(57)【要約】【課題】圧力損失の増加を抑制し、広い使用流量範囲で安定した消火剤の比例混合を行える。【解決手段】ベンチュリ管２におけるディフューザ部８の広がり角を６°〜８°の所望の角度で段階的に広げる。また、オリフィス１１の１次側の孔径を２次側の孔径より大きくする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
消火剤貯蔵加圧タンクに貯蔵された消火剤原液を所定濃度の水溶液となす消火剤混合装置において、ベンチュリ管におけるディフューザ部の広がり角を段階的に広げることを特徴とする消火剤混合装置。
【請求項２】
前記ディフューザ部の各段階の広がり角を６°〜８°の所望の角度で段階的に広げることを特徴とする請求項１記載の消火剤混合装置。
【請求項３】
前記ディフューザ部の各段階の広がり角のうち、少なくとも一段階の広がり角をＲ加工して曲面状としたことを特徴とする請求項１又は２記載の消火剤混合装置。
【請求項４】
消火剤貯蔵加圧タンクに貯蔵された消火剤原液を所定濃度の水溶液となす消火剤混合装置において、ベンチュリ管におけるディフューザ部の広がり角を段階的に広げると共に、消火剤貯蔵加圧タンクから送られてくる消火剤原液を所定の混合率に調節するオリフィスの孔の１次側をテーパー加工して、１次側の孔径を２次側の孔径より大きくしてなるオリフィスを備えたことを特徴とする消火剤混合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は泡及び閉鎖型噴霧消火設備等において用いる消火剤混合装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
泡ヘッドや閉鎖型噴霧ヘッド等（以下、「放出口」という。）から消火剤水溶液を放射する消火設備において、消火剤を水と希釈混合する装置を混合装置といい、プレッシャ・プロポーショナ（差圧混合装置）、ポンプ・プロポーショナ（ポンプ混合装置）、プレッシャ・サイド・プロポーショナ（圧入混合装置）、ライン・プロポーショナ（管路混合装置）などの多くの混合方式がある。このうち、プレッシャ・プロポーショナ（差圧混合装置）が最も多く使用されている。
【０００３】
プレッシャ・プロポーショナ（差圧混合装置）は、図９に示す如く、消火ポンプと放出口の間に、混合器１０１及び消火剤貯蔵加圧タンク１０２からなる混合装置１００を設け、消火配管主管１０３に接続された混合器１０１と消火剤貯蔵加圧タンク１０２は、加圧水側配管１０４と消火剤側配管１０５により接続されている。
【０００４】
プレッシャ・プロポーショナ（差圧混合装置）方式の混合器の動作原理は、図４に示す如く混合器１０１の内部に断面積狭小部１０１ａを設け、放出口の作動や試験弁の開放によって混合器に流水が発生すると狭小部１０１ａの水の速度（流速）は混合器１０１の入口部１０１ｂの流速より大きくなる。ベルヌーイの定理により混合器１０１の入口部１０１ｂの圧力に対し、狭小部１０１ａの圧力は低くなり、入口部１０１ｂと狭小部１０１ａの間には圧力差が発生し、入口部１０１ｂは加圧水側配管１０４を経て消火剤貯蔵加圧タンク１０２と、また狭小部１０１ａは消火剤側配管１０５を経て消火剤貯蔵加圧タンク１０２と接続される。消火剤貯蔵加圧タンク１０２は隔膜によって加圧水と消火剤を隔てており、混合器で発生した差圧により消火剤側の圧力が加圧水側の圧力より低くなると、加圧水が隔膜を経て混合器内に送り込まれ、水と消火剤が混合される。狭小部１０１ａで低下する圧力の大きさはそこを通過する流速に比例するため、混合器１０１に発生する差圧は流速に比例することになり、混合器１０１に送入される消火剤の流速も差圧に比例する。即ち、混合器１０１に送り込まれる消火剤の流速は混合器１０１を通過する水の速度（流速）に比例するため、圧力によらず流速（単位時間当たりの流量）に応じた消火薬剤の送入が可能となる。
【０００５】
また、混合装置１００は、ポンプから送られる水の流量が変化しても一定の希釈混合濃度で消火剤を混合する必要があり、この目的のために、消火剤側配管１０５の混合器１０１近くにオリフィス１０６等の流量調整器を設ける。このようにして消火剤貯蔵加圧タンク１０２内の消火剤の量を制御して混合器１０１内に圧送して、水と消火剤を混合し、所定濃度の水溶液を生成する。
【０００６】
また、プレッシャ・プロポーショナ（差圧混合装置）に用いる混合器１０１は、オリフィス型とベンチュリ型の２種類があるが、図４に示したベンチュリ型が主流を占めている。このベンチュリ型混合器の構造は、狭小部を作るノズル部１０１Ｂと、消火剤流入口１０１Ｄを持つ狭小部（以下、「スロート部」という。）１０１Ａと、狭小部１０１Ａで低下した圧力（制圧力）を回復させる放出口側配管に接続する広がり部（以下、「ディフューザ部」という。）１０１Ｃとにより構成される。
【０００７】
混合器１０１の入口圧力をＰ１、スロート部の圧力をＰ２、ディフューザ部出口圧力をＰ３とすると、混合器で発生する差圧はＰ１−Ｐ２、混合器の圧力損失はＰ１−Ｐ３となる。差圧は流量に比例するため、流量が少なく差圧の発生が小さすぎると加圧水側配管１０４や消火剤側配管１０５の摩擦損失や消火剤貯蔵加圧タンク内の隔膜の抵抗等により、充分に圧送できず、流量に比例した混合ができない。このため適正に混合するための差圧を得るのに必要な流量が当該混合器の最小流量となる。理論的には、スロート部で低下させた圧力は低下させる前の圧力まで回復するが、実際には、ディフューザ壁面の摩擦損失、乱流等により入口圧力まで回復させることはできない。このため、入口圧力とディフューザ部出口の圧力の差が当該混合器の圧力損失となる。ここで、流量が多いほどスロート部の圧力はより低くなり、ディフューザ部で回復させなければならない圧力の幅が大きくなる。また、ディフューザ部の摩擦損失も加速度的に増加する。この圧力損失の最大許容値を大きくすれば最大流量を多くすることはできるが、圧力損失が加速度的に増大するため、混合器の圧力損失をどこまで許容するかによって当該混合器の最大流量が決定されていた。許容する圧力損失を大きくし、流量範囲を拡大した場合、この圧力損失分を加算した能力の消火ポンプの設置や配管サイズを大きくすることなどが必要となり、コストアップの原因となるため広流量範囲の混合器の実用化は困難であった。
【０００８】
そしてまた、ベンチュリ型混合器で発生する圧力損失の殆どは、ディフューザ部１０１Ｃで発生する。そして、この部分の圧力損失は、ディフューザ部１０１Ｃの広がり角度が約６°〜８°のときが最小であることは流体力学の分野ではよく知られている。
【０００９】
【特許文献１】特開昭６４−１１５７０号公報
【００１０】
しかし、ディフューザ部１０１Ｃの広がり角を６°〜８°とした場合、壁面に発生する乱流が最も抑制されるが、その一方で放出口側配管（２次側）の配管内径まで混合器の内径をゆるやかに広げていくと、ディフューザ部の長さが非常に長くなってしまう問題があった（例えば、配管内径を１００ｍｍ、スロート部内径を２０ｍｍ、広がり角を７°とするとディフューザ部の長さは６５４ｍｍとなる。）。
【００１１】
そのため、従来の混合器では、広がり角度を７°とするもののディフューザ部１０１Ｃの内径を途中から曲線状に急激に広げており、混合器の全長は、短くすることができたが、その代償として元々の問題である大きな圧力損失を発生させることになり（圧力回復できない。）、様々な問題を解決して且つ混合器の使用流量範囲を広げることができなかった（即ち、広げるということが非常に困難であった。）。また、ディフューザ部の広がり角を６°〜８°に保持したままでは、流速が低下せず、壁面に乱流や摩擦が生じることによる圧力の損失も大きくなってしまう問題があった。
【００１２】
これらのことから、特許文献１の特開昭６４−１１５７０号公報では、実使用流量範囲の異なる混合器を複数設置し、流量に応じて適当な混合器に切り替え、適正な混合液を各泡消火ヘッドへ供給できるようにしている。したがって、コストが嵩んでいた。
【００１３】
また一方、図４、図５及び図６Ｂに示す従来の消火剤オリフィス１０６では、孔１０６Ａの全体が同一径であることから、消火剤オリフィスの流入部における圧力損失が大きいため、差圧に比例した消火剤量を混合器に投入できず、目標とする混合濃度が容易に得られなかった。それは差圧が小さい場合に発生し、少ない流量時から大きい流量時まで一定の混合濃度を得ることができなかった。即ち、圧力損失の抑制を考えてオリフィスの構造に特段の工夫を施すことは行われていなかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は上記の点に鑑みなされたものであって、圧力損失の増加を抑制し、広い使用流量範囲で安定した消火剤の比例混合を行える消火剤混合装置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】
【００１５】
而して、本発明の要旨とするところは、消火剤貯蔵加圧タンクに貯蔵された消火剤原液を所定濃度の水溶液となす消火剤混合装置において、ベンチュリ管におけるディフューザ部の広がり角を段階的に広げることを特徴とする消火剤混合装置にある。
【００１６】
また、上記構成において、ディフューザ部の各段階の広がり角を６°〜８°の所望の角度で段階的に広げるようにしてもよい。
【００１７】
また、上記構成において、ディフューザ部の各段階の広がり角のうち、少なくとも一段階の広がり角をＲ加工して曲面状としてもよい。
【００１８】
また、本発明は、消火剤貯蔵加圧タンクに貯蔵された消火剤原液を所定濃度の水溶液となす消火剤混合装置において、ベンチュリ管におけるディフューザ部の広がり角を段階的に広げると共に、消火剤貯蔵加圧タンクから送られてくる消火剤原液を所定の混合率に調節するオリフィスの孔の１次側をテーパー加工して、１次側の孔径を２次側の孔径より大きくしてなるオリフィスを備えたことを特徴とする消火剤混合装置をもその要旨とするものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、圧力損失の増加を抑制し、広い使用流量範囲で安定した消火剤の比例混合を行えるものである。尚、本発明は消火剤混合装置の混合器について説明するが、例えば、差圧を利用するベンチュリ管のディフューザ構造を持つ配管やオリフィスの構造についても本発明を逸脱しない範囲で適宜適用可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明を実施するための最良の形態は、ベンチュリ管のディフューザ部の広がり角を段階的に広げることであり、またその段階的に広げる角度については、各段階の広がり角度を６°〜８°の所望の角度とすることである。
【実施例１】
【００２１】
以下、本発明の実施例について説明する。
図１は本発明の実施例１の中央縦断側面図、図２はディフューザ部の広がり角度の説明図、図３は消火剤原液オリフィスを示す図１中Ｂ部分の拡大図である。
【００２２】
図中、１は消火剤混合装置であり、図においては消火配管主管と消火剤貯蔵加圧タンクは省略している。２は前記消火剤混合装置における混合器であるベンチュリ管である。また、該ベンチュリ管２は内部に断面積狭小部３を設け、放出口の作動や試験弁の開放によってここを通過する水の速度（流速）が大きくなることにより、入口部４の圧力に対して狭小部３の圧力を低下させ（ベルヌーイの定理）、その圧力差により消火剤貯蔵加圧タンク内の消火剤を狭小部３に送り込み、水と消火剤を混合させるものである。
【００２３】
また、該ベンチュリ管２は、狭小部３を作るノズル部５と、消火剤流入口６を持つ狭小部（以下、「スロート部」という。）７と、スロート部７で低下した圧力（制圧力）を回復させる放出口側配管に接続する広がり部（以下、「ディフューザ部」という。）８とにより構成される。尚、９はスロート部７を包囲する環状室、１０は消火剤供給口である。
【００２４】
而して、本発明はディフューザ部８の広がり角を、６°〜８°の所望の角度で段階的に広げることを特徴とするものであり、本実施例においては、図１及び図２に示す如く、７°→１４°→２１°とし、初期の広がり角の倍数で段階的に広げている。また、ディフューザ部８の各段階の広がり角のうち、少なくとも一段階の広がり角をＲ加工して曲面状とすることが望ましく、本実施例では二段階いずれの広がり角（図２中Ｃ部分）ともＲ加工して曲面状としている。
【００２５】
ディフューザ部８の広がり角を７°で乱流の発生を最小となるように広げ、当該広がり角で損失係数が最小となるディフューザ長さまで保持し（図示しないが、円錐ディフューザの損失係数が最小となる形状を求める公知のグラフより求めた。）、その壁面から片側３．５°（両側で＋７°、全体の広がり角１４°）で広げる。混合器の最終的な内径が目標の内径（混合器の２次側に接続する配管の内径）となるまで段階的に繰り返す。
【００２６】
図１及び図２では、ディフューザ部８の広がり角を、７°→１４°→２１°と段階的に広げているが、例えば、１段目で広げる角を６°〜８°、２段目で広げる角を１２°〜１６°、・・・、ｎ段目で広げる角を６ｎ°〜８ｎ°、と圧力損失が最小となる広がり角を６°〜８°の任意の角度で段階的に広げて行けば、同様の効果を得ることができる。
【００２７】
而して、本実施例の如く、ディフューザ部８の広がり角を、７°→１４°→２１°と段階的に広げた場合のディフューザ部８の長さは、ベンチュリ管本体の初期の広がり角を維持した場合の６０％とすることができる。また、ベンチュリ管本体の全長は、従来の混合器の約１．５倍となってしまうが、流量範囲は約１．４倍に広げることができる。
【実施例２】
【００２８】
次に、図３に示したオリフィス１１を備えた消火剤混合装置について説明する。
該オリフィス１１は、消火剤貯蔵加圧タンクから送られてくる泡消火剤原液を所定の混合率に調節するものであり、その１次側をテーパー加工して、１次側の孔１１ａの径を２次側の孔１１ｂの径より大きくしてなるものである。
【００２９】
これにより、消火剤オリフィスにおける圧力損失を低下させることができ、図６Ａに示す如く、消火剤が消火剤オリフィスを通過しやすくなる。その結果、オリフィスを通過する流量や消火剤側配管の等価管長によらず安定した混合率を得ることができるものである。
【００３０】
その結果は、表１と図７及び図８に示す通りである。
【００３１】
【表１】
2006095004.tif 000003
【００３２】
図７の流量−差圧グラフで１次側に面取りを施した場合と面取りを施さない場合を比較しても両者の混合器で発生した差圧に大きな差は見られないが、図８の流量−混合率グラフでは、混合濃度が増加すると共に流量別混合濃度の安定性も増加している。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施例１の中央縦断側面図である。
【図２】ディフューザ部の広がり角度の説明図である。
【図３】消火剤原液オリフィスを示す図１中Ｂ部分の拡大図である。
【図４】従来の消火剤混合装置の中央縦断側面図である。
【図５】従来の消火剤原液オリフィスを示す図４中Ａ部分の拡大図である。
【図６Ａ】本発明の消火剤原液オリフィスの流れを示す説明図である。
【図６Ｂ】従来の消火剤原液オリフィスの流れを示す説明図である。
【図７】本発明の消火剤原液オリフィスと従来の消火剤原液オリフィスとの流量−差圧グラフである。
【図８】本発明の消火剤原液オリフィスと従来の消火剤原液オリフィスとの流量−混合率グラフである。
【図９】差圧混合装置の説明図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  消火剤混合装置
２  混合器
３  狭小部
４  混合器入口部
５  ノズル部
６  消火剤流入口
７  スロート部
８  ディフューザ部
９  環状室
１０  消火剤供給口
１１  消火剤オリフィス
１１ａ  消火剤オリフィスの１次側の孔
１１ｂ  消火剤オリフィスの２次側の孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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