改进的压缩空气泡沫技术的制作方法
专利名称：改进的压缩空气泡沫技术的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于持续产生压縮气体泡沫的方法、压縮气体泡沫系统和具体适用于
该方法的发泡室，压縮气体泡沫具体为压縮空气泡沫，压縮气体泡沫系统具体为特别用于 灭火的压縮空气泡沫系统。
背景技术：
在现有技术中，已知通过压縮空气泡沫(CAF)进行灭火。通常，持续地将发泡剂添 加在水流中，并向发泡管路或发泡室供应所得到的发泡剂与水流的混合物，还为发泡管路 或发泡室提供气压以生成气泡。离开发泡管路或发泡室的泡沫穿过刚性或挠性管到达用于 将泡沫喷射到火上的喷嘴。发泡管路或发泡室也被称为混合器或混合室， 一般是静止型的， 或者称为静态型的，即不包含运动部件的发泡管路或发泡室。 压縮空气泡沫系统(CAFS)当安装在救火车上时可以是移动的。这种系统当用于
轿车和货车通行隧道中的固定防火系统中时还可以是固定的。 存在通常彼此极不相同的用于产生CAF的技术。 产生CAF的主要问题是以适当的方式控制向混合室供应的水流和空气流以持续 地提供具有恰当灭火特性并随时间保持稳定的泡沫。由于向混合室供应的水和空气以及用 于输送和喷射泡沫的管和喷嘴中的物理条件可能会变化，因此会出现问题。具体地，可为 CAFS系统供应水流，而例如当使用水泵时该水流的压力和流速可能会随时间而变化。移动 的系统可以与如在干预地点可获得的消防栓的水源一起使用，从而这种系统可能会具有不 同的压力和流速特性。另外，连接至混合室的出口的管的长度和直径、连接在管的端部处的 喷嘴的类型、连接至混合室的出口的管的数量等可能会变化并且影响混合室的工作条件并 因此影响泡沫的质量。 因此，使用复杂的系统和过程以平衡向混合室供应的水的压力和空气的压力或者 当水的压力变化时调整空气的压力。 US-A-2004/0177975公开了一种包括系统控制器的CAFS系统，该系统控制器用于 依据由水流量计和空气流量计提供的信号、以保持基于用户可调的比率输入的空气流与泡 沫流的比率为目标来控制空气流量控制阀。 W0 2006/000177公开了一种CAFS，在这种CAFS中，压縮空气通过压力控制器和空 气体积流速控制阀被导入发泡管路中。另外，所产生的CAF经过泡沫压力传感器和电控气 动阀流动到泡沫喷射装置，泡沫压力传感器和电控气动阀形成闭环控制回路以调整泡沫的 浓度并从而调整泡沫的品质。水经过水压力控制器被供给到系统中并与发泡剂和添加剂相 互混合。发泡剂_添加剂_水的混合物经过水体积流速控制阀和发泡管路流动，压縮空气 以预设的压力和体积流速参数经过空气体积流速控制阀进入发泡管路中。该文献提到了使 用泡沫喷射装置喷洒的CAF的泡沫品质取决于流速并因此取决于泡沫在发泡管路中的停 留时间，该文献还教导了使用电控气动阀通过由泡沫压力传感器确定的泡沫压力对流速进 行控制(泡沫压力控制)。
然而，该文献并未给出关于控制不同参数的方式的任何细节，具体而言，没有给出
关于控制空气、水和泡沫的压力、体积流速和速度/停留时间以确保混合室持续提供具有
良好品质的泡沫以进行灭火的细节。另外，实施闭环控制可能是复杂的。EP-A-1 632 272公开了用于轿车和货车通行隧道的CAFS。该文献并未涉及优化
混合室条件的课题，但是涉及了尽管在长管路中输送泡沫而仍允许喷射具有良好品质的泡
沫的课题。因此，该文献教导了以防止泡沫压力低于泡沫喷射装置处的确定值以及因而提
供仍具有高灭火特性的均匀泡沫为目标，将泡沫压力自动设定至混合室后方的给定压力。
通过关于压力传感器对阀进行控制可以调整管的横截面限制，通过管的可调整横截面限制
获得混合室后方的泡沫压力。 然而，该文献根本没有涉及控制不同参数的问题，具体而言，没有涉及控制空气、 水和泡沫的压力、体积流速和速度/停留时间以确保混合室持续提供具有良好品质的泡沫 以进行灭火的问题。
发明内容
本发明提供了一种用于持续产生品质高且品质恒定的CAF、或更一般地压縮气体
泡沫的改进技术，该技术易于实施，并特别地用于灭火或物体净化的目的。 该目标通过以下方法得以实现，该方法是一种用于通过向发泡室供应优选为压縮
空气的压縮气体和优选为水的流体与至少一种发泡剂的混合物以持续产生优选为压縮空
气泡沫的压縮气体泡沫的改进技术，特别用于灭火或用于净化，所述发泡室具有出口以输
出泡沫，所述方法包括以下步骤-以第一恒定压力和第一恒定体积流速向所述发泡室持续供应发泡剂与流体的混 合物；-以第二恒定压力和第二恒定体积流速向所述发泡室持续供应所述压縮气体；以 及-调节所述发泡室的所述出口处的泡沫压力以保持所述发泡室中的泡沫混合压力 恒定。 该方法的优选实施方式包括一个或多个以下特征-调节所述发泡室的所述出口处的泡沫压力以将所述发泡室中的泡沫混合压力保 持在确定的数值；-提供选择性地调整所述确定的数值的可能性；-使用连接至所述发泡室的所述出口的自立式阀(优选为压管阀)以用于调节所 述泡沫压力的步骤；-所述自立式阀适于相对于应用至所述自立式阀的目标压力而在所述发泡室的所 述出口处调节所述泡沫压力；-使用压力调节器和体积流速调节器，从而以第一恒定压力和第一恒定体积流速 向所述发泡室持续供应发泡剂与流体的混合物；-使用压力调节器和体积流速调节器，从而以第二恒定压力和第二恒定体积流速 向所述发泡室持续供应所述压縮气体；-设定所述第一体积流速以使所述发泡室中的发泡剂与流体的混合物的表观速度为至少0. 3m/s，更优选地为至少2m/s ;-设定所述第一体积流速以使混合室中的发泡剂与流体的混合物的表观速度不大 于3m/s ;-设定所述第二体积流速以使所述混合室中的所述压縮气体的表观速度为至少 0. 3m/s，更优选地为至少2m/s ;-设定所述第二体积流速以使所述混合室中的所述压縮气体的表观速度不大于 3m/ s ;-设定所述第一体积流速和所述第二体积流速以在所述混合室中提供大于0. 3的 相对气体流速比，更优选地大于或等于0. 4，再优选地大于或等于0. 5但不大于0. 95，更优 选地不大于0. 8，更有利地不大于0. 75 ;-将管的一端连接至所述发泡室的所述出口，所述管的另一端连接至所述泡沫喷 射装置，其中，所述管的液压横截面至少等于或大于所述发泡室的液压横截面。
根据另一方面，本发明提出了一种优选为压縮空气泡沫系统的压縮气体泡沫系 统，包括
物，以及
调节器；
-发泡室，具有
第一进入口 ，用于向所述发泡室供应优选为压縮空气的压縮气体， 第二进入口，用于向所述发泡室供应优选为水的液体和至少一种发泡剂的混合
排出口，用于输出泡沫；以及
_压力调节装置，连接至所述排出口以保持所述发泡室的出口处的泡沫压力恒定。 该系统的优选实施方式包括一个或多个以下特征
-用于以第一恒定压力向所述发泡室持续供应所述发泡剂与液体的混合物的压力 -用于以第一恒定体积流速向所述发泡室持续供应所述发泡剂与液体的混合物的
体积流速调节器；-用于以第二恒定压力向所述发泡室持续供应所述压縮气体的压力调节器；
-用于以第二恒定体积流速向所述发泡室持续供应所述压縮气体的体积流速调节-所述压力调节装置包括优选为压管阀的自立式阀；-连接至所述发泡室的所述出口的管，所述管的另一端连接至泡沫喷射装置，其
中，所述管的液压横截面积至少等于或大于所述发泡室的液压横截面积；-被设计为实施根据本发明的方法的系统。 根据另一方面，本发明提出了一种发泡室，适于产生可有利地用于CAFS中的压縮 气体泡沫，所述发泡室包括
-管道，具有 用于压縮气体的入口，所述压縮气体优选为空气； 用于流体的入口 ，所述流体优选为水，且包含至少一种发泡剂；以及 用于输出泡沫的出口；以及-至少一个过滤网，被设置成穿过所述管道的横截面。
所述发泡室的优选实施方式包括一个或多个以下特征-所述至少一个过滤网的网孔尺寸选自0. 13到0. 5mm的范围；-所述发泡室包括两个过滤网，所述两个过滤网均被设置成穿过所述管道的横截
面并彼此分开一纵向距离；所述两个过滤网优选地具有相同的网孔尺寸，并且所述两个过
滤网之间的距离选自所述入口侧的过滤网的网孔尺寸的10到30倍的范围，更优选地选自
15到25倍的范围，且更有利地等于20倍；-所述至少一个过滤网的网孔的压力等效网孔直径小于待产生的膨胀的泡沫中的 气泡的平均当量直径；-所述用于压縮空气的入口连接至在所述管道中延伸的喷嘴，所述喷嘴具有径向 孔，所述径向孔用于垂直于所述管道中的发泡剂与液体流的混合物将气体喷射到所述管道 中；-所述至少一个过滤网的自由横截面积等于或大于所述管道的自由横截面积。
有利地，使用根据本发明的发泡室以持续产生具体为压縮空气泡沫的压縮气体泡 沫，特别用于灭火或净化。因此，本发明还提出了一种尤其是CAFS的压縮空气系统，其包括 根据本发明的发泡室。 在之前限定的本发明中，所述压縮气体可包括单一的气体，但是也可以像空气那 样是几种不同气体的混合物。类似地，在本发明中，所述液体可包括单一的液体，但是也可 以是几种不同液体的混合物。 以下参照下面所列示的附图，对以非限制性示例的方式给出的本发明的实施方式 进行描述，从而本发明的进一步特征和优点会得以显现。
图1示意性示出了根据本发明的实施方式的CAFS。
图2示意性示出了根据本发明的发泡室。
发明的具体描述 根据本发明，通过向具有用于输出的出口的发泡室提供至少包含发泡剂的水和压 縮空气来持续地产生CAF。以第一恒定压力和第一恒定体积流速向发泡室持续供应发泡剂 与水的混合物。类似地，以第二恒定压力和第二恒定体积流速向发泡室持续供应压縮空气。 另外，调节发泡室中的压力(以下称之为泡沫混合压力)以保持所述泡沫的压力恒定，而无 论在发泡室的出口处连接的泡沫输送管路中可能存在的较低压力。所述泡沫的持续产生和 压縮空气和发泡剂与水的混合物的持续供应涉及CFAS在使用的情况，即，具体是当布置在 连接至发泡室的出口的管的端部处的喷射装置如喷嘴打开时。可以理解，所述用于在发泡 室中保持泡沫混合压力恒定的压力调节不一定涉及在整个发泡室的任何位置压力相等。当 然，不同的发泡室部件可能会引起一些压力损失，因此在发泡室中各位置之间的压力可能 会些许不同。但是应当理解，由于所述的压力调节的作用，当考虑发泡室中的给定位置时， 压力基本不会随时间变化。 因此，压縮空气和发泡剂与水的混合物流过混合室，并且压縮空气和发泡剂与水 的混合物均具有恒定的体积流速和恒定的流速，且特别与在用于将泡沫从发泡室运送至泡 沫喷射装置的管中可能出现的后续的压力变化无关。从而，泡沫通过发泡室以恒定的品质持续输出。另外，无需平衡压縮空气和发泡剂与水的混合物的压力和体积流速。
图1示出了根据本发明的优选实施方式的CAFS。 CAFS包括发泡室5，通过压力调 节器2和体积流速调节器4向发泡室5持续供应水与至少一种发泡剂的混合物。发泡剂可 以是适于灭火的任何类型的发泡剂。还通过压力调节器1和体积流速调节器3向发泡室5 持续供应压縮空气。设置压力调节器1、2和体积流速调节器3、4的目的是向发泡室5供应 空气和发泡剂与水的混合物的恒定压力和恒定体积流速，尽管空气源和/或水源中可能出 现变化。发泡室5将输入的压縮空气和发泡剂与水的混合物进行混合以产生泡沫。发泡室 5可以是任何已知的类型。优选地，发泡室5是静态混合室。 可以从任何合适的水源(未表示出)如消防泵、消防栓或建筑物或隧道内的固定 供水网来供应水。可以以古老的方式通过压縮机来供应压縮空气。将发泡剂以适当的量通 过例如在W0 2006/000177中描述的适当技术持续且均匀地添加到水中。添加到水的发泡 剂的量通常小于水与发泡剂的混合物的总体积的1%。 发泡室5的出口连接至用于输送泡沫的管8。例如喷嘴的泡沫喷射装置9连接在 管8的端部。管8根据预期用途可以是刚性或挠性的。压力调节装置6、7在发泡室5的出 口处设置在管8中。压力调节装置6、7适于保持发泡室5出口处的恒定压力，因此还保持 发泡室5中的泡沫混合压力恒定。因此，发泡室5中的泡沫混合压力并不因管8和泡沫喷 射装置9的后续条件而变化。 发泡室5中的泡沫压力保持在这样的压力，该压力被设置成低于压力调节器1和 2的出口处的发泡剂与水的混合物和压縮空气的压力。 保持发泡室5中的泡沫混合压力恒定使得可以精确控制的发泡室中的工作参数 持续产生泡沫成为可能，并且这种泡沫随着时间稳定。因此，可以以恒定的品质持续产生 泡沫。已经发现这种结果已由以下事实而产生，即由设定至给定数值的体积流速调节器3、 4所确定的空气和发泡剂与水的混合物的流速实际上受到体积流速调节器3、4的入口与出 口之间的压力差异影响。结合压力调节器1、2保持发泡室5中的泡沫混合压力恒定使体积 流速调节器3、4处的压力差异保持恒定。从而，向发泡室5供应的空气和发泡剂与水的混 合物的实际流速也是恒定的。 压力调节器1、2可以是压力限制阀，特别是市场上可以买到的类型。体积流速调 节器3、4可以是体积流速调节阀，特别是市场上可以买到的类型。 另外，压力调节装置6、7优选地包括特别是如市场上可以获得的自力式阀6。在这 种情况下，穿过阀6的流动路径的开口程度由管8和泡沫喷射装置9中的泡沫的背压与阀 6的目标压力共同确定。 因此，无需压力传感器和例如PLC或具有微处理器的电子电路的控制装置来获得 恒定的泡沫压力。换言之，自力式阀提供了非常简单和经济的实施方式。
自力式阀6优选是可调的。换言之，可以根据希望的水_空气比将阀6选择性地 设定至某目标压力。因此，自力式阀6调节发泡室5中的泡沫混合压力以使其等于目标压 力。因此，可以改变发泡室5中的泡沫混合压力，从而调整流速。 在图l所示的优选实施方式中，以气动方式将目标压力提供给自力式阀6。可以 通过连接至用于向发泡室5供应的压縮气源的压力控制阀7提供目标压力。或者，可以液 动、电控液动、电控气动方式将目标压力应用至自力式阀6。自力式阀6还可以被设计成用于以机械方式设定目标压力。 自力式阀6有利地是压管阀(也被称为内部管阀)。压管阀在现有技术中是众所 周知的。通常，压管阀是直通阀，阀件在该直通阀上包括挠性套管，该挠性套管被扭曲以控 制流体的流动。在操作中，甚至当阀的开口程度例如由于管8和泡沫喷射装置9中的条件 发生变化而发生变化时，压管阀也不会对由发泡室5产生的气泡产生负面的影响。当然，压 管阀提供了穿过阀的横截面的平滑的变化，即平顺的变化。另外，压管阀中的流体路径由平 滑表面限定。因此，气泡可以平顺地穿过阀，而不会可能像在流动路径中具有尖锐边缘的阀 那样而受到负面的影响或被破坏。 在气源和/或水源均提供具有所需压力和体积流速的对应流的情况下，可以分别 省去压力调节器1、2和体积流速调节器3、4。 为了提供具有良好品质且被均匀制成具有例如在0. 5至lmm范围内的平均当量直 径(average equivalent diameter)的细小气泡的泡沫，发泡室5中的发泡剂与水的混合 物流的速度优选为至少O. 3m/s，但更优选为至少2m/s。然而，该速度优选不超过3m/s。类 似地，发泡室5中的压縮空气流的速度优选为至少0. 3m/s，但更优选为至少2m/s。然而，该 速度也优选不超过3m/s。 上述速度不应被理解为实际的速度而是对应于按照以下所计算的所谓表观速度 其中 Vs，发泡室5中的压縮气体的速度，也称为发泡室5中的表观速度；
VFR空气发泡室5的入口处的压縮空气的体积流速； V* :发泡室5中的发泡剂和水的混合物的速度，也称为发泡室5中的该混合物的 表观速度； VFR* :发泡室5的入口处的发泡剂和水的混合物的体积流速；
S :混合室5的液压横截面积。 可以理解，为一个输入流计算这些表观速度时，假设未向发泡室5供应其它输入 流。 而且，发泡室5的入口处的相对空气速度比优选大于0. 3，更优选大于或等于0. 4。 然而，相对空气速度比优选不超过0. 95，更优选不超过0. 8，且进一步优选不超过0. 75。相 对空气速度比的最优选值是0. 5。 该相对空气速度比'R'是压縮空气的表征速度与压縮空气的表征速度和发泡剂与 水的混合物的表征速度的和之间的比率，这些表征速度是以上通过公式(1)和(2)计算出 的表征速度，即，按照以下计算出R:
R = V宇气/(V宇气+V水) (3) 其中，V空气和V水分别是通过上述公式获得的。 尽管不希望受到任何理论的束缚，但是可以将以上解释为，如果相对空气速度比 的数值超过以上界限，那么在压縮空气和发泡剂与水的混合物之间会出现滑流效应(slip effects)，使得压縮空气和发泡剂与水的混合物不会在发泡室5中进行正确的混合，从而产生低劣品质的泡沫或者甚至根本不产生任何泡沫。 通过在压力调节器1、2和压力调节装置6、7的给定设置下的体积流速调节器3、4 对发泡室5的液压横截面以及发泡室5的入口处的压縮空气和发泡剂与水的混合物的体积 流速进行适当限定，可以使上述条件得到满足。 对于相同的发泡室5的液压横截面以及相同的发泡室5的入口处供应的压縮空气 的体积流速，可以通过减小向发泡室5供应的体积水流速以产生不同于相对空气速度比的 优选值的泡沫，并且空气速度和发泡剂与水的混合物的速度不会超出所限定的界限。但是， 优选地不将体积水流速减小以使发泡室5中的水与发泡剂的混合物的表观流速低于已述 及的0.3m/s。因此根据设置，所产生的泡沫会或多或少的湿润或干燥。发泡剂与水的混合
物的体积流速(在l(TC下考虑)相对于在大气压力下考虑的空气的体积流速(在ot:下考
虑)的合适比率(以下称为水空气比率)对于灭火而言是l : 7。但是可以特别通过对设 置进行上述改变并优选在从1 : 5到1 : 21的范围内改变该比率。CAFS系统可以被设计 成为使用者提供选择性地通过控制装置改变该比率的可能性，从而CAFS通过改变体积流 速调节器4和压力调节装置6、7的设置改变泡沫压力和发泡剂与水流的混合物的流速。
可以理解，发泡室5的出口处的泡沫压力大于泡沫喷射装置9的入口处的泡沫压 力。这种压力差允许通过管8输送泡沫。这种压力差引起管8中的泡沫的膨胀。已经发现， 当泡沫速度过高时，泡沫的气泡会因为外部和内部摩擦力以及剪切力而被破坏。为了防止 不利影响，已经发现，可以在考虑管8的端部处(在泡沫喷射装置9处)的体积流速和压力 的情况下对管8的最佳横截面积进行选择。具体地，已经发现，优选地将管8的横截面积选 择为等于或大于发泡室5的液压横截面积。 图2图示了发泡室5的有利结构，这种结构提供了优异的发泡性能。发泡室具有 带进入口 10、11和排出口 12的管道形式。像在管中一样，发泡室的横截面可以是具有给定 直径d-MK的圆形。或者，该横截面可以具有不同的形状，如三角形或任何多边形。发泡室5 被设计为具有这样的横截面，即使得空气和发泡剂与水的混合物的表观流速保持在上述界 面内；参见以上公式(1)和(2)。 进入口 10被设计成用于连接至为发泡室5供应发泡剂与水的混合物或发泡剂与 另一种液体的混合物的管。如果用于图1的实施方式中，进入口 io连接至水体积流速调节 器4。进入口 10的横截面优选地与发泡室5的横截面相同。 进入口 11被设计成用于连接至根据泡沫的预期用途为发泡室5供应压縮空气或 另一种合适气体的管。如果用于图1的实施方式中，进入口 ll连接至空气体积流速调节器 3。进入口 11延伸到具有喷嘴13的发泡室5中。喷嘴13优选位于发泡室5的横截面的中 心。 排出口 12被设计用于连接至向泡沫喷射装置输送泡沫的管。如果用于图1的实 施方式中，排出口 12恰在压力调节器6、7之前连接至管8。排除口 12的横截面优选与发泡 室5的横截面相同。 发泡室5包括第一过滤网14，第一过滤网14以在喷嘴13的排出孔下游a_D_S的 距离延伸穿过发泡室5的整个横截面。发泡室5优选包括第二过滤网15，第二过滤网15以 在第一过滤网14的下游a-S-S的距离延伸穿过发泡室5的整个横截面。过滤网14与15之 间的距离a-S-S优选地选自过滤网14、15的网孔尺寸的10到30倍的范围，更优选地选自15到25倍的范围，并且更加有利地等于过滤网14、15的网孔尺寸的20倍，这里，网孔尺寸 是液压等效(当量)网孔直径。在过滤网15的网孔尺寸不同于过滤网14的网孔尺寸的情 况下，计算出之前的相对于在流体流动方向上的第一过滤网，即在图1中位于进入口 10、11 一侧的作为过滤网14的过滤网的网孔尺寸的10到30倍和15到25倍范围以及20倍的有 利数值。另外，在过滤网的所有网孔具有不同尺寸的情况下，待考虑的网孔尺寸是平均网孔 尺寸。无论过滤网14、15的纵向截面的形状或长度如何，在第一过滤网的过滤部分的边界 与第二过滤网的过滤部分的边界之间测量距离a-S-S(如图2所示)。
距离a-D-S优选处于零到管道5的(当量)液压直径d-MK —半的范围内。
过滤网13、14可具有不同的网孔或孔尺寸。但是过滤网13、14具有相同的网孔或 孔尺寸是有利的。当然，试验已经表明，当使用具有相同网孔或孔尺寸的过滤网时从喷口 9 喷洒的所产生的泡沫气泡相比使用具有不同网孔或孔尺寸的过滤网时更加均匀而且膨胀 的泡沫的气泡尺寸范围更小。 在考虑待产生的泡沫气泡的尺寸的情况下对过滤网的网孔或孔进行限定。具体 地，优选地将液压等效(当量)网孔直径选择为小于待产生的膨胀的泡沫中的气泡的平均 当量直径。通过膨胀的泡沫，可以理解在泡沫喷射装置9处喷射的泡沫。如果过滤网的网 孔尺寸彼此不同，那么所述优选的液压等效(等量)网孔直径优选应用于根据流动方向的 最后的过滤网，即，应用于所述实施方式中的过滤网15。通常，有利地限定过滤网的网孔尺 寸以使膨胀的泡沫中的气泡尤其当用于灭火应用中时具有处于从0. 5到lmm的范围内的平 均当量直径。已经确定，可以按照以下公式确定优选的网孔尺寸
"网孔—)t 其中 D网孔是网孔尺寸； d是膨胀的气泡的液压等效直径；以及 k是处于从2到11的范围内并取决于过程参数的因数，过程参数尤其是水-空气 比和发泡室5中的混合压力。 因此，过滤网14、15优选地被选择为处于0. 13到0. 5mm以提供处于0. 5到lmm范 围内的膨胀的泡沫中的气泡。 过滤网13、14可具有不同的横截面形状，如"帽子"形、棱锥形、球台形、圆锥形或 截头圆锥形。然而，每个过滤网13、 14的自由横截面优选至少等于形成发泡室5的环绕壁 的所述通道的液压横截面。这是由于根据压縮空气和水及发泡剂的混合物的表观速度的优 选范围对流速进行调整。类似地，还希望将"空气速度比"设定在一定范围内。到目前为止， 过滤网的自由横截面不小于通道的横截面，这样不会导致这些参数的变化。而且，穿过过滤 网的流的压力损失保持非常小。 不同类型的喷嘴可用于喷嘴13。有利地，喷嘴13被设置为具有一系列径向孔16， 一系列径向孔16用于将空气垂直于发泡剂与水流的混合物喷射到发泡室5中，以提供发泡 室5中空气的规则分布。 已经参照优选实施方式对本发明进行了描述。然而，在本发明的范围内可以进行很多变型。可以理解，根据本发明的CAFS可用于除灭火的其它目的。例如，根据本发明的 CAFS可用于物体的净化。当然，要根据希望的用途对发泡剂进行选择。尽管所述实施方式 中的提到的流体是空气和水，但是本发明不限于这些流体。依据所产生的泡沫的希望用途， 空气可由另一种气体或气体的混合物代替，或者空气可与一种或几种其它流体混合。在这 种情况下，有关空气和水所进行的描述在进行必要修正的情况下适用。具体地，关于表观速 度Vg^和VA和相对空气速度比'R'所述条件在进行必要修正的情况下适用。
权利要求
一种用于通过向发泡室(5)供应优选为压缩空气的压缩气体和优选为水的流体与至少一种发泡剂的混合物以持续产生优选为压缩空气泡沫的压缩气体泡沫的方法，特别用于灭火或用于净化，所述发泡室(5)具有出口以输出泡沫，所述方法包括以下步骤-以第一恒定压力和第一恒定体积流速向所述发泡室持续供应发泡剂与流体的混合物；-以第二恒定压力和第二恒定体积流速向所述发泡室持续供应所述压缩气体；以及-调节所述发泡室的所述出口处的泡沫压力以保持所述发泡室中的泡沫混合压力恒定。
2. 根据权利要求1的方法，进一步包括-调节所述发泡室的所述出口处的泡沫压力以将所述发泡室中的泡沫混合压力保持在 确定的数值。
3. 如权利要求2所述的方法，进一步包括_提供选择性地调整所述确定的数值的可能性。
4. 根据权利要求1至3任一项所述的方法，使用连接至所述发泡室的所述出口的自立 式阀(6)以用于调节所述泡沫压力的步骤。
5. 根据权利要求4所述的方法，其中，所述自立式阀是压管阀。
6. 根据权利要求4或5所述的方法，其中，所述自立式阀适于相对于应用至所述自立式 阀的目标压力而在所述发泡室的所述出口处调节所述泡沫压力。
7. 根据权利要求1至6中任一项所述的方法，使用压力调节器(2)和体积流速调节器 (4)，从而以第一恒定压力和第一恒定体积流速向所述发泡室持续供应发泡剂与流体的混 合物。
8. 根据权利要求1至7中任一项所述的方法，使用压力调节器(1)和体积流速调节器 (3)，从而以第二恒定压力和第二恒定体积流速向所述发泡室持续供应所述压縮气体。
9. 根据权利要求1至8中任一项所述的方法，包括以下步骤-设定所述第一体积流速以使所述发泡室中的发泡剂与流体的混合物的表观速度为至 少0. 3m/s，更优选地为至少2m/s。
10. 根据权利要求1至9中任一项所述的方法，包括以下步骤-设定所述第一体积流速以使混合室中的发泡剂与流体的混合物的表观速度不大于 3m/s。
11. 根据权利要求1至10中任一项所述的方法，包括以下步骤-设定所述第二体积流速以使所述混合室中的所述压縮气体的表观速度为至少0. 3m/ s，更优选地为至少2m/s。
12. 根据权利要求1至11中任一项所述的方法，包括以下步骤_设定所述第二体积流速以使所述混合室中的所述压縮气体的表观速度不大于3m/s。
13. 根据权利要求1至12中任一项所述的方法，包括以下步骤_设定所述第一体积流速和所述第二体积流速以在所述混合室中提供大于0. 3的相对 气体流速比，更优选地大于或等于0. 4，再优选地大于或等于0. 5但不大于0. 95，进一步优 选地不大于0. 8，更有利地不大于0. 75。
14. 根据权利要求1至13中任一项所述的方法，包括以下步骤-将管(8)的一端连接至所述发泡室的所述出口，所述管的另一端连接至所述泡沫喷 射装置(9)，其中，所述管的液压横截面至少等于或大于所述发泡室的液压横截面。
15. —种压縮气体泡沫系统，优选为压縮空气泡沫系统，包括 -发泡室(5)，具有:第一进入口 (ll)，用于向所述发泡室供应优选为压縮空气的压縮气体，第二进入口 (io)，用于向所述发泡室供应优选为水的液体和至少一种发泡剂的混合物，以及排出口 (12)，用于输出泡沫；以及-压力调节装置(6，7)，连接至所述排出口 (12)以保持所述发泡室的出口处的泡沫压 力恒定。
16. 根据权利要求15所述的系统，进一步包括压力调节器(2)和体积流速调节器(4)， 以便以第一恒定压力和第一恒定体积流速向所述发泡室持续供应所述发泡剂与液体的混 合物。
17. 根据权利要求15或16所述的系统，进一步包括压力调节器(1)和体积流速调节器 (3)，以便以第二恒定压力和第二恒定体积流速向所述发泡室持续供应所述压縮气体。
18. 根据权利要求15至17中任一项所述的系统，其中，所述压力调节装置包括自立式 阀(6)。
19. 根据权利要求18所述的系统，其中，所述自立式阀是压管阀。
20. 根据权利要求15至19中任一项所述的系统，进一步包括连接至所述发泡室的出口 的管(8)，所述管的另一端连接至泡沫喷射装置(9)，其中，所述管的液压横截面至少等于 或大于所述发泡室的液压横截面。
21. 根据权利要求15至20中任一项所述的系统，所述系统被设计为实施根据权利要求 1至14中任一项所述的方法。
22. —种发泡室，适于产生压縮气体泡沫，所述发泡室包括 -管道，具有用于压縮气体的入口 (ll)，所述压縮气体优选为空气； 用于流体的入口 (IO)，所述流体优选为水且包含至少一种发泡剂；以及 用于输出泡沫的出口；以及-至少一个过滤网(14 ;15)，被设置成穿过所述管道的横截面。
23. 根据权利要求22所述的发泡室，其中，所述至少一个过滤网的网孔尺寸选自0. 13 到0. 5mm的范围。
24. 根据权利要求22或23所述的发泡室，包括两个过滤网(14，15)，所述两个过滤网 均被设置成穿过所述管道的横截面并彼此分开一纵向距离。
25. 根据权利要求24所述的发泡室，其中，所述两个过滤网具有相同的网孔尺寸。
26. 根据权利要求24或25所述的发泡室，其中，所述两个过滤网之间的距离选自所述 入口 (lO，ll)侧的过滤网(14)的网孔尺寸的10到30倍的范围，更优选地选自15到25倍 的范围，且更有利地等于20倍。
27. 根据权利要求22至26中任一项所述的发泡室，其中，所述至少一个过滤网的网孔的压力等效网孔直径小于待产生的膨胀的泡沫中的气泡的平均当量直径。
28. 根据权利要求22至27中任一项所述的发泡室，其中，所述用于压縮空气的入口连 接至在所述管道中延伸的喷嘴(13)，所述喷嘴具有径向孔(6)，所述径向孔用于垂直于所 述管道中的发泡剂与液体流的混合物将气体喷射到所述管道中。
29. 根据权利要求22至28中任一项所述的发泡室，其中，所述至少一个过滤网的自由 横截面等于或大于所述管道的自由横截面。
30. 根据权利要求22至29中任一项所述的发泡室的用途，用于持续产生压縮气体泡 沫，尤其是压縮空气泡沫，特别用于灭火或净化。
31. —种压縮气体泡沫系统，尤其是压縮空气泡沫系统，包括根据权利要求22至30中 任一项所述的发泡室。
全文摘要
该方法用于通过向发泡室(5)供应压缩空气和水与至少一种发泡剂的混合物而持续产生压缩空气泡沫，特别用于灭火或净化，所述发泡室(5)通过管(8)向喷嘴(9)输出泡沫。例如通过压力调节器(1，2)和流速调节器(3，4)以恒定的压力并以恒定的体积流速向发泡室(5)均匀供应发泡剂与水的混合物和压缩空气。在发泡室(5)的出口处调节泡沫压力，以优选通过自立式阀(6)保持发泡室中的泡沫混合压力恒定。发泡室可以有利地是包括过滤网的静态型。
文档编号A62C5/00GK101754785SQ200880013041
公开日2010年6月23日 申请日期2008年4月24日 优先权日2007年4月27日
发明者蒂诺·克鲁格尔, 顾恩特尔·多劳 申请人:Sogepi有限公司
技术领域：
本发明涉及用于持续产生压縮气体泡沫的方法、压縮气体泡沫系统和具体适用于
该方法的发泡室，压縮气体泡沫具体为压縮空气泡沫，压縮气体泡沫系统具体为特别用于 灭火的压縮空气泡沫系统。
背景技术：
在现有技术中，已知通过压縮空气泡沫(CAF)进行灭火。通常，持续地将发泡剂添 加在水流中，并向发泡管路或发泡室供应所得到的发泡剂与水流的混合物，还为发泡管路 或发泡室提供气压以生成气泡。离开发泡管路或发泡室的泡沫穿过刚性或挠性管到达用于 将泡沫喷射到火上的喷嘴。发泡管路或发泡室也被称为混合器或混合室， 一般是静止型的， 或者称为静态型的，即不包含运动部件的发泡管路或发泡室。 压縮空气泡沫系统(CAFS)当安装在救火车上时可以是移动的。这种系统当用于
轿车和货车通行隧道中的固定防火系统中时还可以是固定的。 存在通常彼此极不相同的用于产生CAF的技术。 产生CAF的主要问题是以适当的方式控制向混合室供应的水流和空气流以持续 地提供具有恰当灭火特性并随时间保持稳定的泡沫。由于向混合室供应的水和空气以及用 于输送和喷射泡沫的管和喷嘴中的物理条件可能会变化，因此会出现问题。具体地，可为 CAFS系统供应水流，而例如当使用水泵时该水流的压力和流速可能会随时间而变化。移动 的系统可以与如在干预地点可获得的消防栓的水源一起使用，从而这种系统可能会具有不 同的压力和流速特性。另外，连接至混合室的出口的管的长度和直径、连接在管的端部处的 喷嘴的类型、连接至混合室的出口的管的数量等可能会变化并且影响混合室的工作条件并 因此影响泡沫的质量。 因此，使用复杂的系统和过程以平衡向混合室供应的水的压力和空气的压力或者 当水的压力变化时调整空气的压力。 US-A-2004/0177975公开了一种包括系统控制器的CAFS系统，该系统控制器用于 依据由水流量计和空气流量计提供的信号、以保持基于用户可调的比率输入的空气流与泡 沫流的比率为目标来控制空气流量控制阀。 W0 2006/000177公开了一种CAFS，在这种CAFS中，压縮空气通过压力控制器和空 气体积流速控制阀被导入发泡管路中。另外，所产生的CAF经过泡沫压力传感器和电控气 动阀流动到泡沫喷射装置，泡沫压力传感器和电控气动阀形成闭环控制回路以调整泡沫的 浓度并从而调整泡沫的品质。水经过水压力控制器被供给到系统中并与发泡剂和添加剂相 互混合。发泡剂_添加剂_水的混合物经过水体积流速控制阀和发泡管路流动，压縮空气 以预设的压力和体积流速参数经过空气体积流速控制阀进入发泡管路中。该文献提到了使 用泡沫喷射装置喷洒的CAF的泡沫品质取决于流速并因此取决于泡沫在发泡管路中的停 留时间，该文献还教导了使用电控气动阀通过由泡沫压力传感器确定的泡沫压力对流速进 行控制(泡沫压力控制)。
然而，该文献并未给出关于控制不同参数的方式的任何细节，具体而言，没有给出
关于控制空气、水和泡沫的压力、体积流速和速度/停留时间以确保混合室持续提供具有
良好品质的泡沫以进行灭火的细节。另外，实施闭环控制可能是复杂的。EP-A-1 632 272公开了用于轿车和货车通行隧道的CAFS。该文献并未涉及优化
混合室条件的课题，但是涉及了尽管在长管路中输送泡沫而仍允许喷射具有良好品质的泡
沫的课题。因此，该文献教导了以防止泡沫压力低于泡沫喷射装置处的确定值以及因而提
供仍具有高灭火特性的均匀泡沫为目标，将泡沫压力自动设定至混合室后方的给定压力。
通过关于压力传感器对阀进行控制可以调整管的横截面限制，通过管的可调整横截面限制
获得混合室后方的泡沫压力。 然而，该文献根本没有涉及控制不同参数的问题，具体而言，没有涉及控制空气、 水和泡沫的压力、体积流速和速度/停留时间以确保混合室持续提供具有良好品质的泡沫 以进行灭火的问题。
发明内容
本发明提供了一种用于持续产生品质高且品质恒定的CAF、或更一般地压縮气体
泡沫的改进技术，该技术易于实施，并特别地用于灭火或物体净化的目的。 该目标通过以下方法得以实现，该方法是一种用于通过向发泡室供应优选为压縮
空气的压縮气体和优选为水的流体与至少一种发泡剂的混合物以持续产生优选为压縮空
气泡沫的压縮气体泡沫的改进技术，特别用于灭火或用于净化，所述发泡室具有出口以输
出泡沫，所述方法包括以下步骤-以第一恒定压力和第一恒定体积流速向所述发泡室持续供应发泡剂与流体的混 合物；-以第二恒定压力和第二恒定体积流速向所述发泡室持续供应所述压縮气体；以 及-调节所述发泡室的所述出口处的泡沫压力以保持所述发泡室中的泡沫混合压力 恒定。 该方法的优选实施方式包括一个或多个以下特征-调节所述发泡室的所述出口处的泡沫压力以将所述发泡室中的泡沫混合压力保 持在确定的数值；-提供选择性地调整所述确定的数值的可能性；-使用连接至所述发泡室的所述出口的自立式阀(优选为压管阀)以用于调节所 述泡沫压力的步骤；-所述自立式阀适于相对于应用至所述自立式阀的目标压力而在所述发泡室的所 述出口处调节所述泡沫压力；-使用压力调节器和体积流速调节器，从而以第一恒定压力和第一恒定体积流速 向所述发泡室持续供应发泡剂与流体的混合物；-使用压力调节器和体积流速调节器，从而以第二恒定压力和第二恒定体积流速 向所述发泡室持续供应所述压縮气体；-设定所述第一体积流速以使所述发泡室中的发泡剂与流体的混合物的表观速度为至少0. 3m/s，更优选地为至少2m/s ;-设定所述第一体积流速以使混合室中的发泡剂与流体的混合物的表观速度不大 于3m/s ;-设定所述第二体积流速以使所述混合室中的所述压縮气体的表观速度为至少 0. 3m/s，更优选地为至少2m/s ;-设定所述第二体积流速以使所述混合室中的所述压縮气体的表观速度不大于 3m/ s ;-设定所述第一体积流速和所述第二体积流速以在所述混合室中提供大于0. 3的 相对气体流速比，更优选地大于或等于0. 4，再优选地大于或等于0. 5但不大于0. 95，更优 选地不大于0. 8，更有利地不大于0. 75 ;-将管的一端连接至所述发泡室的所述出口，所述管的另一端连接至所述泡沫喷 射装置，其中，所述管的液压横截面至少等于或大于所述发泡室的液压横截面。
根据另一方面，本发明提出了一种优选为压縮空气泡沫系统的压縮气体泡沫系 统，包括
物，以及
调节器；
-发泡室，具有
第一进入口 ，用于向所述发泡室供应优选为压縮空气的压縮气体， 第二进入口，用于向所述发泡室供应优选为水的液体和至少一种发泡剂的混合
排出口，用于输出泡沫；以及
_压力调节装置，连接至所述排出口以保持所述发泡室的出口处的泡沫压力恒定。 该系统的优选实施方式包括一个或多个以下特征
-用于以第一恒定压力向所述发泡室持续供应所述发泡剂与液体的混合物的压力 -用于以第一恒定体积流速向所述发泡室持续供应所述发泡剂与液体的混合物的
体积流速调节器；-用于以第二恒定压力向所述发泡室持续供应所述压縮气体的压力调节器；
-用于以第二恒定体积流速向所述发泡室持续供应所述压縮气体的体积流速调节-所述压力调节装置包括优选为压管阀的自立式阀；-连接至所述发泡室的所述出口的管，所述管的另一端连接至泡沫喷射装置，其
中，所述管的液压横截面积至少等于或大于所述发泡室的液压横截面积；-被设计为实施根据本发明的方法的系统。 根据另一方面，本发明提出了一种发泡室，适于产生可有利地用于CAFS中的压縮 气体泡沫，所述发泡室包括
-管道，具有 用于压縮气体的入口，所述压縮气体优选为空气； 用于流体的入口 ，所述流体优选为水，且包含至少一种发泡剂；以及 用于输出泡沫的出口；以及-至少一个过滤网，被设置成穿过所述管道的横截面。
所述发泡室的优选实施方式包括一个或多个以下特征-所述至少一个过滤网的网孔尺寸选自0. 13到0. 5mm的范围；-所述发泡室包括两个过滤网，所述两个过滤网均被设置成穿过所述管道的横截
面并彼此分开一纵向距离；所述两个过滤网优选地具有相同的网孔尺寸，并且所述两个过
滤网之间的距离选自所述入口侧的过滤网的网孔尺寸的10到30倍的范围，更优选地选自
15到25倍的范围，且更有利地等于20倍；-所述至少一个过滤网的网孔的压力等效网孔直径小于待产生的膨胀的泡沫中的 气泡的平均当量直径；-所述用于压縮空气的入口连接至在所述管道中延伸的喷嘴，所述喷嘴具有径向 孔，所述径向孔用于垂直于所述管道中的发泡剂与液体流的混合物将气体喷射到所述管道 中；-所述至少一个过滤网的自由横截面积等于或大于所述管道的自由横截面积。
有利地，使用根据本发明的发泡室以持续产生具体为压縮空气泡沫的压縮气体泡 沫，特别用于灭火或净化。因此，本发明还提出了一种尤其是CAFS的压縮空气系统，其包括 根据本发明的发泡室。 在之前限定的本发明中，所述压縮气体可包括单一的气体，但是也可以像空气那 样是几种不同气体的混合物。类似地，在本发明中，所述液体可包括单一的液体，但是也可 以是几种不同液体的混合物。 以下参照下面所列示的附图，对以非限制性示例的方式给出的本发明的实施方式 进行描述，从而本发明的进一步特征和优点会得以显现。
图1示意性示出了根据本发明的实施方式的CAFS。
图2示意性示出了根据本发明的发泡室。
发明的具体描述 根据本发明，通过向具有用于输出的出口的发泡室提供至少包含发泡剂的水和压 縮空气来持续地产生CAF。以第一恒定压力和第一恒定体积流速向发泡室持续供应发泡剂 与水的混合物。类似地，以第二恒定压力和第二恒定体积流速向发泡室持续供应压縮空气。 另外，调节发泡室中的压力(以下称之为泡沫混合压力)以保持所述泡沫的压力恒定，而无 论在发泡室的出口处连接的泡沫输送管路中可能存在的较低压力。所述泡沫的持续产生和 压縮空气和发泡剂与水的混合物的持续供应涉及CFAS在使用的情况，即，具体是当布置在 连接至发泡室的出口的管的端部处的喷射装置如喷嘴打开时。可以理解，所述用于在发泡 室中保持泡沫混合压力恒定的压力调节不一定涉及在整个发泡室的任何位置压力相等。当 然，不同的发泡室部件可能会引起一些压力损失，因此在发泡室中各位置之间的压力可能 会些许不同。但是应当理解，由于所述的压力调节的作用，当考虑发泡室中的给定位置时， 压力基本不会随时间变化。 因此，压縮空气和发泡剂与水的混合物流过混合室，并且压縮空气和发泡剂与水 的混合物均具有恒定的体积流速和恒定的流速，且特别与在用于将泡沫从发泡室运送至泡 沫喷射装置的管中可能出现的后续的压力变化无关。从而，泡沫通过发泡室以恒定的品质持续输出。另外，无需平衡压縮空气和发泡剂与水的混合物的压力和体积流速。
图1示出了根据本发明的优选实施方式的CAFS。 CAFS包括发泡室5，通过压力调 节器2和体积流速调节器4向发泡室5持续供应水与至少一种发泡剂的混合物。发泡剂可 以是适于灭火的任何类型的发泡剂。还通过压力调节器1和体积流速调节器3向发泡室5 持续供应压縮空气。设置压力调节器1、2和体积流速调节器3、4的目的是向发泡室5供应 空气和发泡剂与水的混合物的恒定压力和恒定体积流速，尽管空气源和/或水源中可能出 现变化。发泡室5将输入的压縮空气和发泡剂与水的混合物进行混合以产生泡沫。发泡室 5可以是任何已知的类型。优选地，发泡室5是静态混合室。 可以从任何合适的水源(未表示出)如消防泵、消防栓或建筑物或隧道内的固定 供水网来供应水。可以以古老的方式通过压縮机来供应压縮空气。将发泡剂以适当的量通 过例如在W0 2006/000177中描述的适当技术持续且均匀地添加到水中。添加到水的发泡 剂的量通常小于水与发泡剂的混合物的总体积的1%。 发泡室5的出口连接至用于输送泡沫的管8。例如喷嘴的泡沫喷射装置9连接在 管8的端部。管8根据预期用途可以是刚性或挠性的。压力调节装置6、7在发泡室5的出 口处设置在管8中。压力调节装置6、7适于保持发泡室5出口处的恒定压力，因此还保持 发泡室5中的泡沫混合压力恒定。因此，发泡室5中的泡沫混合压力并不因管8和泡沫喷 射装置9的后续条件而变化。 发泡室5中的泡沫压力保持在这样的压力，该压力被设置成低于压力调节器1和 2的出口处的发泡剂与水的混合物和压縮空气的压力。 保持发泡室5中的泡沫混合压力恒定使得可以精确控制的发泡室中的工作参数 持续产生泡沫成为可能，并且这种泡沫随着时间稳定。因此，可以以恒定的品质持续产生 泡沫。已经发现这种结果已由以下事实而产生，即由设定至给定数值的体积流速调节器3、 4所确定的空气和发泡剂与水的混合物的流速实际上受到体积流速调节器3、4的入口与出 口之间的压力差异影响。结合压力调节器1、2保持发泡室5中的泡沫混合压力恒定使体积 流速调节器3、4处的压力差异保持恒定。从而，向发泡室5供应的空气和发泡剂与水的混 合物的实际流速也是恒定的。 压力调节器1、2可以是压力限制阀，特别是市场上可以买到的类型。体积流速调 节器3、4可以是体积流速调节阀，特别是市场上可以买到的类型。 另外，压力调节装置6、7优选地包括特别是如市场上可以获得的自力式阀6。在这 种情况下，穿过阀6的流动路径的开口程度由管8和泡沫喷射装置9中的泡沫的背压与阀 6的目标压力共同确定。 因此，无需压力传感器和例如PLC或具有微处理器的电子电路的控制装置来获得 恒定的泡沫压力。换言之，自力式阀提供了非常简单和经济的实施方式。
自力式阀6优选是可调的。换言之，可以根据希望的水_空气比将阀6选择性地 设定至某目标压力。因此，自力式阀6调节发泡室5中的泡沫混合压力以使其等于目标压 力。因此，可以改变发泡室5中的泡沫混合压力，从而调整流速。 在图l所示的优选实施方式中，以气动方式将目标压力提供给自力式阀6。可以 通过连接至用于向发泡室5供应的压縮气源的压力控制阀7提供目标压力。或者，可以液 动、电控液动、电控气动方式将目标压力应用至自力式阀6。自力式阀6还可以被设计成用于以机械方式设定目标压力。 自力式阀6有利地是压管阀(也被称为内部管阀)。压管阀在现有技术中是众所 周知的。通常，压管阀是直通阀，阀件在该直通阀上包括挠性套管，该挠性套管被扭曲以控 制流体的流动。在操作中，甚至当阀的开口程度例如由于管8和泡沫喷射装置9中的条件 发生变化而发生变化时，压管阀也不会对由发泡室5产生的气泡产生负面的影响。当然，压 管阀提供了穿过阀的横截面的平滑的变化，即平顺的变化。另外，压管阀中的流体路径由平 滑表面限定。因此，气泡可以平顺地穿过阀，而不会可能像在流动路径中具有尖锐边缘的阀 那样而受到负面的影响或被破坏。 在气源和/或水源均提供具有所需压力和体积流速的对应流的情况下，可以分别 省去压力调节器1、2和体积流速调节器3、4。 为了提供具有良好品质且被均匀制成具有例如在0. 5至lmm范围内的平均当量直 径(average equivalent diameter)的细小气泡的泡沫，发泡室5中的发泡剂与水的混合 物流的速度优选为至少O. 3m/s，但更优选为至少2m/s。然而，该速度优选不超过3m/s。类 似地，发泡室5中的压縮空气流的速度优选为至少0. 3m/s，但更优选为至少2m/s。然而，该 速度也优选不超过3m/s。 上述速度不应被理解为实际的速度而是对应于按照以下所计算的所谓表观速度 其中 Vs，发泡室5中的压縮气体的速度，也称为发泡室5中的表观速度；
VFR空气发泡室5的入口处的压縮空气的体积流速； V* :发泡室5中的发泡剂和水的混合物的速度，也称为发泡室5中的该混合物的 表观速度； VFR* :发泡室5的入口处的发泡剂和水的混合物的体积流速；
S :混合室5的液压横截面积。 可以理解，为一个输入流计算这些表观速度时，假设未向发泡室5供应其它输入 流。 而且，发泡室5的入口处的相对空气速度比优选大于0. 3，更优选大于或等于0. 4。 然而，相对空气速度比优选不超过0. 95，更优选不超过0. 8，且进一步优选不超过0. 75。相 对空气速度比的最优选值是0. 5。 该相对空气速度比'R'是压縮空气的表征速度与压縮空气的表征速度和发泡剂与 水的混合物的表征速度的和之间的比率，这些表征速度是以上通过公式(1)和(2)计算出 的表征速度，即，按照以下计算出R:
R = V宇气/(V宇气+V水) (3) 其中，V空气和V水分别是通过上述公式获得的。 尽管不希望受到任何理论的束缚，但是可以将以上解释为，如果相对空气速度比 的数值超过以上界限，那么在压縮空气和发泡剂与水的混合物之间会出现滑流效应(slip effects)，使得压縮空气和发泡剂与水的混合物不会在发泡室5中进行正确的混合，从而产生低劣品质的泡沫或者甚至根本不产生任何泡沫。 通过在压力调节器1、2和压力调节装置6、7的给定设置下的体积流速调节器3、4 对发泡室5的液压横截面以及发泡室5的入口处的压縮空气和发泡剂与水的混合物的体积 流速进行适当限定，可以使上述条件得到满足。 对于相同的发泡室5的液压横截面以及相同的发泡室5的入口处供应的压縮空气 的体积流速，可以通过减小向发泡室5供应的体积水流速以产生不同于相对空气速度比的 优选值的泡沫，并且空气速度和发泡剂与水的混合物的速度不会超出所限定的界限。但是， 优选地不将体积水流速减小以使发泡室5中的水与发泡剂的混合物的表观流速低于已述 及的0.3m/s。因此根据设置，所产生的泡沫会或多或少的湿润或干燥。发泡剂与水的混合
物的体积流速(在l(TC下考虑)相对于在大气压力下考虑的空气的体积流速(在ot:下考
虑)的合适比率(以下称为水空气比率)对于灭火而言是l : 7。但是可以特别通过对设 置进行上述改变并优选在从1 : 5到1 : 21的范围内改变该比率。CAFS系统可以被设计 成为使用者提供选择性地通过控制装置改变该比率的可能性，从而CAFS通过改变体积流 速调节器4和压力调节装置6、7的设置改变泡沫压力和发泡剂与水流的混合物的流速。
可以理解，发泡室5的出口处的泡沫压力大于泡沫喷射装置9的入口处的泡沫压 力。这种压力差允许通过管8输送泡沫。这种压力差引起管8中的泡沫的膨胀。已经发现， 当泡沫速度过高时，泡沫的气泡会因为外部和内部摩擦力以及剪切力而被破坏。为了防止 不利影响，已经发现，可以在考虑管8的端部处(在泡沫喷射装置9处)的体积流速和压力 的情况下对管8的最佳横截面积进行选择。具体地，已经发现，优选地将管8的横截面积选 择为等于或大于发泡室5的液压横截面积。 图2图示了发泡室5的有利结构，这种结构提供了优异的发泡性能。发泡室具有 带进入口 10、11和排出口 12的管道形式。像在管中一样，发泡室的横截面可以是具有给定 直径d-MK的圆形。或者，该横截面可以具有不同的形状，如三角形或任何多边形。发泡室5 被设计为具有这样的横截面，即使得空气和发泡剂与水的混合物的表观流速保持在上述界 面内；参见以上公式(1)和(2)。 进入口 10被设计成用于连接至为发泡室5供应发泡剂与水的混合物或发泡剂与 另一种液体的混合物的管。如果用于图1的实施方式中，进入口 io连接至水体积流速调节 器4。进入口 10的横截面优选地与发泡室5的横截面相同。 进入口 11被设计成用于连接至根据泡沫的预期用途为发泡室5供应压縮空气或 另一种合适气体的管。如果用于图1的实施方式中，进入口 ll连接至空气体积流速调节器 3。进入口 11延伸到具有喷嘴13的发泡室5中。喷嘴13优选位于发泡室5的横截面的中 心。 排出口 12被设计用于连接至向泡沫喷射装置输送泡沫的管。如果用于图1的实 施方式中，排出口 12恰在压力调节器6、7之前连接至管8。排除口 12的横截面优选与发泡 室5的横截面相同。 发泡室5包括第一过滤网14，第一过滤网14以在喷嘴13的排出孔下游a_D_S的 距离延伸穿过发泡室5的整个横截面。发泡室5优选包括第二过滤网15，第二过滤网15以 在第一过滤网14的下游a-S-S的距离延伸穿过发泡室5的整个横截面。过滤网14与15之 间的距离a-S-S优选地选自过滤网14、15的网孔尺寸的10到30倍的范围，更优选地选自15到25倍的范围，并且更加有利地等于过滤网14、15的网孔尺寸的20倍，这里，网孔尺寸 是液压等效(当量)网孔直径。在过滤网15的网孔尺寸不同于过滤网14的网孔尺寸的情 况下，计算出之前的相对于在流体流动方向上的第一过滤网，即在图1中位于进入口 10、11 一侧的作为过滤网14的过滤网的网孔尺寸的10到30倍和15到25倍范围以及20倍的有 利数值。另外，在过滤网的所有网孔具有不同尺寸的情况下，待考虑的网孔尺寸是平均网孔 尺寸。无论过滤网14、15的纵向截面的形状或长度如何，在第一过滤网的过滤部分的边界 与第二过滤网的过滤部分的边界之间测量距离a-S-S(如图2所示)。
距离a-D-S优选处于零到管道5的(当量)液压直径d-MK —半的范围内。
过滤网13、14可具有不同的网孔或孔尺寸。但是过滤网13、14具有相同的网孔或 孔尺寸是有利的。当然，试验已经表明，当使用具有相同网孔或孔尺寸的过滤网时从喷口 9 喷洒的所产生的泡沫气泡相比使用具有不同网孔或孔尺寸的过滤网时更加均匀而且膨胀 的泡沫的气泡尺寸范围更小。 在考虑待产生的泡沫气泡的尺寸的情况下对过滤网的网孔或孔进行限定。具体 地，优选地将液压等效(当量)网孔直径选择为小于待产生的膨胀的泡沫中的气泡的平均 当量直径。通过膨胀的泡沫，可以理解在泡沫喷射装置9处喷射的泡沫。如果过滤网的网 孔尺寸彼此不同，那么所述优选的液压等效(等量)网孔直径优选应用于根据流动方向的 最后的过滤网，即，应用于所述实施方式中的过滤网15。通常，有利地限定过滤网的网孔尺 寸以使膨胀的泡沫中的气泡尤其当用于灭火应用中时具有处于从0. 5到lmm的范围内的平 均当量直径。已经确定，可以按照以下公式确定优选的网孔尺寸
"网孔—)t 其中 D网孔是网孔尺寸； d是膨胀的气泡的液压等效直径；以及 k是处于从2到11的范围内并取决于过程参数的因数，过程参数尤其是水-空气 比和发泡室5中的混合压力。 因此，过滤网14、15优选地被选择为处于0. 13到0. 5mm以提供处于0. 5到lmm范 围内的膨胀的泡沫中的气泡。 过滤网13、14可具有不同的横截面形状，如"帽子"形、棱锥形、球台形、圆锥形或 截头圆锥形。然而，每个过滤网13、 14的自由横截面优选至少等于形成发泡室5的环绕壁 的所述通道的液压横截面。这是由于根据压縮空气和水及发泡剂的混合物的表观速度的优 选范围对流速进行调整。类似地，还希望将"空气速度比"设定在一定范围内。到目前为止， 过滤网的自由横截面不小于通道的横截面，这样不会导致这些参数的变化。而且，穿过过滤 网的流的压力损失保持非常小。 不同类型的喷嘴可用于喷嘴13。有利地，喷嘴13被设置为具有一系列径向孔16， 一系列径向孔16用于将空气垂直于发泡剂与水流的混合物喷射到发泡室5中，以提供发泡 室5中空气的规则分布。 已经参照优选实施方式对本发明进行了描述。然而，在本发明的范围内可以进行很多变型。可以理解，根据本发明的CAFS可用于除灭火的其它目的。例如，根据本发明的 CAFS可用于物体的净化。当然，要根据希望的用途对发泡剂进行选择。尽管所述实施方式 中的提到的流体是空气和水，但是本发明不限于这些流体。依据所产生的泡沫的希望用途， 空气可由另一种气体或气体的混合物代替，或者空气可与一种或几种其它流体混合。在这 种情况下，有关空气和水所进行的描述在进行必要修正的情况下适用。具体地，关于表观速 度Vg^和VA和相对空气速度比'R'所述条件在进行必要修正的情况下适用。
权利要求
一种用于通过向发泡室(5)供应优选为压缩空气的压缩气体和优选为水的流体与至少一种发泡剂的混合物以持续产生优选为压缩空气泡沫的压缩气体泡沫的方法，特别用于灭火或用于净化，所述发泡室(5)具有出口以输出泡沫，所述方法包括以下步骤-以第一恒定压力和第一恒定体积流速向所述发泡室持续供应发泡剂与流体的混合物；-以第二恒定压力和第二恒定体积流速向所述发泡室持续供应所述压缩气体；以及-调节所述发泡室的所述出口处的泡沫压力以保持所述发泡室中的泡沫混合压力恒定。
2. 根据权利要求1的方法，进一步包括-调节所述发泡室的所述出口处的泡沫压力以将所述发泡室中的泡沫混合压力保持在 确定的数值。
3. 如权利要求2所述的方法，进一步包括_提供选择性地调整所述确定的数值的可能性。
4. 根据权利要求1至3任一项所述的方法，使用连接至所述发泡室的所述出口的自立 式阀(6)以用于调节所述泡沫压力的步骤。
5. 根据权利要求4所述的方法，其中，所述自立式阀是压管阀。
6. 根据权利要求4或5所述的方法，其中，所述自立式阀适于相对于应用至所述自立式 阀的目标压力而在所述发泡室的所述出口处调节所述泡沫压力。
7. 根据权利要求1至6中任一项所述的方法，使用压力调节器(2)和体积流速调节器 (4)，从而以第一恒定压力和第一恒定体积流速向所述发泡室持续供应发泡剂与流体的混 合物。
8. 根据权利要求1至7中任一项所述的方法，使用压力调节器(1)和体积流速调节器 (3)，从而以第二恒定压力和第二恒定体积流速向所述发泡室持续供应所述压縮气体。
9. 根据权利要求1至8中任一项所述的方法，包括以下步骤-设定所述第一体积流速以使所述发泡室中的发泡剂与流体的混合物的表观速度为至 少0. 3m/s，更优选地为至少2m/s。
10. 根据权利要求1至9中任一项所述的方法，包括以下步骤-设定所述第一体积流速以使混合室中的发泡剂与流体的混合物的表观速度不大于 3m/s。
11. 根据权利要求1至10中任一项所述的方法，包括以下步骤-设定所述第二体积流速以使所述混合室中的所述压縮气体的表观速度为至少0. 3m/ s，更优选地为至少2m/s。
12. 根据权利要求1至11中任一项所述的方法，包括以下步骤_设定所述第二体积流速以使所述混合室中的所述压縮气体的表观速度不大于3m/s。
13. 根据权利要求1至12中任一项所述的方法，包括以下步骤_设定所述第一体积流速和所述第二体积流速以在所述混合室中提供大于0. 3的相对 气体流速比，更优选地大于或等于0. 4，再优选地大于或等于0. 5但不大于0. 95，进一步优 选地不大于0. 8，更有利地不大于0. 75。
14. 根据权利要求1至13中任一项所述的方法，包括以下步骤-将管(8)的一端连接至所述发泡室的所述出口，所述管的另一端连接至所述泡沫喷 射装置(9)，其中，所述管的液压横截面至少等于或大于所述发泡室的液压横截面。
15. —种压縮气体泡沫系统，优选为压縮空气泡沫系统，包括 -发泡室(5)，具有:第一进入口 (ll)，用于向所述发泡室供应优选为压縮空气的压縮气体，第二进入口 (io)，用于向所述发泡室供应优选为水的液体和至少一种发泡剂的混合物，以及排出口 (12)，用于输出泡沫；以及-压力调节装置(6，7)，连接至所述排出口 (12)以保持所述发泡室的出口处的泡沫压 力恒定。
16. 根据权利要求15所述的系统，进一步包括压力调节器(2)和体积流速调节器(4)， 以便以第一恒定压力和第一恒定体积流速向所述发泡室持续供应所述发泡剂与液体的混 合物。
17. 根据权利要求15或16所述的系统，进一步包括压力调节器(1)和体积流速调节器 (3)，以便以第二恒定压力和第二恒定体积流速向所述发泡室持续供应所述压縮气体。
18. 根据权利要求15至17中任一项所述的系统，其中，所述压力调节装置包括自立式 阀(6)。
19. 根据权利要求18所述的系统，其中，所述自立式阀是压管阀。
20. 根据权利要求15至19中任一项所述的系统，进一步包括连接至所述发泡室的出口 的管(8)，所述管的另一端连接至泡沫喷射装置(9)，其中，所述管的液压横截面至少等于 或大于所述发泡室的液压横截面。
21. 根据权利要求15至20中任一项所述的系统，所述系统被设计为实施根据权利要求 1至14中任一项所述的方法。
22. —种发泡室，适于产生压縮气体泡沫，所述发泡室包括 -管道，具有用于压縮气体的入口 (ll)，所述压縮气体优选为空气； 用于流体的入口 (IO)，所述流体优选为水且包含至少一种发泡剂；以及 用于输出泡沫的出口；以及-至少一个过滤网(14 ;15)，被设置成穿过所述管道的横截面。
23. 根据权利要求22所述的发泡室，其中，所述至少一个过滤网的网孔尺寸选自0. 13 到0. 5mm的范围。
24. 根据权利要求22或23所述的发泡室，包括两个过滤网(14，15)，所述两个过滤网 均被设置成穿过所述管道的横截面并彼此分开一纵向距离。
25. 根据权利要求24所述的发泡室，其中，所述两个过滤网具有相同的网孔尺寸。
26. 根据权利要求24或25所述的发泡室，其中，所述两个过滤网之间的距离选自所述 入口 (lO，ll)侧的过滤网(14)的网孔尺寸的10到30倍的范围，更优选地选自15到25倍 的范围，且更有利地等于20倍。
27. 根据权利要求22至26中任一项所述的发泡室，其中，所述至少一个过滤网的网孔的压力等效网孔直径小于待产生的膨胀的泡沫中的气泡的平均当量直径。
28. 根据权利要求22至27中任一项所述的发泡室，其中，所述用于压縮空气的入口连 接至在所述管道中延伸的喷嘴(13)，所述喷嘴具有径向孔(6)，所述径向孔用于垂直于所 述管道中的发泡剂与液体流的混合物将气体喷射到所述管道中。
29. 根据权利要求22至28中任一项所述的发泡室，其中，所述至少一个过滤网的自由 横截面等于或大于所述管道的自由横截面。
30. 根据权利要求22至29中任一项所述的发泡室的用途，用于持续产生压縮气体泡 沫，尤其是压縮空气泡沫，特别用于灭火或净化。
31. —种压縮气体泡沫系统，尤其是压縮空气泡沫系统，包括根据权利要求22至30中 任一项所述的发泡室。
全文摘要
该方法用于通过向发泡室(5)供应压缩空气和水与至少一种发泡剂的混合物而持续产生压缩空气泡沫，特别用于灭火或净化，所述发泡室(5)通过管(8)向喷嘴(9)输出泡沫。例如通过压力调节器(1，2)和流速调节器(3，4)以恒定的压力并以恒定的体积流速向发泡室(5)均匀供应发泡剂与水的混合物和压缩空气。在发泡室(5)的出口处调节泡沫压力，以优选通过自立式阀(6)保持发泡室中的泡沫混合压力恒定。发泡室可以有利地是包括过滤网的静态型。
文档编号A62C5/00GK101754785SQ200880013041
公开日2010年6月23日 申请日期2008年4月24日 优先权日2007年4月27日
发明者蒂诺·克鲁格尔, 顾恩特尔·多劳 申请人:Sogepi有限公司
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