(57)【要約】【課題】カメラの搭載を必要とすることなくトンネル内で発生した火災を確実に消火可能とする。【解決手段】トンネル壁面に沿って長手方向に配置されたレールにより走行してトンネル内で発生した火災を消火するトンネル用消火ロボットであって、トンネル長手方向に分割された放水区間の区間長をカバーすると共にトンネル断面方向の幅をカバーする水噴霧パターンで放水する広域水噴霧ヘッド６と、放水区間の各々に設置された給水コンセント１４に対し着脱自在な給水プラグ１２と、駆動輪４を駆動してレールに沿って走行させる駆動ユニット１６と、外部との間で情報をやり取りする通信ユニット１８を介して外部から指示された放水区間の給水コンセント１４の位置に走行して給水プラグ１２を接続して広域水噴霧ヘッド６から放水させるコントローラ１７とを備える。【選択図】　　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネル壁面に沿って長手方向に配置されたレールにより走行してトンネル内で発生した火災を消火又は抑制するトンネル用消火ロボットに於いて、
トンネル長手方向に分割された放水区画の長手方向の幅を少なくともカバーすると共にトンネル断面方向の幅をカバーする水噴霧パターンで放水する広域水噴霧ヘッドと、
前記放水区間の各々に設置された給水コンセントに対し着脱自在な給水プラグと、
前記広域水噴霧ヘッドからの散水圧力を調整可能な自動弁と、
走行輪を駆動して前記レールに沿って走行させる駆動ユニットと、
外部との間で情報をやり取りする通信ユニットと、
前記通信ユニットを介して外部から指示された放水区間の給水コンセントの位置に走行して前記給水プラグを接続して前記広域水噴霧ヘッドから放水させるコントローラと、
を備えたことを特徴とするトンネル用消火ロボット。
【請求項２】
請求項１記載のトンネル用消火ロボットに於いて、前記広域水噴霧ヘッドは、遠距離ノズル、中距離ノズル、及び近距離ノズルを１又は複数備えたことを特徴とするトンネル用消火ロボット。
【請求項３】
請求項１記載のトンネル用消火ロボットに於いて、前記コントローラは、トンネル側に設置された給水コンセントに予め設定されている区画番号を認識して指示された移動先の区画番号と比較し、両者の一致する給水コンセントの位置に停止して給水プラグを接続することを特徴とするトンネル用消火ロボット。
【請求項４】
請求項１記載のトンネル用消火ロボットに於いて、更に、風速を検知するセンサを備え、前記コントローラは、前記センサで検出した風速に応じて前記広域水噴霧ヘッドを制御することを特徴とするトンネル用消火ロボット。
【請求項５】
請求項４記載のトンネル用消火ロボットに於いて、前記コントローラは、前記センサで検出した風速に応じてロボット本体に対し前記広域水噴霧ヘッドを旋回制御することを特徴とするトンネル用消火ロボット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トンネル壁面に沿って長手方向に配置されたレールにより走行してトンネル内で発生した火災を消火・抑制するトンネル用消火ロボットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、長大なトンネルや交通量の多いトンネルには、車両火災による延焼防止、トンネル躯体保護、火災抑制、トンネル内設備を保護するため水噴霧設備が設置されている。
【０００３】
水噴霧設備は、火災検出器からの火災信号、或いは手動通報機からの火災信号を受けて、火災地点を防護している区画と隣接区画に対して、手動或いは自動で放水起動される。
【０００４】
水噴霧設備は、従来、５ｍ毎に設置される水噴霧ヘッドと５０ｍ毎に設置される自動弁装置から構成されるが、ヘッド取り付け用の配管は路面より４〜６ｍの高さの側壁部に設置されるため、配管工事の費用負担が大きく、またドライバの目障りになり、更にメンテナンスに手間がかかるなどの問題がある。
【０００５】
そこで、トンネル内に設置したレールを走行して消火する消火ロボットを敷設することが考えられ、例えば特開平１０−１６５５３５、特開平９−１２２２６３にその例がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の走行式消火ロボットに付けられる水噴霧ヘッドは、放水銃のような指向性があるヘッドが考えられており、火点方向に正しく制御するために、ＩＴＶカメラや赤外線カメラとの組み合わせで火点位置を確定し、放水する方法が提案されている。
【０００７】
しかし、実際に火災が起きた状況下では、以下の問題があり、走行式消火ロボットの実現の可能性を制限している。
【０００８】
まず火災により発生する煙の中で、消火ロボットに搭載しているカメラで火点を確定することが難しい。また、カメラにより実際の炎と反射による虚像との区別を確実に付けることが難しく、放水方向に狂いが生ずる危険性がある。また高温下で長く動作するカメラの提供が難しい。
【０００９】
更に、ヘッドとして放水銃を使用する場合には、消火が確実にできないと延焼の危険やトンネル躯体の破壊の可能性があり、散水障害等を考えると１００％の消火を保証できない。
【００１０】
本発明は、カメラの搭載を必要とすることなくトンネル内で発生した火災を確実に消火または抑制可能なトンネル用消火ロボットを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため本発明は次のように構成する。本発明は、トンネル壁面に沿って長手方向に配置されたレールにより走行してトンネル内で発生した火災を消火するトンネル用消火ロボットに於いて、トンネル長手方向に分割された放水区間の長手方向の幅を少なくともカバーすると共にトンネル断面方向の幅をカバーする水噴霧パターンで放水する広域水噴霧ヘッドと、放水区間の各々に設置された給水コンセントに対し着脱自在な給水プラグと、広域水噴霧ヘッドからの散水圧力を調整可能な自動弁と、走行輪を駆動してレールに沿って走行させる駆動ユニットと、外部との間で情報をやり取りする通信ユニットと、通信ユニットを介して外部から指示された放水区間の給水コンセントの位置に走行して前記給水プラグを接続して広域水噴霧ヘッドから放水させるコントローラとを備えたことを特徴とする。
【００１２】
このような本発明のトンネル用消火ロボットによれば、火災が発生した放水区間の設置している給水コンセントの位置にロボットが走行して停止し、給水プラグを接続して広域水噴霧ヘッドから水噴霧し、火災が発生している給水区画を十分カバーする水噴霧を行って迅速かつ確実に消火または抑制することができる。
【００１３】
また指向性のある放水銃のように火点を特定する必要がないため、ロボットにカメラの搭載が不要となり、ロボットの構造を簡単にしてコストダウンし、これによって消火ロボットの実用化を大きく促進する。更に、カメラを搭載しない分、メンテナンスも容易となり、信頼性が高まる。
【００１４】
ロボットに搭載する広域水噴霧ヘッドは、遠距離ノズル、中距離ノズル、及び近距離ノズルを１又は複数備える。コントローラは、トンネル側に設置された給水コンセントに予め設定されている区画番号を認識して指示された移動先の区画番号と比較し、両者の一致する給水コンセントの位置に停止して給水プラグを接続する。
【００１５】
本発明のトンネル用消火ロボットは、更に、風速を検知するセンサを備え、コントローラはセンサで検出した風速に応じて広域水噴霧ヘッドを制御する。これによりトンネル内を吹いている風の影響を受けることが少ないようにして、火災を迅速且つ確実に消火する。コントローラは、例えばセンサで検出した風速に応じてロボット本体に対し広域水噴霧ヘッドを旋回制御する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は本発明によるトンネル用消火ロボットの一実施形態を示した説明図である。
【００１７】
図１において、本発明の消火ロボット１は、ロボット本体２と広域水噴霧ヘッド６で構成されている。ロボット本体２は、トンネル壁面側の長手方向に沿って配置されたレール兼用消火主管３に対し、駆動輪４とガイド輪５により懸架されて走行自在に設けられている。この実施形態にあっては消火ロボット１のレールとしてレール兼用消火主管３を使用しているが、専用のレールであってもよい。
【００１８】
ロボット本体２の下部にはヘッド連結部１０により広域水噴霧ヘッド６が装着される。広域水噴霧ヘッド６は、ほぼ半球形状を持っており、上部平坦部に複数の遠距離ノズル７を配置し、下側の球部周側に複数の中距離ノズル８を設置し、更に球部下側に複数の近距離ノズル９を配置している。
【００１９】
この広域水噴霧ヘッド６は、トンネル長手方向に分割された放水区間の区間長、例えば区画長Ｌ＝２５ｍまたは１２．５ｍの長手方向の幅を少なくともカバーし、且つトンネル断面方向の幅をカバーする水噴霧パターンを形成する放水能力を備える。
【００２０】
広域水噴霧ヘッド６に対するレール兼用消火主管３からの消火用水の供給は、レール兼用消火主管３側に設けられている給水コンセント１４から行われる。レール兼用消火主管３側の給水コンセント１４は、トンネル長手方向に分割された放水区間の長手方向の区画長Ｌ、例えばＬ＝２５ｍ間隔で設置されている。
【００２１】
この給水コンセント１４に対応して、消火ロボット１のロボット本体２には電動開閉弁１３を介して給水プラグ１２が設けられており、消火ロボット１を給水コンセント１４の位置に走行して停止した状態で給水プラグ１２を給水コンセント１４に接続し、電動開閉弁１３を開くことで、レール兼用消火主管３から加圧された消火用水を受けることができる。また、開閉弁１３から広域水噴霧ヘッド６までの配管の途中には自動弁１１が設けられている。
【００２２】
給水プラグ１２は消火ロボット１の走行中は、給水コンセント１４の先端に対し所定のクリアランスを持つ位置に配置されており、給水コンセント１４の位置に停止して接続する際に、モータ駆動や電磁アクチュエータなどにより給水コンセント１４に伸びて接続する。また消火が終了すると給水プラグ１２は後退し、給水コンセント１４から外される。
【００２３】
消火ロボット１のロボット本体２には、駆動ユニット１６、コントローラ１７、通信ユニット１８及び電源として機能するバッテリー１９が設けられている。駆動ユニット１６はコントローラ１７からの指示に基づき駆動輪４を回動し、レール兼用消火主管３に従って消火ロボット１を走行させる。通信ユニット１８はトンネルの防災監視センター等からの制御指示を受信してコントローラ１７に出力し、またコントローラ１７からの情報を監視センターに送信する。
【００２４】
コントローラ１７は、火災時に外部の監視センターから指示されたＩＤ番号（区間番号）の放水区間に設置した給水コンセント１４の位置に走行し、給水コンセント１４の近傍に設けている放水区間のＩＤ番号を設定したＩＤ発信器１５からの発信信号により給水コンセント１４のＩＤ番号を認識する。
【００２５】
そしてコントローラ１７は、センターから指示された移動先のＩＤ番号とＩＤ発信機１５からのＩＤ番号が一致することを認識しすると、その給水コンセント１４の位置に停止し、給水プラグ１２の給水コンセント１４に対する接続を行った後、電動開閉弁１３を開いて、広域水噴霧ヘッド６より消火用水の水噴霧を行わせる。
【００２６】
センター側から指示されたＩＤ番号をもつ給水コンセント１４に対する消火ロボット１の走行と停止制御は、給水コンセント１４の位置に設置しているＩＤ発信器１５からのＩＤ番号の認識に加え、ロボット本体２にガイド輪５などの回転を検知するロータリーエンコーダを搭載して走行距離を求め、給水コンセント１４の間隔が例えば区間長Ｌ＝２５ｍと決まっていることから、走行距離から目的位置に走行して停止する走行制御を行っても良い。
【００２７】
例えば、ＩＤ番号＝ｎの給水コンセントに移動する場合、一つ前の例えばＩＤ番号＝ｎ−１の給水コンセントの位置を通過するとき、目的位置までの距離２５ｍをプリセットし、走行センサの検出値から残り距離を演算し、所定残り距離で制動制御を行って残り距離ゼロの位置に停止し、停止後にＩＤ発信器１５の位置を例えば通信ユニット１８の最大受信感度となる位置として停止位置を調整すればよい。
【００２８】
またコントローラ１７は、自動弁１１に対する制御出力で広域水噴霧ヘッド６の散水圧力を制御することもできる。このため、外部の監視センターから消火ロボットに対し散水圧力の制御指示を行うと、これに基づきコントローラ１７は自動弁１１を制御し、広域水噴霧ヘッド６からの散布圧力を調整して必要な散布パターンを作り出すことができる。
【００２９】
図２は本発明の消火ロボット１が設置されるトンネル断面の説明図である。図２のトンネル２０にあっては、路面２１の上部となる天井壁面２２に例えばジェットファン２３が設置されており、ジェットファン２３の間の空間を利用して、レール兼用消火主管３により走行自在に消火ロボット１を設けている。
【００３０】
ここでトンネル２０内における路面２１の横幅Ｗに対し、消火ロボット１に設けている広域水噴霧ヘッド６が、この断面方向の幅Ｗをカバーするように水噴霧を行うことになる。
【００３１】
図３は図１の消火ロボット１を用いたトンネル内の放水区間と給水コンセント１４の位置関係、及び火災時の消火ロボット１の走行停止による水噴霧位置を表わしている。
【００３２】
図３において、トンネル２０は、その長手方向に区間長として例えばＬ＝２５ｍに分割して放水区間が形成されており、ここでは放水区間のＩＤ番号を例えばＩＤ＝ｎ−１，ｎ，ｎ＋１としている。トンネル２０内の天井面側に設置されたレール兼用消火主管３には、消火区間のほぼ中央に位置するように給水コンセント１４が放水区間長Ｌ＝２５ｍ間隔で設置されている。
【００３３】
本発明の消火ロボット１を用いたトンネル消火設備にあっては、１つのレール兼用消火主管３に対し、最小で２台、最大で４台の消火ロボット１を走行自在に設けている。図３の実施形態にあっては、３台の消火ロボット１Ａ，１Ｂ，１Ｃを設けた場合を例に取っている。
【００３４】
いまＩＤ＝ｎの放水区間で火災Ｆが発生したとすると、トンネル内に設置した火災検知器により火災Ｆが検知され、防災監視センター側で火災が発生した放水区間のＩＤ＝ｎを認識し、消火ロボット１に対しＩＤ＝ｎを指定した走行移動が指示される。
【００３５】
これによって、例えば消火ロボット１Ｂが図示のように火災Ｆが発生した消火区間に移動し、指示されたＩＤ＝ｎと同じＩＤ番号が設定された給水コンセント１４の近くに停止して給水プラグの接続により消火用水の供給を受け、広域水噴霧ヘッド６より水散布パターン６ｂのような水噴霧を行う。即ち、広域水噴霧ヘッド６を中心として両側に放水区間長Ｌ＝２５ｍに相当する長手方向の幅で水散布を行う。
【００３６】
本発明の消火ロボット１を用いた消火制御にあっては、火災が発生した放水区間に対し、図示のように消火ロボット１Ｂを走行させて水噴霧を行わせると同時に、その両側のＩＤ＝ｎ−１，ｎ＋１の放水区間についても他の消火ロボット１Ａ，１Ｃを走行させ、給水コンセント１４に接続して、それぞれの広域水噴霧ヘッド６より水噴霧パターン６ａ，６ｃによる水散布を行わせる。
【００３７】
これによって、火災が発生したＩＤ＝ｎの放水区間、及びその両側のＩＤ＝ｎ−１，ｎ＋１の放水区間のほぼ半分に対し、３台の消火ロボットによる水噴霧が重複して行われ、通常のトンネル防護区間である２Ｌ＝５０ｍの範囲について散布領域を確保することができる。
【００３８】
図３の場合には、３台の消火ロボット１Ａ〜１Ｃを火災発生場所に移動させて水噴霧を行わせているが、最低でも２台の消火ロボットを使用した水噴霧を行う。また給水コンセント１４の設置間隔が図３の場合の放水区間長Ｌ＝２５ｍ間隔からその半分の１２．５ｍと短くしたような場合には、４台の消火ロボットを使用した水噴霧を行っても良い。
【００３９】
図４は図１の消火ロボット１を用いた制御処理のフローチャートである。ステップＳ１でトンネル内に設置している火災検知器が作動すると、ステップＳ２で火災位置を特定する。このときトンネル内にＩＴＶカメラが設置されていれば、火災位置の特定に並行して、ステップＳ３でＩＴＶにより火災位置を確認する。
【００４０】
続いて、ステップＳ４で火災位置から放水区間を決定し、決定した放水区間のＩＤ番号を取得し、所定の位置に待機している消火ロボット１に対し放水区間のＩＤ番号を指定して走行を指示する。これを受けてステップＳ５で、消火ロボットは指示されたＩＤ番号の放水区間に向けて走行を開始する。
【００４１】
消火ロボットは走行中に給水コンセント１４の近傍を通過するときに、そこに設けているＩＤ発信器１５からのＩＤ番号を認識し、ステップＳ６でセンターから指示された放水区間のＩＤ番号と一致するか否かチェックし、不一致であれば、ステップＳ７でロボット走行を継続する。
【００４２】
給水コンセントのＩＤ番号がセンターから指示された放水区間のＩＤ番号に一致すると、ステップＳ８でロボットの走行を停止し、ステップＳ９で給水コンセント１４に対するロボット側の給水プラグ１２の接続を行う。続いてステップＳ１０で電動開閉弁１３の開動作を行い、これによりステップＳ１１で広域水噴霧ヘッド６より放水を開始する。
【００４３】
放水を開始した後の操作については、現場からの通報あるいはトンネルに設置しているＩＴＶカメラによる現場の状況を見ながら、消火ロボット１に対し例えば散水圧力の制御指示を行い、自動弁１１による散水圧力の制御で広域水噴霧ヘッド６からの散布流量をコントロールし、火災状況に応じた散水の遠隔制御が可能である。また火災の鎮火が確認された場合には、センターより消火ロボット１に対し散水停止の指示を行うことで、電動開閉弁１３を閉鎖して放水を停止するようになる。
【００４４】
図５は本発明による消火ロボット１の他の実施形態であり、この実施形態にあっては、トンネル内に吹いている風の風速と風向を検知して広域水噴霧ヘッドによる散水制御を行うようにしたことを特徴とする。
【００４５】
図５において、消火ロボット１はロボット本体２と広域水噴霧ヘッド６で構成されており、駆動輪４とガイド輪５によりレール兼用消火主管３に対し走行自在に設けられている。ロボット本体２及び広域水噴霧ヘッド６の構成は基本的に図１の実施形態と同じであるが、これに加えてロボット本体に風向センサ２４と風速センサ２５を設け、コントローラ１７においてトンネル内における風向と風速を検知できるようにしている。
【００４６】
またロボット本体２にスイベルジョイント２６を設け、スイベルジョイント２６に対しヘッド連結部１０を介して広域水噴霧ヘッド６を旋回自在に装着している。スイベルジョイント２６はコントローラ１７によるモータ駆動回路２８の制御でモータ２７を駆動して旋回させることができる。
【００４７】
図６，図７は図５の実施形態における制御処理のフローチャートである。この図５の消火ロボット１の制御処理において、ステップＳ１〜Ｓ９までは図４のフローチャートと同じである。
【００４８】
このようにして火災が発生している放水区間の位置に消火ロボット１を停止して給水コンセント１４との接続が済むと、ステップ１０で風速センサ２５及び風向センサ２４の検出出力から風向及び風速値を測定し、ステップＳ１１で測定された風向及び風速値に対し、風の影響を最小限とするように、広域水噴霧ヘッド６に装着しているノズル、特に風の影響を受け易い遠距離ノズル７の放水方向を最適とするように広域水噴霧ヘッド６のノズル旋回角を決定する。
【００４９】
そして、図７のステップＳ１３で決定した旋回角へのノズルセットを確認した後、ステップＳ１４で電動開閉弁１３を開制御し、ステップＳ１５で放水を開始する。これによってノズルから放水された散布パターンに対する風の影響を最小限とし、風があっても飛距離を十分に確保することができる。
【００５０】
また広域水噴霧ヘッド６の方向をスイベルジョイント２６により旋回する以外に、広域水噴霧ヘッド６に設けている例えば風の影響を最も受け易い遠距離ノズル７について、ノズル仰角の調整機構を備えている場合には、このノズル仰角を風の影響を受けない角度に決定して制御するようにしても良い。
【００５１】
また、風の影響を考慮し、風による飛距離が落ちないように、自動弁１１によって散布圧力を高めるようにしてもよい。更に、トンネル内における風の方向は、図２のようなジェットファン２３により決まっていることから、風向センサ２４を省略し、風速センサ２５のみとしても良い。
【００５２】
なお上記の実施形態はトンネル天井面中央のレールに沿って消火ロボットを移動する場合を例にとっているが、トンネル側壁面上部にレールを設置して、ここに消火ロボットを走行させてもよい。
【００５３】
また上記の実施形態にあっては、電動開閉弁１３を消火ロボット１側に設けているが、電動開閉弁１３を給水コンセント１４側に設けるようにしてもよい。上記の実施形態のように電動開閉弁１３を消火ロボット１側に設けた場合には、電動開閉弁１３の数が少なくでき、コスト低減が図れる。
【００５４】
一方、電動開閉弁１３を給水コンセント１４側に設けた場合には、消火ロボット１を給水コンセント１４に接続した後に電動開閉弁１３を開けることができるため、加圧されていない給水コンセント１４に対する消火ロボット１側の接続ができ、制御がし易いという利点がある。
【００５５】
また本発明は、上記の実施形態に示した数値による限定は受けない。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明してきたように本発明によれば、火災発生場所の消火区画のＩＤ番号の指定で、対応するＩＤ番号を持つ給水コンセントの位置に消火ロボットを移動停止して放水できるため、消火ロボットに火災位置を特定するためのカメラの搭載が不要となり、消火ロボットの構造を簡単にし、大幅のコストダウンを図ることができ、これによってトンネル設備における消火ロボットの実用化を大きく促進できる。また、消火ロボットがカメラを搭載しない分、メンテナンスも容易となり、耐久性及び信頼性を高めることができる。
【００５７】
また、消火ロボットにおいて放水時に必要な電気的な系統としては、必要に応じて自動弁により圧力制御を行うだけであり、圧力制御を行わなければ自動弁自体の制御も不要となり、放水中における搭載バッテリーの消費電力が少なくて済み、これによって消火ロボットの小型化が達成できる。
【００５８】
また、消火ロボットとセンター側との通信のための通信施設としては、消火ロボットが待機しているステーションに限定して通信施設を設置すれば良く、ステーションで受信した消火区画のＩＤ番号に基づいてロボットは指示した放水区間まで走行でき、給水コンセントに設定しているＩＤ番号を認識して停止できるため、通信施設のためのケーブル設置が不要となり、火災によるケーブル損傷などを考慮する必要がなく、火災時のトンネル側設備の破損があっても、確実に消火ロボットによる消火活動を行わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による消火ロボットの実施形態を示した説明図
【図２】本発明による消火ロボットのトンネル内の設置状態の説明図
【図３】火災発生時における本発明の消火ロボットの停止位置と水噴霧パターンの説明図
【図４】図１の消火ロボットによる制御処理のフローチャート
【図５】トンネル内の風の影響を考慮した水噴霧制御を行う本発明による消火ロボットの他の実施形態の説明図
【図６】図５の消火ロボットによる制御処理のフローチャート
【図７】図６に続く消火ロボットによる制御処理のフローチャート
【符号の説明】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ：消火ロボット
２：ロボット本体
３：レール兼用消火主管
４：駆動輪
５：ガイド輪
６：広域水噴霧ヘッド
７：遠距離ノズル
８：中距離ノズル
９：近距離ノズル
１０：ヘッド連結部
１１：自動弁
１２：給水プラグ
１３：電動開閉弁
１４：給水コンセント
１５：ＩＤ発信器
１６：駆動ユニット
１７：コントローラ
１８：通信ユニット
１９：バッテリー
２０：トンネル
２１：路面
２２：天井壁面
２３：ジェットファン
２４：風向センサ
２５：風速センサ
２６：スイベルジョイント
２７：モータ
２８：モータ駆動回路
【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６】
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【図７】
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