TWI438017B - 自動消防用灑水頭 - Google Patents

Description

自動消防用灑水頭

本發明係關於一種自動消防用灑水頭，遇有火災發生時，用於自動灑水而滅火者。

自動灑水頭，於火災發生異常高溫時，其感熱分解部份分解，該感熱分解部份所保持的閥體被開放而灑水滅火。又該感熱分解部份所用感熱材料，有液體與低融點合金。

灑水頭感熱分解部份若使用液體時，係使用酒精為感熱材料。使用酒精為感熱分解部份者，稱為玻璃閥型，酒精與少量空氣，共同填充於玻璃製的安瓶內，而把安瓶設置於灑水頭的閥體與本體間以封閉閥體。玻璃閥型一遇火災，安瓶內的酒精沸騰而氣化，內壓昇高而終於破壞安瓶，因而釋安瓶所封閉的閥體。此玻璃閥型因價廉而經濟，但因利用安瓶內酒精之汽化而破壞安瓶。安瓶的厚度、強度，內部的酒精量、氣量等，只要稍有出入，安瓶破壞所需時間就發生參差，不見得在一定溫度時即能動作，有缺安定性。

灑水頭的感熱分解部份使用低融點合金者，因低融點合金的融點取決於其配合組成與配合比率，頗能一定，若使用於灑水頭的感熱分解部份時，有動作不生參差之優異特性。低融點合金的感熱分解部份，有塔接型與壓縮型。

傳統的塔接型，係把兩枚扁平狀的金屬板以低融點合金黏著者。塔接型的各金屬板端部接有桿子，其一邊的桿子保持閥體，另一邊的桿子則牴接於灑水頭本體，用以支持閥體的押壓力。含有塔接型感熱分解部份的灑水頭，遇有火災時，火災發生之熱熔化低融點合金，使金屬板分離而桿子亦脫離，閥體終於被開放。由於塔接型的感熱分解部份使用低融點合金為感熱材料，是以動作溫度正確，但有其可靠性經長時間變差之問題。亦即灑水頭的感熱分解部份，經常有封閉閥體的力與動作時把感熱分解部份遠遠彈開以免妨礙灑水的彈性力。但是塔接型係利用低融點合金把兩枚金屬板黏著，時間一久因發生潛變現象，黏著部份恐發生剝離。

壓縮型係在缸體內填充低融點合金，更以柱塞押壓，缸體與柱塞透過其他構成元件保持閥體，並與本體繫合。含有壓縮型感熱分解部份的灑水頭，遇有火災時，缸體內的低融點合金熔融而使柱塞沒入於缸體內，感熱分解部份之構成元件因失衡而崩解，閥體因而被開放。壓縮型與塔接型同樣使用低融點合金，故動作溫度正確，加之將低融點合金充填於缸體內而以柱塞押壓，即使長時間以強大之力押壓低融點合金，也不致發生使其變形之潛變現象，因此近來壓縮型的感熱分解部份已成主流。

自動灑水頭係使用適合於各安裝場所溫度的低融點合金。例如高樓住宅及百貨公司等一般建物，須儘量快速動作以期提早滅火，所以使用70~75℃等比較融點低的低融點合金。但一般建物中的廚房火爐上方或暖房裝置的熱風出口，如使用低融點70~75℃的合金，灑水頭附近昇溫至近於其融點，雖然並無火災，灑水頭亦動作而散水，或者雖然未昇溫至低融點合金之融點以上溫度，但昇溫至融點附近時，嚴重影響其機械強度，致使塔接型的兩枚金屬板分離，或壓縮型的低融點合金因軟化而被壓碎。因此如廚房及暖房裝置熱風出口的高溫處所，使用融點90~100℃的低融點合金。

傳統的灑水頭，其感熱分解部份所用低融點合金大抵都含有鉛及鎘。例如融點為70~75℃的低融點合金含有50鉍－12.5鎘－25鉛－12.5錫(融點72℃)，而融點在90~100℃的低融點合金含有52鉍－32鉛－16錫(融點96℃)。

但只要建物未發生火災，灑水頭一直是備而不用，外觀漸變成不雅，設計形態也漸不合適而須更換為新品。於是舊灑水頭被丟棄，但其感熱分解部份的感熱材料因含有鉛及鎘，成為地下水的污染源。含有鉛及鎘的地下水經長期飲用後，就累積於人體內造成鉛中毒或鉻中毒。於是建築業界及消費設備業界均希望早日有不含鉛及鎘的灑水頭感熱材料之出現。

本申請人曾提出灑水頭感熱分解部份的感熱材料並未使用鉛或鎘。感熱分解部份所使用低融點合金係自錫、鉍、銦、鋅、鎵、銀中選用二種以上金屬所成合金做成的自動消防灑水頭(特開20002－078815號公報)。

灑水頭的感熱分解部份如使用軟焊合金，則須使用可因應其動作溫度的低融點合金。灑水頭感熱分解部份所使用錫基軟焊合金，可列舉的能降低溫度的添加元素為鉛、鎘、鉍、銦、鋅。如上述情形，鉛、鎘會污染地下水而不能使用，只能從其他錫、鉍、銦、鋅中選熔融溫度特別低的銦做為基礎來製作軟焊合金組成。可是由於銦太軟而其潛變特性差，故以未使用鉛或鎘的銦基合金所做灑水頭感熱分解部份的感熱材料，較之使用鉛或鎘者，其潛變特性差，灑水頭的耐久性較傳統使用鉛或鎘者為差。尤其含有鎘的灑水頭感熱分解部份的感熱材料其潛變特性通常良好，故較未使用鉛或鎘的感熱材料所製成的灑水頭，其耐久性較佳。

灑水頭依總務省(日本)令制定有技術規格。以強度試驗而言，例如在70~75℃使用者於試驗溫度52℃，在90~100℃使用者於試驗溫度80℃下放置30天後，施以2.5MPa的靜水壓力5分鐘。然而未使用鉛或鎘的銦基合金所做的灑水頭，較之傳統使用鉛或鎘者其潛變特性有不良的傾向。所謂潛變者，係指在一定荷重或一定應力下與時進行的變形，而此時間依存性的變形越小者，其潛變特性較好。一般而言，硬度越大，潛變特性越好，越軟者其潛變特性越差。

尤其灑水頭強度試驗的試驗溫度，係近於其感熱分解部份所使用軟焊合金之熔融溫度，故在灑水頭動作之高溫度領域要求其具備相當之潛變特性，未使用鉛或銻的銦基合金所成之灑水頭，較之傳統使用鉛或鎘者，在灑水頭動作之高溫度領域，其潛變特性有所不及，故往往未能通過耐久試驗。

由是，本發明所欲解決的課題，乃在提供一種灑水頭，其銦基感熱材料雖非使用鉛或鎘，但在灑水頭動作的高溫度領域，仍具有良好的潛變特性與耐久性者。

本發明人等針對具有65~75℃及90~100℃之固相溫度及尖峯溫度之未使用鉛或鎘的感熱分解部份感熱材料之缺點，銳意屢加檢討結果，發現於鉍－銦－錫系合金中，某種限定的組成範圍的合金組成在約70~75℃及約90~95℃具有固相溫度及尖峯溫度者，不但其溫度領域非常狹宰，且在灑水動作之高溫度領域具有良好之潛變特性，於是完成了本發明，而且本發明之灑水頭感熱分解部份感熱材料完全未含有鎘或鉛等有害成份。

本發明之約70~75℃時熔融之感熱材料，係有錫01~20質量%，鉍31~37質量%，其餘為銦的合金所成，做為灑水頭感熱分解部份感熱材料合金。

又，本發明之約90~95℃時熔融之合金，係由鋅0.05~0.4質量%，鉍43~55質量%，其餘為銦的合金所成，做為灑水頭感熱分解部份感熱材料合金。

灑水頭之動作係依照其所使用合金之熔融溫度者，且經常承受水壓，如其潛變特性等機械強度不良，即無法發揮安全裝置之作用。本發明之約70~75℃時具有固相溫度及尖峯溫度之鉍－銦－錫系合金，如其錫量未滿0.1質量%，則合金本身的機械強度太低而未能通過強度試驗，如其錫量超過2.0質量%，則鉍－銦－錫系合金之固相溫度變低，合金的熔融溫度接近使用溫度領域而發生合金強度的劣化，致引起動作溫度領域內潛變特性的低下。爰此，本發明之鉍－銦－錫系合金，其錫之含有量最好為0.1~2.0質量%。又，鉍含有量未滿31質量%時，鉍－銦－錫系合金的液相溫度過於上昇而合金的熔融性變差，無法通過熔融試驗。B1量如超過37質量%，則逸出錫－銦合金的共晶點，液相溫度過於上昇而合金的熔融性變差，也不通過熔融試驗。因此本發明之鉍－銦－錫系合金，鉍含有量最好為31~37質量%。本發明中，令錫為0.1~2.0質量%，鉍為31~37質量%，其餘為銦，即可得到於70~75℃使用溫度領域有潛變特性甚佳的灑水頭用合金。若令錫為0.5質量%，鉍為35質量%，其餘為銦之合金時，即可得在使用溫度領域具有最佳潛變特性的灑水頭用合金。本發明之灑水頭用合金基本構成成份之錫，鉍如逸出上述組成，則熔融溫度領域變寬，有損動作之穩定性。

其次，於本發明之在約90~95℃具有固相．尖峯溫度的鉍－銦－鋅系合金，如鋅量未滿0.05質量%，則合金本身的機械強度太低，無法通過強度試驗，如鋅量超過0.4質量%，則因鉍－銦－鋅系合金的固相溫度變低，致使合金的熔融溫度接近於使用溫度領域，動作溫度領域的潛變特性變差。因此於本發明之鉍－銦－鋅系合金中，其鋅之含有量最好為0.05~0.4質量%。又本發明之鉍－銦－鋅系合金中，其鉍含有量如未滿43質量%，則鉍－銦－鋅系合金的液相溫度過於上昇，合金的熔融性變差，無法通過熔融試驗。又鉍量如超過37質量%，則逸出錫－銦合金的共晶點，液相溫度過於上昇，合金的熔融性變差，無法通過熔融試驗。爰此，本發明之鉍－銦－鋅系合金，其鉍含有量最好是45~55質量%。於本發明中令鋅為0.05~0.4質量%，鉍為43~55質量%，其餘為銦之合金，即可得潛變特性良好的灑水頭用合金。如令鋅為0.2質量%，鉍為48質量%，其餘為銦之合金，即可得到於使用溫度領域中潛變特性最理想的灑水頭用合金。本發明之灑水頭用合金基本構成成份的鋅，鉍如逸出上述組成時，熔融溫度領域變寬，有損動作之穩定性。

又，於本發明之鉍－銦－錫系合金及鉍－銦－鋅系合金中，可添加銅,銻,鍺,銀,金,鋅,鎳,鑭族等強度添加元素。鑭族又可稱為鑭系元素，係屬於特性相近於鑭之鑭及鍺,鐠,釹,鉅,銪,鋱,鏑,鈥,鉺,銩,鐿,鎦之元素。這些強度添加元素無論單獨添加，或組合添加均有效果。本發明之鉍－銦－錫系合金及鉍－銦－鋅系合金，強度添加元素銅的添加最能提高潛變特性。但是，這些強度添加元素必須熔融於鉍－銦－錫系合金及鉍－銦－鋅系合金中始能有效。添加量過多時會提高合金的熔融溫度。因此強度添加元素合計量最好為2.0質量%以下。最佳的各強度添加元素添加量為銅0.1~1.0質量%，銻0.2~2.0質量%，鍺0.1~1.0質量%，銀0.1~0.7質量%，金0.1~0.6質量%，鋅0.2~0.6質量%，鎳0.02~0.1質量%，鑭族0.01~0.1質量%，如比上述量少，合金的強度提高效果不顯，如超過上述量，則液相溫度上昇而無法在所希望的溫度領域動作。

[實施例1]

首先製作本發明之灑水頭感熱分解部份的感熱材料合金及灑水頭。

製作表1及表2所示灑水頭感熱分解部份的感熱材料合金，測定各合金組成依示差熱分析所得之加熱曲線，根據吸熱尖峯開始點，吸熱尖拳最低點，吸熱尖峯終了點來測定固相溫度，尖拳溫度，液相溫度。表1及表2所示者為各合金的熔融溫度。

表1及表2之比較例1，為專利文獻1之灑水頭感熱分解部份之感熱材料用合金。

熔融溫度之測定條件如下：1.示差熱分析測定●示差熱分析測定裝置：SII製示差掃描熱量計●昇溫速度：5deg/min●試料重量：10mg

[實施例2]

於此就組合有壓縮型感熱分解部份的灑水頭做簡單的說明。第1圖為組合有壓縮型感熱分解部份的灑水頭正面斷面圖。

灑水頭S係由本體1，框架2，閥體3，轉向器4，及感熱分解部份5所構成。

本體1之中央穿設有導水孔6，下端為閥座7。又閥體1之外周上部設有公螺絲8，其下端有凸緣9。

框架2為圓筒狀，下端形成內側凸緣10，上端與前述之凸緣9螺合。

閥體3之上部被填料11蓋覆，常時使本體1之閥座7封閉成水密狀態。

轉向器4形狀為圓盤狀，其周圍形成有多數羽冀，動作時以環圈12吊設。轉向器4係配置於閥體3之下部。

感熱分解部份5係配置於框架2之下部，經導柱13保持閥體3。

感熱分解部份5係由缸體14，柱塞15，低融點合金16，支持板17，天秤18，一對槓桿19．19所構成。

缸體14內充填有低融點合金16，其上載置柱塞15。缸體14嵌合於天秤18之中央孔，天秤18之兩端卡合於槓桿19．19之孔。制止螺絲20載置於柱塞5之上部，制止螺絲20之上部螺合於支持板17。槓桿19．19之上部成彎曲狀，而以該彎曲處與支持板17卡合。槓桿19．19之彎曲端部載置於框架2之內側凸緣10上，而彎曲部先端則連接於導柱13。

[實施例3]

其次就第1圖之灑水頭，測定每一合金組成之潛變特性(稱為強度試驗)，及其感熱分解部份的動作溫度。

2.強度試驗1).將感熱分解部份5裝入於專用之工具，標示溫度未滿75℃者投入於設定成20℃之試驗槽內，標示溫度為75℃以上者，投入於設定成較最高周圍溫度低20℃之試驗槽內。

2).以壓縮機連續以13倍平常值之荷重加壓於感熱分解部份240小時，測定感熱分解部份厚度的變化。

3.動作溫度1).連接灑水頭於壓縮機，施以2.5MPa之壓力。

2).將連接於壓縮機的灑水頭投入於水槽中，加熱於水槽之水。

3).測定水槽中之灑水頭的空氣一經漏光時的溫度，做為動作溫度。

【發明之效果】

本發明之灑水頭，在約70~75℃及約90~95℃時，灑水頭合金的低溫潛變特性良好，故不致於通不過總務省令所定強度試驗，可經久耐用，發揮傳統未含鎘或鉛之低融點合金所無之優良效果。又，本發明之灑水頭感熱分解部份感熱材料用合金，完全未含鎘或鉛等有害成份，經更換新品時將舊品埋入地下也不致於污染地下水源。又因本發明之灑水頭在動作高溫領域具有良好的潛變特性，灑水頭可不經更換而長期使用，也不會通不過耐久試驗。

1．．．本體

2．．．框架

3．．．閥體

4．．．轉向器

5．．．感熱分解部份

6．．．導水孔

7．．．閥座

8．．．公螺絲

9．．．凸緣

10．．．內側凸緣

11．．．填料

12．．．環圈

13．．．導柱

14．．．缸體

15．．．柱塞

16．．．低融點合金

17．．．支持板

18．．．天秤

19．．．槓桿

20．．．制止螺絲

第1圖為本發明之含有壓縮感熱分解部份組成的灑水頭正面斷面圖。

1．．．本體

2．．．框架

3．．．閥體

4．．．轉向器

5．．．感熱分解部份

6．．．導水孔

7．．．閥座

8．．．公螺絲

9．．．凸緣

10．．．內側凸緣

11．．．填料

12．．．環圈

13．．．導柱

14．．．缸體

15．．．柱塞

16．．．低融點合金

17．．．支持板

18．．．天秤

19．．．槓桿

20．．．制止螺絲

Claims (6)

1. 一種灑水頭，係具備由錫、鉍及銦之合金所構成的感熱分解部份之灑水頭，其中該合金中之各金屬含量為錫0.1~2.0質量%，鉍31~37質量%，其餘為銦，且動作溫度為70~75℃者。
2. 如申請專利範圍第1項之灑水頭，其中該合金進一步含有至少一種選自銅0.1~1.0質量%，銻0.2~2.0質量%，鍺0.1~1.0質量%，銀0.1~0.7質量%，金0.1~0.6質量%，鋅0.2~0.6質量%，以及鑭族0.01~0.1質量%所形成的組之強度添加元素，且合計為2.0質量%以下。
3. 如申請專利範圍第1或2項之灑水頭，具備本體，係由閥座、位於該閥座上之閥體、以及該閥體所連接之該感熱分解部份所構成，該感熱分解部份係壓縮型，由缸體、該缸體內所設置之感熱材料、以及相對於該感熱材料且配置於頂端之柱塞所構成。
4. 一種灑水頭，係具備由鋅、鉍及銦之合金所構成的感熱分解部份之灑水頭，其中該合金中之各合金含量為鋅0.05~0.4質量%，鉍47~55質量%，其餘為銦，且動作溫度為90~96℃者。
5. 如申請專利範圍第4項之灑水頭，其中該合金進一步含有至少一種選自銅0.1~1.0質量%，銻0.2~2.0質量%，鍺0.1~1.0質量%，銀0.1~0.7質量 %，金0.1~0.6質量%，鋅0.2~0.6質量%，以及鑭族0.01~0.1質量%所形成的組之強度添加元素，且合計為2.0質量%以下。
6. 如申請專利範圍第4或5項之灑水頭，具備本體，係由閥座、位於該閥座上之閥體、以及該閥體所連接之該感熱分解部份所構成，該感熱分解部份係壓縮型，由缸體、該缸體內所設置之感熱材料、以及相對於該感熱材料且配置於頂端之柱塞所構成。