JP2999766B1 - 水噴霧付き気体消火装置 - Google Patents

水噴霧付き気体消火装置

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JP2999766B1
JP2999766B1 JP4217999A JP4217999A JP2999766B1 JP 2999766 B1 JP2999766 B1 JP 2999766B1 JP 4217999 A JP4217999 A JP 4217999A JP 4217999 A JP4217999 A JP 4217999A JP 2999766 B1 JP2999766 B1 JP 2999766B1
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聡 檜垣
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Abstract

【要約】 【課題】 気体消火剤と水との二流体消火装置を一体的
に簡素に構成する。 【解決手段】 気体消火装置としての窒素消火装置は、
通常の構成に加えて、管オリフィス部4、ノズル管5、
水容器6、これらの間を結合する水供給管7及び窒素導
入管8等を備えている。 【効果】 矢印の方向に窒素が流れると、オリフィス4
1によって窒素出口44がノズル管5の水出口52より
高い圧力になり、水容器6内の水が水出口から放出さ
れ、個別消火ラインの根元位置で水と窒素が混ぜられ
る。そのため、消火ライン25でも水が小粒化され、噴
射ヘッド26から噴射されると霧化され、窒素を補助し
消火効果を高める。既存の窒素消火装置を変更せず、容
易に実施できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、気体消火剤を高圧
に充填した消火剤容器から配管系を導設して消火対象区
画に気体消火剤を供給可能な気体消火装置に関し、特に
水と気体消火剤とを併用した二流体消火技術に関する。
【0002】
【従来の技術】窒素や二酸化炭素等の気体消火剤と噴霧
水とを併用した消火装置としては、これらをそれぞれ別
の配管によって消火すべき部屋まで導設し、消火対象物
に対して気体消火剤と微粒子水滴とを互いに接近した位
置から別々に噴射し、少ない水量の水噴霧によって気体
消火剤の濃度を下げて人体に対する安全性を向上させよ
うとした装置が提案されている(特開平8ー33730
号公報参照)。
【0003】しかしながら、このような装置では、気体
消火剤の配管系と共に高圧の水ポンプや水の配管系が二
重に必要となり、装置構成が複雑になってコストが高く
なる。又、水用及び気体消火剤用の両方の装置を操作す
る必要があり、操作が面倒で装置の保守整備にも余分の
手間がかかる。更に、ポンプが20kgf/cm2 程度の低い
圧力であるため、水の霧化が不十分になる。
【0004】一方、水のみの噴霧消火装置として、水に
添加剤を加えて水の表面張力を下げて低圧でも霧化し易
くすると共に、添加剤によって水の沸点を高くして浮遊
時間を長くし、消火と燃焼抑制効果とを高めようとした
装置が提案されている(特開平8ー33731号公報参
照)。しかしながら、このような装置における噴霧水だ
けでは消火剤としての十分な量を得るのが難しく、気化
消火剤としての効果が不十分である。又添加剤の量の調
整も難しく、更に添加剤によって消火される部屋が汚染
されクリーンな消火ができないという問題がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は従来技術に於
ける上記問題を解決し、構造が簡単で低コストで操作を
必要とせずクリーンな水噴霧装置を付加し、消火効果及
び安全性の高い気体消火装置を提供することを課題とす
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、請求項1の発明は、気体消火剤を高圧に充
填した消火剤容器から配管系を導設して消火対象区画に
気体消火剤を供給可能な気体消火装置において、前記配
管系のうちの前記消火剤容器の近傍部分に設けられ水入
口及び前記近傍部分の中に水を出せる水出口を備えた水
供給部材と、前記配管系とは別に前記水供給部材の近傍
の低い位置に設けられ水が溜められる水容器であって溜
められた前記水の上部に開口した加圧用気体入口と前記
水の底部に通じる水取出口とを備えた水容器と、前記近
傍部分に開けられた加圧用気体出口と、前記水入口と前
記水取出口とを結合する水用管と、前記加圧用気体出口
と前記加圧用気体入口とを結合する気体用管と、を有
し、前記加圧用気体出口と前記水出口とは前記配管系に
前記気体消火剤が流れたときに前記加圧用気体出口の部
分の圧力が前記水出口の部分の圧力より高くなる関係に
設けられることを特徴とする。
【0007】請求項2の発明は、上記に加えて、前記近
傍部分は前記消火剤が流れたときに相対的に圧力の高い
部分と低い部分とを形成するように設けられた差圧発生
部材を備え、前記加圧用気体出口は前記圧力の高い部分
に設けられ前記水出口は前記圧力の低い部分の近傍に設
けられていることを特徴とする。
【0008】
【発明の実施の形態】図1は本発明を適用した気体消火
装置としての窒素消火装置の全体構成及びその噴霧水注
入部分の構成の一例を示す。
【0009】窒素消火装置は、気体消火剤としての窒素
を150kgf/cm2 程度の高圧に充填した消火剤容器とし
ての窒素容器1から配管系2を導設して消火対象区画で
あるビルや工場等の一定の消火区画C(以下では単に
「区画C」ということがある)に窒素を供給可能な装置
であり、噴霧用水注入部分Sを備えている。
【0010】このような窒素消火装置は、通常の構成と
して、容器付き弁1a、110kgf/cm2G程度の圧力を持
つ起動用のCO2 ボンベ3、これに装着され通常ソレノ
イド等で作動するスターター3a、起動ガスライン3
b、配管系2のうちの消火元ライン21、安全装置2
2、元弁23、消火区画Cに対応して設けられる選択弁
24、個別消火ライン25、区画C内に必要数配設され
た噴射ヘッド26、その他図示していないがスターター
3aに接続される制御盤、これに接続される手動及び必
要に応じて設けられる自動起動装置、等によって構成さ
れている。
【0011】このような窒素消火装置のうち、窒素容器
1から選択弁24を経由して個別消火ライン25の途中
までの部分は、図において点線で示す如く通常建物の地
下室等に設けられる容器室Rの中に配置される。そし
て、各区画Cには選択弁24以後長く導設される個別消
火ライン25を経由して窒素が供給される。なお、本例
では窒素容器1を3本だけ図示しているが、実際の設備
では数10本以上設けられることが多い。又、消火区画
Cも2区画だけ図示しているが、ビルや工場等では多区
画であることが多い。
【0012】噴霧用水注入部分Sは、管オリフィス部
4、水供給部材としてのノズル管5、水容器6、水用管
である水供給管7、気体用管である窒素補給管8等によ
って構成されている。
【0013】管オリフィス部4は、管内に差圧発生部材
としてのオリフィス41を備え、窒素が流れたときに相
対的に圧力の高い部分である上流部42と圧力の低い部
分である下流部43とを形成するように設けられてい
る。この管オリフィス部4は、本例では差圧発生部材で
あると共に、配管系2のうちの窒素容器1の近傍部分で
あり、配管系2において個別消火ライン25中の選択弁
24の上部に近い位置に介装されている。又、管オリフ
ィス部4には、その上流部42の位置に加圧用気体出口
である窒素出口44が開口している。
【0014】ノズル管5は、水入口51及び水出口52
を備えている。ノズル管5も消火剤容器1の近傍部分に
設けられるが、本例では近傍部分として上記の如く管オ
リフィス部4が設けられるので、ノズル管5はその中の
下流部43部分に設けられている。そして水出口52は
管オリフィス部4の中に水を出せるように開口してい
る。
【0015】水容器6は、配管系2とは別にノズル管5
の近傍の低い位置として例えばノズル管5から1m程度
下の位置に設けられて、中に水が溜められる。水容器6
には、図において水位Lを点線で示すように溜められた
水Wの上部に開口した加圧用気体入口としての窒素入口
61と内管62を介して水の底部に通じる水水取出口6
3が設けられる。なお、内管62を設ける代わりに、水
容器6の底又は底に近い側面の底部位置に直接水取出口
63を設けるようにしてもよい。水供給管7はノズル管
5の水入口51とタンク6の水取出口63とを結合して
いる。窒素補給管8はオリフィス管4の窒素出口44と
水容器6の窒素入口61とを結合している。
【0016】このような噴霧用水注入部分Sでは、窒素
出口44と水出口52とは、配管系2に窒素が流れたと
きに窒素出口44の部分の圧力が水出口52の部分の圧
力より高くなる関係に設けられるが、本例では前記の如
く、窒素出口44をオリフィス41における相対的に圧
力の高い上流部42に設け、一方水出口52は相対的に
圧力の低い下流部43に設け、更に水出口52を窒素ガ
スの流れ方向である矢印で示す上方に向けてこの部分に
周囲の窒素流れによる負圧効果を持たせ、窒素出口44
と水出口52との間で十分な差圧を発生させるようにし
ている。但し後述するように、差圧を発生させる方法と
しては他の種々の方法を用いることができる。
【0017】なお、ノズル管5と水供給管7又は水供給
管7と内管62とは一体部材であっても別の部材であっ
てもよい。水容器6への水の補給は、特に図示していな
いが、可搬式水タンクを用いて容器に設けられる図示し
ない水補給口から水を注入したり、水道等の既設の水配
管から水補給用の配管を導設する等、適当な方法で行わ
れる。
【0018】このような構造によれば、窒素容器1から
選択弁24の出口の個別消火ライン25の一部分までが
容器室R内に配置されるので、噴霧用水注入部分Sを構
成する管オリフィス部4、ノズル管5、水容器6及び管
7、8を全て容器室R内に配置することができる。従っ
て、装置全体がまとまった合理的な配置になると共に、
この容器室R内において窒素に水を混入させることがで
きる。その結果、本数が多く且つ長くなる水配管を窒素
配管とは別にそれぞれの区画Cまで導設する必要がなく
なり、二流体消火の可能な設備を大幅に簡素化し、配管
等のスペースの節約とコスト低減を図ることができる。
又、噴霧用水注入部分Sを追加するだけで、既存の窒素
消火設備を変更することなくそのまま利用することがで
きる。従って、本発明は既存の設備に対する適用性も極
めて良い。以上のような水噴霧付き窒素消火装置は次の
ように運転される。
【0019】それぞれの容器1、3、6にはそれぞれ窒
素、CO2 及び水が予め入れられていて、火災発生時に
対応し得る状態になっている。この状態で例えば図の左
側の区画C1 で火災が発生すると、手動又は自動でスタ
ーター2aが作動され、CO 2 ボンベ3から起動ガスラ
イン3bを介して図示しない弁作動機構によって容器付
き弁1aに圧力110kgf/cm2G程度の作動ガスが導入さ
れ、弁1aが開いて配管系2に窒素が供給される。元弁
23は通常開いていて、区画C1 に対応した図において
左側の選択弁24が自動的に開き、同じく左側の個別消
火ライン25を介して区画C1 に窒素が供給される。
【0020】このときには、このラインに窒素容器1内
の圧力150kgf/cm2Gの窒素が110kgf/cm2Gまで減圧
されて供給され、窒素は噴射ヘッド26から高速で区画
1内に噴射される。なお、容器付き弁1aには種々の
形式のものがあるが、この弁により又は他の減圧弁を追
加することにより、消火ラインは通常110kgf/cm2Gの
圧力に維持される。
【0021】配管系2に窒素が流れると、管オリフィス
部4では図1(b)に示す如く窒素の流線が形成され、
圧力曲線で示すようにオリフィス41の上流部42部分
の圧力P1 が下流部43部分の圧力P2 より相対的に高
い圧力になり、又、ノズル管5の水出口52部分がその
周辺の下流部43の圧力P2 より更に低い低圧部P2´
になるため、窒素出口44から水容器6の窒素入口61
を介して水面Lに作用する圧力P1 と上記圧力P2 ´と
の差圧により、水容器6内の水Wが押し出されてノズル
部5の水出口52から噴出する。即ち、何ら操作をする
ことなく水を供給することができる。
【0022】このときの水の供給量は、上記差圧、水出
口52と水面Lとの高低差、管7、8の抵抗等の諸条件
によって定まる。但し、個別消火ライン25内の窒素の
流速は例えば60m/sec 程度で極めて大きいので、容
易に必要な差圧を発生させて十分な水量を流し、目的と
する水量を確保することができる。なお、図示していな
いが、水供給管7又は窒素補給管8の何れか又は双方に
ニードル弁等を設けて、上記水量を調整できるようにし
てもよい。
【0023】水出口52から放出された水は初速度を有
するが、管内を全体的に流れる窒素の流速に較べると十
分小さいので、粒状になった水滴Wpには、図2に示す如
く、その質量mによる下向きの自重mgとこれより大き
く窒素の流れによって生ずる上向きの圧力抵抗である抗
力Dとが作用する。その結果、水滴Wpは、これらの力の
差によって窒素の流れ方向に運ばれると共に、不均等な
抗力Dによって表面が広がって分割され、小粒化され
る。そして水滴が小さくなると、その自重よりも搬送力
が相対的に大きくなり、水滴は小さい力で搬送されるよ
うになる。その結果、水滴の自重、搬送力、表面張力等
がバランスし、ノズル部5から噴出した水は最終的にほ
ぼ一定の大きさに小粒化され、ほぼ一定の流速で管内を
搬送されることになる。
【0024】このように小粒化された水滴が窒素と共に
区画C1 の噴射ヘッド26に到達すると、これらが11
0kgf/cm2Gの高圧から大気圧まで減圧され、急膨張して
区画内に噴射される。そしてこのような極めて大きい圧
力差により、小粒化された水は空気抵抗にあって更に粉
砕されて微粒子になり、霧状になって窒素と共に区画内
に充満する。そして、水分を多く含んだ窒素が火災の熱
気や煙に覆うと、水分が気化して空間内の相当の容積を
占め、窒素と共に内部空気と置換し、区画内を酸欠状態
にして消火効果を上げると共に、気化時の潜熱によって
周辺を冷却し冷却鎮火効果も発揮する。即ち、窒素を量
的及び質的に補助し、窒素容器の本数を減少させると共
に消火効果を増大させることができる。
【0025】この場合、従来技術のように気体消火装置
と共に別ラインとして並設した噴霧水注入用装置では、
水の圧力が高くても50kgf/cm2Gまでであるため、霧化
が不十分である。これに対して本発明では、前記の如く
窒素との根元混合方式であるため、配管の途中を利用し
て予め水を小粒化できること、窒素の高圧を利用できる
ので110kgf/cm2Gという高い噴射圧力を得られるこ
と、従ってこの高圧の下に既に小粒化した水を更に大幅
な減圧・噴射効果が得られること、噴射時に窒素という
気体のアシストがあること、等によって必要な量の水を
容易に微粒子化することができる。
【0026】又、従来の水噴霧装置のように水にグリセ
リンやエチレングリコール等の添加剤を混ぜる必要がな
いので、窒素と水又は水蒸気だけによるクリーンな消火
をすることができる。更に、微小水滴や水蒸気は人体に
無害であるため、安全性が高い。
【0027】以上では、配管系2のうちの窒素容器1に
近傍部分としてオリフィス41を備えた管オリフィス部
4を設ける例を示したが、図1(b)のようにノズル管
5を配置すれば、前述の如く水出口52部分の圧力P2
´が周囲の圧力P2 より低くなるため、オリフィス41
を省略することも可能である。この場合には、オリフィ
ス41を設ける場合よりも水量は減少するが、水を放出
することは可能である。図3は窒素出口44とノズル管
5の水出口52との間に差圧を発生させる構造の他の例
を示す。
【0028】(a)では、ノズル管5の先端部分の外側
にリング状部材5aを設けている。このようにすれば、
水出口部分の負圧効果を高めて上記P2 ´を小さくし、
窒素出口44との差圧を大きくして水量を多くすること
ができる。この場合にも、オリフィス41を省略するこ
とが可能である。(b)は、ノズル管5の先端部分を球
状にして多数の小孔5bを開け、水を分割放出できるよ
うにした例を示す。このようにすれば、水の微粒化作用
を向上させることができる。
【0029】(c)は管オリフィス部4をベンチュリ管
9に変更した例を示す。この場合にもオリフィスと同様
に必要な差圧を発生させることができる。(d)は、窒
素補給管8に窒素を流す窒素出口44を管の中心位置ま
で延設して窒素流れの上流側に向けて開口させた差圧発
生部材としてのピトー管部分10を設けた例を示す。こ
のようにすれば、窒素出口44部分に動圧を利用し、圧
力P1 を更に大きくすることができる。例えば、圧力1
10kgf/cm2Gの窒素が100m/sec の流速で流れると
すれば、この部分だけでも約5m水柱の圧力を発生さ
せ、その分だけP 1 を大きくして大きな差圧を得ること
ができる。このようなピトー管構造を管オリフィス部4
と併用してもよい。その場合には、一層差圧が大きくな
って供給水量を多くすることができる。
【0030】なお、本発明の装置では水の霧化性能がよ
いので、噴射ヘッド26としては通常の窒素用のものを
そのまま使用することが可能である。但し、必要によっ
ては、中央に直進孔と周辺部分に旋回孔とを備え旋回流
によって水の霧化効果を増大させるようにしたスパイラ
ルタイプのノズルや、オリフィスを経由した流体の出口
部に針状部材を設けてこれに流体が衝突し粉砕されるこ
とによって霧化効果を増大さるようにしたピンタイプの
ノズル等、周知の微粒子化促進型ノズルを噴射ヘッドと
して用いるようにしてもよい。
【0031】更に、以上では気体消火装置が窒素消火装
置である例を示したが、二酸化炭素や他の不活性ガス又
は窒素を含めてこれらとの混合ガスを用いる気体消火装
置に対しても本発明を適用することができる。
【0032】
【発明の効果】以上の如く本発明によれば、請求項1の
発明においては、水入口及び配管系の中に水を出せる水
出口を備えた水供給部材を配管系のうちの消火剤容器の
近傍部分に設けるので、配管系の根元部分で気体消火剤
の中に水を注入することが可能になる。又、水供給部材
の近傍の低い位置に水が溜められる水容器を配設し、こ
の水容器に、内部に溜められた水の上部に加圧用気体入
口と水の底部に通じる水取出口と設けるので、水の上部
に圧力をかけて底部から水を押し出すことが可能にな
る。
【0033】又、気体消火剤の配管系を構成する前記近
傍部分に加圧用気体出口を開口し、加圧用気体出口と水
容器の加圧用気体入口とを気体用管で結合すると共に水
供給部材の水入口と水容器の水取出口とを水用管で結合
するので、配管系を流れることになる気体消火剤の圧力
を作用させ、それぞれの口を介して水容器内の水を水供
給部材の水出口から押し出すことが可能になる。
【0034】そして、加圧用気体出口と水出口とが、配
管系に気体消火剤が流れたときに加圧用気体出口の部分
の圧力が水出口の部分の圧力より高くなる関係に設けら
れるので、火災発生時に気体消火剤が流されると、加圧
用空気出口と水出口との間に差圧が生じ、この差圧で水
容器内の水を水出口から押し出し、気体消火剤中に水を
放出させることができる。
【0035】このような水の噴出は、配管系に気体消火
剤が流れることにより、自動的且つ理論的に確実に行わ
れる。従って、何ら操作をすることなく、即ち誤操作等
のおそれがなく確実に水を供給することができる。又、
配管系の近傍部分に水供給部材、水容器及びこれらの結
合管を設けるので、これらの全てを気体消火剤容器が装
備される容器室に配置することができる。その結果、水
を供給する装置全体をまとまった合理的な配置にするこ
とができる。
【0036】又、従来の装置では各消火対象区画まで多
本数で且つ長い距離を導設されることになる水配管を、
請求項1の発明によって省略することができる。その結
果、水と気体との二流体消火の可能な設備を大幅に簡素
化し、配管等のスペースの節約とコスト低減を図ること
ができる。又、水供給部分を追加するだけで気体消火装
置自体を変更する必要がないと共に、追加部分の簡単な
構造であるため、既存の気体消火設備へも適用が容易で
ある。
【0037】更に、水の根元混合により、消火対象区画
までの長い配管系を利用し、気体消火剤の高速流の作用
のもとに注入された水を小粒化することができる。そし
て、このように小粒化された水滴を含む気体消火剤が消
火対象区画で噴射されたときには、既に水滴が配管系で
小粒化されていること、気体消火剤の高圧を利用して十
分高い圧力で噴射できること、噴射時に気体消火剤のア
シストがあること、等により、極めて効率良く水を微粒
化することができる。
【0038】そして、微粒化され霧状になった水を多く
含む気体消火剤が放出されて消火対象区画内に充満し、
火災による熱気や煙を覆うと、水分が気化して空間内で
相当の容積を占め、気体消火剤を補完して区画内を酸欠
状態にして消火効果を上げると共に、水の気化時の潜熱
によって周辺を冷却し、鎮火効果も発揮する。
【0039】即ち、水は気体消火剤を量的及び質的に補
助し、気体消火剤の消費量を減らすと共に消火効果を増
大することができる。そしてこのような効果は、気体消
火剤が微粒化された水を随伴して同時に同一場所から同
方向に放出されることによって一層顕著になる。又、水
に添加剤を混ぜる必要がないので、クリーンな消火をす
ることができる。更に、微小水滴や水蒸気は人体に無害
であるため、消火時の安全性が高くなる。
【0040】請求項2の発明によれば、上記に加えて、
近傍部分として差圧発生部材を備え、加圧用気体出口を
相対的に圧力の高い部分に設け水出口を圧力の低い部分
の近傍に設けるので、確実により大きな差圧を発生さ
せ、水供給部材からの水の供給を容易且つ確実にして多
量の水を供給することができる。その結果、気体消火剤
の量を一層少なくし、消火効果の増大、安全性の向上、
消火コストの低減等の効果を一層増大することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用した水噴霧付き気体消火装置の一
例を示し、(a)は全体系統の説明図で(b)はその水
噴射部分の説明図である。
【図2】窒素の高速流れ中の水滴の流れ状態を示す説明
図である。
【図3】差圧発生部分の他の構造例の説明図で、(a)
はノズル管の先端にリング状部材を設けた図、(b)は
前記先端を多孔球状部にした図、(c)はベンチュリ管
を用いた図、そして(d)は窒素出口にピトー管を用い
た図である。
【符号の説明】
1 窒素容器(消火剤容器) 2 配管系 4 管オリフィス部(差圧発生部材、近
傍部分) 5 ノズル管(水供給部材) 6 水容器 7 水供給管(水用管) 8 窒素補給管(気体用管) 9 ベンチュリ管(差圧発生部材、近傍
部分) 10 ピトー管部分(差圧発生部材、近傍
部分) 41 オリフィス(差圧発生部材) 42 上流部(相対的に圧力の高い部分) 43 下流部(相対的に圧力の低い部分) 44 窒素出口(加圧用気体出口) 51 水入口 52 水供給口 61 窒素入口(加圧用気体入口) 63 水取出口 C 消火区画、区画(消火対象区画)
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) A62C 2/00 - 39/00

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 気体消火剤を高圧に充填した消火剤容器
    から配管系を導設して消火対象区画に気体消火剤を供給
    可能な気体消火装置において、 前記配管系のうちの前記消火剤容器の近傍部分に設けら
    れ水入口及び前記近傍部分の中に水を出せる水出口を備
    えた水供給部材と、前記配管系とは別に前記水供給部材
    の近傍の低い位置に設けられ水が溜められる水容器であ
    って溜められた前記水の上部に開口した加圧用気体入口
    と前記水の底部に通じる水取出口とを備えた水容器と、
    前記近傍部分に開けられた加圧用気体出口と、前記水入
    口と前記水取出口とを結合する水用管と、前記加圧用気
    体出口と前記加圧用気体入口とを結合する気体用管と、
    を有し、前記加圧用気体出口と前記水出口とは前記配管
    系に前記気体消火剤が流れたときに前記加圧用気体出口
    の部分の圧力が前記水出口の部分の圧力より高くなる関
    係に設けられることを特徴とする気体消火装置。
  2. 【請求項2】 前記近傍部分は前記消火剤が流れたとき
    に相対的に圧力の高い部分と低い部分とを形成するよう
    に設けられた差圧発生部材を備え、前記加圧用気体出口
    は前記圧力の高い部分に設けられ前記水出口は前記圧力
    の低い部分の近傍に設けられていることを特徴とする請
    求項1に記載の気体消火装置。
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