JP2007267775A - 泡混合装置 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、消火用水側の圧力損失を大幅に低減し、ポンプ設備のコストを低減できる泡混合装置を得る。
【解決手段】給水配管５を介して混合器３に消火用水１を圧送する消火ポンプ６と、一端が制御弁２０の一次側流路に接続された一次側泡原液配管８と、一端が制御弁２０の二次側流路に接続され、他端が混合器３に接続された二次側泡原液配管９と、一次側泡原液配管８を介して制御弁２０の一次側流路に泡原液２を圧送する泡原液ポンプ１０と、給水配管５内の消火用水１の圧力と二次側泡原液配管９内の泡原液２の圧力との差圧が一定となるように制御弁２０の主弁の開度を制御する調圧パイロット弁４０と、を備える。
【選択図】図１

Description

この発明は、消火用水と泡原液とが混合器に圧送されて、混合器内で所定の混合比の泡水溶液を形成する大容量泡混合装置に関するものである。

大型石油貯蔵タンクの火災を消火できる、例えば１００００Ｌ／ｍｉｎ以上の大容量泡放射システムに適用される従来の泡混合装置は、流量から判断してプレッシャー・サイド・プロポーショナル方式を採用している（例えば、特許文献１参照）。このプレッシャー・サイド・プロポーショナル方式は、消火用水と泡原液とを例えばそれぞれのポンプで混合器に圧送するもので、この時の混合比は消火用水および泡原液の混合器内部の流路面積比から混合比を設定している。

特開平１０−２６３１０２号公報

従来の泡混合装置では、絞り機構が装備されており、消火用水と泡原液との流路断面積比および差圧を利用して混合しているので、概ね０．１〜０．１５ＭＰａの圧力損失が発生する。これにより、消火用水供給のポンプ側の水圧が１０〜１５％程度高くなり、ポンプ設備も高価なものとなってしまうという問題があった。

この発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、給水配管内の消火用水圧力と二次側泡原液配管内の泡原液圧力との差圧が一定となるように制御弁を開閉制御し、消火用水側の絞り機構による圧力損失をなくすことによって、消火用水側のポンプ設備のコストを低減できる泡混合装置を得ることを目的とする。

この発明による泡混合装置は、消火用水と泡原液とを混合して泡水溶液を生成する混合器と、上記混合器に上記消火用水を圧送する第１送液手段と、上記混合器に上記泡原液を圧送する第２送液手段と、一次側流路と二次側流路とを仕切る弁座に対して接離可能に配設された主弁を有し、該主弁の開度を変化させて、該一次側流路から該二次側流路に流れる流量を調整する制御弁と、一端が上記制御弁の上記一次側流路に接続された一次側泡原液配管と、一端が上記制御弁の上記二次側流路に接続され、他端が上記混合器に接続された二次側泡原液配管と、上記混合器に圧送される上記消火用水の圧力と上記泡原液の圧力との差圧が一定となるように上記制御弁の上記主弁の開度を制御する制御手段と、を備えている。

この発明によれば、二次側泡原液配管内の泡原液は消火用水との差圧が一定となるように調圧されるので、調圧された差圧により混合器内に押し込まれる。そこで、消火用水側での圧力損失が大幅に低減され、ポンプ設備の低コスト化が図られる。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る泡混合装置の全体構成を模式的に示す構成図、図２はこの発明の実施の形態１に係る泡混合装置における制御弁の閉弁状態を示す断面図、図３はこの発明の実施の形態１に係る泡混合装置における制御弁の開弁状態を示す断面図、図４はこの発明の実施の形態１に係る泡混合装置における調圧パイロット弁の構造を説明する断面図であり、図４の（ｂ）は図４の（ａ）に対して直交する平面における断面図を示している。

図１において、泡混合装置は、消火用水１と泡原液２とを混合する混合器３と、消火用水槽４内の消火用水１を給水配管５を介して混合器３に圧送する第１送液手段としての消火ポンプ６と、泡原液槽７内の泡原液２を一次側泡原液配管８および二次側泡原液配管９を介して混合器３に圧送する第２送液手段としての泡原液ポンプ１０と、一次側泡原液配管８と二次側泡原液配管９との間に介装され、主弁２７の開度を変化させて、一次側泡原液配管８から二次側泡原液配管９に流れる泡原液２の流量を調整する制御弁２０と、制御弁２０に一次側の泡原液２を供給して制御弁２０を起動するモータバルブ１１と、消火用水１と二次側の泡原液２との差圧が一定となるように主弁２７の開度を設定開度に制御する制御手段としての調圧パイロット弁４０と、を備えている。なお、泡原液２は、二次側泡原液配管９に取り付けられた放射ノズル１２から混合器３内に供給される。

ここで、第１送液手段として消火ポンプを用い、第２送液手段として泡原液ポンプを用いるものとしているが、第１および第２送液手段は、これに限定されるものではなく、例えば落差の圧力を利用する高架水槽や、圧縮気体などを用いてもよい。

つぎに、制御弁２０の構造について図２および図３を参照しつつ説明する。なお、図２および図３中矢印は泡原液２の流れを示している。
弁本体２１は、一次側泡原液配管８が接続される一次側流路２２と、二次側泡原液配管９が接続される二次側流路２３と、一次側流路２２と二次側流路２３とを連通する連通孔２４と、軸心を連通孔２４の孔中心に一致させて、かつ、二次側流路２３を挟んで連通孔２４と相対して形成されたシリンダ室２５と、を備えている。そして、弁座２６が、連通孔２４に嵌着されている。

主弁２７は、ディスク部２８と、ディスク部２８の一側の縁部近傍から周方向に等角ピッチで主弁２７の軸心方向に延設された複数本のガイド部２９と、ディスク部２８の一側外周縁部に配設されたＯリング３０と、を備えている。そして、主弁２７は、一次側流路２２側からガイド部２９を連通孔２４に挿入して、摺動自在に装着されている。

弁棒３１は、その一端を弁体２７のディスク部２８の他側中央部に固着され、他側を蓋体３２に装着された受け部材３３に摺動可能に嵌挿されている。この蓋体３２は一次側流路２２を挟んで連通孔２４と相対して形成された開口を塞口し、かつ、流体の漏れを防止するように弁本体２１に装着されている。また、受け部材３３は、蓋体３２に流体の漏れを防止するように貫装され、弁棒３１は、受け部材３３に流体の漏れを防止するように挿通されている。そして、スプリング３４が蓋体３２と主弁２７のディスク部２８との間に縮設され、ディスク部２８を二次側流路２３側に押圧している。これにより、Ｏリング３０が弁座２６に密接している。

ピストン３５は、シリンダ室２５内を二次側流路側のピストン室２５ａと反二次側流路側の作動室２５ｂとに画成するようにシリンダ室２５内に摺動自在に装着されている。そして、連結棒３６が、その一端をピストン３５の中心位置に固着され、二次側流路２３とシリンダ室２５との間の隔壁に装着された受け部材３７を摺動自在に挿通し、その他端を弁体２７のディスク部２８の一側中央部に固着されている。また、連通孔３８が、二次側流路２３とピストン室２５ａとを連通するように二次側流路２３とシリンダ室２５との間の隔壁に穿設され、流入出口３９が作動室２５ｂと外部とを連通するように弁本体２１に穿設されている。なお、受け部材３７は、隔壁に流体の漏れを防止するように貫装され、連結棒３６は、受け部材３７に流体の漏れを防止するように挿通されている。

このように構成された制御弁２０では、流入出口３９から作動室２５ｂに加圧流体が供給されていないと、主弁２７がスプリング３４の付勢力により図２中下方に移動されている。そして、主弁２７のＯリング３０が連通孔２４の弁座２６に押圧され、一次側流路２２と二次側流路２３との間の流路が遮断される。
また、加圧流体が流入出口３９から作動室２５ｂに供給されると、ピストン３５がスプリング３４の付勢力に抗して、図２中上方に移動される。そして、主弁２７のＯリング３０が連通孔２４の弁座２６から離反され、図３に示されるように、一次側流路２２と二次側流路２３との間の流路が開放される。

つぎに、調圧パイロット弁４０の構造について図４を参照しつつ説明する。
本体４１は、第１分割体４２と、第２分割体４３とに分割構成されている。そして、フラム押さえ４４に保持されたフラム４５が、第１分割体４２と第２分割体４３とに挟持され、第１操作室４６と第２操作室４７とを画成するように本体４１内に取り付けられている。

第１操作室４６はフラム４５により第１分割体４２内に画成されている。また、第４配管１８を介して給水配管５に接続される消火用水接続口４８が第１分割体４２に形成されている。そして、通孔４９が第１操作室４６と消火用水接続口４８とを連通するように第１分割体４２に形成されている。

第２操作室４７は、フラム４５により第２分割体４３内に画成されている。また、第２分割体４３には、４方向に接続口、即ち第１配管１５を介して一次側泡原液配管８に接続される一次側接続口５０と、第２配管１６を介して二次側泡原液配管９に接続される二次側接続口５１と、第３配管１７を介して制御弁２０の流入出口３９に接続されるシリンダ接続口５２と、プラグ５４により封鎖されている閉鎖接続口５３と、を有している。そして、通孔５５が第２操作室４７と二次側接続口５１とを連通するように第２分割体４３に形成されている。また、通孔５６がシリンダ接続口５２と閉鎖接続口５３とを連通するように第２分割体４３に形成されている。

第２分割体４３の内部には、弁室５７が形成されている。そして、この弁室５７は、通孔５８を介して一次側接続口５０に連通し、通孔５９を介してシリンダ接続口５２と閉鎖接続口５３とを連通する通孔５６に連通している。弁室５７には、ばね６０の付勢力により通孔５９の開口縁部の弁座６１に着座する弁体６２が設けられている。

ケース６３は、有底円筒状をなし、開口を第１分割体４２に向けて、第１分割体４２に締着固定されている。そして、ピストン６４が第１分割体４２のケース６３側に凹設された凹部６５に摺動自在に配設されている。また、ばね受け６６がケース６３内にピストン６４に対向して配設され、ばね６７がピストン６４とばね受け６６との間に縮設されている。そして、調整ネジ６８がケース６３の頭部に螺着され、調整ネジ６８の先端がばね受け６６を押圧してばね圧を調整する。この調整ネジ６８はナット６９により固定されている。

第１シャフト７０が、一端をフラム押さえ４４に固着され、第１分割体４２を挿通してその先端をピストン６４に当接するように配設されている。また、第２シャフト７１が、一端を弁体６２に固着され、通孔５９内を通り、第２分割体４３を挿通してその先端をフラム押さえ４４に当接するように配設されている。なお、第１シャフト７０の第１分割体４２の挿通部には、Ｏリングが介装され、流体の漏出が防止されているとともに、第１シャフト７０が摺動自在となっている。また、第２シャフト７１の第２分割体４３の挿通部には、微小な隙間が形成され、第２シャフト７１が軸方向に移動可能になっている。

このように構成された調圧パイロット弁４０では、調整ネジ６８により調整されたばね圧αがピストン６４および第１シャフト７０を介してフラム４５を図４中下方に押圧するように作用する。また、第１操作室４６内の圧力がフラム４５を図４中下方に押圧するように作用する。一方、第２操作室４７内の圧力がフラムを図４中上方に押圧するように作用する。

そして、第１操作室４６には、第４配管１８を介して圧力Ｐ３の消火用水１が供給され、第２操作室４７には、第２配管１６を介して圧力Ｐ２の泡原液２が供給される。
そこで、Ｐ３＋α＞Ｐ２の場合には、図４の（ａ）、（ｂ）に示されるように、フラム４５は下降し、第２シャフト７１および弁体６２はばね６０の付勢力に抗して下降する。これにより、弁体６２は弁座６１から離間し、一次側接続口５０とシリンダ接続口５２とが連通される。また、Ｐ３＋α≦Ｐ２の場合には、フラム４５は上昇し、第２シャフト７１および弁体６２はばね６０の付勢力により上昇する。これにより、弁体６２は弁座６１に着座し、一次側接続口５０とシリンダ接続口５２との連通が遮断される。

つぎに、このように構成された泡混合装置の動作について説明する。
まず、モータバルブ１１が作動すると、一次側泡原液配管８内の泡原液２が、第１配管１５を介して調圧パイロット弁４０の一次側接続口５０から弁室５７内に流入する。また、給水配管５内の消火用水１（Ｐ３）が第４配管１８を介して消火用水接続口４８から第１操作室４６内に流入する。このとき、制御弁２０が閉弁されているので、泡原液２は二次側泡原液配管９内に流入していない。そこで、Ｐ３＋α＞Ｐ２となり、一次側接続口５０とシリンダ接続口５２とが連通される。これにより、泡原液２は、第３配管１７を介して制御弁２０の流入出口３９から作動室２５ｂ内に流入する。そして、泡原液２が作動室２５ｂ内に充満されると、ピストン３５が上昇され、主弁２７が弁座２６から離反され、一次側流路２２と二次側流路２３との間の流路が開放される。この時、ピストン室２５ａ内の泡原液２は開口３８を通って二次側流路２３に流出する。そこで、泡原液２が一次側泡原液配管８から制御弁２０を通って二次側泡原液配管９に流入し、二次側泡原液配管９内の泡原液２の圧力が上昇する。

二次側泡原液配管９内の泡原液２の圧力が上昇すると、調圧パイロット弁４０の第２操作室４７内の圧力が上昇する。そして、Ｐ３＋α≦Ｐ２となると、弁体６２が弁座６１に着座し、一次側接続口５０とシリンダ接続口５２との連通が遮断される。これにより、作動室２５ｂ内への泡原液２の供給が停止される。そこで、スプリング３４の付勢力がピストン３５を介して作動室２５ｂ内の泡原液２に作用する。これにより、作動室２５ｂ内の泡原液２は、第３配管１７、シリンダ接続口５２および通孔５６，５９を通り、第２シャフト７１の第２分割体４３との挿通部における微小な隙間から徐々に第２操作室４７内に流入し、通孔５５、二次側接続口５１を介して第２配管１６に逃げる。そこで、作動室２５ｂ内の圧力が低下し、ピストン３５が下降し、一次側流路２２と二次側流路２３との間の流路の断面積が縮小する、即ち制御弁２０の開度が小さくなる。そこで、一次側泡原液配管８から制御弁２０を通って二次側泡原液配管９に流入する泡原液２の流量が減少し、二次側泡原液配管９内の泡原液２の圧力が低下する。

ついで、二次側泡原液配管９内の泡原液２の圧力が低下し、調圧パイロット弁４０の第２操作室４７内の圧力が低下して、Ｐ３＋α＞Ｐ２となると、弁体６２が弁座６１から離間し、一次側接続口５０とシリンダ接続口５２とが連通される。そして、泡原液２が作動室２５ｂ内に流入し、作動室２５ｂ内の圧力が上昇し、制御弁２０の開度が大きくなる。

この動作が繰り返され、二次側泡原液配管９内の泡原液２の圧力Ｐ２は、給水配管５内の消火用水１の圧力Ｐ３に対してαだけ大きい圧力に調整される。つまり、二次側泡原液配管９内の泡原液２の圧力Ｐ２と給水配管５内の消火用水１の圧力Ｐ３との差圧が一定に制御される。
そして、圧力Ｐ３の消火用水１が給水配管５を通って混合器３に圧送される。一方、泡原液２は、圧力Ｐ３との差圧を一定に調圧されて、二次側泡原液配管９を通って混合器３に圧送される。そして、消火用水１と泡原液２とが、混合器３内で混合され、所定の混合比の泡水溶液が得られる。

ここで、例えば、消火ポンプ６の放出容量を２００００Ｌ／ｍｉｎとし、５６．６Ｌ／ｍｉｎの放出口を有する４つの放射ノズル１２を設置し、制御弁２０の泡原液の流量を２２６．４Ｌ／ｍｉｎとなるように制御すれば、泡原液の混合比率が略１．１％とする泡水溶液の放出容量を２０２２６．４Ｌ／ｍｉｎとする泡混合装置が実現される。

ついで、本発明によるＰ２とＰ３との差圧ΔＰを一定とすることによる効果について説明する。
まず、圧力（Ｐ３）が１ＭＰａ、流量（Ｑ）が１００００Ｌ／ｍｉｎの消火用水１が消火ポンプ６から放出されているものとする。そして、圧力が変動すると、流量は、Ｑ＝ｋ・Ｐ^１／２（但し、ｋ：流量係数）に基づいて変化する。
つまり、Ｐ３＝０．９ＭＰａの時は、Ｑ＝９４８７Ｌ／ｍｉｎとなり、Ｐ３＝０．８ＭＰａの時は、Ｑ＝８９４４Ｌ／ｍｉｎとなり、Ｐ３＝０．７ＭＰａの時は、Ｑ＝８３６７Ｌ／ｍｉｎとなる。

ここで、例えば、差圧ΔＰが０．０５ＭＰａの時に、制御弁２０を流れる泡原液２の流量が常に１０１Ｌ／ｍｉｎとなるように制御されるとする。
そこで、Ｐ３が１ＭＰａの時は、消火用水と泡原液との混合比Ａ＝｛１０１／（１００００＋１０１）｝×１００＝１％となる。
また、Ｐ３が０．９ＭＰａの時は、Ａ＝｛１０１／（９４８７＋１０１）｝×１００＝１．０５３％となり、Ｐ３が０．８ＭＰａの時は、Ａ＝｛１０１／（８９４４＋１０１）｝×１００＝１．１１７％となり、Ｐ３が０．７ＭＰａの時は、Ａ＝｛１０１／（８３６７＋１０１）｝×１００＝１．１９３％となる。
このように、消火用水１の圧力Ｐ３が大きく変動しても、消火用水と泡原液との混合比はほぼ一定に維持されることが分かる。この混合比の変動は消火運用上何等支障のないものである。

このように、この実施の形態１によれば、二次側泡原液配管９内の泡原液２の圧力Ｐ２と給水配管５内の消火用水１の圧力Ｐ３との差圧を利用して泡原液２と消火用水１を混合し、消火用水側の圧力損失を極めて小さくでき、ポンプ設備のコストを低減できる。
また、消火用水１の圧力Ｐ３が変動しても、二次側泡原液配管９内の泡原液２の圧力Ｐ２が圧力Ｐ３の変動に追従して変動し、差圧ΔＰが一定となるので、消火用水１と泡原液２とが常に所定の混合比率で混合される泡水溶液が得られる。
従って、この泡混合装置は、例えば１００００Ｌ／ｍｉｎ以上の大容量泡放射システムに適用しても、所望の混合比率の泡水溶液を安定して供給することができる。

実施の形態２．
図５はこの発明の実施の形態２に係る泡混合装置の全体構成を模式的に示す構成図である。
図５において、第１配管１５は第４配管１８から分岐して調圧パイロット弁４０の一次側接続口５０に接続され、モータバルブ１１が第１配管１５の経路途中に配設されている。
なお、他の構成は上記実施の形態１と同様に構成されている。

従って、この実施の形態２においても、上記実施の形態１と同様に動作し、同様の効果を奏する。
また、この実施の形態２においては、消火用水１が制御弁２０の一次側シリンダ室３２ａに供給されるので、制御弁２０における腐蝕の発生が抑制される。

この発明の実施の形態１に係る泡混合装置の全体構成を模式的に示す構成図である。 この発明の実施の形態１に係る泡混合装置における制御弁の閉弁状態を示す断面図である。 この発明の実施の形態１に係る泡混合装置における制御弁の開弁状態を示す断面図である。 この発明の実施の形態１に係る泡混合装置における調圧パイロット弁の構造を説明する断面図である。 この発明の実施の形態２に係る泡混合装置の全体構成を模式的に示す構成図である。

符号の説明

１ 消火用水、２ 泡原液、３ 混合器、５ 給水配管、６ 消火ポンプ（第１送液手段）、８ 一次側泡原液配管、９ 二次側泡原液配管内、１０ 泡原液ポンプ（第２送液手段）、２０ 制御弁、４０ 調圧パイロット弁（制御手段）。

Claims (4)

1. 消火用水と泡原液とを混合して泡水溶液を生成する混合器と、
   上記混合器に上記消火用水を圧送する第１送液手段と、
   上記混合器に上記泡原液を圧送する第２送液手段と、
   一次側流路と二次側流路とを仕切る弁座に対して接離可能に配設された主弁を有し、該主弁の開度を変化させて、該一次側流路から該二次側流路に流れる流量を調整する制御弁と、
   一端が上記制御弁の上記一次側流路に接続された一次側泡原液配管と、
   一端が上記制御弁の上記二次側流路に接続され、他端が上記混合器に接続された二次側泡原液配管と、
   上記混合器に圧送される上記消火用水の圧力と上記泡原液の圧力との差圧が一定となるように上記制御弁の上記主弁の開度を制御する制御手段と、
   を備えることを特徴とする泡混合装置。
2. 上記第１送液手段は、給水配管を介して上記混合器に上記消火用水を圧送する消火ポンプであり、上記第２送液手段は、上記一次側泡原液配管を介して上記制御弁の上記一次側流路に上記泡原液を圧送する泡原液ポンプであることを特徴とする請求項１記載の泡混合装置。
3. 上記制御弁の上記主弁の開閉駆動力として、上記一次側泡原液配管内の上記泡原液が用いられることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の泡混合装置。
4. 上記制御弁の上記主弁の開閉駆動力として、上記給水配管内の上記消火用水が用いられることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の泡混合装置。

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