JP2019201685A - 消火設備 - Google Patents

Abstract

【課題】 二次側配管から一次側配管へのリリーフ機構が設置された消火設備において、火災時においてポンプの起動が遅滞なく行われる消火設備を提供する。【解決手段】 水源Ｗの水を配管へ送水するポンプＰと、ポンプＰと配管により接続された流水検知装置３と、流水検知装置３の二次側配管２に接続されているスプリンクラーヘッドＳと、流水検知装置３の一次側配管１に設置されたポンプ起動スイッチ５とを備えており、流水検知装置３は防護領域毎に複数設置され一次側配管１はポンプＰへと続いており、流水検知装置３の一次側と二次側をバイパスするバイパス配管上に設置されたリリーフ弁４は一次側の圧力に対して二次側の圧力差が所定以上のときに開放し、リリーフ弁４の最小流通口径部の断面積はスプリンクラーヘッドＳのノズル出口の断面積よりも小さい。【選択図】 図１

Description

本発明は、スプリンクラー設備や泡消火設備等の消火設備に関するものである。

スプリンクラー設備や泡消火設備等の消火設備は、水源からスプリンクラーヘッド（または泡ヘッド）に続く配管上に流水検知装置が設置されている。流水検知装置は逆止弁構造をしており水源からスプリンクラーヘッドへの一方向の通水のみを許容している。スプリンクラーヘッドが設置されている二次側配管は季節の温度差によって内部に充填された水が膨張・収縮する。特に夏季においては二次側配管内の水が膨張して圧力が上がり、スプリンクラーヘッドを破損することがある。また、冬季は二次側配管内の水の凍結によって体積が膨張すると配管内の水が圧縮して圧力が上昇し、上記と同様な被害が発生することがある。

これに対して特許文献１では、流水検知装置の一次側と二次側をバイパスするバイパス流路を設置して、バイパス流路上に差圧弁を設置している。差圧弁は二次側の圧力が一次側の圧力よりも所定以上に高くなったときに開弁して、二次側配管から一次側配管へ水を逃がしてスプリンクラーヘッドの破損を防止する。

特開平８−１３１５７４号公報

上記の差圧弁のようなリリーフ機構を備えた図１の消火設備において火災が発生した場合、スプリンクラーヘッドＳが作動して二次側配管内２ａの水が放出される。これにより二次側配管２ａの圧力は一次側配管１の圧力を下回り、流水検知装置３ａの弁体が開放して作動信号が出力される。流水検知装置３ａが開放すると一次側配管１の水が二次側配管２ａに供給され、一次側配管１の圧力が低下する。

一次側配管１は他系統の流水検知装置３ｂ、３ｃとも接続されていることから、火災が発生していない系統のリリーフ弁４ｂ、４ｃにおいて一次側配管１と二次側配管２ｂ、２ｃの間に差圧が生じる。この差圧が所定以上になると非火災系統のリリーフ弁４ｂ、４ｃが開放されてしまい、非火災系統の二次側配管２ｂ、２ｃから一次側配管１へ水が流れる。

非火災系統の二次側配管２ｂ、２ｃから一次側配管１へ水が供給されることで、一次側配管１の圧力降下が緩慢になり、一次側配管１に設置されたポンプ起動スイッチ５が作動する規定の圧力に達するまでに時間を要するおそれがある。これによりスプリンクラーヘッドＳは作動したものの、十分な送水が行われずに初期消火に支障をきたすおそれがある。

そこで本発明では、上記問題に鑑み、二次側配管から一次側配管へのリリーフ機構が設置された消火設備において、火災時においてポンプの起動が遅滞なく行われる消火設備を提供することを目的としている。

上記の目的を達成するために、本発明は以下の消火設備を提供する。
すなわち、水源の水を配管へ送水するポンプと、ポンプと配管により接続された流水検知装置と、流水検知装置の二次側配管に接続されているスプリンクラーヘッドと、流水検知装置の一次側配管に設置されたポンプ起動スイッチとを備えており、流水検知装置は防護領域毎に複数設置され一次側配管はポンプへと続いており、流水検知装置の一次側と二次側をバイパスするバイパス配管上に設置されたリリーフ弁は一次側の圧力に対して二次側の圧力差が所定以上のときに開放し、リリーフ弁の最小流通口径部の断面積はスプリンクラーヘッドのノズル出口の断面積よりも小さい消火設備である。

上記によれば、リリーフ弁の最小通過口径部の断面積をスプリンクラーヘッドのノズル出口の断面積よりも小さくしたことで、火災発生時にスプリンクラーヘッドから放出される流量に対して、非火災系統に設置されたリリーフ弁から一次側配管に供給される水量を抑えることができる。これにより、一次側配管の圧力は遅滞なく低下してポンプ起動スイッチが作動して、ポンプからスプリンクラーヘッドへ送水が行われる。尚、前述の「最小流通口径部の断面積」とは、リリーフ弁の中心軸に対して垂直に交差する仮想平面上において流体が通過可能な部分の断面積が最小となる部分を示している。

以上、説明したように本発明によれば、二次側配管から一次側配管へのリリーフ機構が設置された消火設備において、火災発生時にスプリンクラーヘッドから放出される流量に対して、非火災系統に設置されたリリーフ弁から一次側配管に供給される水量を抑えることができ、ポンプの起動が遅滞なく行われる消火設備を実現可能である。

本発明を適用したスプリンクラー設備の配管系統図。 流水検知装置の正面図。 流水検知装置の平面図。 流水検知装置のカバーを外した状態の正面図。 リリーフ弁の断面図。 本発明を適用した泡消火設備の配管系統図。

以下、図面を元に本発明について説明する。図１に示す消火設備はスプリンクラー設備であり、水源Ｗ、ポンプＰ、一次側配管１、二次側配管２、流水検知装置３、スプリンクラーヘッドＳを備えている。

水源Ｗは消火に用いられる水が蓄えられた貯水槽であり、一般的に建物の地下に設置されている。水源Ｗの付近にはポンプＰが設置されており、ポンプＰによって水源Ｗの水を一次側配管１に送水可能である。

一次側配管１には流水検知装置３が設置されている。流水検知装置３は防護領域毎に設置されおり、そのため一次側配管１は途中で分岐されており、分岐管上にはそれぞれ流水検知装置３ａ、３ｂ、３ｃが設置されている。

流水検知装置３とポンプＰの間には圧力タンクＴが設置されており、圧力タンクＴにはポンプ起動スイッチ５が設置されている。ポンプ起動スイッチ５は一次側配管１の圧力が所定圧力以下になったときに作動してポンプＰを起動させる。本実施形態ではポンプ起動スイッチ５の設定圧力を０．６ＭＰａとする。

図２から図４に示す流水検知装置３は、筒状の本体３１の内部にスイングチャッキ構造の弁体３２を備えている。弁体３２は円盤状であり常時は閉止しており、一次側配管１から二次側配管２への通水のみを許容する。流水検知装置３は、弁体３２の開放による変位を検出して信号を出力する作動弁型の流水検知装置である。具体的には、本体３１の外部に設置された流水検知機構３１ｂと接続されたステム３２ａが弁体３２の開放動作とともに変位して、その変位を流水検知機構３１ｂ内に備えたリミットスイッチ（図示しない）にて検知して信号を出力する。このような構造の流水検知装置の一例として、特開2010-5429号や、特開2016-135451号に記載されたものがある。ここでは、流水検知装置３の構造についての詳細な説明は省略する。

流水検知装置３は、正面側にカバー３１ａによって覆われた開口部が設けられている。流水検知装置３の一方の側面には流水検知機構３１ｂが配置され、もう一方の側面には排水弁３１ｃが配置されている。

本体３１の正面側には配管３４、３５が設置されている。配管３４は本体３１において弁体３２よりも一次側配管１側に設置された穴３４ａに接続されており、配管３５は本体３１において弁体３２よりも二次側配管２側に設置された穴３５ａに接続されている。配管３４、３５の先は三方継手３６に接続されており、図中において三方継手３６の上側の接続口には圧力計３３が設置される。また三方継手３６の左側の接続口は、コ字型に屈曲した配管３７と接続される。配管３４から配管３７を経由して配管３５までがバイパス配管となる。

バイパス配管は上記のように流水検知装置３の本体３１に設置してもよいし、または配管３４と一次側配管１および配管３５と二次側配管２をダイレクトに接続して構成可能である。

配管３７の一端側と一方の三方継手３６の間にはリリーフ弁４が設置されている。リリーフ弁４は二次側配管２から一次側配管１への通水が可能であり、筒状をした本体４０内部に設置された弁体４１はバネ４２によって弁座４３に付勢されており、弁体４１は常時において閉止されている。

リリーフ弁４の本体４０は弁座４３が設置された側の端が配管３５（二次側配管２）へと続いており、筒状をしたホルダー４４が設置された側の端が配管３４（一次側配管１）へと続いている。本体４０は、流水検知装置３の流れ方向（図２、図４において下から上）と交差する位置に配置されている。このような構成により本体４０を図中において横長に設置できる。特に作動弁型の流水検知装置３は一般的に面間寸法が狭いことから、上記構成によって本体３１に設置されたバイパス配管上にリリーフ弁４を設置できる。

バネ４２は、弁体４１とホルダー４４の間に設置されている。バネ４２は配管３５（二次側配管２）の圧力が配管３４（一次側配管１）の圧力に対して０．３〜０．４ＭＰａ程度上回ると弁体４１に加わる二次側配管２の圧力により収縮して弁体４１が開放される。

バネ４２が弁体４１に作用する力はホルダー４４の位置により調整可能である。弁体４１は前述のように一次側配管１の圧力と二次側配管２の圧力との差圧が所定の値よりも上回った際に開放動作する。差圧が生じるケースとして、弁体４１が閉止している状態において、流入側（二次側配管２）の流体圧力が上昇して流出側（一次側配管１）の流体圧力との差が生じた状態と、流出側（一次側配管１）の流体圧力が降下して流入側（二次側配管２）の流体圧力との差が生じた状態の２つがある。いずれの場合においても僅かな差圧では弁体４１は開放せず、ある程度以上の差圧が発生してから弁体４１が開放するように、バネ４２によって弁体４１を弁座４３へ押圧保持している。

具体的には、流水検知装置３の最高使用圧力が１．４ＭＰａであり、二次側配管２内部に充填された水の圧力が１ＭＰａであるとき、流水検知装置３の最高使用圧力を超える前の段階で弁体４１が開放するように、差圧が０．４ＭＰａに達する前に弁体４１が開放するように設定する。好ましくは、差圧が０．１５ＭＰａから０．４ＭＰａの範囲にて設定する。本実施形態では差圧が０．３ＭＰａから０．４ＭＰａの範囲内で弁体４１が開放するように設定されている。

弁座４３は円筒形状をしており、材質としてフッ素樹脂が用いられている。弁座４３と接触する弁体４１に設置されたＯリング４５の材質はフッ素ゴムである。これにより長期間に渡って閉止状態にある弁体４１と弁座４３が固着するのを防止している。弁座４３の材質としてフッ素樹脂の他に、金属製の弁座４３の表面にフッ素樹脂をコーティングしたものを用いることも可能である。あるいは弁体４１と当接する面のみにフッ素樹脂のコーティングを施してもよい。

弁座４３の内側は穴となっている。リリーフ弁４において弁材４３の内側の穴の断面積が「最小流通口径部の断面積」であり、これはリリーフ弁４の本体４０の中心軸に対して垂直に交差する仮想平面上において流体が通過可能な部分の断面積が最小となる部分である。

ホルダー４４は本体４０の内周面に設置された牝ネジと螺合される牡ネジを外周面に有している。これによりホルダー４４の位置を変更可能であり、バネ４２が弁体４１を押圧する力を調整できる。ホルダー４４は中心穴４６と、その周囲に複数形成された流通穴４７が設置されている。本実施形態において流通穴４７は４箇所設置されている。

中心穴４６には弁体４１からホルダー４４側に伸びた弁棒４１ａが挿通される。中心穴６４は弁体４１が開閉する際に弁棒４１ａをガイドする作用を有する。弁体４１が開放されると二次側配管２の内部に充填されていた水が流通穴４７を通過して一次側配管１へと流れていく。

スプリンクラーヘッドＳは、二次側配管２に設置されており、火災の熱を感知して自動的に作動する。スプリンクラーヘッドＳの構造については公知であり、ここでは内部構造の詳細な説明は省略する。スプリンクラーヘッドＳは内部に二次側配管２と接続されたノズルを有しており、ノズルの出口側の口径は、放水量が８０Ｌ／ｍｉｎとなるように設定されている。ノズルの出口は常時、弁により閉鎖されており、弁は感熱分解部によって支持されている。感熱分解部は火災の熱により分解作動するものであり、感熱分解部として特開平７−２８４５４５号や特開２０１５−３７６７８号に記載のものがある。

ここで、スプリンクラーヘッドＳのノズルの出口の断面積よりもリリーフ弁４の最小流通口径部の断面積は小さく、スプリンクラーヘッドＳのノズル出口の断面積とリリーフ弁４の最小流通口径部の断面積の比は、１：０．３以下とする。最小流通口径部の断面積の比の値が小さくなり過ぎるとリリーフ弁４の内部にゴミが詰まりやすくなるので、より好ましくは０．２〜０．０３の範囲内にするとよい。

また、上記のリリーフ弁４においては弁座４３の内側の穴が最小流通口径部の断面積となっていたが、これよりもホルダー４４の全ての流通穴４７（４箇所）の断面積の総和のほうが小さい場合には、流通穴４７の断面積の総和が最小流通口径部の断面積となる。

次に、上記構成の消火設備における火災時の動作を説明する。

図１に示す消火設備は、平時（非火災時）において一次側配管１の圧力よりも二次側配管２の圧力の方が高く設定されている。例えば二次側配管２の圧力が１ＭＰａのとき一次側配管１の圧力はそれよりも低い０．８ＭＰａとする。ポンプ起動スイッチ５の作動圧力は前述のように０．６ＭＰａとする。

流水検知装置３ａの防護領域内で火災が発生すると、流水検知装置３ａの二次側配管２ａに接続されたスプリンクラーヘッドＳが作動する。作動したスプリンクラーヘッドＳのノズル６１は開放され、二次側配管２ａに充填されていた水が室内に散布させるので二次側配管２ａの圧力は低下してくる。

二次側配管２ａの減圧により流水検知装置３ａの弁体３２が開いて一次側配管１から二次側配管２へ給水が行われる。また弁体３２の開放動作により流水検知装置３ａが作動信号を出力する。一次側配管１の圧力は次第に減少して０．７ＭＰａよりも低くなると非火災区画のリリーフ弁４ｂ、４ｃの弁体４１が開放する。

この時、リリーフ弁４（４ｂ、４ｃ）を介して二次側配管２ｂ、２ｃから一次側配管１に供給される流水量は、作動したスプリンクラーヘッドＳから放出される流水量よりも少ないので一次側配管１はさらに減圧する。一次側配管の圧力が０．６ＭＰａに達すると、ポンプ起動スイッチ５が作動してポンプＰが起動する。ポンプＰから水源Ｗの水が連続して送られ、作動したスプリンクラーヘッドＳから十分な量の水が散布され火災を鎮圧する。

続いて、上記に説明した以外の本発明の消火設備の構成について説明する。

一次側配管１において、ポンプＰと流水検知装置３の間には補助加圧ポンプ７が設置されている。補助加圧ポンプ７は先に説明したポンプＰよりも吐出量が小さく、動作に必要な電力も小さく済む。例えば冬季において二次側配管２の圧力が減少して流水検知装置３の弁体３２が微量に開いて一次側配管１から二次側配管２に充水されたような非火災時における一次側配管１の減圧時に補助加圧ポンプ７が用いられる。ポンプＰの起動時の一次側配管１の圧力を０．６ＭＰａに設定し、補助加圧ポンプ７が起動する一次側配管１の圧力を０．７ＭＰａとした場合に、ポンプＰが起動する前に補助加圧ポンプ７が起動して送水を行い、減少した配管内の圧力を回復させる。尚、補助加圧ポンプ７の吐出量よりもリリーフ弁４が開放した際の流水量のほうが小さい。

補助加圧ポンプ７に関して、常時における二次側配管内の水の圧力と補助加圧ポンプが作動するときの一次側配管内の水の圧力との差よりもリリーフ弁が開放するときの圧力差のほうが大きくなるように設定している。より詳しく説明すると、二次側配管２内の水の圧力を１ＭＰａとし補助加圧ポンプ７の起動圧力を０．７ＭＰａとした場合、その差圧は０．３ＭＰａであり、先に説明したリリーフ弁４が開放する際の差圧（０．３〜０．４ＭＰａ）よりも小さい。このため、非火災時に一次側配管１内の水が漏れて減圧した場合、補助加圧ポンプ７が起動して水源Ｗから一次側配管１へ給水が行われる。補助加圧ポンプ７は一次側配管１が所定の圧力に達すると運転を停止する。このように非火災時において一次側配管１から漏れが発生してもリリーフ弁４が開放することは無い。

また一次側配管１において、ポンプＰと流水検知装置３の間に安全弁８が設置されている。安全弁８は一次側配管１の圧力が高くなり過ぎて所定の圧力を超えたときに、一次側配管１の水を外部に逃がす作用を有する。安全弁８が開放する圧力は補助加圧ポンプ７が作動する圧力よりも高い値に設定する。

一方、大型倉庫や工場等の建物において折板屋根構造の建物がある。折板屋根は、金属から形成された折板が軽量・安価であり、工期が短くて済むというメリットを有しているが、建物の完成後において、夏の暑さ、冬の寒さなど外気温から熱の伝達を受けやすい。このため折板屋根の屋根裏付近に配設された二次側配管２の内部の水が夏季においては異常昇圧したり、冬季は凍結しやすくスプリンクラーヘッドＳがダメージを受けやすい状況にある。本発明によれば折板屋根の付近に配置された二次側配管２内の水の異常昇圧や凍結によるスプリンクラーヘッドＳの破損を防ぐことができ、火災時においてはポンプＰの起動が遅滞なく行われて迅速に消火が可能である。

先に説明した実施形態ではスプリンクラー設備を例に説明したが、消火水に薬剤が含まれる泡消火設備等にも本発明は適用可能である。泡消火設備は図６に示すように薬剤タンク９ａと混合器９ｂが設置されており、火災時にスプリンクラーヘッドＳが作動してポンプＰが起動すると薬剤タンク９ａ内の薬剤（泡原液）が混合器９ｂに送られ、水源Ｗの水と所定の割合で混合された泡水溶液が流水検知装置３へと送られる。流水検知装置３を経て一斉開放弁９ｃを通過した泡水溶液は泡ヘッド９ｄから散布される。

特に泡消火設備は駐車場に設置されるので二次側配管２の全部または一部が屋外に設置される場合もある。本発明により泡消火設備において流水検知装置の二次側（二次側配管２）に設置されているスプリンクラーヘッドＳ（感知ヘッド）や一斉開放弁９ｃが、二次側配管内部の水の異常昇圧や凍結によって破損することを防止できる。さらに、火災時においてはポンプＰの起動が遅滞なく行われて迅速に消火が可能である。尚、一斉開放弁９ｃと接続しておりスプリンクラーヘッドＳが設置されている感知ライン配管と、一斉開放弁９ｃの一次側配管をバイパスする配管（図示しない）に前述のリリーフ弁４を設置することも可能である。

図１および図６に示す消火設備にはコントロール装置Ｃが設置されており、流水検知装置３、ポンプ起動スイッチ５、ポンプＰ、補助加圧ポンプ７が電気的に接続している。図中においてコントロール装置Ｃは１箇所のみに記載されているが、これ以外にポンプＰ、補助加圧ポンプ７等の構成機器の付近に別途設置することも可能である。コントロール装置Ｃの設定により、流水検知装置３の作動信号出力後に直ちにポンプＰを起動させることも可能である。

上記の消火設備は、水源の水を配管へ送水するポンプと、ポンプと配管により接続された流水検知装置と、流水検知装置の二次側配管に接続されているスプリンクラーヘッドとを備えており、流水検知装置は防護領域毎に複数設置され一次側配管はポンプへと続いており、ポンプは流水検知装置の作動信号により起動され、流水検知装置の一次側と二次側をバイパスするバイパス配管上に設置されたリリーフ弁は一次側の圧力に対して二次側の圧力差が所定以上のときに開放し、リリーフ弁の最小流通口径部の断面積はスプリンクラーヘッドのノズル出口の断面積よりも小さく構成される。

１ 一次側配管
２（２ａ、２ｂ、２ｃ） 二次側配管
３（３ａ、３ｂ、３ｃ） 流水検知装置
４（４ａ、４ｂ、４ｃ） リリーフ弁
５ ポンプ起動スイッチ
７ 補助加圧ポンプ
８ 安全弁
９ａ 薬剤タンク
９ｂ 混合器
９ｃ 一斉開放弁
９ｄ 泡ヘッド
３１ 流水検知装置の本体
３２ 流水検知装置の弁体
３３ 圧力計
３４、３５、３７ 配管
３６ 三方継手
４０ リリーフ弁の本体
４１ リリーフ弁の弁体
４２ バネ
４３ 弁座
４４ ホルダー
Ｐ ポンプ
Ｓ スプリンクラーヘッド
Ｔ 圧力タンク
Ｗ 水源

Claims (12)

1. 水源の水を配管へ送水するポンプと、
   ポンプと配管により接続された流水検知装置と、
   流水検知装置の二次側配管に接続されているスプリンクラーヘッドと、
   流水検知装置の一次側配管に設置されたポンプ起動スイッチとを備えており、
   流水検知装置は防護領域毎に複数設置され一次側配管はポンプへと続いており、
   流水検知装置の一次側と二次側をバイパスするバイパス配管上に設置されたリリーフ弁は一次側の圧力に対して二次側の圧力差が所定以上のときに開放し、リリーフ弁の最小流通口径部の断面積はスプリンクラーヘッドのノズル出口の断面積よりも小さいことを特徴とする消火設備。
2. スプリンクラーヘッドのノズル出口の断面積とリリーフ弁の最小流通口径部の断面積の比は、１：０．３以下である請求項１記載の消火設備。
3. リリーフ弁は一次側配管内の圧力に対する二次側配管内の圧力の差が０．４ＭＰａに達する前に開放する請求項１または請求項２記載の消火設備。
4. リリーフ弁は、流水検知装置の本体に設置されたバイパス配管上に設置されている請求項１〜請求項３何れか１項記載の消火設備。
5. リリーフ弁は、流水検知装置の流れ方向と交差する位置に配置されている請求項１〜請求項４何れか１項記載の消火設備。
6. 流水検知装置は、内部に設置された弁体がスイングチャッキ構造であり、弁体の開放による変位を検出して信号を出力する作動弁型である請求項１〜請求項５何れか１項記載の消火設備。
7. 平時において、一次側配管内部の圧力よりも二次側配管内部の圧力の方が高く設定されている請求項１〜請求項６何れか１項記載の消火設備。
8. 一次側配管上には、一次側配管が所定の圧力を超えた場合に一次側配管内部の水を外部に放出する安全弁が設置されている請求項１〜請求項３何れか１項記載の消火設備。
9. 一次側配管上には、補助加圧ポンプが設置されており、補助加圧ポンプの吐出量よりもリリーフ弁が開放した際の流水量のほうが小さい請求項１〜請求項８何れか１項記載の消火設備。
10. 二次側配管が折板屋根の付近に設置されている請求項１〜請求項９何れか１項記載の消火設備。
11. 二次側配管の全部または一部が外気に晒される場所に設置されている請求項１〜請求項１０何れか１項記載の消火設備。
12. 常時における二次側配管内の水の圧力と一次側配管上に設置された補助加圧ポンプが作動するときの一次側配管内の水の圧力との差よりも、リリーフ弁が開放するときの圧力差のほうが大きい請求項１〜１１記載何れか１項記載の消火設備。
    

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