CN115243769A - 设置有改进的空气管理系统的cafs系统 - Google Patents

Abstract

一种压缩空气泡沫系统CAFS(1)，包括压缩机装置(2)、混合室模块(4)和空气调节系统(3)，该空气调节系统(3)流体串联地置于压缩机装置(2)与混合室模块(4)之间，这种空气调节系统(3)包括彼此流体并联地置于压缩机装置(2)与混合室模块(4)之间的多个定量给料模块(10)，每个定量给料模块(10)定尺寸成允许预定流量的压缩空气通向混合室模块，一个定量给料模块(10)的预定流量不同于另一个定量给料模块(10)的预定流量。

Description

设置有改进的空气管理系统的CAFS系统

相关申请的交叉引用

本专利申请要求于2019年12月11日提交的意大利专利申请no.102019000023679的优先权，该意大利专利申请的全部公开内容通过参引并入本文。

技术领域

本发明涉及用于消防车辆或设备的灭火系统，特别是设置有改进的空气管理系统的压缩空气泡沫系统(CAFS)。

背景技术

消防系统、例如消防车辆或设备设置有灭火系统，该灭火系统被配置成供应朝向火引导以便导致对火的抑制的灭火化合物。

特别地，压缩空气泡沫系统(CAFS)在本领域中是众所周知的并且涉及使用预设百分比的压缩空气和水/泡沫剂溶液的混合物。

更详细地，水/泡沫剂溶液包括溶解在大量水中的泡沫剂添加剂，即0.5％至3％或至8％体积的添加剂。压缩空气在混合室模块中与这种溶液混合。

这种空气-溶液混合物处于相对于大气压更高的压力下并且通过指向火的管道的出口喷出，该空气-溶液混合物膨胀，从而形成具有灭火性能的泡沫。特别地，泡沫的空气量可以被调节为假定空气相对于液体溶液的值包括在3体积份至20体积份之间。如标准DINEN 16327中所定义的，这种包括在3与10之间的空气/溶液比被定义为“湿泡沫”，而包括在11与20之间的空气/溶液比被定义为“干泡沫”。

根据上述，与CAFS系统相关的主要问题是连续测量要混合在一起的空气流量和水流量，以提供期望的空气/溶液比。因此，上述两种流量的测量至关重要。

尽管水流量的测量相当简单，但是空气流量的测量却不那么直接，空气流量可以在3000升/分钟到6000升/分钟之间。

测量空气流量的第一种方式是使用常规的空气流量计；然而，这些常规的空气流量计对空气中的冷凝非常敏感，因为空气流承载的水或其他颗粒的沉积物可能沉积在传感器上并且干扰电流测量信号，从而略微地或甚至完全地改变测量的空气流量。

已经在空气干燥器中发现了上述问题的解决方案，该空气干燥器可以相对于被选定成提供压缩空气流的压缩机流体地放置在上游，以便使存在于被压缩机吸入的空气中的水冷凝。然而，对于上述涉及的空气流量值，这种空气干燥器具有不能在消防移动设备/车辆上使用的这种尺寸。

测量空气流速的另一种已知的解决方案是使用质量空气流量传感器，如在发动机领域中已知的。实际上，相对于它们通常的操作区域，空气流速度非常低，以至于空气由于压力降低较小而不能在传感器处冷凝。

然而，空气流量可能连续变化，因为操作者可以根据火灾的情况连续改变流量或空气/溶液混合物。空气流量值的这种振荡导致质量空气流量传感器振荡，从而在系统中产生振动和噪声。

另一种替代性解决方案可以是提供构造成具有从40升/分钟至4800升/分钟的工作范围的阀。然而，这样的阀制造起来非常昂贵并且在市场上不常见。

根据上述，对于CAFS系统来说，测量和保证正确的加压空气流量仍然是问题。

因此，需要提供可以根据使用者的需要对空气-溶液混合物进行快速且精确的调节的CAFS系统。

本发明的目的是以成本有效和优化的方式满足上述需求。

发明内容

前述目的通过如所附权利要求中所要求的压缩空气泡沫系统来实现。

附图说明

为了更好地理解本发明，下面参照附图通过非限制性示例的方式对优选实施方式进行描述，在附图中：

·图1是根据本发明的压缩空气泡沫系统的创新部分的示意图；

·图2是用于设置根据本发明的压缩空气泡沫系统的元件的可能组合的示意图，以及

·图3是根据本发明的压缩空气泡沫系统的示意图。

具体实施方式

图1公开了一种压缩空气泡沫系统CAFS 1，其主要包括压缩机装置2、空气调节系统3和混合室模块4。特别地，压缩机装置2流体串联地连接至空气调节系统3，空气调节系统3流体串联地连接至混合室模块4。

更特别地，压缩机装置2构造成在压缩机装置2的入口2a与出口2b之间增加由适当的源5——源5例如为由于空气过滤器而产生的大气——获取的空气的压力。如已知的，根据CAFS 1的功率需求，压缩机装置2可以是任何类型的压缩机装置。

从空气调节系统3的相对侧，混合室模块4示意性地且基本上包括流体连接至空气调节系统3的第一入口4a、流体连接至已知类型的泡沫溶液源6的第二入口4b以及流体连接至灭火设备7的出口4c，灭火设备7构造成允许喷射在混合室模块4中混合的泡沫。明显的是，这种灭火设备7可以是任何类型的灭火设备，例如在其终端处包括专用喷嘴的管道。

CAFS 1有利地包括流体地置于压缩机装置2与空气调节系统3之间的安全装置8，安全装置8构造成在由压缩机装置2泵送的压缩空气的压力达到预定值的情况下允许该压缩空气排放到空气调节系统3中。

优选地，这种安全装置8可以包括压力释放阀9，该压力释放阀9流体连接至出口2b的下游且在空气调节系统3的上游并且构造成在其压力达到阈值例如约11巴或12巴、通常压缩空气的压力是10巴的情况下打开并允许空气调节系统3的排放。

此外，安全装置允许保持从压缩机装置2向空气调节系统3提供的稳定的压力值，从而避免压力峰值。

根据本发明，空气调节系统3包括多个定量给料模块10，所述多个定量给料模块10流体并联地置于压缩装置2的出口2b与混合室模块4之间，每个定量给料模块被配置成被控制以允许空气从压缩装置2通向混合室模块4并且被配置为允许预定流量的通过，该预定流量相对于定量给料模块10中的至少另一定量给料模块是不同的。

在示例性实施方式中，七个不同的定量给料模块10流体并联地置于压缩装置2与混合室模块4之间。

每个定量给料模块10可以包括一个相对于另一个流体串联的阀装置11和喷嘴12，其中，阀装置11位于相应喷嘴12的上游并且允许或拒绝空气从压缩机装置2通向喷嘴12。每个喷嘴12然后直接流体连接至混合室模块4。

根据本发明的另一方面，第一定量给料模块10具有第一基本流量值，并且其他定量给料模块具有不同的流量值，这些流量值是第一基本流量值的至少N倍，其中，N优选为整数。优选地，其他定量给料模块各自具有两倍于前一个定量给料模块的流量值。

因此，在公开的实施方式中，七个定量给料模块10允许根据2⁷、即128个可能的值来调节流速，以管理混合室模块4的输入中的流速。

优选地，第一定量给料模块可以定尺寸成允许50升/分钟的流速，并且如上所述，第二定量给料模块可以定尺寸成允许100升/分钟的流速，第三定量给料模块可以定尺寸成允许200升/分钟的流速，第四定量给料模块可以定尺寸成允许400升/分钟的流速，第五定量给料模块可以定尺寸成允许800升/分钟的流速，第六定量给料模块可以定尺寸成允许1600升/分钟的流速并且第七定量给料模块可以定尺寸成允许3200升/分钟的流速。

此外，根据DIN EN 16327，溶液流量应当包括在200升/分钟至1600升/分钟之间，空气流速应当为至少3倍高，即600升/分钟至4800升/分钟。根据所提出的实施方式，理论上的最大值是6350升/分钟，因此可以容易地提供600升/分钟至4800升/分钟的空气范围。

由于压力在压缩机装置2的出口处保持恒定，也由于压力释放阀9，每个定量给料模块10的流量合计至混合室模块10，从而以由最小流速定量给料模块设定的精度设置期望的空气流速。

实际上，通过同时打开更多的阀装置11，通过不同喷嘴12的流量合并。根据上面列出的值，通过调节阀装置11的开度，可以向空气混合室模块提供从50、100、150[…]高达[…]6250、6300、6350的流量。

根据本发明的另一方面，每个喷嘴12可以通过将特定数目的较小流量喷嘴联接在一起来实现。实际上，如图2所示，其描述了一组可能的喷嘴孔，100升/分钟的喷嘴可以由两个50升/分钟的孔组成，并且3200升/分钟的喷嘴可以由八个400升/分钟的孔组成。因此，如图所示，由于只有两个孔，所有可能的流速范围都可以容易地实现。

CAFS 1还包括连接至混合室模块灭火设备7、水流速传感器和每个阀装置11的控制单元13。这种控制单元13被配置成根据来自灭火设备7和/或混合室模块4的信号来控制每个阀装置11的打开或关闭。

有利地，这种控制单元13是电子控制单元，并且因此阀装置11是电致动阀，并且前述信号是由如下传感器所提供的信号，该传感器被配置成提供来自混合室模块4(即在混合室模块4处提供的混合室模块水/溶液流量)和灭火设备7的相关量的估计、例如由操作者选择的空气泡沫溶液的流速。

实际上，操作者可以选择期望的空气泡沫溶液，例如通过按下按钮或通过在特定显示器上进行选择，并且控制单元13被配置为精心设计阀装置11组合，该阀装置11组合必须保持打开或关闭以实现该值。因此，控制单元13必须已经被存储或已经访问存储空气调节系统3的每个特定定量给料模块的流速值的存储器，以便选择阀装置11的正确打开/关闭组合。优选地，混合室模块4处的期望空气流速的每个值可以用相关阀装置11的相关联的打开/关闭组合来存储。

图3公开了CAFS 1的所有元件的可能实施方式的更完整的布置。

特别地，压缩机装置2可以并联地设置有另外的压缩机装置2’，该压缩机装置2’构造成例如在这种压缩机装置2、2’具有小尺寸的情况下供应另外的压缩空气流。显然，每个压缩机装置2、2’可以设置有各自的止回阀20、20’。

在所描绘的情况下，空气调节系统3包括八个定量给料模块10，每个定量给料模块10包括如上所述的阀11和喷嘴12。如所述，空气调节系统被配置成提供50至3000(并且可选地至6000或更高)的空气流速。

然后，空气调节系统3流体连接至混合室模块4并且设置有相关的止回阀21，并且该空气调节系统3连接至安全装置8，如上所述，并且还可以包括压力传感器装置26。

详细地，对混合室模块4的供水从车辆供水管线22溢出，该供水管线22由相关的泵23供给，该泵23构造成增加从源、例如由车辆承载的水箱获取的水的压力。在流体连接供水管线22和混合室模块4的导管上，CAFS 1还可以包括可选的减速级24，该减速级24本身是已知的并且因此不详细描述，该减速级24构造成在这种水需要用于车辆的其他优先操作用途的情况下减少对混合室模块4的供水。

此外，始终在流体连接供水管线22和混合室模块4的导管上，CAFS1包括水流量计装置25，该水流量计装置25构造成测量到达混合室模块4的水的流速。特别地，水流量计装置25可以测量例如在0升/分钟至3000升/分钟之间的水流速。

可选地，在减速级3的上游和下游，CAFS 1还可以设置有压力传感器装置26，该压力传感器装置26构造成检测到达混合室模块24的水压。

CAFS 1还设置有添加剂定量给料模块27，该添加剂定量给料模块27被配置成向混合室模块4提供测量的添加剂数量。特别地和示例性地，添加剂定量给料模块27包括添加剂贮存器28，借助于泵29，添加剂从该添加剂贮存器28被泵送至混合室模块4。在将泵29流体连接至混合室模块4的导管上，添加剂定量给料模块27包括安全装置8，该安全装置8优选地设置有释放阀9，以将压力保持在低于预设阈值例如16巴。

此外，添加剂定量给料模块27设置在流体连接泵29与混合室模块4的导管上。CAFS1包括添加剂流量计装置30，该添加剂流量计装置30构造成测量进入混合室模块4的添加剂的流速。特别地，添加剂流量计装置25可以测量0升/分钟至30升/分钟到60升/分钟之间的水流速。

因此，在所提出的实施方式中，混合室模块4被配置成将水、添加剂和空气流混合在一起，以向灭火设备7提供空气/溶液混合物。

因此，混合室模块4包括第一混合器31和第二混合器32，第一混合器31构造成将水流和添加剂流混合在一起，第二混合器32位于第一混合器31的下游，构造成将水-添加剂溶液与空气流混合在一起，从而产生将由灭火设备7喷射的溶液-空气混合物。水流量计25、添加剂流量计25以及在存在的情况下压力传感器26)都电连接至电子控制单元，以允许在混合室4处提供精确的空气流量。

根据本发明和如上所述的CAFS 1的操作如下。

灭火设备7的操作者选择空气泡沫流速的特定值。因此，特定信号(如前所述，由电子控制单元计算)被提供至控制单元13，该控制单元13精心设计/选择阀装置11的正确打开/关闭组合。

出于示例的目的，基于以上示例性的值，如果操作者需要1350的空气流量到达混合室模块，则第一定量给料模块、第二定量给料模块、第四定量给料模块和第五定量给料模块10的阀装置将允许流体通过，从而提供正确的空气流量值。

水和添加剂流量的控制本身是已知的，因此将不再详细描述。同样，知道操作者所需的空气-溶液混合物流以及溶液的特性的电子控制单元13因此将控制水和溶液流向混合室模块4。

根据以上，本发明还涉及一种用于向CAFS系统的混合室模块4提供预定空气流速的方法，该方法包括以下步骤：

·获取与CAFS 1的混合室模块4处所需的空气流速相关的数据；

·选择打开至少一个定量给料模块10的阀装置11的特定组合，其将

符合混合室模块4处所需的空气流速；

·对在前述点处选择的相应的至少一个定量给料模块10的阀装置11进行致动。

前述方法可以借助于如上所述的电子控制单元13的精心设计而被有利地存储和执行。

鉴于前述内容，根据本发明的压缩空气泡沫系统CAFS 1的优点是明显的。

所提出的控制是稳定的、稳固的和精确的并且可以以经济的方式实现。实际上，由于压差在喷嘴12的开口处保持恒定，因此可以容易地确定喷嘴的流速并且对脏颗粒和水凝结不敏感。此外，喷嘴不具有现有技术系统的振动/噪音问题并且可以在非常小的空间内紧凑化。出于示例的目的，400升/分钟的喷嘴具有仅2mm至3mm的直径。

此外，这样的喷嘴的磨损可以用具有成本有效的装置比如测隙规来检查，并且因此可以及时测试精度。此外，由于使用了简单的机械元件，CAFS1特别稳固并且可以在不同的大气条件下使用。

该系统的使用非常简单，即不需要复杂的电子控制，使得未经训练的人员也可以使用所提出的CAFS 1的灭火设备基部。

特别地，两倍乘两倍喷嘴系统的使用提供了基本上二进制的系统，由于非常简单的软件、例如由于定义了喷嘴之间的二进制和的存储表，该系统可以被控制。

此外，缓慢控制系统(以避免振动)的延迟被克服，因为所提出的CAFS 1具有即时响应。

压力释放阀9以简单和稳固的方式在喷嘴11的上游提供限定的入口压力。

明显的是，可以对所描述的压缩空气泡沫系统CAFS 1做出修改，这些修改不超出权利要求所限定的保护范围。

首先，上述可能的定量给料模块10组合由于其制造的经济性而特别有利，然而明显的是，可以提供不同可能数目的定量给料模块10，包括不同的最小流速值和它们之间不同的流速分布。实际上，这种特性可以根据灭火设备7的特定用途来定制。

如上所述，阀装置11、压缩机装置2和灭火设备7可以根据消防设备/车辆的类型而变化。

此外，即使在不经济的情况下，也可以根据要求保护的方法提供阀装置11的液压或气动控制。

Claims (15)

1.一种压缩空气泡沫系统CAFS(1)，包括用于增加入口(2a)与出口(2b)之间的空气压力的压缩机装置(2)、水-添加剂溶液的源(6)以及混合室模块(4)，所述混合室模块(4)配置成提供由所述加压空气和所述水-添加剂溶液组成的空气-溶液混合物，

所述混合物还能够流体连接至灭火设备(7)，所述系统还包括流体串联地置于所述压缩机装置(2)的所述出口(2b)与所述混合室模块(4)之间的空气调节系统(3)，所述空气调节系统(3)包括彼此流体并联地置于所述压缩机装置(2)的所述出口(2b)与所述混合室模块(4)之间的多个定量给料模块(10)，每个定量给料模块(10)配置成选择性地允许预定流量的压缩空气通向所述混合室模块，多个所述定量给料模块(10)定尺寸成使得一个定量给料模块(10)的预定流量不同于另一个定量给料模块(10)的预定流量。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，每个定量给料模块(10)包括阀装置(11)和喷嘴设备(12)，所述阀装置(11)相对于所述喷嘴设备(12)串联在上游并且构造成允许或拒绝流体从所述压缩机装置(12)通向所述喷嘴设备(12)，所述喷嘴设备(12)定尺寸成允许预设空气流量以预定压力通过。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其中，所述另一个定量给料模块(10)的预定流量是所述一个定量给料模块(10)的流量的N倍。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的系统，其中，所述定量给料模块的数目为N，并且第(N)个定量给料模块(10)的预定流量是第(N-1)个定量给料模块(10)的预定流量的两倍，其中，N是整数。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，还包括流体地置于所述压缩机装置(2)的所述出口(2b)与所述空气调节系统(3)之间的安全装置(8)，所述安全装置(8)构造成在所述出口(2b)与所述空气调节系统(3)之间的压力达到预定值的情况下排放压缩空气。

6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述安全装置(8)包括压力释放阀(9)。

7.根据权利要求2至6中的任一项所述的系统，还包括被配置成连接至所述灭火设备(7)和每个阀装置(11)的控制单元(13)，所述控制单元(13)配置成根据来自所述灭火设备(7)和/或来自所述混合室模块(4)的信号来控制每个阀装置(11)的打开或关闭。

8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述控制单元(13)是电子控制单元，并且所述阀装置(11)是电致动阀装置。

9.根据权利要求2至8中的任一项所述的系统，其中，所述喷嘴设备(12)通过具有预定流量大小的单个喷嘴或者通过将具有预定流量大小的多个这样的喷嘴并联在一起来实现。

10.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中，所述定量给料模块(10)为七个，第一定量给料模块选择性地允许50升/分钟流量的空气通过，第二定量给料模块选择性地允许100升/分钟流量的空气通过，第三定量给料模块选择性地允许200升/分钟流量的空气通过，第四定量给料模块选择性地允许400升/分钟流量的空气通过，第五定量给料模块选择性地允许800升/分钟流量的空气通过，第六定量给料模块选择性地允许1600升/分钟流量的空气通过，并且第七定量给料模块选择性地允许3200升/分钟流量的空气通过。

11.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中，所述混合室模块(4)包括第一混合器(31)和第二混合器(32)，所述第一混合器(31)用于提供由所述加压空气和所述水-添加剂溶液组成的混合物，所述第二混合器(32)位于所述第一混合器(31)下游，用于将所述混合物与所述压缩空气流混合。

12.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中，所述压缩机装置(2)包括相对于彼此并联的多个压缩机(2)。

13.一种消防系统，包括根据前述权利要求中的任一项所述的系统。

14.一种消防车辆，包括根据前述权利要求中的任一项所述的系统。

15.一种用于向根据权利要求8所述的压缩空气泡沫系统CAFS系统的混合室模块(4)提供预定空气流速的方法，所述方法包括下述步骤：

·获取与所述系统(1)的所述混合室模块(4)处所需的空气流速相关的数据；

·选择打开至少一个定量给料模块(10)的阀装置(11)的特定组合，所述特定组合将符合所述混合室模块(4)处所需的空气流速；

·对在前一步骤处选择的相应的至少一个定量给料模块(10)的阀装置(11)进行致动。

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