JP3934657B2

JP3934657B2 - 消火用散水ノズル

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Publication number: JP3934657B2
Application number: JP2005156734A
Authority: JP
Inventors: 利秀辻; 賢昭外村; 傑下川
Original assignee: Hochiki Corp
Current assignee: Hochiki Corp
Priority date: 1995-10-30
Filing date: 2005-05-30
Publication date: 2007-06-20
Anticipated expiration: 2016-03-12
Also published as: JP2005246102A

Description

本発明は、消火用配管に接続された消火用散水ノズルから火災時に消火液または水を放射して消火を行うスプリンクラー消火設備などの固定式消火設備の散水方法及び消火用散水ノズルに関する。

従来、この種の消火用散水ノズルとしては、例えば図６に示すようなものがある（特開平５−７６３３号、参照）。

図６はヒュージブルリンク式の消火散水ノズルを示し、そのノズル本体１には放水口２が形成されている。放水口２は栓３で閉止され、栓３とデフレクター４との間には一対のレバー５Ａ，５Ｂが設けられている。栓３とレバー５Ａ、レバー５Ａとレバー５Ｂおよびレバー５Ｂとデフレクター４は肘金接点６でそれぞれ係止されている。レバー５Ａとレバー５Ｂは感熱体としてのリンク７がヒューズにより接続されている。

火災の発生による温度上昇でヒューズが溶けると、リンク７が矢印で示すように分離し、レバー５Ａ，５Ｂの肘金接点６の係止が外れるとともに、水圧によってレバー５Ａ，５Ｂがはじける。これによって、放水口２から栓３が脱落するとともに加圧水が放水口２から噴出して散水が開始する。
国際公開９５／２４２７４号パンフレット

しかしながら、このような従来の消火用散水ノズルにあっては、例えば８０リットル／分以上という所定流量の連続放射となっていたため、火災消火能力に対して比較的多くの消火液または水の量が必要であり、放射した消火液または水による２次災害、いわゆる水損も大きくなるという問題点があり、また、設備的には水槽、ポンプが大容量となる上、配管サイズも大きくなり、設備全体の費用が高くなるという問題点もあった。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであって、火災消火能力を確保しながら放射量を低減し、水損の被害を少なくすることができる固定式消火設備の散水方法及び消火用散水ノズルを提供することを目的とする。

この目的を達成するために、本発明は、火災時に消火用配管に接続された消火用散水ノズルから消火液または水を放射して消火を行う固定式消火設備の散水方法として、ノズルから消火液または水を脈動的に放射することを特徴とする。

また、本発明は、消火液または水が圧送される消火用配管に接続され火災時に消火液または水を散水する固定式消火設備の消火用散水ノズルであり、消火液または水を脈動的に放射する脈動放射機構を設けたことを特徴とする。

本発明においては、脈動が略正弦波的、略台形波的、又は、略矩形波的に変動する。また、脈動が正弦波、台形波及び矩形波のうちの２以上の任意の合成波的に変動してもよい。また、本発明においては、脈動の１つの波長が経時的に変動する。また、本発明においては、脈動の１つの波形の極大値および極小値が経時的に変動する。

また、本発明の脈動放射機構は、開制御信号と閉制御信号を発生する開閉制御信号発生部と、開閉制御信号発生部からの開制御信号と閉制御信号にしたがって弁開度が脈動的に変化し脈動的に消火液または水の放射量を変化させる水量制御弁と、を備える。

また、本発明の開閉制御信号発生部は、火災検知部からの出力信号と出力信号によりあらかじめ設定した所定の脈動パターンに応じて水量制御弁１２に開制御信号および閉制御信号を発生する。

また、本発明の開閉制御信号発生部は、２つ以上の散水ノズルが同時に作動しているときはそれぞれの脈動の位相をずらせた開閉制御信号を送出する。

また、本発明の脈動放射機構は、水圧作動機構による弁体の開閉動作により脈動放射を行う。

また、本発明の水圧作動機構は、外筒と、外筒内に上下動自在に収納される弁体としての下端部に放水口を備えた内筒と、外筒と内筒との間に形成され、内筒から導入された水圧により内筒を上昇させる圧力室と、外筒と内筒との間に上下動自在に設けられ、内筒が所定の位置より上にあるときは内筒内から圧力室への水圧を遮断し内筒が所定の位置まで下降したとき内筒内の水圧を圧力室へ導入する可動開閉リング部材とからなり、圧力室への水圧の導入と遮断の切り換え及び内筒にかかる下降方向へ移動させる水圧による内筒の上下動により放水口と消火液または水を散水するデフレクタとの間隔を変化することにより脈動放射を行う。

このような構成を備えた本発明の消火用散水ノズルによれば、従来の８０リットル／分の連続放射と比較した場合、例えば最大１００リットル／分、最低１０リットル／分で等間隔正弦波的に放射した場合には、実質上５５リットル／分の水量にもかかわらず、より高い消火能力が得られる。

また、少ない放射量で消火できるため、いわゆる水損の被害を小さくすることができる。

また、水槽を小さくすることができるので、省スペース、省コストとなる。また、複数のノズルがある場合には脈動の位相をずらすことによりポンプが小容量となり、さらには自家発電設備等バックアップ設備も小容量となり、配管サイズも小さくなるので、低コストとなる。

さらに、瞬間的には従来のノズルより大流量が流れるため、１つのノズルの防護範囲を、従来のノズルと比較して大きくすることができるので、ノズルの設置個数を減らすことができる。

本発明によれば、消火液または水を脈動的に放射するようにしたので、最大放射量を多くすることができるため、より高い消火能力が得られ、さらに放射量は平均的には少なく抑えられるため水損の被害も小さくなる。また、複数のノズルがある場合は脈動の位相をずらすことで水槽、ポンプなどが小容量となり、配管サイズも小さくなり、さらに瞬間的には大流量の消火液または水が流れるため、１つのノズルの防護範囲を広くすることができるため、ノズルの設置個数も減らすことができ、その結果、コストも低減することができる。

図１は消火用散水ノズルを示す図である。

図１において、１１は消火用配管としてのスプリンクラー配管であり、スプリンクラー配管１１には図示しない消火ポンプから消火液または水（以下、単に水という）が圧送される。スプリンクラー配管１１には分岐配管１２が接続され、分岐配管１２の管末には水の放射量を制御する水量制御弁である電動弁または電磁弁（以下、電動弁という）１３を介してノズル部１４が接続されている。

ノズル部１４が設けられた監視区域内には火災検知部としての火災感知器１５が設けられ、火災が発生すると火災感知器１５は出力信号としての火災検出信号を火災受信機１６に出力する。火災受信機１６は火災検出信号を受信すると、開閉制御信号発生部１７に起動信号を出力する。起動信号を受信すると、開閉制御信号発生部１７は起動信号および起動信号に続いて開閉制御信号を電動弁１３に出力し、電動弁１３は開閉制御信号にしたがって弁開度を変化させ、ノズル部１４から水が脈動的に放射される。

なお、消火が完了し、火災感知器１５から火災受信機１６に対して出力信号として復旧信号が出力されると、火災受信機１６は開閉制御信号発生部１７に停止信号を出力して電動弁１３を閉弁することで、ノズル部１４の水の脈動的な放射を停止するようにしてもよいし、監視員が手動で復旧させるまで継続して放射を行ってもよい。

この開閉制御信号発生部１７と電動弁１３が水を脈動的に放射させる脈動放射機構を構成している。開閉制御信号発生部１７に対して所定の脈動パターンを入力する操作入力部１８とＲＯＭ１９がそれぞれ設けられている。

操作入力部１８から入力指示する脈動パターンとしては、例えば脈動が略正弦波的に変動する脈動パターン、脈動が略台形波的に変動する脈動パターン、脈動か略矩形波的に変動する脈動パターン、脈動が正弦波と台形波と矩形波のうち２つ以上の任意の合成波的に変動する脈動パターン、脈動の１つの波長が経時的に変化する脈動パターン、脈動の１つの波形の極大値および極小値が経時的に変動する脈動パターンなどがある。

ＲＯＭ１９内にはこれらの各脈動パターンを形成するための複数の脈動パターン形成プログラム２０が予め格納されている。したがって、操作入力部１８から予め所定の脈動パターンを選択して入力しておくと、起動時に開閉制御信号発生部１７は、入力された所定の脈動パターンを判別し、この脈動パターンに対応した脈動パターン形成プログラム２０をＲＯＭ１９から選択し、脈動パターン形成プログラム２０にしたがって、脈動パターンに応じた開閉制御信号を電動弁１３に出力する。

電動弁１３は開閉制御信号発生部１７からの開閉制御信号にしたがって弁開度を変化させる。弁開度は脈動パターンに対応して変化し、例えば図２（ａ）に示すように略正弦波に変化し、また図２（ｂ）に示すように略台形波的に変化し、また図２（ｃ）に示すように、略矩形波的に変化し、また図２（ｄ）に示すように、正弦波と台形波と矩形波のうち２つ以上の任意の合成波的に変化し、また図２（ｅ）に示すように、脈動の１つの波長が経時的に変化し、また図２（ｆ）に示すように、脈動の１つの波形の極大値および極小値が経時的に変化する。

次に、図１の動作を説明する。

通常監視時には、消火ポンプからスプリンクラー配管１１および分岐配管１２には加圧された水が圧送されているが、電動弁１３が閉弁しているため、ノズル部１３から水の散水は行われない。なお、操作入力部１８からは予め所定の脈動パターンが開閉制御信号発生部１７に入力されており、開閉制御信号発生部１７は所定の脈動パターンに対応した脈動パターン形成プログラム２０をＲＯＭ１９より選択してその脈動パターン形成プログラム２０にしたがって動作する状態になっている。

次に、火災が発生すると、火災感知器１５はこれを検知して火災検出信号を火災受信機１６に出力する。火災受信機１６は火災検出信号を受信すると開閉制御信号発生部１７は起動信号を出力し、開閉制御信号発生部１７は起動信号を受信すると、ＲＯＭ１９内の所定の脈動パターン形成プログラム２０にしたがって動作し、起動信号を電動弁１３に出力し、続いて所定の脈動パターンに応じた開閉制御信号を電動弁１３に出力する。

電動弁１３は開閉制御信号発生部１５からの開閉制御信号にしたがって、例えば図２（ａ）〜（ｆ）に示すように、弁開度を変化させる。このため、ノズル部１４からは所定の脈動パターンに対応して脈動的に水が放射される。脈動パターンが正弦波のときはノズル部１９からは、図２（ａ）に示すように略正弦波的に変動する。

また、脈動パターンが台形波のときは、図２（ｂ）に示すように、ノズル部１４からは、略台形波的に変動する脈動で水が放射される。また、脈動パターンが矩形波のときは、図２（ｃ）に示すように、ノズル部１４からは、略矩形波的に変動する脈動で水が放射される。また、脈動パターンが合成波であるときは、図２（ｄ）に示すようにノズル部１４からは正弦波と台形波と矩形波のうち２つ以上の任意の合成波的に変動する脈動で水が放射される。

また、脈動パターンが波長変動であるときは、図２（ｅ）に示すように、ノズル部１４からは１つの波長が経時的に変動する脈動で水が放射される。また、脈動パターンが極大極小変動であるときは、図２（ｆ）に示すように、ノズル部１４からは１つの波形の極大値および極小値が経時的に変動する脈動で水が放射される。

なお、この脈動のサイクルは、少なくとも１分間に１サイクル以上で水が放射されることが望ましい。

また、２つ以上のノズル部１４が同時に作動させる場合には、図３に示すように、各ノズル部１４からは一方の極大値に対して他方の極小値が重なるような位相をずらせて脈動で水がそれぞれ放射されるように各ノズル部１４に対応した電動弁１３の弁の開度を制御すれば、消火装置全体としての瞬間放射水量を抑えることができる。

このようなノズル部１４からの水の脈動放射により消火が完了すると、火災感知器１５は復旧信号を火災受信機１６に出力する。火災受信機１６は復旧信号を受信すると、開閉制御信号発生部１７に停止信号を出力し、開閉制御信号発生部１７は停止信号を電動弁１３に出力する。電動弁１３は停止信号により弁を閉止し、ノズル部１４からの脈動放射は停止される。なお、水の脈動放射は、火災感知器１５からの復旧信号によらず、監視員の目視による確認により、手動で停止してもよい。

このような脈動放射機構を有する散水ノズルにおいては、従来の８０リットル／分の連続放射と比較した場合、例えば最大１００リットル／分、最低１０リットル／分で等間隔正弦波的に放射した場合には、実質上５５リットル／分の水量にもかかわらず、放射水量の最大時が従来より多くすることができるため、より高い消火能力が得られる。そして、少ない放射量で消火することができるため、いわゆる水損の被害を小さくすることができる。また、放射される水を少なくすることができるため貯蔵する水槽を小さくすることができ、省スペース化、低コスト化を図ることができる。また、システム全体で考えて、複数の散水ノズルがある場合に位相をずらせて放射させれば、最大放射水量を抑えることができ、ポンプが小容量となり、自家発電設備などのバックアップ設備も小容量となり、配管のサイズも小さくなるので、低コストになる。さらに、瞬間的には従来の散水ノズルより大流量が流れるため、１つの散水ノズルの防護範囲を従来の散水ノズルのそれと比較して大きくすることができ、散水ノズルの設置個数を減らすことができ、コストも低減することができる。例えば、取付ピッチが２．３ｍであって所定面積の監視区域に例えば８個の放水ノズルが設置されていた場合に対して取付ピッチ例えば２．６ｍにすることができ、この場合には散水ノズルの個数は半分の４個ですむ。

なお、火災感知器１６が現在のアナログ値を出力することができるアナログ感知器であれば、アナログ感知器からのアナログ値により脈動パターンを切り換えてもよい。例えば、アナログ感知器からの出力信号であるアナログ値が、火災判断レベルを越えた火災発生の初期時は、早期の消火を行うために脈動パターンの極大値を大きくし、アナログ値が正常時の値に戻るにつれ脈動パターンの極大値を小さくしてもよい。あるいは、火災初期は脈動パターンの波長を短くし、その後波長を長くして極大値の間隔を長くしても良い。

また、火災感知器１６の出力信号を直接開閉制御信号発生部１７に出力してもよい。

また、火災受信機１６、開閉制御信号発生部１７、操作入力部１８、ＲＯＭ１９は１つの制御盤内に全ての機能を設けてもよい。尚、図１の実施形態において、電動弁または電磁弁１３とノズル部１４は、一体ものでも分離していても良く、どちらも脈動放射する消火用散水ノズルを構成することができる。

また電動弁または電磁弁１３は、分岐管１２に設けた構成にしているが、スプリンクラー配管１１に電動弁または電磁弁１３を設けて、スプリンクラー配管に接続された複数のノズルから一括して脈動放射をしても良い。同様に、消火ポンプからのびた消火用主配管に設けても良い。更に、スプリンクラー配管に水を圧送する消火ポンプで、圧送する水の量を変化させて脈動的に放射させても良い。

次に、図４（Ａ）〜（Ｃ）は他の実施の形態を示す消火用散水ノズルであり、半断面図で示す。

図４（Ａ）〜（Ｃ）において、２１は外筒であり、外筒２１内には上下動自在な内筒２２が収納される。外筒２１の上部側にはスプリンクラー配管に接続される接続部２３が形成されている。内筒２２は弁体の機能を有し、下端には放水口２４が形成されている。放水口２４は蓋部材２５により閉止され、蓋部材２５とデフレクター部２６の底部との間にはグラスバルブよりなる感熱分解部２７が設けられている。デフレクター部２６は取付部材２６Ａにより外筒２１に取り付けられている。内筒２２は蓋部材２５を介して感熱分解部２７により外筒２１内で所定の位置に支持されている。火災が発生して、熱により感熱分解部２７が分解すると、蓋部材２５が放水口２４からはずれて、内筒２２内の水は放水口２４より放水され、デフレクター部２６により散水される。

内筒２２の上部側には外周突起部２８が一体に形成され、下部側にも外周突起部２９が一体に形成されている。下部側の外周突起部２９には溝３０が形成され、溝３０にはシール部材３１が介装されている。また、上部側の外周突起部２８と下部側の外周突起部２９の間には連通孔３２が形成されている。内筒２２の下部側内壁には内筒２２の中空部３３の径を絞るテーパ部３４が形成され、テーパ部３４に連結して放水口２４が形成されている。

外筒２１の内壁の上部側および下部側には溝３６，３７がそれぞれ形成され、溝３６，３７にはシール部材３８，３９がそれぞれ介装され内筒２２の外周面と当接している。外筒２１の溝３６と溝３７の間には凹部４０が形成され、凹部４０には内筒２２の外周突起部２９が当接している。また、外筒２１には凹部４０と外部とを連通する連通孔４１，４２がそれぞれ形成され、凹部４０の中央部と下端部とにそれぞれ開口する略コの字形状の連通路４３が形成されている。

内筒２２と外筒２１の間の凹部４０には図５に拡大して示す可動開閉リング部材４４が上下動自在に収納される。可動開閉リング部材４４の内筒２１側の上部および下部には溝４５，４６がそれぞれ形成され、溝４５，４６にはシール部材４７，４８がそれぞれ介装されている。溝４５と溝４６との間には上下方向に長い長溝４９が形成され、長溝４９は連通孔３２を介して内筒２２の中空部３３に連通する。また、可動開閉リング部材４４の外周側には溝５０，５１が形成され、溝５０，５１にはシール部材５２，５３がそれぞれ介装されている。溝５０と溝５１の間には連通孔５４が形成され、連通孔５４の一端は長溝４９に開口し、他端は凹部４０の内壁に開口している。また、溝５０，５１の上側および下側には切欠き５５，５６がそれぞれ形成されている。

内筒２２の外周突起部２９とその下部側によって形成される外筒２１の凹部４０の一部は圧力室４０Ａを構成しており、圧力室４０Ａには内筒２２の下降に伴なって可動開閉リング部材４４も一緒に下降して連通孔５４が連通路４３に連通すると、内筒２２の水圧が導入され、導入された水圧によって内筒２２が押し上げられるようになっている。また、内筒２２の上昇に伴って可動開閉リング部材４４が上昇すると、連通孔５４と連通路４３の連通は遮断される。内筒２２と外筒２１と圧力室４０Ａと可動開閉リング部材４４が水圧作動機能を構成している。また、圧力室４０Ａの水はシール部材３１，３９によりシールされ、外部および凹部４０側にもれないようにしている。また、長溝４９に入った水はシール部材４７，４８によりシールされ、連通路５４に入った水はシール部材５２，５３によりシールされ、凹部４０および圧力室４０Ａにもれないようにしている。また、内筒２２と外筒２１の間隙５７に入った水が凹部４０にもれるのをシール部材３８によりシールされる。

次に、図４，図５の動作を説明する。

まず、通常の監視状態にあっては、図４（Ａ）に示すように、内筒２２の放水口２４は蓋部材２５によって閉止され、蓋部材２５とデフレクター部２６との間に設けた感熱分解部２７によって内筒２２は外筒２１内の所定の位置に支持されている。また、可動開閉リング部材４４は、内筒２２の下側の外周突起部２９によって保持されている。この状態において内筒２２の連通孔３２は可動開閉リング部材４４の長溝４９に連通しているので、内筒２２内の水は連通孔３２、長溝４９を通って連通孔５４に入るが、連通孔５４の出口側は外筒２１の凹部４０の内壁によって閉止されているため、水はここで遮断されている。

次に、火災が発生すると、熱によって感熱分解部２７が分解し、蓋部材２５が放水口２４からはずれ下降する。このため、図４（Ｂ）に示すように、放水口２４から水が放水され、デフレクター部２６により散水が開始される。感熱分解部２７が分解すると、内筒２２の上端面３５に加わる水圧で内筒２２は下降していく。内筒２２が下降していくと、内筒２２の外周突起部２８が可動開閉リング部材４４の上部に接し、その後は内筒２２と可動開閉リング部材４４が一緒に下降する。内筒２２と可動開閉リング部材４４が下降していき、図４（Ｃ）に示すように可動開閉リング部材４４の連通孔５４と外筒２１の連通路４３が連通するまで下降すると、水は連通孔３２、長溝４９、連通孔５４、連通路４３を通って圧力室４０Ａに入る。内筒２２の上端面３５の面積より外周突起部２９の下面の面積の方が大きいため、圧力室４０Ａ内の水が内筒２２を押し上げる圧力の方が、上端面３５にあたる水による内筒２２を下降させる力より高くなり、内筒２２は上方に押し上げられる。内筒２２が上昇していき外周突起部２９の上面が可動開閉リング部材４４に接すると、内筒２２と可動開閉リング部材４４が、可動開閉リング部材４４の連通孔５４と連通路４３の連通が遮断されるまで共に上昇する。連通孔５４と連通路４３の連通が遮断されると、圧力室４０Ａへの水の供給が遮断され、内筒２２の外周突起部２９の下面に加わる水の圧力がなくなり、内筒２２の上端面３５に加わる水の圧力で、再び内筒２２が下降する。このようにして、内筒２２の上昇下降が繰り返されると、放水口２４とデフレクター部２６との距離が変化するため、水の脈動放射が行われる。

この脈動放射の極大値、極小値は内筒２２の上下動による連通孔５４と連通路４３が連通する位置と、連通が遮断される位置の設定により変化する。例えば、内筒２２の放水口２４がデフレクター部２６と接触するまで下降するように設定すれば、脈動の極小値は０リットル／分となるし、内筒２２の最下点がデフレクター部２０より上の位置になるように設定すれば、図２（ａ）のような脈動波形になる。

この実施形態においても図１の消火用散水ノズルと同様な効果が得られることは言うまでもない。

なお、図４の消火用散水ノズルは感熱分解部２７の火災検出により放水を行うが、感熱分解部２７を無くし、火災感知器からの出力信号である火災検出信号により水を消火用散水ノズルに供給し脈動放射を行っても良い。

また、本実施形態の数値は一例にすぎず、これらの数値による限定は受けない。また、脈動パターンとしては前記したものに限定されるものではなく、脈動が三角波的に変動するものなども考えられる。

また、本実施形態では脈動を行うものとして電動弁を使用してるが、電動弁に限らず配管に流れる水の水量を制限できるものであれば適用できる。

消火用散水ノズルを示す図脈動パターンの例を示すグラフ複数ノズルの場合の脈動の位相を示すグラフ他の消火用散水ノズルの半断面図可動開閉リング部材の拡大図従来例を示す図

符号の説明

１３：電動弁または電磁弁
１４：ノズル部
１５：火災感知器（火災検知部）
１６：火災受信機
１７：開閉制御信号発生部
１８：操作入力部
１９：ＲＯＭ
２０：脈動パターン形成プログラム
２１：外筒
２２：内筒
２７：感熱分解部
２８，２９：外周突起部
３２，５４：連通孔
４０：凹部
４０Ａ：圧力室
４３：連通路
４４：可動開閉リング部材
４９：長溝
５７：間隙

Claims

火災時に消火用配管に接続された消火用散水ノズルから消火液または水を放射して消火を行う固定式消火設備の散水ノズルに於いて、
前記消火用散水ノズルから前記消火液または水を脈動的に放射する脈動放射機構を有し、前記脈動機構は、水圧により弁体の開閉動作を行い脈動放射を行う水圧作動機構を備え、
前記水圧作動機構は、
外筒と、
該外筒内に上下動自在に収納される下端部に放水口を備えた内筒と、
前記外筒と前記内筒との間に形成され、前記内筒から導入された水圧により前記内筒を上昇させる圧力室と、
前記外筒と前記内筒との間に上下動自在に設けられ、前記内筒が所定の位置より上にあるときは前記内筒内から前記圧力室への水圧を遮断し前記内筒が所定の位置まで下降したとき前記内筒内の水圧を前記圧力室へ導入する可動開閉リング部材とからなり、
前記圧力室への水圧の導入と遮断の切り換え及び前記内筒にかかる下降方向へ移動させる水圧による前記内筒の上下動により放水口と消火液または水を散水するデフレクタとの間隔を変化することにより脈動放射を行うことを特徴とする消火用散水ノズル。