用于产生两相流体射流的装置的制作方法

1.本发明涉及产生和推进至少一种气体和一种液体的两相混合物的领域，特别是用于灭火、冷却设备和形成雾。混合发生在喷嘴中，其中高速气流与水射流的相互作用使水射流中的水滴雾化，以形成非常小或微小的水滴雾，从而形成由气流夹带和输送的水雾滴的两相混合物。
2.这种两相混合物具有显著的冷却性能，并通过造成轻微的局部润湿和周围没有任何干扰来限制水和烟雾造成的损坏。这些混合物由设置在例如工业、商业或住宅建筑、隧道、飞机或船舶机舱的天花板上的固定设施产生，或由飞机驾驶员或工业设备操作员组合产生，或由位于工业场地上的设施或森林设施产生，或由消防员或自动机动车辆启动的消防水带形式的便携式设备产生。
3.雾化越细，液滴速度越高，液滴动能越高，它们深入火灾火源(foyer)的能力就越大。热交换表面增大，冷却和惰性化都会更大。高压水雾也会阻挡辐射热。因此，例如，在距离加热到800℃的火源仅几米的地方，温度可以保持可承受，并衰减例如由爆炸引起的冲击波。此外，该雾产生气体稀释，还可产生分解、吸附或溶解反应，限制气体的爆炸性。
4.供应给喷嘴的气体可以是惰性气体，诸如氮气、二氧化碳、氩气，或者简单地是空气或氧气。


背景技术：

5.法国专利fr2376384描述了一种雪枪，用于将水颗粒喷射到足够冷的空气中，使得它们甚至在接触地面之前就冻结。该装置由会聚-发散形状的整流罩构成，该整流罩在后部开口，用于吸入环境空气。在该整流罩内定位有橄榄形装置，用于调节原始空气-水混合物的流量。该流量调节装置具有会聚-发散混合器，该混合器被供应有空气流和外围水流，并在混合器的会聚部分中同轴地开口。水管道通向与空气管道同轴的管状管道，具有角度定向，使得液体流朝向空气供应管道的外表面的方向。然后，该液体流在与通向混合器的空气供应管道同轴的管状段中偏转，以形成基本分层且同轴的两个相。
6.专利de10004534描述了一种用于实施影响可由水力按摩喷嘴发射的按摩射流的流动方向的方法的装置，而不需要为此目的的水力按摩喷嘴的移动部件，其中优选地，排水持续时间和两次输送之间的时间是受按摩喷嘴在不同流动方向上发射的按摩射流影响的暂停时间。
7.法国专利fr2766108a1描述了一种两相流体的生成装置，该生成装置包括界定用于生成该流体的腔室的壁，该壁设置有用于连接到加压液体供应源的第一端和用于分配两相流体并由加速喷管延伸的第二端，该壁被至少一个开口穿孔，加压气体通过该开口进入，该装置的特征在于，其包括用于将该腔室在其全部或部分长度上分成至少两个通道的装置。
8.专利gb865434涉及用于将研磨或抛光材料以射流或喷雾形式进行投射的喷枪的领域，该类型包括喷枪主体，该喷枪主体在前部具有喷嘴，并且具有分别用于研磨材料和空
气或另一加压气体的纵向通道，用于从喷嘴投射研磨材料，并且该发明的目的是喷枪和喷枪的有效形状，其中由研磨材料引起的磨损被减到最小。
9.专利gb951589a描述了一种粉末灭火器，该粉末灭火器包括承载圆柱形橡胶排放喷嘴的筒体，该圆柱形橡胶排放喷嘴通过由径向向外弯曲的摇臂承载的一对横向杆在径向相对的位置上接合。两个臂由扩口套筒的唇缘接合，扩口套筒在筒体上被滑动地引导以调节射流速度。
10.专利de90013描述了一种窄槽形式的可调节喷嘴，其目的是使出现的推进剂射流具有薄而平的形状，这使得能够获得相对于横截面更大的与待处理液体的接触面积。待处理液体被吸入或强制通过的管或喷嘴被适当地选择为具有平坦、矩形或近似这种类型的横截面。然而，该横截面必须纵向地(即在流动方向上)成形或弯曲，使得横截面或形状或方向逐渐发生变化，使得待移动的液体在与推进射流接触时对其通过仅施加小的阻力。
11.现有技术的缺点
12.现有技术的解决方案不适用于形成具有非常小尺寸液滴的雾，这种雾具有高的火焰熄灭效率。
13.例如，现有技术专利fr2376384产生一种人工雪，该人工雪由几毫米甚至一厘米或几厘米的大尺寸冰冻薄片形成，其完全不适合扑灭火灾。
14.现有技术的解决方案对气相流速/液相流速比特别敏感，并且当该比相对于最佳值偏离时，液滴没有被适当地微粉化。因此，不可能在不损失效率的情况下调节流速和稀释比。此外，现有技术的解决方案通常需要高压，且因此需要气相的高流速，这限制了便携式设备的使用可能性，便携式设备不允许运输太大和笨重的气体储备。


技术实现要素：

15.为了克服这些缺点，本发明根据其最一般的含义涉及根据权利要求1的用于产生两相流体射流的装置。
16.非限制性实施例的详细描述
17.通过阅读以下参考附图所示的非限制性示例性实施例的描述，将更好地理解本发明，其中：
18.[图1]图1示出了根据本发明的喷嘴的第一纵向剖视平面的视图。
[0019]
[图2]图2示出了根据本发明的喷嘴的垂直于前一平面的第二纵向剖视平面的视图。
[0020]
[图3]图3示出了根据本发明的喷嘴的剖视图。
[0021]
[图4]图4示出了根据本发明的一个变型的可变形喷管的透视图。
[0022]
[图5]图5示出了根据本发明的一个变型的处于展开位置的可变形套筒的透视图。
[0023]
[图6]图6示出了根据本发明的一个变型的处于夹紧位置的可变形套筒的透视图。
[0024]
[图7]图7示出了根据本发明的一个变型的可变形套筒和可移动调节钳口的剖视图。
[0025]
[图8]图8示出了没有可移动钳口的可变形喷管的透视图。
[0026]
[图9]图9示出了处于打开位置的没有固定钳口的可变形喷管的透视图。
[0027]
[图10]图10示出了处于夹持位置的没有固定钳口并且具有单个可移动钳口的可
变形喷管的透视图。
[0028]
[图11]图11示出了根据本发明的另一变型的喷枪的多功能控制手柄的透视图。
[0029]
[图12]图12示出了所述多功能控制手柄的剖视图。
[0030]
一般说明
[0031]
规定整个系统包括喷嘴，该喷嘴可以可选地由具有可变几何形状的喷射喷管延伸，具有多功能控制手柄和可能的外围元件，以形成例如便携式设备。目的是形成截面小于400微米、且优选地小于90微米的水滴雾。对于灭火器，细液滴形式的水雾构成在喷嘴处“原地”产生的两相灭火剂。
[0032]
水雾的作用基于几种机制，通常是组合的：
[0033]
a)由于大的交换面积和高的蒸发速率而导致的火焰冷却。水是很好的热阱。
[0034]
将一千克液态水从20℃升高到100℃需要335kj/kg，且其蒸发需要附加的2257kj/kg，总计2592kj/kg。水雾液滴的细度意味着大的交换表面，可以利用其蒸发和吸收热量的潜力。通过蒸发，与热区(火焰附近)接触的液滴产生一定体积的蒸汽，其有助于局部降低氧浓度。火焰的冷却有助于其熄灭。还应注意的是，当烟雾与新鲜空气形成接触时，冷却烟雾可以防止其点燃(闪燃)。
[0035]
b)可燃固体(材料)的冷却：水-固体(材料)的接触受到燃烧燃料(材料)表面的限制。水雾的细度不是必要的，但可用于限制热冲击。另一方面，有效冷却需要足够的水流和良好的液-固覆盖。例如，如果希望优化热气氛的冷却，则优选的是非常细的水雾。另一方面，如果希望最大限度地冷却可燃固体，则包括更大比例大液滴的水雾将给出更好的结果。
[0036]
c)整体或局部氧浓度的降低：在两种情况下氧含量降低：
[0037]-在火源附近，水滴转化为蒸汽，这有助于局部降低氧浓度。
[0038]-在房间中，与惰性气体类似的水蒸气的形成在机械上有助于降低封闭房间空气中的氧浓度。对于小体积中的大火源的情况，水雾可能会蒸发，且蒸汽的作用会产生窒息效应，导致灭火。需要足够的最低环境温度(65℃至75℃)来观察这种与水蒸气相关的影响，因为对于水饱和体积(在雾的作用下)，蒸汽形式的水的体积比例受到空气中水的饱和蒸气压的限制。
[0039]
d)热辐射衰减：传播能量的影响。就像传导和对流一样，热辐射是一种传热模式。它有助于火灾的蔓延。适当尺寸的水雾可以显著减少热辐射。衰减的主要机制是吸收、反射和衍射。影响衰减效果的主要参数是：
[0040]
·
水雾密度；
[0041]
·
水雾屏障的厚度；
[0042]
·
水雾等级；
[0043]
·
水雾分布的均匀性。
[0044]
可以容易地实现50％的总衰减率。
[0045]
这些要素之一的描述当然扩展到包括该要素与另一要素组合的子集，即使第一要素在关于该另一要素的详细描述的部分中没有详细重复。未重复的特征应视为包括在详细描述中，但技术上明显不可能的特征除外。类似地，每个要素可以与所述或甚至本专利主题之外的附加要素一起使用：本专利主题的喷嘴可以通过本专利提出的喷管之外的喷管延伸，正如所描述的喷管可以与本专利主题以外的喷嘴一起使用一样。这同样适用于详细描
述的所有要素。
[0046]
喷嘴实施例的描述
[0047]
图1至图3示出了本发明的一个实施例的视图，其用于制造特别用于灭火的喷嘴，该喷嘴源自由两相供应管或供水管供应的消防水带，气相来自通过第二管道连接的便携式压缩气瓶，或者来自配备有这种喷嘴的自主机器人，或甚至来自固定设备，例如放置在森林地面、工业场地、建筑物或船舶或飞机上的支架。
[0048]
在所述非限制性示例中，喷嘴由多个部分组成，这些部分通过螺钉或任何其它机械连接与密封件连接：连接板(100)、控制体(200)、中间体(300)以及混合室(400)。
[0049]
喷嘴由轴向主通道(1)穿过，该轴向主通道通向同轴的混合室(400)。该主通道(1)从偏心螺纹连接部(101)延伸到通向混合室(400)的环(301)。它穿过用于控制气体流量的旋塞阀(201)，该旋塞阀设置有球形主体(202)，该球形主体由图1和图2中未示出的杆致动，该杆由连杆或电动系统致动。
[0050]
主通道(1)用于供应气相，诸如压缩空气、中性气体如氮气。对于特定应用，压缩气体是空气，其既用于产生雾，也辅助用于为人类操作员供应呼吸面罩。
[0051]
供应板(100)具有第二螺纹连接部(151)，用于将供应管连接到液相，例如加压水。它通过位于图1和图2中不可见的平面中的管道而通向控制体(200)，通向第二旋塞阀(251)，该第二旋塞阀设有由手动或电动致动的杆(253)致动的主体(252)。
[0052]
该第二旋塞阀(251)的出口通向径向管道(270)，该径向管道通向与主通道(1)同轴的环形室(260)。可选地，该径向管道(270)还通过螺纹连接部(271)通向控制体(200)的外壁，该螺纹连接部允许连接辅助流体供应管。在不使用的情况下，该螺纹连接部(271)由螺帽(272)密封。
[0053]
中间体(300)确保将两种流体从控制体(200)传递到混合室(400)。它包括沿中间体(300)和混合室(400)的纵向轴线设置的主通道(1)和一个或多个辅助管道(301,302)，典型地是从所述环形室(260)延伸到混合室(400)的入口的一组辅助管道。这些辅助管道(301,302)沿轴线(311,312)定向，这些轴线相对于纵向轴线(10)形成大约10
°
的角度，典型地介于8
°
与15
°
之间。空气主通道(1)和液体辅助管道(301,302)在垂直于空气主通道(1)的轴线的同一横向平面(306)中开口，通向位于混合室的会聚部分(410)中的中空容积中。
[0054]
轴线(311,312)与会聚部分(410)的锥体的母线(413)限定约30
°
的角度。
[0055]
可以提供其它构造，例如从所述环形室(260)延伸到混合室(400)的入口中的环形开口的锥形室。该锥形室可以被纵向地分隔，以确保周边壁的刚性。
[0056]
混合室(400)形成所谓的拉瓦尔喷管。它由具有可变横截面的直线管道形成，该直线管道由会聚部分(410)构成，该会聚部分由发散部分(420)延伸，在这两个部分(410,420)之间具有收缩部(430)。纵向穿过室的管状容积是完全自由的，且没有任何可能限制混合流体流动的障碍物和构件。
[0057]
会聚部分(410)构造成使得环形区(411)分别在辅助管道(301至305)的轴线(311,312)的延伸部分中，在所述辅助管道(301至305)的出口与该会聚环形区(411)的壁之间没有任何障碍物或壁。由会聚部分(410)限定的截头圆锥形容积没有任何障碍物而形成中空容积，在该中空容积中，空气供应主通道(1)和液体辅助管道(301至305)在由横向平面(306)限定的上游底部开口，所述液体辅助管道相对于空气供应主管道(1)的轴线以非零角
度定向，使得从这些液体辅助管道(301至305)排出的水射流在最窄部分的上游直接指向混合室的会聚部分(410)的表面。
[0058]
该构造(例如所谓的拉瓦尔构造)对于液体射流在会聚部分(410)的表面上破裂并雾化在气相射流中投射到中心流中的液滴流、并且在会聚部分(410)中产生湍流、然后由中心流穿过喷管的发散部分(420)中的颈部(430)驱动是必要的。该发散部分(420)也具有扩口截头圆锥形形状，是完全中空的，并且没有任何障碍物或部件能够完全或部分地妨碍穿过会聚-发散混合室的流。
[0059]
该会聚-发散混合室直接通向以密封方式连接的可变形喷管，而没有来自喷嘴外部的空气通过。
[0060]
可变形喷管的详细说明
[0061]
图5至图10涉及一种用于两相射流的具有可移动钳口系统的可变形喷嘴装置，该两相射流包括至少一种液相和一种气体的混合物。喷嘴端部的变形允许射流具有不同形状、粒度和投射距离。
[0062]
该可变形喷嘴装置构成上述喷嘴的补充。然而，它也可以适用于加压两相混合物发生器的其它解决方案，特别是已经商业化或现有技术已知的解决方案。
[0063]
图4示出了这种喷管的一个示例性实施例的总体视图。它包括可变形套筒(500)，图5和图6分别示出了其处于打开位置和夹持位置的视图。该可变形套筒(500)放置在由控制活塞(531,541)致动的两个固定钳口(510,520)与两个可移动钳口(530,540)之间。固定钳口(510,520)和可移动钳口(530,540)固定到刚性基座(550)，该刚性基座适用于上述喷嘴或用于扩散加压两相射流的喷嘴，该加压两相射流具有直径接近套筒(500)的入口直径的流。套筒(500)的变形通过两个可移动钳口(530,540)的角位移来实现，可移动钳口的后端铰接以允许分别相对于横向轴线(531,541)枢转，横向轴线分别穿过基座(550)和固定钳口(510,520)的后端。
[0064]
套筒(500)在其出口处形成在圆形形状与扁平形状之间变化的构造，其中套筒具有由形成两个横向唇缘的套筒边缘限定的低高度槽(501)。套筒(501)的前端与可移动钳口(530,540)的内部形状匹配。
[0065]
固定钳口(510,520)的前部具有在平行横向平面中定向的一系列条(512,522)。这些条(512,522)插入设置在可移动钳口(530,540)前部的、在平行的横向平面中定向的互补条(532,542)之间，以在可移动钳口(530,540)的角位移期间提供引导，从而改变套筒(500)的构造。
[0066]
由气体和液体混合物组成的射流具有不同的流体特性，这取决于套筒是被夹持(可移动钳口(530,540)闭合)还是处于打开位置(可移动钳口(530,540)分开)。
[0067]
当出口被夹持时，粒度更细，且射流开口锥的角度更开放。
[0068]
打开或夹持位置的几何构造不限于圆形或夹持形状，而是可以采用其它形状。
[0069]
图5所示的套筒(500)由柔性材料制成，例如氯丁橡胶、天然橡胶或柔性聚合物或涂覆有橡胶的织物。它具有由通向出口(501)的可变形管状部分延伸的颈部(502)。在另一侧，颈部(502)搁置在基座(503)上，该基座提供与喷嘴或联接器的前表面的密封连接。
[0070]
套筒(500)的前部(501)具有径向相对的两个突起(504,505)。它们允许前部(501)锚定在设置在两个可移动钳口(530,540)的前内表面上的互补腔(535,545)中。
[0071]
可移动钳口(530,540)的后部具有倾斜斜面(536,546)，连杆(531 541)的端部抵靠该倾斜斜面以控制可移动钳口(530,540)的倾斜。
[0072]
图8至图10表示正在组装的喷管。刚性底座(550)具有与喷嘴互补的后表面，以允许例如借助快速接头密封组装。
[0073]
基座(550)具有径向相对的两个凹口(551,552)，以允许连杆(531,541)通过。
[0074]
刚性基座(550)与可移动钳口(530,540)之间的组装通过横向轴线(537,547)实现。
[0075]
多功能控制手柄
[0076]
图11示出了借助包括产生两相射流的喷嘴的系统的两相射流扩散组件的视图，特别是根据上述本发明的喷嘴，该喷嘴与可变几何形状喷管相关联，特别是根据上述本发明的可变几何形状喷管。
[0077]
扩散组件包括主体(700)，用于产生两相射流的喷嘴(例如根据本发明的喷嘴)被包封在该主体中。该主体(700)在其后部具有用于连接供应管(600)的联接器(601)的基座(701)。在前部，主体(700)由辅助主体(702)延伸，该辅助主体包围射流成形喷管，例如前面描述的可变形喷管。该辅助主体(702)具有切割有出口孔(710)的前板(708)。
[0078]
主体(700)设置有固定手柄(703)，用于朝向待熄灭的火源引导并保持主体(700)。固定手柄具有用于控制电气功能的侧按钮(709)，例如启动加压空气产生涡轮或打开加压氧气供应阀。
[0079]
主体(700)具有联接器(704)，该联接器允许将氧气或呼吸空气供应管连接到由操作者佩戴的保护面罩，以允许操作者在污染或烟雾环境中继续其动作。
[0080]
主体(700)和/或辅助主体(702)还包括用于连接附件(例如手电筒或相机)的轨道(706,707)。
[0081]
最后，主体(700)包括枢转手柄(705)，该枢转手柄致动控制出口射流的构造的传动构件。在根据上述本发明的可变形喷管的情况下，传动构件由两个连杆(531,541)构成，该两个连杆由倾斜手柄(705)驱动的凸轮致动。枢轴(715)确保枢转手柄(705)与主体(700)之间的铰接连接。
[0082]
该多功能手柄允许操作员朝着火灾方向前进，并以非常直观的方式对两相射流的不同参数进行操纵。该手柄的操作在图12中示出，其示出了横截面图。
[0083]
该机构包括相对于偏心横向枢轴(721)旋转铰接的凸轮(720)。凸轮(720)的外表面(722)推动活塞(730)，连杆(531,541)抵靠该活塞以控制所述可移动钳口(530,540)的前端的收紧，或通过释放手柄来控制其松开。
[0084]
因此，凸轮(720)的枢转用于经由可变形喷嘴的钳口(620,540)来定位喷嘴的形状，并且这与气体和/或液体通道的开放同步。
[0085]
阀由凸轮路径(740)操控(例如，左侧操控气体，而另一侧操控水)。整体由手柄(705)致动，因此无需调整，所有打开/关闭/流动顺序和射流形状均由手柄(705)的不同位置“编程”。

技术特征：
1.一种用于产生两相流体射流的装置，所述用于产生两相流体射流的装置包括喷嘴，所述喷嘴具有主管道(1)以及至少一个辅助管道(301至305)，所述主管道被供应有加压气体流体并通向混合室(400)，所述至少一个辅助管道被供应有至少一种加压液体流体并且沿与所述主管道的轴线形成非零角度的方向通向所述混合室(400)，其特征在于
●
所述混合室(400)具有会聚-发散圆柱形壁，所述会聚-发散圆柱形壁具有收缩部(430)，所述收缩部在垂直于所述主管道的所述轴线的平面中限定圆盘开口，所述圆盘开口
●
所述壁的会聚部分(410)在所述至少一个辅助管道(301至305)的轴线的延伸部分中具有截头圆锥形区域，以形成液相破碎室。2.根据权利要求1所述的用于产生两相流体射流的装置，其特征在于，所述至少一个辅助管道(301至305)的所述轴线(311,312)与所述主管道(1)的所述轴线(10)形成介于2
°
与20
°
之间的角度。3.根据权利要求1所述的用于产生两相流体射流的装置，其特征在于，所述辅助管道(301至305)的所述轴线(311,312)与所述会聚部分(410)的锥体的母线(411)限定了介于0
°
与60
°
之间的角度，优选为45
°±
10
°
。4.根据权利要求1所述的用于产生两相流体射流的装置，其特征在于，所述收缩部(430)的所述开口的直径介于所述主管道的直径的0.8倍与1.2倍之间。5.根据权利要求1所述的用于产生两相流体射流的装置，其特征在于，所述用于产生两相流体射流的装置包括多个辅助管道(301,305)，所述辅助管道朝向所述混合室(400)会聚，分布在所述主管道的周边。6.根据权利要求1所述的用于产生两相流体射流的装置，其特征在于，位于发散部分中的所述喷嘴的喷射通道(420)具有截头卵形形状。7.根据权利要求1所述的用于产生两相流体射流的装置，其特征在于，所述喷嘴的所述喷射通道(420)由可变形喷管延伸。8.根据前一权利要求所述的用于产生两相流体射流的装置，其特征在于，所述可变形喷射喷管由设置在两个可移动钳口(530,540)之间的可变形套筒(500)构成，所述可移动钳口铰接在所述钳口确保夹持所述可变形套筒(500)的前部(510)的位置与所述套筒具有标称截面的分离位置之间。9.根据前一权利要求所述的用于产生两相流体射流的装置，其特征在于，所述可移动钳口(530,540)具有斜面(536,546)，连杆(531,541)抵靠所述斜面以控制所述可移动钳口(530,540)的前端的收紧。10.根据权利要求1所述的用于产生两相流体射流的装置，其特征在于，所述用于产生两相流体射流的装置集成在主体(700)中，所述主体具有固定的后手柄(703)和控制射流的参数变化的倾斜前手柄(705)。11.根据前一权利要求所述的用于产生两相流体射流的装置，其特征在于，所述主体(700)具有用于连接空气面罩的供应管的连接器(709)。

技术总结
本发明涉及一种用于产生两相流体射流的装置，该装置包括喷嘴，该喷嘴具有主管道(1)以及至少一个辅助管道(301至305)，该主管道被供应有加压气体流体并通向混合室(400)，该至少一个辅助管道被供应有至少一种加压液体流体，沿与该主管道的轴线形成非零角度的方向通向混合室(400)。所述混合室(400)具有会聚-发散圆柱形壁，该会聚-发散圆柱形壁具有收缩部(430)，该收缩部在垂直于所述主管道的轴线的平面中限定开口。所述壁的会聚部分(410)在所述至少一个辅助管道(301至305)的轴线的延伸部分中具有截头圆锥形区域，以形成液相破碎室。室。室。


技术研发人员：F
受保护的技术使用者：泽鲁朴公司
技术研发日：2021.10.26
技术公布日：2023/8/21