JP2008500869A - ウオーターミスト発生ヘッド - Google Patents

Abstract

本発明のウォーターミスト発生ヘッドは、水及びガスマニホールドと、軸線方向に対称的なガスノズル、及びこれらノズル間に同心的に配置された環状の水ポートを有するツインフローボディを含んでなる。水ポート９は、出口に軸線方向に向けて収束する水ノズル８と、出口チャンネルを有し軸線と平行な壁を有するラヴァルノズルプロファイルを備える中心３と外部環状部５ガスノズルを有する。ヘッドは、消火及び化学的及び生物学的汚染の失活の目的のために設計された。
【選択図】図１

Description

本発明は、化学的及び生物学的汚染の消火及び失活の目的のためのウオーターミスト発生用ヘッドに関する。

２つの相、すなわち、液相と気相との相互作用がヘッド内側で起こるツインフロー（twin―flow）ヘッドを有するウオーターミスト発生用消火ホースノズルは、公知である。ガスマニホールドを通して供給される高運動エネルギーのガスは、水ポートの出口で液体ストリームとフィルムの空気式噴霧化（pneumatic atomization）を与える。

単一ストリーム空気式噴霧器においては、いかなる形状の一つのガスストリームは、一つの液体ストリーム上で作用する。多重ストリーム噴霧器においては、環状通路を介して流動する液体ストリームは、ガスストリームとともに２つの側面に取り囲まれたり、或いはガスストリームと液体ストリームとが相互作用する［Z.Orzechowski,J.Prywer，“Rozppylanie cieczy”（“Atomization of Liquids”），Section IX,
211pages, WNT, Warszawa，1991］。

ラヴァル（Laval）ノズルを有するウオーターミスト発生用気体力学噴霧器は、公知である。上記ノズルは、最初スロートに対して減少しそれからノズル出口方向に行くほど増加する断面積を有する貫通通路を備えている。かかるノズルの断面プロファイルは、ノズル内面の一部を形成するか、ノズル内側に縮小拡大部（convergent-divergent part）を設けることによって得られる。

現在、消防用及び化学的回復に用いるウオーターミスト発生ヘッドにおいて、適当な運動エネルギーを有する液滴ストリームの提供に重大な問題点がある。ミスト品質は、液滴重量の減少により改善されるので、エネルギーの増大のためには排出速度を高める必要がある。同時に、十分に小さい液滴直径を得るために、水ストリームは分散装置上の極めて小さいホールや破れを通して排出されねばならない。かかる処理において、液滴が十分な速度を有するためには、推進体として極めて高い圧力を使用することが必要となる。しかし、現在の使用では、ミスト消防ホースノズルの範囲が制限されており、基本的には４乃至５ｍを超えない。

上記のような問題を解決するために、本発明の目的は、より高い出力及び範囲を有するウオーターミスト発生ヘッドを開発することにある。

本発明によると、ガス及び水マニホールド、軸方向に対称的なガスノズル、及びこれらノズル間に同心的に配置された環状の水ポートを有するツインフロー本体を備えたウオーターミスト発生ヘッドにおいて、出口に軸線に向けて収束する水ノズルと、中心及び外部環状ノズルを備える水ポートは、外部チャンネルを有し軸線と平行な壁を有するラヴァル（Laval）ノズルプロファイルの断面を具備することを特徴とする。

水ポートは本体に固定されるスリーブで構成され、外部環状ノズルの内部部分を構成することが望ましい。上記スリーブは、軸線に向けて収束する内側にテーパの付いた面と、外側面上に設けられた縮小拡大部（convergent-divergent part）の後の円筒状表面とともにその出口で終結される。水ポートは、水マニホールドに連結された放射状チャンネルを入口部の円周上に備える。水マニホールドは、側方チャンネルによって放射状チャンネルに連結された少なくとも２つの入口ホールを有する。

また、有利な変型において、中心ノズルは、内表面上に設けられた縮小拡大部の後の円筒状出口チャンネルを有する。この変型において、各ガスノズル、中心と外側環状ノズルは、１．５対２．５の出口対スロートの断面積比を有する。更に、外部環状ノズルと中心ノズルのスロート断面積比は同一であり、０．８乃至１．２の断面積の公差を有することが有利である。

他の変型において、中心ノズルは環状の中心出口チャンネルを有する反面、円筒状の外表面を有する縮小拡大部は中心部ノズル３の内側に同心的に配置される。縮小拡大部が、軸線と平行な壁を有する外部チャンネルを備えたラヴァルノズルプロファイルを有する円形ノズルを構成するのが有利である。かかる中心ノズルの変型において、円形ノズルのスロートの断面積は、０．８乃至１．２の断面積の公差を有する中心ノズルのスロートの断面積と、
好ましくは同一である。また、中心ノズルが１．５対２．５の出口対スロートの断面積比を有し、円形ノズルは５対８の出口対スロートの断面積比を、そして外部環状ノズルは１．５対２．５の外側出口対スロートの断面積比を有するのが有利である。更に、外部環状ノズルのスロートの断面積は、０．８乃至１．２の断面積の公差を有する中心ノズルのスロートと、円形ノズルのスロートの断面積の合計よりも、好ましくは２倍大きい。

本発明のヘッドによると、２００ミクロン以下の非常に高度の微細水噴霧化、噴霧化した液体の高い排出量、及び約８乃至１０ｍのかなりの範囲でのミストの発生を得ることができる。また、上記ヘッドは、高い消火及び鎮火性能、ＡＢＣＥカテゴリ、火災地域と火災範囲及び煙吸収の保護性を特徴とする。なお、上記ヘッドは、化学的及び生物学的に汚染されたランド（Land）の広い領域を効果的に失活し、他の専門的適用の液体の噴射を許容する。

図面は、本発明によるヘッドを例示的な実施例として示すものである。

微細水噴霧発生ヘッドは、ガス及び水マニホールド、軸線方向に対称的なガスノズル、及びこれらノズル間に同心的に配置された環状の水ポート９を有するツインフロー本体１を備える。水ポート９は、出口に軸線に向けて収束する水ノズル８を有し、中心ガスノズル３と外部環状ガスノズル５は、外部チャンネルを有し軸線と平行な壁を有するラヴァル（Laval）ノズルプロファイルを備える。水ポート９は、本体１に固定されたスリーブ４で構成され、外部環状ノズル５の内部を構成する。スリーブ４は、軸線に向けて収束する内部にテーパの付いた面と、外部面上に設けられた縮小拡大部（convergent-divergent part）の後の円筒状表面と共に出口で終結される。水ポート９は、水マニホールドに連結された放射状チャンネルを、その入口部の円周上に有する。水マニホールドは、側方チャンネルを通して放射状チャンネルに連結された少なくとも２つの入口ホールを有する。

図１に示す形状において、中心ノズル３は、内部面上に設けられた縮小拡大部の後の円筒状出口チャンネルを有する。この例において、中心ノズル３と外部環状ノズル５は、１．５対２．５の出口対スロートの断面積比を有する。更に、外部環状ノズル５のスロートと中心ノズル３のスロートの断面積は、好ましくは同一であり、０．８乃至１．２の断面積の公差を有する。

ヘッド本体１は、３つの階段上に外部ネジを有する階段式のシリンダー状をしている。

中心ノズル３は、最小直径の第１の階段上に螺着される。次のネジ式階段上にはスリーブ４が螺着される。外部環状ノズル５は第３の階段上に螺着される。入口において、ノズル５は、分岐結合部（branch union）によって本体１で軸線チャンネルに連結され、ガスマニホールドに連結される。

水は、側方向マニホールド、側方向チャンネル及び水ポート入口に連結された２つの放射状リセスを経て水ポート９に供給される。水ポート９の出口から水は、水ノズル８を介して流出する。水流出速度は、軸線に向かう半径方向の分力を有する。流体力学力と同心的なノズルから流出するガスストリームの効果により、水粒子の非常に高い分散力が得られる一方で、高運動エネルギーの圧縮ミストストリーム領域が維持される。

図２はマニホールドの位置を示している。ガスマニホールドは本体１の中心線に配置されており、２つのマニホールド入口ポートはヘッドの円周上に均等に離隔されている。

図３は、中心ノズル３が環状出口チャンネル６を有するヘッド形状を示している。中心ノズル３内側には、ノズル出口上で円筒状の外表面を有する縮小拡大部２が配置されている。更に、縮小拡大部２は、外部チャンネルを有し軸線と平行な壁を有するラヴァルノズルプロファイルを備えた円形ノズルを構成する。

ヘッドの形状において、円形ノズルのスロートの断面積は、中心ノズル３のスロートの断面積と好ましくは同一である。寸法制限の偏差は、公称寸法の０．８乃至１．２を超えないものであろう。かかるヘッド形状において、円形ノズルは下記の式で表すように、１．５対２．５の出口対スロートの断面積比を有する。

ｄ^２／ｄ_０ ^２ ＝ １．５÷２．５
ここで、ｄは出口直径であり、ｄ_０はスロート直径である。
また中心ノズル３は、下記の式で表すように、５対８の中心部環状出口６の断面積対スロートの断面積の比を有する。
（Ｄ_３ ^２−Ｄ_１ ^２）／（Ｄ_３ ^２−Ｄ_２ ^２）＝ ５÷８
ここで、Ｄ_１は出口内側直径、Ｄ_２はスロート直径、Ｄ_３は出口外側直径である。
外部環状ノズル５は、下記の式で表すように、１．５対２．５の出口対スロートの断面積比を有する。
（Ｄ_６ ^２−Ｄ_４ ^２）／（Ｄ_６ ^２−Ｄ_５ ^２）＝ １．５÷２．５
ここで、Ｄ_４は出口内側直径、Ｄ_５はスロート直径、Ｄ_６は出口外側直径である。

更に、外部環状ノズル５のスロートの断面積は、中心ノズル３と円形ノズルのスロートの断面積の合計よりも２倍大きい。寸法制限の偏差は、かかる断面積の呼称寸法の０．８乃至１．２を超えない。円形ノズルのスロートと中心部環状ノズル３の断面積は、２０％の公差と同一である。環状ノズル５のスロートの断面積は、他のノズルにおいて２０％以内の公差を有するスロートの断面積よりも２倍大きい。

図３に示すヘッドにおいて、本体１は、３つの連続した階段上に雄ネジを有する階段式シリンダー形状である。最小直径を有する第１階段は、雄ネジと雌ネジの両方を有する。雌ネジは軸線方向チャンネル内で切り欠かれ、ガスマニホールドに連結されている。ガスが、軸線方向チャンネルから環状出口チャンネル６を有する中心ノズル３まで流出するホールを有するその入口部に設けられた縮小拡大部２は、雌ネジに螺着される。中心ノズルは、雄ネジ上に螺着される。次のネジ式階段上にスリーブ４が螺着される。外部環状ノズル５は最後のネジ式階段に螺着される。このノズルは、分岐結合部により入口で本体１内の軸方向チャンネルに連結され、ガスマニホールドに連結される。その縮小拡大部２において、円形ノズルは、同ノズルの出口チャンネルの断面を制限又は閉鎖するためのプラグを備えても良い。

特に、本体１の軸線にガスマニホールドに供給される圧縮されたガスと空気は、軸方向チャンネルを介して円形ノズルと中心ノズル３に、また分岐結合部の手段を介して外部ノズル５に流出する。図３にて矢印Ｐは空気入口を示し、矢印Ｗは水入口を示す。水は側方マニホールドと、側方チャンネル及びその入口に連結された２つの放射状リセスを通して水ポート９に供給される。軸線周りでこれらリセスの対称的な空間は、その外周を通してポートの適合した充填を許容する。水ポート９の出口において、水は水ノズル８を介して流出する。水の流出速度は、軸線に向かう半径方向分力を有する。同心的に配列されたノズルから流出するガスストリームと流体力学力の効果により、水粒子の非常に高い拡散が、高運動エネルギーで発生したミストの圧縮領域を維持しながら達成される。ヘッドによって発生した水ミストの質量は、水質量だけでなく空気質量から構成される。これにより、発生したミストの運動エネルギーは、火災の鎮火時に満足し得る距離である、８乃至１０ｍの距離までミストストリームを前方に向けることのできる範囲に増加する。本発明によるヘッドの効果は、塩溶液、特にＮａＣｌなどのように、ヘッドに供給された水の密度を増加させる添加剤の使用により改良することができる。火炎地域に水溶液又は水よりも低揮発性の他の物質を導入することにより、火炎の鎮火効果が改善され、火災地域に残っている蒸発した固体粒子が付加的な消火剤を構成する。

軸方向オフセット断面から見たヘッドを示す断面図である。 図１のヘッドを入口マニホールド端部から見た図である。 軸方向オフセット断面から見たヘッドの他の変形例を示す断面図である。

Claims (13)

1. 水及びガスマニホールド、第１中心ガスノズルと、該第１ガスノズルと同心的な第２環状ガスノズルとの２つのガスノズル、及びこれら２つのガスノズル間に同心的に配置された環状の水ポートを有するツインフロー本体を備えるウオーターミスト発生ヘッドにおいて、
   上記水ポート９は、出口に上記中心部ガスノズル３の軸線に向けて収束する水ノズル８を有し、中心部ノズルと環状ガスノズル５の２つのガスノズルは、外部チャンネルを有し上記軸線と平行な壁を有するラヴァル（Laval）ノズルプロファイルを備えることを特徴とするウオーターミスト発生ヘッド。
2. 上記水ポート９は、上記本体１に固定されたスリーブ４で構成され、上記環状ガスノズル５の内部部分を構成することを特徴とする請求項１に記載のヘッド。
3. 上記スリーブ４は、中心ガスノズル３及び外表面上に設けられた縮小拡大部（convergent-divergent part）の後の円筒形表面の軸線に向けて収束する内側テーパを有する出口で終結されることを特徴とする請求項２に記載のヘッド。
4. 上記水ポート９は、上記水マニホールドに連結された放射状チャンネルを入口部の円周上に有することを特徴とする請求項１に記載のヘッド。
5. 上記水マニホールドは、側方チャンネルを経て放射状チャンネルに連結された少なくとも２つの入口ポートを有することを特徴とする請求項４に記載のヘッド。
6. 上記中心ガスノズル３は、上記内表面上に設けられた縮小拡大部の後の円筒形出口チャンネルを有することを特徴とする請求項１に記載のヘッド。
7. 上記中心ガスノズル３は、環状出口チャンネル６を有する一方、上記ノズルの出口で円筒形の外表面を有する縮小拡大部２は、上記中心ガスノズル３の内側に同心的に配置されることを特徴とする請求項１に記載のヘッド。
8. 上記縮小拡大部２は、上記軸線と平行な壁を有する外部チャンネルを備えたラヴァルノズルプロファイルを有する円形ノズルを構成することを特徴とする請求項７に記載のヘッド。
9. 上記円形ノズルの首部の断面積は、０．８乃至１．２の断面積の公差を有する中心部ノズル３の首部の断面積と、好ましくは同一であることを特徴とする請求項８に記載のヘッド。
10. 上記円形ノズルのスロートは１．５対２．５の出口対スロートの断面積比を有し、中心ガスノズル３は５対８の環状出口チャンネル６の出口対スロートの断面積比を有し、環状ノズル５は１．５対２．５の出口対スロートの断面積比を有することを特徴とする請求項８に記載のヘッド。
11. 環状ノズル５のスロートの上記断面積は、０．８乃至１．２の断面積の公差を有する中心ガスノズル３のスロートと円形ノズルの断面積の合計よりも、好ましくは２倍大きいことを特徴とする請求項８に記載のヘッド。
12. 上記中心ガスノズル３と外部環状ガスノズル５は、１．５対２．５の出口対スロートの断面積比を有することを特徴とする請求項２に記載のヘッド。
13. 上記環状ガスノズル５のスロートと中心部ノズル３の上記断面積は、０．８乃至１．２の断面積の公差と好ましくは同一であることを特徴とする請求項２に記載のヘッド。
    
    

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