JP7514701B2 - 泡消火設備 - Google Patents

Description

本発明は、泡消火剤を使用した泡消火設備に関し、特に消火剤流量調整器を有する混合装置を用いた泡消火設備に関する。

泡消火設備においては、消火剤に水を混合して希釈する消火剤混合装置が設けられており、小流量から大流量まで広範囲の流量に対して消火剤濃度を一定に保つ必要がある。そこで、消火剤を送る配管途中に流量検出器を設置して流量情報を取得し、取得した流量情報を制御器に渡し、制御器が流量情報に応じて配管途中の電磁弁制御し、自動開放弁を作動させ、小流量、中流量、大流量毎に泡原液を流水に混合する混合器を切り替えるようにした発明が提案されている（特許文献１）。

特開昭６４－１１５７０号公報 特開２００６－２９６９１８号公報

しかしながら、特許文献１に記載されている発明は、電気的な制御系が必要であるためシステムが複雑になり、コストアップを招くという課題点がある。

そこで、消火を行う放出口へ送水される流水に対して消火剤貯蔵タンクから消火剤原液を供給して混合させる消火剤混合装置の消火剤原液の混合濃度を調節する消火剤流量調整器に、上流側に位置する消火剤原液の流路よりも狭小に形成された縮径部と、消火剤原液の供給流量に応じて縮径部の縮径率を可変調節する可変手段とを設けて、泡原液の流量を制御することで、広範囲の流量に対して消火剤濃度を一定にできるようにした発明も提案されている（特許文献２）。
しかし、特許文献２に記載されている消火剤混合装置は、消火剤濃度を一定にする能力が充分でないという課題があった。

本発明は上記のような課題に着目してなされたものでその目的とするところは、広範囲の流量に対して希釈消火剤の濃度を一定に保つことができる混合装置を備えた泡消火設備を提供することにある。
本発明の他の目的は、消火剤を送る主管から分岐された分岐管が配設される区画ごとに泡放出ヘッドの設置数が異なっていても、各ヘッドから一定濃度の希釈消火剤を放出させることができる泡消火設備を提供することにある。

上記課題を解決するために、この発明は、
エリア内の各区画に配設された複数の泡放出ヘッドと、
送水用ポンプと、
流入した水に対して泡消火剤を混合させて所定の濃度に希釈して送出する第１の混合器および第２の混合器と、
１つの流入口と２つの吐出口を有し、前記流入口より流入した水の流路を切替え可能な三方切替え弁と、
泡消火剤を貯留し、前記第１の混合器および第２の混合器へ泡消火剤を供給可能な泡消火剤貯留タンクと、
前記送水用ポンプと第１の混合器および第２の混合器との間に設けられた第１の配管と、
前記第１の混合器および第２の混合器と前記泡放出ヘッドとの間に設けられた第２の配管と、を備えた泡消火設備において、
前記第１の混合器は前記第２の混合器よりも多くの希釈泡消火剤を流出可能に構成され、前記三方切替え弁の一方の吐出口は他方の吐出口よりも断面積が大きく設定され、前記一方の吐出口には前記第１の混合器が接続され、前記他方の吐出口には前記第２の混合器が接続されているように構成したものである。

上記のような構成を有する泡消火設備によれば、１つの流入口と断面積の異なる２つの吐出口を有する三方切替え弁が、流入口と吐出口との差圧によって自動的に流路を切り替えるように動作することができる。そして、三方切替え弁の流入口により水を流入させて、互いに異なる流出量を有する２つの混合器のいずれかに流路を切り替えて供給することによって、混合器において泡消火剤と水を混合して所定の濃度に希釈させて流出させることができるため、濃度を一定に保つことができ使用可能な流量範囲の大きな混合装置を実現することができる。

また、それによって、消火剤を送る主管から分岐された分岐管が配設される区画ごとに泡放出ヘッド（フォームヘッド）の設置数が異なっていても、各ヘッドから一定濃度の希釈消火剤を放出させることができるようになる。

ここで、望ましくは、前記三方切替え弁は、
前記１つの流入口と前記２つの吐出口を有するシリンダと、
前記流入口より流入した水が流入可能な空間を有し前記シリンダの内部に軸方向移動可能に収納されたピストンと、
前記一方の吐出口と前記ピストンの前記空間との間を連通する流通路を有し、前記一方の吐出口に対応する側に設けられた第１オリフィス板と、
前記一方の吐出口と前記ピストンの前記空間との間を連通する流通路を有し、前記他方の吐出口に対応する側に設けられた第２オリフィス板と、
前記ピストンを前記一方の吐出口の側へ付勢する付勢手段と、
を備え、前記第２オリフィス板の前記流通路は前記第１オリフィス板の前記流通路よりも流路抵抗が大きくなるよう設定されているようにする。
かかる構成によれば、比較的シンプルな構成で、流入口と吐出口との差圧によって自動的に流路を切り替えるように動作する三方切替え弁を実現することができるため、コストアップを抑制することができる。

また、望ましくは、前記第１の混合器の流量範囲と前記第２の混合器の流量範囲は、一部が重なるように設定されているように構成する。
かかる構成によれば、放出作動するヘッドの数が変わることで、流量が広範囲にわたって連続的に変化したとしても、２つの混合器により一定濃度に希釈された泡消火剤をヘッドへ供給することができる。

さらに、望ましくは、前記第１の混合器の流量範囲における最小流量と最大流量との比は、前記第２の混合器の流量範囲における最小流量と最大流量との比と同一であるように構成する。
かかる構成によれば、小流量に対応した混合器と大流量に対応した混合器を設計する際に、一方の混合器を設計すれば、他方の混合器は寸法を比例縮小または比例拡大するだけで簡単に設計することができる。

また、望ましくは、前記泡放出ヘッドは、閉鎖型のヘッドであるようにする。
閉鎖型のフォームヘッドを使用した泡消火設備においては、解放のフォームヘッドを使用した泡消火設備に比べて頻繁に作動するヘッドの数が変わる（増加する）ため、流量が広範囲にわたって連続的に変化したとしても一定濃度に希釈された泡消火剤をヘッドへ供給することができる本発明の泡消火設備は、閉鎖型のフォームヘッドを使用したシステムに適用すると極めて有効である。

本発明の泡消火設備によれば、広範囲の流量に対して希釈消火剤の濃度を一定に保つことができ混合装置を実現することができる。また、消火剤を送る主管から分岐された分岐管が配設される区画ごとに泡放出ヘッドの設置数が異なっていても、各ヘッドから一定濃度の希釈消火剤を放出させることができるという効果がある。

本発明の泡消火設備に使用される消火剤混合装置を構成する三方切替え弁の実施形態を示す中央断面図で、（Ａ）は消火水の流量が小さな状態を示し、（Ｂ）は消火水の流量が大きな状態を示す。 実施形態の混合装置全体の使用可能な流量範囲に対する、小流量に対応した混合器の流量範囲と大流量に対応した混合器の流量範囲の関係を示す図である。 実施形態の三方切替え弁を、閉鎖型フォームヘッドを備えた泡消火設備に適用した場合の構成例を示すシステム構成図である。 実施形態の三方切替え弁を、開放型フォームヘッドを備えた泡消火設備に適用した場合の構成例を示すシステム構成図である。 切替え弁と混合器とからなる消火剤混合装置を備えた泡消火設備の他の例を示すシステム構成図である。

以下、本発明に係る泡消火設備の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明に係る泡消火設備を構成する三方切替え弁の断面構造を示すもので、（Ａ）には三方切替え弁への流入量が小さな状態が示され、（Ｂ）には三方切替え弁への流入量が大きな状態が示されている。
図１に示すように、本実施例の三方切替え弁１０は、有底円筒状をなす弁本体としてのシリンダ１１と、該シリンダ１１の開口側（図では右側）の端部を閉塞するプラグ１２と、シリンダ１１の内部に軸方向に移動可能に配設されたピストン１４と、該ピストン１４を一方（図では右方）の側へ付勢する圧縮バネ１５と、を備えている。シリンダ１１は円筒状に限定されるものでなく、角筒状であっても良い。

シリンダ１１の開口側端部の内周面には雌ネジが形成されており、プラグ１２の外周面に形成された雄ネジをシリンダ１１の内周面の雌ネジに螺合させることで、シリンダ１１の開口側端部にプラグ１２が結合されている。
また、シリンダ１１の外周壁の、上記オリフィス板１６Ａと１６Ｂに挟まれた空間に対応する部位に流入口１１ａが形成されている。また、プラグ１２には小流量側吐出口１３Ａが形成され、シリンダ１１の底壁には上記小流量側吐出口１３Ａよりも径の大きな大流量側吐出口１３Ｂが形成されている。

一方、ピストン１４の両端には、円形のオリフィス板１６Ａ，１６Ｂが一体に設けられており、プラグ１２に近い側のオリフィス板１６Ａとプラグ１２との間に上記圧縮バネ１５が介挿されている。なお、シリンダ１１の外周面とプラグ１２の内周面との間にはＯリング１７が介挿され、シリンダ１１とプラグ１２との間の水密性が保たれている。

さらに、上記オリフィス板１６Ａと１６Ｂにはそれぞれ１個または複数の開口１６ａと１６ｂがそれぞれ形成されており、開口１６ａの総断面積は開口１６ｂの総断面積よりも小さくなるように設定されている。また、オリフィス板１６Ａは１６Ｂよりも厚みが厚くなるように形成され、開口１６ａの長さは開口１６ｂの長さよりも長くなっている。これにより、開口１６ａの流路抵抗は開口１６ｂの流路抵抗よりも大きくなる。
上記オリフィス板１６Ａと１６Ｂの開口１６ａと１６ｂは、吐出口１３Ａと１３Ｂの外側すなわちプラグ１２の内面とシリンダ１１の底壁の内面に対向する位置にそれぞれ形成されている。

本実施例の三方切替え弁１０においては、シリンダ１１の外周壁の流入口１１ａより流入される液体の圧力が圧縮バネ１５の圧縮力よりも小さいときは、図１（Ａ）に示すように、ピストン１４が右方へ移動されてオリフィス板１６Ｂがシリンダ１１の底壁に接触して開口１６ｂが閉塞される。これにより、流入口１１ａよりシリンダ１１内に流入した液体は、オリフィス板１６Ａの開口１６ａを通って小流量側吐出口１２Ａより流出する。

一方、流入口１１ａより流入される液体の圧力が圧縮バネ１５の圧縮力よりも大きいときは、図１（Ｂ）に示すように、ピストン１４が左方へ移動されてオリフィス板１６Ａがプラグ１２の内面に接触して開口１６ａが閉塞される。これにより、流入口１１ａよりシリンダ１１内に流入した液体は、オリフィス板１６Ｂの開口１６ｂを通って大流量側吐出口１３Ｂより流出する。なお、流入口１１ａと吐出口１３Ａおよび１３Ｂの内周面には、配管の端部を螺合するための雌ネジが形成されている。

本実施形態においては、図２に示すように、三方切替え弁１０と混合器を使用した混合装置全体の使用可能な流量範囲が30～600L/min（リットル／分）の場合、三方切替え弁１０の小流量側吐出口１３Ａには、小流量に対応して例えば流量範囲30～180L/minの混合器が接続され、大流量側吐出口１３Ｂには、大流量に対応して例えば流量範囲100～600L/minの混合器が接続される。そして、小流量に対応した混合器の流量範囲と大流量に対応した混合器の流量範囲とが重なるように設定されることで、連続した流量変化に対応できるとともに、シリンダの径やピストン１４のストローク量が適切に設定されることで、オリフィス板１６Ａと１６Ｂが吐出口１３Ａと１３Ｂの両方から離れるような位置にピストン１４が移動した状態でも、所望の流量が得られる。

また、本実施形態においては、小流量に対応した混合器の流量範囲における最小流量と最大流量の比と、大流量に対応した混合器の流量範囲における最小流量と最大流量の比は、共に６倍に設定されている。したがって、小流量に対応した混合器と大流量に対応した混合器を設計する際に、一方の混合器を設計すれば、他方の混合器は寸法を比例縮小または比例拡大するだけで簡単に設計することができる。

図３には、上記実施例の三方切替え弁１０を使用した閉鎖型の泡消火設備の構成例が示されている。
図３に示す泡消火設備は、水を送るポンプ１０１と、泡消火剤を貯蔵するタンク１０２と、ポンプ１０１で送られてきた水とタンク１０２から供給される泡消火剤とを混合して希釈する混合器１０３Ａ，１０３Ｂと、混合器１０３Ａ，１０３Ｂの上流側に設けられた上述の三方切替え弁１０と、ポンプ１０１と混合器１０３Ａ，１０３Ｂとの間に接続された送水用の主配管１０４と主配管１０４から分岐されて泡消火剤貯蔵タンク１０２に接続された加圧水側配管１０５と、泡消火剤貯蔵タンク１０２と三方切替え弁１０との間に接続された消火剤側配管１０６を備える。

上記混合器１０３Ａ，１０３Ｂは例えばベンチュリー型のものが使用され、そのうち一方（１０３Ａ）は小流量用混合器とされ、他方（１０３Ｂ）は大流量用混合器とされる。
泡消火剤貯蔵タンク１０２は、その内部が隔膜によって加圧水領域と消火剤領域とに隔てられており、主配管１０４は三方切替え弁の入口側にて加圧水側配管１０５を経て泡消火剤貯蔵タンク１０２の加圧水領域に接続され、泡消火剤貯蔵タンク１０２の消火剤領域は消火剤側配管１０６を経て混合器１０３Ａ，１０３Ｂの絞り部に接続されている。
主配管１０４の途中には、逆止弁１０７、フレキ管１０８、仕切弁１０９等が設けられている。また、加圧水側配管１０５と消火剤側配管１０６の途中にも逆止弁や仕切弁が設けられている。

上記混合器１０３Ａ，１０３Ｂの泡消火剤流出側は、混合器１０３Ａ，１０３Ｂで希釈された泡消火剤を送出する主送出配管１１１を経て、各区画に配設されそれぞれ複数の閉鎖型フォームヘッド１１２を有する分岐管１１３Ａ，１１３Ｂに接続されている。主送出配管１１１の途中には、制御弁１１４や流水検知器１１５が設けられている。
閉鎖型フォームヘッド１１２は、平常時は出口が閉鎖されており、所定の温度に達すると感熱部が作動することによって出口が開放することで泡消火剤を放出する。

次に、上記閉鎖型の泡消火設備における三方切替え弁１０と混合器１０３Ａ，１０３Ｂとからなる泡消火剤混合装置の動作を説明する。
通常時、三方切替え弁１０は流入口１１ａより流入される液体の圧力が低いため、ピストン１４が圧縮バネ１５のバネ復元力より大流量側吐出口１３Ｂへ押し付けられ、大流量側吐出口１３Ｂはオリフィス板１６Ｂにより閉塞されている。
閉鎖型フォームヘッド１１２の作動により流水が発生した場合、流水検知器１１５により検知されてポンプ１０１が起動されて、送出された消火水は三方切替え弁１０の流入口１２ａへ流入する。

ここで、作動したヘッドの数が少なくて流量が少ない場合、ピストン１４が圧縮バネ１５によって引き続き大流量側に押し付けられる。それにより、三方切替え弁１０へ流入した消火水は、ピストン１４の小流量側のオリフィス板１６Ａの開口１６ａを経由し小流量側吐出口１３Ａから流出し、小流量に対応した混合器１０３Ａ(流量範囲30～180L/min)で泡消火剤と混合され、適正な混合濃度を有する希釈泡消火剤として、主送出配管１１１と分岐管１１３Ａ，１１３Ｂを経て、各区画に配設された閉鎖型フォームヘッド１１２へ供給されて放出される。

一方、複数の閉鎖型フォームヘッド１１２の作動により流量が増加し、三方切替え弁１０は流入口１１ａより流入される消火水の圧力が高くなって圧縮バネ１５のバネ復元カに勝った場合、ピストン１４は小流量側に移動し、オリフィス板１６Ａによって小流量側吐出口１３Ａが閉塞され、大流量側のオリフィス板１６Ｂの開口１６ｂを経由し大流量側吐出口１３Ｂから消火水が流出する。それにより、小流量に対応した混合器１０３Ａでの希釈混合が停止され、大流量に対応した混合器１０３Ｂ(流量範囲100～ 600L/min)による泡消火剤の希釈混合が開始され、適正な混合濃度を有する希釈泡消火剤として閉鎖型フォームヘッド１１２へ供給されて放出される。

上記のように、本実施形態の三方切替え弁１０と混合器１０３Ａ，１０３Ｂとからなる泡消火剤混合装置は、広流量範囲(最小・最大流量比20倍)で適正な希釈混合濃度を得ることができる。その結果、火災範囲が広がって作動する泡放出ヘッドの数が徐々に増加したり、泡消火剤を放出する区画が増加したりしても、各ヘッド１１２から一定濃度の希釈消火剤を放出させることができる。
なお、消火後、制御弁等の開上により泡消火剤の供給が停止され、三方切替え弁１０の流入口１１ａより流入される消火水の圧力が下がると、ピストン１４は再び圧縮バネ１５のバネ復元カにより大流量側に押し付けられた状態に復帰することとなる。

図４には、上記実施例の三方切替え弁１０と混合器を使用した閉鎖型でない通常の泡消火設備の構成例が示されている。図４に示す泡消火設備は、図３に示す閉鎖型泡消火設備とほぼ同様な構成を有する。
図４に示す泡消火設備と図３に示す閉鎖型泡消火設備との差異は、図４の泡消火設備水では、各区画に配設されている分岐管１１３Ａ，１１３Ｂに、それぞれ閉鎖型でない開放型フォームヘッド１１６がそれぞれ接続されている。また、各区画には、火災感知機能を有する複数の感知ヘッド１１７が配設されているとともに、分岐管１１３Ａ，１１３Ｂの始端側には一斉開放弁１１８が設けられている点にある。
そして、感知ヘッド１１７は配管１１９を介して一斉開放弁１１８に接続されており、感知ヘッド１１７が火災を感知すると対応する区画の一斉開放弁１１８が開かれて、泡消火剤がフォームヘッド１１６から放出される。

なお、一斉開放弁１１８が開かれた後における三方切替え弁１０と混合器１０３Ａ，１０３Ｂとからなる泡消火剤混合装置の動作は、図３に示す閉鎖型泡消火設備の場合と同じであり、設置されているフォームヘッド１１６の数が少ない区画で火災が発生した場合には、流量が少ないため、ピストン１４が圧縮バネ１５によって大流量側に押し付けられる。それにより、三方切替え弁１０へ流入した消火水は、小流量側吐出口１３Ａから流出して小流量に対応した混合器１０３Ａで泡消火剤と混合されて希釈され、適正な混合濃度を有する希釈泡消火剤としてフォームヘッド１１６へ供給されて放出されることとなる。

また、設置されているフォームヘッド１１６の数が多い区画で火災が発生した場合には、流量が多いため、ピストン１４が圧縮バネ１５に抗して小流量側に押し付けられ、三方切替え弁１０へ流入した消火水は、大流量側吐出口１３Ｂから流出して大流量に対応した混合器１０３Ｂで泡消火剤と混合されて希釈され、適正な混合濃度を有する希釈泡消火剤としてフォームヘッド１１６へ供給されて放出される。

上記のように、本実施形態の三方切替え弁１０と混合器１０３Ａ，１０３Ｂとからなる泡消火剤混合装置は、閉鎖型でない通常の泡消火設備においても、広流量範囲で適正な希釈混合濃度を得ることができる。その結果、消火剤を送る主管から分岐された分岐管が配設される区画ごとに泡放出ヘッドの設置数が異なっていても、各ヘッドから一定濃度の希釈消火剤を放出させることができる。
また、三方切替え弁１０は簡素な構成であるとともに、電磁弁を使用しないため、泡消火設備のコストダウンが可能である。
さらに、特許文献１の様に、３種類（小流量、中流量、大流量）の混合器を使用する場合は、それぞれの流量に適合させた前記三方弁切替え弁１０を２つを用意して、図５に示すようにカスケード接続して用いることで３種類（小流量、中流量、大流量）の流量（混合器）に対応することもできる。

以上、本発明を実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、上記実施形態では、泡消火剤貯蔵タンク１０２は送水用ポンプ１０１より送出された水の圧力を受けて泡消火剤を混合器１０３Ａ，１０３Ｂへ供給するように構成されていると説明したが、ポンプの送水圧に応じて泡消火剤を供給できるものであれば良い。

また、上記実施形態では、オリフィス板１６Ａと１６Ｂの開口１６ａと１６ｂは、吐出口１３Ａと１３Ｂの外側すなわちプラグ１２の内面とシリンダ１１の底壁の内面に対向する位置にそれぞれ形成されていると説明したが、オリフィス板１６Ａの開口１６ａと１６Ｂの開口１６ｂの一部が、吐出口１３Ａと１３Ｂの一部と重なっていても良い。
さらに、図３および図４では、入り口側と出口側の差圧を利用して自動的に流路が切り替わる図１の三方切替え弁を使用したが、各吐出口の流量が異なるように構成されたものであれば電磁弁を使用するようにしても良い。

１０ 三方切替え弁
１１ シリンダ
１２ プラグ
１３Ａ 小流量側吐出口
１３Ｂ 大流量側吐出口
１４ ピストン
１５ 圧縮バネ
１６Ａ，１６Ｂ オリフィス板
１０１ ポンプ
１０２ 泡消火剤貯蔵タンク
１０３Ａ，１０３Ｂ 混合器
１１２ 閉鎖型フォームヘッド（泡放出ヘッド）
１１５ 流水検知器
１１６ 開放型フォームヘッド（泡放出ヘッド）
１１７ 感知ヘッド
１１８ 一斉開放弁

Claims (5)

1. エリア内の各区画に配設された複数の泡放出ヘッドと、
   送水用ポンプと、
   流入した水に対して泡消火剤を混合させて所定の濃度に希釈して送出する第１の混合器および第２の混合器と、
   １つの流入口と２つの吐出口を有し、前記流入口より流入した水の流路を切替え可能な三方切替え弁と、
   泡消火剤を貯留し、前記第１の混合器および第２の混合器へ泡消火剤を供給可能な泡消火剤貯留タンクと、
   前記送水用ポンプと第１の混合器および第２の混合器との間に設けられた第１の配管と、
   前記第１の混合器および第２の混合器と前記泡放出ヘッドとの間に設けられた第２の配管と、を備えた泡消火設備であって、
   前記第１の混合器は前記第２の混合器よりも多くの希釈泡消火剤を流出可能に構成され、前記三方切替え弁の一方の吐出口は他方の吐出口よりも断面積が大きく設定され、前記一方の吐出口には前記第１の混合器が接続され、前記他方の吐出口には前記第２の混合器が接続されていることを特徴とする泡消火設備。
2. 前記三方切替え弁は、
   前記１つの流入口と前記２つの吐出口を有するシリンダと、
   前記流入口より流入した水が流入可能な空間を有し前記シリンダの内部に軸方向移動可能に収納されたピストンと、
   前記一方の吐出口と前記ピストンの前記空間との間を連通する流通路を有し、前記一方の吐出口に対応する側に設けられた第１オリフィス板と、
   前記一方の吐出口と前記ピストンの前記空間との間を連通する流通路を有し、前記他方の吐出口に対応する側に設けられた第２オリフィス板と、
   前記ピストンを前記一方の吐出口の側へ付勢する付勢手段と、
   を備え、前記第２オリフィス板の前記流通路は前記第１オリフィス板の前記流通路よりも流路抵抗が大きくなるよう設定されていることを特徴とする請求項１記載の泡消火設備。
3. 前記第１の混合器の流量範囲と前記第２の混合器の流量範囲は、一部が重なるように設定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の泡消火設備。
4. 前記第１の混合器の流量範囲における最小流量と最大流量との比は、前記第２の混合器の流量範囲における最小流量と最大流量との比と同一であることを特徴とする請求項３に記載の泡消火設備。
5. 前記泡放出ヘッドは、閉鎖型のヘッドであることを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載の泡消火設備。

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