特許 6190010 ガス系消火設備の制御方法およびガス系消火システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6190010

(24)【登録日】2017年8月10日

(45)【発行日】2017年8月30日

(54)【発明の名称】ガス系消火設備の制御方法およびガス系消火システム

(51)【国際特許分類】

   A62C 35/02 20060101AFI20170821BHJP

【ＦＩ】

   A62C35/02 A

【請求項の数】5

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2016-141410(P2016-141410)

(22)【出願日】2016年7月19日

【審査請求日】2016年7月19日

(73)【特許権者】

【識別番号】390010342

【氏名又は名称】エア・ウォーター防災株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】特許業務法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】後藤 秀晃

【審査官】 二之湯 正俊

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−１０８１８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−１０６７６３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ａ６２Ｃ ２／００−９９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

容器内の消火剤ガスを配管を経由して防護区画へ導入し、かつ、防護区画から消火剤ガスを排出する、ガス系消火設備の制御方法であって、防護区画へ消火剤ガスが導入されてから５秒−４０秒間の配管入口の消火剤ガスの平均流量は、放出容器１本当たり０．３２ｋｇ／ｓ以上０．４８ｋｇ／ｓ以下となるように流量を制御し、０秒−５秒間の配管入口の消火剤ガスの平均流量が０．４８ｋｇ／ｓを超えることを許容する、ガス系消火設備の制御方法。

【請求項2】

０秒−５秒間の配管入口の消火剤ガスの平均流量が、０．４８ｋｇ／ｓ＋Ｖ×Ｐ×ｍ／５以下であれば許容する（Ｖは配管内の体積（ｍ^３）、Ｐは０−５秒の配管の平均圧力（Ｐａ）、ｍは消火剤ガスの比重（ｋｇ／Ｐａ・ｍ^３）である）、請求項１に記載のガス系消火設備の制御方法。

【請求項3】

容器内の消火剤ガスを配管を経由して防護区画へ導入し、かつ、防護区画から消火剤ガスを排出する、ガス系消火システムであって、防護区画へ消火剤ガスが導入されてから５秒−４０秒間の配管入口の消火剤ガスの平均流量は、放出容器１本当たり０．３２ｋｇ／ｓ以上０．４８ｋｇ／ｓ以下となるように流量を制御し、０秒−５秒間の配管入口の消火剤ガスの平均流量が０．４８ｋｇ／ｓを超えることを許容する、ガス系消火システム。

【請求項4】

０秒−５秒間の配管入口の消火剤ガスの平均流量が、０．４８ｋｇ／ｓ＋Ｖ×Ｐ×ｍ／５以下であれば許容する（Ｖは配管内の体積（ｍ^３）、Ｐは０−５秒の配管の平均圧力（Ｐａ）、ｍは消火剤ガスの比重（ｋｇ／Ｐａ・ｍ^３）である）、請求項３に記載のガス系消火システム。

【請求項5】

０秒−５秒間の配管入口の消火剤ガスの平均流量が、０．４８ｋｇ／ｓを超え０．４８ｋｇ／ｓ＋Ｖ×Ｐ×ｍ／５以下である（Ｖは配管内の体積（ｍ^３）、Ｐは０−５秒の配管の平均圧力（Ｐａ）、ｍは消火剤ガスの比重（ｋｇ／Ｐａ・ｍ^３）である）、請求項３または４に記載のガス系消火システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明はガス系消火設備の制御方法およびガス系消火システムに関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、ガス系消火設備は、たとえば特開２０１４−１０８１８５号公報（特許文献１）に開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１４−１０８１８５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

従来のガス系消火設備では施工コストが高いという問題があった。そこで、この発明は上記の問題点を解決するためになされたものであり、施工コストを低下させることが可能なガス系消火設備の制御方法およびガス系消火システムを提供することを目的とするものである。

【課題を解決するための手段】

【0005】

この発明に従ったガス系消火設備の制御方法は、容器内の消火剤ガスを配管を経由して防護区画へ導入し、かつ、防護区画から消火剤ガスを排出する、ガス系消火設備の制御方法であって、防護区画へ消火剤ガスが導入されてから５秒−４０秒間の配管入口の消火剤ガスの平均流量は、放出容器１本当たり０．３２ｋｇ／ｓ以上０．４８ｋｇ／ｓ以下である。０秒−５秒間の配管入口の消火剤ガスの平均流量が０．４８ｋｇ／ｓを超えることを許容する。

【0006】

好ましくは、０秒−５秒間の配管入口での消火剤ガスの平均流量が、０．４８ｋｇ／ｓ＋Ｖ×Ｐ×ｍ／５以下までであれば許容する（Ｖは配管内の体積（ｍ³）、Ｐは０−５秒の配管の平均圧力（Ｐａ）、ｍは消火剤ガスの比重（ｋｇ／Ｐａ・ｍ³）である）。

【0007】

この発明に従ったガス系消火システムは、容器内の消火剤ガスを配管を経由して防護区画へ導入し、かつ、防護区画から消火剤ガスを排出する、ガス系消火システムであって、防護区画へ消火剤ガスが導入されてから５秒−４０秒間の配管入口の消火剤ガスの平均流量は、放出容器１本当たり０．３２ｋｇ／ｓ以上０．４８ｋｇ／ｓ以下に制御される。０秒−５秒間の配管入口の消火剤ガスの平均流量が０．４８ｋｇ／ｓを超えることを許容する。

【0008】

好ましくは、０秒−５秒間の配管入口の消火剤ガスの平均流量が、０．４８ｋｇ／ｓ＋Ｖ×Ｐ×ｍ／５以下までであれば許容する（Ｖは配管内の体積（ｍ³）、Ｐは０−５秒の配管の平均圧力（Ｐａ）、ｍは消火剤ガスの比重（ｋｇ／Ｐａ・ｍ³）である）。

【0009】

好ましくは、０秒−５秒間の配管入口の消火剤ガスの平均流量が、０．４８ｋｇ／ｓを超え０．４８ｋｇ／ｓ＋Ｖ×Ｐ×ｍ／５以下である。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施の形態１に従ったガス消火設備の模式図である。

【図2】図１中のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。

【図3】窒素消火時の圧力変化を示すグラフである。

【図4】調整圧力を約３−４ＭＰａとした場合の窒素消火時の圧力変化を示すグラフである。

【図5】実施の形態２に従ったガス消火設備の模式図である。

【図6】実施の形態２に従ったガス消火設備ので用いられる調整弁の模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。以下の実施の形態では同一または相当する部分については同一の参照符号を付し、その説明については繰り返さない。また、各実施の形態を組み合わせることも可能である。

【0012】

（実施の形態１）
本発明者は、従来の問題点、すなわち、ガス系消火設備において施工コストが高く、設計の自由度が低いという問題について分析した。その結果、ガス系消火設備のコストおよび設計の自由度に関して、消火剤ガスを導入するための配管、減圧弁、および消火剤ガスを排出するためのダクトのコストが高く、設計の自由度を狭めているという問題を見出した。

【0013】

従来のダクトは、消火剤ガスが導入される防護区域からその防護区域を有する建物の外まで延びている。仮にダクトが従来よりも細くなれば、ダクトに関連する施工コストを低下させることができる。配管を細くすることでも、施工コストを低下させることができる。

【0014】

さらにダクトは建物内で縦および／または横方向に延びるため、建物の構造にも影響を与える。仮に、ダクトが従来よりも細くなれば従来はダクトを配管することができなかった狭い場所にもダクトを配管することができ、設計の自由度が高まる。配管が細くなれば、設計の自由度が高まる。減圧弁において厳密に圧力をコントロールするためには減圧弁のコストが高くなる。減圧弁において厳密に圧力をコントロールする必要が無ければ、施工コストを低下させることができる。

【0015】

図１から３を参照して、ガス消火設備は、防護区画１内へ消火剤ガスを送る配管３と、防護区画１に接続されて消火剤ガスを排出するためのダクト２とを備える。

【0016】

防護区画１は、ビルなどの建物に設けられる部屋である。電子機器が設けられている部屋では、消火のために水を用いることができず、消火剤ガスを用いて消火を行う。噴射ノズル４から消火ガス剤を防護区画１に放出して、不活性の消火剤ガスを防護区画１に充満させて酸素濃度を減少させることで消火することが可能である。消火剤ガスとしては、窒素、アルゴンなどの不活性ガスおよびハロゲン系のガスが用いられる。

【0017】

ダクト２は、防護区画１の消火剤ガスを防護区画１から放出するためのガス経路である。ダクト２は、中空であり角型および丸型のいずれであってもよい。防護区画１の避圧口１ａでダクト２の端部には、ダンパ１２が設けられており、ダンパ１２が開閉することでダクト２と防護区画１とが連通および遮断される。ダンパ１２は実線で記載されている位置から点線で記載されている位置まで回動可能である。この実施の形態では防護区画１に一本のダクト２のみが設けられているが、複数本のダクト２が設けられていてもよい。

【0018】

ダクト２は、入口（避圧口１ａ）から出口１３まで延びている。
配管３は、防護区画１外に配置されているガス貯蔵容器５から防護区画１へ消火剤ガスを送るための経路である。ガス貯蔵容器５には、減圧弁（圧力調整器）５０が設けられており、減圧弁５０を通過した消火剤ガスが配管３および噴射ノズル４を経由して防護区画１へ放出される。

【0019】

複数のガス貯蔵容器５に集合管１７が接続されている。集合管１７には、各々のガス貯蔵容器５から消火剤ガスが供給される。集合管１７、減圧弁５０またはガス貯蔵容器５のいずれかには、ガス貯蔵容器５から集合管１７への消火剤ガスの供給を制御する制御部１５が接続されている。この実施の形態では、複数のガス貯蔵容器５を用いているが、１つのみのガス貯蔵容器５を用いてもよい。この場合、集合管１７は不要である。ガス貯蔵容器５に配管３が接続される。配管３入口での消火剤ガスの圧力を厳密に制御することで、消火剤ガスが導入されてから５秒−４０秒間の配管３入口の消火剤ガスの平均流量は、放出容器（ガス貯蔵容器５）１本当たり０．３２ｋｇ／ｓ以上０．４８ｋｇ／ｓ以下となる。０秒−５秒間の配管３入口の消火剤ガスの平均流量が、０．４８ｋｇ／ｓを超えても許容される。好ましくは、この期間の配管３入口における消火剤ガスの平均流量の上限は、０．４８ｋｇ／ｓ＋Ｖ×Ｐ×ｍ／５以下である。Ｖは配管内の体積（ｍ³）、Ｐは０−５秒の配管の平均圧力（Ｐａ）、ｍは消火剤ガスの比重（ｋｇ／Ｐａ・ｍ³）である。

【0020】

図３を参照して、曲線１０１は一つのガス貯蔵容器５内での消火ガス剤の圧力を示す。曲線１０２は、５本のガス貯蔵容器５を同時に開弁した場合における集合管１７の出口での消火ガス剤の圧力を示す。曲線１０３は、５本のガス貯蔵容器５を同時に開弁した場合における噴射ノズル４での消火ガス剤の圧力を示す。点１０５は、曲線１０２における最大圧力を示す。

【0021】

曲線１１１から１１５は、第１から第５のガス貯蔵容器５を開弁した場合における容器弁としての減圧弁５０の出口での消火ガス剤の圧力を示す。曲線１０４は曲線１１１から１１５で示す消火剤の圧力の合計により構成される減圧弁５０の出口での消火剤ガスの圧力を示す。

【0022】

点１０５は曲線１０２における最大圧力を示しており、この最大圧力を考慮して避圧口１ａの大きさを決定する。すなわち点１０５で示す最大圧力が大きければ避圧口の径、およびダクト２の径を大きくする必要があり、建設コストが増大する。５本のガス貯蔵容器５を同時に開弁すれば、各々のガス貯蔵容器５から放出される消火剤ガスのピーク圧力が重なる。その結果、最大圧力が大きくなり、避圧口１ａおよびダクト２の径が大きくなる。これに対して、５本のガス貯蔵容器５の開弁時期をずらすことにより、曲線１１１から１１５で示す各ガス貯蔵容器５から放出される消火剤ガスのピーク圧力が重なることを防止できる。その結果、曲線１０４における最大圧力は、曲線１０５における最大圧力よりも小さくなる。

【0023】

図３では、流量制御（圧力制御）が安定していない減圧弁５０を示している。流量制御が安定していないため、曲線１０２で示す減圧弁５０の出口圧力も安定していない。

【0024】

図４は、流量制御（圧力制御）が安定している減圧弁５０を用いた例を示している。図４の曲線１４１は、１本のガス貯蔵容器５を開弁した場合における減圧弁５０の出口での消火ガス剤の圧力を示す。

【0025】

図４で示すように、流星制御（圧力制御）が安定している減圧弁５０では、出口圧力が安定している。減圧弁５０の出口圧力はほぼ一定となっている。

【0026】

防護区画１へ消火剤ガスが導入されてから５秒−４０秒間の配管３入口の消火剤ガスの消火剤ガスの平均流量（５秒間の平均流量（ｋｇ／ｓ））は、放出容器１本当たり０．３２ｋｇ／ｓ以上０．４８ｋｇ／ｓ以下に制御されることが必要であること、０秒−５秒間の配管３入口の消火剤ガスの平均流量が０．４８ｋｇ／ｓを超えてもよいことを本発明者は見出した。

【0027】

図１の装置を用いて、消火剤ガスを防護区画１に放出する実験を行った。放出開始からの経過時間が０から６０秒での放出容器１本当たりの消火剤ガスの平均流量は以下の通りである（表１は実験例１、表２は実験例２−４）。表１および２では、配管３のサイズを２０Ａ（内径１９．４ｍｍ）、配管３の長さを１０ｍ、配管３内の容積を２．９５４×１０^−３ｍ^３配管内に流れ込むガスの入口圧力を５ＭＰａ、配管３内の抵抗で生じる圧力損失を２ＭＰａ、噴射ノズル４前のガス圧を３ＭＰａとし、配管３内の平均圧力を４ＭＰａとし、減圧弁５０および制御部により、配管３入口の経時的なガス流量を調整した。

【0028】

【表1】

【0029】

【表2】

【0030】

上記の表１から、放出後４０秒までは時間当たりの質量の変化が一定となり、一定流量で放出できることが分かる。４０秒後以降は、容器内の圧力が低下し、減圧弁の調整圧力以下となる為、放出量は成り行きとなる。

【0031】

容器内の消火剤（窒素ガス）の質量は、約２４ｋｇである。８３Ｌの容器にて３０ＭＰａ（３００気圧）で充填されている。これらのガスを１分間で放出することをベースとして平均流量を規定すると、１秒あたり約０．４ｋｇ（≒（２４ｋｇ／６０秒））となり、±２０％の範囲内として０．３２ｋｇ／ｓ〜０．４８ｋｇ／ｓとなる。

【0032】

防護区画１へ消火剤ガスが導入されてから５秒−４０秒間の配管３入口の消火剤ガスの平均流量（ｋｇ/ｓ）を、放出容器１本当たり０．３２ｋｇ／ｓ以上０．４８ｋｇ／ｓ以下に制御するためには、ピークの圧力を低下させる必要がある。ピークの圧力を低下させるために、図１で示したような、複数のガス貯蔵容器５の開弁時期をずらすか、流量制御が安定している減圧弁５０を用いる方法がある。開弁から５秒以内は、圧力が急激に変動する。この部分で仮に配管内圧力が高くなったとしても、短時間であるため防護区画１内の圧力を過剰に高くするものではない。その結果、この部分での圧力が変動しても問題は無い。開弁から４０秒経過後は、ガス貯蔵容器５の圧力が低下しているため、配管３入口の圧力は減少する。そのため、開弁から４０秒経過するまでの配管３入口の圧力が、ピーク圧力に大きな影響を与える。

【0033】

表２からは、０−５秒の平均流量が０．４８ｋｇ／ｓを超えていることが分かる。これは、０−５秒の範囲であれば、平均流量が０．４８を超えてもよいことを示している。開弁から５秒以内（０−５秒）については、配管入口の圧力が高くなり、流速が０．４８ｋｇ／ｓを超えたとしても、配管３内に消火剤ガスが充填されていない時間であるため、防護区画１内の圧力を過剰に高くするものではない。そのため、平均流量が０．４８ｋｇ／ｓを超えても許容される。

【0034】

開弁から５秒以内に平均流量を０．３２から０．４８ｋｇ／ｓに保つためには、減圧弁で高精度に流量を制御する必要があり、減圧弁のコストが増加する。減圧弁のコストは施工のコストに含まれるため、施工のコストも増加する。これに対して、０−５秒の平均流量をの上限を０．４８ｋｇ／ｓに限定しない場合には、当該区間における減圧弁における高精度の流量制御が不要である。その結果、減圧弁のコストを含めた施工コストを低下させることができる。

【0035】

０秒−５秒間の配管３入口の消火剤ガスの平均流量が、０．４８ｋｇ／ｓ＋Ｖ×Ｐ×ｍ／５以下までであればさらに好ましい。Ｖは配管３の体積（ｍ³）、Ｐは０−５秒の配管３の平均圧力（Ｐａ）、ｍは消火剤ガスの比重（ｋｇ／Ｐａ・ｍ³）である。開弁時には消火剤ガスは配管３内に充填されていない。開弁時に５秒間で配管３内に消火剤ガスを充填するためには、Ｖ×Ｐ×ｍ（ｋｇ）の消火剤ガスを供給する必要がある。そのため配管３入口に通常の流量の０．４８ｋｇ／ｓに追加してＶ×Ｐ×ｍ／５（ｋｇ／ｓ）の平均流量の消火剤ガスを流すことで、配管３内を消火剤ガスで充填することができる。

【0036】

配管３の入口での消火剤ガスの流入量をｑ（ｋｇ／ｓ）とし、配管の出口からの消火剤ガスの流出量（防護区画への消火剤ガスの放出量）をＱ（ｋｇ／ｓ）とする。開弁後５秒以上経過した定常状態ではｑ＝Ｑである。しかしながら、開弁後５秒以内の非定常状態ではｑ＞Ｑである。その理由は、配管内に消火剤ガスが流入するからである。

【0037】

開弁から５秒経過後は、配管３内は消火剤ガスで充填されているため、配管３内の消火剤ガスの平均流量の上限は０．４８ｋｇ／ｓとなる。０秒−５秒間の配管入口の消火剤ガスの平均流量が、０．４８ｋｇ／ｓを超え０．４８ｋｇ／ｓ＋Ｖ×Ｐ×ｍ／５以下であれば、配管３内に早期に消火剤ガスを充填することできる。その結果、安定した消火剤ガスの放出が可能となる。

【0038】

（実施の形態２）
図５で示すように、実施の形態２では、配管３に調整弁１６が設けられている点で、実施の形態１と異なる。調整弁１６は減圧弁５０とは別に設けられており、出口側のガス消火剤の圧力を一定にする働きを有する。減圧弁５０は、この実施の形態では、圧力を調整する機能を有していないものであってもよい。すなわち、減圧弁５０は、ガス貯蔵容器５を開閉する機能のみを有していてもよい。

【0039】

配管３は、図５では一本のみ示されているが、集合管１７から減圧弁５０までの間には配管３は三本存在している。この三本の配管３の各々に調整弁１６が設けられていてもよい。

【0040】

図６で示すように、調整弁１６は、筐体２１、筐体２１に設けられた入口流路２２、筐体２１内に設けられた入口側バネ２３、筐体２１内の設けられた出口側バネ２４、入口側バネ２３と出口側バネ２４とで付勢される可動体２５、出口側バネ２４が封入され、可動体２５が矢印１６ａ，１６ｂで示す方向に移動可能なシリンダ２６、消火剤ガスが流れる筐体内流路２７、筐体内流路２７と連通した出口側流路２８、および仕切部材２９とを有する。可動体２５は、仕切部材２９により形成された開口２９ａに隣接する入口側弁２５ｃと、出口側に配置された出口側弁２５ａと、出口側弁２５ａと入口側弁２５ｃとを接続するシャフト２５ｂとを有する。

【0041】

調整弁１６に流入する消火剤ガスの圧力が高くなると、消火剤ガスの流速も速くなる。その結果、可動体２５は矢印１６ａで示す方向に移動する。入口側弁２５ｃが開口２９ａに近くなり、開口２９ａでの圧力損失が大きくなり消火剤ガスの平均流量が低下する。

【0042】

調整弁１６に流入する消火剤ガスの圧力が低くなると、消火剤ガスの流速も遅くなる。その結果、可動体２５は矢印１６ｂで示す方向に移動する。入口側弁２５ｃが開口２９ａから遠ざかり、開口２９ａでの圧力損失が小さくなり消火剤ガスの平均流量が増大する。

【0043】

すなわち、ガス系消火設備は、消火剤ガスが貯蔵された複数のガス貯蔵容器５と、消火剤ガスを防護区画１へ導入する導入手段としての配管３と、消火剤ガスが導入される防護区画１から消火剤ガスを排出するためのダクト２と、配管３に設けられて消火剤ガスを一定の平均流量で前記防護区画１へ導入する調整弁１６とを備える。減圧弁５０の下流側に調整弁１６を設けることにより、減圧弁５０の出口側で圧力が変動したとしても、この圧力の変動を調整弁１６が平滑化することができる。そのため、複数のガス貯蔵容器５を一度に開弁しても、調整弁１６によりピーク圧力が平滑化される。防護区画１へ消火剤ガスが導入されてから５秒−４０秒間の配管３入口の消火剤ガスの平均流量は、放出容器１本当たり０．３２ｋｇ／ｓ以上０．４８ｋｇ／ｓ以下である。０秒−５秒間の配管３入口の消火剤ガスの平均流量が０．４８ｋｇ／ｓを超えることは許容される。

【0044】

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【産業上の利用可能性】

【0045】

この発明は、ガス系消火設備の分野において利用することができる。

【符号の説明】

【0046】

１ 防護区画、１ａ 避圧口、２ ダクト、３ 配管、４ 噴射ノズル、５ ガス貯蔵容器、１２ ダンパ、１３ 出口、１５ 制御部、１６ 調整弁、１７ 集合管、５０ 減圧弁。

【要約】

【課題】施工費用の低減、設計の自由度の向上を実現できるガス系消火設備を提供する。
【解決手段】容器内の消火剤ガスを配管３を経由して防護区画１へ導入し、かつ、防護区画１から消火剤ガスを排出する、ガス系消火設備の制御方法であって、防護区画１へ消火剤ガスが導入されてから５秒−４０秒間の配管３入口の消火剤ガスの平均流量は、放出容器１本当たり０．３２ｋｇ／ｓ以上０．４８ｋｇ／ｓ以下である。０秒−５秒間の配管３入口の消火剤ガスの平均流量が０．４８ｋｇ／ｓを超えることを許容する。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】