JPWO2019123711A1 - スプリンクラーヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】 床面への散水量と壁面の濡れの両方を満足できるスプリンクラーヘッドを提供する。【解決手段】 スプリンクラーヘッドＳ１は、給水配管と接続されたノズル１２を内部に備えた本体１、本体１からノズル１２の放水方向に延出した一対のアーム１４の先端はノズル１２の中心軸Ａ上に設置した柱状のボス１５に連結され、ボス１５の内部は牝ネジ１５Ｂを有しており、該牝ネジ１５Ｂに螺合されノズル１２側に先端が突出しているインプレスネジ１６、ボスの先端に設置された円板状のデフレクター２の外周からノズルの中心軸に向かって刻設された複数のスリットを有しており、さらにデフレクター２の中心から外周に向かって先細りとなるテーパー付スリット２５が設置されており、テーパー付スリット２５はスリットの幅が一定であるストレートスリット２３に隣接して設置されている。【選択図】 図４

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り、特に住宅用のスプリンクラーヘッドに関する。

スプリンクラー設備は建物内に設置されており、火災の熱を感知して自動的に作動して水を撒き消火を行う。スプリンクラーヘッドは内部にノズルを有しており、ノズルは給水源に続く配管と接続されており、常時はノズルが閉じた状態にある。火災が発生して熱によりスプリンクラーヘッドが作動するとノズルが開放され、ノズルから配管内に充填された水が放出される。スプリンクラーヘッドはノズルの出口の延長上に水を四方に飛散させるデフレクターを備えており、デフレクターに衝突した水が所定の範囲に散布され火災を鎮圧・消火する。

スプリンクラー設備は商業施設や公共施設、住宅等に設置されており、設置や施工のための基準が定められている。アメリカではthe National Fire Protection Association standardsによりNFPA 13として定められおり、建物の用途に応じたスプリンクラー設備の設計および設置のための基準が定められている。住宅用スプリンクラー設備の基準はNFPA 13D、13Rがある。また住宅用スプリンクラーヘッドの基準としてUnderwriters Laboratories（UL LLC）によりUL 1626が規定されている。

住宅用スプリンクラーヘッドは、床面への散水に加えて壁面にも散水を行うようにUL 1626に定められている。壁面への散水については壁面の濡れが、天井面から床面に向かって所定の距離以下となければならない。従来の住宅用スプリンクラーヘッドとして米国特許第6516893号や米国特許第7201234号がある。

米国特許第6516893号明細書 米国特許第7201234号明細書

上記において床面への散水量と壁面の濡れはトレードオフの関係にある。本発明では、床面への散水量と壁面の濡れの両方を満足できる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。

上記の目的を達成するために、本発明は以下のスプリンクラーヘッドを提供する。
給水配管と接続されたノズルを内部に備えた本体、本体からノズルの放水方向に延出した一対のアーム、アームの先端はノズルの中心軸上に設置した柱状のボスに連結され、ボスの内部は牝ネジを有しており、該牝ネジに螺合されノズル側に先端が突出しているインプレスネジ、ボスの先端に設置された円板状のデフレクター、デフレクターの外周からノズルの中心軸に向かって刻設された複数のスリットを有しており、さらにデフレクターの中心から外周に向かって先細りとなるテーパー付スリットが設置されており、テーパー付スリットはスリットの幅が一定であるストレートスリットに隣接して設置されているスプリンクラーヘッドである。

上記のスプリンクラーヘッドは住宅用スプリンクラーヘッドであり、ノズルの流量と放水圧力から導かれるＫファクターの値が３から５．８となっている。デフレクターには、その外周からノズルの中心軸に向かって刻設された複数のスリットを有しており、さらにデフレクターの中心から外周に向かって先細りとなるテーパー付スリットが設置されている。テーパー付スリットは、ノズル中心軸側の端が円弧状に形成されており、デフレクターの外周側の端の幅は前記円弧の直径よりも小さい。テーパー付スリットにおいて、ノズル中心軸側の端から放出される水は下向きに放出され、床面への散水量が増加する。一方、デフレクターの外周側の端から放出される水は先端に近づく程、スリットの幅が狭くなり流速が上がるので壁面方向へ飛散される。

テーパー付スリットは、飛距離の低下を抑えつつ床面への散水量を増やせる効果がある。テーパー付スリットは、ノズル中心軸側の幅とデフレクターの外周側の幅が等しいストレートスリットに隣接して設置したり、あるいは一対のアームが通過する平面に隣接して設置することができる。上記により床面への散水量と壁面の濡れをコントロール可能となる。

テーパー付スリットの角度は８°~１０°であり、これより角度が小さくなると上記の効果が得られない。逆に角度が大きすぎるとデフレクターの外周側の端から放出される水の勢いを減衰させてしまい壁面方向の飛距離が短くなる。

これに加えて、デフレクターおよびデフレクターが設置されたボス、ボスに設置されるインプレスネジの形状により乱流の発生を防止できる。より具体的に説明すると、ノズルから放出された水が最初に衝突するインプレスネジの先端およびインプレスネジとボスの境界部分において乱流が発生しにくい構成にすることで、散水パターンのコントロールが容易になる。

インプレスネジの先端はノズル側に突出しており、その形状は尖っている。これにより水流の抵抗が少なくなるとともに、先端に衝突した水を四方へ均一に分配する効果がある。インプレスネジの先端からボス側にかけては斜面となっており水流は斜面に沿って流れる。斜面に沿った延長線はボスの外周端の曲面と近接または接しており水流は斜面からボス外周端の曲面に沿ってスムーズに流れる。そしてボスの外周を通過してデフレクターの平面に到達した水流は、デフレクターの外周に設置されたスリットを通過して床面に向かって飛散する。あるいはデフレクターの外周まで到達して壁面に向かって飛散する。

このとき、一対のアームを通過する平面と垂直に交差し、且つノズルの中心軸を通過する線の方向は、アームによって水流が妨げられる影響が最も少ない位置であり、水流を妨げるものが無く流れがスムーズである。そのため水の勢いが強く、より遠くまで水が飛散するので壁面に対しては規定の濡れ高さを超える散水量を得ることができる。しかしその一方で、スプリンクラーヘッド直下の近距離範囲の散水量が不足する傾向がある。これに対して、この位置のスリットを他のスリットよりも長くして水流を床面に導いて近距離範囲の散水量を増やすことができる。これにより床面に対して均一な散水が可能となり壁面に対しても所望の濡れ高さを得ることができる。

以上説明したように、本発明によれば床面への散水量と壁面の濡れの両方を満足できるスプリンクラーヘッドを実現できる。さらにインプレスネジの先端とボスにおいて乱流の発生を抑制することで、乱流の発生を防止している。さらに上記構成のスプリンクラーヘッドによれば、UL 1626に規定されている散水試験および消火試験を、最も少ない流量でクリアできるスプリンクラーヘッドを実現できる。

本発明のスプリンクラーヘッドの外観図。 図１のＩＩ−ＩＩ断面図。 図２のボス周辺の拡大図。 デフレクターの平面図。 スプリンクラーヘッドと散水試験設備との位置関係を示す図。 図１の６−６断面図。

図１および図２に示す本発明のスプリンクラーヘッドＳ１は、本体１、デフレクター２、弁３、感熱分解部４から構成される。

本体１は中空状をしており、外部は天井裏の配管と接続するための牡ネジ１１が設けられ、内部はノズル１２となっている。ノズル１２のサイズは、ノズル１２の流量と放水圧力から導かれるＫファクターの値が３から５．８の範囲にあり、本実施形態ではＫファクターの値が４．９である。配管と接続される牡ネジ１１のサイズはＮＰＴ１／２またはＲ１／２とする。

ノズル１２の出口付近には、略矩形をしたベース１３が設置され、ベース１３からノズル１２の放水方向に伸びる一対のアーム１４が設置されている。アーム１４はノズルの中心軸Ａと略平行に伸びた直線部１４Ａと、直線部１４Ａの端からノズル１２の中心軸Ａに設置されたボス１５に連結される交差部１４Ｂをと備えている。図３に示すように交差部１４Ｂは直線部１４Ａよりも細く、断面形状は楕円形をしている。

ボス１５はテーパーが付された円柱状で、その先端にはデフレクター２が設置されており、デフレクター２と接する側のボス１５の直径Ｄ１は９〜１０ｍｍとなっている。ボス１５のノズル１２側の直径は、デフレクター２側の直径Ｄ１よりも小径である。ボス１５のノズル１２側の外周端１５Ａは曲面形状であり、曲面の半径は１ｍｍ〜３ｍｍの範囲とし、本実施形態では２ｍｍとしている。

ボス１５の内部には牝ネジ１５Ｂが設置されており、インプレスネジ１６が螺入される。インプレスネジ１６の先端１６Ａは尖っており、斜面１６Ｂを備えている。先端１６Ａはノズル１２と対向しており、斜面１６Ｂの角度αは８０°〜１００°の範囲が好ましく本実施形態では９０°となっている。先端１６Ａの頂点は球面状となっており、球面半径は２ｍｍ以下が好ましく本実施形態では１ｍｍ以下としている。

インプレスネジ１６は感熱分解部４を介して弁３をノズル１２側に押圧する機能を有する。図３において、インプレスネジ１６の先端１６Ａの斜面１６Ｂに沿った延長線１６Ｃはボス１５の外周端１５Ａの曲面に対して近接または接しており、先端１６Ａの表面に沿って流れた水が外周端１５Ａを通過する際に流れの妨げとならず、乱流の発生を防いでいる。このとき、インプレスネジ１６の斜面１６Ｂとボス１５のノズル１２側の端面との間隔ａは２ｍｍ以下とし、より好ましくは１ｍｍ以下とする。これ以上間隔が広がると乱流が発生する可能性が大きくなる。

図４に示すデフレクター２は円板形状をしており、その外周径は２８〜３２ｍｍの範囲とし、本実施形態では３０ｍｍである。デフレクター２の周縁には複数のスリットが設置されている。スリットはデフレクター２の周縁から中心側に向かって形成される。

図４において、破線で示すアーム１４は直線Ｂ上に配置されている。直線Ｂは一対のアーム１４を通過する平面を表しており、直線Ｂと垂直に交差し、且つ中心軸Ａを通過する線Ｃの線上にスリット２２（第３ストレートスリット）が設置されている。スリット２２は、他のスリットと比較して最も長いスリットである。スリット２２に隣接してスリット２１が設置されている。スリット２１、２２はスリットの幅が一定な「ストレートスリット」であり、ノズル中心軸側の幅とデフレクターの外周側の幅が等しい。

一対のアーム１４が通過する直線Ｂ上にはスリット２３が刻設されており、中心軸Ａを軸として直線Ｂを４５°回転させた位置には最も短いスリット２４が刻設されている。スリット２３に隣接してテーパー付スリット２５が刻設されている。また、スリット２４に隣接してテーパー付スリット２６が刻設されている。

ストレートスリットであるスリット２１〜２４と、テーパー付スリット２５、２６を合わせたスリットの総数は１６〜２８個の範囲とし、本実施形態では２４個としている。スリット２１〜２４の幅Ｗは、１〜２ｍｍの範囲に設定される。デフレクター２は、線Ｂに対して対称形状であり、さらに線Ｃに対して対称形状である。

スリット２１〜２４は、ノズルの中心軸Ａ側の端が円弧状であり、該円弧状の端からデフレクターの外周側の端まで幅が一定なスリットが形成されている。円弧の直径寸法は前述のスリット２１〜２４の幅Ｗと同じである。またスリットの幅は、アーム１４の交差部１４Ｂの幅よりも小さい。

テーパー付スリット２５、２６はノズルの中心軸Ａ側の端が円弧状であり、円弧の直径ｄは１．５〜２ｍｍとなっている。円弧の直径ｄはアーム１４の交差部１４Ｂの幅よりも小さい。テーパー付スリット２５、２６において、デフレクター２の外周側の端の幅Ｗ１は１〜１．６ｍｍであり、スリットの角度αは８°~１０°である。なお、円弧の直径ｄは外周側の端の幅Ｗ１よりも大きい。テーパー付スリット２５、２６の形状は滴型をしており、円弧部分とテーパー部分の境には凹凸が無く滑らかになっている。

図５に示すスプリンクラーヘッドＳ１と散水試験設備との位置関係において、スプリンクラーヘッドＳ１は縦横に隙間無く並べられた採水マスＭの角の位置の天井に設置される。図中の一点鎖線は、採水マスＭに隣接した位置に設置された壁面を示す。図５において矢印Ｘ方向にアーム１４が配置され、矢印Ｙ方向にスリット２２が配置される。ＵＬ１６２６では１つのマスＭに対して所定の水量以上を確保する必要がある。この試験設備ではスプリンクラーヘッドＳ１の防護エリアの１／４について散水量が測定できる。散水パターンはデフレクター２の形状を反映して略円形となり、理想的には図５に破線で示す１／４の円の中にある全ての採水マスに均一に水が散布されることが好ましい。

しかしながら、アーム１４がノズル１２から放出された水流の妨げとなり、矢印Ｘ方向への水の飛距離はＹ方向よりも短くなる。逆にＹ方向はスプリンクラーヘッドＳ１から離れた領域Ｙ１への散水量が多く、手前の領域Ｙ２への散水量が少ない傾向になるが、スリット２２の長さを調整することで領域Ｙ１への散水量を減らし、領域Ｙ２への散水量を増やすことができ、水が散水マス全体に略均一に散布される。これにより領域Ｙ１、Ｙ２への散水量を任意にコントロールできる。

また、アーム１４に隣接して配置されたテーパー付スリット２５が、アーム１４方向（図中、矢印Ｘ方向）の床面散水用を増やしている。具体的に説明すると、アーム１４がノズル１２から放出された水流の妨げとなりアーム１４方向の散水量が不足する傾向にあるが、テーパー付スリット２５により床面および壁面への散水量を補っている。２つのテーパー付スリット２５の間に設置されたスリット２３の長さは、テーパー付スリット２５よりも長い。

テーパー付スリット２６は、スリット２４に隣接して配置されている。スリット２４はスプリンクラーヘッドＳ１から最も遠い領域Ｙ３の方向に設置されており、スリット２４はその長さを抑えて散水飛距離を伸ばして壁面まで水が到達できるように構成している。そのため床面への散水量が不足する傾向にあるが、テーパー付スリット２６によって飛距離を落とさずに領域Ｙ３の床面への散水量を確保している。スリット２４の長さはテーパー付スリット２６よりも短い。

弁３は平時においてノズル１２の出口を塞いでいる。弁３はバルブキャップ３１、ディスク３２、皿バネ３３から構成されている。バルブキャップ３１は、筒状をしており一端側は球状の底部３１Ａとなっている。他端側は拡径されており、段３１Ｂが設置されている。

段３１Ｂの内周側には円盤状のディスク３２が載置される。ディスク３２は中心に凹み３２Ａを有しており、凹み３２Ａには感熱分解部３の支柱４２の一端と係合される。

段３１Ｂの外周側には皿バネ３３が係止される。皿バネ３３はバルブキャップ３１の底部３１Ａから挿通される。皿バネ３３の表面はフッ素樹脂により覆われている。皿バネ３３の外周縁はノズル１２の出口端に配置され、皿バネ３３はインプレスネジ１６をボス１５の牝ネジ１５Ｂに螺入すると感熱分解部４を介して押圧され弾性変形により潰れた形状になる。その際、フッ素樹脂がシール材の役目をしてノズル１２を封止する。

感熱分解部４はリンク４１、支柱４２、レバー４３から構成される。リンク４１は火災の熱により作動する感熱体であり、２枚の薄い金属板４４を低融点合金で接合して構成されている。低融点合金は６０〜２００℃の範囲内に融点を持つものを使用しており、融点が７２℃や９６℃の低融点合金が一般的に使用されている。

略四角形をした２枚の金属板４４は、一方の端に穴４５を有しており、他方の端にはコ字型の欠如部４６が設置されている。２枚の金属板４４は、欠如部４６が設置された側の端を重ねた状態で低融点合金により接合されている。その際、一方の金属板４４の穴４５の位置には、他方の金属板４４の欠如部４６が重ね合わされる。接合後のリンク４１の２つの穴４５には、それぞれ支柱４２とレバー４３が挿通される。

支柱４２は短冊型であり、一端はノズル１２の出口に設置された弁３のディスク３２と係合され、他端はレバー４３の先端に係合される。前述のように支柱４２にはリンク４１の穴４５が挿通されている。支柱４２の中間には突起４７が設置されており、突起４７の付近に設置された溝４７Ａにリンク４１を係止している。

レバー４３は細長い板を略Ｌ字型に屈曲させて構成している。前述のようにレバー４３の一端側はリンク４１の穴４５に挿通されている。レバー４３の他端側は支柱４２と係合しており、レバー４３には支柱４２の先端が係合される溝４８が設置されている。

溝４８が設置された面の裏側の面には、凹部４９が設置されている。凹部４９は溝４８よりもレバー４３の他端よりに設置される。凹部４９にはインプレスネジ１６が接触している。インプレスネジ１６の先端がレバー４３の凹部４９を押圧すると、レバー４３は支柱４２が係止されている溝４８を支点として回転する力が作用する。しかしながらレバー４３の一端側にはリンク４１の穴４５が挿通されており、レバー４３の回転を阻止している。これにより感熱分解部４を構成するリンク４１、支柱４２、レバー４３は係合状態を維持している。またインプレスネジ１６は感熱分解部４を介して弁３をノズル１２側に押圧保持している。

火災時において、リンク４１の低融点合金が溶融すると、一方の金属板４４が上記のレバー４３の回転によってもう一方の金属板４４から引き剥がされる。これにより感熱分解部４の係合状態は解除され、リンク４１、支柱４２、レバー４３の係合が外れるとともに支柱４２によって支えられていた弁３はノズル１２から離れて脱落し、ノズル１２が開放される。

以上、本発明の実施形態について説明したが、これ以外の構造、作用を以下に記載する。

先に説明した実施形態において、レバー４３のインプレスネジ１６と係合する箇所の形状は凹部４９としたが、これに限らず突起形状にすることができる。その際、インプレスネジ１６の先端形状は前記突起形状に対応する凹みや溝に変更可能である。

また、感熱分解部４にグラスバルブを用いたスプリンクラーヘッドにも適用可能である。その際、インプレスネジ１６の先端形状はグラスバルブを受容可能なように凹形状にしてもよい。

全てのスリット２１〜２６は、デフレクター２の外周上において隣接するスリットとの間隔２８を等しく構成できる。スリット２１〜２６はデフレクター２の外周からノズルの中心軸Ａを通過する仮想直線上に配置してもよい。スリット２１〜２４の幅は全て同一に構成可能である。スリット２５、２６の角度αは同一としてもよい。あるいは８〜１０°の範囲内であれば異なる角度にしてもよい。

最も長いスリット２２は、線Ｃに対して最も近い位置に設置される。上記の実施形態では線Ｃ上に設置したが、線Ｃに隣接して設けることも可能であり同様の効果を得ることができる。

Ｓ１ スプリンクラーヘッド
１ 本体
２ デフレクター
３ 弁
４ 感熱分解部
１２ ノズル
１４ アーム
１５ ボス
１５Ａ ボスの外周端
１６ インプレスネジ
１６Ｂ 斜面
２１、２３、２４ スリット
２２ スリット（第１のスリット）
２５、２６ テーパー付スリット
３１ バルブキャップ
３２ ディスク
３３ 皿バネ
４１ リンク
４２ 支柱
４３ レバー

Claims (17)

1. 給水配管と接続されたノズルを内部に備えた本体、
   本体からノズルの放水方向に延出した一対のアーム、
   アームの先端はノズルの中心軸上に設置した柱状のボスに連結され、
   ボスの内部は牝ネジを有しており、該牝ネジに螺合されノズル側に先端が突出しているインプレスネジ、
   ボスの先端に設置された円板状のデフレクター、
   デフレクターの外周からノズルの中心軸に向かって刻設された複数のスリットを有しており、
   さらにデフレクターの中心から外周に向かって先細りとなるテーパー付スリットが設置されており、テーパー付スリットはスリットの幅が一定であるストレートスリットに隣接して設置されていることを特徴とするスプリンクラーヘッド。
2. ストレートスリットの両隣にテーパー付スリットが設置されている請求項１記載のスプリンクラーヘッド。
3. 給水配管と接続されたノズルを内部に備えた本体、
   本体からノズルの放水方向に延出した一対のアーム、
   アームの先端はノズルの中心軸上に設置した柱状のボスに連結され、
   ボスの内部は牝ネジを有しており、該牝ネジに螺合されノズル側に先端が突出しているインプレスネジ、
   ボスの先端に設置された円板状のデフレクター、
   デフレクターの外周からノズルの中心軸に向かって刻設された複数のスリットを有しており、
   さらにデフレクターの中心から外周に向かって先細りとなるテーパー付スリットが設置されており、テーパー付スリットは、一対のアームが通過する平面に隣接して設置されることを特徴とするスプリンクラーヘッド。
4. スリットの幅が一定である第１ストレートスリットは、一対のアームが通過する平面上に設置されており、第１ストレートスリットに隣接してテーパー付スリットが設置されている請求項１~請求項３何れか１項記載のスプリンクラーヘッド。
5. 第１ストレートスリットは、隣接するテーパー付スリットよりも長い請求項４記載のスプリンクラーヘッド。
6. 給水配管と接続されたノズルを内部に備えた本体、
   本体からノズルの放水方向に延出した一対のアーム、
   アームの先端はノズルの中心軸上に設置した柱状のボスに連結され、
   ボスの内部は牝ネジを有しており、該牝ネジに螺合されノズル側に先端が突出しているインプレスネジ、
   ボスの先端に設置された円板状のデフレクター、
   デフレクターの外周からノズルの中心軸に向かって刻設された複数のスリットを有しており、
   さらにデフレクターの中心から外周に向かって先細りとなるテーパー付スリットが設置されており
   スリットの幅が一定である第２ストレートスリットは、一対のアームが通過する平面に対してノズルの中心軸を軸として４５°回転した位置に設置されており、第２ストレートスリットに隣接してテーパー付スリットが設置されていることを特徴とするスプリンクラーヘッド。
7. 第２ストレートスリットは、隣接するテーパー付スリットよりも短い請求項６記載のスプリンクラーヘッド。
8. テーパー付スリットは、ノズルの中心軸側の端が円弧状であり、デフレクターの外周側の端の幅は前記円弧の直径よりも小さい請求項１~請求項７何れか１項記載のスプリンクラーヘッド。
9. テーパー付スリットの角度は８°~１０°である請求項１~請求項８何れか１項記載のスプリンクラーヘッド。
10. 前記円弧の直径はアームの幅よりも小さい請求項１~請求項９何れか１項記載のスプリンクラーヘッド。
    
11. ボスのノズル側の外周端は曲面形状となっており、インプレスネジの先端形状に沿った延長線が前記曲面と近接または接する請求項１〜請求項１０何れか１項記載のスプリンクラーヘッド。
12. インプレスネジ先端の斜面の角度が100°〜80°である請求項１〜請求項１１何れか１項記載のスプリンクラーヘッド。
13. インプレスネジの先端は尖っており、その頂点は曲面状であり曲面半径は２ｍｍ以下である請求項１２記載のスプリンクラーヘッド。
14. ボスのノズル側の外周端が曲面状となっている請求項１〜請求項１３何れか１項記載のスプリンクラーヘッド。
15. ボスのノズル側の外周端の曲面半径は1ｍｍ〜3ｍｍである請求項１４記載のスプリンクラーヘッド
16. ノズルの流量と放水圧力から導かれるＫファクターの値が３〜５．８である請求項１〜請求項１５何れか１項記載のスプリンクラーヘッド。
17. 一対のアームが通過する平面と垂直に交差し、且つノズルの中心軸を通過する線に対して最も近い位置に設けた第３ストレートスリットは、他のスリットと比較して最も長い請求項１〜請求項１６何れか１項記載のスプリンクラーヘッド。
    
    

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