JP5883586B2 - スプリンクラーヘッド - Google Patents

Description

本発明は、消火用のスプリンクラーヘッドに関するものである。

スプリンクラーヘッドは、内部にノズルを有する本体が、充水された消火設備配管と接続されており、火災が発生したときに火災の熱を感知して自動的に作動し、水を散布して消火を行うものである。

上記スプリンクラーヘッドにおいて、常時はノズルを閉止する弁体を保持し、火災時には火災の熱により分解してスプリンクラーヘッドの弁体を開放する部分を感熱分解部分と言う。感熱分解部分の構成品のなかで熱を感知する感熱体には融点が低い低融点合金が使用されており、低融点合金は有底筒状のシリンダー内に入れられ、さらにシリンダー内には低融点合金の表面上にプランジャーが配置される。

感熱分解部分は弁体をノズルが閉止される位置に支持し、さらに前述のプランジャーをシリンダー底面側に押圧しており、火災の熱により感熱体に組み込まれた低融点合金が溶融してシリンダー内から溶け出し、プランジャーがシリンダー内に没入することで感熱分解部分が分解作動して弁体の支持が解除され弁体が開放する。弁体の開放によって本体のノズルから消火設備配管内に充填されていた水が外部に放出される。

近年、上記のスプリンクラーヘッドにおいて火災が発生してからスプリンクラーヘッドが作動するまでの時間が従来のスプリンクラーヘッドよりも短い火災感知能力の高いスプリンクラーヘッドの需要が高まっている。スプリンクラーヘッドの火災感知能力を向上させることで火災発生から初期の段階でスプリンクラーヘッドを作動させて水を散布して初期消火を行うことができる。

スプリンクラーヘッドの火災感知能力を向上させる手段の一つとして、低融点合金を押圧しているプランジャーを高分子樹脂にて構成したスプリンクラーヘッドがある（例えば特許文献１）。

特許文献１のスプリンクラーヘッドは、シリンダーの底面に接続された椀状の集熱板が設置されており、集熱板が収集した熱はシリンダー内に収容された低融点合金に伝わる。また、シリンダー内のプランジャーは高分子樹脂により構成されているので低融点合金に伝播されてきた熱は高分子樹脂には伝わらず、低融点合金に熱が効率よく蓄積されて、急速に低融点合金の温度が上昇して低融点合金が溶融する。

これにより火災時において低融点合金が速やかに溶融して、常時低融点合金を押圧しているプランジャーがシリンダー底面側に移動することで感熱分解部が分解作動してスプリンクラーヘッドが作動する。

特開平８−５７０７７号公報

上記のスプリンクラーヘッドでは、プランジャーを高分子樹脂により構成していたが、低融点合金の溶融温度が高温のもの例えば融点が１３９℃の低融点合金を使用する場合には、高分子樹脂の溶融温度が低融点合金の溶融温度よりも高いものを選定する必要がある。

またプランジャーには常に荷重が印加されており、高分子樹脂の経年劣化を考慮しなければならない。例えば、ある一定期間が経過したスプリンクラーヘッドは交換する等の検討が必要である。

そこで本発明では、上記問題に鑑み、長期間において設置可能であり火災時には低融点合金が迅速に溶融して作動可能なスプリンクラーヘッドを提供することを目的としている。

本発明者は、長期間に渡って印加される荷重に耐えられる強度を有するプランジャーであり、プランジャーが吸収した熱を他の部材に伝播させずに低融点合金の溶融に使用することに着目して本発明を完成させた。

本発明に係るスプリンクラーヘッドは、消火設備配管に接続されるノズルを有する本体と、ノズルを止水する弁体と、有底筒状のシリンダーに収容した低融点合金をプランジャーにて押圧保持する感熱体を有し、火災を感知する低融点合金の軟化又は溶融によってプランジャーがシリンダーの中に移動することで弁体がノズルの閉止を開放する感熱分解部とを備えるスプリンクラーヘッドにおいて、プランジャーを金属製として側面に断熱部を設置したことを特徴とする。
これによれば、プランジャーを金属製としたことで熱伝導効率か良好となり、さらにプランジャーに伝わった熱がプランジャーの側面と近接している部材への熱の伝達を断熱部により阻止して、低融点合金との接触面のみに伝播して低融点合金に効率よく熱を伝えることができるので低融点合金の溶融を早めることができる。また低融点合金との接触面以外から熱が他の部材へ伝播するのを防ぐために、プランジャーを低融点合金側に押圧している部材であるセットスクリューとの接触面積を小さくすることでセットスクリューへ熱が伝わりにくくなり低融点合金へより多くの熱を伝播することができる。

前記本発明は、シリンダー内の低融点合金が柱状でありプランジャーの底面が低融点合金を押圧することで構成可能である。
これによればプランジャーの底面が低融点合金と接しており、プランジャーの側面に断熱部を有することで、プランジャー表面から伝わった熱がプランジャーの側面からシリンダー内面へ伝わるのを防止し、プランジャー底面から低融点合金に熱が伝播可能となり低融点合金に効率よく熱を伝えることができるので低融点合金の溶融を早めることが可能である。

前記本発明は、シリンダー内の低融点合金が環状であり、プランジャーは大径部と小径部を有しており小径部に環状の低融点合金を挿通して大径部にて低融点合金を押圧することで構成可能である。
これによれば、プランジャーの大径部が低融点合金の端面と接触し、さらにプランジャーの小径部側面が低融点合金の内側面と接触している。プランジャーの小径部は低融点合金を介してシリンダー底面の穴に挿通され、セットスクリューと接続される。プランジャーの鍔部から吸収した熱は低融点合金に伝わるとともに、セットスクリューにも伝わろうとするが、低融点合金の穴径はそのままにしてプランジャーの側面に断熱部を設置したことでプランジャー側面の外径が小さくなり、それに従い断面積も小さくなり熱伝達抵抗が大きくなるのでセットスクリューに熱を伝えにくくすることが可能である。

前記本発明は、断熱部をプランジャーの側面に設置した樹脂材により構成可能である。
これによれば、火災の熱気流からシリンダーおよびプランジャーに伝わった熱が樹脂材によってシリンダーとプランジャーの間での熱の伝達を阻止されるので、シリンダーおよびプランジャーに伝わった熱を低融点合金のみに伝えることが可能となる。また、樹脂により断熱部を構成することでプランジャー側面の断面積が小さくなったことによる強度低下を樹脂材により補強することができる。上記において、樹脂材は金属材料と比較して熱伝導性が低い樹脂を用いることができる。その際、シリンダー内の低融点合金の溶融温度よりも軟化・溶融温度が高い樹脂を用いる。また補強作用を向上させたい場合にはセラミックや硬質樹脂を用いることも可能である。

前記本発明は、断熱部をプランジャーの側面に形成した間隙により構成可能である。
これによればプランジャー側面の間隙によりシリンダー内面または低融点合金の穴の内面との間に生じた空間により近接している部材への熱の伝達を阻止することが可能となる。

前記本発明は、断熱部をプランジャーの側面内側に形成した空間により構成可能である。
これによればプランジャーの側面内側に形成した空間によって、プランジャーを押圧する部材側へ熱が伝わる部分の断面積を減らすことができ、熱伝達抵抗が上がることでプランジャーを押圧する部材への熱の伝達を阻止することができる。

本発明によれば、プランジャーを金属材料から構成したことで長期間において設置可能であり、さらにプランジャーの側面に断熱部を設けたことで火災時には低融点合金が迅速に溶融して作動可能なスプリンクラーヘッドを提供することができる。

第１実施形態のスプリンクラーヘッドの断面図 図１のスプリンクラーヘッドの感熱体の断面図 図１のスプリンクラーヘッドの作動状態図 図２の変形例 第２実施形態のスプリンクラーヘッドの断面図 図５のスプリンクラーヘッドの作動状態図 図５のスプリンクラーヘッドの感熱体の断面図 図７の変形例

第１実施形態（図１〜図４）
第１実施形態のスプリンクラーヘッドＳ１は、本体１、フレーム２、弁体３、デフレクター４、感熱分解部５、およびヒートコレクター部６等から構成されている。

本体１は、中央にノズル７が穿設されており、その下端は弁座８となっていて、外周上部には牡ネジ９が螺設され、また下端にはフランジ１０が形成されている。

フレーム２は、円筒状であり、下端は内方フランジ１１となっていて、上端は前述本体１のフランジ１０に螺合している。

弁体３は、上部にパッキンが被着されており、平時、本体１の弁座８を閉塞している。

デフレクター４は、皿状で周囲に多数の羽根が形成されており、羽根の上にはリング１２が載置されていて、作動時、リングから垂下して設置されたピン４Ａで吊設されるようになっている。デフレクター４は前述弁体３の下部に設置されている。

感熱分解部５は、フレーム２の下部に設置されており、ガイドポスト１３を介して弁体３を保持している。

ここで分解部分について詳細に説明する。上部が外方に屈曲した一対のレバー１４、１４は、屈曲した部分の下端が前述フレーム２の内方フランジ１１に係合している。該レバーには上方に支持板１５が係合し、下方には天秤１６が係合している。

支持板１５には、下部が細くて、その先端が半球状となったセットスクリュー１７が螺合されている。セットスクリュー１７の先端は後述するプランジャー２１を低融点合金２０側へ押圧している。天秤１６には上部にフランジ１８を有するシリンダー１９が嵌合されている。

シリンダー１９は有底筒状で、底面にはヒートコレクター部６を接続可能な牡ネジ１９Ａが設置されている。シリンダー１９内には低融点合金２０が収容されている。上記のシリンダー１９内に収容された低融点合金２０の上に後述のプランジャー２１を載置して構成したものを感熱体という（図２参照）。

シリンダー１９内に収容される低融点合金２０は、液状の低融点合金２０をシリンダー１９内に流し込んで固化させた後に、プランジャー２１が挿通可能な穴を切削して形成することができる。または、あらかじめ円柱状に形成されたものをシリンダー１９内に挿入して構成することも可能である。

低融点合金２０はスプリンクラーヘッドを取り付ける場所に応じて各種の温度のものを選択する。例えば一般の事務所、居間のようなところには７２℃、厨房のように火を使うところでは９６℃、さらに周囲が高温となるところには１３９℃や１８３℃の低融点合金を使用する。

低融点合金２０の上には、プランジャー２１が載置されている。プランジャー２１は前述のセットスクリュー１７によって低融点合金２０側へ押圧されている。プランジャー２１の低融点合金２０と接触する側である下部２１Ａの外径は、シリンダー１９の内周径より僅かに小さい。プランジャー２１のセットスクリュー１７と接続する側である上部２１Ｂの外形は、下部２１Ａの外径より小さくなっており、シリンダー１９の内周面と上部２１Ｂの間には間隙Ｋができる。さらに上部２１Ｂには穴２１Ｃが穿設されており、プランジャー２１の側面内側に空間が形成され断熱部を構成している。プランジャー２１の中心軸Ｚと垂直に交差する図中で示すＸ１−Ｘ１線上の断面積（上部２１Ｂの断面積）は、同図Ｘ２−Ｘ２線上の断面積（下部２１Ａの断面積）よりも小さくなっている。

これにより、火災時においてプランジャー表面より吸収された熱は上部２１Ｂシリンダー２０の間の間隙Ｋによりシリンダー１９への熱伝達を阻止され、低融点合金２０と接触している底面２１Ｄから低融点合金２０へ伝播される。またプランジャー２１の底面２１Ｄの反対側の面、つまり上部２１Ｂと下部２１Ａの境の段部から熱を吸収可能となり熱の伝わる経路が短縮され効率よく熱を低融点合金に伝えることができる。

さらにプランジャー２１の穴２１Ｃの端面には斜面２２が刻設されており、該斜面２２には前述セットスクリュー１７の細い下端部が載置され、セットスクリュー接続部となっている。プランジャー２１の斜面２２にセットスクリュー１７の下端の半球状の部分が接触しているため、これらの接触部は円状の線接触となり接触面積は極めて小さいものである。

ヒートコレクター部６は薄板状の銅材料を層状に設置して構成されている。ヒートコレクター６Ａ、６Ｂは中心に穴を有しており、該穴はナット６Ｃの下端に接続している。ナット６Ｃは筒状であり内周部には前述の牡ネジ１９Ａと螺合可能な牝ネジが螺刻されている。

ヒートコレクター部６は、ヒートコレクター６Ａ、６Ｂにより収集した火災の熱を、ナット６Ｃを介してシリンダー１９内の低融点合金２０に伝える作用を有する。

次に上記構造の分解部分を有する第１実施形態のスプリンクラーヘッドＳ１の作動状態について説明する。

火災が発生すると、火災の熱が上昇気流となって天井に達し、天井に取り付けたスプリンクラーヘッドＳ１を熱する。スプリンクラーヘッドＳ１ではヒートコレクター部６が火元に近い下部に設置されており、しかも層状に構成されたヒートコレクター部６は表面積が大きくなっているため、気流の熱を多く受けてシリンダー１９に伝播され、さらにシリンダー１９中の低融点合金２０に伝播する。

このようにして低融点合金２０には、火災で発生した熱が多量に、そして速やかに伝播されてくる。従来のスプリンクラーヘッドでは低融点合金の上に円柱状のプランジャーが載置されていたため、プランジャーに伝播されてきた熱は、低融点合金だけでなくシリンダーにも伝播されて散逸してしまっていた。

しかしながら、本発明のスプリンクラーヘッドでは、プランジャー２１とシリンダー１９の間の間隙Ｋによりシリンダー１９とプランジャー２１の間で熱が散逸せず、またセットスクリュー１７への熱の伝播を抑える構造としたことで底部２１Ｄから低融点合金２０のみに熱が伝播するので、急速に低融点合金２０の温度が上昇して低融点合金２０が溶融する。

シリンダー１９内の低融点合金２０が溶融すると、プランジャー２１はセットスクリュー１７でシリンダー１９の底面側へ押圧されているため、プランジャー２１はシリンダー１９内に没入し、低融点合金２０はプランジャー２１とシリンダー１９の間隙から外部へ流出していく。

このように低融点合金２０が溶融してプランジャー２１がシリンダー１９内に没入すると、天秤１６で係止されていた一対のレバー１４、１４の係止が解かれる。するとそれぞれのレバーの下部が外方に回動し、フレーム２の内方フランジ１１に係合していたレバーの屈曲端部が外れ、感熱分解部５が分解して全ての構成部品は下方に落下していく。

感熱分解部５の分解落下とともに、レバー１４の屈曲頂部で保持していたガイドポスト１３が落下し、デフレクター４と一体となった弁体３およびデフレクター４で保持されていたリング１２も落下する。ところがデフレクター４は、リング１２のピン４Ａに吊設され、またリング１２はフレーム２の内方フランジ１１で係止される仕組みとなっているため、リング１２が内方フランジ１１で係止されるとデフレクター４も途中で落下が停止する。

弁体３が落下して弁座８を開放するため、図示しない配管で送られる水がノズル７を通って弁座８から噴出される。噴出された水は、途中で止まったデフレクター４に当たって四方に散布され、火炎にかかって消火を行う。

図４は、第１実施形態の変形例であり、図４（ａ）はプランジャー２１の上部２１Ｂの先端が凸形状となっており、それに接触するセットスクリュー１７Ａの先端は円錐状の窪みとなっている。

さらに図４（ｂ）は先に説明した図４（ａ）の上部２１Ｂの外周部に樹脂材３１を設置したものである。樹脂材３１の外径はプランジャー２１の下部２１Ａの外径と同じか僅かに小径である。樹脂材３１は断熱作用の他に、プランジャー２１が低融点合金２０の溶融によってシリンダー１９内に没入する際にプランジャー２１が傾いてシリンダー１９の内周部に引っかかるのを防止するガイドの作用を有する。

樹脂材３１の具体的な材質として、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）や、ポリエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂等のスーパーエンジニアリングプラスチックがあげられる。これら樹脂は強度が通常の樹脂よりも高く、低融点合金２０の融点よりも高い耐熱温度を有しているものを使用することができる。またセラミックや硬質樹脂を使用することも可能である。

図４（ｃ）は、低融点合金２０Ａが環状であり、プランジャー２１は大径部２１Ｅと小径部２１Ｆを有しており、小径部２１Ｆに低融点合金２０Ａを挿通して大径部２１Ｅにて低融点合金２０Ａを押圧する構造の実施形態である。小径部２１の外面には樹脂材３１Ａが設置されており、これによりヒートコレクター部６から牡ネジ１９Ａに伝わった熱が小系部２１に伝わるのを阻止して低融点合金２０Ａの溶融を促進することができる。また低融点合金２０Ａの溶融によってプランジャー２１がシリンダー１９内に没入する際に樹脂材３１Ａが牡ネジ１９の内周面に沿って動くので、プランジャー２１が傾いてシリンダー１９の内周部に引っかかるのを防止するガイドの作用を有する。

第２実施形態（図５〜図８）
第２実施形態のスプリンクラーヘッドＳ２は、本体３２、カバー３３、弁体３４、感熱分解部分３５から構成されている。第２実施形態のスプリンクラーヘッドＳ２はシリンダーの開口が下向きに構成されたものである。

第２実施形態のスプリンクラーヘッドＳ２の詳細な構成および作動については特開平１０−７１２１５号公報に記載されており、本実施形態においても構造が同じ箇所については同符号を付して説明を省略する。ここでは本発明の要旨であるシリンダー４１とプランジャー４２、低融点合金４３について説明する。

シリンダー４１は、カップ状であり開口４１Ａが図中下向きに配置されており、底面には押さえ片４４の中央の穴と略同一径の穴が穿設されている。シリンダー４１は底面の穴を押さえ片４４の穴と一致させて押さえ片の下面に設置されている。

プランジャー４２は、一端は小径部となっており端部に牡ネジ４９が螺設され、他端は大径部である頭部５０が形成されたボルト状である。プランジャー４２の牡ネジ４９は弁体３４の牝ネジ５８（セットスクリュー）に螺合されており、他端の頭部５０はシリンダー４１の穴を通してシリンダー４１内に位置している。

プランジャー４２の頭部５０の端面から牡ネジ４９側に向かって穴４２Ａが穿設されている。図７で示すプランジャー４２の中心軸Ｚと垂直に交差して穴４２Ａを横切るＸ１−Ｘ１線上の断面積は、中心軸Ｚと垂直に交差して頭部５０を横切るＸ２−Ｘ２線上の断面積よりも小さく、穴４２Ａを穿設することでプランジャー４２の側面内側に空間が形成され断熱部が構成される。尚、図７では穴４２Ａは牡ネジ４９側まで貫通していないが、牡ネジ４９側まで貫通させてもよい。

これより火災時において頭部５０に吸収された熱は、上端側の牡ネジ４９にも伝わるが穴４２Ａ部分の断面積（Ｘ１−Ｘ１線上の断面積）が頭部５０部分の断面積（Ｘ２−Ｘ２線上の断面積）より小さいので熱伝達抵抗が大きくなり、頭部５０の熱が牡ネジ４９側に伝わりにくく頭部５０に蓄積された熱が低融点合金４３へより多く伝わり急速に低融点合金４３の温度が上昇して低融点合金４３を溶融することができる。

また、プランジャー４２の牡ネジ４９と頭部５０の間の小径部の側面４２Ｂは、シリンダー４１内に挿通されているので火災時にはシリンダー４１から低融点合金４３を伝わってきた熱が側面４２Ｂに伝播される。側面４２Ｂに伝播された熱は牝ネジ５８へと伝わるが、穴４２Ａ部分の断面積（Ｘ１−Ｘ１線上の断面積）が小さくなっているので熱伝達抵抗が大きく牝ネジ５８側への熱の伝播を阻止している。

低融点合金４３はリング形状でありシリンダー４１内に収容されている。低融点合金４３の穴にプランジャー４２の牡ネジ４９側の端を挿通して頭部５０に低融点合金４３が係止された状態で、頭部５０とシリンダー４１の底面間に挟まれ設置されている。前述の牡ネジ４９と牝ネジ５８を螺合させることで頭部５０が低融点合金４３をシリンダー４１の底面側（図中上方）へ押圧している。

図８は、第２実施形態の変形例であり、図８（ａ）は頭部５０のみを金属材料から構成して牡ネジ４９側を樹脂による断熱材で構成したものであり、より具体的には頭部５０を筒状の樹脂Ｐにモールドしたものである。

また図８（ｂ）は図７のプランジャー４２の側面４２Ｂの外径を小さくし、牡ネジ４９側から筒状の断熱材６０を挿通させて構成したものである。これによりプランジャーの穴４２Ａ部分の断面積は図７のものより減少するので、熱の伝達を妨げる効果が向上する。穴４２Ａの内周から側面４２Ｂの外周までの肉厚が薄くなったので強度が低下したが、筒状の断熱材６０を設置したことで強度を補うことができる。断熱材６０は前述の熱伝導性が良くない樹脂等により構成することができる。断熱材６０は低融点合金４３の穴の内周面からプランジャー４２への熱伝達を阻止する効果を有する。断熱材６０は上記のように筒状に形成したものを牡ネジ４９側から挿通して設置する他に、側面４２Ｂ上に樹脂材を塗布して皮膜を形成することで設置することもできる。

図８（ｃ）は図８（ｂ）の断熱材６０の内周面に螺旋溝６１を刻設したものである。図８（ｃ）は前述の図８（ｂ）の効果に加えて、プランジャー４２と断熱材６０の間に形成された螺旋状の空間により断熱効果を一層向上させることができる。尚、図８（ｃ）では断熱材６０の内側に螺旋溝６１を形成したがこれとは逆にプランジャー４２の側面４２Ｂの外面に螺旋溝６１を形成することも可能である。

１、３２ 本体
２ フレーム
３、３４ 弁体
４ デフレクター
５、３５ 感熱分解部
６ ヒートコレクター部
１７ セットスクリュー
１９、４１ シリンダー
２０、４３ 低融点合金
２１、４２ プランジャー
３０、６０ 断熱材
４９ 牡ネジ
５０ プランジャー頭部（大径部）
５８ 牝ネジ（セットスクリュー）

Claims (7)

1. 消火設備配管に接続されるノズルを有する本体と、ノズルを止水する弁体と、有底筒状のシリンダーに収容した低融点合金をプランジャーにて押圧保持する感熱体を有し、火災を感知する低融点合金の軟化又は溶融によってプランジャーがシリンダーの中に移動することで弁体がノズルの閉止を開放する感熱分解部とを備えるスプリンクラーヘッドにおいて、
   シリンダー内の低融点合金が環状であり、
   プランジャーは金属製であり、シリンダーの内周径よりも僅かに小さく低融点合金と接触する大径部と、大径部よりも小径な小径部が形成され、前記小径部に環状の低融点合金を挿通して前記大径部にて低融点合金を押圧しており、前記小径部の側面に断熱部を設置したことを特徴とするスプリンクラーヘッド。
2. シリンダー内の低融点合金が環状であり、プランジャーは前記大径部と前記小径部を有しており前記小径部に環状の低融点合金を挿通して前記大径部にて低融点合金を押圧する請求項１記載のスプリンクラーヘッド。
3. 断熱部を前記小径部の側面に設置した樹脂材により構成した請求項１または請求項２記載のスプリンクラーヘッド。
4. 断熱部を前記小径部の側面の内側に形成した穴により構成した請求項１から請求項３の何れか１項記載のスプリンクラーヘッド。
5. 前記断熱部はシリンダーの底面よりも突出して設置されている請求項１から請求項４の何れか１項記載のスプリンクラーヘッド。
6. 前記穴の開口は大径部の端面に設置されている請求項１から請求項５の何れか１項記載のスプリンクラーヘッド。
7. 前記樹脂材と小径部の間に積層された空間を設けた請求項１から請求項６の何れか１項記載のスプリンクラーヘッド。

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