高膨胀泡沫灭火设备的制作方法

专利名称：高膨胀泡沫灭火设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及在石油罐槽、石油联合企业的涵管、或船室、货舱等中 使用的高膨胀泡沫灭火设备。
背景技术：
作为建筑物的灭火设备，通常大多配置喷水灭火设备，通过喷水来 灭火。而在石油罐和船室等中，为了防备油品火灾，设置高膨胀泡沫灭 火设备。
所述高膨胀泡沫灭火设备从喷射喷嘴喷出泡水溶液，使该泡水溶液 与发泡用网碰撞并吸入空气，从而使其发泡。而且，通过所述泡沫完全 盖住火源，进行窒息灭火。其中，表示泡水溶液与生成的泡沬的体积比
的发泡率在80以上至不足1000的设备，被称为高膨胀泡沫灭火设备。
通常，高膨胀泡沬灭火设备中使用的泡水溶液，是把由合成表面活 性剂构成的泡沫灭火剂等以3%左右的比例与水混合。
水本身是表面张力很大的液体。但是，如果把所述泡沬灭火剂与水 混合形成泡水溶液，则表面张力变小，容易起泡沬。
为了产生高膨胀泡沫，例如发泡率在500以上的泡沫，必须从位于 喷射喷嘴上游的空气吸引部吸入大量空气。在该情况下， 一般采用的是 吸引室外空气的方式(所谓"外部空气")。
可是，对于这种外部空气而言，为了利用室外的空气，必须在建筑 物上开孔，并在该孔中设置管道，或者在隔壁上开孔以设置泡沬发生器 (发泡器)。其结果，存在成本较高等问题。
因此，为了解决上述问题，采用了吸引喷出泡沫的喷射区域内部的 空气这种方式(所谓"内部空气")的高膨胀泡沫灭火设备(例如，参 见日本特开平06—165837号公报)。
3该吸引内部空气的高膨胀泡沫灭火设备与吸引外部空气的高膨胀泡 沫灭火设备相比，发泡率明显降低。其主要原因是发生火灾时在室内产 生的"烟"。该烟以固体微粒的形式在室内漂浮。该微粒的粒径例如为1 ym以下。当该微粒混在喷射区域的空气中，从泡沫发生器的空气吸引 部被吸入时，与空气一起提供给起泡部，导致发泡率降低。

发明内容
鉴于上述的情况，本发明的目的在于做到即使吸入烟也可以得到所 希望的发泡率。
本发明提供一种高膨胀泡沫灭火设备，其特征在于，使用动态表面
张力的值在25mN/m以下的泡水溶液，喷出泡沫，所述动态表面张力的 值在液温2(TC士rC的条件下，利用最大泡压法在寿命100毫秒时测定。
本发明的高膨胀泡沫灭火设备，其特征还在于，使用动态表面张力 的值为18mN/m 23mN/m的泡水溶液，喷出泡沫，所述动态表面张力的 值在液温2(TC士rC的条件下，利用最大泡压法在寿命100毫秒时测定。
本发明的高膨胀泡沬灭火设备，其特征还在于，泡沫灭火剂以2%以 上的浓度与水混合，喷出泡沫，以使所述泡水溶液的动态表面张力的值 为18mN/m 24mN/m，所述动态表面张力的值在液温20°C ± 1°C的条件 下，利用最大泡压法在寿命100毫秒时测定。
本发明的高膨胀泡沫灭火设备使用动态表面张力的值为25mN/m以 下的泡水溶液，例如18mN/m 23mN/m的泡水溶液，所述动态表面张力 的值在液温2(TC士rC的条件下，利用最大泡压法在寿命100毫秒时测 定。因此，即使在有烟的环境下也可以得到所希望的发泡率。


图1是表示本发明第一实施例的图，是表示动态表面张力与寿命的 关系的曲线图。
图2是表示本发明第一实施例的图，是表示在烟中的发泡率与动态 表面张力的关系的曲线图。图3是表示本发明第一实施例的图，是把试样、动态表面张力与发 泡率等归纳表示在表中。
具体实施例方式
本发明人注意到，为了解决所述问题，只要去除烟颗粒即可。但是 否不去除烟颗粒也可以防止发泡率降低呢？
本发明人根据现有的研究结果推测由烟造成的发泡率降低的现象 是由于泡膜表面的表面活性剂与烟颗粒反应引起的。即，当发泡时，在 吸入烟的情况下，由于与烟颗粒反应造成泡膜表面的表面活性剂分子密 度降低。于是产生发泡率显著降低的现象
以往，在高膨胀泡沫灭火设备中，把由表面活性剂构成的泡沫灭火 剂稀释成3%左右浓度的水溶液使用。这些泡水溶液的静态(平衡时)表
面张力为22mN/m左右。但是，在从喷嘴以液滴状喷出、在泡沫产生网 上泡沫成膜的"发泡"的动态状态下，在短时间内泡水溶液的表面形状、 表面积都急剧变化。
因此，作为形成泡沫时间的表面年龄越短，表面活性剂分子向泡膜 表面的吸附就越赶不上，动态表面张力就越大。例如在利用最大泡压法 测定的情况下，所述泡水溶液的动态表面张力在气泡的寿命为100毫秒 时为30mN/m以上。
此外，此处的"表面年龄"(surface age)是指形成泡沫等水溶液与 空气的界面所需要的时间，在最大泡压法中相当于"寿命"。
该动态表面张力的值越大，泡膜表面的表面活性剂密度越低。另一 方面，发泡时，在吸入烟的情况下，由于与烟颗粒的反应，泡膜表面的 表面活性剂分子密度进一步降低，导致发泡率显著降低。
因此，为了提高对烟的耐久性、使发泡率降低不易发生，有效的方 法是使泡成膜时表面的表面活性剂的密度变高。如后所述，该泡成膜时 表面的表面活性剂的密度反应动态表面张力的值，动态表面张力越低， 表面的表面活性剂的密度越高。
发明人通过这样的考察，根据各种实验发现通过把泡水溶液的动态表面张力在规定的范围内调整，即使吸入烟也能得到所希望的发泡率。 以下进行详细说明。
首先，对"利用最大泡压法测定动态表面张力的方法"进行说明。
动态表面张力的测定方法有最大泡压法(也称为"气泡压力法") 以及滴体积法等各种方法。根据对这些方法的适应时间范围和再现性等 进行研究的结果可知所述"最大泡压法"最适合泡水溶液的动态表面 张力测定，所以采用了该测定方法。
下面，对所述最大泡压法进行说明。
从插入泡水溶液中的被称为测管的细管的前端，使用压縮空气，挤 出气泡。该方法可以说与把吸管插入放在杯中的水里，从吸管中冒泡的 方法一样。在该测管的根部设置压力传感器，伴随气泡的生成，利用所 述压力传感器检测测管内的内压的变化。
伴随气泡的生成，测管内的压力上升，如果设最初的内压为PO，设 变成最大时刻的内压为Pmax，则根据杨氏-拉普拉斯方程(Young-Laplace equation)，可以用下式表示泡水溶液的表面张力y。此外，其中，r表示
测管孔的半径。
y= (Pmax—P0) r / 2
这样，根据伴随生成气泡的压力变化计算表面张力的方法是"最大 泡压法"。根据该式，动态表面张力越小，越可以用小的压力生成气泡。
此外，把从开始生成气泡(内压P0)到内压变为最大(Pmax)的时 间称为"寿命"。通过使该寿命变化，可以在各种时间区域测定表面张 力。
作为最大泡压法的动态表面张力计，使用"BP-D5"(商品名称， 协和界面科学株式会社制造)、SITAt60 (商品名称，英弘精机株式会社 制造)。
利用图1对用最大泡压法测定的泡水溶液的"动态表面张力与寿命 的关系"进行说明。
该曲线图绘制的是在液温2(TC条件下，使用下面的试样(编号l 编号4)，使气泡的寿命从10毫秒到10000毫秒(IO秒)变化时，测定 的动态表面张力Y (mN/m)。通常，如果温度上升，则液体的分子运动 变得活跃，其表面张力变小。因此，即使在测定动态表面张力时，也需 要控制试样的液温，本发明中是在20°C ± rc的条件下进行测定。
编号l泡水溶液A3:以氟类表面活性剂为主成分的泡沫灭火剂A。 该泡沫灭火剂A在与水的混合比例即3%的浓度下使用。此外，对于下 面的灭火剂，"浓度"也表示与水的混合比例。
编号2泡水溶液A6:使用浓度6%的以氟类表面活性剂为主成分的 泡沫灭火剂A。
编号3泡水溶液C3:使用标准浓度3%的在高膨胀泡沫灭火设备中 使用的以烃类表面活性剂为主成分的合成表面活性剂泡沫灭火剂C。
编号4泡水溶液E3:使用标准浓度3%的在低膨胀泡沫灭火设备中 使用的以氟类表面活性剂为主成分的水成膜泡沬灭火剂E。
测定结果如图1 (曲线图)所示，在该曲线图中，纵轴表示动态表 面张力Y (mN/m)，横轴表示寿命(毫秒)。
从曲线图可知，寿命越短，各试样的动态表面张力y (mN/m)越大， 伴随寿命变长，各试样的动态表面张力逐渐减少。其中，寿命延长到无 限大情况下的表面张力相当于所谓的"静态(平衡时)表面张力"。测 定的各试样在液温2(TC时的静态表面张力分别为泡水溶液A3、 A6和 E3都约为16 mN/m，泡水溶液C3为22 mN/m。
在图l的曲线图中，泡水溶液A3与泡水溶液A6相比较，在寿命为 1000毫秒以上时重叠，看不到差别。另一方面，在寿命为1000毫秒以下 时，寿命越短，二者的差别越明显，在100毫秒时泡水溶液A3约为22 mN/m，泡水溶液A6约为20mN/m。即，即使是相同的泡沬灭火剂，浓 度高的动态表面张力变小。可以认为产生这样的差异是由于表面活性剂 的含量不同造成的。
此外，即使是相同浓度的泡沫灭火剂，与烃类表面活性剂C相比， 氟类表面活性剂A、 E的动态表面张力小。例如，在寿命100毫秒时， 泡水溶液C3的动态表面张力是33 mN/m，泡水溶液E3的动态表面张力是27 mN/m，泡水溶液A3的动态表面张力是22 mN/m。可以认为产生 这样的差异是由于泡沫灭火剂所含有的表面活性剂的种类不同造成的。
由于市场上销售的动态表面张力计不同，有的不能测定30毫秒以下 寿命条件下的表面张力。因此，为了比较所述的泡水溶液的动态表面张 力特性，有效的方法是使用在寿命为IOO毫秒左右条件下测定的值。
接着，对"动态表面张力与在烟中的发泡率的关系"进行说明。
为了得到该关系，使用图3的试样(编号1 编号10)进行了寿命 在IOO毫秒时的动态表面张力y (mN/m)的测定以及在烟中的发泡率的 测定。
编号l-3 (本发明)泡水溶液A:使用浓度2%、 3%、 7%的以氟类 表面活性剂为主成分的泡沬灭火剂A。
编号4-6 (本发明)泡水溶液B:使用浓度5%、 10%、 14%的在低 膨胀泡沫灭火设备中使用的以氟类表面活性剂为主成分的水成膜泡沫灭 火剂B。
编号7 (以往产品)泡水溶液C:使用标准浓度3%的在高膨胀泡沫 灭火设备中使用的合成表面活性剂泡沫灭火剂C (主成分为烃类表面活 性剂)。
编号8 (以往产品)泡水溶液D:使用标准浓度"/。的在高膨胀泡沫 灭火设备中使用的合成表面活性剂泡沫灭火剂D (主成分为烃类表面活 性剂)。
编号9 (以往产品)泡水溶液e:使用标准浓度3%的在低膨胀泡沫 灭火设备中使用的水成膜泡沫灭火剂e(主成分为氟类表面活性剂)。
编号10 (以往产品)泡水溶液F:使用标准浓度二倍的6%浓度的在 低膨胀泡沫灭火设备中使用的水成膜泡沫灭火剂F (主成分为氟类表面 活性剂)。
测定结果如图2 (曲线图)和图3 (表)所示。在图2中，纵轴表示 在烟中的发泡率，横轴表示寿命100毫秒时的动态表面张力Y(mN/m)。 此外，在烟中的发泡率是在熏烧橡胶轮胎，使减光率为15%/m的烟浓度中测定的。动态表面张力Y是在试样的液温为2(TC的条件下测定的。
根据图2可知，在寿命100毫秒时的动态表面张力y越小，在烟中 的发泡率越高。为了作为高膨胀泡沫灭火设备实际应用，只要发泡率在 300倍以上即可，所以根据曲线图可知，只要泡水溶液的动态表面张力在 25 mN/m以下即可。
此外，从图3中的试样编号1 编号3以及试样编号4 编号6可知， 伴随各泡沫灭火剂浓度变高，发泡率也变高。
作为比较例的以往产品泡水溶液C、 D、 E、 F在寿命为100毫秒时 的动态表面张力都在27 mN/m以上。而且，在烟中的发泡率也都在200 倍以下，不适合实际应用。
另一方面，本发明的泡水溶液A和B在寿命IOO毫秒时的动态表面 张力都在25mN/m以下，在烟中的发泡率都在300倍以上，适合高膨胀 泡沫灭火设备实际应用。
根据上述内容，优选的是在高膨胀泡沫灭火设备中使用的本发明 的泡水溶液，在液温为2(TC的条件下测定的寿命IOO毫秒时的动态表面 张力为25 mN/m以下。
此外，更优选的是通过使动态表面张力在23mN/m以下，使在烟 中的发泡率达到400倍以上。在高膨胀泡沬灭火设备中使用的本发明的 泡水溶液，由于在寿命100毫秒时的动态表面张力越小，发泡率越高， 所以没有特别限制，但当动态表面张力在18mN/m以下时，由于发泡率 的增长饱和，所以优选实际应用中把18mN/m作为动态表面张力的下限 值。此外，下限值也可以取静态表面张力的值。
作为在高膨胀泡沫灭火设备中使用的本发明的泡沫灭火剂而配制的 泡沫灭火剂A，在与水的混合浓度是2%的情况下，在液温2(TC条件下 测定的寿命100毫秒时的动态表面张力为24mN/m以下(图3的试样编 号1)。
因此，优选的是在高膨胀泡沫灭火设备中使用把本发明的泡沬灭 火剂以2%以上的浓度混合的泡水溶液，由此，即使在烟中也可以得到 300倍以上的发泡率。
9在高膨胀泡沫灭火设备中使用的本发明的泡水溶液，优选的是使 用含有氟类表面活性剂等、浓度在临界胶束浓度以上的静态表面张力小
的表面活性剂的泡沫灭火剂。
在高膨胀泡沫灭火设备中使用的以往的泡沫灭火剂是以烃类表面活 性剂为主成分的消防检验标准上的"合成表面活性剂泡沫灭火剂"。该
灭火剂的静态表面张力如前所述约为22mN/m左右。
而消防检验标准上的"水成膜泡沫灭火剂"，作为主成分含有氟类 表面活性剂，通常在0.5%以下的混合浓度下，静态表面张力为下限值， 达到饱和的临界胶束浓度，其值为16 17 mN/m左右。由前述图1 (曲 线图)中的泡水溶液C3和E3可知，静态表面张力小的泡水溶液，动态 表面张力也相对地具有变小的倾向。因此，如所述"水成膜泡沫灭火剂" 那样含有氟类表面活性剂的灭火剂，适合作为在有烟情况下使用的泡水 溶液所用的泡沬灭火剂。
如上所述，为了提高存在烟时的发泡性能，需要使动态表面张力变 小，根据泡水溶液的动态表面张力的特征，可以采用以下的方法。艮P， 对于泡沫灭火剂，"使泡沫灭火剂的主成分为水成膜、氟类表面活性剂"， 以及"提高表面活性剂的浓度"。
其中，对含有氟类表面活性剂的以往的水成膜泡沫灭火剂(泡水溶 液E、 F)的动态表面张力进行研究的结果表明，在标准使用浓度、液温 2(TC条件下测定的寿命100毫秒时的动态表面张力都为25mN/m以上， 都不适合在有烟情况下的高膨胀泡沫灭火设备中使用。但是通过调整到 比该标准使用浓度高的浓度，可以使寿命100毫秒时的动态表面张力为 25mN/m以下。
根据测定结果可以明确本发明的泡沫灭火剂B虽然作为低膨胀泡 沫灭火设备用的水成膜泡沫灭火剂， 一直使用3%的标准浓度，但如果使 其混合浓度为4%以上，则在寿命100毫秒时的动态表面张力为25mN/m 以下。本发明通过使用5n/。以上浓度的该泡沫灭火剂B，在烟中可以得到 400倍以上的发泡率。
但是，不一定只要使任意的水成膜泡沬灭 剂的浓度比标准浓度高，如所述图3的以往产品F，
即使使其浓度为标准使用浓度二倍的6%，在寿命100毫秒时的动态表面 张力约为28mN/m，在烟中的发泡率也不到200倍。
在使用所述泡沫灭火剂F的情况下，为了使在寿命100毫秒时的动 态表面张力为25mN/m以下，需要使其成为10%以上的浓度，泡沬灭火 剂的储藏、涉及混合的设备的成本提高，不适合作为灭火设备。
此外，虽然通过提高泡沫灭火剂的浓度，可以提高发泡率，但一味 提高浓度，发泡率会饱和。因此，浓度提高到所需要的浓度以上，添加 的氟类表面活性剂增加，灭火剂的成本增高。所以，虽然通过减小动态 表面张力，可以提高发泡率，但考虑到该发泡率的饱和，动态表面张力Y 适当的下限值大约为18mN/m。
权利要求
1.一种高膨胀泡沫灭火设备，其特征在于，使用动态表面张力的值在25mN/m以下的泡水溶液，喷出泡沫，所述动态表面张力的值在液温20℃±1℃的条件下，利用最大泡压法在寿命100毫秒时测定。
2. 根据权利要求l所述的高膨胀泡沫灭火设备，其特征在于，使用 动态表面张力的值为18mN/m 23mN/m的泡水溶液，喷出泡沫，所述动 态表面张力的值在液温2(TC土rC的条件下，利用最大泡压法在寿命100 毫秒时测定。
3. 根据权利要求l所述的高膨胀泡沫灭火设备，其特征在于，泡沫 灭火剂以2%以上的浓度与水混合，喷出泡沫，以使所述泡水溶液的动态 表面张力的值为18mN/m 24mN/m，所述动态表面张力的值在液温20°C 士rc的条件下，利用最大泡压法在寿命100毫秒时测定。
全文摘要
本发明提供一种高膨胀泡沫灭火设备，即使吸入烟也可以得到所希望的发泡率。所述高膨胀泡沫灭火设备使用动态表面张力(γ)的值为25mN/m以下的泡水溶液，喷出泡沫，所述动态表面张力(γ)的值在液温20℃的条件下，利用最大泡压法在寿命100毫秒时测定。
文档编号A62C5/02GK101618256SQ20091015190
公开日2010年1月6日 申请日期2009年7月2日 优先权日2008年7月4日
发明者横尾明彦 申请人:能美防灾株式会社