CN1218701A - 液体混合装置 - Google Patents

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Abstract

在液态灭火剂中混入CO2的装置,主要由带有灭火剂吸入导管(2)的壳体(1)构成,壳体装有计量阀(3)用于输入CO2的供料管(4)中和排料管(5)。壳体(1)在其纵向轴上垂直对称;灭火剂吸入导管(2)与壳体的底端连接;排料导管(5)在壳体的上端弯曲。CO2供料管(4)从上部通入壳体中,至少延伸到壳体的底部并且在管的端部有单喷嘴装置(6)。将CO2与灭火剂逆流输入供料管中;计量阀(3)和单喷嘴装置(6)之间供料管的长度应这样确定,使得在操作期间,在关闭计量阀(3)时,在其顺流而下侧形成气垫(7)。

Description

液体混合装置
本发明涉及向液态灭火剂中混入CO2的装置，所述装置主要由带有灭火剂吸入导管的壳体构成，壳体装有计量阀的用于输入CO2的供料管和排料管。用这种装置可以产生来自燃烧灭火装置灭火喷嘴逆流而上的均匀气泡流。
如WO95/24272公开的但不是用于CO2的这种混合装置是十分熟悉的。因此，通常的做法是混入气态的惰性气体并由此作为灭火剂的推进剂。间歇地向混合装置中输入惰性气体，使得限定量的Propfen流输送到灭火喷嘴。DE-U1公开了另一种用于灭火的手提式灭火器，是将CO2在灭火喷嘴处加入到灭火剂中。因此，产生含有凝固温度下呈水滴的气溶胶状混合物。应该清楚采取这种措施不能产生来自灭火喷嘴逆流而上的均匀气泡流。
本发明的目的是提供一种开始提及的混合装置，用该装置能产生与限定量CO2气泡混合的基本上均匀的两相混合物，所述的CO2气泡基本上顺流而下地达到灭火喷嘴。另外一个目的是推荐一种方法，用该方法可明显地防止为了减压液态CO2而引起的灭火剂结冰。
本发明是通过如下方式实现的，壳体在其纵向轴上垂直对称，灭火剂吸入导管与壳体的底端连接，排料导管在壳体的上端弯曲，CO2供料管从上部通入壳体中，至少延伸到壳体的底部并且在管的端部有单喷嘴装置，其中将CO2与灭火剂逆流输入到供料管中，计量阀和单喷嘴装置之间供料管的长度应这样确定，使得在操作期间，在关闭计量阀时，在其顺流而下侧形成气垫。
此外，本发明的优点是操作起来特别简单。首先，该装置在工作压力低于12巴时极为有效。这将是说可将其中带有导管和配件的整个灭火系统的防火压力设计在16巴较为合适。
特别优选地是在供料管的外壁和/或壳体的内壁处安装产生三维涡流的装置。由此可形成大量的纵向涡流，使得流动的物质迅速、可控制地混合，同时可减少最短距离中的压力损失。这种涡流发生器的优点是从各方面来看特别简单。另外，构件的内部空间的利用率较高，使得惰性气体在流过灭火剂的管道内喷入。
附图简要地表示了本发明的实施方式。其中：图1表示混合装置的纵截面；图2表示涡流发生器的透视图；图3表示涡流发生器的结构变体。
现在参见主要构件来理解本发明。图中未示出置于混合装置上游的输入惰性气体和灭火剂的备用装置和混合装置下游的灭火喷嘴。
根据图1，该装置由纵向垂直设置的壳体1构成，在简单的情况下，它是一个圆柱形的金属管。其下端通过商业上可购得的未示出的固定装置与灭火剂供料管2连接。配有计量阀3用于输入CO2的供料管4穿过壳体的上端，其中计量阀直接位于壳体的外面。计量阀的逆流上方安装有CO2连接位置(Anschluss)8。同样，从上端起通向灭火喷嘴的排料管5偏离壳体弯曲。
CO2供料管4例如同轴通向壳体的底端。管端有单喷嘴装置6，一般情况下，在管的周围有规律地穿有孔眼。应该清楚，在这种情况下，管端应该是关闭的。供料管被分成两部分，靠近计量阀的部分4a由传热性差的材料制成，而靠近单喷嘴装置的部分4b则由传热性好的材料制成。下面借助于操作方法来解释本发明：
基本原理来源于下面的数据：用压力为4-10巴，优选6巴，温度优选为10℃的水作为灭火剂。在壳体1的内部，水的流速约为5m/秒较为有利。用CO2作为惰性气体，当然也可使用其它的水溶性物质。在连接位置8处，液态CO2通过未示出的压力最大为70巴，温度为约30℃的高压管供入。计量阀的真正作用是调节用量。同时还在启动和关闭装置或在进行间歇式操作时起单向阀的作用。
在关闭计量阀3时，来自壳体1的灭火剂给单喷嘴装置6进入供料管4的内部中并在这里升高。由此压缩其中存在的气柱，至少是在启动时由空气构成的气柱，并且由于形成气垫7而使气柱逆向计量阀3移动。相应的这种状态示于图1中。气垫阻止水与计量阀3接触。由此可见，为了形成合适的气propfens，允许供料管4超出一定的长度。应如此确定气垫7，使得在强大的水柱涡流下，没有水到达计量阀3，从而避免结冰。同样，在下一次计量阀打开时也要经受这种涡流和由此引起的结冰的危险。液态CO2在阀中降低压力至约8巴，并由此可使温度降至-45℃。应该清楚CO2可能与水接触就会立即结冰，而堵塞供料管。液态惰性气体进入供料管中，通过气垫移向灭火柱而返回到壳体中。在这种情况下，加热CO2，并且在到达三相点时，至少有部分蒸汽存在。直观上形成供料管4的两部分。靠近计量阀的部分4a优选由传热性差的塑料制成，以确保逆流而上流过的冷却液态惰性气体和壳体中的水之间尽可能不发生热交换。在各种情况下，应避免在壳体内或者局部位置结冰。另一方面，为了在下游加热和蒸发惰性气体，部分4b选择传热性好的材料制成。
径向钻孔或筛状结构的单喷嘴装置应如此确定，使得在惰性气体喷入流过灭火剂的管道内时，在水中有均匀细分散的气体，而几乎没有气泡。但是，在这种情况下，应注意喷嘴孔又要足够大，以防止意料之中的孔结冰。
如果不能在管4内达到上述三相点，那么液态惰性气体在各种情况下与热水接触时会蒸发并因此而进入溶液中。因此，首先要做到的是尽可能溶解更多的气体；目的是使混合物达到饱和状态。
为了在喷嘴的下游形成规定的气泡流，使更多的CO2混入灭火剂中，而不是进入溶液中。未溶解的过量组分则以气泡的形式存在。
混合物的蒸发依赖于各自的压力和温度；因此，蒸发引起管道内的压力损失。通过脱除溶解的惰性气体，补偿损失的压力部分。蒸发引起体积膨胀。下面示例性地给出了数值：
在温度为10℃的1L水溶液中喷入25g压力为7巴的情性气体时，得到15g溶液；在7巴时，10g溶液的体积膨胀为0.8L。这样混合物的总体积为1.8L，总重量为1025g。因此，混合物的比重为约0.57kg/L。这就是说与纯的水流相比，明显地降低了进入灭火喷嘴的导管系统的压力损失。采用这种新的措施，至少是保持了系统中的压力，这点通过试验得到证实。最后，这表明与附加的管道长度无关的所有的灭火喷嘴被施加了几乎相同的灭火压力。
具有上述大孔的单喷嘴装置6使得上述所希望的在水中的均匀地细分散不能实现。在这里，为了设法进行补救，在流过的通道内，在壳体壁21上安装能影响流体的涡流发生器9。这种涡流发生器应这样来安装，使得其下游的壳体具有足够大的混合区22。
根据图2和3，这种涡流发生器主要由三个自由环绕的三角形面构成。它们是顶面10和两个侧面11和13。在其纵向距离上，这个平面以一定的角度流动方向上移动。
由直角三角形构成的侧壁并排固定在壳体壁21上。它们如此取向，使得在矢角α的影响下，在其窄面上形成接口。接口是尖锐的连接边缘16并同样与壁21垂直，侧壁该壁平齐。在安装的通道内，由于尖锐的连接边缘，流过的横截面几乎不受到阻挡的影响。交叉在矢角α处的两个侧面11,13的形状，大小和定向对称，两侧有一个对称轴17。该对称轴17象通道轴一样被矫正。
就在同一壁21上横穿过环流壁并非常平地形成的边缘15来说，顶面10位于例如侧壁11,13上。其纵向边缘12,14与纵向伸向流动通道的侧面边缘平齐。顶面与壁21交叉形成倾角β。其纵向边缘12,14与连接边缘16一起形成尖端18。
在图2中，两侧面11,13的连接边缘16构成涡流发生器9的顺流而下的边缘。垂直于壁21延伸的顶面10的边缘15是首先影响通道流的边缘。
涡流发生器的工作原理如下：在边缘12和14处环流时，流动转变成反向的涡流对。涡流轴位于流动轴上。涡流发生器的几何图形应这样选择，使得在产生涡流时不形成回流区。
通过相应地选择倾角β和/或矢角α来确定涡流的转数。随着角的增大，涡流强度或转数增大，涡流断开的地方(只要是特别希望的)本身逆流而上的向涡流发生器的范围内移动。根据应用，通过结构情况和方法本身预先确定这两个角α和β。此外，涡流发生器的高度还必须与此相适应，所述高度对应于每个连接边缘16。
通常，该连接边缘16的高度h随着通道高度H而改变，使得所产生的涡流在紧随涡流发生器的下游应大到全部通道高度或安装有涡流发生器的通道部分的全部高度都被填满，这就使得在进气冲击的横截面上达到均匀的分布。进一步的对所选择的比例h/H产生影响的标准是涡流发生器发生环流时产生的压降。应该清楚随着比例h/H增大，压降损失系数也增大。
与图2相反，图3中，尖锐的连接边缘16的那个位置首先受到通道流的进气冲击。该构件旋转了180°。由图中可以看出，两个对流的涡流的旋转方向发生了改变。涡流沿着顶面的上方旋转并冲击安装涡流发生器的壁。
在壳体壁21上，数个涡流发生器9在周围方向上有或没有中间空隙地互相排列设置。构件9的高度h大约为通道高度H的90％。这种涡流发生器也可以在壳体的多个平面上均匀地或轴向分段地设置。
应该清楚，本发明不局限于所示出和描述的实施例。除了用纯水作为灭火剂外，也可使用水和泡沫混合物。除了用CO2作为惰性气体外，也可使用氮或空气。还可很大程度地改变灭火剂和惰性气体的用量。原则上，水压越大，温度越高，那么溶解的CO2就越多。应该清楚也可用其它的涡流发生构件来作为所述的涡流发生器使用；基本上，所有的静态混合器都适用，只要它们的压力损失不太大。
参考数字标记1 壳体2 灭火剂吸入导管3 计量阀4 CO2供料管5 排料管6 喷入装置7 气垫8 CO2连接位置9 产生涡流的装置10顶面11侧面12纵向边缘13侧面14纵向边缘1510的横惯延伸的边缘16连接边缘17对称线18尖角21壁22混合距离β倾角α矢角h 16的高度H 边缘高度

Claims (6)

1．在液态灭火剂中混入CO2的装置，主要由带有灭火剂吸入导管(2)的壳体(1)构成，壳体装有计量阀(3)用于输入CO2的供料管(4)中的和排料管(5)，其特征在于：-壳体(1)在其纵向轴上垂直对称；灭火剂吸入导管(2)与壳体的底端连接；排料导管(5)在壳体的上端弯曲，-CO2供料管(4)从上部通入壳体中，至少延伸到壳体的底部并且在管的端部有单喷嘴装置(6)；-其中将CO2与灭火剂逆流输入供料管中，计量阀(3)和单喷嘴装置(6)之间供料管的长度应这样确定，使得在操作期间，在关闭计量阀(3)时，在其顺流而下侧形成气垫(7)。
2．根据权利要求1的装置，其特征在于：供料管被分成两部分(4a,4b)，其中靠近计量阀的部分(4a)由传热性差的材料制成，而靠近单喷嘴装置的部分(4b)则由传热性好的材料制成。
3．根据权利要求1的装置，其特征在于：在供料管的外壁和/或壳体的内壁(21)处安装产生涡流的装置(9)。
4．根据权利要求3的装置，其特征在于：-该装置是涡流发生器(9)，多个发生器在壳体壁(21)的范围或周围与流动方向垂直地互相排列设置，-涡流发生器(9)具有三维环流面，该面在流动方向上延伸并形成顶面(10)和另外两个侧面(11,13)，-侧面(11,13)与相同的壁(21)平齐并且彼此交叉成矢角(α)，-就在环流壁(21)上横穿该相同壁的边缘(15)来说，顶平面(10)靠近如侧壁，-顶面的纵向边缘(12,14)与纵向伸向流动通道的侧面边缘平齐，与壁(21)形成倾角(β)。
5．根据权利要求4的装置，其特征在于：应选择涡流发生器的高度(h)与通道的高度(H)的比例，使得产生的涡流在紧随涡流发生器的下游填满全部通道高度或安装有涡流发生器通道部分的全部高度。
6．操作权利要求1装置的方法，其特征在于包括下列步骤：
在关闭计量阀时，灭火剂通过单喷嘴装置进入供料管，压缩其中压缩存在的气柱，在形成的气垫的作用下逆着计量阀移动，接着，打开计量阀，使液态CO2进入供料管，灭火剂气柱移动返回到壳体中，同时加热CO2并且在达到三相点时至少部分蒸发，为了通过单喷嘴装置形成气泡流，使更多的CO2混入灭火剂中，而不是进入溶液中。
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