TWI729640B - 指數型噴流之流場混合裝置 - Google Patents

Abstract

一種指數型噴流之流場混合裝置，其包含流體管道以及複數個噴流孔。其中，流體管道內部包含由管壁形成之流場，流體管道之兩端分別具有入口端及出口端，入口端連接供水源以注入水流；複數個噴流孔排列設置於流體管道靠近入口端之管壁，複數個噴流孔分別連接於複數個噴頭，由各複數個噴頭分別向流體管道內噴出待混合原液，於流體管道內形成指數型噴流干擾流場，使待混合原液與水流於指數型噴流干擾流場混合後，形成水溶液經由出口端排出。

Description

指數型噴流之流場混合裝置

本發明是關於一種指數型噴流之流場混合裝置，特別是關於一種利用多個噴流孔的設置來建立指數型噴流干擾流場，並藉以提升流場當中泡沫水溶液混合率之流場混合裝置。

在各種建築物、商場、停車場當中，消防安全設備是必備的配置，不同場合中會選用不同的滅火設備，其中泡沫滅火器是常見的滅火設備。在泡沫滅火器當中，產生泡沫比例的混合器是泡沫原液跟水混合後形成泡沫水溶液的主要裝置，其混合效率的高低是泡沫滅火器操作的關鍵。泡沫比例混合器能否達到有效的泡沫水溶液混合比例，將決定泡沫滅火器是否具備足夠的滅火能力。然而，在泡沫混合器的裝置檢驗上，目前尚無對應的檢驗基準來驗證各種泡沫混合器是否能達到需求混合比例。

泡沫混合器若無法達到預定的混合比例，當泡沫滅火器的噴頭噴出泡沫時，其包含泡沫原液的比例過低，即便通過噴頭導入空氣形成泡沫噴出，仍難以達到預期以泡沫原液的成分來進行滅火的效果。然而，要是作為泡沫原液與水混合器的管道過長，雖能達到充分混合的效果，但其耗費時間過長，恐將影響泡沫滅火器的操作時間，進而降低滅火效率。

綜觀前所述，習知的流場混合裝置仍然具有相當之改進空間，因此，本發明藉由設計一種指數型噴流之流場混合裝置，針對現有技術之缺失加以改善，使泡沫與水的混合率更為提升及有效率，進而增進產業上之實施利用。

有鑑於上述習知技術之問題，本發明之目的就是在提供一種指數型噴流之流場混合裝置，藉由多個噴流孔，於流體管道當中形成指數型噴流干擾流場，並藉此流場裝置提升泡沫原液與水的混合率。

根據本發明之一目的，提出一種指數型噴流之流場混合裝置，其包含流體管道以及複數個噴流孔。其中，流體管道內部包含由管壁形成之流場，流體管道之兩端分別具有入口端及出口端，入口端連接供水源以注入水流；複數個噴流孔排列設置於流體管道靠近入口端之管壁，複數個噴流孔分別連接於複數個噴頭，由各複數個噴頭分別向流體管道內噴出待混合原液，於流體管道內形成指數型噴流干擾流場，使待混合原液與水流於指數型噴流干擾流場混合後，形成水溶液經由出口端排出。

較佳地，待混合原液可為泡沫原液

較佳地，複數個噴流孔可包含設置於入口端朝出口端的方向上同一直線上的5個噴流孔。

較佳地，5個噴流孔彼此間的間距可相同。

較佳地，5個噴流孔可具有相同孔徑，5個噴流孔對應之複數個噴頭之噴嘴壓力可由入口端朝出口端呈指數型的增加。

較佳地，5個噴流孔的孔徑可由入口端朝出口端呈指數型的增加，5個噴流孔對應之複數個噴頭的噴嘴壓力可相同。

較佳地，複數個噴流孔之設置位置可與入口端相隔預定距離。

較佳地，複數個噴流孔之孔徑與管壁之厚度可具有預設比例。

較佳地，流體管道可為圓形管道。

承上所述，依本發明之指數型噴流之流場混合裝置，其可具有一或多個下述優點：

(1)此指數型噴流之流場混合裝置可利用多個噴流孔的設置，於流體管道內形成指數型干擾流場，使得流場能產生更大的渦流結構，增加泡沫原液與水的混合率，進而提升泡沫水溶液的混合比例。

(2)此指數型噴流之流場混合裝置可在有限的流體管道內增加泡沫原液與水的混合率，提升泡沫滅火裝置的操作效率，也進一步提升泡沫滅火器的滅火效果。

(3)此指數型噴流之流場混合裝置可藉由流體管道的規格調整噴流孔及噴嘴設計以達到形成指數型干擾流場的效果，增加運用在其他水溶液混合的解決方案，提升應用的多樣性。

10、20:指數型噴流之流場混合裝置

11、21:流體管道

12、22:噴流孔

111:管壁

112、212、242:入口端

113:出口端

23:調整裝置

24:泡沫原液管道

90:水流

91:泡沫原液

92:泡沫水溶液

第1圖係為本發明實施例之指數型噴流之流場混合裝置之示意圖。

第2圖係為本發明實施例之噴流孔之示意圖。

第3圖係為本發明實施例之指數噴流干擾流場之示意圖。

第4圖係為本發明實施例之流場模擬之示意圖。

第5A圖及第5B圖係為本發明另一實施例之指數型噴流之流場混合裝置之示意圖以及流體管道模擬之示意圖。

為利貴審查委員瞭解本發明之技術特徵、內容與優點及其所能達成之功效，茲將本發明配合附圖，並以實施例之表達形式詳細說明如下，而其中所使用之圖式，其主旨僅為示意及輔助說明書之用，未必為本發明實施後之真實比例與精準配置，故不應就所附之圖式的比例與配置關係解讀、侷限本發明於實際實施上的權利範圍，合先敘明。

請參閱第1圖，第1圖係為本發明實施例之指數型噴流之流場混合裝置。如圖所示，指數型噴流之流場混合裝置10包含流體管道11及5個噴流孔12，流體管道11為圓形的管徑，內部包含由管壁111形成之流場。流體管道11之兩端分別具有入口端112及出口端113，入口端112連接供水源以注入水流90。當注入水流90後，水會從入口端112流至出口端113排出，水流90於管壁111內形成之空間流動，形成主要的流場，亦即作為混合的場域。

在本實施例中，設置5個噴流孔12於流體管道11靠近入口端112之管壁111上，在入口端112朝向出口端113的方向上呈直線排列設置，在本揭露中以5個噴流孔12為例進行說明，但本揭露不侷限於此，噴流孔之數量可依據混合裝置的需求進行調配，例如為6個以上的噴流孔。5個噴流孔12分別連接至噴頭，由各噴頭分別向流體管道11內噴出待混合原液，待混合原液在本揭露中以泡沫原液91為例進行說明，在其他實施例中，待混合原液也可為需與水混合成水溶 液的其他原液。由於流體管道11內原本具有水流90形成的流場，當泡沫原液91注入時，將會在流體管道11內形成剪切層，進而在流場內產生渦旋結構，當5個噴嘴12噴出不同條件的泡沫原液91，流場中的紊流與渦流結構由入口端112朝出口端113逐漸擴大，形成一種指數型噴流干擾流場。這樣的流場能使該泡沫原液91與水流90於流場中充分的混合，形成泡沫水溶液92經由出口端113排出。

在本實施例中，5個噴流孔12可以在各個噴流孔12之間具有一定間距，距離水注入的入口端112也具有預定距離，例如兩噴流孔12相隔10~50mm，而第一個噴流孔12與入口端12距離100~1000mm。此外，每一個噴流孔12可具有相同的孔徑，例如孔徑可為2~20mm，在這樣的結構下，為形成前述不同條件的噴流，可調整噴嘴的噴嘴壓力，使得各個噴流孔12噴出泡沫原液91的噴流速度呈指數型增加，例如噴嘴壓力可為1m³/s~3m³/s。通過指數型遞增的噴流速度，使得泡沫原液91進入流場時能形成渦旋結構逐漸擴大的指數型噴流干擾流場，讓水流90與泡沫原液91的混合率達到泡沫水溶液92的需求標準。當出口端113連接至滅火器的噴頭時，達到充分混合的泡沫水溶液92於形成泡沫噴出時能有效達到滅火的效果。

在另一實施例當中，5個噴流孔12可具有不同孔徑，5個噴流孔的孔徑由入口端112朝出口端113呈指數型的增加，例如最小孔徑為6mm，最大為12mm。當噴流孔12孔徑有所差異時，噴嘴可具有相同的噴嘴壓力，僅通過不同孔徑來形成不同寬度的渦流結構，同樣能產生指數型噴流干擾流場來混合水流90及泡沫原液91。上述實施例所指之間距、寬度或壓力設置是用來說明如何形成指數型噴流干擾流場，但本揭露不侷限於此，當設置不同長度或內徑的流體管道11時，上述規格也可對應調整。例如當流體管道11的管壁111具有不同厚度 時(2~8mm)，其設置的噴流孔12也可進一步調整相隔間距(10~200mm)或是孔徑大小(2~20mm)。

請參閱第2圖，第2圖係為本發明實施例之噴流孔之示意圖。如圖所示，在一個xyz的三度空間座標當中，當設置的噴流孔22可依據連接的噴嘴注入泡沫原液91，其與管道內的水流90能形成一個剪切層，即水流90與泡沫原液91的混合層。此外，噴嘴的噴流能進一步形成渦旋結構，使得在原本流向的下游產生逐漸擴大的渦流對(vortex pair)。由於本揭露包含複數個噴流孔，這些渦旋結構在往下游移動時，會與其他渦旋結構合併成更大尺度的渦旋結構，通過感變渦旋的特性，能使得水流90與泡沫原液91的混合能達到預設的程度。

請參閱第3圖，第3圖係為本發明實施例之指數噴流干擾流場之示意圖。如圖所示，複數個噴流孔經由指數型特徵的噴嘴注入泡沫原液91後，與水流90進行混合，其中橫截面A-A和橫截面B-B分別顯示不同視角方向所產生之渦流結構。在橫截面A-A的角度觀察時，噴嘴將泡沫原液91注入管道後，可於噴流孔左右形成成對的渦流對，當由橫截面B-B的角度觀察時，由於複數個噴流孔產生指數型的噴流特徵，由上游往下游方向遞增，也能看出其渦旋結構逐漸擴大的效果。

請參閱第4圖，第4圖係為本發明實施例之流場模擬之示意圖。經由上述實施例所述，實際通過流體管道及噴流孔設置後，將配置模型進行模擬，得到如圖所示的模擬示意圖。如圖所示，流場內由時間區段0.06至0.22時，流體產生渦流結構，由最左側的噴流孔產生後，再往下游方向前進，最後產生大面積的渦流結構。由模擬結果可顯示，當流場當中渦旋的效果如此顯著，其代表的水流與泡沫原液的混合程度，也能達到預期的混合比例。

請參閱第5A圖及第5B圖，第5A圖係為本發明另一實施例之指數型噴流之流場混合裝置之示意圖，第5B圖係為本發明實施例之流體管道模擬之示意圖。類似於第1圖所述之實施例，指數型噴流之流場混合裝置20包含流體管道21及5個噴流孔，與前述實施例不同的是，5個噴流孔是連接於調整裝置23，再進一步連接至泡沫原液管道24。如圖所示，流體管道的入口端212注入水，泡沫原液管道24的入口端242注入泡沫濃縮原液，由調整裝置23控制噴流孔噴出的壓力，形成指數型的噴流流場。在流場模擬的示意圖中，泡沫原液能由噴流孔噴出後，藉由形成渦漩的效果，讓泡沫原液與水能在管道接近下游的部分充份的混合，達到所需之泡沫水溶液之比例。

以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。

10:指數型噴流之流場混合裝置

11:流體管道

12:噴流孔

111:管壁

112:入口端

113:出口端

90:水流

91:泡沫原液

92:泡沫水溶液

Claims (9)

1. 一種指數型噴流之流場混合裝置，其包含：一流體管道，該流體管道內部包含由一管壁形成之一流場，該流體管道之兩端分別具有一入口端及一出口端，該入口端連接一供水源以注入一水流；以及複數個噴流孔，係排列設置於該流體管道靠近該入口端之該管壁，該複數個噴流孔分別連接於複數個噴頭，由各該複數個噴頭分別向該流體管道內噴出一待混合原液，於該流體管道內形成一指數型噴流干擾流場，使該待混合原液與該水流於該指數型噴流干擾流場混合後，形成一水溶液經由該出口端排出；其中該複數個噴流孔包含設置於該入口端朝該出口端的方向上同一直線上的5個噴流孔。
2. 如申請專利範圍第1項所述之指數型噴流之流場混合裝置，其中該待混合原液為一泡沫原液。
3. 如申請專利範圍第1項所述之指數型噴流之流場混合裝置，其中該5個噴流孔彼此間的間距相同。
4. 如申請專利範圍第1項所述之指數型噴流之流場混合裝置，其中該5個噴流孔具有相同孔徑。
5. 如申請專利範圍第4項所述之指數型噴流之流場混合裝置，其中該5個噴流孔對應之該複數個噴頭之噴嘴壓力由該入口端朝該出口端呈指數型的增加。
6. 如申請專利範圍第1項所述之指數型噴流之流場混合裝置， 其中該5個噴流孔的孔徑由該入口端朝該出口端呈指數型的增加。
7. 如申請專利範圍第6項所述之指數型噴流之流場混合裝置，其中該5個噴流孔對應之該複數個噴頭的噴嘴壓力相同。
8. 如申請專利範圍第1項所述之指數型噴流之流場混合裝置，其中該複數個噴流孔之設置位置與該入口端相隔一預定距離。
9. 如申請專利範圍第1項所述之指數型噴流之流場混合裝置，其中該複數個噴流孔之孔徑與該管壁之厚度具有一預設比例。

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