JPWO2016038732A1 - 自動消火装置とこの自動消火装置に使用する火災探知チューブ - Google Patents
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Abstract
１２０℃以下の温度で火災を探知することができ、且つできるだけ長期に亘ってメンテナンスフリー状態で設置しておくことができる自動消火装置を提供することを課題とする。本願発明は、内部に消火剤及び圧力剤を収容している耐圧容器と、該耐圧容器の開口部に取り付けられている容器弁と、該容器弁に連結されている火災探知チューブ（１４）とを備え、該火災探知チューブ（１４）は、チューブ状のベース樹脂層（２２）にガスバリヤー層（１８）を積層したものからなり、ベース樹脂層（２２）は熱可塑性樹脂からなり、ガスバリヤー層（１８）はエチレン−ビニルアルコール共重合体樹脂（ethylenevinylalcoholcopolymer：EVOH 樹脂）からなる。
Description
本発明は、合成樹脂製チューブを火災探知手段（火災探知チューブ）として用いた自動消火装置とこの自動消火装置に使用する火災探知チューブに関するものである。
この種の自動消火装置としては、ダイレクトシステムの自動消火装置と、インダイレクトシステムの自動消火装置が知られている。ダイレクトシステムの自動消火装置は、図５に示すように、消火剤及び加圧剤が充填された耐圧容器１０と、耐圧容器１０の出口に取り付けられた容器弁１２と、容器弁１２に連結された火災探知チューブ１４とから構成されている。
インダイレクトシステムの自動消火装置は、図６に示すように、消火剤及び加圧剤が充填された耐圧容器１０と、耐圧容器１０の出口に取り付けられた容器弁１２と、容器弁１２に連結された火災探知チューブ１４と、容器弁１２に消火剤送給用チューブ２４を介して連結された噴射ノズル２６とから構成されている。
ここで、火災探知チューブ１４の材料としては、加圧剤が漏洩し難く、火災の際には火災の熱で弱くなり、弱くなった部分が加圧剤の圧力で破裂して穴が開くような合成樹脂、例えばポリアミド樹脂（ＰＡ樹脂）が使用されている。
これらの自動消火装置は、出火の危険性がある、例えば風力発電機、エスカレーター機械室、配・分電盤、変圧器、自動車のエンジンルーム、船舶のエンジンルーム、建設重機のエンジンルーム等の出火危険領域（防護区画）に火災探知チューブ１４を蛇行・配設させた状態で設置されている。
これらの自動消火装置は、次に説明するように、火災の探知から火災の消火までを自動的に行うことができるようになっている。
すなわち、出火危険領域のどこかで出火して火災が発生すると、この火災の熱で火災探知チューブ１４が熱せられて弱くなり、この弱くなった部分が加圧剤の圧力で破裂し、火災探知チューブ１４に穴が開き、火災探知チューブ１４内の加圧剤がこの穴から噴出し、火災探知チューブ１４内の圧力が低下する。
ダイレクトシステムの自動消火装置では、耐圧容器１０の内部と火災探知チューブ１４の内部とは容器弁１２を介して連通しており、火災探知チューブ１４内の圧力が低下することによって耐圧容器１０内の消火剤が加圧剤によって火災探知チューブ１４の穴の開いた部分に送給され、火災探知チューブ１４に開いた穴から消火剤が加圧剤とともに噴出し、噴出した消火剤が火災の火元に吹き付けられ、火災が消し止められる。
インダイレクトシステムの自動消火装置では、火災探知チューブ１４とは別系統で噴射ノズル２６が消火剤送給用チューブ２４を介して容器弁１２に接続されており、火災探知チューブ１４内の圧力の低下によって、噴射ノズル２６に消火剤を供給する容器弁１２が開状態となり、耐圧容器１０内の消火剤が加圧剤によって噴射ノズル２６に送給され、噴射ノズル２６から消火剤が加圧剤とともに火災の火元に向けて噴出され、火災が消し止められる。
これらの自動消火装置は、電気を用いて火災を検知したり作動するものではないので、火災の検知や作動の際に電気の火花を生ずることがなく、可燃性のガスや粉塵が多い場所に設置しても電気の火花で可燃性のガスや粉塵に火が付いて爆発する心配が無く、防爆エリアにおいても安心して使用することができるという利点がある。
また、これらの自動消火装置は、火災発生を光学的に検知するわけではなく、合成樹脂製の火災探知チューブに火災の熱で穴が開くことにより火災を検知するので、センサーである火災探知チューブが長期間の設置で汚れても、火災を検知する機能が低下したり、機能しなくなるおそれはないという利点がある。
また、この自動消火装置は、電気を用いたセンサーや制御装置を使用しておらず、火災探知チューブがセンサーになっていて、しかも消火剤を火元まで自動的に運ぶようになっているので、停電等により電源喪失した場合でも火災がすみやかに消火されるという利点がある。
また、この自動消火装置は、電気を用いたセンサーや制御装置を使用していないので、電源として電池が不要で、電池の交換ないしメンテナンスをしなくて済み、長期間設置による電池の自然放電でセンサーや制御装置の機能停止を心配をしなくて済むという利点がある。
この種の自動消火装置はこのように種々の利点を有するものである。しかし、この種の自動消火装置に使用されている火災探知チューブは、合成樹脂製なので、圧力剤、例えば窒素ガスの漏洩を完全に遮断することができず、長期に亘って設置されている場合、圧力剤が火災探知チューブを浸透して少しずつ漏洩し、圧力容器及び火災探知チューブ内の圧力が低下する。
圧力容器及び火災探知チューブ内の圧力が低下すると、火災の際に、消火剤が十分な勢いで噴出できなくなるおそれがある。そこで、一定期間毎に圧力容器及び火災探知チューブ内の圧力をチェックし、圧力の低下が著しい場合は圧力容器内に圧力剤を補充しなければならない。しかし、自動消火装置は、人が入って行き難い場所や、狭い場所に設置されている場合が多く、このような場所に設置された自動消火装置のメンテナンスを頻繁に行うことは非常に面倒である。
従って、火災探知チューブは、加圧ガスが５年〜１０年といった長期間に亘って殆ど漏洩せず、しかも火災の熱によって容易に破裂する特性を備えていることが望ましい。
近年、リチウムイオン電池が搭載されたハイブリッド自動車や電気自動車が販売・使用されてきている。これらの自動車に搭載されているリチウムイオン電池は大容量なので、何かの不具合があると、発火して火災を生ずる恐れがある。そして、これらの自動車が高速道路等を走行している場合のように、直ちに停止して自動車から逃げることができない様な場合は、非常に危険である。このため、これらの自動車に搭載されたリチウムイオン電池が過熱して発火する恐れがある場合、これを速やかに消火する消火装置が求められている。
そして、自動車のエンジンルームの内部は狭くて、汚いので、このような過酷な環境で確実に作動できると思われる自動消火装置として、前述したタイプの自動消火装置の使用が検討されている。しかし、従来のＰＡ樹脂製の火災探知チューブの破裂・作動温度は１８０℃程度なのに対し、リチウムイオン電池の過熱・発火を探知して消火する際に求められる火災探知チューブの破裂・作動温度は１２０℃以下なので、従来のＰＡ樹脂製の火災探知チューブは使用できない。
ここで、破裂・作動温度を１２０℃以下とする合成樹脂は種々知られているが、これらの合成樹脂はガスバリヤー性が極めて悪いので、火災探知チューブの材料としては使用できない。即ち、作動温度が１２０℃程度と低く、且つ長期間に亘って加圧ガス（窒素ガス）の漏洩が殆ど無い、ガスバリヤー性の高い火災探知チューブは知られていない。
本発明が解決しようとする課題は、作動温度が１２０℃以下と低く、且つ長期間に亘って加圧ガス（窒素ガス）の漏洩が殆ど無い、ガスバリヤー性の高い火災探知チューブを提供することである。
上記課題を解決する本発明は、チューブ状のベース樹脂層と、該ベース樹脂層に同軸に積層されたガスバリヤー層とを備え、該ベース樹脂層が熱可塑性樹脂からなり、該ガスバリヤー層がエチレン−ビニルアルコール共重合体樹脂（ethylenevinylalcohol copolymer：EVOH樹脂）からなる火災探知チューブを使用したことを最も主要な特徴とする。
本発明に係る自動消火装置は、更に詳しくは、内部に消火剤及び圧力剤を収容している耐圧容器と、該耐圧容器の開口部に取り付けられている容器弁と、該容器弁に連結されている火災探知チューブとからなる。該火災探知チューブは、ベース樹脂層とガスバリヤー層とが略同軸に積層された積層体からなる。ガスバリヤー層とベース樹脂層は接着剤層を介して積層一体化している。
ベース樹脂層はガスバリヤー層のいずれか一方の面だけでもよいが、ガスバリヤー層の両面にベース樹脂層を積層するのが好ましい。ガスバリヤー層の両面にベース樹脂層を積層する場合は、ガスバリヤー層が両面から保護され、ガスバリヤー層の損傷により加圧剤が透過・消失することを防止することができるという利点があるからである。接着剤層の材料としてはポリオレフィン樹脂を無水マレイン酸などの官能基で変性させたものを使用することができる。
ガスバリヤー層の厚さは０．００５ｍｍ〜０．１ｍｍが好ましい。ガスバリヤー層の厚さが０．００５ｍｍ〜０．１ｍｍの場合、加圧ガスを長期間に亘って十分に遮蔽し、且つ９０〜１２０℃程度の温度で速やかに作動・消火させることができるからである。ただし、ガスバリヤー層の厚さが０．００５ｍｍ未満で使用できなくなるということではなく、０．００５ｍｍ未満から０．００２ｍｍの範囲でも加圧ガスの漏洩は少ないので、使用する条件によっては、十分に使用に耐える。
また、前記ベース樹脂層の厚さは１ｍｍ〜２ｍｍが好ましい。ベース樹脂層の厚さが１ｍｍ〜２ｍｍの場合は、火災に対する応答性が良く、火災探知チューブの機械的な強度に信頼を持たせることができるからである。ただし、ベース樹脂層の厚さがこれらの範囲外で使用できなくなるということではない。火災探知チューブの径を変えたり、消火される対象物によっては使用することができる。
ベース樹脂層の材料としてはポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、その他のポリオレフィン樹脂を使用することができる。ベース樹脂層の材料がポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、その他のポリオレフィン樹脂からなる場合は、火災探知チューブが熱によって速やかに破損し、火災を速やかに消火することができるという利点があるからである。
ポリエチレン樹脂の種類としては密度が９３０ｋｇ／ｍ３〜９６０ｋｇ／ｍ３のポリエチレン樹脂が好ましい。ポリエチレン樹脂が密度９３０ｋｇ／ｍ３〜９６０ｋｇ／ｍ３のポリエチレン樹脂である場合は、クリープ性能と柔軟性を兼ね備えた領域を確保することができるという利点があるからである。
本発明は、熱可塑性樹脂を火災探知チューブのベース樹脂層とし、このベース樹脂層にＥＶＯＨ樹脂からなるガスバリア層を積層しているので、長期間に亘って加圧ガスの漏洩を防止し、且つ１２０℃以下の温度で破裂して、火災を応答性良く探知・消火することができるという効果がある。
また、本発明は、火災探知チューブから加圧ガスが長期に亘って漏洩し難いので、火災探知チューブ内及び耐圧容器内が長期に亘って所望の圧力に保持され、従って、自動消火装置を長期に亘ってメンテナンスフリー状態で設置しておくことができるという効果がある。
作動温度が１２０℃以下と低い、火災応答性の良い火災探知チューブとこの火災探知チューブを用いた自動消火装置を提供するという目的を、簡単な構成で、火災探知チューブのガスバリヤー性を損なわずに実現した。
（１）本発明火災探知チューブが１２０℃以下の温度で破裂して消火・作動し得ることを裏付ける実験
（イ）実験に使用した火災探知チューブ
実験に使用した火災探知チューブは試験体１〜４の４本である。試験体１〜４は、内径が４ｍｍ、外径が６ｍｍ、全長が２０００ｍｍである。試験体１〜４の内部には窒素ガス（Ｎ２）が充填され、試験体１〜４の両端は熱圧着により密閉され、試験体１〜４の内圧は１．８Ｍｐａになっている。
（イ）実験に使用した火災探知チューブ
実験に使用した火災探知チューブは試験体１〜４の４本である。試験体１〜４は、内径が４ｍｍ、外径が６ｍｍ、全長が２０００ｍｍである。試験体１〜４の内部には窒素ガス（Ｎ２）が充填され、試験体１〜４の両端は熱圧着により密閉され、試験体１〜４の内圧は１．８Ｍｐａになっている。
試験体１，２としては、図１に示すような、ＥＶＯＨ樹脂からなるガスバリヤー層１８の両面に接着剤層２０を介してＰＥ樹脂からなるベース樹脂層２２を積層したものを使用した。接着剤層２０の材料としてはポリオレフィン樹脂を無水マレイン酸などの官能基で変性させたものを使用した。ガスバリヤー層１８の厚さは０．００５ｍｍとした。試験体３，４としては、全てがＰＡ樹脂からなるものを使用した。
（ロ）実験に使用した加熱装置
メーカー名 株式会社カトー
品名シルバリーエンペラー
型式SSE-45KT-A
メーカー名 株式会社カトー
品名シルバリーエンペラー
型式SSE-45KT-A
（ハ）実験条件
試験体１〜４を加熱装置内に入れた状態で２４℃から３℃／minずつ温度を上昇させ、破裂する温度及び時間を調べた。加熱温度は１９０℃を上限とした。
試験体１〜４を加熱装置内に入れた状態で２４℃から３℃／minずつ温度を上昇させ、破裂する温度及び時間を調べた。加熱温度は１９０℃を上限とした。
（ニ）実験結果
実験の結果は表１及び図２に示す通りであった。
実験の結果は表１及び図２に示す通りであった。
実施例である試験体１，２の火災探知チューブの破裂温度は９０℃付近であるのに対し、比較例である試験体３，４の火災探知チューブの破裂温度は１８０℃付近であり、実施例に係る火災探知チューブが１２０℃以下の温度で、速やかに作動することが立証された。
（２）本発明火災探知チューブが十分なガスバリア性を備えていることの検証
種々の材料をガスバリヤー層として用い、これらのガスバリヤー層を備えた火災探知チューブに内部から窒素ガスで圧力を加えた場合の、火災探知チューブ内の圧力と経過時間（年）との関係を求めた。火災探知チューブは、長さ１０ｍ、管中心径５ｍｍ、管表面積１５７０７９．６ｍｍ２／１０ｍ、管内径４ｍｍ、内容積１２５６６３．７ｍｍ３／１０ｍとした。火災探知チューブ内の圧力は１．８ＭＰａとした。
種々の材料をガスバリヤー層として用い、これらのガスバリヤー層を備えた火災探知チューブに内部から窒素ガスで圧力を加えた場合の、火災探知チューブ内の圧力と経過時間（年）との関係を求めた。火災探知チューブは、長さ１０ｍ、管中心径５ｍｍ、管表面積１５７０７９．６ｍｍ２／１０ｍ、管内径４ｍｍ、内容積１２５６６３．７ｍｍ３／１０ｍとした。火災探知チューブ内の圧力は１．８ＭＰａとした。
ガスバリヤー層の材料としては、ＥＶＯＨ樹脂、ＰＥＴ樹脂、ＰＡＮ樹脂、ＰＶＤＣ樹脂を用いた。ＥＶＯＨ樹脂からなるガスバリヤー層の厚さは０．００５ｍｍとした。ＰＥＴ樹脂からなるガスバリヤー層、ＰＡＮ樹脂からなるガスバリヤー層、ＰＶＤＣ樹脂からなるガスバリヤー層は、全て厚さ０．１ｍｍとした。比較例として、全てがＰＡ樹脂からなる火災探知チューブ（厚さ１ｍｍ）も用いた。
窒素透過率は、ＥＶＯＨ樹脂が０．０１７ｃｃ・２０μｍ／（ｍ２・ｄａｙ・ａｔｍ）、ＰＥＴ樹脂が８ｃｃ・２０μｍ／（ｍ２・ｄａｙ・ａｔｍ）、ＰＡＮ樹脂が５ｃｃ・２０μｍ／（ｍ２・ｄａｙ・ａｔｍ）、ＰＶＤＣ樹脂が６ｃｃ・２０μｍ／（ｍ２・ｄａｙ・ａｔｍ）、ＰＡ樹脂が１２ｃｃ・２０μｍ／（ｍ２・ｄａｙ・ａｔｍ）である。
上記の条件で、火災探知チューブ内の圧力と経過年との関係を求めたところ、図３に示す通りであった。図３に示す結果から、ＥＶＯＨ樹脂からなるガスバリヤー層を積層した火災探知チューブは、ＰＥＴ樹脂、ＰＡＮ樹脂又はＰＶＤＣ樹脂からなるガスバリヤー層を積層した火災探知チューブと比較し、長期間に亘って圧力の低下が少ないことがわかる。また、ＥＶＯＨ樹脂からなるガスバリヤー層を積層した火災探知チューブは、全てがポリアミド樹脂からなる火災探知チューブと比較しても、長期間に亘って圧力の低下が少ないことがわかる。
（３）ＥＶＯＨ樹脂からなるガスバリヤー層の厚さと内圧との関係
ＥＶＯＨ樹脂からなるガスバリヤー層の厚さを０．００２ｍｍ、０．００５ｍｍ、０．０２ｍｍ、０．１ｍｍと変化させた場合の火災探知チューブ内の圧力と経過期間（年）との関係を求めたところ、図４に示す通りであった。
ＥＶＯＨ樹脂からなるガスバリヤー層の厚さを０．００２ｍｍ、０．００５ｍｍ、０．０２ｍｍ、０．１ｍｍと変化させた場合の火災探知チューブ内の圧力と経過期間（年）との関係を求めたところ、図４に示す通りであった。
図４に示す結果から、ガスバリヤー層の厚さが０．００５〜０．０２ｍｍの範囲は内圧の低下が少ないので、ガスバリヤー層の厚さはこの範囲にするのが好ましいが、ガスバリヤー層の厚さが０．００５ｍｍより薄くなってもＰＡ樹脂の火災探知チューブよりは内圧の低下が少ないので、０．００５ｍｍ未満から０．００２ｍｍの範囲でも、使用する条件によっては、十分に使用に耐えることがわかる。
なお、上記実施例では、外径６ｍｍ、内径４ｍｍ、ガスバリヤー層の厚さとして０．００２〜０．１ｍｍのサイズの火災探知チューブを使用しているが、火災探知チューブは、太くし過ぎたり、ガスバリヤー層を厚くし過ぎると、小さな曲げ径で曲げることが難しくなり、自動車のエンジンルームや配電盤等の内部の狭いスペースに設置し難くなるので、具体的な火災探知チューブの内径及び外径、ガスバリヤー層の厚さはかかる観点から適宜設計することになる。
上記の実施例１ではガスバリヤー層の材料としてＥＶＯＨ樹脂を使用したが、アルミニウム被膜はＥＶＯＨと比べても加圧ガス（窒素ガス）の透過率はほぼゼロと言って良い位に透過率が低いので、ＥＶＯＨ樹脂の代わりにアルミニウム被膜をガスバリヤー層として用いた火災探知チューブを作成して透過実験をしたところ、実施例１の火災探知チューブと同様の結果が得られた。
本発明に係る自動消火装置は、自動車に搭載されているリチウムイオン電池の火災を消火する用途だけでなく、分電盤、配電盤、電力盤、サーバーラック、集塵機、NC旋盤、研磨機、各種工作機械、可燃物保管庫、化学実験装置、耐火金庫、重要書類書庫、油類貯蔵庫他の火災を消火する用途にも適用することができる。
１０ 耐圧容器
１２ 容器弁
１４ 火災探知チューブ
１６ 圧力ゲージ
１８ ガスバリヤー層
２０ 接着剤層
２２ ベース樹脂層
１２ 容器弁
１４ 火災探知チューブ
１６ 圧力ゲージ
１８ ガスバリヤー層
２０ 接着剤層
２２ ベース樹脂層
Claims (8)
- 内部に消火剤及び圧力剤を収容している耐圧容器と、該耐圧容器の開口部に取り付けられている容器弁と、該容器弁に連結されている火災探知チューブとを備え、該火災探知チューブは、チューブ状のベース樹脂層と、該ベース樹脂層に同軸に積層されたガスバリヤー層とを備え、該ベース樹脂層が熱可塑性樹脂からなり、該ガスバリヤー層がエチレン−ビニルアルコール共重合体樹脂（ethylenevinylalcohol copolymer：EVOH樹脂）からなることを特徴とする自動消火装置。
- 前記ガスバリヤー層が前記ベース樹脂層に挟まれ、又は前記ベース樹脂層の片面に積層されていることを特徴とする請求項１に記載の自動消火装置。
- 前記ガスバリヤー層と前記ベース樹脂層が接着剤層を介して積層されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の自動消火装置。
- 前記ガスバリヤー層の厚さが０．００５ｍｍ〜０．１ｍｍであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の自動消火装置。
- チューブ状のベース樹脂層と、該ベース樹脂層に同軸に積層されたガスバリヤー層とを備え、該ベース樹脂層が熱可塑性樹脂からなり、該ガスバリヤー層がEVOH樹脂からなることを特徴とする自動消火装置用火災探知チューブ。
- 前記ガスバリヤー層が前記ベース樹脂層に挟まれ、又は前記ベース樹脂層の片面に積層されていることを特徴とする請求項５に記載の自動消火装置用火災探知チューブ。
- 前記ガスバリヤー層と前記ベース樹脂層が接着剤層を介して積層されていることを特徴とする請求項５又は６に記載の自動消火装置用火災探知チューブ。
- 前記ガスバリヤー層の厚さが０．００５ｍｍ〜０．１ｍｍであることを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載の自動消火装置用火災探知チューブ。
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