NO344063B1

NO344063B1 - Brannundertrykkingssystem ved anvendelse av høyhastighets lavtrykksemittere

Info

Publication number: NO344063B1
Application number: NO20080212A
Authority: NO
Inventors: William J Reilly; Robert J Ballard; Stephen R Ide; Kevin J Blease
Original assignee: Victaulic Co Of America
Priority date: 2005-06-13
Filing date: 2008-01-14
Publication date: 2019-08-26
Also published as: US20100193609A1; US8376059B2; CA2611961A1; JP4897805B2; TW200711681A; EP1893305A2; US7721811B2; CN101511433B; AR077582A2; EP1893305A4; MX2007015843A; WO2006135890A2; AU2006257833B2; NO20080211L; BRPI0612038A2; KR20120126117A; IL188017A0; WO2006135891A3; EP1893307A4; EP1893307A2

Description

Område for oppfinnelsen

Denne oppfinnelsen vedrører brannundertrykkingssystemer ved anvendelse av anordninger for emittering av forstøvet (atomisert) væske, idet anordningen injiserer væsken inn i en gasstrøm hvor væsken forstøves og projiseres bort fra anordningen til en brann.

Bakgrunn for oppfinnelsen

Sprinkelsystemer for brannkontroll og- undertrykking inkluderer generelt flere individuelle sprinkelhoder som vanligvis er montert i himlingen over det området som skal beskyttes. Sprinkelhodene opprettholdes vanligvis i en lukket tilstand og inkluderer et termisk responsivt sensorisk element for å bestemme når en branntilstand har skjedd. Ved aktivering av det termisk responsive elementet åpnes sprinkelhodet, som tillater trykksatt vann ved hvert at de individuelle sprinkelhodene å strømme fritt derigjennom for å slukke brannen. De individuelle sprinkelhodene har en romfordeling seg imellom med avstander som er bestemt av den type beskyttelse de er ment å gi (for eksempel lett eller alminnelig farlige forhold) og graderingene av de individuelle sprinklene, som er bestemt av de industriaksepterte graderingskontorene, så som Underwriters Laboratories, Inc., Factory Mutal Research Corp. og/eller National Fire Protection Association.

For å minimere forsinkelsen mellom termisk aktivering og ordentlig utspyling av vann av sprinkelhodet, er røropplegget som forbinder sprinkelhodene til vannkilden i mange tilfeller bestandig fylt med vann. Dette er kjent som et våtsystem, hvor vannet er umiddelbart tilgjengelig ved sprinkelhodet ved termisk aktivering.

Imidlertid er det mange situasjoner hvor sprinkelsystemet installeres i et uoppvarmet område, så som i lagerhus. I slike situasjoner, dersom et våtsystem anvendes, og spesielt siden vannet ikke strømmer innenfor rørledningssystemet over lengre tidsperioder, er det en fare for at vannet innenfor rørledningene fryser. Dette vil ikke bare på en ugunstig måte påvirke driften av sprinkelsystemet dersom sprinkelhodene blir termisk aktivert mens det kan være isblokkering for rørledningene, men slik frysing kan, hvis den er omfattende, føre til oppsprekking av rørledningene, og derved ødelegge sprinkelsystemet. Således, i slike situasjoner er det konvensjonell praksis å ha rørledningene tomme for vann under en tilstand hvor den ikke er aktivert. Dette er kjent som et tørt brannbeskyttelsessystem.

Når aktivert, frigir tradisjonelle sprinkelhoder en dusj av brannundertrykningsvæske, så som vann, på området for brannen. Vanndusjen, selv om det er nokså effektivt, har flere ulemper. Vanndråper som omfatter dusjen er relativt store og vil forårsake at vann skader innredning eller gods i det brennende området. Vanndusjen utviser også begrensede brannundertrykkingsmodi. For eksempel vil ikke dusjen, som er sammensatt av relativt store dråper som tilveiebringer et lite totalt overflateareal, effektivt absorbere varme, og kan derfor ikke driftes effektivt for å forhindre spredning av brannen ved å senke omgivelsestemperaturen rundt brannen. Dessuten stopper ikke store dråper varmestråleoverføring effektivt, og tillater derfor brannen å bli spredt på denne måten. Videre, dusjen vil ikke effektivt fortrenge oksygen fra omgivelsesluften rundt brannen, heller ikke er det vanligvis tilstrekkelig nedadgående moment i dråpene til å overgå røykutviklingen og angripe roten til brannen.

Med disse ulempene i bakhodet, har anordninger, så som resonansrør, som atomiserer en brannundertrykkende væske, blitt vurdert som erstatninger for tradisjonelle sprinkelhoder. Resonansrør bruker akustisk energi, generert av en oscillerende trykkbølgeinteraksjon mellom en gass-jet og et hulrom, for å atomisere væske som injiseres inn i området nær resonansrøret hvor den akustiske energien er til stede.

Dessverre har ikke resonansrør av kjent konstruksjon og driftsmodus generelt ikke de fluidstrømningskarakteristikkene som er nødvendig for å være effektiv i brannbeskyttelsesapplikasjoner. Strømningsvolumet fra resonansrøret har en tendens til å være utilstrekkelig, og vannpartiklene generert ved atomiseringsprosessen har relativt lave hastigheter. Følgelig blir disse vannpartiklene betydelig retardert innen omtrent 8 til 16 tommer fra sprinkelhodet, og kan ikke overgå den utviklingen av stigende forbrenningsgass som genereres ved en brann. Således kan ikke vannpartiklene komme til brannkilden for effektiv brannundertrykking. Videre, vannpartikkelstørrelsen generert ved atomisering er inneffektiv ved reduksjon av oksygeninnholdet for å undertrykke en brann dersom omgivelsestemperaturen er under 55 °C. I tillegg krever kjente resonansrør relativt store gassvolumer levert ved høyt trykk. Dette gir ustabil gasstrøm, som genererer signifikant akustisk energi og separeres fra deflektoroverflatene som den går over, som fører til inneffektiv atomisering av vannet.

US6390203 beskriver et brannundertrykkingssystem ifølge ingressen til krav 1. US3084874 beskriver en emitter hvor det dannes flere sjokkfronter/bølger.

WO00/41769, WO03/030995 og US2004188104 viser til brannundertrykkingssystemer ifølge ingressen til krav 1.

Det er et klart behov for brannundertrykkingssystem som har en atomiseringsemitter som driftes mer effektiv enn kjente resonansrør. En slik emitter ville ideelt anvende mindre gassvolumer ved lavere trykk for å produsere tilstrekkelig volum av atomiserte vannpartikler som har en mindre størrelsesfordeling, samtidig med at det opprettholdes signifikant moment ved utslipp slik at vannpartiklene kan overgå utviklingen av brannrøyken, og være mer effektiv i brannundertrykking.

Sammenfatning av oppfinnelsen

Oppfinnelsen vedrører et brannundertrykkingssystem ifølge krav 1. Systemet omfatter en kilde av trykksatt gass, en kilde av trykksatt væske og minst én emitter for atomisering og utslipp av væsken fanget inn i gassen ved en brann. En gasskanal tilveiebringer fluidkommunikasjon mellom den trykksatte gasskilden og emitteren, og et ledningsnettverk tilveiebringer fluidkommunikasjon mellom den trykksatte væskekilden og emitteren. En første ventil i gasskanalen regulerer trykk og strømningsrate av gassen til emitteren, og en andre ventil i rørledningsnettverket regulerer trykket og strømningsraten for væsken til emitteren. En trykktransducer måler trykk innenfor gasskanalen. En branndeteksjonsanordning er posisjonert i nærheten av emitteren. Et reguleringssystem er i kommunikasjon med den første og andre ventilen, trykktransduceren og branndeteksjonsanordningen. Reguleringssystemet mottar signaler fra trykktransduceren og branndeteksjonsanordningen, og åpner ventilene som en respons på et signal som er indikativt for en brann fra branndeteksjonsanordningen. Reguleringssystemet aktiverer den første ventilen for så å opprettholde et forutbestemt trykk innenfor gasskanalen for drift av emitteren.

Systemet kan også inkludere flere tanker med komprimert gass som danner kilden av trykksatt gass og en høyttrykksmanifold som tilveiebringer fluidkommunikasjon mellom tankene med komprimert gass og den første ventilen. I et slikt system er det fordelaktig å ha flere reguleringsventiler, som hver seg knyttes til én av komprimert gasstankene. En overvåkningssløyfe, i kommunikasjon med reguleringssystemet og reguleringsventilene, overvåker åpen og lukket status av reguleringsventilene.

Oppfinnelsen omfatter også en fremgangsmåte for å drifte et brannundertrykkingssystem ifølge krav 7. Systemet har en emitter omfattende en dyse ifølge den karakteriserende del av krav 1.

Fremgangsmåten omfatter: slippe ut væsken fra hullet; slippe ut gassen fra utløpet; etablere en første sjokkfront mellom utløpet og deflektorflaten; etablere en andre sjokkfront i nærheten av deflektorflaten fange væsken i gassen for å danne en væske-gasstrøm; og projisere væske-gasstrømmen fra emitteren.

Fremgangsmåten inkluderer også flere komprimertgasstanker som kilden av trykksatt gass. Flere reguleringsventiler, som hver seg knyttes til en av komprimertgasstankene, anvendes sammen med en overvåkningssløyfe i kommunikasjon med reguleringsventilene for overvåking av åpen og lukket status til reguleringsventilene. Fremgangsmåten omfatter videre overvåking av statusen ved reguleringsventilene og opprettholder reguleringsventilene i en åpen konfigurasjon under drift av systemet.

Kort beskrivelse av tegningene

Figur 1 er et skjematisk diagram som illustrerer et eksempelvis brannundertrykkingssystem ifølge oppfinnelsen;

Figur 2 er en langsgående snittbetraktning av en høyhastighets lavtrykksemitter anvendt i brannundertrykkingssystemet vist i figur 1;

Figur 3 er en langsgående snittbetraktning som viser en komponent av emitteren vist i figur 2;

Figur 4 er en langsgående snittbetraktning som viser en komponent av emitteren vist i figur 2;

Figur 5 er en langsgående snittbetraktning som viser en komponent av emitteren vist i figur 2;

Figur 6 er en langsgående snittbetraktning som viser en komponent av emitteren vist i figur 2;

Figur 7 er et diagram som viser fluidstrømming fra emitteren basert på et Schlieren- fotografi av emitteren vist i figur 2 under drift; og

Figur 8 er et diagram som viser predikert fluidstrømming for en annen utførelsesform av emitteren.

Detaljert beskrivelse av utførelsesformene

Figur 1 illustrerer i skjematisk form et eksempel på brannundertrykkingssystem 11 ifølge oppfinnelsen. System 11 inkluderer flere høyhastighets lavtrykksemittere 10, beskrevet i detalj nedenfor. Emittere 10 er arrangert i en sone med potensiell brannfare 13, systemet omfatter én eller flere slike soner, hver sone har siden sitt eget batteri av emittere. For klarhets skyld, kun én sone beskrives her, det forstås at beskrivelsen er anvendbar for ytterligere soner med brannfare, som vist.

Emitterne 10 er koplet via et rørledningsnettverk 15 til en kilde av trykksatt vann 17. En vannreguleringsventil 19 regulerer vannstrømmen fra kilden 17 til emitterne 10. Emitterne er også i fluidkommunikasjon med en kilde av trykksatt gass 21 gjennom et gasskanalnettverk 23. Den trykksatte gassen er fortrinnsvis en inert gass, så som nitrogen, og opprettholdes i batterier av høytrykkssylindere 25.

Sylindere 25 kan trykksettes opp til 2500 psig. For større systemer, som krever større gassvolumer, kan én eller flere tanker med lavere trykk (omtrent 350 psig) med volum i størrelsesorden av 30 000 gallon anvendes.

Ventiler 27 av sylindere 25 opprettholdes fortrinnsvis i åpen tilstand i kommunikasjon med en høytrykksmanifold 29. Gasstrømningsrate og- trykk fra manifolden til gasskanalen 23 reguleres ved en høytrykks gassreguleringsventil 31. Trykk i kanalen 23 nedstrøms for høytrykks reguleringsventilen overvåkes av en trykktransducer 33. Gasstrømmen til emitterne 10 i hver sone med brannfare 13, reguleres videre av en lavtrykksventil 35 nedstrøms for trykktransduceren.

Hver sone med brannfare 13 overvåkes av én eller flere branndeteksjonsanordninger 37. Disse deteksjonsanordningene driftes i en hvilken som helst av de forskjellige kjente måtene for branndeteksjon, så som avføling av flamme, varme, temperaturøkningshastighet, røykdeteksjon eller kombinasjoner derav.

Systemkomponentene således beskrevet koordineres og reguleres av et reguleringssystem 39, som omfatter en mikroprosessor 41 som har et reguleringspaneldisplay (ikke vist) iboende programvare, og en programmerbar logisk styreenhet 43. Reguleringssystemet kommuniserer med systemkomponentene for å motta informasjon og utgi reguleringskommandoer som følger.

Hver sylinderventil 27 overvåkes med hensyn til dens status (åpen eller lukket) med en overvåkningssløyfe 45 som kommuniserer med mikroprosessoren 41, som tilveiebringer en visuell indikasjon på sylinderventilstatusen.

Vannreguleringsventilen 19 er også i kommunikasjon med mikroprosessor 41 via en kommunikasjonslinje 47, som tillater ventilen å bli overvåket og regulert (åpnet og lukket) av reguleringssystemet. Tilsvarende, gassreguleringsventil 35 kommuniserer med reguleringssystemet via en kommunikasjonslinje 49, og branndeteksjonsanordninger 37 kommuniserer også med reguleringssystemet via kommunikasjonslinjer 51. Trykktransduceren 35 tilveiebringer dens signaler til den programmerbare logiske styringsenheten 43 over kommunikasjonslinje 53. Den programmerbare logiske styringsenheten er også i kommunikasjon med høytrykksgassventilen 31 over kommunikasjonslinje 55 og med mikroprosessoren 41 over kommunikasjonslinje 57.

I drift avføler branndetektorer 37 en brannhendelse, og tilveiebringer et signal til mikroprosessoren 41 over kommunikasjonslinje 51. Mikroprosessoren aktuerer den logiske styringsenheten 43. Merk at styringsenheten 43 kan være en separat styringsenhet eller en integrert del av høytrykks kontrollventilen 31. Den logiske styringsenheten 43 mottar et signal fra trykktransduceren 33 via kommunikasjonslinjen 53, som er indikativ for trykket i gasskanalen 23. Den logiske styringsenheten 43 åpner høytrykksgassventilen 31, mens mikroprosessoren 41 åpner gassreguleringsventilen 35 og vannreguleringsventilen 19, ved anvendelse av de respektive kommunikasjonslinjene 49 og 47.

Nitrogen fra tanker 25 og vann fra kilde 17 tillates således å strømme gjennom gasskanalen 23 og vannledningsnettverket 15, henholdsvis. Foretrukket vanntrykk for ordentlig drift av emitterne 10 er på mellom 1 psig og omtrent 50 psig, som beskrevet nedenfor. Den logiske styringsenheten 43 drifter ventil 31 for å opprettholde det riktige gasstrykket (mellom omtrent 29 psia og omtrent 60 psia) og strømningshastigheten for å drifte emitterne 10 innenfor parameterne som beskrevet nedenfor. Ved føling av at brannen er slukket, lukker mikroprosessoren 41 gass- og vannventilene 35 og 19, og den logiske styringsenheten 43 lukker høytrykks reguleringsventilen 31. Reguleringssystemet 39 fortsetter å overvåke alle soner med brannfare 13, og i tilfelle av en annen brann eller gjenoppblussing av den første brannen, gjentas den ovenforbeskrevne sekvensen.

Figur 2 viser en langsgående snittbetraktning av en høyhastighets lavtrykksemitter 10 ifølge oppfinnelsen. Emittere 10 omfatter en konvergerende dyse 12 som har et innløp 14 og et utløp 16. Utløp 16 kan spenne i diameter på mellom omtrent 1/8 tomme til omtrent 1 tomme for mange applikasjoner. Innløp 14 er i fluidkommunikasjon med en trykksatt gassforsyning 18 som tilveiebringer gass til dysen ved en forutbestemt trykk- og strømningshastighet. Det er fordelaktig at dysen 12 har en bøyd konvergerende indre overflate 20, selv om andre former, så som lineær konisk overflate, også er mulig.

En deflektorflate 22 er plassert i fordelt relasjon med dysen 12, et gap 24 etableres mellom deflektorflaten og dyseutløpet. Gapet kan spenne i størrelse fra mellom omtrent 1/10 tomme til omtrent 3/4 tommer. Deflektorflaten 22 holdes i fordelt relasjon fra dysen fra én eller flere bærende ben 26.

Fortrinnsvis omfatter deflektorflaten 22 en flat overflatedel 28, hovedsakelig stilt i linje med dyseutløpet 16, og en vinklet overflatedel 30 tilstøtende med og omsluttende den flate delen. Flat del 28 er hovedsakelig rettvinklet til gasstrømmen fra dyse 12, og har en minimumsdiameter omtrent lik diameteren til utløpet 16. Den vinklede delen 30 er orientert ved en tilbakestrøksvinkel 32 fra den flate delen. Tilbakestrøksvinkelen kan spenne fra mellom omtrent 15 ° og omtrent 45 °, og langs størrelsen til gapet 24 bestemmer dispergeringsmønsteret for strømningen fra emitteren.

Deflektorflate 22 kan ha andre former, så som den bøyde øvre kanten 34 vist i figur 3, og den bøyde kanten 36 vist i figur 4. Som vist i figurene 5 og 6 kan deflektorflaten 22 også inkludere en lukket ende resonansrør 38 omsluttet av en flat del 40 og en tilbakestrøket, vinklet del 42 (figur 5) eller en bøyd del 44 (figur 6). Diameteren og dybden til resonanshulrommet kan være omtrent lik diameteren til utløpet 16.

Igjen med referanse til figur 2, et ringromskammer 46 omslutter dyse 12. Kammer 46 er i fluidkommunikasjon med en trykksatt væsketilførsel 48 som tilveiebringer en væske til kammeret ved et forutbestemt trykk og strømningsrate. Flere av kanalene 50 strekker seg fra kammeret 46. Hver kanal har et utløpshull 52 posisjonert tilgrensende dyseutløpet 16. Utløpshullene har en diameter på omtrent 1/32 tomme til omtrent 1/8 tomme. Foretrukne avstander mellom dyseutløp 16 og utgangshullene 52 spenner fra omtrent 1/64 tomme til omtrent 1/8 tomme, som målt langs en radiuslinje fra kanten av dyseutløpet til den nærmeste kanten av utløpshullet. Væske, for eksempel vann for brannundertrykking, strømmer fra den trykksatte tilførselen 48 til kammeret 46 og gjennom kanalen 50, går ut fra hvert hull 52, hvor den atomiseres ved gasstrømmen fra den trykksatte gasstilførselen som strømmer gjennom dysen 12 og går ut gjennom dyseutløpet 16, som beskrevet i detalj nedenfor.

Emitter 10, når konfigurert for anvendelse i et brannundertrykkingssystem, er konstruert for å driftes med et foretrukket gasstrykk på mellom omtrent 29 psia til omtrent 60 psia ved dyseinnløpet 14 og et foretrukket vanntrykk på mellom omtrent 1 psig og omtrent 50 psig i kammer 46. Mulige gasser inkluderer nitrogen, andre inerte gasser, blandinger av inerte gasser så vel som blandinger av inerte og kjemisk aktive gasser så som luft.

Drift av emitteren 10 er beskrevet med referanse til figur 7, som er en tegning basert på Schlieren-fotografisk analyse, av en emitter i drift.

Gass 85 går ut fra dyseutløpet 16 ved omtrent Mach 1,5, og treffer deflektorflaten 22. Samtidig slippes vann 87 ut fra utløpshullene 52.

Vekselvirkning mellom gassen 85 og deflektorflaten 22 etablerer en første sjokkfront 54 mellom dyseutløpet 16 og deflektorflaten 22. En sjokkfront er et område av strømningsovergang fra overlyds- til underlydshastighet. Vann 87 som går ut fra hullene 52 går ikke inn i området til den første sjokkfronten 54.

En andre sjokkfront 56 dannes i nærheten av deflektorflaten ved grensen mellom den flate overflatedelen 28 og den vinklede overflatedelen 30. Vann 87 sluppet ut fra hullene 52 er fanget sammen med gasstrålen 85 i nærheten av den andre sjokkfronten 56 som danner en væske-gasstrøm 60. En fremgangsmåte for innfanging er å anvende trykkdifferensialet mellom trykket i gasstrømningsstrålen og omgivelsen. Sjokkdiamanter 58 dannes i et område langs den vinklede delen 30, sjokkdiamantene er begrenset til innenfor væske-gasstrømmen 60, som projiserer utover og nedover fra emitteren. Sjokkdiamantene er også overgangsområder mellom overlyds- og underlydsstrømningshastighet og er resultatet av gassen som strømmer som blir overekspandert ettersom den går ut fra dysen. Overekspandert strømning beskriver et strømningsregime, hvori det eksterne trykket (det vil si det omgivende atmosfæriske trykket i dette tilfelle) er høyere enn gassutløpstrykket ved dysen. Dette produserer oblique sjokkbølger, som reflekterer fra den frie strålegrensen 89, som markerer grensen mellom væske-gasstrømmen 60 og omgivelsesatmosfæren. De oblique sjokkbølgene reflekteres mot hverandre for å danne sjokkdiamantene.

Signifikante skjærkrefter fremstilles i væske-gasstrømmen 60 som ideelt sett ikke separerer fra deflektorflaten, selv om emitteren fortsatt er effektiv dersom separasjon forekommer vist ved 60a. Det innfangede vannet i nærheten av den andre sjokkfronten 56 utsettes for disse skjærkreftene, som er den primære mekanismen for atomisering. Vannet møter også sjokkdiamantene 58, som er en andre kilde for vannatomisering.

Således drifter emitteren 10 med flere mekanismer for atomisering, som produserer vannpartikler 62 mindre enn 20 μm i diameter, hoveddelen av partikkelen måles som mindre enn 5 μm. De mindre dråpene har oppdrift i luft. Denne karakteristikken tillater dem å opprettholde nærhet til brannkilden, for større brannundertrykkingseffekt. Videre, partiklene opprettholder signifikant nedadgående moment, som tillater væske- gasstrømmen 60 å overkomme den oppadstigende utviklingen av forbrenningsgasser som oppstår fra en brann.

Målinger viser væske-gasstrømmen som har en hastighet på 1200 fot/minutt 18 tommer fra emitteren, og en hastighet på 700 fot/minutt 8 fot fra emitteren.

Strømmen fra emitteren observeres å slå an på gulvrommet hvor den driftes.

Tilbakestrøksvinkelen 32 av den vinklede delen 30 til deflektorflaten 22 tilveiebringer signifikant regulering over den inkluderte vinkelen 64 til væskegasstrømmen 60. Inkluderte vinkler på omtrent 120 ° er oppnåelig. Ytterligere kontroll over dipersjonsmønsteret til strømmen utføres ved å justere gapet 24 mellom dyseutløpet 16 og deflektorflaten.

Under emitterdrift observeres det videre at røyklaget som akkumulerer ved himlingen i et rom under en brann trekkes inn i gasstrømmen 85 som går ut fra dysen og fanges inn i strømmen 60. Dette gir et tillegg til de flere modi av slukkekarakteristikkene til emitteren som beskrevet nedenfor.

Emitteren forårsaker et temperaturfall på grunn av atomisering av vannet til de svært små partikkelstørrelsene beskrevet ovenfor. Dette absorberer varme, og hjelper til i å dempe spredning av forbrenning. Nitrogengasstrømmen og vannet fanget inn i strømmen erstatter oksygenet i rommet med gasser som ikke kan støtte forbrenning. Videre, oksygentomme gasser i form av røyklag som er fanget inn i strømmen, bidrar også til oksygenunderskuddet for brannen. Det observeres imidlertid at oksygennivået i rommet hvor emitteren er utplassert ikke faller under omtrent 16 %. Vannpartiklene og den innfangede røyken danner en tåke som blokkerer strålingsvarmeoverføring fra brannen, således dempes spredning av forbrenning med denne varmeoverføringsmåten. På grunn av det ekstraordinært store overflatearealet som oppstår fra de ekstremt små vannpartikkelstørrelsene, vil vann lett absorbere energi og danne damp som videre fortrenger oksygen, absorberer varme fra brannen og hjelper til i å opprettholde en stabil temperatur typisk knyttet til en faseovergang. Blandingen og turbulensen dannet av emitteren hjelper også til i å senke temperaturen i området rundt brannen.

Emitteren, i motsetning til resonansrør, produserer ikke signifikant akustisk energi. Jet-støy (lyden som genereres av luft som beveger seg over et objekt) er det eneste akustiske utløpet fra emitteren. Emitterens jetstøy har ingen signifikante frekvenskomponenter høyere enn omtrent 6 kHz (halvparten av driftsfrekvensen for velkjente typer av resonansrør) og bidrar ikke signifikant til vannatomisering.

Videre, strømmen fra emitteren er stabil, og separerer ikke fra deflektorflaten (eller erfarer forsinket separasjon som vist ved 60a) i motsetning til strømmen fra resonansrør, som er ustabil og separer fra deflektorflaten, og således fører til ineffektiv atomisering eller til og med atomiseringstap.

En annen utførelsesform av emitter 101 er vist i figur 8. Emitter 101 har kanaler 50 som vinkelmessig er orientert mot dysen 12. Kanalene er vinkelmessig orientert for å rette vannet eller en annen væske 87 mot gassen 85, for således å fange inn væsken i gassen i nærheten av den første sjokkfronten 54. Det antas at dette arrangementet vil legge til et annet område av atomisering i dannelsen av væskegasstrømmen 60 projisert fra emitteren 11.

Brannundertrykkingssystemer ifølge oppfinnelsen som bruker emittere som beskrevet heri oppnår flere brannslukkingsmåter som er godt egnet til å regulere spredningen av brann mens det brukes mindre gass og vann enn kjente systemer.

Claims

Patentkrav

1. Brannundertrykkingssystem, omfattende:

en kilde av trykksatt gass (21):

en kilde av trykksatt væske (17);

minst én emitter (10) for forstøving og utslipp av væsken (17) fanget inn i gassen (21) ved en brann;

en gasskanal (23) som tilveiebringer fluidkommunikasjon mellom den trykksatte gasskilden (21) og emitteren (10);

et ledningsnettverk (15) som tilveiebringer fluidkommunikasjon mellom den trykksatte væskekilden (17) og emitteren (10);

en første ventil (31) i gasskanalen (23) som regulerer trykk og strømningsrate til gassen (21) til emitteren (10);

en andre ventil (19) i ledningsnettverket (15) som regulerer trykk og strømningshastighet for væsken (17) til emitteren (10);

en trykktransducer (33) som måler trykk innenfor gasskanalen (23);

en branndeteksjonsanordning (37) posisjonert i nærheten av emitteren (10); og

et reguleringssystem (39) i kommunikasjon med første (31) og andre (19) ventil, trykktransduceren (33) og branndeteksjonsanordningen (37), hvor reguleringssystemet (39) mottar signaler fra trykktransduceren (33) og branndeteksjonsanordningen (37) og åpner ventilene (31, 19) som respons på et signal som indikerer en brann fra branndeteksjonsanordningen (37),

k a r a k t e r i s e r t v e d at emitteren (10) omfatter:

en dyse (12) med et innløp (14) og et utløp (16), idet innløpet (14) er koblet i fluidkommunikasjon med den første ventilen (31), idet utløpet er sirkulært og (16) har en diameter, idet dysen (12) har en kurvet konvergent indre overflate (20); et ringromskammer (46) som omgir dysen (12);

flere kanaler (50) adskilt fra dysen (12) og som strekker seg fra og er forbundet med ringromskammeret (46), idet hver kanal (50) har et utgangshull (52) adskilt fra og posisjonert tilliggende dyseutløpet (16);

et ringromskammer (46) koblet i fluidkommunikasjon med den andre ventilen (19); og

en deflektorflate (22) posisjonert motstilt dyseutløpet (16), idet deflektorflaten (22) er posisjonert i adskilt relasjon til dyseutløpet (16) og har en første overflatedel (28) omfattende en flat overflate orientert vesentlig vinkelrett på dysen (12) og en andre overflatedel omfattende en vinklet overflate (30) eller en kurvet overflate (34, 36) som omgir nevnte flate overflate, idet den flate overflaten har en diameter omtrent lik diameteren av utløpet (16).

2. System ifølge krav 1, videre omfattende:

flere tanker med komprimert gass som omfatter kilden for trykksatt gass; og

en høytrykksmanifold som tilveiebringer fluidkommunikasjon mellom tankene med komprimert gass og den første ventilen; hvor fortrinnsvis systemet videre omfatter:

flere reguleringsventiler, som hver er assosiert med én av tankene med komprimert gass; og en overvåkningssløyfe i kommunikasjon med reguleringssystemet og reguleringsventilene for overvåkning av statusen til reguleringsventilene.

3. System ifølge krav 1, hvor:

- utløpet har en diameter på mellom 3,175 og 25,4 mm (1/8 og 1 tomme);

- åpningen har en diameter mellom omtrent 0,794 og 3,175 mm (1/32 og 1/8 tomme), eller

- deflektorflaten er adskilt fra utløpet med en avstand mellom 2,54 og 19,05 mm (1/10 og 3⁄4 tomme).

4. System ifølge krav 1, hvor:

- den vinklede overflaten har en tilbakestrøksvinkel på mellom omtrent 15° og omtrent 45°, målt fra den flate overflaten;

- utløpshullet er adskilt fra utløpet med en avstand mellom 0,397 og 3,175 mm (1/64 og 1/8 av en tomme);

- dysen er tilpasset til å driftes over et gasstrykk absolutt område på mellom 199,95 kPa og 413,69 kPa (29 psia og 60 psia), eller

- kanalen er tilpasset til å drifte over et væsketrykk absolutt område på mellom 6,895 kPa og 344,74 kPa (1 psig og 50 psig).

5. System ifølge krav 1, hvor:

- kanalen er vinkelmessig orientert mot dysen.

6. System ifølge krav 1, videre omfattende et resonanshulrom med lukket ende posisjonert innen deflektorflaten og omgitt av den flate overflaten.

7. Fremgangsmåte av å drifte et brannundertrykkingssystem ifølge kravene 1-6, idet systemet har en emitter som omfatter:

en dyse (12) med et innløp (14) og et utløp (16), idet innløpet (14) er koblet i fluidkommunikasjon med den første ventilen (31), idet utløpet er sirkulært og (16) har en diameter, idet dysen (12) har en kurvet konvergent indre overflate (20);

et ringromskammer (46) som omgir dysen (12);

flere kanaler (50) adskilt fra dysen (12) og som strekker seg fra og er forbundet med ringromskammeret (48), idet hver kanal (50) har et utgangshull (52) adskilt fra og posisjonert tilliggende dyseutløpet (16);

en deflektorflate (22) posisjonert motstilt dyseutløpet (16), idet deflektorflaten (22) er posisjonert i adskilt relasjon til dyseutløpet (16) og har en første overflatedel (28) omfattende en flat overflate orientert vesentlig vinkelrett på dysen (12) og en andre overflatedel omfattende en vinklet overflate (30) eller en kurvet overflate (34, 36) som omgir nevnte flate overflate, idet den flate overflaten har en diameter omtrent lik diameteren av utløpet (16);

idet fremgangsmåten omfatter:

å slippe ut væsken fra hullet;

å slippe ut gassen fra utløpet; idet gassen oppnår supersonisk hastighet;

etablering av en første sjokkfront mellom utløpet og deflektorflaten hvor gassen sakner til supersonisk fart;

etablering av en andre sjokkfront i nærheten av deflektorflaten; idet gassen beveger seg over nevnte flate overflate og øker til supersonisk hastighet mellom den første sjokkfronten og den andre sjokkfronten, og minsker i fart etter passering gjennom den andre sjokkfronten;

innfanging av væsken i gassen ved minst en av sjokkfrontene for å danne en væske-gass-strøm; og

projisering av væske-gass-strømmen fra emitteren.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 7, videre omfattende innfanging av væsken med gassen i nærheten av den andre sjokkfronten.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 7, videre omfattende innfanging av væsken med gassen i nærheten av den første sjokkfronten.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 7-9, hvor systemet omfatter:

flere tanker for komprimert gass som danner kilden for trykksatt gass;

flere reguleringsventiler, som hver seg knyttes til en av nevnte tanker for komprimert gass;

en overvåkningssløyfe i kommunikasjon med reguleringsventilene for overvåking av den åpne og lukkede statusen til reguleringsventilene; og

fremgangsmåten omfatter overvåkning av statusen til reguleringsventilene og opprettholde reguleringsventilene i en åpen konfigurasjon under drift av systemet.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 7-9,

- omfattende etablering av flere sjokkdiamanter i væske-gass-strømmen;.

- omfattende dannelse av en overekspandert gasstrålestrøm fra dysen;

- omfattende tilførsel av gass til innløpet ved et absolutt trykk på mellom 199,95 kPa og 413,60 kPa (29 psia og 60 psia);

- omfattende tilførsel av væske til kanalen ved et trykk på mellom 6,895 og 344,74 kPa (1 psig og 50 psig); eller

- hvor fluidstrømmen ikke separerer fra deflektorflaten.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 7-9, omfattende å ikke danne signifikant støy fra emitteren annet enn gasstrålestøy.

13. Fremgangsmåte ifølge krav 7-9, videre omfattende generering av moment i gasstrålestrømmen; fortrinnsvis idet:

- væske-gass-strømmen har en hastighet på omtrent 365,76 m/min (1200 fot/min) ved en avstand på omtrent 457,2 mm (18 tommer) fra emitteren; eller

- væske-gass-strømmen har en hastighet på omtrent 213,36 m/min (700 fot/min) ved en avstand på omtrent 2,44 m (8 fot) fra emitteren.

14. Fremgangsmåte ifølge krav 7-9,

- videre omfattende etablering av strømningsmønster fra emitteren som har en forutbestemt inkludert vinkel ved å tilveiebringe en vinklet del av deflektorflaten som omgir nevnte flate overflate;

- omfattende å trekke væske inn i gasstrålestrømmen ved anvendelse av et trykkdifferensial mellom trykket i gasstrålestrømmen og omgivelsene;

- omfattende å fange inn væske i gasstrålestrømmen og forstøve væsken til dråper på mindre enn 20 μm i diameter;

- omfattende å trekke inn et oksygen-utarmet røyklag inn i gasstrålestrømmen og fange inn røyklaget med fluidstrømmen av emitteren; eller

- omfattende å slippe ut en inert gass fra utløpet.

15. Fremgangsmåte ifølge krav 7-9, omfattende å slippe ut en blanding av inerte og kjemiske aktive gasser fra utløpet; hvor gassblandingen fortrinnsvis omfatter luft.