KR20110089867A - 기포 발생용 화재 진압 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

기포를 발생시키는 화재 진압 장치 및 방법은 기포-형성 액체가 고속 및 고압하에 다수의 제트를 통해 혼합 매니폴드 내로 도입되고, 불연성 가스가 고속 및 고압하에 기포-형성 액체의 유동 방향으로 제트의 하류로, 혼합 매니폴드의 중심 내로 도입된다. 혼합 매니폴드에서 발생된 기포는 혼합 매니폴드에 연결된 호스 및 노즐을 통해 배출된다. 상기 장치는 기포-형성 액체와 불연성 가스를 자체 공급하면서 프레임 상에서 지지된 자동-함유된 유닛(self-contained unit)일 수 있다.

Description

기포 발생용 화재 진압 장치 및 방법{FIRE SUPPRESSION APPARATUS AND METHOD FOR GENERATING FOAM}

본 발명은 발포성 액체 및 불연성 압축 가스를 매니폴드(manifold)에서 혼합하여 기포를 발생시키는 휴대용 화재 진압 시스템에 관한 것이다.

기포의 적용은 화재를 진압하는데 유용한 것으로 잘 알려져 있다. 기포는 전형적으로 적절한 기포제를 함유한 수증기 및 공기를 함께 혼합함으로써 화재 위치에서 발생된다. 기포의 품질, 기포의 액체 대 가스 비, 불연성 가스의 사용 능력, 및 기포가 분무될 수 있는 거리는 화재 진압 장비의 디자인 및 작동과 관련된 요소들이다.

US 제5,058,809호[캐롤(Carroll) 등]는 기포 생산제를 함유하는 유동 수성 스트림 내로 주변 공기를 흡입시키도록 고안된 기포 발생 노즐의 대표적인 것이다. 기포는 생성되며 노즐의 출구로부터 배출된다. 또한, US 제4,330,086호[Nysted(나이스테드)]에 나타낸 바와 같이, 기포-발생 노즐에서 편향 또는 충돌 구조를 삽입시켜 혼합을 촉진시키며 기포 생산을 증가시키도록 하는 것이 공지되어 있다.

기포 발생 노즐과 관련된 다수의 문제점이 존재한다. 공기가 산소를 함유하기 때문에, 공기를 가스로서 사용하여 발생된 기포는 화재를 진압하기 위해 이상적이지는 않다. 또한, 많은 노즐은 배출기(ejector)로서 작동하는데, 즉, 유동 수성 스트림의 운동 에너지를 사용하여 공기를 노즐 내로 끌어 당긴다. 운동량 보존의 법칙(principle of conservation of momentum)은 수성 스트림의 속도의 감소를 야기한다. 추가로, 노즐에 제공된 편향 및 충돌 구조는 노즐을 통해 유체 유동에 대한 저항을 증가시킬 수 있다.

US 제2,106,043호[참조: Urquhart 등]는 불연성 가스를 기포 형성 챔버에서 수성 기포 형성 혼합물과 혼합하는 기포 발생 방법을 개시한다. 유입 가스는 압력하에 기포 형성 챔버에 분포되고, 여기서 가스의 압력은 챔버에 부착된 호스 및 노즐을 통해 챔버로부터 기포를 수송하는데 충분하다. 가스는 수성 혼합물의 유동에 수직으로 도입된다.

기포 형성 액체 용액의 유동 방향에 대해 90°미만의 각도에서 가스를 주입하는 혼합 매니폴드를 갖는 기포-발생 장치가 US 제5,881,817호[Mahrt] 및 US 제6,112,819호[Henry]에 개시되어 있다. 그러나, 앞서 언급된 참조 문헌들은 기포-형성 액체를 혼합 매니폴드 안으로 주입된 가스와 접촉시키기 전에 기포-형성 액체의 속도를 증가시키는 제트(jet) 또는 기타 수단을 함유하지 않는다.

발명의 요약

본 발명은 화재를 진압하는데 사용할 수 있는 기포를 발생시키기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 장치는 기포-형성 액체 및 가스의 공급원을 포함하고, 이들 둘 다는 압력 하에 혼합 매니폴드 내로 도입된다. 기포는 혼합 매니폴드에서 발생하고, 호스를 통해 흐르며 노즐로부터 배출된다. 장치는 카트 또는 트럭과 같은 자가-추진 차량 위에 마운팅(mounting)될 수 있거나, 어떤 구조 내 설치되는 것과 같이 고정(stationary)될 수 있다.

기포-형성 액체는 사전-혼합되어 탱크에 저장될 수 있다. 다른 대안으로, 기포-형성제가 필요한 경우, 블렌드-온-더-플라이 작동(blend-on-the-fly operation)으로 벌크 액체(bulk liquid)로 계량될 수 있다. 기포-형성 액체는 예를 들면, 액체가 저장된 탱크를 압축시키거나 또는 액체를 펌핑함으로써 압력을 받아 혼합 매니폴드 내로 도입된다. 밸브는 액체를 매니폴드로 전달시키는 라인에 제공되어 액체의 유동률을 조절함으로써 작동기가 발생된 기포의 액체 대 가스 비를 조절하도록 할 수 있다. 예를 들면, 액체 대 가스 비는 1:15 내지 1:50, 바람직하게는 1:20 내지 1:40의 범위일 수 있다.

가스는 압력 하에 탱크에 압축되어 저장될 수 있다. 가스를 혼합 매니폴드로 도입하기 전에 조절기는 탱크에 저장된 가스의 압력을 목적하는 작동 압력으로 감소시키기 위해 제공된다. 또한, 압축된 가스를 이용하여 액체 저장 탱크를 압축시킬 수 있다. 예를 들면, 조절기를 빠져나가는 가스 라인은 분기될 수 있고, 하나의 라인은 가스를 혼합 매니폴드로 운송하기 위해 사용되고, 다른 라인은 액체 저장 탱크를 압축하는데 사용된다. 이러한 예에서, 매니폴드로 흐르는 기포-형성 액체 및 매니폴드로 흐르는 가스는 대략 동일한 압력하에 있을 것이다.

본 발명의 하나의 구체예에서, 가스는 비-가연성 가스이다. 적합한 비-가연성 가스의 예로 질소, 이산화탄소, 할로탄소, 희가스(noble gas) 및 연소를 제공하는데 산소의 불충분한 농도를 함유하는 가스를 포함한다.

기포-형성 액체를 적어도 하나의 제트를 통해 혼합 매니폴드의 입구 안으로 분무한다. 제트는 혼합 매니폴드의 캐비티(cavity)의 횡단면적 이하인 횡단면적을 갖는 배출 노즐을 갖는다. 하나의 구체예에서, 기포-형성 액체는 다수의 제트를 통해 혼합 매니폴드 안으로 주입된다. 예를 들면, 3개 내지 7개의 제트를 사용할 수 있다. 이러한 제트는, 내부로 제트가 분무되는, 혼합 매니폴드의 캐비티의 횡단면적의 1/5 미만인 노즐 횡단면적을 갖는 제트로서 한정된 "자유 제트"일 수 있다. 노즐 배열, 즉, 좁아지는 배출 개구로 가늘어지는 입구를 갖는 제트가 기포-형성 액체의 교류(turbulence), 고속 콘을 생성하고, 이는 혼합 매니폴드에서 기포 생성을 촉진시키는 것으로 여겨지지만, 제트는 또한 홀(hole) 또는 슬롯(slot)에 의해 오리피스 플레이트(orifice plate)에서 생성될 수 있다.

본 발명의 하나의 구체예에서, 제트 노즐을 나가는 액체의 속도는 분당 10 갤론의 유동률에서 초당 적어도 10 피트, 바람직하게는 분당 10 갤론의 유동률에서 초당 적어도 15 피트이다.

제트(들)는 혼합 매니폴드의 출구를 향해 유도된다. 제트(들)가 적어도 50%, 바람직하게 적어도 75%, 가장 바람직하게는 혼합 매니폴드의 캐비티(cavity)의 실질적으로 모든 횡단면을 채우는 분무 패턴을 생성하도록 고안되는 것이 이로운 것으로 여겨진다.

가스는 본원에서 기포-형성 액체의 유동에 대해 하류 방향(downstream direction)으로 언급되는, 매니폴드를 통해 기포-형성 액체의 유동 방향에 대해 90° 이하의 각에서 혼합 매니폴드의 캐비티 내로 압력하에 도입된다. 하나의 구체예에서, 기포-형성 액체의 유동 방향에 대해 60° 이하, 바람직하게는 45° 이하의 각에서 도입된다. 가스는 가스가 기포-형성 액체와 혼합하는 경우, 매니폴드의 출구를 통해 기포 유동을 발생시키는 충분한 양과 속도로 도입된다.

가스는 제트(들)의 배출 노즐의 하류 위치에서 도입될 수 있다. 가스를 혼합 매니폴드 안으로 도입시키는 지점은 적어도 50%, 바람직하게는 적어도 75%, 보다 바람직하게는 혼합 매니폴드의 실질적으로 모든 횡단면을 채우는 제트(들)의 분무 패턴의 위치와 일치하도록 선택될 수 있다. 하나의 구체예에서, 가스의 도입 지점은 제트(들)의 배출 노즐로부터 2 내지 18의 노즐 직경(nozzle diameter), 바람직하게는 제트(들)의 배출 노즐로부터 3 내지 12의 노즐 직경의 거리에 있다.

본 발명의 목적은, 혼합 매니폴드를 통해 액체의 유동에 대해 가스의 도입 각으로부터 야기되는 액체, 가스 및 기포의 운동량 손실을 최소화하는 것이다. 다양한 수단을 사용하여 하류 각에서 혼합 매니폴드의 면에 위치한 포트(port)를 통해, 하류에 직면한 어퍼처(aperture)를 갖는 크로스-바(cross-bar)를 통해, 또는 혼합 매니폴드를 통해 액체 유동의 중심에서 실질적으로 삽입된 튜브(tube)를 통해 가스를 도입시킴을 포함하여 이러한 목적을 달성할 수 있다.

유체의 운동량은, 가스가 혼합 매니폴드를 통해 기포-형성 액체의 유동 방향과 실질적으로 동일한 각에서 혼합 매니폴드 안으로 도입되는 경우 가장 잘 보존되는 것으로 여겨진다. 추가로, 가스가 혼합 매니폴드의 캐비티 중심으로부터 1/2 반경(여기서, 반경은 액체 유동에 대해 수직으로 측정된, 가스의 도입 지점에서의 캐비티의 반경이다) 이내인 위치 안으로 도입되는 경우 성능 개선이 실현되었다. 하나의 구체예에서, 가스는 하류에 직면한 어퍼처와 함께 혼합 매니폴드를 통해, 예를 들면, 잠망경을 연상시키는 형태로 고안된 튜브를 통해 실질적으로 액체의 유동 중심에서 도입된다.

기포-형성 액체가 제트 노즐로부터 혼합 매니폴드 안으로 배출되는 압력 및 가스가 혼합 매니폴드 안으로 배출되는 압력은 불규칙한 유동률을 야기할 수 있는 차단 효과(damming effect)를 피하기 위해서 실질적으로 동일할 수 있다. 당업자는 기포-형성 액체 및 가스에 의해 발생된 압력 저하가 상이할 수 있고, 액체 및 가스는 각각 상이한 압력에서 제트 및 혼합 매니폴드로 전달될 수 있어서 제트로부터의 액체의 배출 압력 및 혼합 매니폴드의 캐비티 내로 가스의 배출 압력이 균형을 이루게 되는 것을 이해할 수 있다. 예를 들면, 2개의 조절기를 사용하여 가스 저장 탱크에서 가스의 압력을 감소시키고, 이는 액체 저장 탱크를 제1 압력에서 압축시키고, 혼합 매니폴드로 전달된 가스를 제2 압력으로 압축시키도록 할 수 있다. 다른 대안으로, 저장된 곳에서부터 혼합 매니폴드 내로 각각의 액체 및 가스 유동에 의해 발생된 압력 저하가 대략 동일한 장치가 고안될 수 있다.

혼합 매니폴드는 가스를 혼합 매니폴드의 캐비티 안으로 도입시키기 위한 입구, 캐비티, 출구, 및 수단을 가진다. 하나의 구체예에서, 혼합 매니폴드는 (i) 입구와 출구 사이에서 실질적으로 일직선인, 즉, 실질적으로 구부러지거나 휘어지지 않은 캐비티, 및 (ii) 캐비티의 하류 말단에서, 즉, 출구가 액체, 가스 또는 기포의 재순환을 야기하도록 캐비티 내로 돌출되지 않는 출구로 특징지어지는 "유동 관통(flow through)" 설계를 가진다. 예를 들면, 혼합 매니폴드가 1 내지 2 인치의 내부 직경을 갖는 원통형 캐비티를 가질 수 있다. 본 발명의 하나의 구체예에서, 가스가 혼합 매니폴드의 출구에 도입되는 지점으로부터 혼합 매니폴드의 직경은 실질적으로 동일함으로써 기포의 균열 또는 붕괴를 야기할 수 있는 불안정한 전단(destabilizing shear)을 피한다.

호스의 하나의 말단은 혼합 매니폴드의 출구에 연결된다. 통상적인 화재 호스가 사용될 수 있다. 노즐은 장치로부터 기포의 유동을 지향하고 조절하기 위해, 호스의 반대 말단에 연결된다.

앞서 언급된 특징을 선택하여 결합함으로써, 혼합 매니폴드 안으로 도입된 기포-형성 액체의 속도를 현저하게 증가시켜 제트(들)를 혼합 매니폴드 안으로 가스의 도입 지점과 매우 근접하게 기포-형성 액체의 고속 콘을 지향하고, 가스의 반출(entrainment)을 최대화시키는 기포-형성 액체의 분무 패턴을 생성하도록 위치시키는 것이 가능하다. 추가로, 가스를, 균일한 분산을 강화하는 위치에서, 유체의 운동량 손실을 최소화하는 방향으로 혼합 매니폴드의 캐비티 내로 도입하는 것이 가능하다. 혼합 매니폴드에서 생성된 교류 및 운동량은 높은 퀄리티 기포를 형성하고, 이는 호스의 길이를 따라 추진되고, 노즐로부터 고속으로 방출된다.

도 1은 화재 진압 장치의 투시도이다.
도 2는 혼합 매니폴드의 측면도이다.
도 3은 출구 면으로부터 획득한, 혼합 매니폴드의 말단도이다.
도 4는 도 2에 나타낸 라인 4-4를 따라 획득한, 혼합 매니폴드의 횡단면도이다.
도 5는 도 3에 나타낸 라인 5-5를 따라 획득한, 혼합 매니폴드의 횡단면도이다.

본 발명의 범위를 제한하지 않고, 이하에서는 바람직한 구체예 및 특징을 설명하고 있다. 명세서에 인용된 모든 미국 특허들은 참조로 삽입된다. 달리 언급되지 않으면, 조건은 25℃, 1 대기압, 50% 상대 습도이고, 조성물 중의 물질의 퍼센트는 중량 퍼센트이다. 비원형 노즐, 예를 들면, 슬롯(slot)에 대한 노즐 직경은 짧은 치수를 직경으로 계산된다. 비균일 노즐 직경을 갖는 다수의 노즐의 경우, 평균 노즐 직경은 각각의 노즐 직경 측정을 노즐의 배출 지점에서 면적으로 중량을 재는 면적 중량측정(area weighting)을 사용하여 계산한다.

도 1을 참조하면, 화재 진압 장치는 프레임(frame)(3)에 마운팅되는 액체 탱크(1) 및 압축 가스 탱크(2)를 가진다. 프레임(3)은 장치를 화재 장소로 수동 운송하기 위한 바퀴(wheel)(4) 및 핸들(handle)(5)을 포함한다. 또한, 운송 차량, 예를 들면, 트럭 베드 상에서 마운팅되는 화재 진압 장치, 또는 호텔 또는 식당에서 제공될 수 있는 것과 같은 고정 단위(stationary unit)로서 고안되는 화재 진압 장치가 본 발명의 범위 내에 있다. 또한, 팩 프레임(pack frame) 위에 마운팅되고 개인에 의해 화재 장소로 운반될 수 있는 비례-축소 버젼(scaled-down version)의 장치가 본 발명의 범위 내에 있다.

액체 탱크(1)는 화재를 진압하기 위해 기포-형성 액체를 함유한다. 액체 탱크(1)는 액체를 가하기 위한 충전 마개(fill cap)(6)를 제공한다. 예를 들면, 기포-형성 액체는 수용액과 기포-형성제, 예를 들면, 파이어-트롤 클라스 에이(Fire-Trol Class A) 액체 기포제, 비누 및 계면활성제일 수 있다. 대안적인 구체예(도시되지 않음)에서, 기포-형성제는 프레임(3) 위에 마운팅된 분리 탱크에서 제공될 수 있고, 이로써 기포-형성제는 작동 중에, 예를 들면, 액체가 저장 탱크로부터 혼합 매니폴드로 전달됨에 따라 기포-형성제를 액체, 예를 들면 물 안으로 계량함으로써 액체와 혼합될 수 있다.

액체 탱크(1)로부터 액체는 압력하에 혼합 매니폴드(7)로 도입된다. 도 1에 나타난 것처럼, 액체 탱크(1) 내 압력은 액체를 딥-레그(8)로 올리고, 기포 제어 밸브(9)를 통해 혼합 매니폴드(7)로 가한다. 기포 제어 밸브(9)를 사용하여 혼합 매니폴드(7)에 생산된 기포 중의 액체 대 가스의 비에 영향을 미치는 액체 유동률을 조절한다. 안전을 위하여, 기포 제어 밸브(9)가 개방되고 폐쇄될 수 있는 정도는 제한될 수 있어서, 혼합 매니폴드로 액체를 유동하는 것은 최대율을 넘어 증가하지도 않고 최소율 미만으로 감소하지도 않을 수 있다. 예를 들자면, 장치는 분 당 약 1 내지 약 30 갤론의 액체 유동률을 생성하도록 고안된다.

가스 탱크(2)는 프레임(3) 위에서 금속 스트랩(10), 또는 기타 적절한 지지체로 마운팅(mounting)될 수 있다. 가스는 전형적으로 약 3,000 이하 psig(pound per square inch gauge)로 압축된다. 조절기(11)는 운용가능한 압력으로 탱크 내 압력을 감소시키기 위해 가스 탱크(2)의 출구에 제공된다. 예를 들면, 조절기(11)는 약 90 내지 125 psig로 가스의 압력을 감소시키도록 조절될 수 있다. 조절기(11)를 빠져나가는 가스는 피팅(fitting)(14)에서 액체 탱크(1)에 연결된 라인(13)과 T자관(tee)(12)에서 분할된다. 가스 탱크(2)로부터의 가스는 액체 위의 공간에서 증가함으로써 액체를 딥-레그(dip-leg)(8) 위로 구동시키는 압력을 제공한다. T자관(12)의 기타 브랜치는 내부에 가스를 도입하기 위해 혼합 매니폴드(7)에 연결되는 라인(15)이다. 따라서, 탱크(1)로부터의 액체 및 탱크(2)로부터의 가스는 대략 동일한 압력에서 혼합 매니폴드(7)로 전달될 수 있음을 인식할 수 있다.

본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 기타 수단을 사용하여 기포-형성 액체를 탱크(1)로부터 혼합 매니폴드(7)로 압력하에 전달할 수 있음을 인식할 것이다. 예를 들면, 액체 탱크(1)는 가스가 혼합 매니폴드(7)로 전달되는 압력보다 높은 앞력으로, 예를 들면, 2개의 별개 조절기(도시되지 않음)를 사용함으로써 압축될 수 있다. 다른 구체예에서, 탱크(1)로부터의 액체는 펌프(도시되지 않음)에 공급된 중력으로, 액체를 압력하에 혼합 매니폴드(7)로 펌프한다. 본 발명의 또 다른 구체예에서, 제2 가스 탱크 및 제2 조절기는 시스템용 백업(back-up)으로서 제공될 수 있다.

혼합 매니폴드(7)에서 생산된 기포는 잠금 밸브(shut-off valve)(16), 호스(17) 및 노즐(18)을 통해 운송된다. 호스(17)의 길이는 소방대원에게 혼합 매니폴드(7)에서 생산된 기포의 속도를 불필요하게 감소시키지 않고 불에 접근하고 기동력을 제공하도록 선택된다. 예를 들면, 호스(17)는 1 내지 2 인치의 내부 직경을 가진 천으로 덮인 호스로 유연적이다. 25 내지 100 피트의 길이를 가진 호스는 본원에 유용한 것으로 나타나 있다. 노즐(18)은 기포의 분무 패턴 및 유동률을 제어하기 위해 조절가능한 노즐일 수 있다.

본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 액체 탱크(1), 가스 탱크(2), 프레임(3) 및 배관에 대한 적절한 물질 및 설계를 선택하여 장치의 조성물, 압력 및 유동률을 조절할 수 있다. 예를 들면, 도 1에 나타낸 바와 같이 라인 13 및 15에서 각각 체크 밸브(30 및 31)를 가진 장치를 제공할 수 있다.

도 2는 혼합 매니폴드(7)의 측면도를 나타낸다. 가스는 혼합 매니폴드(7) 내로 라인(15) 및 커플링(26)을 통해 흐른다. 혼합 매니폴드(7)는, 혼합 매니폴드(7)를 밸브(9 및 16)에 각각 연결하기 위해 관통된 말단(threaded end)(28 및 29)을 가진다.

도 3은 기포-형성 액체를 배출하는 4개의 제트의 배출 노즐(23)의 공간 배열을 나타내는, 혼합 매니폴드(7)의 출구의 말단도이다. 가스는 커플링(26)에 연결된 튜브(24)를 통해 혼합 매니폴드 안으로 도입된다. 가스는 실질적으로 혼합 매니폴드(7)의 중심에서 튜브(24) 내 출구(25)를 통해 액체의 유동과 실질적으로 동일한 방향으로 도입된다. 혼합 매니폴드(7)는 내부 측벽(27)을 가진다. 4개의 제트의 사용이 도시된다. 마찬가지로 3개 내지 5개의 제트를 사용하여 좋은 결과가 수득되었다.

도 4는 도 3과 관련하여 위에 기재된 성분을 나타내는 혼합 매니폴드(7)의 횡단면도이다.

도 5와 관련하여, 혼합 매니폴드(7)는 입구(19), 출구(20) 및 캐비티(21)를 가진다. 기포-형성 액체는 제트(22)를 통해 캐비티(21) 내로 주입된다. 각각의 제트(22)는 출구(20)를 향하고 혼합 매니폴드(7)를 통해 액체의 유동과 동시에 유동하는 배출 노즐(23)을 가진다. 제트의 입구는 직경이 약 1/2 인치이고, 제트의 배출 노즐(23)은 직경이 약 1/4 인치이다. 또한, 예를 들면, 액체와 가스 사이의 접촉 지점에서 속도, 교류 및 혼합을 최대화하기 위해, 다양한 배출 직경을 가진 다양한 길이의 제트들이 본 발명의 범위 내에 제공된다.

가스는 개구(25)를 갖는 튜브(24)를 통해 캐비티(21) 내로 도입된다. 튜브(24)에서 개구(25)는 캐비티(21)를 통한 액체 유동의 중심에서, 즉, 캐비티(21)의 측벽(27)에 대해 위치한다. 튜브(24) 및 개구(25)는 가스의 하류 운동량의 손실을 최소화하기 위해 출구(20)를 향하여 지정된 엘보(elbow)를 가진 잠망경을 연상시키는 설계로 제공될 수 있다. 혼합 매니폴드(7)의 캐비티(21)는 1 인치의 내부 직경 및 3 인치의 길이를 가진다. 본 발명의 나타낸 구체예에서, 캐비티(21)의 출구(20), 잠금 밸브(16) 및 호스(17)는 캐비티(21)와 대략 동일한 내부 직경을 가짐으로써 전단 및 기포의 속도 내 감소를 최소화시킨다.

튜브(24)의 개구(25)는 제트(22)의 배출 노즐(23)로부터 하류에 위치한다. 도 5에 나타낸 구체예에서, 개구(25)는 배출 노즐(23)의 출구로부터 하류로 대략 9 노즐 직경에 위치한다. 배출 노즐(23)의 외부 에지는 캐비티(21)의 측벽(27)으로부터 약 1/8 내지 1/4에 위치한다. 14°의 분무 각을 사용하여 제트(22)의 분무 패턴은 튜브(24)를 통한 가스의 도입 지점에서 캐비티(21)를 실질적으로 채우는 것으로 예상된다. 배출 노즐(23)은 개구(25)를 통한 가스의 배출과 인접한 기포-형성 액체의 고속 콘을 지향하도록 위치하지만, 캐비티(21)에서 가스의 반출을 최대화시키는 분무 패턴을 생성한다.

본 발명의 대안적인 구체예(나타내지는 않음)에서, 가스는 US 제5,881,817호에 나타낸 바와 같이 혼합 매니폴드의 측면에서 포트를 통해, 또는 US 제6,112,819호에 나타낸 바와 같이 혼합 챔버에 위치된 크로스-바를 통해 혼합 챔버(7)의 캐비티(21) 내로 도입될 수 있고, 여기서 가스는 액체의 유동에 대해 하류로 도입된다.

물론, 본 발명의 다수의 대안적인 구체예가 이후 특허청구범위에 포함되는 것으로 의도된다.

Claims (25)

1. (a) 가압된 기포-형성 액체를 혼합 매니폴드(mixing manifold) 내의 캐비티(cavity) 내로 상기 혼합 매니폴드의 입구에 배치된 제트 노즐(jet nozzle)을 통해 도입하고;
   (b) 매니폴드를 통한 액체 유동 방향에 대해 60°이하의 각도로 하류(downstream)로 지향되는 가압된 가스를 혼합 매니폴드 내의 캐비티 내로 도입하고;
   (c) 혼합 매니폴드 내에 기포를 발생시키고; 그리고
   (d) 기포를 혼합 챔버(mixing chamber) 내 출구로부터 노즐에 연결된 호스로 흐르도록 하는;
   단계를 포함하는 기포 발생 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 가스가 제트 노즐로부터 하류 위치에서 혼합 매니폴드를 통한 액체 유동 방향에 대해 45°이하의 각도로 도입되는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 가압된 기포-형성 액체가 다수의 제트 노즐을 통해 혼합 매니폴드의 입구 내로 도입되고, 상기 제트는 자유 제트(free jet)인 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 제트가 가스가 도입되는 위치에서 혼합 챔버 내 캐비티를 실질적으로 채우는 분무 패턴을 제공하도록 배열되고, 상기 가스가 혼합 매니폴드를 통해 액체 유동 방향에 대해 45°이하의 각도에서 도입되는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 제트 노즐로부터 기포-형성 액체의 배출 속도가 분당 10 갤런(gallon)의 액체 유동 속도에서 초당 10 피트(feet) 이상인 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제4항에 있어서, 상기 혼합 매니폴드가 원통형이고, 1 내지 2 인치의 내부 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제1항에 있어서, 상기 기포-형성 액체가 3개 내지 7개의 제트를 통해 혼합 매니폴드의 캐비티 내로 도입되고, 여기서 상기 제트는 자유 제트이며, 상기 가스는 혼합 매니폴드를 통해 액체 유동 방향으로 실질적으로 동일한 각도에서 제트로부터 하류로 3 내지 18 노즐 직경(nozzle diameter)의 위치에서 도입되는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제7항에 있어서, 상기 액체 및 가스가 실질적으로 동일한 압력으로 가압되는 것을 특징으로 하는 방법.
9. 제7항에 있어서, 상기 가스가 질소 및 이산화탄소로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
10. (a) 가압된 기포-형성 액체를 혼합 매니폴드 내의 캐비티 내로 상기 혼합 매니폴드의 입구에 배치된 제트 노즐을 통해 도입하고;
    (b) 캐비티의 중심으로부터 1/2 반경 내의 위치에서 캐비티 내로 도입되는 가압된 가스를, 제트 노즐로부터 하류 위치에서 혼합 매니폴드 내의 캐비티 내로 도입하고;
    (c) 혼합 매니폴드에서 기포를 발생시키고; 그리고
    (d) 기포를 혼합 챔버 내 출구로부터 노즐에 연결된 호스로 흐르도록 하는;
    단계를 포함하는 기포 발생 방법.
11. 제10항에 있어서, 상기 가압된 기포-형성 액체가 다수의 제트 노즐을 통해 혼합 매니폴드의 입구 내로 도입되고, 상기 제트가 자유 제트인 것을 특징으로 하는 방법.
12. 제10항에 있어서, 상기 기포-형성 액체가 3개 내지 7개의 제트를 통해 혼합 매니폴드의 캐비티 내로 도입되고, 여기서 상기 제트는 자유 제트이며, 상기 가스는 혼합 매니폴드를 통해 액체 유동 방향으로 실질적으로 동일한 각도에서 제트로부터 하류로 3 내지 18 노즐 직경의 위치에서 도입되는 것을 특징으로 하는 방법.
13. 제12항에 있어서, 상기 혼합 매니폴드가 원통형이고, 1 내지 2 인치의 내부 직경을 가지며, 혼합 매니폴드가 유동 관통 디자인(flow through design)인 것을 특징으로 하는 방법.
14. 제11항에 있어서, 상기 액체 및 가스가 실질적으로 동일한 압력으로 가압되고, 상기 가스가 질소 및 이산화탄소로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
15. (a) 내부 캐비티, 입구 및, 입구로부터 캐비티의 반대 말단에 위치한 출구를 갖는 혼합 매니폴드;
    (b) 가압된, 기포-형성 액체를 매니폴드의 입구 내로 분무하기 위한, 혼합 매니폴드의 출구를 향해 지향되는 다수의 제트;
    (c) 상기 기포-형성 액체를 압력하에 제트로 전달하기 위한 수단;
    (d) 매니폴드를 통해 액체 유동 방향에 대해 하류 지향된 가압된 가스를, 매니폴드의 출구를 통해 기포 유동을 발생시키기 위한 충분한 양 및 속도에서 제트의 하류로, 매니폴드의 캐비티 내로 도입시키는 수단;
    (e) 매니폴드의 출구에 연결된 제1 말단 및 제2 말단을 갖는 호스; 및
    (f) 호스의 제2 말단에 연결된 노즐;
    을 포함하는 기포 발생 장치.
16. 제15항에 있어서, 상기 가스는 캐비티의 중심으로부터 1/2 반경 내의 위치에서 캐비티 내로 도입되는 것을 특징으로 하는 기포 발생 장치.
17. 제16항에 있어서, 상기 기포-형성 액체가 3개 내지 7개의 제트를 통해 혼합 매니폴드의 캐비티 내로 도입되고, 여기서 상기 가스는 혼합 매니폴드를 통해 액체 유동 방향으로 실질적으로 동일한 각도에서 도입되는 것을 특징으로 하는 기포 발생 장치.
18. 제17항에 있어서, 상기 가스가 제트로부터 하류로 3 내지 12 노즐 직경 위치에서 도입되는 것을 특징으로 하는 기포 발생 장치.
19. 제17항에 있어서, 상기 기포-형성 액체가 물 및 기포제를 포함하고, 상기 가스가 불연성인 것을 특징으로 하는 기포 발생 장치.
20. 제17항에 있어서, 상기 혼합 매니폴드가 원통형이고, 1 내지 2 인치의 내부 직경을 가지며, 혼합 매니폴드가 유동 관통 디자인인 것을 특징으로 하는 기포 발생 장치.
21. 제17항에 있어서, 상기 매니폴드의 입구 내로 가압된, 기포-형성 액체를 분무하고, 기포-형성 액체의 유동을 매니폴드로 제어함으로써 혼합 매니폴드에서 액체 대 가스 비를 조절하기 위해, 제트로부터 상류에 위치된 밸브를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 기포 발생 장치.
22. (a) 가압된 기포생성가능한 액체용 액체 탱크;
    (b) 가압된 가스용 가스 탱크;
    (c) 내부 캐비티, 입구 및, 입구로부터 캐비티의 반대 말단에 위치한 출구를 갖는, 액체 및 가스 탱크에 유동적으로 연결된 매니폴드;
    (d) 매니폴드의 입구 내로 가압된, 매니폴드의 출구를 향하는 방향으로 분무되는 기포생성가능한 액체를 분무하기 위한 다수의 제트;
    (e) 캐비티의 중심으로부터 1/2 반경 내의 위치에서 캐비티 내로 도입되는 가압된 가스를 제트의 하류로, 매니폴드의 캐비티 내로 및 액체 분무 내로, 매니폴드의 출구를 통해 기포 유동을 발생시키는 충분한 양 및 속도에서 도입시키는 수단; 및
    (f) 기포를 전달할 수 있는 매니폴드의 출구로 연결된 호스;
    를 포함하는 기포 발생 장치.
23. 제22항에 있어서, 상기 기포-형성 액체가 3개 내지 7개의 제트를 통해 혼합 매니폴드의 캐비티 내로 도입되고, 여기서 상기 가스는 혼합 매니폴드를 통해 액체 유동 방향으로 실질적으로 동일한 각도에서 도입되는 것을 특징으로 하는 기포 발생 장치.
24. 제23항에 있어서, 상기 가스가 제트로부터 하류로 3 내지 18 노즐 직경 위치에서 도입되는 것을 특징으로 하는 기포 발생 장치.
25. 제22항에 있어서, 상기 가스가 제트로부터 하류로 3 내지 12 노즐 직경의 위치에서 도입되는 것을 특징으로 하는 기포 발생 장치.

Images