JP3816613B2

JP3816613B2 - スプリンクラ消火設備

Info

Publication number: JP3816613B2
Application number: JP00502397A
Authority: JP
Inventors: 洋巳宮下
Original assignee: Nohmi Bosai Ltd
Current assignee: Nohmi Bosai Ltd
Priority date: 1997-01-14
Filing date: 1997-01-14
Publication date: 2006-08-30
Anticipated expiration: 2017-01-14
Also published as: JPH10192440A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、火災時にスプリンクラヘッドから確実に消火に適した散水が行えるスプリンクラ消火設備に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のスプリンクラ消火設備において、スプリンクラヘッドに加圧送水する消火ポンプは、建物の最上階のヘッドから例えば１分あたり１キロ（１平方センチ当り１Ｋｇｆ）の圧力で８０リットルの放水を、同時に３０個が放水可能になるように設計されている。通常、消火ポンプは建物の地上階以下の低い位置に設けられ、建物内を縦方向に貫通するように設けられた給水本管を利用して、各フロアに消火用水を供給している。
【０００３】
これに対して、本件出願人による特開平４−２３６９７２号公報に開示されているように、スプリンクラヘッドから消火用水を放水するときに、散水水滴の直径が１．５〜２．０ｍｍのものが消火効率がよく、かかる水滴の割合を多くするには放水圧が０．５〜４．５キロの範囲の低い圧力で放水するのが効果的である。そして、本件出願人は、水を有効に使用する極めて合理的なニュースプリンクラシステムを具体化している。このシステムは、従来のスプリンクラヘッドより火災検出速度の速い速動型ヘッドを用いるとともに、各フロアの地区弁装置には充水予作動式調圧型流水検知装置（自動警報装置）として調圧弁を用いて、常時その調圧弁の二次側を所定圧に調圧して速動型ヘッドの放水圧を消火に適した圧力で散水させ、放水量の少量化および同時開放個数の縮小化を可能としている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
建物の最上階のヘッドに所定圧の消火用水を供給するため、低い部分には最上階での所定圧に水頭に基づく高圧がかかり、各フロアの調圧弁のみでスプリンクラヘッドの放水圧を所定圧にするには、調圧する一次圧の範囲を非常に広く設定する必要がある。
【０００５】
そして、調圧弁の調圧作用を弁体による開口度合に依存するとき、一次圧の範囲を広くするためには、微小な隙間程度の開口で安定した調圧動作を行う必要がある。このように、微小な開口で安定した調圧動作を行うには、弁座と弁体の位置関係から一次圧と二次圧との境目を固定させる必要がある。この点から、調圧動作を簡素な構造で行うには、開口度合を調整しやすい程度の大きさにしておくことが好ましい。
【０００６】
また、調整しようとする二次圧に対して一次圧との差が大きいと、一次圧の急激な変動に基づき一次圧の受圧する弁体に応力が発生して弁体の位置が振動してしまうことがある。この点から、一次圧に対して調圧された二次圧との差は小さいことが好ましい。
【０００７】
この発明は、消火効率がよく水損が少ない消火を行うため、スプリンクラヘッドへ調圧された放水圧を安定的に供給できるスプリンクラ消火設備を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の点に鑑み、本発明は、建物の各階に複数のスプリンクラヘッドが設けられるとともに該スプリンクラヘッドの放水圧を所定範囲内に調圧する調圧弁が必要数設けられて消火ポンプにより消火用水を加圧供給するスプリンクラ消火設備において、前記調圧弁は、二次圧に基づいて一次圧の消火用水を調整して二次側へ導入する二次圧調整機能を有し、前記消火ポンプは、前記建物の各階を、最下部の階が前記二次圧調整機能の働く圧力までとする必要な区画数に分けて、それぞれに前記消火ポンプの駆動モータの回転速度が設定され、動作階の調圧弁の一次圧を、前記二次圧調整機能が働く範囲内に制御する制御手段を備えることを特徴とするものである。
【０００９】
そして、制御手段により消火ポンプの供給する調圧弁の一次圧を制御することにより、調圧弁が広い範囲の一次圧に対して二次圧を調整する必要がなく、スプリンクラヘッドからの放水圧の調整を簡便に行うことができる。その結果、消火効率がよく水損の少ない消火が行える。
また、火災が高層部に発生して必要な圧力が変わるときにも対応が可能であり、高層部では最適な散水を行い、低層部では高圧化に基づく無効水の増大があるが、消火活動自体は行っている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について説明する。図１は本発明を利用したスプリンクラ消火設備の系統図である。
【００１１】
図１において、１１は貯水槽、１２は加圧給水装置を構成するポンプであり、１３は建物に上下に配設された立上り給水配管で、逆止弁１４および仕切弁１５を介してポンプ１２に接続されている。２１〜２３は給水配管１３から通常各フロアごとに分岐された分岐管で、それぞれ調圧弁としての調圧機能付きの予作動式自動警報装置３１〜３３に接続され、また、自動警報装置３１〜３３の二次側は、二次側配管４１〜４３を介してそれぞれ必要数の速動型のスプリンクラヘッド５が設けられている。
【００１２】
この速動型のスプリンクラヘッド５は、ＲＴＩ感度指数（熱気流中での作動を実測した熱時定数に基づく感度指数）が４０程度で、従来のヘッドが２００程度に比べ５倍の火災検知速度を持っている飛躍的に高感度で素早く作動する閉鎖型のヘッドであり、構造について詳細に説明しないが、半田を用いるフラッシュ型のヘッドの場合には、集熱板の近傍に半田を配置して、半田以外への熱伝導を防止する構造により達成されるヘッドであり、また、グラスバルブ型の場合には、直径５ｍｍ程度の細いグラスバルブを用いたものである。
【００１３】
また、この速動型のヘッド５は、初期消火が可能であるので１分当り５０リットルと調圧放水による少水量で消火を行い、防護面積も図示しないがフラット型のデフレクタにより有効散水半径が３．２５ｍと大きなものである。
【００１４】
そして、地区弁装置としての自動警報装置３１〜３３は、火災感知器の信号により弁体の開放動作を可能とする予作動式の機能と、弁体開放時の消火水の流れを検知する流水検知の機能と、ヘッドの誤開放や配管からの漏水等による二次側配管監視の機能とをそれぞれ有するものであり、さらに、調圧機能として二次圧に基づいて高圧の一次側の消火用水を調整して二次側へ導入する二次圧調整機能を有する。その簡略した自動警報装置３１の構造について図２に示す。なお、他の自動警報装置３２、３３の構造も同じものである。図２において、自動警報装置３１の本弁８１は、ばねによって付勢された弁体８４によって一次側８２および二次側８３を常時封止している。この弁体８４と一体のピストン８５は、弁箱とともにシリンダ８６を形成している。本弁８１には、一次側８２の加圧された消火用水を弁体８４の開度調整により所定の圧力まで減圧調整して二次側８３に供給するための調圧パイロット弁８７と、本弁８１の加圧開放動作を常態では遮断して開放可能状態へと移行操作を行う電動式の起動弁６１および手動起動弁８９とが設けられている。
【００１５】
調圧パイロット弁８７は、本弁８１の二次側８３から分岐して二次圧を配管を介して操作室８０１に取り込み、本弁８１の一次側８２からストレーナを有する配管を介して一次圧を取り込み、フラムとばねの作用により弁体８０２の開度調整を行い、二次圧が低い場合に弁体８０２を開放して配管８０３を通じて本弁８１のシリンダへ一次圧を供給して弁体８４を開放動作させる。また、二次圧が上昇していくと、上記のフラムとばねの作用により弁体８０２が閉方向に開度調整され、シリンダ内が減圧されて弁体８４が閉動作を行う。これらの動作により、設定された二次圧に調圧する動作を行う。同時に、調圧パイロット弁８７は、本弁８１の二次側８３へも直接通じているので、一次圧を用いて二次圧の低下を補足することができる。
【００１６】
そして、火災発生時には、火災感知器の信号に基づいて起動弁６１を開放し、二次側配管４１に接続されているスプリンクラヘッド５が作動して散水を開始すると、本弁８１の二次側８３が減圧して弁体８４が開放され、一次側８２の消火水が弁座を介して二次側８３に流れ込むことになる。この弁体８４の開放時に、一次側８２と二次側８３以外にも流水検知室８８にも消火水が流れ込み、接続された流水検知用の圧力スイッチ６６が設定された圧力を越えるときに作動して流水検知信号を出力する。
【００１７】
この自動警報装置３１は、例えば二次圧を約３．５キロ（１平方センチ当り３．５Ｋｇｆ）に調圧するものであり、そのときにビル等の各フロアに設置しようとすると、上記の調圧を行う範囲が約１０キロの範囲、例えば４キロから１４キロの一次圧を約３．５キロの二次圧に調圧する必要がある。この実施形態では、後述するように自動警報装置３１の一次圧が４キロから７．５キロの範囲に供給されることにより、上記弁体８４の開度が十分にとれるとともに一次圧と二次圧との差が小さいので、振動等による二次圧の変動を防止できる。
【００１８】
また、二次側８３には、二次側配管監視用の圧力スイッチ７１が接続され、設定された圧力を下回るときに作動して二次圧低下信号を出力する。この二次圧低下信号は、二次側配管４１からの漏水やスプリンクラヘッド５の何らかの誤開放等に基づき、自動警報装置３１の二次側全体の異常を包括的に示すものである。
【００１９】
そして、ポンプ１２は、モータ１６、ポンプ制御盤１７、圧力空気槽１８等を用いて加圧給水装置を構成し、貯水槽１１の消火水を給水配管１３へ圧送するものである。その他、呼水装置や圧力逃がし配管、試験装置等は省略している。モータ１６は、例えば三相かご型誘導モータであって、ポンプ制御盤１７の制御に基づいてその回転速度が制御され、上記の自動警報弁３１の一次圧を調圧機能の働く範囲内として、二次側配管４１内は適正に圧力が供給されて、スプリンクラヘッド５からの放水圧を約１キロ近辺として最適な散水を行えるようにされる。そして、ポンプ制御盤１７の回転数制御は、例えばサイリスタを用いたインバータによるスイッチの開閉制御により省力的に行うものであり、すなわち、三相交流電源をコンバータにより直流に変換してインバータにより周波数を制御された三相交流を電源線９４を介してモータ１６に供給して回転速度が制御され、このスイッチの開閉制御の単位時間当りのスイッチング回数をポンプ制御盤１７において制御する。
【００２０】
このスイッチング回数は、例えばスプリンクラヘッド５の設けられるフロアを高層部、中層部および低層部の３つの部分に分けてそれぞれ設定され、図示しないポンプ制御盤１７内の記憶装置に格納される。このとき、各部内の最も高いフロアに４キロを送出しようとしたときに、最下部のフロアが７．５キロまでになればよく、これを超えるようであれば、区画数を４つに、必要であればそれ以上に分ける。そして、スプリンクラ制御盤１９が情報を収集した結果として、流水検知信号の得られたフロアを信号線９１を介して信号伝送あるいは部分ごとの接点制御等により移報して、ポンプ制御盤１７は、給水配管１３内の圧力低下を検出する圧力空気槽１８に設けられた圧力スイッチ９２による信号線９３を介した起動信号とのアンドにより、モータ１６の起動および制御を行う。
【００２１】
また、上記ポンプ制御盤１７内の記憶装置には、３つの部分ごとのスイッチング回数と同様に、所望の吐出圧が格納されている。この吐出圧は、必要な回転数が設定されるスイッチング回数の根拠であるが、この吐出圧を設定しておくことにより、回転数に対する吐出圧の割合が変化するときに、フィードバックをかけて実際のスイッチング回数を微調整することができる。そのため、この実施形態では、ポンプ１２の直近部分にアナログ出力可能な圧力計１０を設置し、信号線１００を介してポンプ制御盤１７までポンプ１２の二次側圧力を信号伝送している。
【００２２】
そして、９５は火災受信機であり、各部に設けられた煙や熱等による火災感知器９と信号線９６を介してそれぞれ接続されていて、各火災感知器９に個別のアドレスを付与して受信機９５が個別に呼び出して火災信号を収集するものである。また、火災感知器９に回線ごとの信号線を接続する方式の受信機であってもよく、火災の発生したフロアを判別して信号線９９を介してその情報をスプリンクラ監視盤１９に移報できればよい。また、スプリンクラ監視盤１９は、各自動警報装置３１〜３３を監視制御するための中継器９７に信号線９８を介してそれぞれ接続されていて、各中継器９７に個別のアドレスが付与され監視盤１９がアドレスにより中継器９７を特定して情報収集および制御命令を行うものであり、中継器９７は、基本的に図２に示された圧力スイッチ６６、７１による二次圧低下信号および流水検知信号の検知、および起動弁６１の開閉制御を行うものである。
【００２３】
次に、上記実施形態における動作について説明する。火災監視の前に、給水配管１３最上部の補助高架水槽２０から消火水をゆっくり落として、システム全体に消火水を充水する。このとき、自動警報装置３１〜３３の起動弁６１〜６３は開放状態とされ、消火水は二次側配管４１〜４３を介して各フロアのスプリンクラヘッド５まで充水される。同時に、圧力空気槽１８にも消火水が充填されることになるが、図示しないコンプレッサにより空気層を形成し、配管における呼吸作用による圧力変化に対応させ、監視圧を維持させる。ここで、自動警報装置３１〜３３の二次側配管４１〜４３へは調圧機能に基づいて調圧充水されている。そのため、水頭による高圧が二次側配管４１等に流入しない。
【００２４】
そして、充水が完了すると、自動警報装置３１〜３３の起動弁６１〜６３を閉止状態とする。この状態において、建物の低層部から火災が発生したとすると、まず、低層部の火災感知器９がその火災を検知して自己のアドレスを付与して火災信号を発生し、信号線９６を介して火災受信機９５が火災信号を受信する。火災受信機９５は、火災信号を受信すると、そのアドレスに基づいて火災の発生階を判別し、移報用の信号線９９を介してスプリンクラ監視盤１９に階別信号を出力する。そして、階別信号を受けたスプリンクラ監視盤１９は、対応するフロアに設けられた中継器９７を判別し、この場合低層部の中継器９７をアドレス指定した起動命令を送出する。そして、信号線９８を介して起動命令を受けた中継器９７は、起動弁６１の開放制御を行う。起動弁６１が開放された自動警報装置３１は、二次側８３へ消火水を供給するときの弁体８４の開放可能状態となる。
【００２５】
そして、火災が進展すると速動型のスプリンクラヘッド５が初期火災のうちに感熱開放して二次側配管４１内の消火水がまず放出される。そして、自動警報装置３１では、二次側８３への消火水の供給に基づき弁体８４が開放され、一次側８２の消火水が二次側８３に供給されるとともに、流水検知室８９にも消火水が流入して圧力スイッチ６６を作動させる。その圧力スイッチ６６の作動を検知して、中継器９７は自己のアドレスを付与して流水検知信号を発生し、信号線９８を介してスプリンクラ監視盤１９が流水検知信号を受信する。スプリンクラ監視盤１９は、流水検知信号を受信すると、そのアドレスに基づいて放水を開始したフロアを判別し、信号線９１を介してポンプ制御盤１７に流水検知信号を出力するとともに、移報用の信号線９９を介して火災受信機９５に放水信号を出力する。そして、放水信号を受けた火災受信機９５は、対応するフロアの放水開始を図示しない盤面に表示する。
【００２６】
また、自動警報装置３１で一次側８２の消火水が二次側８３に供給されていくと、分岐管２１を介して給水配管１３内の消火水が供給され、圧力空気槽１８内の圧力が低下していく。そして、圧力空気槽１８内が所定の圧力まで低下すると、圧力スイッチ９２が作動して、信号線９３を介してポンプ制御盤１７に起動信号を出力する。この起動信号が入力されたポンプ制御盤１７は、スプリンクラ監視盤１９からの流水検知信号とのアンド条件により、モータ１６の始動を制御する。そして、図示しないポンプ制御盤１７内の記憶装置に格納された低層部のフロアのスイッチング回数を読み出して電源線９４を介してモータ１６の回転速度をインバータ制御する。そして、ポンプ１２の吐出圧を低層部の自動警報装置３１の一次圧に４キロから７．５キロの範囲等に、適正な圧力とする。このように、本実施形態では、ポンプ制御盤１７のインバータ制御に基づいてポンプ１２の回転速度が制御され、自動警報装置３１の調圧作用により初期火災の内に作動する速動型のスプリンクラヘッド５からの放水圧を１〜３．５キロの範囲として最適な散水を行えるようにして、火災による消失や水損等の被害を最低限に抑えることが可能となっている。
【００２７】
ここで、ポンプ１２の回転速度をインバータ制御するときの判別の基準となる信号として、自動警報装置３１〜３３の圧力スイッチ６６〜６８の流水検知信号を用いているが、火災感知器９の火災信号を直接利用してもよい。
【００２８】
さらに、上記のような状態で、同時火災として高層部で火災が発生すると、まず、低層部の場合と同様、高層部の火災感知器９が火災信号を発生し、火災受信機９５が火災信号を受信する。火災受信機９５は、移報用の信号線９９を介してスプリンクラ監視盤１９に階別信号を出力する。そして、スプリンクラ監視盤１９は、対応する中継器９７を判別して起動命令を送出する。そして、中継器９７は、起動弁６３の開放制御を行う。そして、火災が進展してスプリンクラヘッド５が感熱開放して二次側配管４３内の消火水がまず放出される。
【００２９】
ここで、自動警報装置３３では、二次側配管４３へ消火水を供給し弁体を開放したいが、一次側の分岐管２３の部分には、必要な圧力が供給されていない。すなわち、低層部において放水が行われていて、ポンプ１２からも低層部に向けた吐出圧が出力されていて、給水配管１３内は低層部に圧力が低下していく。したがって、二次側配管４３内には圧力供給されないので、圧力低下のみが進み、その結果、圧力スイッチ７３が作動する。この圧力スイッチ７３の作動を検知して、中継器９７は自己のアドレスを付与して二次圧低下信号を発生し、信号線９８を介してスプリンクラ監視盤１９が二次圧低下信号を受信する。スプリンクラ監視盤１９は、高層部の二次圧低下信号を受信すると、そのアドレスに基づいて放水を開始したフロアを判別し、信号線９１を介してポンプ制御盤１７に出力するそして、ポンプ１２を起動しているポンプ制御盤１７は、新たに図示しないポンプ制御盤１７内の記憶装置に格納された高層部のフロアのスイッチング回数を読み出して電源線９４を介してモータ１６の回転速度を高層部にあわせるようにインバータ制御する。そして、ポンプ１２の吐出圧を高層部のフロアの自動警報装置３３の一次圧を適正な範囲の圧力とする。このように、本実施形態では、ポンプ制御盤１７のインバータ制御に基づいてポンプ１２の回転速度が制御され、火災が高層部に発生して必要な圧力が変わるときにも対応が可能であり、高層部では最適な散水を行い、低層部では高圧化に基づく無効水の増大があるが、消火活動自体は行っている。
【００３０】
このように、高層部の自動警報装置３３にも、必要な圧力が供給され、給水配管１３を介して分岐管２３へ消火水が供給され、二次側配管４３への消火水の供給に基づき自動警報装置３３の弁体が開放され、自動警報装置３１と同様に、一次側８２の消火水が流水検知室に流入して圧力スイッチ６８を作動させる。その圧力スイッチ６８の作動を検知して、中継器９７は自己のアドレスを付与して流水検知信号を発生し、信号線９８を介してスプリンクラ監視盤１９が流水検知信号を受信する。スプリンクラ監視盤１９は、高層部の流水検知信号を受信すると、そのアドレスに基づいて放水を開始したフロアを判別し、移報用の信号線９９を介して火災受信機９５に高層部の放水信号を出力する。そして、２報目としての放水信号を受けた火災受信機９５は、高層部の放水開始を図示しない盤面に後続表示する。
【００３１】
ここで、高層部への圧力供給を開始するトリガの信号として、二次側配管４１〜４３の圧力低下を監視する圧力スイッチ７１〜７３の信号を用いているが、火災感知器９の火災信号を直接利用してもよい。
【００３２】
上記実施形態では、設備として調圧機能付きの予作動式自動警報装置を用いた場合について示したが、自動警報装置として、湿式や乾式のものを用いてもよく、また、調圧弁として自動警報装置ではなく、一斉開放弁に調圧機能を設けた場合であってもよい。
【００３３】
以上のように、上記実施形態では、建物の各階に複数のスプリンクラヘッド５が設けられるとともにスプリンクラヘッド５の放水圧を所定範囲内に調圧する調圧弁としての自動警報装置３１〜３３が必要数設けられて消火ポンプ１２により消火用水を加圧供給するスプリンクラ消火設備であって、消火ポンプ１２の駆動モータ１６の回転速度を、動作階の自動警報装置３１〜３３の一次圧が調圧可能な所定範囲内の値に制御するポンプ制御盤１７等による制御手段を備えている。
【００３４】
そして、制御手段により消火ポンプ１２の供給する自動警報装置３１〜３３の一次圧を制御することにより、調圧機能として広い範囲の一次圧に対して二次圧を調整する必要がなく、スプリンクラヘッド５からの放水圧の調整を簡便に行え、消火効率がよく水損の少ない消火活動を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】システムの一実施形態を概略的に示す系統図。
【図２】図１に使用される自動警報装置の概略構成図。
【符号の説明】
１２ポンプ
１６モータ
１７ポンプ制御盤
３１、３２、３３自動警報装置
５スプリンクラヘッド

Claims

建物の各階に複数のスプリンクラヘッドが設けられるとともに該スプリンクラヘッドの放水圧を所定範囲内に調圧する調圧弁が必要数設けられて消火ポンプにより消火用水を加圧供給するスプリンクラ消火設備において、
前記調圧弁は、二次圧に基づいて一次圧の消火用水を調整して二次側へ導入する二次圧調整機能を有し、
前記消火ポンプは、前記建物の各階を、最下部の階が前記二次圧調整機能の働く圧力までとする必要な区画数に分けて、それぞれに前記消火ポンプの駆動モータの回転速度が設定され、動作階の調圧弁の一次圧を、前記二次圧調整機能が働く範囲内に制御する制御手段を備えることを特徴とするスプリンクラ消火設備。