JP2014502171A - 集束ストリーム空気混合泡噴射ノズルを含み、場合によっては可搬式中心向きノズルをも含む、固定式管体のシステムおよび方法 - Google Patents

集束ストリーム空気混合泡噴射ノズルを含み、場合によっては可搬式中心向きノズルをも含む、固定式管体のシステムおよび方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、大型工業可燃性液体貯蔵タンクにおける火災を消火する固定式および半固定式システムのための部材および方法であって、実質的に集束されたストリームを射出する空気混合泡噴射ノズル、ならびに、空気混合チャンバ、昇水路、および管体ヘッドと管体との形成体を含む。具体的に、本発明は、先端部を有するノズルを含み、先端部はストリームシェーパを有し、ストリームシェーパは、当該先端部における長手方向寸法が当該先端部における半径方向寸法よりも大きい少なくとも4つの羽根を有する。

Description

関連出願への相互参照
本出願および本発明は、同じ発明者らによる4つの同時係属中の仮出願であるところの、それぞれ、2010年10月19日、2011年1月18日、2011年2月14日、および2011年5月16日に出願され、「迅速なタンク応答、装置、および方法」、「ポイント・アンド・シュート(Point and Shoot)システム(先に出願されたものも含む)、アムブッシュ(Ambush)システムおよび方法、ならびにホロー・ポイント(Hollow Point)システムおよび方法−すべて工業タンクの危機に対処するもの」、「さらなる開発−固定式システム(ポイント・アンド・シュート、アムブッシュ、およびホロー・ポイント)」、および「工業タンクの危機に対する固定式/半固定式空気混合泡システム」と題された、米国特許仮出願番号第61/455,367号、第61/461,413号、第61/463,296号、および第61/519,071号に関し、これらに基づく優先権を主張する。これら4つの同時係属中の出願はすべて、法令で認められる限りにおいて、参照によりその全体が本明細書に援用される。
本発明の分野は、工業用貯蔵タンクにおける火災の消火および/または危機への対処および/または蒸気の抑制を支援する固定式および半固定式システムであって、可燃性液体や炭化水素製品等を貯蔵している大型(直径が少なくとも60フィートより大きい)工業タンクに特に適したシステムに関する。そのようなタンクは、固定屋根の有無によってより詳しく区分され得る。本発明の分野は、大型工業タンクのための消火ノズル、より詳しくは、実質的に集束されたストリームとして消火用泡を噴射可能な集束ストリーム空気混合泡噴射ノズルに関する。また、本発明の分野は、大型工業タンクにおける火災を消火する固定式および半固定式ノズルシステムおよび方法、より詳しくは、固定式管体システム(fixed wand system)、さらに固定式中心向きノズルまたは可搬式ポイント・アンド・シュートモニターおよびノズルのシステムならびに方法に関する。
[産業的背景]
ウィリアムズ・ファイア・アンド・ハザード・コントロール・インク(Williams Fire & Hazard Control, Inc.、以下「ウィリアムズ社」ともいう)は、大型工業タンク火災において用いられる専門の消火装置および方法の設計、開発、および製造における先導者であった。SP火災技術(SP Fire Technology)の報告における研究発表(ヘンリー・パーション(Henry Persson)およびアンデルス・ロナマーク(Anders Lonnermark)、2004年)では、以下のように記載されている。
「過去15〜20年にわたって大型タンク火災試験は行われていないが、可動式装置を用いたタンク火災の消火に関して大幅な向上が達成されてきた。本開発における先駆者は、火災時の補給業務問題を解決する必要性および関連方策の使用に着目してきたウィリアムズ・ファイア・アンド・ハザード・コントロール・インク(WFHC)である。大容量モニター(monitor)、大径ホース、および大型コンテナに貯蔵された泡濃縮物を用いることによって補給業務が管理可能となる。大型モニターを用いることによって、風および熱上昇による泡損失を補償する十分に高い散布率も実現可能となる。また、ウィリアムズ社は、すべての泡ストリーム(foam stream)を油面上の単一の着地ゾーンに向けることにより、非常に高い局所散布率が得られ、泡がより迅速かつ効率的に拡散する「フットプリント(Footprint)」技術を導入している。ウィリアムズ社によると、効率的な消火を達成する主たる要因の1つは、タンク火災からの保護に適した高品質の泡を用いることにあり、最近まで主に3M AFFF/ATCが用いられていた。3M社が泡消火剤業界から撤退したため、現在では、アンスル社(Ansul)製の同様の種類の泡「サンダーストームATC(Thunderstorm ATC)」が用いられている。1983年、ウィリアムズ社は、ルイジアナ州シャルメットにおいて直径45.7m(150ft)のガソリンタンク火災(「テネコ火災」)を消火した。これは、当時において、それまでに可動式装置を用いて消火された最も大型のタンクであった。新記録は、2001年、ルイジアナ州ノルコにおいて直径82.4m(270ft)のガソリンタンク火災(「オリオン火災」)を消火したことにより、樹立された。ウィリアムズ社が用いるタンク火災の消火に対する構想は、他の多くの火災においても成功をおさめ[35]、他社によっても成功裏に用いられている(例えば、スノコ火災(カナダ、1996年))。」
(注記:サンダーストーム(商標)泡濃縮物は、現在、ケムガード社(Chemguard Inc.)が開発製造している。)
[歴史的展開]
歴史的に、ウィリアムズ社は、可動式装置および方法を専門にしてきた。大型タンク火災に対する「固定式システム」手法は、歴史的に、産業界において限られた成功しか見せておらず、高いコストを伴うものであった。
一方、「リム・シール火災(rim seal fires)」(タンク浮き屋根のリム部まわりや屋根シール部まわりの火災)に対して、従来の固定式システム手法では、浮き屋根の「泡ダム(foam dam)」の高さが12”であるか、または24”であるかに応じて、40フィート毎または80フィート毎に貯蔵タンク周囲のまわりに多数の「泡チャンバ」または「泡注入器」を配置する。これらのデバイスは、空気混合率の高い消火用泡を、タンク壁を伝わせてタンク「周辺」へ、またはタンク壁と浮き屋根の「泡ダム」との間の領域へ、重力を利用して投下すなわち「注入」する。このようなシステムは、コスト高である。
他方、直径が100フィートより大きいタンクの「全液面タンク火災」に対して、効果があることが判明している固定式システムは存在しない。すなわち、発明者らが知る限りにおいて、直径が100フィートより大きいタンクの全体に及ぶ全液面タンク火災の消火を行った固定式システムは存在しない。
<ウィリアムズ社の完全可搬式システム>
[リム・シール火災]
「ダスピット・ツール(Daspit Tool)」よりも前に、ウィリアムズ社は、2部に分かれた攻撃を用いて「リム・シール火災」を消火する完全可搬式なデバイスおよび方法を成功裏に用いている。ウィリアムズ社による攻撃の第1のフェーズでは、消防士が、タンクに接近し、可搬式デバイス(非反応性ノズル設計の泡管体(foam wand))をプラットフォームまたは踊り場に近接するタンク上縁の上に吊り下げた。当該管体は、主にデバイス真下に泡を投入し、30〜40フィートの長さにわたってごく近辺の火を鎮めた。踊り場下のタンクリム部の30〜40フィートにわたる炎のない「展開拠点(beachhead)」を確立した後、消防士が、踊り場へ向かう梯子を用いてタンク壁を登り、携帯式のノズルおよびホースを運搬した。(携帯式ノズルのgpmは、概して1人用ノズルで60gpm、2人用ノズルで125gpmに限られている。)これらのノズルは、シール火災に対する1次的な消火ツールであった。泡管体の使用によりタンク壁頂上へアクセス可能となるため、消防士が、公知の手法で可搬式ノズルを用いて、タンク壁まわりの「ウィンドガーダー(wind girder)」上を歩くことにより、「シール火災(seal fire)」を消火した。
[ダスピット・ツールシステム]
その後、ウィリアムズ社は、可搬式なノズルおよびモニター(monitor)をタンクのリムまたは壁の頂上に取り付けるための可搬式土台である、ダスピット・ツールを開発した。ダスピット・ツールによって、2000gpmまでのノズルを、タンク壁頂上に取り付け可能となった。再びの具体例になるが、「リム・シール火災」に対して、この向上した技術によると、可搬式な泡管体デバイスは、泡を下方に投入して「展開拠点」領域を確立するのに用いられた。次いで、消防士が、ダスピット・ツール(商標)(一時的な消火モニターおよびノズルを、貯蔵タンク上縁または任意の他の適した設置箇所に固定するのに用いられる取り付けデバイス)およびホースを、梯子を登りながら運搬し、当該ツールを展開拠点上のタンクリムへ取り付けた。踊り場に配備された消防士が、モニターおよびノズルを水/泡溶液で加圧し、方向づけ、タンク内に泡を投入してタンク周囲のまわりに位置する火を直撃した。本攻撃の全体が、応答した消防士が現場に到着してから数分以内に準備および実行可能であることは勿論である。
[全面火災]
2004年9月、ウィリアムズ社は、直径117フィートの原油タンクの「全面」火災の消火を支援するために、オクラホマ州クッシングへの呼び出しを受けた。ウィリアムズ社チームは、可搬式泡管体、ならびに「ダスピット・ツール」、モニターおよびノズルを携えて到着した。(再記になるが、「ダスピット・ツール」は、モニターおよびノズルをタンク壁リムに配置することを可能にする。「ダスピット・ツール」は、モニターおよびノズルに土台を提供する。)ウィリアムズ社は、最初に、プラットフォームおよびタンク壁に沿った梯子下の領域まわりの火を消火するために、可搬式泡管体を用いた。当該限定された領域が「制御」可能となっているため、ウィリアムズ社人員は、火災が生じているタンクの梯子をプラットフォームまで登り、ダスピット・ツールをその場所に固定し、モニターおよびノズルを方向づけ、原油タンク全面火災を消火した。したがって、ウィリアムズ社は、可搬式泡管体ならびに十分に大型の可搬式モニターおよびノズル(ダスピット・ツール土台によって使用可能とされる)が、少なくとも原油の少なくとも直径117フィートのタンクにおける「全面タンク火災」を消火するのに効果的に用いることができたという証拠を提示することとなった。
[ウィリアムズ社の固定式システム開発]
ウィリアムズ社は、適切な処理を行う「固定式」システムがあれば、対応スピードが向上し、人員に危害が及ぶ危険を大幅に低減可能であることを長らく認識していた。(人員への危険には、可搬式モニターおよび管体を供給するのに必要な、ホースの梯子上の散乱が含まれる。また、梯子を延びるホースが破損した場合、梯子およびプラットフォームにいる人員が大きな危険に晒されることとなる。)
工業タンク火災の消火に関し、ウィリアムズ社にとって解決すべき問題およびゴールは、「周辺」(「リム・シール火災」の箇所)だけでなくタンク「全面火災」も含んだタンク火災の適切な領域を迅速かつ効率的に泡で被覆する、コスト効率が良く、確実な、固定式システムを開発することとなった。また、このようなシステムは、直径200、300、400フィート、さらにそれ以上のタンクに対して満足のいくように稼働するのがよく、固定屋根の有無にかかわらずタンクに対して稼働可能であるのがよく、ひどく高価でないものがよい。
以下に記載の、結果として得られたウィリアムズ社の商業用実施形態は、これらの問題を解決しこれらのゴールに到達するために開発、試験、および設計された。本商業用実施形態は、(1)浮き屋根のみのタンクを「リム・シール火災」および蒸気による危機から、(2)浮き屋根のみのタンクを「リム・シール火災」および全面火災から、及び、(3)固定屋根タンクをいかなる表面における危機から、保護するために設計された。本発明のシステムは、直径が100フィート〜400フィートより大きいタンクに対して、コスト効率が良く、実用的である。
開発プロセスにおいて、本発明者らは、固定式システムに必要とされる泡の適切な膨張度、および適度に膨張した泡を放出または噴射して走行させるための容量に関するいくつかの前提について、当該産業界が誤っていたことを示した。
本発明者らは、空気混合泡ノズルから「空気混合泡(aerated foam)」(膨張が2対1〜8対1)を「噴射」および「一方向に射出」した場合、大幅に向上した厳密な着地フットプリント(landing footprint)、驚異的な泡走行(foam run)、ならびに驚異的な泡走行速度および消火効率を有する、少なくとも1100gpmの空気混合泡の集束されたストリームが得られることを並列試験によって示した。発明者らは、従来技術の「泡チャンバ」と比較して、本発明の空気混合泡ノズルは、より広範囲のタンク火災表面に、より短時間で到達可能であることを試験によって示した。新規の本システムは、より大型のタンクをより少ないユニットで消火可能であり、リム・シール火災だけでなく全液面タンク火災にも(大型タンクの場合も含む)適用可能である。試験によって裏付けされた本発明は、直径が200フィートより大きい、300フィートより大きい、および400フィートより大きいタンクにおける火災を消火する、コスト効率が良い固定式システムを約束する。本固定式システムは、タンク外壁に沿って取り付けられ、タンク壁頂上部に近い地点からタンク内へと射出が行われるように設計されている。これにより、危機に際しての、固定式システムの信頼性およびコスト効率が向上する。
[本発明の開発段階]
本発明は、いくつかの段階を経て進められた。第1の決定は、タンク外壁に設置され、タンク壁上側リムに近接して射出を行うユニットを、経験および試験に基づいて積極的に追及することであった。(発明者らは、「バブル・アップ(bubble-up)」または所謂タイプIシステムで実験を行ったが、満足のいく、実用的であり、かつコスト効率が良いバブル・アップシステムの試験に成功することはできなかった。タンク内パイプシステムは、浮き屋根の普及および浮き屋根固有の複雑性を鑑みて、非実用的であることが広範囲の経験に基づいて分かっている。また、屋根上設置システムに関して、固定屋根、浮き屋根、または液体上面の「上に延在」するシステムのいずれにおいても、火災または危機を引き起こした事故そのものによってこのような固定式システムが利用不可能となる可能性が非常に高いことが経験に基づいて分かっている。)
第2の決定は、ノズルに近接してその上流に位置する空気混合チャンバから、膨張比が少なくとも2対1〜8対1である空気混合泡を、試験に基づいて好適に射出することであった。膨張比は、より好ましくは3対1〜5対1であった。筒状噴出口を有する外部空気混合チャンバにより、熱および圧力に耐えながら動作可能な、確実な空気混合構造を提供できた。本試験によって、空気混合泡は、はっきりと噴射されることができ、大幅に走行可能であり、消火効率を失うことなく迅速に走行可能であることが分かった。
第3に、発明者らは、適切な空気混合泡を「実質的に集束されたストリーム」としてはっきりと一方向に「噴射」可能および/または「強噴射」可能であり、集束されたパターンで着地させ、向上した厳密な着地フットプリントを有し、泡の大幅な走行および効果的な消火特性を有するノズルを作成した。本段階の鍵は、ストリームシェーパ(stream shaper)であった。
当該産業界で一般的に信じられていたことに、空気混合泡を「強噴射」すると、泡沫が破壊され、泡の品質が劣化し、泡走行が劣化するということがあった。空気混合泡チャンバを含む従来技術の固定式システムは、空気混合泡を「強噴射」しないものであった。その代わり、リム・シール火災および/または小型タンクに対して、高吸気の泡を、重力を利用してタンク壁内側に下方に注入または投下していた。これによって、射出のgpmの低下および泡走行劣化が生じていた。
本発明者らは、本ノズルを用いて、「噴射」または「強噴射」された空気混合泡に対する、劣った泡沫品質および劣った泡走行の予測は、誤りであることを示した。ストリームシェーパを用いた場合、良好な結果および向上した着地フットプリントを確実にする助けとなり得る。
ストリームシェーパは、放出された空気混合泡のフットプリントの完全性および集束を大幅に向上可能であることが、試験によって分かっている。適切なストリームシェーパから射出された空気混合泡は、泡沫の消火効率を維持したまま、少なくとも数十フィート遠くに、厳密に集束されたフットプリントで非破壊的に着地し、当該産業界の予想よりも驚異的に遠くにかつ迅速に走行した。2対1〜8対1に膨張した泡、好ましくは3対1〜5対1に膨張した泡であれば、当該産業界の予想よりもさらに厳密な目標領域にさらに遠くに非破壊的に着地可能である。ストリームシェーパは、本システムが、タンク「周辺」に少なくとも20フィート離れて泡を着地させることができ、周辺において100フィートを超えて遠くに泡を走行させることができる理由の鍵となるものである。好適な実施形態において、空気混合泡ノズルのための、フットプリントを向上させるストリームシェーパは、4つ以上の羽根を有し、各羽根は、長手方向寸法が半径方向寸法よりも大きい。好ましくは、各羽根は、長手方向寸法が半径方向寸法の2倍よりも大きい。好ましくは、ストリームシェーパの羽根は、羽根の下流端がノズル先端の射出口と略面一となるようにノズル先端に設置される。
<用語>
発明者らによって開発された本発明の構造および性能について議論する際に、以下の用語の使用が役に立つ。
「昇水路(riser)」という語は、水、水および泡濃縮物、および/または消火液を、大型工業用貯蔵タンクの頂上部へ供給するために設置される、タンク外壁上に、近接して、または隣接して取り付けられる任意のパイプ、通路、またはシステムを意味するのに用いられる。昇水路は、本例において鉛直方向のパイプとして示されるが、任意の形状を有していてもよく、特に、鉛直部および/または円状部の組み合わせであってもよい。例えば、1つ以上の液体分配リングが、タンクまわりに設置され、鉛直方向の昇水路部に接続されていてもよい。昇水路は、本例において説明されるように、複数部に分かれていてもよい。
ノズルの「先端」は、射出口で終端するノズル筒管部であり、射出圧力を高める加締部(swedge-down portion)をしばしば含む。
「羽根(fin)」(当該技術分野において、翼(vane)とも称される)は、導管内で液体の流れを方向づける。
「ストリームシェーパ(stream shaper)」は、ノズルまたは導管中に延設される羽根または翼を提供する。羽根の半径方向寸法は、筒管または導管の中心軸から外側に向かって筒管または導管の壁へ半径方向に測定される寸法である。羽根の長手方向寸法は、ノズルまたは導管中で長手方向に、ノズルまたは導管の長手軸または流れの上流/下流方向に沿って測定される羽根の寸法である。
本例において用いられる「偏流器(deflector)」は、流体導管に障害を提供して、導管内を流れている流体の一部を射出口またはポートへと方向づける。
タンク「周辺」は、タンク壁と浮き屋根の「泡ダム(foam dam)」との間の、タンク浮き屋根上面の円環状領域である。泡ダムは、通常、高さが24インチまたは12インチである。「リム・シール火災(rim seal fire)」は、当該「周辺」における火災である。(全面火災は、浮き屋根の崩落(例えば、沈下や傾動など)の結果として起こり得る。)
「空気混合泡ノズル(aerated foam nozzle)」または「空気混合泡噴射ノズル(aerated foam projecting nozzle)」は、ノズル内に、近接して、かつ/またはその直前に位置する外部空気混合チャンバを通った泡濃縮物から生成された泡を射出するノズルを意味するのに用いられることとなる。
2つのノズルが「概して反対方向に」射出するとは、中央の「正反対」の方向軸に対して少なくとも±15°以内の、概して反対方向に射出することを意味するのに用いられることとなる。したがって、一基準によれば、概して反対方向に射出を行う2つのノズルの2つの射出軸の間に含まれる、射出方向にとった角度は、180°〜150°の間となることになる。
「実質的に集束された」ストリームとは、飛翔中、射出軸のまわりの20度の円錐内に少なくとも60%の泡が残存している泡の射出を意味する。
「噴射(projecting)」ノズルは、傾きが水平方向に対して0°かつ供給圧力が100psiに設定される場合、着地フットプリントが射出口から5フィート下の水平面で測定される場合、かつ膨張が3/1〜5/1である空気混合泡を放出する場合、空気混合泡の少なくとも50%を、射出口から5フィートを超えた地点に着地させることが可能であり、且つ、一部の泡を、20フィートを超えた地点に着地させることが可能であるノズルを意味する。したがって、「噴射」は、射出が水平方向に行われ、射出口から5フィート下の平面で測定される場合、膨張が3対1〜5対1となるように空気混合させた泡の少なくとも50%を、ノズル射出口から5フィートを超えた地点に着地させ、且つ、はっきりとした泡を、20フィートを超えた地点に着地させることを意味する。
「強噴射(forcefully projecting)」ノズルは、傾きが水平方向に対して0°かつ供給圧力が100psiに設定される場合、着地フットプリントが射出口から5フィート下の水平面で測定される場合、かつ膨張が3/1〜5/1である空気混合泡を放出する場合、空気混合泡の少なくとも50%を、射出口から50フィートを超えた地点に着地させることが可能であり、且つ、一部の泡を、80フィートを超えた地点に着地させることが可能であるノズルを意味する。したがって、「強噴射」は、射出が水平方向に行われ、着地フットプリントが射出口から5フィート下の水平面で測定される場合、膨張が3対1〜5対1となるように空気混合させた泡の少なくとも50%を、射出口から50フィートを超えた地点に着地させ、且つ、一部の泡を、80フィートを超えた地点に着地させることを意味する。
「実質的に集束された」ストリーム、「噴射」および「強噴射」、ならびに「空気混合泡ノズル」という概念は、本発明のノズルおよび管体システムを、従来技術の吸気泡射出デバイス(aspirated foam discharge device)から区別する際に有用である。従来技術では、従来の「泡チャンバ」または「泡注入器」からの射出は、「実質的に集束された」または「噴射」するものではない。一方、「空気混合泡ノズル」という語は、本発明のノズルを、従来技術のマスターストリームノズル(例えば、水/泡濃縮物の混合液を放出し、基本的にすべての空気混合を、関連しているノズル上流またはノズル内に存在する空気混合チャンバではなく、ノズル構造体を離れた大幅に後で生じさせるノズル)から区別する。
本ノズル設計および空気混合泡を用いた驚異的に良好な泡走行の結果を鑑み、発明者らは、発明者らに「管体ヘッド」および「管体」と称される「反対向きノズル」固定式ユニットを試験した。「2本ノズル」および「3本ノズル」固定式ユニット、「管体ヘッド」、または「管体」を、概して水平方向に、主として左および/または右に、および任意で「中心に向けて」射出を行わせながら試験した。「固定屋根」タンクの壁の既存の開口への挿入に関して、単一の中心向きノズル、および内部偏流器を備える2つの突出していない側面ポートを有する導管を試験した。当該ユニットは、既存の固定屋根タンク壁のフランジ開口への挿入に適していた。
「管体ヘッド」は、タンク外壁部の上、近接、または近くに設置された「昇水路」からの提供を受けるように適合され、「管体ヘッド」は、信頼性を向上するように、タンク壁頂上部のちょうど内側に射出を行うように固定される。「管体ヘッド」は、好ましくは、ノズルに適切に空気混合泡を供給する、近くに配置された外部空気混合チャンバを備える。空気混合チャンバは、再記になるが、典型的には「昇水路」と称される水/泡濃縮物の通路またはパイプからの供給を受ける。2つの反対向きノズルを備える固定式管体ヘッドは、好ましくは、射出物を概して左右に方向づけ、空気混合泡を実質的に水平方向にかつ概して反対方向に噴射する。固定式の別個の昇水路および継手は、特にタンク梯子および踊り場プラットフォームに近接して設けることができ、泡をタンク中心に向けてまたはそうでなければタンクまわりに噴射可能な、追加の固定式ノズル、または可搬式モニターおよびノズルを提供および支持できる。好ましくは、開放浮き屋根タンクのための「3本ノズル」固定式ユニットは、左、右、および概して中心に向けて射出を行うように設置可能である。固定屋根タンクに対して、導管に配置された2つの偏流ポートを備える単一の中心向きノズルが設置可能であり、ポートは側面ノズルとして機能する。当該ユニットは、既存の固定屋根タンクに典型的に設けられたフランジ開口を通じて挿入可能である。単一の導管ノズルおよび2つの「偏流器ポート」は、固定屋根を備えるタンクの左、右、および中心に向けて射出が可能である。
(発明者らは、アルコール等の液体の場合は、うず巻きパターンの走行を確立し、急速落下(plunge)を最小限にするように壁に対して射出物のさらなるバンク形成(bank)を行うため、場合によっては左右両方への射出ではなくすべて左またはすべて右への射出をさらに教示する。)
(好ましくは、ほとんどの実施形態において、第4のより小径の射出口が、例えば150gpm未満の比較的少量の空気混合泡を、当該ユニット真下のタンク表面に着地させて表面をカバーするように、タンク壁真下方向に射出することになる。本例において、当該第4の射出口に言及されることはあまりなく、多くの場合において、必要がないようにも見える。しかし、本射出口は、用心のため、市販用ユニットには含まれる傾向にある。)
したがって、本システムは、コストが掛かり危険な問題に対して、コスト効率が良い解決法を提供する。危機から最善の保護を得る方法を考慮すると、比較的少数で安価な部材をタンク上に戦略的かつ取り外せないように固定し、また、支援ツール(モニター、ノズル、ホース、およびポンプ)を提供することによって、最初に応答する消防士に、少なくともタンクリム・シール火災を成功裏に消火する適切な手段、ならびに、好ましくは、全面蒸気を抑制する手段および全液面タンク火災を消火する手段を提供することが最重要であるべきである。こうすることによって、第一応答者との良好な関係が確保され、大型タンクの危機に対するより良好な解決法が提供される。
開発史を要約して振り返ってみると、ウィリアムズ社の2段階「完全可搬式」攻撃は、「リム・シール火災」に対して、さらには「全液面タンク火災」に対してさえも、成功を収めていた。しかしながら、2段階「完全可搬式」攻撃に求められるように、1次的なシステムを稼働させるため、人間がタンク梯子を登ってタンク上の踊り場にホースを運搬すること、および彼らの足元でホースを引き回すことが必要になり、これによって、人員が望ましくない危険に晒されることとなった。無人のまたは略無人の固定式システムにより、はるかに望ましい人員環境が提供された。しかしながら、いかなる固定式または半固定式システムも、2段階「可搬式」システムによって得られる信頼性および柔軟性の度合いならびにコスト効率性に近づかなくてはならない。
本発明の固定式システムの信頼性、コスト効率、および柔軟性を向上させるに至った驚異的な発見は、向上した着地フットプリントを有する、空気混合泡を「噴射」する「空気混合」泡ノズルの試験でもたらされた。向上した厳密な着地フットプリントを有する空気混合泡ノズルを試験して、泡の大部分を狭いタンク「周辺」に着地させつつ、空気混合泡をはっきりと左および/または右に「放出」可能であるということが分かった。さらに、当該ノズルは、泡を主に周辺に着地させつつ、空気混合泡を、成功裏に少なくとも20フィートといったかなりの距離を放出または噴射可能であった。「放出」または噴射する勢いによって、当該システムが泡を「走行」可能にする。試験によって、泡は、ノズルの左右両方に120フィートという驚異的な距離で、非常に迅速に走行可能であることが示された。その結果、向上したフットプリントを有する空気混合泡ノズルで、少なくともリム・シール火災を消火する、適切な、コスト効率が良い、1次的な固定式手段が形成可能であった。ウィリアムズ社の従来の「可搬式システム」と比較して、従来の可搬式泡管体は、管体の真下に「展開拠点(beachhead)」を確立するためにのみ用いられ、人間は、管体位置で梯子を用いてタンク壁を登り、梯子上を上向きに延びるホースによって提供される1次的な消火システムを配置することになっていた。これに対して、本新規の固定式システムでは、可搬式モニターおよびノズルは、もし用いられた場合、2次的なものとなる。「固定式左および/または右管体」は、「リム・シール火災」に対する1次的な消火システムの鍵となる要素である。さらなる固定式中心向きノズルによって、全面火災がカバーされる。
<発見された他の教示の説明>
タンク、特に直径が100フィートや200フィートより大きいタンクの火災に対する固定式消火システムの効果的、実用的、かつ確実な設計に関する問題が長らく存在していた。現行の解決法を調査して、以下のことが分かった。
[泡チャンバ−例えば、ブロンキスト(Blomquist)の米国特許番号第3,876,010号]
浮き屋根シール火災に対して、高吸気の泡をタンク壁と浮き屋根の「泡ダム」との間に投下する、上述の「泡チャンバ」または「泡注入器」が、従来の固定式消火システムの解決法であった。これらのシステムでは、直径が200フィートより大きいタンクの「全面」火災に対する攻撃として不十分であり、直径が100フィートより大きいタンクに対しても不十分である傾向にある。典型的に、泡走行は50フィート未満であるため、このようなチャンバは多数必要になる。泡に与えられる膨張の度合いを鑑み、泡走行は、低速かつ短距離であり、gpmも限られていた。本出願人は、一般的な泡チャンバを用いた実験を行い、高吸気の泡の走行は、タンク周囲または周辺のまわり(例えば、タンク壁と浮き屋根の「泡ダム」との間の領域)で、各方向に約40〜50フィートしかないことを確認した。この40〜50フィートの走行は、速度も比較的低かった。
[サヴァル(Saval)およびノーズリー(Knowsley)]
インターネットで「サヴァル」装置に気づき、同様のノーズリー装置を見出した。これらの種類の装置は、壁リムに沿って配備された、左右に「射出」を行う2つの45°下向きノズル(および真下方向に少ない射出を行うもの)を提案している。これら2つの45°ノズルは、「はっきりと水平方向に」に射出を行うものではなく、タンクの「中心に向けて」射出を行うノズルは何も提案されていない。さらに、サヴァルのノズルは、タンク壁に対して射出物の「バンク形成(bank)」を行うと思われる。バンク形成の効果は、液体への着地衝撃を低下させること、および/または、より多くの泡を周辺に方向づけること、および/または、空気混合を高めることであり得る。しかしながら、「バンク形成」技術によって、泡を後押しする横方向力が低下し、噴射エネルギーが無駄になり、泡走行能力が低下することが、当業者に知られている。サヴァルおよびノーズリーのどちらも、新規のまたは例外的な「泡走行」能力を主張するものではない。すなわち、サヴァルおよびノーズリーの泡走行は、従来の「泡チャンバ」および/または「泡注入器」と同程度である。
[ウリベ(Uribe)の米国特許公開番号第2004/0140106号]
ウリベは、空気混合チャンバを備え、タンク壁に設置される固定式システムノズルについて教示している。空気混合の度合いに関する記述はない。ストリームシェーパの開示もない。ウリベによると、下記のニヒレータ(Nihilator)のように、右または左ではなく、中心に向けてのみ射出を行う。ウリベは、射出された泡がそのうちにタンク表面全体をカバーすることになると主張している。泡の寿命は限られており、走行も限られているということが当業者に知られているから、ウリベの記述は、ウリベのいうタンクとは本質的に直径が100フィート未満のものを意味している。
[ニヒレータ(Nihilator)]
ニヒレータはもはや市販されていないようだが、ニヒレータデバイスについて説明する。当業者であれば、ニヒレータが効果的ではなかったことが推測できるだろう。ニヒレータは、固定屋根用に設計されたと思われる中心向きノズルであり、空気混合チャンバを有する。ニヒレータは、泡をタンク中心に向けて射出し、従来の泡チャンバと組み合わせての使用が提案されている。
<主な商業用実施形態>
本発明およびそれに関連する実施形態は、いくつかの主な商業用実施形態を有する。参照を簡単にするため、主な商業用実施形態は、参照符号を与えられている。
[1次的な対象−浮き屋根はあるが固定屋根がない−大型タンク]
●「ポイント・アンド・シュート」(半固定式)システムは、以下に対して有用である。
○リム・シール部の保護および消火
○炎が上がっていない場合に全面泡被覆(例えば、屋根沈下の場合に蒸気を抑制する)
(利点)
○従来の泡チャンバが40’または80’までであるのと対照的に、各管体が、シールリム周囲の240’まで保護可能であるため、必要となる管体がより少数である。
○可搬式モニターおよびノズルによって、バックアップとしての予備および蒸気の抑制能力が提供される。
○コストが低く、設置が最小限となる。
●「アムブッシュ」(固定式)システムは、以下に対して有用である。
○全面保護、リム・シール火災、および全体に及ぶ全液面タンク火災(浮き屋根の沈下)
○タンク毎のシステム数が、タンク直径(および貯蔵されている製品)に依存する。
○システムが、浮き屋根への負荷が過剰とならないように中心ノズルの弁を閉じた状態で、リム・シール部のリム火災を消火するのに使用可能である。
(利点)
○左向き/右向き/中心向き(および、場合によってはタンク壁下方向)ストリームによって、空気混合泡を3または4方向に射出および/または噴射可能である。
○システムは、最も大型のモデルの場合、各アセンブリから1900gpmの射出が可能である。
○各管体が、シールリムの240’まで、かつ中心に向けて150’まで保護可能である。
○従来技術と比較して、管体の必要設置数が大幅に少ない。
[1次的な対象−固定屋根の大型タンク]
●「ホロー・ポイント」(固定式)システムは、以下に対して有用である。
○閉鎖屋根やタンク全体の保護
(利点)
○既存の単一6”フランジ開口から既存のタンクに簡単に設置される。
○各管体が、シールリムの240’まで、かつ中心に向けて250’まで保護可能である。
○蒸気が管体を下方に移動して空気混合口から流出するのを防ぐテフロン(Teflon)蒸気シールが組み込まれる。
○前向き、左/右向き、および下向きのストリーム合計で2700gpmの泡を噴射可能である。
○従来技術と比較して、管体の必要設置数が大幅に少ない。
再記になるが、上記実施形態の成功は、部分的には、噴射および強噴射泡ノズルの提供を容易にする、ノズル先端に取り付けられるストリームシェーパの開発、および状況に対応した適切な空気混合泡の開発に基づき得る。
<主な商業用システムおよび方法−さらなる詳細>
上記に紹介および説明した本発明は、大型工業用貯蔵タンクにおける液体タンク火災を消火する、固定式および半固定式システムおよび方法の様々な局面および実施形態に関する。本発明は、固定屋根を有するまたは有さないタンク、固定式または半固定式のシステム、ならびに主としてリム・シール火災および全液面タンク火災に対して開発されたシステムを包括する。
[半固定式システム(リム・シール火災および蒸気からの保護に対する)−ポイント・アンド・シュート、概要]
ポイント・アンド・シュート固定式管体および昇水路システムは、「リム・シール火災」からの保護および蒸気抑制に対して即座に用いることができる半固定式システムである。ポイント・アンド・シュート固定式管体および昇水路システムは、完全可搬式装置を用いたウィリアムズ社製の成功したリム・シール部消火、および後続のダスピット・ツール開発に基礎をおいている。適切な空気混合チャンバとストリームシェーパノズルとの組み合わせのさらなる開発を鑑み、タンク壁に固定された空気混合泡ノズルユニットまたは「管体」は、コスト効率が良い、1次的な「リム・シール火災」消火手段となる。消火液を可搬式モニターおよびノズルに供給する、さらなる固定式昇水路は、1次的なシステムが破損した場合の予備、および追加の全面蒸気の抑制能力を提供可能である。(固定式中心向きノズルを備えるさらなる独立の固定式昇水路が、完全固定式の全面火災からの保護能力を提供するのは勿論である。)
したがって、半固定式ポイント・アンド・シュート管体および昇水路のシステムおよび方法は、リム・シール火災に対して、より安全でより迅速な消火を提供し、さらに、部材故障のバックアップまたは蒸気抑制を提供する。最低限の固定式管体および昇水路システムは、少数の安価な部材を直接タンク上に戦略的かつ取り外せないように取り付けることのみを必要とする。向上したフットプリントを有するノズルを適切な空気混合泡と適切に組み合わせた結果、管体の左右のノズルは、220〜240フィート離して固定可能である(従来技術の泡チャンバシステムでは、40〜80フィートであるのと対照的である)。したがって、向上したフットプリントを有する本空気混合泡ノズル管体システムは、「リム・シール火災」に対する1次的な消火システムとして配置することができ、一方、可搬式モニター/ノズルの迅速な取り付けのために、タンク踊り場および梯子に近接して設置される1つ以上の昇水路は、リム・シール火災からの保護に対する、1次的なシステムが破損した場合の予備のバックアップとして、また、浮き屋根の一部または全体が沈下した場合の全面蒸気抑制を提供する能力として認識することができる。このような半固定式システムにより、人員への危険を大幅に低下させつつ、迅速にシール火災に攻撃をかけることが可能となる。
ポイント・アンド・シュートシステムと称される半固定式の基本的システムは、推奨される以下のようなレイアウトを有する。
注記:上記サイズのタンクを保護するのに必要となる、従来技術の「泡チャンバ」数は、本新規の「泡管体」がより広いカバー範囲(240’対80’または220’対80’)を有するため、本「泡管体」で必要とされる数の数倍である。
ポイント・アンド・シュート半固定式システムは、固定屋根を備えない大型タンクの「リム・シール火災」および全面蒸気の抑制に特に適用可能である。主たる利点は、コストが低いことにある。ポイント・アンド・シュートシステムは、概して反対方向にかつ概して水平方向に射出を行うように構成され、固定式「管体」にともに取り付けた一対の空気混合泡噴射ノズルによって特徴づけられる。タンク用の空気混合泡管体は、泡を、タンク「周辺」すなわち浮き屋根の「泡ダム」とタンク壁との間の空間に、各方向におよそ120フィート先に着地および走行させることが可能であると示している。下記の試験結果を参照のこと。好ましくは、タンク壁の上または近くに取り付けられる固定式泡管体昇水路に加えて、少なくとも1つの追加の少なくとも4インチの昇水路が、タンク壁に取り付けられ、タンク踊り場梯子システムと組み合わせられる。追加の昇水路は、消火液を地上近くからタンク頂上近くまで連通させるように構成され、タンク頂上に近接する先端に継手を備えて構成される。継手は、可搬式(100psiで少なくとも150gpmの)モニターおよびノズルの取り付けに適している。
[固定式ではなく浮式の屋根に対する固定式システム−全面火災を含む−アムブッシュ概要]
新しい大きな危険は、可燃性液体や炭化水素製品を貯蔵する工業用貯蔵タンクが、さらに大きな直径で製造されてきている事実から生じる。今日、直径が405’やそれ以上のタンクが製造されている。タンク壁頂上を越えて消火および危機抑制のための液体(水および泡濃縮物)を放出可能である、10,000gpm、12,000gpm、または14,000gpmのノズル等の大型可搬式消火ノズルは、典型的に、最大範囲として400〜500フィートの範囲を列挙している。大型可搬式ノズルからの消火用泡は、最高でもおよそ100’の走行を行うものとして信頼できる。(控え目に、泡は、約80フィートの走行を行うものとして確実に信頼されてもよい。)したがって、風上の箇所から壁を超えて泡を放出させることにより、直径405’のタンクにおける全面、全体に及ぶ可燃性液体タンク火災に効果的に対処する可搬式消火ノズルは、おそらくはタンク壁から100’以内に設置されなくてはならない。補給業務、ならびにタンクまわりの堀、建屋、および他の装置やパイプ配管の存在を考慮して、特に熱および人員の安全を考慮すると、直径405’のタンクにおける全体に及ぶ全液面タンク火災に100’以内に接近することを要求するいかなる方策も、非常に問題のあるものとなる。
改良へのさらなる圧力は、タンク所有者にとってタンク内製品のガロンあたりの価値が劇的に上昇している事実に起因する。大型タンクおよび大型タンク内製品の所有者は、製品およびタンクを火災から保護することを望んでいる。
これらを考慮することにより、発明者らは、1つ以上の固定式中心向きノズル、および、好ましくは左右の射出管体であるがすべて左またはすべて右の射出管体であってもよい空気混合泡管体を含む完全固定式システムの開発を動機づけられた。当該システムは、アムブッシュとして公知であり、固定屋根を備えないすべてのタンク、特に大径タンクにおける全液面タンク火災を含む、火災および蒸気による危機に対処するための第1の防御を提供する。
アムブッシュは、一形態において「固定式」ポイント・アンド・シュートシステムとして実施可能である。タンク梯子および踊り場近くに位置するように可搬式モニターおよびノズルを取り付けるための継手を備えたポイント・アンド・シュート昇水路は、マスターストリーム自己送出型ノズル等の取り外せないように固定された中心向きノズルを代わりに備えていてもよい。昇水路およびノズルは、ホロー・ポイント昇水路およびノズルのように見え、そのように機能するが、水平方向の空間の制約、及び側面ポートがなく、空気混合チャンバの必要性もない。ノズルの調整は、ノズルが、タンク表面の関係する中心部を泡でカバーするように、タンクサイズおよび他の固定式管体に対して一定または設定されてもよい。マスターストリーム消火ノズルの分野で知られているような別個の外部空気混合チャンバは必要とされない。別個の固定式昇水路およびノズルが、タンク梯子および踊り場近くに配置されることに必ずしも限定されない。非常に多数の固定式中心向き昇水路およびノズルのみが、状況に応じてタンク表面の中心部を泡で適度にカバーするように含まれる必要がある。
アムブッシュシステムは、特別調整した設計の3本ノズルユニットまたは管体を提供し、好ましくはすべてのノズルが、1つまたは2つの近接した外部空気混合チャンバを用い、1つまたは2つの関係する昇水路に接続されて稼働する。これらの3本ノズルユニットは、タンクまわりのユニットとして設置されるように設計される。
3本ノズルで固定式の空気混合泡管体システムは、1組の固定式空気混合泡ノズルを備える。各々が固定式「管体」と称される1組のノズルは、左向きおよび/または右向きおよび頂上を超えた向き(中心向き)の能力を有し、すべてにおいて着地フットプリントが向上している。好ましくは、3本ノズル管体ユニットが、タンク内壁のまわりに間隔をあけてかつ内壁に近接して設けられ、各ユニットは、好ましくは、タンク内壁部に沿って大部分が左右に射出を行う2つのノズル、および中心に向けて射出を行う第3のノズルを提供する。好ましくは「中心向き」ノズルは、左右の射出ノズルによって開放タンク表面上に形成が見込まれる、およそ80’の円環状の泡リングを少なくとも超えて射出する。(いくつかの場合においては、3本ノズル管体ユニットは、管体真下およびタンク壁内側に射出を行う第4の小さいポートまたはノズルをさらに提供する。)当該技術分野において公知なように、特定の火災、危機、または偶発事による固定式管体のいかなる故障も、タンク壁を越えて泡を放出する、地上に設置される大型可搬式ノズルによって支援可能である。
405’タンクの周囲は、およそ1,250フィートの長さになる。試験によって、本新規の固定式泡管体(アムブッシュシステム)は、各方向に少なくとも80’〜90’、好ましくは120フィート走行するように、さらにタンク中心に向けて内方に80’程度走行するように泡を方向づけ可能であることがよいと分かる。(再記になるが、さらに、少量の泡が固定式泡管体の真下に射出されてもよい。)これらのノズルによって、比較的迅速に、概して80’幅の円環状の泡リングでタンク内壁をカバー可能となった。各固定式管体に取り付けられる第3のノズルは、好ましくは専用の空気混合チャンバで、タンク中心に向けて、かつ少なくとも確立されている80’の円環状の泡リングの内側に向けて泡を噴射する。好ましくは、大型タンクに対して、第3のノズルは、タンク壁の半径方向内方におよそ90〜120フィートをフットプリント中心点とする、泡のフットプリントを着地させる。着地フットプリントの長さは、好ましくは、着地中心点から射出噴射線に沿って前後に少なくとも20〜30フィート延びているのがよい。着地フットプリントは、好ましくは、射出噴射線から横に少なくとも15〜20フィート広がっているのがよい。このような泡射出は、直径405’のタンクの中心に向けかつ中心を越えて泡を走行させることが可能であることが示されている。中心に噴射される泡と、周辺に噴射される泡とを合わせると、泡の総gpmは、タンク表面が、適度に深く且つ持続する泡被覆によってカバーされるように選択されるのがよい。すなわち、管体およびノズルのgpmは、タンク表面に所望のおよび/または要求される散布率密度(application rate density)を考慮するのがよい。
固定式3本ノズル開放システムおよび方法は、タンク液体表面の、タンク壁に隣接する部分に泡被覆が集まるという利点を有する。タンク壁に隣接する部分は、タンク壁そのものが大きな熱を保持し得るため、重要な部分である。タンク壁は、典型的に、最も冷却を必要とする。例えば、直径405フィートのタンクに対して、7つまたは8つの大型3本ノズル固定式泡管体が用いられてもよく、各大型3本ノズル泡管体は、ノズル群から合計でおよそ2,000gpmの水/泡濃縮物を射出する。好適な一実施形態において、左および右に射出を行うノズルが、およそ700gpmずつの射出を行ってもよい。中心に向けて方向づけられたノズルは、中心に向けておよそ500〜900gpmの噴射を行ってもよい。固定式管体の真下に射出を行う小さいポートは、およそ100gpmの下向き射出を行ってもよい。
再記になるが、1つ以上の固定式泡3本ノズル管体が火災または爆発によって故障するような場合、大型可搬式消火ノズルを地上に設置して、固定式システムの故障していない部分を支援するのに用いることができる。
3本ノズル固定式空気混合泡管体システムにおいて、ノズルの射出口は、好ましくは、羽根またはストリームシェーパを含み、ノズルから出る空気混合泡射出物中の乱れを最小限にする。乱れが最小限にされることによって、泡の範囲および走行が向上し、着地フットプリントが厳密になる。
3本ノズル固定式空気混合泡管体の好適な一実施形態において、2つの空気混合チャンバが備えられる。空気混合チャンバは、典型的に、一連の吸気ポートに近接するパイプ配管内部に挿入される筒状噴出口からなり、チャンバは、ノズル射出の上流に近接して設置される。公知の手法で、噴出口は、低圧ゾーンを形成して、ポートを通じて空気を吸い込み、水/泡濃縮物と空気とを混合して、射出する空気混合泡を生成する。空気混合チャンバと射出ノズルとの間の導管に組み込まれた屈曲部で、泡の空気混合を促進してもよい。しかしながら、泡の放出および走行を向上させるために、空気混合チャンバと中心噴射ノズルとの間に屈曲部を形成せず、泡の空気混合を最小限にしてもよい。当該ノズルからの射出は、より長い飛翔時間を有し、その中でさらなる空気混合を行う。これら2つの空気混合チャンバによって、ノズル目的により近づけるように空気混合の特別調整が可能となる。
3本ノズルシステムは、本来、405フィートの直径を有する工業タンクにおける火災のような、非常に大型で、全体に及ぶ、全液面タンク火災(固定屋根なし)の問題に対処するように設計されたものであるが、当該固定式3本ノズル空気混合泡管体システムは、すべての直径サイズのタンクで、全体に及ぶ火災、リム・シール火災、または単なる蒸気の抑制の要求のいずれの場合にでも適用可能であることがすぐに分かった。大型固定式管体は、浮き部材が部分的に残っており、浮き部材上でシール火災または蒸気抑制要求のみがある場合であっても有用である。リム・シール火災の場合、中心に向けた泡射出を行わないように、弁を設けることができる。
[固定屋根固定式ノズルシステム−ホロー・ポイントの概要]
固定屋根固定式ノズル管体システムは、全面保護の目的で閉鎖屋根タンクに設置される場合に泡チャンバが直面する問題への直接的な応答として設計されている。本固定屋根固定式ノズルシステムの1つの管体は、タンク中心に向けて泡を直接噴射し、近辺のタンク内壁を保護するために左右にも噴射する。管体ユニットは、好ましくは、テフロン蒸気シール部を組み込んで、タンク蒸気がタンクから管体システムの供給パイプ配管中の空気混合口を介して逃げることを防止する。
タンク周囲から表面へ泡を単に注入し、タンク壁近くに蓄積された泡からの静水頭を介した重力のみを推進手段として液体表面にわたって泡を走行させなくてはならない泡チャンバと対照的に、固定屋根の本空気混合泡管体射出ヘッドは、泡をタンク内に高速で噴射し、泡をタンク中心に向けて押し出す。同一の管体から、内部左/右射出ポートからの泡が、タンク壁に近い領域を保護するために噴射される。
泡が、中心に蓄積されるにつれて、タンク壁へ向けて外側に逆流しはじめるようになる。タンク壁の泡は、合流してタンク中心に向けて流動し、これら2か所間の隙間を埋める。
各固定屋根管体射出ヘッドは、好ましくは、1000gpmの流量となるように設計され、600gpmの泡がタンク中心に向けて噴射される中心ストリームにより運ばれ、200gpmの泡がタンク壁に対して左右に噴射される。流量は、空気混合口のすぐ上流にある内部噴出口によって規制可能である。内部噴出口によってもたらされるベンチュリ効果によって、空気が空気混合口でストリームに導入される。これにより、管体を離れる前に泡に空気混合させ、空気混合泡を液体表面に着地させることとなる。外部空気混合チャンバは、好ましくは、小さい泡沫を維持するために、他のデバイスと比較して比較的低膨張の泡を生成することが意図されている。この泡は、液体表面上を迅速かつ効果的に走行するのに最も適しており、タンクの迅速なカバーおよび消火を提供する。固定屋根管体システムの主な目的の1つに、閉鎖屋根貯蔵タンクを保護する現行の方法を改善させることがある。固定屋根管体システムは、泡を注入するのではなく噴射することによって、及び、注意深く考案された射出端サイズと、効率的な外部空気混合部、好ましい流量、ストリームシェーパ、およびストリーム整流器が組み合わされた設計とによって上記目的を達成する。
固定屋根管体システムの推奨されるレイアウトの1つは、例えば、以下のようなものである。
注記:上記計算に用いられる散布密度は、.12gpm/ft2から.14gpm/ft2への増加スケール(escalating scale)に基づいている。これらの数字は、大型全面貯蔵タンク火災の消火に関するウィリアムズ社の経験に基づいている。
[特別な方法−アルコール]
アルコール等の液体および極性溶剤は、泡沫から水分を引き付けることが知られている。したがって、泡は、アルコール等の流体上に「軽く」着地し、液体表面よりも下に泡が沈み込むいかなる場合でもその深さを最小限にすることが好ましい。発明者らは、火災の際にアルコール等の液体上に着地する泡を走行させるのに、うず巻きパターンが好ましいであろうことを教示している。したがって、発明者らは、アルコール等の液体または極性溶剤のタンクに対して、泡を液体上に着地させる前にタンク内壁に対して射出泡のバンク形成を行い、タンク内の泡のうず巻きパターン走行を促進するために、複数ノズルから泡の大部分をすべて左またはすべて右に射出する方法を教示している。
[空気混合泡]
本固定式システムに対して必須の空気混合泡を生成する好適な泡は、ノズルのすぐ上流に位置する外部空気混合チャンバを用いて得られる。ノズル射出口隙間のすぐ下流に空気混合チャンバを形成することが当該技術分野において公知である。この意味で、ノズルという語は、射出のための最大ヘッド圧を回復するように、隙間を含む筒管の部分または口が最も狭くなる加締部を意味するのに用いられる。このようなノズル射出口の隙間によって空気混合チャンバ中へ射出をおこなうことができ、空気混合チャンバで空気混合泡が生成されて大気中に射出される。コラチ(Kolacz)への米国特許第5,848,752号、特に図3では、この種の泡空気混合ノズルが記載されている。また、シュタインガス(Steingass)への米国特許第4,944,460号でも、この種の空気混合泡ノズルが記載されている。すべての条件を同じとした場合、ノズル隙間上流の別個の空気混合チャンバが好ましい。しかしながら、当業者であれば、これらが作成空気混合泡を生成する唯一の方法ではないことが分かるであろう。
<主な商業用実施形態の概要>
ポイント・アンド・シュートシステムは、好ましくはタンク周囲のまわりに100’〜240’毎に、固定式システムとして1本または2本ノズル空気混合泡管体システムを設置することを最低でも含み、これは、タンクの「リム・シール火災」を消火するのに十分であろう。
上記1本または2本ノズルシステムとともに、可搬式モニターおよびノズルを着脱可能に取り付けるために、少なくとも1つの固定式昇水路を踊り場に近接して設置することが良い理由として、いくつかの固定式システムユニットが爆発によって破損した場合の泡による保護の予備およびバックアップを提供すること、ならびにタンク浮き屋根が沈下した場合の「蒸気抑制」のための全面泡による「被覆」を提供することが挙げられる。このような固定式モニター用昇水路は、タンク底部に消防隊接続部(fire department connection)と、頂上にモニター迅速脱着継手を有するであろう。この場合、必要に応じて、消防士は、軽量アルミ製モニターおよびノズルをタンク頂上へ運搬し、モニターを昇水路パイプ上に迅速脱着継手を用いて設置(設置はおよそ2分間)してもよい。この見晴らしのきく地点から、消防士は、必要な領域に泡を直接散布できるようになる。これによって、消防士が入手可能な資源の効率が最大にされる。可搬式システムを実施するためにタンク側部の梯子上に火災ホースを上向きに延ばすことから生じる危険および危機が回避される。ウィリアムズ社は、固定式モニター用昇水路パイプを、タンクの踊り場に近い箇所に設置することを推奨している。固定式モニター用昇水路パイプは、屋根の「曲がり」("cocked" roof)によって露出してしまったいかなる領域に対しても、または爆発によって泡管体ヘッドが支障をきたした場合にも、必要に応じて泡を散布するのに用いることができる。この基本的な半固定式システムは、操作および維持が簡単であることが判明しているシステムを提供しながら、固定屋根を備えないタンクを、少なくともリム・シール火災および屋根沈下から保護するための初期資本投資を最小限にする。当該装置によって、消防士が迅速にタンクに行き来するのに邪魔な、タンクの梯子上を上向きに複数のホースを引き摺る必要性がなくなる。
再記になるが、アムブッシュシステムは、大型タンクにおけるものを含む全液面タンク火災および/またはリム・シール火災、好ましくは固定屋根を備えないタンクに特に適用可能な固定式システムである。アムブッシュシステムは、好ましくは、3本ノズル空気混合泡管体を備え、そのうちの2つのノズルが、概して反対方向に射出を行い、概して水平方向に射出を行うようにタンクに対して方向づけられることが可能である。第3のノズルは、最初の2つのノズルによって定義される射出軸に対して概して垂直な方向に噴射を行う。タンクに対して方向づけられると、第3のノズルは、適切な傾き角で概してタンク中心に向けて噴射を行う。第3のノズルは、好ましくは、少なくとも100フィート遠くに空気混合泡を着地させるように構成される。すべての3本ノズルは、空気混合泡を、はっきりと一方向に噴射する。
ホロー・ポイントシステムは、固定屋根を備える大型タンクにおける危機および火災に特に適用可能な固定式システムであり、好ましくは、既存のタンク壁上方開口内に当該開口を通じて設置可能である。ホロー・ポイントシステムは、ノズル先端で終端する導管であって、関係する主に内部の「偏流器(deflector)」とともに2つの側面射出ポートを有する導管によって特徴づけられる。ポート、導管、およびノズルが、既存のタンク壁開口を通るように構成され、ポートが概して反対方向かつ概して水平方向に射出を行い、ノズル先端が概して中心に向けて射出を行うように方向づけられる。ノズルおよびポートは両方とも、好ましくは、実質的に集束されたストリームを射出する。
上記各システムの噴射能力および泡走行能力が向上したことにより、従来の固定式システムよりも、タンクあたり大幅に少ないユニットでの設置および動作が実現される。本新規のシステムは、大幅に大型化されたタンクを、より少ない固定式装置で、より短時間で保護できる。ノズル先端に設置されるストリームシェーパは、ノズル噴射能力の向上および適切な空気混合泡の開発に寄与し、集束されたストリームを形成し、泡走行を最適化する。
[試験]
上記のように、貯蔵タンクを保護するための現行の受け入れられている固定式システムは、「泡チャンバ」(「泡注入器」とも称される)を含む。固定式泡チャンバには、制限があり、主たる制限は、泡をシール部領域へ散布する方法にある。(1)泡チャンバにより生じる空気混合の度合い、および/または(2)泡沫の知覚されるきめ細かさ、および/または(3)射出による放射フットプリントのため、チャンバは、大いに膨張した泡を、タンクのシール部上にただ緩やかに「注入」するように構成される。泡チャンバは注入を行うが、放出または噴射は行わない。泡チャンバは、泡を泡チャンバの左右に押し出すのに、重力および泡蓄積によって形成されたヘッドに依存している。本システムは、シールリム周辺領域において、泡チャンバの左右に泡が「走行」可能な距離を厳しく制限する。システムは、浮き屋根の「泡ダム」が12”であるか、または24”であるかに応じて、40または80フィート毎に円周のまわりに間隔をあけて多数の泡チャンバを有することをタンクに要求する。現在、直径が300フィートより大きいタンクが数多くある。直径が400フィートより大きいタンクもいくつかある。12”の泡ダムを備えた直径が400フィートのタンクであれば、周辺を保護するのに約23個の従来の泡チャンバが必要とされるであろう。本発明は、同一の周辺を保護するのに約6つのユニットのみを必要とする。
現行で受け入れられている固定式システムと対照的に、ウィリアムズ社は、効果があることが判明している効果的な泡を、左右両方向に、従来の泡チャンバよりも驚異的に遠くに、何倍も遠くに射出する、向上した空気混合泡ノズルシステムを開発した。以下に、本システムが、効果的に火災を消火する泡で、より大きな領域をより短時間でカバーすることを試験によって示す。さらに、リムに設置されたノズルが、直径400フィートのタンクの中心に泡を走行させることが可能であることが示されている。
2010年12月、「概念実証」試験が、ウィリアムズ・ファイア・アンド・ハザード・コントロール社の試験施設で行われた。試験の目的は、タンク壁と浮き屋根の「泡ダム」との間にある、シミュレーションのタンク「リム・シール部周辺領域」への流入を生じさせる2つの泡散布デバイスを、観察により比較および対比することにあった。
試験の目的は、従来の「泡チャンバ」と比較して、新規のウィリアムズ社製噴射泡管体の相対的な泡の流動性能が、見込んだ利益を提供可能であるか否かを判断することにあった。両方のデバイスからの泡が、タンク壁と浮き屋根泡ダムとの間にある、シミュレーションの浮き屋根の「周辺」へ射出された。各デバイスで、泡は、シミュレーションの壁/泡ダム「周辺」を通過して、貯蔵タンク浮き屋根の「リム・シール火災」のシミュレーションである液体炭化水素パン(pan)火災に到達して火災を消火した。運ばれた泡の品質、泡膨張比、および排水時間とともに、流量および距離を性能要素として記録した。
試験された概念は、高流量の泡噴射管体を通って散布された泡が、シール部領域の距離をより迅速にカバーし、周辺に沿った浮き屋根シール部のより大きな部分を保護するかどうかという点にあった。
観察試験によって本概念が確認された。泡噴射管体からの泡は、3倍の距離(120フィート対20フィート)を、25%短い時間(チャンバから74秒対101秒)で移動した。両方において、パン火災が最終的に成功裏に消火された。新規の泡管体は、従来の泡チャンバよりも迅速に、目標領域へ泡を散布させた。さらに、新規の泡管体は、gpm/平方フィート散布率が、泡チャンバよりも50%大きかった(米国gpm/平方フィートが0.6対0.4)。シミュレーションの周辺サイズは、幅24インチで深さ24インチであった。
試験および結果を総括するために、新規の空気混合泡ノズルを、泡ダムを備えるモックシール部領域(mock seal area)に設置し、従来の泡チャンバと並べて流動させた。全米防火協会(NFPA)は、従来の泡チャンバがカバーできる最大距離は、24”の泡ダムに対して左右に40’ずつの合計で80’であることを認めている。従来の泡チャンバは、この距離を1分40秒でカバーできた。新規の空気混合泡ノズルは、3倍の大きさの領域を大幅に短い時間でカバーできた。空気混合泡ノズルは、240’の領域(左右に120’ずつ)を1分14秒でカバーできた。左右に噴射を行う新規の高流量の管体を通じて散布された泡であれば、泡ダムシール部領域をより迅速にカバーし、デバイスあたりの移動がより大きくなり、周辺に沿って浮き屋根シール部のより大きな部分を保護するであろうことが示された。
上述の固定式ホロー・ポイント管体のさらなる試験によって、概して80’×170’ポンドの水(13,600平方フィート)であれば、ホロー・ポイント管体の泡でおよそ1分25秒でカバーできるであろうことが示された。ノズルから最も遠いタンクの隅は、145’離れていた。最も遠い隅も、十分に泡でカバーできた。当該泡の速度、走行、および影響力は驚異的であった。
また、上述のアムブッシュ管体の中心ノズルの試験によって、中心ノズル着地フットプリント中心点が約130’で、先端範囲がおよそ150’の着地フットプリントを得るための容量も示された。
2011年8月に、完全アムブッシュシステムの直径277フィートの空タンクに対する試験が行われた。6つの3本ノズル管体ユニットを、タンク周辺のまわりに間隔をあけて設けた。デバイスあたりの総流量は、1500gpmであり、システム全体の流量は、9,000gpmであった。中心向きノズルの測定されたフットプリントサイズは、長さがおよそ60フィートであり、幅が20フィートであり、中心点範囲がノズルからおよそ90’離れていた。タンク床の全表面が泡でカバーされたことが観察された。写真では、試験者が泡の中をタンク中央へ向かって、膝まで浸かりながら進んでいる状態が写っている。
本発明は、消火用泡を実質的に集束されたストリームとして噴射するノズルであって、特に、固定式または半固定式システムとともに用いられるノズルを含む。本発明は、好ましくは、少なくとも100gpm(100psi)の空気混合泡を噴射するように構成されたノズルを含み、ノズルは、長手軸を定義する先端部を有し、ある好適な実施形態においてソリッドボア射出口(solid bore discharge orifice)で終端している。先端部は、ストリームシェーパを有する。ストリームシェーパは、当該先端部における長手方向寸法が当該先端部における半径方向寸法よりも大きく、ノズル先端のソリッドボア射出口と実質的に面一で終端した少なくとも4つの羽根を備えることができる。
さらに、本発明は、消火用泡を実質的に集束されたストリームとして噴射するノズルを含み、ノズルは、少なくとも100gpm(100psi)の空気混合泡を噴射するように構成され、ノズルは、長手軸を定義する先端部を有し、必ずしもソリッドボアではない射出口で終端している。当該先端部は、好ましくは、4つより多い羽根を有するストリームシェーパを有し、羽根は、当該先端部における長手方向寸法が当該先端部における半径方向寸法の2倍よりも大きく、ノズル先端の射出口と実質的に面一で終端している。
好ましくは、集束されたストリームの空気混合泡噴射ノズルが、外部空気混合チャンバの下流に、流体連通し、且つ、近接して取り付けられている。好ましくは、外部空気混合チャンバは、ノズルと組み合わせられて、膨張が2対1〜8対1、より好ましくは、膨張が3対1〜5対1の泡を噴射するように構成されている。
好ましくは、少なくとも1つの空気混合泡噴射ノズルが、直径が少なくとも100フィートの工業タンク壁の頂上に近接して取り付けられ、直径が少なくとも100フィートの工業タンク壁に、またはその近くに取り付けられた昇水路と流体連通して配置されている。
本発明は、好ましくは、実質的に集束されたストリームとして、かつ、概して水平方向に、内側のタンク壁面まわりに泡を噴射する少なくとも1つの空気混合泡噴射ノズルを有する管体(wand)を含む。本発明は、少なくとも1つの空気混合泡噴射ノズルの上流に近接し且つ流体連通して配置された第1の外部空気混合チャンバを含むことができ、空気混合泡噴射ノズルは、少なくとも4つの羽根および先端部を有し、羽根は、長手方向寸法が半径方向寸法よりも大きく、ノズル先端の射出口と実質的に面一で終端している。空気混合チャンバは、好ましくは、膨張が2対1〜8対1の、少なくとも100gpm(100psi)の空気混合泡を噴射するように、ノズルとともに構成される。ノズルおよびチャンバは、好ましくは、水および泡濃縮物を連通させる昇水路に取り付けられ、ノズルが、概して水平方向に、タンク壁頂上内面まわりに泡を噴射するように、少なくとも1つのノズルおよび昇水路は、好ましくは、組み合わせられて、直径が少なくとも100フィートのタンク壁に取り付けられるように構成される。
本発明は、実質的に集束されたストリームとして、かつ、概して水平方向に、内側のタンク壁面まわりに泡を噴射する少なくとも1つの空気混合泡噴射ノズルと、少なくとも1つの空気混合泡噴射ノズルの上流に近接し且つ流体連通して配置された第1の外部空気混合チャンバとを有する管体を含むことができ、ノズルは、実質的に集束されたストリームとして空気混合泡を噴射するように構成される。チャンバは、好ましくは、膨張が少なくとも2対1〜8対1の、少なくとも100gpmの空気混合泡を噴射するように、ノズルとともに構成される。ノズルおよびチャンバは、好ましくは、水および泡濃縮物を連通させる昇水路に取り付けられ、ノズルが、概して水平方向に、タンク壁頂上内面まわりに泡を噴射するように、少なくとも1つのノズルおよび昇水路は、好ましくは、組み合わせられて、直径が少なくとも100フィートのタンクのタンク壁に取り付けられるように構成される。
好ましくは、本発明は、2つの空気混合泡噴射ノズルを含み、2つのノズルは、組み合わせられて、概して反対方向に噴射を行うように構成される。好ましくは、空気混合チャンバおよびノズルは、膨張が3対1〜5対1の空気混合泡を噴射するようにともに構成される。
好ましくは、管体システムは、地上箇所近くから、高さが少なくとも45フィートの工業タンク壁頂上部近くに配置された管体ヘッドまで延びるように構成された少なくとも2インチの昇水路を備え、システムでは、このような管体が、タンク壁まわりに少なくとも150フィート毎に、少なくとも200フィート毎に、少なくとも220フィート毎に、または少なくとも240フィート毎に複数取り付けられる。
好ましくは、管体システムとともに、可搬式モニターおよびノズルを取り付けるための継手または取り付けられた固定式ノズルを有する、タンク壁に近接して配置された少なくとも4インチの昇水路を含む。可搬式モニターおよびノズル、および/または固定式ノズルは、空気混合泡をタンク中心に向けて射出する中心向きノズルを提供できる。
本発明は、好ましくは、空気混合泡の実質的に集束されたストリームを噴射する方法を含み、方法は、消火ノズルの上流に、流体連通し、且つ、近接して取り付けられた外部空気混合チャンバに、水および泡濃縮物を供給することを含む。本発明は、膨張が2対1〜8対1の空気混合泡を、ノズルから、実質的に集束されたストリームとして噴射することを含むことができ、ノズルは、少なくとも4つの羽根を備えた先端を有し、羽根は、長手方向寸法が半径方向寸法よりも大きく、ノズル先端のソリッドボア射出口と実質的に面一で終端している。
さらに、本発明は、好ましくは、空気混合された消火用泡の実質的に集束されたストリームを噴射する方法を含み、方法は、消火ノズルの上流に、流体連通し、且つ、近接して取り付けられた外部空気混合チャンバに、水および泡濃縮物を供給することと、膨張が2対1〜8対1の空気混合泡を、ノズルから、実質的に集束されたストリームとして噴射することとを含む。ノズルは、好ましくは、4つより多い羽根を備えた先端を有し、羽根は、長手方向寸法が半径方向寸法の2倍よりも大きく、必ずしもソリッドボアではないノズル先端の射出口と実質的に面一で終端している。
方法は、好ましくは、膨張が3対1〜5対1の泡を噴射することを含み、直径が少なくとも100フィートの工業タンク内に、タンク壁頂上部に近接する位置から泡を噴射することを含み、ノズルは、タンク壁に近接する昇水路に取り付けられる。
本発明は、固定式管体をタンク壁まわりに提供してタンク内壁部に対して泡を噴射し、かつ、昇水路および1つ以上の中心向きノズルを提供してタンク中心に向けて泡を噴射する方法を含むことができる。
以下の好適な実施形態の詳細な説明を以下の図面と併せて検討することにより、本発明がよりよく理解されよう。
図1Aは、消火用泡を実質的に集束されたストリームとして噴射するノズル、および空気混合チャンバを備えた、3つの「管体ヘッド」の実施形態を示す。
図1Bは、対比のために、従来技術の泡チャンバを示す。
図1Cは、射出口がアニュラー射出口(ストリームシェーパは示されていない)である、消火ノズルの別の実施形態を示す。
図2は、消火用泡を概して反対方向に噴射する2つのノズルを有する、3インチの泡管体ヘッドの一実施形態を、関係する昇水路部とともに示す。
図3は、昇水路に取り付けられた管体ヘッドを備える管体のさらなる実施形態を示し、管体ヘッドおよび昇水路がタンク壁に取り付けられた状態を示す。
図4は、図3の管体ヘッドを断面図で示す。
図5は、消火用泡を噴射する中心向きノズルを備える管体ヘッドのさらなる実施形態を、昇水路部および外部空気混合チャンバを含んだ断面図で示す。
図6は、タンク壁部に取り付けられ、固定屋根を備える既存のタンクに追加導入される、図5の実施形態を示す。
図7A〜図7Fは、図2の実施形態の図であり、泡管体の全体的な概観を、泡管体システムの様々な部分の詳細な図とともに示す。
図8A〜図8Mは、図2および図7に示すような管体ヘッドの図であり、ノズル部分、ストリームシェーパ、および外部空気混合チャンバを含む様々な部分を明らかにして示す。
図9は、工業タンク壁に近接して取り付けられ、ノズル、またはノズルおよびモニターに用いられるのに適した自立型昇水路(free standing riser)の各部分を示す。本実施形態において、昇水路は、頂上の昇水路頂上部、昇水路延長パイプ、および昇水路流入パイプに分割される。
図10は、昇水路下端のための昇水路フットレストを示す。
図11A〜図11Gは、図9および図10のモニター用昇水路の実施形態を説明する図を示す。
図12は、可搬式モニターおよびノズルの取り付けのための自立型昇水路の一実施形態であり、可搬式モニターおよびノズルが取り付けられた状態を示す。
図13Aおよび図13Bは、管体、ならびに可搬式モニターおよびノズルが取り付けられた自立型昇水路を含むポイント・アンド・シュートシステムの図である。
図14および図15は、図13Aおよび図13Bのポイント・アンド・シュートシステムの側面図および内側からの図であり、概して反対方向に射出を行う一対の空気混合泡ノズルを備える管体、ならびに可搬式モニターおよびノズルが取り付けられた独立の昇水路を含む図である。
図16は、リム・シールおよび蒸気からの保護のための、300フィートの貯蔵タンクに対するポイント・アンド・シュートシステムの設計配置を示す。泡管体の配置が示され、可搬式モニターおよびノズルを設置する踊り場に1つの昇水路が示されている。
図17、図18、および図19は、ポイント・アンド・シュートシステムの配置に関する。図17は、タンク踊り場へと続く、典型的なタンクのまわりの梯子を示す。図18および図19は、浮き屋根上の泡ダムが24インチの場合または浮き屋根上の泡ダムが24インチ未満の場合の、完全被覆によるシール部の保護に必要な泡管体の配置数の推定を提示する。
図面は主として説明のために与えられる。本発明の特定の局面を伝えるために、構造が単純化されたり詳細が省かれたりしている場合があることが理解されるだろう。明確化のために縮尺が犠牲になっている場合もある。
図1Aは、消火用泡を実質的に集束されたストリームとして噴射する1つ以上のノズル(nozzle)NZを備えた、管体ヘッド(wand head)WHの3つの実施形態を示す。各ノズルNZは、長手軸を定義する先端部(tip portion)TPを有する。図1Aの実施形態は、すべて、ソリッドボア射出口で終端している。各ノズルNZの先端部TPは、羽根(fin)FNを含むストリームシェーパ(stream shaper)SSを有する。
当該産業界ではよく知られていることであるが、各ノズルは、射出範囲を向上させるために、ヘッド圧を回復する加締領域(swedge-down area)SWを含む。
これらの好適な実施形態のノズルは、ソリッドボア射出口(solid bore discharge orifice)DOを利用している。しかしながら、アニュラーボア射出ノズル(annular bore discharge nozzle)を用いて概して同等のノズルを構築することも考えられる。アニュラーボア射出ノズルは、その原理が図1Cに示されている。アニュラーボア射出ノズルは、液体流導管内に設置された偏流器すなわちバッフルヘッド(bafflehead)BHによって形成される。偏流器すなわちバッフルヘッドによって、射出に向けたヘッド圧を回復する加締効果(swedge-down effect)、およびノズル「隙間」が生じる。
図1Aに示す3つの管体ヘッドの実施形態では、導管(conduit)CDに典型的に接続され、続いて上流の外部空気混合チャンバ(ambient air aeration chamber)AAACに接続された1つ以上のノズルNZが示されている。支持プレート(support plate)SPは、泡噴射ノズルを工業タンク壁の頂上部へ所望の高さで取り付けることを補助する1つの手段として示される。
さらに、図1Aは、1つ以上のノズルを備えた管体ヘッドWHの、昇水路部RSへの接続を簡潔に示す。昇水路(riser)RSは、水および泡濃縮物を、タンク壁に沿って上向きに管体ヘッドおよびノズルまで運ぶのに用いられる、単なるパイプまたは通路等である。
図1Bは、典型的な「注入」泡チャンバ射出口(“pouring” foaming chamber discharge orifice)FCDOを備えた従来技術の泡チャンバ(foaming chamber)FCである。
上記のように、図1Cは、偏流器バッフルヘッド(baffle head)BHによって形成される、ソリッドボア射出口ではなくアニュラー射出口を有する噴射ノズルを備えた管体ヘッドを示す。
図2は、一対のノズルNZの組み合わせを含む3インチの管体ヘッドWHをさらに詳細に示す。各ノズルは、先端部(tip portion)TPを備え、各先端は、ストリームシェーパSSを有する。一対のノズルは、導管CDによって外部空気混合チャンバAAACに接続される。また、管体ヘッド下部に接続可能な昇水路パイプRS(2つの部分)が図示されている。昇水路パイプ上部に接続して水および泡濃縮物ホースまたはパイプ配管への接続を提供可能な流入パイプ(inlet pipe)RSLが図示されている。
図3および図4は、本発明の3本の空気混合泡噴射ノズルを管体ヘッドWHに組み込んださらなる実施形態の全体図および破断図を示す。各ノズルNZは、先端TPおよびストリームシェーパSSを有する。ノズルの上流には、第1および第2の外部空気混合チャンバAAACが備えられる。図4に示すように、支持プレートSPは、ノズルNZをタンク壁(tank wall)TWの頂上へ所望の箇所に取り付けることを補助する。図4に、管体ヘッド下の昇水路RSの部分断面図を示し、図3に、タンク壁TWに対して昇水路RSを取り付けるまたは安定化させるのに有用な、ブラケット(bracket)BRを含む。図3には、ウィンドガーダー(wind girder)WGも示されている。
図5は、先端部TPにストリームシェーパSSを備えたノズルNZの別形態の破断図を示す。ノズルNZと筒状噴出口(tubular jet)TJを有する外部空気混合チャンバAAACとを接続する導管CDが示されている。昇水路RSの一部は、図5にも示される。
図6は、昇水路RSがブラケットBRを用いてタンク壁TWに取り付けられた状態の図5の実施形態を示す。ノズルNZは、タンク壁TWの開口(opening)TWOを通じて挿入される。タンクは、タンク固定屋根(tank fixed roof)TFRを備えて示される。
図7A〜図7Fは、泡管体の一実施形態の全体的な概観を示す図である。管体支持プレートSP上に配置された管体ヘッドWHが示されている。泡管体昇水路RSは、管体ヘッド部に取り付けられた状態で示されている。泡管体を設置するためのクランプまたはブラケットBRが、昇水路RSをタンク壁TWの壁面に設置した状態で示されている。泡管体昇水路パイプおよび管体ヘッドのアセンブリ、ならびに泡管体支持プレートを、図7Fに示す。
図8は、泡管体ヘッドWHをさらに詳細に示し、特に、泡管体ヘッドWHのノズルの先端部TP内に嵌合された羽根FNを含むストリームシェーパSSの一実施形態を示す。図8Bは、筒状噴出口TJのすぐ下流で外部空気混合チャンバ内に設置されたクロスワイヤスクリーンCWを示す。流れの当該箇所で噴出ストリームを分割する1/8インチのクロスワイヤが示されている。
以上の図は、消火用泡を実質的に集束されたストリームとして噴射する空気混合泡噴射ノズル、特に、100psiで少なくとも100gpmの空気混合泡を噴射するように構成されたノズルの様々な実施形態を説明している。上記から分かるように、ノズルは、長手軸を定義する先端部を有し、好ましくは、ソリッドボア射出口で終端している。しかしながら、アニュラー射出口であってもよい。ノズルの先端部には、ストリームシェーパが組み込まれ、しばしば加締部が含まれる。ストリームシェーパは、当該先端部における長手方向寸法が当該先端部における半径方向寸法より大きい少なくとも4つの羽根を有する。好適な実施形態において、羽根は、ノズル先端の射出口と実質的に面一で終端していることが分かる。図8Eは、好ましくは、4つより多い羽根が用いられ、好ましくは、羽根は、長手方向寸法(longitudinal dimension)LDが半径方向寸法(radial dimension)RDの2倍よりも大きい(図8E、図8H、および図8Iを参照)ことを示す。また、好ましくは、ノズルは、100psiで100gpm〜900gpmを流すように構成される。
これらの図でさらに説明されるように、空気混合された消火用泡を実質的に集束されたストリームとして噴射するノズルは、外部空気混合チャンバAAACの下流に、流体連通し、且つ、近接して取り付けられる。外部空気混合チャンバは、好ましくは、筒状噴出口構造TJを備え、好ましくは、筒状噴出口構造TJのすぐ下流で流れをさらに分割するクロスヘアーCWすなわちクロスヘアースクリーンを備える(図8Bを参照)。
好ましくは、ノズルおよび外部空気混合チャンバは、組み合わせられて、膨張が2対1〜8対1の泡を噴射するように構成される。より好ましくは、ノズルおよび空気混合チャンバは、組み合わせられて、膨張が3対1〜5対1の泡を噴射するように構成される。
図3および図7Fに示すように、消火用泡を実質的に集束されたストリームとして噴射するノズルは、直径が少なくとも100フィートの工業タンク壁の頂上部に近接して取り付けられるように特に適合される。昇水路RSは、好ましくは、空気混合された消火用泡を実質的に集束されたストリームとして噴射するノズルを、工業タンク壁の頂上部に近接して設置し、ノズルおよび空気混合チャンバに消火用の水および泡濃縮物の供給源を提供する。
稼働中、空気混合された消火用泡の実質的に集束されたストリームを以下のようにして噴射する。すなわち、空気混合泡噴射消火ノズルの上流に近接し且つ流体連通して取り付けられた外部空気混合チャンバに、水および泡濃縮物を供給し、次いで、ノズルから、膨張が2対1〜8対1の空気混合泡を実質的に集束されたストリームとして噴射する。ノズルは、先端に少なくとも4つの羽根を有し、羽根は、長手方向寸法が半径方向寸法よりも大きく、ノズル先端のソリッドボア射出口DOと実質的に面一で終端している(図8Aを参照)。
また、稼働中、空気混合された消火用泡の実質的に集束されたストリームを以下のようにして噴射することができる。すなわち、空気混合泡を噴射する泡消火ノズルの上流に近接し且つ流体連通して取り付けられた外部空気混合チャンバに、水および泡濃縮物を供給する。この方法は、ノズルから膨張が2対1〜8対1の空気混合泡を実質的に集束されたストリームとして噴射することを含み、ノズルは、先端に4つより多い羽根を有し、羽根は、長手方向寸法が半径方向寸法の2倍よりも大きく、ノズル先端の射出口と実質的に面一で終端している。
好ましくは、方法は、膨張が3対1〜5対1の泡を、直径が少なくとも100フィートの工業タンク内に、タンク壁の頂上部に近接する位置から噴射することを含む。
再記になるが、図1A、図2、図7A、および図8Aは、管体(wand)W用の管体ヘッドWHを示す。管体ヘッドは、実質的に集束されたストリームとして、概して水平方向に、内側のタンク壁面まわりに泡を噴射する、少なくとも1つの空気混合泡噴射ノズルNZを有する。特に、図2および図7A〜図7Fを参照のこと。また、昇水路RSおよび管体ヘッドWHを含む管体Wの一実施形態に関して、図13および図14を参照のこと。
図1A、図2、および特に図8Bは、少なくとも1つの空気混合泡噴射ノズルNZの上流に近接し且つ流体連通して配置された外部空気混合チャンバAAACを示す。
図1A、図2、ならびに、特に図8A、図8D、図8E、図8H、および図8Iは、ノズルNZの先端部TPに少なくとも4つの羽根FNを有するノズルNZを示す。羽根FNは、長手方向寸法LDが半径方向寸法RDよりも大きく、ノズル先端TPの射出口DOと実質的に面一で終端している。
図1A、図2、図8A、図8E、図8H、および図8I、ならびに図13は、膨張が2対1〜8対1の空気混合泡を、100psiで少なくとも100gpmで、噴射するように、ノズルとともに構成された空気混合チャンバの一実施形態を示す。
図2および図13は、水および泡濃縮物を連通させる昇水路RSに取り付けられた、ノズルNZおよびチャンバAAACを示す。
図7A〜図7F、ならびに、特に図13および図14は、ノズルが、概して水平方向に、タンク壁頂上内面まわりに泡を噴射するように、組み合わせられて、直径が少なくとも100フィートのタンクのタンク壁に取り付けられるように構成された、少なくとも1つのノズルおよび昇水路を示す。
図1A、図2、図7A、図8A、図13、および図14は、2つの空気混合泡噴射ノズルNZを示す。2つのノズルは、組み合わせられて、概して水平方向かつ概して反対方向に噴射を行うように構成される。概して反対方向とは、正反対に対してプラスマイナス15°の間を意味すると解釈されるのがよい。言い換えると、各ノズルは、一対のノズルに共通する平均の長手軸に対して15度以内で噴射を行うのがよい。概して水平方向とは、水平に対して15°以内を意味すると解釈されるのがよい。
さらに、図1A、図2、図7A〜図7F、図8A〜図8M、図13、および図14は、膨張が3対1〜5対1の空気混合泡を噴射するように構成できる空気混合チャンバおよび1つまたは複数のノズルを示す。図8Dは、ノズルと空気混合チャンバとの間の流体導管内に構成された射出ポートPTを示し、射出ポートは、150gpmまでの空気混合泡を、主に、上記反対方向に対して概して垂直な方向に射出するように構成される。
図1A、図2、図7A〜図7F、図8A〜図8M、図13、および図14は、100psiで100gpm〜900gpmの空気混合泡を噴射するように構成することができる1つまたは複数のノズルを示す。
図15は、タンク周辺のまわりに、およそ190フィートの間隔をあけて配置された複数の4本管体を示す。
図7Fは、地上箇所近くから、高さが少なくとも45フィートの工業タンク壁頂上部近くまで延びるように構成された少なくとも2インチの昇水路RSを示す。直径が60フィート以上の工業用貯蔵タンクは、壁高さがおよそ45フィート以上であることが当業者には知られている。
図9〜図12は、好ましくは、昇水路頂上部(riser top portion)RTP、昇水路延長パイプ(riser extension pipe)REP、および昇水路流入パイプ(riser inlet pipe)RIPを含む少なくとも4インチの昇水路RSを示す。図9を参照のこと。図10は、少なくとも4インチの昇水路RSを安定化させるための昇水路フットレストキットを示す。図11Gは、少なくとも4インチの昇水路RSをさらに示す。図12は、タンク壁に近接して配置された昇水路RSを示す。図12および図13は、タンク壁に近接して配置され、地上近くからタンク壁部近くまで延びるように構成された昇水路RSを示す。図12および図13では、少なくとも150gpmの能力を有する消火ノズルが、モニター用昇水路に取り付けられた状態で示されている。モニター用昇水路は、モニターMおよびノズルNに取り付けられた状態で示されている。図12および図13から分かるように、モニターおよびノズルは、タンク壁頂上近くから射出を行うように構成され、概してタンク中心に向けて射出を行う能力を有する。概してタンク中心に向けてとは、タンク中心に向かって±30°と解釈されるのがよい。
再記になるが、図9は、可搬式モニターおよびノズルのための昇水路を示し、昇水路RSは、RTP、REP、およびRIPという3つの部分を含み、図13Aに示すように、地上箇所近くから、高さが少なくとも45フィートの工業用貯蔵タンクの頂上近くまで消火液を連通させるように構成される。継手(fitting)FTは、昇水路RSの遠位端に取り付けられた状態で示され、少なくとも150gpmの可搬式モニターMおよびノズルNを着脱可能に取り付けるように構成される。この場合、継手は、昇水路パイプの上部に外側おねじを含む。取り外し可能なキャップならびに可搬式モニターおよびノズルは、螺合する内側めねじを有し、場合によっては、迅速に付け外しできるように一対の回転取っ手により補助される。
図16は、モニターおよびノズルを備えた昇水路RSの、タンク踊り場(landing)LNへの配置を示す。当該技術分野において公知なように、梯子が踊り場へ向かうようにタンクに取り付けられている。図17は、梯子(ladder)LDおよび踊り場LNを備えた典型的なタンクを示す。
稼働中、空気混合泡噴射ノズルは、好ましくは、概して水平方向に、実質的に集束されたストリームとして、直径が少なくとも100フィートのタンクのタンク壁頂上内面まわりに、空気混合泡を噴射し得る。ノズルは、膨張が2対1〜8対1の空気混合泡を生成し得る。好ましくは、泡は、膨張が3対1〜5対1となり得る。好ましくは、実質的に集束されたストリームを、概して水平方向にかつ概して反対方向に噴射を行う、2つの空気混合泡噴射ノズルを含み得る。好ましくは、1つまたは複数のノズルは、工業用貯蔵タンクの上壁部に取り付けられ得る。
ポイント・アンド・シュート法において、地上近くからの消火液は、タンク壁に近接して配置された少なくとも4インチの昇水路を通って、タンク頂上近くまで提供される。少なくとも4インチの昇水路は、少なくとも4インチの昇水路の遠位端の継手を用いて、少なくとも150gpmの可搬式モニターおよびノズルに取り付け可能である。あるいは、少なくとも150gpmのノズルを、少なくとも4インチの昇水路に固定的に取り付けつけることもできる。固定式ノズルは、タンク壁頂上部近くで、かつタンク中心に向けて射出を行うように昇水路とともに構成され得る。可搬式モニターおよびノズルは、消防士が狙いを定めたり方向を変えたりすることができる。
ポイント・アンド・シュート法において、少なくとも4インチの昇水路が可搬式モニターおよびノズルに着脱可能に取り付けるように構成される場合、少なくとも4インチの昇水路は、タンク頂上壁で踊り場に近接して配置されるのがよい。あるいは、少なくとも4インチの昇水路が、消火ノズルに固定的に取り付けられるように構成される場合、昇水路は、複数の場所を含む、タンク周辺まわりの任意の場所に配置し得る。昇水路および固定式ノズルは、ノズルが概してタンク中心に向けて射出を行うように構成され得る。
図17は、工業用貯蔵タンクTの典型的な梯子LDおよび踊り場LNを示す。図18および図19は、浮き屋根の泡ダム高さの関数としての、ポイント・アンド・シュートシステムに必要な泡管体数を推定する表を示す。これらは、完全被覆によるシール部の保護に必要な泡管体の数である。
本発明の好適な実施形態の上記の説明は、解説および説明のために与えられたものであり、本発明を、開示された正確な態様または形態に制限または限定することを意図するものではない。上記説明は、他の当業者が本発明を様々な実施形態で最もよく利用できるように、本発明の原理および実用的な適用が最もよく説明されるように選択した。特定の用途に最も適するような種々の変形が想定される。本発明の範囲は、明細書によって限定されず、以下の請求の範囲によって決定されることが意図されている。本発明の上記開示および説明は、解説および説明を行うものであるため、サイズ、形状、および材質、ならびに示されたデバイスの詳細について様々な変更を、本発明の精神を逸脱することなく行うことができる。本発明は、1つの要素の提示が1つ以上を網羅し、2つの要素の提示が2つ以上を網羅する、等の歴史的推定に依存する用語の使用に基づいて権利請求される。また、上記の図面および説明は、必ずしも縮尺に応じて作成されていない。

Claims (36)

  1. 100psiで少なくとも100gpmの空気混合泡を噴射するように構成されたノズルを含み、
    前記ノズルは、長手軸を定義する先端部を有し、ソリッドボア射出口で終端し、前記先端部はストリームシェーパを有し、
    前記ストリームシェーパは、前記先端部における長手方向寸法が前記先端部における半径方向寸法よりも大きく、ノズル先端の前記射出口と実質的に面一で終端した少なくとも4つの羽根を有する、消火用泡を実質的に集束されたストリームとして噴射するノズル。
  2. 4つより多い羽根を含み、前記羽根は、長手方向寸法が半径方向寸法の2倍よりも大きい、請求項1に記載のノズル。
  3. 100psiで100gpm〜900gpmを流すように構成されている、請求項2に記載のノズル。
  4. 100psiで少なくとも100gpmの空気混合泡を噴射するように構成されたノズルを含み、
    前記ノズルは、長手軸を定義する先端部を有し、射出口で終端し、前記先端部がストリームシェーパを有し、
    前記ストリームシェーパは、前記先端部における長手方向寸法が前記先端部における半径方向寸法の2倍よりも大きく、ノズル先端の前記射出口と実質的に面一で終端した4つより多い羽根を有する、消火用泡を実質的に集束されたストリームとして噴射するノズル。
  5. 外部空気混合チャンバの下流に、流体連通し、且つ、近接して取り付けられる、請求項1、2、3、または4に記載のノズル。
  6. 前記外部空気混合チャンバは、筒状噴出口構造を含む、請求項5に記載のノズル。
  7. 前記ノズルと組み合わされた前記外部空気混合チャンバは、膨張が2対1〜8対1の泡を噴射するように構成されている、請求項5に記載のノズル。
  8. 前記ノズルと組み合わされた前記外部空気混合チャンバは、膨張が3対1〜5対1の泡を噴射するように構成されている、請求項5に記載のノズル。
  9. 直径が少なくとも100フィートの工業タンク壁の頂上に近接して取り付けられるように、前記外部空気混合チャンバとともに構成されている、請求項5に記載のノズル。
  10. 直径が少なくとも100フィートの工業タンク壁に、または前記壁に近接して取り付けられた昇水路と流体連通している、請求項9に記載のノズル。
  11. 実質的に集束されたストリームとして、かつ、概して水平方向に、内側のタンク壁面まわりに泡を噴射する少なくとも1つの空気混合泡噴射ノズルを有する管体であって、
    少なくとも1つの空気混合泡噴射ノズルの上流に近接し且つ流体連通して配置された第1の外部空気混合チャンバを含み、
    前記ノズルは、先端部に少なくとも4つの羽根を有し、前記羽根は、長手方向寸法が半径方向寸法よりも大きく、ノズル先端の射出口と実質的に面一で終端し、
    前記チャンバは、前記ノズルとともに、膨張が2対1〜8対1の空気混合泡を、100psiで少なくとも100gpmで噴射するように構成され、
    前記ノズルおよび前記チャンバは、水および泡濃縮物を連通させる昇水路に取り付けられ、
    前記ノズルが、概して水平方向に、タンク壁頂上内面まわりに泡を噴射するように、前記少なくとも1つのノズルおよび前記昇水路は、組み合わせられて、直径が少なくとも100フィートのタンクのタンク壁に取り付けられるように構成されている管体。
  12. 実質的に集束されたストリームとして、かつ、概して水平方向に、内側のタンク壁面まわりに泡を噴射する少なくとも1つの空気混合泡噴射ノズルを有する管体であって、
    少なくとも1つの空気混合泡噴射ノズルの上流に近接し且つ流体連通して配置された第1の外部空気混合チャンバを含み、
    前記ノズルは、実質的に集束されたストリームとして空気混合泡を噴射するように構成され、
    前記チャンバは、前記ノズルとともに、膨張が2対1〜8対1の空気混合泡を、100psiで少なくとも100gpmで噴射するように構成され、
    前記ノズルおよび前記チャンバは、水および泡濃縮物を連通させる昇水路に取り付けられ、
    前記ノズルが、概して水平方向に、タンク壁頂上内面まわりに泡を噴射するように、前記少なくとも1つのノズルおよび前記昇水路は、組み合わせられて、直径が少なくとも100フィートのタンクのタンク壁に取り付けられるように構成されている管体。
  13. 前記空気混合泡噴射ノズルを2つ含み、前記2つの空気混合泡噴射ノズルは、組み合わせられて、概して反対方向に噴射を行うように構成されている、請求項11または12に記載の管体。
  14. 前記空気混合チャンバおよび1つまたは複数の前記ノズルは、膨張が3対1〜5対1の空気混合泡を噴射するようにともに構成されている、請求項13に記載の管体。
  15. 前記ノズルと前記チャンバとの間の流体導管内に構成された射出ポートを含み、前記射出ポートは、150gpmまでの空気混合泡を、主に、前記反対方向に対して概して垂直な方向に射出するように構成されている、請求項13に記載の管体。
  16. 1つまたは複数の前記ノズルは、100psiで100gpm〜900gpmの空気混合泡を噴射するように構成されている、請求項13に記載の管体。
  17. 前記昇水路は、地上箇所近くから、高さが少なくとも45フィートの工業タンク壁頂上部近くまで延びるように構成された少なくとも2インチの昇水路を含む、請求項13に記載の管体。
  18. タンク壁まわりに、少なくとも150フィート毎に取り付けられた、複数の請求項17に記載の管体。
  19. タンク壁まわりに、少なくとも200フィート毎に取り付けられた、複数の請求項17に記載の管体。
  20. タンク壁まわりに、少なくとも220フィート毎に取り付けられた、複数の請求項17に記載の管体。
  21. タンク壁まわりに、少なくとも240フィート毎に取り付けられた、複数の請求項17に記載の管体。
  22. タンク壁に近接して配置され、地上近くからタンク壁頂上部近くまで延びるように構成された少なくとも4インチの昇水路を含み、前記少なくとも4インチの昇水路は、頂上端に、可搬式モニターおよびノズルの取り付けに適した継手を有する、請求項17に記載の管体。
  23. 定格が100psiで150gpm〜1000gpmの可搬式モニターおよびノズルが設置されるように構成された前記頂上継手を含む、請求項22に記載の管体。
  24. タンク壁に近接して配置され、地上近くからタンク壁頂上部近くまで延びるように構成された少なくとも4インチの昇水路を含み、前記少なくとも4インチの昇水路には、100psiで少なくとも150gpmの消火ノズルが取り付けられており、前記取り付けられたノズルおよび前記少なくとも4インチの昇水路は、組み合わせられて、前記タンクの頂上壁近くから、概してタンク中心に向けて射出を行うように構成されている、請求項17に記載の管体。
  25. 消火液を、地上箇所近くから、高さが少なくとも45フィートの工業用貯蔵タンクの頂上近くまで連通させるように構成された、直径が少なくとも4インチの少なくとも1つの昇水路と、
    100psiで少なくとも150gpmの可搬式モニターおよびノズルを着脱可能に取り付けるように構成された、前記昇水路の遠位端に取り付けられた継手と、を含む、可搬式モニターおよびノズルのための昇水路。
  26. 直径が少なくとも200フィートのタンク周囲まわりに、タンク梯子および踊り場に近接して取り付けられた、請求項25に記載の昇水路。
  27. 前記継手に対して取り外し可能なキャップを含む、請求項25に記載の昇水路。
  28. 消火ノズルの上流に、流体連通し、且つ、近接して取り付けられた外部空気混合チャンバに、水および泡濃縮物を供給することと、
    膨張が2対1〜8対1の空気混合泡を、前記ノズルから、実質的に集束されたストリームとして噴射することと、を含み、
    前記ノズルは、少なくとも4つの羽根を備えた先端を有し、前記羽根は、長手方向寸法が半径方向寸法よりも大きく、ノズル先端のソリッドボア射出口と実質的に面一で終端している、空気混合された消火用泡の実質的に集束されたストリームを噴射する方法。
  29. 消火ノズルの上流に、流体連通し、且つ、近接して取り付けられた外部空気混合チャンバに、水および泡濃縮物を供給することと、
    膨張が2対1〜8対1の空気混合泡を、前記ノズルから、実質的に集束されたストリームとして噴射することと、を含み、
    前記ノズルは、4つより多い羽根を備えた先端を有し、前記羽根は、長手方向寸法が半径方向寸法の2倍よりも大きく、ノズル先端の射出口と実質的に面一で終端している、空気混合された消火用泡の実質的に集束されたストリームを噴射する方法。
  30. 膨張が3対1〜5対1の泡を噴射することを含む、請求項28または29に記載の方法。
  31. 空気混合泡を、少なくとも1つの空気混合泡噴射ノズルから、概して水平方向に、実質的に集束されたストリームとして、直径が少なくとも100フィートのタンクのタンク壁頂上内側面まわりに噴射することと、
    前記少なくとも1つのノズルから、膨張が2対1〜8対1の空気混合泡を生成することと、を含む少なくとも半固定式の消火方法。
  32. 少なくとも2つの空気混合泡噴射ノズルが、概して水平方向に、実質的に集束されたストリームとして、概して反対方向に、直径が少なくとも100フィートのタンクのタンク壁頂上内側面まわりに噴射することを含む、請求項31に記載の方法。
  33. 膨張が3対1〜5対1の空気混合泡を、1つまたは複数の前記ノズルから生成することを含む、請求項31または32に記載の方法。
  34. 前記工業用貯蔵タンクの上壁部に、1つまたは複数の前記ノズルを取り付けることを含む、請求項31または32に記載の方法。
  35. 地上近くからタンク壁頂上近くまで、前記タンク壁に近接して配置された少なくとも4インチの昇水路を通じて消火液を供給することと、100psiで少なくとも150gpmの可搬式モニターおよびノズルを、前記少なくとも4インチの昇水路の遠位端の継手に取り付けることと、を含む、請求項31または32に記載の方法。
  36. 地上近くからタンク壁頂上近くまで、前記タンク壁に近接して配置された少なくとも4インチの昇水路を通じて消火液を供給することと、100psiで少なくとも150gpmのノズルを取り付けることと、前記少なくとも150gpmのノズルを、タンク壁頂上近くで、前記タンク壁頂上を越えて、タンク中心に向けて射出を行うように方向づけることと、を含む、請求項31または32に記載の方法。
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