JP4897805B2 - 高速低圧エミッタを用いる火災鎮圧システム - Google Patents

Description

本発明は、霧状液体を放出する機器を用いた火災鎮圧システムに関し、本機器は、液体を気体流に噴射し、そこで、液体は霧化されると機器から離れ火元へ放出される。

火災制御および鎮圧スプリンクラシステムは、一般的に、通常保護されるべき領域の周りの天井に据え付けられる個々のスプリンクラヘッドを複数含む。スプリンクラヘッドは通常、閉鎖状態に保たれると共に、火災状態が発生した時を判定するために、熱応答性感知部材を含む。熱応答性部材の作動時には、スプリンクラヘッドが開放され、火災を消火するために、個々のスプリンクラヘッドにおいて、加圧された水が自由にその中を通過できる。個々のスプリンクラヘッドは、スプリンクラヘッドの目的とする保護の種類（例えば、光または通常のハザード条件）、および、例えば、アンダーライターズ・ラボラトリーズインク、工場相互調査団体（Ｆａｃｔｏｒｙ Ｍｕｔｕａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｏｒｐ．）、および／または全国防火協会（ｔｈｅ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｆｉｒｅ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ）等の産業界により認められた評価機関によって決定されるような、個々のスプリンクラーの等級によって決められた距離だけ、互いに離間させられる。

熱作動と、スプリンクラヘッドによる適切な水分配との間の遅延を最小化するために、スプリンクラヘッドを水源と連結させる配管は、多くの例において、常に水で満たされている。これはウェットシステムとして知られており、水はスプリンクラヘッドの熱作動時に、直ちにスプリンクラヘッドで利用可能である。しかしながら、スプリンクラシステムが倉庫等の非加熱領域に装着されるといった状況も多くある。これらの状況では、ウェットシステムが使用されるならば、とりわけ、水は長期間に亘り、配管システム内を流れないため、管内の水が凍る危険がある。これは、スプリンクラヘッドが熱作動させられるならば、スプリンクラシステムの作動に悪影響を及ぼす一方で、管内の氷遮断があるだけでなく、このような冷却は、広範囲に及ぶならば、結果的に管の破裂をもたらして、スプリンクラシステムを破壊する。したがって、それらの状況では、非作動状態の間には、水が満たされていない配管を有することが、一般的に行われている。これは、乾式防火システムとして知られている。

これまでのスプリンクラヘッドは、作動させられた時に、水等の火災鎮圧用の液体噴霧を、火災部分に吐出する。水噴霧は、幾らかは有効であるが、幾つかの欠点を有する。噴霧を構成する水滴は、相対的に大きく、また燃焼域にある家具や物品に水害を引き起こす。水噴霧はまた、限られた火災鎮圧モードを呈する。例えば、噴霧は全体表面積が小さい相対的に大きな水滴からなり、効果的に熱を吸収せず、したがって、火の周りの環境大気温度を低下させることにより、火災の広がりを阻止すべく効果的に作動し得ない。大きな水滴はまた、放射熱伝達を効果的に遮断しないために、このモードにより火災の広がりを許容する。噴霧はさらに、火の周りの環境大気から酸素を有効に置換させず、また、通常は煙流に打ち勝ち、かつ火元を攻撃するための水滴の下方への運動量が十分ではない。

これらの欠点を考慮して、共振管等の火災鎮圧用の液体を霧化する機器が、これまでのスプリンクラヘッドの代替物と考えられてきた。共振管は、気体噴流と空隙との間の振動圧力波の相互作用によって発生させられた音響エネルギを用いて、音響エネルギが存在する共振管の付近へ噴射させられた液体を霧化する。

残念ながら、周知の構成および作動モードの共振管は一般的に、防火用途に効果的であるために必要な流体流特性を有していない。共振管からの流量は、不適切になりがちであり、また霧化工程によって発生させられた水粒子は、相対的に低速を有する。その結果、これらの水粒子は、約２０．３センチメートル（８インチ）から４０．６センチメートル（１６インチ）のスプリンクラヘッドの中で著しく減速させられると共に、火によって発生させられた立ち上がる燃焼気体に打ち勝つことができない。それ故、水粒子は、有効な火災鎮圧として火元に到達し得ない。さらに、霧化によって生じた水粒子寸法は、環境温度が５５度Ｃ以下の場合には、火災の鎮圧に対して酸素含有量を低下させる効果がない。また、周知の共振管は、高圧で送達される相対的に大きな気体容量を必要とする。これは、大きな音響エネルギを発生させ、かつ、気体流が横切るデフレクタ面から離れる不安定な気体流を生じさせて、不十分な水の霧化に至る。

周知の共振管よりも有効に作動する霧化エミッタを有する火災鎮圧システムが、明らかに必要とされている。このようなエミッタは理想的には、水粒子が火災煙流に打ち勝り、かつ、火災鎮圧により効果的であるように、より小さい寸法の分散を有する一方で、吐出時に大きな運動量を維持する十分な量の霧状水粒子を生成するために、より少ない量の気体を低圧で用いる。

本発明は、火災鎮圧システムに関する。本システムは、加圧気体源と、加圧液体源と、気体に混入された液体を霧化すると共に火へ吐出するための少なくとも１個のエミッタとを含む。気体導管により、加圧気体源とエミッタとが連通し、配管網により、加圧液体源とエミッタとが連通する。気体導管にある第１弁は、エミッタへの気体の圧力および流速を制御し、配管網にある第２弁は、エミッタへの液体の圧力および流速を制御する。圧力変換器は、気体導管内の圧力を測定する。火災検知器は、エミッタの近くに位置決めされる。制御システムは、第１および第２弁、圧力変換器ならびに火災検知器に対して連通する。制御システムは、圧力変換器および火災検知器から信号を受け取ると共に、火災検知器からの火災を示す信号に応答して、弁を開放させる。制御システムは、エミッタを作動させるために、気体導管内を所定圧力に維持するように、第１弁を作動させる。

本システムはまた、加圧気体源を形成する複数の加圧気体タンク、および加圧気体タンクと第１弁とを連通させる高圧マニフォルドを含んでいてもよい。このようなシステムでは、複数の制御弁を有することが有利であり、各制御弁は、加圧気体タンクの１個に対して連結される。制御システムおよび制御弁に対して連通する監視ループは、制御弁の開放および閉鎖状態を監視する。

本発明はまた、火災鎮圧システムの作動方法も包含する。本システムは、入口を有するノズルを含むエミッタを有しており、入口は、加圧気体源および出口に対して連通状態で接続される。ダクトは、加圧液体源に対して連通状態で接続される。ダクトは、出口に隣接して位置決めされた出口オリフィスを有する。デフレクタ面は、出口と離間した状態で対向するように位置決めされる。本方法は、
液体をオリフィスから吐出する工程と、
気体を出口から吐出する工程と、
出口とデフレクタ面との間に第１衝撃面を形成する工程と、
デフレクタ面に隣接して第２衝撃面を形成する工程と、
液体‐気体流を形成するために、液体を気体に混入する工程と、
液体‐気体流をエミッタから放出する工程とを含む。

本方法はまた、加圧気体源として、複数の加圧気体タンクを用いる工程を含む。複数の制御弁は、各々が加圧気体タンクの１個と連結させられており、制御弁の開放および閉鎖状態を監視するために、制御弁に対して連通する監視ループと合わせて使用される。本方法はさらに、制御弁の状態を監視すると共に、システム作動の間に、制御弁を開放配置に維持する工程を含む。
また、本発明は、火災鎮圧システムであって、加圧気体源と、加圧液体源と、気体に混入された液体を霧化すると共に火へ向けて吐出する少なくとも１個のエミッタと、前記加圧気体源と前記エミッタとを連通させる気体導管と、前記気体導管とは異なる配管網と、該配管網は前記加圧液体源と前記エミッタとを連通させることと、前記気体導管において、前記エミッタへの気体の圧力および流速を制御する第１弁と、前記配管網において、前記エミッタへの液体の圧力および流速を制御する第２弁と、前記気体導管内の圧力を測定する圧力変換器と、前記エミッタの付近に位置決めされる火災検知器とを備え、前記エミッタは、入口と断面円状の出口との間を無遮断状態にて貫通する気体流を吐出可能なノズルと、該ノズルの入口は前記気体導管の第１弁に対して連通状態で接続されることと、前記エミッタ内においてノズルを包囲し、かつ、前記配管網の第２弁を介して前記加圧液体源と連通する環状室と、前記環状室から延在する複数のダクトと、各ダクトは、前記ノズルの出口に近接して配置され、該出口と同じ水平面に形成された出口オリフィスを有することと、前記ノズルの出口に対向するように配置され、ノズルから吐出される気体流およびダクトから吐出される液体流に対して直交するように配向され、かつ、表面全体が同一平面上にある平坦面を含む第１の面と、該平坦面の端縁部において面取りされた傾斜面を含む第２の面とを有するデフレクタ面と、前記第１および第２弁、前記圧力変換器、および前記火災検知器に対して接続される制御経路とを含み、該制御経路は圧力変換器および火災検知器から信号を受け取ると共に、該火災検知器からの火災を示す信号に応答して、前記第１および第２弁を開放させることを特徴とする。
また、本発明は、火災鎮圧システムであって、加圧気体源と、加圧液体源と、気体に混入された液体を霧化すると共に火へ向けて吐出する少なくとも１個のエミッタと、前記加圧気体源と前記エミッタとを連通させる気体導管と、前記気体導管とは異なる配管網と、該配管網は前記加圧液体源と前記エミッタとを連通させることと、前記気体導管において、前記エミッタへの気体の圧力および流速を制御する第１弁と、前記配管網において、前記エミッタへの液体の圧力および流速を制御する第２弁と、前記気体導管内の圧力を測定する圧力変換器と、前記エミッタの付近に位置決めされる火災検知器とを備え、前記エミッタは、入口と断面円状の出口との間を無遮断状態にて貫通する気体流を吐出可能なノズルと、該ノズルの入口は前記気体導管の第１弁に対して連通状態で接続されることと、前記エミッタ内においてノズルを包囲し、かつ、前記配管網の第２弁を介して前記加圧液体源と連通する環状室と、前記環状室から延在する複数のダクトと、各ダクトは、前記ノズルの出口に近接して配置され、該出口と同じ水平面に形成された出口オリフィスを有することと、前記ノズルの出口に対向するように配置され、ノズルから吐出される気体流およびダクトから吐出される液体流に対して直交するように配向され、かつ、表面全体が同一平面上にある平坦面を含む第１の面と、該平坦面の端縁部において湾曲面を含む第２の面とを有するデフレクタ面と、前記第１および第２弁、前記圧力変換器、および前記火災検知器に対して接続される制御経路とを含み、該制御経路は圧力変換器および火災検知器から信号を受け取ると共に、該火災検知器からの火災を示す信号に応答して、第１および第２弁を開放させることを特徴とする。

図１は、概略図における、本発明に係る火災鎮圧システム１１の一例を示す。システム１１は、以下に詳細に示す複数の高速低圧エミッタ１０を含む。エミッタ１０は、潜在的な火災危険域１３に配置される。システムは、１個または複数のこの危険域を含み、各危険域は、それ自体のエミッタ列を有する。明瞭にするために、１個の危険域のみがここには記載されており、当然のことながら、その記載は図示する他の火災危険域にも適用できる。

エミッタ１０は、配管網１５を介して加圧水源１７に連結される。水制御弁１９は、源１７からエミッタ１０への水流を制御する。エミッタはまた、気体導管網２３を介して、加圧気体源２１と連通させられる。加圧気体は好適には、窒素などの不活性気体であり、また高圧シリンダ２５の列に保持される。シリンダ２５は、１７２３６．９ｋＰａ（２５００ｐｓｉｇ）まで加圧させられてもよい。大量の気体を必要とする大型システムでは、およそ１１３．５６２３ｋＬ（３０，０００ガロン）の容量を有する１個または複数の低圧タンク（約２４１３．１７ｋＰａ（３５０ｐｓｉｇ））が用いられてもよい。

シリンダ２５の弁２７は好適には、開放状態に保たれ、高圧マニフォルド２９に対して連通させられている。マニフォルドから気体導管２３までの気体の流速および圧力は、高圧気体制御弁３１によって制御される。導管２３の高圧制御弁３１の下流における圧力は、圧力変換器３３によって監視される。エミッタ１０への気体流は、各火災危険域１３において、圧力変換器の下流にある低圧弁３５によってさらに制御される。

各火災危険域１３は、１個または複数の火災検知器３７によって監視される。これらの検知器は、例えば炎、熱、温度上昇速度の感知、煙検知、またはこれらの組み合わせ等、多様な火災検知モードのいずれかで作動する。

それ故、説明されるシステム構成要素は、制御システム３９によって調整かつ制御させられ、この制御システム３９は、制御パネル表示器（図示なし）、常駐ソフトウェア、およびプログラマブル論理制御装置４３を有するマイクロプロセッサ４１を含む。制御システムは、情報を受け取ると共に、以下の制御指令を出すために、システム構成要素と連結する。

各シリンダ弁２７は、マイクロプロセッサ４１と連結する監視ループ４５によって、その状態（開放または閉鎖）について監視され、このマイクロプロセッサ４１は、シリンダ弁状態を視覚的に表示する。水制御弁１９はまた、連通ライン４７を介してマイクロプロセッサ４１と連通しており、これにより弁１９は、制御システムによって監視かつ制御される（開放かつ閉鎖させられる）。同様に、気体制御弁３５は、連通ライン４９を介して制御システムと連通すると共に、火災検知器３７も、連通ライン５１を介して制御システムと連通する。圧力変換器３５は、連通ライン５３を越えて、プログラマブル論理制御装置４３にその信号を供給する。プログラマブル論理制御装置も、連通ライン５５を越えて高圧気体弁３１と連通すると共に、連通ライン５７を越えてマイクロプロセッサ４１と連通する。

作動に際して、火災検知器３７は火災を感知すると共に、連通ライン５１を越えて信号をマイクロプロセッサ４１へ供給する。マイクロプロセッサは論理制御装置４３を作動させる。制御装置４３は独立した制御装置、あるいは高圧制御弁３１の一体部分であってもよいことに留意すべきである。論理制御装置４３は、圧力変換器３３から連通ライン５３を介して、気体導管２３の圧力を示す信号を受け取る。論理制御装置４３が高圧気体弁３１を開放させる一方で、マイクロプロセッサ４１は、それぞれの連通ライン４９，４７を用いて、気体制御弁３５および水制御弁１９を開放する。それ故、タンク２５からの窒素および水源１７からの水は、気体導管２３および水配管網１５をそれぞれ通過する。エミッタ１０を適切に作動させるための好適な水圧は、以下に説明するように、約６．８９４７６ｋＰａ（１ｐｓｉｇ）から約３４４．７３８ｋＰａ（５０ｐｓｉｇ）である。論理制御装置４３は、エミッタ１０を以下に説明するパラメータ内で作動させるために、正しい気体圧力（約１９９．９４８ｋＰａ（２９ｐｓｉａ）から約４１３．６８６ｋＰａ（６０ｐｓｉａ）および流速に維持するように、弁３１を作動させる。火災が消火されたことが感知されると、マイクロプロセッサ４１は気体および水弁３５および１９を閉鎖し、かつ論理制御装置４３は高圧制御弁３１を閉鎖する。制御システム３９は、全ての火災危険域１３を継続的に監視すると共に、別の火災、または初期火災の再発火時には、上述した連続が繰り返される。

図２は、本発明に係る高速低圧エミッタ１０の縦断面図を示す。エミッタ１０は、入口１４および出口１６を有する先細ノズル１２を含む。出口１６は直径が、多くの用途のために、約３．１８ミリメートル（１／８インチ）から約２５．４ミリメートル（１インチ）に及ぶ。入口１４は、気体を所定の圧力および流速でノズルに供給する加圧気体供給体１８に対して連通している。ノズル１２が湾曲先細内面２０を有すると有利であるが、直線テーパ面等の他の形状も可能である。

デフレクタ面２２がノズル１２に対して離間した状態で位置決めされると、間隙２４がデフレクタ面とノズル出口との間に形成される。間隙は寸法が、約２．５４ミリメートル（１／１０インチ）から約１９．０５ミリメートル（３／４インチ）に及んでよい。デフレクタ面２２は、１個または複数の支持脚部２６によって、ノズルから離間した状態で保持される。

好適には、デフレクタ面２２は、ノズル出口１６と実質的に整列させられた平面部２８と、平面部と連続すると共に平面部を包囲する傾斜面部３０を含む。平面部２８は実質的に、ノズル１２からの気体流と直交すると共に、出口１６の直径と略等しい最小直径を有する。傾斜部３０は平坦部から後退角で配向される。後退角は、約１５度から約４５度であってもよく、間隙２４の寸法と共に、エミッタからの流れの分散パターンを決定する。

デフレクタ面２２は、図３に示す湾曲上側縁３４および図４に示す湾曲縁３６等、他の形状を有していてもよい。図５および図６に示すように、デフレクタ面２２はまた、平坦部４０および後退角部４２（図５）または湾曲部４４（図６）によって包囲される閉鎖端共振管３８を含んでいてもよい。共振空隙の直径および深さは、出口１６の直径と略等しくてもよい。

再度図２を参照すると、環状室４６はノズル１２を包囲する。室４６は、液体を室へ所定の圧力および流速で供給する加圧液体供給体４８と連通している。複数のダクト５０が室４６から延在する。各ダクトは、ノズル出口１６に隣接して位置決めされる出口オリフィス５２を有する。出口オリフィスは、約０．７９ミリメートル（１／３２インチ）から約３．１８ミリメートル（１／８インチ）の直径を有する。ノズル出口１６と出口オリフィス５２との間の好適な距離は、ノズル出口の縁から出口オリフィスの最も近い縁までの半径線に沿って測定すると、約０．４０ミリメートル（１／６４インチ）から約３．１８ミリメートル（１／８インチ）に及ぶ。火災鎮圧用液体、例えば水は、加圧供給体４８から室４６まで、さらにダクト５０を通り流れ、各オリフィス５２から出て、そこで、以下に詳細に説明されるように、ノズル１２を通り流れ、かつノズル出口１６から出た加圧気体供給体からの気体流によって霧化される。

エミッタ１０は、火災鎮圧システムで使用するように構成される時には、ノズル入口１４において約１９９．９４８ｋＰａ（２９ｐｓｉａ）から約４１３．６８６ｋＰａ（６０ｐｓｉａ）の好適な気体圧、および室４６において約６．８９４７６ｋＰａ（１ｐｓｉｇ）から約３４４．７３８ｋＰａ（５０ｐｓｉｇ）の好適な水圧で作動するように構成される。可能な気体には窒素、他の不活性気体、不活性気体の混合物、並びに空気等の不活性気体および化学的活性気体の混合物を含む。

エミッタ１０の作動について、図７を参照して説明する。図７は、作動エミッタのシュリーレン写真分析に基づく図である。
気体８５は、約マッハ１．５でノズル出口１６を出るとデフレクタ面２２に衝突する。同時に、水８７は出口オリフィス５２から吐出される。

気体８５とデフレクタ面２２との相互作用により、ノズル出口１６とデフレクタ面２２との間に第１衝撃領域が形成される。衝撃領域は、超音速から亜音速までの流動移行域である。オリフィス５２を出た水８７は、第１衝撃領域５４の領域には入らない。

第２衝撃領域５６は、デフレクタ面付近において、平坦面部２８と傾斜面部３０との間の境界に生じる。オリフィス５２から吐出された水８７は、第２衝撃領域５６付近で気体噴流８５に混入されて、液体‐気体流６０を形成する。混入方法の一つでは、気体流噴流と大気との間の圧力差を使用する。ショックダイヤモンド（ｓｈｏｃｋ ｄｉａｍｏｎｄｓ）５８は、傾斜部３０に沿った領域に生じ、液体‐気体流６０内に閉じ込められる。液体‐気体流６０は、エミッタから外方かつ下方へ放出される。ショックダイヤモンドはまた、超音速流と亜音速流との間の移行部分であり、気体流がノズルを出る時に、過膨張させられた結果である。過膨張流は流れの型を描いて進み、外圧（即ち、この場合は環境大気圧）はノズルにおける気体出口圧よりも高い。これは、自由噴流境界８９から反射する斜めの衝撃波を形成し、液体‐気体流６０と環境大気と間の限界を定める。斜めの衝撃波は、ショックダイヤモンドを形成するために、互いに向けて反射させられる。

大きな剪断力が液体‐気体流６０に形成され、この液体‐気体流６０は理想的にはデフレクタ面から離れないが、分離が６０ａで示されるように生じても、エミッタは未だ有効である。第２衝撃領域５６の付近で混入された水は、霧化の主要な機構であるこれらの剪断力にさらされる。水はまたショックダイヤモンド５８と衝突し、これは水霧化の二次的発生源である。

したがって、エミッタ１０は、直径が２０μｍ未満の水粒子であって、粒子の大部分が５μｍ未満である水粒子を形成する複数の霧化機構と共に作動する。より小さな水滴は空気中に浮遊する。この特性により、これらの水滴は、より大きな火災鎮圧効果のために、火元付近に持続させられる。さらに、粒子は大きな下方への運動量を持続するため、液体‐気体流６０が火災の結果生じる燃焼気体の吹き上げに打ち勝つことが可能になる。測定値は、エミッタから４５７．２ミリメートル（１８インチ）で、毎分約３６０メートル（１，２００フィート）の速度と、２．４メートル（８フィート）で、毎分２１０メートル（７００フィート）の速度を有する液体‐気体流を示す。エミッタからの流れは、作動させられる部屋の床に衝突させられる。デフレクタ面２２の傾斜部３０の後退角３２は、液体‐気体流６０の先端角度６４に対して著しい制御をもたらす。約１２０度の先端角度が達成可能である。流れの分散パターンに対する付加的な制御は、ノズル出口１６とデフレクタ面との間の間隙２４を調整することにより達成される。

エミッタの作動中には、火災の間に部屋の天井に溜まる煙層が、ノズルを出た気体流８５に吸引されると共に、流れ６０に混入される。これは、以下に説明するエミッタの多様な消火特性モードに加えられる。

エミッタは、上述した極めて小さい粒子寸法へ水を霧化することにより、温度を低下させる。これは熱を吸収すると共に、燃焼拡散の沈静化を助ける。流れに混入された窒素気体流および水は、部屋内の酸素を、燃焼を助長し得ない気体と置き換える。流れに混入されている、さらに酸素が消耗された煙層状の気体はまた、火の酸素枯渇に貢献する。しかしながら、エミッタが配置された部屋の酸素レベルは、約１６パーセント以下には低下しない。水粒子および混入煙は、火からの放射熱伝達を遮断する霧を形成し、ひいてはこの熱伝達モードによって、燃焼拡散を沈静化する。極めて小さい水粒子寸法に起因する、並外れて大きな表面積によって、水は容易にエネルギを吸収すると共に、さらに酸素を置き換え、火から熱を吸収し、位相移行に関連する安定的な温度維持に役立つ蒸気を形成する。エミッタによってもたらされる混合および乱流はまた、火の周囲における温度の低下に役立つ。

エミッタは、大きな音響エネルギを形成しない点において、共振管と異なる。噴流ノイズ（物体上を移動する空気によって生じる音）は、エミッタからの唯一の音響出力である。エミッタの噴流ノイズは、約６ＫＨｚ（周知のタイプの共振管の作動周波数の半分）よりも高い顕著な周波数成分を有さず、また水の霧化に目立って貢献することはない。

また、共振管からの流れとは異なり、エミッタからの流れは安定的であると共に、デフレクタ面から離れない（即ち、６０ａとして知られる遅延分離を経験する）。共振管からの流れは不安定であると共に、デフレクタ面から離れてしまい、不十分な霧化あるいは霧化の損失にまで至る。

別のエミッタの実施形態１０１を図８に示す。エミッタ１０１は、ノズル１２に向けて角度をなして配向されるダクト５０を有する。このダクトは、水または他の液体８７を気体８５へ向けて角度をなして配向され、これによりその液体を第１衝撃領域５４の付近で気体に混入させる。本構成は、エミッタ１０１から噴出される液体‐気体流６０の形成に際して、さらに別の霧化領域を付加することも考えられる。

ここに説明されたエミッタを用いる本発明に係る火災鎮圧システムは、火の広がりを制御するのに適している一方で、周知のシステムよりも少ない気体および水を使用する複数の火災消火モードを達成する。

本発明に係る例示火災鎮圧システムを示す概略図。 図１の火災鎮圧システムに用いられる高速低圧エミッタを示す縦断面図。 図２のエミッタの構成要素を示す縦断面図。 図２のエミッタの構成要素を示す他の縦断面図。 図２のエミッタの構成要素を示す他の縦断面図。 図２のエミッタの構成要素を示す他の縦断面図。 図２のエミッタの作動中におけるシュリーレン写真に基づくエミッタからの流体流を示す図。 エミッタの別の実施形態における予測流体流を示す図。

Claims (34)

1. 火災鎮圧システムであって、
   加圧気体源と、
   加圧液体源と、
   気体に混入された液体を霧化すると共に火へ向けて吐出する少なくとも１個のエミッタと、
   前記加圧気体源と前記エミッタとを連通させる気体導管と、
   前記気体導管とは異なる配管網と、該配管網は前記加圧液体源と前記エミッタとを連通させることと、
   前記気体導管において、前記エミッタへの気体の圧力および流速を制御する第１弁と、
   前記配管網において、前記エミッタへの液体の圧力および流速を制御する第２弁と、
   前記気体導管内の圧力を測定する圧力変換器と、
   前記エミッタの付近に位置決めされる火災検知器とを備え、
   前記エミッタは、
   入口と断面円状の出口との間を無遮断状態にて貫通する気体流を吐出可能なノズルと、該ノズルの入口は前記気体導管の第１弁に対して連通状態で接続されることと、
   前記エミッタ内においてノズルを包囲し、かつ、前記配管網の第２弁を介して前記加圧液体源と連通する環状室と、
   前記環状室から延在する複数のダクトと、各ダクトは、前記ノズルの出口に近接して配置され、該出口と同じ水平面に形成された出口オリフィスを有することと、
   前記ノズルの出口に対向するように配置され、ノズルから吐出される気体流およびダクトから吐出される液体流に対して直交するように配向され、かつ、表面全体が同一平面上にある平坦面を含む第１の面と、該平坦面の端縁部において面取りされた傾斜面を含む第２の面とを有するデフレクタ面と、
   前記第１および第２弁、前記圧力変換器、および前記火災検知器に対して接続される制御経路とを含み、該制御経路は圧力変換器および火災検知器から信号を受け取ると共に、該火災検知器からの火災を示す信号に応答して、前記第１および第２弁を開放させることを特徴とする火災鎮圧システム。
2. 前記加圧気体源を構成する複数の加圧気体タンクと、
   前記加圧気体タンクと前記第１弁とを連通させる高圧マニフォルドとをさらに含む請求項１に記載の火災鎮圧システム。
3. 複数の制御弁と、各制御弁は前記加圧気体タンクの１個と連結されることと、
   前記制御弁の状態を監視するために、前記制御経路および該制御弁に対して連通する監視ループとをさらに含む請求項２に記載の火災鎮圧システム。
4. 前記ノズルは先細ノズルである請求項１に記載の火災鎮圧システム。
5. 前記出口は、３．１８ミリメートル（１／８インチ）から２５．４ミリメートル（１インチ）の直径を有する請求項１に記載の火災鎮圧システム。
6. 前記オリフィスは、０．７９ミリメートル（１／３２インチ）から３．１８ミリメートル（１／８インチ）の直径を有する請求項１に記載の火災鎮圧システム。
7. 前記デフレクタ面は、２．５４ミリメートル（１／１０インチ）から１９．０５ミリメートル（３／４インチ）の距離だけ、前記出口から離間されている請求項１に記載の火災鎮圧システム。
8. 前記平坦面は、前記出口の直径と等しい直径を有する請求項１に記載の火災鎮圧システム。
9. 前記傾斜面は、前記平坦面から測定して、１５度から４５度の後退角を有する請求項１に記載の火災鎮圧システム。
10. 前記出口オリフィスは、０．４０ミリメートル（１／６４インチ）から３．１８ミリメートル（１／８インチ）の距離だけ、前記出口から離間される請求項１に記載の火災鎮圧システム。
11. 前記ノズルは、１９９．９４８ｋＰａ（２９ｐｓｉａ）から４１３．６８６ｋＰａ（６０ｐｓｉａ）の気体圧範囲で作動するように構成される請求項１に記載の火災鎮圧システム。
12. 前記ダクトは、６．８９４７６ｋＰａ（１ｐｓｉｇ）から３４４．７３８ｋＰａ（５０ｐｓｉｇ）の液圧範囲で作動するように構成される請求項１に記載の火災鎮圧システム。
13. 前記ダクトは、前記ノズルに向かって角度をなして配向される請求項１に記載の火災鎮圧システム。
14. 火災鎮圧システムであって、
    加圧気体源と、
    加圧液体源と、
    気体に混入された液体を霧化すると共に火へ向けて吐出する少なくとも１個のエミッタと、
    前記加圧気体源と前記エミッタとを連通させる気体導管と、
    前記気体導管とは異なる配管網と、該配管網は前記加圧液体源と前記エミッタとを連通させることと、
    前記気体導管において、前記エミッタへの気体の圧力および流速を制御する第１弁と、
    前記配管網において、前記エミッタへの液体の圧力および流速を制御する第２弁と、
    前記気体導管内の圧力を測定する圧力変換器と、
    前記エミッタの付近に位置決めされる火災検知器とを備え、
    前記エミッタは、
    入口と断面円状の出口との間を無遮断状態にて貫通する気体流を吐出可能なノズルと、該ノズルの入口は前記気体導管の第１弁に対して連通状態で接続されることと、
    前記エミッタ内においてノズルを包囲し、かつ、前記配管網の第２弁を介して前記加圧液体源と連通する環状室と、
    前記環状室から延在する複数のダクトと、各ダクトは、前記ノズルの出口に近接して配置され、該出口と同じ水平面に形成された出口オリフィスを有することと、
    前記ノズルの出口に対向するように配置され、ノズルから吐出される気体流およびダクトから吐出される液体流に対して直交するように配向され、かつ、表面全体が同一平面上にある平坦面を含む第１の面と、該平坦面の端縁部において湾曲面を含む第２の面とを有するデフレクタ面と、
    前記第１および第２弁、前記圧力変換器、および前記火災検知器に対して接続される制御経路とを含み、該制御経路は圧力変換器および火災検知器から信号を受け取ると共に、該火災検知器からの火災を示す信号に応答して、第１および第２弁を開放させることを特徴とする火災鎮圧システム。
15. 請求項１または１４に記載の火災鎮圧システムの作動方法であって、
    前記液体流を出口オリフィスから吐出する工程と、
    前記気体流を前記出口から超音速にて吐出する工程と、
    前記出口と前記デフレクタ面との間において気体流の速度を亜音速まで減速させて、超音速と亜音速との移行領域に第１衝撃領域を形成する工程と、
    前記デフレクタ面の平坦面と傾斜面との境界に近接して気体流の第２衝撃領域を形成し、前記気体流を第１衝撃領域と第２衝撃領域との間で超音速まで加速させ、さら第２衝撃領域を通過した後に減速させる工程と、
    前記第２衝撃領域に近接して前記液体流を前記気体流に混入させて液体−気体流を形成する工程と、
    前記液体‐気体流を前記エミッタから放出する工程とを含むことを特徴とする火災鎮圧システムの作動方法。
16. 前記火災鎮圧システムは、
    前記加圧気体源を形成する複数の加圧気体タンクと、
    複数の制御弁と、各制御弁は前記加圧気体タンクの１個と連結されることと、
    前記制御弁の開放および閉鎖状態を監視するために、前記制御弁に対して連通する監視ループとを含むことと、
    前記火災鎮圧システムの作動方法は、前記制御弁の状態を監視すると共に、該火災鎮圧システムの作動中に、該制御弁を開放状態に維持する工程を含むこととを特徴とする請求項１５に記載の火災鎮圧システムの作動方法。
17. 前記デフレクタ面の傾斜面に沿って前記液体‐気体流に複数のショックダイヤモンドを形成する工程を含む請求項１５に記載の火災鎮圧システムの作動方法。
18. 前記ノズルから気体流を排出させた後で過膨張気体流噴流を形成する工程を含む請求項１５に記載の火災鎮圧システムの作動方法。
19. １９９．９４８ｋＰａ（２９ｐｓｉａ）から４１３．６８６ｋＰａ（６０ｐｓｉａ）の圧力で、気体を前記入口に供給する工程を含む請求項１５に記載の火災鎮圧システムの作動方法。
20. ６．８９４７６ｋＰａ（１ｐｓｉｇ）から３４４．７３８ｋＰａ（５０ｐｓｉｇ）の圧力で、液体を前記ダクトに供給する工程を含む請求項１５に記載の火災鎮圧システムの作動方法。
21. 前記第１衝撃領域に近接して、前記液体流を前記気体流に混入させる工程を含む請求項１５に記載の火災鎮圧システムの作動方法。
22. 前記液体‐気体流は前記デフレクタ面から離間しない請求項１５に記載の火災鎮圧システムの作動方法。
23. 前記エミッタから気体噴流ノイズ以外の音響エネルギを生じさせない工程を含む請求項１５に記載の火災鎮圧システムの作動方法。
24. 前記液体‐気体に運動量を生じさせる工程をさらに含む請求項１５に記載の火災鎮圧システムの作動方法。
25. 前記エミッタから４５７．２ミリメートル（１８インチ）の距離において、毎分３６０メートル（１，２００フィート）の速度で前記液体‐気体流を噴出する工程をさらに含む請求項２４に記載の火災鎮圧システムの作動方法。
26. 前記エミッタから２．４メートル（８フィート）の距離において、毎分２１０メートル（７００フィート）の速度で前記液体‐気体流を噴出する工程をさらに含む請求項２４に記載の火災鎮圧システムの作動方法。
27. 前記デフレクタ面の傾斜面によって、前記エミッタから所定の先端角を有する流れパターンを形成する工程をさらに含む請求項１５に記載の火災鎮圧システムの作動方法。
28. 前記気体流と大気との間の圧力差を用いて、該気体流に前記液体流を吸い込む工程を含む請求項１５に記載の火災鎮圧システムの作動方法。
29. 前記液体流を前記気体流に混入させると共に、該液体を直径が２０μｍ未満の滴となるように霧化させる工程を含む請求項１５に記載の火災鎮圧システムの作動方法。
30. 酸素消耗煙層を前記気体流に吸い込むと共に、該煙層を前記エミッタの液体流に混入させる工程を含む請求項１５に記載の火災鎮圧システムの作動方法。
31. 前記出口から不活性気体を吐出する工程を含む請求項１５に記載の火災鎮圧システムの作動方法。
32. 前記出口から不活性気体および化学的活性気体の混合物を吐出する工程を含む請求項１５に記載の火災鎮圧システムの作動方法。
33. 前記気体混合物は空気を含む請求項３２に記載の火災鎮圧システムの作動方法。
34. 請求項１または１４に記載の火災鎮圧システムの作動方法であって、
    前記液体流をオリフィスから吐出する工程と、
    前記気体流を前記出口から超音速にて吐出する工程と、
    前記出口と前記デフレクタ面との間において気体流の速度を亜音速まで減速させて、超音速と亜音速との移行領域に第１衝撃領域を形成する工程と、
    前記デフレクタ面の平坦面と傾斜面との境界に近接して気体流の第２衝撃領域を形成し、前記気体流を第１衝撃領域と第２衝撃領域との間で超音速まで加速させ、さら第２衝撃領域を通過した後に減速させる工程と、
    前記第１および第２衝撃領域の少なくとも一方において前記液体流を前記気体流に混入させて液体−気体流を形成する工程と、
    前記液体‐気体流を前記エミッタから放出する工程とを含むことを特徴とする火災鎮圧システムの作動方法。

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