專利名稱：液體混合裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及向液態(tài)滅火劑中混入CO2的裝置，所述裝置主要由帶有滅火劑吸入導(dǎo)管的殼體構(gòu)成，殼體裝有計(jì)量閥的用于輸入CO2的供料管和排料管。用這種裝置可以產(chǎn)生來自燃燒滅火裝置滅火噴嘴逆流而上的均勻氣泡流。
如WO95/24272公開的但不是用于CO2的這種混合裝置是十分熟悉的。因此，通常的做法是混入氣態(tài)的惰性氣體并由此作為滅火劑的推進(jìn)劑。間歇地向混合裝置中輸入惰性氣體，使得限定量的Propfen流輸送到滅火噴嘴。DE-U1公開了另一種用于滅火的手提式滅火器，是將CO2在滅火噴嘴處加入到滅火劑中。因此，產(chǎn)生含有凝固溫度下呈水滴的氣溶膠狀混合物。應(yīng)該清楚采取這種措施不能產(chǎn)生來自滅火噴嘴逆流而上的均勻氣泡流。
本發(fā)明的目的是提供一種開始提及的混合裝置，用該裝置能產(chǎn)生與限定量CO2氣泡混合的基本上均勻的兩相混合物，所述的CO2氣泡基本上順流而下地達(dá)到滅火噴嘴。另外一個(gè)目的是推薦一種方法，用該方法可明顯地防止為了減壓液態(tài)CO2而引起的滅火劑結(jié)冰。
本發(fā)明是通過如下方式實(shí)現(xiàn)的，殼體在其縱向軸上垂直對(duì)稱，滅火劑吸入導(dǎo)管與殼體的底端連接，排料導(dǎo)管在殼體的上端彎曲，CO2供料管從上部通入殼體中，至少延伸到殼體的底部并且在管的端部有單噴嘴裝置，其中將CO2與滅火劑逆流輸入到供料管中，計(jì)量閥和單噴嘴裝置之間供料管的長(zhǎng)度應(yīng)這樣確定，使得在操作期間，在關(guān)閉計(jì)量閥時(shí)，在其順流而下側(cè)形成氣墊。
此外，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是操作起來特別簡(jiǎn)單。首先，該裝置在工作壓力低于12巴時(shí)極為有效。這將是說可將其中帶有導(dǎo)管和配件的整個(gè)滅火系統(tǒng)的防火壓力設(shè)計(jì)在16巴較為合適。
特別優(yōu)選地是在供料管的外壁和/或殼體的內(nèi)壁處安裝產(chǎn)生三維渦流的裝置。由此可形成大量的縱向渦流，使得流動(dòng)的物質(zhì)迅速、可控制地混合，同時(shí)可減少最短距離中的壓力損失。這種渦流發(fā)生器的優(yōu)點(diǎn)是從各方面來看特別簡(jiǎn)單。另外，構(gòu)件的內(nèi)部空間的利用率較高，使得惰性氣體在流過滅火劑的管道內(nèi)噴入。
附圖簡(jiǎn)要地表示了本發(fā)明的實(shí)施方式。其中

圖1表示混合裝置的縱截面；圖2表示渦流發(fā)生器的透視圖；圖3表示渦流發(fā)生器的結(jié)構(gòu)變體。
現(xiàn)在參見主要構(gòu)件來理解本發(fā)明。圖中未示出置于混合裝置上游的輸入惰性氣體和滅火劑的備用裝置和混合裝置下游的滅火噴嘴。
根據(jù)圖1，該裝置由縱向垂直設(shè)置的殼體1構(gòu)成，在簡(jiǎn)單的情況下，它是一個(gè)圓柱形的金屬管。其下端通過商業(yè)上可購(gòu)得的未示出的固定裝置與滅火劑供料管2連接。配有計(jì)量閥3用于輸入CO2的供料管4穿過殼體的上端，其中計(jì)量閥直接位于殼體的外面。計(jì)量閥的逆流上方安裝有CO2連接位置(Anschluss)8。同樣，從上端起通向滅火噴嘴的排料管5偏離殼體彎曲。
CO2供料管4例如同軸通向殼體的底端。管端有單噴嘴裝置6，一般情況下，在管的周圍有規(guī)律地穿有孔眼。應(yīng)該清楚，在這種情況下，管端應(yīng)該是關(guān)閉的。供料管被分成兩部分，靠近計(jì)量閥的部分4a由傳熱性差的材料制成，而靠近單噴嘴裝置的部分4b則由傳熱性好的材料制成。下面借助于操作方法來解釋本發(fā)明基本原理來源于下面的數(shù)據(jù)用壓力為4-10巴，優(yōu)選6巴，溫度優(yōu)選為10℃的水作為滅火劑。在殼體1的內(nèi)部，水的流速約為5m/秒較為有利。用CO2作為惰性氣體，當(dāng)然也可使用其它的水溶性物質(zhì)。在連接位置8處，液態(tài)CO2通過未示出的壓力最大為70巴，溫度為約30℃的高壓管供入。計(jì)量閥的真正作用是調(diào)節(jié)用量。同時(shí)還在啟動(dòng)和關(guān)閉裝置或在進(jìn)行間歇式操作時(shí)起單向閥的作用。
在關(guān)閉計(jì)量閥3時(shí)，來自殼體1的滅火劑給單噴嘴裝置6進(jìn)入供料管4的內(nèi)部中并在這里升高。由此壓縮其中存在的氣柱，至少是在啟動(dòng)時(shí)由空氣構(gòu)成的氣柱，并且由于形成氣墊7而使氣柱逆向計(jì)量閥3移動(dòng)。相應(yīng)的這種狀態(tài)示于圖1中。氣墊阻止水與計(jì)量閥3接觸。由此可見，為了形成合適的氣propfens，允許供料管4超出一定的長(zhǎng)度。應(yīng)如此確定氣墊7，使得在強(qiáng)大的水柱渦流下，沒有水到達(dá)計(jì)量閥3，從而避免結(jié)冰。同樣，在下一次計(jì)量閥打開時(shí)也要經(jīng)受這種渦流和由此引起的結(jié)冰的危險(xiǎn)。液態(tài)CO2在閥中降低壓力至約8巴，并由此可使溫度降至-45℃。應(yīng)該清楚CO2可能與水接觸就會(huì)立即結(jié)冰，而堵塞供料管。液態(tài)惰性氣體進(jìn)入供料管中，通過氣墊移向滅火柱而返回到殼體中。在這種情況下，加熱CO2，并且在到達(dá)三相點(diǎn)時(shí)，至少有部分蒸汽存在。直觀上形成供料管4的兩部分。靠近計(jì)量閥的部分4a優(yōu)選由傳熱性差的塑料制成，以確保逆流而上流過的冷卻液態(tài)惰性氣體和殼體中的水之間盡可能不發(fā)生熱交換。在各種情況下，應(yīng)避免在殼體內(nèi)或者局部位置結(jié)冰。另一方面，為了在下游加熱和蒸發(fā)惰性氣體，部分4b選擇傳熱性好的材料制成。
徑向鉆孔或篩狀結(jié)構(gòu)的單噴嘴裝置應(yīng)如此確定，使得在惰性氣體噴入流過滅火劑的管道內(nèi)時(shí)，在水中有均勻細(xì)分散的氣體，而幾乎沒有氣泡。但是，在這種情況下，應(yīng)注意噴嘴孔又要足夠大，以防止意料之中的孔結(jié)冰。
如果不能在管4內(nèi)達(dá)到上述三相點(diǎn)，那么液態(tài)惰性氣體在各種情況下與熱水接觸時(shí)會(huì)蒸發(fā)并因此而進(jìn)入溶液中。因此，首先要做到的是盡可能溶解更多的氣體；目的是使混合物達(dá)到飽和狀態(tài)。
為了在噴嘴的下游形成規(guī)定的氣泡流，使更多的CO2混入滅火劑中，而不是進(jìn)入溶液中。未溶解的過量組分則以氣泡的形式存在。
混合物的蒸發(fā)依賴于各自的壓力和溫度；因此，蒸發(fā)引起管道內(nèi)的壓力損失。通過脫除溶解的惰性氣體，補(bǔ)償損失的壓力部分。蒸發(fā)引起體積膨脹。下面示例性地給出了數(shù)值在溫度為10℃的1L水溶液中噴入25g壓力為7巴的情性氣體時(shí)，得到15g溶液；在7巴時(shí)，10g溶液的體積膨脹為0.8L。這樣混合物的總體積為1.8L，總重量為1025g。因此，混合物的比重為約0.57kg/L。這就是說與純的水流相比，明顯地降低了進(jìn)入滅火噴嘴的導(dǎo)管系統(tǒng)的壓力損失。采用這種新的措施，至少是保持了系統(tǒng)中的壓力，這點(diǎn)通過試驗(yàn)得到證實(shí)。最后，這表明與附加的管道長(zhǎng)度無關(guān)的所有的滅火噴嘴被施加了幾乎相同的滅火壓力。
具有上述大孔的單噴嘴裝置6使得上述所希望的在水中的均勻地細(xì)分散不能實(shí)現(xiàn)。在這里，為了設(shè)法進(jìn)行補(bǔ)救，在流過的通道內(nèi)，在殼體壁21上安裝能影響流體的渦流發(fā)生器9。這種渦流發(fā)生器應(yīng)這樣來安裝，使得其下游的殼體具有足夠大的混合區(qū)22。
根據(jù)圖2和3，這種渦流發(fā)生器主要由三個(gè)自由環(huán)繞的三角形面構(gòu)成。它們是頂面10和兩個(gè)側(cè)面11和13。在其縱向距離上，這個(gè)平面以一定的角度流動(dòng)方向上移動(dòng)。
由直角三角形構(gòu)成的側(cè)壁并排固定在殼體壁21上。它們?nèi)绱巳∠?，使得在矢角α的影響下，在其窄面上形成接口。接口是尖銳的連接邊緣16并同樣與壁21垂直，側(cè)壁該壁平齊。在安裝的通道內(nèi)，由于尖銳的連接邊緣，流過的橫截面幾乎不受到阻擋的影響。交叉在矢角α處的兩個(gè)側(cè)面11,13的形狀，大小和定向?qū)ΨQ，兩側(cè)有一個(gè)對(duì)稱軸17。該對(duì)稱軸17象通道軸一樣被矯正。
就在同一壁21上橫穿過環(huán)流壁并非常平地形成的邊緣15來說，頂面10位于例如側(cè)壁11,13上。其縱向邊緣12,14與縱向伸向流動(dòng)通道的側(cè)面邊緣平齊。頂面與壁21交叉形成傾角β。其縱向邊緣12,14與連接邊緣16一起形成尖端18。
在圖2中，兩側(cè)面11,13的連接邊緣16構(gòu)成渦流發(fā)生器9的順流而下的邊緣。垂直于壁21延伸的頂面10的邊緣15是首先影響通道流的邊緣。
渦流發(fā)生器的工作原理如下在邊緣12和14處環(huán)流時(shí)，流動(dòng)轉(zhuǎn)變成反向的渦流對(duì)。渦流軸位于流動(dòng)軸上。渦流發(fā)生器的幾何圖形應(yīng)這樣選擇，使得在產(chǎn)生渦流時(shí)不形成回流區(qū)。
通過相應(yīng)地選擇傾角β和/或矢角α來確定渦流的轉(zhuǎn)數(shù)。隨著角的增大，渦流強(qiáng)度或轉(zhuǎn)數(shù)增大，渦流斷開的地方(只要是特別希望的)本身逆流而上的向渦流發(fā)生器的范圍內(nèi)移動(dòng)。根據(jù)應(yīng)用，通過結(jié)構(gòu)情況和方法本身預(yù)先確定這兩個(gè)角α和β。此外，渦流發(fā)生器的高度還必須與此相適應(yīng)，所述高度對(duì)應(yīng)于每個(gè)連接邊緣16。
通常，該連接邊緣16的高度h隨著通道高度H而改變，使得所產(chǎn)生的渦流在緊隨渦流發(fā)生器的下游應(yīng)大到全部通道高度或安裝有渦流發(fā)生器的通道部分的全部高度都被填滿，這就使得在進(jìn)氣沖擊的橫截面上達(dá)到均勻的分布。進(jìn)一步的對(duì)所選擇的比例h/H產(chǎn)生影響的標(biāo)準(zhǔn)是渦流發(fā)生器發(fā)生環(huán)流時(shí)產(chǎn)生的壓降。應(yīng)該清楚隨著比例h/H增大，壓降損失系數(shù)也增大。
與圖2相反，圖3中，尖銳的連接邊緣16的那個(gè)位置首先受到通道流的進(jìn)氣沖擊。該構(gòu)件旋轉(zhuǎn)了180°。由圖中可以看出，兩個(gè)對(duì)流的渦流的旋轉(zhuǎn)方向發(fā)生了改變。渦流沿著頂面的上方旋轉(zhuǎn)并沖擊安裝渦流發(fā)生器的壁。
在殼體壁21上，數(shù)個(gè)渦流發(fā)生器9在周圍方向上有或沒有中間空隙地互相排列設(shè)置。構(gòu)件9的高度h大約為通道高度H的90％。這種渦流發(fā)生器也可以在殼體的多個(gè)平面上均勻地或軸向分段地設(shè)置。
應(yīng)該清楚，本發(fā)明不局限于所示出和描述的實(shí)施例。除了用純水作為滅火劑外，也可使用水和泡沫混合物。除了用CO2作為惰性氣體外，也可使用氮或空氣。還可很大程度地改變滅火劑和惰性氣體的用量。原則上，水壓越大，溫度越高，那么溶解的CO2就越多。應(yīng)該清楚也可用其它的渦流發(fā)生構(gòu)件來作為所述的渦流發(fā)生器使用；基本上，所有的靜態(tài)混合器都適用，只要它們的壓力損失不太大。
參考數(shù)字標(biāo)記1 殼體2 滅火劑吸入導(dǎo)管3 計(jì)量閥4 CO2供料管5 排料管6 噴入裝置7 氣墊8 CO2連接位置9 產(chǎn)生渦流的裝置10頂面11側(cè)面12縱向邊緣13側(cè)面14縱向邊緣1510的橫慣延伸的邊緣16連接邊緣17對(duì)稱線18尖角21壁22混合距離β傾角α矢角h 16的高度H 邊緣高度
權(quán)利要求
1．在液態(tài)滅火劑中混入CO2的裝置，主要由帶有滅火劑吸入導(dǎo)管(2)的殼體(1)構(gòu)成，殼體裝有計(jì)量閥(3)用于輸入CO2的供料管(4)中的和排料管(5)，其特征在于-殼體(1)在其縱向軸上垂直對(duì)稱；滅火劑吸入導(dǎo)管(2)與殼體的底端連接；排料導(dǎo)管(5)在殼體的上端彎曲，-CO2供料管(4)從上部通入殼體中，至少延伸到殼體的底部并且在管的端部有單噴嘴裝置(6)；-其中將CO2與滅火劑逆流輸入供料管中，計(jì)量閥(3)和單噴嘴裝置(6)之間供料管的長(zhǎng)度應(yīng)這樣確定，使得在操作期間，在關(guān)閉計(jì)量閥(3)時(shí)，在其順流而下側(cè)形成氣墊(7)。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其特征在于供料管被分成兩部分(4a,4b)，其中靠近計(jì)量閥的部分(4a)由傳熱性差的材料制成，而靠近單噴嘴裝置的部分(4b)則由傳熱性好的材料制成。
3．根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其特征在于在供料管的外壁和/或殼體的內(nèi)壁(21)處安裝產(chǎn)生渦流的裝置(9)。
4．根據(jù)權(quán)利要求3的裝置，其特征在于-該裝置是渦流發(fā)生器(9)，多個(gè)發(fā)生器在殼體壁(21)的范圍或周圍與流動(dòng)方向垂直地互相排列設(shè)置，-渦流發(fā)生器(9)具有三維環(huán)流面，該面在流動(dòng)方向上延伸并形成頂面(10)和另外兩個(gè)側(cè)面(11,13)，-側(cè)面(11,13)與相同的壁(21)平齊并且彼此交叉成矢角(α)，-就在環(huán)流壁(21)上橫穿該相同壁的邊緣(15)來說，頂平面(10)靠近如側(cè)壁，-頂面的縱向邊緣(12,14)與縱向伸向流動(dòng)通道的側(cè)面邊緣平齊，與壁(21)形成傾角(β)。
5．根據(jù)權(quán)利要求4的裝置，其特征在于應(yīng)選擇渦流發(fā)生器的高度(h)與通道的高度(H)的比例，使得產(chǎn)生的渦流在緊隨渦流發(fā)生器的下游填滿全部通道高度或安裝有渦流發(fā)生器通道部分的全部高度。
6．操作權(quán)利要求1裝置的方法，其特征在于包括下列步驟在關(guān)閉計(jì)量閥時(shí)，滅火劑通過單噴嘴裝置進(jìn)入供料管，壓縮其中壓縮存在的氣柱，在形成的氣墊的作用下逆著計(jì)量閥移動(dòng)，接著，打開計(jì)量閥，使液態(tài)CO2進(jìn)入供料管，滅火劑氣柱移動(dòng)返回到殼體中，同時(shí)加熱CO2并且在達(dá)到三相點(diǎn)時(shí)至少部分蒸發(fā)，為了通過單噴嘴裝置形成氣泡流，使更多的CO2混入滅火劑中，而不是進(jìn)入溶液中。
全文摘要
在液態(tài)滅火劑中混入CO
文檔編號(hào)A62C2/00GK1218701SQ9812500
公開日1999年6月9日 申請(qǐng)日期1998年9月29日 優(yōu)先權(quán)日1997年9月30日
發(fā)明者F·埃比謝, M·魯斯烏爾姆 申請(qǐng)人:亞瑞亞·勃郎勃威力有限公司