JP5320161B2 - 消火用泡の発泡装置 - Google Patents

Description

本発明は、消火用泡の発泡装置に関し、特に消火用泡の放射流量が減少しても、消火用泡の発泡効率が低下しない消火用泡の発泡装置に関する。

従来から、石油タンクや化学工場等の火災の消火には、水が使用できないため、消火用泡による消火が行われている。この消火用泡を作り出す方法として、「自由混合型」と「高圧の予混合型」との２通りの型が有る。「自由混合型」は、まず泡原液と水とを混合させて、一定の圧力の消火剤水溶液を作り、これを放射ノズルから放出する。ここで発泡に必要な空気の混合方式として、放射ノズルから放出される消火剤水溶液の負圧を利用して、この放射ノズルに設けた開口孔から吸い込ませるアスピレータ・タイプと、放射ノズルから消火剤水溶液を放出させて、空中を飛んでいく過程において、周囲の空気を巻き込ませるノン・アスピレータ・タイプとの２種類がある。

一方「高圧の予混合型」は、泡原液と水と空気とを、一定の圧力で混合させて発泡させ、この発泡させた消火用泡を放出ノズルから放出する。この「高圧の予混合型」は、上述した「自由混合型」と異なって、泡原液と水との混合比だけでなく、これらと空気との混合比も調整できること、攪拌機能を持った混合器等によって「自由混合型」より細かく均一な消火用泡を発生させることができること、さらに高圧で放出することによって高い運動エネルギを有する消火用泡が得られること等、多くの優れた特性を有している。

「高圧の予混合型」では、泡原液と水と空気とを混合する混合器を設け、この混合器において、絞り流路部、すなわち流路面積を小さくした部分を設けて流速を増大させ、これにより乱流を発生させて、液体である泡原液及び水と気体である空気とを混合させて発泡させている。

ところで火災の激しさや規模、消火位置までの距離や高さ、あるいは消火対象の構造等によっては、効果的な放射流量が相違する。このため消火対象によって、消火用泡の放射流量を増減することが必要となる。また水源の性質や水源からの距離等によっては、十分な水量を得ることが困難で、所望の消火用泡の放射流量を確保できない場合もある。

しかるに混合器内の絞り流路部の流路面積が一定であると、消火用泡の放射流量が減少したときには、この絞り流路部における流速が減少し、十分な乱流を発生させることができなくなる。このため消火用泡の発泡効率が低下し、消火用泡の気泡サイズが大きくなって数が減少したり、流体との均一な混合が得られなくなったりする。したがって、火災を十分な消火用泡で覆って、効果的に消火することが困難となる。一方消火用泡の放射流量が過大になると、混合器内の絞り流路部における流速が過大になって、圧力損失が増大して放出ノズルの放射圧力が低下し、消火用泡の放射距離が減少する。

そこで本願発明者等は、既に特願２００８−１００９８１において、消火用泡の放射流量の増減に対して、絞り流路部の流路面積が自動的に増減する手段を提案した。この特願２００８−１００９８１に記載の手段は、泡原液、水及び空気を含む混合流体の流路内に、所定の間隔を隔てて２枚のオリフィスを設け、上流側のオリフィスを流路に固定し、下流側のオリフィスを、上流側のオリフィスの方向に向かって付勢するように、ばねで支持する。この２枚のオリフィスの間隔が、絞り流路部に相当し、流量の増減によって、この間隔を自動的に増減させるものである。

すなわち、消火用泡の放射流量が減少したときには、流れの圧力の低下によって２枚のオリフィスの間隔が自動的に減少して、絞り流路部の流路面積が減少する。したがってオリフィスの間隔における流速の低下が抑制され、これによりオリフィスの間隔における乱流状態を維持する。また消火用泡の放射流量が増加したときには、流れの圧力の増加によって２枚のオリフィスの間隔が自動的に拡大して、このオリフィスの間隔における流速の増加を抑制し、これによりこのオリフィスの間隔における圧力損失の増加を防ぐ。

しかしながら、上述した手段には、さらに改良すべき点があることが判明した。すなわち上述した手段では、絞り流路部を設けるためには、２枚のオリフィスが必要となる。また下流側のオリフィスを、上流側のオリフィスに向かって付勢する、ばねを設ける必要もある。したがって複数の部品が必要となりコストが嵩む。さらに絞り流路部を設けるためには、２枚のオリフィスを所定の間隔を隔てて設置するスペースが必要となり、これに加えて下流側のオリフィスを付勢するばねを設置するスペースも必要となる。したがって、上述した手段を設けるためには、流路方向に長いスペースを確保することが必要となる。

そこで本発明の目的は、コストと設置スペースとを低減させつつ、混合流体の流量の増減に対して、自動的に流速を増減させ得る消火用泡の発泡装置を提案することにある。

上記課題を解決すべく、本発明による消火用泡の発泡装置の特徴は、泡原液、水、及び空気を含む混合流体の流路内に、この混合流体の流れと直交する複数の片持ばねによって形成される絞り流路部を設けたことにある。すなわち混合流体の流量が増加すると、流れの圧力が増加して、片持ばねの自由端が下流側に移動し、これにより片持ばねで堰き止められていた絞り流路部の流路面積が拡大する。逆に混合流体の流量が減少すると、流れの圧力が低下して、ばねの復元力により片持ばねの自由端が上流側に戻り、これにより片持ばねで堰き止められていた絞り流路部の流路面積が減少する。したがって混合流体の流量の増減に対応して、片持ばねによる絞り流路部の流路面積が自動的に増減し、これにより絞り流路部における流速が増減する。

すなわち本発明による消火用泡の発泡装置は、泡原液、水及び空気を含む混合流体の流路と、この流路内に設けた絞り流路部とを有し、この絞り流路部は、一端部が不動部で他端部が可動部である板状の複数の片持ばねを備えている。上記複数の片持ばねは、平板状のばね部材により形成され、かつ、上記混合流体の流れを協働して遮断するように相互に隣接して、この流れと直交する方向へ設けられる。各片持ばねの不動部は、上記混合流体の流路の内壁部またはその近傍に位置し、そして、各片持ばねの可動部は、上記流路を流れる混合流体の流量の増加に応じて上記可動部の下流側への撓み量を増加することにより上記絞り流路部の開口面積を増大するように、この混合流体の流れ方向に移動自在である。

上記片持ばねの不動部は、上記混合流体の流路の内壁部に位置し、上記片持ばねの可動部は、上記不動部から上記混合流体の流路の中心部に延伸するように構成することが望ましい。

あるいは上記片持ばねの不動部は、上記混合流体の流路の内壁部の一方に位置し、上記片持ばねの可動部は、上記不動部から上記内壁部の一方に対向するこの内壁部の他方に延伸するように構成してもよい。

上記片持ばねの不動部は、上記混合流体の流路を連結するフランジ部に挟持されているように構成することが、より望ましい。

ここで「泡原液」とは、水と空気とを加えて混合することによって、空気の気泡を発生させる物質を意味し、例えば合成界面活性剤、泡消火薬剤、水成膜泡消火薬剤、蛋白質消火薬剤、及びフッ素蛋白消火薬剤が該当する。「混合流体の流路」の断面形状は問わない。円形の場合に限らず、楕円や多角形の断面形状の場合も含む。「絞り流路部」とは、泡原液、水、及び空気を含む混合流体の流路内において、流路面積を小さくした部分を意味する。「不動部」とは、片持ちばねの固定端部であって、混合流体の流路に対して移動しない部分を意味する。「可動部」とは、片持ちばねの「不動部」から自由端部に延伸する部分であって、「不動部」に対して、曲げ変形する部分を意味する。

「板状の片持ちばね」は、弾性部材であれば材質は問わない。例えば鋼板、ステンレス板、銅合金等の合金金属の板が該当する。またその数は複数であれば幾つであってもよく、その板状の形状も問わない。例えば複数の片持ちばねを平行に並べたものや、複数の片持ちばねを放射状に並べたものも含む。また複数の片持ちばねは、全体として混合流体の流れを遮断するように構成されるが、必ずしも混合流体の流れを完全に遮断する必要はない。「混合流体の流れ方向に移動自在」とは、混合流体の上流側または下流側のいずれの方向に向かっても移動可能であることを意味する。

「内壁部に位置する」とは、不動部が、流路の内壁面の内側に設けてある場合に限らず、流路の内壁面の外側、例えば流路を構成するパイプの断面内に設けてある場合も含む。「流路の中心部に延伸する」とは、板状の片持ちばねの可動部の先端が、流路の中心近傍に位置することを意味する。「内壁部の一方に対向するこの内壁部の他方に延伸する」とは、流路の中心部を横切る直径や対角線を挟んで、内壁部の一方に設けた不動部と１８０度反対側の内壁部近傍に、可動部の先端が位置することを意味する。

混合流体の流量が減少した場合には、絞り流路部における流速の低下を抑え、これによって発泡効率の低下を防止することができ、微細で均一な消火用泡の発泡が維持できる。逆に混合流体の流量が過大になった場合には、絞り流路部における流速の増加を抑え、この絞り流路部において過大な圧力損失が発生しないようにして、放射ノズルの放射圧力が低下することを防止できる。本発明は、泡原液、水及び空気を含む混合流体の流路内に、片持ばねによって絞り流路部を構成することによって、コストと設置スペースとを大幅に低減しつつ、上記特性を実現することができる。

消火用泡の発泡装置の断面図及び正面図である。 他の消火用泡の発泡装置の断面図及び正面図である。 他の消火用泡の発泡装置の断面図及び正面図である。 他の消火用泡の発泡装置の断面図及び正面図である。 他の消火用泡の発泡装置の断面図及び正面図である。 他の消火用泡の発泡装置の断面図及び正面図である。

図１〜図６を参照しつつ、本発明による消火用泡の発泡装置の構成を説明する。図１（Ａ）に示すように、この発泡装置は、泡原液、水及び空気を含む混合流体の流路１と、この流路内に設けた絞り流路部２とを有している。なお混合流体の流路１は、ステンレス製の２本のパイプ１２の一端に、それぞれフランジ部１１を溶接付けし、これらのフランジ部を互いにボルトで連結して構成されている。絞り流路部２は、フランジ部１１の間に挟持された板状の片持ばね３２を備えている。

図１（Ｂ）に示すように、板状の片持ばね３２は、ステンレス製の円盤３を、放射状のスリット３１で分割して構成されている。すなわちステンレス製の円盤３は、その中央部に設けた開口孔３３を中心として、放射状のスリット３１によって１６等分割されており、この１６等分割された各片が、それぞれこの開口孔を頂角とする三角形の片持ばね３２を構成している。なお放射状のスリット３１の先端には、応力集中を緩和するために、応力分散孔３４が、それぞれ設けてある。なおステンレス製の円盤３の外周面には、フランジ部１１を相互に連結するボルトの通し孔３５が、４箇所等間隔に設けてある。

図１（Ａ）に示すように、相互に１８０度対向する応力分散孔３４の間隔は、流路１を構成するパイプ１２の内壁径より大きくしてあり、また下流側に位置するフランジ部１１の前面と内壁面とが交差する角部は、アール状に形成してある。すなわちフランジ部１１の角部をアール状に形成したのは、片持ばね３２が下流側に移動したときに、この角部と干渉することを回避するためである。また応力分散孔３４の位置を、パイプ１２の内壁面より外側位置にして、フランジ部１１に挟持させたのは、三角形の片持ばね３２が曲がる部分と、応力分散孔３４の位置とを分離して、この応力分散孔に曲げ応力が生じないようにするためである。

さて図１（Ａ）に示すように、ステンレス製の円盤３において形成された片持ちばね３２は、フランジ部１１の間に挟持され、２点鎖線で示すように、混合流体の流れと直交するように設けてある。このような状態において、混合流体が矢印のように上流側から流れてくると、その流れの圧力によって、三角形の片持ばね３２において、それぞれパイプ１２の内壁部の近傍に位置する不動部３２ａを基準に、この不動部から流路１の中央部に延伸する可動部３２ｂが下流側に曲がって、この流路の中央部に、先細ノズルのような絞り流路部２を形成する。

さて混合流体の流量が増加すると、三角形の片持ばね３２に掛かる流れの圧力が増加して、この片持ばねの可動部３２ｂが、さらに下流側に曲がって、先細ノズルのような絞り流路部２の流路面積が、自動的に拡大される。したがって混合流体の流量が増加しても、絞り流路部２を通過する混合流体の流速の増加を抑制することができる。逆に混合流体の流量が減少すると、三角形の片持ばね３２に掛かる流れの圧力が減少して、この片持ばねの復元力によって、この片持ばねの可動部３２ｂの曲りが戻されて、先細ノズルのような絞り流路部２の流路面積が、自動的に縮小する。したがって混合流体の流量が減少しても、絞り流路部２を通過する混合流体の流速の低下を抑制することができる。

なお混合流体の流量と、先細ノズルのような絞り流路部２の流路面積との関係は、三角形の片持ばね３２の曲げ剛性、すなわちこの三角形の片持ばねの材質、厚さ、長さ、及び可動部の幅（スリットの数）、並びに中央部に設けた開口孔３４の直径等の組合せにより、容易に変更することができる。したがって定格流量、最大流量、及び最少流量に対して、適正な流速を得ることが可能な片持ばね３２を、容易に設計することができる。

図２に、本発明による消火用泡の発泡装置について、他の実施の形態を示す。すなわちこの実施の形態は、図１に示す円盤３を放射状に分割して形成した片持ちばね３２を、混合流体の下流側に向かう円錐状のコーン１０３を分割して形成した片持ちばね１３２に替えた点だけが相違する。なお図１に示す発泡装置と、同等の部品または部位は、参照等を容易にするため、図１に示す番号に一律１００を加えた番号を付与している。また後述する図３〜図６においても、同一の趣旨から、図１に示す番号に一律２００、３００、４００及び５００を、それぞれ加えた番号を付与している。

なお円錐状のコーン１０３の外周部は、やや厚い円形リング部材１３６の内周部に溶接結合してあり、この円形リング部材が、２本のパイプ１１２を相互に連結するフランジ部１１１の間に挟持されている。なお円形リング部材１３６を、円錐状のコーン１０３と同一部材で一体的に形成してもよい。

図３に他の実施の形態を示す。この実施の形態においては、図３（Ｂ）に示すように、板状の片持ばね２３２は、ステンレス製の円盤２０３に、折返し形状のスリット２３１によって分割して構成されている。すなわちステンレス製の円盤２０３は、折返し形状のスリット２３１によって、相互に平行な長方形の片持ばね２３２に分割されている。この分割された長方形の片持ばね２３２は、混合流体の流路２０１を形成するパイプ２１２の内壁部の一方２１２ａに位置する不動部２３２ａと、この不動部から１８０度対向する内壁部の他方２１２ｂに延伸する可動部２３２ｂとから形成される。

なお可動部２３２ｂの先端部は、半円状に形成してあり、不動部２３２ａにおける応力集中を緩和している。また折返し形状のスリット２３１の両端部には、応力集中を緩和するために、応力分散孔２３４が、それぞれ設けてある。なおステンレス製の円盤２０３を、円形断面のパイプ２１２に替えて、四角断面のパイプに設けることも容易にできる。

図３（Ａ）に示すように、混合流体が矢印の上流側から流入すると、折返し形状のスリット２３１によって相互に分割された長方形の片持ばね２３２の可動部２３２ｂが、混合流体の下流側に向かって、相互に交差するように曲がり、この曲がった片持ばねの間に絞り流路部２０２が形成される。したがって混合流体の流量が増加すると、長方形の片持ばね２３２に掛かる流れの圧力が増加して、この片持ばねの可動部が、さらに下流側に曲がって、絞り流路部２０２の流路面積が自動的に拡大される。逆に混合流体の流量が減少すると、長方形の片持ばね２３２に掛かる流れの圧力が減少して、この片持ばねの復元力によって、片持ばねの可動部の曲りが戻されて、絞り流路部２０２の流路面積が自動的に縮小する。

図４に示す他の実施の形態は、板状の片持ばね３３２は、図４（Ｂ）に示すように、ステンレス製の円盤３０３に形成した、上下に２分割された舌状の部材から構成されている。すなわち円盤３０３には、左右対称に半月形の幅広スリット３３１が形成してあり、この幅広スリットの外径は、混合流体の流路３０１を形成するパイプ３１２の内壁径より大きく、この幅広スリットの内径は、このパイプの内壁径よりわずかに小さくしてある。また左右の幅広スリット３３１で囲まれた部分は、中央の水平スリット３３６によって上下に２分割されている。したがって左右の半月形の幅広スリット３３１と、中央の水平スリット３３６とによって、幅が狭い柄部分３３２ｃと、団扇状の部分３３２ｄとを有する、上下に２分割された舌状の片持ばね３３２が形成される。なお幅が狭い柄部分３３２ｃと団扇状の部分３３２ｄとが可動部３３２ｂを構成し、この幅が狭い柄部分の根元部分が不動部３３２ａを構成する。

さて図４（Ａ）に示すように、混合流体が矢印の上流側から流入すると、上下の舌状の片持ばね３３２が、それぞれ幅が狭い柄部分３３２ｃにおいて、混合流体の下流側に向かって曲がり、上下の舌状の片持ばねの間に絞り流路部３０２を形成する。したがって混合流体の流量が増加すると、上下の舌状の片持ばね３３２に掛かる流れの圧力が増加して、この片持ばねが、幅の狭い柄部分３３２ａにおいて、さらに下流側に曲がり、絞り流路部３０２の流路面積が自動的に拡大される。逆に混合流体の流量が減少すると、上下の舌状の片持ばね３３２に掛かる流れの圧力が減少して、この片持ばねの復元力によって、幅の狭い根元部分３３２ａにおける曲りが戻されて、絞り流路部３０２の流路面積が自動的に縮小する。

図５に示す他の実施の形態は、図３に示す実施の形態と次の点だけが相違する。すなわちステンレス製の円盤４０３は、図３に示す折返し形状のスリット２３１に替えて、上下に縦長のＵ字形状のスリット４３１によって３等分割され、相互に平行な長方形の片持ばね４３２を３枚形成する。なおＵ字形状のスリット４３１の根元部分は、それぞれ応力集中を緩和するための応力分散孔４３４が開口している。また長方形の片持ばね４３２の根元、すなわち隣接する応力分散孔４３４の間の部分が不動部４３２ａを構成し、この不動部から長方形の片持ばねの先端に延伸する部分が可動部４３２ｂを構成する。

ステンレス製の円盤４０３に形成された片持ばね４３２は、円形断面の上流側のパイプ４１２ｃと、略正方形断面の下流側のパイプ４１２ｄとを連結するフランジ部４１１の間に挟持されている。なお３枚の片持ばね４３２の全幅は、下流側のパイプ４１２ｄの略正方形断面の幅より狭く、またこの片持ばねの先端部と、この先端部に対向する下流側のパイプの内壁部の他方４１２ｂとの間には、隙間が設けてある。さらに応力分散孔４３４は、それぞれ下流側のパイプ４１２ｄの内壁部の一方４１２ａより外側に位置して、フランジ部４１１の間に挟持されている。

図５（Ａ）に示すように、混合流体が矢印の上流側から流入すると、相互に平行な長方形の片持ばね４３２が、それぞれ混合流体の下流側に向かって曲がり、この片持ばねの先端と、下流側のパイプ４１２ｄの内壁部の他方４１２ｂとの間の間隙が広がって、絞り流路部４０２を形成する。したがって混合流体の流量が増加すると、長方形の片持ばね４３２に掛かる流れの圧力が増加して、この片持ばねの可動部が、さらに下流側に曲がって、絞り流路部４０２の流路面積が自動的に拡大される。逆に混合流体の流量が減少すると、長方形の片持ばね４３２に掛かる流れの圧力が減少して、この片持ばねの復元力によって、片持ばねの可動部の曲りが戻されて、絞り流路部４０２の流路面積が自動的に縮小する。

図６に示す他の実施の形態は、図５に示す相互に平行な長方形の片持ばね４３２を、混合流体の流路５０１の直径を対称として、上下にそれぞれ配置した点だけが相違する。すなわち中央部で上下にそれぞれ配置された片持ちばね５３２の不動部５３２ａは、それぞれ混合流体の流路５０１を形成する上流側のパイプ５１２ｃと下流側のパイプ５１２ｄとを連結するフランジ部５１１の間に挟持されている。

したがって図６（Ａ）に示すように、混合流体が矢印の上流側から流入すると、上下の片持ばね５３２が、それぞれ混合流体の下流側に向かって曲がり、両者の先端の間が広がって、絞り流路部５０２を形成する。したがって混合流体の流量が増加すると、長方形の片持ばね５３２に掛かる流れの圧力が増加して、この片持ばねの可動部が、さらに下流側に曲がって、絞り流路部５０２の流路面積が自動的に拡大される。逆に混合流体の流量が減少すると、長方形の片持ばね５３２に掛かる流れの圧力が減少して、この片持ばねの復元力によって、片持ばねの可動部の曲りが戻されて、絞り流路部５０２の流路面積が自動的に縮小する。

本発明による消火用泡の発泡装置は、設置スペースとコストとを低減させつつ、混合流体の流量の増減に対して自動的に流速を増減させ得るため、消防等に関する産業に広く利用可能である。

１、１０１〜５０１ 混合流体の流路
１１、１１１〜５１１ フランジ部
１２、１１２〜５１２ パイプ
２、１０２〜５０２ 絞り流路部
２１２ａ、４１２ａ 内壁部の一方
２１２ｂ、４１２ｂ 内壁部の他方
３、２０３〜５０３ 円盤
１０３ 円錐状のコーン
３１、１３１〜５３１ スリット
３２、１３２〜５３２ 片持ちばね
３２ａ、１３２ａ〜５３２ａ 不動部
３２ｂ、１３２ｂ〜５３２ｂ 可動部
３３、１３４ 開口孔
３４、１３４、２３４、４３４、５３４ 応力分散孔

Claims (4)

1. 泡原液、水及び空気を含む混合流体の流路と、この流路内に設けた絞り流路部とを有し、
   上記絞り流路部は、一端部が不動部で他端部が可動部である板状の複数の片持ばねを備え、
   上記複数の片持ばねは、平板状のばね部材により形成され、かつ、上記混合流体の流れを協働して遮断するように相互に隣接して、この流れと直交する方向へ設けられ、
   上記各片持ばねの不動部は、上記混合流体の流路の内壁部またはその近傍に位置し、
   上記各片持ばねの可動部は、上記流路を流れる混合流体の流量の増加に応じて上記可動部の下流側への撓み量を増加することにより上記絞り流路部の開口面積を増大するように、上記混合流体の流れ方向に移動自在である
   ことを特徴とする消火用泡の発泡装置。
2. 請求項１において、上記各片持ばねの不動部は、上記混合流体の流路の内壁部に位置し、
   上記各片持ばねの可動部は、上記不動部から上記混合流体の流路の中心部に延伸する
   ことを特徴とする消火用泡の発泡装置。
3. 請求項１において、上記各片持ばねの不動部は、上記混合流体の流路の内壁部の一方に位置し、
   上記各片持ばねの可動部は、上記不動部から上記内壁部の一方に対向するこの内壁部の他方に延伸する
   ことを特徴とする消火用泡の発泡装置。
4. 請求項１乃至３のいずれかの１において、上記各片持ばねの不動部は、上記混合流体の流路を連結するフランジ部に挟持されている
   ことを特徴とする消火用泡の発泡装置。

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