CN110913958B - 泡沫产生方法和灭火方法及泡沫灭火设备 - Google Patents

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Abstract

一种泡沫产生方法及其在灭火中的应用以及灭火方法。所述泡沫产生方法包括将液氮与发泡物质混合从而使发泡物质产生泡沫。所述泡沫产生方法首次采用由液氮原位产生的气体与发泡物质混合的方式，由于液氮自身气化产生的气体体积与所述液氮的体积比值较高，在产生大流量泡沫需要大流量供气时，可采用小体积的液氮储存设备代替体积庞大的高压气瓶、空气压缩机或空气压缩机组等供气设备，可大大降低供气设备的体积。同时，采用液氮参与泡沫发泡，在泡沫破裂后会释放出氮气，氮气在燃烧物质表面也能起到抑制燃烧的作用，有助于加速火灾的扑灭。

Description

泡沫产生方法和灭火方法及泡沫灭火设备
技术领域
本发明涉及泡沫产生方法及使用该方法产生的泡沫进行灭火的方法以及泡沫灭火设备。
背景技术
现有的压缩气体泡沫灭火主要采用高压气体与泡沫混合液混合产生泡沫的方式进行灭火。具体的泡沫灭火方式主要有稳压式压缩气体泡沫灭火及储气式泡沫灭火两种方式。其中，压缩气体泡沫灭火通常采用气体压缩机、高压气体管网或压缩气体钢瓶等方式进行供气，而气体压缩机及压缩气体钢瓶供气量有限，无法满足大流量、高压力、长时间供气的要求，而绝大多数场所没有高压气体管网。而若需实现大流量、高压力、长时间供气，则需设置多台压缩机或压缩气体钢瓶(如以一台流量150L/S的泡沫消防车为例，气体的供给流量至少是1050L/s，其供气需要由多台大型空压机供给)，其占用空间大，在油库罐区、装置区往往不具备布置的空间，不利于现场布置。
另一种储气式泡沫灭火通常在灭火剂容器内存储压缩气体，在大流量喷射时，压缩气体将大量消耗，此时为保证灭火剂的高压喷射，则需及时向灭火剂容器内补充压缩气体，而在大流量喷射状态下，仅靠空压机及压缩气体钢瓶根本无法保证压缩气体的足量补充，导致无法有效实现高压喷射要求，随着喷射持续进行，容器内的压力显著降低，泡沫性能逐步变差，影响灭火效果。当进行重大火灾灭火时，则需要生产大流量泡沫灭火，此时泡沫混合液流量提高，压缩气体的供气量也需随之增大，而现有的气体供给方式无法实现大流量高压压缩气体的供应，当前压缩气体泡沫消防车的最大泡沫混合液流量仅20～30L/s，目前主要应用于一般规模的火灾扑救，如建筑物火灾、地面小范围流淌火等，其无法在大型储罐火灾或大规模的地面流淌火灾中的应用。
US5497833A公开了一种提高用于将水流引导至目标物上的喷嘴的性能的方法，包括：在距所述喷嘴的出口的足够上游的位置处，将有效量的液化气体以及泡沫产生组合物注入至流经所述喷嘴的水中，以允许所述液化气体在离开所述喷嘴之前实现所述液化气体基本上完全蒸发和凝固。该方法通过利用液化气体气化产生的推动力来提高水流的速度，提高喷射距离，从而提高灭火性能。并且该公开中明确与液态氮相比，二氧化碳的灭火性能增强。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有高压气体供给技术存在的缺陷，提供一种新的产生泡沫的方法，该方法能够通过体积较小的供气设备而获得较大量的泡沫，而且将该方法用于灭火时，具有较高的灭火效率。
为了实现上述目的，本发明一方面提供一种用于消防灭火的泡沫产生方法，该方法包括将液化介质和泡沫混合液进行混合并施加扰动，以增强液化介质和泡沫混合液之间的接触。
本发明第二方面提供了一种用于消防灭火的泡沫产生方法，该方法包括将液化介质、水和泡沫原液进行混合并施加扰动，以增强液化介质和泡沫原液以及水之间的接触。
本发明第三方面还提供了一种灭火方法，该方法使用上述泡沫产生方法产生泡沫，然后将所述泡沫输出进行灭火。
本发明第四方面提供了一种泡沫灭火设备，该泡沫灭火设备包括泡沫产生单元和泡沫喷射单元，其特征在于，所述泡沫产生单元包括混合装置，所述混合装置具有混合腔和扰流部件，所述扰流部件设置在该混合腔内，所述混合腔设置有第一入口、第二入口和第一出口，所述泡沫产生单元通过所述第一出口与所述泡沫喷射单元连通。
本发明第五方面提供了一种泡沫灭火设备，该泡沫灭火设备包括泡沫产生单元和泡沫喷射单元，其特征在于，所述泡沫产生单元包括泡沫混合液产生装置和混合装置，所述泡沫混合液产生装置包括混合器，所述混合装置具有混合腔和扰流部件，所述扰流部件设置在该混合腔内，所述混合腔设置有第一入口、第二入口和第一出口，所述泡沫混合液产生装置与混合装置的第一入口连通，以对混合装置提供泡沫混合液，所述混合腔的第一出口与所述泡沫喷射单元连通。
本发明第六方面提供了一种泡沫灭火设备，该泡沫灭火设备包括泡沫产生单元和泡沫喷射单元，其特征在于，所述泡沫产生单元包括混合装置，所述混合装置具有混合腔和扰流部件，所述扰流部件设置在该混合腔内，所述混合腔具有第二入口、第三入口、第四入口以及第一出口，所述泡沫产生单元通过所述第一出口与所述泡沫喷射单元连通。
本发明首次采用由液化介质原位产生的气体与发泡物质在扰流部件作用下充分混合从而使发泡物质发泡并进行灭火的方式，由于液化介质自身气化产生的气体体积与所述液化介质自身的体积比值较高，从而在提供大流量供气时，可由小体积的供气设备代替庞大的高压气瓶、空气压缩机或空气压缩机组等供气设备，大大降低了供气设备的体积。
将本发明上述产生泡沫的方法用于灭火时，消防设备响应速度快，能够在短时间内迅速响应产生大量气体，能够取代传统的空压机、压缩气体钢瓶、高压气体管网等供气方式，并能够满足产生大流量泡沫所需大流量高压供气的需求，为压缩气体泡沫灭火系统及储气式泡沫灭火系统的大流量喷射提供足够的气量，实现了该技术在重大火灾灭火中的有效应用；而且由于供气时间长、无需外界动力、独立工作能力强，避免了在大流量喷射需求时需配备多台空压机、压缩气体钢瓶占用空间大的情况，其占用空间小、设置灵活，便于现场布置及灭火工作的开展。
附图说明
图1是根据本发明一种具体实施方式所用泡沫混合装置的结构示意图；
图2为扰流部件的结构示意图；
图3是根据本发明一种实施方式的扰流部件的结构示意图；
图4是根据本发明另一种实施方式的扰流部件的结构示意图；
图5是根据本发明再一种实施方式的扰流部件的结构示意图；
图6是根据本发明又一种实施方式的扰流部件的结构示意图；
图7和图8分别为根据本发明一种实施方式的泡沫产生单元和消防灭火设备的结构示意图；
图9和图10分别为根据本发明另一种实施方式的消防灭火设备和泡沫产生单元的结构示意图；
图11和图12分别为根据本发明再一种具体实施方式的消防灭火设备和泡沫产生单元的结构示意图；
图13-15为采用本发明的泡沫产生方法获得的泡沫的微观照片；
图16-19为采用现有技术的泡沫产生方法获得的泡沫的微观照片。
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明提供的用于消防灭火的泡沫产生方法中，将液化介质和发泡物质(如原位或预先形成的泡沫混合液)进行充分混合产生泡沫。为了进行充分混合，在液化介质和发泡物质接触过程中或者接触后泡沫喷射前，对二者的混合物施加扰动，以增强液化介质和发泡物质之间的接触。
本发明中，所述混合在扰流作用下进行。可以通过设置扰流部件来实施扰动，优选在混合装置内设置扰流部件。通过在所述混合装置内设置扰流部件来促进液化介质和发泡物质的充分接触和混合。扰流部件可理解为任何对流体的流动状态产生影响的结构或布置方式，如在器壁设凸起，改变混合腔的形状以改变泡沫流动方向等做法都可以称为扰流。
所述扰流部件可以是各种能够防止液化介质和发泡物质直接流出去或喷射出去的设置，例如可以为挡板、刮片等各种形状，优选地所述扰流部件的形状为锥形结构、半球形结构或平台结构(例如图2中a、b和c所示)。
为了更充分的实现上述效果，当所述扰流部件为锥形结构、半球形结构或平台结构等两端大小不一的形状时，优选横截面较小的一端朝向液化介质的入口，横截面较大的一端朝向泡沫出口。
本发明中，所述液化介质可以为各种气化后体积能够膨胀的液化物质，优选为液氮、液体二氧化碳、液化惰性气体中的至少一种。所述惰性气体是指元素周期表中第零族元素的气体。
本发明通过采用液化介质作为气体源来代替常规的压缩空气从而减小需要大流量泡沫时所需气体装置的体积。例如，以液氮为例，由于液氮能够迅速产生气体且产生的气体能够便利地与发泡物质混合产生气泡，且液氮的膨胀比通常为700左右，也即1体积的液氮通常可以提供约700体积的常压氮气，由液氮产生的气体的体积与液氮本身体积相比大大增加，而常规压缩空气的压缩比不超过20，由此可以在获得相同量的气体的情况下大大减少气体源的体积，因此可以直接使用液氮作为气体源与发泡物质混合来产生泡沫，而无需像现有技术那样先在发泡装置外把液氮气化，再将气化得到的氮气送入发泡装置内与发泡物质混合，由此大大降低了装置的体积，提高了装置的灵活性和拓宽了应用场所。
本发明中，由液氮产生的气体的体积与液氮本身的体积的比值即膨胀比高达700以上，从而使用液氮作为气体源代替常规的压缩空气能够大大降低气体源的体积，从而减小混合装置的体积。而现有用于压缩气体泡沫系统的压缩空气的压缩比一般不到20。
由于液氮在通常的室温环境下即气化为气体，因此无需额外操作即可获得气体。
以扑救10万立方米储罐全面积火灾为例，来对比分析负压式泡沫(吸气式泡沫)、由液氮供气的压缩气体泡沫及由压缩机组供气的压缩气体泡沫的配置情况。
(1)对于负压式泡沫灭火系统，基于国外的灭火案例以及日本《石油联合企业等防灾体制检讨会研讨结果报告》、API、LASTFIRE等国际权威标准规范与储罐火灾研究组织的推荐值，对于10万立方米储罐全面积火灾的扑救，其泡沫混合液的供给强度至少需9L/min.m2，泡沫混合液流量至少需45216L/min，灭火时间至少需60min，均以最小值计，泡沫混合液的消耗量是2712m3。
(2)对于压缩机供气的压缩气体泡沫灭火系统，一般认为压缩气体泡沫灭火系统所需泡沫供给强度为负压式泡沫灭火系统的1/4，但由于10万立方米储罐全面积火灾的灭火面积较大，根据本发明的发明人的大尺度油盘灭火实验数据，其泡沫供给强度较合适的为5.4L/min.m2，泡沫混合液流量是27130L/min。以发泡倍数7为目标，其供气量应至少是190m3/min，加上损失量，供气量不低于200m3/min。按照目前的大型空压机组供气能力(20-28m3/min)，则需要配置7-10台大型空压机并联进行供气，每台空压机的占地面积约5-6m2，则空压机组的总占地面积是35-70m2。灭火时间为60min，泡沫混合液的消耗量是1627m3。其中所述大尺度油盘灭火实验是指在直径21m的油池内，将柴油点燃，形成全面积火灾，然后利用泡沫灭火装置向油盘内喷射泡沫，进行灭火测试。
(3)对于液氮供气的压缩气体泡沫灭火系统，泡沫供给强度也为5.4L/min.m2，泡沫混合液流量是27130L/min。以发泡倍数7为目标，其供气量应至少是190m3/min，加上损失量，供气量不低于200m3/min。60min内供气量是12000m3，液氮气化后体积是710倍，所以所需液氮量是17m3。实际灭火时间为60min，泡沫混合液的消耗量是1627m3。一台液氮罐车的容积一般是25m3，占地面积约是10m2。该液氮罐车满载液氮后，持续供给时间是88min。具体对比如下表1。
表1
Figure GPA0000271030400000071
从上述比较可以看出，采用本发明液氮供气方式可以大大减小供气设备所需的场地面积、降低供气难度，使得大面积灭火成为可能。
根据本发明，为了能够实现减小发泡装置体积，与现有预先通过外界产生气体，再将气体与发泡物质混合的方式相区分，显然只要使用了上述方式即可实现该目的。例如，可以一部分气体采用现有的方式提供，另一部分气体采用本发明所述即时产生的方式提供，因此本发明既可以有部分气体预先在发泡装置外产生，再将气体与发泡物质混合，也可以全部气体均由即时产生的方式产生。也即本发明用于发泡的气体既可以一部分由现有的方式提供，另一部分由液氮原位气化提供，也可以全部由液氮原位气化提供。为了最大限度的发挥减小气体供给装置体积的优势，至少20体积％优选至少60体积％更优选100体积％的所述气体由液氮气化即时产生。即，本发明中，至少部分是指至少20体积％例如25体积％、30体积％、35体积％、40体积％、45体积％、50体积％、55体积％、60体积％、65体积％、70体积％、75体积％、80体积％、85体积％、90体积％、95体积％、100体积％。
也即，本发明中，将液化介质与发泡物质混合方式可以是直接与所述发泡物质各自以液体流形式接触的方式，也可以是将所述液化介质进行部分或全部气化后与所述发泡物质各自以流体流形式接触的方式。优选地，所述液化介质气化后10分钟以内优选60秒以内更优选为20秒以内更进一步优选为10秒以内与发泡物质混合。
对混合的条件没有特别限定，通常的环境温度即可。优选地，所述混合的条件包括混合温度为-10℃至60℃。也就是说，所述液化介质与所述发泡物质可以在-10℃至60℃的条件下混合。液化介质与发泡物质的混合分为两个阶段：在混合装置的扰流部件扰动下的第一阶段和从混合装置出来后在从喷射枪喷出之前的第二阶段。优选地，第一阶段的时间为1-5秒，优选1-3秒，例如1.2秒、1.4秒、1.5秒、1.6秒、1.7秒、1.8秒、1.9秒、2.0秒、2.1秒、2.2秒、2.3秒、2.4秒、2.5秒、2.6秒、2.7秒、2.8秒、2.9秒。第二阶段的时间取决于喷射速度和喷射枪管道的长度(泡沫出口与喷射枪喷头之间的距离)，对于大型火灾的灭火设备，第二阶段的时间一般为6-40秒，优选为10-20秒例如11秒、12秒、13秒、14秒、15秒、16秒、17秒、18秒、19秒、19.5秒。本发明中，第一阶段的时间是指从液化介质和泡沫混合液、或者液化介质、水和泡沫混合液中最后者进入混合腔中开始至离开混合腔结束的时间段，第二阶段的时间是指从离开混合腔至从消防设备喷出的时间段。
优选地，液化介质以1MPa以上，优选1-2MPa的压力与发泡物质泡沫混合液混合；发泡物质以0.8MPa以上，优选为0.8-1.5MPa的压力与液化介质混合。
本发明中，为了获得质量较好的灭火泡沫，液化介质和发泡物质必须进行充分混合。
根据本发明的一种实施方式，所述泡沫产生方法包括将液化介质和泡沫混合液送入混合装置中进行直接混合产生泡沫，所述混合装置内设置有扰流部件。
根据实验测试结果，泡沫混合液与液氮的体积比在80-160∶1范围内能够获得质量更好的压缩气体泡沫。优选地，泡沫混合液与液氮的体积比为90-130∶1例如91∶1、95∶1、96∶1、98∶1、100∶1、102∶1、105∶1、106∶1、108∶1、110∶1、103∶1、105∶1、110∶1、112∶1、114∶1、115∶1、117∶1、119∶1、120∶1、122∶1、124∶1、126∶1、128∶1。压缩气体泡沫的质量更好是指泡沫持续时间更长、更不容易破裂，从而灭火效果更好。
本发明的发明人发现，所述发泡物质为泡沫混合液，液氮与发泡物质的流量满足下述关系时即可实现良好的压缩气体泡沫：Q＝mV/nf。其中，Q是液氮的体积流量，m为设定的发泡倍数，取值一般在5-200优选5-20范围内更优选在6-8范围内，V是发泡物质的体积流量，n为液氮的体积膨胀比，f是管路损失，取值在1-1.4范围内。其中发泡物质的体积流量V根据火灾面积由《泡沫灭火系统设计规范》(GB50151-2010)确定。液氮的体积膨胀比n是指膨胀后的氮气体积与膨胀前的液氮体积的比值。
使用液氮为气体源、泡沫混合液为发泡物质时，泡沫混合液是主要常温流体，其与液氮混合后，泡沫混合液可充分与液氮换热，液氮在泡沫混合液流体内快速气化，并立即参与发泡。液氮气化后，泡沫混合液因流量很大，液体温度降低很少，完全可忽略，不影响泡沫质量。即使液氮与泡沫混合液初次接触时，泡沫混合液可能会产生少量冰碴，但若液氮与泡沫混合液在混合装置内得到有效快速的分散，冰碴的体积和产生量会降到很低的程度，且在后续流动中，这些冰碴会很快融化，完全不影响发泡与泡沫喷射。
所述泡沫混合液可以直接商购得到，也可以通过将泡沫原液与水预先混合制得。根据本发明的一种实施方式，所述泡沫混合液通过将泡沫原液与水混合得到，所述泡沫原液与水的体积比为1-10∶50-300，优选为3-7∶80-160。
根据本发明的一种实施方式，所述泡沫产生方法包括将液化介质与泡沫混合液直接进行充分混合后气化以产生泡沫，所述混合在搅拌条件下进行。通过搅拌，对混合物施加扰动，以增强液化介质和泡沫混合液之间的接触。
对于该实施方式，所述混合可以在如图1所示的混合装置11中进行，所述混合装置11具有混合腔111，所述扰流部件112设置在该混合腔111内，所述混合腔111具有第一入口114、第二入口115以及第一出口116，泡沫混合液和液化介质分别从所述第一入口114和第二入口115输入混合腔中并在混合腔中混合后气化以发泡，所得泡沫从所述第一出口116输出用于灭火。
本发明中，用于提供泡沫混合液和液化介质接触的场所称为混合腔，从泡沫混合液和液化介质开始接触至泡沫被喷射出去之前的内部空间均可以称为混合腔。混合腔的形状可以为各种形状，例如筒状腔体、管道状腔体。所述扰动可以在混合腔的任意位置或者所有位置存在。可以通过设置扰流部件来实现扰动，也可以通过向混合腔内通入气体来实现气体扰动，其他能够实现流体扰动的方式也在本发明范围内。
本发明中，将用于供发泡物质如泡沫混合液进入混合腔111的开口称为第一入口，将用于供液化介质进入混合腔111的开口称为第二入口，将用于供泡沫原液进入混合腔111的开口称为第三入口，将用于供水进入混合腔111的开口称为第四入口，将用于供发泡形成的泡沫流出混合腔的开口称为第一出口，其中第一、第二、第三、第四仅用于描述时区分使用，并不代表先后关系，也不代表数量。各个开口可以为一个或多个。当为多个时，后述直径是指多个开口的总面积的对应直径。(备注：该混合装置中，关注的是各个入口的流通面积，通过各个入口的直径来比较。)
根据本发明的一种实施方式，第二入口115可围绕第一入口114设置有多个。优选地，多个第二入口115的方向在横向上依次偏离于径向方向，使得第二入口115进入的液化介质流能够旋转流动。其中，当混合装置11为筒状结构时，混合装置11的筒状结构从一端至另一端的方向为纵向，与纵向垂直的方向为所述横向。
另外，第一出口116也可设置多个，用于分别连接喷射管路，从而通过一个混合装置，向多个方向喷射。
所述混合腔111用于提供液化介质和泡沫混合液的混合场所，因此其结构和形状只要能满足上述要求即可。优选所述混合腔111为筒状结构。
其中，如上所述，扰流部件112可理解为任何对流体的流动产生影响的结构，如在器壁设置凸起，改变混合腔的形状以改变泡沫流动方向等做法都可以称为扰流。优选地，扰流部件112可形成为锥形结构、半球形结构、平台结构(分别如图2的a、b和c所示)或其他不规则形状的结构。所述锥形结构的锥形顶、所述半球形结构的球形顶或者所述平台结构的平台顶面朝向第一入口114。
优选地，扰流部件112的横截面为圆形，扰流部件112的直径D7与第一入口114的直径D2之间的关系为：D7/D2＝0.6-4，优选D7/D2＝1.1-2。
优选地，所述扰流部件(112)的横截面为圆形，所述扰流部件(112)的直径D7与所述筒状结构的直径D1之间的关系为：D1/D7＝1.2-4。
通过控制D7满足上述关系，一方面能够较大程度的促使液化介质与发泡物质混合，另一方面还能起到减小泡沫喷出截面从而提高喷射速度的作用，由此降低扰流对喷射速度的不利影响。
扰流部件112的顶端与液化介质在第二入口115处的流出口之间的距离L为0-100mm。在该优选方式下，混合物料能够形成湍流，从而使气液混合更充分，获得质量更高的泡沫。
当所述扰流部件112为锥形结构和半球形结构时，所述扰流部件112的横截面为圆形，此时所述扰流部件112的直径D7为各圆形的直径。进一步优选地，所述扰流部件112的横截面为圆形，所述扰流部件的直径D7与所述第一入口的直径D2之间的关系是指扰流部件的最大横截面积的直径满足上述关系，对于锥形结构其锥角优选为90-130°。
扰流部件112上可设置用于固定在混合腔内的安装部1125。如图1中显示的锥形扰流部件112，该扰流部件112安装为锥形顶朝向第一入口114，混合有液化介质的发泡物质的液流冲向扰流部件112，可打碎液流，使得流体扰动，从而液化介质和发泡物质充分混合，以获得发泡均匀、性能良好的泡沫。
当然，扰流部件112设置方式也不限于如上所述，例如，可设置多个扰流部件，分布在混合腔内的不同位置，而且任何形式的能够对液流起到扰流作用的扰流部件均可。
如图3所示，扰流部件112可以包括多个螺纹段1121，多个螺纹段1121可以沿混合腔111的长度方向依次设在混合腔111的壁面上，相邻两个螺纹段1121的旋转方向相反。
混合有液化介质的发泡物质流过相邻两个螺纹段1121中的一个时，由于受到螺纹段1121的导流作用，该发泡物质可以沿顺时针方向和逆时针方向中的一者旋转。当该发泡物质流过相邻两个螺纹段1121中的另一个时，由于受到螺纹段1121的导流作用，该发泡物质可以沿顺时针方向和逆时针方向中的另一者旋转。由此可以不断地变换该发泡物质的旋转方向，从而可以更好地、更加激烈地扰动该发泡物质，以便使液化介质和发泡物质充分地混合，进而可以获得发泡均匀、性能良好的泡沫。
优选地，多个螺纹段1121可以依次相连。
如图4所示，扰流部件112可以包括第一轴1121a、第二轴1121b和第三轴1121c。第一轴1121a上可以设有第一叶轮1122a和第一传动件，第二轴1121b上可以设有第二叶轮1122b和第二传动件。第一轴1121a和第二轴1121b中的每一个的长度方向可以与混合腔111的长度方向一致，即第一轴1121a和第二轴1121b中的每一个可以沿混合腔111的长度方向延伸。第一轴1121a的旋转方向与第二轴1121b的旋转方向可以相反，即第一叶轮1122a的旋转方向与第二叶轮1122b的旋转方向可以相反。
第三轴1121c上可以设有第三叶轮1122c、第三传动件和第四传动件，该第三传动件可以与该第一传动件啮合，该第四传动件可以与该第二传动件啮合。第三轴1121c的长度方向可以垂直于第一轴1121a的长度方向，即第三轴1121c的长度方向可以垂直于混合腔111的长度方向。
由于第三轴1121c的长度方向垂直于混合腔111的长度方向，因此第三轴1121c的长度方向和第三叶轮1122c的旋转轴线方向都可以垂直于混合有液化介质的发泡物质的流动方向。由此当该发泡物质流过第三叶轮1122c时，可以驱动第三叶轮1122c旋转，进而第三叶轮1122c可以带动第三轴1121c旋转。
由于该第三传动件与该第一传动件啮合、该第四传动件与该第二传动件啮合，因此第三轴1121c可以带动第一轴1121a和第二轴1121b旋转，进而第一轴1121a可以带动第一叶轮1122a旋转、第二轴1121b可以带动第二叶轮1122b旋转。
由于第一叶轮1122a的旋转方向与第二叶轮1122b的旋转方向相反，因此该发泡物质可以大体被第一叶轮1122a和第二叶轮1122b分成两股流体，这两股流体可以相向撞击，也可以分别撞击到混合腔111的壁面上。由此可以更好地、更加激烈地扰动该发泡物质，以便使液化介质和发泡物质充分地混合，进而可以获得发泡均匀、性能良好的泡沫。
优选地，该第一传动件和该第三传动件都可以是圆锥齿轮，或者该第三传动件和该第一传动件可以构成涡轮蜗杆机构；该第二传动件和该第四传动件都可以是圆锥齿轮，或者该第四传动件和该第二传动件可以构成涡轮蜗杆机构。
如图5所示，扰流部件112可以包括第一轴1121a、第二轴1121b、第三轴1121c和电机1123。第一轴1121a上可以设有第一叶轮1122a和第一传动件1124a，第二轴1121b上可以设有第二叶轮1122b和第二传动件1124b。第一轴1121a和第二轴1121b中的每一个的长度方向可以与混合腔111的长度方向一致，即第一轴1121a和第二轴1121b中的每一个可以沿混合腔111的长度方向延伸。第一轴1121a的旋转方向与第二轴1121b的旋转方向可以相反，即第一叶轮1122a的旋转方向与第二叶轮1122b的旋转方向可以相反。
第三轴1121c上可以设有第三传动件1124c，第三传动件1124c可以与第一传动件1124a和第二传动件1124b中的每一个啮合。电机1123可以与第三轴1121c相连以便驱动第三轴1121c旋转。
由于第三传动件1124c与第一传动件1124a和第二传动件1124b中的每一个啮合，因此第三轴1121c可以带动第一轴1121a和第二轴1121b旋转，进而第一轴1121a可以带动第一叶轮1122a旋转、第二轴1121b可以带动第二叶轮1122b旋转。
由于第一叶轮1122a的旋转方向与第二叶轮1122b的旋转方向相反，因此该发泡物质可以大体被第一叶轮1122a和第二叶轮1122b分成两股流体，这两股流体可以相向撞击，也可以分别撞击到混合腔111的壁面上。由此可以更好地、更加激烈地扰动该发泡物质，以便使液化介质和发泡物质充分地混合，进而可以获得发泡均匀、性能良好的泡沫。
如图5所示，第三轴1121c的长度方向与第一轴1121a的长度方向可以一致，即第三轴1121c的长度方向可以与混合腔111的长度方向一致，第一传动件1124a、第二传动件1124b和第三传动件1124c都可以是圆柱齿轮。
如图6所示，扰流部件112可以包括第一轴1121a、第二轴1121b、第三轴1121c和电机1123。第一轴1121a上可以设有第一叶轮1122a和第一传动件，第二轴1121b上可以设有第二叶轮1122b和第二传动件。第一轴1121a和第二轴1121b中的每一个的长度方向可以与混合腔111的长度方向一致，即第一轴1121a和第二轴1121b中的每一个可以沿混合腔111的长度方向延伸。第一轴1121a的旋转方向与第二轴1121b的旋转方向可以相反，即第一叶轮1122a的旋转方向与第二叶轮1122b的旋转方向可以相反。
第三轴1121c上可以设有第三传动件和第四传动件，该第三传动件可以与该第一传动件啮合，该第四传动件可以与该第二传动件啮合。第三轴1121c的长度方向可以垂直于第一轴1121a的长度方向，即第三轴1121c的长度方向可以垂直于混合腔111的长度方向。电机1123可以与第三轴1121c相连以便驱动第三轴1121c旋转。
由于该第三传动件与该第一传动件啮合、该第四传动件与该第二传动件啮合，因此第三轴1121c可以带动第一轴1121a和第二轴1121b旋转，进而第一轴1121a可以带动第一叶轮1122a旋转、第二轴1121b可以带动第二叶轮1122b旋转。
由于第一叶轮1122a的旋转方向与第二叶轮1122b的旋转方向相反，因此该发泡物质可以大体被第一叶轮1122a和第二叶轮1122b分成两股流体，这两股流体可以相向撞击，也可以分别撞击到混合腔111的壁面上。由此可以更好地、更加激烈地扰动该发泡物质，以便使液化介质和发泡物质充分地混合，进而可以获得发泡均匀、性能良好的泡沫。
优选地，该第一传动件和该第三传动件都可以是圆锥齿轮，或者该第三传动件和该第一传动件可以构成涡轮蜗杆机构；该第二传动件和该第四传动件都可以是圆锥齿轮，或者该第四传动件和该第二传动件可以构成涡轮蜗杆机构。
本实施方式中，混合装置11的混合腔111内还可设置有至少一个间隔设置的孔板或丝网等多孔结构113，每个多孔结构113上设置有多个孔；多孔结构113的孔朝向第一入口114，且多孔结构113相对扰流部件112的顶部远离第一入口114。被扰流部件112打碎的液流，从扰流部件112的周围冲向多孔结构113，可通过多孔结构113进一步对液流进行扰动，使其进一步混合。
该混合装置在具体应用时，如图7所示，第一入口114可连接用于盛放泡沫混合液的泡沫混合液供给装置13，或者连接用于混合泡沫原液和水以获取发泡物质的泡沫混合液产生装置12；第二入口115可连接液化介质供给装置14，如液氮罐，液氮输送管网或者液氮罐车。各装置之间优选通过连接管路18连通。
优选地，在混合装置11与泡沫混合液供给装置13之间和混合装置11与液化介质供给装置14之间设置有流量调节器(即控制阀)19。另外，还可在第一入口114、第二入口115和/或第一出口116处设置有压力表22，以实时检测各个口处的压力。
优选地，流量调节器19与控制器20连接，以通过控制器20来控制所述流量调节器19，从而控制第一入口114和第二入口115的开关。需注意的是，对于拖车式泡沫灭火设备，可配置控制器20，而手提灭火器和推车式灭火器提交小，结构简单，一般不配置控制器20。
泡沫混合液供给装置13可以为现有的各种能够提供泡沫混合液的装置，例如可以为泡沫混合液储存罐。
液化介质供给装置14可以为现有的各种能够提供液化介质的装置，例如可以为液氮储罐、液体二氧化碳储罐。
在混合装置11的第一出口116可连接长度超过40m的管道，液化介质与发泡物质在混合装置内混合后，使其经过长度超过40m的管道输送到喷射口，在这个管道内流动时，液化介质与发泡物质也将进行充分反复混合，在喷出前，将形成稳定的性能良好的泡沫。
根据本发明的一种具体实施方式，所述混合腔为筒状结构，所述第一入口114和第二入口115位于所述筒状结构的一端，第一出口116位于所述筒状结构的另一端，所述第二入口115的方向与所述第一入口114的方向之间的夹角α为0-90°优选30-60°的角。第二入口115与第一入口114成角度设置，使得两种液体在输入混合腔的同时，还具有一定的交叉流动，使其能够产生湍流而具有好的混合效果。
为了减小压力降，使发泡物质和液化介质更好的混合，优选地，所述筒状结构的直径D1与所述第一入口114的直径D2之间的关系为：D1/D2＝1.1-4优选D1/D2＝2-4；所述第一入口114的直径D2与所述第二入口115的直径D3之间的关系为：D2/D3＝4-10；所述筒状结构的直径D1与所述第一出口116的直径D4之间的关系为：D1/D4＝0.8-2优选D1/D4＝1.2-2。
本发明中，可以在各个入口、出口处可设置流量计、压力表及控制阀来控制各物料的流量比例。以下相同。
本领域技术人员可以理解的是，第一入口114、第二入口115和第一出口116并不限于如上所述的设置，为达到更好的混合效果，可以做出各种改变或变形。
为更好地控制从第一入口114进入的液化介质的流向，如图1所示，第一入口114可设置伸向该混合腔内的输入管17。
对应于该发泡方式，本发明还提供了一种消防灭火设备，如图3所示，该泡沫灭火设备100包括泡沫产生单元1和泡沫喷射单元2，其特征在于，所述泡沫产生单元1包括混合装置11，所述混合装置11如上所述，具有混合腔111和扰流部件112，所述扰流部件112设置在该混合腔111内，所述混合腔111设置有第一入口114、第二入口115和第一出口116，所述泡沫产生单元1通过所述第一出口116与所述泡沫喷射单元2连通。
如图7所示，所述泡沫产生单元1包括混合装置11、泡沫混合液供给装置13之间和液化介质供给装置14。优选地，在混合装置11与泡沫混合液供给装置13之间和混合装置11与液化介质供给装置14之间设置有流量调节器19。泡沫产生单元1和泡沫喷神单元2之间也可以设置流量调节器19。另外，还可在第一入口114、第二入口115和/或第一出口116处设置有压力表24，以实时检测各个口处的压力。
优选地，流量调节器19与控制器20连接，以通过控制器20来控制所述流量调节器19，从而控制第一入口114和第二入口115的开关。需注意的是，对于拖车式泡沫灭火设备，可配置控制器20，而手提灭火器和推车式灭火器提交小，结构简单，一般不配置控制器20。
根据本发明的一种具体实施方式，所述泡沫灭火设备100为灭火器。如图8所示，混合装置11和泡沫混合液供给装置13设置在泡沫灭火器筒体内，液化介质供给装置14(即液氮罐)在泡沫灭火器筒体外部(当然也可设置在内部)，液化介质供给装置14向混合装置11供应的液氮与泡沫混合液供给装置13向混合装置11供应的泡沫混合液混合气化发泡，产生的泡沫从泡沫喷射管22喷射出。
在使用该灭火器时，首先将泡沫混合液注入灭火器筒体内的泡沫混合供给装置13内，将混合装置11安装在筒体内且吸液管23连通至泡沫混合液供给装置13内，将充满液氮的液化介质供给装置14(液氮瓶)安装在筒体上。在日常保存时，灭火器筒体内是常压状态。在实施灭火时，首先开启控制液氮瓶的流量调节器19，液氮在重力与压力作用下注入灭火器筒体(常压)内的混合装置11内，因液氮密度(0.82)低于水，所以再将筒体上下颠倒几下，液氮与筒体内的泡沫混合液进行充分接触并立即气化，筒体内压力开始上升，当筒体内压力上升到一定压力时(筒体上设置有压力表24)，立即开启筒体上的流量调节器19，将泡沫喷射管22对准火焰根本，实施喷射灭火。由于液氮存储温度是-196℃，温差很大，所以气化迅速，在几秒内即可实现完全气化。与目前的吸气式泡沫灭火器相比，该灭火器的优点是：喷射距离远、喷射过程稳定，泡沫层稳定。
本发明提供的消防灭火设备通过液化介质供给装置14向混合腔输入的液化介质与泡沫混合液供给装置13输入的泡沫混合液混合，液化介质在混合过程中与泡沫混合液换热气化，并同时发泡，该产生泡沫的方式能够获取大流量高倍泡沫，而且获得的泡沫均匀，稳定性好。
其中泡沫喷射单元2可以通过泡沫输送管21与第一出口116连通，该管道可以为泡沫喷射单元自带的，也可以为外界的，将第一出口116与泡沫喷射单元的喷射枪连接。对于大型消防车，该管道一般长40米左右。在该管道内，泡沫混合液继续与液化介质混合发泡。以下各种实施方式与此相同。
所述混合装置的结构和各部件已在上文中描述，不再赘述。
由于该实施方式直接使用现成的泡沫混合液，因此可以适用于不方便提供消防水且着火面积较小的场所。使用时，直接将液化介质与泡沫混合液送入混合装置中在扰流部件112的扰动下进行充分混合、发泡，泡沫从第一出口116进入泡沫喷射单元2，经喷射枪头喷出进行灭火。
上述泡沫灭火设备的泡沫喷射单元例如可以为移动式消防炮、泡沫枪、消防水枪、固定式泡沫发生器等。所述泡沫灭火设备例如可以是手提式灭火器、推车式灭火器或撬装式灭火器等。
上述灭火设备避开了空压机、鼓风机等供气的技术路线，也避开了液氮等液化介质通过气化装置进行换热气化生产大量压缩气体的路线，由此取消了体积庞大的压缩机或压缩气体钢瓶及体积庞大、结构复杂的液化气体汽化器等。该实施方式的消防灭火设备体积小，节省空间，尤其适于设置在小型的移动式灭火设备中，例如，手提式灭火器、拖车式灭火器或者推车式灭火器等。应用本模块的移动式泡沫设备，其体积都不大，其中的拖车式灭火器属于体积较大的移动式泡沫设备，其特点是将液氮储罐(仅几升)代替了高压气体储存空间或空压机或鼓风机等设备，减少了整个设备的体积，使用方便灵活，且平时是常压储存。在使用时将液氮从容器中释放出来形成高压气体，再参与后续的泡沫混合发泡过程。
根据本发明的另一种实施方式，所述发泡物质为泡沫混合液，所述泡沫混合液通过预先将泡沫原液与水混合形成，然后再将该泡沫混合液与液化介质在混合装置内混合，所述混合装置内设置有扰流部件。优选地，所述液化介质与泡沫原液与水的体积比为1∶1-10∶50-300，优选为1∶3-7∶80-160。例如，液化介质与泡沫原液的体积比为1∶3、1∶4、1∶5、1∶6、1∶7，液化介质与水的体积比例如为1∶82、1∶85、1∶86、1∶88、1∶89、1∶100、1∶105、1∶108、1∶110、1∶115、1∶120、1∶125、1∶130、1∶135、1∶140、1∶145、1∶150、1∶152、1∶155、1∶158、1∶160。
其中泡沫原液可以是蛋白泡沫液、氟蛋白泡沫液、水成膜泡沫液、水基泡沫液、抗溶氟蛋白泡沫液、抗溶水成膜泡沫液等中的一种或多种，一般含有多种表面活性剂、稳定剂等添加剂。均可商购获得。
该方式使用的混合装置可以为上述实施方式的混合装置。
本发明将泡沫原液与水混合形成泡沫混合液的场所称为混合液产生装置，所述混合液产生装置可以为各种混合器，所述混合器的结构具体可以参见上述混合装置。由于形成泡沫原液的过程并不需要发泡，因此用作混合器的混合装置中可以设置扰流部件，也可以不设置扰流部件。
对应于该实施方式，本发明提供了一种消防灭火设备，该设备包括泡沫产生单元和泡沫喷射单元，其特征在于，所述泡沫产生单元包括混合装置和泡沫混合液产生装置，所述混合装置具有混合腔和扰流部件，所述扰流部件设置在该混合腔内，所述混合腔设置有用于供泡沫混合液进入混合腔内的泡沫混合液入口、用于供液化介质进入混合腔内的液化介质入口和用于供泡沫排出混合腔进入泡沫喷射单元的泡沫出口，所述泡沫混合液产生装置与混合装置的泡沫混合液入口连通，以对混合装置提供泡沫混合液，所述混合腔的泡沫出口与所述泡沫喷射单元连通。
根据本发明的一种实施方式，如图9所示，该设备100包括泡沫产生单元1和泡沫喷射单元2，其特征在于，所述泡沫产生单元1包括混合装置11和泡沫混合液产生装置12，泡沫混合液产生装置12对混合装置11提供泡沫混合液，混合装置11产生的泡沫提供给泡沫喷射单元2。所述混合装置1的结构可以如上所述。
使用时，先将泡沫原液、消防水通过各自的入口送入泡沫混合液产生装置12中进行混合，得到泡沫混合液，再将该泡沫混合液通过混合液出口送入混合装置11中，与液化介质在扰流部件112的扰动下进行充分混合、发泡，所得泡沫被送出，并进入泡沫喷射单元2喷出，进行消防灭火。
所述混合装置11的结构已在前文描述，在此不再赘述。
优选地，所述混合腔为筒状结构，所述筒状结构的直径D1与所述第一入口114的直径D2之间的关系为：D1/D2＝1.1-4优选D1/D2＝1.4-2；所述第一入口114的直径D2与所述第二入口115的直径D3之间的关系为：D2/D3＝10-15；所述筒状结构的直径D1与所述第一出口116的直径D4之间的关系为：D1/D4＝0.8-2优选D1/D4＝1.2-1.4。
对所述泡沫混合液产生装置12的结构没有特别限定，只要能够使泡沫原液与消防水充分混合形成泡沫混合液即可。具体结构可以采用设置或不设置扰流器的上述混合装置。
优选地，所述混合装置11和泡沫混合液产生装置12集成在一起。如图6所示，所述泡沫混合液产生装置12为设置在图1所示混合装置11的第一入口114所在一端的管道，管道内不设置扰流部件。此时第一入口114与泡沫混合液产生装置12的泡沫混合液出口为同一个开口。进一步优选第一入口114的直径D2与第四入口118的直径D6相等。
如图10所示，泡沫混合液产生装置12设置在混合装置11的进料口前端，泡沫混合液产生装置12包括泡沫原液入口(第三入口)117和水入口(第四入口)118。泡沫原液和水在管道混合形成泡沫混合液后，与从第二入口115进入的液化介质一起进入混合装置11的混合腔内，在扰流部件112的扰动作用下混合、发泡，得到的泡沫从第一出口116输出。
为获得合适浓度的泡沫混合液，需控制泡沫原液和水向原液混合器即混合液产生装置的输送流量，这也可以在各个入口设置流量调节器19等控制。并进一步优选通过控制器20控制各个入口。
本实施方式中，优选地，泡沫混合液产生装置12的第四入口(水入口)的直径D6与第三入口(泡沫原液入口)的直径D5之比为8-14。
第二入口的直径D3与第三入口的直径D5之比优选为1-1.4。
优选地，所述消防设备100还包括与泡沫原液入口连通以向混合器内提供泡沫原液的泡沫原液供给装置6和/或与第二入口115连通以向混合腔中提供液化介质的液化介质供给装置14，所述入水口用于与水供给装置(如消防水源)5连通。
在一实施方式中，如图9所示，泡沫产生单元1包括混合装置11、泡沫混合液产生装置12、液化介质供给装置14(如液氮罐)和泡沫原液供给装置15(如泡沫原液供给罐)，其中，泡沫混合液产生装置12连接消防水源(供水装置)16和泡沫原液装置15，混合装置11连接泡沫混合液产生装置12和液化介质供给装置14，以向混合装置11内输入泡沫混合液和液氮。
混合液产生装置的用于输入泡沫原液的第三入口21与泡沫原液供给装置15连通，泡沫混合液产生装置的水入口即第四入口22与供水装置16连通，泡沫混合液产生装置12的出口与混合装置11连通。第三入口21提供的泡沫原液和第四入口22提供的水进入到泡沫混合液产生装置12内混合产生泡沫混合液，该产生的泡沫混合液输出到混合装置11内。
优选地，如图9所示，所述消防灭火设备还包括多个连接管路18和多个流量调节器19。分别用于各个物料供给装置与混合装置或喷射管路的连接和流量控制。
如图9所示，将各个连接管路分别称为第一连接管路、第二连接管路、第三连接管路和第四连接管路。其中第一管路的第一端与泡沫原液供给装置15的出口相连，第一管路的第二端与混合液产生装置12的泡沫原液入口21相连。第二管路的第一端与供水装置16连接相连，第二管路的第二端与混合液产生装置12的水入口22相连。
第三管路的第一端与该混合液产生装置12的出口相连，第三管路的第二端与混合装置11的泡沫混合液入口连接。第四管路的第一端与液氮罐14的出口相连，第四管路的第二端与混合装置11的液化介质入口115相连。
第一流量调节器设在第一管路上，第二流量调节器设在第二管路上，第三流量调节器设在第三管路上，第四流量调节器设在第四管路上。
控制器20与第一流量调节器相连以便控制第一管路内的泡沫原液的流量，与第二流量调节器相连以便控制第二管路内的水的流量，与第三流量调节器相连以便控制第三管路内的泡沫混合液的流量，与第四流量调节器相连以便控制第四管路内的液氮流量，由此可以获得更好的发泡效果，提高泡沫质量。
优选地，第一流量调节器、第二流量调节器、第三流量调节器和第四流量调节器中的每一个可以包括流量计和流量控制阀。该流量计和该流量控制阀中的每一个可以设在第一管路、第二管路、第三管路和第四管路中的相应的一个上。例如，第一流量调节器的流量计和流量控制阀可以设在第一管路上。
控制器20可以与该流量计和该流量控制阀中的每一个相连以便根据该流量计的检测值控制该流量控制阀的开度，由此可以控制管路内的流体的流量。
在一个实施方式中，如图9所示，消防灭火设备100可以进一步包括泡沫喷射单元2，泡沫喷射单元2具有泡沫输送管和泡沫喷射管，该泡沫输送管的泡沫进口与混合装置11的泡沫出口连通以便混合装置11提供的泡沫进入到泡沫喷射单元2内，该泡沫输送管的出口与该泡沫喷射管的入口连通以便泡沫喷射单元2将泡沫喷射到目标物体上。通过设置泡沫喷射单元2，从而可以更加方便地、准确地将泡沫喷射到目标物体上。
在一个实施方式中，泡沫喷射单元2可以包括具有伸缩臂的举高喷射消防车和柔性的泡沫输送管。泡沫输送管的第一端口为泡沫进口，泡沫输送管的第二端口为泡沫喷射口，泡沫输送管的邻近第二端口的部分设在伸缩臂上。
通过伸出该伸缩臂，从而可以使泡沫输送管的第二端口更加邻近目标物体(例如着火点)，即可以使该泡沫喷射口更加邻近目标物体，从而可以更加有效地将泡沫喷射到目标物体上，由此可以实现精准喷射，以便减少泡沫损失量、提高灭火效率。通过使泡沫输送管具有柔性，从而可以使泡沫输送管更加容易地随着该伸缩臂伸出和缩回。
在一个实施方式中，泡沫喷射单元2可以包括消防机器人和柔性的泡沫输送管。该消防机器人具有泡沫进口和泡沫喷射口，泡沫输送管的第一端与该泡沫出口相连，泡沫输送管的第二端与该泡沫进口相连。
在向目标物体喷射泡沫时，该消防机器人可以移动到目标物体附近，从而可以更加有效地将泡沫喷射到目标物体上，由此可以实现精准喷射，以便减少泡沫损失量、提高灭火效率。通过使泡沫输送管具有柔性，从而可以使泡沫输送管更加容易地随着该消防机器人移动。包括该泡沫喷射单元2的消防灭火设备100可以用于扑灭地面流淌火。
在一个实施方式中，泡沫喷射单元2可以包括泡沫输送管21和环形的泡沫喷射管22。泡沫喷射管22适于绕用于储存可燃物质的储罐3(例如大型的储油罐)设置，即当泡沫喷射管22处于使用状态时，泡沫喷射管22绕用于储存可燃物质的储罐3设置。换言之，泡沫喷射管22可以是圆形或椭圆形。
泡沫喷射管22上设有沿泡沫喷射管22的周向间隔开的多个该泡沫喷射口。泡沫输送管21的第一端与该泡沫出口相连，泡沫输送管21的第二端与泡沫喷射管22相连，即泡沫喷射管22的第一端可以是该泡沫进口。包括该泡沫喷射单元2的消防灭火设备100可以用于成品油油库、中型站场储罐的灭火。
该实施方式可以适用于各种便于提供泡沫原液和水的场合。或者泡沫原液也可以由消防车自身携带，水由火灾地的消防水泵提供。
该泡沫灭火设备的喷射单元例如可以为高喷车、泡沫消防车等。
根据本发明的再一种实施方式，所述发泡物质为泡沫原液，所述泡沫产生方法包括将泡沫原液、液化介质和水进行混合并施加扰动，以增强液化介质和泡沫原液以及水之间的接触。
根据本发明的一种实施方式，所述混合在混合装置中进行，所述施加扰动的方式包括在混合装置内设置扰流部件。
由于该实施方式将泡沫混合液的形成与发泡过程集成在一起，因此可以在前述混合装置的基础上增加一个入口，供消防水进入混合装置内。具体的，如图12所示，所述混合装置11具有混合腔111，所述扰流部件112设置在该混合腔111内，所述混合腔111具有第二入口115、第三入口117、第四入口118以及第一出口116；分别通过第三入口117、第二入口115和第四入口118将所述泡沫原液、液化介质和水送入所述混合腔111内进行混合后气化以发泡，并将所述泡沫从所述第一出口116输出用于灭火。与图1相比，图12所述混合装置增加了第四入口118，用于向混合腔中通入水，并省去了第一入口114，或者认为将用于提供泡沫混合液的第一入口114改为用于提供水的第四入口118；与图6相比，图8将图6所示混合装置的泡沫原液入口117后移至混合腔，并取消了前端用于泡沫原液和水混合的管道。
所述混合腔用于提供液化介质、泡沫原液和水的混合场所，因此其结构和形状只要能满足上述要求即可。
优选地，所述混合腔为筒状结构，第二入口115、第三入口117和第四入口118设置在所述筒状结构的一端，所述第一出口116设置在所述筒状结构的另一端，所述第二入口115的方向、所述第三入口117的方向和第四入口118的方向彼此之间成0-90°优选30-60°角度。三个入口成角度设置，使得三种液体在输入混合腔的同时，还具有一定的交叉流动，使其能够产生湍流而具有好的混合效果。
为了减小压力降，使发泡物质和液化介质更好的混合，优选地，所述筒状结构的直径D1与所述第一出口116的直径D4之间的关系为：D1/D4＝0.8-2优选D1/D4＝1.2-1.4；筒状结构的直径D1与第二入口115的直径D3之间的关系为D1/D3＝20-30；所述筒状结构的直径D1与所述第四入口118的直径D5之间的关系为：D1/D5＝8-12；所述第三入口117的直径D6与所述第二入口115的直径D3之间的关系为：D6/D3＝10-15。
通过控制各开口的直径符合上述关系，无需额外的控制装置即可实现前述流量关系，从而能够使得发泡更充分，从而获得的泡沫质量更高。
本领域技术人员可以理解的是，第二入口115、第三入口117、第四入口118和第一出口116并不限于如上所述的设置，为达到更好的混合效果，可以做出各种改变或变形。
如上所述，为更好地控制从第二入口115进入的液化介质的流向，如图1所示，第二入口115可设置伸向该混合腔111内的输入管17。
如上所述，在混合装置11的混合腔111内可以设置一个或多个扰流部件112。扰流部件112的结构已在上文中描述。
对应于上述将泡沫混合液的产生和发泡于一体的发泡方式，本发明还提供了另一种泡沫灭火设备，该设备如图7所示，包括泡沫产生单元1和泡沫喷射单元2，其特征在于，所述泡沫产生单元1包括混合装置11，所述混合装置11具有混合腔111和扰流部件112，所述扰流部件112设置在该混合腔内，所述混合装置11与液化介质供给装置14、泡沫原液供给装置15和供水装置16各自连通，从而由液化介质供给装置14、泡沫原液供给装置15和供水装置16各自向混合装置11的混合腔111提供液化介质、泡沫原液和水，进而在扰流部件112的扰动作用下混合、发泡形成泡沫，所得泡沫被送入所述泡沫喷射单元2中。
优选地，如图11所示，所述消防灭火设备还包括多个连接管路18和多个流量调节器19。分别用于各个物料供给装置与混合装置或喷射管路的连接和流量控制。
如图11所示，将各个连接管路分别称为第一连接管路、第二连接管路、第三连接管路和第四连接管路。其中第一管路的第一端与泡沫原液供给装置15的出口相连，第一管路的第二端与混合液产生装置12的泡沫原液入口21相连。第二管路的第一端与供水装置16连接相连，第二管路的第二端与混合液产生装置12的水入口22相连。
第三管路的第一端与该混合液产生装置12的出口相连，第三管路的第二端与混合装置11的泡沫混合液入口连接。第四管路的第一端与液氮罐14的出口相连，第四管路的第二端与混合装置11的液化介质入口115相连。
第一流量调节器设在第一管路上，第二流量调节器设在第二管路上，第三流量调节器设在第三管路上，第四流量调节器设在第四管路上。
控制器20与第一流量调节器相连以便控制第一管路内的泡沫原液的流量，与第二流量调节器相连以便控制第二管路内的水的流量，与第三流量调节器相连以便控制第三管路内的泡沫混合液的流量，与第四流量调节器相连以便控制第四管路内的液氮流量，由此可以获得更好的发泡效果，提高泡沫质量。
优选地，第一流量调节器、第二流量调节器、第三流量调节器和第四流量调节器中的每一个可以包括流量计和流量控制阀。该流量计和该流量控制阀中的每一个可以设在第一管路、第二管路、第三管路和第四管路中的相应的一个上。例如，第一流量调节器的流量计和流量控制阀可以设在第一管路上。
控制器20可以与该流量计和该流量控制阀中的每一个相连以便根据该流量计的检测值控制该流量控制阀的开度，由此可以控制管路内的流体的流量。
在一个实施方式中，如图11所示，消防灭火设备100进一步包括泡沫喷射单元2，泡沫喷射单元2具有泡沫输送管和泡沫喷射管，该泡沫输送管的泡沫进口与混合装置11的泡沫出口连通以便混合装置11提供的泡沫进入到泡沫喷射单元2内，该泡沫输送管的出口与该泡沫喷射管的入口连通以便泡沫喷射单元2将泡沫喷射到目标物体上。通过设置泡沫喷射单元2，从而可以更加方便地、准确地将泡沫喷射到目标物体上。
在一个实施方式中，泡沫喷射单元2可以包括泡沫输送管21和环形的泡沫喷射管22。泡沫喷射管22适于绕用于储存可燃物质的储罐3(例如大型的储油罐)设置，即当泡沫喷射管22处于使用状态时，泡沫喷射管22绕用于储存可燃物质的储罐3设置。换言之，泡沫喷射管22可以是圆形或椭圆形。
泡沫喷射管22上设有沿泡沫喷射管22的周向间隔开的多个该泡沫喷射口。泡沫输送管21的第一端与该泡沫出口相连，泡沫输送管21的第二端与泡沫喷射管22相连，即泡沫喷射管22的第一端可以是该泡沫进口。包括该泡沫喷射单元2的消防灭火设备100可以用于成品油油库、中型站场储罐的灭火。
该实施方式和消防灭火设备的灵活性比较高，既适用于泡沫原液、消防水和液化介质由消防车自带的方式，也适用于灭火场所提供泡沫原液、消防水和液化介质的情况。
该泡沫灭火设备的喷射单元例如可以为高喷车、泡沫消防车、拖车式消防炮、固定式泡沫喷射器等。所述固定式泡沫喷射器是指罐壁上的固定式泡沫喷射器。
本发明的泡沫产生方法可以适用于各种需要产生泡沫的场合，例如灭火、隔热防护、食品生产、隔音材料生产等。具体灭火可以是各类建筑物、大型场馆、仓库、化工企业、油库、炼厂等生产设施的灭火消防及飞机在机场跑道迫降时的跑道防护等。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。以下实施例中，灭火效率及泡沫质量采用《泡沫灭火剂标准》(GB15308-2006)记载的方法进行评价。
以下实施例中，除非另有说明，各原料均为市售品。
实施例1
采用图1所示的混合装置进行混合产生泡沫，其中混合装置具有用于使液氮和泡沫混合液混合的混合腔，该混合腔的壁面上设有1个泡沫混合液进口、1个液氮进口和1个泡沫出口，泡沫出口和泡沫混合液进口分别位于筒状结构的两端。泡沫混合液进口的直径D2与气体进口的直径D3之间的关系为：D2/D3＝8，筒状结构的直径D1与泡沫混合液进口的直径D2之间的关系为：D1/D2＝1.4，筒状结构的直径D1与泡沫出口的直径D4之间的关系为：D1/D4＝1.2，混合腔内设置有扰流部件，所述扰流部件形成为图2中a所示的圆锥形结构，所述圆锥形结构的锥形顶朝向所述发泡物质进口，所述扰流部件的横截面为圆形结构，所述扰流部件的直径D7与所述发泡物质进口的直径D2之间的关系为：D7/D2＝1.2，扰流部件的顶端与液氮在入口处的流出口之间的距离L为10mm。液氮储罐和泡沫混合液罐各自通过管道与气液混合装置连通，所述液氮管道入口的方向与泡沫混合液入口的方向之间的角度为10°。
以2m3泡沫混合液储罐内储存1.5m3泡沫混合液(购自江苏江亚公司的3％型水成膜泡沫液产品)为例，输液管管径为DN25，泡沫混合液储罐罐内工作压力1.2MPa，液氮罐内工作压力为2MPa。
针对4.52m3的国标标准油盘火，根据《泡沫灭火系统设计规范》(GB50151-2010)，所需提供的泡沫混合液流量V＝11.4L/min。根据公式Q＝mV/nf确定液氮的流量，其中设定发泡倍数m＝7，n＝710，f＝1.01，由此确定液氮的流量为0.11L/min，将液氮和泡沫混合液以上述流量送入图1所示的混合装置中进行混合产生泡沫，泡沫从混合装置的泡沫出口喷射出并输送至灭火区域进行灭火，结果成功扑灭4.52m3的国标标准油盘火，灭火时间仅需100s，远高于同类泡沫，采用液氮代替空压机后实现了压缩空气泡沫灭火装置的大流量喷射。采用《泡沫灭火剂标准》(GB15308-2006)记载的方法测得实际的泡沫发泡倍数是7.1，25％析液时间是3min。
将喷出的泡沫多次取样置于高倍显微镜下进行放大拍照，获得其泡沫图像如图13-15所示。从图13-15可以看出，该气泡分布相对均匀，气泡平均直径尺度在50-70μm，最大气泡200-300μm。
实施例2
采用图1所示的混合装置进行混合产生泡沫，其中混合装置具有用于使液氮和泡沫混合液混合的混合腔，该混合腔的壁面上设有1个泡沫混合液进口、1个液氮进口和1个泡沫出口，泡沫出口和泡沫混合液进口分别位于筒状结构的两端。泡沫混合液进口的直径D2与液氮进口的直径D3之间的关系为：D2/D3＝10，筒状结构的直径D1与泡沫混合液进口的直径D2之间的关系为：D1/D2＝2，筒状结构的直径D1与泡沫出口的直径D4之间的关系为：D1/D4＝1.2，混合腔内设置有扰流部件，所述扰流部件形成为图2中b所示的半球形结构，所述半球形结构的球形顶朝向所述发泡物质进口，所述扰流部件的横截面为圆形结构，所述扰流部件的直径D7与所述发泡物质进口的直径D2之间的关系为：D7/D2＝1.6，扰流部件的顶端与液氮在入口处的流出口之间的距离L为30mm。液氮储罐和泡沫混合液罐各自通过管道与气液混合装置连通，所述液氮管道入口的方向与泡沫混合液入口的方向之间的角度为30°。
以20m3泡沫混合液储罐内储存15m3泡沫混合液(与实施例1相同)为例，输液管管径为DN150，泡沫混合液储罐内的工作压力0.8MPa，液氮罐内的工作压力为1.5MPa。
针对450m2的5000立方米油罐火灾，根据《泡沫灭火系统设计规范》(GB50151-2010)，所需提供的泡沫混合液流量V＝3000L/min。根据公式Q＝mV/nf确定液氮的流量，其中设定发泡倍数m＝8，n＝710，f＝1.17，由此确定液氮的流量为28.9L/min，将液氮和泡沫混合液以上述流量送入图1所示的混合装置中进行混合产生泡沫，泡沫从混合装置的泡沫出口喷射出后经过泡沫喷射单元输送至灭火区域进行灭火，结果成功扑灭450m2的5000立方米油罐火灾仅需25s，实现了压缩空气泡沫灭火装置的大流量喷射，灭火时间远比现有消防设备的灭火时间短。采用与实施例1相同的方法确定泡沫发泡倍数是7.2，测得25％析液时间是3min。
将喷出的泡沫取样置于高倍显微镜下进行放大拍照，获得其泡沫图像与实施例1类似，气泡分布相对均匀，气泡平均直径尺度在50-80μm，最大气泡200-300μm。
实施例3
按照实施例2的方法进行产生泡沫和灭火，不同的是，液氮的流量为22L/min。结果灭火时间延长为55s。
实施例4
按照实施例2的方法进行产生泡沫和灭火，不同的是，泡沫混合液进口的直径D2与气体进口的直径D3之间的关系为：D2/D3＝3。结果灭火时间延长为95s。采用与实施例1相同的方法测得实际泡沫发泡倍数是4.2，25％析液时间是1.5min。
实施例5
按照实施例2的方法进行产生泡沫和灭火，不同的是，扰流部件112的顶端与液氮在入口12处的流出口之间的距离L为150mm。结果灭火时间延长为75s。采用与实施例1相同的方法测得实际的泡沫发泡倍数是4.9，25％析液时间是2.1min。
实施例6
消防车包括一台25m3的液氮储罐车和一台高喷车，高喷车配置有混合装置(与实施例1相同)和提供泡沫原液(水成膜泡沫液AFFF-3％)的泡沫运输车，高喷车的喷射管管径取DN250，配置一台150L/s(1.0MPa)的消防泵。通过固定式消防水管网向消防车供水。
将液氮、泡沫原液与水分别以189L/min、270L/min和8730L/min送入混合装置中进行混合产生泡沫，泡沫从混合装置的泡沫出口喷射出，泡沫的流量9000L/min，喷射距离40m，举高高度30m。采用与实施例1相同的方法测得25％析液时间是3min。
将喷出的泡沫取样置于高倍显微镜下进行放大拍照，获得其泡沫图像与实施例1获得的泡沫相似，气泡分布相对均匀，气泡平均直径尺度在50-70μm，最大气泡150-250μm。
对比例1
采用负压式进行发泡，具体操作为将泡沫混合液以0.8MPa压力、960L/min的泡沫混合液流量注入负压式泡沫枪(型号PQ16)内进行喷射。将喷出的泡沫取样置于高倍显微镜下进行放大拍照，获得其泡沫图像如图12-15所示。采用与实施例1相同的方法测得25％析液时间是2.2min。从图16-19可以看出，负压式泡沫产生的气泡大小不均，气泡直径在10-800μm，存在大量虚泡，泡沫层不稳定。
对比例2
采用US5497833A公开的方式，将液氮、泡沫原液与水分别以189L/min、270L/min和8730L/min送入US5497833A公开的装置中，结果所得的泡沫与对比例1的泡沫类似，泡沫大小不均，且存在大量虚泡，泡沫层稳定性差。采用与实施例1相同的方法测得25％析液时间是1.2min。
另外，在喷射管内增加波纹板作为扰流部件，结果喷射距离较未增加波纹板的情况相比大大降低，喷射距离约为原来的60％，即喷射距离下降约40％。
对比例3
按照实施例2的方法进行产生泡沫和灭火，不同的是，混合腔内不设置扰流部件112。结果灭火时间延长为105s。采用与实施例1相同的方法测得实际的泡沫发泡倍数是3.9，25％析液时间是1.1min。将喷出的泡沫取样置于高倍显微镜下进行放大拍照，结果发现泡沫与对比例1的泡沫类似，大小不均，气泡直径在10-800微米，且存在大量虚泡。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种用于消防灭火的泡沫产生方法，该方法包括将液化介质和泡沫混合液进行混合并施加扰动，以增强液化介质和泡沫混合液之间的接触；所述液化介质为液氮；
其中，所述混合在混合装置（11）中进行，所述混合装置（11）内设置扰流部件；所述混合装置（11）具有混合腔，所述扰流部件（112）设置在该混合腔（111）内，所述混合腔（111）具有第一入口（114）、第二入口（115）以及第一出口（116），泡沫混合液和液化介质分别从所述第一入口（114）和第二入口（115）输入混合腔中并在混合腔（111）中混合后气化以发泡，所得泡沫从所述第一出口（116）输出用于灭火；
所述混合腔（111）为筒状结构，所述第一入口（114）和第二入口（115）位于所述筒状结构的一端，第一出口（116）位于所述筒状结构的另一端，所述第二入口（115）的方向与所述第一入口（114）的方向之间成0-90°角度；
所述筒状结构的直径D1与所述第一入口（114）的直径D2之间的关系为：D1/D2=1.1-4；所述第一入口（114）的直径D2与所述第二入口（115）的直径D3之间的关系为：D2/D3=4-10；所述筒状结构的直径D1与所述第一出口（116）的直径D4之间的关系为：D1/D4=0.8-2；
所述扰流部件（112）为锥形结构、半球形结构或平台结构；所述扰流部件（112）的直径D7与所述第一入口（114）的直径D2之间的关系为：D7/D2=1-4；
所述扰流部件（112）的顶端与所述液化介质在所述第二入口（115）处的流出口之间的距离L为0-100mm；
其中，液氮与泡沫混合液的流量满足下述关系：Q=mV/nf，
其中，Q是液氮的体积流量，m为设定的发泡倍数，取值在6-8范围内，V是泡沫混合液的体积流量，n是液氮的体积膨胀比，f是管路损失，取值在1-1.4范围内；
其中，所述混合的条件包括混合温度为-30℃至60℃，液化介质的压力为1-2MPa，泡沫混合液的压力为0.8-1.5MPa。
2.根据权利要求1所述的泡沫产生方法，其中，所述泡沫混合液通过将泡沫原液与水混合得到，所述泡沫原液与水的体积比为1-10：50-300。
3.根据权利要求2所述的泡沫产生方法，其中，所述泡沫原液与水的体积比为3-7：80-160。
4.根据权利要求1所述的泡沫产生方法，其中，所述第二入口（115）的方向与所述第一入口（114）的方向之间成30-60°角度。
5.根据权利要求1所述的泡沫产生方法，其中，所述筒状结构的直径D1与所述第一入口（114）的直径D2之间的关系为：D1/D2=1.4-2。
6.根据权利要求1所述的泡沫产生方法，其中，所述筒状结构的直径D1与所述第一出口（116）的直径D4之间的关系为：D1/D4=1.2-1.4。
7.根据权利要求1所述的泡沫产生方法，其中，所述混合腔（111）内设置有至少一个间隔设置的多孔结构（113）；每个所述多孔结构（113）上设置有多个孔；所述多孔结构（113）的孔朝向所述第一入口（114），且所述多孔结构（113）相对所述扰流部件（112）的顶部远离所述第一入口（114）。
8.根据权利要求1所述的泡沫产生方法，其中，所述扰流部件（112）的横截面为圆形。
9.根据权利要求8所述的泡沫产生方法，其中，所述扰流部件（112）的直径D7与所述第一入口（114）的直径D2之间的关系为：D7/D2= 1.2-1.6。
10.根据权利要求1所述的泡沫产生方法，其中，所述扰流部件（112）的顶端与所述液化介质在所述第二入口（115）处的流出口之间的距离L为0-100mm。
11.一种灭火方法，该方法使用权利要求1-10中任意一项所述的泡沫产生方法产生泡沫，然后将所述泡沫输出进行灭火。
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