JP2011525816A - ローエンド制御装置を備えた泡沫配分システム - Google Patents

ローエンド制御装置を備えた泡沫配分システム Download PDF

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Abstract

本発明の実施形態は泡沫配分システムを提供している。泡沫配分システムは、泡沫ポンプ、少なくとも1つの泡沫ライン、分流機構、及び少なくとも1つの制御装置を含んでいる。分流機構は、泡沫ポンプの下流の液体泡沫濃縮物の流れの一部を戻して泡沫ポンプを通過するよう方向決めすることができる。制御装置は、泡沫ポンプ及び分流機構と連絡させることができるものであって、泡沫ポンプを通る液体泡沫濃縮物の最小流量を自動的に維持するように構成することができる。
【選択図】図1A

Description

本発明は、泡沫配分システムに関する。
(関連出願)
本出願は、USC35、119条の下に、2008年1月3日出願の米国仮特許出願第61/009,864号に対する優先権を主張し、同出願の内容全体を参考文献としてここに援用する。
消防車、消防艇、軍装備品、及び固定鎮火システムは、大規模な産業火災を消すのに使用されており、典型的には、大容量ポンプに連結されている水吐出ラインを有しているものであるが、それら吐出ラインは、毎分1,000ガロン超の送達能力を有する放水砲を給水するものから、掃討作戦で使用されている毎分20ガロン未満を送達できる程度の手持ち式ラインまで寸法が様々である。
消防の分野における最も顕著な進歩の1つは、水の消火能力を増強するべく特別に配合された化学泡沫剤の使用を成し得た。液体の化学泡沫剤濃縮物を火に向けられる水流の中へ投入するために、泡沫注入システムが設計された。その様な泡沫を使用することの主な利点は、火を消すのに要する時間が劇的に短縮できることである。A級泡沫は、鎮火剤としては、水単独より5倍乃至10倍も効果があることが実証されている。泡沫を利用すれば、火災はより迅速に消火され且つ水害は実質的に少なくて済む。泡沫は、有効な障壁となって、火の広がりを防ぎ、隣接する建造物を護ることが判明している。Arvidson他に発行されている米国再発行特許第35,362号(「Arvidson再発行特許」)の教示を参考文献としてここに援用するものであるが、同再発行特許に述べられている様に、泡沫添加物を特定の消防課題に必要な濃度で自動的に配分することのできる泡沫注入システムを持つことが望ましい。Arvidson再発行特許には、住宅火災、自動車火災、及び水の流量が毎分1,000ガロン未満になる傾向のある用途に容易に適応させられるシステムが記載されている。
本発明の幾つかの実施形態は、液体泡沫濃縮物を少なくとも1つの吐出ラインの中へ注入することができる泡沫配分システムを提供している。泡沫配分システムは、泡沫ポンプ、少なくとも1つの泡沫ライン、分流機構、及び少なくとも1つの制御装置を含んでいる。泡沫ポンプは、吐出ライン及び泡沫ポンプと流体連通させることができる泡沫ラインを通して液体泡沫濃縮物の流れを供給することができる。分流機構は、泡沫ポンプの下流に配置されている第1端と泡沫ポンプの上流に配置されている第2端を有する再循環ラインを含むことができる。分流機構は、泡沫ポンプの下流の液体泡沫濃縮物の流れの一部を戻して泡沫ポンプを通過するよう方向決めすることができる。制御装置は、泡沫ポンプ及び分流機構と連絡させることができるものであって、泡沫ポンプを通る液体泡沫濃縮物の最小流量を自動的に維持するように構成することができる。
本発明の1つの実施形態による、分流機構を含んでいる泡沫配分システムの模式図である。 本発明のもう1つの実施形態による、複数の水吐出ラインを含んでいる図1Aの泡沫配分システムの模式図である。 本発明の1つの実施形態による、泡沫配分システムが要求する液体泡沫濃縮物の需要のグラフである。 本発明の1つの実施形態による、泡沫配分システムの泡沫ポンプの液体泡沫濃縮物流量のグラフである。 本発明の1つの実施形態による、図2Aの需要を満たすための泡沫配分システムの分流機構を通る流量のグラフである。 本発明の1つの実施形態による、泡沫配分システムが要求する液体泡沫濃縮物の変化する需要のグラフである。 図3Aの需要によって生じた泡沫ポンプの流量のグラフである。 本発明の1つの実施形態による、図3Aの需要を満たすための泡沫配分システムの分流機構を通る流量のグラフである。 本発明の1つの実施形態による、分流機構を運転する方法のフローチャートである。
本発明の実施形態を詳細に説明する前に、本発明は、その用途において、以下の説明に述べられているか又は以下の図面に示されている構成の詳細及び構成要素の配列に限定されるものではないことを理解されたい。本発明は、他の実施形態も可能であり、様々なやり方で実践又は実施することができる。また、ここで使用されている語法及び用語は、説明が目的であり、限定を課すものと見なされるべきではないことも理解されたい。「含んでいる」、「備えている」、又は「有している」及びそれらの言い換えは、ここでは、以下に掲げられている要素及びその等価物並びに追加の要素を網羅することを意図している。別途指定又は限定の無い限り、用語「取り付けられている」、「接続されている」、「支持されている」、及び「連結されている」及びそれらの言い換えは、広義に使用されており、直接的及び間接的の両様式の取り付け、接続、支持、及び連結を網羅する。更に、「接続されている」及び「連結されている」は、物理的又は機械的な接続又は連結に限定されない。
図1は、本発明の1つの実施形態による泡沫配分システム100を示している。泡沫配分システム100は、消防車、消防艇、軍装備品、又は建造物に設置されている固定鎮火システムと共に使用することができる。泡沫配分システム100は、泡沫タンク102、分流機構103、マスタドライバ104、マスタ/ローカルバスケーブル106、ディスプレイ108、システムバスケーブル110、1つ又はそれ以上の電源112、及びローエンドラインドライバ114を含むことができる。幾つかの実施形態では、ローエンドラインドライバ114は、マスタドライバ104と並列に接続することもできる。幾つかの実施形態では、ローエンドラインドライバ114とディスプレイ108の間には、冗長通信ラインを含むこともできる。泡沫配分システム100は、更に、油圧ポンプ116、ストレーナ117、泡沫ポンプ118、マスタ泡沫流量計120、泡沫逃がし弁122(図1Bに図示)、泡沫ライン圧力変換器124、及びローエンド較正/注入弁130を含むことができる。
泡沫配分システム100は、1つ又はそれ以上の泡沫ライン132と再循環ライン134を含むことができる。圧力変換器124は、泡沫ライン132の圧力が特定値を超えると泡沫ポンプ118が停止されるように、マスタドライバ104及び/又はローエンドラインドライバ114と連絡させることができる。再循環ライン134は、泡沫ポンプ118の下流に配置されている第1端136と、泡沫ポンプ118の上流に配置されている第2端138を含むことができる。幾つかの実施形態では、分流機構103は、ローエンド泡沫流量計126とローエンド制御弁128を含むことができる。
泡沫配分システム100は、液体泡沫濃縮物(例えば、A級又はB級泡沫濃縮物)の定量を、水流を運んでいる1つ又はそれ以上の吐出ライン133の中へ注入して、水流中に液体泡沫濃縮物の所定濃度を提供するのに使用することができる。泡沫ポンプ118は、液体泡沫濃縮物の流れを供給するように構成することができる。泡沫ライン132は、吐出ライン133及び泡沫ポンプ118と流体連通させることができる。泡沫ライン132は、液体泡沫濃縮物の流れを搬送するように構成することができる。幾つかの実施形態では、泡沫ライン132は、マニホールド139に接続されており、そこで流入してくる泡沫濃縮物は2つ又はそれ以上の吐出ライン133に供給されるように分けられる。
分流機構103は、泡沫ポンプ118の下流の液体泡沫濃縮物の流れの一部を戻して泡沫ポンプ118を通過するよう方向決めする働きをすることができる。例えばマスタドライバ104及び/又はローエンドラインドライバ114の形態をしている制御装置は、泡沫ポンプ118及び分流機構103と連絡させることができる。制御装置104、114は、泡沫ポンプ118を通る液体泡沫濃縮物の最小流量(Qmin)が自動的に維持されるよう泡沫ポンプ118及び分流機構103を運転するように構成することができる。泡沫ポンプ118を通る最小流量Qminは、泡沫ポンプ118が空転しないようにするために維持されるものである。最小流量Qminは、泡沫濃縮物の粘度に依存し、よって、異なる泡沫濃縮物では変わってくる。制御装置104、114は、更に、水−泡沫溶液の濃度を確立するために、水の流れと水流に流入させる泡沫濃縮物の流れの間の配分比率を自動的に維持することができる。制御装置104、114は、配分比率及び水−泡沫溶液の濃度に応えて分流機構103を運転することができる。
幾つかの実施形態では、分流機構103のローエンド流量計126は、制御装置104、114と連絡させることができる。ローエンド流量計126は、分流機構103を通る液体泡沫濃縮物の流量を監視することができる。幾つかの実施形態では、ローエンド制御弁128もまた、制御装置104、114と連絡させることができる。ローエンド制御弁128は、制御装置104、114からの信号に応えて作動させることができる。ローエンド制御弁128は、泡沫需要が最小流量Qminより大きいときには閉じられることになる。ローエンド制御弁128は、泡沫需要が最小流量Qminより小さくなると開かれることになり、全開位置と全閉位置の間の1つ又はそれ以上の位置を含むことができる。1つの実施形態では、最小流量Qminは、毎分約5ガロンである。もう1つの実施形態では、最小流量Qminは毎分約2ガロンである。
幾つかの実施形態では、図1Bに示されている様に、泡沫配分システム100は、原水を給水源144から送水ポンプ146を経由して対応する吐出口(図示せず)まで運ぶ2つ又はそれ以上の個別の吐出ライン140、142を含むことができる。泡沫配分システム100は、更に、液体泡沫濃縮物を泡沫ポンプ118から個別の吐出ライン140、142の少なくとも1つまで運ぶように連結されている2つ又はそれ以上の泡沫ライン148、150(対応する注入逆止弁151付き)を含むことができる。1つの実施形態では、泡沫濃縮物は、異なる配分比率が個別の送水ライン140、142の中へ注入されることになる。泡沫配分システム100は、水吐出ライン140、142について、ライン制御ディスプレイ109と少なくとも1つの制御装置104、114を含むことができる。制御装置104、114は泡沫ポンプ118及び分流機構103と連絡させることができる。制御装置104、114は、吐出ライン140、142及び泡沫ライン148、150からの流量情報を受信するように連結させることができる。制御装置104、114は、泡沫ポンプ118を通る液体泡沫濃縮物の最小流量Qminが自動的に維持されるよう泡沫ポンプ118及び分流機構103を運転するように構成することができる。
制御装置104、114は、吐出ライン140、142の少なくとも1つの水−泡沫溶液の所定濃度を維持するために、泡沫ライン148、150に対し液体泡沫濃縮物の適正量が供給されるように、泡沫ポンプ118及び分流機構103を自動的に運転することができる。制御装置104、114は、水の流れと液体泡沫濃縮物の流れの間の配分比率を自動的に維持することができる。制御装置104、114は、配分比率及び所定濃度に応えて分流機構103を運転することができる。
図2Aは、需要液体泡沫濃縮物の時間経過に伴って線形に増加する流量を示している。t1時に、泡沫ポンプ118の最小流量Qminを超えることになる。図2Bに示されている様に、泡沫ポンプ118は、t1時まではその最小流量Qminで運転されることになる。t1時以後、泡沫ポンプ118は、泡沫濃縮物の所望流量を満たすべく運転されることになる。泡沫濃縮物が多すぎると、その効能が危うくなり、また結果的に運転費用が高くなりかねない。結果として、泡沫ポンプ118を通る流量が需要流量(時間<t1)を超過すると、分流機構103を通過するように経路決めされることになる。図2Cは、分流機構103を通る泡沫濃縮物の流量を示している。分流機構103を通る泡沫濃縮物の流量は、泡沫ポンプ118を通る流量と需要液体泡沫濃縮物の流量の差に実質的に等しい。
本発明の幾つかの実施形態は、泡沫配分システム100を運転する方法を含んでいる。本方法は、吐出ライン140、142を通る水の流量を、例えば、吐出ライン逆止弁154(図1Bに図示)より下流に配置されている1つ又はそれ以上の吐出ライン流量計152を使用して、感知する段階を含むことができる。制御装置104、114は、水流中の液体泡沫濃縮物の所定濃度を自動的に維持するために、吐出ライン140、142への適正な泡沫流量を求めることができる。制御装置104、114はまた、液体泡沫濃縮物の流れが供給されるように泡沫ポンプ118を自動的に運転することができる。泡沫ポンプ118は、最小流量Qminまでは運転可能であり、最小流量Qminになった時点で泡沫ポンプ118は空転点に達する。泡沫配分システム100が(例えば、泡沫流量計120で監視されていて)泡沫ポンプ118の空転点に接近し始めると、制御装置104、114は、泡沫ポンプ118を通る流量を安全レベルに保つために、ローエンド制御弁128を自動的に開かせることができる。この方式では、ローエンド制御弁128の開弁と、分流機構103を通る液体泡沫濃縮物の流れは、所望の精度が維持されたまま、泡沫配分システム100の運転者又は使用者にとっては実質的に途切れの無いものとなる。幾つかの実施形態では、ローエンド制御弁128は、可変ボール弁とすることができる。ローエンド制御弁128が開かれているとき、分流機構103は、適正な泡沫流量が泡沫ポンプ118の最小流量より小さい場合、液体泡沫濃縮物の流れの一部を戻して泡沫ポンプ118の入口を通過するように経路決めすることができる。
幾つかの実施形態では、本方法は、泡沫ポンプ118を通る流量を、例えば泡沫流量計120を使用して感知する段階を含んでいる。本方法は、液体泡沫の流れで分流して泡沫ポンプ118の入口へ戻される分の分流流量を、例えばローエンド泡沫流量計126を使用して感知する段階を含むことができる。本方法は、更に、吐出ライン140、142の少なくとも1つに流入する泡沫ライン流量を、例えば、吐出ライン送水流量計152を使用して感知する段階を含むことができる。制御装置104、114は、泡沫ポンプ118を通る最小流量Qminと水吐出ライン140、142への適正な泡沫流量が維持されるように、泡沫ポンプ118の運転と液体泡沫濃縮物の分流を調節することができる。分流機構103は、適正な泡沫流量が最小流量Qminより小さい場合のみ、液体泡沫濃縮物の流れの一部を泡沫ポンプ118の入口に戻すように経路決めすることができる。制御装置104、114は、適正な泡沫流量を、感知された水の流量と使用者によって選択された水−泡沫溶液の濃度とに基づいて算出することができる。制御装置104、114は、算出された泡沫流量の減少に応えて液体泡沫濃縮物の流れの分流部分を増加させることができる。制御装置104、114は、同様に、算出された泡沫流量の増加に応えて液体泡沫濃縮物の流れの分流部分を減少させることができる。1つの実施形態では、水流に注入される泡沫流量を増加する場合、制御装置104、114は、泡沫ポンプ118を高速で運転させる前に、まず、分流機構103を通過するよう方向決めされる分を減少させる。結果として、泡沫ポンプ118は、特定の筋書きではより遅い速度で作動することができ、泡沫ポンプ118側の摩耗を低減することができる。
ローエンドラインドライバ114は、マスタドライバ104が複数の水吐出ライン140、142からの総泡沫需要を記憶し、泡沫ポンプ118とローエンド制御弁128をしかるべく制御することができるように、マスタドライバ104へ情報を提供することができる。分流機構103が開いたとき、ローエンドラインドライバ104は、信号をマスタドライバ104へ送ることになる。
図3A−図3Cは、泡沫流量の需要、泡沫ポンプ118を通る各流量、及び分流機構103を通る流量を示している。t1時までは、流量Q1は所望の消防業務を果たすことができる。流量Q1は、泡沫ポンプ118の最小流量Qminを下回るため、泡沫ポンプ118は最小流量Qminで作動することができる。最小流量Qminと流量Q1の差分が分流機構103を通過するよう方向決めされることになる。t1時とt2時の間に、泡沫流量の需要は流量Q3へ増加することになる。流量の増加は、使用者によるより高い泡沫濃度の選択、水の流量の変化、追加の吐出ラインの起動などによって生じ得る。流量Q3は最小流量Qminより高いため、泡沫ポンプ118は、流量Q3を満たす速度で運転されることになり、続いて分流機構103が閉じられることになる。t2時以後、需要は流量Q2まで下降することになる。減少は、使用者によるより低い泡沫濃度の選択、水の流量の変化、吐出ラインの停止などによって生じ得る。流量Q2は最小流量Qminを下回るため、泡沫ポンプ118はその最小流量Qminで運転されることになり、その間は最小流量Qminと流量Q2の差分が分流機構103を通過するよう経路決めされることになる。図3Aから図3Cまでには急激な変化が示されているが、流量の変化はより漸進的であってもよい。流量の変化が突然か、より漸進的かに関わらず、分流機構103は、液体泡沫濃縮物が分流機構103を通過するように経路決めされているかいないか、使用者が実質的に気づかないほど円滑に運転されることになる。
図4は、泡沫配分システム100を運転する方法400を示している。吐出ライン140、142を通る水の流量が感知される(410)。対応する泡沫流量は、選択された濃縮倍率に基づいて算出される(420)。算出された泡沫流量が、泡沫ポンプ118の最小流量Qminと比較され、結果が評定される(430)。泡沫流量が最小流量Qminより高ければ、制御装置104、114は、440で、液体泡沫濃縮物が分流機構103を通過するよう方向決めされているか否かを確認する。液体泡沫濃縮物が分流機構103を通過するよう方向決めされることになれば、液体泡沫濃縮物の流れは中断される(450)。その後、又は分流機構103を通る流れが無いことが検出されたら、泡沫ポンプ118が要求速度で運転される(460)。算出された流量が最小流量Qminより小さければ(430)、泡沫ポンプ118は、最小流量Qminに関係付けられている速度で運転され(470)、分流機構103は、各流量が泡沫ポンプ118の上流の第2端138へ経路決めされるように運転される(480)。
以上、本発明を特定の実施形態及び実施例に関連付けて説明してきたが、当業者には理解される様に、本発明は必ずしもその様に限定されるものではなく、数多くの他の実施形態、実施例、使用法、修正、及び実施形態や実施例や使用法からの派生は、これに添付されている特許請求の範囲によって網羅されるものとする。ここに引用されているそれぞれの特許及び刊行物の開示全体は、それぞれのその様な特許又は刊行物が個々に参考文献としてここに援用されているかのごとく、参考文献としてここに援用する。本発明の様々な特徴及び利点は以下の特許請求の中に述べられている。
100 泡沫配分システム
102 泡沫タンク
103 分流機構
104 マスタドライバ
106 マスタ/ローカルバスケーブル
108 ディスプレイ
110 システムバスケーブル
112 電源
114 ローエンドラインドライバ
116 油圧ポンプ
117 ストレーナ
118 泡沫ポンプ
120 マスタ泡沫流量計
122 泡沫逃がし弁
124 泡沫ライン圧力変換器
126 ローエンド泡沫流量計
128 ローエンド制御弁
130 ローエンド較正/注入弁
132 泡沫ライン
133 吐出ライン
134 再循環ライン
136 134の第1端
138 134の第2端
139 マニホールド
140、142 吐出ライン
144 給水源
146 送水ポンプ
148、150 泡沫ライン
151 注入逆止弁
152 吐出ライン流量計
153 吐出ライン逆止弁
Q 流量
t 時間

Claims (17)

  1. 泡沫ポンプと、
    少なくとも1つの吐出ライン及び前記泡沫ポンプと流体連通している少なくとも1つの泡沫ラインと、
    第1端が前記泡沫ポンプの下流に配置され第2端が前記泡沫ポンプの上流に配置されている再循環ラインを有する分流機構であって、液体泡沫濃縮物の流れの一部を前記再循環ラインを通過するよう方向決めする働きをする分流機構と、
    前記泡沫ポンプ及び前記分流機構と連絡している少なくとも1つの制御装置であって、前記泡沫ポンプを通る前記液体泡沫濃縮物の最小流量が維持されるよう前記泡沫ポンプ及び前記分流機構を自動的に運転するように構成されている制御装置と、を備えている泡沫配分システム。
  2. 前記分流機構は、前記少なくとも1つの制御装置と連絡しているローエンド制御弁を含んでおり、前記ローエンド制御弁は前記制御装置からの信号に応えて作動する、請求項1に記載の泡沫配分システム。
  3. 前記ローエンド制御弁は、泡沫需要が最小流量より小さくなると自動的に開かれる、請求項2に記載の泡沫配分システム。
  4. 前記ローエンド制御弁は、ボール弁である、請求項2に記載の泡沫配分システム。
  5. 前記少なくとも1つの制御装置は、前記少なくとも1つの吐出ラインの水の流れと前記水の流れの中へ流入させる液体泡沫濃縮物の流れの間の配分比率を自動的に維持する、請求項1に記載の泡沫配分システム。
  6. 前記制御装置は、前記配分比率に応えて前記分流機構を運転する、請求項5に記載の泡沫配分システム。
  7. 前記分流機構は、前記少なくとも1つの制御装置と連絡しているローエンド流量計を含んでおり、前記ローエンド流量計は、前記分流機構を通る前記液体泡沫濃縮物の流量を監視する働きをする、請求項1に記載の泡沫配分システム。
  8. 更に、前記少なくとも1つの泡沫ラインに、前記少なくとも1つの制御装置と連絡している圧力変換器を含んでいる、請求項1に記載の泡沫配分システム。
  9. 前記少なくとも1つの制御装置は、前記圧力変換器からの信号が前記少なくとも1つの泡沫ラインの過大圧力を示すと、前記泡沫ポンプを止める、請求項8に記載の泡沫配分システム。
  10. 前記少なくとも1つの泡沫ラインを複数の送水ラインへ接続しているマニホールドを更に備えている、請求項1に記載の泡沫配分システム。
  11. それぞれの泡沫ラインは、対応する吐出ラインと流体連通している、請求項1に記載の泡沫配分システム。
  12. それぞれの泡沫ラインは、前記対応する吐出ラインへの個別の配分比率を提供する、請求項11に記載の泡沫配分システム。
  13. 泡沫配分システムの動作方法であって、
    少なくとも1つの吐出ラインを通る水の流量を感知する段階と、
    水流中の液体泡沫濃縮物の所定濃度を維持するために、前記少なくとも1つの水吐出ラインに対する適正な泡沫流量を求める段階と、
    最小流量までは運転可能である泡沫ポンプを、前記液体泡沫濃縮物の流れを供給するように運転する段階と、
    前記適正な泡沫流量が前記泡沫ポンプの前記最小流量より小さくなると、前記液体泡沫濃縮物の流れの一部を戻して前記泡沫ポンプの入口を通過するように自動的に分流する段階と、を有する方法。
  14. 前記泡沫ポンプを通る泡沫流量を感知する段階を更に含んでいる、請求項13に記載の方法。
  15. 前記液体泡沫濃縮物を運んでいる少なくとも1つの泡沫ラインの泡沫流量を感知する段階を更に含んでいる、請求項13に記載の方法。
  16. 前記泡沫ポンプを通る前記最小流量と前記少なくとも1つの泡沫ラインを通る前記適正な流量とが維持されるように、前記泡沫ポンプの運転と前記液体泡沫濃縮物の分流を自動的に調節する段階を更に含んでいる、請求項15に記載の方法。
  17. 前記液体泡沫濃縮物の流れの分流部分の流量を感知する段階を更に含んでいる、請求項13に記載の方法。
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