JP5597386B2 - 噴出ヘッド及びガス消火システム - Google Patents

Description

本発明は、噴出ヘッド、及びこれを備えたガス消火システムに関する。

従来、対象室内において発生した火災を消火するガス消火システムとして、窒素ガス、二酸化炭素ガス、ハロゲンガス等の不活性ガスや不燃性ガスからなる消火ガスを対象室内に充満させるものがある（例えば、特許文献１参照）。このようなガス消火システムは、水や化学消火剤に弱い大型コンピュータやサーバ等の精密機器類が設置された対象室内の消火に対して特に有効である。
このガス消火システムにおいては、短時間のうちに大量の消火ガスを対象室内に充満させることができるように、対象室内に開口する流出口を、断面を絞り込んだノズル形状とする等して、流出口から高圧の消火ガスを高速で噴出させている。

特開２０００−６０９８４号公報

しかしながら、上述したガス消火システムにおいては、高圧の消火ガスが流出口から対象室内に噴出される際にガス圧力が急激に開放されるため、消火ガスが急激に膨張し、非常に大きな膨張音が発生するおそれがある。
また、対象室内に短時間で消火ガスを充満させるために、消火ガスを流出口から高速で噴出させているが、この噴出流速が部分的に音速を超えると衝撃波が発生し、この衝撃波に起因して騒音が発生する場合がある。

そこで、本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、消火ガスの供給に基づく騒音を低減することが可能な、噴出ヘッド、及びこれを備えたガス消火システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の噴出ヘッドは、対象室内に消火ガスを供給するためのガス配管の流出口に連結されて、前記ガス配管を流通する消火ガスを噴出させる噴出ヘッドであって、前記流出口に連通するとともに、前記対象室内に向けて開口する噴出口を有するチャンバーと、前記チャンバー内の圧力変動を減衰させるダンパー機構と、を備え、前記チャンバーは、上流側で前記流出口に連通する一方、下流側が開放された内筒と、前記内筒の開放端を覆うように配置されるとともに、前記噴出口が形成された外筒と、で分割構成され、前記ダンパー機構は、前記内筒に対して前記外筒を消火ガスの流通方向に沿って移動可能に連結し、前記内筒及び前記外筒の軸方向が、前記流出口と前記噴出口との間の消火ガスの流通方向に一致していることを特徴とする。

この構成によれば、対象室内の消火時に、消火ガスはガス配管の流出口から噴出ヘッドのチャンバー内に流入することで膨張するが、この膨張に伴うチャンバー内の圧力変動をダンパー機構によって吸収・減衰させることができる。そのため、消火ガスが開放される際に発生する膨張音に基づく音圧エネルギーを減衰させ、対象室内で発生する騒音を低減することができる。
また、消火ガスが流出口から噴出される際にガス流速に起因して衝撃波が発生した場合にも、衝撃波に基づく騒音の音圧エネルギーをダンパー機構によって吸収・減衰することができるので、消火ガスの噴出に起因して発生する騒音を低減することができる。その後、消火ガスは、騒音の音圧エネルギーが減衰した後に対象室内に噴出されるので、ガス流速及び圧力を低下させることなく、騒音のみを低減させることができる。
このように、膨張音やガス流速増大による音圧エネルギーをダンパー機構によって効果的に吸収することができるので、消火ガスの供給に基づく騒音を広範囲の帯域において低減することができる。

また、前記ダンパー機構は、前記外筒及び前記内筒に連結されて、前記外筒及び前記内筒を互いに接近する方向に付勢する弾性部材と、前記弾性部材の伸縮動作時の抵抗となる抵抗部材とを備えていることを特徴とする。

この構成によれば、チャンバー内に圧力変動が生じると、外筒が流通方向下流側、すなわち弾性部材の付勢力に抗する方向に向けて押圧されることになる。すると、弾性部材及び抵抗部材が消火ガスの流通方向に沿って伸長するとともに、外筒は内筒に対して流通方向下流側に向かって除々に移動することになる。これにより、チャンバー内の容積が拡大して、圧力変動に伴うエネルギーがチャンバー内で吸収される。その結果、消火ガスが開放される際に発生する膨張音に基づく音圧エネルギーを減衰させ、対象室内で発生する騒音を低減することができる。
この場合、内筒及び外筒が抵抗部材によって連結されているので、抵抗部材によってチャンバー内に作用するエネルギーを効果的に減衰させることができる。すなわち、抵抗部材が弾性部材の伸縮動作時の抵抗となり、弾性部材に入力されるエネルギーを低減することができるので、弾性部材の伸長時に吸収したエネルギーによる周期振動の収束を早めることができる。

また、前記チャンバーの内壁面には、吸音部材が設けられていることを特徴とする。

この構成によれば、膨張音やガス流速増大による音圧エネルギーを吸音部材で吸収することができるため、消火ガスの供給に基づく騒音をより低減することができる。

また、前記ガス配管の外周面には、防振材からなるスリーブが固定されていることを特徴とする。

この構成によれば、ガス配管やその近傍で生じる騒音を吸収することができる。

また、消火ガスを貯留するガス供給源と、消火ガスを前記ガス供給源から対象室内に供給するためのガス配管と、上記本発明の噴出ヘッドとを備え、前記噴出ヘッドがガス配管の流出口に取り付けられていることを特徴とする。

この構成によれば、周知のガス配管に上記本発明の噴出ヘッドを取り付けるだけで騒音を低減することができる。そのため、ガス消火システムの大幅な変更を伴うことなく、設備コストの増加も抑制することができる。

本発明の噴出ヘッドによれば、消火ガスの供給に基づく騒音を低減することができる。
本発明のガス消火システムによれば、周知のガス配管に上記本発明の噴出ヘッドを取り付けるだけで騒音を低減することができる。そのため、ガス消火システムの大幅な変更を伴うことなく、設備コストの増加も抑制することができる。

本発明の実施形態における消火システムの概略構成図である。 本発明の実施形態における要部断面図である。 図２に相当する断面図であり、実施形態の作用を説明するための説明図である。 ガス配管の断面図である。

次に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
（ガス消火システム）
図１は、ガス消火システムを示す概略構成図である。
図１に示すように、本実施形態のガス消火システム１０は、大型コンピュータ等の精密機器１１が設置された対象室１２内の消火を行うものであって、対象室１２外に設置された消火ガスの供給源（ガス供給源）２１と、供給源２１と対象室１２内とを連通させ、供給源２１から供給される消火ガスを対象室１２内まで導くガス配管２２と、図示しない火災報知器から出力される火災信号に基づいて、ガス配管２２に接続された制御弁２３の開閉操作を行う図示しない制御部とを備えている。

なお、本実施形態の対象室１２は、天井１４との間に間隔をあけて天板１５が配置される一方、床１３との間に間隔をあけて床板１６が配置された、いわゆる二重床及び二重天井構造をなしている。具体的に、天井１４と天板１５とに囲まれた空間が天井領域１７、床１３と床板１６とに囲まれた空間が床下領域１８、天板１５と床板１６とに囲まれた空間が機器設置領域１９を構成しており、機器設置領域１９の床板１６上に上述した精密機器１１が設置されている。なお、床板１６及び天板１５は、各領域１７〜１９を完全に遮断するように設けられることに限らず、図示例のように、各領域１７〜１９が互いに連通するように設けられていてもよい。

供給源２１は、例えば高圧状態で消火ガスを貯蔵するガスボンベ等の耐圧容器によって構成されている。なお、消火ガスには、不活性ガスまたは不燃性ガスとして、例えば窒素ガスや、二酸化炭素ガス、ハロゲンガス等を用いることが可能であり、本実施形態では窒素ガスが好適に用いられている。

ガス配管２２は、ガス供給源２１から対象室３に至る中途部分において複数に分岐されており、これによって、ガス配管２２の複数（図示例では三つ）の流出口が対象室３内に開口している。これら複数の流出口は、より短時間で対象室３内を消火ガスで充満できるように、互いに離れた位置に配されることが好ましい。
なお、本実施形態においては、ガス配管２２は、供給源２１に接続された供給配管２２ａと、供給配管２２ａの下流端が分岐された複数の分岐配管２２ｂと、各分岐配管２２ｂの下流端に接続されて対象室１２の側壁２５から天井領域１７、機器設置領域１９及び床下領域１８内に向けて開口する複数の噴出配管２２ｃとを備えている。また、本実施形態の制御弁２３は、ガス配管２２が集合されてなる供給配管２２ａに接続されているが、これに限らず分岐配管２２ｂや噴出配管２２ｃに接続しても構わない。

また、機器設置領域１９の側壁２５に対向する側壁２７には、対象室１２内の圧力が所定圧以上となった場合に開放され、対象室１２内に充満するガス（消火ガスや空気）を対象室１２の外部へ逃がす避圧口ダンパー２６が形成されている。このように、消火ガスが噴出される噴出配管２２ｃに対向する位置に避圧口ダンパー２６を配置することで、対象室１２内全体に消火ガスを充満させ易くなる。

図２は本実施形態の要部を示す断面図である。なお、各噴出配管２２ｃよりも下流側はともに同一の構成であるため、以下の説明では１つの噴出配管２２ｃの下流側について説明する。
図２に示すように、各噴出配管２２ｃの下流端には、噴出配管２２ｃから噴出される消火ガスの流れを加速させるオリフィス形状のノズル（流出口）３１が取り付けられている。このノズル３１は、噴出配管２２ｃの軸方向（消火ガスの流通方向）に沿って延在しており、噴出配管２２ｃを流通する消火ガスがノズル３１を流通することで、消火ガスをより高速で対象室１２内に噴出させることができる。

（噴出ヘッド）
ここで、ノズル３１の下流端には、消火ガスを対象室１２内に噴出するための噴出ヘッド４１が取り付けられている。噴出ヘッド４１は、ノズル３１の下流端を外側から覆うように連結された筒状の連結部４２と、連結部４２の下流端に形成されたヘッド本体４３とを備えている。

ヘッド本体４３は、連結部４２に連通するチャンバー４４を備えている。チャンバー４４は、連結部４２の内径に比べて拡大形成された筒状のものであり、連結部４２に連結された内筒４５と、内筒４５の下流側の開放端を覆うように形成された外筒４６とで分割構成されている。すなわち、チャンバー４４は、ノズル３１から流入する消火ガスを対象室１２内に噴出させる前段で一旦膨張させる膨張室として機能している。

内筒４５は、軸方向が流通方向に一致するように延在する有底筒状の部材であり、上流側の端面の中央において、連結部４２に連通している一方、上流側は開放されている。また、内筒４５の外壁面には、径方向外側に向かって張り出すフランジ部４８が形成されており、このフランジ部４８に後述するダンパー機構５１の弾性部材５２が連結される。

外筒４６は、内径が内筒４５の外径よりも大きく形成された有底筒状の部材であり、上流側が開放される一方、下流側の端面には対象室１２内に向けて開口する噴出口４７が形成されている。すなわち、チャンバー４４内と対象室１２とは、噴出口４７を介して連通している。なお、ノズル３１内径と噴出口４７内径は同等に形成されている。
そして、外筒４６は、軸方向を内筒４５の軸方向に一致させた状態で、内筒４５の開放端を下流側から覆うように配置され、消火ガスの流通方向に沿って内筒４５に対して移動可能に構成されている。すなわち、本実施形態の噴出ヘッド４１は、チャンバー４４内の圧力変動に基づいて外筒４６が移動することにより、チャンバー４４内の容積が変動するようになっている。

ここで、内筒４５及び外筒４６はダンパー機構５１によって連結されている。具体的に、ダンパー機構５１は、外筒４６及び内筒４５をチャンバー４４の内側で連結する抵抗部材５３と、外筒４６及び内筒４５をチャンバー４４の外側で連結する複数の弾性部材５２とを備えている。

抵抗部材５３は、スポンジや低反発ゴム等、衝撃吸収性が高い一方、反発性が低い弾性体により構成されたものであり、抵抗部材５３における一端側の端面が内筒４５の下流側の開口縁に連結される一方、他端側の端面が外筒４６の下流側の内壁面に連結されている。

また、各弾性部材５２は、内筒４５の外周壁において、周方向に沿って複数配列されており、それぞれ一端が内筒４５のフランジ部４８に連結される一方、他端が外筒の上流側の開口縁に連結されている。そして、弾性部材５２は、内筒４５と外筒４６とを消火ガスの流通方向に沿って接近させる方向（チャンバー４４内の容積が縮小する方向）に向けて付勢している。なお、消火ガスの供給停止状態（ガス消火システム１０の未使用状態）において、ダンパー機構５１は、弾性部材５２が自然長にあるとともに、抵抗部材５３は非圧縮状態で保持されている。また、本実施形態の噴出ヘッド４４は、ノズル３１に一体に固定、あるいは一体に形成しされてもよいが、ノズル３１に対して着脱自在に取り付けられることがより好ましい。

（ガス消火システムの動作方法）
次に、本実施形態のガス消火システムの動作方法について説明する。なお、図中矢印Ｆは、消火ガスの流れを示している。また、なお、ガス消火システム１０の未使用状態においては、弾性部材５２が自然長にあるとともに、抵抗部材５３は非圧縮状態で保持され、チャンバー４４内の容積は最小となっている。
まず、対象室１２内の火災を火災報知器が検知すると、火災報知器から制御部に向けて火災信号が出力される。制御部は火災信号を受信すると、ガス消火システム１０を起動する。具体的に、制御部は、制御弁２３を開放して供給源２１からガス配管２２に向けて消火ガスを供給させる。

供給源２１から供給される消火ガスは、ガス配管２２（供給配管２２ａ、分岐配管２２ｂ及び噴出配管２２ｃ）内を流通し、ノズル３１内を流通することで加速された状態で、噴出ヘッド４１のチャンバー４４内に流入する。そして、消火ガスはチャンバー４４の噴出孔４７から対象室１２内に噴出されることになる。

ここで、消火ガスはノズル３１から噴出ヘッド４１のチャンバー４４内に流入することで膨張するが、この膨張に伴うチャンバー４４内の圧力変動をダンパー機構５１によって吸収・減衰することができる。具体的には、図３に示すように、消火ガスの膨張により、チャンバー４４内で圧力変動が生じると、この膨張力により外筒４６が流通方向下流側、すなわち弾性部材５２の付勢力に抗する方向に向けて押圧されることになる。すると、弾性部材５２及び抵抗部材５３が消火ガスの流通方向に沿って伸長するとともに、外筒４６は内筒４５に対して流通方向下流側に向かって除々に移動することになる。これにより、チャンバー４４内の容積が拡大することで、膨張力がチャンバー４４内で吸収される。その結果、消火ガスが開放される際に発生する膨張力に基づく音圧エネルギーを減衰させ、対象室１２内で発生する騒音を低減することができる。

この場合、内筒４５及び外筒４６が抵抗部材５３によって連結されているので、抵抗部材５３によってチャンバー４４内に作用する膨張力を効果的に減衰することができる。すなわち、抵抗部材５３が弾性部材５２の伸縮動作時の抵抗となり、弾性部材５２に入力される膨張力を減衰させることができるので、弾性部材５２の伸長時に吸収した膨張力による周期振動の収束を早めることができる。

また、消火ガスがノズル３１から噴出される際にガス流速に起因して衝撃波が発生した場合にも、ダンパー機構５１が上述した動作を行うことで、外筒４６が内筒４５に対して移動することで、衝撃波による衝撃を吸収・減衰することができる。これにより、消火ガスの噴出に基づく騒音の音圧エネルギーを吸収することができる。その後、消火ガスは、ノズル３１内径と同等に形成された噴出口４７から対象室１２内に噴出される。よって、ガス流速及び圧力を低下させることなく、騒音のみを低減させることができる。

その結果、消火ガスは、チャンバー４４内から噴出孔４７を通過して対象室１２内に噴出され、対象室１２内全体に供給されることになる。その後、噴出ヘッド４１から対象室１２内に消火ガスを供給し続け、対象室１２内を消火ガスで充満させることで、対象室１２内の火災を消火することができる。なお、消火ガスを供給し続け、対象室１２内の圧力が所定圧以上になった場合には、避圧口ダンパー２６が開放されて対象室１２内のガスが自動的に外部へ逃げるようになっている。また、ガス供給を停止させる場合等、ガス流速を低下させた場合には、チャンバー４４内に作用する膨張力が低下してき、弾性部材５２及び抵抗部材５３が除々に復元していく。これにより、外筒４６が流通方向上流側に向かって移動し、チャンバー４４内の容積が縮小する。

このように、本実施形態では、ノズル３１の下流端に噴出ヘッド４１を取り付け、噴出ヘッド４１のチャンバー４４に、チャンバー４４内の圧力変動を減衰させるダンパー機構５１を設ける構成とした。
この構成によれば、上述したようにオリフィス孔４５から消火ガスが開放される際の膨張に起因する騒音、及び消火ガスの噴出時に起因する騒音を、ガス流量の低下を伴うことなく低減することができる。よって、消火ガスの供給に基づく騒音を低減することができる。

ところで、制御弁２３を開放すると、ガス配管２２における制御弁２３よりも上流側と、下流側との圧力差（圧力変動）によって衝撃波（圧力波）が発生する。そして、この衝撃波は、消火ガスとともにガス配管２２（供給配管２２ａ、分岐配管２２ｂ及び噴出配管２２ｃ）及びノズル３１内を伝播してチャンバー４４内に伝播する。

ここで、ノズル３１内を伝播した衝撃波は、ノズル３１を通過してチャンバー４４内に伝播する際に、回折することで減衰する。さらに、チャンバー４４内に伝播した衝撃波は、ダンパー機構５１の動作によって減衰された後、噴出孔４７を通過して再び回折した後に対象室１２内に伝播する。このように、衝撃波は対象室１２内に伝播する前段で段階的に減衰することになる。すなわち、衝撃波の膨張が段階的に行われることになるので、制御弁２３開放時に発生する衝撃波に起因する騒音も低減することができる。

また、本実施形態のガス消火システムでは、噴出配管２２ｃが対象室１２内の天井領域１７、床下領域１８及び機器設置領域１９の各領域に開口しているため、これら複数の領域何れかで火災が発生したとしても、消火ガスをより短時間で充満させることが可能である。

また、本実施形態のガス消火システム１０では、対象室１２内に消火ガスを充満させることで火災の消火が行われるが、対象室１２内に供給された消火ガスによって対象室１２内の圧力が上昇することがある。ここで、本実施形態のガス消火システムでは、避圧口ダンパー２６を備えているため、過剰な圧力を対象室１２外に逃がすことができる。

なお、噴出ヘッド４１をノズル３１に対して着脱自在に構成した場合には、周知のノズル３１に噴出ヘッド４１を取り付けるだけで騒音を低減することができる。そのため、ガス消火システムの大幅な変更を伴うことなく、設備コストの増加も抑制することができる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
噴出ヘッド４１の内壁面は、ガス配管２２の内面と同様の仕上げに限られず、必要な部材を付加することができる。例えば、チャンバー４４の内壁面にグラスウール等の吸音部材を配置する構成も可能である。この構成によれば、衝撃波や噴出量増大に伴いチャンバー４４内に作用するエネルギーが吸音部材で吸収されるため、騒音の音圧エネルギーをより効果的に減衰することができる。その結果、消火ガスの供給に基づく騒音をより低減することができる。

また、上述した実施形態では、弾性部材と抵抗部材とによりダンパー機構を構成する場合について説明したが、これに限られることはない。例えば、抵抗部材にゴム等、高衝撃吸収性、高反発性を有する弾性体を採用することも可能であり、このような材料を採用した場合には弾性部材を設けない構成にしても構わない。

さらに、上述した実施形態では、ガス消火システム１０の制御弁２３の開閉操作を制御部により制御する構成について説明したが、これに限らず作業者によって手動で制御弁２３の開閉操作を行っても構わない。

また、ガス配管２２内に高速の流れが生じるとガス配管２２自体に共振が発生し、この振動に基づき騒音が発生する場合がある。そこで、例えば、図４に示すように、ガス配管２２（噴出配管２２ｃ）の外周面に、防振材からなるスリーブ８０を固定してもよい。なお、図示例のスリーブ８０は、対象室１２の内外に亘って設けられているが、例えば対象室１２内に突出している領域のみに設けられていても構わない。

なお、スリーブ８０は、例えば金属材料等の任意の材料によって構成されてよいが、例えばウレタン等の樹脂材料のように吸音性能を有する材料によって構成されることがさらに好ましい。この場合には、ガス配管２２やその近傍で生じる騒音を吸収することができる。

そして、本発明のガス消火システム１０は、床板１６や天板１５によって複数の領域１７〜１９に区画された対象室１２の消火に限らず、例えば床板１６や天板１５の無い一つの領域のみの対象室１２の消火にも適用することができる。また、本発明のガス消火システム１０は、精密機器１１が配された対象室１２内の消火に限らず、クリーンルーム等の他の対象室１２の消火にも適用することができる。

１０…ガス消火システム
１２…対象室
２１…供給源（ガス供給源）
２２…ガス配管
３１…ノズル（流出口）
４１…噴出ヘッド
４４…チャンバー
４５…内筒
４６…外筒
５１…ダンパー機構
５２…弾性部材
５３…抵抗部材

Claims (5)

1. 対象室内に消火ガスを供給するためのガス配管の流出口に連結されて、前記ガス配管を流通する消火ガスを噴出させる噴出ヘッドであって、
   前記流出口に連通するとともに、前記対象室内に向けて開口する噴出口を有するチャンバーと、
   前記チャンバー内の圧力変動を減衰させるダンパー機構と、を備え、
   前記チャンバーは、
   上流側で前記流出口に連通する一方、下流側が開放された内筒と、
   前記内筒の開放端を覆うように配置されるとともに、前記噴出口が形成された外筒と、で分割構成され、
   前記ダンパー機構は、前記内筒に対して前記外筒を消火ガスの流通方向に沿って移動可能に連結し、
   前記内筒及び前記外筒の軸方向が、前記流出口と前記噴出口との間の消火ガスの流通方向に一致していることを特徴とする噴出ヘッド。
2. 前記ダンパー機構は、
   前記外筒及び前記内筒に連結されて、前記外筒及び前記内筒を互いに接近する方向に付勢する弾性部材と、
   前記弾性部材の伸縮動作時の抵抗となる抵抗部材とを備えていることを特徴とする請求項１記載の噴出ヘッド。
3. 前記チャンバーの内壁面には、吸音部材が設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の噴出ヘッド。
4. 前記ガス配管の外周面には、防振材からなるスリーブが固定されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３の何れか１項に記載の噴出ヘッド。
5. 消火ガスを貯留するガス供給源と、
   消火ガスを前記ガス供給源から対象室内に供給するためのガス配管と、
   請求項１ないし請求項４の何れか１項に記載の噴出ヘッドとを備え、
   前記噴出ヘッドが前記ガス配管の流出口に取り付けられていることを特徴とするガス消火システム。

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