JP2023120802A - 消火設備 - Google Patents

Abstract

【課題】 大型化を抑制できる消火設備を提供する。
【解決手段】 消火設備は、電力により駆動して冷熱エネルギーを生成するように構成された冷熱生成装置と、空気からガス状の窒素を分離するように構成された分離装置と、分離装置からのガス状の窒素に冷熱生成装置が生成した冷熱エネルギーを伝達して液化させるように構成された凝縮器と、凝縮器において液化した液化窒素を貯蔵するように構成された貯蔵装置と、貯蔵装置から抜き出された窒素を送るための供給ラインと、供給ライン上に設けられる膨張タービンであって、液化窒素が気化した窒素ガスにより駆動される膨張タービンと、供給ライン上に設けられ、窒素ガスを消火剤として供給するための消火剤供給装置と、を備える。
【選択図】 図１

Description

本開示は、消火設備に関する。

従来の窒素ガス消火設備は、窒素ガスを貯蔵する複数のガスボンベを備え、火災発生時においてガスボンベから供給される窒素ガスを放出することで、火災を酸欠消火していた。この窒素ガス消火設備は、複数のガスボンベを貯蔵するための占有空間を必要とする。

特許文献１には、ガスタービンエンジンの動力で駆動される空気液化手段により生成した液体空気を貯蔵する液体空気タンクと、液体空気タンクから抜き出された液体空気を液体酸素と液体窒素とに分離する分離装置と、分離装置で分離された液体窒素を火災に放射するためのフレキシブルホースと、を備える消火装置が開示されている。

特開２００１－０９５９３４号公報

特許文献１に記載の消火装置は、液体空気を貯蔵し、貯蔵した液体空気を液体酸素と液体窒素に分離する構成のため、液体空気を貯蔵するための大型の液体空気タンクが必要となるため、消火装置の大型化を招く虞がある。また、特許文献１に記載の消火装置は、液体空気を生成する際に化石燃料を燃焼させるため、火災発生時において消火装置自体が危険物（燃焼物）になる虞がある。

上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、大型化を抑制できる消火設備を提供することを目的とする。

本発明の少なくとも一実施形態に係る消火設備は、
電力により駆動して冷熱エネルギーを生成するように構成された冷熱生成装置と、
空気からガス状の窒素を分離するように構成された分離装置と、
前記分離装置からの前記ガス状の窒素に前記冷熱生成装置が生成した前記冷熱エネルギーを伝達して液化させるように構成された凝縮器と、
前記凝縮器において液化した液化窒素を貯蔵するように構成された貯蔵装置と、
前記貯蔵装置から抜き出された前記窒素を送るための供給ラインと、
前記供給ライン上に設けられる膨張タービンであって、前記液化窒素が気化した窒素ガスにより駆動される膨張タービンと、
前記供給ライン上に設けられ、前記窒素ガスを消火剤として供給するための消火剤供給装置と、を備える。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、大型化を抑制できる消火設備が提供される。

一実施形態に係る消火設備の概略図である。 一実施形態に係る消火設備の概略図である。 一実施形態に係る消火設備の概略図である。 一実施形態に係る消火設備の概略図である。 一実施形態に係る消火設備の概略図である。 一実施形態に係る消火設備の概略図である。 一実施形態に係る消火設備の概略図である。

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

（消火設備）
図１～図７の各々は、一実施形態に係る消火設備１の概略図である。幾つかの実施形態に係る消火設備１は、図１～図７に示されるように、冷熱生成装置２と、分離装置３と、凝縮器４と、貯蔵装置５と、供給ライン６と、膨張タービン７と、消火剤供給装置８と、を少なくとも備える。

（冷熱生成装置）
冷熱生成装置２は、電力により駆動して冷熱エネルギーを生成するように構成されたものである。図示される実施形態では、冷熱生成装置２は、凝縮器４に熱媒体を送るための循環ライン２１と、循環ライン２１上に設けられた少なくとも１つの電動コンプレッサ２２と、循環ライン２１上に設けられた少なくとも１つの冷熱側膨張タービン２３と、を含む。電動コンプレッサ２２の各々は、電力により駆動して熱媒体を圧縮するように構成されている。冷熱側膨張タービン２３の各々は、電動コンプレッサ２２の各々よりも循環ライン２１上の下流側に設けられる。冷熱側膨張タービン２３の各々は、冷熱側膨張タービン２３に導かれた熱媒体を作動流体として駆動し、熱媒体を膨張させるように構成されている。

電動コンプレッサ２２を駆動させることで、電動コンプレッサ２２よりも循環ライン２１の上流側から電動コンプレッサ２２に熱媒体が導かれて、該熱媒体が圧縮される。電動コンプレッサ２２により圧縮された熱媒体は、冷熱側膨張タービン２３において膨張させられ、温度が低下する。凝縮器４には、循環ライン２１を介して、冷熱生成装置２にて生成された冷熱エネルギーを有する熱媒体が導かれる。

（分離装置）
分離装置３は、空気からガス状の窒素を分離するように構成されている。図示される実施形態では、分離装置３は、中空糸状の膜を束ねた膜モジュール３１を有する。分離装置３は、膜分離法を用いて、すなわち、膜モジュール３１に対する空気中の各ガス成分の透過速度の差を利用して、空気からガス状の窒素を取り出すように構成される。

具体的には、ガス状の酸素やガス状の二酸化炭素、水分等は、ガス状の窒素に比べて中空糸状の膜に対する透過速度が速い。膜モジュール３１に空気を送り込むと、透過速度が速いガス状の酸素等が中空糸状の膜を通り抜け、分離装置３の外部に排出される。そして、膜モジュール３１に残されたガス状の窒素が膜モジュール３１から取り出される。

図示される実施形態では、図１～図７に示されるように、消火設備１は、導入ライン１１と、電動の空気側圧縮機１２と、冷却器１４と、第１の流量調整弁１５と、をさらに備えていてもよい。以下の説明では、単に上流側と呼ぶ場合、方向の説明にかかる部位や領域における流体の主たる流れの方向に沿った上流側を指すものとする。同様に、以下の説明では、単に下流側と呼ぶ場合、方向の説明にかかる部位や領域における流体の主たる流れの方向に沿った下流側を指すものとする。

導入ライン１１は、空気からガス状の窒素を取り出し、取り出したガス状の窒素を液化させた液化窒素を貯蔵装置５に導くための供給系統からなる。分離装置３および凝縮器４の各々は、導入ライン１１上に設けられる。凝縮器４は、導入ライン１１上において、分離装置３よりも下流側に設けられる。凝縮器４には、分離装置３において空気から分離されたガス状の窒素が導かれる。

（空気側圧縮機）
空気側圧縮機１２は、導入ライン１１上の分離装置３よりも上流側に設けられる。空気側圧縮機１２は、分離装置３に導入される空気を圧縮するように構成される。図示される実施形態では、空気側圧縮機１２は、電動機１３と、電動機１３の回転軸の一方側に接続された第１の空気側圧縮機１２Ａと、電動機１３の回転軸の他方側に接続された第２の空気側圧縮機１２Ｂと、を含む。第２の空気側圧縮機１２Ｂは、導入ライン１１上の第１の空気側圧縮機１２Ａよりも上流側に設けられる。

第１の空気側圧縮機１２Ａおよび第２の空気側圧縮機１２Ｂの夫々は、電動機１３が電力を変換して出力する回転動力により回転駆動され、分離装置３に導入される空気を圧縮する。分離装置３に導入される空気を圧縮することで、分離装置３におけるガス成分の透過速度の差を大きくできるため、分離装置３において空気からガス状の窒素を精度良く取り出すことが可能となる。

（冷却器）
冷却器１４は、空気側圧縮機１２により圧縮された圧縮空気、又は、分離装置３において分離されたガス状の窒素、の何れか一方を、水を冷熱源として冷却するように構成される。冷却器１４では、空気側圧縮機１２における圧縮による高温になった圧縮空気やガス状の窒素を冷却できる。また、冷却器１４における冷熱源を供給量の調整が容易な水とすることで、圧縮空気やガス状の窒素を所定温度以下に安定的に下げることができる。

図１～図６に示される実施形態では、冷却器１４は、導入ライン１１上の分離装置３よりも下流側、且つ凝縮器４よりも上流側に設けられる。冷却器１４は、導入ライン１１を流れるガス状の窒素と、冷媒供給ラインを流れる水（冷媒）との間で熱交換可能に構成されていてもよい。冷却器１４における熱交換により、ガス状の窒素が冷却される。

図７に示される実施形態では、冷却器１４は、導入ライン１１上の空気側圧縮機１２よりも下流側、且つ分離装置３よりも上流側に設けられる。冷却器１４は、導入ライン１１を流れる圧縮空気と、冷媒供給ラインを流れる水（冷媒）との間で熱交換可能に構成されていてもよい。冷却器１４における熱交換により、圧縮空気が冷却される。

（凝縮器）
凝縮器４は、分離装置３からのガス状の窒素に冷熱生成装置２が生成した冷熱エネルギーを伝達して液化させるように構成される。凝縮器４は、循環ライン２１からの冷熱エネルギーを有する熱媒体と、導入ライン１１を流れるガス状の窒素との間で熱交換可能に構成されていてもよい。凝縮器４における熱交換により、導入ライン１１を流れるガス状の窒素が、熱媒体により冷却され、凝縮（液化）する。凝縮器４においてガス状の窒素が液化した液化窒素は、貯蔵装置５に導かれる。

第１の流量調整弁１５は、導入ライン１１上の凝縮器４よりも下流側、且つ貯蔵装置５よりも上流側に設けられる。第１の流量調整弁１５は、導入ライン１１上の第１の流量調整弁１５よりも下流側に導かれる液化窒素の流量を調整可能に構成される。

（貯蔵装置、供給ライン）
貯蔵装置５は、凝縮器４において液化した液化窒素を貯蔵するように構成される。供給ライン６は、貯蔵装置５から抜き出された窒素を送るための窒素の供給系統からなる。供給ライン６の一端（上流端）は、貯蔵装置５に接続されている。

（膨張タービン）
膨張タービン７は、供給ライン６上に設けられ、液化窒素が気化した窒素ガスにより駆動されるように構成される。膨張タービン７は、窒素ガスを膨張させて該窒素ガスからタービンの回転動力を回収するように構成される。消火設備１は、膨張タービン７に接続される発電機７１をさらに備えていてもよい。発電機７１は、膨張タービン７が回収した回転動力により回転駆動されて電力を生成するように構成される。

（消火剤供給装置）
消火剤供給装置８は、供給ライン６上に設けられ、液化窒素が気化した窒素ガスを消火剤として消火対象に供給するように構成される。消火剤供給装置８は、消火対象に消火剤（窒素ガス）を噴射するための少なくとも１つの消火剤噴射口８１を含んでいてもよい。

消火設備１は、供給ライン６上に設けられた少なくとも１つの第２の流量調整弁６４をさらに備えていてもよい。第２の流量調整弁６４は、供給ライン６上に第２の流量調整弁６４よりも下流側に導かれる液化窒素の流量を調整可能に構成される。

幾つかの実施形態に係る消火設備１は、図１～図７に示されるように、上述した冷熱生成装置２と、上述した分離装置３と、上述した凝縮器４と、上述した貯蔵装置５と、上述した供給ライン６と、上述した膨張タービン７と、上述した消火剤供給装置８と、を少なくとも備える。

上記の構成によれば、分離装置３において空気から分離されたガス状の窒素を、凝縮器４において冷熱生成装置２が生成した冷熱エネルギーにより液化させ、ガス状の窒素を液化させた液化窒素を貯蔵装置５に貯蔵できる。消火設備１は、ガス状の窒素を液化させた液化窒素を貯蔵装置５に貯蔵する構成であるため、ガス状の酸素を液化させた液化酸素を貯蔵する構成に比べて、凝縮器４や貯蔵装置５の大型化を抑制でき、ひいては消火設備１の大型化を抑制できる。消火設備１は、貯蔵装置５に貯蔵されていた液化窒素が気化した窒素ガスにより、膨張タービン７を駆動させて、膨張タービン７の出力を回収できる。また、消火設備１を備える構造物に火災が発生したときに、消火剤供給装置８により、貯蔵装置５に貯蔵されていた液化窒素が気化した窒素ガスを消火剤として消火対象に供給できる。

幾つかの実施形態では、図１、図２に示されるように、上述した貯蔵装置５（５Ａ）は、外部入熱により液化窒素が気化した窒素ガスを貯蔵可能に構成される。上述した供給ライン６は、貯蔵装置５の内部で気化した窒素ガスを送るための供給配管６Ａを含む。貯蔵装置５Ａに貯蔵された液化窒素を長期間に亘り放置することで、貯蔵装置５Ａの外部からの入熱により、貯蔵装置５Ａ内において液化窒素が気化して窒素ガスとなる。供給配管６Ａは、貯蔵装置５Ａに一端（上流端）が接続され、供給配管６Ａに貯蔵装置５Ａから窒素ガスが取り出される。

上記の構成によれば、貯蔵装置５Ａに貯蔵された液化窒素を、外部入熱により気化させて高圧の窒素ガスにすることで、供給配管６Ａ（供給ライン６）上に昇圧機器（昇圧ポンプ６７（図３参照）や圧縮機等）や気化器６８（図３参照）を設ける必要がない。また、上記の構成によれば、供給配管６Ａ上に昇圧機器や気化器６８が無いので、非常時等において、膨張タービン７や消火剤供給装置８に迅速に窒素ガスを供給可能である。

幾つかの実施形態では、図３～図７に示されるように、上述した貯蔵装置５（５Ｂ、５Ｃ）は、液化窒素を液状態のまま貯蔵可能に構成される。上述した消火設備１は、供給ライン６上に設けられ、液化窒素を気化させるように構成された少なくとも１つの気化器６８をさらに備える。

気化器６８の各々は、供給ライン６を流れる液化窒素と、空気等の熱媒との間で熱交換可能に構成されていてもよい。気化器６８における熱交換により、供給ライン６を流れる液化窒素が、熱媒により加熱され、蒸発（気化）する。気化器６８において液化窒素が気化した窒素ガスが膨張タービン７や消火剤供給装置８に導かれる。

上述した消火設備１は、図３～図６に示されるように、供給ライン６上に設けられた液化窒素を昇圧するための昇圧ポンプ６７をさらに備えていてもよい。昇圧ポンプ６７は、供給ライン６上を流れる液化窒素を昇圧するように構成される。

上記の構成によれば、貯蔵装置５Ａに窒素ガスを貯蔵する場合に比べて貯蔵装置５Ｂ、５Ｃの大型化を抑制できる。また、貯蔵装置５Ａに窒素ガスを貯蔵する場合は、貯蔵装置５Ａ内から窒素ガスが無くなるまで、貯蔵装置５Ａへの液化窒素の供給が困難である。これに対して、貯蔵装置５Ｂ、５Ｃに液化窒素を液状態のまま貯蔵する場合には、貯蔵装置５Ｂ、５Ｃへの液化窒素の供給時期に制限がないため、消火設備１において蓄電された電力等により生成された液化窒素を貯蔵装置５Ｂ、５Ｃに供給すること等が可能である。

幾つかの実施形態では、図３～図７に示されるように、上述した貯蔵装置５（５Ｃ）は、所定圧以上に圧縮された液化窒素を液状態のまま貯蔵可能に構成される。例えば、空気側圧縮機１２を大型なものにし、空気側圧縮機１２の吐出圧力を増大させることで、貯蔵装置５（５Ｃ）に貯蔵された液化窒素の圧力を所定圧以上にすることができる。

上記の構成によれば、貯蔵装置５に所定圧以上に圧縮された液化窒素を貯蔵した場合には、供給ライン６上に昇圧機器（昇圧ポンプ６７や圧縮機）等を設けなくても、膨張タービン７や消火剤供給装置８に窒素ガスを供給できる。また、上記の構成によれば、供給ライン６上に昇圧機器が無いので、非常時等において、膨張タービン７や消火剤供給装置８に迅速に窒素ガスを供給可能である。

幾つかの実施形態では、図２、図４に示されるように、上述した供給ライン６は、貯蔵装置５と膨張タービン７とを繋ぐ第１供給ライン６１と、膨張タービン７と消火剤供給装置８とを繋ぐ第２供給ライン６２Ａと、を含む。すなわち、消火剤供給装置８は、供給ライン６の膨張タービン７よりも下流側に設けられている。

上記の構成によれば、消火剤供給装置８に導かれる窒素ガスは、膨張タービン７においてエンタルピーが回収され、低温になっている。このため、消火剤供給装置８から消火対象に供給される窒素ガスは、燃焼物（火災熱源）への空気の供給を遮断する、又は酸素濃度を希釈する酸欠消火だけでなく、燃焼物（火災熱源）から熱を奪い、着火温度以下に下げる冷却消火を行うことができる。

幾つかの実施形態では、図１、図３、図５～図７に示されるように、上述した供給ライン６は、貯蔵装置５と膨張タービン７とを繋ぐ第１供給ライン６１と、第１供給ライン６１から分岐して消火剤供給装置８に接続される第２供給ライン６２と、を含む。

上述した少なくとも１つの第２の流量調整弁６４は、第１供給ライン６１上の第２供給ライン６２の上流端の接続位置６３と膨張タービン７の間に設けられる第３の流量調整弁６５と、第２供給ライン６２に設けられる第４の流量調整弁６６を含んでいてもよい。

上記の構成によれば、窒素ガスの供給先を膨張タービン７と消火剤供給装置８に択一的に切り替える運用が可能となる。これにより、非常時の消火や非常時の発電等の非常時の状態に対して、柔軟に対応可能であるため、非常時において膨張タービン７や消火剤供給装置８に所望量の窒素ガスを供給できる。

幾つかの実施形態では、図５、図６に示されるように、上述した少なくとも１つの気化器６８は、第１供給ライン６１上の第２供給ライン６２の上流端の接続位置６３と膨張タービン７の間に設けられる第１気化器６８Ａと、第２供給ライン６２に設けられる第２気化器６８Ｂと、を含む。

上記の構成によれば、第１気化器６８Ａにおいて液化窒素を気化させた窒素ガスを膨張タービン７に供給でき、第２気化器６８Ｂにおいて液化窒素を気化させた窒素ガスを消火剤供給装置８に供給できる。窒素ガスの供給先ごとに気化器を設けることで、各気化器において窒素ガスの供給先ごとに必要量の液化窒素を気化させることができるため、余剰な窒素ガスの生成を抑制できる。

幾つかの実施形態では、図６に示されるように、上述した消火設備１は、冷熱用熱媒体を循環させるように構成された冷熱回収サイクル９をさらに備える。上述した冷熱回収サイクル９は、冷熱用ポンプ９１と、冷熱用蒸発器９２と、冷熱用膨張タービン９３と、を含む。

冷熱用膨張タービン９３は、冷熱回収サイクル９上に設けられ、ガス状態の冷熱用熱媒体を膨張させるように構成される。冷熱用膨張タービン９３は、冷熱用熱媒体を膨張させて該冷熱用熱媒体からタービンの回転動力を回収するように構成される。消火設備１は、冷熱用膨張タービン９３に接続される発電機９４をさらに備えていてもよい。発電機９４は、冷熱用膨張タービン９３が回収した回転動力により回転駆動されて電力を生成するように構成される。

冷熱用ポンプ９１は、冷熱回収サイクル９上の第１気化器６８Ａよりも下流側に設けられ、冷熱用熱媒体を昇圧するように構成される。冷熱用蒸発器９２は、冷熱回収サイクル９上の冷熱用ポンプ９１よりも下流側、且つ冷熱用膨張タービン９３よりも上流側に設けられ、冷熱用熱媒体を蒸発させるように構成される。冷熱用蒸発器９２は、冷熱回収サイクル９を流れる冷熱用熱媒体と、熱媒との間で熱交換可能に構成されていてもよい。冷熱用蒸発器９２における熱交換により、冷熱回収サイクル９を流れる冷熱用熱媒体が、熱媒により加熱され、蒸発（気化）する。

上述した第１気化器６８Ａは、冷熱回収サイクル９上の冷熱用膨張タービン９３よりも下流側、且つ冷熱用ポンプ９１よりも上流側を流れる冷熱用熱媒体から第１供給ライン６１上を流れる液化窒素に熱エネルギーを伝達するように構成されている。第１気化器６８Ａは、第１供給ライン６１を流れる液化窒素と、冷熱回収サイクル９を流れる冷熱用熱媒体との間で熱交換可能に構成されていてもよい。第１気化器６８Ａにおける熱交換により、第１供給ライン６１を流れる液化窒素が、冷熱回収サイクル９を流れる冷熱用熱媒体により加熱され、蒸発（気化）する。また、第１気化器６８Ａにおける熱交換により、冷熱回収サイクル９を流れる冷熱用熱媒体が、第１供給ライン６１を流れる液化窒素により冷却され、凝縮（液化）する。

上記の構成によれば、膨張タービン７は、消火剤供給装置８に比べて、高速起動が求められない場合がある。消火設備１に冷熱回収サイクル９を設けることで、膨張タービン７の起動速度は遅くなるが、冷熱回収サイクル９の冷熱用膨張タービン９３の動力を回収できるため、消火設備１において回収できる動力を増加させることができる。

（空冷式の熱交換器）
幾つかの実施形態では、図３～図７に示されるように、上述した少なくとも１つの気化器６８は、供給ライン６を流れる液化窒素と大気中の空気との間で熱交換を行うように構成された、空冷式の熱交換器を含む。図５に示される実施形態では、第１気化器６８Ａおよび第２気化器６８Ｂの夫々が、上記空冷式の熱交換器からなる。図６に示される実施形態では、第２気化器６８Ｂが、上記空冷式の熱交換器からなる。

上記の構成によれば、仮に気化器６８が水等を熱媒とした場合には、気化器６８を急速起動させると、気化器６８において水等の熱媒が凍結し、気化器６８を閉塞される虞がある。これに対して、気化器６８として空冷式の熱交換器を採用した場合には、気化器６８の急速起動に伴う凍結リスクが低減されるため、気化器６８の急速起動が可能となる。

幾つかの実施形態では、上述した冷熱生成装置２における前記熱媒体は、空気、窒素、又はネオンの何れかからなる。上記の構成によれば、冷熱生成装置２における熱媒体として、不活性の窒素やネオン、窒素の含有割合が大きい空気を用いることで、火災に対する冷熱生成装置２の安全性を高めることができる。

幾つかの実施形態では、図１に示されるように、上述した消火設備１は、太陽光発電を実行可能に構成された太陽光発電装置１００をさらに備える。太陽光発電装置１００は、太陽光で発電するための太陽電池パネルを含んでいてもよい。上述した冷熱生成装置２は、太陽光発電装置１００が発生させた電力により駆動するように構成されている。

図１～図７に示されるように、冷熱生成装置２は、少なくとも１つの電動コンプレッサ２２又は少なくとも１つの冷熱側膨張タービン２３に発生させた回転動力を伝達するように構成された少なくとも１つの電動機２４Ａ、２４Ｂを含む。図示される実施形態では、少なくとも１つの電動機２４Ａ、２４Ｂは、第１の電動機２４Ａと、第１の電動機２４Ａとは異なる第２の電動機２４Ｂを含む。冷熱生成装置２は、少なくとも１つの電動機２４Ａ、２４Ｂに太陽光発電装置１００が発生させた電力を供給することで駆動する。

上記の構成によれば、消火設備１は、冷熱生成装置２が、太陽光発電装置１００が発生させた電力により駆動し、冷熱エネルギーを生成することで、貯蔵装置）に液化窒素を蓄えることができる。すなわち、太陽光発電装置１００が発生させた電力により、貯蔵装置５に液化窒素を蓄えることができ、窒素ガスの使用要望に応じて貯蔵装置５から液化窒素を供給できる。

（冷熱生成装置）
幾つかの実施形態では、図１～図７に示されるように、冷熱生成装置２の循環ライン２１は、熱媒体を循環させるように構成される。上述した少なくとも１つの電動コンプレッサ２２は、第１の電動機２４Ａに接続された第１電動コンプレッサ２２Ａと、第２の電動機２４Ｂに接続された第１電動コンプレッサ２２Ａであって、循環ライン２１の第１電動コンプレッサ２２Ａよりも上流側に設けられた第２の電動コンプレッサ２２Ｂと、を含む。冷熱側膨張タービン２３は、第１の電動機２４Ａに接続されている。

図１～図７に示される実施形態では、冷熱生成装置２は、循環ライン２１の第１電動コンプレッサ２２Ａよりも下流側、且つ冷熱側膨張タービン２３よりも上流側に設けられた第１冷却器２５と、循環ライン２１の第２の電動コンプレッサ２２Ｂよりも下流側、且つ第１電動コンプレッサ２２Ａよりも上流側に設けられた第２冷却器２７と、を含む。第１冷却器２５および第２冷却器２７の夫々は、循環ライン２１を流れる熱媒体と、水等の冷媒との間で熱交換を行うように構成されていてもよい。

図１～図７に示される実施形態では、冷熱生成装置２は、循環ライン２１上に設けられた熱交換器２６をさらに含んでいてもよい。熱交換器２６は、循環ライン２１の第１冷却器２５よりも下流側、且つ冷熱側膨張タービン２３よりも上流側を流れる熱媒体と、循環ライン２１の凝縮器４よりも下流側且つ第２の電動コンプレッサ２２Ｂよりも上流側を流れる熱媒体との間で熱交換を行うように構成されている。

なお、上述した第１の流量調整弁１５及び第２の流量調整弁６４の夫々は、全閉と全開に開度調整可能な開閉弁でもよいし、全閉と全開とこれらの間の少なくとも１つの中間開度に開度調整可能な開度調整弁でもよい。

本明細書において、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
また、本明細書において、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
また、本明細書において、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

本開示は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。

上述した幾つかの実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握されるものである。

１）本開示の少なくとも一実施形態に係る消火設備（１）は、
電力により駆動して冷熱エネルギーを生成するように構成された冷熱生成装置（２）と、
空気からガス状の窒素を分離するように構成された分離装置（３）と、
前記分離装置（３）からの前記ガス状の窒素に前記冷熱生成装置（２）が生成した前記冷熱エネルギーを伝達して液化させるように構成された凝縮器（４）と、
前記凝縮器（４）において液化した液化窒素を貯蔵するように構成された貯蔵装置（５）と、
前記貯蔵装置（５）から抜き出された前記窒素を送るための供給ライン（６）と、
前記供給ライン（６）上に設けられる膨張タービン（７）であって、前記液化窒素が気化した窒素ガスにより駆動される膨張タービン（７）と、
前記供給ライン（６）上に設けられ、前記窒素ガスを消火剤として供給するための消火剤供給装置（８）と、を備える。

上記１）の構成によれば、消火設備（１）は、ガス状の窒素を液化させた液化窒素を貯蔵装置（５）に貯蔵する構成であるため、ガス状の酸素を液化させた液化酸素を貯蔵する構成に比べて、凝縮器（４）や貯蔵装置（５）の大型化を抑制でき、ひいては消火設備（１）の大型化を抑制できる。消火設備（１）は、貯蔵装置（５）に貯蔵されていた液化窒素が気化した窒素ガスにより、膨張タービン（７）を駆動させて、膨張タービン（７）の出力を回収できる。また、消火設備（１）を備える構造物に火災が発生したときに、消火剤供給装置（８）により、貯蔵装置（５）に貯蔵されていた液化窒素が気化した窒素ガスを消火剤として消火対象に供給できる。

２）幾つかの実施形態では、上記１）に記載の消火設備（１）であって、
前記貯蔵装置（５）は、外部入熱により前記液化窒素が気化した前記窒素ガスを貯蔵可能に構成され、
前記供給ライン（６）は、前記貯蔵装置（５）の内部で気化した前記窒素ガスを送るための供給配管（６Ａ）を含む。

上記２）の構成によれば、貯蔵装置（５）に貯蔵された液化窒素を、外部入熱により気化させて高圧の窒素ガスにすることで、供給配管（６Ａ）上に昇圧機器（昇圧ポンプ６７や圧縮機等）や気化器（６８）を設ける必要がない。また、上記２）の構成によれば、供給配管（６Ａ）上に昇圧機器や気化器（６８）が無いので、非常時等において、膨張タービン（７）や消火剤供給装置（８）に迅速に窒素ガスを供給可能である。

３）幾つかの実施形態では、上記２）に記載の消火設備（１）であって、
前記供給ライン（６）は、
前記貯蔵装置（５）と前記膨張タービン（７）とを繋ぐ第１供給ライン（６１）と、
前記第１供給ライン（６１）から分岐して前記消火剤供給装置（８）に接続される第２供給ライン（６２）と、を含む。

上記３）の構成によれば、窒素ガスの供給先を膨張タービン（７）と消火剤供給装置（８）に択一的に切り替える運用が可能となる。これにより、非常時の消火や非常時の発電等の非常時の状態に対して、柔軟に対応可能であるため、非常時において膨張タービン（７）や消火剤供給装置（８）に所望量の窒素ガスを供給できる。

４）幾つかの実施形態では、上記２）に記載の消火設備（１）であって、
前記消火剤供給装置（８）は、前記供給ライン（６）の前記膨張タービン（７）よりも下流側に設けられた。

上記４）の構成によれば、消火剤供給装置（８）に導かれる窒素ガスは、膨張タービン（７）においてエンタルピーが回収され、低温になっている。このため、消火剤供給装置（８）から消火対象に供給される窒素ガスは、燃焼物（火災熱源）への空気の供給を遮断する、又は酸素濃度を希釈する酸欠消火だけでなく、燃焼物（火災熱源）から熱を奪い、着火温度以下に下げる冷却消火を行うことができる。

５）幾つかの実施形態では、上記１）に記載の消火設備（１）であって、
前記貯蔵装置（５）は、前記液化窒素を液状態のまま貯蔵可能に構成され、
前記消火設備（１）は、前記供給ライン（６）上に設けられ、前記液化窒素を気化させるように構成された少なくとも１つの気化器（６８）をさらに備える。

上記５）の構成によれば、貯蔵装置（５）に窒素ガスを貯蔵する場合に比べて貯蔵装置（５）の大型化を抑制できる。また、貯蔵装置（５）に窒素ガスを貯蔵する場合は、貯蔵装置（５）内から窒素ガスが無くなるまで、貯蔵装置（５）への液化窒素の供給が困難である。これに対して、貯蔵装置（５）に液化窒素を液状態のまま貯蔵する場合には、貯蔵装置（５）への液化窒素の供給時期に制限がないため、消火設備（１）において蓄電された電力等により生成された液化窒素を貯蔵装置（５）に供給すること等が可能である。

６）幾つかの実施形態では、上記５）に記載の消火設備（１）であって、
前記供給ライン（６）は、
前記貯蔵装置（５）と前記膨張タービン（７）とを繋ぐ第１供給ライン（６１）と、
前記第１供給ライン（６１）から分岐して前記消火剤供給装置（８）に接続される第２供給ライン（６２）と、を含む。

上記６）の構成によれば、窒素ガスの供給先を膨張タービン（７）と消火剤供給装置（８）に択一的に切り替える運用が可能となる。これにより、非常時の消火や非常時の発電等の非常時の状態に対して、柔軟に対応可能であるため、非常時において膨張タービン（７）や消火剤供給装置（８）に所望量の窒素ガスを供給できる。

７）幾つかの実施形態では、上記５）に記載の消火設備（１）であって、
前記消火剤供給装置（８）は、前記供給ライン（６）の前記膨張タービン（７）よりも下流側に設けられた。

上記７）の構成によれば、消火剤供給装置（８）に導かれる窒素ガスは、膨張タービン（７）においてエンタルピーが回収され、低温になっている。このため、消火剤供給装置（８）から消火対象に供給される窒素ガスは、燃焼物（火災熱源）への空気の供給を遮断する、又は酸素濃度を希釈する酸欠消火だけでなく、燃焼物（火災熱源）から熱を奪い、着火温度以下に下げる冷却消火を行うことができる。

８）幾つかの実施形態では、上記６）に記載の消火設備（１）であって、
前記少なくとも１つの気化器（６８）は、
前記第１供給ライン（６１）上の前記第２供給ライン（６２）の上流端の接続位置と前記膨張タービン（７）の間に設けられる第１気化器（６８Ａ）と、
前記第２供給ライン（６２）に設けられる第２気化器（６８Ｂ）と、を含む。

上記８）の構成によれば、第１気化器（６８Ａ）において液化窒素を気化させた窒素ガスを膨張タービン（７）に供給でき、第２気化器（６８Ｂ）において液化窒素を気化させた窒素ガスを消火剤供給装置（８）に供給できる。窒素ガスの供給先ごとに気化器を設けることで、各気化器において窒素ガスの供給先ごとに必要量の液化窒素を気化させることができるため、余剰な窒素ガスの生成を抑制できる。

９）幾つかの実施形態では、上記８）に記載の消火設備（１）であって、
冷熱用熱媒体を循環させるように構成された冷熱回収サイクル（９）をさらに備え、
前記冷熱回収サイクル（９）は、
前記冷熱回収サイクル（９）上に設けられたガス状態の前記冷熱用熱媒体を膨張させるための冷熱用膨張タービン（９３）、
前記冷熱回収サイクル（９）上の前記第１気化器（６８Ａ）よりも下流側に設けられた前記冷熱用熱媒体を昇圧するための冷熱用ポンプ（９１）、
前記冷熱回収サイクル（９）上の前記冷熱用ポンプ（９１）よりも下流側、且つ前記冷熱用膨張タービン（９３）よりも上流側に設けられた前記冷熱用熱媒体を蒸発させるための冷熱用蒸発器（９２）と、を含み、
前記第１気化器（６８Ａ）は、前記冷熱回収サイクル（９）上の冷熱用膨張タービン（９３）よりも下流側、且つ冷熱用ポンプ（９１）よりも上流側を流れる前記冷熱用熱媒体から前記第１供給ライン（６１）上を流れる前記液化窒素に熱エネルギーを伝達するように構成された。

上記９）の構成によれば、膨張タービン（７）は、消火剤供給装置（８）に比べて、高速起動が求められない場合がある。消火設備（１）に冷熱回収サイクル（９）を設けることで、膨張タービン（７）の起動速度は遅くなるが、冷熱回収サイクル（９）の冷熱用膨張タービン（９３）の動力を回収できるため、消火設備（１）において回収できる動力を増加させることができる。

１０）幾つかの実施形態では、上記５）から上記９）までの何れかに記載の消火設備（１）であって、
前記少なくとも１つの気化器（６８）は、前記供給ライン（６）を流れる前記液化窒素と大気中の空気との間で熱交換を行うように構成された熱交換器を含む。

上記１０）の構成によれば、仮に気化器（６８）が水等を熱媒とした場合には、気化器（６８）を急速起動させると、気化器（６８）において水等の熱媒が凍結し、気化器（６８）を閉塞される虞がある。これに対して、気化器（６８）として空冷式の熱交換器を採用した場合には、気化器（６８）の急速起動に伴う凍結リスクが低減されるため、気化器（６８）の急速起動が可能となる。

１１）幾つかの実施形態では、上記５）から上記１０）までの何れかに記載の消火設備（１）であって、
前記貯蔵装置（５）は、所定圧以上に圧縮された前記液化窒素を液状態のまま貯蔵可能に構成された。

上記１１）の構成によれば、貯蔵装置（５）に所定圧以上に圧縮された液化窒素を貯蔵した場合には、供給ライン（６）上に昇圧機器（昇圧ポンプ６７や圧縮機等）を設けなくても、膨張タービン（７）や消火剤供給装置（８）に窒素ガスを供給できる。また、上記１１）の構成によれば、供給ライン（６）上に昇圧機器が無いので、非常時等において、膨張タービン（７）や消火剤供給装置（８）に迅速に窒素ガスを供給可能である。

１２）幾つかの実施形態では、上記１）から上記１１）までの何れかに記載の消火設備（１）であって、
前記冷熱生成装置（２）は、
前記凝縮器に熱媒体を送るための循環ライン（２１）と、
前記循環ライン（２１）上に設けられ、前記熱媒体を圧縮するように構成された少なくとも１つの電動コンプレッサ（２２）と、
前記循環ライン（２１）上に設けられ、前記熱媒体を膨張させるように構成された少なくとも１つの電動タービン（２３）と、を含む。

上記１２）の構成によれば、電動コンプレッサ（２２）を駆動させることで、電動コンプレッサ（２２）よりも循環ライン（２１）の上流側から電動コンプレッサ（２２）に熱媒体が導かれて、該熱媒体が圧縮される。電動コンプレッサ（２２）により圧縮された熱媒体は、冷熱側膨張タービン（２３）において膨張させられ、温度が低下する。よって、上記１２）の構成によれば、循環ライン（２１）を介して、凝縮器（４）に冷熱生成装置（２）にて生成された冷熱エネルギーを有する熱媒体を導くことができる。

１３）幾つかの実施形態では、上記１２）に記載の消火設備（１）であって、
前記冷熱生成装置（２）における前記熱媒体は、空気、窒素、又はネオンの何れかからなる。

上記１３）の構成によれば、冷熱生成装置（２）における熱媒体として、不活性の窒素やネオン、窒素の含有割合が大きい空気を用いることで、火災に対する冷熱生成装置（２）の安全性を高めることができる。

１４）幾つかの実施形態では、上記１）から上記１３）までの何れかに記載の消火設備（１）であって、
太陽光発電を実行可能に構成された太陽光発電装置（１００）をさらに備え、
前記冷熱生成装置（２）は、前記太陽光発電装置（１００）が発生させた電力により駆動するように構成された。

上記１４）の構成によれば、消火設備（１）は、冷熱生成装置（２）が、太陽光発電装置（１００）が発生させた電力により駆動し、冷熱エネルギーを生成することで、貯蔵装置（５）に液化窒素を蓄えることができる。すなわち、太陽光発電装置（１００）が発生させた電力により、貯蔵装置（５）に液化窒素を蓄えることができ、窒素ガスの使用要望に応じて貯蔵装置（５）から液化窒素を供給できる。

１５）幾つかの実施形態では、上記１）から上記１４）までの何れかに記載の消火設備（１）であって、
前記分離装置（３）に導入される前記空気を圧縮するように構成された電動の空気側圧縮機（１２）と、
前記空気側圧縮機（１２）により圧縮された圧縮空気、又は、前記分離装置（３）において分離された前記ガス状の窒素、の何れか一方を、水を冷熱源として冷却するように構成された冷却器（１４）と、をさらに備える。

上記１５）の構成によれば、空気側圧縮機（１２）において、分離装置（３）に導入される空気を圧縮することで、分離装置（３）におけるガス成分の透過速度の差を大きくできるため、分離装置（３）において空気からガス状の窒素を精度良く取り出すことが可能となる。冷却器（１４）では、空気側圧縮機（１２）における圧縮による高温になった圧縮空気やガス状の窒素を冷却できる。冷却器（１４）における冷熱源を供給量の調整が容易な水とすることで、圧縮空気やガス状の窒素を所定温度以下に安定的に下げることができる。

１ 消火設備
２ 冷熱生成装置
３ 分離装置
４ 凝縮器
５，５Ａ～５Ｃ 貯蔵装置
６ 供給ライン
７ 膨張タービン
８ 消火剤供給装置
９ 冷熱回収サイクル
１１ 導入ライン
１２ 空気側圧縮機
１３，２４Ａ，２４Ｂ 電動機
１４ 冷却器
１５ 第１の流量調整弁
２１ 循環ライン
２２ 電動コンプレッサ
２３ 冷熱側膨張タービン
２５ 第１冷却器
２６ 熱交換器
２７ 第２冷却器
３１ 膜モジュール
６１ 第１供給ライン
６２，６２Ａ 第２供給ライン
６３ 接続位置
６４ 第２の流量調整弁
６５ 第３の流量調整弁
６６ 第４の流量調整弁
６７ 昇圧ポンプ
６８ 気化器
７１，９４ 発電機
８１ 消火剤噴射口
９１ 冷熱用ポンプ
９２ 冷熱用蒸発器
９３ 冷熱用膨張タービン
１００ 太陽光発電装置

Claims (15)

1. 電力により駆動して冷熱エネルギーを生成するように構成された冷熱生成装置と、
   空気からガス状の窒素を分離するように構成された分離装置と、
   前記分離装置からの前記ガス状の窒素に前記冷熱生成装置が生成した前記冷熱エネルギーを伝達して液化させるように構成された凝縮器と、
   前記凝縮器において液化した液化窒素を貯蔵するように構成された貯蔵装置と、
   前記貯蔵装置から抜き出された前記窒素を送るための供給ラインと、
   前記供給ライン上に設けられる膨張タービンであって、前記液化窒素が気化した窒素ガスにより駆動される膨張タービンと、
   前記供給ライン上に設けられ、前記窒素ガスを消火剤として供給するための消火剤供給装置と、を備える、
   消火設備。
2. 前記貯蔵装置は、外部入熱により前記液化窒素が気化した前記窒素ガスを貯蔵可能に構成され、
   前記供給ラインは、前記貯蔵装置の内部で気化した前記窒素ガスを送るための供給配管を含む、
   請求項１に記載の消火設備。
3. 前記供給ラインは、
   前記貯蔵装置と前記膨張タービンとを繋ぐ第１供給ラインと、
   前記第１供給ラインから分岐して前記消火剤供給装置に接続される第２供給ラインと、を含む、
   請求項２に記載の消火設備。
4. 前記消火剤供給装置は、前記供給ラインの前記膨張タービンよりも下流側に設けられた、
   請求項２に記載の消火設備。
5. 前記貯蔵装置は、前記液化窒素を液状態のまま貯蔵可能に構成され、
   前記消火設備は、前記供給ライン上に設けられ、前記液化窒素を気化させるように構成された少なくとも１つの気化器をさらに備える、
   請求項１に記載の消火設備。
6. 前記供給ラインは、
   前記貯蔵装置と前記膨張タービンとを繋ぐ第１供給ラインと、
   前記第１供給ラインから分岐して前記消火剤供給装置に接続される第２供給ラインと、を含む、
   請求項５に記載の消火設備。
7. 前記消火剤供給装置は、前記供給ラインの前記膨張タービンよりも下流側に設けられた、
   請求項５に記載の消火設備。
8. 前記少なくとも１つの気化器は、
   前記第１供給ライン上の前記第２供給ラインの上流端の接続位置と前記膨張タービンの間に設けられる第１気化器と、
   前記第２供給ラインに設けられる第２気化器と、を含む、
   請求項６に記載の消火設備。
9. 冷熱用熱媒体を循環させるように構成された冷熱回収サイクルをさらに備え、
   前記冷熱回収サイクルは、
   前記冷熱回収サイクル上に設けられたガス状態の前記冷熱用熱媒体を膨張させるための冷熱用膨張タービン、
   前記冷熱回収サイクル上の前記第１気化器よりも下流側に設けられた前記冷熱用熱媒体を昇圧するための冷熱用ポンプ、
   前記冷熱回収サイクル上の前記冷熱用ポンプよりも下流側、且つ前記冷熱用膨張タービンよりも上流側に設けられた前記冷熱用熱媒体を蒸発させるための冷熱用蒸発器と、を含み、
   前記第１気化器は、前記冷熱回収サイクル上の冷熱用膨張タービンよりも下流側、且つ冷熱用ポンプよりも上流側を流れる前記冷熱用熱媒体から前記第１供給ライン上を流れる前記液化窒素に熱エネルギーを伝達するように構成された、
   請求項８に記載の消火設備。
10. 前記少なくとも１つの気化器は、前記供給ラインを流れる前記液化窒素と大気中の空気との間で熱交換を行うように構成された熱交換器を含む、
    請求項５乃至９の何れか１項に記載の消火設備。
11. 前記貯蔵装置は、所定圧以上に圧縮された前記液化窒素を液状態のまま貯蔵可能に構成された、
    請求項５乃至１０の何れか１項に記載の消火設備。
12. 前記冷熱生成装置は、
    前記凝縮器に熱媒体を送るための循環ラインと、
    前記循環ライン上に設けられ、前記熱媒体を圧縮するように構成された少なくとも１つの電動コンプレッサと、
    前記循環ライン上に設けられ、前記熱媒体を膨張させるように構成された少なくとも１つの電動タービンと、を含む、
    請求項１乃至１１の何れか１項に記載の消火設備。
13. 前記冷熱生成装置における前記熱媒体は、空気、窒素、又はネオンの何れかからなる、
    請求項１２に記載の消火設備。
14. 太陽光発電を実行可能に構成された太陽光発電装置をさらに備え、
    前記冷熱生成装置は、前記太陽光発電装置が発生させた電力により駆動するように構成された、
    請求項１乃至１３の何れか１項に記載の消火設備。
15. 前記分離装置に導入される前記空気を圧縮するように構成された電動の空気側圧縮機と、
    前記空気側圧縮機により圧縮された圧縮空気、又は、前記分離装置において分離された前記ガス状の窒素、の何れか一方を、水を冷熱源として冷却するように構成された冷却器と、をさらに備える、
    請求項１乃至１４の何れか１項に記載の消火設備。

Images