JP2023033793A - Charged water particle spray system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、はしご消防車のはしご先端などから火災が発生した建物等の散布対象領域へ帯電水粒子を散布して消火する帯電水粒子散布システムに関する。 The present invention relates to a charged water particle spraying system for extinguishing a fire by spraying charged water particles from the tip of a ladder of a ladder fire engine or the like to a spray target area such as a building where a fire has broken out.
従来、帯電した水粒子を火災が発生した建物等の散布対象領域に散布して消火する帯電水粒子散布システムが知られており、小水量で効率よく消火でき、水損を低減させることが期待されている。 Conventionally, a charged water particle spraying system is known that sprays charged water particles onto a target area of a fire, such as a building, to extinguish the fire. It is
ところで、従来の帯電水粒子散布システムにあっては、帯電噴霧ヘッドから噴霧された帯電水粒子を火災が発生している散布対象領域へ散布して火災を抑制消火すると共に、散布対象領域に発生した煙の消煙を行っている。例えば、帯電噴霧ヘッドからマイナス極性に帯電した帯電水粒子を噴霧した場合には、散布対象領域に発生する煙粒子等を含む微粒子混合気がプラス極性に帯電していれば、静電気力により帯電水粒子に微粒子混合気に含まれる微粒子(煙粒子)が集まり捕捉されることで消煙がより効果的に行われると考えられている。また、帯電噴霧ヘッドからプラス極性に帯電した帯電水粒子を噴霧した場合には、微粒子混合気がマイナス極性に帯電していれば、静電気力により帯電水粒子に微粒子混合気に含まれる微粒子(煙粒子)が集まり捕捉されることで消煙がより効果的に行われると考えられている。 By the way, in the conventional charged water particle spraying system, the charged water particles sprayed from the charged spray head are sprayed to the spray target area where the fire is occurring to suppress and extinguish the fire. Smoke extinguishing is carried out. For example, when negatively charged charged water particles are sprayed from the charged spray head, if the fine particle mixture containing smoke particles etc. generated in the spraying target area is positively charged, the charged water will be charged by electrostatic force. It is believed that smoke elimination is more effectively achieved by collecting and trapping fine particles (smoke particles) contained in the fine particle mixture. In addition, when positively charged charged water particles are sprayed from the charged spray head, if the fine particle mixture is negatively charged, the particles (smoke) contained in the fine particle mixture will be affected by the electrostatic force. It is believed that the collection and trapping of smoke particles makes smoke elimination more effective.
しかしながら、散布対象領域に発生する微粒子混合気がマイナス極性に帯電しているかプラス極性に帯電しているかは、燃焼物の種類や火災の性状などに起因して様々であり、帯電水粒子の帯電極性に対し微粒子混合気の帯電極性が反対の極性でないと十分な消煙性能が得られない場合がある。 However, whether the fine particle mixture generated in the spraying target area is negatively charged or positively charged varies depending on the type of combustible material and the nature of the fire. If the charge polarity of the fine particle mixture is not opposite to the polarity, there may be cases where sufficient smoke elimination performance cannot be obtained.
本発明は、散布対象領域に発生する微粒子混合気の帯電極性と反対の帯電極性の帯電水粒子を散布するために、微粒子混合気の帯電極性を高精度に検出して高い消火、消煙性能を確保可能とする帯電水粒子散布システムを提供することを目的とする。 In the present invention, in order to spray charged water particles having the opposite charging polarity to the charging polarity of the fine particle mixture generated in the spray target area, the charge polarity of the fine particle mixture is detected with high accuracy to achieve high fire extinguishing and smoke elimination performance. It is an object of the present invention to provide a charged water particle spraying system capable of ensuring
(帯電水粒子散布システム)
本発明は、帯電水粒子を散布対象領域へ散布する帯電水粒子散布システムであって、
散布対象領域へ散布するための帯電水粒子を噴霧する複数の帯電噴霧ヘッドと、
散布対象領域に発生する微粒子混合気の帯電極性を検出する帯電検出器と、
散布対象領域側から帯電検出器に向けて微粒子混合気を吸引する吸引装置と、
帯電検出器で検出した微粒子混合気の帯電極性に基づいて、散布対象領域へ散布する帯電水粒子の帯電極性を切替え制御する制御部と、
を備え、
帯電検出器は、
中空部を有する筒状に形成され、微粒子混合気を中空部の一端側から他端側へ通過させる導電性の筒状電極と、
筒状電極に対し電気的に絶縁され筒状電極の外周を覆って接地された導電性の外側筒体を有するファラデーケージと、
微粒子混合気の電荷によって筒状電極の外周に誘引された当該微粒子混合気の帯電極性と同極性の誘導電荷を電圧信号に変換して出力する電荷検出部と、
電荷検出部から出力される電圧信号に基づいて微粒子混合気の帯電極性を判定して制御部に出力する判定部と、
を備えたことを特徴とする。
(Electrified water particle spraying system)
The present invention is a charged water particle spraying system for spraying charged water particles onto a spray target area,
a plurality of charged spray heads for spraying charged water particles for spraying onto a spray target area;
an electrification detector that detects the electrification polarity of the particulate air-fuel mixture generated in the area to be sprayed;
a suction device for sucking the fine particle mixture from the spraying target area side toward the charge detector;
a control unit that switches and controls the charge polarity of the charged water particles to be sprayed onto the spray target area based on the charge polarity of the fine particle mixture detected by the charge detector;
with
The charge detector is
a conductive cylindrical electrode formed in a cylindrical shape having a hollow portion and allowing the fine particle mixture to pass from one end side to the other end side of the hollow portion;
a Faraday cage having an electrically conductive outer cylinder electrically insulated from the cylindrical electrode and wrapped around the cylindrical electrode and grounded;
a charge detection unit that converts an induced charge having the same polarity as the charging polarity of the fine particle mixture attracted to the outer periphery of the cylindrical electrode by the charge of the fine particle mixture into a voltage signal and outputs the voltage signal;
a determination unit that determines the charging polarity of the fine particle mixture based on the voltage signal output from the charge detection unit and outputs the result to the control unit;
characterized by comprising
(ファラデーゲージ外側筒体の庇部分の長さ)
筒状電極の外周を覆って設置されたファラデーケージを構成する外側筒体の一端側及び他端側の筒状電極の、一端側及び他端側を超える庇部分の長さを、筒状電極の内径の2倍以上とする。
(Length of eaves of Faraday gauge outer cylinder)
The length of the eaves extending beyond the one end and the other end of the cylindrical electrode on one end side and the other end side of the outer cylinder constituting the Faraday cage installed to cover the outer periphery of the cylindrical electrode at least twice the inner diameter of the
(積分結果に基づく帯電極性の判定)
判定部は、電荷検出部から出力された電圧信号の積分結果に基づいて微粒子混合気の帯電極性を判定する。
(Determination of charge polarity based on integration results)
The determination unit determines the charge polarity of the fine particle mixture based on the integration result of the voltage signal output from the charge detection unit.
(積分値の時間変化による帯電極性の判定)
判定部は、積分結果である積分値が時間の経過に伴って減少する場合に微粒子混合気の帯電極性をマイナス極性と判定し、積分値が時間の経過に伴って増加する場合に微粒子混合気の帯電極性をプラス極性と判定する。
(Determination of charging polarity by time change of integrated value)
The determining unit determines that the charge polarity of the fine particle mixture is negative when the integrated value, which is the result of integration, decreases with the lapse of time, and determines that the charged polarity of the fine particle mixture is negative when the integrated value increases with the lapse of time. is determined to be the positive polarity.
(噴霧気流放出部の取り付け部)
少なくとも帯電噴霧ヘッド、帯電検出器及び吸引装置は、はしご消防車のはしご先端、高所作業消防車の高所作業台、又は、ブーム付消防車のブーム先端に設けられる。
(Mounting part of spray airflow discharge part)
At least the charge spray head, the charge detector and the suction device are provided at the tip of the ladder of a ladder fire engine, the aerial work platform of a fire engine for aerial work, or the tip of the boom of a fire engine with a boom.
(帯電水粒子の帯電極性の切替え)
制御部は、帯電水粒子の帯電極性を、帯電検出器で検出した微粒子混合気の帯電極性と反対の帯電極性に切替え制御する。
(Switching of charged polarity of charged water particles)
The controller switches the charge polarity of the charged water particles to the charge polarity opposite to the charge polarity of the fine particle mixture detected by the charge detector.
(帯電水粒子散布システムの効果)
本発明の帯電水粒子散布システムによれば、複数の帯電噴霧ヘッドから噴霧された帯電水粒子を散布対象領域に散布する場合に、吸引装置により散布対象領域に発生する微粒子混合気流を帯電検出器に向けて吸引して、帯電検出器により混合微粒子気流の帯電極性を検出し、制御部により帯電検出器で検出した微粒子混合気の帯電極性に基づいて、散布対象領域に散布する帯電水粒子の帯電極性を切替え制御するものであり、具体的には帯電検出器は、中空部を有する筒状に形成され、微粒子混合気を中空部の一端側から他端側へ通過させる導電性の筒状電極に対し、電気的に絶縁されて筒状電極の外周を覆って接地された導電性の外側筒体を有するファラデーケージを設け、微粒子混合気の電荷によって筒状電極の外周に誘引された微粒子混合気の帯電極性と同極性の誘導電荷を電荷検出部により電圧信号に変換して出力し、判定部により電荷検出部から出力される電圧信号に基づいて微粒子混合気の帯電極性を判定するようにしたため、筒状電極がファラデーゲージ内に設けられていることで、電気的な外乱要因(ノイズ)に影響されることなく火災に伴い散布対象領域に発生する微粒子混合気の帯電極性を高い精度で検出することができ、例えば、帯電検出器で検出した微粒子混合気の帯電極性と反対の帯電極性に帯電した帯電水粒子を散布対象領域に散布することで、微粒子混合気に含有されている微粒子を静電力により集めて捕捉除去し、高い消煙性能を得ることができる。
(Effect of charged water particle spraying system)
According to the charged water particle spraying system of the present invention, when the charged water particles sprayed from the plurality of charged spray heads are sprayed onto the target spraying area, the fine particle mixed air current generated in the spraying target area by the suction device is detected by the charge detector. , the charge detector detects the charge polarity of the mixed fine particle airflow, and the control unit detects the charge polarity of the fine particle mixture detected by the charge detector. Specifically, the charge detector is formed in a cylindrical shape having a hollow portion, and is a conductive cylindrical shape that allows the fine particle mixture to pass from one end side to the other end side of the hollow portion. The electrode is provided with an electrically insulated Faraday cage having an electrically conductive outer cylinder covering the outer periphery of the cylindrical electrode and grounded, and fine particles attracted to the outer periphery of the cylindrical electrode by the charge of the fine particle mixture. The charge detection unit converts the induced charge having the same polarity as the charge polarity of the mixture into a voltage signal and outputs the voltage signal, and the determination unit determines the charge polarity of the fine particle mixture based on the voltage signal output from the charge detection unit. Therefore, by installing the cylindrical electrode inside the Faraday gauge, it is possible to accurately determine the charge polarity of the fine particle air-fuel mixture generated in the area to be sprayed due to the fire without being affected by electrical disturbance factors (noise). can be detected, for example, by spraying charged water particles charged to the opposite charging polarity to the charging polarity of the fine particle mixture detected by the charge detector to the spray target area, the fine particle mixture is contained Fine particles are collected by electrostatic force, captured and removed, and high smoke elimination performance can be obtained.
(ファラデーゲージ外側筒体の庇部分の長さの効果)
また、筒状電極の外周を覆って設置されたファラデーケージを構成する外側筒体の一端側及び他端側の筒状電極の一端側及び他端側を超える庇部分の長さを、筒状電極の内径の2倍以上とすることで、ファラデーケージを構成する庇部分の一端及び他端に、微粒子混合気を筒状電極の中空部に通過させる入口および出口による開口が存在していても、入口及び出口の開口から筒状電極までの庇部分の距離を十分であるから、筒状電極に対する電気的な外乱要因の影響を抑制又は防止し、微粒子混合気の帯電極性の検出について高い検出精度が得られる。
(Effect of the length of the eaves of the outer cylinder of the Faraday gauge)
In addition, the length of the eaves extending over the one end side and the other end side of the cylindrical electrode of the outer cylindrical body constituting the Faraday cage installed to cover the outer periphery of the cylindrical electrode is set to the cylindrical shape. By setting the inner diameter of the electrode to be at least twice the inner diameter of the electrode, even if there are openings at one end and the other end of the eaves constituting the Faraday cage, the inlet and the outlet for allowing the fine particle mixture to pass through the hollow part of the cylindrical electrode. , Since the distance of the eaves from the inlet and outlet openings to the cylindrical electrode is sufficient, the influence of electrical disturbance factors on the cylindrical electrode is suppressed or prevented, and the detection of the charge polarity of the fine particle mixture is highly detected. Accuracy is obtained.
(積分結果に基づく帯電極性の判定の効果)
また、判定部は、電荷検出部から出力された電圧信号の積分結果に基づいて微粒子混合気の帯電極性を判定し、具体的に、判定部は、積分結果である積分値が時間の経過に伴って減少する場合に微粒子混合気の帯電極性をマイナス極性と判定し、積分値が時間の経過に伴って増加する場合に微粒子混合気の帯電極性をプラス極性と判定するようにしたため、微粒子混合気の帯電極性の違いによって生じる異なる特徴を電圧信号の積分結果から得ることができ、微粒子混合気の帯電極性を高い精度で安定して検出することを可能とする。
(Effect of charge polarity determination based on integration result)
Further, the determination unit determines the charge polarity of the fine particle mixture based on the integration result of the voltage signal output from the charge detection unit. When the integral value decreases with time, the charge polarity of the fine particle mixture is determined to be negative, and when the integral value increases with the passage of time, the charge polarity of the fine particle mixture is determined to be positive. It is possible to obtain different characteristics caused by the difference in the charge polarity of the air from the integration result of the voltage signal, making it possible to stably detect the charge polarity of the fine particle mixture with high accuracy.
(消火消煙システムを搭載した消防車の効果)
また、消火消煙システムの、少なくとも、帯電噴霧ヘッド、電荷検出器及び吸引装置は、はしご消防車のはしご先端、高所作業消防車の高所作業台、又は、ブーム付消防車のブーム先端に設けられることで、例えば、建物の2階以上の高所での火災であっても、はしご消防車のはしご先端、高所作業消防車の高所作業台、又は、ブーム付消防車のブーム先端を、窓などの外壁開口に寄り付いて、そこから放出される微粒子混合気の帯電極性を高い精度で検出し、これと逆極性の帯電した水粒子を散布して高い消煙性能を確保可能とする。
(Effect of a fire engine equipped with a fire extinguishing system)
In addition, at least the electrified spray head, charge detector and suction device of the fire extinguishing system are installed at the tip of the ladder of a ladder fire engine, the high work platform of a fire engine for high altitude work, or the tip of the boom of a fire engine with a boom. By being provided, for example, even in the case of a fire in a high place above the second floor of a building, the tip of the ladder of a ladder fire engine, the aerial work platform of a fire engine for aerial work, or the tip of the boom of a fire engine with a boom can approach the opening of the outer wall such as a window, detect the charging polarity of the fine particle mixture emitted from there with high accuracy, and spray charged water particles with the opposite polarity to ensure high smoke elimination performance. and
以下に、本発明に係る帯電水粒子散布システムの実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態により、この発明が限定されるものではない。 An embodiment of a charged water particle spraying system according to the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited by the following embodiment.
[実施形態の基本的な概念]
まず、実施形態の基本的概念について説明する。実施形態は、概略的に帯電水粒子を散布対象領域へ散布する帯電水粒子散布システムに関するものであり、一例として消防車などの移動体に設けられるものである。
[Basic concept of the embodiment]
First, the basic concept of the embodiment will be explained. Embodiments generally relate to a charged water particle spraying system that sprays charged water particles onto a spray target area, and is installed in a moving object such as a fire engine as an example.
ここで、「帯電水粒子散布システム」は、複数の帯電噴霧ヘッド、帯電検出器、吸引装置及び制御部を備えるものであり、帯電水粒子散布システムを構築するための帯電水粒子散布設備や帯電水粒子散布器具の概念を含むものである。また、「散布対象領域」とは煙等の発生源、火災源、又はこれらが存する場所や空間、また煙等の拡散領域等を含む概念である。 Here, the "charged water particle spraying system" is provided with a plurality of charged spray heads, a charge detector, a suction device and a control unit, and includes charged water particle spraying equipment and charging equipment for constructing the charged water particle spraying system. It includes the concept of a water particle spraying device. In addition, the "spray target area" is a concept that includes sources of smoke and the like, fire sources, places and spaces in which these exist, and diffusion areas of smoke and the like.
「帯電噴霧ヘッド」とは、帯電水粒子を散布対象領域へ散布するために帯電水粒子を噴霧するものであり、本実施形態にあっては、複数の帯電散布ヘッドを備える。 The "charged spray head" sprays charged water particles to spray the charged water particles onto the spray target area, and in this embodiment, a plurality of charged spray heads are provided.
また、「帯電水粒子」とは、帯電噴霧ヘッドから噴霧された消火剤の噴霧流に含まれる水粒子を帯電させたものであり、例えば高圧電源装置から帯電噴霧ヘッドに印加された所定の高電圧により発生した高電界中を通過させる誘導帯電方式で帯電させた水粒子である。 In addition, "charged water particles" are charged water particles contained in the spray flow of fire extinguishing agent sprayed from the charged spray head. Water particles charged by an induction charging method passing through a high electric field generated by a voltage.
また、「帯電水粒子を散布対象領域へ散布する」とは、帯電噴霧ヘッドから噴霧された帯電水粒子を散布対象領域まで移動させて散布することができれば、その散布方法は任意であり、例えば散布対象領域に向けて空気流を発生させ、当該空気流に帯電噴霧ヘッドから噴霧された帯電水粒子を含有させた帯電水粒子気流を放出することで、帯電水粒子を散布対象領域まで移動させて散布しても良く、また帯電噴霧ヘッドから帯電水粒子を噴霧することが散布対象領域へ散布することであっても良い。 In addition, "spraying charged water particles to the spraying target area" means that the spraying method is arbitrary as long as the charged water particles sprayed from the charged spray head can be moved to the spraying target area and sprayed. An airflow is generated toward the spraying target area, and the charged water particle airflow containing the charged water particles sprayed from the charged spray head is emitted in the airflow, thereby moving the charged water particles to the spraying target area. Alternatively, spraying the charged water particles from the charged spray head may be spraying to the spraying target area.
また、「帯電検出器」とは、散布対象領域に発生する微粒子混合気の帯電極性を検出するものである。ここで、「微粒子混合気」とは、微粒子を含む気体であり、火災により発生する煙粒子や単分散粒子、及び二酸化炭素や一酸化炭素などの燃焼生成ガスを含有するものである。また、「微粒子混合気の帯電」とは「微粒子混合気に含まれる粒子の帯電」を意味し、「微粒子混合気の電荷」とは「微粒子混合気に含まれる粒子の電荷」を意味する。また、「対象領域に発生する微粒子混合気」とは、「対象領域において発生する微粒子混合気」を意味し、「対象領域に存在する煙の発生源、火災源から発生する」こと、これにより「煙の発生源や火災源の存する場所や空間領域、また煙の拡散領域等に含まれる」ことを含む概念である。 Also, the "charge detector" detects the charge polarity of the fine particle mixture generated in the spraying target area. Here, the "particulate mixture" is a gas containing fine particles, and contains smoke particles and monodisperse particles generated by a fire, and combustion gases such as carbon dioxide and carbon monoxide. Further, "charge of fine particle mixture" means "charge of particles contained in fine particle mixture", and "electric charge of fine particle mixture" means "electric charge of particles contained in fine particle mixture". In addition, "particulate mixture generated in the target area" means "particulate mixture generated in the target area", and "produced from smoke sources and fire sources existing in the target area", thereby It is a concept that includes "places and spatial areas where smoke sources and fire sources exist, and areas where smoke spreads".
帯電検出器の構成や機能は任意であるが、例えば、筒状電極、ファラデーケージ、電荷検出部及び判定部で構成されるものである。ここで、「筒状電極」とは、中空部を有する筒状に形成され、微粒子混合気を中空部の一端側から他端側へ通過させる導電性の電極部材とである。また、「筒状」とは、中空部を有し微粒子混合気を中空部の一端側から他端側へ通過させることができれば、その形状は任意である。 The configuration and function of the charge detector are arbitrary, but for example, it is composed of a cylindrical electrode, a Faraday cage, a charge detection section, and a determination section. Here, the “cylindrical electrode” is a conductive electrode member which is formed in a cylindrical shape having a hollow portion and allows the fine particle mixture to pass from one end side to the other end side of the hollow portion. Further, the term “cylindrical” means any shape as long as it has a hollow portion and allows the fine particle mixture to pass from one end side to the other end side of the hollow portion.
また、「ファラデーケージ」とは、筒状電極に対し電気的に絶縁されて筒状電極の外周を覆って接地された導電性の外側筒体を有するものであり、筒状電極に対する電気的な外乱要因の影響を抑制又は防止するものである。 Further, the "Faraday cage" has a conductive outer cylindrical body that is electrically insulated from the cylindrical electrode, covers the outer periphery of the cylindrical electrode and is grounded, and is electrically connected to the cylindrical electrode. It suppresses or prevents the influence of disturbance factors.
また、「ファラデーケージ」は、筒状電極の外周を覆って設置されたファラデーケージを構成する外側筒体の、一端側及び他端側の筒状電極の一端側及び他端側を超える庇部分の長さを、筒状電極の内径の2倍以上とすることで、外側筒体の一端の入口と他端の出口の開口から筒状電極に対する電気的な外乱要因の影響を抑制又は防止するものである。 In addition, the "Faraday cage" is a canopy portion extending over one end side and the other end side of the cylindrical electrode on one end side and the other end side of the outer cylinder constituting the Faraday cage installed to cover the outer periphery of the cylindrical electrode. By setting the length to be at least twice the inner diameter of the cylindrical electrode, the influence of electrical disturbance factors on the cylindrical electrode from the inlet at one end and the outlet at the other end of the outer cylindrical body is suppressed or prevented. It is.
また、「電荷検出器」とは、微粒子混合気の電荷によって筒状電極の外周に誘引された、当該微粒子混合気の帯電極性と同極性の誘導電荷を電圧信号に変換して出力するものである。 Also, the "charge detector" converts the induced charge of the same polarity as the charging polarity of the fine particle mixture, which is attracted to the outer circumference of the cylindrical electrode by the charge of the fine particle mixture, into a voltage signal and outputs the voltage signal. be.
更に、「判定部」とは、微粒子混合気の帯電極性の検出を電荷検出部から出力される電圧信号に基づいて微粒子混合気の帯電極性を判定することで行い、判定した微粒子混合気の帯電極性を制御部に出力するものであり、例えば電荷検出部から出力された電圧信号の積分結果に基づいて微粒子混合気の帯電極性を判定する。具体的には、「判定部」は、積分結果である積分値が時間の経過に伴って減少する場合に微粒子混合気の帯電極性をマイナス極性と判定し、積分値が時間の経過に伴って増加する場合に微粒子混合気の帯電極性をプラス極性と判定する。 Furthermore, the "determination unit" detects the charge polarity of the fine particle mixture by determining the charge polarity of the fine particle mixture based on the voltage signal output from the charge detection unit. The polarity is output to the control unit, and the charge polarity of the fine particle mixture is determined, for example, based on the integration result of the voltage signal output from the charge detection unit. Specifically, the "determining section" determines that the charging polarity of the fine particle air-fuel mixture is negative when the integral value, which is the result of integration, decreases with the passage of time, and the integral value decreases with the passage of time. If it increases, the charge polarity of the fine particle mixture is determined to be positive.
また、「吸引装置」とは、散布対象領域側から帯電検出器に向けて微粒子混合気を吸引させるものである。 Also, the "suction device" is a device that draws the fine particle mixture from the spraying target area side toward the charge detector.
また、「制御部」とは、帯電検出器で検出した微粒子混合気の帯電極性に基づいて、散布対象領域へ散布する帯電水粒子の帯電極性を切替え制御するものであり、一例として、「制御部」は、帯電水粒子の帯電極性を、帯電検出器で検出した微粒子混合気の帯電極性と反対の帯電極性に切替え制御するものである。 In addition, the "control unit" switches and controls the charge polarity of the charged water particles to be sprayed to the spray target area based on the charge polarity of the fine particle mixture detected by the charge detector. "Part" controls the switching of the charge polarity of the charged water particles to the charge polarity opposite to the charge polarity of the fine particle mixture detected by the charge detector.
また、帯電水粒子散布システムは、一例として、複数の帯電噴霧ヘッド、帯電検出器及び吸引装置が、はしご消防車のはしご先端、高所作業消防車の高所作業台、又は、ブーム付消防車のブーム先端に設けられるものであり、複数の帯電噴霧ヘッドを散布対象領域となる建物の窓などの外壁開口に寄り付いて建物内に帯電水粒子を効率良く投入して消火、防火、消煙を可能とするものである。 In addition, the charged water particle spraying system, for example, includes a plurality of charged spray heads, a charged detector, and a suction device that are attached to a ladder tip of a ladder fire engine, an aerial work platform of a fire engine for aerial work, or a fire engine with a boom. It is installed at the tip of the boom, and multiple charged spray heads approach the outer wall opening of the building, such as the window of the building to be sprayed, and efficiently throw charged water particles into the building to extinguish, prevent fire, and extinguish smoke. It enables
以下、具体的な実施形態を説明する。以下に示す具体的な実施形態では、「散布対象領域」が「建物の火災区画」であり、「複数の帯電噴霧ヘッド、帯電検出器及び吸引装置」がはしご消防車のはしご先端に設けられたものである場合について、具体的内容を説明する。 Specific embodiments will be described below. In the specific embodiment shown below, the ``application target area'' is a ``building fire compartment'', and ``a plurality of charged spray heads, charged detectors and suction devices'' are provided at the ladder tip of a ladder fire truck. The specific content will be explained for the case where the
[実施形態の具体的内容]
実施形態の具体的内容について、以下のように分けて説明する。
a.帯電水粒子散布システムの概要
b.帯電水粒子放出部
b1.送風部
b2.帯電水粒子生成部
b3.帯電噴霧ヘッド
b4.放出方向調整部
c.高圧電源部
c1.電水粒子生成部の回路構成
c2.高電圧可変回路
c3.転極回路
c4.高電圧の印加
c5.異常電流検出回路
d.消火剤供給部
e.帯電水粒子の帯電極性切替制御
e1.吸引装置
e1-1.サンプリング管
e1-2.チューブ
e2.保持装置
e3.帯電検出器
e3-1.電極構造
e3-2.電荷検出部
e3-3.電荷検出部の動作
e4.判定部
e5.帯電水粒子の帯電極性の切替制御
f.火災の種類と水粒子の帯電極性
f1.木材火災に対する水粒子の帯電極性
f2.油火災に対する水粒子の帯電極性
f3.水粒子帯電極性の初期設定
g.操作盤
h.帯電水粒子散布システムを搭載したはしご消防車
i.帯電水粒子散布システムの制御動作
j.本発明の変形例
[Specific contents of the embodiment]
Specific contents of the embodiment will be described separately as follows.
a. Outline of charged water particle spraying system b. Charged water particle discharge part b1. air blower b2. Charged water particle generator b3. Charge spray head b4. Ejection direction adjusting part c. high voltage power supply c1. Circuit Configuration of Electrostatic Water Particle Generator c2. High voltage variable circuit c3. Polarity inversion circuit c4. Application of high voltage c5. Abnormal current detection circuit d. extinguishing agent supply e. Charge polarity switching control of charged water particles e1. Suction device e1-1. Sampling tube e1-2. tube e2. Holding device e3. Charge detector e3-1. Electrode structure e3-2. Charge detector e3-3. Operation of charge detector e4. Determination unit e5. Switching control of charged polarity of charged water particles f. Type of fire and charge polarity of water particles f1. Charge polarity of water particles to wood fire f2. Charge polarity of water particles for oil fire f3. Initial setting of water particle charge polarity g. Operation panel h. Ladder fire truck equipped with charged water particle spray system i. control operation of the charged water particle spray system j. Modification of the present invention
[a.帯電水粒子散布システムの概要]
本実施形態の帯電水粒子散布システムは、はしご消防車等の消防車両に搭載され、帯電水粒子を散布対象領域へ向けて散布するものであり、その構成や構造は任意であるが、例えば、図1に示すように、帯電水粒子放出部10、操作盤14、消火剤供給部16、高圧電源部18、帯電検出器80、及び吸引装置82を備え、操作盤14には操作表示部20と制御部21が設けられる。
[a. Overview of charged water particle spray system]
The charged water particle spraying system of the present embodiment is mounted on a fire engine such as a ladder fire engine and sprays charged water particles toward a spray target area. As shown in FIG. 1, a charged water
帯電水粒子放出部10は、送風部28及び帯電水粒子生成部30を備え、架台40に上下方向および左右方向に回動自在に配置され、消火剤供給部16からの送水管22、及び高圧電源部18からの高圧ケーブル24、信号ケーブル26e,26fが接続されると共に、操作盤14の制御部21からの信号ケーブル26a、26dが接続されている。ここで、信号ケーブル26aは送風部28の放出方向調整部に接続され、信号ケーブル26d,26e,26fは、帯電水粒子生成部30に配置された複数の帯電噴霧ヘッドごとに設けられる開閉弁、スイッチ回路及び電流検出抵抗に接続されるものである。
The charged water
帯電検出器80は、帯電水粒子放出部10側に設けられ、吸引装置82により吸引された微粒子混合気に含有される微粒子の帯電極性を検出するものであり、操作盤14の制御部21からの信号ケーブル26cが接続されている。
The
吸引装置82は、帯電水粒子放出部10側に設けられ、建物の火災区画側から帯電検出器80に向けて発生した火災の煙粒子を含む微粒子混合気を吸引するものである。また、操作盤14の制御部21からの信号ケーブル26bが吸引ポンプ88に接続されている。図1で符号を割り当てた構成物の説明も含めて、吸引装置82の具体的な構成や構造については後述する。
The
ここで、図1の説明では、X-Y-Z方向が互いに直交する方向であり、具体的には、回動していない状態の架台40に配置された帯電水粒子生成部30の前面を正面に見て、X方向が左右方向とし(図1においては図示なし)、Y方向が上下方向とし、Z方向が前後方向とする。また、X方向における+X側は右側、-X側は左側とし、Y方向における+Y側は上側、-Y側は下側とし、Z方向における+Z側は前側とし、-Z側は後側とする。この点は本発明の実施形態となる図2、図6においても同様となる。 Here, in the description of FIG. 1, the XYZ directions are directions orthogonal to each other. When viewed from the front, the X direction is the left-right direction (not shown in FIG. 1), the Y direction is the up-down direction, and the Z direction is the front-back direction. The +X side in the X direction is the right side, the -X side is the left side, the +Y side in the Y direction is the upper side, the -Y side is the lower side, the +Z side in the Z direction is the front side, and the -Z side is the rear side. . This point also applies to FIGS. 2 and 6, which are embodiments of the present invention.
[b.帯電水粒子放出部]
帯電水粒子放出部10について、より詳細に説明する。帯電水粒子放出部10は、帯電水粒子が含有された帯電水粒子気流12を放出することで消火対象又は防火対象を含む建物の火災区画へ向けて帯電水粒子を散布するものであり、その構成や構造は任意であるが、例えば、送風部28と帯電水粒子生成部30を備える。
[b. Charged water particle emitting part]
The charged water
送風部28は火災区画へ向けて空気流を発生するものであり、送風部28の吹き出し口に配置された帯電水粒子生成部30に設けられた複数の帯電噴霧ヘッドにより送風部28からの空気流の中に帯電水粒子を噴霧して含有させ、帯電水粒子が含有された帯電水粒子気流12を火災区画に向けて放出する。帯電水粒子放出部10は、例えば、はしご消防車のはしご先端に設けられ、ビル等の火災が発生した建物の外側から窓等の外壁開口を介して火災区画へ帯電水粒子気流12を放出して消火する。
The
図2は図1の帯電水粒子放出部10を取り出して、より詳細に示したものであり、図2(A)に後方から見た背面図を示し、図2(B)に左方から見た側面図を示し、図2(C)に前方から見た正面図を示している。
2 shows the charged water
(b1.送風部)
送風部28について、より詳細に説明する。送風部28は前後に開口した空洞内に、一例として、ファンモータ36で駆動する軸流ファン34が配置されており、軸流ファン34の回転により後方開口から吸い込んだ空気を加圧して前方開口から空気流を放出するものである。送風部28から放出される空気流の風量は任意であるが、例えば、最大風量が400m3/分程度とする。また、ファンモータ36により軸流ファン34の回転数を変えることで、必要に応じて風量を変えることが可能である。
(b1. Blower unit)
The
帯電水粒子放出部10がはしご消防車のはしご先端に設けられた場合、帯電水粒子放出部10を建物の火災区画に対し数メートル程度に近付けることが可能であるから、火災区画に対する帯電水粒子気流12の到達距離が、例えば10メートル程度となるように送風部28の送風量が設定される。また、送風部28の後方開口には、多重リングや金網などを用いた保護カバー38が装着されている。
When the charged water
(b2.帯電水粒子生成部)
帯電水粒子生成部30について、より詳細に説明する。送風部28の前方開口側に帯電水粒子生成部30が配置される。帯電水粒子生成部30は、図2(C)のように帯電水粒子放出部10の前方から見ると、支持リング31の内側に、例えば10台の帯電噴霧ヘッド32が円環状に配置されている。ここで、各帯電噴霧ヘッド32の噴霧軸は帯電水粒子気流12の放出軸25と交差するように配置されており、且つ、図2(B)のように帯電水粒子放出部10の左側面から見ると、各帯電噴霧ヘッド32の噴霧軸は、放出軸25上の前方のP点で交差するように配置されている。
(b2. Charged water particle generator)
The charged
P点で交差する帯電噴霧ヘッド32の噴霧軸と帯電水粒子気流12の放出軸25との交差角度θは、帯電噴霧ヘッド32からの帯電水粒子の噴出速度と噴出拡がり角度、送風部28からの空気流の風速等を考慮して、噴霧された帯電水粒子が空気流に良好に含有される所定角度であり、一例として、45°~90°の範囲の所定角度、例えば60°としている。
The intersection angle θ between the spray axis of the charged
(b3.帯電噴霧ヘッド)
次に、図2の帯電水粒子生成部30に設けられた帯電噴霧ヘッド32について、より詳細に説明する。図3は帯電噴霧ヘッド32を取り出して示しており、図3(A)に噴霧側から見た斜視図を示し、図3(B)に側面からみた断面図を示す。
(b3. Charged spray head)
Next, the charged
図3に示すように、帯電噴霧ヘッド32は、送風部28からの空気流の中に帯電水粒子を噴霧して含有させるものであり、その構成や構造は任意であるが、一例として、ボディー54、噴霧ノズル部56、電極保持部58、誘導電極部60、水側電極部62、及び給水接続部64で構成されるものである。ボディー54、噴霧ノズル部56、電極保持部58及び給水接続部64は絶縁材質で作られている。
As shown in FIG. 3, the charged
ボディー54の内部には噴霧軸55の方向に貫通穴が形成され、噴霧側から導電性の水側電極部62が嵌め込まれ、その上側に給水接続部64が嵌め込まれ、水側電極部62の電極接続部62aに外部からアースケーブルが接続される。給水接続部64には消火剤として例えば、加圧された消火用水が供給される。水側電極部62の噴霧側には噴霧ノズル部56が設けられ、例えば、平均粒子径が100~300μmの水粒子を噴霧させる。
A through hole is formed inside the
噴霧ノズル部56の噴霧側の開放空間には、電極保持部58によりリング形状の誘導電極部60が配置される。誘導電極部60の構成や構造は任意であるが、例えば、導電性の電極心材を絶縁被覆して形成されている。誘導電極部60のケーブル接続部60aには外部から電圧印加ケーブルが接続される。
A ring-shaped
誘導電極部60と水側電極部62との間には、図1に示した高圧電源部18から、例えば水粒子を帯電させることが可能な電圧範囲中の所定調整範囲(例えば0.5kV~20kV)内で調整された所定電圧(例えば10kVの直流電圧)が印加される。この印加電圧により、誘導電極部60のリング部の周囲に所定の外部電界が形成され、誘導帯電方式により噴霧ノズル部56から噴霧された水粒子が誘導電極部60のリング部を通過することで帯電される。
Between the
ここで、所定調整範囲(すなわち、調整可能な所定範囲)は、水粒子を帯電させることのできない電圧範囲を含んでも良く、そのうえで、水粒子を帯電させることが可能な所定電圧に調整できれば良いものである。印加電圧の極性(プラス/マイナス)は、高圧電源部18で切り替える。
Here, the predetermined adjustment range (that is, the predetermined adjustable range) may include a voltage range in which the water particles cannot be charged, and it is sufficient if the voltage can be adjusted to a predetermined voltage that allows the water particles to be charged. is. The polarity (plus/minus) of the applied voltage is switched by the high-voltage
帯電噴霧ヘッド32による水粒子の帯電は、例えば水側電極部62を基準電位(アース電位、0V)として誘導電極部60の電位がプラスとなるように所定の直流電圧を印加すると、噴霧ノズル部56から噴霧された水粒子がマイナス極性に帯電される。また水側電極部62を基準電位(アース電位、0V)として誘導電極部60の電位がマイナスとなるように所定の直流電圧を印加すると、噴霧ノズル部56から噴霧された水粒子がプラス極性に帯電される。また、誘導電極部60と水側電極部62との間に印加する電圧の絶対値を、例えば0.5kV~20kVの範囲にすると、火花放電の発生が防止され、安全を確保しながら帯電した水粒子の噴霧流が生成される。
The water particles are charged by the charging
なお、帯電噴霧ヘッド32の構成や構造は任意であり、図3に限定されず、水粒子を生成すると共に生成した水粒子を帯電させて帯電水粒子を噴霧できる適宜の構造や公知の構造が採用し得る。
The configuration and structure of the charged
(b4.放出方向調整部)
帯電水粒子放出部10に設けられた放出方向調整部について、より詳細に説明する。放出方向調整部は、帯電水粒子放出部10による帯電水粒子気流12の放出方向を調整するものであり、その構成や構造は任意であるが、一例として、図2に示すように、左右方向調整部44と上下方向調整部48が設けられる。
(b4. Release direction adjustment unit)
The discharge direction adjusting section provided in the charged water
帯電水粒子放出部10の送風部28は、架台40上で回動支持部42により左右回動軸46を回動軸として左右方向に回動自在に軸支されると共に、上下回動軸50を回動軸として上下方向に回動自在に軸支されている。また、架台40の下側には左右方向調整部44が配置される。左右方向調整部44は、例えばモータ駆動のものであり、駆動軸上に左右回動軸46が位置するように回動支持部42を軸支することで、左右回動軸46を回動軸として帯電水粒子放出部10を左右方向に回動させて帯電水粒子気流12の左右の放出方向を調整可能としている。
The
また、回動支持部42の上下回動軸50が位置する右側には上下方向調整部48が配置される。上下方向調整部48は、例えばモータ駆動のものであり、駆動軸上に上下回動軸50が位置するように回動支持部42を軸支することで、上下回動軸50を回動軸として帯電水粒子放出部10を上下方向に回動させて帯電水粒子気流12の上下の放出方向を調整可能とする。
A vertical
ここで、左右回動軸46と上下回動軸50は、帯電水粒子放出部10の重心52位置より前側(放出側)の所定位置となるように調整されている。このため、帯電水粒子放出部10が放出している帯電水粒子気流12の反動を受けても放出方向が安定し、操作員が意とする放出方向に容易に調整することができる。また、はしご消防車のはしご先端に設けられたバスケット部に帯電水粒子放出部10が設置されているような場合には、バスケット部が傾いた際にも、帯電水粒子放出部10からの帯電水粒子気流12の放出方向の安定性が高いことから、帯電水粒子気流12の放出方向が思わぬ方向に向くようなことが防止でき、安全に運用できる。
Here, the left-
[c.高圧電源部]
高圧電源部18について、より詳細に説明する。高圧電源部18は、帯電水粒子放出部10に帯電水粒子を生成するための高電圧を高圧ケーブル24により供給するものであり、その構成や機能は任意であるが、例えば、図4に示すように、供給する電圧を調整する高電圧可変回路66、供給する電圧の極性を切替える転極回路68、帯電噴霧ヘッド32の誘導電極部60と水側電極部62との間に流れる異常電流を検出し異常電流検出部として機能する異常電流検出回路74、及び帯電噴霧ヘッド32に対する電圧の印加と印加停止を切替える選択回路72を備えるものである。また図4では、高圧ケーブル24は、誘導電極部60側に接続されるケーブルを電圧印加ケーブル24aとし、水側電極部62側に接続されるケーブルをアースケーブル24bとしている。
[c. High voltage power supply]
The high voltage
(c1.帯電水粒子生成部の回路構成)
高圧電源部18に高圧ケーブル24により接続される帯電水粒子生成部30の回路構成について、より詳細に説明する。図4では、高圧電源部18と共に複数の帯電噴霧ヘッド32を備えた帯電水粒子生成部30の回路構成を示している。帯電噴霧ヘッド32は誘導電極部60と水側電極部62を備える。高圧電源部18からの電圧印加ケーブル24aは帯電噴霧ヘッド32ごとに分岐し、スイッチ回路75及び電流制限抵抗76を介して各帯電噴霧ヘッド32の誘導電極部60に接続される。また、各帯電噴霧ヘッド32の水側電極部62は電流検出抵抗78を介して共通接続され、そこに高圧電源部18からのアースケーブル24bがスイッチ77回路を介して接続されている。
(c1. Circuit configuration of charged water particle generator)
The circuit configuration of the charged water
通常時、スイッチ回路75,77はオンしており、高圧電源部18は誘導電極部60と水側電極部62の間に高電圧を印加し、帯電噴霧ヘッド32から噴霧される水粒子を帯電させる。ここで、電圧印加ケーブル24aとアースケーブル24bは、絶縁性の高い耐圧ケーブルを使用するが、直流電圧を印加する場合は、正極側のケーブルを耐圧ケーブルとし、負極側のケーブルは通常の低圧ケーブルでよい。
Normally, the
(c2.高電圧可変回路)
高電圧可変回路66について、より詳細に説明する。高電圧可変回路66は、操作盤14の制御部21からの制御信号に応じて、誘導電極部60と水側電極部62との間に印加する電圧を調整するものであり、これにより帯電噴霧ヘッド32から消火や消煙に適した帯電量の帯電水粒子を含有した帯電水粒子気流を火災区画に放出することができる。また、印加電圧の絶対値を下げることによって帯電量を減らした帯電水粒子とすることで、帯電し易い消火対象又は防火対象に対して帯電水粒子による帯電量が増えることによって起きる可能性のある放電事故を、未然に防ぐことを可能とする。
(c2. High voltage variable circuit)
The high
(c3.転極回路)
転極回路68について、より詳細に説明する。転極回路68は、操作盤14の制御部21からの制御信号に応じて、誘導電極部60と水側電極部62との間に印加する電圧の極性を切替えるものであり、これにより帯電噴霧ヘッド32から噴霧する帯電水粒子の帯電極性をプラス極性又はマイナス極性に切替え、消火や消煙に適した帯電極性の帯電水粒子を含有した帯電水粒子気流を火災区画に放出することができる。例えば、火災区画に発生する微粒子混合気の帯電極性に対し、反対の極性に帯電した帯電水粒子を含有した帯電水粒子気流を放出することで、より高い消火、消煙性能が期待できる。
(c3. Polarity inversion circuit)
The polarity inversion circuit 68 will be described in more detail. The polarity reversing circuit 68 switches the polarity of the voltage applied between the
(c4.高電圧の印加)
高圧電源部18から帯電噴霧ヘッド32の誘導電極部60と水側電極部62との間に高電圧を印加する場合について、直流電圧を印加する場合を例として、より詳細に説明する。
(c4. Application of high voltage)
A case where a high voltage is applied between the
高電圧可変回路66は、操作盤14の制御部21からの制御信号に応じて、高電圧可変回路66から出力する電圧を所定の直流電圧に調整する。ここでいう「所定の直流電圧に調整する」とは、水粒子を帯電させることが可能な直流電圧に調整することであり、例えば水粒子を帯電させることが可能な電圧範囲である0.5kV~20kV(+0.5kV~+20kVまたは-0.5kV~-20kV)の範囲から選択された電圧の直流電圧に調整することである。
The high
転極回路68は、操作盤14の制御部21からの制御信号に応じて、高電圧可変回路66で調整され出力された所定の直流電圧の極性を切り替えるか否かを決定し、誘導電極部60と水側電極部62との間に印加される直流電圧の極性を調整する。
The polarity reversing circuit 68 determines whether or not to switch the polarity of the predetermined DC voltage adjusted and output by the high
例えば、高電圧可変回路66で所定の直流電圧が+10kVの直流電圧(プラスの直流電圧)に調整され、転極回路68で極性の切り替えが行われない場合は、水側電極部62を基準電位(アース電位、0V)として誘導電極部60の電位が+10kVとなり、水側電極部62の電位に対して誘導電極部60の電位が高くなる+10kVの直流電圧(プラスの直流電圧)が誘導電極部60と水側電極部62との間に印加される。これにより、帯電噴霧ヘッド32から噴霧される水粒子はマイナス極性に帯電されることになる。
For example, when the high
一方、高電圧可変回路66で所定の直流電圧が+10kVの直流電圧(プラスの直流電圧)に調整され、転極回路68で極性の切り替えが行われる場合は、水側電極部62を基準電位(アース電位、0V)として誘導電極部60の電位が-10kVとなり、水側電極部62の電位に対して誘導電極部60の電位が低くなる-10kVの直流電圧(マイナスの直流電圧)が誘導電極部60と水側電極部62との間に印加される。これにより、帯電噴霧ヘッド32から噴霧される水粒子はプラス極性に帯電されることになる。
On the other hand, when the high
(c5.異常電流検出回路)
異常電流検出部として機能する異常電流検出回路74について、より詳細に説明する。異常電流検出回路74は、複数の帯電噴霧ヘッド32の各々について、誘導電極部60と水側電極部62の間に絶縁異常により流れる異常電流を検出するものである。ここで、絶縁異常とは、電気的な絶縁の異常であり、絶縁低下、絶縁不良、絶縁破壊、短絡等を含む概念である。
(c5. Abnormal current detection circuit)
The abnormal
帯電噴霧ヘッド32ごとに分岐した電圧印加ケーブル24aの分岐ラインに対して、電流制限抵抗76、誘導電極部60、水側電極部62及び電流検出抵抗78の直列回路が設けられており、異常電流検出回路74からの信号ケーブル26fが各電流検出抵抗78の水側電極部62側に別々の信号線で接続され、アースケーブル24bが異常電流検出回路74に接続されることによって、各電流検出抵抗78の両端電圧を電流検出電圧信号として異常電流検出回路74へ入力している。
A series circuit of a current limiting
ここで、電流制限抵抗76の抵抗値は、例えば1~10MΩの範囲の所定の抵抗値とし、電流検出抵抗78の抵抗値は、任意であるが電流制限抵抗76の抵抗値に対し十分に低い抵抗値、例えば1~10kΩの範囲の所定の抵抗値とする。具体的には、帯電噴霧ヘッド32の絶縁異常で流れる異常電流による電流検出抵抗78の両端電圧が所定の低電圧以下、例えば10V以下となるように電流検出抵抗78の抵抗値を定める。すなわち、電流検出抵抗78に流れる電流は、帯電噴霧ヘッド32の誘導電極部60と水側電極部62との間が短絡したときに最大となり、電流検出抵抗78の両端電圧も最大電圧となることから、この最大電圧が例えば10V以下となるように、電流検出抵抗78の抵抗値を定める。
Here, the resistance value of the current limiting
また、異常電流検出回路74は、信号ケーブル26fが各電流検出抵抗78の水側電極部62側に別々の信号線で接続されるため、帯電噴霧ヘッド32毎に絶縁不良に伴う異常電流を検出することができ、本実施形態では10台の帯電噴霧ヘッド32が設けられていることから(図2参照)、異常電流が検出された帯電噴霧ヘッド32に対応して異常電流検出信号E1~E10の何れかを制御部21へ出力するものであり、その構成や機能は任意であるが、例えば、帯電噴霧ヘッド32に対応した数の比較器が設けられる。比較器は、例えば対応する帯電噴霧ヘッド32側に設けた電流検出抵抗78の両端電圧である電流検出電圧信号が入力され、電流検出電圧信号が所定の閾値電圧以上又は閾値電圧を超えた場合に、異常電流を検出しLレベルからHレベルに立ち上がり異常電流検出信号を出力するものである。
In addition, since the
また当該動作する比較器として、比較器の種類や構成は任意であるが、例えばシュミットトリガ回路が使用される。シュミットトリガ回路は、電流検出電圧信号が第1閾値電圧を超えた場合に出力がLレベルからHレベルに立ち上がることで異常電流検出信号を出力し、その後、電流検出電圧信号が第1閾値電圧より低い第2閾値電圧を下回った場合に出力がHレベルからLレベルに立ち下がることで異常電流検出信号の出力を停止し、所謂ヒステリシス特性によって電流検出電圧信号の変動に対し安定した異常電流検出信号の出力を可能とする。 As the comparator that operates, the type and configuration of the comparator are arbitrary, but for example, a Schmidt trigger circuit is used. The Schmitt trigger circuit outputs an abnormal current detection signal by rising from an L level to an H level when the current detection voltage signal exceeds the first threshold voltage. When the output falls below the low second threshold voltage, the output falls from the H level to the L level, thereby stopping the output of the abnormal current detection signal, and the abnormal current detection signal is stable against fluctuations in the current detection voltage signal due to so-called hysteresis characteristics. allows the output of
このように電流検出抵抗78及び異常電流検出回路74が基準電位側に設けられ、電流制限抵抗76の抵抗値に対し電流検出抵抗78の抵抗値は十分に低い値であり、帯電噴霧ヘッド32の絶縁異常で流れる異常電流による電流検出抵抗78の両端電圧を低くなるように回路構成したことで、異常電流検出回路74として特殊な高電圧用の回路部品等を必要とせず、また、異常電流検出回路74には高電圧が印加されないことから高電圧に対応した絶縁構造とする必要もなく、絶縁構造を簡単とすることができ、複数の帯電噴霧ヘッド32の中から絶縁異常が発生した帯電噴霧ヘッド32を簡単且つ容易に、更に安全性を損なうことなく検出することができる。
In this way, the
異常電流検出回路74からの異常電流検出信号E1~E10が入力される制御部21は、異常電流検出信号E1~E10の何れかが入力された場合に、入力された異常電流検出信号に対応した帯電噴霧ヘッド32の異常電流の検出を判別し、異常電流が検出された帯電噴霧ヘッド32に対する高電圧の印加を停止する制御を行う。当該停止制御を行うために、高圧電源部18に選択回路72が設けられ、電圧印加ケーブル24aの分岐ラインの各々にスイッチ回路75が設けられる。また、選択回路72は、スイッチ回路をオン、オフする制御信号が制御部21から入力されるものであり、選択回路72からの信号ケーブル26eは各スイッチ回路75に別々の信号線で接続されている。
The
選択回路72は、制御部21からの制御信号に応じて、異常電流が検出された帯電噴霧ヘッド32に対応するスイッチ回路75にオフ作動信号を出力してオフとすることで、異常電流が検出された帯電噴霧ヘッド32に対する高電圧の印加を停止し、操作員の安全を確保可能としている。
The
また、制御部21は異常電流検出信号E1~E10の何れかが入力され、何れかの帯電噴霧ヘッド32の異常電流の検出を判別した場合、全ての帯電噴霧ヘッド32に対する電圧の印加を停止してもよい。当該一斉停止制御を行うために、アースケーブル24bと電流検出抵抗78との間のラインにスイッチ回路77が設けられ、スイッチ回路77は選択回路72からの信号ケーブル26eがスイッチ回路75とは別の信号線で接続されている。この場合、選択回路72は、制御部21からの制御信号に応じて、全てのスイッチ回路75及びスイッチ回路77にオフ作動信号を出力してオフとすることで、全ての帯電噴霧ヘッド32への高電圧の印加を停止する。
Further, when any one of the abnormal current detection signals E1 to E10 is input to the
[d.消火剤供給部]
図1に示した消火剤供給部16について、より詳細に説明する。消火剤供給部16は、帯電水粒子放出部10に消火剤として、例えば消火用水を供給するものであり、その構成や構造は任意であるが、一例として、本実施形態の帯電水粒子散布システムがはしご消防車に搭載されることから、消火剤供給部16は消防車に設けられている消火ポンプを含む加圧送水装置または加圧送水設備で構成されるものである。この場合の水源としては、消防車に搭載された水タンクやホース接続される消火栓が含まれる。また、消火剤供給部16は操作盤14の放出起動又は放出停止の操作により動作して消火用水の供給と停止を行うものである。
[d. Extinguishing agent supply unit]
The extinguishing
また、消火剤供給部16からの送水管22は、帯電水粒子放出部10の接続部分で分岐され、開閉弁35を介して帯電水粒子放出部10の帯電水粒子生成部30に設けられた複数の帯電噴霧ヘッド32に接続されている。また、送水管22は、帯電水粒子散布システムがはしご消防車に搭載される場合、はしご消防車のはしご部分においては、はしごの長さに応じて伸縮する公知の伸縮配管構造を備えるものである。
In addition, the water pipe 22 from the extinguishing
帯電噴霧ヘッド32に対応して設けられた各開閉弁35は、制御部21からの信号ケーブル26dが別々の信号線で接続され、制御部21からの制御信号に応じて個別に開閉駆動される。制御部21は、例えば操作員の操作に基づき、複数の帯電噴霧ヘッド32から噴霧する帯電水粒子の噴霧量を調整する制御を行うものであり、噴霧量の調整方法は任意であるが、例えば開駆動する開閉弁35の数を変化させるか、或いは、消火剤供給部16からの消火用水の供給量を変化させることで、帯電噴霧ヘッド32から噴霧量を調整する。
Each on-off
[e.帯電水粒子の帯電極性切替制御]
帯電水粒子放出部10から放出する帯電水粒子気流に含有される帯電水粒子の帯電極性切替制御について、より詳細に説明する。帯電水粒子放出部10から放出する帯電水粒子気流に含有される帯電水粒子の帯電極性切替制御は、図1に示した吸引装置82、帯電検出器80及び操作盤14の制御部21により行われるものである。
[e. Charge polarity switching control of charged water particles]
The charging polarity switching control of the charged water particles contained in the charged water particle airflow discharged from the charged water
(e1.吸引装置)
吸引装置82について、より詳細に説明する。吸引装置82は、火災区画側から帯電検出器80に向けて、発生した火災の煙粒子を含む微粒子混合気を吸引するものであり、その構造や機能は任意であるが、例えば、図6に取り出して示すように、サンプリング管84、チューブ85、86、吸引ポンプ88、竿部材90、支承部92、及びウェイト94で構成される。この内、竿部材90、支承部92及びウェイト94は、サンプリング管84及びチューブ85を移動自在に保持する保持装置として機能する。
(e1. suction device)
The
(e1-1.サンプリング管)
サンプリング管84について、より詳細に説明する。サンプリング管84は、建物の火災区画の微粒子混合気を先端の吸引口84aから吸引する中空部材であり、火災区画に差し込まれることから耐熱性を必要とし、例えば火災による熱に耐えうる金属製のパイプ等であり、更に、支持される竿部材90及び接続されるチューブ85とは絶縁して、非接地状態となるようにしている。また、サンプリング管84の口径や長さは任意であるが、操作員が火災区画に対して安全な距離を確保してサンプリング管84の先端の吸引口84aから微粒子混合気を吸引できるように、例えば口径は2~3cm程度、長さは1~2m程度としている。
(e1-1. Sampling tube)
Sampling
(e1-2.チューブ)
チューブ85について、より詳細に説明する。チューブ85は、サンプリング管84を帯電検出器80の入口に接続する可撓性を有する中空部材であり、その構造や材質は任意であるが、例えば可撓性を有する合成樹脂製又はゴム製のチューブ、ホース等である。
(e1-2. Tube)
また、チューブ85の帯電検出器80の入口に接続される一端側には加熱部85aが設けられている。加熱部85aは、微粒子混合気の吸引に伴うチューブの内壁の結露を抑制又は防止するため、サンプリング管84から吸引した微粒子混合気が通過するチューブ85内の空間を加熱するものであり、その構造や機能は任意であるが、例えば通電により発熱する自己制御ヒータ線をチューブ85に巻いたものである。
A
火災区画からサンプリング管84に吸引された微粒子混合気は高温であり、また微粒子混合気には微粒子(煙粒子)に加え水蒸気が含有されている。吸引された高温の微粒子混合気は、サンプリング管84及びチューブ85を通過する間に冷却されるため、チューブの内壁に結露が発生する場合がある。チューブ85の内壁に結露が発生すると、チューブ内壁の水滴に吸引した微粒子混合気の微粒子が引き寄せられ、微粒子混合気に含有される微粒子の部分的な喪失が起きる。そこで加熱部85aを設けてチューブ85を加熱することで、微粒子混合気が冷却されることによる結露を抑制又は防止し、含有される微粒子を失うことなく微粒子混合気が帯電検出器80の入口に到達できるようにし、微粒子混合気の帯電極性の検出精度を高めることを可能とする。
The particulate mixture drawn from the fire compartment into the
本実施形態は、チューブ85の帯電検出器80に接続される一端側に加熱部85aを設けているが、結露を抑制又は防止できるのであれば、適宜の位置で良い。また同様に、サンプリング管84にも加熱部を設け、サンプリング管84の内壁に対する結露を抑制又は防止してもよい。
In the present embodiment, the
(e1-3.吸引ポンプ)
吸引ポンプ88について、より詳細に説明する。吸引ポンプ88は吸引口にチューブ86を介して帯電検出器80の出口を接続しており、サンプリング管84及びチューブ85を介して微粒子混合気を吸引し、帯電検出器80を通過させた微粒子混合気を外部に排気するものである。吸引ポンプ88の構造や機能は任意であるが、モータ駆動により気体を吸引して排出する、例えば軸流ポンプ等の適宜のポンプが使用される。なお、チューブ86はその構造や材質は任意であるが、前述したチューブ85と同様に合成樹脂製又はゴム製のチューブ、ホース等としている。
(e1-3. Suction pump)
(e2.保持装置)
保持装置について、より詳細に説明する。保持装置は、サンプリング管84の吸引口84aを火災区画で発生する微粒子混合気中に差込むようにサンプリング管84及びチューブ85を移動自在に保持するものであり、その構造や機能は任意であるが、例えば、竿部材90、支承部92及びウェイト94で構成されるものである。
(e2. Holding device)
The retaining device will now be described in more detail. The holding device movably holds the
竿部材90は、サンプリング管84及びチューブ85をチューブ85の延伸方向に沿って保持する長尺部材であり、その構造や機能は任意であるが、例えば、チューブ85の延伸方向となる前後方向に剛性を持つ金属製の棒やパイプ等であり、その長さも任意であるが、例えば2~3m程度とする。また、竿部材90は、チューブ85を最大に縮小させた場合に竿部材90の先端がサンプリング管84の吸引口84a側の外周に配置されるように設けられ、当該状態でサンプリング管84及びチューブ85を保持し、チューブ85を延伸させると、竿部材90はサンプリング管84及びチューブ85を保持した状態を保ちつつ、竿部材90の先端はサンプリング管84の外周を延伸方向に沿って移動する。
The
また、火災区画に対するサンプリング管84の差し込み量によって、竿部材90の先端側も合わせて火災区画内に差し込まれる場合には、竿部材90をサンプリング管84と同様に耐熱性をもつ部材とする。またチューブ85の延伸方向に剛性を持つ部材ではなく、可撓性を有する部材として、竿部材90の先端とサンプリング管84の吸引口84a側の外周との接点は固定とし、チューブ85の延伸(縮小)に合わせて竿部材90が延伸(縮小)するようにしても良い。
If the tip of the
支承部92は、竿部材90により保持された状態のサンプリング管84及びチューブ85の位置をサンプリング管84の吸入口84aが火災区画に対応した任意の位置となるように調整可能に、竿部材90を移動自在に支承するものである。
The
支承部92の構造や機構は任意であるが、例えば三次元旋回構造とし、三次元旋回構造を実現するための機構として、例えば送風部28の上部に固定台92aを配置し、固定台92aに上下方向の支承軸となる支承軸部92bを起立し、支承軸部92bは、その上端に竿部材90を着脱自在に支持する例えばU型の支持部92cを支承軸周り(左右周り)に回動自在に軸支すると共に、支承軸に直行する左右方向で支持部92cの高さに位置する水平軸周り(上下周り)に回動自在に軸支している。
Although the structure and mechanism of the
そして、支承部92の支持部92cに竿部材90を支持させることにより、竿部材90は延伸方向となる前後方向の移動に加えて、左右周り及び上下周りの移動が可能となり、火災区画側に位置しサンプリング管84の外周に配置される竿部材90の先端を左右方向及び上下方向に旋回させることができる。これにより、サンプリング管84の吸入口84aの位置を上下方向、左右方向、前後方向の全ての方向に調整することができる。
By supporting the
更に、竿部材90の後端側にはウェイト94が配置される。ウェイト94は、支承部92を支点として竿部材90のサンプリング管84及びチューブ85を保持した先端側の力のモーメントと、ウェイト94が配置される後端側の力のモーメントが略同一となるように、ウェイト94の重量を設定し、竿部材90が水平状態を保つようにバランスを取るものである。
Furthermore, a
また、竿部材90を延伸方向の移動は、例えば図9に示す伸縮自在のはしご118の先端のバスケット120の移動により行われるものでも良い。
Further, the
(e3.帯電検出器)
帯電検出器80について、より詳細に説明する。帯電検出器80は、火災区画に発生する微粒子混合気に含有される微粒子(煙粒子)の帯電極性、即ち、微粒子の帯電極性がマイナス極性かプラス極性かを検出するものであり、その構成、構造、機能は任意であるが、例えば、図7(A)に取り出して図6の左方から見た断面で示すように、電極構造、電荷検出部105及び判定部114で構成されるものである。なお、図7(B)は、電極構造と電荷検出部105を後方から見た状態で示している。
(e3. Charge detector)
(e3-1.電極構造)
帯電検出器80の電極構造について、より詳細に説明する。帯電検出器80の電極構造は任意であるが、例えば、筒状電極95とファラデーケージ96で構成される。
(e3-1. Electrode structure)
The electrode structure of
筒状電極95は、中空部を有する筒状に形成された電極導体であり、吸引装置82により吸引された微粒子混合気100を中空部の一端の入口側から他端の出口側へ通過させるものである。ここで、図7は円筒状の筒状電極95で示しているが、円筒状に限定されるものではなく、微粒子混合気を中空部の一端の入口側から他端の出口側へ通過させることができれば、その筒断面の形状は多角形や楕円等であってもよい。
The
ファラデーケージ96は、筒状電極95とは電気的に絶縁した状態且つ接地された導体により筒状電極95の外周を覆うことで筒状電極95に対する電気的な外乱要因(ノイズ)の影響を抑制又は防止する空間を作り出すものであり、電磁シールドとして機能するものである。ファラデーケージ96の構造や形状は任意であるが、例えば導電性の外側筒体98a,98bで構成される。
The
外側筒体98aは、筒状電極95の入口側の外周を囲んで配置され、筒状電極95の入口側の略半分を収納する円筒穴が形成された大径筒部と、入口穴が貫通された庇部分となる小径筒部とが連設された段付き筒体であり、大径筒部の端部にはフランジが設けられる。大径筒部の円筒穴は、筒状電極95の外径に絶縁スペース(絶縁間隔)を加えた内径とし、筒状電極95の入口から略半分迄の長さに絶縁スペース(絶縁間隔)を加えた長さとする。小径筒部を貫通する入口穴は、筒状電極95の内径と同じ内径とする。
The outer
外側筒体98bは、筒状電極95の出口側の外周を囲んで配置され、外側筒体98aと同じ構造である。
The outer
ファラデーケージ96は、筒状電極95の入口側及び出口側の各々に、絶縁リング102を介して外側筒体98a,98bの大径筒穴を嵌め入れた状態で、両者のフランジを突き合せてビスにより連結固定することで、筒状電極95をファラデーケージ96の外部とは電気的に絶縁した状態で筒状電極95の外周を覆っている。また、図7(B)に示すように、外側筒体98a,98bはフランジの上側を扁平形状としており、扁平させた部分に接地した導体ケース104が取付け固定されることで、ファラデーケージ96を電気的に接地している。
The
また、ファラデーケージ96は、外側筒体98a,98bの小径筒部の長さLを、筒状電極95の内径Dの2倍以上としている。このように外側筒体98a,98bの小径筒部の長さLを筒状電極95の内径Dの2倍以上とすることで、ファラデーケージ96の入口と出口を介した筒状電極95に対する外部からのノイズを抑制又は防止可能とする。
Further, in the
ファラデーケージ96で囲まれた筒状電極95は、外周上部の略中央に導体108が起立して配置されており、導体108は、導体ケース104に収納されたオペアンプ106に入力接続されている。そのため、ファラデーケージ96と導体ケース104には導体108を通すための開口が設けられている。
A
(e3-2.電荷検出部)
電荷検出部105について、より詳細に説明する。電荷検出部105は、筒状電極95を通過する微粒子混合気100に含有される帯電微粒子の電荷によって筒状電極95の外周面に誘引された帯電微粒子と同極性の誘導電荷を電圧信号に変換して出力するものであり、その構成や機能は任意であるが、例えば、オペアンプ106と抵抗110で構成されるものである。実際には、オペアンプ106と抵抗110は回路基板112に実装されている。
(e3-2. Charge detection unit)
The
オペアンプ106は、反転入力端子(-入力端子)を導体108を介して筒状電極95の外周に接続し、非反転入力端子(+入力端子)を接地側となる導体ケース104に接続し、出力端子を抵抗110を介して反転入力端子に接続して負帰還とすると共に判定部114に接続しており、オペアンプ106のイマジナリーショート動作(仮想接地動作)を利用して誘導電荷を電圧信号に変換する回路を構成している。
The
ここで、オペアンプ106のイマジナリーショート動作とは、オペアンプ106に抵抗110を介して負帰還をかけた場合、オペアンプ106の非反転入力端子と反転入力端子との電位差が0Vとなる(仮想接地)ように動作することである。
Here, the imaginary short operation of the
(e3-3.電荷検出部の動作)
電荷検出部105の微粒子混合気に含有される帯電微粒子の電荷を検出する電荷検出動作を、より詳細に説明する。図8(A)は、電荷検出部105の筒状電極95を通過する微粒子混合気微粒子がプラス極性に帯電していた場合の電荷検出動作を示している。筒状電極95にプラス極性の帯電微粒子が通過すると、筒状電極95の内周面にマイナス極性の電荷が誘引され、これに対し筒状電極95の外周面には反対となるプラス極性の電荷が誘引される。このため、筒状電極95の外周面に誘引されたプラス極性の電荷に対応し、オペアンプ106の反転入力端子側の電圧が非反転入力端子の電圧(アース電位、0V)
に対して+Vqとなる。
(e3-3. Operation of charge detector)
The charge detection operation of the
+Vq for
このときオペアンプ106のイマジナリーショート動作として、出力端子から抵抗110を介して反転入力端子の電圧+Vqを非反転入力端子の電圧(アース電位、0V)と同
じ電圧となるように、出力端子から抵抗110を介して反転入力端子に電流Iqが流れる。このためオペアンプ106の出力電圧は+Vqとなり、筒状電極95を通過する帯電微粒子のプラス電荷に対応した電荷検出電圧信号が出力される。
At this time, as an imaginary short operation of the
ここで、筒状電極95にプラス極性の帯電微粒子が含有される微粒子混合気100が通過する場合、帯電微粒子が入口から導体108が起立する位置に到達するまでは、導体108までの距離の減少に応じて筒状電極95の外周面に誘引されるプラス極性の電荷は増加し、導体108が起立する位置でプラス極性の電荷はピークとなり、導体108から離れるにつれてプラス極性の電荷は減少し、当該筒状電極95の外周面に誘引されるプラス極性の電荷の変化に応じてオペアンプ106の出力する電荷検出電圧信号+Vqも変化する。また、プラス極性の帯電微粒子が筒状電極95から出る際には、逆極性となるマイナス極性の電荷が筒状電極95の外周面に誘引される。このため、当該タイミングではオペアンプ106から出力される電荷検出電圧信号は-Vqに変化する。即ち、筒状電極95をプラス極性の帯電微粒子が通過すると、オペアンプ106はプラスの電圧+Vqからマイナスの電圧-Vqに微分的に変化する電荷検出電圧信号を出力する。
Here, when the
図8(B)は、電荷検出部105の筒状電極95を通過する微粒子混合気100に含有される微粒子がマイナス極性に帯電していた場合の電荷検出動作を示している。筒状電極95をマイナス極性の帯電微粒子が通過すると、筒状電極95の内周面にプラス極性の電荷が誘引され、これに対し反対となるマイナス極性の電荷が筒状電極95の外周面に誘引される。このため筒状電極95の外周面に誘引されたマイナス極性の電荷に対応し、オペアンプ106の反転入力端子側の電圧が非反転入力端子の電圧(アース電位、0V)に対
して-Vqとなる。
FIG. 8B shows the charge detection operation when the fine particles contained in the
このときオペアンプ106のイマジナリーショート動作として、出力から抵抗110を介して反転入力端子の電圧-Vqを非反転入力端子の電圧(アース電位、0V)と同じ電
圧となるように、抵抗110を介して反転入力端子から出力端子へ電流Iqが流れる。このためオペアンプ106の出力電圧は-Vqとなり、筒状電極95を通過する帯電微粒子のマイナス極性の電荷に対応した電荷検出電圧信号が出力される。また、マイナス極性の帯電微粒子が筒状電極95から出る際には、逆極性となるプラス極性の電荷が筒状電極95の外周面に誘引され、当該タイミングではオペアンプ106から出力される電荷検出電圧信号は+Vqに変化する。即ち、筒状導体95をマイナス極性の帯電微粒子が通過すると、オペアンプ106はマイナスの電圧-Vqからプラスの電圧+Vqに微分的に変化する電荷検出電圧信号を出力する。
At this time, as an imaginary short operation of the
(e4.判定部)
判定部114について、より詳細に説明する。本実施形態では、微粒子混合気の帯電極性の検出は、判定部114が電荷検出部105から出力される電荷検出電圧信号に基づいて、微粒子混合気100に含有される微粒子の帯電極性を判定することで行われる。判定部114は、電荷検出部105から出力される電荷検出電圧信号に基づいて微粒子混合気100に含有される微粒子の帯電極性を判定して制御部21に出力するものであり、その判定方法は任意であるが、例えば電荷検出部105から出力される電荷検出電圧信号の積分結果に基づいて帯電微粒子の帯電極性を判定し、電荷検出信号電圧信号の積分結果は、入力される電荷検出信号電圧信号を随時積分して時系列的に生成される。
(e4. Determination unit)
The
判定部114は、生成された積分結果から電荷検出電圧信号の積分値が時間の経過に伴って減少傾向を示す場合は、帯電微粒子の帯電極性はマイナス極性と判定し、一方、電荷検出電圧信号の積分値が時間の経過に伴って増加傾向を示す場合は、帯電微粒子の帯電極性はプラス極性と判定する。なお、判定部114は、帯電検出器80ではなく制御部21に設けるようにしても良い。
(e5.帯電水粒子の帯電極性の切替制御)
制御部21による帯電水粒子の帯電極性の切替制御について、より詳細に説明する。制御部21は、帯電検出器80の判定部114で判定した微粒子混合気100に含有される微粒子の帯電極性に基づいて、帯電水粒子放出部10から放出する帯電水粒子気流12に含有される帯電水粒子の帯電極性が微粒子混合気100に含有される微粒子の帯電極性とは反対の帯電極性となるように切替制御するものである。
(e5. Switching control of charged polarity of charged water particles)
The switching control of the charging polarity of the charged water particles by the
制御部21は、帯電検出器80の判定部114で微粒子混合気100に含有される微粒子の帯電極性をプラス極性と判定した場合、帯電水粒子放出部10から放出する帯電水粒子気流12に含有される帯電水粒子の帯電極性をマイナス極性に切替える。マイナス極性の帯電水粒子が含有される帯電水粒子気流12が火災区画に放出されると、微粒子混合気に含有しているプラス極性の帯電微粒子(煙粒子)がマイナス極性の帯電水粒子に静電力により吸着して捕捉除去され、高い消煙性能が得られる。
When the
ここで、制御部21による帯電水粒子の帯電極性のマイナス極性への切替えは、帯電噴霧ヘッド32の誘導電極部60の電位が水側電極部62の電位に対してプラスとなる高電圧を印加するように高圧電源部18の転極回路68を制御する。
Here, the switching of the charging polarity of the charged water particles to the negative polarity by the
また、制御部21は、帯電検出器80の判定部114で微粒子混合気100に含有される微粒子の帯電極性をマイナス極性と判定した場合、帯電水粒子放出部10から放出する帯電水粒子気流12に含有される帯電水粒子の帯電極性をプラス極性に切替える。プラス極性の帯電水粒子が含有される帯電水粒子気流12が放出されると、微粒子混合気に含有しているマイナス極性の帯電微粒子(煙粒子)がプラス極性の帯電水粒子に静電力により吸着して捕捉除去され、高い消煙性能が得られる。
Further, when the
ここで、制御部21による帯電水粒子の帯電極性のプラス極性への切替えは、帯電噴霧ヘッド32の誘導電極部60の電位が水側電極部62の電位に対してマイナスとなる高電圧を印加するように高圧電源部18の転極回路68を制御する。
Here, the switching of the charging polarity of the charged water particles to the positive polarity by the
[f.火災の種類と帯電水粒子の帯電極性]
帯電水粒子放出部10から放出する帯電水粒子気流12に含有される帯電水粒子の帯電極性と火災の種類の関係について、より詳細に説明する。
[f. Type of fire and charge polarity of charged water particles]
The relationship between the charge polarity of the charged water particles contained in the charged
本願発明者の知見によれば、高い消火、消煙性能を得るためには、火災の種類と帯電水粒子の帯電極性との間に、固有の対応関係があることが実験的に確認されている。 According to the findings of the inventors of the present application, it has been experimentally confirmed that there is a specific correspondence between the type of fire and the electrification polarity of charged water particles in order to obtain high fire-extinguishing and smoke-extinguishing performance. there is
(f1.木材火災に対する水粒子の帯電極性)
木材火災とは、セルロース系を含む木材や紙等が燃焼する火災であり、比較的白色ないし灰色の煙(白煙、又は灰煙)を発生する火災であり、便宜的に木材火災という。なお、水蒸気は白煙には含まれない。木材火災に対しプラス極性の帯電水粒子を散布した場合と、マイナス極性の帯電水粒子を散布した場合を比較すると、例えば散布開始から所定の煙濃度に低下するまでの時間は、マイナス極性の帯電水粒子を散布した場合の方がプラス極性の帯電水粒子を散布した場合よりも短くなる関係にあり、木材火災に関してはマイナス極性の帯電水粒子の方が高い消煙性能が得られる。
(f1. Charge polarity of water particles for wood fire)
A wood fire is a fire in which cellulose-based wood, paper, or the like burns, and generates relatively white or gray smoke (white smoke or ash smoke). Note that water vapor is not included in the white smoke. When comparing the case of spraying positively charged water particles and the case of spraying negatively charged water particles against a wood fire, for example, the time from the start of spraying until the smoke concentration drops to a predetermined level is the same as the negatively charged water particles. When water particles are sprayed, the time is shorter than when positively charged water particles are sprayed, and with respect to wood fires, negatively charged water particles provide higher smoke elimination performance.
(f2.油火災に対する水粒子の帯電極性)
油火災とは、ハイドロカーボン系を含む液体燃料、油脂、合成樹脂等が燃焼する火災であり、比較的黒色の煙(黒煙)を発生する火災であり、便宜的に油火災という。油火災について、プラス極性の帯電水粒子を散布した場合と、マイナス極性の帯電水粒子を散布した場合を比較すると、例えば散布開始から所定の煙濃度に低下するまでの時間はほぼ同じとなり、消煙性能に差異は認められないが、マイナス極性の帯電水粒子の散布は、散布量を少なくしても消煙性能が損なわれないことが分かっている。
(f2. Charged polarity of water particles for oil fire)
Oil fires are fires in which liquid fuels including hydrocarbons, oils and fats, synthetic resins, etc. are burned, and are fires that generate relatively black smoke (black smoke), and are conveniently called oil fires. Regarding oil fires, when comparing the case of spraying positively charged water particles and the case of spraying negatively charged water particles, for example, the time from the start of spraying until the smoke concentration drops to a predetermined level is almost the same, and the smoke is extinguished. Although there is no difference in smoke performance, it has been found that the spraying of negatively charged water particles does not impair the smoke elimination performance even if the spraying amount is reduced.
(f3.水粒子帯電極性の初期設定)
本実施形態の帯電検出器80の判定部114により火災区画に発生する微粒子混合気に含有される微粒子の帯電特性を判定して制御部21により帯電水粒子の帯電極性を切替制御するまでには時間を要する場合もあり、帯電水粒子の帯電極性として、所定の帯電極性を初期設定しておく必要がある。この場合、前述したように、油火災の場合は、帯電水粒子の帯電極性による消火、消煙性能に差異がなく、木材火災の場合は、帯電水粒子の帯電極性がマイナス極性である方が消煙性能が高いことから、帯電水粒子の帯電極性の初期設定は、マイナス極性とすることが好適といえる。
(f3. Initial setting of water particle charge polarity)
Until the
従って、制御部21は、火災区画に放出する帯電水粒子気流12に含有される帯電水粒子がマイナス極性に帯電するように初期設定されており、初期設定に従いマイナス極性に帯電した帯電水粒子が含有される帯電水粒子気流12の放出中に、帯電検出器80の判定部114で帯電水粒子と同じ極性であるマイナス極性の微粒子混合気の帯電極性が判定された場合に、初期設定されたマイナス極性から反対のブラス極性に帯電水粒子が帯電するように帯電極性を切替制御するものとする。
Therefore, the
ここで、帯電水粒子がマイナス極性に帯電するように初期設定するとは、操作員による帯電極性水粒子の極性設定の操作を必要とすることなく、帯電水粒子気流12の放出起動操作を行うことで、高圧電源部18から帯電噴霧ヘッド32に対して帯電噴霧ヘッド32の誘導電極部60の電位が水側電極部62の電位に対してプラスとなる高電圧を印加するように設定することを意味する。
Here, the initial setting so that the charged water particles are negatively charged means that the charged
[g.操作盤]
図1に示した操作盤14について、より詳細に説明する。操作盤14は、操作員が本実施形態の帯電水粒子散布システムを操作するための操作部であり、操作内容は任意であるが、一例として、帯電水粒子放出部10の起動停止操作、帯電水粒子放出部10からの帯電水粒子気流12の放出方向の調整操作と各帯電噴霧ヘッド32からの噴霧量の調整操作、高圧電源部18による印加する電圧の種類の選択、電圧調整や極性切替の操作などが含まれる。
[g. Operation board]
The operation panel 14 shown in FIG. 1 will be described in more detail. The operation panel 14 is an operation unit for an operator to operate the charged water particle spraying system of the present embodiment. Operation for adjusting the discharge direction of the charged
操作盤14には、操作表示部20と制御部21が設けられる。操作表示部20は帯電水粒子放出部10の遠隔操作に必要な各種の操作釦、操作レバー、ディスプレイ、表示灯等が設けられる。制御部21は操作表示部20による操作員の操作等に基づいて制御信号を出力し帯電水粒子放出部10等を制御するものであり、その機能や構成は任意であるが、例えば、CPU、メモリ、各種の入出力ポートなどを備えたコンピュータ回路で構成されるものであり、CPUによるプログラムの実行により所定の制御機能が実現されるものである。
The operation panel 14 is provided with an
[h.帯電水粒子散布システムを搭載したはしご消防車]
本実施形態の帯電水粒子散布システムを搭載したはしご消防車による消火、防火、消煙について、より詳細に説明する。図9は火災現場において本実施形態の帯電水粒子散布システムを搭載したはしご消防車による消火、防火、消煙作業の一例を示した説明図である。伸縮自在なはしご118の先端のバスケット120に、図1に示した帯電水粒子放出部10、帯電検出器80及び吸引装置82が設けられ、操作盤14、消火剤給水部16及び高圧電源部18は、はしご消防車76側に設けられている。
[h. Ladder fire engine equipped with a charged water particle spray system]
Fire extinguishing, fire prevention, and smoke extinguishing by the ladder fire truck equipped with the charged water particle spraying system of the present embodiment will be described in more detail. FIG. 9 is an explanatory diagram showing an example of fire extinguishing, fire prevention, and smoke extinguishing operations by a ladder fire engine equipped with the charged water particle spraying system of this embodiment at a fire site. The charged water
例えば、建物122の3階で火災が発生したとすると、火災現場に到着したはしご消防車116は、バスケット120に設けられた帯電水粒子放出部10を建物の窓などの外壁開口に寄せ付けるように、はしご118を伸ばす。続いて、操作盤14で帯電水粒子気流12を放出するための放出起動操作を行うことで、消火剤給水部16から帯電水粒子放出部10へ消火用水が供給されるとともに、高圧電源部18から帯電水粒子放出部10へ高電圧が印加され、更に、操作盤14からの制御信号により送風部28が起動される。これによって送風部28からの空気流の中に帯電噴霧ヘッド32から噴霧される初期設定に従ったマイナス極性に帯電された帯電水粒子が含有され、帯電水粒子気流12が火災区画124に向けて放出されることになる。
For example, if a fire breaks out on the third floor of a building 122, the ladder fire engine 116 that has arrived at the fire site moves the charged water
また、はしご118を伸ばしてバスケット120に設けられた帯電水粒子放出部10を建物の窓などの外壁開口に寄せ付けた状態では、帯電水粒子放出部10の上部に配置した吸引装置82のサンプリング管84が火災区画124に発生している火災の煙粒子を含む微粒子混合気の中に差し込まれ、吸引装置82により微粒子混合気が帯電検出器80に到達するように吸引され、帯電検出器80により微粒子混合気の帯電極性が検出される。また前述した通り、サンプリング管84の位置は前後方向、左右方向、上下方向に調整可能であるため、バスケット120に乗った操作員がサンプリング管84の差し込み位置を調整することができる。
In addition, when the ladder 118 is extended and the charged water
また、帯電水粒子気流12の放出が開始した後に、操作員の操作盤14の操作により、帯電水粒子気流12の方向を上下及び又は左右に調整して火災区画124に対する帯電水粒子気流12の放出向きを調整できる。また、制御部21は高圧電源部18による印加電圧の電圧極性を帯電検出器80で検出された微粒子混合気の帯電極性と反対の帯電極性となるように帯電水粒子の帯電極性を切替制御する。
In addition, after the discharge of the charged
また、操作員は、帯電水粒子気流12の放出による消火や消煙の状況から必要に応じて、帯電水粒子気流12の放出向きの調整、高圧電源部18による印加電圧の調整や印加電圧極性の切替えを行い、火災現場での消火や消煙に適した帯電量や帯電極性の帯電水粒子を含有した帯電水粒子気流12を火災区画124へ放出して消火、防火、消煙を行うことになる。
In addition, the operator can adjust the discharge direction of the charged
[i.帯電水粒子散布システムの制御動作]
制御部21による帯電水粒子散布システムの制御動作の一例について、図10のフローチャートを参照して、より詳細に説明する。
[i. Control operation of charged water particle spraying system]
An example of the control operation of the charged water particle spraying system by the
帯電水粒子散布システムを起動して、図1に示す操作盤14の制御部21により図10に示す制御動作が行われる。
The charged water particle spraying system is activated, and the control operation shown in FIG. 10 is performed by the
図10において、制御部21はステップS1で放出する帯電水粒子気流12に含有される帯電水粒子の帯電極性をマイナス極性に初期設定しており、ステップS2で操作員による操作盤14の放出起動操作等で放出開始指示を判別するとステップS3に進み、消火剤供給部16を起動して消火剤、例えば消火用水を帯電水粒子放出部10に複数設けた帯電噴霧ヘッド32へ供給し、ステップS4で初期設定に従いマイナス極性に水粒子を帯電させ、マイナス極性に帯電した帯電水粒子を含有した帯電水粒子気流12を火災区画へ向けて放出する。
In FIG. 10, the
続いて、制御部21は、ステップS5で帯電検出器80により検出した微粒子混合気の帯電極性、所謂微粒子(煙粒子)の帯電極性がマイナス極性か否か判別し、微粒子混合気の帯電極性がマイナス極性であればステップS6に進み、帯電水粒子の帯電極性をプラス極性に切替えて帯電水粒子気流12を放出する。また、既に帯電水粒子の帯電極性がプラス極性である場合には切替え制御は行われない。
Subsequently, the
一方、ステップS5で微粒子混合気の帯電極性がマイナス極性でないこと、即ち、微粒子混合気の帯電極性がプラス極性であることを判別するとステップS7に進み、帯電水粒子の帯電極性をマイナス極性に切替えて帯電水粒子気流12を放出する。ただし、最初にステップS7に進んだ場合には、初期設定に基づき水粒子はステップS4でマイナス極性に帯電されていることから、マイナス極性の帯電極性を維持するため切替え制御は行われない。
On the other hand, if it is determined in step S5 that the charge polarity of the fine particle mixture is not negative, that is, that the charge polarity of the fine particle mixture is positive, the process proceeds to step S7, and the charge polarity of the charged water particles is switched to negative. emits a
続いて、制御部21は、ステップS8で操作者の操作等による帯電噴霧ヘッド32からの噴霧量の変更を判別するとステップS9に進み、図5に示した開閉弁35の選択的な開閉駆動により噴霧する帯電噴霧ヘッド32の数を選択し噴霧量を変更する。また、帯電噴霧ヘッド32からの噴霧量の変更は、消火剤供給部16からの帯電噴霧ヘッド32に対する消火剤の供給量を変化させることで調整しても良い。
Subsequently, when the
続いて、制御部21は、ステップS10で操作者の操作等による帯電水粒子の帯電量の変更を判別するとステップS11に進み、高圧電源部18から帯電噴霧ヘッド32に印加する電圧を調整して帯電水粒子の帯電量を変更する。
Subsequently, when the
続いて、制御部21は、ステップS12に進み、図4に示した異常電流検出回路74により複数の帯電噴霧ヘッド32の何れかの絶縁不良に伴う異常電流の検出を判別するとステップS13に進み、異常電流が検出された帯電噴霧ヘッド32に対する高電圧の印加を停止する印加停止制御を行う。なお、当該印加停止制御は、異常電流が検出された帯電噴霧ヘッド32を含む全てのヘッドに対する高電圧の印加を停止しても良い。
Subsequently, the
続いて、制御部21はステップS14に進み、操作員の操作等による放出終了指示を判別するまでステップS5からの処理を繰り返しており、放出終了指示が判別されるとステップS15に進み、帯電水粒子気流12の放出を停止する所定の放出終了処理を行って終了する。
Subsequently, the
[j.本発明の変形例]
(消防車)
上記の実施形態は、はしご消防車に帯電水粒子散布システムを搭載した場合を例にとっているが、建物の高所となる火災区画に対し外側から帯電水粒子放出部10を寄り付けることが可能な消防車であれば、適宜の消防車に搭載することを妨げない。例えば、高所作業消防車であれば高所作業台に帯電水粒子放出部10を設け、また、ブーム付消防車であればブーム先端に帯電水粒子放出部10を設ければよい。更に、無限軌道自走車に帯電水粒子放出部10を搭載し、遠隔操作により人の近づくことのできない火災区画に移動して帯電水粒子気流を投入するようにしてもよい。
[j. Modification of the present invention]
(fire engine)
In the above embodiment, the charged water particle spraying system is mounted on a ladder fire engine as an example. If it is a fire engine, it does not prevent it from being mounted on an appropriate fire engine. For example, in the case of an aerial work fire engine, the charged water
(高電圧供給部)
上記の実施形態にあっては、高圧電源部18から帯電微噴霧ヘッド32の誘導電極部60と水側電極部62との間に直流電圧を印加しているが、直流電圧以外に、パルス電圧、脈流電圧、及び交流電圧等を印加しても良い。また、高圧電源部18から誘導電極部60と水側電極部62との間に電圧を印加する場合に、電圧調整及び電圧極性切替えを可能としているが、これに限定されず、任意であり、例えば、印加電圧及び又は電圧極性を固定してもよい。
(high voltage supply unit)
In the above embodiment, a DC voltage is applied between the
(その他)
また本発明は上記の実施形態に限定されず、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うけない。
(others)
Moreover, the present invention is not limited to the above-described embodiments, includes appropriate modifications that do not impair the objects and advantages thereof, and is not limited by the numerical values shown in the above-described embodiments.
10:帯電水粒子放出部
12:帯電水粒子気流
14:操作盤
16:消火剤供給部
18:高圧電源部
20:操作表示部
21:制御部
22:送水管
24:高圧ケーブル
24a:電圧印加ケーブル
24b:アースケーブル
26a~26f:信号ケーブル
28:送風部
30:帯電水粒子生成部
31:支持リング
32:帯電噴霧ヘッド
34:軸流ファン
35:開閉弁
36:ファンモータ
38:保護カバー
40:架台
42:回動支持部
44:左右方向調整部
46:左右回動軸
48:上下方向調整部
50:上下回動軸
52:重心
54:ボディー
56:噴霧ノズル部
58:電極保持部
60:誘導電極部
62:水側電極部
64:給水接続部
66:高電圧可変回路
68:転極回路
72:選択回路
74:異常電流検出回路
75,77:スイッチ回路
76:電流制限抵抗
78:電流検出抵抗
80:帯電検出器
82:吸引装置
84:サンプリング管
84a:吸引口
85,86:チューブ
85a:加熱部
88:吸引ポンプ
90:竿部材
92:支承部
94:ウェイト
95:筒状電極
96:ファラデーケージ
98a,98b:外側筒体
100:微粒子混合気
102:絶縁リング
104:導体ケース
105:電荷検出部
106:オペアンプ
108:導体
112:回路基板
114:判定部
116:はしご消防車
118:はしご
120:バスケット
122:建物
124:火災区画
10: Charged water particle discharge unit 12: Charged water particle airflow 14: Operation panel 16: Extinguishing agent supply unit 18: High voltage power supply unit 20: Operation display unit 21: Control unit 22: Water pipe 24: High voltage cable 24a: Voltage application cable 24b: Ground cables 26a to 26f: Signal cable 28: Blower unit 30: Charged water particle generator 31: Support ring 32: Charged spray head 34: Axial fan 35: On-off valve 36: Fan motor 38: Protective cover 40: Mounting frame 42: Rotating support part 44: Horizontal direction adjusting part 46: Horizontal rotating shaft 48: Vertical direction adjusting part 50: Vertical rotating shaft 52: Center of gravity 54: Body 56: Spray nozzle part 58: Electrode holding part 60: Induction electrode Part 62: Water side electrode part 64: Water supply connection part 66: High voltage variable circuit 68: Polarity inversion circuit 72: Selection circuit 74: Abnormal current detection circuits 75, 77: Switch circuit 76: Current limiting resistor 78: Current detection resistor 80 : Charge detector 82: Suction device 84: Sampling tube 84a: Suction ports 85, 86: Tube 85a: Heating part 88: Suction pump 90: Rod member 92: Support part 94: Weight 95: Cylindrical electrode 96: Faraday cage 98a , 98b: Outer cylinder 100: Particulate mixture 102: Insulation ring 104: Conductor case 105: Charge detector 106: Operational amplifier 108: Conductor 112: Circuit board 114: Judgment unit 116: Ladder fire engine 118: Ladder 120: Basket 122 : Building 124: Fire Compartment
Claims (6)
前記散布対象領域へ散布するための前記帯電水粒子を噴霧する複数の帯電噴霧ヘッドと、
前記散布対象領域に発生する微粒子混合気の帯電極性を検出する帯電検出器と、
前記散布対象領域側から前記帯電検出器に向けて前記微粒子混合気を吸引する吸引装置と、
前記帯電検出器で検出した前記微粒子混合気の帯電極性に基づいて、前記散布対象領域へ散布する前記帯電水粒子の帯電極性を切替え制御する制御部と、
を備え、
前記帯電検出器は、
中空部を有する筒状に形成され、前記微粒子混合気を前記中空部の一端側から他端側へ通過させる導電性の筒状電極と、
前記筒状電極に対し電気的に絶縁され前記筒状電極の外周を覆って接地された導電性の外側筒体を有するファラデーケージと、
前記微粒子混合気の電荷によって前記筒状電極の外周に誘引された当該微粒子混合気の帯電極性と同極性の誘導電荷を電圧信号に変換して出力する電荷検出部と、
前記電荷検出部から出力される前記電圧信号に基づいて前記微粒子混合気の帯電極性を判定して前記制御部に出力する判定部と、
を備えたことを特徴とする帯電水粒子散布システム。
A charged water particle spraying system for spraying charged water particles onto a spray target area,
a plurality of charged spray heads for spraying the charged water particles for spraying onto the spray target area;
an electrification detector that detects the electrification polarity of the fine particle mixture generated in the spraying target area;
a suction device for sucking the fine particle mixture from the spray target area side toward the charge detector;
a control unit that switches and controls the charge polarity of the charged water particles to be sprayed onto the spray target area based on the charge polarity of the fine particle mixture detected by the charge detector;
with
The charge detector is
a conductive cylindrical electrode formed in a cylindrical shape having a hollow portion and allowing the particulate mixture to pass from one end side to the other end side of the hollow portion;
a Faraday cage having an electrically conductive outer cylinder that is electrically insulated from and grounded over the outer circumference of the cylindrical electrode;
a charge detection unit that converts an induced charge having the same polarity as the charging polarity of the fine particle mixture attracted to the outer circumference of the cylindrical electrode by the charge of the fine particle mixture into a voltage signal and outputs the voltage signal;
a determination unit that determines the charging polarity of the fine particle mixture based on the voltage signal output from the charge detection unit and outputs the result to the control unit;
A charged water particle spraying system comprising:
前記筒状電極の外周を覆って設置された前記ファラデーケージを構成する前記外側筒体の一端側及び他端側の、前記筒状電極の一端側及び他端側を超える庇部分の長さを、前記筒状電極の内径の2倍以上としたことを特徴とする帯電水粒子散布システム。
The charged water particle spraying system according to claim 1,
The length of eaves of one end side and the other end side of the outer cylindrical body constituting the Faraday cage installed to cover the outer periphery of the cylindrical electrode, exceeding the one end side and the other end side of the cylindrical electrode and a charged water particle spraying system characterized in that the inner diameter of said cylindrical electrode is at least twice as large as said cylindrical electrode.
前記判定部は、前記電荷検出部から出力された電圧信号の積分結果に基づいて前記微粒子混合気の帯電極性を判定することを特徴とする帯電水粒子散布システム。
The charged water particle spraying system according to claim 1 or 2,
The charged water particle spraying system, wherein the determination unit determines the charging polarity of the fine particle mixture based on the integration result of the voltage signal output from the charge detection unit.
前記判定部は、前記積分結果である積分値が時間の経過に伴って減少する場合に前記微粒子混合気の帯電極性をマイナス極性と判定し、前記積分値が時間の経過に伴って増加する場合に前記微粒子混合気の帯電極性をプラス極性と判定することを特徴とする帯電水粒子散布システム。
The charged water particle spraying system according to claim 3,
The determination unit determines that the charge polarity of the fine particle mixture is negative when the integrated value, which is the result of integration, decreases with time, and when the integrated value increases with time. 2. A charged water particle spraying system, characterized in that the charge polarity of said fine particle mixture is determined to be positive.
少なくとも、前記帯電噴霧ヘッド、前記帯電検出器及び前記吸引装置は、はしご消防車のはしご先端、高所作業消防車の高所作業台、又はブーム付消防車のブーム先端に設けられたことを特徴とする帯電水粒子散布システム。
The charged water particle spraying system according to any one of claims 1 to 4,
At least the electrification spray head, the electrification detector and the suction device are provided at the tip of the ladder of a ladder fire engine, the aerial workbench of a fire engine for aerial work, or the tip of the boom of a fire engine with a boom. A charged water particle spray system.
前記制御部は、前記帯電水粒子の帯電極性を、前記帯電検出器で検出した前記微粒子混合気の帯電極性と反対の帯電極性に切替え制御することを特徴とする帯電水粒子散布システム。 The charged water particle spraying system according to any one of claims 1 to 5,
The charged water particle spraying system, wherein the control unit switches the charge polarity of the charged water particles to a charge polarity opposite to the charge polarity of the fine particle mixture detected by the charge detector.
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