JP4440597B2 - 噴霧消火装置及び液体消火剤の噴霧方法 - Google Patents

Description

本発明は携行型の噴霧ノズル、固定設備に用いられるスプリンクラーヘッド、水噴霧ヘッド、散水ヘッド等の噴霧消火装置及び液体消火剤の噴霧方法に関する。

従来、図６及び図７に示すように、ノズル本体９０と、ノズル本体９０内に挿入されるアジテータ１００とを備えた噴霧消火装置が知られている。ノズル本体９０は、先端にノズル口９１ａが貫設された略管形状のヘッドチップ９１と、ヘッドチップ９１に螺合された略管形状のボディ９２とからなり、アジテータ１００はヘッドチップ９１内に挿入されており、周縁に螺旋溝１００ａが形成されてる。また、アジテータ１００の軸方向の中心には、ノズル口９１ａに向かって略直線状に開口するテーパ孔１００ｂが貫設されている。なお、ヘッドチップのノズル口の形状やアジテータの形状を変化させることによって、噴霧量や噴霧範囲を変化させることができる。また、テーパ孔１００ｂが貫設されていない噴霧消火装置も知られている。

この噴霧消火装置は、図示しない送水配管等に接続され、送水配管等から供給された水は、螺旋溝１００ａとヘッドチップ９１とによって形成された回転流路１０１に案内され、ノズル口９１ａから吐出される。このとき吐出される水は、回転流路１０１によって大きな回転運動エネルギーを与えられるため、遠心力によって激しく飛び散り、水滴が形成される。また、テーパ孔１００ｂによって形成された直線流路１０２を経由した水は、直線方向の運動エネルギーを与えられ、水滴を前方に飛ばす作用を奏する。こうして前方に飛ばされた水滴は、蒸発によって周囲から気化熱を奪うことにより火源の温度を下げることができる。

一方、他の種類の噴霧消火装置として、気体と水とを同時にノズルに圧入し、ノズル口から気体と水とを同時に吐出させる二流体ノズルも知られている（例えば特許文献１）。
特開２００３−１９０３１４号公報

この二流体ノズルによれば、ノズル内に供給された水が圧入された気体によって飛ばされて霧状になりノズル口から吐出される。

しかし、上記従来のアジテータが挿入された噴霧消火装置では、形成される水滴の径が大きいため、蒸発気化する速度が遅く、火炎を迅速に鎮圧することが困難である。また、蒸発することなく無駄に流出する水の量も多く、単なる放水よりは水損が少ないものの、その低減は、水損が特に問題となるビル火災や住宅火災において未だ不十分である。さらに、ノズル口より吐出された水滴には遠くまで飛ぶ勢いはないため、たとえ直線流路が形成されている噴霧消火装置であっても、その射程距離は短いものとなる。

この点、上記二流体ノズルは、アジテータが挿入された噴霧消火装置よりも細かい霧状の水滴を形成させることができるため、火炎を迅速に鎮圧することができ、水損も極めて少なくなる。また、ノズル口から吐出された霧状の水滴は、同時にノズルから高速で吐出される気体の流れに乗って遠くまで飛ばされるため、噴霧の射程距離も長くなる。

しかしながら、二流体ノズルを用いて消火を行った場合、噴霧は細かい霧状の水滴となり、その水滴は蒸発気化しやすく、また火炎近傍の気流に乗せられて火源に到達する水量も少なくなる。このため、燃焼部分が燃焼物の内部深くに存在する深部火災を消火するためには、噴霧に十分な時間をかけて、燃焼物の表面へ付着した水滴を蓄積させて深部にまで浸透させることが必要となる。その結果、深部火災を起こしやすい木・紙・布等が燃えているＡ火災に対しては消火するために長時間を要してしまう。その点においては、アジテータが挿入された噴霧消火装置の方が噴霧される水滴の径が大きく、燃焼物に付着した水が燃焼物の深部まで浸透するために十分な水量を短時間で供給することができ、好適である。

本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであり、射程距離が長く、火炎を迅速に鎮圧することができ、水損が少なく、深部火災の消火にも適切に対応することができる噴霧消火装置及び液体消火剤の噴霧方法を提供することを解決すべき課題としている。

本発明の噴霧消火装置は、先端にノズル口が貫設されたノズル本体と、該ノズル本体内に挿入されるアジテータとを備え、該アジテータは該ノズル本体に挿入されることにより、該ノズル本体内に供給された液体消火剤に対して回転力を与えるように案内する回転流路を形成する噴霧消火装置において、前記ノズル本体には、前記回転流路に対して前記ノズル口側と反対側である上流側において気体を圧入するための気体圧入ノズルが貫設されていることを特徴とする。

本発明の噴霧消火装置では、ノズル本体に気体を圧入するための気体圧入ノズルが貫設されているため、ノズル本体内に水等の液体消火剤を供給し、気体圧入ノズルから窒素や空気等の気体を圧入すれば、液体消火剤と気体とが混合され、細かい霧状となる。こうして霧状となった液体消火剤は、気体とともに回転流路に案内され、回転運動エネルギーを与えられつつノズル口から吐出される。このため、従来のアジテータが挿入されただけの噴霧消火装置と比べて、ノズル口から吐出される液体消火剤の液滴径が小さくなり、その結果蒸発気化が効率よく行われ、火炎を迅速に鎮圧することができ、水損を小さくすることができる。さらに、霧状にされた液体消火剤が気体の吐出圧力によって遠くまで飛ぶため、射程距離も長くなる。

また、本発明の噴霧消火装置においてノズル本体内に液体消火剤のみを供給し、気体圧入ノズルからの気体の圧入を停止すれば、従来のアジテータが挿入されただけの噴霧消火装置となり、ノズル口から吐出される液体消火剤の液滴の径が大きくなる。このため、燃焼物の内部にまで液体消火剤が浸透しやすくなり、深部火災を比較的短時間に消火することができる。

したがって、本発明の噴霧消火装置によれば、射程距離が長く、火炎を迅速に鎮圧させることができ、水損が少なく、深部火災の消火にも適切に対応することができる。

本発明のアジテータにはノズル本体内に供給された液体消火剤をノズル口の方向へ略直線状に案内する直線流路が形成されていることが好ましい。こうであれば、直線流路に案内された液体消火剤は、ノズル口の前方へ向かう直線方向の運動エネルギーを与えられるため、液体消火剤からなる液滴をより遠くまで飛散させることが可能となる。

また、気体圧入ノズルの圧入ノズル口は、ノズル本体の中心軸上に存在し、アジテータ側に向かって開口していることが好ましい。こうであれば、圧入ノズル口からアジテータ側に向かう気体の流れによって負圧部分が形成され、液体消火剤がその負圧部分に巻き込まれながら下流側に急速に送り出される。このため、ノズル口から吐出される液体消火剤の液滴の吐出速度が速くなり、霧状の液体消火剤の射程距離がより長くなる。

さらに、気体圧入ノズルは開閉弁に接続されていることが好ましい。こうであれば、開閉弁を開いて気体圧入ノズルからノズル本体内に気体を圧入したり、開閉弁を閉じて気体の圧入を停止したりすることができる。このため、火災現場の状況に応じた適切な消火活動を行うことができる。

また、気体圧入ノズルは逆止弁に接続されていることが好ましい。こうであれば、気体圧入ノズルから気体を供給せずに使用する場合において、気体圧入ノズルから液体消火剤が漏れ出すことを防ぐことができる。

本発明の噴霧消火装置を用いることによって、本発明の噴霧方法を実施することができる。すなわち、本発明の噴霧方法は、ノズル本体内に供給された液体消火剤に対して回転力を与えるように案内する回転流路を経由して該液体消火剤をノズル口から吐出させる液体消火剤の噴霧方法において、前記回転流路に対して前記ノズル口と反対側である上流側から気体を圧入することを特徴とする。

本発明の噴霧消火装置及び本発明の液体消火剤の噴霧方法において用いられる液体消火剤としては、単なる水の他、泡消火剤を含有する水、アルカリ金属塩と水との混合液又はアルカリ金属塩水溶液、常温で液体のハロゲン化消火剤等を採用することができる。液体消火剤が泡消火剤を含有する水であれば、気体圧入ノズルからの気体の圧入によって発泡させることができ、水のみでは消火が困難な火災に対して、より有効となる。

また、圧入される気体は窒素ガス、二酸化炭素ガス、空気等の気体を用いることができる。火災区画が密閉されており、火災区画内に人がいない場合は、窒素ガス、二酸化炭素ガス等の不活性ガスを用いることが好ましい。不活性ガスを大量に放出し、酸素の供給を断つことによって、より迅速に消火することができるからである。

以下、本発明を具体化した実施例を図面を参照しつつ説明する。

この噴霧消火装置は、消防車の放水銃に用いられるものであり、図１に示すように、ノズル本体１と、ノズル本体１内に挿入されたアジテータ２とを備えている。ノズル本体１は、ヘッドチップ３と、ヘッドチップ３に螺合された管形状のボディ４とからなる。ヘッドチップ３の先端には小径のノズル口３ａが貫設されており、ノズル口３ａから内方に向かって広がるテーパ部３ｂが形成されており、さらに後端に向かって略同径にくり抜かれた管状部３ｃが形成されている。アジテータ２は管状部３ｃに挿入されており、管状部３ｃの後端には雄ねじ３ｄが形成されている。

アジテータ２は、図７に示されたアジテータ１００とほぼ同様の形状とされており、図１に示すように周縁に螺旋溝２ａが形成されており、螺旋溝２ａと管状部３ｃとによって回転流路５０が形成されている。アジテータ２の軸方向の中心には、ノズル口３ａに向かって広がるテーパ孔２ｂが貫設されおり、テーパ孔２ｂによって略直線状にノズル口３ａに向かう直線流路２ｄが形成されている。

ボディ４は管形状とされており、先端に雌ねじ４ａが形成されており、ヘッドチップ３の管状部３ｃの雄ねじ３ｄと螺合されている。

ボディ４の側壁には取付孔４ｂが貫設されており、取付孔４ｂには取付リング５が溶接によって固定されている。取付リング５の内側にはテーパ雌ねじ５ａが形成されており、テーパ雌ねじ５ａにはエルボー６が螺合されている。エルボー６の取付リング５に螺合された側の先端には雌ねじ６ａが形成されており、雌ねじ６ａには気体圧入ノズル７が螺合され、ボディ４の径方向に垂設されている。気体圧入ノズル７は先端が閉じられた管形状とされており、気体圧入ノズル７の先端に近い側壁にはノズル本体１の中心軸と同軸であり、アジテータ２側に向かって開口する圧入ノズル口７ａが貫設されている。エルボー６の取付リング５に螺合された側と反対側の一端は、図２に示すようにガス配管８の一端に接続されており、ガス配管８の他端は逆止弁９、開閉弁１０及びレギュレータ１１を介して窒素ボンベ１２に接続されている。また、図１に示すように、ボディー４の後端の周縁にはテーパ雄ねじ４ｃが形成されている。

以上のように構成された実施例の噴霧消火装置を図２に示すように消防用の配管２０に取付け、以下のようにして噴霧範囲測定試験及び模擬火災消火試験を行なった。

＜噴霧範囲測定試験＞
（試験１〜３）
試験１〜３では配管２０を水平方向に固定し、消防用ポンプを駆動して配管２０に水を供給した。この際、図２に示す開閉弁１０は開放とし、レギュレータ１１によって圧力を０．６ＭＰａに調節し、気体圧入ノズル７（図１参照）に窒素ガスを圧入した。配管２０の固定高さは、試験１では８００ｍｍとし、試験２では１０００ｍｍとし、試験３では１２００ｍｍとした。

（試験４〜６）
試験４〜６では開閉弁１０を閉鎖し、気体圧入ノズル７（図１参照）への窒素ガスの圧入は行わなかった。配管２０の固定高さは試験４では８００ｍｍとし、試験５では１０００ｍｍとし、試験６では１２００ｍｍとした。他の条件は試験１〜３と同様である。

（結果）
窒素ガスを圧入させて噴霧を行った試験１〜３と、窒素ガスを圧入させずに噴霧を行った試験４〜６とを比較した結果、次のことが確認された。すなわち、配管２０の高さが８００ｍｍ及び１０００ｍｍでは、窒素ガスを圧入した場合には、窒素ガスを圧入しない場合に比べて液滴の到達距離が約２４％伸びた。また、配管２０の高さが１２００ｍｍでは、窒素ガスを圧入した場合には、窒素ガスを圧入しない場合に比べて液滴の到達距離が約３４％伸びた。一方、噴霧幅については、窒素ガスを圧入した場合には、窒素ガスを圧入しない場合よりも１７〜２５％程度狭くなることが確認され、窒素ガスの圧入によって指向性が高くなることが分かった。

＜消火試験＞
実施例の噴霧消火装置を消防用の配管２０に取付け、木製の角材を井桁状に積み、へプタンによって着火させたモデル火災の消火実験を行なった。消火試験は、窒素ガスを圧入した場合と、窒素ガスを圧入しない場合との両方を行い比較した。また、熱流束測定器を用いて熱流束の測定も行った。

（結果）
図３は水のみを噴霧して消火した場合の噴霧開始直後（上段）と噴霧開始７０秒後（下段）の写真であり、図４は窒素ガスを圧入して噴霧して消火した場合の噴霧開始直後（上段）と、噴霧開始７０秒後（下段）の写真である。これらの写真から、噴霧開始７０秒後の様子を比較すると、窒素ガスを圧入した場合、煙がある程度抑制される効果があることが分かる。また、熱流束の測定の結果、窒素ガスを圧入した場合には、消火に至るまでの熱流束の平均値は、窒素ガスを圧入しない場合に比べて約７％小さくなることが分かった。このことから、火源からの熱量の発生は、水のみを噴霧する場合よりも、窒素ガスを圧入して噴霧したほうが少ないことが分かった。

したがって、本発明の噴霧消火装置を用いて実際の消火活動を行なう場合には、当初気体圧入ノズル７への窒素ガスの圧入を行い、火炎を鎮圧した後、窒素ガスの圧入を停止し、燃焼物の深部の消火を迅速に行なうことが効果的である。

なお、上記噴霧範囲測定試験及び模擬火災消火試験では、配管２０（図２参照）に水を供給したが、水の替わりに泡消火剤を含有する水を供給することもできる。こうであれば、気体圧入ノズル７からの気体の圧入によって発泡させることができ、水のみでは消火が困難な火災に対して、より効果的である。

また、実施例の変形として、図５に示すアジテータ３０を採用することもできる。このアジテータ３０は略円柱形状をなし、中心軸に直線流路３１が形成されており、直線流路３１のまわりに中心軸と一定の傾斜角を有する４本の直線状の回転流路３２ａ〜３２ｄが取り囲んでいる。このアジテータ３０を用いた場合、液体消火剤は中心軸に対して一定の角度で回転流路３２ａ〜３２ｄから吐出されることにより回転運動が生じ、遠心力によって激しく飛び散り、液滴が形成される。この場合、前方に向かう液滴の運動エネルギーは、螺旋状の回転流路を有するアジテータを使用した場合に比べて大きくなるため、噴霧範囲は前方に広がることとなる。

本発明は携行型の噴霧ノズル、固定設備に用いられるスプリンクラーヘッド、水噴霧ヘッド、散水ヘッド等に利用可能である。

実施例の噴霧消火装置の断面図である。 実施例の噴霧消火装置の配管系統の模式図である。 水のみを噴霧して消火した場合の噴霧開始直後（上段）及び噴霧開始７０秒後（下段）の写真である。 窒素ガスを圧入して噴霧して消火した場合の噴霧開始直後（上段）及び噴霧開始７０秒後（下段）の写真である。 実施例の変形例に係るアジテータの斜視図である。 従来の水噴霧ヘッドの断面図である。 従来の水噴霧ヘッドの分解斜視図である。

符号の説明

３ａ…ノズル口
１…ノズル本体
２、３０…アジテータ
５、３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ…回転流路
７…気体圧入ノズル
２ｄ、３１…直線流路
７ａ…圧入ノズル口
１０…開放弁
９…逆止弁

Claims (7)

1. 先端にノズル口が貫設されたノズル本体と、該ノズル本体内に挿入されるアジテータとを備え、該アジテータは該ノズル本体に挿入されることにより、該ノズル本体内に供給された液体消火剤に対して回転力を与えるように案内する回転流路を形成する噴霧消火装置において、
   前記ノズル本体には、前記回転流路に対して前記ノズル口側と反対側である上流側において気体を圧入するための気体圧入ノズルが貫設されており、
   前記アジテータにはノズル本体内に供給された液体消火剤をノズル口の方向へ略直線状に案内する直線流路が形成されていることを特徴とする噴霧消火装置。
2. 気体圧入ノズルの圧入ノズル口は、ノズル本体の中心軸上に存在し、アジテータ側に向かって開口していることを特徴とする請求項１記載の噴霧消火装置。
3. 気体圧入ノズルは開閉弁に接続されていることを特徴とする請求項１又は２記載の噴霧消火装置。
4. 気体圧入ノズルは逆止弁に接続されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の噴霧消火装置。
5. ノズル本体内に供給された液体消火剤に対して回転力を与えるように案内する回転流路を経由して該液体消火剤をノズル口から吐出させる液体消火剤の噴霧方法において、
   請求項１に記載の噴霧消火装置を用いることを特徴とする液体消火剤の噴霧方法。
6. 噴霧の対象となる液体は、泡消火剤を含有する水であることを特徴とする請求項５記載の液体消火剤の噴霧方法。
7. 圧入される気体は不活性ガスであることを特徴とする請求項５又は６記載の液体消火剤の噴霧方法。