位置まで避難完了したら、Ｓ１６の第二飛行制御処理を終了し、図４の一連の制御処理を終了する。また、他の避難者Ｐの存在が制御器２０に認識された場合には、図４のＳ１０〜Ｓ１６の制御処理を繰り返してもよいし、飛行体１０のタンク１０８の水補給のために飛行体１０を待機位置へ帰還させてもよい。

以上のように、本実施形態に係る防火装置１によれば、遠隔操作により飛行体１０を飛行させ、火災時において飛行体１０を避難者Ｐのいる位置へ移動させることが可能である。そして、避難者Ｐに対し飛行体１０から霧雨状の水Ｗを放出することが可能である。このため、霧雨状の水Ｗによって避難者Ｐが火炎Ｆに曝されることを抑制することができ、避難者Ｐに対する防火を的確に行える。また、飛行体１０は、霧雨状の水Ｗを放出するため、少ない放水量で防火効果が得られ、長時間の放水が可能となる。

また、本実施形態に係る防火装置１によれば、飛行体１０が火災の避難者Ｐの上方を飛行し、放水ヘッド１２により放水しながら避難者Ｐの移動に追従して移動する。このため、避難者Ｐの周囲に水幕を形成することができ、避難者Ｐの熱暴露を軽減することができる。また、飛行体１０が避難者Ｐの移動に追従して移動することにより、避難者Ｐが移動しても避難者Ｐの周囲に継続して水幕を形成することができる。

以上、本発明を上述の実施形態に基づいて詳細に説明した。しかし、本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。本発明は、特許請求の範囲の記載の要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。

例えば、上述した実施形態では、放水ヘッド１２が飛行体１０の本体１３の下部に取り付けられていたが、放水ヘッド１２を本体１３の上部に取り付け、上方へ向けて放水させてもよい。この場合、上述した実施形態と同様に、飛行体１０の周囲に水幕を形成することが可能であり、放水によって飛行体１０を冷却することができる。つまり、構造物の火災では天井付近に熱気が溜まり、飛行体１０が高熱に曝されるおそれがある。これに対し、上方へ向けて水を放出することによって、飛行体１０を冷却して飛行体１０の高熱化を抑制しつつ、避難者Ｐの防火も行えることとなる。

また、上述した実施形態では、図４のＳ１６の第二飛行制御処理として、避難者Ｐの移動に応じて飛行体１０を移動させて飛行させる場合について説明したが、飛行体１０を火炎Ｆの位置で飛行させて避難者Ｐの避難を促進させてもよい。例えば、図５に示すように、火炎Ｆの位置で飛行体１０をホバリングさせて放水させる。これにより、火炎Ｆの位置で水幕が形成され、避難しにくい場所の防火が効果的に行える。このため、避難者Ｐは火炎Ｆの位置を通過して安全な場所へ避難することができる。

また、上述した実施形態では、一つの飛行体１０を用いる防火装置１について説明したが、複数の飛行体１０を用いる防火装置であってもよい。例えば、複数の飛行体１０について、それぞれ図４の制御処理を実行させることにより、避難者Ｐの防火支援を効率よく行うことが可能となる。具体的には、複数の飛行体１０がそれぞれ異なる避難者Ｐの上方を飛行して防火を行うことにより、より多くの避難者Ｐを同時に防火することができる。

また、複数の飛行体１０を用いる防火装置とすることにより、図５のように火炎Ｆの位置で飛行体１０をホバリングさせて放水させる場合、火炎Ｆの広い範囲に対応することが可能となる。すなわち、複数の飛行体１０を並べてホバリングさせることにより、火炎Ｆが広い範囲で存在する場合であっても、広く水幕を形成することができ、安全に避難者Ｐの避難が行える。

さらに、上述した実施形態では、飛行体１０を自動飛行制御により飛行させる場合について説明したが、本発明に係る防火装置は手動操作により飛行体１０を飛行させるものであってもよい。例えば、制御器２０に代えて、飛行体１０をマニュアルで遠隔操作できるコントローラを用いればよい。火災の際には、コントローラを用いた手動操作により飛行体１０を避難者Ｐの位置へ飛行させ、避難者Ｐの位置で飛行体１０から放水を行えばよい。この場合であっても、霧雨状の水Ｗの放水により避難者Ｐが火炎Ｆに曝されることを抑制することができ、避難者Ｐに対する防火を的確に行える。また、飛行体１０は、霧雨状の水Ｗを放出するため、少ない放水量で防火効果が得られ、長時間の放水が可能となる。さらに、カメラ１０６の映像を見ながら、避難者Ｐの移動に追従して飛行体１０を移動させることもできる。

１…防火装置、１０…飛行体、１２…放水ヘッド（放水部）、２０…制御器、Ｆ…火炎、Ｐ…避難者、Ｗ…水。

Claims

遠隔操作により飛行する飛行体と、
前記飛行体に取り付けられ、霧雨状の水を放出する放水部と、
を備えた防火装置。
前記飛行体は、火災の避難者の上方を飛行し、前記放水部により放水しながら前記避難者の移動に追従して移動する、
請求項１に記載の防火装置。