WO2009107421A1 - 消防用筒先装置 - Google Patents

Abstract

　消防用筒先装置は、加圧送液された水、海水又は水系の消火剤を筒先から噴射して散布する。消防用筒先装置には、筒先の内側に位置するノズル部の放射空間側に配置された誘導電極部、筒本体の内部の消火水に接触する位置に配置された水側電極部、誘導電極部と水側電極部との間に電圧を加えることにより生ずる外部電界を、ノズル部により噴射過程にある水、海水又は水系の消火剤に印加して、噴射粒子を帯電して放射させる電圧印加装置、および電圧印加装置に電源を供給する電池が設けられる。

Description

消防用筒先装置

　本発明は、ホース等を介して加圧送水された消火水を火災に向けて散布する消防用筒先装置に関する。

　従来、この種の消防用筒先装置には円形のノズル断面を有する棒状放水タイプと、リング状スリットのノズル断面を有することで微細な水粒子を放射するいわゆる噴霧ノズルといわれる筒先装置がある。

　噴霧ノズルには噴角調整機構が設けてあり、操作者は火災の状況に応じて、たとえば火点が煙等で認識しづらい時には、微細な水粒子を広角で噴射できる広角放射を行うことで火点近傍の散水冷却を行い、火点が認識できるときには、狭角噴射にて火点への集中放射を行うなどの操作を行う。

　また加圧送水された消火水と同時に圧縮空気などを導入して霧状に噴射する所謂二流体方式の筒先装置も知られており、二流体方式の筒先装置は、より微細な霧状の消火水粒子を高速で放射することができるために、より高い消火効率や雰囲気の冷却効果と広角噴霧時には有煙ガスの押さえ込みが可能である。
特開２０００－０９３５３６号公報 特公昭６４－６８２２号公報

　しかしながら、このような従来の消火水を用いる筒先装置の消火法にあっては、例えば特に区分所有のマンションにおける火災などでは消火水による水損が火災室以外の下階数層にも及び、水損の低減が課題となっている。

　また、火災時の燃焼物にあっては、合成樹脂類が増加して煙量が多くなってきており、消防活動上の障害が課題となっている。したがって、従来の棒状放水ノズルはもとより、噴霧ノズルよりもさらに少ない消火水量で効率よく消火でき、より高い煙制御能力を有する筒先装置が求められている。

　本発明は、少ない消火水量で効率よく消火でき、より高い煙制御能力を有する消防用筒先装置を提供することを目的とする。

　本発明は、加圧送液された水、海水又は水系の消火剤を筒先から噴射して散布する消防用筒先装置に於いて、
　筒先の内側に位置するノズル部の放射空間側に配置された誘導電極部と、
　筒本体の内部の消火水に接触する位置に配置された水側電極部と、
　誘導電極部と水側電極部との間に電圧を加えることにより生ずる外部電界を、ノズル部により噴射過程にある水、海水又は水系の消火剤に印加して、噴射粒子を帯電して放射させる電圧印加部と、
　電圧印加部に電源を供給する電源部と、
を備えたことを特徴とする
　ここで、水側電極部は、導電性の材質を使用した消火水に接触する筒本体の内部の一部である。

　電圧印加部は、誘導電極部と水側電極部との間に電圧を加える電圧印加スイッチを備える。

　本発明の消防用筒先装置は、更に、筒本体の内部に、加圧ガスを噴射して水、海水又は水系の消火剤と共にノズル部から噴射させる加圧ガス噴出口を設ける。加圧ガス噴出口は加圧ガスとして空気又は不活性ガスを噴射させる。

　誘導電極部は、導電性を有する金属、導電性を有する樹脂、導電性を有するゴムのいずれか又は複合体である。

　電圧印加部は、水側電極部の電圧をゼロボルトとして、誘導電極部に±２０キロボルトを越えない電圧を印加する。

　電圧印加部は、水側電極部の電圧をゼロボルトとして、誘導電極部に直流、交流、又はパルス状となる電圧を印加する。

　誘導電極部の一部又は全部を絶縁性材料で被覆する。

　ノズル部に噴射角度調整機構を設ける。

（消火効果）
　本発明の消防用筒先装置によれば、従来の噴霧ノズルや二流体方式の筒先装置からの消火水粒子をさらに帯電させることによりクーロン力により燃焼面への付着はもとより、燃焼材のあらゆる面への付着がおこり、従来の非帯電水粒子と比較して、燃焼面および未燃焼面に対し高い濡らし効果が得られる。

　また、たとえばマイナス電荷のみで帯電放射した場合には、空間中での水粒子間には斥力が働き衝突会合して成長落下する確率が小さく、空間中に滞留する水粒子密度はおよびその比表面積は大きいまま保たれることにより、空間の高い冷却効果と蒸発水蒸気による相対酸素濃度の低下という効果が得られる。

　これらの効果の相乗により、本発明の消防用筒先装置の帯電放射によって、従来の非帯電放射と比較して消火性能が大幅に向上する。
（消煙効果）
　本発明の消防用筒先装置によれば、高い煙制御効果が得られる。従来の非帯電放射による煙の捕捉は煙粒子と消火水粒子の確率的な衝突による捕捉足作用であること対して、本発明にあっては、消火水粒子を帯電させることにより、帯電状態の煙粒子をクーロン力によって捕集するため、捕集効果が増大し、高い煙制御効果が得られる。

本発明による消防用筒先装置の実施形態を示した説明図 図１の実施形態を筒先側から示した説明図 本実施形態の内部構造を図２のＡ－Ａ断面として示した断面図 本実施形態の放射角調整機構を図３のＢ－Ｂ断面として示した断面端面図 本実施形態で使用する誘導電極部を取り出して示した説明図 本実施形態について放射角を狭角側に調整した状態を示した断面図 本実施形態による消煙効果を確認する実験結果を示したグラフ図 本実施形態の帯電散布ヘッドに供給する印加電圧を示したタイムチャート図 加圧ガス噴射口を設けて二流体方式とした本発明による消防用筒先装置の他の実施形態を示した説明図

　図１は本発明による消防用筒先装置の実施形態を示した説明図である。図１において、本実施形態の消防用筒先装置１０は、本体１２の先端側にノズル部を備えた筒先１４を設け、根元側に水ホース接続口１６を設け、水ホース接続口１６には弁などを介して水ホースが接続され、水、海水、または水系の消火剤が加圧供給され、筒先１４から散布される。

　本体１２に対しては握り部１８を備えたフレーム２０が一体に設けられ、フレーム２０の握り部１８側には噴射粒子を帯電して放射させるための電圧印加スイッチ２２を設けている。

　本体１２の筒先１４側には放射角調整ハンドル２４が設けられ、放射角調整ハンドル２４を回すことで、筒先１４から噴射される散布消火水の放射角を調整することができる。また筒先１４側には吸気穴２６が開口され、筒先１４の内側に配置しているノズルからの消火水の噴射に伴う空気の吸込みを可能としている。

　図２は図１の実施形態を筒先側から示した説明図である。図２において、本体１２の先端となる筒先１４には円筒開口が設けられ、この円筒開口の中に、中心側にデフレクター２５を配置し、その外側に内周上にリング状スリット１５ａを備えたノズル部１５を配置している。また本体１２の内部となるノズル部１５の外側の先端側位置には、点線で示すように、噴射粒子に外部電界を加えて帯電させるための一方の電極である誘導電極部３０が配置されている。

　図３は本実施形態の内部構造を図２のＡ－Ａ断面として示した断面図である。図３において、本実施形態の消防用筒先装置１０は、本体１２の内部に軸方向に貫通した円筒穴を備えた筒本体２８を収納している。また本体１２には握り部１８を備えたフレーム２０と一体に形成されており、合成樹脂などの絶縁体材料で作られている。

　本体１２の内部に配置した導電性の金属からなる筒本体２８の下部には水ホース接続口１６が設けられる。また筒本体２８の上部となる筒先１４側にはノズル部１５が形成され、ノズル部１５の中にデフレクター２５を配置している。デフレクター２５はデフレクター支持橋部４８により筒本体２８の内部に支持されている。

　ノズル部１５は筒本体２８の先端に配置した放射角調整筒４４の先端に一体に形成されている。放射角調整筒４４は放射角調整ネジ部４６によって筒本体２８に対しねじ込みにより軸方向に移動自在に組み付けられている。即ち放射角調整ネジ部４６は、筒本体２８側に外ネジを形成し、ここに放射角調整筒４４側に形成した内ネジをねじ込んでいる。

　放射角調整筒４４の外側には絶縁体材料で構成された放射角調整ハンドル２４が固定されており、放射角調整ハンドル２４を回すと放射角調整筒４４が一体に回転し、筒本体２８側を固定として放射角調整ネジ部４６により放射角調整筒４４が軸方向に移動し、これによってデフレクター２５に対しノズル部１５が軸方向に移動し、デフレクター２５の周囲に形成している図２に示すノズル部１５のリング状スリット１５ａに対する間隔の変化で、筒先１４からの散布消火水４５の放射角を調整可能としている。

　ここで図３にあっては、放射角調整筒４４を固定側となるデフレクター２６側に移動させて、散布消火水４５の放射角を広角側にした状態を示している。

　デフレクター支持橋部４８は、図３のＢ－Ｂ断面をもって示した図４の断面端面図に示す構造を持つ。図４において、デフレクター支持橋部４８は、筒本体２８に対しリング状の支持部から十字型に中央に橋部を張り出し、中央でデフレクター２５を支えて支持している。

　再び図３を参照するに、本実施形態の消防用筒先装置にあっては、筒先１４側に設けているノズル部１５に対する開口側の外側位置に誘導電極部３０を配置している。誘導電極部３０は、図５に取り出して示すように、リング形状を持った導電性の部材である。

　一方、筒本体２８における水ホース接続口１６側の内部には水側電極部３２が配置されている。水側電極部３２は金属を用いた導電性の円筒部材であり、上下を絶縁体を用いた電極支持リング３４により筒本体２８に支持固定しており、電極支持リング３４の内側、外側のそれぞれにはＯリングが装着され、電極支持リング３４の外側に消火水が入らないようにしている。

　ここで誘導電極部３０及び水側電極部３２としては導電性を有する金属を使用しているが、これ以外に、導電性を有する樹脂、導電性を有するゴム、あるいは導電性を有する金属、樹脂またはゴムの複合体としてもよい。また誘導電極部３０及び水側電極部３２は、その一部または全部を絶縁性材料で被覆した構造としてもよい。

　本体１２の右側に一体に設けたフレーム２０の握り部１８の内部には、電池３６と電圧印加装置３８が組み込まれている。電池３６は電圧印加装置３８に直流電源を供給する。電圧印加装置３８は、誘導電極配線４０によりノズル部１５に相対して設けた誘導電極部３０に接続し、また水側電極配線４２により水側電極部３２に接続している。更に、握り部１８の指を掛ける位置に設けた電圧印加スイッチ２２に配線接続している。

　電圧印加装置３８は、電圧印加スイッチ２２をオン操作すると、水側電極部３２を０ボルトとして、誘導電極部３０に対し２０キロボルトを超えない所定の電圧、例えば数キロボルトの電圧を印加し、ノズル部１５より噴射される噴射過程にある消火水に外部電界を印加し、噴射粒子を帯電させて散布消火水４５として放射させる。

　図６は本実施形態について放射角を狭角側に調整した状態を示した断面図である。図３に示した散布消火水４５の広角側の状態から、放射角調整ハンドル２４を回して、図６のようにデフレクター２５に対しノズル部１５が飛び出すように放射角調整筒４４を前進させると、散布消火水４５の放射角を狭角側に調整することができる。

　このような本実施形態の消防用筒先装置にあっては、消防隊員などの操作者が水ホースの先端に本実施形態の消防用筒先装置１０を装着して使用し、消火活動の際には火災状況に応じて放射角調整ハンドル２４を操作し、図３のような散布消火水４５の広角放射、もしくは図６のような散布消火水４５の狭角放射を行いながら消火を行う。

　このとき握り部１８の指を掛ける部分に設けている電圧印加スイッチ２２をオン操作すると、電圧印加装置３８から誘導電極部３０と水側電極部３２に例えば数キロボルトの電圧が加わり、この電圧印加によって両電極間に外部電解を生じ、ノズル部１５から消火水を噴射粒子に変換する噴射過程を通じて噴射粒子が帯電され、帯電された噴射粒子を外部に散布することができる。

　次に本実施形態による消火効果を説明する。本実施形態による帯電散布にあっては、水粒子を帯電させることにより、クーロン力により高燃焼面への付着はもとより燃焼剤のあらゆる面への付着が起こり、従来の非帯電水粒子と比較して濡らし効果が大幅に増大するため、高い消火力が得られている。

　更に、例えばマイナス電荷のみに帯電放射した場合には、空間中での水粒子間には堰力が働き、衝突会合して成長落下する確率が小さくなり、空気中に滞留する水粒子密度が高くなることも消火能力が高い要因となっている。

　このような理由により、本実施形態による水粒子の帯電放射にあっては、従来の非帯電散布に比較して消火性能が大幅に向上する。

　また、本実施形態の帯電散布によって高い消煙効果が得られる理由は、従来の非帯電散布による煙の捕捉は煙粒子と水粒子の確率的な衝突による捕捉手段であることに対し、本実施形態にあっては水粒子を帯電させることにより、帯電状態にある煙粒子をクーロン力によって捕集するため、消煙効果が増大している。

　例えば帯電状態にある水粒子が１００～２００μｍであったとすると、同じく帯電状態にある煙粒子は１～２μｍであり、水粒子が周囲に存在する多数の小さな煙粒子をクーロン力により捕集することとなり、その結果、大きな消煙効果が得られることになる。

　本実施形態による消煙効果の増大を確認するため、次の実験を行っている。
（実験例）
ノズル噴射量：８リットル／分ａｔ１ＭＰａ
誘導電極電圧：２キロボルト
放水パターン：パルス状印加放水
火災模型：１．８メートル立方の閉鎖空間内でガソリン５０ミリリットルを燃焼させて煙を充満させた後、６０秒放水と１２０秒のインターバルで５サイクルの散布を実施して、煙の濃度推移を測定
　図７は実験例による実験結果を示したグラフ図である。図７の実験結果は、横軸に経過時間、縦軸に煙濃度を示している。また実験特性１００が本実施形態による帯電散布であり、実験特性２００が従来の非帯電による散布である。

　図７において、時刻ｔ１でガソリンに点火すると、実験特性１００，２００に示すように煙濃度は急激に増加し、実際、外部から観察していると閉鎖空間内は燃焼した煙で真っ黒く、まったく見えない状態になっている。

　続いて時刻ｔ２で散布を開始する。本実施形態の実験特性１００にあっては、まず時刻ｔ２からｔ３まで１回目の帯電散布を行っており、この１回目の帯電散布で煙濃度は１．３パーセントに急激に低下している。

　この時刻ｔ２からｔ３への煙濃度の変化は、視覚的に見ていると真っ黒であった閉鎖空間内の煙の状態が、見る見るうちに煙が消えて少し中が見える状態となる急激な消煙作用であり、これが僅か６０秒の帯電散布の間に行われている。

　続いて１２０秒のインターバルを終えた後、時刻ｔ４～ｔ５で２回目の帯電散布を行い、以下、ｔ６～ｔ７、ｔ８～ｔ９、ｔ１０～ｔ１１というように帯電散布を繰り返すと、帯電散布の回数の増加に伴って煙濃度は、例えば５回目の帯電散布でほぼ０パーセント、即ちまったく煙のない状態に消煙することができる。

　これに対し非帯電散布となる従来特性２００にあっては、本実施形態の実験特性と同様、時刻ｔ２～ｔ３、時刻ｔ４～ｔ５、時刻ｔ６～ｔ７、時刻ｔ８～ｔ９及び時刻ｔ１０～ｔ１１の５回に亘り、非帯電散布を１２０秒のインターバルをおいて行っているが、煙濃度の低下は緩やかであり、本実施形態の実験特性１００に対し、従来の非帯電の実験特性２００にあってはほぼ倍の煙濃度であり、この実験結果の比較から、本実施形態にあっては大幅な消煙効果が得られることが確認されている。

　図８は本実施形態の電圧印加装置３８から誘導電極部３０と水側電極部３２の間に加える印加電圧を示したタイムチャートである。

　図８（Ａ）は＋Ｖの直流電圧を印加する場合であり、この場合には、マイナスに帯電した水粒子が連続的に散布される。

　図８（Ｂ）は－Ｖの直流電圧を印加する場合であり、この場合には、プラスに帯電した水粒子が連続的に散布される。

　図８（Ｃ）は±Ｖの交流電圧を印加する場合であり、この場合には、プラスの半サイクルの期間に交流電圧の変化に応じてマイナスに帯電した水粒子が連続的に散布され、マイナスの半サイクルの期間に交流電圧の変化に応じてプラスに帯電した水粒子が交互に散布される。

　図８（Ｄ）は＋Ｖのパルス状電圧を所定のインターバルを空けて印加する場合であり、この場合には、マイナスに帯電した水粒子が間欠的に散布され、電圧を印加していない期間には、帯電していない水粒子の散布となる。

　図８（Ｅ）は－Ｖのパルス状電圧を所定のインターバルを空けて印加する場合であり、この場合には、プラスに帯電した水粒子が間欠的に散布され、電圧を印加していない期間には、帯電していない水粒子の散布となる。

　図８（Ｆ）は±Ｖのパルス状電圧を所定のインターバルを空けて交互に印加する場合であり、この場合には、マイナスに帯電した水粒子とプラスに帯電した水粒子がインターバルを置いて交互に散布され、電圧を印加していない期間には、帯電していない水粒子の散布となる。

　図８に示した印加電圧を誘導電極部３０と水側電極部３２の間に加える電圧印加装置３８としては、制御入力付きの市販の昇圧ユニットを利用することができる。市販の昇圧ユニットには、入力にＤＣ０～２０ボルトを加えると出力にＤＣ～２０キロボルトを出力するものがあり、このような市販ユニットが利用できる。

　図９は加圧ガス噴射口を設けて二流体方式とした本発明による消防用筒先装置の他の実施形態を示した説明図である。図９において、消防用筒先装置１０は図３と同じ構造を有するが、これに加えて、筒本体２８の内部の消火水供給経路の途中に、噴射方向に向けて加圧ガス噴出口５０を配置している。

　加圧ガス噴出口５０は、フレーム２０の握り部１８の中に設けた加圧ガス供給管５４の先端を屈曲形成して配置しており、加圧ガス供給管５４の根元側には加圧ガス供給接続口５２が設けられ、ここに強化被覆を持つゴムホースなどにより加圧ガスを供給するようにしている。加圧ガス供給接続口５２に供給する加圧ガスとしては、圧縮空気あるいは二酸化炭素や窒素などの不活性ガスを供給する。

　この図８の実施形態にあっては、水ホース接続口１６からの消火水の供給と同時に、加圧ガス供給接続口５２から空気や不活性ガスなどの加圧ガスを供給し、加圧ガス噴出口５０から噴出させて同時にノズル部１５から噴射させることで、より微細な霧状の消火水粒子を高速で放射することができる。

　同時に、この二流体方式により放射に加えて、電圧印加スイッチ２２をオン操作すると、誘導電極部３０と水側電極部３２の間に例えば数キロボルトの電圧が印加され、両電極間に外部電解が生じ、ノズル部１５から噴射される噴射粒子が帯電され、帯電された噴射粒子を外部に散布することができる。

　このような二流体方式による噴射粒子の微細化が行われ、且つ微細化された二次粒子が帯電されることで、より高い消火効率と排煙制御を果たすことができる。

　なお上記の実施形態は放射角調整機構を備えた消火用筒先装置を例に取るものであったが、放射角が固定した構造の消防用筒先装置についても同様に、帯電噴霧を実現する電極構造を設けるようにしてもよい。

　また上記の実施形態にあっては、筒先装置に電池を内蔵して容易に携帯できるようにしているが、ケーブル接続により外部から電源を供給するようにしてもよい。例えば作業者がバッテリーを携帯し、この携帯バッテリーから消防用筒先装置に電源を供給できるようにする。これによって、使用する電源容量を充分に確保し、長時間に亘って安定した帯電散布を行うことができる。

　また本発明の消防用筒先装置の構造は上記の実施形態に限定されず、誘導電極部と水側電極部を備えて所定の電圧の印加により帯電散布を可能とする構造であれば、適宜の構造につきそのまま適用することができる。

　また本発明はその目的と利点を損なうことのない適宜の変形を含み、更に上記の実施形態に示した数値による限定は受けない。

Claims (10)

1. 　加圧送液された水、海水又は水系の消火剤を筒先から噴射して散布する消防用筒先装置に於いて、
   　筒先の内側に位置するノズル部の放射空間側に配置した誘導電極部と、
   　筒本体の内部の消火水に接触する位置に配置された水側電極部と、
   　前記誘導電極部と水側電極部との間に電圧を加えることにより生ずる外部電界を、前記ノズル部により噴射過程にある水、海水又は水系の消火剤に印加して、噴射粒子を帯電して放射させる電圧印加部と、
   　前記電圧印加部に電源を供給する電源部と、
   を備えたことを特徴とする消防用筒先装置。
   
2. 　請求項１記載の消防用筒先装置に於いて、前記水側電極部が、導電性の材質を使用した消火水に接触する筒本体の内部の一部であることを特徴とする消防用筒先装置。
   
3. 　請求項１記載の消防用筒先装置に於いて、前記電圧印加部は、前記誘導電極部と水側電極部との間に電圧を加える電圧印加スイッチを備えたことを特徴とする消防用筒先装置。
   
4. 　請求項１の消防用筒先装置に於いて、前記筒本体の内部に、加圧ガスを噴射して前記水、海水又は水系の消火剤と共に前記ノズル部から噴射させる加圧ガス噴出口を設けたことを特徴とする消防用筒先装置。
   
5. 　請求項４の消防用筒先装置に於いて、前記加圧ガス噴出口は加圧ガスとして空気又は不活性ガスを噴射させることを特徴とする消防用筒先装置。
   
6. 　請求項１の消防用筒先装置に於いて、前記誘導電極部は、導電性を有する金属、導電性を有する樹脂、導電性を有するゴムのいずれか又は複合体であることを特徴とする消防用筒先装置。
   
7. 　請求項１の消防用筒先装置に於いて、前記電圧印加部は、前記水側電極部の電圧をゼロボルトとして、前記誘導電極部に±２０キロボルトを越えない電圧を印加することを特徴とする消防用筒先装置。
   
8. 　請求項１の消防用筒先装置に於いて、前記電圧印加部は、前記水側電極部の電圧をゼロボルトとして、前記誘導電極部に直流、交流、又はパルス状となる電圧を印加することを特徴とする消防用筒先装置。
   
9. 　請求項１の消防用筒先装置に於いて、前記誘導電極部の一部又は全部を絶縁性材料で被覆したことを特徴とする消防用筒先装置。
   
10. 　請求項１の消防用筒先装置に於いて、前記ノズル部に噴射角度調整機構を設けたことを特徴とする消防用筒先装置。

Images