JP2004507284A - 泡を生成するための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

汚染除去剤／酸化剤を含有する泡は、泡生成溶液、及び汚染除去剤／酸化剤溶液を収容する一対のタンク（１０、１１）へ加圧空気を導入することによって生成される。タンク（１０、１１）は、泡溶液及び次に汚染除去剤／酸化剤溶液を空気通路（２）内へ導入するために、マニホルド（１）を通る空気通路（２）に接続され、空気通路（２）に接続されているホース（１９）を経由して加圧状態で放出される間に、汚染除去剤／酸化剤で被覆された発泡気泡を生成するようになっている。もしくは、２つの溶液は、加圧空気源（２３）に接続されている単一のタンク（２２）内で混合され、得られた混合物は、ホース（３７）及びホース（３７）の放出端部の泡生成ノズル（４０）を通して放出される。

Description

【０００１】
（技術分野）
本発明は、泡（ｆｏａｍ）を生成するための方法及び装置に関する。特に、本発明は、爆発抑制に使用する泡を生成するための方法及び装置に関する。
【０００２】
（背景技術）
障壁構造体内に閉じ込められた水性泡は、爆発抑制に使用されている。このような構造体の例は、１９９３年７月６日にＧｕｙ　Ｌ．Ｇｅｔｔｌｅ他に付与された米国特許第５，２２５，６２２号、及び１９９５年３月７日にＧｕｙ　Ｌ．Ｇｅｔｔｌｅ他に付与された米国特許第５，３９４，７８６号に開示されている。最初の特許において、ドームのもとで発生する泡の膨張比は、非常に高い比率、即ち１３５：１から１０００：１であり、これは不安定性及び早期の泡破壊を引き起こす。
【０００３】
水性泡のもとで爆発が発生する場合、各々の気泡が破裂するので、爆発による超過圧力エネルギが漸進的に失われていき、何百万という気泡が破壊される最終的な作用として顕著な爆発弱化が可能になる。泡の抑制特性は、気泡の機械的発生及び強度の関数であることを前提にして、本発明者は、優れた爆発抑制は、ターゲットに対して水性泡を送り出すために圧縮空気を使用することによって、及び低膨張比及び低流出速度特性を有する選択された水性の高安定流動性泡材料を使用することによって実現できることを見出した。
【０００４】
所定量の火薬の爆発を最適に抑制するために、泡中には臨界質量の水が必要だと考えられる。臨界質量の水とは、泡中に含有される水の量である。静止状態では、水は泡から流出する傾向にあり泡は無力になる程度まで膨張してしまうので、所定量の水が必要であると考えられる。臨界質量の水を維持するためには低流出速度の泡が必要である。また、比較的低い膨張率も必要である。しかしながら、膨張率が低すぎる場合、泡は液体のような挙動を示す。一方、非常に高い膨張率では、泡はガスのような挙動を示す。その間のどこかに最適泡特性、即ち最適な爆発抑制に必要な膨張比と低流出速度との適切な組み合わせが存在すると考えられる。
【０００５】
泡の生成は動的なプロセスであり、また、発生期の（新たに作られた）泡は、時間と共に変化し続ける所定の膨張比及び流出速度を有する。水が泡から流出すると泡の膨張比は大きくなる。特定の時点で多量の流出が起こるので泡は爆発を抑制する上で無力になる。このことは、ポリマ又は安定剤を泡濃縮液に混ぜて流出を緩慢にすることで改善できる。しかしながら、泡生成混合物中に混ぜることができるポリマ又は安定剤の量には限界がある。
【０００６】
爆発を抑制する上で有効な泡を生成する手掛かりは、泡生成溶液中の臨界質量の水に関連している、所定の膨張比において非常に遅い流出速度をもつ泡を生成することである。また、泡は、表面汚染除去作業にも使用される。特定の汚染除去剤は、発泡性材料及び安定剤と反応してこれらを無力化することが知られている。これは流出速度を速める。
【０００７】
空気吸引式発泡ノズルを使用して単独の爆発抑制剤として泡を使用することは非常に有効であるが、その泡は、汚染除去剤と共に使用される場合には、その効果が損なわれる傾向にある。
【０００８】
（発明の開示）
本発明の目的は、改善された爆発抑制能力を有する泡を生成するための方法及び装置を提供することにある。
【０００９】
本発明の別の目的は、加圧空気を使用して、泡溶液／汚染除去剤の組み合わせから泡を生成するための装置を提供することにあり、その装置は非常に緩慢な流出速度を有する泡を生成し、結果的に全ての爆発抑制能力を維持する。
１７：１から１９：１の範囲にある泡膨張比は、前記の要求を満足する。
【００１０】
第１の形態によれば、本発明は、
（ａ）泡生成溶液を収容する第１のタンクと、
（ｂ）汚染除去剤／酸化剤を収容する第２のタンクと、
（ｃ）第１のタンク及び第２のタンクを加圧してタンクの内容物を調合させる加圧ガス源と、
（ｄ）ガス源を第１のタンク及び第２のタンクに接続するマニホルドと、
（ｅ）加圧流体をマニホルドから放出するための、マニホルドに接続されているノズルと、
（ｆ）ガス源からノズルへガスを通すための、マニホルド内を通る第１の通路と、
（ｇ）ガス源から第１のタンク及び第２のタンクへガスを通すための、第１の通路に連通するマニホルド内の第２の通路と、
（ｈ）泡生成溶液を第１通路へ通すための、第１のタンクを第１の通路に接続するマニホルド内の第３通路と、
（ｉ）第１の通路へ汚染除去剤／酸化剤を通すための、第２のタンクを第１の通路に接続するマニホルド内の第４通路と、
を備え、加圧空気がマニホルド及びタンク内へ導入された場合、泡生成溶液及び汚染除去剤／酸化剤が第１の通路内に流れ、ノズルを通って、汚染除去剤／酸化剤含有泡の形態で放出される泡を生成するための装置を提供する。
【００１１】
第２の形態によれば、本発明は、
（ａ）汚染除去剤／酸化剤を含有する泡生成溶液を収容するためのタンクと、
（ｂ）容器を加圧してそこから溶液が流れるようにするための、タンクに接続されている加圧ガス源と、
（ｃ）タンクから溶液を放出するための、タンクに接続されている第１の端部を有する溶液調合ホースと、
（ｄ）泡を生成して装置から泡を放出するための、調合ラインの第２の端部上の泡生成ノズルと、
を備える泡を生成するための装置を提供する。
【００１２】
第３の形態によれば、本発明は、
（ａ）マニホルドを通る第１の通路内に加圧ガス流を生成する段階と、
（ｂ）泡を生成するために、泡生成溶液がガス流へ入るようにする段階と、
（ｃ）泡中の個々の気泡を被覆するために、汚染除去剤／酸化剤を第１通路内の泡中へ導入する段階と、
（ｄ）汚染除去剤／酸化剤をもつ泡を膨張させるために、泡をマニホルドから放出する段階と、
を含む泡生成方法に関する。
本発明は、添付の図面を参照して以下に詳細に説明される。
【００１３】
（発明を実施するための最良の形態）
図１を参照すると、本発明による装置は、通路２が通るマニホルド１を備える。圧縮空気源（図示せず）からの圧縮空気は、圧力レギュレータ４を含む入口ライン３を経由してマニホルド１内へ導入される。圧縮空気源は、調圧式貯蔵タンク又は圧縮機であってもよい。通路２を通る空気流は、通路２を通る空気流の方向に入口ライン３の下流でマニホルド１内の弁６によって制御される。
【００１４】
入口ライン３に接続されている第２の通路７は、一対のタンク１０、１１の空気入口８及び９のそれぞれに空気を通してタンクを加圧する。第１のタンク１０は、泡溶液を収容し、第２のタンク１１は、汚染除去剤／酸化剤を調合する。ゲージ１２は、タンク１０及び１１内の圧力を監視する。タンク１０からの溶液、及びタンク１１からの汚染除去剤／酸化剤は、ライン１４及び１５を経由して通路２へ供給される。ライン１４及び１５の弁１６、１７のそれぞれは、タンク１０及び１１から通路２への液体の流れを制御する。
【００１５】
泡溶液と汚染除去剤／酸化剤との混合物は、出口ホース１９及びノズル２０を経由してマニホルド１から放出される。ゲージ２１は、ホース１９の圧力を監視する。
【００１６】
作動時に、通路２は加圧状態にあり、弁１６及び１７は開放され、泡溶液及び汚染除去剤／酸化剤が通路２へ供給される。通路２内の泡溶液に空気を混合することにより、マニホルド１に入る液体の容積に対する空気の容積に応じて、特定の気泡寸法又は膨張比を有する泡が生成される。溶液に対する空気の比率を調整することによって、発泡気泡の性質を変えることができる。所定圧力での一定の空気容積は、泡溶液１リットルあたり特定容積の発泡気泡を生じる。発泡気泡の寿命は、気泡を生成するのに使用されるエネルギと気泡乾き度とに基づく。気泡の性能は、気泡の膨張率と気泡からの液体の流出速度とを観察することによって決定される。
【００１７】
タンク１１からの汚染除去剤／酸化剤は、ライン１５及び弁１７を経由して通路２内の生成溶液中へ噴射される。汚染除去剤／酸化剤は、発泡が開始した後で、又はタンク１０からの溶液の供給と同時に噴射される。マニホルド２内の泡中へ汚染除去剤／酸化剤を直接導入することによって、発泡気泡の表面は汚染除去剤／酸化剤で被覆される。従って、流出が緩慢な発泡気泡構造は、化学的又は生物学的危険領域に対して比較的有効な方法でもって汚染除去剤／酸化剤を供給する。気泡上の汚染除去剤／酸化剤は、即座に危険領域と接触して酸化を開始する。この方法は、汚染除去剤／酸化剤の有効性を高めると同時に、発泡気泡上の酸化剤の影響を少なくする。更に、長寿命の発泡気泡は、気流拡散により有害蒸気が大気へ侵入するのを制限する。爆発抑制として使用される場合、緩慢な泡溶液の流出時間は、気泡の崩壊に起因する慌てる必要性を緩和又は排除するので、装置を使用する人に対して改善された安全性をもたらす。
【００１８】
適切な、流動性、吸収性、水性、エネルギ泡材料は、１９８８年９月１８日にＥｄｗａｒｄ　Ｃｕｎｄａｓａｗｍｙ他に付与された米国特許第４，７７０，７９４号に説明されている。この性質をもつ特に有用な泡材料は、１％から３％の活性泡生成材料を含み、残余部は水であり、この材料は、膨張比１７：１から４９：１である。このような泡は、良好な安定性及び流出特性を示し、比較的少量の使用で済む。この泡は、流量４０−８０ＵＳガロン／分、好ましくは４０−６０ＵＳガロン／分で放出される。
【００１９】
実施例１
試作マニホルド１を準備して、約５リットルの圧力容器に取り付けた。水に対して約１．５％のＳｉｌｖｅｘ（登録商標）溶液（前述の米国特許第４，７７０，７９４号参照）を容器に入れた。圧縮空気式泡は、膨張比４０：１（泡の容積は溶液容積の４０倍であった）で発生した。泡の物理的特性は、従来の空気吸引式泡と比較して、爆発に対して優れていると評価された（生成物の目視検査に基づく）。泡試料を電気雷管（工業雷管）の上に置くことによって爆発試験を行った。雷管に点火を行い、得られた効果は非常に抑制されていた。
【００２０】
発泡気泡を生成するための加圧空気シリンダ又は圧縮機は、均一な気泡寸法、気泡構造からの緩慢な溶液の流出時間（空気吸引式ノズルを使用した場合には約８分間で２５％の流出溶液があるのに比べて、３０分後の溶液流出が零である）、及び気泡発生源での汚染除去溶液の導入を可能にする。
【００２１】
本発明の実施例を例示するためにＳｉｌｖｅｘ（登録商標）を使用したが、当業者であれば、必須の膨張比及び前述の他の関連特性を示すものであれば、生物学的／化学的汚染除去剤を含有するものを含む、多数の他の泡材料も同様に使用できることが理解できる筈である。
【００２２】
図２を参照すると、本発明の装置の第２の実施形態において、泡溶液及び汚染除去剤／酸化剤は、単一のタンク２２内で混合される。単一のタンク２２を使用することで本発明の方法及び装置を単純化できる。オペレータは、所望の薬剤をタンク２２へ注ぎ、適量の水を加えるだけである。通常、この注入により薬剤と水との適切な混合が得られる。
【００２３】
本システムは、加圧空気を弁２４及びホース２５を経由して高圧空気シリンダ２３からタンク２２へ供給することによって加圧される。ホース２５は、レギュレータ２６、９０°回転式弁２７、及び一方向逆止弁２８を含む。高圧ゲージ３０及び低圧ゲージ３１は、ライン２５の圧力を監視し、圧力安全弁３２は、過剰圧力をホース２５から解放する。ホース２５は、脱着コネクタ３３によってタンク２２に接続されている。
【００２４】
薬剤は、弁３６を含むライン３５を経由してタンク２２から放出される。ライン３５は、カプラ３８によって延長ホース３７に接続されている（図示の実施形態では２５フィートの消防ホースである）。泡溶液は、Ｄ型ハンドル弁３９及びノズル４０を通ってホース３７から放出される。ノズル４０は、溶液を放出する間に泡を生成する。適切な泡生成ノズルは、２００１年１月１６日にＪｏｈｎ　Ｇ．Ｂｕｒｅａｕｘ他に付与された米国特許第６，１７３，９０８号に説明されている。この出願によれば、膨張比５：１から４９：１の泡が使用されている。この出願にはノズル４０の寸法も示されている。
【００２５】
６インチ直径のノズルは、分散抑制泡（ＤＳＦ）及び汚染除去分散抑制泡（ＤＤＳＦ）の用途に使用され、２インチ直径のノズルは、表面汚染除去泡（ＳＤＦ）の用途に使用される。ＤＳＦは化学的又は生物学的汚染除去剤を含まないが、ＤＤＳＦ及びＳＤＦは化学的又は生物学的汚染除去剤を含む。ＳＤＦ用途ではエンクロージャを全く使用せず、泡の膨張率は、一般的に５：１から２０：１の範囲である。ＤＳＦ及びＤＤＳＦ用途では、膨張比は一般的に１０：１から４９：１の範囲である。ＤＳＦ及びＤＤＳＦ用途では、小型ドーム（直径約１．５ｍ）を使用する。
【００２６】
実施例２
図２の装置を使用して、空気シリンダ２３を約３０００ｐｓｉに加圧し、安全弁３２を約１００ｐｓｉに設定した。タンク２２の容量は１４２リットルであった。前述の泡生成溶液及び膨張比を使用した。本システムは、ＤＳＦモード、即ち汚染除去剤が全くない状態で試験を行い、約５０立方フィートのエンクロージャ容積を有する直径１．５ｍのドーム型テントで取り囲んだ８オンスまでのＣ４火薬からの爆発をうまく緩和した。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の第１の実施形態による装置の概略的な工程系統図である。
【図２】
本発明の第２の実施形態による装置の概略的な工程系統図である。

Claims (5)

1. （ａ）泡生成溶液を収容する第１のタンク（１０）と、
   （ｂ）汚染除去剤／酸化剤を収容する第２のタンク（１１）と、
   （ｃ）前記タンク（１０、１１）の前記第１のタンク（１０）及び第２のタンク（１１）を加圧して内容物の調合させる加圧ガス源（３）と、
   （ｄ）前記ガス源（３）を前記第１のタンク（１０）及び前記第２のタンク（１１）に接続するマニホルド（１）と、
   （ｅ）加圧流体を前記マニホルド（１）から放出するための、前記マニホルド（１）に接続されているノズル（２０）と、
   （ｆ）前記ガス源（３）から前記ノズル（２０）へガスを通すための、前記マニホルド（１）を通る第１通路（２）と、
   （ｇ）前記ガス源（３）から前記第１のタンク（１０）及び前記第２のタンク（１１）へガスを通すための、前記第１の通路（２）に連通する前記マニホルド（１）内の第２通路（７）と、
   （ｈ）前記第１の通路（２）へ泡生成溶液を通すための、前記第１のタンク（１０）を前記第１の通路（２）に接続する前記マニホルド（１）内の第３通路（１４）と、
   （ｉ）前記第１の通路（２）へ汚染除去剤／酸化剤を通すための、前記第２のタンク（１１）を前記第１の通路（２）に接続する前記マニホルド（１）内の第４の通路（１５）と、
   を備える泡を生成するための装置であって、
   加圧空気が前記マニホルド（１）及び前記タンク（１０、１１）内へ導入される場合、泡生成溶液及び汚染除去剤／酸化剤が前記第１の通路（２）内に流れ、前記ノズル（２０）を通って汚染除去剤／酸化剤含有泡の形態で放出されることを特徴とする装置。
2. （ｊ）前記第１の通路（２）を通る空気流の方向において前記第３の通路（１４）上流にある、前記第１の通路（２）を通るガス流を制御するための、前記マニホルド（１）内の第１の弁（６）と、
   （ｋ）前記第３の通路（１４）及び前記第４の通路（１５）内の泡生成溶液及び汚染除去剤／酸化剤の流れを制御するための、前記マニホルド（１）内の第２の弁（１６）及び第３の弁（１７）と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. （ａ）汚染除去剤／酸化剤を含有する泡生成溶液を収容するためのタンク（２２）と、
   （ｂ）前記タンク（２２）を加圧してそこから溶液が流れるようにするための、前記タンク（２２）に接続されている加圧ガス源（２３）と、
   （ｃ）前記タンク（２２）から溶液を放出するための、前記タンク（２２）に接続されている第１の端部を有する溶液調合ホース（３７）と、
   （ｄ）泡を生成して装置から放出するための、前記調合ホース（３７）の第２の端部上にある泡生成ノズル（４０）と、
   を備えることを特徴とする泡を生成するための装置。
4. （ｅ）前記タンク（２２）を前記ガス源（２３）に接続する入口ホース（２５）と、
   （ｆ）前記入口ホース（２５）内の圧力レギュレータ（２６）と、
   （ｇ）前記タンク（２２）へのガス流を制御するための、空気の進行方向において前記圧力レギュレータ（２６）の下流にある前記入口ホース（２５）内の第１の弁（２７）と、
   （ｈ）前記タンク（２２）から前記ガス源（２３）の方向へのガス流を阻止するための、前記第１の弁（２７）と前記タンク（２２）との間の前記入口ホース（２５）内の第２の一方向弁（２８）と、
   を備えることを特徴とする請求項３に記載の装置。
5. （ａ）マニホルド（１）を通る第１の通路（２）内に加圧ガス流を生成する段階と、
   （ｂ）泡を生成するために、泡生成溶液を前記ガス流へ入るようにする段階と、
   （ｃ）前記泡中の個々の気泡を被覆するために、汚染除去剤／酸化剤を前記第１の通路（２）内の泡中へ導入する段階と、
   （ｄ）汚染除去剤／酸化剤をもつ泡を膨張させるために、マニホルド（１）から泡を放出する段階と、
   を含むことを特徴とする泡生成の方法。