JP2012161502A - 消火ポンプシステム - Google Patents

Abstract

【課題】送水管への負荷の増大、不要な放出水量の増加、及びエネルギーの浪費などの問題を生じない消火ポンプシステムを提供する。
【解決手段】消火ポンプシステムの制御装置４は、建物の各階または各階層群に対応する複数の目標圧力を記憶した記憶手段４ａを有しており、制御装置４は、消火ポンプ１の吐出側の圧力が、放水信号によって特定される階またはその階が属する階層群に対応する目標圧力に維持されるようにインバータ３を制御し、制御装置４は、複数の階または複数の階層群での放水装置７，２０から放水されていることを示す複数の放水信号を受信したときは、消火ポンプ１の吐出側の圧力が、記憶手段４ａに記憶されている最高階または最高階層群に対応する最高目標圧力に維持されるようにインバータ３を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、インバータ駆動される消火ポンプを備えた消火ポンプシステムに関する。

建築物に設置される消火ポンプシステムは、建築物に火災が発生した際に、初期消火を行う消火設備である。この消火ポンプシステムは、火災の発生を感知すると、建築物に設置されているスプリンクラーから散水して消火を行う。例えば、特許文献１には、インバータ駆動の消火ポンプシステムが開示されている。このシステムは、建物の各階に設けられたスプリンクラーに送水管を介して送水する消火ポンプと、この消火ポンプを駆動するモータと、このモータを制御するインバータと、送水管の圧力低下を検知して動作信号を発信する圧力検出手段と、放水しているスプリンクラーを特定する放出信号を発信する放出信号発信手段群と、この放出信号に基づいてインバータを制御する制御装置とを備える。

インバータは記憶手段を有しており、この記憶手段には、放出信号によって特定される各スプリンクラーに必要な給水量と給水圧力が得られる運転周波数が、各スプリンクラーに対応させて複数記憶されている。運転周波数は、圧力検出手段または放出信号発信手段群からの信号に基づいて選択される。圧力検出手段から動作信号が発信され、かつ放出信号発信手段群から放出信号が複数発信された場合には、インバータのｌ００％の運転周波数が選択される。圧力検出手段から動作信号が発信され、かつ放出信号発信手段群から放出信号が複数発信されたということは、建物内の火災が広がっている可能性を示している。したがって、このような場合には、消火用に十分な給水量と給水圧力を得るために、インバータはｌ００％の運転周波数でモータおよび消火ポンプを駆動する。

特開２００９−１８９７００号公報

しかしながら、１００％の運転周波数で消火ポンプが運転されると、本来必要でない圧力を発生させてしまい、その結果、送水管への負荷の増大、不要な放出水量の増加、及びエネルギーの浪費などの問題が生じてしまう。

本発明は、上述した従来の問題に鑑みてなされたもので、複数の階に設置された放水装置（スプリンクラーや消火栓など）から放水されている場合でも、送水管への負荷の増大、不要な放出水量の増加、及びエネルギーの浪費などの問題を生じない消火ポンプシステムを提供することを目的とする。

上述した目的を達成するために、本発明の一態様は、建物の各階に設置されている放水装置に送水管を介して送水する消火ポンプと、前記消火ポンプを駆動するモータと、前記モータの回転速度を変化させるインバータと、前記インバータを制御する制御装置と、いずれかの階の放水装置から放水されたときに、その階またはその階が属する階層群を示す放水階情報を含む放水信号を前記制御装置に発信する放水信号発信手段とを備え、前記制御装置は、各階または各階層群に対応する複数の目標圧力を記憶した記憶手段を有しており、前記制御装置は、前記消火ポンプの吐出側の圧力が、前記放水信号によって特定される階またはその階が属する階層群に対応する目標圧力に維持されるように前記インバータを制御し、前記制御装置は、複数の階または複数の階層群での放水装置から放水されていることを示す複数の放水信号を受信したときは、前記消火ポンプの吐出側の圧力が、前記記憶手段に記憶されている最高階または最高階層群に対応する最高目標圧力に維持されるように前記インバータを制御することを特徴とする消火ポンプシステムである。
本発明の好ましい態様は、前記制御装置は、前記インバータに異常があった場合には、該インバータを介さずに前記モータを駆動することを特徴とする。

また、本発明の別の一態様は、 ポンプと、前記ポンプを駆動するモータと、前記モータの回転速度を変化させるインバータと、前記インバータを制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、各階または各階層群に対応する複数の目標圧力を記憶した記憶手段を有しており、前記制御装置は、いずれかの階の放水装置から放水されたときに、その階またはその階が属する階層群を示す放水階情報を含む放水信号を受信し、前記ポンプの吐出側の圧力が、前記放水信号によって特定される階またはその階が属する階層群に対応する目標圧力に維持されるように前記インバータを制御し、前記制御装置は、複数の階または複数の階層群での放水装置から放水されていることを示す複数の放水信号を受信したときは、前記消火ポンプの吐出側の圧力が、前記記憶手段に記憶されている最高階または最高階層群に対応する最高目標圧力に維持されるように前記インバータを制御することを特徴とする消火ポンプユニットである。

本発明によれば、複数の階または複数の階層群で放水が行われている場合には、最高階層または最高階層群に対応する最高目標圧力で消火ポンプが運転される。このような圧力制御運転を行うことにより、送水管への負荷の増大、不要な放出水量の増加、及びエネルギーの浪費などの問題を解決することができる。

本発明の一実施形態に係る消火ポンプシステムを示す模式図である。 本発明の他の実施形態に係る消火ポンプシステムを示す模式図である。 図１および図２に示す実施形態に係る消火ポンプシステムの運転制御フローを示す図である。 圧力一定制御運転におけるポンプ運転性能曲線の一例を表すグラフである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る消火ポンプシステムを示す模式図である。なお、図１は、建物の地下４階から４階までの部分のみを示している。図１に示すように、この消火ポンプシステムは、建物の各階に設置されている放水装置としてのスプリンクラー７（スプリンクラーヘッドともいう）に送水管５を介して送水する消火ポンプ１と、この消火ポンプ１を駆動するモータ２と、このモータ２の回転速度（周波数）を変化させるインバータ３と、このインバータ３を制御する制御装置４とを備えている。インバータ３は制御装置４内に設置されている。

消火ポンプ１の吸込口は、建物の地下に設置された水槽１３に吸込管１５を介して連通している。消火ポンプ１は、水源である水槽１３内の水を汲み上げ、送水管５を通じてスプリンクラー７に送水するようになっている。消火ポンプ１、モータ２、およびインバータ３を含んだ制御装置４は、建物の最下階（図１の例では、地下４階）に設置されている。消火ポンプ１は、送水管５を介してスプリンクラー７に接続されている。この送水管５は、建物の高さ方向に沿って延びる主管５ａと、各階に設置された分岐管５ｂとを有している。消火ポンプ１の吐出口は主管５ａに連結され、スプリンクラー７は各階の分岐管５ｂに接続されている。

消火ポンプ１の吐出口に近接した位置には、送水管５内の水圧を測定する圧力センサー９が配置されている。この圧力センサー９は、消火ポンプ１の圧力制御運転を行うために必要な圧力検出手段である。すなわち、消火ポンプ１は、圧力センサー９によって測定される圧力が所定の目標圧力に維持されるように制御される。圧力センサー９の下流側には、逆止弁１６及び仕切り弁１７が設けられており、圧力センサー９は、逆止弁１６と消火ポンプ１との間に配置されている。消火ポンプ１、モータ２、インバータ３を含んだ制御装置４や圧力センサー９等の図１に示す破線で囲われた機器類は消火ポンプユニット２１を構成し、図示はしないが、共通のベース上に設置されているのが望ましい。なお、圧力センサー９は逆止弁１６や仕切り弁１７の下流側に配置してもよい。

主管５ａには圧力タンク１０が接続されている。圧力タンク１０は、逆止弁１６及び仕切り弁１７の下流側に配置されている。この圧力タンク１０の内部にはダイヤフラムで仕切られた気体室が形成されており、この気体室には圧縮ガスが封入されている。圧力タンク１０内に送られた水は、ダイヤフラムを介して圧縮ガス圧によって加圧されるようになっている。したがって、消火ポンプ１が運転されていないときでも、送水管５内の水圧は圧力タンク１０によって保持される。圧力タンク１０には、送水管５内の圧力低下を検知してポンプ起動信号を発信するポンプ起動信号発信手段１１が設置されている。このポンプ起動信号発信手段１１は、送水管５内の圧力が所定の値にまで低下したときにポンプ起動信号を発信する。ポンプ起動信号は、制御装置４に送られ、制御装置４はポンプ起動信号を受けて消火ポンプ１を起動させる。

本実施形態におけるスプリンクラー７は、いわゆる閉鎖型スプリンクラー７である。スプリンクラー７は、建物の各階の天井に設置される。各スプリンクラー７の先端開口部は、ヒューズメタルなどの感熱体（熱で容易に溶ける易融性物質からなる）で塞がれており、火災が発生して感熱体が溶けると、スプリンクラー７の先端開口部が開かれ、これにより送水管５内の水がスプリンクラー７から放出される。

消火ポンプ１は、運転中、その吐出側の圧力が所定の目標圧力に維持されるように制御装置４によって制御される。目標圧力は、建物の階または階層群に従って予め決定されており、階または階層群に対応する複数の目標圧力が制御装置４の記憶手段４ａに記憶されている。階層群は複数の階層から構成された階層区画であり、例えば、３つの階が１つの階層群として定義される。各階の分岐管５ｂには、スプリンクラー７から水が放出されていることを示す放水信号を発信する放水信号発信手段８が接続されている。放水信号発信手段８は、分岐管５ｂ内の水の流れまたは圧力の変化を検出して放水信号を発信する。この放水信号には、放水しているスプリンクラー７の階またはその階が属する階層群を示す放水階情報が含まれている。

放水信号発信手段８は自動火災報知設備等の受信機１９を介して制御装置４に接続されている。スプリンクラー７から放水があったときは、そのスプリンクラー７が配置されている階の放水信号発信手段８から放水信号が受信機１９を介して制御装置４に送信されるようになっている。自動火災報知設備等の受信機１９は、放水信号発信手段８から放水信号を受信すると、火災の発生を知らせる警報信号を発するようになっている。放水信号は、さらに受信機１９から制御装置４に送られる。制御装置４は、受信した放水信号から、放水が行われている階またはその階が属する階層群を特定することができる。そして、制御装置４は、特定された階または階層群に基づいて、消火ポンプ１の運転制御のための目標圧力を決定する。

消火ポンプ１は、圧力一定制御に従って次のように運転される。火災が発生すると、スプリンクラー７から水が放出され、送水管５内の圧力が低下する。送水管５内の圧力が所定の値にまで低下すると、ポンプ起動信号発信手段１１からポンプ起動信号が制御装置４に発信される。制御装置４は、このポンプ起動信号を受信して、消火ポンプ１を起動させる。

スプリンクラー７から放水されると、そのスプリンクラー７と同じ階に配置されている放水信号発信手段８から放水信号が制御装置４に送られる。制御装置４は、受信した放水信号から、火災が発生している階または階層群を特定する。制御装置４の記憶手段４ａには、上述したように、各階または各階層群に対応した複数の目標圧力が記憶されている。これらの目標圧力は、各階または各階層群に揚水するために必要な圧力である。制御装置４は、スプリンクラー７から水が放出されている階または階層群を特定し、その特定された階または階層群に対応する目標圧力を決定する。

さらに、送水管５の主管５ａ内の圧力、すなわち消火ポンプ１の吐出側の圧力を圧力センサー９で測定する。なお、圧力センサー９をポンプ起動信号発信手段１１の代わりにポンプ起動信号を発生させるために用いてもよく、例えば、圧力センサー９が所定圧力未満を所定時間継続して検出すると消火ポンプ１を起動させる（但し、この場合は、圧力センサー９は逆止弁１６の下流側に設置されている必要がある）。制御装置４の情報処理部４ｂは、圧力センサー９によって測定される圧力が、上記決定された目標圧力に維持されるように運転周波数指令値を算出する。インバータ３は、算出された運転周波数指令値に従ってモータ２を駆動し、これにより、消火ポンプ１は与えられた運転周波数（回転速度）で運転される。

同じ階または同じ階層群に配置されている複数のスプリンクラー７が放水している場合は、放出される水の流量が増加し、圧力センサー９によって測定される消火ポンプ１の吐出側圧力が低下する。制御装置４は、圧力センサー９によって測定される圧力が上記目標圧力に維持されるようにインバータ３を介して消火ポンプ１の運転周波数を変化させる。

建物内で火災が広がると、複数階または複数の階層群でスプリンクラー７が作動して放水を行うことがある。このような場合には、複数階に設置された放水信号発信手段８から複数の放水信号が制御装置４に送信される。このように複数階または複数の階層群に配置されている複数のスプリンクラー７が放水した場合は、火災の広がりを阻止するために、最高階または最高階層群に対応する最高目標圧力が圧力一定制御に使用される。すなわち、複数階または複数の階層群で放水が行われていることを示す複数の放水信号を受信したときは、制御装置４は、スプリンクラー７の放水が行なわれている階層に関係なく、消火ポンプ１の吐出側圧力が最高目標圧力に維持されるように消火ポンプ１の運転周波数を変化させる。

図２は、本発明の他の実施形態に係る消火ポンプシステムを示す模式図である。図１に示す実施形態と図２に示す実施形態は共通する基本構成を有しているが、図２に示す実施形態では、放水装置としてスプリンクラー７に代えて消火栓２０が使用されている。また、この実施形態では、圧力タンク１０およびポンプ起動信号発信手段１１は設けられていなく、防災センター等からの遠隔起動信号入力により消火ポンプ１を起動し、その後、自動火災報知設備等の受信機１９を介して送られる放水信号を使用して制御を行う。なお、圧力センサー９を逆止弁１６の下流に設置して、圧力一定制御のための圧力センサー９をポンプ起動信号発信手段として使用することもできる。本実施形態においても、図２に示す破線で囲われた機器類は消火ポンプユニット２１を構成し、図示はしないが、共通のベース上に設置されているのが望ましい。

消火栓２０は、建物の各階に設置された、いわゆる屋内消火栓である。各消火栓２０は、先端にノズルが取り付けられたホース、このホースに水を送り込むための開閉弁などを備えている。これらホースや開閉弁などは、キャビネット内に収容されている。図１の実施形態と同様に、消火栓２０から水が放出されていることを示す放水信号を発信する放水信号発信手段８が各階の分岐管５ｂに設置されている。放水信号発信手段８からの放水信号は、自動火災報知設備等の受信機１９を介して制御装置４に送られるようになっている。

火災の発生時は、火災や他の要因（地震等）により電気系統が被害を受け、停電する場合がある。このような事態に備えて、図１および図２に示す消火ポンプシステムは、主電源以外に非常電源を有するバックアップシステムを有している。停電が起こると、電力の供給は主電源から非常電源に切り換えられ、消火ポンプシステムは非常電源からの電力の供給を受けて動作する。

図３は、図１および図２に示す実施形態に係る消火ポンプシステムの運転制御フローを示す図である。主電源からの電力供給、または、停電から復帰して非常電源からの電力供給が開始されると（ステップ１）、運転保持リレー（図示せず）がＯＮまたはＯＦＦであるかが確認される（ステップ２）。この運転保持リレーは、機械的な保持機構を持ったリレーであり、停電前の消火ポンプ１の運転状態を保持することができるように構成されている。この運転保持リレーがＯＮであれば、停電前の運転状態が継続される（ステップ３）。一方、運転保持リレーがＯＦＦであれば、ポンプ始動条件が確認される（ステップ４）。

ステップ４のポンプ始動条件は、次の３つであり、これら３つの条件のうちいずれか１つが満たされたときに、消火ポンプ１が始動される。
（１）防災センター等からの遠隔信号入力。
（２）操作パネルの始動スイッチＯＮ。
（３）ポンプ起動信号発信手段１１からのポンプ起動信号入力（圧力センサー９をポンプ起動信号発信手段として機能させる場合は、圧力センサー９からのポンプ起動信号入力）。

上記ポンプ始動条件のいずれもが成立しない場合には、ステップ４のポンプ始動条件の確認が繰り返される。一方、上記ポンプ始動条件のいずれか１つが成立すると、運転条件が成立したか否か、すなわち放水信号が受信されているか否かが確認される（ステップ５）。放水信号が受信されているときは、複数階または複数階層群から複数の放水信号が発信されているか否かが確認される（ステップ６）。一方、ステップ５にて放水信号が受信されていないときは、最高階または最高階層群に対応した最高目標圧力にて消火ポンプ１が運転される（ステップ７）。すなわち、消火ポンプ１の吐出側圧力が最高目標圧力に維持されるように圧力一定制御運転が行われる。また、複数階または複数階層群から複数の放水信号が発信されている場合にも、上述したように、同様に最高階または最高階層群に対応した最高目標圧力で消火ポンプ１が運転される。

複数階または複数階層群から放水信号が発信されていない場合は、受信した放水信号によって特定される階または階層群に対応する目標圧力で消火ポンプ１が運転される（ステップ８）。次に、インバータ３に異常がないか、または自家発電装置や蓄電池設備などの非常電源からの電力供給であるかが調べられる（ステップ９）。インバータ３に異常があるか、または非常電源から電力が供給されている場合は、バックアップ運転モードに従って消火ポンプ１が運転される（ステップ１０）。このバックアップ運転モードでは、モータ２は、インバータ３を介すことなく主電源または非常電源により直接運転される（このときの運転周波数は、インバータ３の１００％周波数に相当する）。なお、ステップ９およびステップ１０の処理は、ステップ４とステップ５との間で処理されるように構成されていても良い。

インバータ３が正常に動作しており、かつ非常電源からの電力供給でない場合は、消火ポンプ１の停止条件が満たされているか否かが制御装置４によって調べられる。消火ポンプ１の停止条件とは、次の４つの条件であり、これら４つの条件のうちいずれか１つが満たされたときに、消火ポンプ１の運転が停止される。
（ｉ）防災センター等からの遠隔信号の入力が停止し、かつ操作パネルの停止スイッチがＯＮ。
（ii）操作パネルの始動スイッチがＯＮのときに、操作パネルの停止スイッチがＯＮ。
（iii）主電源が遮断
（iv）図１に示した消火ポンプシステムの場合、ポンプ起動発信手段１１の起動信号が停止し、操作パネルの停止スイッチがＯＮ。

上記４つの停止条件のうちいずれか１つが成立したときに、消火ポンプ１の運転が停止される（ステップ１２）。一方、上記４つの条件のいずれも成立しない場合には、処理ステップはステップ４に戻り、消火ポンプ１の始動条件が満たされているか否かが再度確認される。消火ポンプ１が停止されると、処理ステップはステップ２に戻り、運転保持リレーがＯＮかＯＦＦかが確認される。

図４は、圧力一定制御運転におけるポンプ運転性能曲線の一例を表すグラフである。図４に示すように、建物の階ごとまたは階層群ごとの放水信号（１ＣＨ〜９ＣＨで示される）に対応する目標圧力Ｆ１〜Ｆ９が予め設定されている。これら目標圧力Ｆ１〜Ｆ９は、それぞれ放水信号１ＣＨ〜９ＣＨに関連付けられて制御装置４の記憶手段４ａに記憶されている。放水信号１ＣＨは建物の１階または第１階層群（最下位の階層群）に対応し、放水信号９ＣＨは建物の９階または第９階層群に対応する。なお、この例では、建物の１階から９階までの各階または第１から第９までの各階層群に対応する目標圧力Ｆ１〜Ｆ９が設けられている。

送水管５の主管５ａに設置された圧力センサー９によって測定された実際の圧力が上記目標圧力に維持されるように、消火ポンプ１の運転周波数（すなわち回転速度）が制御装置４によって制御される。具体的には、同じ階または同じ階層群で複数の放水装置（スプリンクラー７または消火栓２０）から放水されている場合には、圧力センサー９から得られる圧力測定値が、放水が行われている階または階層群に対応する目標圧力に維持されるように、消火ポンプ１の運転が制御される。

一方、複数の階または複数の階層群から複数の放水信号が発信されている場合には、最高階または最高階層群に対応する最高目標圧力（図４の例では、放出信号９ＣＨに対応する目標圧力Ｆ９）に上記圧力測定値が維持されるように消火ポンプ１が制御される。図４から分かるように、最高階または最高階層群に対応する目標圧力Ｆ９は、点線で示すインバータ３の最高周波数（１００％周波数）よりも低い。したがって、インバータ３の１００％周波数で運転する場合に比べて、送水管５に過大な圧力がかかることがなく、不要な放水を避けることができ、さらには省エネルギー効果も実現される。

上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうることである。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。

１ 消火ポンプ
２ モータ
３ インバータ
４ 制御装置
５ 送水管
７ スプリンクラー（放水装置）
８ 放水信号発信手段
９ 圧力センサー（圧力検出手段）
１０ 圧力タンク
１１ ポンプ起動信号発信手段
１３ 水槽（水源）
２０ 消火栓（放水装置）
２１ 消火ポンプユニット

Claims (2)

1. 建物の各階に設置されている放水装置に送水管を介して送水する消火ポンプと、
   前記消火ポンプを駆動するモータと、
   前記モータの回転速度を変化させるインバータと、
   前記インバータを制御する制御装置と、
   いずれかの階の放水装置から放水されたときに、その階またはその階が属する階層群を示す放水階情報を含む放水信号を前記制御装置に発信する放水信号発信手段とを備え、
   前記制御装置は、各階または各階層群に対応する複数の目標圧力を記憶した記憶手段を有しており、
   前記制御装置は、前記消火ポンプの吐出側の圧力が、前記放水信号によって特定される階またはその階が属する階層群に対応する目標圧力に維持されるように前記インバータを制御し、
   前記制御装置は、複数の階または複数の階層群での放水装置から放水されていることを示す複数の放水信号を受信したときは、前記消火ポンプの吐出側の圧力が、前記記憶手段に記憶されている最高階または最高階層群に対応する最高目標圧力に維持されるように前記インバータを制御することを特徴とする消火ポンプシステム。
2. 前記制御装置は、前記インバータに異常があった場合には、該インバータを介さずに前記モータを駆動することを特徴とする請求項１に記載の消火ポンプシステム。

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