消火ポンプ装置
【課題】 災害発生時の不利な条件のもとで、確実かつ効果的な作動を得ることができるような消火ポンプ装置を提供する。
【解決手段】 この消火ポンプ装置は、水を圧送する電動式のポンプ１０と、ポンプ１０の吐出側に取り付けられた主配管５２と、主配管から分岐して設けられた分岐配管５４，５６と、該分岐配管に沿って設けられた１または複数の放水手段５０とを有する。さらに、ポンプ１０の吐出側には圧力検知器７２が設けられ、この圧力検知器７２の出力に基づいてポンプをその吐出し圧力が所定の値となるように可変速制御する可変速制御手段３０が設けられている。
【解決手段】 この消火ポンプ装置は、水を圧送する電動式のポンプ１０と、ポンプ１０の吐出側に取り付けられた主配管５２と、主配管から分岐して設けられた分岐配管５４，５６と、該分岐配管に沿って設けられた１または複数の放水手段５０とを有する。さらに、ポンプ１０の吐出側には圧力検知器７２が設けられ、この圧力検知器７２の出力に基づいてポンプをその吐出し圧力が所定の値となるように可変速制御する可変速制御手段３０が設けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建造物の所定箇所に配置され、火災発生の際に放水して消火を行う消火ポンプ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
建築物の火災の際に、初期消火を担うものとして火災発生箇所に放水するための消火ポンプ装置が設置されている。放水設備としては、人力を介して火災発生箇所にホース等を介して放水する消火栓と、必要領域をカバーするように天井に配置され、火災発生を検知して自動的に放水するスプリンクラーヘッド装置が主である。
【０００３】
このような消火ポンプ装置は、火災発生という緊急時に確実にかつ効果的に作動することが求められている。例えば、地震による二次災害として発生する火災の場合には、通常電源が遮断され、非常用電源で起動したり、あるいは運転を継続することが求められる場合も多い。しかしながら、通常は消火ポンプの起動時に多くの電力が必要となり、他の設備に必要な電気と競合する可能性があった。また、スプリンクラーヘッド装置を用いて放水する場合、適当な放水圧力を維持しないと適当な範囲での散水が行われないおそれも有る。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、前記事情に鑑みて為されたもので、災害発生時の不利な条件のもとで、確実かつ効果的な作動を得ることができるような消火ポンプ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記目的を達成するために、請求項１に記載の消火ポンプ装置は、水を圧送する電動式のポンプと、前記ポンプの吐出側に取り付けられた主配管と、前記主配管から分岐して設けられた分岐配管と、該分岐配管に沿って設けられた１または複数の放水手段と、前記ポンプの吐出側に取り付けられた圧力検知器と、前記圧力検知器の出力に基づいて前記ポンプをその吐出し圧力が所定の値となるように可変速制御する可変速制御手段とを有することを特徴とする。
【０００６】
請求項２に記載の消火ポンプ装置は、請求項１に記載の発明において、前記可変速制御手段は、誘導電動機とその電源側に設けられたインバータとを有することを特徴とする。
【０００７】
請求項３に記載の消火ポンプ装置は、請求項１に記載の発明において、前記可変速制御手段は、直流ブラシレス電動機と、その電源側に設けられた電圧制御器とを有することを特徴とする。
【０００８】
請求項４に記載の消火ポンプ装置は、請求項２に記載の発明において、前記インバータを冷却するために、前記ポンプの吐出し側の配管から分岐する冷却水配管が設けられていることを特徴とする。
【０００９】
請求項５に記載の消火ポンプ装置は、請求項２に記載の発明において、前記ポンプの内部のキャビティに呼水を与える呼水槽が設けられ、前記インバータは前記呼水槽に貯留している水で冷却されるようになっていることを特徴とする。
【００１０】
請求項６に記載の消火ポンプ装置は、請求項２に記載の発明において、前記主配管には、前記放水手段に所定の圧力を与える起動用圧力タンクが設けられ、この起動用圧力タンクの圧力の低下を回復させるために、前記ポンプを微速運転するようになっていることを特徴とする。
【００１１】
請求項７に記載の消火ポンプ装置は、請求項１に記載の発明において、前記ポンプの起動時において、回転速度を緩やかに上昇させることを特徴とする。
【００１２】
請求項８に記載の消火ポンプ装置は、請求項１に記載の発明において、前記ポンプの回転速度をＳ字曲線に沿って上昇させることを特徴とする。
【００１３】
請求項９に記載の消火ポンプ装置は、請求項１に記載の発明において、前記ポンプの回転速度を、前記ポンプの吐出し圧力が所定の目標圧力になるように制御することを特徴とする。
【００１４】
請求項１０に記載の消火ポンプ装置は、請求項１に記載の発明において、前記ポンプの回転速度を、前記ポンプの吐出し口から前記放水手段の末端までの配管の摩擦抵抗の変化を考慮し、前記放水手段の末端での推定圧力が所定の目標圧力になるように制御することを特徴とする。
【００１５】
請求項１１に記載の消火ポンプ装置は、請求項１に記載の発明において、通常電源から非常電源への切り替えを検知し、これに基づいて起動の際の回転速度の上昇パターンを変化させることを特徴とする。
【００１６】
請求項１２に記載の消火ポンプ装置は、請求項１に記載の発明において、前記ポンプを含む防災機器を、重要度に応じた優先順位に沿って起動させることを特徴とする。
【００１７】
請求項１３に記載の消火ポンプ装置は、請求項１に記載の発明において、必要な防災機器の全体を稼動させる時間を最小限とするように電源の配分を最適化することを特徴とする。
【００１８】
請求項１４に記載の消火ポンプ装置は、請求項１に記載の発明において、前記ポンプの前段にさらに第２のポンプを設け、該加圧ポンプの吐出し側に第２の圧力検知器を設け、この第２の圧力検知器の出力に基づいて前記第２のポンプをその吐出し圧力が所定の値となるように可変速制御することを特徴とする。
【００１９】
請求項１５に記載の消火ポンプ装置は、請求項１４に記載の発明において、火災の発生の際に、前記第２のポンプを起動させ、その吐出し圧が所定値に達した後に前記第１のポンプを起動させることを特徴とする。
【００２０】
請求項１６に記載の消火ポンプ装置は、請求項１に記載の発明において、火災の検知に基づく始動信号を、自己保持機構を持つ記憶手段に記憶するようになっていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１ないし請求項１６に記載の消火ポンプ装置によれば、非常用電源で起動したり、運転する場合でも、使用可能な電力を考慮しつつポンプを制御して運転することができる。また、放水設備や火災発生箇所等を考慮して、適当な給水圧力を維持するようにポンプを制御して運転することができる。したがって、災害発生時の不利な条件のもとでも、確実かつ効果的な作動を得ることができるような消火ポンプ装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面を参照してこの発明の実施の形態を説明する。
図１は、この発明の第１の実施の形態の消火ポンプ装置の全体の構成を示す図であって、この例では、消火ポンプ装置は、消火ポンプ１０とそれに付随する周辺機器を共通ベース１１上に搭載してユニット化して構成された給水ユニット１２と、３つの階で個別に作動する放水システム１４と、水源である地下水槽１６及び補助高置水槽１７と、これらを結ぶ配管とから構成され、火災発生時に給水ユニット１２が水源の水を放水システム１４に給水して初期消火を行うことができるようになっている。
【００２３】
給水ユニット１２内には、図２ないし図４に具体的に示すように、消火ポンプ１０、駆動用電動機１８、制御盤２０、呼水槽２２、加熱防止逃がし装置２４、及びこれらを連通する配管、フレキシブルパイプ（可撓管継手）、逆止弁７０、仕切弁７１、試験用流量計測装置６８、ポンプ始動用の圧力検知器７２、吸い込み配管カバー、吸い込み配管用フート弁、後述する起動用圧力タンク７４等が設けられている。消火ポンプ１０は、ポンプ本体とこれを駆動する電動機１８とが共通ベース１１上で直結した直結形か、一体化された直動形で運転される。制御盤２０には、電源線２５が接続され、これには電源切換手段２６を介して常用電源２７と非常用電源２８が接続されている。
【００２４】
駆動用電動機１８は、図５に示すように、誘導電動機１８とその電源側に設けられたインバータ（周波数変換器）３０とからなり、インバータ３０により電動機１８の回転速度を制御しつつ駆動することができる。なお、電動機１８として直流ブラシレス電動機を使用し、その電源側にドライバー（電圧制御器）を配置するようにしてもよい。
【００２５】
インバータ３０は、図６に示すように、電力を制御する半導体素子３２により構成され、制御盤２０内に配置されて、一体に設けられた冷却フィン３４、及びそれを冷却する手段を有している。すなわち、図７及び図８に示すように、制御盤２０の箱体は、通気のためのスリットやルーバーのような穴２１を開けたり、ダクトを用いて温度の低い外気を取り入れて、冷却フィン３４を冷却している。このような空冷の場合は、インバータ３０を制御盤２０内の空気の循環による冷却し易い場所に取付けるのが好ましい。なお、より簡便な方法として、図９に示すように、冷却フィン３４を箱体の外に突き出して取付け、外気で直接冷却をするようにしてもよい。
【００２６】
一方、図１１に示すように、消火ポンプ１０の吐出し側の配管から分岐させた冷却水配管３６からの水を水冷ジャケット３８を通して消火ポンプ１０の吸込み側配管に戻すか、吸込み水槽に戻すようにしてもよい。これにより、消火ポンプ１０自体の吐出し水を用いて効率的な冷却を行うことができる。また、水冷ジャケットを用いず、インバータ３０本体か冷却フィン３４を呼水槽２２の直下に接して取付け、呼水槽２２に貯留している水で冷却をするようにしてもよい。
【００２７】
制御盤２０内には、図５に示すように、消火ポンプ１０の運転動作や、電動機１８の回転速度の制御、圧力のＰＩ制御等をする、マイコンを用いた制御装置４０が設けられている。この制御装置４０は、各動作毎に専用のものを設けてこれらを連携させるようにしても良いし、一個の制御装置で兼用しても良い。
【００２８】
また、制御盤２０内には、ポンプ・電動機１８を修理・点検する時、電気を遮断する遮断器や、電動機１８の運転電流が過電流になった時、電流を検知して警報を発報する過電流保護装置や、電動機１８の電流を監視して電動機１８の発熱を演算し、過負荷状態になった時に警報を発報する過負荷保護装置や、制御盤２０以降の回路や電路で発生した漏電による零相の電流を検知して警報を発報する漏電保護装置や、インバータ交流から直流への入力側の電力変換時に発生する高調波を低減する交流リアクトル３６（図５及び図６参照）や直流リアクトルが取付けられている。
【００２９】
インバータ直流から交流への出力側の電力変換時に発生する高周波が制御盤２０の外へ流出したり、外部の高周波ノイズが制御盤２０内に侵入して制御機器に誤動作をさせないように、ノイズフィルタ３８（図５及び図６参照）が取付けられている。
【００３０】
制御盤２０の接続配線の入り口部には、外部から侵入する誘導雷のサージ電圧や電流に対して、制御機器を保護するための、アレスタ２３や避雷器が取付けられている。制御盤２０面には、消火ポンプ１０を操作する上に必要な、操作スイッチ、液晶表示器またはＬＥＤ表示器４２（図１０参照）、各種設定を入力するスイッチや設定器が取付けられている。
【００３１】
操作スイッチは、機械式有接点スイッチや無接点スイッチを使用する。表示器４２は、液晶表示器に、文字・数字・記号をセグメントで表示したり、セグメント表示で状態を表示したり、ドットマトリクスで表示を行う。ＬＥＤ表示器を使用して、液晶表示器と同様な表示をすることができる。ＬＥＤ表示器の場合は、記載した文字周辺で、表示灯を点灯・消灯して表示をしても良く、また、表示灯の点灯色を切り替えて点灯表示しても良い。
【００３２】
建築物内の各階には、放水手段である閉鎖型スプリンクラーヘッド５０を含む放水システム１４が設けられている（図１参照）。この放水システム１４は、消火ポンプ１０から建物の上下方向に沿って延びる主配管５２と、主配管５２から各階において分岐する各階配管５４と、各階の所定領域において各階配管５４から分岐し天井に沿って延びる領域配管５６と、領域配管５６に沿って互いに所定間隔を置いて設けられたスプリンクラーヘッド５０とを備えている。主配管５２の末端は例えば屋上等に配置された補助高置水槽１７に開閉弁５８及び逆止弁６０を介して接続されている。各階配管５４の所定箇所には、必要に応じて補助散水栓６２が設けられている。各領域配管５６の末端には、末端試験弁６４と圧力表示器６６が取付けられている。
【００３３】
消火ポンプ１０の吸込側は吸い込み配管１０ａを介して水源である地下水槽１６に連結されている。消火ポンプ１０の上側には、消火ポンプ１０の内部のキャビティに呼水を与える呼水槽２２が設けられている。この呼水槽２２には、消火ポンプ１０自体により、あるいは外部の給水手段により、常時一定レベルの水位が維持されるようになっており、また、消火ポンプ１０の性能が当初の能力を有していることを確認するための試験装置６８が設けられている。
【００３４】
主配管５２の基端部分（給水ユニット１２に接続する側）には、逆止弁７０が設けられ、その下流側の開閉弁７１との間には圧力検知器７２が設けられ、さらに、起動用圧力タンク７４に接続する起動用配管７６が合流している。起動用圧力タンク７４内は所定のガス圧（最上階のスプリンクラーヘッド５０から放水が可能な圧力）を維持するように管理され、常時、主配管５２以降の各配管内の水に所定圧力を負荷している。各階配管５４には、自動警報器７８がそれぞれ設けられている。自動警報器７８の出力は受信器８０を介して、また圧力検知器７２の出力は直接にそれぞれ制御盤２０に導かれている。
【００３５】
上記の構成の消火ポンプ装置の動作を説明する。建物の所定の領域において火災が発生すると、その領域のスプリンクラーヘッド５０が火災を検知し、例えば、その先端を封じるヒューズメタルが溶けて開口し、起動用圧力タンク７４によって加圧された配管内の水が当該領域に散水される。この散水によって起動用圧力タンク７４の内圧は急激に低下し、その低下信号を検知して制御装置４０は消火ポンプ１０を起動する。同時に、スプリンクラーヘッド５０が作動した階の各階配管５４において自動警報器７８が水の流通を検知し、その信号が制御装置４０に入力されるので、どの階で火災が発生したかが判断され、制御装置４０はその階で放水が可能なように消火ポンプ装置の制御を行う。
【００３６】
以下、消火ポンプ１０の起動と制御について詳しく説明する。
好ましい実施の形態においては、消火ポンプ１０の回転速度をインバータ３０により可変制御して、通常のポンプの起動の場合よりも緩やかに上昇させる（ソフトスタート）。ソフトスタートの加速は、零から最高値まで直線的に上昇させるか、図１２に示すように、Ｓ字曲線に沿って上昇させる。
【００３７】
Ｓ字曲線に沿って消火ポンプ１０の回転速度を上昇させることの利点は以下の通りである。すなわち、速度が低い時は、電動機１８やポンプ１０内の回転体の摺動部における摺動抵抗が大きく、過大な電流が流れてインバータ３０の過電流保護が作動することがある。これに対して、比較的回転速度を緩やかに上昇させることにより、このインバータ３０保護のための動作停止が発生しないようにすることができる。ある程度の回転速度に達した状態では、摩擦等の抵抗は少なくなるので、加速を大きくして、目標圧力に到達する時間を短くする。高速になると、渦巻きポンプ１０等の遠心型ポンプ１０は、回転速度の２乗に比例して、吐き出し圧力が上昇していくので、目標圧力に速く安定させるために、加速を小さくする。これにより、過電流等の保護動作を働き難くして、より速い時間で、ポンプ１０の吐き出し圧力を、目標圧力に安定させることができる。
【００３８】
起動時においては、ポンプ１０の吐出し側、すなわち、主配管５２内の圧力（圧力検知器７２の検出値）は、通常、スプリンクラーヘッド５０からの散水により、目標圧力より低下している。そこで、制御装置４０内に記憶させた吐出し目標圧力となるポンプ１０の最少流量の時の回転速度を算出し、この回転速度に対応するようにインバータ３０の出力周波数を上昇させる。これにより、ポンプ１０から送水された水により、スプリンクラーヘッド５０からの散水による消火が継続される。
【００３９】
次に、制御装置４０は、圧力検知器７２で検出したポンプ１０の吐出し圧力が目標圧力になるようにＰＩまたはＰＩＤ制御を行う。１つの方法では、図１３に示すように、ポンプ１０の吐出し圧力を圧力検知器７２で検知し、吐出し圧力が流量に関わらず一定となる吐出し圧力一定制御を行う。別の方法では、図１４に示すように、ポンプ１０の回転速度から流量を算出し、流量の変化によるポンプ１０の吐出し口から末端のスプリンクラーヘッド５０までの配管の摩擦抵抗の変化を考慮した曲線に沿って制御する推定末端圧力一定制御を行う。
【００４０】
いずれの場合も、目標圧力の設定値は、制御装置４０内に予め複数の値を記憶させておき、スプリンクラーヘッド５０の開放動作した区画の自動警報装置からの信号により、必要な目標圧力設定値を選択して圧力制御運転を行う。これにより、どの階のスプリンクラーヘッド５０が作動したか、あるいはいくつのスプリンクラーヘッド５０が作動したかに拘わらず、スプリンクラーヘッド５０には所定の圧力の水が供給され、したがって、各スプリンクラーヘッド５０による散水角度や散水領域が適正に保たれ、消火の効率を高めることができる。
【００４１】
消火ポンプ１０の制御の工程をより詳しく説明する。インバータ３０により、ポンプ１０が始動を始めてから、微少時間が経過した後、制御装置４０内のＰＩ制御機能を働かせて、圧力検知器７２からの圧力信号と目標圧力をＰＩ制御で演算し、出力値に基づいてインバータ３０の指令周波数信号を送る。信号の送信は、電流信号や電圧信号等のアナログ信号か、デジタルの通信信号を使用して、制御装置４０とインバータ３０間を結ぶ方式を用いる。また、インバータ３０の制御回路内（ソフトプログラム）に同様の機能を組みこんでも良い。
【００４２】
インバータ３０の周波数が上昇し、ポンプ１０の吐き出し圧力も上昇して、目標圧力に到達すると、制御装置４０により、インバータ３０の周波数すなわちポンプ１０駆動用電動機１８の回転速度を、圧力検知器７２からの現在圧力と目標圧力が一致するように、周波数を上下させて制御を行う。検出圧力が、目標値より高ければ周波数を下げ、低ければ周波数を上げて、目標圧力に収束させる。
【００４３】
火災の範囲の広がりにより、スプリンクラーヘッド５０からの散水個数が増加して、送水必要量が増加すると、ポンプ１０の吐き出し圧力は低下するが、ＰＩ制御によりインバータ３０周波数も増加するので、送水流量が増加した時も同じ吐き出し圧力が維持される。
【００４４】
更なる火災の広がりにより、別の区画のスプリンクラーヘッド５０が開放し、散水を開始すると、この系統の自動警報装置が動作して、この信号が、受信器８０を経由して、消火ポンプ制御盤２０に入る。この時、この系統の制御盤２０に記憶された、目標圧力信号が、現在運転している目標圧力より高ければ、制御装置４０は目標圧力を高い方に切替えて、インバータ３０の周波数を増加させる。これにより、両方のスプリンクラーヘッド５０の圧力が不足しないように、消火ポンプ１０の運転が行われる。
【００４５】
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ので、この実施の形態では、通常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。通常電源は、電力会社から供給されるもので容量も大きく安定している。他方、非常電源は、自家発電装置や蓄電池設備等を使用しており、一般に容量が小さく安定性も小さい。
【００４６】
そこで、この実施の形態の消火ポンプ１０では、初期消火時に通常電源で始動し、途中で非常電源に切り替ることを想定して、以下のような制御を行うようになっている。すなわち、火災信号や、起動用圧力空気槽（タンク）による圧力低下の始動信号は、通常の電気回路では、停電が発生すると、初期状態に戻り、信号が消えてしまう。したがって、そのままでは、非常電源により通電が再開しても消火ポンプ１０は始動せず、消火活動が遮断されてしまう。そのため、この実施の形態では、消火ポンプ制御盤２０は、火災検知信号や始動信号は、機械的な保持機構をもったリレーまたは不揮発メモリー機能を持った半導体記憶回路に入力され、記憶されるようになっている。同様に、可変速消火ポンプ１０においても、外部から入力された各種信号や情報は、停電時でも保持できるように、不揮発メモリーを回路に使用したり、回路を一次電池や二次電池でバックアップしている。これにより、復電時においてポンプ１０を自動的に再始動させることができるようになっている。
【００４７】
上述したように、非常電源設備は、通常使用しない設備であり、経済的な観点からも、容量は小さく、必要容量を越える程度のものが多い。したがって、通常電源から非常電源に切り替った時、多くの機器が同時に始動を行うと、始動時の始動電流が電動機１８に流れ、これにより、電源容量不足を起こし、電圧や周波数が低下して、始動不能や電気系機器や電動機１８の異常発熱等が生じる。そこで、この実施の形態では、制御装置４０は、火災発生時に不要な電気機器の制御回路や電源設備回路に運転停止信号を送り、これらの機器を停止させて電気が流れないようにし、上記のような事態を回避している。
【００４８】
さらに、この実施の形態では、防災機器について予め重要度に応じた順位を付けておき、復電をした時には、この順序で、予め設定した時間間隔で、各機器を始動させる。時間は機器の大きさや始動時間に応じて、最適な時間を設定する。電源電圧により始動時間が変わる場合は、センサにより電圧値を取り込んで、これに基づいて可変に制御する。
【００４９】
この実施の形態の可変速消火ポンプ１０では、インバータ３０を用いて速度を可変としたソフトスタート機能を持つので、例えば、速度到達信号を制御装置４０に返送し、必要な機器の全体を稼動させる時間を最小限とするように最適化するように、始動の時間を変更しても良い。これにより、全ての機器が、必要な時間でかつ最少の始動時間で完了することができる。
【００５０】
同様に、インバータ３０を用いてソフトスタートし、スタート時間を長くすることにより、電動機１８の始動立ち上がり時間を長くし、始動加速時の電流値を小さくすることができる。すなわち、消火ポンプ１０の電源側に設置した電源切替装置で、常用電源から非常電源にきりかわった時、切替信号を消火ポンプ制御盤２０を経由して、インバータ３０に入力し、加速時間の変更を指示する。非常電源での始動時は、電源容量が小さい為、電流値を小さくすることが好ましいからである。常用電源時と非常電源時の加速時間は、消火ポンプ１０の制御盤２０に記憶するか、インバータ３０に記憶しておく。
または、インバータ３０の出力電流値を常時監視しながら、予め設定した、低い電流値を超えないように、ソフトスタート時間を自動的に変化させて、始動しても良い。
【００５１】
インバータ３０は、電力変換装置であり、交流から直流へ、更に交流へと変換して、任意の交流周波数を作り出すことができる。この交流から直流への変換の際の整流作用時に、高調波が発生する。通常電源のような、電源容量が大きい場合は、問題が小さいが、非常電源のような電源容量が小さい場合は、高調波により発電機が発熱したりする。そこで、この実施の形態では、高調波を減らすために、インバータ３０の一次電源側にＡＣリアクトルや、インバータ３０の整流後の直流回路に、ＤＣリアクトルを取付けている。また、インバータ３０の整流するコンバータ回路に、スイッチング半導体素子による正弦波ＰＷＭ回路を設け、インバータ３０への入力電流波形を正弦波にして、高調波の発生が少ない、力率が１００％に近い装置にしている。これにより、高調波の発生を抑え、ソフトスタート機能を組み合わせることにより、始動電流が少なく、発電機等の非常電源容量を小さくした消火ポンプ１０ができる。
【００５２】
図１５は、この発明の他の実施の形態の消火ポンプ１０装置を示すもので、この実施の形態が図１の実施の形態と異なる点は、各階配管５４にそれぞれ圧力検知器８２が設けられ、各階における圧力を検出することができるようになっている点である。これらのセンサの検出値を制御装置４０にフィードバックすることにより、特に推定末端御圧力制御をより精度良く行うことができる。
【００５３】
図１６はこの発明のさらに他の実施の形態を示すもので、高層建築物に採用される連結送水システムに適用した例である。
高層の建物では、上層の階になるほど必要なヘッド圧は大きくなる。このような大きな圧力を１つのポンプ１０装置で加圧するのは困難であり、かつ経済的でない。また、各放水設備には所定の動作圧力範囲が決められている。そこで、いくつかの階層毎に区切って同一の配管で連結された階層区画を構成し、これらの階層区画毎に加圧用の消火ポンプ１０を設置し、各層に設置された消火ポンプ１０やセンサはそれぞれの制御盤２０に接続して信号を送受信できるようになっている。そして、上層階では、それより下層のポンプ１０を全て起動して直列に接続して使用する。この例では、２つの階層区画の場合を例示しているが、より高層の場合には同様にして３以上の階層区画を形成する。
【００５４】
以下、この実施の形態の消火ポンプ１０装置の作動を以下に説明する。
上層階で火災が発生し、スプリンクラーヘッド５０が開放して散水すると、始動信号がその階層の消火ポンプ１０の制御盤２０に送られる。この階層区画の消火ポンプ１０は直ちに始動せず、始動信号は最下階層区画の消火ポンプ１０の制御盤２０に送られる。最下階層区画の消火ポンプ１０は、制御装置４０によるインバータ制御により電動機１８を駆動されつつ始動させ、予め制御装置４０に設定・記憶した吐出し圧力になるように圧力制御をしながら、運転を行う。吐出し圧力が目標圧力に到達すると、次の上位階層の消火ポンプ制御盤２０に始動信号を送る。これにより、上位階層の消火ポンプには必要な水量と圧力の水が供給され、消火送水動作が可能となる。
【００５５】
以上、この発明の実施の形態を図面を基に説明したが、本発明はこれらに限られるものではなく、発明の趣旨に沿って種々の改変が可能である。例えば、上記においては、個々の消火ポンプ１０を一台のポンプにより構成したが、これらの少なくとも一部を複数の（例えば２台の）ポンプ１０から構成し、状況に応じて選択的に稼動させることができる。すなわち、所要放水量が多いときには複数台を稼動させるようにし、また、少ない時には一方のみを稼動させ、他方を予備として用いるようにする。
【００５６】
また、従来の消火ポンプ１０では、極低速での運転は困難であったので、起動用圧力タンク７４の圧力低下を補うためのジョッキーポンプを備えていた。上記の実施の形態では、インバータ制御方式を採用することで、消火ポンプ１０自体を微速運転させ、起動用圧力タンク７４の圧力低下を補うことができるので、このようなジョッキーポンプが不要になった。このような圧力補充運転は、起動用圧力タンク７４の圧力低下を検知して、自動的に行うことができる。
【００５７】
また、上記の実施の形態では、水源として地下水槽１６を設けているが、このような水槽の設置あるいはメンテナンスのコストを考慮して、消火ポンプ１０を水道配管に直結することが提案されている。この場合、消火ポンプ１０の運転が水道施設の配水用ポンプに影響を与えないことが要求されるが、上記の実施の形態ではインバータ制御方式を採用しているので、上述したようなソフトスタートを実行することでそのような目的を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】この発明の第１の実施の形態の消火ポンプ装置の全体の構成を示す図である。
【図２】給水ユニットを具体的に示す正面図である。
【図３】給水ユニットの側面図である。
【図４】同じく、給水ユニットの側面図である。
【図５】消火ポンプ装置の制御装置を示す図である。
【図６】ポンプ駆動用電動機の可変制御機構を示す図である。
【図７】制御盤の正面図である。
【図８】制御盤の（ａ）側面図、（ｂ）裏面図である。
【図９】制御盤の他の例を示す側面図である。
【図１０】表示パネルを示す図である。
【図１１】制御盤のさらに他の例を示す側面図である。
【図１２】ポンプの起動の際の回転速度変化を示すグラフである。
【図１３】吐出し圧力一定制御の際の運転カーブを示すグラフである。
【図１４】推定末端圧力制御の際の運転カーブを示すグラフである。
【図１５】この発明の第２の実施の形態の消火ポンプ装置を示す図である。
【図１６】この発明の第３の実施の形態の消火ポンプ装置を示す図である。
【符号の説明】
【００５９】
１０ ポンプ
１８ 電動機
２２ 呼水槽
３０ インバータ（可変速制御手段）
３６ 交流リアクトル
３８ ノイズフィルタ
４０ 制御装置
５０ スプリンクラーヘッド（放水手段）
５２ 主配管
５４ 各階配管（分岐配管）
５６ 領域配管（分岐配管）
７２ 圧力検知器
７４ 起動用圧力タンク
８２ 圧力検知器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建造物の所定箇所に配置され、火災発生の際に放水して消火を行う消火ポンプ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
建築物の火災の際に、初期消火を担うものとして火災発生箇所に放水するための消火ポンプ装置が設置されている。放水設備としては、人力を介して火災発生箇所にホース等を介して放水する消火栓と、必要領域をカバーするように天井に配置され、火災発生を検知して自動的に放水するスプリンクラーヘッド装置が主である。
【０００３】
このような消火ポンプ装置は、火災発生という緊急時に確実にかつ効果的に作動することが求められている。例えば、地震による二次災害として発生する火災の場合には、通常電源が遮断され、非常用電源で起動したり、あるいは運転を継続することが求められる場合も多い。しかしながら、通常は消火ポンプの起動時に多くの電力が必要となり、他の設備に必要な電気と競合する可能性があった。また、スプリンクラーヘッド装置を用いて放水する場合、適当な放水圧力を維持しないと適当な範囲での散水が行われないおそれも有る。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、前記事情に鑑みて為されたもので、災害発生時の不利な条件のもとで、確実かつ効果的な作動を得ることができるような消火ポンプ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記目的を達成するために、請求項１に記載の消火ポンプ装置は、水を圧送する電動式のポンプと、前記ポンプの吐出側に取り付けられた主配管と、前記主配管から分岐して設けられた分岐配管と、該分岐配管に沿って設けられた１または複数の放水手段と、前記ポンプの吐出側に取り付けられた圧力検知器と、前記圧力検知器の出力に基づいて前記ポンプをその吐出し圧力が所定の値となるように可変速制御する可変速制御手段とを有することを特徴とする。
【０００６】
請求項２に記載の消火ポンプ装置は、請求項１に記載の発明において、前記可変速制御手段は、誘導電動機とその電源側に設けられたインバータとを有することを特徴とする。
【０００７】
請求項３に記載の消火ポンプ装置は、請求項１に記載の発明において、前記可変速制御手段は、直流ブラシレス電動機と、その電源側に設けられた電圧制御器とを有することを特徴とする。
【０００８】
請求項４に記載の消火ポンプ装置は、請求項２に記載の発明において、前記インバータを冷却するために、前記ポンプの吐出し側の配管から分岐する冷却水配管が設けられていることを特徴とする。
【０００９】
請求項５に記載の消火ポンプ装置は、請求項２に記載の発明において、前記ポンプの内部のキャビティに呼水を与える呼水槽が設けられ、前記インバータは前記呼水槽に貯留している水で冷却されるようになっていることを特徴とする。
【００１０】
請求項６に記載の消火ポンプ装置は、請求項２に記載の発明において、前記主配管には、前記放水手段に所定の圧力を与える起動用圧力タンクが設けられ、この起動用圧力タンクの圧力の低下を回復させるために、前記ポンプを微速運転するようになっていることを特徴とする。
【００１１】
請求項７に記載の消火ポンプ装置は、請求項１に記載の発明において、前記ポンプの起動時において、回転速度を緩やかに上昇させることを特徴とする。
【００１２】
請求項８に記載の消火ポンプ装置は、請求項１に記載の発明において、前記ポンプの回転速度をＳ字曲線に沿って上昇させることを特徴とする。
【００１３】
請求項９に記載の消火ポンプ装置は、請求項１に記載の発明において、前記ポンプの回転速度を、前記ポンプの吐出し圧力が所定の目標圧力になるように制御することを特徴とする。
【００１４】
請求項１０に記載の消火ポンプ装置は、請求項１に記載の発明において、前記ポンプの回転速度を、前記ポンプの吐出し口から前記放水手段の末端までの配管の摩擦抵抗の変化を考慮し、前記放水手段の末端での推定圧力が所定の目標圧力になるように制御することを特徴とする。
【００１５】
請求項１１に記載の消火ポンプ装置は、請求項１に記載の発明において、通常電源から非常電源への切り替えを検知し、これに基づいて起動の際の回転速度の上昇パターンを変化させることを特徴とする。
【００１６】
請求項１２に記載の消火ポンプ装置は、請求項１に記載の発明において、前記ポンプを含む防災機器を、重要度に応じた優先順位に沿って起動させることを特徴とする。
【００１７】
請求項１３に記載の消火ポンプ装置は、請求項１に記載の発明において、必要な防災機器の全体を稼動させる時間を最小限とするように電源の配分を最適化することを特徴とする。
【００１８】
請求項１４に記載の消火ポンプ装置は、請求項１に記載の発明において、前記ポンプの前段にさらに第２のポンプを設け、該加圧ポンプの吐出し側に第２の圧力検知器を設け、この第２の圧力検知器の出力に基づいて前記第２のポンプをその吐出し圧力が所定の値となるように可変速制御することを特徴とする。
【００１９】
請求項１５に記載の消火ポンプ装置は、請求項１４に記載の発明において、火災の発生の際に、前記第２のポンプを起動させ、その吐出し圧が所定値に達した後に前記第１のポンプを起動させることを特徴とする。
【００２０】
請求項１６に記載の消火ポンプ装置は、請求項１に記載の発明において、火災の検知に基づく始動信号を、自己保持機構を持つ記憶手段に記憶するようになっていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１ないし請求項１６に記載の消火ポンプ装置によれば、非常用電源で起動したり、運転する場合でも、使用可能な電力を考慮しつつポンプを制御して運転することができる。また、放水設備や火災発生箇所等を考慮して、適当な給水圧力を維持するようにポンプを制御して運転することができる。したがって、災害発生時の不利な条件のもとでも、確実かつ効果的な作動を得ることができるような消火ポンプ装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面を参照してこの発明の実施の形態を説明する。
図１は、この発明の第１の実施の形態の消火ポンプ装置の全体の構成を示す図であって、この例では、消火ポンプ装置は、消火ポンプ１０とそれに付随する周辺機器を共通ベース１１上に搭載してユニット化して構成された給水ユニット１２と、３つの階で個別に作動する放水システム１４と、水源である地下水槽１６及び補助高置水槽１７と、これらを結ぶ配管とから構成され、火災発生時に給水ユニット１２が水源の水を放水システム１４に給水して初期消火を行うことができるようになっている。
【００２３】
給水ユニット１２内には、図２ないし図４に具体的に示すように、消火ポンプ１０、駆動用電動機１８、制御盤２０、呼水槽２２、加熱防止逃がし装置２４、及びこれらを連通する配管、フレキシブルパイプ（可撓管継手）、逆止弁７０、仕切弁７１、試験用流量計測装置６８、ポンプ始動用の圧力検知器７２、吸い込み配管カバー、吸い込み配管用フート弁、後述する起動用圧力タンク７４等が設けられている。消火ポンプ１０は、ポンプ本体とこれを駆動する電動機１８とが共通ベース１１上で直結した直結形か、一体化された直動形で運転される。制御盤２０には、電源線２５が接続され、これには電源切換手段２６を介して常用電源２７と非常用電源２８が接続されている。
【００２４】
駆動用電動機１８は、図５に示すように、誘導電動機１８とその電源側に設けられたインバータ（周波数変換器）３０とからなり、インバータ３０により電動機１８の回転速度を制御しつつ駆動することができる。なお、電動機１８として直流ブラシレス電動機を使用し、その電源側にドライバー（電圧制御器）を配置するようにしてもよい。
【００２５】
インバータ３０は、図６に示すように、電力を制御する半導体素子３２により構成され、制御盤２０内に配置されて、一体に設けられた冷却フィン３４、及びそれを冷却する手段を有している。すなわち、図７及び図８に示すように、制御盤２０の箱体は、通気のためのスリットやルーバーのような穴２１を開けたり、ダクトを用いて温度の低い外気を取り入れて、冷却フィン３４を冷却している。このような空冷の場合は、インバータ３０を制御盤２０内の空気の循環による冷却し易い場所に取付けるのが好ましい。なお、より簡便な方法として、図９に示すように、冷却フィン３４を箱体の外に突き出して取付け、外気で直接冷却をするようにしてもよい。
【００２６】
一方、図１１に示すように、消火ポンプ１０の吐出し側の配管から分岐させた冷却水配管３６からの水を水冷ジャケット３８を通して消火ポンプ１０の吸込み側配管に戻すか、吸込み水槽に戻すようにしてもよい。これにより、消火ポンプ１０自体の吐出し水を用いて効率的な冷却を行うことができる。また、水冷ジャケットを用いず、インバータ３０本体か冷却フィン３４を呼水槽２２の直下に接して取付け、呼水槽２２に貯留している水で冷却をするようにしてもよい。
【００２７】
制御盤２０内には、図５に示すように、消火ポンプ１０の運転動作や、電動機１８の回転速度の制御、圧力のＰＩ制御等をする、マイコンを用いた制御装置４０が設けられている。この制御装置４０は、各動作毎に専用のものを設けてこれらを連携させるようにしても良いし、一個の制御装置で兼用しても良い。
【００２８】
また、制御盤２０内には、ポンプ・電動機１８を修理・点検する時、電気を遮断する遮断器や、電動機１８の運転電流が過電流になった時、電流を検知して警報を発報する過電流保護装置や、電動機１８の電流を監視して電動機１８の発熱を演算し、過負荷状態になった時に警報を発報する過負荷保護装置や、制御盤２０以降の回路や電路で発生した漏電による零相の電流を検知して警報を発報する漏電保護装置や、インバータ交流から直流への入力側の電力変換時に発生する高調波を低減する交流リアクトル３６（図５及び図６参照）や直流リアクトルが取付けられている。
【００２９】
インバータ直流から交流への出力側の電力変換時に発生する高周波が制御盤２０の外へ流出したり、外部の高周波ノイズが制御盤２０内に侵入して制御機器に誤動作をさせないように、ノイズフィルタ３８（図５及び図６参照）が取付けられている。
【００３０】
制御盤２０の接続配線の入り口部には、外部から侵入する誘導雷のサージ電圧や電流に対して、制御機器を保護するための、アレスタ２３や避雷器が取付けられている。制御盤２０面には、消火ポンプ１０を操作する上に必要な、操作スイッチ、液晶表示器またはＬＥＤ表示器４２（図１０参照）、各種設定を入力するスイッチや設定器が取付けられている。
【００３１】
操作スイッチは、機械式有接点スイッチや無接点スイッチを使用する。表示器４２は、液晶表示器に、文字・数字・記号をセグメントで表示したり、セグメント表示で状態を表示したり、ドットマトリクスで表示を行う。ＬＥＤ表示器を使用して、液晶表示器と同様な表示をすることができる。ＬＥＤ表示器の場合は、記載した文字周辺で、表示灯を点灯・消灯して表示をしても良く、また、表示灯の点灯色を切り替えて点灯表示しても良い。
【００３２】
建築物内の各階には、放水手段である閉鎖型スプリンクラーヘッド５０を含む放水システム１４が設けられている（図１参照）。この放水システム１４は、消火ポンプ１０から建物の上下方向に沿って延びる主配管５２と、主配管５２から各階において分岐する各階配管５４と、各階の所定領域において各階配管５４から分岐し天井に沿って延びる領域配管５６と、領域配管５６に沿って互いに所定間隔を置いて設けられたスプリンクラーヘッド５０とを備えている。主配管５２の末端は例えば屋上等に配置された補助高置水槽１７に開閉弁５８及び逆止弁６０を介して接続されている。各階配管５４の所定箇所には、必要に応じて補助散水栓６２が設けられている。各領域配管５６の末端には、末端試験弁６４と圧力表示器６６が取付けられている。
【００３３】
消火ポンプ１０の吸込側は吸い込み配管１０ａを介して水源である地下水槽１６に連結されている。消火ポンプ１０の上側には、消火ポンプ１０の内部のキャビティに呼水を与える呼水槽２２が設けられている。この呼水槽２２には、消火ポンプ１０自体により、あるいは外部の給水手段により、常時一定レベルの水位が維持されるようになっており、また、消火ポンプ１０の性能が当初の能力を有していることを確認するための試験装置６８が設けられている。
【００３４】
主配管５２の基端部分（給水ユニット１２に接続する側）には、逆止弁７０が設けられ、その下流側の開閉弁７１との間には圧力検知器７２が設けられ、さらに、起動用圧力タンク７４に接続する起動用配管７６が合流している。起動用圧力タンク７４内は所定のガス圧（最上階のスプリンクラーヘッド５０から放水が可能な圧力）を維持するように管理され、常時、主配管５２以降の各配管内の水に所定圧力を負荷している。各階配管５４には、自動警報器７８がそれぞれ設けられている。自動警報器７８の出力は受信器８０を介して、また圧力検知器７２の出力は直接にそれぞれ制御盤２０に導かれている。
【００３５】
上記の構成の消火ポンプ装置の動作を説明する。建物の所定の領域において火災が発生すると、その領域のスプリンクラーヘッド５０が火災を検知し、例えば、その先端を封じるヒューズメタルが溶けて開口し、起動用圧力タンク７４によって加圧された配管内の水が当該領域に散水される。この散水によって起動用圧力タンク７４の内圧は急激に低下し、その低下信号を検知して制御装置４０は消火ポンプ１０を起動する。同時に、スプリンクラーヘッド５０が作動した階の各階配管５４において自動警報器７８が水の流通を検知し、その信号が制御装置４０に入力されるので、どの階で火災が発生したかが判断され、制御装置４０はその階で放水が可能なように消火ポンプ装置の制御を行う。
【００３６】
以下、消火ポンプ１０の起動と制御について詳しく説明する。
好ましい実施の形態においては、消火ポンプ１０の回転速度をインバータ３０により可変制御して、通常のポンプの起動の場合よりも緩やかに上昇させる（ソフトスタート）。ソフトスタートの加速は、零から最高値まで直線的に上昇させるか、図１２に示すように、Ｓ字曲線に沿って上昇させる。
【００３７】
Ｓ字曲線に沿って消火ポンプ１０の回転速度を上昇させることの利点は以下の通りである。すなわち、速度が低い時は、電動機１８やポンプ１０内の回転体の摺動部における摺動抵抗が大きく、過大な電流が流れてインバータ３０の過電流保護が作動することがある。これに対して、比較的回転速度を緩やかに上昇させることにより、このインバータ３０保護のための動作停止が発生しないようにすることができる。ある程度の回転速度に達した状態では、摩擦等の抵抗は少なくなるので、加速を大きくして、目標圧力に到達する時間を短くする。高速になると、渦巻きポンプ１０等の遠心型ポンプ１０は、回転速度の２乗に比例して、吐き出し圧力が上昇していくので、目標圧力に速く安定させるために、加速を小さくする。これにより、過電流等の保護動作を働き難くして、より速い時間で、ポンプ１０の吐き出し圧力を、目標圧力に安定させることができる。
【００３８】
起動時においては、ポンプ１０の吐出し側、すなわち、主配管５２内の圧力（圧力検知器７２の検出値）は、通常、スプリンクラーヘッド５０からの散水により、目標圧力より低下している。そこで、制御装置４０内に記憶させた吐出し目標圧力となるポンプ１０の最少流量の時の回転速度を算出し、この回転速度に対応するようにインバータ３０の出力周波数を上昇させる。これにより、ポンプ１０から送水された水により、スプリンクラーヘッド５０からの散水による消火が継続される。
【００３９】
次に、制御装置４０は、圧力検知器７２で検出したポンプ１０の吐出し圧力が目標圧力になるようにＰＩまたはＰＩＤ制御を行う。１つの方法では、図１３に示すように、ポンプ１０の吐出し圧力を圧力検知器７２で検知し、吐出し圧力が流量に関わらず一定となる吐出し圧力一定制御を行う。別の方法では、図１４に示すように、ポンプ１０の回転速度から流量を算出し、流量の変化によるポンプ１０の吐出し口から末端のスプリンクラーヘッド５０までの配管の摩擦抵抗の変化を考慮した曲線に沿って制御する推定末端圧力一定制御を行う。
【００４０】
いずれの場合も、目標圧力の設定値は、制御装置４０内に予め複数の値を記憶させておき、スプリンクラーヘッド５０の開放動作した区画の自動警報装置からの信号により、必要な目標圧力設定値を選択して圧力制御運転を行う。これにより、どの階のスプリンクラーヘッド５０が作動したか、あるいはいくつのスプリンクラーヘッド５０が作動したかに拘わらず、スプリンクラーヘッド５０には所定の圧力の水が供給され、したがって、各スプリンクラーヘッド５０による散水角度や散水領域が適正に保たれ、消火の効率を高めることができる。
【００４１】
消火ポンプ１０の制御の工程をより詳しく説明する。インバータ３０により、ポンプ１０が始動を始めてから、微少時間が経過した後、制御装置４０内のＰＩ制御機能を働かせて、圧力検知器７２からの圧力信号と目標圧力をＰＩ制御で演算し、出力値に基づいてインバータ３０の指令周波数信号を送る。信号の送信は、電流信号や電圧信号等のアナログ信号か、デジタルの通信信号を使用して、制御装置４０とインバータ３０間を結ぶ方式を用いる。また、インバータ３０の制御回路内（ソフトプログラム）に同様の機能を組みこんでも良い。
【００４２】
インバータ３０の周波数が上昇し、ポンプ１０の吐き出し圧力も上昇して、目標圧力に到達すると、制御装置４０により、インバータ３０の周波数すなわちポンプ１０駆動用電動機１８の回転速度を、圧力検知器７２からの現在圧力と目標圧力が一致するように、周波数を上下させて制御を行う。検出圧力が、目標値より高ければ周波数を下げ、低ければ周波数を上げて、目標圧力に収束させる。
【００４３】
火災の範囲の広がりにより、スプリンクラーヘッド５０からの散水個数が増加して、送水必要量が増加すると、ポンプ１０の吐き出し圧力は低下するが、ＰＩ制御によりインバータ３０周波数も増加するので、送水流量が増加した時も同じ吐き出し圧力が維持される。
【００４４】
更なる火災の広がりにより、別の区画のスプリンクラーヘッド５０が開放し、散水を開始すると、この系統の自動警報装置が動作して、この信号が、受信器８０を経由して、消火ポンプ制御盤２０に入る。この時、この系統の制御盤２０に記憶された、目標圧力信号が、現在運転している目標圧力より高ければ、制御装置４０は目標圧力を高い方に切替えて、インバータ３０の周波数を増加させる。これにより、両方のスプリンクラーヘッド５０の圧力が不足しないように、消火ポンプ１０の運転が行われる。
【００４５】
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ので、この実施の形態では、通常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。通常電源は、電力会社から供給されるもので容量も大きく安定している。他方、非常電源は、自家発電装置や蓄電池設備等を使用しており、一般に容量が小さく安定性も小さい。
【００４６】
そこで、この実施の形態の消火ポンプ１０では、初期消火時に通常電源で始動し、途中で非常電源に切り替ることを想定して、以下のような制御を行うようになっている。すなわち、火災信号や、起動用圧力空気槽（タンク）による圧力低下の始動信号は、通常の電気回路では、停電が発生すると、初期状態に戻り、信号が消えてしまう。したがって、そのままでは、非常電源により通電が再開しても消火ポンプ１０は始動せず、消火活動が遮断されてしまう。そのため、この実施の形態では、消火ポンプ制御盤２０は、火災検知信号や始動信号は、機械的な保持機構をもったリレーまたは不揮発メモリー機能を持った半導体記憶回路に入力され、記憶されるようになっている。同様に、可変速消火ポンプ１０においても、外部から入力された各種信号や情報は、停電時でも保持できるように、不揮発メモリーを回路に使用したり、回路を一次電池や二次電池でバックアップしている。これにより、復電時においてポンプ１０を自動的に再始動させることができるようになっている。
【００４７】
上述したように、非常電源設備は、通常使用しない設備であり、経済的な観点からも、容量は小さく、必要容量を越える程度のものが多い。したがって、通常電源から非常電源に切り替った時、多くの機器が同時に始動を行うと、始動時の始動電流が電動機１８に流れ、これにより、電源容量不足を起こし、電圧や周波数が低下して、始動不能や電気系機器や電動機１８の異常発熱等が生じる。そこで、この実施の形態では、制御装置４０は、火災発生時に不要な電気機器の制御回路や電源設備回路に運転停止信号を送り、これらの機器を停止させて電気が流れないようにし、上記のような事態を回避している。
【００４８】
さらに、この実施の形態では、防災機器について予め重要度に応じた順位を付けておき、復電をした時には、この順序で、予め設定した時間間隔で、各機器を始動させる。時間は機器の大きさや始動時間に応じて、最適な時間を設定する。電源電圧により始動時間が変わる場合は、センサにより電圧値を取り込んで、これに基づいて可変に制御する。
【００４９】
この実施の形態の可変速消火ポンプ１０では、インバータ３０を用いて速度を可変としたソフトスタート機能を持つので、例えば、速度到達信号を制御装置４０に返送し、必要な機器の全体を稼動させる時間を最小限とするように最適化するように、始動の時間を変更しても良い。これにより、全ての機器が、必要な時間でかつ最少の始動時間で完了することができる。
【００５０】
同様に、インバータ３０を用いてソフトスタートし、スタート時間を長くすることにより、電動機１８の始動立ち上がり時間を長くし、始動加速時の電流値を小さくすることができる。すなわち、消火ポンプ１０の電源側に設置した電源切替装置で、常用電源から非常電源にきりかわった時、切替信号を消火ポンプ制御盤２０を経由して、インバータ３０に入力し、加速時間の変更を指示する。非常電源での始動時は、電源容量が小さい為、電流値を小さくすることが好ましいからである。常用電源時と非常電源時の加速時間は、消火ポンプ１０の制御盤２０に記憶するか、インバータ３０に記憶しておく。
または、インバータ３０の出力電流値を常時監視しながら、予め設定した、低い電流値を超えないように、ソフトスタート時間を自動的に変化させて、始動しても良い。
【００５１】
インバータ３０は、電力変換装置であり、交流から直流へ、更に交流へと変換して、任意の交流周波数を作り出すことができる。この交流から直流への変換の際の整流作用時に、高調波が発生する。通常電源のような、電源容量が大きい場合は、問題が小さいが、非常電源のような電源容量が小さい場合は、高調波により発電機が発熱したりする。そこで、この実施の形態では、高調波を減らすために、インバータ３０の一次電源側にＡＣリアクトルや、インバータ３０の整流後の直流回路に、ＤＣリアクトルを取付けている。また、インバータ３０の整流するコンバータ回路に、スイッチング半導体素子による正弦波ＰＷＭ回路を設け、インバータ３０への入力電流波形を正弦波にして、高調波の発生が少ない、力率が１００％に近い装置にしている。これにより、高調波の発生を抑え、ソフトスタート機能を組み合わせることにより、始動電流が少なく、発電機等の非常電源容量を小さくした消火ポンプ１０ができる。
【００５２】
図１５は、この発明の他の実施の形態の消火ポンプ１０装置を示すもので、この実施の形態が図１の実施の形態と異なる点は、各階配管５４にそれぞれ圧力検知器８２が設けられ、各階における圧力を検出することができるようになっている点である。これらのセンサの検出値を制御装置４０にフィードバックすることにより、特に推定末端御圧力制御をより精度良く行うことができる。
【００５３】
図１６はこの発明のさらに他の実施の形態を示すもので、高層建築物に採用される連結送水システムに適用した例である。
高層の建物では、上層の階になるほど必要なヘッド圧は大きくなる。このような大きな圧力を１つのポンプ１０装置で加圧するのは困難であり、かつ経済的でない。また、各放水設備には所定の動作圧力範囲が決められている。そこで、いくつかの階層毎に区切って同一の配管で連結された階層区画を構成し、これらの階層区画毎に加圧用の消火ポンプ１０を設置し、各層に設置された消火ポンプ１０やセンサはそれぞれの制御盤２０に接続して信号を送受信できるようになっている。そして、上層階では、それより下層のポンプ１０を全て起動して直列に接続して使用する。この例では、２つの階層区画の場合を例示しているが、より高層の場合には同様にして３以上の階層区画を形成する。
【００５４】
以下、この実施の形態の消火ポンプ１０装置の作動を以下に説明する。
上層階で火災が発生し、スプリンクラーヘッド５０が開放して散水すると、始動信号がその階層の消火ポンプ１０の制御盤２０に送られる。この階層区画の消火ポンプ１０は直ちに始動せず、始動信号は最下階層区画の消火ポンプ１０の制御盤２０に送られる。最下階層区画の消火ポンプ１０は、制御装置４０によるインバータ制御により電動機１８を駆動されつつ始動させ、予め制御装置４０に設定・記憶した吐出し圧力になるように圧力制御をしながら、運転を行う。吐出し圧力が目標圧力に到達すると、次の上位階層の消火ポンプ制御盤２０に始動信号を送る。これにより、上位階層の消火ポンプには必要な水量と圧力の水が供給され、消火送水動作が可能となる。
【００５５】
以上、この発明の実施の形態を図面を基に説明したが、本発明はこれらに限られるものではなく、発明の趣旨に沿って種々の改変が可能である。例えば、上記においては、個々の消火ポンプ１０を一台のポンプにより構成したが、これらの少なくとも一部を複数の（例えば２台の）ポンプ１０から構成し、状況に応じて選択的に稼動させることができる。すなわち、所要放水量が多いときには複数台を稼動させるようにし、また、少ない時には一方のみを稼動させ、他方を予備として用いるようにする。
【００５６】
また、従来の消火ポンプ１０では、極低速での運転は困難であったので、起動用圧力タンク７４の圧力低下を補うためのジョッキーポンプを備えていた。上記の実施の形態では、インバータ制御方式を採用することで、消火ポンプ１０自体を微速運転させ、起動用圧力タンク７４の圧力低下を補うことができるので、このようなジョッキーポンプが不要になった。このような圧力補充運転は、起動用圧力タンク７４の圧力低下を検知して、自動的に行うことができる。
【００５７】
また、上記の実施の形態では、水源として地下水槽１６を設けているが、このような水槽の設置あるいはメンテナンスのコストを考慮して、消火ポンプ１０を水道配管に直結することが提案されている。この場合、消火ポンプ１０の運転が水道施設の配水用ポンプに影響を与えないことが要求されるが、上記の実施の形態ではインバータ制御方式を採用しているので、上述したようなソフトスタートを実行することでそのような目的を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】この発明の第１の実施の形態の消火ポンプ装置の全体の構成を示す図である。
【図２】給水ユニットを具体的に示す正面図である。
【図３】給水ユニットの側面図である。
【図４】同じく、給水ユニットの側面図である。
【図５】消火ポンプ装置の制御装置を示す図である。
【図６】ポンプ駆動用電動機の可変制御機構を示す図である。
【図７】制御盤の正面図である。
【図８】制御盤の（ａ）側面図、（ｂ）裏面図である。
【図９】制御盤の他の例を示す側面図である。
【図１０】表示パネルを示す図である。
【図１１】制御盤のさらに他の例を示す側面図である。
【図１２】ポンプの起動の際の回転速度変化を示すグラフである。
【図１３】吐出し圧力一定制御の際の運転カーブを示すグラフである。
【図１４】推定末端圧力制御の際の運転カーブを示すグラフである。
【図１５】この発明の第２の実施の形態の消火ポンプ装置を示す図である。
【図１６】この発明の第３の実施の形態の消火ポンプ装置を示す図である。
【符号の説明】
【００５９】
１０ ポンプ
１８ 電動機
２２ 呼水槽
３０ インバータ（可変速制御手段）
３６ 交流リアクトル
３８ ノイズフィルタ
４０ 制御装置
５０ スプリンクラーヘッド（放水手段）
５２ 主配管
５４ 各階配管（分岐配管）
５６ 領域配管（分岐配管）
７２ 圧力検知器
７４ 起動用圧力タンク
８２ 圧力検知器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水を圧送する電動式のポンプと、
前記ポンプの吐出側に取り付けられた主配管と、
前記主配管から分岐して設けられた分岐配管と、
該分岐配管に沿って設けられた１または複数の放水手段と、
前記ポンプの吐出側に取り付けられた圧力検知器と、
前記圧力検知器の出力に基づいて前記ポンプをその吐出し圧力が所定の値となるように可変速制御する可変速制御手段とを有することを特徴とする消火ポンプ装置。
【請求項２】
前記可変速制御手段は、誘導電動機とその電源側に設けられたインバータとを有することを特徴とする請求項１に記載の消火ポンプ装置。
【請求項３】
前記可変速制御手段は、直流ブラシレス電動機と、その電源側に設けられた電圧制御器とを有することを特徴とする請求項１に記載の消火ポンプ装置。
【請求項４】
前記インバータを冷却するために、前記ポンプの吐出し側の配管から分岐する冷却水配管が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の消火ポンプ装置。
【請求項５】
前記ポンプの内部のキャビティに呼水を与える呼水槽が設けられ、前記インバータは前記呼水槽に貯留している水で冷却されるようになっていることを特徴とする請求項２に記載の消火ポンプ装置。
【請求項６】
前記主配管には、前記放水手段に所定の圧力を与える起動用圧力タンクが設けられ、この起動用圧力タンクの圧力の低下を回復させるために、前記ポンプを微速運転するようになっていることを特徴とする請求項２に記載の消火ポンプ装置。
【請求項７】
前記ポンプの起動時において、回転速度を緩やかに上昇させることを特徴とする請求項１に記載の消火ポンプ装置。
【請求項８】
前記ポンプの回転速度をＳ字曲線に沿って上昇させることを特徴とする請求項１に記載の消火ポンプ装置。
【請求項９】
前記ポンプの回転速度を、前記ポンプの吐出し圧力が所定の目標圧力になるように制御することを特徴とする請求項１に記載の消火ポンプ装置。
【請求項１０】
前記ポンプの回転速度を、前記ポンプの吐出し口から前記放水手段の末端までの配管の摩擦抵抗の変化を考慮し、前記放水手段の末端での推定圧力が所定の目標圧力になるように制御することを特徴とする請求項１に記載の消火ポンプ装置。
【請求項１１】
通常電源から非常電源への切り替えを検知し、これに基づいて起動の際の回転速度の上昇パターンを変化させることを特徴とする請求項１に記載の消火ポンプ装置。
【請求項１２】
前記ポンプを含む防災機器を、重要度に応じた優先順位に沿って起動させることを特徴とする請求項１に記載の消火ポンプ装置。
【請求項１３】
必要な防災機器の全体を稼動させる時間を最小限とするように電源の配分を最適化することを特徴とする請求項１に記載の消火ポンプ装置。
【請求項１４】
前記ポンプの前段にさらに第２のポンプを設け、該加圧ポンプの吐出し側に第２の圧力検知器を設け、この第２の圧力検知器の出力に基づいて前記第２のポンプをその吐出し圧力が所定の値となるように可変速制御することを特徴とする請求項１に記載の消火ポンプ装置。
【請求項１５】
火災の発生の際に、前記第２のポンプを起動させ、その吐出し圧が所定値に達した後に前記第１のポンプを起動させることを特徴とする請求項１４に記載の消火ポンプ装置。
【請求項１６】
火災の検知に基づく始動信号を、自己保持機構を持つ記憶手段に記憶するようになっていることを特徴とする請求項１に記載の消火ポンプ装置。
【請求項１】
水を圧送する電動式のポンプと、
前記ポンプの吐出側に取り付けられた主配管と、
前記主配管から分岐して設けられた分岐配管と、
該分岐配管に沿って設けられた１または複数の放水手段と、
前記ポンプの吐出側に取り付けられた圧力検知器と、
前記圧力検知器の出力に基づいて前記ポンプをその吐出し圧力が所定の値となるように可変速制御する可変速制御手段とを有することを特徴とする消火ポンプ装置。
【請求項２】
前記可変速制御手段は、誘導電動機とその電源側に設けられたインバータとを有することを特徴とする請求項１に記載の消火ポンプ装置。
【請求項３】
前記可変速制御手段は、直流ブラシレス電動機と、その電源側に設けられた電圧制御器とを有することを特徴とする請求項１に記載の消火ポンプ装置。
【請求項４】
前記インバータを冷却するために、前記ポンプの吐出し側の配管から分岐する冷却水配管が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の消火ポンプ装置。
【請求項５】
前記ポンプの内部のキャビティに呼水を与える呼水槽が設けられ、前記インバータは前記呼水槽に貯留している水で冷却されるようになっていることを特徴とする請求項２に記載の消火ポンプ装置。
【請求項６】
前記主配管には、前記放水手段に所定の圧力を与える起動用圧力タンクが設けられ、この起動用圧力タンクの圧力の低下を回復させるために、前記ポンプを微速運転するようになっていることを特徴とする請求項２に記載の消火ポンプ装置。
【請求項７】
前記ポンプの起動時において、回転速度を緩やかに上昇させることを特徴とする請求項１に記載の消火ポンプ装置。
【請求項８】
前記ポンプの回転速度をＳ字曲線に沿って上昇させることを特徴とする請求項１に記載の消火ポンプ装置。
【請求項９】
前記ポンプの回転速度を、前記ポンプの吐出し圧力が所定の目標圧力になるように制御することを特徴とする請求項１に記載の消火ポンプ装置。
【請求項１０】
前記ポンプの回転速度を、前記ポンプの吐出し口から前記放水手段の末端までの配管の摩擦抵抗の変化を考慮し、前記放水手段の末端での推定圧力が所定の目標圧力になるように制御することを特徴とする請求項１に記載の消火ポンプ装置。
【請求項１１】
通常電源から非常電源への切り替えを検知し、これに基づいて起動の際の回転速度の上昇パターンを変化させることを特徴とする請求項１に記載の消火ポンプ装置。
【請求項１２】
前記ポンプを含む防災機器を、重要度に応じた優先順位に沿って起動させることを特徴とする請求項１に記載の消火ポンプ装置。
【請求項１３】
必要な防災機器の全体を稼動させる時間を最小限とするように電源の配分を最適化することを特徴とする請求項１に記載の消火ポンプ装置。
【請求項１４】
前記ポンプの前段にさらに第２のポンプを設け、該加圧ポンプの吐出し側に第２の圧力検知器を設け、この第２の圧力検知器の出力に基づいて前記第２のポンプをその吐出し圧力が所定の値となるように可変速制御することを特徴とする請求項１に記載の消火ポンプ装置。
【請求項１５】
火災の発生の際に、前記第２のポンプを起動させ、その吐出し圧が所定値に達した後に前記第１のポンプを起動させることを特徴とする請求項１４に記載の消火ポンプ装置。
【請求項１６】
火災の検知に基づく始動信号を、自己保持機構を持つ記憶手段に記憶するようになっていることを特徴とする請求項１に記載の消火ポンプ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２００９−６１５８（Ｐ２００９−６１５８Ａ）
【公開日】平成２１年１月１５日（２００９．１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２１０１９１（Ｐ２００８−２１０１９１）
【出願日】平成２０年８月１８日（２００８．８．１８）
【分割の表示】特願２００４−２０１８６４（Ｐ２００４−２０１８６４）の分割
【原出願日】平成１６年７月８日（２００４．７．８）
【出願人】（００００００２３９）株式会社荏原製作所 (1,477)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１月１５日（２００９．１．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年８月１８日（２００８．８．１８）
【分割の表示】特願２００４−２０１８６４（Ｐ２００４−２０１８６４）の分割
【原出願日】平成１６年７月８日（２００４．７．８）
【出願人】（００００００２３９）株式会社荏原製作所 (1,477)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]