JP2020156665A - スプリンクラ消火設備 - Google Patents

Abstract

【課題】信号変換器に異常が生じた場合であっても、放水遅れが生ずることのないスプリンクラ消火設備を提供する。【解決手段】本発明に係るスプリンクラ消火設備１は、予作動弁２９と、二次側配管１９と、スプリンクラヘッド２１と、火災感知器４１と、二次側配管１９内の圧力を常時検知する圧力センサ４５と、圧力センサ４５の検知信号を入力して圧力変化率を演算してスプリンクラ作動信号を発信する信号変換器４７と、火災受信機４３からの火災信号の入力及び信号変換器４７のスプリンクラ作動信号の入力があったときに予作動弁２９を開放する消火システム制御盤３９とを備え、信号変換器４７は異常が発生した際にスプリンクラ作動信号を消火システム制御盤３９に送信し、消火システム制御盤３９はスプリンクラ作動信号を受信すると、火災受信機４３からの火災信号の入力があったときに予作動弁２９を開放する制御に切り替える。【選択図】 図１

Description

本発明は、スプリンクラ消火設備に関し、特に予作動式スプリンクラ消火設備に関するものである。

ある一定規模以上の建物には、消火設備としてスプリンクラ消火設備が設けられている。スプリンクラ消火設備は、天井に設置されたスプリンクラヘッドから放水することで、火災を消火する設備である。

スプリンクラ消火設備は、スプリンクラヘッドが火災の熱によって感熱部が溶融または破裂すると、水を放水するものであるが、設備としての信頼性を高めたものとして、予作動式のスプリンクラ消火設備がある。

この予作動式のスプリンクラ消火設備は、常時は閉じた予作動弁と、予作動弁の二次側に接続され、圧縮空気等が封入された二次側配管と、二次側配管に接続されたスプリンクラヘッドと、スプリンクラヘッドと同じ防護区域に設けられた火災感知器などから構成される。

この設備では、火災が発生すると、火災感知器が動作し、その火災感知器からの信号に基づいて、予作動弁が開放され、その後、スプリンクラヘッドが火災の熱によって開放すると、配管内の圧縮空気が排出され、スプリンクラヘッドから放水するものである。この設備の場合、万が一、外力などによってスプリンクラヘッドの感熱部が破損しても、火災感知器が動作していなければ、防護区域で水損が発生することがなく信頼性が高い。

しかし、予作動式のスプリンクラ消火設備は、火災感知器の動作により予作動弁が開放することから、火災感知器が非火災によって動作してしまうと、予作動弁が開放し、二次側配管内に水が流入してしまう。二次側配管内に水が入った場合には、その後水抜き作業が必要となるが、スプリンクラヘッドが接続された立下り管は、水抜きを行うことができず、長い期間が経過すると、そこに溜まった水と圧縮空気によって配管が腐食する場合がある。
そこで、特許文献１では、予作動式のスプリンクラ消火設備においては、予作動弁を開放させる条件として、火災感知器が動作することに加えて、二次側配管内の圧力が所定値以下になったことを検知する圧力スイッチが動作することとしている。

この設備では、防護区域で火災が発生し、スプリンクラヘッドが開放すると、二次側配管内の圧縮空気が排出されて配管内の圧力が低下して圧力スイッチが動作すると共に、その火災により火災感知器が動作した場合に、予作動弁が開放する。このように２つの条件で予作動弁を開放させることから、ダブルインターロック制御とも呼ばれている。
このダブルインターロック制御を採用した設備では、非火災で火災感知器が動作しても予作動弁が開放しないことから、二次側配管内に水が流入することがなく、しかも通常のスプリンクラ消火設備に対して水損が生じにくい点で優れている。

特開昭62-57569号公報

しかしながら、ダブルインターロック制御の場合、二次側配管内の圧力低下が所定値まで低下しないと圧力スイッチが動作しないし、また誤動作を防ぐために圧力スイッチにおける監視時の圧力と圧力低下設定値との差を大きくとっているため、スプリンクラヘッドが動作してから圧力低下信号が出るまでに時間がかかるので、結果的に、放水遅れにつながるという問題がある。

このような問題を解決するものとして、本出願人は先願（特願２０１８−５８０３８）において、圧力スイッチに代えて圧力センサを用いて、圧力センサの検知信号を入力して圧力変化率を演算し、該演算値が所定の値になるとスプリンクラ作動信号を発信する信号変換器を有し、火災感知器からの火災信号またはセンサ出力を火災受信機に送信し、該火災受信機からの火災信号及び前記信号変換器のスプリンクラ作動信号を消火システム制御盤に入力して、これらの２つの信号の入力があったときに、予作動弁を開放するようにしたスプリンクラ消火設備を提案している。
この先願のスプリンクラ消火設備によれば、二次側配管内の圧力が減圧して所定値に達する前に、圧力低下を検知でき、圧力スイッチを用いる従来例に比較して早期に減圧状態を検知できるので、放水遅れを防止する効果が高い。

しかしながら、圧力センサや信号変換器のシーケンサーには故障が発生することも考えられ、これらの機器が故障した場合の対策をいかにするべきかという課題が残されている。

本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、圧力センサや信号変換器の故障があった場合であっても、放水遅れが生ずることなく、適切な対応のできるスプリンクラ消火設備を提供することを目的としている。

（１）本発明に係るスプリンクラ消火設備は、常時は閉じた予作動弁と、該予作動弁の二次側に接続され、圧縮気体が封入された二次側配管と、該二次側配管に接続されたスプリンクラヘッドと、該スプリンクラヘッドと同じ防護区域に設けられ、火災感知器からの火災信号またはセンサ出力を受信する火災受信機と、前記二次側配管内の圧力を常時検知する圧力センサと、該圧力センサの検知信号を入力して圧力変化率を演算して該演算値が所定の値になるとスプリンクラ作動信号を発信する信号変換器と、前記火災受信機からの火災信号及び前記信号変換器のスプリンクラ作動信号の入力があったときに前記予作動弁を開放する制御盤とを備え、
前記信号変換器は予め設定された異常が発生した際にスプリンクラ作動信号を前記制御盤に送信する機能を有し、前記制御盤は前記スプリンクラ作動信号を受信すると、それ以後は火災受信機からの火災信号の入力があったときに前記予作動弁を開放する制御に切り替えることを特徴とするものである。

（２）また、上記（１）に記載のものにおいて、前記信号変換器は予め設定された異常が発生した際にスプリンクラ作動信号とともに故障信号を前記制御盤に送信する機能を有し、
前記制御盤は、前記故障信号及びスプリンクラ作動信号を受信した際には、その旨を通知する信号を前記火災受信機に送信し、前記火災受信機は、前記信号を受信すると、火災感知器からのセンサ出力に基づく火災であると判断する条件を、より厳しい条件に変更することを特徴とするものである。

（３）また、上記（１）又は（２）に記載のものにおいて、前記信号変換器は、予め設定された異常が発生した際に発信するスプリンクラ作動信号の送信のＯＮ、ＯＦＦを切り替える切替手段を備えることを特徴とするものである。

本発明に係るスプリンクラ消火設備においては、信号変換器は予め設定された異常が発生した際にスプリンクラ作動信号を制御盤に送信する機能を有し、前記制御盤は前記スプリンクラ作動信号を受信すると、それ以後は火災受信機からの火災信号の入力があったときに予作動弁を開放する制御に切り替えるようにしたので、信号変換器に異常が生じた場合であっても、放水遅れが生ずることなく、適切な対応をすることができ、消火設備としての信頼性が高い。

本発明の一実施の形態に係るスプリンクラ消火設備の全体構成の説明図である。 図１に示したスプリンクラ消火設備の要部の説明図である。 図１に示したスプリンクラ消火設備の火災時の動作のフローチャートである。 図１に示したスプリンクラ消火設備の信号変換器に異常が生じた場合の火災時の動作のフローチャートである。

本実施の形態が対象としているスプリンクラ消火設備は、予作動式スプリンクラ消火設備であるため、従来例に備わっている機器構成を含めてその概要を図１に基づいて説明する。
予作動式スプリンクラ消火設備１は、図１、図２に示すように、建物の地下階に消火水を貯留する貯水槽３を設け、貯水槽３の消火水は消火ポンプ５によって給水本管７に供給される。給水本管７には、消火ポンプ５の起動に使用される圧力タンク９が接続され、圧力タンク９には給水本管７の圧力水が導入され、内部の空気を圧縮するように構成されている。圧力タンク９には、圧力スイッチ１１が設けられ、圧力スイッチ１１が規定圧力以下の減圧を検出すると、この減圧信号がポンプ制御盤１３に出力されて、消火ポンプ５が起動するように構成されている。

給水本管７からは、防護区域毎に分岐管１５が引き出され、分岐管１５には予作動式流水検知装置１７が設けられている。そして、分岐管１５における予作動式流水検知装置１７の二次側、すなわち二次側配管１９に閉鎖型のスプリンクラヘッド２１が取り付けられ、さらに二次側配管１９の末端には試験弁２３が設けられている。また、二次側配管１９には、コンプレッサ２５によって所定の圧力に加圧された圧縮空気（請求項内の、圧縮気体に相当する）が空気配管２７を介して供給されている。
予作動式流水検知装置１７は、予作動弁２９と予作動弁２９を開放する電動弁３１と、減圧を検知する圧力スイッチ３３と、流水検知スイッチ３５を備えている。
また、二次側配管１９には、内部の圧力を常時検知する圧力センサ４５が設けられている。圧力センサ４５は、配管内の圧力に応じた電流値（4-20mA）をリアルタイムで、後述の信号変換器４７に出力している。

圧力センサ４５、電動弁３１、圧力スイッチ３３、流水検知スイッチ３５は信号変換器４７に電気的に接続されており、信号伝送が可能になっている。
信号変換器４７は、圧力センサ４５の検知信号（電流値）を、例えば10m秒間隔でサンプリング入力して圧力の変化率を演算して該演算値が所定の値になるとスプリンクラを作動するための信号であるスプリンクラ作動信号を発信する機能を備えている。

圧力変化率の演算方法の具体例を示すと以下の通りである。
信号変換器４７は、定期的に圧力センサ４５の出力値をサンプリングし、例えば、サンプリングするたび今回サンプリングした出力値と、前回の出力値とを差分し、圧力が減少傾向にあるかを判定する。そして圧力の減少傾向が、何回かにわたって連続してあり、かつ所定値以上の圧力低下である場合に、信号変換器４７は、消火システム制御盤３９にスプリンクラ作動信号を出力する。
なお、信号変換器４７が演算する圧力変化率の求め方として、所定時間ごとに取得した圧力の値と、取得時間との関係について、最小二乗法による直線回帰をした回帰直線の傾きとして求めるようにしてもよい。

また、信号変換器４７は予め設定された異常が発生した際に故障信号及びスプリンクラ作動信号を消火システム制御盤３９に送信する機能を有している。予め設定された異常とは、例えば、圧力センサ４５、信号変換器４７内のシーケンサーの故障の場合である。
圧力センサ４５の故障は、信号変換器でサンプリングした電流が4-20mAの範囲外であったときに圧力センサ４５の故障と判断する。そのため、センサ配線が断線・短絡したときも電流が4-20mAの範囲外になるのでこの場合も圧力センサ４５の故障として扱われる。
信号変換器の故障は、信号変換器４７内部のウォッチドッグタイマで検出する。ソフトウェアが正常に動作中は定期的にウォッチドッグタイマがリセットされるが、ソフトウェアが暴走したり停止したりするとウォッチドッグタイマがカウントアップして故障信号を出力する。

また、信号変換器４７には非常電源装置４９が設けられており、非常電源装置４９から信号変換器４７及び圧力センサ４５に常時給電されている。このため、火災が発生し、かつ停電が発生するような場合であっても信号変換器４７は正しくスプリンクラ作動信号を送信できる。
信号変換器４７は、一つの予作動式流水検知装置１７に対応して一つが設けられているため、一つの建築物には複数の信号変換器４７が存在するが、これら複数の信号変換器４７は本発明の制御盤としての消火システム制御盤３９に接続されて信号伝送が可能になっている。

また、スプリンクラヘッド２１が設置された防護区域には火災感知器４１が設置されて、火災感知器４１が火災であると判断すると火災信号が火災受信機４３に入力され、火災受信機４３から消火システム制御盤３９に火災信号が入力されるようになっている。
なお、上記は火災感知器４１が火災であると判断する場合であるが、火災感知器４１がアナログ式のものである場合には、火災感知器４１からのセンサ出力が火災受信機４３に入力され、火災受信機４３がそのセンサ出力と所定値とを比較して火災か否かを判断する。火災受信機４３が火災であると判断したときには、その判断に基づく火災信号が消火システム制御盤３９に入力される。

消火システム制御盤３９は、後述するように、故障信号及びスプリンクラ作動信号を受信した際には、その旨を通知する信号を火災受信機４３に送信する機能を有しているように構成してもよく、この場合、火災受信機４３は、前記信号を受信すると、火災感知器４１からのセンサ出力に基づく火災であると判断する条件を、より厳しい条件に変更する機能を有してもよい。

消火システム制御盤３９は、火災受信機４３からの火災信号及び、信号変換器４７のスプリンクラ作動信号又は圧力スイッチ３３の信号のいずれかの信号の入力があったときに電動弁３１を制御して、予作動弁２９を開放するように構成されている。
また、消火システム制御盤３９は、信号変換器４７から故障信号が入力されると、信号変換器４７に故障が発生している旨を表示し、また、信号変換器４７から故障信号とともに通知されるスプリンクラ作動信号を受信すると、それ以後は、火災受信機４３からの火災信号の入力があったときに予作動弁２９を開放する制御に切り替えるように構成されている。
さらに、前述したように、消火システム制御盤３９は、故障信号及びスプリンクラ作動信号を受信した際には、その旨を通知する信号を火災受信機４３に送信する機能を有してもよい。

信号変換器４７と消火システム制御盤３９との間における信号の伝送はいわゆるポーリング方式といって消火システム制御盤３９から信号変換器４７に対して呼びかけを行って、信号変換器４７がその状態を知らせるという方式を採用しているのが一般的であり、本方式によって、前記故障信号やスプリンクラ作動信号が送信される。
しかしながら、この方式の場合には、信号変換器４７が消火システム制御盤３９に複数接続されていた場合、消火システム制御盤３９は先頭の信号変換器４７から順次呼びかけを行うため、信号変換器４７がスプリンクラ作動信号を発信できる状態となってから実際に発信するまでにタイムラグが生じるため、消火システム制御盤３９にその情報が送信されるまでに時間を要するという問題がある。
そこで、信号変換器４７と消火システム制御盤３９を専用線で接続して、信号変換器４７がスプリンクラ作動信号を発信すれば、消火システム制御盤３９からの呼びかけを待たずに、その時点でその信号が消火システム制御盤３９に送信されるようにしてもよい。このようにすることで、信号変換器４７がスプリンクラ作動信号を発信してから放水までの時間短縮が可能となる。

次に、上記のように構成された本実施の形態の予作動式スプリンクラ消火設備１の動作を図３、図４に基づいて説明する。
＜監視状態＞
監視状態では、圧力センサ４５は常時二次側配管１９の圧力を検知して、信号変換器４７が圧力の変化率を演算している。しかし、演算した圧力の変化率が予め設定した所定値を越えない限り、信号変換器４７はスプリンクラ作動信号を消火システム制御盤３９へは送信しない。

＜火災時の動作＞
火災時には、通常、まず火災感知器４１が作動し（Ｓ１）、その信号が火災受信機４３に入力され、火災受信機４３が火災信号を消火システム制御盤３９に送信する（Ｓ２）。
なお、ここでは、火災受信機４３が火災であるかを判断する場合について説明する。この場合には、火災感知器４１からはセンサ出力が火災受信機４３へ送信され、そのセンサ出力と所定値とを比較して、火災受信機４３が火災か否かを判断し、火災であると判断された場合には、火災受信機４３からの火災信号が消火システム制御盤３９に入力される。

なお、本発明は火災感知器４１自体が火災であるか否かを判定した場合でも適用可能であり、この場合には、火災感知器４１が検出した出力値が所定値を上回り火災であると判定した場合に、火災感知器４１は火災受信機４３へ火災信号を送信する。

次に、火災の熱によってスプリンクラヘッド２１が開放して二次側配管１９の圧力が減圧すると（Ｓ３）、信号変換器４７の演算値である圧力変化率が所定の値を越えるため、信号変換器４７が消火システム制御盤３９にスプリンクラ作動信号を送信する（Ｓ４）。

上述したように、信号変換器４７は、圧力センサ４５の検知信号（電流値）を、例えば10m秒間隔でサンプリング入力して常時圧力の変化率を演算しているので、二次側配管１９内の圧力が減圧して所定値に達する前に、圧力低下を検知でき、スプリンクラヘッド２１が開放した後、きわめて早い時期に減圧状態を検知できる。

消火システム制御盤３９は、火災信号とスプリンクラ作動信号の両方の信号を入力すると、電動弁３１を制御して予作動弁２９を開放する（Ｓ５）。予作動弁２９が開放すると、その後、給水本管７から継続して水が流れる状態となり、その水の流れを検知し、流水検知スイッチ３５が作動して、流水信号を消火システム制御盤３９に送信する（Ｓ６）。消火システム制御盤３９が流水信号を受信すると（Ｓ７）、消火システム制御盤３９から火災受信機４３にも流水信号が送信される（Ｓ８）。
また予作動弁２９が開放したときには、分岐管１５における予作動弁２９の一次側配管の圧力低下が生じ、これによって、圧力タンク９に設けた圧力スイッチ１１が作動して、ポンプ制御盤１３が消火ポンプ５を起動する。
消火ポンプ５が起動することで、加圧された消火水が給水本管７を通じて二次側配管１９に供給されて作動したスプリンクラヘッド２１から放水されて消火が行われる（Ｓ９）。

＜信号変換器に異常が発生した場合＞
信号変換器４７に予め設定された異常が発生した場合、例えば圧力センサ４５、信号変換器４７内のシーケンサーの故障の場合、信号変換器４７は異常が発生した際に故障信号及びスプリンクラ作動信号を消火システム制御盤３９に送信する（Ｓ１１）。
消火システム制御盤３９は故障信号及びスプリンクラ作動信号を受信すると、それ以後は火災受信機４３からの火災信号の入力があったときに予作動弁２９を開放する単独モード制御に切り替える（Ｓ１２）。

このとき、消火システム制御盤３９は、故障信号及びスプリンクラ作動信号を受信した旨を通知する信号を火災受信機４３に送信するようにしてもよく、この場合、火災受信機４３は、前記信号を受信すると、火災感知器４１からのセンサ出力に基づく火災であると判断する条件を、より厳しい条件に変更する。なお、このように火災判断条件をより厳しい条件に変更しない場合は、消火システム制御盤３９による単独モード制御への切替は、スプリンクラ作動信号の受信のみを切替条件とすることができ、故障信号の受信は必須ではない。

この状態で、火災が発生し、火災感知器４１が作動して、センサ出力が火災受信機４３に入力され（Ｓ１３）、火災受信機４３がそのセンサ出力と所定値とを比較して火災か否かを判断し、火災受信機４３が火災であると判断したときには、その判断に基づく火災信号が消火システム制御盤３９に入力される（Ｓ１４）。
消火システム制御盤３９は、火災信号が入力されると、電動弁３１を制御して予作動弁２９を開放する（Ｓ１５）。予作動弁２９が開放すると、流水検知スイッチ３５が作動して、流水信号が消火システム制御盤３９に送信され（Ｓ１６）、消火システム制御盤３９は信号変換器４７を介して流水信号を受信する（Ｓ１７）。
予作動弁２９が開放した後は、図３において説明したのと同様の動作がおこなわれて消火が行われる（Ｓ１８）。

このように、信号変換器４７に予め設定された異常が発生した場合、消火システム制御盤３９は、火災信号の受信によって予作動弁２９を動作させるようにしたので、信号変換器４７に異常が発生した場合であっても、火災時に放水が行われないという最悪の事態を確実に回避することができ、消火設備としての信頼性が高い。
また、信号変換器４７に異常が発生した場合には、火災受信機４３による火災か否かの判定基準をより厳しい条件にすることで、非火災のときに予作動弁２９が動作することを防止できるという効果もある。

なお、上記の例では、信号変換器４７は、予め設定された異常が発生した際に故障信号及びスプリンクラ作動信号を消火システム制御盤３９に送信するようにしたが、予め設定された異常が発生した場合に、故障信号のみを送信しスプリンクラ作動信号は送信しないようにしてもよい。このようにする場合には、予め設定された異常が発生した際に発信するスプリンクラ作動信号の送信のＯＮ，ＯＦＦを切り替える切替手段（切替スイッチ）を設けるようにすればよい。
切替手段をＯＦＦにしている状態であっても、信号変換器４７からは故障信号が発信され、消火システム制御盤３９にはその旨が表示されるので、管理者が故障の発生を知ることができ、点検修理をするという対応が可能である。

また、上記とは逆に、信号変換器４７は、予め設定された異常が発生した際に、故障信号は送信せずに、スプリンクラ作動信号のみを送信するようにしてもよい。

１ 予作動式スプリンクラ消火設備
３ 貯水槽
５ 消火ポンプ
７ 給水本管
９ 圧力タンク
１１ 圧力スイッチ(圧力タンク)
１３ ポンプ制御盤
１５ 分岐管
１７ 予作動式流水検知装置
１９ 二次側配管
２１ スプリンクラヘッド
２３ 試験弁
２５ コンプレッサ
２７ 空気配管
２９ 予作動弁
３１ 電動弁
３３ 圧力スイッチ(予作動式流水検知装置)
３５ 流水検知スイッチ
３９ 消火システム制御盤
４１ 火災感知器
４３ 火災受信機
４５ 圧力センサ
４７ 信号変換器
４９ 非常電源装置

Claims (3)

1. 常時は閉じた予作動弁と、該予作動弁の二次側に接続され、圧縮気体が封入された二次側配管と、該二次側配管に接続されたスプリンクラヘッドと、該スプリンクラヘッドと同じ防護区域に設けられ、火災感知器からの火災信号またはセンサ出力を受信する火災受信機と、前記二次側配管内の圧力を常時検知する圧力センサと、該圧力センサの検知信号を入力して圧力変化率を演算して該演算値が所定の値になるとスプリンクラ作動信号を発信する信号変換器と、前記火災受信機からの火災信号及び前記信号変換器のスプリンクラ作動信号の入力があったときに前記予作動弁を開放する制御盤とを備え、
   前記信号変換器は予め設定された異常が発生した際にスプリンクラ作動信号を前記制御盤に送信する機能を有し、前記制御盤は前記スプリンクラ作動信号を受信すると、それ以後は火災受信機からの火災信号の入力があったときに前記予作動弁を開放する制御に切り替えることを特徴とするスプリンクラ消火設備。
2. 前記信号変換器は予め設定された異常が発生した際にスプリンクラ作動信号とともに故障信号を前記制御盤に送信する機能を有し、
   前記制御盤は、前記故障信号及びスプリンクラ作動信号を受信した際には、その旨を通知する信号を前記火災受信機に送信し、前記火災受信機は、前記信号を受信すると、火災感知器からのセンサ出力に基づく火災であると判断する条件を、より厳しい条件に変更することを特徴とする請求項１記載のスプリンクラ消火設備。
3. 前記信号変換器は、予め設定された異常が発生した際に発信するスプリンクラ作動信号の送信のＯＮ、ＯＦＦを切り替える切替手段を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のスプリンクラ消火設備。