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Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Brandschutzsystem auf Schaumbasis und insbesondere einen Zumischer zum Injizieren von Schaumkonzentrat in den Fluidstrom des Brandschutzsystems.
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Bei Brandschutzsystemen, die Lösungen auf Schaumbasis verwenden, wird in der Regel ein Schaumkonzentrat in einen Fluidstrom (z. B. Wasserstrom) injiziert, der auf Sprinklerköpfe, Monitore, Düsen oder andere Auslassvorrichtungen für das Brandbekämpfungsfluid gerichtet ist. Je nach Art des Schaums und/oder der Art der Brandbekämpfungsanwendung kann die Konzentration des Schaums in der Schaumlösung 1 %, 2 %, 3 %, 6 % oder einen anderen gewünschten Prozentsatz betragen. Unter „Brandschutzlösung“ oder „Lösung“ wird hier eine Mischung aus Schaumkonzentrat und Brandschutzfluid (z. B. Wasser) verstanden. In einigen herkömmlichen Systemen wird ein Zumischer verwendet, der das Schaumkonzentrat und das Brandschutzfluid (z. B. Wasser) mischt, um sicherzustellen, dass die Schaumkonzentration in der Brandschutzlösung das richtige Verhältnis oder den richtigen Prozentsatz hat.
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Bei typischen Brandschutzanwendungen kann die Durchflussmenge der Brandschutzlösung je nach der Anzahl der in Betrieb befindlichen Brandschutzvorrichtungen variieren. Beispielsweise kann die Durchflussmenge der Brandschutzlösung in einigen Sprinklersystemen von 50 Gallonen pro Minute (gpm) bis zu 3000 gpm oder mehr reichen, je nach der Anzahl der Sprinkler, die aufgrund eines Brandes geöffnet wurden. Die Durchflussmenge kann zunächst bei 50 gpm beginnen und sich dann schrittweise erhöhen, wenn sich der Brand ausweitet und mehr Sprinkler öffnet. Zu diesem Zweck muss der Zumischer in der Lage sein, den richtigen Prozentsatz (z. B. 1 %, 2 %, 3 %, 6 % oder einen anderen gewünschten Wert) an Schaumkonzentrat innerhalb eines vorgegebenen Bereichs in der Brandschutzlösung für den ausgelegten Bereich von Durchflussmengen des Brandschutzsystems bereitzustellen. Ein Fehler beim Halten des gewünschten Prozentsatzes des Schaumkonzentrats innerhalb des vorgegebenen Bereichs, kann dazu führen, dass das Brandschutzsystem nicht den anerkannten Normen für Brandschutzsysteme entspricht und/oder der Schaumkonzentratvorrat erschöpft ist, bevor das Feuer bekämpft (z. B. gelöscht) wurde. Wenn beispielsweise der richtige Prozentsatz des Schaumkonzentrats nicht eingehalten wird, erfüllt das Brandschutzsystem möglicherweise nicht die Kriterien für die Auslaufzeit und den Schaumausdehnungswert des Abschnitts Foam Quality Test der Norm UL 162 für eine Typ-III-Düse und ein Schaumkonzentrat, wie veröffentlicht in „UL 162, Standard For Safety: Foam Equipment and Liquid Concentrates“ vom 23. Februar 2018 (im Folgenden „UL-Norm“), die hier durch Verweis vollständig einbezogen wird, und für die Auslaufzeit und das Schaumausdehnungsverhältnis des Abschnitts Low Expansion Foam Concentrate Extinguishing Performance in der Norm FM 5130 für ein Schaumkonzentrat, wie veröffentlicht in „Approval Standard for Foam Extinguishing Systems: Class Number 5130“ vom Januar 2018 (im Folgenden „FM-Norm“), die hier durch Verweis in vollem Umfang einbezogen wird.
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Ein herkömmlicher Zumischer kann einen Körper mit einem ersten Durchlass für das Schaumkonzentrat und einem zweiten Durchlass für das Brandschutzfluid umfassen. Der herkömmliche Zumischer kann auch eine Drosseleinheit mit einer Drosselscheibe und einer Blendplatte zur Steuerung des Schaumkonzentratflusses enthalten. Die Drosselscheibe ist mit einer Stange verbunden, die von einer Klappeneinheit bewegt werden kann, um den Durchfluss des Schaumkonzentrats zu steuern. Einige herkömmliche Zumischer enthalten eine Führungseinheit mit oberen und unteren Führungen, um die Drosselscheibe auf die Öffnung in der Blendplatte auszurichten. Herkömmliche Zumischer können jedoch durch die Viskosität des Schaumkonzentrats beeinträchtigt werden, so dass das Brandschutzsystem bei bestimmten Durchflüssen die UL- und FM-Normen nicht erfüllen kann. Zum Beispiel kann ein herkömmlicher 6-Zoll-Zumischer in einem System, das ein alkoholbeständiges (ARC) Schaumkonzentrat verwendet, je nach Viskosität des Schaumkonzentrats auf bestimmte Durchflussraten beschränkt sein. Um die FM- und/oder UL-Normen zu erfüllen, kann das Brandschutzsystem mit dem 6-Zoll-Zumischer auf Durchflussraten der Brandschutzlösung im Bereich zwischen 750 GPM und 2300 GPM begrenzt werden, wenn hochviskose Schaumkonzentrate, z. B Viskosität von etwa 2400 mPas, verwendet werden, und nicht auf den vollen Bereich des Zumischers, der z. B. 30 gpm bis 2000 gpm für einen beispielhaften Sechs-Zoll-Zumischer, 50 gpm bis 3000 gpm für einen beispielhaften Acht-Zoll-Zumischer oder einen anderen Bereich, der dem vollen Bereich des Zumischers entspricht, betragen kann. Wenn hier „hochviskos“ verwendet wird, bedeutet dies hier einen Wert von mehr als 1300 mPas bei 25 Grad C unter Verwendung einer Brookfield LV-Spindel 4 bei 60 U/min. Es wird angenommen, dass herkömmliche Zumischer nicht in der Lage sind, die Schaumkonzentration auf einem angemessenen Prozentsatzwert oder Bereich zu halten, um die UL- oder FM-Normen für den gesamten Durchflussbereich des Zumischers zu erfüllen, wenn hochviskose Schaumkonzentrate verwendet werden. Der Durchfluss des Schaumkonzentrats in dem Brandschutzfluid wird in der Regel durch die Drosselscheibe gesteuert, die den Durchfluss des Konzentrats durch eine Öffnung in der Blendplatte behindert. Wenn sich die Drosselscheibe von der Öffnung entfernt, erhöht sich der Durchfluss des Konzentrats. Bei einigen herkömmlichen Zumischern geht die Drossel nicht durch die Öffnung in der Blendplatte. Es wird angenommen, dass eine solche Konfiguration die Fähigkeit zur präzisen Steuerung des Durchflusses des Schaumkonzentrats einschränken könnte, insbesondere bei hochviskosen Schaumkonzentraten. In einigen konventionellen Zumischern ist die Drossel so konfiguriert, dass sie durch die Öffnung in der Blendplatte hindurchgeht, aber es wird angenommen, dass der Durchlass des Schaumkonzentrats in solchen Zumischern keinen ordnungsgemäßen Durchfluss von hochviskosen Schaumkonzentraten in den Fluidstrom ermöglicht, was den Zumischer auf einen begrenzten Durchflussbereich und/oder die Schaumkonzentrate auf solche mit einer niedrigeren Viskosität beschränken kann. Folglich besteht ein Bedarf an einem Zumischer, der den Prozentsatz eines Schaumkonzentrats in einer Brandschutzlösung über einen gro-ßen Bereich von Durchflussmengen auf dem richtigen Wert halten kann, wenn hochviskose Schaumkonzentrate verwendet werden. „Großer Bereich“ bedeutet hier, dass die maximale Nenndurchflussmenge des Zumischers gleich dem oder mehr als das Zehnfache der minimalen Nenndurchflussmenge des Zumischers beträgt.
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Weitere Einschränkungen und Nachteile herkömmlicher, traditioneller und vorgeschlagener Ansätze werden dem Fachmann durch den Vergleich solcher Ansätze mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, wie sie im Rest der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen dargelegt sind, deutlich.
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Bevorzugte Ausführungsformen betreffen einen Zumischer, der den Prozentsatz eines Schaumkonzentrats in einer Brandschutzlösung innerhalb einer Variation steuern kann, die die UL- und/oder FM-Normen für einen großen Bereich von Durchflussmengen einer Brandschutzlösung und/oder für hochviskose Schaumkonzentrate erfüllt. In einigen Ausführungsformen umfasst ein Zumischer einen Körperteil, der einen Schaumdurchlass für den Transport eines Schaumkonzentrats und einen Fluiddurchlass für den Transport eines Brandschutzfluids (z. B. Wasser) definiert. Vorzugsweise beträgt das Verhältnis der Querschnittsfläche des Auslasses des Fluiddurchlasses zu der Querschnittsfläche des Auslasses des Schaumdurchlasses 11 oder weniger, und noch bevorzugter 10 oder weniger. In einigen Ausführungsformen kann das Verhältnis in einem Bereich von 1 bis 11, bevorzugter in einem Bereich von 2 bis 10 und noch bevorzugter in einem Bereich von 2 bis 4 liegen. Der Zumischer kann eine Drosseleinheit mit einer Drosselscheibe und einer Blendplatte zur Steuerung des Durchflusses des Schaumkonzentrats durch den Schaumdurchlass umfassen. Vorzugsweise ist die Drosseleinheit so konfiguriert, dass der Durchfluss des Schaumkonzentrats durch den Schaumdurchlass auf dem Abstand der Basis der Drosselscheibe von der Blendplatte basiert. In einigen Ausführungsformen ist die Drosselscheibe so konfiguriert, dass sie in einer Öffnung der Blendplatte angeordnet ist, und mit zunehmendem Abstand zwischen der Basis der Drosselscheibe und der Blendplatte vergrößert sich die Querschnittsfläche eines Ringraums, der durch eine Außenfläche der Drosselscheibe und eine Innenfläche der Öffnung definiert ist. In einigen Ausführungsformen behält die Drosseleinheit den Ringraum über den gesamten Bewegungsbereich der Drosselscheibe bei. Das heißt, ein Teil der Drosselscheibe verbleibt über den gesamten Bewegungsbereich der Drosselscheibe in der Öffnung der Blendplatte.
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In einigen Ausführungsformen kann der Zumischer auch ein Stangenelement umfassen, das mit der Drosselscheibe verbunden ist. Der Zumischer kann eine erste und eine zweite Führung aufweisen, die so konfiguriert sind, dass sie das Stangenelement aufnehmen. Vorzugsweise sind die erste Führung und die zweite Führung im Körperteil angeordnet, um das Stangenelement so zu positionieren, dass die Drosselscheibe auf die Blendplatte ausgerichtet ist. Der Zumischer kann ferner eine Klappeneinheit umfassen, die über eine Schieberschnittstelle mit dem Stangenelement verbunden ist. Vorzugsweise ist die Klappeneinheit so konfiguriert, dass sie den Durchfluss des Schaumkonzentrats durch den Schaumdurchlass proportional zum Durchfluss des Brandschutzfluids durch den Fluiddurchlass steuert. In einigen Ausführungsformen wird der Durchfluss des Schaumkonzentrats durch Bewegen des Stangenelements gesteuert, um den Abstand zwischen der Drosselscheibe und der Blendplatte zu verändern. Vorzugsweise ist die Schieberschnittstelle zwischen der ersten Führung und der zweiten Führung angeordnet. In einigen Ausführungsformen weist die Drosselscheibe einen sich verjüngenden Abschnitt auf, und eine Neigung der Verjüngung hat einen Winkel im Bereich von 60 Grad bis 85 Grad in Bezug auf eine Basis der Drosselscheibe. Vorzugsweise ist der Verjüngungswinkel von der Größe des Zumischers abhängig. Beispielsweise kann der Verjüngungswinkel bei einem beispielhaften Acht-Zoll-Zumischer 70 ± 2 Grad und bei einem beispielhaften Sechs-Zoll-Zumischer 75 ± 2 Grad betragen.
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In einigen Ausführungsformen ist die Klappeneinheit so konfiguriert, dass sie das Stangenelement so bewegt, dass ein Prozentsatz des Schaumkonzentrats in einer Brandschutzlösung, bei der es sich um ein Gemisch aus dem Schaumkonzentrat und dem Brandschutzfluid handelt, innerhalb einer Abweichung aufrechterhalten wird, die die UL- und/oder FM-Normen erfüllt. Die prozentuale Abweichung des Schaumkonzentrats, die den UL- und/oder FM-Normen entspricht, kann für eine Brandschutzlösung beibehalten werden, die in einigen Ausführungsformen zwischen 30 gpm und 2000 gpm und in anderen Ausführungsformen zwischen 50 gpm und 3000 gpm liegt.
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In einigen Ausführungsformen hält der Zumischer die prozentuale Abweichung des Schaumkonzentrats aufrecht, die den UL- und/oder FM-Normen für hochviskose Schaumkonzentrate entspricht. Vorzugsweise ist die Viskosität des Schaumkonzentrats größer als 1300 mPas und noch bevorzugter größer als oder gleich 1500 mPas. Die hier angegebenen Viskositätswerte werden bei 25 Grad C mit einer Brookfield LV Spindel 4 bei 60 U/min gemessen. In einigen Ausführungsformen ist die Viskosität des Schaumkonzentrats kleiner oder gleich 3500 mPas, und vorzugsweise liegt die Viskosität des Schaumkonzentrats in einem Bereich zwischen 1500 mPas und 3500 mPas, und noch bevorzugter in einem Bereich zwischen 2000 mPas und 3000 mPas.
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Eine weitere beispielhafte Ausführungsform betrifft ein Verfahren zum Mischen von Schaumkonzentrat und Brandschutzfluid. Das Verfahren umfasst den Transport des Schaumkonzentrats von einer Schaumkonzentratquelle zu den Rohrleitungen in einem Brandsystem und den Transport des Brandschutzfluids zu den Rohrleitungen. Das Verfahren umfasst auch das Steuern des Prozentsatzes des Schaumkonzentrats in der Brandschutzlösung bis zu einer Abweichung, die die UL- und/oder FM-Normen erfüllt. Vorzugsweise wird die prozentuale Abweichung des Schaumkonzentrats, die den UL- und/oder FM-Normen entspricht, für Durchflüsse der Brandschutzlösung beibehalten, die in einigen Ausführungsformen zwischen 30 gpm und 2000 gpm und in anderen Ausführungsformen zwischen 50 gpm und 3000 gpm liegen. In einigen Ausführungsformen kann die prozentuale Abweichung des Schaumkonzentrats, die den UL- und/oder FM-Normen entsprechen, für hochviskose Schaumkonzentrate beibehalten werden. Beispielsweise kann die Viskosität des Schaumkonzentrats größer als 1300 mPas und vorzugsweise größer als oder gleich 1500 mPas sein. Vorzugsweise ist die Viskosität des Schaumkonzentrats kleiner oder gleich 3500 mPas, und noch bevorzugter liegt die Viskosität des Schaumkonzentrats in einem Bereich zwischen 1500 mPas und 3500 mPas, und noch bevorzugter in einem Bereich zwischen 2000 mPas und 3000 mPas.
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Während mehrere Ausführungsformen offenbart sind, werden noch andere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung für den Fachmann aus der folgenden detaillierten Beschreibung ersichtlich werden, die illustrative Ausführungsformen der Erfindung zeigt und beschreibt. Wie zu erkennen sein wird, ist die Erfindung in verschiedenen Aspekten modifizierbar, ohne dass der Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung verlassen wird. Dementsprechend sind die Zeichnungen und die detaillierte Beschreibung als illustrativ und nicht einschränkend zu betrachten.
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Die beigefügten Zeichnungen, die hierin eingezogen und Bestandteil dieser Beschreibung sind, veranschaulichen beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung und dienen zusammen mit der obigen Beschreibung zur Erläuterung der Merkmale der Erfindung.
- 1 ist eine schematische Darstellung eines Sprinklersystems mit einem Zumischer gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
- 2A ist eine perspektivische Ansicht einer Auslassseite eines bevorzugten Zumischers zur Verwendung in dem System von 1;
- 2B ist eine perspektivische Ansicht einer Einlassseite des bevorzugten Zumischers von 2A;
- 3A ist eine seitliche Querschnittsansicht des Zumischers von 2A;
- 3B ist eine frontale Querschnittsansicht des Zumischers von 2A;
- 3C ist eine perspektivische Ansicht von unten auf die Blendplatte und die Drosselscheibe des Zumischers von 2A;
- 4A ist eine perspektivische Ansicht einer bevorzugten Drosselscheibe, die in dem Zumischer von 2A verwendet werden kann;
- 4B ist eine Seitenansicht der Drosselscheibe von 4A;
- 5 ist eine perspektivische Ansicht einer bevorzugten Kopplung zwischen einer bevorzugten Klappe und einer bevorzugten Schiebermanschette, die in dem Zumischer von 2A verwendet werden kann;
- 6A und 6B sind bevorzugte Ausführungsformen von Schiebermanschetten, die in dem Zumischer von 2A verwendet werden können; und
- 7 ist ein Leistungsdiagramm für das Mischungsverhältnis eines beispielhaften Acht-Zoll- Zumischers und eines beispielhaften Sechs-Zoll- Zumischers.
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Verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Technologie beziehen sich im Allgemeinen auf einen Zumischer, der den prozentualen Anteil eines Schaumkonzentrats in einer Brandschutzlösung so steuern kann, dass die UL- und/oder FM-Normen für einen gro-ßen Bereich von Durchflüssen einer Brandschutzlösung erfüllt werden. In einigen Ausführungsformen steuert der Zumischer die prozentuale Abweichung des Schaumkonzentrats, die den UL- und/oder FM-Normen für einen großen Bereich von Durchflussmengen von Brandschutzlösungen unter Verwendung von hochviskosen Schaumkonzentraten genügt.
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1A zeigt eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, bei der ein Brandschutzsystem einen Zumischer umfasst. Bei dem geschützten Bereich 110 kann es sich um ein beliebiges Gehäuse, einen beliebigen Bereich oder eine beliebige Ausrüstung handeln, die vor einem Brand geschützt werden müssen. Der geschützte Bereich 110 kann beispielsweise ein Lagerhaus, ein Gebäude, ein Raum, ein Flugzeugdeck, eine Start- und Landebahn oder eine Laderampe sein, um nur einige Beispiele zu nennen. Der geschützte Bereich 110 wird durch ein Brandschutzsystem 100 geschützt, das einen Fluidvorratstank 108 (oder eine andere Fluidquelle) und eine Pumpe 107 zur Weiterleitung des Fluids (z. B. Wasser) an eine oder mehrere Auslassvorrichtungen (z. B. Sprinkler, Monitore, Düsen oder andere Auslassvorrichtungen) umfasst, die im Falle eines Brandes eine Brandschutzlösung in den geschützten Bereich 110 auslassen. Vorzugsweise kann das Brandschutzsystem 100 auch einen Konzentratvorratstank 102 umfassen, in dem ein Löschschaumkonzentrat gelagert wird, das mit dem Fluid (z. B. Wasser) gemischt werden kann, um eine Brandschutzlösung zu bilden. Vorzugsweise ist die Brandschutzlösung eine wässrige filmbildende Schaum- (AFFF-) lösung, eine filmbildende Fluorproteinschaum- (FFFP-) lösung, eine alkoholbeständige Konzentrat- (ARC-) lösung, eine Fluorproteinschaum- (FP-) lösung oder eine andere Brandschutzlösung. In einigen Ausführungsformen ist das Schaumkonzentrat ein fluorchemisches Konzentrat auf C6-Basis. Der Konzentratvorratstank 102 kann z. B. ein blasenartiger Tank sein, so dass von außen auf die Blase von einer externen Quelle ausgeübter Druck das Schaumkonzentrat aus dem Auslass des Tanks drückt. Natürlich können auch andere Arten von Auslauftanks verwendet werden. Ein Zumischer 106 kann in der Auslassleitung der Pumpe 107 zwischen der Pumpe 107 und den Auslassvorrichtungen angeordnet sein. Der Zumischer 106 nimmt das Schaumkonzentrat aus dem Konzentratvorratstank 102 auf und leitet einen kontrollierten Durchfluss des Schaumkonzentrats in den Fluiddurchfluss der Pumpe 107 ein.
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Wenn das Brandschutzsystem 100 aktiviert wird (z. B. aufgrund eines Brandes im geschützten Bereich 110 oder aus einem anderen Grund), wird die Pumpe 107 eingeschaltet, um Fluid (z. B. Wasser) über den Zumischer 106 in den geschützten Bereich 110 zu fördern. Ein Teil des Fluids von der Pumpe 107 kann in den Konzentratvorratstank 102 umgeleitet werden, um den Tank unter Druck zu setzen und das Schaumkonzentrat zum Zumischer 106 zu drücken. Natürlich können auch andere Verfahren, wie z. B. eine Pumpe für das Konzentrat, ein unter Druck stehender Konzentratvorratstank und/oder ein anderes Verfahren zur Überführung des Konzentrats in das Zumischgerät 106 verwendet werden. Vorzugsweise mischt der Zumischer 106 das Brandschutzfluid (z. B. Wasser) und das Schaumkonzentrat, um eine Brandschutzlösung zu bilden. Üblicherweise wird das Schaumkonzentrat so formuliert, dass es sich mit der Brandschutzlösung zu einem Gemisch vermischt, das dem Schaumnennprozentsatz des Schaumkonzentrats (hier auch als „Nennprozentsatz des Schaumkonzentrats“ bezeichnet) entspricht, der z. B. 1 %, 2 %, 3 %, 6 % oder ein anderer gewählter Prozentsatz sein kann.
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Nach dem Mischen durch den Zumischer 106 wird die Brandschutzlösung über das Rohrleitungssystem 120 in den geschützten Bereich 110 geleitet. In einigen Ausführungsformen, z. B. wie in 1A zu sehen, wird die Brandschutzlösung zu Sprinklern 122 geleitet, die die Brandschutzlösung in den geschützten Bereich 110 ablassen. In anderen Ausführungsformen kann die Brandschutzlösung jedoch zu Brandschutzdüsen (z. B. Bodendüsen, in Gräben montierte Düsen oder eine andere Art von Düsen), Monitoren oder einer anderen geeigneten Vorrichtung geleitet werden, die die Brandschutzlösung ablässt. Wie in 1B zu sehen ist, wird die Brandschutzlösung beispielsweise auf Sprühbrandschutzdüseneinheiten 130 gerichtet, die in Gräben 140 eines Flugzeughangars 150 (oder eines anderen Fahrzeuglade- und/oder Lagerbereichs) installiert werden können. Wie in 1B zu sehen ist, können die Sprühbrandschutzdüseneinheiten 130 in Gräben 140 im gesamten Hangar 150 installiert werden. Vorzugsweise können die Düseneinheiten 130 so konfiguriert werden, dass sie die Brandschutzlösung in einem 360-Grad-Muster auslassen, um die Bodenfläche des Hangars abzudecken. Je nach Form, Größe, Installation und/oder anderen Kriterien in Bezug auf den zu schützenden Deckbereich verstehen natürlich die Fachmänner, dass jede beliebige Kombination von Düseneinheiten 130 (z. B. 90-Grad-Düsen, 180-Grad-Düsen, 360-Grad-Düsen und/oder andere Düsenkonfigurationen) zum Schutz des Deckbereichs eines Flugzeuglande- und/oder -lagerbereichs installiert werden kann.
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Wenn das Brandschutzsystem 100 aktiviert ist, kann der Durchfluss durch das Rohrsystem 120 in Abhängigkeit von der Anzahl der aktiven Auslassvorrichtungen (z. B. Sprinkler, Düsen, Monitore oder andere Auslassvorrichtungen) variieren. Beispielsweise kann der Durchfluss der Brandschutzlösung zum geschützten Bereich 110 über den Zumischer 160 je nach Anzahl der geöffneten Auslassvorrichtungen von weniger als 50 gpm bis 3000 gpm oder mehr für einen beispielhaften Acht-Zoll-Zumischer und von weniger als 30 gpm bis 2000 gpm oder mehr für einen beispielhaften Sechs-Zoll-Zumischer variieren. Da der Fluiddurchfluss variiert, muss der Prozentsatz des Schaumkonzentrats in der Brandschutzlösung auf dem Nennprozentsatz des Schaumkonzentrats gehalten werden. Bei einem Schaumkonzentrat von 3 % besteht die Brandschutzlösung idealerweise aus einem Gemisch aus 3 % Schaumkonzentrat und 97 % Fluid (z. B. Wasser), und ein idealer Zumischer hält den Prozentsatz des Schaumkonzentrats konstant bei 3 %, auch wenn der Fluiddurchfluss schwankt. In der Praxis kann der Prozentsatz des Schaumkonzentrats in der Brandschutzlösung jedoch variieren, wenn sich der Fluiddurchfluss ändert. In der Praxis sollte der Zumischer, wenn der Fluiddurchfluss während des Betriebs des Brandschutzsystems schwankt, jede Veränderung des Prozentsatzes des Schaumkonzentrats in einem Bereich halten, der noch einen wirksamen Brandschutz gewährleistet. „Wirksamer Brandschutz“ bedeutet hier, dass ein Brand so geschützt wird, dass die UL- und/oder FM-Normen erfüllt werden. Herkömmliche Zumischer sind jedoch nur in der Lage, einen wirksamen Brandschutz für Durchflüsse von Brandschutzlösungen zwischen 750 gpm und 2300 gpm und nur für Schaumkonzentrate mit einer Viskosität von etwa 1000 mPas oder weniger zu gewährleisten. Das heißt, dass herkömmliche Zumischer nicht in der Lage sind, die Prozentsätze von Schaumkonzentraten in einem Bereich zu halten, der noch einen wirksamen Brandschutz für einen großen Durchflussbereich und/oder für hochviskose Schaumkonzentrate bietet.
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In beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung steuert der Zumischer 106 einen Prozentsatz des Schaumkonzentrats in der Brandschutzlösung innerhalb einer Abweichung, die einen wirksamen Brandschutz gewährleistet (diese Abweichung wird hier auch als „Zielkonzentration“ bezeichnet). Die Zielkonzentration kann auf dem Nennprozentsatz des Schaumkonzentrats basieren (z. B. 1 %, 2 %, 3 %, 6 % oder ein anderer gewählter Prozentsatz). Vorzugsweise liegt die Zielkonzentration in einem Bereich mit einem unteren Prozentsatzwert des Schaumkonzentrats und einem oberen Prozentsatzwert des Schaumkonzentrats, der auf dem Nennprozentsatz des Schaumkonzentrats basiert. Beispielsweise kann der untere Wert der Nennprozentsatz des Schaumkonzentrats minus einem ersten Wert und der obere Wert der Nennprozentsatz des Schaumkonzentrats plus einem zweiten Wert sein. In einigen Ausführungsformen kann der erste Wert 0 und der zweite Wert 0,9 % oder das 0,3-fache des Nennprozentsatzes des Schaumkonzentrats betragen, je nachdem, welcher Wert kleiner ist. Zum Beispiel kann die Zielkonzentration bei einem Nennprozentsatz des Schaumkonzentrats von 1 % einen unteren Wert von 1 % (1 % - 0) und einen oberen Wert von 1,3 % (1 % + (0,3 * 1 %)) haben. Ebenso kann die Zielkonzentration in einem Bereich zwischen 2 % bis 2,6 % für ein 2 %iges Schaumkonzentrat, zwischen 3 % bis 3,9 % für ein 3 %iges Schaumkonzentrat und zwischen 6 % bis 6,9 % (6 % + 0,9 %) für ein 6 %iges Schaumkonzentrat liegen, um nur einige Beispiele zu nennen. Vorzugsweise kann der Zumischer 160 die Zielkonzentration für einen großen Bereich von Durchflüssen aufrechterhalten und, noch bevorzugter, die Zielkonzentration unter Verwendung von hochviskosen Schaumkonzentraten aufrechterhalten.
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2A zeigt eine perspektivische Ansicht einer Auslassseite des Zumischers 160, und 2B zeigt eine perspektivische Ansicht einer Einlassseite des Zumischers 160. Wie in den 2A und 2B zu sehen ist, umfasst der Zumischer 160 vorzugsweise einen Körperteil 202, einen Halsteil 204 und einen Verbindungsteil 206. Vorzugsweise kann der Körperteil 202 einen scheibenartigen Körper aufweisen, der so konfiguriert ist, dass er zwischen die beiden Flansche der Einlass- und Auslassleitung passt. Der Zumischer 160 ist dicht, wenn die Flansche der Einlass- und der Auslassleitung mit dem Zumischer 160 in der Mitte zusammengeschraubt werden. In einigen Ausführungsformen kann der Zumischer auch geflanscht sein, und die Verbindungen zu den Einlass- und Auslassleitungen erfolgen über geflanschte Schnittstellen.
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Der Körperteil 202 definiert vorzugsweise einen Fluiddurchgangsdurchlass 230 (hier auch als „Fluiddurchlass 230“ bezeichnet), der einen Durchflussweg für das Brandschutzfluid (z. B. Wasser) bildet. Der Fluiddurchlass 230 umfasst einen Einlass 232 (siehe 2B) zur Aufnahme des Brandschutzfluids (z. B. Wasser) von der Pumpe 107 und einen Fluidauslass 234 (siehe 2A), der mit dem Rohrleitungssystem 120 verbunden werden kann. Der Körperteil 202 definiert vorzugsweise auch einen Schaumdurchgangsdurchlass 227, der einen Durchflussweg für das Schaumkonzentrat bildet. In einigen Ausführungsformen, z. B. wie in 2B zu sehen, können der Halsteil 204 und/oder der Verbindungsteil 206 auch entsprechende Schaumdurchgangsdurchlasswege 226, 225 definieren, die mit den anderen Schaumdurchgangsdurchlässen verbunden sind, um einen Strömungsweg für das Schaumkonzentrat bereitzustellen. Ein Schaumdurchgangsdurchlass 220 (hier auch als „Schaumdurchlass 220“ bezeichnet) wird vorzugsweise aus einem oder mehreren der Schaumdurchgangsdurchlasswege 225, 226 und 227 gebildet, die jeweils durch den Verbindungsteil 206, den Halsteil 204 und den Körperteil 202 gebildet werden. Vorzugsweise ist der Verbindungsteil 206 so konfiguriert, dass er über eine Nutenkupplung mit den Rohrleitungen des Konzentratvorratstanks 102 verbunden werden kann. Die Art des Anschlusses ist jedoch nicht einschränkend, und einige Ausführungsformen des Zumischers können eine geflanschte Schnittstelle (oder eine andere Art von Anschluss) haben. Der Verbindungsteil 206 wird vorzugsweise mit dem Halsteil 204 verbunden, z. B. durch eine Nutenkupplung, einen Flanschanschluss, ein Gewinde, eine Presspassung, eine Schweißung oder ein anderes Befestigungsmittel. Der Halsteil 204 kann mit dem Körperteil 202 verbunden werden, z. B. durch eine Nutenkupplung, einen Flanschanschluss, ein Gewinde, eine Presspassung, eine Schweißung oder ein anderes Befestigungsmittel.
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Das Schaumkonzentrat aus dem Konzentratvorratstank 102 tritt in den Schaumeinlass 222 ein, der durch den Verbindungsteil 206 definiert sein kann, und fließt in den Durchlassweg 225 des Verbindungsteils 206. Aus dem Durchlassweg 225 fließt das Schaumkonzentrat dann in den Durchlassweg 226 des Halsteils 204. Vorzugsweise fließt das Schaumkonzentrat aus dem Durchlassweg 226 des Halsteils 204 in den Durchlassweg 227 des Körperteils 202. Das Schaumkonzentrat verlässt den Durchlassweg 227 vorzugsweise über den Schaumauslass 224, der durch den Körperteil 202 definiert ist. In einigen Ausführungsformen sind die Durchlasswege 225, 226, 227 miteinander verbunden und bilden so den Schaumdurchlass 220.
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Vorzugsweise sind der Schaumauslass 224 des Schaumdurchlasses 220 und der Fluidauslass 234 des Fluiddurchlasses 230 mit dem Rohrleitungssystem 120 verbunden, so dass sich das Fluid aus dem Fluiddurchlass 230 und das Schaumkonzentrat aus dem Schaumdurchlass 220 im Rohrleitungssystem 120 auf der Auslassseite des Zumischers 160 vermischen und eine Brandschutzlösung bilden. In einigen Ausführungsformen erzeugt das aus dem Fluidauslass 234 strömende Fluid (z. B. Wasser) einen Venturi-Effekt, so dass das Fluid und das aus dem Schaumauslass 224 strömende Schaumkonzentrat im Rohrleitungssystem 120 gründlich vermischt werden, wenn die Brandschutzlösung z. B. zu den Sprinklern 122 geleitet wird. Vorzugsweise beträgt das Verhältnis der Querschnittsfläche des Fluidauslasses 234 zur Querschnittsfläche des Schaumauslasses 224 (siehe 3B) 11 oder weniger, vorzugsweise 10 oder weniger. In einigen Ausführungsformen kann das Verhältnis in einem Bereich von 1 bis 11, bevorzugter in einem Bereich von 2 bis 10 und noch bevorzugter in einem Bereich von 2 bis 4 liegen. Wie weiter unten erörtert, kann der Durchfluss des Schaumkonzentrats und damit der Prozentsatz des Schaumkonzentrats in der Brandschutzlösung durch eine Zumischereinheit reguliert werden, die zumindest teilweise innerhalb des Schaumdurchlasses 220 angeordnet sein kann. Natürlich beeinflussen auch der Druck, mit dem das Schaumkonzentrat aus dem Konzentratvorratstank 102 ausgelassen wird, und/oder der Venturi-Effekt aufgrund des Fluiddurchflusses durch den Zumischer 160 den Durchfluss des Schaumkonzentrats in die Brandschutzlösung. Vorzugsweise sorgen der Zumischer 160, der Druck zum Ablassen des Schaumkonzentrats und/oder der Venturi-Effekt dafür, dass das Schaumkonzentrat in der Brandschutzlösung innerhalb der Zielkonzentration liegt, wenn sich der Durchfluss des Brandschutzmittels ändert.
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In einigen Ausführungsformen ist der Zumischer 160 so konfiguriert, dass er den Durchfluss des Schaumkonzentrats durch den Schaumdurchlass 220 im Verhältnis zur Durchflussrate des Fluids (z. B. Wasser) durch den Fluiddurchlass 230 variiert. Vorzugsweise steuert der Zumischer 160 den Durchfluss des Schaumkonzentrats so, dass jede Veränderung des Prozentsatzes des Schaumkonzentrats in der Brandschutzlösung innerhalb der Zielkonzentration für einen großen Bereich von Durchflüssen der Brandschutzlösung liegt. In einigen Ausführungsformen liegt der Prozentsatzes des Schaumkonzentrats innerhalb der Zielkonzentration für einen Nenndurchflussbereich des Zumischers 160. Vorzugsweise beträgt der maximale Nenndurchfluss für den Zumischer 160 mindestens das 60-fache des minimalen Nenndurchflusses für den Zumischer 160 (z. B. ein Nenndurchflussbereich von 50 gpm bis 3000 gpm für einen beispielhaften Acht-Zoll-Zumischer, von 30 gpm bis 2000 gpm für einen beispielhaften Sechs-Zoll-Zumischer oder ein anderer Nenndurchflussbereich). Bei einer Brandschutzlösung mit einem Schaumkonzentrat von 3 % kann der Zumischer 160 beispielsweise eine Zielkonzentration von 3 % bis 3,9 % in einem großen Bereich von Durchflüssen erreichen. Vorzugsweise erfüllt das Zumischgerät 160 die Zielkonzentration für Durchflussbereiche, in denen ein Verhältnis von einer oberen Durchflussrate zu einer unteren Durchflussrate („Zieldurchflussverhältnis“) 10 oder mehr, vorzugsweise 30 oder mehr, noch bevorzugter 50 oder mehr und noch bevorzugter in einem Bereich von 10 bis 80, ist. In einigen Ausführungsformen entspricht das Zieldurchflussverhältnis dem Nenndurchflussbereich des Zumischers 160, der beispielsweise 50 gpm bis 3000 gpm für einen beispielhaften Acht-Zoll-Zumischer, 30 gpm bis 2000 gpm für einen beispielhaften Sechs-Zoll-Zumischer oder einen anderen Nenndurchflussbereich betragen kann. In ähnlicher Weise kann die Zielkonzentration ein Bereich zwischen 1 % und 1,3 % für ein 1 %iges Schaumkonzentrat, ein Bereich zwischen 2 % und 2,6 % für ein 2 %iges Schaumkonzentrat und ein Bereich zwischen 6 % und 6,9 % für ein 6 %iges Schaumkonzentrat (um nur einige Beispiele zu nennen) für das Zieldurchflussverhältnis sein, das beispielsweise der Nenndurchflussbereich des Zumischers 160 sein kann (z. B., Durchflüsse zwischen 50 gpm und 3000 gpm für einen beispielhaften Acht-Zoll-Zumischer, Durchflüsse zwischen 30 gpm und 2000 gpm für einen beispielhaften Sechs-Zoll-Zumischer oder ein anderer Nenndurchflussbereich). Vorzugsweise ist der Zumischer 160 so konfiguriert, dass er die Zielkonzentration für das Zieldurchflussverhältnis (z. B. Nenndurchflussbereich des Zumischers 160) für Viskositäten von Schaumkonzentrat von mehr als 1300 mPas und vorzugsweise für Viskositäten von mehr als oder gleich 1500 mPas aufrechterhält. In einigen Ausführungsformen ist der Zumischer 160 so konfiguriert, dass er die Zielkonzentration für das Zieldurchflussverhältnis (z. B. Nenndurchflussbereich des Zumischers 160) für Viskositäten von Schaumkonzentrat in einem Bereich zwischen 1500 mPas und 3500 mPas und vorzugsweise in einem Bereich zwischen 2000 mPas und 3000 mPas aufrechterhält.
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zeigen seitliche und frontale Querschnittsansichten des Zumischers 160. Wie in 3A am besten zu sehen ist, umfasst der Zumischer 160 vorzugsweise eine Zumischereinheit 300, die den Durchfluss des Schaumkonzentrats im Verhältnis zum Fluiddurchfluss regelt. In einigen Ausführungsformen kann die Zumischereinheit 300 eine Klappeneinheit 310, ein Stangenelement 320, eine Drosseleinheit 330, ein Federelement 335 und eine Schiebermanschette 340 umfassen. In einigen Ausführungsformen umfasst die Drosseleinheit 330 eine Drosselscheibe 332 und eine Blendplatte 334. Die Blendplatte 334 ist im Schaumdurchlass 220 angeordnet und weist vorzugsweise eine Öffnung 336 auf. In einigen Ausführungsformen liegt die Dicke der Blendplatte 334 in einem Bereich von 0,10 Zoll bis 0,30 Zoll und vorzugsweise 0,20 Zoll. Die Öffnung 336 kann einen Durchmesser haben, der im Bereich von 0,25 Zoll bis 2,0 Zoll liegt. Der Durchmesser der Öffnung 336 kann von der Größe des Zumischers 160 abhängen. Bei einem beispielhaften Sechs-Zoll-Zumischer kann der Durchmesser beispielsweise im Bereich von 0,60 Zoll bis 0,80 Zoll und vorzugsweise 0,73 Zoll liegen. Bei einem beispielhaften Acht-Zoll-Zumischer kann der Durchmesser in einem Bereich von 0,85 bis 1,0 Zoll und vorzugsweise 0,94 Zoll liegen. Im Betrieb fließt das Schaumkonzentrat vorzugsweise durch die Öffnung 336 der Blendplatte 334. In einigen Ausführungsformen ist die Blendplatte 334 in dem Halsteil 204 angeordnet. Die Öffnung 336 kann zum Beispiel eine kreisförmige Öffnung sein. In anderen beispielhaften Ausführungsformen der Offenbarung kann die Öffnung 336 jedoch auch andere Formen haben, wie beispielsweise eine rechteckige Form, eine dreieckige Form oder eine andere Form.
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Vorzugsweise ist die Drosselscheibe 332 auf der gegenüberliegenden Seite der Blendplatte 334 angeordnet, um den Durchfluss des Schaumkonzentrats durch die Öffnung 336 zu drosseln. Beispielsweise kann die Öffnung 336 so konfiguriert sein, dass sie zumindest einen Teil der Drosselscheibe 332 aufnimmt, wie beispielsweise die Spitze der Drosselscheibe 332, um zumindest einen Teil des Durchflusses des Schaumkonzentrats zu blockieren. 3C ist eine perspektivische Ansicht von unten auf die Blendplatte 334 und die Drosselscheibe 332. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind andere Elemente des Zumischers 160 nicht dargestellt. Wie in 3C zu sehen ist, bildet die Anordnung der Drosselscheibe 332 und der Öffnung 336 in einigen Ausführungsformen einen Ringraum 338 an der Ausgangsseite der Öffnung 336, der durch die Innenfläche 334a der Blendplatte 334 definiert ist. Der Ringraum 338 wird durch eine Außenfläche 332a der Drosselscheibe 332 und die Innenfläche 334a definiert Vorzugsweise vergrößert sich mit zunehmendem Abstand zwischen einer Basis der Drosselscheibe 332 und der Blendplatte 334 eine Querschnittsfläche des Ringraums 338 . Das heißt, die Querschnittsfläche des Ringraums 338 (hier auch als „Durchflussquerschnittsfläche“ des Ringraums 338 bezeichnet) ist die Öffnungsfläche, die durch das Konzentrat „gesehen“ wird, wenn es vom Durchgangsdurchlassweg 225 in den Durchgangsdurchlassweg 226 fließt. Vorzugsweise wird der Abstand zwischen der Basis der Drosselscheibe 332 und der Blendplatte 334 und damit die Durchflussquerschnittsfläche des Ringraums 338 reguliert, um den Durchfluss des Schaumkonzentrats durch die Öffnung 336 zu steuern. Beispielsweise kann in einigen Ausführungsformen, wenn sich die Drosselscheibe 332 in einer vollständig geschlossenen Position befindet, die Drosselscheibe 332 so konfiguriert werden, dass sie mit der Basis der Blendplatte 334 in Kontakt kommt, so dass eine Durchflussquerschnittsfläche des Ringraums 338 Null ist (z. B. die Öffnung 336 vollständig blockiert ist), um den Durchfluss des Schaumkonzentrats zu verhindern. In einigen Ausführungsformen ist die Durchflussquerschnittsfläche des Ringraums 338 größer als Null, wenn sich die Drosselscheibe 332 in einer vollständig geschlossenen Position befindet (z. B. ist zumindest ein Teil der Öffnung 336 noch offen), um z. B. einen minimalen Durchfluss des Schaumkonzentrats zu gewährleisten. Vorzugsweise ist ein Konzentratsteuerventil (nicht dargestellt) mit dem Schaumeinlass 222 des Zumischers 160 verbunden, um das Schaumkonzentrat vom Zumischer 160 zu trennen, wenn der Zumischer 160 nicht in Betrieb ist. Das Konzentratsteuerventil kann sich öffnen, wenn sich das Brandschutzsystem aktiviert, und schließt sich, wenn das Brandschutzsystem abgeschaltet wird. In einigen Ausführungsformen hält die Drosseleinheit 330 den Ringraum 338 über den gesamten Bewegungsbereich der Drosselscheibe 332 aufrecht. Das heißt, ein Teil der Drosselscheibe 332 verbleibt über den gesamten Bewegungsbereich der Drosselscheibe 332 innerhalb der Öffnung 336 der Blendplatte 334. In einigen Ausführungsformen kann sich die Drosselscheibe 332 so bewegen, dass die Drosselscheibe 332 vollständig außerhalb der Öffnung 336 angeordnet ist. Bei diesen Ausführungsformen wird der Ringraum 338 nicht über den gesamten Bewegungsbereich der Drosselscheibe 332 aufrechterhalten.
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Während des Betriebs, wenn der Fluiddurchfluss (z. B. der Wasserdurchfluss) im Brandschutzsystem variiert, ist die Zumischereinheit 300 so konfiguriert, dass sie die Drosselscheibe 332 relativ zur Blendplatte 334 bewegt, so dass sich die Drosselung des Durchflusses des Schaumkonzentrats ändert, um den Durchfluss des Schaumkonzentrats zu regulieren. Wenn sich die Drosselscheibe 332 von der Öffnung 336 wegbewegt, stellt die Drosselscheibe 332 vorzugsweise eine geringere Drosselung des Durchflusses dar und der Durchfluss des Schaumkonzentrats nimmt zu, und wenn sich die Drosselscheibe 332 auf die Öffnung 336 zubewegt, stellt die Drosselscheibe 332 eine stärkere Drosselung des Durchflusses dar und der Durchfluss des Schaumkonzentrats nimmt ab. In einigen Ausführungsformen kann zumindest ein Teil der Drosselscheibe 332 eine verjüngende Form aufweisen. Vorzugsweise ist die verjüngte Form so beschaffen, dass sich die Breite der Drosselscheibe 332 von der Basis der Drosselscheibe 332 zur Spitze der Drosselscheibe 332 hin verjüngt (z. B. der Teil, der die Blendplatte 334 schließt). Die Form der Drosselscheibe 332 entspricht vorzugsweise der Form der Blendplatte 334. Bei einer kreisförmigen Öffnung 336 kann die verjüngende Form der Drosselscheibe 332 beispielsweise eine konische Form haben. Bei Öffnungen mit anderen Formen, wie z. B. rechteckig, dreieckig oder einer anderen Form, ist die Drosselscheibe entsprechend geformt, um den Durchfluss durch die Öffnung der Blende zu steuern.
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Wie in 4A und 4B zu sehen ist, kann die Drosselscheibe 332 in einigen Ausführungsformen einen verjüngten Abschnitt 402, der eine konische Form aufweist, eine Basis 404 und einen Verbinder 406 umfassen. In einigen Ausführungsformen ist die Basis 404 nicht enthalten, und der verjüngte Abschnitt 402 schließt direkt an den Verbinder 406 an. Die Neigung des verjüngten Abschnitts 402 in Bezug auf die Basis 404 der Drosselscheibe 332 kann in einem Bereich von 65 Grad bis 80 Grad liegen (siehe Winkel β in 4B) und die Länge L kann in einem Bereich von 0,5 Zoll bis 1,5 Zoll, bevorzugter 0,9 bis 1,1 Zoll und noch bevorzugter 1,0 Zoll liegen. Vorzugsweise richtet sich der Neigungswinkel β nach der Größe des Zumischers und/oder dem Mischungsverhältniswert des Schaumkonzentrats. So kann der Neigungswinkel β beispielsweise 70 ± 2 Grad für einen beispielhaften Acht-Zoll-Zumischer und 75 ± 2 Grad für einen beispielhaften Sechs-Zoll-Zumischer betragen.
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In einigen Ausführungsformen hat die Basis 404 der Drosselscheibe 332 eine Konfiguration, die die Installation auf dem Stangenelement 320 erleichtert. Zum Beispiel, wie in 4A und 4B zu sehen ist, kann die Basis 404 so gestaltet sein, dass ein Schraubenschlüssel oder ein anderes Werkzeug verwendet werden kann, um die Drosselscheibe 332 auf das Stangenelement 320 aufzusetzen. Vorzugsweise ist die Basis 404 sechskantig. Natürlich ist die Basis 404 nicht auf eine Sechskantform beschränkt und kann auch andere Formen haben. Vorzugsweise ist die Basis 404 so gestaltet, dass er einen Anschlag für ein Ende des Vorspannelements 335 bildet. Das Vorspannelement 335, das im Folgenden näher erläutert wird, kann so konfiguriert werden, dass es die Zumischereinheit 300 in die geschlossene Richtung vorspannt.
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In einigen Ausführungsformen kann der Verbinder 406 die Form eines Gewindebolzens haben, der in einen entsprechenden Gewindekanal im Stangenelement 320 eingeschraubt ist. In anderen beispielhaften Ausführungsformen kann der Verbinder 406 ein Gewindekanal (nicht dargestellt) sein, der sich in die Basis 404 und/oder den verjüngten Abschnitt 402 erstreckt. Der Gewindekanal kann mit einem gewindebolzenförmigen Verbinder (nicht dargestellt) am Stangenelement 320 verbunden werden. Wenn die Zumischereinheit 300 zusammengebaut ist, werden das Stangenelement 320 und die Drosselscheibe 332 durch die Klappeneinheit 310 im Verhältnis zum Fluiddurchfluss (z. B. Wasserdurchfluss) bewegt, wie nachstehend näher erläutert.
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Mit Blick auf die 3A und 3B kann die Klappeneinheit 310 eine Klappenplatte 312 umfassen, die mit Hilfe von Scharnieren 314 an dem Körperteil 202 befestigt ist. Die Scharniere 314 sind am oberen Teil der Klappenplatte 312 etwa in der Mitte zwischen dem horizontalen Durchmesser der Klappenplatte 312 und der Oberseite der Klappenplatte 312 angeordnet. Die Scharniere 314 bilden eine Achse, die senkrecht zum Fluiddurchfluss verläuft und eine Drehung der Klappenplatte 312 ermöglicht, wenn der Fluiddurchfluss gegen den unteren Teil 312a der Klappenplatte 312 drückt. Wenn das Fluid gegen den unteren Abschnitt 312a der Klappenplatte 312 drückt, dreht sich der untere Abschnitt 312a mit dem Fluiddurchfluss nach außen, und der obere Abschnitt 312b dreht sich gegen den Fluiddurchfluss nach innen. Wie in 5 zu sehen ist, umfasst die Klappeneinheit 310 auch eine Klappenhalterung 316 und einen Stift 318. Die Klappenhalterung 316 ist an der stromaufwärts gelegenen Seite der Klappenplatte 312 befestigt, z. B. durch Schweißen, Schrauben oder andere Befestigungsmittel. In einigen Ausführungsformen kann die Halterung mit der Klappenplatte 312 integral sein (z. B. durch Fräs- und/oder Schmiedemethoden). In einigen Ausführungsformen umfasst die Klappenhalterung 316 zwei Halterungsteile 316a und 316b, die parallel zueinander mit einem Spalt g dazwischen angeordnet sind. Der Stift 318 ist vorzugsweise so konfiguriert, dass er durch eine Öffnung in den Halterungsteilen 316a und 316b gleitet. Der Stift 318 kann an den Halterungsteilen 316a und 316b durch Presspassung, C-Clip, Splint oder durch ein anderes Befestigungsmittel befestigt werden. Die Schnittstelle zwischen den Halterungsteilen 316a, 316b und dem Stift 318 kann bei Bedarf Unterlegscheiben enthalten. Die Klappenhalterung 316 mit dem Stift 318 und einer Schiebermanschette 340, der mit dem Stangenelement 320 verbunden ist, sind so angeordnet, dass eine Schieberschnittstelle zwischen dem Stift 318 und der Schiebermanschette 340 gebildet wird.
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Eine Ausführungsform der Schiebermanschette 340 (siehe 6A) umfasst einen zylindrischen Teil 342 und eine Schiebergelenkhalterung 344. Der zylindrische Teil 342 weist vorzugsweise einen Kanal 343 auf, der durch den Längsteil des zylindrischen Teils 342 verläuft, um das Stangenelement 320 aufzunehmen. In einigen Ausführungsformen ist die Schiebermanschette 340 verstellbar am Stangenelement 320 befestigt, um die Schiebermanschette 340 auf dem Stangenelement 320 so zu positionieren, dass die Zumischereinheit 300 kalibriert ist. Beispielsweise wird die Schiebermanschette 340 so auf dem Stangenelement 320 positioniert, dass die Schiebeverbindung zwischen der Klappeneinheit 310 und der Schiebermanschette 340 so kalibriert ist, dass das Stangenelement 320 proportional zur Bewegung der Klappeneinheit 310 bewegt wird. Vorzugsweise ist der Kanal 343 der Schiebermanschette 340 mit einem Gewinde versehen, und mindestens ein Teil des Stangenelements 320, der einem Bereich von Positionseinstellungen für die Schiebermanschette 340 entspricht, hat ein entsprechendes Gewinde. Zusätzlich zur Position der Schiebermanschette 340 bestimmt vorzugsweise die Vorspannkonstante (z. B. Federkonstante) des Vorspannelements 335 den Bewegungsbereich der Klappenplatte 312 in Bezug auf den Fluiddurchfluss (z. B. Wasserdurchfluss) und damit den Bewegungsbereich des Stangenelements 320. In einigen Ausführungsformen kann der Schieberkragen 340 anstelle einer verstellbaren Schnittstelle fest mit dem Stangenelement 320 durch eine Presspassung, Schweißen, Schrauben oder ein anderes Befestigungsmittel verbunden sein. In solchen Ausführungsformen kann die Position der Schiebermanschette 340 auf dem Stangenelement 320 werkseitig kalibriert werden.
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5 zeigt eine beispielhafte Verbindung zwischen der Schiebermanschette 340 und der Klappenhalterung 316. Wie in 5 zu sehen ist, ist die Schiebergelenkhalterung 344 der Schiebermanschette 340 in dem Spalt g angeordnet, der durch die beiden Halterungsteile 316a und 316b der Schieberhalterung 316 gebildet wird. Wenn die Schieberplatte 312 aufgedreht wird (siehe Pfeilrichtung 313 in 3A), wird der Stift 318 vorzugsweise gegen eine obere Fläche 346 der Schiebergelenkhalterung 344 gedrückt. Vorzugsweise kann die Klappenplatte 312 bis zu einem Winkel a geöffnet werden, der bis zu 60 Grad, vorzugsweise bis zu 48 Grad, betragen kann. Wenn die Klappenplatte 312 geöffnet wird, gleitet der Stift 318 vorzugsweise entlang der oberen Fläche 346 und übt dabei eine nach unten gerichtete Kraft auf die Schiebermanschette 340 aus. In einigen Ausführungsformen dreht sich die Klappenplatte 312 um einen Mindestbetrag, bevor der Stift 318 die obere Fläche 346 berührt und die nach unten gerichtete Kraft erzeugt. Der Mindestbetrag kann beispielsweise ein Winkel α in einem Bereich von 0,5 Grad bis 5 Grad, vorzugsweise 3 Grad, sein, bevor der Stift 318 die Schiebermanschette 340 berührt und eine nach unten gerichtete Kraft auf ihn ausübt. Die nach unten gerichtete Kraft bewegt die Schiebermanschette 340 und damit das Stangenelement 320 in eine offene Richtung in Bezug auf die Drosseleinheit 330. Wenn der Fluiddurchfluss zunimmt und die Klappenplatte 312 sich noch weiter in die Öffnungsrichtung dreht, schiebt der Stift 318 weiter entlang der oberen Fläche 346 des Schiebergelenkhalters 344, bis der Stift 318 auf den Stiftanschlag 348 trifft. Vorzugsweise ist der Stiftanschlag 348 ein erhabener Abschnitt entlang der oberen Fläche 346 der Schiebergelenkhalterung 344. In der Ausführungsform von 6A sind die obere und die untere Fläche des zylindrischen Teils 342 der Schiebermanschette 340 bündig mit der oberen Fläche 346 und der unteren Fläche des Schiebergelenkhalters 344. Da der Bolzen 318 entlang der oberen Fläche 346 schiebt, können der Bolzen 318 und/oder die Schiebermanschette 340 einem Verschleiß unterliegen. Um den Verschleiß zu minimieren, können der Bolzen 318 und/oder die Schiebermanschette 340 gehärtet werden. In einer anderen Ausführungsform hat die Schiebermanschette 340' eine Schiebergelenkhalterung 344', die länger ist als der zylindrische Abschnitt 342'. Die längere Schiebergelenkhalterung 344' kann zum Beispiel verwendet werden, wenn die Einstellung der Schiebermanschette auf dem Stangenelement 320 begrenzt wäre. Da der Fachmann weiß, dass die Schiebermanschette 340' in ähnlicher Weise funktioniert wie die Schiebermanschette 340, wird die Funktion der Schiebermanschette 340' der Kürze halber nicht weiter erläutert.
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Wie oben erläutert, wird die Drosselscheibe 332 der Drosseleinheit 330 in die offene Richtung (z. B. von der Blendplatte 334 weg) bewegt, wenn sich die Klappenplatte 312 so bewegt, dass der Winkel α zunimmt, um die Durchflussquerschnittsfläche des Ringraums 338 zu vergrößern. Der Weg der Drosselscheibe 332, der dem Mindestwinkel α bis zum vollen Öffnungswinkel α entspricht, kann in einem Bereich von 0,30 Zoll bis 0,75 Zoll liegen. Vorzugsweise kann die Durchflussquerschnittsfläche des Ringraums 338, wenn sich die Drosselscheibe 332 in der vollständig geschlossenen Position (minimaler Winkel α) befindet, im Bereich von 0 bis 40 %, vorzugsweise 25 bis 35 % und noch bevorzugter 30 %, der Fläche der Öffnung 336 liegen. In einigen Ausführungsformen kann die Durchflussquerschnittsfläche des Ringraums 338, wenn sich die Drosselscheibe 332 in der vollständig geöffneten Stellung (vollständig geöffneter Winkel α) befindet, in einem Bereich von 60 % bis 95 % der Fläche der Öffnung 336 liegen. Der Betrag, um den sich die Klappenplatte 312 dreht und/oder der Betrag, um den sich die Drosselscheibe 332 von der vollständig geschlossenen Stellung in die vollständig geöffnete Stellung bewegt, kann von der Größe des Zumischers 160 abhängig sein. In ähnlicher Weise kann die Durchflussquerschnittsfläche des Ringraums 338 in der vollständig geschlossenen Position und/oder in der vollständig geöffneten Position von der Größe des Zumischers 160 abhängig sein.
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Wenn sich die Drosselscheibe 332 in der geschlossenen Position befindet, kann die Klappenplatte 312 bei einem Acht-Zoll-Zumischer beispielsweise einen minimalen Winkel α aufweisen, der in einem Bereich von 0 bis 5 Grad, vorzugsweise etwa 3 Grad, liegen kann. Wenn sich die Drosselscheibe 332 des beispielhaften Acht-Zoll-Zumischers in der vollständig geöffneten Stellung befindet, kann die Klappenplatte 312 einen vollständig geöffneten Winkel α aufweisen, der in einem Bereich von 55 Grad bis 65 Grad und vorzugsweise etwa 60 Grad liegt. Der Weg der Drosselscheibe 332, der dem minimalen Winkel α bis zum voll geöffneten Winkel α entspricht, kann in einem Bereich von 0,65 Zoll bis 0,75 Zoll, vorzugsweise 0,7 Zoll, für den beispielhaften Acht-Zoll-Zumischer liegen. Vorzugsweise kann die Durchflussquerschnittsfläche des Ringraums 338, wenn sich die Drosselscheibe 332 in der vollständig geschlossenen Stellung (minimaler Winkel α) befindet, in einem Bereich von 0 bis 40 %, vorzugsweise 25 % bis 35 % und noch bevorzugter 30 % , der Fläche der Öffnung 336 liegen, und die Durchflussquerschnittsfläche des Ringraums 338, wenn sich die Drosselscheibe 332 in der vollständig geöffneten Stellung (vollständig offener Winkel α) befindet, kann in einem Bereich von 85 % bis 95 % und noch bevorzugter 90 % der Fläche der Öffnung 336 liegen.
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Bei einem beispielhaften Sechs-Zoll-Zumischer kann sich die Klappenplatte 312 in der geschlossenen Stellung der Drosselscheibe 332 in einem minimalen Winkel α befinden, der in einem Bereich von 0 bis 5 Grad, vorzugsweise etwa 3 Grad, liegen kann. Wenn sich die Drosselscheibe 332 des beispielhaften Sechs-Zoll-Zumischers in der vollständig geöffneten Position befindet, kann sich die Klappenplatte 312 in einem vollständig geöffneten Winkel α befinden, der in einem Bereich von 40 Grad bis 50 Grad, vorzugsweise etwa 47 Grad, liegt. Der Weg der Drosselscheibe 332, der dem minimalen Winkel α bis zum voll geöffneten Winkel α entspricht, kann bei dem beispielhaften Sechs-Zoll-Zumischer im Bereich von 0,30 Zoll bis 0,35 Zoll und vorzugsweise 0,33 Zoll liegen. Vorzugsweise kann die Durchflussquerschnittsfläche des Ringraums 338, wenn sich die Drosselscheibe 332 in der vollständig geschlossenen Stellung (minimaler Winkel α) befindet, in einem Bereich von 0 bis 40 %, vorzugsweise 25 % bis 35 % und noch bevorzugter 30 % der Fläche der Öffnung 336 liegen, und die Durchflussquerschnittsfläche des Ringraums 338, wenn sich die Drosselscheibe 332 in der vollständig geöffneten Stellung (vollständig offener Winkel α) befindet, kann in einem Bereich von 60 % bis 70 % und vorzugsweise 65 % der Fläche der Öffnung 336 liegen.
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Mit Blick auf 3A wird, wenn der Stift 318 die Schiebermanschette 340 nach unten drückt, auch das Stangenelement 320 nach unten gedrückt, da die Schiebermanschette 340 und das Stangenelement 320, wie oben beschrieben, miteinander verbunden sind. Bei der Bewegung des Stangenelements 320 kann das Stangenelement 320 so geführt werden, dass die Drosselscheibe 332, die am Stangenelement 320 befestigt ist, mit der Öffnung 336 der Blendplatte 334 ausgerichtet ist. Vorzugsweise umfasst der Zumischer 160 eine oder mehrere Führungen, um das Stangenelement 320 mit der Blendplatte 334 ausgerichtet zu halten, wenn das Stangenelement 320 bewegt wird. Vorzugsweise umfasst der Zumischer 160 zwei Führungen, eine untere Führung 214 und eine obere Führung 216, die in dem Körperteil 202 angeordnet sind. Vorzugsweise ist die Schiebermanschette 340 und damit die Schieberschnittstelle zwischen den beiden Führungen angeordnet. Zum Beispiel ist die untere Führung 214 unterhalb der Schiebermanschette 340 und die obere Führung 216 oberhalb der Schiebermanschette 340 angeordnet. Die Anordnung der Führungen auf beiden Seiten der Schieberschnittstelle kann für eine robustere Verbindung sorgen als bei herkömmlichen Zumischern.
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In einigen Ausführungsformen sind die Führungen 214, 216 Öffnungen im Körperteil 202, durch die das Stangenelement 320 hindurchgeführt werden kann. Die Durchmesser der Führungsöffnungen sind vorzugsweise etwas größer als die Durchmesser des Stangenelements 320 an den jeweiligen Stellen, jedoch nicht so groß, dass das Stangenelement 320 und damit die Drosselscheibe 332 falsch ausgerichtet werden. Vorzugsweise ist der Durchmesser des Stangenelements 320, das sich in die untere Führung 214 erstreckt, kleiner als der Durchmesser eines oberen Abschnitts des Stangenelements 320 und umfasst vorzugsweise einen Übergangsabschnitt 322. In einigen Ausführungsformen können eine oder beide Führungen 214, 216 Hülsen, Manschetten, Lager oder eine andere Komponente enthalten, die in und/oder neben den Führungen 214, 216 angeordnet sind, um die Reibung bei der Bewegung des Stangenelements 320 zu minimieren.
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Wie in 3A zu sehen ist, erstreckt sich der untere Teil des Stangenelements 320 über die Führung 214 hinaus und in den Kanal 212 hinein. Der Kanal 212 kann sich von der Außenseite des Körperteils 202 bis zur Führung 214 erstrecken. Vorzugsweise hat der Kanal 212 einen Durchmesser, der größer ist als der der Öffnung der Führung 214. Ein Stopfen 210 deckt den Kanal 212 während des normalen Betriebs ab. Der Stopfen 210 kann entfernt werden, um Zugang zu dem Stangenelement 320 zu erhalten und die Position der Schiebermanschette 340 auf dem Stangenelement 320 zu kalibrieren. Beispielsweise kann bei entferntem Stopfen 210 das Stangenelement 320 gedreht werden, um die Position der Schiebermanschette 340 entlang der Längsachse des Stangenelements 320 zu verändern. Vorzugsweise ist das Ende des Stangenelements 320 im Kanal 212 geschlitzt und/oder weist eine Geometrie auf, die die Verwendung eines Werkzeugs (z. B. eines Schraubendrehers, eines Mutternschlüssels oder eines anderen Werkzeugs) zum Drehen des Stangenelements 320 erleichtert.
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Wie bereits erwähnt, umfasst der Zumischer 160 ein Vorspannelement 335, das die Bewegung der Klappenplatte 312 bestimmt und die Drosseleinheit 330 in die geschlossene Position vorspannt. Vorzugsweise liefert das Vorspannelement 335 in der geschlossenen Position eine Kraft im Bereich von 40 Ibs bis 60 Ibs, je nach Größe des Zumischers, um sicherzustellen, dass der Zumischer 160 geschlossen ist. Natürlich kann die geschlossene Position, wie oben beschrieben, immer noch für einen minimalen Schaumkonzentratdurchfluss sorgen, indem z. B. ein Spalt zwischen der Drosselscheibe 332 und der Blendplatte 334 gelassen wird. Wenn z. B. das Brandschutzsystem aktiviert und das Konzentratsteuerventil geöffnet ist, sorgt der Spalt zwischen der Drosselscheibe 332 und der Düsenplatte 334 für einen minimalen Konzentratfluss, da die Querschnittsfläche für den Ringraum 338 größer als Null ist. In einigen Ausführungsformen kann das Vorspannelement 335 eine Feder sein. Vorzugsweise kann die Federkonstante der Feder in einem Bereich von 15 Ibs/in bis 50 Ibs/in und vorzugsweise von 15 Ibs/in bis 40 Ibs/in liegen, abhängig von der Größe des Zumischers. Zum Beispiel kann die Federkonstante 38 ± 1 Ibs/in für einen beispielhaften Acht-Zoll-Zumischer, 25 ± 1 Ibs/in für einen beispielhaften Sechs-Zoll-Zumischer und 16 ± 1 Ibs/in für einen beispielhaften Sechs-Zoll-Zumischer betragen. In einigen Ausführungsformen, z. B. wie in 3A zu sehen, drückt ein Ende des Vorspannelements 335 (z. B. die Feder) gegen die obere Führung 216 oder eine andere feste Stelle am Körperteil 202 und das andere Ende des Vorspannelements 335 (z. B. die Feder) drückt gegen die Basis 404 der Drosselscheibe 332 oder eine andere Stelle an der Drosselscheibe 332 und/oder das Stangenelement 320. In einigen Ausführungsformen ist das Vorspannelement 335 (z. B. die Feder) so angeordnet, dass das Vorspannelement 335 (z. B. die Feder) das Stangenelement 320 umschließt. Vorzugsweise kann eine Schutzhülse (nicht dargestellt) zwischen dem Vorspannelement 335 (z. B. Feder) und dem Stangenelement 320 zum Schutz vor Verschleiß und/oder zur Verhinderung von Interferenzen, die den Betrieb der Zumischereinheit 300 nachteilig beeinflussen können, angeordnet werden.
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Während des Betriebs, wenn der Fluiddurchfluss von 0 auf den vollen Durchfluss ansteigt, dreht sich die Klappenplatte 312 ab einem Mindestwinkel α, wie oben beschrieben, auf, und das Stangenelement 320 wird vom Stift 318 über die Schiebermanschette 340 nach unten gedrückt. Wenn das Stangenelement 320 nach unten gedrückt wird, bewegt sich die Drosselscheibe 332 von der Blendplatte 334 weg, um die Durchflussquerschnittsfläche des Ringraums 338 und damit den Schaumkonzentratdurchfluss so zu vergrößern, so dass die Schaumkonzentration in der Brandschutzlösung innerhalb der Zielkonzentration liegt. In einigen Ausführungsformen erreicht die Durchflussquerschnittsfläche des Ringraums 338 den vollen offenen Wert, bevor das Brandschutzfluid den vollen Nenndurchfluss erreicht. Vorzugsweise kann die Querschnittsfläche des Ringraums 338 je nach Größe des Zumischers 160 ein Maximum erreichen, wenn der Fluiddurchfluss nur 25 % des Nenndurchflusses und bis zu 95 % des Nenndurchflusses beträgt. Beispielsweise kann bei einem beispielhaften Acht-Zoll-Zumischer die Durchflussquerschnittsfläche des Ringraums 338 ein Maximum erreichen, das im Bereich von 85 % bis 95 %, noch bevorzugter 90 %, der Fläche der Öffnung 336 liegt, wenn der Fluiddurchfluss etwa 60 % bis 70 %, vorzugsweise etwa 67 %, des Nenndurchflusses des Zumischers beträgt. In ähnlicher Weise kann bei einem beispielhaften Sechs-Zoll-Zumischer die Durchflussquerschnittsfläche des Ringraums 338 ein Maximum erreichen, das im Bereich von 60 % bis 70 %, noch bevorzugter 65 %, der Fläche der Öffnung 336 liegt, wenn der Fluiddurchfluss etwa 20 % bis 30 %, vorzugsweise etwa 25 %, des Nenndurchflusses des Zumischers beträgt. Obwohl die Durchflussquerschnittsfläche des Ringraums 338 ein Maximum erreicht, bevor die Brandschutzlösung in diesen Ausführungsformen den vollen Nenndurchfluss erreicht, kann der Brandschutzfluiddurchfluss und damit der Schaumkonzentratdurchfluss je nach Anzahl der geöffneten Brandschutzvorrichtungen (z. B. Sprinkler, Düsen, Monitore oder andere Auslassvorrichtungen) noch zunehmen. Dies liegt daran, dass, wie oben beschrieben, bei steigendem Brandschutzfluiddurchfluss im Brandschutzsystem 100 der Druck, mit dem das Schaumkonzentrat abgegeben wird, und/oder der Venturi-Effekt des erhöhten Durchflusses durch den Zumischer 160, dafür sorgen, dass der Schaumkonzentratdurchfluss ansteigt, um den Prozentsatz des Schaumkonzentrats bei der Zielkonzentration zu halten. Zusätzlich zu dem Druck wirkt sich auch die Form der Drosselscheibe 332 und/oder der Außendurchmesser der Öffnung 336 der Blendplatte 334 auf den Durchfluss durch den Zumischer 160 aus.
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Wie oben beschrieben, ist die Zumischereinheit 300 so konfiguriert, dass sie jede Abweichung des Prozentsatzes des Schaumkonzentrats in der Brandschutzlösung auf einem effektiven Brandschutzwert hält. Wie aus dem Mischungsverhältnisdiagramm in 7 ersichtlich, liegt beispielsweise bei einem Schaumkonzentrat von 3 % sowohl bei einem beispielhaften 8-Zoll-Zumischer als auch bei einem beispielhaften 6-Zoll-Zumischer die Schwankung des Prozentsatzes des Schaumkonzentrats in der Brandschutzlösung (Mischungsverhältnis) im Zielkonzentrationsbereich zwischen 3 % und 3,9 % für die Nenndurchflussbereiche sowohl des 6-Zoll-Zumischers (z. B. 30 gpm bis 2000 gpm) als auch des 8-Zoll-Zumischers (z. B. 50 gpm bis 3000 gpm).
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Während dieses Patentdokument zwar viele Einzelheiten enthält, sind diese nicht als Beschränkungen des Umfangs einer Erfindung oder dessen, was beansprucht werden kann, zu verstehen, sondern vielmehr als Beschreibungen von Merkmalen, die für bestimmte Ausführungsformen bestimmter Erfindungen spezifisch sein können. Bestimmte Merkmale, die in diesem Patentdokument im Zusammenhang mit einzelnen Ausführungsformen beschrieben werden, können auch in Kombination in einer einzigen Ausführungsform realisiert werden. Umgekehrt können verschiedene Merkmale, die im Zusammenhang mit einer einzigen Ausführungsform beschrieben werden, auch in mehreren Ausführungsformen separat oder in jeder geeigneten Unterkombination implementiert werden. Darüber hinaus können, obwohl Merkmale oben als in bestimmten Kombinationen wirkend beschrieben und sogar ursprünglich als solche beansprucht werden, ein oder mehrere Merkmale aus einer beanspruchten Kombination in einigen Fällen aus der Kombination herausgenommen werden, und die beanspruchte Kombination kann auf eine Unterkombination oder Variation einer Unterkombination gerichtet sein.
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Auch wenn in den Zeichnungen Vorgänge in einer bestimmten Reihenfolge dargestellt sind, ist dies nicht so zu verstehen, dass diese Vorgänge in der gezeigten Reihenfolge oder in aufeinanderfolgender Reihenfolge ausgeführt werden müssen oder dass alle dargestellten Vorgänge ausgeführt werden müssen, um die gewünschten Ergebnisse zu erzielen. Darüber hinaus ist die Trennung der verschiedenen Systemkomponenten in den in diesem Patentdokument beschriebenen Ausführungsformen nicht so zu verstehen, dass eine solche Trennung in allen Ausführungsformen erforderlich ist.
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Es werden nur einige wenige Implementierungen und Beispiele beschrieben, und andere Implementierungen, Erweiterungen und Variationen können auf der Grundlage dessen, was in diesem Patentdokument beschrieben und illustriert ist, vorgenommen werden.
