JP2019136326A - 流水検知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スプリンクラーヘッドの作動による流水を正確に捉えて流水検知信号を出力させる。
【解決手段】スプリンクラーヘッド２２が作動した場合の流水により流水検知装置１０の弁体２６が開放する。弁体２６の弁軸は外部に取り出され、そこに回転フィン４８が設けられ、回転フィン４８のフィン先端の回転軌道上には、振動発電素子５０側に一端が固定された振動板部材の先端が位置しており、弁体２６の開放による回転フィン４８の回転により振動板部材を機械的に励振して振動発電素子５０に振動を加えることにより発電し、制御ユニット３８が振動発電部４６の発電電力に基づき流水検知信号を出力する。
【選択図】図１

Description

本発明は、スプリンクラー設備等の消火設備に設けられる流水検知装置に関する。

従来、スプリンクラー設備、泡消火設備、水噴霧設備においては、加圧送水装置からの加圧水をヘッドに供給する配管の途中に流水検知装置を設けている。

図１４は従来の流水検知装置を示した説明図であり、図１４（Ａ）に監視し状態を示し、図１４（Ｂ）に作動状態を示す。

図１４（Ａ）に示すように、流水検知装置２００は弁体２０２を弁座２０４に当接した閉鎖状態にあり、通常二次側圧力Ｐ２は一次側圧力Ｐ１と同圧かＰ１より低い所定の締切圧力となっている。

火災等によりスプリンクラーヘッドが作動した場合には、図１４（Ｂ）に示すように、二次側配管に一定量を超える流水が発生して流水検知装置２００の弁体２０２が開放し、弁座２０４に設けられた流入口２０６から圧力スイッチ２１０に消火用水が流れ込み、流入口２０６からの供給量がオートドリップ２１２による排水量を上回ると、圧力スイッチ２１０に加わる消火用水の圧力が上昇してオンし、流水検知信号を制御盤に出力して火災警報を出力させる。

また、通常監視状態で二次側配管側の漏水などにより二次側圧力が締切圧力に対しある設定圧力より低下すると、弁体２０２が開放され一次側の水が二次側に流入することにより一次側の圧力が低下し、この圧力低下を検出して補助加圧ポンプが運転され、漏水により低下した一次側圧力及び二次側配管の圧力が所定の締切圧力に回復される。このような状況下で補助加圧ポンプが運転された場合、流水検知装置２００は一時的に弁体２０２を開放するが、オートドリップ２１２による排水で圧力スイッチ２１０に加わる圧力は上昇せず、仮に上昇した場合でも、圧力スイッチのタイマーによって圧力スイッチ２１０はオンせず、流水検知信号は出力されない。

また、二次側圧力を回復させる補助加圧ポンプの運転で火災警報を出力させないため、オートドリップ２１２に加え、圧カスイッチ２１０に機械的な遅延タイマを付けて誤報の発生を防止したり、不作動流量を設定して一定の流水が流水検知装置において発生しても、弁体が開放しないような構成としている。

また、従来の流水検知装置の他の構造としては、弁体の開放に伴う外部に取り出された弁棒の変位をリミットスイッチにより捉え、弁体か開放したことを検知して流水検知信号を出力する構造のものもある。

特開２０１１−０２４７９３号公報 特開平１１−１２８３８８号公報 特開２００６−３４５８８３公報

しかしながら、このような従来の流水検知装置にあっては、技術的な革新がないまま非常に長い期間利用され、実績が積まれているものの、流水検知装置に圧力スイッチやリミットスイッチ等を外付けする必要があるため、外径寸法が大きくなり、必要な設置スペースの増大に繋がり、それに伴って施工工数が大きくなり、圧力スイッチを配置するためには配管やエルボ等の付属品が必要となるために機器製作の組立コストが嵩み、更に、配管の接続部が多くなるため、施工や点検の際に、誤って接続部を破損させる等の問題がある。また、圧力スイッチは、ケース、ダイヤフラム、配管接続部品等の多数の部品から構成されており、コストが高いこと、また、部品点数が多いことから必然的に、平均故障間隔（ＭＴＢＦ）が短い等の問題がある。

また、従来の流水検知装置にあっては、非火災警報を出さないために必要な適切な遅延タイマの設定時間や不作動流量は、配管内の空気溜まりの状況、補助加圧ポンプの性能等によって変化するため、必ずしも誤報を出さないための万全な対策にはなっていない問題がある。

また、流水検知装置は、流水の発生により弁体が開放したことを、圧力スイッチに加わる圧力の上昇により間接的に捉えて流水検知信号を出力するようになっており、圧力上昇があれば、火災と見做して流水検知信号を出力するという単純な判定をしており、火災以外の要因による圧力上昇により非火災報や誤警報を出し、例えば非常放送が作動して、建物内の人に混乱を起こさせる等の問題があった。

本発明は、スプリンクラーヘッドの作動による流水を正確に捉えて流水検知信号を出力させる流水検知装置を提供することを目的とする。

（流水検知装置）
本発明は、スプリンクラーヘッドが作動した場合の流水に基づき流水検知信号を出力する流水検知装置に於いて、
スプリンクラーヘッドが作動した場合の流水に基づき振動を発生する振動発生機構と、
振動発生機構により発生された振動を受けて発電する振動発電部と、
振動発電部の発電電力に基づき流水検知信号を出力する制御部と、
が設けられたことを特徴とする。

（振動発生機構１）
振動発生機構は、
スプリンクラーヘッドの作動した場合の流水に応じて開放される弁体の回動軸に連結され装置本体の外部に設けられた回転フィンと、
回転フィンのフィン先端の回転軌道上に一端を位置させると共に他端を振動発電部の振動体に固定された振動板部材と、
で構成され、
弁体の開放による回転フィンの回転により振動板部材を機械的に励振して発電振動部に振動を加える。

（振動発生機構２）
振動発生機構は、
装置本体内に設けられ、スプリンクラーヘッドが作動した場合の流水により回転される水車と、
水車から装置本体の外部に取り出された回転軸に連結された回転フィンと、
回転フィンのフィン先端の回転軌道上に一端を位置させると共に他端を振動発電部の振動体に固定された振動板部材と、
で構成され、
弁体の開放による流水による水車の回転により回転フィンを回転させることで振動板部材を機械的に励振して発電振動部に振動を加える。

（振動発電部の構成）
振動発電部は、
振動を電気エネルギーに変換する振動発電素子と、
振動発電素子により発電された交番電力を所定電圧の直流電力に変換して制御部に電源を供給する電源回路部と、
を備える。

（振動発電素子）
振動発電素子を、振動による圧電作用により発電する圧電式振動発電素子又は振動による磁歪作用により発電する磁歪式振動発電素子とする。

（圧電式振動発電シート）
圧電式振動発電素子は、シート状の圧電膜の両面に電極膜が配置された可撓性の圧電式振動発電シートであり、圧電式振動発電シートは所定の振動対象物の表面に固着される。

（第２の振動発電部）
装置本体の外面に固定され、装置本体に定常的に加わる振動により発電して制御部に電源を供給する第２の振動発電部が設けられる。

（発電部から信号通信）
制御部は有線又は無線により流水検知信号を送信する。

（圧力監視と流水検知の論理積による火災判定）
本発明の他の形態にあっては、スプリンクラーヘッドが作動した場合の流水に基づき流水検知信号を出力する流水検知装置に於いて、
スプリンクラーヘッドが作動した場合の流水に基づき振動を発生する振動発生機構と、
振動発生機構の振動により流水を判断する流水検知部と、
流水装置本体に備えられた弁体の一次側圧力を検出する一次側圧力検出部と、
弁体の二次側圧力を検出する二次側圧力検出部と、
一次側圧力及び二次側圧力が低下しているときは流水検知部が流水を検出しても火災判定を行わず、二次側圧力が所定の速度以上で圧力低下している際に流水検知部が流水を検出したときに火災判定を行う制御部と、
を備えたことを特徴とする。

（水車による流水検知信号の検出）
本発明の他の形態にあっては、スプリンクラーヘッドが作動した場合の流水に基づき流水検知信号を出力する流水検知装置に於いて、
流水検知装置本体内に設けられ、スプリンクラーヘッドの作動した場合の流水により回転される水車と、
水車の回転によって流水検知信号を出力することを特徴とする。

（基本的な効果）
本発明は、スプリンクラーヘッドが作動した場合の流水に基づき流水検知信号を出力する流水検知装置に於いて、スプリンクラーヘッドが作動した場合の流水に基づき振動を発生する振動発生機構と、振動発生機構により発生された振動を受けて発電する振動発電部と、振動発電部の発電電力に基づき流水検知信号を出力する制御部とが設けられたため、火災発生時にスプリンクラーヘッドが作動して消火用水が放水された場合の流水により機械的な振動を発生させて振動発電部で振動エネルギーを電気エネルギーに変換し、振動発電部による発電電力は同時に流水検知のセンサ出力を意味し、従来のような圧力上昇による間接的な流水検知に比べ、スプリンクラーヘッドの作動による流水を振動発電により直接的に検知して流水検知信号を確実に出力することができる。

また、２次側配管の漏水などにより微小流量では、振動発電が行われることはなく、圧力変動に起因した誤報や非火災報を確実に防止できる。

また、振動発電部の発電電力に基づく電源供給により外部からの電源供給を必要とすることなく装置本体又はその近傍に設けられた制御部が動作して流水検知信号が出力され、外部電源を必要としない分、簡単且つ容易に制御部による流水検知装置のインテリジェント化が可能となる。

（振動発生機構１の効果）
また、振動発生機構は、スプリンクラーヘッドが作動した場合の流水に応じて開放される弁体の回動軸に連結され装置本体の外部に設けられた回転フィンと、回転フィンのフィン先端の回転軌道上に一端を位置させると共に他端を振動発電部の振動体に固定された振動板部材とで構成され、弁体の開放による回転フィンの回転により振動板部材を機械的に励振して発電振動部に振動を加えるようにしたため、スプリンクラーヘッドの作動による流水で開放する弁体の動きを振動に変換し、これにより振動発電を行なって流水検知信号を確実に出力させることができる。また、振動発生機構は、装置本体の外部に取り出された弁体の回転軸に回転フィンを連結し、フィン先端位置に振動板部材の先端を位置させるといった簡単でコンパクトな機構とすることができる。

（振動発生機構２の効果）
また、振動発生機構は、装置本体内に設けられ、スプリンクラーヘッドが作動した場合の流水により回転される水車と、水車から装置本体の外部に取り出された回転軸に連結された回転フィンと、回転フィンのフィン先端の回転軌道上に一端を位置させると共に他端を振動発電部の振動体に固定された振動板部材とで構成され、弁体の開放による流水による水車の回転により回転フィンを回転させることで振動板部材を機械的に励振して発電振動部に振動を加えるようにしたため、スプリンクラーヘッドの作動による流水で水車を回転させて振動に変換し、これにより振動発電を行なって流水検知信号を確実に出力させることができる。

スプリンクラーヘッドの作動による放水中は、流水により水車が回転し続けることで振動発電が継続され、十分な発電電力が得られ、流水検知信号を確実に出力させることができ、更に、余剰発電電力を利用して流水検知装置からの火災警報を警報音と警報表示により出力させるといった制御動作を可能とする。

（振動発電部の構成による効果）
また、振動発電部は、振動を電気エネルギーに変換する振動発電素子と、振動発電素子により発電された交番電力を所定電圧の直流電力に変換して制御部に電源を供給する電源回路部とを備えたため、振動発電素子は回転式発電機に比べ機械的な駆動機構を持たない小型化且つ軽量の発電素子であり、電源回路部も簡単な回路で済み、小型且つ軽量な部品として流水検知装置の外側又はその近傍に配置して流水検知を可能とする。

（振動発電素子の効果）
また、振動発電素子を、振動による磁歪作用により発電する磁歪式振動発電素子又は振動による圧電作用により発電する圧電式振動発電素子としたため、磁歪式振動発電素子及び圧電式振動発電素子は、共に機械的な駆動部分を持たない固体発電素子であることから、流水検知装置の外側又はその近傍に対する組付け配置が容易であり、劣化も起きないことから長期間に渡り流水に基づく振動を受けた場合に確実に発電して流水検知信号を出力することができる。

（圧電式振動発電シート素子の効果）
また、圧電式振動発電素子は、シート状の圧電膜の両面に電極膜が配置された可撓性の圧電式振動発電シートとしたため、必要とする場所に簡単且つ容易に配置することを可能とする。

（発電部から信号通信による効果）
また、制御部は有線又は無線により流水検知信号を送信するようにししたため、振動発電部の発電電力に基づく電源供給により外部からの電源供給を必要とすることなく、装置本体又はその近傍に設けられた制御部が動作して流水検知信号を有線又は無線で出力することができる。

（圧力監視と流水検知の論理積による火災判定の効果）
また、本発明の他の形態にあっては、スプリンクラーヘッドが作動した場合の流水に基づき流水検知信号を出力する流水検知装置に於いて、スプリンクラーヘッドが作動した場合の流水に基づき振動を発生する振動発生機構と、振動発生機構の振動により流水を判断する流水検知部と、流水装置本体に備えられた弁体の一次側圧力を検出する一次側圧力検出部と、弁体の二次側圧力を検出する二次側圧力検出部と、一次側圧力及び二次側圧力が低下しているときは流水検知部が流水を検出しても火災判定を行わず、二次側圧力が所定の速度以上で圧力低下している際に流水検知部が流水を検出したときに火災判定を行う制御部とを備えたため、一時側圧力と二次側圧力が低下している場合は二次側配管側の漏水などによる弁開放については火災判定を行わず、スプリンクラー動作に伴う二次側圧力の急激な低下については火災判定を行うように設定できる。

（水車による流水検知信号の検出の効果）
また、本発明の他の形態にあっては、スプリンクラーヘッドが作動した場合の流水に基づき流水検知信号を出力する流水検知装置に於いて、流水検知装置本体内に設けられ、スプリンクラーヘッドの作動した場合の流水により回転される水車と、水車の回転によって流水検知信号を出力するようにしたため、スプリンクラーヘッドが作動した場合の流水を、流水による水車の回転により直接的に検知して流水検知信号を確実に出力することができる。

流水検知装置の第１実施形態を示した説明図 図１の流水検知装置の横断面を示した説明図 流水検知装置に設けられた振動発電部を取り出して示した説明図 本実施形態で振動圧電素子として使用される圧電式振動発電シート素子の構造を示した説明図 第１実施形態の流水検知装置に設けられた振動発電部の制御ユニットの機能構成を示したブロック図 流水検知装置の第２実施形態を示した説明図 図６の流水検知装置の横断面を示した説明図 本実施形態で振動発電素子として使用される圧電式振動発電素子の構造を示した説明図 本実施形態で振動発電素子として使用される磁歪式振動発電素子の構造と動作原理を示した説明図 流水検知装置の第３実施形態を示した説明図 図１０の流水検知装置の横断面を示した説明図 第３実施形態の流水検知装置に設けられた振動発電部及び制御ユニットの機能構成を示したブロック図 流水検知装置の第４実施形態を示した説明図 従来の流水検知装置を示した説明図

［流水検知装置の第１実施形態］
図１は通常監視状態における流水検知装置の第１実施形態を示した説明図、図２は図１の流水検知装置の横断面を示した説明図である。

（基本的な構造）
図１及び図２に示すように、本実施形態の流水検知装置１０は、装置本体１２の下側に流入口１４が形成されて一次側配管１８が接続され、上側に流出口１６が形成されて二次側配管２０が接続され、二次側配管２０には防護区域に設置された閉鎖型のスプリンクラーヘッド２２が接続されている。

装置本体１２の内部には、弁軸２４により開閉自在に弁体２６が収納されている。弁体２６は自重により図示の閉止位置に回動しており、環状の弁座２８に配置されたゴム製の弁座シート３０に押圧されて流路を閉鎖している。

装置本体１２の二次側となる側面には排水口３２が形成されて排水管３４が接続されており、排水管３４の途中には電動弁を用いた排水制御弁３６が設けられている。

流水検知装置１０は、火災によりスプリンクラーヘッド２２が作動して消火用水が放出されると、一次側配管１８側の配管系統に設けられた図示しない補助加圧ポンプが運転を開始して消火用水を供給するが、スプリンクラーヘッド２２からの放水量が多いために配管内の圧力は急速に低下し、給水本管に分岐接続されている空気タンクの圧力スイッチが圧力低下を検出して消火ポンプを起動し、これにより消火用水が継続的に供給される。

スプリンクラーヘッド２２の作動による消火用水の放出により流水検知装置１０を通って消火用水が流れ、消火用水の流水により押されて弁体２６は想像線で示す弁体２６ａのように開放する。

火災が鎮火した場合には、一次側配管１８に設けている仕切弁１７を閉鎖することで、作動したスプリンクラーヘッド２２からの放水を停止させることができる。

また、通常監視状態で例えば二次側配管２０に漏水があった場合には一次側配管の圧力も連動して圧力が低下するため、一次配管１８側の配管系統に設けられた図示しない補助加圧ポンプが一時的に運転されて消火用水を供給し、このため流水検知装置１０の弁体２６は僅かに開いて漏水による二次側配管２０の圧力低下を補うことになる。

更に、本実施形態の流水検知装置１０の装置本体１２には振動発電部４６とケースカバー４０に収納された制御ユニット３８が設けられている。振動発電部４６はスプリンクラーヘッド２２の作動による流水により基づき振動発生機構により発生された振動を受けて発電し、制御ユニット３８は振動発電部４６の発電電力に基づき動作して外部に流水検知信号を出力する。

（振動発生機構）
図３は図１及び図２の流水検知装置に設けられた振動発電部を取り出して示した説明図であり、図３（Ａ）は側面を示し、図３（Ｂ）は平面から見た断面を示す。

振動発電部４６の振動発生機構は、装置本体１２の外側に形成された発電収納室４５にシールを介して取り出された弁軸２４の一端に連結された回転フィン４８と、回転フィン４８における例えば８枚のフィン４９の先端の回転軌道上に一端を位置させると共に他端を振動発電素子５０側に固定された振動板部材５１で構成される。

このような構成の振動発生機構は、火災によるスプリンクラーヘッド２２の開放作動により消火用水が流水検知装置１０を介して流れると、弁体２６が開放することで弁軸２４が回転し、これにより回転フィン４８も回転を始める。

回転フィン４８のフィン４９の先端に対して振動発電素子５０に一端が固定された振動板部材５１の先端が位置しており、回転フィン４８が回転すると振動板部材５１を押し曲げて変形させた後に離す作用が連続的に行われ、このような機械的な励振により振動板部材５１に大きな振動が発生して振動発電素子５０に伝達される。振動発電素子５０で発電された電力は電源ケーブル４２を介して制御ユニット３８に供給される。

（振動発電部）
図４は本実施形態で振動圧電素子として使用される圧電式振動発電シート素子の構造を示した説明図であり、図４（Ａ）に側面を示し、図４（Ｂ）に平面を示す。

図１乃至図３に示した振動発電素子５０は、振動を電気エネルギーに変換する振動発電素子として、例えば図４に示す圧電式振動発電シート素子５０Ａが設けられている。

図４に示すように、本実施形態で使用する圧電式振動圧電シート素子５０Ａは、振動板１００の表面上に下部電極１０６が形成され、その上に圧電性膜１０２が形成され、更に圧電性膜１０２の表面上に上部電極１０４が形成され、振動板１００を振動源１０６上に据え付けられた固定台１１０上にボルト１１４により固定し、振動源１１６の振動により振動板１００の自由振動が励振され、振動板１００の振動に伴い、圧電性膜１０２に歪みが生じ、圧電性膜１０２の圧電効果によって上部電極１０４と下部電極１０６の各々から導電接着部により固定されたリード配線１１８介して電荷が得られる構成となっている。

圧電式振動圧電シート素子５０Ａの製造方法は、振動板１００の表面上に銀ペーストを塗布して下部電極１０６を形成し、その表面に圧電性溶剤をスプレーコートした後、１００℃で熱風乾燥して膜を生成する。次に、膜の表面より所定距離だけ離間したコロナ電極から例えば所定の高電圧を所定時間印加して分極し、圧電性膜１０２を生成する。続いて圧電性膜１０２の上面に銀ペースを塗布して上部電極１０４を形成し、上部電極１０４と下部電極１０６に導電接着剤を用いてリード線１１８を接着して完成する。

リード配線１１８を介して得られた電荷はチャージアンプ（電荷増幅器）で電圧に変換することにより、加速度に比例した電圧信号を取り出すことができる。

本実施形態にあっては、圧電式振動圧電シート素子５０Ａの振動源１１６を発電素子の収納ケースとし、この収納ケースに図１乃至図４に示した振動板部材５１の一端が固定されており、弁体２６の開放により回転フィン４８が回転することにより振動板部材５１が励振されると、その振動が収納ケースとなる振動源１１６から振動板１００に伝えられ、振動板１００の振動により圧電性膜１０２に歪みが生じ、圧電性膜１０２の圧電効果によって上部電極１０４と下部電極１０６の各々から導電接着部により固定されたリード配線１１８介して電荷が得られる。

なお、図４に示す圧電式振動発電シート素子５０Ａとしては、振動板１００を可撓性シート材料で形成していることから、固定台１１０を使用せずに、振動源に直接接着固定して使用することもできる。

（振動発電部と制御ユニットの構成）
図５は第１実施形態の流水検知装置に設けられた振動発電部の制御ユニットの機能構成を示したブロック図である。

図５に示すように、振動発電部４６は、図４に示した圧電式振動発電シート素子５０Ａを用いた振動発電素子５０と電源回路部５８で構成される。振動発電素子５０は、プリンクラーヘッドの作動による流水に基づき振動発生機構により発生された振動を受けて発電し、発電による交番電力として電荷が得られる。

電源回路部５８には、チャージアンプ（電荷増幅器）と整流平滑回路が設けられ、振動発電素子５０による発電で生成された電荷をチャージアンプ（電荷増幅器）で交番電圧に変換した後に整流平滑し、所定電圧の直流電力に変換して制御ユニット３８に電源を供給する。

制御ユニット３８は制御部６０と通信部６２で構成される。制御部６０は振動発電部４６から電源供給を受けた場合に動作し、通信部６２に指示して流水検知信号を、信号線を介してスプリンクラー制御盤や監視センター等に送信して火災警報を出力させる。

このように本実施形態の流水検知装置１０は、火災発生時にスプリンクラーヘッド２２が作動して消火用水が放水された場合の流水による弁体２６の開放による回転フィン４８の回転で機械的な振動を発生させて振動発電素子５０で振動エネルギーを電気エネルギーに変換し、振動発電素子５０による発電電力は同時に流水検知のセンサ出力を意味することから、振動発電素子５０による制御ユニット３８に対する電源供給による動作で流水検知信号を出力することとなり、従来のような圧力上昇による間接的な流水検知に比べ、スプリンクラーヘッドの作動による流水を振動発電により直接的に検知して流水検知信号を確実に出力することができる。

また、２次側配管の漏水などにより微小流量では、弁体２６は極わずか開くに過ぎないことから、振動発電が行われることはなく、誤って流水検知信号が出力されることが確実に防止され、圧力変動に起因した誤報や非火災報を確実に防止できる。

また、振動発電部４６の発電電力に基づく電源供給により外部からの電源供給を必要とすることなく制御ユニット３８が動作して流水検知信号が出力され、外部電源を必要としない分、簡単且つ容易に実現できる。

（点検制御機能）
本実施形態の流水検知装置１０は、装置本体１２の二次側から引き出された排水管３４に排水制御弁３６が設けられている。点検時には、監視センターからの点検指示信号により排水制御弁３６を開放して二次側配管２０からスプリンクラーヘッド２２の１台が作動したと同じ流水量の排水により弁体２６を開放させる作動試験を行い、流水検知信号が出力されれば、正常と判断する。

［流水検知装置の第２実施形態］
図６は流水検知装置の第２実施形態を示した説明図、図７は図６の流水検知装置の横断面を示した説明図である。

図６及び図７に示すように、本実施形態の流水検知装置１０にあっては、振動発電部７０の振動発生機構として水車７２を設けたことを特徴とする。

流水検知装置１０の装置本体１２の二次側の弁室には水車７２が回転軸７４により回転自在に配置されている。水車７２の回転軸７４はシールを介して外側に形成された発電収納室４５に取り出されている。水車７２は弁室二次側の流水を妨げることのない側方の位置に配置されている。

発電収納室４５に取り出された回転軸７４には、図１乃至図３に示した第１実施形態の場合と同様に、回転フィン４８が連結され、回転フィン４８と振動発電素子５０側に固定された振動板部材５１とにより振動発生機構が構成されている。

このような構成の振動発電部７０は、火災によるスプリンクラーヘッド２２の開放作動により消火用水が流水検知装置１０を介して流れると弁体２６が開放して継続的に消火用水が二次側に流れ、この流水によって水車７２が回転し、回転フィン４８も回転を始める。

回転フィン４８のフィン４９の先端に対して振動発電素子５０に一端が固定された振動板部材５１の先端が位置しており、回転フィン４８が回転すると振動板部材５１を押し曲げて変形させた後に離す作用が連続的に行われ、これにより振動板部材５１に大きな振動が発生して振動発電素子５０に伝達され、圧電作用により発電が行われ、制御ユニット３８が振動発電部７０から電源供給を受けて動作し、流水検知信号を信号線を介してスプリンクラー制御盤や監視センター等に送信して火災警報を出力させる。

それ以外の構成及び機能は図１乃至図４に示した第１実施形態の場合と同じになることから、その説明は省略する。

ここで、水車７２の回転による動作する振動発電部７０は、スプリンクラーヘッド２２からの放水が行われている間、継続的に発電を行っており、そのため十分な発電電力が得られることになり、十分に得られる発電電力を利用して、制御ユニット３８から流水検知信号を出力する以外に、例えば、流水検知装置１０から警報表示や警報音により火災警報を出力させることができる。

［圧電式振動発電素子］
図８は本実施形態による流水検知装置で振動発電素子として使用される圧電式振動発電素子の構造を示した説明図である。図８に示すように、圧電式振動発電素子５０Ｂは、ケース１２０の中に、両側に電極１２４ａ，１２４ｂが設けられた圧電素子１２２を、起立したボルト１２５に通して配置すると共に、その上におもり１２６を配置してナット１２８により締付け固定し、振動体１３０に固定されている。

図８の圧電式振動発電素子５０Ｂは圧縮型と呼ばれる構造であり、ナット１２８を締めることで一定のプリロードをかけるとともに、圧電素子１２２とボルト１２５のバネ性とおもり１２６の質量から成る系を構成している。

一定のプリロードにより圧電素子１２２には一定の電荷が生じており、振動体１３０が図示の上方に向けて加速している時には、おもり１２６の慣性によって圧電素子１２２を更に圧縮する力が加わり（加圧）、逆に振動体１３０が図の下方に向けて加速している時には圧電素子１２２の圧縮を弱める方向に力が加わる（減圧）ことになる。

このようにして振動により繰り返される加圧と減圧に応じて圧電素子１２２の両極に生じる電荷が増減し、この電荷をチャージアンプ（電荷増幅器）で電圧に変換することにより、加速度に比例した電圧信号を取り出すことができる。

［磁歪式振動発電素子］
図９は本実施形態の振動発電素子として使用される磁歪式振動発電素子の構造と動作原理を示した説明図であり、図９（Ａ）は正面を示し、図９（Ｂ）は側面を示し、図９（Ｃ）は磁歪素子の変位に対する磁力線変化（コイルは省略）を示し、図９（Ｄ）は発電原理を示す。

図９（Ａ）（Ｂ）に示すように、磁歪式振動発電素子５０Ｃは、コイル１４６ａ，１４６ｂを巻いた２枚の板状の磁歪素子１４４ａ，１４４ｂを平行に並べ、一端を固定部１４０と結合し、他端を可動部１４２と結合した平行梁が構成され、固定部１４０と可動部１４２には磁石１４８が吸着され、ヨーク１５０により結合されている。

図９（Ｃ）に示すように、固定部１４０を固定し、可動部１４２に例えば上方向の曲げ力Ｆを作用させると、平行梁は湾曲し、磁歪素子１４４ａには圧縮力が加わって磁力線が減少し、一方、磁歪素子１４４ｂには引張り力が加わって磁力線が増加する。

このため図９（Ｄ）に示すように、平行梁に振動が加わると、磁歪素子１４４ａ，１４４ｂに加わっている磁力線は交番状に変化し、コイル１４６ａ，１４６ｂに起電力Ｖｐが発生し、振動エネルギーが電気エネルギーに変換される。

［流水検知装置の第３実施形態］
図１０は流水検知装置の第３実施形態を示した説明図、図１１は図１０の流水検知装置の横断面を示した説明図、図１２は第３実施形態の流水検知装置に設けられた振動発電部及び制御ユニットの機能構成を示したブロック図である。

図１０及び図１１に示すように、本実施形態の流水検知装置は、図１乃至図３に示した第１実施形態に加え、装置本体１２の外側に第２の振動発電部８０が設けられ、また、装置本体１２の隔壁には一次側圧力センサ５２と２次側圧力センサ５４が設けられ、制御ユニット３８に操作表示部６６が設けられることでインテリジェント化されている。

第２の振動発電部８０は、ケースで覆われた装置本体１２の外部表面に振動圧電素子８２を固定しており、流水検知装置１０には配管を介して設備や鉄藻に加わる振動を定常的に受けていることから、この定常的な振動による発電電力を蓄積して制御ユニット３８に動作電源を供給し、外部電源を必要とすることなく、制御ユニット３８を定常的に動作させている。

装置本体１２に設けられた一次側圧力センサ５２は一次側圧力を検出し、二次側圧力センサ５４は二次側圧力を検出しており、制御ユニット３８は、検出された一次側圧力と二次側圧力を液晶ディスプレイを備えた操作表示部６６に表示させている。

また、操作表示部６６には点検スイッチ等が設けられており、点検スイッチの操作により排水制御弁３６を開制御して現場で点検作業ができるようにしている。

図１２に示すように、本実施形態の制御ユニット３８は、制御部６０と通信部６２に加え操作表示部６６が設けられている。また、制御部６０としては、ＣＰＵ、メモリ、入出力ポート等を備えたコンピュータ回路であり、ＣＰＵによるプログラムの実行により流水検知信号の出力に加え、一次側圧力と二次側圧力の表示制御、点検スイッチの操作により排水制御弁３６を開閉させる点検制御等を行う。

第２の振動発電部８０は振動発電素子８２と電源回路部８４で構成され、振動発電素子８２は流水検知装置１０が定常的に受けてる振動により発電しており、電源回路部８４には例えば圧電式振動発電素子の場合は、チャージアンプと整流平滑回路を備えるが、制御ユニット３８に安定的に電源を供給するため大容量キャパシタ等の蓄電機能を設けている。

スプリンクラーヘッド２２の作動で発電する振動発電部４６は、制御ユニット３８に対する電源供給の必要がないことから、振動発電素子５０は流水を検知するセンサとして機能し、振動発電素子５０の振動発電による電荷を電源回路部５８のチャージアンプで交番電圧信号に変換して整流平滑して流水検知部６４に電源を供給して動作させることで、流水検知信号を制御ユニット３８の制御部６０に出力するようにしている。

それ以外の構成及び機能は、図１乃至図４に示した第１実施形態の場合と同じになることから、その説明は省略する。また、本実施形態を図６及び図７に示した第２実施形態の流水検知装置に適用しても良い。

［流水検知装置の第４実施形態］
図１３は流水検知装置の第４実施形態を示した説明図である。図１３に示すように、本実施形態の流水検知装置は、図１乃至図３に示した第１実施形態の弁軸２４と同軸に内部に水車軸９２を回転自在に設け、水車軸９２に水車９０を固定し、弁体２６が開放された時に流れる水流により水車９０により水車軸９２を回転させるようにしている。

振動発生機構は、水車軸９２の一端に連結された例えば８枚の回転フィン４８と、回転フィン４８の先端の回転軌道上に一端を位置させると共に他端を振動発電素子５０側に固定された振動板部材５１で構成される。

このような構成の振動発生機構は、火災によるスプリンクラーヘッド２２の開放作動により消火用水が流水検知装置１０を介して流れると、弁体２６が開放することで流れる水流により水車軸９２に固定した水車９０が回転し、これにより回転フィン４８も回転を始める。

回転フィン４８のフィン先端に対しては振動発電素子５０に一端が固定された振動板部材５１の先端が位置しており、水車軸９２により回転フィン４８が回転すると振動板部材５１を押し曲げて変形させた後に離す作用が連続的に行われ、このような機械的な励振により振動板部材に大きな振動が発生して振動発電素子５０に伝達される。振動発電素子５０で発電された電力は電源ケーブルを介して制御ユニット３８に供給される。

また、回転フィン４８の反対側となる弁軸２４の外端には回転センサー９４が設けられ、弁体２６の開放に伴う弁軸２４の回転を検出して回転検出信号を信号ケーブルを介して制御ユニット３８に出力している。制御ユニット３８は回転センサ−９４による回転検出信号から流水を検知して流水検知信号を外部に送信する。

なお、回転センサ−９４を設けない場合には、図５に示したように、制御ユニット３８は振動発電部４６からの電源供給を受けた場合に動作して流水検知信号を外部に出力するようにしても良い。

それ以外の構成及び機能は、図１乃至図４に示した第１実施形態の場合と同じになることから、その説明は省略する。

［本発明の変形例］
（無線による通信接続）
上記の実施形態は、制御ユニットから信号線により流水検知信号を出力しているが、無線通信により流水検知信号を送信するようにしても良い。無線による流水検知信号の送信では、制御ユニットは、流水検知装置に固有のアドレスを設定した流水検知信号を送信する。

（振動発生機構）
上記の実施形態は、スプリンクラーヘッドの作動に基づく流水により振動発電素子に加える振動を発生させる振動発生機構として、弁軸又は水車により回転による回転フィンと振動板部材を組み合わせた機構としているが、これに限定されず、流水に基づいて振動を発生させるものであれば、適宜の機構又は構造とすることができる。

（流水検知）
上記の実施形態は、スプリンクラーヘッドの作動に基づく流水により振動発電素子に加える振動を発生させる振動発生機構として、流水検知部と発電部を兼用しているが、振動発生機構の振動を流水検知のみに用い、電源部を別に用意しても良い。例えば、上記の第２実施形態の水車の回転により流水検知を行い、公知の電池等を用いた電源部によって電源を供給して流水検知信号を外部に出力する。

（複合条件による火災判定）
上記の実施形態は、スプリンクラーヘッドの作動に基づく流水により振動発電素子に加える振動を発生させる振動発生機構の振動により流水検知しているが、振動発生機構の振動による流水検知と他の条件の複合条件によって火災検出するようにしても良い。

例えば、上記の第３実施形態の一次側圧力センサ５２と二次側圧力センサ５４によって一次側圧力と二次側圧力を検出し、一次側圧力及び前記二次側圧力が低下しているときは流水検知部が流水を検出しても火災判定を行わず、二次側圧力が所定の速度以上で圧力低下している際に流水検知部が流水を検出したときに火災判定を行う制御部を備えるようにする。これにより、一時側圧力と二次側圧力が低下している場合は二次側配管側の漏水などによる弁開放については火災判定を行わず、スプリンクラー動作に伴う二次側圧力の急激な低下については火災判定を行うように設定できる。

また、例えば振動発生機構の振動が所定の時間以上継続することで火災判定を行うようにしても良い。上記の第２実施形態の水車の回転が一定時間継続することで火災判定する。これにより、二次側配管側の漏水などによる二次側圧力低下に伴って一次側から水供給される際の一時的な弁開放については火災判定せず、スプリンクラー動作に伴う継続的な二次側圧力低下に伴う弁開放について火災判定を行うことが可能となる。

（その他）
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：流水検知装置
１２：装置本体
１４：流入口
１６：流出口
１８：一次側配管
２０：二次側配管
２２：スプリンクラーヘッド
２４：弁軸
２６：弁体
２８：弁座
３０：弁座シート
３２：排水口
３４：排水管
３６：排水制御弁
３８：制御ユニット
４０：ケースカバー
４２：電源ケーブル
４６，７０：振動発電部
４８：回転フィン
４９：フィン
５０：振動発電素子
５０Ａ：圧電式振動発電シート素子
５０Ｂ：圧電式振動発電素子
５０Ｃ：磁歪式振動発電素子
５１：振動板部材
５２：一次側圧力センサ
５４：二次側圧力センサ
５８，８４：電源回路部
６０：制御部
６２：通信部
６４：流水検知部
６６：操作表示部
７２，９０：水車
７４：回転軸
８０：第２の振動発電部
９２：水車軸
９４：回転センサー

Claims (10)

1. スプリンクラーヘッドが作動した場合の流水に基づき流水検知信号を出力する流水検知装置に於いて、
   前記スプリンクラーヘッドが作動した場合の流水に基づき振動を発生する振動発生機構と、
   前記振動発生機構により発生された振動を受けて発電する振動発電部と、
   前記振動発電部の発電電力に基づき前記流水検知信号を出力する制御部と、
   が設けられたことを特徴とする流水検知装置。
   
2. 請求項１記載の流水検知装置に於いて、
   前記振動発生機構は、
   前記スプリンクラーヘッドが作動した場合の流水に応じて開放される弁体の回動軸に連結されて外部に設けられた回転フィンと、
   前記回転フィンのフィン先端の回転軌道上に一端を位置させると共に他端を前記振動発電部の振動体に固定された振動板部材と、
   で構成され、
   前記弁体の開放による前記回転フィンの回転により前記振動板部材を機械的に励振して前記発電振動部に振動を加えることを特徴とする流水検知装置。
   
3. 請求項１記載の流水検知装置に於いて、
   前記振動発生機構は、
   前記装置本体内に設けられ、前記スプリンクラーヘッドが作動した場合の流水により回転される水車と、
   前記水車から前記装置本体の外部に取り出された回転軸に連結された回転フィンと、
   前記回転フィンのフィン先端の回転軌道上に一端を位置させると共に他端を前記振動発電部の振動体に固定された振動板部材と、
   で構成され、
   前記弁体の開放による流水による前記水車により前記回転フィンを回転させることで前記振動板部材を機械的に励振して前記発電振動部に振動を加えることを特徴とする流水検知装置。
   
4. 請求項１記載の流水検知装置に於いて、
   前記振動発電部は、
   前記振動を電気エネルギーに変換する振動発電素子と、
   前記振動発電素子により発電された交番電力を所定電圧の直流電力に変換して前記制御部に電源を供給する電源回路部と、
   を備えたことを特徴とする流水検知装置。
   
5. 請求項１記載の流水検知装置に於いて、
   前記振動発電素子を、振動による圧電作用により発電する圧電式振動発電素子又は振動による磁歪作用により発電する磁歪式振動発電素子としたことを特徴とする流水検知装置。
   
6. 請求項５記載の流水検知装置に於いて、
   前記圧電式振動発電素子は、シート状の圧電膜の両面に電極膜が配置された可撓性の圧電式振動発電シートであり、前記圧電式振動発電シートは所定の振動対象物の表面に固着されたことを特徴とする流水検知装置。
   
7. 請求項１記載の流水検知装置に於いて、
   前記装置本体の外側に固定され、前記装置本体に定常的に加わる振動により発電して前記制御部に電源を供給する第２の振動発電部が設けられたことを特徴とする流水検知装置。
   
8. 請求項１記載の流水検知装置に於いて、前記制御部は有線又は無線により前記流水検知信号を送信することを特徴とする流水検知装置。
   
9. スプリンクラーヘッドが作動した場合の流水に基づき流水検知信号を出力する流水検知装置に於いて、
   前記スプリンクラーヘッドが作動した場合の流水に基づき振動を発生する振動発生機構と、
   前記振動発生機構の振動により流水を判断する流水検知部と、
   流水装置本体に備えられた弁体の一次側圧力を検出する一次側圧力検出部と、
   前記弁体の二次側圧力を検出する二次側圧力検出部と、
   前記一次側圧力及び前記二次側圧力が低下しているときは前記流水検知部が流水を検出しても火災判定を行わず、前記二次側圧力が所定の速度以上で圧力低下している際に前記流水検知部が流水を検出したときに火災判定を行う制御部と、
   を備えたことを特徴とする流水検知装置。
   
10. スプリンクラーヘッドが作動した場合の流水に基づき流水検知信号を出力する流水検知装置に於いて、
    流水検知装置本体内に設けられ、前記スプリンクラーヘッドの作動した場合の流水により回転される水車と、
    前記水車の回転によって前記流水検知信号を出力することを特徴とする流水検知装置。

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