CN104540555A - 液体雾化设备 - Google Patents

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Abstract

一种用于将液体(L)雾化的设备(100)，其包括容纳待雾化的液体(L)的容器(10)，与所述容器(10)连通的至少一个液体喷射元件(20)，以及用于对所述容器内部的液体进行加压并将所述加压的液体从所述容器中排出的烟火气体发生器(30)。根据本发明，至少在一种操作模式下，喷射元件(20)与气体发生器(30)连通使得能够向所述喷射元件供给由所述发生器(30)产生的气体。

Description

液体雾化设备
技术领域
本发明涉及一种液体喷洒设备。
本发明的设备特别适于喷洒诸如油或油漆或者甚至某些灭火剂等高粘度液体。
本发明在灭火领域中的应用尤其有利。
背景技术
在灭火领域中，已知在由烟火气体发生器产生的热气的作用下排出盛装在贮罐中的灭火剂，离开贮罐的灭火剂被引导至喷射元件。在高温作用下，扩散至火区的灭火剂蒸发，这既有助于灭火也有助于防止火的扩散。
例如，在专利FR 2936715中记载了一种设备，该设备包括容纳可滑动的活塞的圆柱体，活塞在一侧限定用于形成填充有灭火剂的贮罐的腔室，并且在另一侧限定含有气体发生器的腔室。当气体发生器启动时，气体的压力会移动活塞，使得灭火剂从贮罐中排出并被引导至喷射元件中。
储存在这种喷洒设备的贮罐中的灭火剂的温度取决于所述设备所处的环境而变化相当大。例如，当喷洒设备在飞机上时，灭火剂的温度可能显著下降。在这种情况下，一旦被喷洒，该灭火剂的蒸发会花费一定的时间。灭火剂在蒸发之前的传播距离也比较长。另外，增大了灭火剂的粘度和密度，由此对于同一喷射元件以及在给定压力下会导致较差的雾化。灭火剂粘度的增大也导致所喷洒的微滴的尺寸的增大，这使得进一步增加灭火剂在火区中蒸发所需的时间。
具体地，可能发生如下现象：所喷洒的微滴没有在火区中蒸发，而是撞到位于更远处的冷表面然后沿着该表面流动。因此，未达到灭火剂所必需的浓度，从而火未被扑灭。
发明内容
鉴于上述现有技术，本发明的目的在于提供一种能够在大范围的操作温度(特别是在寒冷时)下提供良好的雾化并且即使是高粘度的液体也适用的喷洒设备。
通过利用用于喷洒液体的喷洒设备实现了该目的，所述设备包括：贮罐，其用于盛装喷洒用的液体；与所述贮罐连通的至少一个液体喷射元件；以及烟火气体发生器，其用于对所述贮罐内部的液体进行加压并在压力的作用下从所述贮罐中排出液体，所述设备的特征在于，在至少一种操作模式下，所述喷射元件也与所述气体发生器连通使得能够向所述喷射元件供给由所述发生器产生的气体。
因此，本发明的喷洒设备的喷射元件适于同时供给喷洒用的液体以及燃烧气体，液体流路和气体流路接合起来以在喷射元件的内部或在其出口处产生紊流。在与气体混合的作用下，液体分散成小微滴。在本说明书中，当说明液体和气体“混合”时，应当理解为将液体与气体进行空气动力学上的接触，具体为进行短时间或高速的接触。在空气动力剪力的作用下，液体被分成小微滴。
通过这些设置，即使在液体表现出高粘度时该设备也可以提供液体的良好雾化。
另外，由于供给到喷射元件中的气体很热(考虑到其来自烟火气体发生器)，所以该气体用于对与其混合的液体进行加热以降低液体粘度并进一步提高液体雾化。
在一个实施例中，所述喷射元件为双流体喷嘴。这里所用的术语“双流体喷嘴”指的是具有如下特征的喷嘴：其由用于输送待喷洒的液体流的第一流路和由用于输送气体流(气体行进的路径相对于液体的行进方向具有径向分量)的第二流路进给，并且其被构造成使液体和气体进行接触，因此将液体分散成小微滴。这种喷嘴当液体和气体在喷嘴的内部混合时进行内部混合并且当在喷嘴外部以及离开发生的混合时进行外部混合。
在一个实施例中，本发明的设备为灭火器，那么所述液体为灭火剂。在这种情况下，由烟火气体发生器产生的绝大部分燃烧气体由CO2、N2以及H2O(g)构成，因此供给到喷嘴并接着输送到火中的燃烧气体与所喷洒的液体一起也可以有助于提高设备的灭火效率。供给到喷嘴的燃烧气体通过与喷嘴中的液体进行热交换来冷却而变得更加有效。
在一个实施例中，所述气体发生器至少部分地位于所述贮罐的内部。这样，所生成的一部分气体可以容易地且直接地输送至贮罐的内部。
在一个实施例中，所述气体发生器被构造成使得被释放的气体直接作用于所述液体上。
在一个实施例中，所述气体发生器被构造成使得所述气体经由可移动的分隔件间接作用于所述液体上。
例如，所述可移动的分隔件是可变形的薄膜，特别是柔性薄膜。这种设置对设备的制造进行了限制。然而，该实施例不是限制性的。因此，在另一个实施例中，如果气体发生器和贮罐具有适当的构成，那么分隔件就可以是限定两个空间的可滑动的活塞，一个空间构成容纳烟火药料的燃烧室，而另一个空间构成喷洒液体用的贮罐。
在一个实施例中，所述气体发生器具有容纳烟火药料的至少一个燃烧室和通过至少一个通气孔与所述燃烧室连通的增压室，所述增压室由所述可移动的分隔件限定。
优选地，供给到喷射元件的气体直接从燃烧室中取出而不是从增压室中取出，从而有助于控制其压力和/或流量。
因此，根据有利的设置，所述气体发生器包括容纳烟火药料的至少一个燃烧室，所述喷射元件为喷嘴，并且在至少一种操作模式下，所述喷嘴与所述燃烧室直接连通。
在特定的实施方案中，所述气体发生器包括容纳至少一个烟火药料的燃烧室，所述燃烧室布置成使得在所述燃烧室中产生的一部分气体作用于所述液体上，以对所述液体进行加压并将其从所述贮罐中排出，以及使得在至少一种操作模式下，将在所述燃烧室中产生的另一部分气体供给到所述喷射元件，从而特别地与其中的所述液体混合。
通过这些设置，仅使用一个气体源同时对盛装在贮罐中的液体进行加压以及向喷嘴供给气体。在该实施例中，该设备也具有如下优点：在操作结束时，经由喷射元件的排放孔能够使得贮罐和气体发生器减压。
在另一个实施方案中，所述气体发生器具有：第一气体发生器单元，其具有容纳至少一个第一烟火药料的第一燃烧室；第二气体发生器单元，其具有容纳至少一个第二烟火药料的第二燃烧室；第一气体发生器单元布置成使得在第一燃烧室中产生的气体作用于所述液体上以对所述液体进行加压并将其从所述贮罐中排出，并且第二气体发生器单元布置成使得在至少一种操作模式下，将在第二燃烧室中产生的气体供给到所述喷射器系统，从而特别地与其中的所述液体混合。
在该实施例中，与喷射元件的第一流路连通的贮罐与第一燃烧室(即，第一气体发生器单元的燃烧室)连接，而第二燃烧室(即，第二气体发生器单元的燃烧室)向喷射元件的第二气体流路供给气体。
在一个实施方案中，所述烟火气体发生器包括点火器，其适于使第一气体发生器单元的第一烟火药料和第二气体发生器单元的第二烟火药料共同点燃。
在另一个实施方案中，所述烟火气体发生器包括适于点燃第一烟火药料的第一点火器和适于独立于第一点火器而点燃第二烟火药料的第二点火器。
在这种情况下，所述喷洒设备可以包括控制系统，特别是电子控制系统，其适于以同步或非同步的方式触发第一点火器和第二点火器。
因此，控制第一点火器和第二点火器的触发方式可以使液体和气体同步到达喷嘴中。
在一个实施方案中，所述喷洒设备包括位于所述贮罐的内部的温度传感器；和控制部件，所述控制部件用于作为在所述贮罐的内部所测的温度值的函数而控制第二点火器的启动。
在另一个实施方案中，所述喷洒设备还包括：阀门，其用于控制输送至所述喷射元件中的气体流量；以及位于所述贮罐的内部的温度传感器，作为由所述传感器所测的温度的函数而控制所述阀门。
下面将说明各种实施方案。然而，除非有相反的规定，否则结合任一个实施方案所述的特征均可以应用于另一个实施方案中。
附图说明
从以下根据本发明原理的设备的具体实施方式可以更好地理解本发明并且本发明的其他优点会变得更加明显，具体实施方式仅仅是以举例的方式给出并且参照附图对其进行说明，其中：
图1是本发明第一实施方案中的喷洒设备的简图；
图2A是图1的喷射元件的轴向断面图的一个实施方案；
图2B示出了喷射元件的另一个实施方案；
图3示出了图1的喷洒设备的有利变形；
图4是本发明第二实施方案中的喷洒设备的局部图；
图5是本发明第三实施方案中的喷洒设备的局部图；
图6示出了本发明第三实施方案的变形实施方式。
具体实施方式
图1是示出本发明第一实施方案的喷洒设备(以下称为“设备”)100的图。
喷洒设备100主要包括用于盛装液体L的贮罐10、烟火气体发生器30以及用于喷射液体L的喷射元件20。
气体发生器30包括用于形成容纳烟火药料34的燃烧室36的主体39。该气体发生器还包括能够被控制单元触发的点火器32，特别地，该控制单元为在被启动时适于点燃烟火药料34的电气控制单元(未示出)。
在该实施例中，气体发生器30部分地包含在贮罐10的内部。如图1所示，燃烧室36经由主体39中的通孔38与用于构成位于贮罐的内部并由可移动的分隔件16限定的增压室35的空间连通。
这样，在燃烧室开始运行时，在燃烧室36中产生的一部分气体G直接排放至贮罐10的内部，进入发生器30的增压室35中，并且可移动的分隔件16将含有由发生器30产生的气体G的增压室与盛装在贮罐10中的液体L分隔开。
例如，分隔件16为适于在气体G的压力作用下变形以便于将压力传递至盛装在贮罐10中的液体L上的柔性薄膜。
也应当注意到，贮罐10设置有用于输送液体L的部件，具体为在超过液体L的特定压力时打开的易碎膜13。
当烟火发生器30开始运行时，来自燃烧室并包含在增压室中的气体G经由分隔件16作用于液体表面上，由此避免液体和气体之间的接触，并因此避免形成乳液。
在超过特定压力阈值(由气体G产生并由液体L传递的压力)时，输送部件13打开并且液体L在压力作用下被输送至用于连接贮罐10和喷射元件20的管道14中。
在该实施例中，该设备为灭火器并且液体L为灭火剂，具体地，如专利申请EP 1782861中所述，灭火剂为非易燃性氢氟醚(HFE)类型。这种类型的材料具有提供高质量灭火而不会造成生态影响的优点。
例如，烟火药料34可以由诸如专利申请WO 2006/134311或WO2007/042735中所述的化合物等的化合物构成，特别是可以由基本上由很好地适应本发明的硝酸胍和碱式硝酸铜组成的那些化合物构成。本领域技术人员知晓作为所需要的输送速率和操作时间的函数如何改变烟火药料34的形状、重量和组成。
如图1所示，烟火气体发生器30还包括至少一个孔口42，该孔口具有适于所需要的气体流量的直径，其从燃烧室36引出并与导管40连接以对喷射元件20进行给料。在以下全部说明中，与喷射元件20连通的燃烧气体排放孔被称为“泄漏孔”。
尽管烟火药料优选选自生成很少或不生成固体排放物的化合物，但是固体颗粒很可能产生并经由导管40被夹带至喷射元件20。因此，有利的是，在对喷射元件20进行给料的导管40中安装颗粒过滤器44，以防止导管被来自气体发生器30的固体颗粒阻塞。
图2A更详细地示出了经由导管14供给盛装在贮罐10中的灭火剂L以及经由导管40供给来自燃烧室36的气体的喷射元件20。
在该实施例中，喷射元件20为“双流体”型喷嘴。在该实施例中，其具有两个同轴管71和72，二者用于限定由较小直径的管71限定的内流路73和限定在管71的外表面和较大直径的管72的内表面之间的外流路74。
内流路73连接至与贮罐10连通的导管14，外流路74连接至与燃烧室36连通的导管40。
在该实施例中，双流体喷嘴20是内混式喷嘴，即，在喷嘴20的内部产生气体和液体之间的空气动力学上的接触。
为此，在示出的实施例中，外管72在其末端具有收缩部75。内管71的末端76位于外管72的内部(即，位于其收缩部75的紧接着的上游处)。因此，两个管71和72的端部相对于彼此偏置，使得空气流和气体流在喷嘴内部会聚并在经由外管72的开口77离开喷嘴之前进行动力学上的接触。
应当注意，由于减小了在内管71的出口附近的气体流动断面积，所以气体以非常高的速度朝向来自管71的灭火剂喷射，因此灭火剂L通过开口77分散成小微滴D(参见图1)。
下面，参照图2B说明适用于本发明的喷洒设备的喷嘴20'的另一个实施例。对具有与图2A中的元件的功能相同的功能的元件给出具有上引号的相同的附图标记。
喷嘴20'与图2A的喷嘴20的不同之处在于：通过分别来自内流路73'和外流路74'的两个流在喷嘴20'的出口处会聚来产生气体和液体之间的混合。这被称为外混式双流体喷嘴。
由于两个管71和72的端部齐平，所以气体和液体在能够混合之前离开喷嘴。
与上述实施例中一样，外管72'在其端部收缩，使得其流动断面积逐渐减小。气体流动断面积的减小导致气体速度的增加，由此提高了混合效率。
下面，更详细地说明喷洒设备100的操作。
通过触发点火器32并因此通过燃烧室36内部烟火药料34的燃烧来对喷洒设备100进行驱动。
在压力的作用下，由燃烧生成的气体经由主体39中的通孔38逸出并扩散至包含在贮罐10的内部的增压室35中，在该实施例中，该增压室由可变形的薄膜16和气体发生器的主体39限定。
由于气体膨胀，薄膜16逐渐变形，并且增压室35的容积增大。气体G的压力经由薄膜16传递至灭火剂L。
在液体L的压力作用下，输送部件13打开，灭火剂通过贮罐10的开口12从该贮罐排出并引导至导管14中。
同时，包含在燃烧室36中的一部分气体穿过孔口42并沿着导管40传送至喷嘴20。
由于气体依然很热，所以其一旦进入喷嘴20，就会将热量传递给灭火剂L。因此，燃烧气体在加热灭火剂以使其粘度下降的同时被冷却。
气体和液体最终进行接触使得液体以小微滴D的形式从喷嘴20中喷洒出去，小微滴D优选朝向待扑灭的火F。
可以理解的是，在液体到达喷嘴的区域中，气体的流被设定成紊流。气体将液体分散，并将微滴向目标喷射。
在进行操作之后，燃烧室36经由喷嘴20的排放孔被减压。可以设置额外的减压部件，但是它们仍然不是必需的。
图3示出了相同喷洒设备100的有利变形实施方案。
在本实施方案中，设备100还具有：温度传感器54，其位于贮罐10的内部并优选与盛装在贮罐中的液体L接触；气体传输导管40中的可控阀门50；以及控制部件52，其用于作为由温度传感器54所测值的函数控制阀门。因此，根据液体L的温度和其粘度，对阀门50进行控制以调节气体流量并且保证向喷嘴20中喷射适量的气体，以保证所需要的液体雾化量。
在某些情况下，用于喷洒的液体表现出足够低的粘度和总的来说足够高的温度以保证其在不进行任何预先加热或与气体混合的情况下准确地扩散。接着，气体控制部件可以在喷洒期间使阀门完全闭合，于是喷嘴可以充当作为液体的单一流体的喷嘴。在这种情况下，该设备应当设置有用于调节气体发生器的燃烧室的内部压力的部件，例如，作为气体发生器中的压力的函数而打开或关闭的气体泄露孔。具体地，该调节部件可以由阀门50自身构成，该阀门构造成占据导管40被关闭的位置，但是包含在燃烧室中的一些气体可以被传输到外部。
图4是示出了本发明第二实施方案中的喷洒设备200的局部图。未示出的元件应当被认为是与参照第一实施方案(图1～3)所述的那些元件相同，因此不再对它们进行说明。
设备200与上述设备的不同之处在于其气体发生器130的构造。
如图4所示，本实施方案中的气体发生器130具有第一气体发生器单元81和第二气体发生器单元82，二者均具有各自的燃烧室36a、36b以及容纳在各个燃烧室36a、36b中的至少一个各自的烟火药料34a、34b，并且气体发生器130还具有与气体发生器单元81和82均连接并适于使得两个烟火药料34a和34b共同点燃的点火器32。
在本实施例中，第一燃烧室36a经由通孔38与贮罐内部的增压室35连通。在第一燃烧室36a中产生的全部气体G1都传输至贮罐内部，进入由与图1相同的可变形薄膜类型的传递元件16限定的增压室35的内部。与上述第一实施方案中一样，包含在增压室中的气体G1作用于液体L上。在示出的实施方案中，该作用是间接的，并且经由传递元件16发生。
在本实施方案中，第二燃烧室36b经由导管40与喷嘴20连接。具体地，在本实施方案中，第二燃烧室36b的泄露孔42专门与喷嘴20连通。
换言之，在第二实施方案中，一个燃烧室适于产生用于对液体L进行加压并将其朝向喷射元件20输送的气体G1，而独立于第一燃烧室的第二燃烧室用于将气体G2供给喷射元件。
这样，对喷出灭火液体的功能和提供气体的功能进行了分离。可以彼此独立地选择第一和第二烟火药料以满足它们各自功能特有的限制。
有利地是，例如，第二烟火药料可以由与专利申请WO 2009/095578中所述的那些化合物相同类型的生成氮气(一种惰性灭火气体)的化合物构成，例如基本上包含偶氮二甲酰胺和含氮还原药料，于是第一烟火药料促进传递将它们分解所需的热量。
图5是示出了本发明第三实施方案中的喷洒设备300的局部图。
未示出和/或未说明的元件应当被认为是与参照第一和第二实施方案(图1～4)所述的那些元件相同。
设备300与图4的设备的不同之处仅在于其烟火发生器230具有两个不同的点火器32a和32b，两个点火器中的第一点火器被构造成仅点燃位于第一气体发生器单元81的第一燃烧室36a中的第一烟火药料34a，而第二点火器32b被构造成仅点燃位于第二气体发生器单元82的第二燃烧室36b中的第二烟火药料34b。
可以理解的是，第一和第二点火器可以由共同的控制单元或专用的控制单元触发，具体地该控制单元为电气控制单元。
根据需要，第一和第二点火器可以同步或非同步地触发。
通常，优选以使得雾化气体稍晚于液体到达喷嘴的方式触发点火器。因此，不同步地触发两个点火器(在触发第二点火器时具有小的延迟)使得能够对贮罐中液体所需的压力(5bar至10bar的数量级)和喷嘴所需的压力(5bar的数量级)进行限制。
在图5示出的实施例中，温度传感器54设置在贮罐10的内部，优选与灭火剂L接触。用于形成第二点火器32b的控制单元的点火部件56与温度传感器54和上述第二点火器32b连接。
因此，点燃第二烟火药料34b的第二点火器32b可以仅在如下情况下被点火：喷射设备300所处的温度条件需要喷嘴在双流体条件下操作以保证灭火剂L的良好雾化。否则，其不被点火，于是喷嘴20作为仅供给有灭火剂的单流体喷嘴工作。
如图6所示，两个气体发生器单元81和82以及它们各自的点火器32a、32b也可以分隔开布置。所有其他方面与参照图5所述的那些方面相同。

Claims (16)

1.一种用于喷洒液体(L)的喷洒设备(100、200、300、400)，所述设备包括：
贮罐(10)，其用于盛装喷洒用的液体(L)；
与所述贮罐(10)连通的至少一个液体喷射元件(20)；以及
烟火气体发生器(30)，其用于对所述贮罐内部的液体进行加压并在压力的作用下从所述贮罐中排出液体；
所述设备的特征在于，在至少一种操作模式下，所述喷射元件(20)与所述气体发生器(30)连通使得能够向所述喷射元件供给由所述发生器(30)产生的气体。
2.如权利要求1所述的用于喷洒液体(L)的喷洒设备(100、200、300、400)，其中，所述气体发生器(30、130、230、330)包括容纳烟火药料(34、34a、34b)的至少一个燃烧室(36、36a、36b)，所述喷射元件(20)为喷嘴，并且在至少一种操作模式下，所述喷嘴与所述燃烧室(36、36a、36b)直接连通，使得能够向所述喷嘴供给由所述烟火药料生成的气体。
3.如权利要求1或2所述的喷洒设备(100、200、300、400)，其中，所述喷射元件(20)为双流体喷嘴。
4.如权利要求3所述的喷洒设备(100、200、300、400)，其中，所述双流体喷嘴(20)为内混式喷嘴。
5.如权利要求3所述的喷洒设备(100、200、300、400)，其中，所述双流体喷嘴(20)为外混式喷嘴。
6.如权利要求1～5中任一项所述的喷洒设备(100、200、300、400)，其中，所述气体发生器(30)至少部分地位于所述贮罐(10)的内部。
7.如权利要求1～6中任一项所述的喷洒设备(100、200、300、400)，其中，所述气体发生器(30)被构造成使得被释放的气体直接作用于所述液体(L)上。
8.如权利要求1～6中任一项所述的喷洒设备(100、200、300、400)，其中，所述气体发生器(30)被构造成使得所述气体经由可移动的分隔件(16)间接作用于所述液体(L)上。
9.如权利要求8所述的喷洒设备(100、200、300、400)，其中，所述可移动的分隔件(16)是可变形的薄膜，特别是柔性薄膜。
10.如权利要求8所述的喷洒设备(100、200、300、400)，其中，所述可移动的分隔件(16)是可滑动的活塞。
11.如权利要求1～10中任一项所述的喷洒设备(100)，其中，所述气体发生器(30)包括容纳至少一个烟火药料(34)的燃烧室(36)，所述燃烧室(36)布置成使得在所述燃烧室中产生的一部分气体作用于所述液体(L)上，以对所述液体进行加压并将其从所述贮罐(10)中排出，以及使得在至少一种操作模式下，将在所述燃烧室中产生的另一部分气体供给到所述喷射元件(20)。
12.如权利要求1～10中任一项所述的喷洒设备(200、300、400)，其中，所述气体发生器(30)具有：第一气体发生器单元(81)，其具有容纳至少一个第一烟火药料(34a)的第一燃烧室(36a)；第二气体发生器单元(82)，其具有容纳至少一个第二烟火药料(34b)的第二燃烧室(36b)；第一气体发生器单元(81)布置成使得在第一燃烧室(36a)中产生的气体作用于所述液体(L)上以对所述液体进行加压并将其从所述贮罐(10)中排出，并且第二气体发生器单元(82)布置成使得在至少一种操作模式下，将在第二燃烧室(36b)中产生的气体供给到所述液体喷射元件(20)。
13.如权利要求12所述的喷洒设备(200)，其中，所述烟火气体发生器(30)包括点火器(32)，其适于使第一烟火药料(34a)和第二烟火药料(34b)共同点燃。
14.如权利要求12所述的喷洒设备(300、400)，其中，所述烟火气体发生器(30)包括：第一点火器(32a)，其适于点燃第一烟火药料(34a)；以及第二点火器(32b)，其适于独立于第一点火器而点燃第二烟火药料(34b)。
15.如权利要求14所述的喷洒设备，还包括：位于所述贮罐(10)的内部的温度传感器(54)；和控制部件(52)，所述控制部件用于作为在所述贮罐(10)的内部所测的温度值的函数而控制第二点火器(32b)的启动。
16.如权利要求1～15中任一项所述的喷洒设备(100)，还包括：阀门(50)，其用于控制输送至所述喷射元件(20)的气体流量；以及位于所述贮罐(10)的内部的温度传感器(54)，作为由所述传感器(54)所测的温度的函数而控制所述阀门(50)。
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