JP5553789B2 - スプリンクラ消火設備 - Google Patents

Description

本発明は、スプリンクラ消火設備に関する。

従来より、スプリンクラヘッドが接続された二次側配管内を圧縮空気で充填し、その二次側配管の基端側に予作動弁を設けた予作動式のスプリンクラ消火設備がある。この設備は、スプリンクラヘッドと同じ防護区画に設置された火災感知器が動作すると、予作動弁が開放し、二次側配管に充水するように構成されている。このような予作動式のスプリンクラ消火設備では、火災感知器とスプリンクラヘッドの両方が動作したときに水が放水されるので水損が生じにくいが、点検などで二次側配管を充水後に排水しても、予作動式流水検知装置の二次側配管から分岐して下方に位置するスプリンクラヘッドへ接続される立ち下がり配管や枝管に排水されない残水が滞る場合があり、スプリンクラヘッドが破損した場合に、その残水が漏水を起こすことがある。

そこで、二次側配管に真空ポンプを接続し、配管内を負圧にした予作動式スプリンクラ消火設備が提案されている（例えば特許文献１参照）。この設備では、二次側配管内は、圧縮空気の代わりに負圧空気となるので、前述のような漏水が起こりにくい。

しかしながら、従来の負圧型の予作動式スプリンクラ消火設備は、設備が破損する虞れがある。すなわち、火災感知器が動作して予作動弁が開放するとき、二次側配管内が負圧状態になっていることから配管内を流れる水の流量が過流量となってウォーターハンマー（水撃）が発生し、スプリンクラ消火設備の配管が破損する虞がある。

実公平６−２６２９２号公報

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、ウォーターハンマーを抑制し、ウォーターハンマーによるスプリンクラ消火設備（特に二次側配管が負圧であるスプリンクラ消火設備）の破損を防止することが可能なスプリンクラ消火設備を得ることを目的とする。

本発明に係るスプリンクラ消火設備は、加圧送水装置と、開放弁と、該開放弁一次側に設けられて基端側に加圧送水装置が接続される一次側配管と、前記開放弁の二次側に設けられ、スプリンクラヘッドが接続され、平常時は充水されない二次側配管と、を備えるスプリンクラ消火設備において、前記二次側配管の末端部に一次側が接続される水撃吸収装置と、該水撃吸収装置の二次側に外気が流入しないように一次側が接続される逆止弁と、該逆止弁の二次側に接続される排水配管と、を備え、前記水撃吸収装置は、一次側から流入する消火用水によって閉鎖側へ押圧される弁体と、該弁体を開放側に付勢する弾性体と、前記弁体に接続されたピストン軸と、連通流路を有し前記ピストン軸に接続されたピストンを備え、非圧縮性流体が充填されたダンパと、を備え、送水開始時に前記加圧送水装置から開放された前記開放弁を経由して前記二次側配管へ圧送されてくる消火用水を前記排水配管へ排出し、さらに前記消火用水が到達してから所定時間が経過した後に閉止する。

また、本発明に係るスプリンクラ消火設備は、前記二次側配管と接続され、前記二次側配管内を負圧にする真空ポンプを備えたものである。

本発明に係るスプリンクラ消火設備によれば、上記の構成を採用したことにより、二次側配管末端におけるウォーターハンマーを抑制し、ウォーターハンマーによる設備破損を防止することができる。

本発明の実施の形態１に係るスプリンクラ消火設備のシステム構成図である。 図１の水撃吸収装置の構成図である。 図２の水撃吸収装置が水撃を吸収する動作を説明する図である。 図２の水撃吸収装置が閉止する動作を説明する図である。

図１は、本発明の実施の形態１に係るスプリンクラ消火設備のシステム構成図である。本実施の形態のスプリンクラ消火設備は、スプリンクラヘッド２、開放弁としての予作動弁２２、一次側配管１１、二次側配管１２、真空配管１４、真空ポンプ２４、流水遮断弁３１、ヘッド作動検出装置４６、真空スイッチ４１および５３、加圧送水装置２１等から構成されている、二次側配管１２を平常時に負圧とする予作動式スプリンクラ消火設備である。

まず、予作動式スプリンクラ消火設備の構成を説明する。
防護区画１には、複数のスプリンクラヘッド２が設けられている。また、防護区画１には、防護区画１内で発生した火災を感知する火災感知器３が設けられている。この火災感知器３は火災受信機４と電気的に接続されており、火災感知器３の火災発報を受信した火災受信機４は、火災信号を消火システム制御盤５と真空ポンプ制御盤５２へと送出する。

消火システム制御盤５は、中継器５１を介して、予作動弁２２を駆動する電動のパイロット弁である遠隔起動弁２２ｂ、予作動弁２２の開放による消火用水の通水を検知する流水信号用スイッチ２２ａ、開放弁４７、真空スイッチ４１及びヘッド作動検出装置４６と電気的に接続されている。消火システム制御盤５は、所定の圧力で作動する真空スイッチ４１、又は単位時間当たりの圧力上昇が所定の値を超えるときに作動するヘッド作動検出装置４６のいずれかが作動することによって、スプリンクラヘッド２が作動したかどうかを判断する。また、加圧送水装置２１は、図示しない消火ポンプ制御盤と電気的に接続されており、予作動弁２２の開放に伴う一次側配管１１の圧力の低下によって始動する。

複数のスプリンクラヘッド２は、各々立ち下がり配管１３に接続されている。また、立ち下がり配管１３のそれぞれは、二次側配管１２に接続されている。この二次側配管１２の一方の端部は、平常時は閉止しており火災時に電気的に開放される予作動弁２２の一方の端部に接続されている。予作動弁２２の他方の端部は、一次側配管１１の一方の端部に接続されている。また、一次側配管１１の他方の端部（基端側）は、加圧送水装置２１の吐出口に接続されている。加圧送水装置２１と、一次側配管１１と、予作動弁２２とで、二次側配管１２へ消火用水を圧送する給水装置を構成している。

一方、二次側配管１２の他方の端部は、水撃吸収装置３２の入口部３２ａに接続されるとともに、末端試験弁２５の一方の端部に接続されている。水撃吸収装置３２の出口部３２ｂは外気が二次側配管１２内に流入しないように逆止弁３３の一次側に接続され、さらに逆止弁３３の二次側と末端試験弁２５の他方の端部には、排水配管１６が接続されている。スプリンクラ消火設備の水漏れ試験等によって二次側配管１２に充填された水は、末端試験弁２５及び予作動弁２２に備えた図示しない排水弁を開くことにより、外部に排出される。通常の監視状態においては、末端試験弁２５は閉じられた状態となっている。水撃吸収装置３２は平常時には開弁しているが、逆止弁３３により外気が水撃吸収装置３２の出口部３２ｂへ流入することはなく、二次側配管１２の負圧は保たれる。

また、二次側配管１２には、真空配管１４の一方の端部が接続されている。真空配管１４の他方の端部には、真空ポンプ２４が接続されている。
この真空配管１４には、二次側配管１２との接続部側から真空ポンプ２４側に向けて、火災時の二次側の圧力上昇で閉止する流水遮断弁３１、真空スイッチ４１、単位時間当たりの圧力上昇が所定の値以上で作動するヘッド作動検出装置４６及びオリフィス４２が順に設けられている。また、オリフィス４２と真空ポンプ２４との間の真空配管１４には、真空スイッチ５３が接続されており、真空配管１４の内圧を所定の値以下となるように真空ポンプ制御盤５２を介して、真空ポンプ２４を制御している。

図２は、図１の水撃吸収装置３２の構成図である。
水撃吸収装置３２は、スプリンクラ消火設備の二次側配管１２へ接続される入口部３２ａと、排水配管１６へ接続される出口部３２ｂとを備える。入口部３２ａおよび出口部３２ｂはそれぞれネジ切りされており、配管と接続して使用するようになっているが、接続する配管によってはフランジ形状としてもよい。
水撃吸収装置３２は、平常時には開弁しており、弁体３２ｃは連通口３２ｌから離れており、入口部３２ａと連通している１次室３２ｆは開放されている連通口３２ｌを介して、出口部３２ｂと連通している２次室３２ｇと連通している。

弁体３２ｃはピストン軸３２ｉの一方の端部に固定されており、ピストン軸３２ｉは、連通口３２ｌ、２次室３２ｇを貫通して、さらに第１室３２ｅ、第２室３２ｄ等で構成されるダンパ部を貫通している。前記ダンパ部の内部には、ピストン軸３２ｉに固定されるピストン３２ｈ、第２室３２ｄ内におけるピストン軸３２ｉに固定される弁体３２ｃを開方向へ付勢するようにピストン３２ｈを付勢する弾性体としてのスプリング３２ｋが備わり、第２室３２ｄおよび第１室３２ｅには非圧縮性流体（例えばオイル）が充填される。前記該非圧縮性流体は、ピストン３２ｈに設けられた連通流路３２ｊを介し、第２室３２ｄと第１室３２ｅとの間で流通がある。なお、上記の第１室３２ｅ、第２室３２ｄ、ピストン３２ｈ及び非圧縮性流体が本発明のダンパを構成している。

＜スプリンクラ消火設備の動作＞
本実施の形態に係るスプリンクラ消火設備は、平常時の監視状態においては、二次側配管１２は充水せず、真空ポンプ２４を起動させて二次側配管１２内及び真空配管１４内が大気圧より低い負圧となっている、真空式の予作動式スプリンクラ消火設備である。
以下、このスプリンクラ消火設備の動作について説明する。まず、スプリンクラヘッド２の作動を検出する動作について説明する。続いて、スプリンクラ消火設備の消火動作について説明する。
（スプリンクラヘッド作動検出動作）
スプリンクラヘッド２の作動を検出する動作について説明する。
上述のように、通常の監視状態において、二次側配管１２内及び真空配管１４内は負圧となっている。これら二次側配管１２内及び真空配管１４内は、立ち下がり配管１３とスプリンクラヘッド２との接続部等から徐々に空気が流入し、負圧である管内圧力が上がってくる（大気圧に近づいてくる）。負圧である二次側配管１２内及び真空配管１４内の圧力が所定の圧力以上となったことを真空スイッチ５３で検出した場合には、真空ポンプ制御盤５２が真空ポンプ２４を作動させて、二次側配管１２内及び真空配管１４内の負圧を一定以下の圧力に保っている。なお、負圧である二次側配管１２内の圧力が上昇する場合には、スプリンクラヘッド２の作動によるものと、配管からの空気流入による場合とがある。ここでは、配管からの空気流入による圧力上昇を真空スイッチ５３で検出し、スプリンクラヘッド２の作動による圧力上昇をヘッド作動検出装置４６または真空スイッチ４１で検出している。

防護区画１で火災が発生し、スプリンクラヘッド２が作動すると（スプリンクラヘッド２の放水口が開放されると）、スプリンクラヘッド２の放水口から二次側配管１２内及び真空配管１４内に防護区画１の空気が流入する。これにより、負圧である二次側配管１２内及び真空配管１４内の圧力が上昇する。

そこで、本実施の形態では、負圧である二次側配管１２内及び真空配管１４内の圧力を真空スイッチ４１および真空スイッチ５３で検出し、ヘッド作動検出装置４６における所定時間当たりの圧力変化量に基づいてスプリンクラヘッド２の作動を検出している。より具体的には、平常状態において配管の接続部等から空気が流入する場合には、負圧である二次側配管１２内及び真空配管１４内の圧力上昇速度は小さい。つまり、平常状態における圧力の所定時間当たりの変化量は小さい。一方、スプリンクラヘッド２作動時においては、負圧である二次側配管１２内及び真空配管１４内の圧力上昇速度は、通常の監視状態の場合よりも大きくなる。つまり、スプリンクラヘッド２作動時における所定時間当たりの圧力変化量は、平常状態の場合よりも大きくなる。ヘッド作動検出装置４６は所定時間当たりの圧力変化量のこの違いによって、スプリンクラヘッド２の作動を検出している。換言すると、ヘッド作動検出装置４６は所定時間当たりの圧力変化量の絶対値が所定の閾値よりも大きくなったときにスプリンクラヘッド２が作動したと判断し、ヘッド作動信号を中継器５１を介して消火システム制御盤５へ送出している。

ここで、スプリンクラヘッド２の作動検出を所定時間当たりの圧力変化量に基づいてヘッド作動検出装置４６で行う理由について説明する。
従来のスプリンクラ消火設備は、負圧である二次側配管１２内及び真空配管１４内の圧力がある閾値よりも大きくなったとき（ある閾値よりも大気圧に近い値となったとき）、スプリンクラヘッド２が作動したと判断していた。しかしながら、二次側配管１２内及び真空配管１４内の体積と比較してスプリンクラヘッド２の放水口は小さく、また二次側配管１２内の圧力と防護区画１の圧力差が小さいため、スプリンクラヘッド２から二次側配管１２に流入する空気量が少ないので、負圧である二次側配管１２内及び真空配管１４内の圧力上昇には時間がかかってしまう。このため、スプリンクラヘッド２作動時に例えば真空ポンプ２４を起動したばかりで、負圧である二次側配管１２内及び真空配管１４内の圧力が低く、現在の圧力とある閾値との圧力差が大きい場合、閾値まで圧力が上昇するのには時間がかかり、スプリンクラヘッド２の作動検出が遅くなってしまう。

一方、本実施の形態では、負圧である二次側配管１２内及び真空配管１４内の圧力（真空スイッチ４１の検出値）の所定時間当たりの変化量の絶対値が所定の閾値よりも大きくなったときに、スプリンクラヘッド２が作動したと判断している。このため、スプリンクラヘッド２作動時における二次側配管１２内及び真空配管１４内の圧力にかかわらず、早期にスプリンクラヘッド２の作動を検出することができる。なお、本実施の形態では、真空ポンプ２４の作動中にスプリンクラヘッド２が作動したとき、二次側配管１２の圧力が変化しなくなり、ヘッド作動検出装置４６が作動しなくなることを防ぐため、ヘッド作動検出装置４６と真空ポンプ２４の間の真空配管１４にオリフィス４２を設けている。本実施の形態では、火災感知器３が火災を感知すると、真空ポンプ２４の運転は停止させるか、又は、火災検出時には真空配管１４内の圧力が上昇しても真空ポンプ２４を起動しないように制御する。このため、必ずしもオリフィス４２を設ける必要はない。

（消火動作）
続いて、スプリンクラ消火設備の消火動作について説明する。
平常状態においては、一次側配管１１の予作動弁２２まで水が充填され、二次側配管１２内及び真空配管１４内に水が充填されていない状態となっている。
防護区画１で火災が発生して火災感知器３が火災を感知すると、火災感知器３から送出される火災信号を火災受信機４が受信し、火災受信機４は火災警報を発するとともに消火システム制御盤５に火災信号を発信する。また、その後スプリンクラヘッド２が作動し、負圧である二次側配管１２の圧力が上昇すると、消火システム制御盤５は、ヘッド作動検出装置４６における所定時間当たりの圧力変化量に基づき、スプリンクラヘッド２の作動を検出したヘッド作動検出装置４６からのスプリンクラヘッド作動信検出号を中継器５１を介して受信する。火災信号とスプリンクラヘッド２の作動の両方を検知した場合、消火システム制御盤５は、予作動弁２２を開放して二次側配管１２に水を供給する（充填する）。これにより、立ち下がり配管１３を介して作動したスプリンクラヘッド２から防護区画１に放水し、防護区画１で発生した火災を消火する。なお、予作動弁２２が開放されると、予作動弁２２に設けられた流水信号用スイッチ２２ａは、中継器５１を介して消火システム制御盤５に流水信号を発信する。

このとき、予作動弁２２の開放に伴って一次側配管１１の圧力が低下し、これによって加圧送水装置２１が始動する。加圧送水装置２１によって圧送される消火用水は、開弁している予作動弁２２を通過し、二次側配管１２へ流入し、その末端部に備えられた水撃吸収装置３２に達する。
水撃吸収装置３２の弁体３２ｃは平常時開弁しており、水撃吸収装置３２の前記ダンパ部内部に非圧縮性流体が充填され、ピストン３２ｈに形成されている連通流路３２ｊが小径であることから弁体３２ｃは急激には移動できないので、消火用水は弁体３２ｃを押圧しながら水撃吸収装置連通口３２ｌを通過して２次室３２ｇ、出口部３２ｂへと流れ、逆止弁３３を通過して排水配管１６へと流れ出す（図３参照）。
このように圧送されてくる消火用水は、二次側配管１２の末端部で排水されるのでウォーターハンマーの発生が抑制される。

水撃吸収装置３２の入口部３２ａには消火用水が連続的に流入してくるので、弁体３２ｃは押圧され続け、水撃吸収装置第２室３２ｄに充填されたた非圧縮性流体は狭い連通流路３２ｊから水撃吸収装置第１室３２ｅへと押し出され、弁体３２ｃは徐々に閉鎖方向へと移動する。そして所定時間（例えば６０秒）が経過すると、弁体３２ｃは連通口３２ｌを完全に閉鎖する（図４参照）。このように、水撃吸収装置３２は、急激に閉弁せず、消火用水を排水しながら緩やかに閉弁するのでウォーターハンマーを抑制することができる。

その後、水撃吸収装置３２が閉鎖されたことから、二次側配管１２内部の水圧は規定値まで上昇し、開栓したスプリンクラヘッド２において所定流量での散水が行われる。なお、放水が終わると、水撃吸収装置３２への消火用水の流入は停止するので、弁体３２ｃを消火用水が押圧しなくなり、ピストン３２ｈを開弁方向に付勢している弾性体としてのスプリング３２ｋにより、弁体３２ｃは開放される。
また、本実施の形態では、二次側配管１２の火災時の圧力上昇によって流水遮断弁３１が閉止される。このため、予作動弁２２が開放して二次側配管１２に水が供給されても、流水遮断弁３１より下流部の真空配管１４に水が流入することを防止できる。つまり、真空ポンプ２４に水が流入することを防止できる。したがって、真空ポンプ２４が水を吸引して、過負荷で停止したり故障を起こしたりすることを防止できる。
なお、本実施の形態１では、予作動弁２２の開放と流水遮断弁３１の閉止とを、機械的に連動させたが、これに限らず、予作動弁２２の開放と流水遮断弁３１の閉止とを、消火システム制御盤５を介して電気的に連動させてもよい。

以上のように本実施の形態によれば、上記の構成からなる水撃吸収装置３２、逆止弁３３及び排水配管１６を備えたことにより、二次側配管１２におけるウォーターハンマーを抑制し、ウォーターハンマーによる設備破損を防止することができる。

なお、以上の説明は、火災感知器３が火災を感知し、かつ、スプリンクラヘッド２の作動を検出することによって予作動弁２２を開放するように制御するスプリンクラ消火設備に関するものである。しかし、一般的な予作動式スプリンクラ消火設備のように、火災感知器３が火災を感知したときに予作動弁２２を開放するように制御するスプリンクラ消火設備においても、スプリンクラヘッド２の作動を待たずに二次側配管１２を充水するだけであり、本発明を同様に適用することができる。その場合においても、ウォーターハンマーを抑制し、開栓したスプリンクラヘッドから規定流量で散水できるという効果を奏することに変わりはない。

１ 防護区画、２ スプリンクラヘッド、３ 火災感知器、４ 火災受信機、５ 消火システム制御盤、１０ 消火用水槽、１１ 一次側配管、１２ 二次側配管、１３ 立ち下がり配管、１４ 真空配管、１６ 排水配管、２１ 加圧送水装置、２２ 予作動弁、２２ａ 流水信号用スイッチ、２２ｂ 遠隔起動弁、２４ 真空ポンプ、２５ 末端試験弁、３１ 流水遮断弁、３３ 逆止弁、４１ 真空スイッチ、４２ オリフィス、４６ ヘッド作動検出装置、５１ 中継器、５２ 真空ポンプ制御盤、５３ 真空スイッチ。
３２ 水撃吸収装置、３２ａ 入口部、３２ｂ 出口部、３２ｃ 弁体、３２ｄ 第２室、３２ｅ 第１室、３２ｆ １次室、３２ｇ ２次室、３２ｈ ピストン、３２ｉ ピストン軸、３２ｊ 連通流路、３２ｋ スプリング、３２ｌ 連通口。

Claims (2)

1. 加圧送水装置と、開放弁と、該開放弁一次側に設けられて基端側に加圧送水装置が接続される一次側配管と、前記開放弁の二次側に設けられ、スプリンクラヘッドが接続され、平常時は充水されない二次側配管と、を備えるスプリンクラ消火設備において、
   前記二次側配管の末端部に一次側が接続される水撃吸収装置と、該水撃吸収装置の二次側に外気が流入しないように一次側が接続される逆止弁と、該逆止弁の二次側に接続される排水配管と、
   を備え、
   前記水撃吸収装置は、
   一次側から流入する消火用水によって閉鎖側へ押圧される弁体と、該弁体を開放側に付勢する弾性体と、前記弁体に接続されたピストン軸と、連通流路を有し前記ピストン軸に接続されたピストンを備え、非圧縮性流体が充填されたダンパと、を備え、
   送水開始時に前記加圧送水装置から開放された前記開放弁を経由して前記二次側配管へ圧送されてくる消火用水を前記排水配管へ排出し、さらに前記消火用水が到達してから所定時間が経過した後に閉止すること
   を特徴とするスプリンクラ消火設備。
2. 前記二次側配管と接続され、前記二次側配管内を負圧にする真空ポンプを備えたことを特徴とする請求項１に記載のスプリンクラ消火設備。

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