JP6117554B2 - スプリンクラー消火設備および消火容器 - Google Patents

Description

本発明は、火災発生時に散水するスプリンクラー消火設備および消火容器に関する。

従来、感知器によって火災の元となる熱や煙を感知すると、配水管と配管との間に設けられた電磁弁を駆動することにより給水経路を開放することで、配管を通して給水されたスプリンクラーが散水するスプリンクラー消火設備が知られている。

この種のスプリンクラー消火設備では、消火性能等を向上させるために、スプリンクラーから単に水道水を散水する代わりに、燃焼の反応を抑える作用等を有する化学物質の溶液（以下「消火液」という）を水道水等で希釈した溶液（以下「消火水溶液」という）を散水することが検討されている。

これに対し、本願出願人は、スプリンクラー消火設備において、消火水溶液を収容したタンク（第１タンク）をスプリンクラー側の配管に、空のタンク（第２タンク）を電磁弁側の配管にそれぞれ連通するように取り付け、電磁弁が駆動して給水経路が開放されると、配管を通して給水された第２タンクが第１タンクを押し潰す方向に水圧を作用させ、押し潰された第２タンクから消火水溶液をスプリンクラーに供給する構造を提案している（例えば、特許文献１参照）。

実用新案登録第３１３９２９５号公報

しかしながら、特許文献１に記載のスプリンクラー消火設備では、予め消火液を希釈することで重量が嵩上げされた消火水溶液を第１タンクに収容しておく必要があるため、第１タンクの取り付け作業にかかる負担が増大したり、第１タンクおよび第２タンクの容積が大きいことにより、設置スペースの確保が困難になったりする問題があった。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、簡易な構成で好適に消火水溶液を散水することが可能なスプリンクラー消火設備および消火容器の提供を目的とする。

上記目的を達成するためになされた本発明は、熱および煙の少なくとも一方を感知する感知器からの受信信号に基づく火災発生時に、充水された配水管から、スプリンクラーに連通する配管への給水経路を遮蔽する電磁弁を、この給水経路が開放されるように駆動させることにより、配水管から配管を通して給水されたスプリンクラーが散水するスプリンクラー消火設備である。

本発明では、このようなスプリンクラー消火設備において、消火液を収容する消火容器を配管の下面側に取り付ける。この消火容器には、消火液内に下方端が配置され、且つ、配管内に上方端が配置される細管が具備されており、この細管は、配水管から配管内に水が流入するとベンチュリ効果により負圧が発生し、上方端から消火液が吸い上げられて、消火液を配管内に供給可能な形状を有している。

このような構成では、感知器によって火災の元となる熱や煙を感知すると、配水管と配管との間に設けられた電磁弁を駆動することにより給水経路を開放することで、配管内に水が流入すると、その水流の力に比例して消火容器内の消火液が細管に吸い上げられ、配管内に供給された消火液が水と混合することで、消火液が希釈された溶液（消火水溶液）がスプリンクラーに給水されることになる。

したがって、本発明によれば、消火液を収容する消火容器を取り付け、電磁弁が駆動して給水経路が開放されると、配管内に流れる水の力を利用して消火水溶液を作り出す構造であるため、消火容器の容積および消火液の重量を抑制することが可能となり、ひいては簡易な構成で好適に消火水溶液を散水することができる。

なお、本発明において、細管は、上方端の開口部が配管内でスプリンクラー側を向くように配置されていることが好ましい。このような構成では、配管内に流れる水の力に逆らわずに細管を通して配管内に消火液を供給することが可能となるため、より好適に消火水溶液を作り出すことができる。

具体的には、本発明において、細管は、Ｌ字状に形成されていることが好ましい。このような構成では、細管の長さに応じて、消火液が細管に吸い上げられるときに受ける抵抗の総和が増えることから、細管の長さを調節できる自由度が増える分、所望の割合で消火液を水に混合させるように調整しやすくなる。

ところで、配管内において水流方向に直交する断面のうち細管に遮られる部分が大きいほど、ベルヌーイの定理により圧力が低下して、配管内が負圧になりやすくなることから、細管を通して配管内に供給される消火液の割合（量および速度）が大きくなる。

このため、細管は、管径が配管内において大きくなるように形成されていると、配管内に大きい割合で消火液を供給することができる。一方、配管内に供給される消火液の割合を小さくしたい場合には、例えば管径が一定である方が好ましい。

しかし、管径が一定である場合に、配管に流れる水の割合（量および速度）を例えば配管の内径から推定し、もう少し配管内に供給される消火液の割合を大きくしたいときに対応できるように、細管は、上方端の開口部が斜めに切断されていることが好ましい。このような構成では、細管における上方端の開口部の断面積が切断前より大きくなることで、この開口部における圧力が配管内の周囲と比較して大きくなり、開口部から配管に消火液が流れやすくなる。よって、このような構成によれば、管径を変更することなく、細管を通して配管内に供給される消火液の割合を容易に微調整することができる。

また、本発明において、消火容器は、配管内から水が流入して消火液が押下られるように配管への取り付け口が開いていてもよい。この場合、配水管と配管との間に設けられた電磁弁を駆動することにより給水経路を開放することで、配管内から消火容器内に水が流入すると、消火液が押し下げられることにより、消火液が細管を通って配管内に供給されやすくなる。

なお、本発明は、消火容器を単体で市場に流通させてもよい。具体的には、本発明は、少なくとも、スプリンクラー消火設備において配管の下面側に取り付けられ、消火液を収容する消火容器であって、消火液内に下方端が配置され、且つ、配管内に上方端が配置される細管を備え、この細管の形状が、配水管から配管内に水が流入するとベンチュリ効果により負圧が発生し、上方端から消火液が吸い上げられて、消火液を配管内に供給可能に構成されていればよい。このような構成によれば、スプリンクラー消火設備に取り付けることにより既述の効果と同様の効果を得ることができる。

スプリンクラー消火設備の全体構成を例示する構成図である。 消火容器の構成を例示するイメージ図である。 スプリンクラー消火設備の動作を例示する説明図である。

以下に、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
＜全体構成＞
図１に示すように、本実施形態のスプリンクラー消火設備１は、建築物の屋内で居室の天井に設置されたスプリンクラー２および感知器３と、その天井裏に設置された配管４、電磁弁５、および消火容器６と、感知器３から出力される火災信号を受信する火災受信器７と、電磁弁５の駆動制御を行う電磁弁制御盤８とを備えて構成される。

感知器３は、熱および煙の少なくとも一方を感知すると、その旨を示す火災信号を出力するセンサである。例えば、熱を感知するタイプでは、内部の感熱部が火災の熱により所定の温度以上または温度上昇率以上になると作動するようになっている。この感熱部としては、例えば熱膨張率の異なる金属板を張り合わせてなり、熱を受けると膨張率の高い金属板が外側に、膨張率の低い金属が内側（接触面側）に曲がり、これらが所定温度に対応する曲がり方をすると電気的な信号が出力されるものがある。また、煙を感知するタイプでは、火災の煙による空気の電離状態の変化を検出するものや、光の乱反射または遮光を検出するものがある。

火災受信器７は、感知器３に接続されており、感知器３から出力された火災信号を受信（入力）すると、図示しない火災灯を点灯したり、ブザーを鳴動させたりするとともに、電磁弁制御盤８に作動信号を出力する。また、火災受信器７には、ユーザが操作するための操作パネルやスイッチ類が設けられており、例えば火災が鎮まった場合等にこれらの操作によって、火災灯の消灯やブザーの停止を行うことが可能になっており、このとき電磁弁制御盤８に解除信号を出力するように構成されている。

電磁弁制御盤８は、火災受信器７に接続されており、少なくとも、火災受信器７から出力された作動信号を受信（入力）すると、電磁弁５を開くための開駆動信号を出力し、火災受信器７から出力された解除信号を受信（入力）すると、電磁弁５を閉じるための閉駆動信号を出力するように構成されている。

電磁弁５は、電磁弁制御盤８に接続されており、電磁弁制御盤８から出力された駆動信号に応じて、ソレノイドの磁力を用いてプランジャと呼ばれる鉄片を動かすことでバルブを開閉するものである。具体的には、電磁弁５では、配水管９と配管４との間に設けられており、通常時には、配水管９から配管４に連通する給水経路を遮蔽するようにバルブが全閉状態になっており、電磁弁制御盤８からの開駆動信号が入力される火災発生時には、その給水経路を開放するようにバルブが全開状態になる。なお、電磁弁５では、電磁弁制御盤８から閉駆動信号が入力されると、バルブが再び全閉状態になる（通常時の状態に復帰する）ように構成されている。

配水管９は、図示しない水源から供給される水道水が充填されており、通常時には、水道水が電磁弁５の方向に加圧された状態で充水されており、火災発生時には、電磁弁５が駆動することで給水経路が開放されることにより、加圧された水道水（以下「圧力水」という）が配管４内に供給されるようになっている。なお、配水管９は、圧力水を送水するための加圧送水装置（非図示）に連結されていてもよい。

配管４は、配水管９から流入する圧力水をスプリンクラー２に供給することを目的に設置されており、先端には圧力水を止めるための止水弁１０が設けられている。また、配管４内では、後述する消火容器６から消火液が供給されると、その消火液と配水管９から流入する圧力水とが混合された水溶液（以下「消火水溶液」という）をスプリンクラー２に供給するようになっている。なお、本実施形態の配管４は、いずれの箇所においても内径が等しい筒状に形成されているものとする。また、配管４における電磁弁５とスプリンクラーとの間の所定部には、消火容器６を取り付けるための継手１４（図２参照）が融着されている。

スプリンクラー２は、感知器３の付近に設置され、配管４を通して供給された消火水溶液（消火液が使用尽くされた場合には配水管９から配管４を通して供給される圧力水）に高圧をかけ飛沫にして、スプリンクラーヘッドのノズル（非図示）から散水する装置である。本実施形態のスプリンクラー２は、感熱部のない開放型のスプリンクラーヘッドを備えるものであり、火災時には給水経路が開放されている間、配管４を通して供給される消火水溶液（または圧力水）を散布し続け、電磁弁５が駆動することで給水経路が遮蔽されて消火水溶液（または圧力水）の供給が止まることに伴い、散水が終了するようになっている。

＜消火容器の構成＞
図２に示すように、消火容器６は、配管４の継手１４に取り付けられ、消火液を収容する本体部１１と、本体部１１内の消火液を配管４内に供給するための細管１３とを備えて構成される。なお、継手１４は、配管４への接合後、予め底側の穿孔作業がなされており、底面における開口部には、本体部１１を下方に取り付けるためにねじ切りが施されているものとする。

本体部１１は、継手１４の開口部に螺合する取り付け口１１ａを有している。本実施形態の取り付け口１１ａは、配管４と本体部１１との内部を連通させ、火災時に配管４内から圧力水が流入するように開かれている。なお、本体部１１と継手１４とは、火災時に配管４内を流れる圧力水が外に漏れないように各種の補強具によって密閉される。

消火液は、燃焼の反応を抑える作用等を有する化学物質の溶液（原液）であり、例えば市販品（商品名：Ｆｉｒｅ Ａｄｅ ２０００、Ｆｉｒｅ Ｓｅｒｖｉｃｅ Ｐｌｕｓ社製）を使用することができる。

細管１３は、いずれの箇所においても管径（内径および外径）が等しい筒状に形成されているものであり、その下方端が本体部１１における底部で消火液内に配置され、その上方端が配管４内に配置される。

具体的には、細管１３は、その外径（例えば３〜５ｍｍ）が配管４の内径（例えば１５〜２５ｍｍ）よりも充分小さいものであり、配管４の断面中心位置付近まで突出している。このような形状により、火災時に配水管９から配管４内に圧力水が流入すると、その水流の力に比例してベンチュリ効果により負圧が発生し、上方端から消火液が吸い上げられて、吸い上げられた消火液が上方端の開口部１３ａから配管４内に吐出されるようになっている。

また、細管１３は、配管４内に流れる圧力水に逆らわずに細管１３を通して配管４内に消火液を吐出するために、上方端の開口部１３ａの開口部１３ａが配管４内でスプリンクラー２側を向くように配置されている。

ここで、細管１３から配管４内に吐出される消火液の割合（単位時間あたりの吐出量）は、配管４内を流れる圧力水の水圧が他の場所と比べて細管１３の上方端付近で低下するほど、細管１３の上方端付近で圧力水の流速が大きくなるため、さらに負圧の影響を受けて多くなる。また、配管４の断面に占める細管１３の割合が大きくなるほど、細管１３の上方端付近の圧力が低下して圧力水の流速が大きくなる。このため、細管１３から所望の割合で消火液を吐出させるには、例えば細管１３を配管４内で管径が大きくなるように形成しておくとよい。

一方、本実施形態では、配管４内で消火液と圧力水とが混合されてなる消火水溶液における消火液の濃度が１％程度になれば、消火性能上有効であるため、細管１３の管径を配管４内で大きくする必要がないという理由により、管径が一定となるように形成されている。

しかし、配管４の内径や配管４に流れる圧力水の流量および流速は、消火容器６の設置箇所（スプリンクラー消火設備１の導入箇所）によって異なるため、細管１３から配管４内に吐出される消火液の割合を簡易に調節できることが望ましい。

これに対し、まず、本実施形態の消火容器６では、細管１３が、Ｌ字状に形成されており、配管４の断面中心位置付近でスプリンクラー２側に折れ曲がって配置されている。細管１３の長さが大きいほど、細管１３内で消火液が流れる方向と逆向きの抵抗が総じて大きくなるため、予め長めの細管１３を用意しておき、消火容器６の設置箇所の環境に応じて細管１３を短くすることにより、細管１３から配管４内に吐出される消火液の割合を徐々に増やすことができる。

一方、配管４内における細管１３の長さは、なるべく大きい方が、消火液をスプリンクラー２側に吐出できる確実性を増加させる観点から望ましい。
これに対し、本実施形態の消火容器６では、細管１３の上方端における開口部１３ａが斜めに切断されている。この開口部１３ａの断面積が大きいほど、細管１３内を流れる消火液の開口部１３ａでの水圧が、配管４内の周囲に流れる圧力水（または消火水溶液）の水圧に比べて大きくなるため、消火容器６の設置箇所の環境に応じて開口部１３ａの断面積が大きくなるように上方端を予め切断しておくことにより、細管１３から配管４内に吐出される消火液の割合を増やすことができる。

＜動作＞
このように構成されたスプリンクラー消火設備１では、熱および煙の少なくとも一方を感知する感知器３からの受信信号に基づいて、火災受信器７が火災発生を検出すると、電磁弁制御盤８が、配水管９と配管４との間に設けられた電磁弁５を駆動することにより給水経路を開放することで、配管４内に圧力水が流入する。

すると、図３（ａ）に示すように、消火容器６では、配管４内の水流の力に比例してベンチュリ効果により負圧が発生し、細管１３の上方端から消火液が吸い上げられて、吸い上げられた消火液が細管１３の開口部１３ａから配管４内に吐出される。

また、消火容器６の本体部１１と配管４との内部が連通しているため、図３（ｂ）に示すように、消火容器６では、配管４内の圧力水が本体部１１の内部に流入することで、この圧力水によって本体部１１内で消火液の表面が押し下げられることにより、消火液が細管１３の下方端から上方端に向かって追い出され、細管１３の開口部１３ａから配管４内への消火液の吐出が促進される。

そして、このように配管４内に供給された消火液が圧力水と混合することで、所定の濃度（例えば１％程度）で消火液が希釈された溶液（消火水溶液）が作り出され、配管４から給水されたスプリンクラーが消火水溶液を散布する。

＜効果＞
以上説明したように、本実施形態のスプリンクラー消火設備１は、消火液を収容する消火容器６を取り付け、電磁弁５が駆動して給水経路が開放されると、配管４内に流れる水の力を利用して消火水溶液を作り出す構造であるため、消火容器６の容積および消火液の重量を抑制することが可能となり、ひいては簡易な構成で好適に消火水溶液を散水することができる。

また、スプリンクラー消火設備１では、消火容器６における細管１３の管径が一定であり、細管１３における上方端の開口部１３ａがスプリンクラー２側を向くようにＬ字状に形成され、さらに開口部１３ａが斜めに切断されることにより、簡易な構成の細管１３で所望の濃度の消火水溶液を作り出すことができる。

＜他の実施形態＞
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、様々な態様にて実施することが可能である。

上記実施形態の消火容器６では、細管１３がＬ字状に形成されているが、これに限るものではなく、例えば直線状に形成されていてもよい。また、細管１３における上方端の開口部１３ａが配管４内でスプリンクラー２側を向くように配置されているが、これに限るものでもなく、例えば配管４の上面側を向くように配置されてもよい。

また、上記実施形態のスプリンクラー消火設備１では、消火容器６の本体部１１と配管４との内部が連通している構造であるが、これに限定されるものではなく、例えば本体部１１内に配管４内から圧力水が流入したときに消火液を押下するための可動板が配置されていてもよいし、消火容器６の本体部１１内が完全に閉じた状態で、細管１３が既述のベンチュリ効果による消火液の吸い上げだけを行う構成であってもよい。

なお、上記実施形態のスプリンクラー消火設備１における全体構成は、あくまでも本発明を説明するための一例であり、本発明の消火容器は、各種構成を有するスプリンクラー消火設備に適用することができる。

例えば、上記実施形態のスプリンクラー消火設備１では、火災受信器７と電磁弁制御盤８とが別構成であるが、一体に構成されていてもよい。

１…スプリンクラー消火設備、２…スプリンクラー、３…感知器、４…配管、５…電磁弁、６…消火容器、７…火災受信器、８…電磁弁制御盤、９…配水管、１０…止水弁、１１…本体部、１１ａ…取り付け口、１３…細管、１３ａ…開口部、１４…継手。

Claims (4)

1. 熱および煙の少なくとも一方を感知する感知器からの受信信号に基づく火災発生時に、充水された配水管から、スプリンクラーに連通する配管への給水経路を遮蔽する電磁弁を、該給水経路が開放されるように駆動させることにより、前記配水管から前記配管を通して給水された前記スプリンクラーが散水するスプリンクラー消火設備であって、
   前記配管の下面側に取り付けられ、消火液を収容する消火容器を備え、
   前記消火容器は、前記配管内から水が流入して前記消火液が押下られるように前記配管への取り付け口が開いており、
   前記消火液内に下方端が配置され、且つ、前記配管内に上方端が配置される細管であって、前記配水管から前記配管内に水が流入するとベンチュリ効果により負圧が発生し、前記上方端から前記消火液が吸い上げられて、該消火液を前記配管内に供給可能な形状を有する細管を備え、
   前記細管は、前記上方端の開口部が前記配管内でスプリンクラー側を向いて配置されるようにＬ字状に形成され、且つ、当該細管内を流れる前記消火液において前記上方端の開口部での所定の水圧が得られる断面積の大きさとなるように、当該上方端の開口部が斜めに切断されていることを特徴とするスプリンクラー消火設備。
2. 前記消火容器は、前記配管内から水が流入したときに前記消火液を押下するための可動板が配置されていることを特徴とする請求項１に記載のスプリンクラー消火設備。
3. 前記細管は、管径が一定であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のスプリンクラー消火設備。
4. 熱および煙の少なくとも一方を感知する感知器からの受信信号に基づく火災発生時に、充水された配水管から、スプリンクラーに連通する配管への給水経路を遮蔽する電磁弁を、該給水経路が開放されるように駆動させることにより、前記配水管から前記配管を通して給水された前記スプリンクラーが散水するスプリンクラー消火設備において、前記配管の下面側に取り付けられ、消火液を収容する消火容器であって、
   当該消火容器は、前記配管内から水が流入して前記消火液が押下られるように前記配管への取り付け口が開いており、
   前記消火液内に下方端が配置され、且つ、前記配管内に上方端が配置される細管であって、前記配水管から前記配管内に水が流入するとベンチュリ効果により負圧が発生し、前記上方端から前記消火液が吸い上げられて、該消火液を前記配管内に供給可能な形状を有する細管を備え、
   前記細管は、前記上方端の開口部が前記配管内でスプリンクラー側を向いて配置されるようにＬ字状に形成され、且つ、当該細管内を流れる前記消火液において前記上方端の開口部での所定の水圧が得られる断面積の大きさとなるように、当該上方端の開口部が斜めに切断されていることを特徴とする消火容器。

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