JP2017505164A - 自動高速回転霧化装置及びその応用とそれを用いた消火方法 - Google Patents
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Abstract
Description
このような従来の改良型霧化噴射ヘッドは、いずれも噴射ヘッドを固定して特定の構造により流体を高速に運動させるか又は衝突して分散させるという方式を採用してきた。しかし、ほとんどのエネルギーは真正面から衝突した構造部材に吸収されるため、液体の空間における分布範囲、分布効果及びガスと液体との接触時間及びチャンスが限られ、熱・物質輸送と反応効果に顕著に影響する。
吹き込まれた液滴は液体旋回流を形成できず、気体旋回流も引き起こさないので、上から下へ噴出された液滴は、重力と初期運動エネルギーとの二重作用で、塔底部に迅速に落ち込むか又は壁面流を形成し、深刻な壁面流及び壁粘着現象が発生するため、熱・物質輸送効果を向上させる必要がある。現在、脱硫効果を保証するために、直径を増大させ、塔高を増加させ、気体速度を低減し、多層の噴射ヘッドを増設する方式しか採用できない。このため、投資が大きく、設備の占有スペースが大きく、エネルギー消費が高く、処理効果が低くなり、特に、石炭燃焼ボイラーの排気ガスでは、浄化後でも、ガスボイラーの二酸化硫黄及び粉塵の排出基準に達することができない。
現在、人工降雨は、主に、冷たい雲への種まき、暖かい雲への種まき、動力による触媒などの方法を採用する。採用した触媒は、主にドライアイス、ヨウ化銀、塩粉などであるが、これらの触媒は、エネルギー消費が大きく、気候や雲への要件が厳しく、コストが高いなどの問題が存在している。
一方、精密機械、電気設備、石油貯蔵地区、倉庫、オイルポンプ室、オイル配分室などの場所での火災は、一般的に二酸化炭素消火器又は二酸化炭素乾燥粉末消火器で消火する。しかしながら、小さな火を迅速に消し止めないと、常に大火、猛火になり、上記手段が効きにくくなり、ひいては、消火水銃、消防車などの大型消火設備を使用して消火しなければならない。従って、初期段階の火災を迅速で高効率に消し止めないと、最適な消防タイミングを逃し、重大な災難をもたらす。
化学工業的な原理から消火過程を分析すると、現在使用している様々な消火設備及び装置は、いずれも消火剤を上手く霧化し分散することができず、消火過程における熱・物質輸送性能が非常に低い。水系消火装置は水圧及び水量が大きいが、霧化効果が低く、スプレー面積が小さく、水の使用量が大きく、炎と接触する瞬間で効果的に気化させて熱を吸収し空気を希釈しにくく、大量の水が瞬間に流失し、常に「車一台に載せた水でも消火できない」ということになる。大火をリアルタイムに消し止めないと、重大な財産損失をもたらし、燃焼で生じた大量の毒性ガス及びPM2.5は、常に重大な死傷及び社会的恐慌をもたらす。
一般に、高圧微細水ミスト噴射ヘッドは、霧化効果が高いものの、10MPa前後の圧力を必要とし、人間への傷害や財産損失を起こしやすく、かつ製造コストが高く、普及しにくい。このため、噴射ヘッドに旋回コア、障害物による遮断及びコイルばねなどの特定の機械構造を増設して霧化を補助することが行われている。
(l)このような旋回コア構造又は噴射霧化装置は、流体に「機械的障害」の影響を与え、流体の大部分の運動エネルギーが噴射ヘッド本体に吸収される。従って、ノズルが噴霧する運動量が低く、距離が短く、炎に接近しにくく、炎の気流からの抵抗を効果的に克服できず、炎の内部及び燃焼表面に到達して消火できず、水ミストが燃焼表面を冷却し被覆する役割を十分に発揮することができない。各ノズルの噴霧保護半径は、通常0.5m前後であり、多重の噴射ヘッドならコストを増加させ、効果も効果的に向上しにくい。
(2)遠心力で補助した霧化では中空の円錐を形成して、噴霧密度が均一に分布せず、微細水ミストの高効率の窒息効果により消火する能力を十分に発揮することができない。障害物による遮断又はコイルばね構造を採用しても同様に大部分の運動エネルギーがそれに吸収され、霧化噴射ヘッドが生成した液滴の直径は大きい。従って、水を節約し高効率で、大火を瞬間で消し止める新型の設備を開発することは重要な意義がある。
回転噴射ヘッドを含む自動高速回転霧化装置において、前記回転噴射ヘッドは、加圧流体に接続された上部と、一つ又は複数のノズル又は噴孔により軸受を介して前記上部に接続された下部とを含む。前記上部が固定され、加圧流体の運動エネルギーの一部がノズルから噴出される時に反力を生じ、噴射ヘッドの下部全体を高速に回転するように駆動する。大部分の運動エネルギーは、ノズルの傾斜面又は傾斜スリットに衝突するか又は孔隙を前記加圧流体が通過する場合、水流の霧化を促進する表面エネルギーに効果的に変換して、広範囲にわたる霧化、分散及び旋回流体系を形成する。
上記自動高速回転霧化装置において、前記上部と前記下部は軸受を介して接続される。
上記自動高速回転霧化装置において、前記回転噴射ヘッドは、順に接続されたノズル、回転ヘッド、軸受、管継手、締結部材及び位置決め部材を含み、前記ノズルが回転ヘッドに固定接続され、回転ヘッドが軸受及びノズルに接続され、軸受が管継手に接続され、位置決め部材が軸方向と径方向で軸受を位置決めし、前記ノズルと前記回転ヘッドが前記下部に設けられ、前記管継手が前記上部に設けられている。
上記自動高速回転霧化装置において、前記回転噴射ヘッドは、ファンブレード、撹拌ブレード又は回転ブレードに接続されている。
上記自動高速回転霧化装置において、前記ファンブレード、撹拌ブレード又は回転ブレードに微小孔が設けられている。
回転ヘッド内には、流路口が設けられ、かつノズルに接続するための一つ又は複数の孔又はねじ穴が開設され、
軸受は一つ又は複数の深溝玉軸受の組み合わせであり、或いは、
軸受は一つ又は複数の深溝玉軸と軸方向スラスト軸受の組み合わせである。
上記自動高速回転霧化装置において、前記回転噴射ヘッドは、弾頭形、オリーブ形、円形、方形、長柱状又は水平管状であり、
前記ノズルは、回転用の一つ又は複数の回転用のノズル、又は回転用の一つ又は複数の回転用のノズルと一つ又は複数の上部ノズルとの組み合わせである。
上記自動高速回転霧化装置において、開孔面積の合計は、管の横断面積を超えず、前記開孔面積の合計は、前記ノズル又は噴孔の開孔面積の合計を指し、前記管は、管継手を指し、すなわち、前記ノズル又は噴孔の開孔面積の合計は、前記管継手の入口の横断面積を超えない。
上記自動高速回転霧化装置において、前記ノズルは、細孔噴霧ノズル、霧化ノズル、小液流噴射ノズル又はそれらの組み合わせである。流体を噴射する時、細孔噴霧ノズルの噴射形式は細孔噴霧つまり微細な噴霧である。噴霧ノズルから噴射する形式は霧化した流体であり、小液流噴射ノズルから噴射する形式は小液流である。
45°角度ノズル及び90°角度ノズルは、回転ヘッドの両側面に位置したノズルを限定するものであり、90°角度ノズルは、流体が回転ヘッドの両側に位置したノズルから噴出される時、流体の噴出方向と回転ヘッドの中心軸線の方向とが90°の角度をなすことを指し、該方式で噴出された流体は、最大の回転トルクを生成することができる。また、45°角度ノズルは、流体が回転ヘッドの両側に位置したノズルから噴出される時、流体の噴出方向と回転ヘッドの中心軸線の方向とが45°の角度をなすことを指す。該方式で噴出された流体は、回転トルクを生成して回転噴射ヘッドの回転促進を保証することを前提とし、さらに回転ヘッドの中心軸線の方向に沿って水流成分を生成することができる。
上記自動高速回転霧化装置の応用において、前記自動高速回転霧化装置は、旋回流式浄化塔に設けられ、回転噴射ヘッドは、煙道ガス入口近傍の塔底部に設けられて上向きに噴霧するか、又は旋回流式浄化塔の中部に設けられる。
上記自動高速回転霧化装置の応用において、前記回転噴射ヘッドがポンプ、加圧貯水容器又は管路と接続されて冷却加湿集塵装置を形成し、大気に対して人工的、局地的に干渉して大気浄化又は人工降雨を行う。こうして、スモッグを緩和し、室内、庭内、団地内、街路で煙を除去して集塵しかつPM2.5を除去する。
上記いずれか一つの自動高速回転霧化装置を用いた消火方法において、前記回転噴射ヘッドは、室内に固定された自動噴水消火システム、機械駆動式消火水銃の出口、携帯式消火器、水道管網、水ポンプ、加圧水ガス混合容器又は加圧流体輸送管に接続される。
上記いずれか一つの自動高速回転霧化装置を用いた消火方法において、前記回転噴射ヘッドは、三孔ジェット式回転噴射ヘッド、三孔ジェット式ダブルニードル付き霧化噴射ヘッド、三孔ジェット式45°ノズル回転角度のダブルニードル付き霧化噴射ヘッド、弾頭型多孔ジェット式回転噴射ヘッドである。
(1)加圧流体が容器又は管路から噴出された時の運動エネルギーは、いままで重視さらずに上手に利用されていない。本発明者らは、高効率噴射ヘッドの研究において、噴射ヘッドを固定部分と、軸受で接続されノズルで高速回転を促進できる部分との二部分に分けて、ノズルを「情勢に乗って利を導く」というように設計を行った。このように設計することで、いままで無視された運動エネルギーを回転エネルギーに上手に変換できるだけでなく、運動エネルギー損失を効果的に回避し、十分な霧化のための表面エネルギーに最大限変換することができることを発見した。
このような新規な回転噴射ヘッドは、流体が外向きに噴射される時の反力と小抵抗力の優位性により高速に回転することができる。液体又は空気中での回転速度は1分あたりに数百回ないし数万回であり、高速に回転する気流及び液流は周囲の気体及び液体の回転を引き起こすだけでなく、分散流体と媒質との摩擦を大幅に促進して、霧化又は分散効果を強化することができる。
両側の回転ノズルは、液体が噴出される時、曲面に生成した反力がノズルの高速回転を引き起こし、液滴の有効な霧化領域を大幅に拡大し、中間噴射ヘッドの霧化設計及び高速回転は従来の噴射ヘッドの中空化を克服し、均一度を高め、広範囲な被覆をより効果的に保証できる。ここで、一層重要なことは、広範囲、長距離で、継続的な旋回流を発生させる動力源となり、竜巻の“目”のような効果を果たすことである。回転ノズルの水平角を調節し、ノズルの構造及び液体の圧力及び流量を変更することにより、水ミストの量及び分布範囲を制御しやすく、状況に応じた要求を満たすことができる。
明らかに、循環ポンプから運動量を取得した循環液がノズルから噴出される時に生成した反力は、ノズルの高速回転を駆動すると同時に、気流の回転を効果的に引き起こす。霧化回転ノズルが流体のエネルギーをノズル及び流体の回転を駆動する運動エネルギー及び液滴のさらなる分散を促進する表面エネルギーに変換できるため、第二種類の旋回流駆動力となる。また、小流量だけで高速に回転できる霧化噴射ヘッドは、非常に短い期間内で気液接触のチャンスを大幅に増加させ、水ミストを気化させかつ煙道ガスの温度を迅速に下げ、体積を急に減少させて負圧を形成して、第三種類の旋回流引張力を生成することが証明された。
混入した塵埃、二酸化硫黄及び二酸化窒素などは、それ自体の動力及び回転力の駆動下で、体系に懸濁している霧化した弱アルカリ水と十分に接触して反応するか又は捕捉されるチャンスがより多くなる。湿った環境及び弱アルカリ性の水ミストは、体系の静電を顕著に除去し、塵埃及び有害ガスを捕捉し沈下させる効果を増強することができる。高速に移動する気液旋回流は、比重が大きい塵埃及び液体が壁面に向かって集まることを加速的に促進し、霧除去及び集塵の効果を大幅に増強し、比重が大きい塵埃及び液体の混入を大幅に減少させることができる。
このように、旋回流噴霧を中核とする旋回流式浄化塔装置は、煙道ガスの処理量及び集塵脱硫効果を大幅に向上させることで、石炭燃焼ボイラーにおけるガスボイラー排出基準(SO2及び粉塵の排出濃度はいずれも50mg/m3より低い)以上の結果を達成できる。さらに、煙道ガス中の低品位の余熱を、塔壁の熱交換ジャケットにより効果的に熱交換を行って暖房及び冷房に用いることができる。
従って、霧化効果の高い旋回流霧化装置は、大面積火災現場の温度及び酸素濃度を迅速に降下させるとともに、瞬時に大量の熱を吸収し、生成した水蒸気は、燃焼領域を急激に拡張させ、空気を迅速に阻隔、希釈して迅速に煙を除去し消火する効果を果たす。本発明は、迅速で高効率の消火を達成し、空間で均一に分布し、長距離、大被覆面積の主要な問題を上手に解决する。
回転噴射ヘッドの構造特徴として、水源に接続される上部が固定的であり、下部が複数のノズルを有して軸受を介して上部に接続される。加圧水流の運動エネルギーの一部がノズルから噴出される時に、反力を生じて噴射ヘッドの下部全体を高速に回転するように駆動するとともに、大部分の運動エネルギーは、ノズルの傾斜面又は傾斜スリットに衝突するか又は孔隙を通過する時に損失しない。この結果、運動エネルギーは、水流の霧化を促進する表面エネルギーに効果的に変換される。
実験結果によると、構造が簡単な三孔ジェット式回転噴射ヘッド又は弾頭形の多孔ジェット式噴射ヘッドは、従来の噴射ヘッドの欠点を上手に克服し、つまり、距離が長く、範囲が広く、十分に霧化され、被覆面積が大きくなることを実現することができる。中心ノズルの孔のサイズ、角度、流量及び水圧を調節することで、水ミストが数十メートル離れた距離でも燃焼物の表面に到達でき、追い風ならば効果がより高くなる。両側の回転ノズルは、液体が噴出される時に生成した反力により三つのノズルに高速回転を引き起こすことで、有効な霧化領域を大幅に拡大し、広範囲で均一に被覆することを保証する。また、回転ノズルの水平角を調節し、ノズルの構造と液体の圧力及び流量を変更することにより、水ミストの量及び分布範囲を容易に制御できるので、状況に応じた消火要求を満たすことができる。
国家による自動噴水消火システムの消火標準に基づき、上から下へ噴水する消火試験、屋外側面消火試験、ガソリンを加えて火勢を強化した場合の消火試験を行った。これにより、新規な旋回流霧化噴射ヘッドシリーズ、特に三孔ジェット式回転噴射ヘッド、三孔ジェット式ダブルニードル付き霧化噴射ヘッド及び弾頭型多孔ジェット回転噴射ヘッドは、下向きに噴射しても側面に噴射しても、いずれも瞬間で黒煙を消し、数秒間で火を抑制し、十秒間内で火を消す新規な効果を達成できた。特に、大火に対する消し止め効果がより高かった。高速に冷却して煙を除去し遠隔で大火を抑制し、迅速に火源に接近することを実現でき、広範囲で迅速な消火により適する。
実験によれば、該シリーズの霧化噴射ヘッドは、ガソリンで燃えた火を消し止めることにも高い効果を有し、十分に霧化した水ミストは炎の上方を覆って、迅速に空気を断ち切り、十数秒間内で1Lのオイルの火を消し止めることができる。
以下の実施例において、噴射ヘッドは、いずれも0.3MPa(3キログラム)下での流量が3m/hであるように流量パラメータを設計した回転噴射ヘッドであり、広角扇形ノズルの噴射角度はいずれも75°であり、扇形ノズルの噴射角度はいずれも60°であり、ノズルの主な流路の直径はいずれも2mmである。
1.回転噴射ヘッドの異なる圧力での回転速度及び流量の測定
一つの三孔ジェット式回転噴射ヘッドを圧力計及び水ポンプを有する試験装置に装着し、試験は水道水を採用し、噴水口での水圧が0.05、0.15、0.20、0.25、0.30、0.35MPaとした。専用の水タンク及び重量計を用いて水量を收集して重量を計り、毎回の噴水時間は2minとした。噴射ヘッドの異なる圧力での流量を測定し、結果を図16に示す。
実験結果によると、噴射ヘッドの流量と圧力はかなりよい線形関係にあり、必要に応じて調節することができる。
異なる回転噴射ヘッドをそれぞれ試験装置に装着し、試験では精製水を採用した。一様に3キログラムの水圧下で、異なる噴射ヘッドの回転速度を測定し、結果を表1に示す。実験結果によると、一様の3キログラムの圧力下で、様々なタイプの噴射ヘッドの回転速度は、いずれも2000r/minより大きくなった。螺旋霧化回転噴射ヘッドの回転速度が最も小さく、2018r/min前後であり、三孔ジェット式回転噴射ヘッドの回転速度が最も高く、7991r/minに達した。三孔ジェット式ダブルニードル付き噴射ヘッドの安定性が最も高かった。
噴射ヘッドに空気を通して、空気媒質の中で異なる噴射ヘッドの異なる圧力を用いて回転速度を測定し、結果を表2に示した。0.5キログラムの圧力にて、三孔ジェット式ダブルニードル付き噴射ヘッドの回転速度が高く、最大回転速度は11132r/minであった。同じ圧力では、螺旋霧化回転噴射ヘッドの回転速度は低かった。
2. 噴射ヘッドの異なる場合での水量分布、噴霧半径及び最長噴射距離の測定
噴射ヘッドの下向き噴射及び上向き噴射の場合の水量分布状況を解析した。噴射ヘッドの地面からの高さは2.5mであり、噴射ヘッドの直下の中心から、一列の集水ボックス(S=0.08m2)を径方向に配置し、3キログラムの圧力下で噴射ヘッドを3min開けた。その後、中心の噴射ヘッドから異なる距離(すなわち径方向での距離)の各集水ボックス中に收集された水の質量又は体積を計って、噴霧密度、有効な噴霧半径及び最長噴霧距離などの径方向での流量分布情况を取得することができた。結果を図17〜20に示す。
水平に噴射する場合、噴射ヘッドの地面からの高さは1メートルであり、噴射ヘッドの直下から、噴射ヘッドの真正面の径方向に沿って一列の集水ボックス(集水ボックスの寸法S=0.08m2)(真正面)を配置した。2、真正面から45°角度ずれた径方向に沿って一列の集水ボックス(45°)を配置し、3キログラムの圧力下で噴射ヘッドを3min開けた。その後、集水ボックス中の水の質量及び体積を測定して、各集水ボックスの噴霧密度を計算した。結果を図23に示す。
図18に示すように、実験結果によると、45°三孔ジェット式回転噴射ヘッドの下向き噴射の場合にも、液滴は主に直径2メートル前後の領域内に分散し、上向き噴射の場合に液滴は、直径4メートル以上の領域内により広く分散する。明らかに、45°三孔ジェット式回転噴射ヘッドも、同様に下向きの噴霧より上向きの噴霧の被覆範囲がはるかに広く、かつより均一である。
図19に示すように、実験結果によると、90°三孔ジェット式回転噴射ヘッドの下向き噴射及び上向き噴射の場合の液滴の分散性はよりよく改善できる。液滴は直径5メートル前後の領域に到達し、上向き噴射の場合に直径5メートル以上の領域内の噴霧量が顕著に増加し、直径2メートル前後で最大となる。
図20に示すように、実験結果によると、単一螺旋混合回転噴射ヘッドの下向き噴射及び上向き噴射の場合における液滴の分散性は非常に高い。液滴は直径3メートル前後の領域に到達し、上向き噴射の場合に直径4メートル前後の領域内の噴霧量が顕著に増加し、直径3メートル前後で最大となるということを示す。
両側のノズルが45°回転した後、両側の噴霧がより集中し、側面噴ヘッドと中心噴射ヘッドとの間の隙間を補うので、水量分布がより均一になる。
単一螺旋混合回転噴射ヘッドの水平噴射の場合、真正面では4〜5メートルでの水量が最大となり、45°方向では2メートルでの水量が最大となる(第1点を除く)。消火に有効な距離(噴霧密度が1より大きい)は、真正面では6メートルで、45°方向では2.8メートルである。弾頭型回転噴射ヘッドの水量が大きく、水平噴射の場合、真正面では2〜3メートルでの水量が最大で、45°方向では噴射ヘッドから遠くなるほど噴霧量が少なくなる。消火に有効な距離(噴霧密度が1より大きい)は、真正面では5メートルより大きく、45°方向では4.8メートルである。
実験結果によると、三孔ジェット式噴射ヘッドが回転しない場合、噴霧形状は水カーテンであり、噴霧範囲が小さく、水カーテンの下部の径方向での水量分布は中間では高くなり、距離が増加するほど水量が減少する。
三孔螺旋噴射ヘッドと単一螺旋噴射ヘッドの噴霧の水量分布は類似しており、三つの螺旋噴射ヘッドについても、中間の螺旋噴射ヘッドが主な役割を果たすため、両側の螺旋噴射ヘッドの水量は小さい。螺旋噴射ヘッドの霧化効果も高いが、螺旋噴射ヘッドは機械的な抵抗衝突力及び摩擦力の作用に依頼するので、下向き噴射の場合に明らかに中空現象が見られ、1.5mでの水量が最大となる。
散水噴射ヘッドはデフレクターの作用のため中間の水量が少なく、2.5mでの出水量が最大となり、その後迅速に低減する。
水ミスト噴射ヘッドは噴射ヘッドの中間に旋回コア構造の遮断物がり、霧化効果が低い。図面から分かるように、噴霧密度が非常に小さくかつ不均一であり、噴霧密度が1.6以下であるため、大部分の領域では消火の要件を満たさない。
実施例4に記載した試験方法のように、2キログラム及び3キログラムの圧力下において、三孔ジェット式回転噴射ヘッド(図1)、三孔ジェット式回転噴射ヘッド45°(図2)、螺旋霧化回転噴射ヘッド(図3)、三孔ジェット式ダブルニードル付き霧化噴射ヘッド(図4)、弾頭式回転噴射ヘッド(図10)が上から下へ噴射する場合での噴射半径、下から上へ噴射する場合での噴射半径及び噴霧高さ、並びに、側面に噴射する場合での噴霧幅及び最長噴射距離を測定する。同時に、現在市販している散水噴射ヘッドと水ミスト噴射ヘッドが、上から下へ噴射する場合での噴霧半径及び側面に噴射する場合での噴霧幅及び最長噴射距離を同じ方法で測定した。この結果、上向き噴射、下向き噴射及び側面噴射のいずれであろうとも、回転噴射ヘッドの噴射距離、範囲は従来の噴射ヘッドよりはるかに大きかった。特に、上向き噴射及び側面噴射の場合に噴射距離がより遠くなって、大部分の消火使用方式に適した。関連結果を表3及び表4に示す。
3.ガスボイラー煙道ガスの塔内気流速度及び脱硫効果評価
試験1:ガスがなく、誘引ファン(定格負荷が40HZで、吸引風量が51000〜69000m3/hである)のみを起動し、塔内温度は、塔頂部は57℃、塔底部は76℃で、空試験を行い、異なる測定点での塔内気流速度を表1に示した。なお、塔径は1.2mで、塔高さは10mである。
明らかに見出されるように、下方向の風は、噴射ヘッドを開けたときの風速が噴射ヘッドを開けないときよも高く、気体旋回流の乱流が激しいことを証明した。
噴射ヘッドにファンブレードを増設するときの風速は、噴射ヘッドにファンブレードを増設しないときよりも速く、最大では22.5m/sに達する。
旋回流の方向と一致した右方向の風の風速は、左方向の風の風速より高く、旋回流の効果をさらに証明した。
二重アルカリ方法による集塵脱硫試験における、条件及び結果は以下のようである。煙道ガス流量が55000Nm3/hで、煙道ガスの温度が180℃で、入口でのSO2濃度が2000mg/Nm3である。塔径1.2m、塔高さ9m、液体と気体の比率は2/1000で、脱硫液は飽和した石灰水と1%の水酸化ナトリウムとの混合液である。改善前の脱硫効率は90%で、出口での硫黄含有量は400mg/Nm3である。他方、改善後脱硫率は99%前後に達し、出口での硫黄含有量は50mg/Nm3より小さく、粉塵含有量は10mg/Nm3まで低減した。回転噴射ヘッドを中核的な部材とした旋回流塔は、高効率で脱硫集塵をすることができる。石炭燃焼ボイラーの煙道ガスを浄化した後、二酸化硫黄及び粉塵の排出濃度は、ガスボイラー排気ガス排出基準よりも低くなり、スモッグ処理にとって重要な意義があることを証明した。
国家の自動噴水消火システム(GB5135〜2006)に係る消火標準に基づいて試験を行った。相互に直交した10層の杉木材で、寸法が(500*500*380mm)の木棒積みを構成した。各層は5本とし、均一に分布し、木棒の寸法は(38*38*500mm)とした。湿度が6〜12%になるまで乾燥し、重量を計った。木積みをオイルパンに配置して、>15mmの適切な深さの水を入れ、200mLのガソリンを注入した。噴射ヘッドは木積みの直上2.5mの位置に設置した。事前に2min燃焼させ、ガソリンが燃え切った後に噴射ヘッドを開けた。点火から10min試験し、噴射ヘッドを閉め、木積みの火が消えていなければ、気をつけて火を消し止めた。湿度が6−12%になるまで乾燥し、重量を計って、質量損失を計算した。6m離れた風下の位置で消火前後のPM10及びPM2.5の変化をモニタリングした。結果を表14に示した。
第2回で三孔ジェット式回転噴射ヘッド(図2)を用いて試験した結果、2キログラムの圧力下で、200mlのガソリンで点火して2分間燃焼した木材の炎を下向き噴射で消火するには8秒のみかかり、5Lの水量を消費した。完全に煙を消すには70秒かかり、木積みの平均的な質量損失は5.9%であった。
上記のような木積み消火試験の方法で、三孔ジェット式ダブルニードル付き霧化噴射ヘッド45°を用いて試験した結果、2キログラムの圧力下で、200mlのガソリンで点火して2分間燃焼した木材の炎を下向き噴射で消火するには6秒のみかかり、3.75Lの水量を消費した。完全に煙を消すには40秒かかり、木積みの平均的な質量損失は6.4%である。
また、上記のような木積み消火試験の方法で、従来の散水噴射ヘッドを用いて試験した結果、2キログラムの圧力下で、200mlのガソリンで点火して2分間燃焼した木材の炎を下向き噴射で消火すると、10min内では火を消火できず、1626.1Lの水量を消費した。木積みの平均的な質量損失は19.7%であった。
上記木積み及び点火方法を採用し、点火して2分間した後、弾頭型回転噴射ヘッドを用いて手持ち方式で3キログラムの水圧下で消火した。先ず、木積みの真正面で1.8m離れた位置で噴射を開始し、次に木積みに接近し、かつ上部、側面部などへ継続的に噴射した。木積みから20cmの位置に熱電対を配置して、温度変化をリアルタイムに記録した。大火を消火するには10sのみかかり、7.5Lの水量を消費し、完全に煙を消すには40sのみかかり、30Lの水量を消費した。熱電対で検出した温度は、噴射ヘッドを開けてから、40s内で256℃から急速に33℃に降下した。温度変化を図25に示した。
上記木積みを用いて、木積み下部のオイルパンに200mのLガソリンを添加する同時に、木積みに2Lのガソリンをかけた。点火して10s燃焼した後に消火を開始した。三孔ジェット式45°ノズル回転角度のダブルニードル付き霧化噴射ヘッドを用い、木積みの直上2.5mの位置で噴射した。
点火すると猛烈に燃焼し、炎の高さが3mを超え、濃煙がもくもく立ちこめたが、噴射ヘッドを開けて1sだけで火が迅速に抑制された(水量625mL/s)。また、濃煙が迅速に消え、5s後に木積み表面の炎が消え、40s後に木積み内部のばらばらの炎はすべて消し止められた。このとき、合計して25Lの水量を消費し、噴水を停止した後に木積みには煙がなく、再燃しなかった。
国家基準GB4351−2005によって規定されたB種類火は、可燃性液体の火である。試験は以下のようにして行った。円盤に高さ70mmの精製水を入れ、さらに1Lの車両用90#ガソリンを注入した。事前に10s燃焼した後に消火したが、このとき炎の高さは2mであった。消火を開始すると、現場で被覆された炎は高さが迅速に低下し、水ミストは炎をオイルパンから断ち切り、約12s後、炎は全部消し止められた。このとき、合計して7.5Lの水を使用した。炎が消えた後、オイルパンを5回再燃できた。この結果、ガソリンが大量残っていても、本高効率回転噴射ヘッドで霧化した少量の水だけで、燃料油の大火を消火できるということが証明された。
Claims (15)
- 回転噴射ヘッドを含む自動高速回転霧化装置であって、
前記回転噴射ヘッドは、加圧流体に接続された上部と、一つ又は複数のノズル又は噴孔により軸受を介して前記上部に接続された下部とを含み、
前記上部が固定され、
加圧流体の運動エネルギーの一部がノズルから噴出される時に反力を生じて、噴射ヘッドの下部全体を高速に回転するように駆動し、大部分の運動エネルギーは、ノズルの傾斜面又は傾斜スリットに衝突するか又は孔隙を通過する場合に、水流の霧化を促進する表面エネルギーに効果的に変換されて、広範囲にわたる霧化、分散及び旋回流体系を形成することを特徴とする自動高速回転霧化装置。 - 前記上部と前記下部は軸受を介して接続されることを特徴とする請求項1に記載の自動高速回転霧化装置。
- 前記回転噴射ヘッドは、順に接続されたノズル、回転ヘッド、軸受、管継手、締結部材及び位置決め部材を含み、前記ノズルは回転ヘッドに固定接続され、回転ヘッドは軸受及びノズルに接続され、軸受は管継手に接続され、位置決め部材は軸方向と径方向で軸受を位置決めし、
前記ノズルと前記回転ヘッドは前記下部に設けられ、前記管継手は前記上部に設けられていることを特徴とする請求項1又は2に記載の自動高速回転霧化装置。 - 前記回転噴射ヘッドは、ファンブレード、撹拌ブレード又は回転ブレードに接続されていることを特徴とする請求項3に記載の自動高速回転霧化装置。
- 前記ファンブレード、撹拌ブレード又は回転ブレードに微小孔が設けられていることを特徴とする請求項4に記載の自動高速回転霧化装置。
- 回転ヘッドは、軸受及びノズルに接続され、接続方式はネジ接続又は溶接であり、
回転ヘッド内には、流路口が設けられ、かつノズルに接続するための一つ又は複数の孔又はねじ穴が開設され、
軸受は一つ又は複数の深溝玉軸受の組み合わせ、或いは、軸受は一つ又は複数の深溝玉軸と軸方向スラスト軸受の組み合わせであることを特徴とする請求項3〜5のいずれか一項に記載の自動高速回転霧化装置。 - 前記回転噴射ヘッドは、弾頭形、オリーブ形、円形、方形、長柱状又は水平管状であり、
前記ノズルは、一つ又は複数の回転用のノズル、或いは、一つ又は複数の回転用のノズル及び一つ又は複数の上部ノズルとの組み合わせであることを特徴とする請求項6に記載の自動高速回転霧化装置。 - 開孔面積の合計が、管の横断面積を超えないことを特徴とする請求項7に記載の自動高速回転霧化装置。
- 前記ノズルは、細孔噴霧ノズル、霧化ノズル、小液流噴射ノズル又はそれらの組み合わせであることを特徴とする請求項7又は8に記載の自動高速回転霧化装置。
- 前記回転噴射ヘッドは、三孔ジェット式回転噴射ヘッド、三孔ジェット式ダブルニードル付き霧化噴射ヘッド、弾頭型多孔ジェット式回転噴射ヘッド、三孔ジェット式45°ノズル回転角度のダブルニードル付き霧化噴射ヘッド、三孔ジェット式45°角度ノズルの回転噴射ヘッド又は三孔ジェット式ダブルニードル付き90°角度ノズルの霧化噴射ヘッドであることを特徴とする請求項1〜9のいずれか一項に記載の自動高速回転霧化装置。
- 請求項1〜10のいずれか一項に記載の自動高速回転霧化装置の応用であって、前記回転噴射ヘッドは、単独又は組み合わせて釜、塔又はタンクに応用されるか、加圧流体輸送管又は加圧水ガス混合器に接続されるか、或いは、気相及び/又は液相に配置されることを特徴とする自動高速回転霧化装置の応用。
- 前記自動高速回転霧化装置は、旋回流式浄化塔に設けられ、回転噴射ヘッドは、煙道ガス入口近傍の塔底部に設けられて上向きに噴霧するか、又は旋回流式浄化塔の中部に設けられることを特徴とする請求項11に記載の自動高速回転霧化装置の応用。
- 請求項11に記載の自動高速回転霧化装置の応用であって、前記回転噴射ヘッドがポンプ、加圧貯水容器又は管路と接続されて冷却加湿集塵装置を形成し、大気に対して人工的及び局地的に干渉して大気浄化又は人工降雨を行うことにより、スモッグを緩和し、室内、庭内、団地内、街路で煙を除去して集塵しかつPM2.5を除去することを特徴とする自動高速回転霧化装置の応用。
- 請求項1〜10のいずれか一項に記載の自動高速回転霧化装置を用いた消火方法であって、前記回転噴射ヘッドは、室内に固定された自動噴水消火システム、機械駆動式消火水銃の出口、携帯式消火器、水道管網、水ポンプ、加圧水ガス混合容器又は加圧流体輸送管に接続されることを特徴とする自動高速回転霧化装置を用いた消火方法。
- 請求項14に記載の自動高速回転霧化装置を用いた消火方法であって、前記回転噴射ヘッドは、三孔ジェット式回転噴射ヘッド、三孔ジェット式ダブルニードル付き霧化噴射ヘッド、三孔ジェット式45°ノズル回転角度のダブルニードル付き霧化噴射ヘッド又は弾頭型多孔ジェット式回転噴射ヘッドであることを特徴とする自動高速回転霧化装置を用いた消火方法。
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