CN1035061A - 制造泡沫的设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一部制造泡沫的设备。该设备尤其
是为实现多孔结构材料的制造，有一液体溶液流(1)，
尤其为含水溶液源，一乳化剂源(10)；和与该溶液及
该乳化剂混合的装置(20)；以及一泡沫发生装置
(30)。泡沫发生装置(30)与该混合装置(20)相连接
并有一发生泡沫的空气进口。本装置的特点是混合
装置(20)有一文氏管形喷嘴(40)，乳化剂是通过吸气
作用被输入到喷嘴的、不需任何另外的动力。可用极
少量的乳化剂：1-15％的乳化剂制成泡沫。
Description
本发明主要涉及一种制造泡沫的设备、尤其是使用1～15‰的极弱比例的乳化剂能实现制造泡沫多孔结构材料的设备。
到目前为止，一切所谓的自然、机械或空气泡沫都是由液体溶液获得的，一般是由含水的、水加乳化剂组成的液体溶液获得的。乳化剂或为动物性的、或为矿物性的。
乳化剂与含水溶液的混合主要有两种办法：
—根据乳化剂的质量用3～10％的乳化剂与水事先混合。公知的乳化剂混合时不低于3％，否则泡沫效果不佳。然后借助于冲击压力(气体)、或者由泵产生的压力向混合液体溶液管道输送必要的动力，该动力借助于一带有进气口的泡沫发生器进行产生空气混合的喷雾，从而形成泡沫；
—用注射泵的原理进行事先混合，其又分为三个不同的***：
A)在泵的进口处安一喷咀，喷咀调准吸入水流并应用泵的部分压降吸入乳化剂。从工业角度上讲、这种***站不住脚，因为要求泵压降所产生的动力极为稳定，这在实际中作不到；
B)所谓的“连续”注入泵***，该***可通过压降将乳化剂加入水中。该压降是通过将水流的部分动力转化而获得的。
应用这一***时，吸入的乳化剂的相对值不稳定，因为该值不能支持输出线阻力的变化。
此外、在低压系列中，10～120公尺几何高度的压力、即0.1～1.2MPa(1～12巴)时，该***不能得以应用；
C)在一带有混合室的混合器中进行混合的***，在此情况下、根据最终流量，分别地通过压力将水和乳化剂输入混合装置。
这种利用混合室的***极少使用，因为维修费用高，而且需要修理：因污垢和电解现象产生的侵蚀现象、乳化剂泵损害速度极高。此外、这种***也很难适应输出线阻力的变化情况。
上述按A、B、C的原理的三种事先混合物均为借助于与混合器相连接的、带有空气进口的泡沫发生器所进行的空气混合。该空气也可通过压力引入，但要求给予额外的动力。
本发明的目的就在于解决这个新的技术问题：即提供一种可以制造泡沫的溶液∶与液体溶液(通常为含水溶液)相比其含量比例极低的乳化剂溶液、乳化剂最好含量在1～15‰之间。
本发明的目的还在于解决这样新的技术问题：提供只用很少量的乳化剂、只用制造泡沫的整体设备所需的唯一动力就可产生泡沫的一种溶液。
本发明的目的又在于解决这样新的技术问题：提供使用唯一动力源制造一种含乳化剂比例极低的液体溶液，其中含水溶液是在150～500公尺几何高度的平均压力下，即在1.5～5MPa的压力下输入混合装置的制造泡沫的溶液，该平均压力明显的恒定。
本发明的目的还在于解决这样的新技术问题：提供一种只用少量乳化剂、只用唯一的动力源就可以制造泡沫的溶液，该泡沫经加工和定标后即可制造多孔结构材料，该泡沫极为稳定。
本发明的目的也在于同时地、简单地解决上述所有的新技术问题，并限制制造和工业应用阶段的费用。
本发明第一次用令人满意的、在工业阶段可行的方式解了所有这些问题。
因此、本发明提供了一种生产泡沫、尤其是制造多孔结构材料的装置。该装置有一液体溶液源，尤其是一含水溶液源，一乳化剂源，一与上述液体源和乳化剂源相连接的使该液体与该乳化剂混合的混合装置，和与该装置相连并有一为产生泡沫用的进气口的泡沫发生器装置，其特点是该混合装置有一文氏管喷咀，该喷咀有一至少对该溶液进行节流的锥形工作面，该锥面的下游有一该液体溶液和乳化剂的降压锥面，乳化剂通过吸气的方式被送入喷咀，而不需要单独一个动力源。
本发明装置的一个特征是输入到上述工作锥面和降压锥面之间的乳化剂的值很低，为1～15‰，这样很合算。
本发明装置的另一有利的特征是上述工作锥面有一开角，在45°～45°左右，上述液体溶液输入到该工作锥面的底部，然后液体从锥面顶端的轴向开口喷射出来。
本发明装置的另一有利特征是：位于上述工作锥面下游的降压锥面有一开角，在2°～8°左右，在2°～6°左右更好，该降压锥面顶端有一输入口，让液体溶液和乳化剂通过，而该降压锥面的底部有一输出口让事先混合好的液体溶液和乳化剂通过。
本发明装置另一有利特征是：上述工作锥面和降压锥面是分离的，两者间形成一中间室。
根据一种特殊的实施方法，上述降压锥面的输入口本身为截锥形的，其底部朝上述工作锥面方向，而其顶端即为降压锥面顶端。
根据本发明的特别有利的一个特征，输入到降压锥面的锥形开口有一开角在75°～85°，较好为78°～82°，最好为80°左右。
根据本发明的另一特别有利的特征，确定出上述中间室隔层的该降压锥形开口的基部部分地与上述工作锥面重叠并部分地围绕着工作锥面。
由于中间室确定在工作锥面和降压锥面的锥形开口之间，该室的外形为环形截锥状的。
根据本发明的另一特征，乳化剂被输入到该中间室的位置，即在工作锥面和降压锥面之间。输送是通过一条合适的侧管道进行的，该管道带有一止回装置，如一单向阀。
根据本发明的另一特别有利的特征，本发明装置的特点是该装置包括一些对混合器—喷咀的液体溶液部分分流的装置，使该部分液流不通过混合器—喷咀。最好该分流装置配备一分流比例的调节装置。
根据本发明的另一特别有利的特征，这些分流装置的设计可以对大部分液体溶液进行分流，直至对其90～95％进行分流。
根据本发明的一种特殊的实施方式，所谓的泡沫发生装置的特点是包括一特别纤细的喷雾喷咀，在该喷咀中液体溶液和乳化剂的混合物在足够的压力下注入，以便使通过与该喷雾喷咀出口相通的侧管道输入的空气产生空气自吸作用。
根据本发明另一特别有利的特征，被喷雾的带有乳化剂和空气的液体溶液混合体此时已形成泡沫并被输入到一加工和定标泡沫的装置中，该装置中最好包括一固定式搅拌器。
根据本发明的另一特别有利的特征，完整的装置包括唯一的动力源，最好该动力源是一个包括有提供动力的常规原动机，如发电机的泵。最好该泵对输入到混合器中的液体溶液施加明显恒定的中等压力，以便给其提供一种明显恒定的动力。
根据一种特殊的实施方式，在泵的出口处明显恒定的压力是由一压力配衡装置的分路所提供的。该装置可由，如一配衡阀构成。配衡阀在泵出口可以调节的预定压力下开启。
通过以上介绍，可以理解：根据本发明设计的装置可使我们解决前面提到的诸项技术问题，同时获得上述技术问题的优点，以及对于本专业人员而言明显地均是额外的技术优点。
本发明的其它目的，特征和优点在下述的说明中作出清楚的介绍。该说明参照了介绍实施本发明制造泡沫装置的一种最佳实施方式的附图。该方式只是为了说明本发明，而不得在任何情况下限制本发明的范围。
在附图中：
——图1是实施按本发明制造泡沫装置的一种目前最佳方式的慨图；
——图2是按本发明混合器—喷咀的纵轴方向的剖面图，是图1中的II-II线部分；
——图3是按本发明的泡沫发生装置及最好具有固定式搅拌器的泡沫加工和定标装置的纵轴向剖面图；
——图4是图3中IV-IV线的固定式搅拌器、泡沫加工和定标装置的细节图；和
——图5是图3中V-V线的固定式搅拌器的剖面图。
首先参照图1，是一部按本发明制造泡沫的装置，尤其是实现多孔结构材料的装置。该装置有一液体溶液源，如一含水溶液、一般是水溶液源，此处用进料管道(1)表示；乳化剂源(10)，如由乳化剂的储存容器(12)构成；用于混合乳化剂和溶液液体的混合器装置(20)。
自然，该混合器(20)首先与料源(1)通过一适当管道(2)相连，通常借助于一由发动机带动的供料泵(4)连接，发动机可为水力、电力或热力的。
混合器(20)同样地通过一适当管道(14)与乳化剂源(10)相连接。
混合器(20)的出口借助于一可设有传统开关(24)的管道(22)与所谓的泡沫发生装置(30)相连接。使用开关为便于拆卸泡沫发生器(30)，如为了进行维修性的清洗。
根据本发明，混合器(20)—其截面图在图2中绘出——有一文氏管类的喷咀，喷咀(40)包括至少对液体溶液进行节流的工作锥体(42)，该锥体的下游有一降压锥体(44)，对液体溶液和乳化剂降压。
这样，乳化剂从侧面被输入工作锥体(42)和降压锥体(44)之间，是十分有利的。
根据图2中表示的一种优选实施方式，降压锥体(44)与工作锥体(42)相分离，其间隔形成中间室(46)。
乳化剂从管道(14)中通过侧开口(48)被输送过来。
可以考虑一种单向阀，以便避免让液体溶液渗入乳化剂给料管(14)，这样十分有益。
根据本发明的一种有利的特征，工作锥体(42)确切而言有一加工成锥形的面(52)，该面有一角度为α的开口，其角在40°～45°左右，譬如该开口角度为40°。开叉的大小应与所需的压力水平相适应。
此外、锥面的基部(52a)是朝向液体溶液从管道(2)过来的方向，而锥面的顶端有一轴向开口(54)朝向降压锥体(44)。因此降压锥体与中间室(46)相通。
在降压锥体(44)的上游有一输入液体溶液和乳化剂的开口(56)。该开口前方最好有一锥形面(60)。锥形面(60)构成中间室(46)的一部分壁。锥形面(60)的基部朝向工作锥体(42)，其顶端被开口(56)限定。开口(56)的直径最好大于工作锥体(42)的锥形面(52)顶端开口(54)的直径。
锥形面(60)的开口角最好在75°～85°之间，如图中那样接近80°，则更好。
开口(56)可通过与之有同样截面的管道(62)加以延长，管道(62)与有效降压锥形面(64)连接，实现降压锥体(44)的降压。降压锥形面(64)的顶端是朝向工作锥面(42)的，降压锥面(64)被一轴向开口(66)限定，开口(66)的直径可与开口(56)直径一样，但不一定必须一样大。
有效降压锥形面(64)的开口角β为2°～6°左右，例如该角开口为6°。
工作锥体(42)和降压锥体(44)可用单独的、独立组装的零件构成，以便可在混合器(20)内部拆卸。
根据本发明的另一特别有利的特征，混合器(20)包括一对来自管道(2)的液体溶液进行分流的装置(70)，以便将喷咀(40)的一部分液体溶液分流。最好在该分流装置(70)上安装一调节分流量比例的设备(72)。该分流量比例的调节设备(72)可由一能够用螺钉固定的微动螺丝构成，使之可以堵住与管道(22)相通的混合器(20)流在分流装置(70)和管道出口(76)之间相通的开口(74)。该调节设备(72)一般是与分流装置(70)垂直安装的。被分流装置(70)分流的比例可能相当高，并可达到从管道(2)输送过来的液体溶液的90～95％。
根据本发明最好在液体溶液—一般为含水溶液，尤其是水—中混入比例极低的乳化剂。最好比例在1～15‰，最好乳化剂的重量与管道(2)输送来的液体溶液重量的比为5～15‰。
可以想象，为获得这些数值，必须让通过喷咀(40)的液体溶液比例极低，以便在喷咀中与乳化剂混合。
该乳化剂的混合在无附加能源的情况下完成。为此，液体溶液从管道(2)中被输送过来时受到平均为150～500公尺的几何高度的压力，相当于1.5MPa～5MPa(或15～50巴)。该压力最好保持为一个常数值，方法是在管道(2)上泵(4)的出口处设计一分流装置(5)和一压力配衡装置(7)。该配衡装置(7)可由一配衡阀构成。它禁止在事先规定的可调压力未达到要求时向管道(2)输送液体溶液，而是将该液体流全部通过泵(4)入口处的分流装置(5)使之再循环，或是在满足压力条件时允许将液体溶液输入到管道(2)内。该装置可使输入到混合器(20)的液体溶液压力明显地保持衡定。
此外，根据本发明，还安装一部特殊设计的泡沫发生器(30)。
该泡沫发生器(30)与管道(22)相通，接受来自混合器(20)的液体溶液和乳化剂的混合物。泡沫发生器(30)有一纤细的喷雾喷咀(32)，在喷雾室(34)同时也是泡沫发生室内对液体溶液和乳化剂的混合物进行细喷雾。设置一空气收集器(36)，该收集器一方面通过开口(37)与大气相通，另一方面通过开口(38)从侧面通向喷雾咀(32)出口附近的中间空间(39)。从开口(37)收入的空气可用传统方法过滤。
泡沫室(34)内产生的泡沫最好加以定标，以便在加工和定标设备(80)中作为生产多孔材料的泡沫加以应用。设备(80)位于泡沫发生器(30)的出口并与泡沫室(34)相通。
该加工和定标设备(80)首先在其上游有一过滤器(82)，起到泡沫定标装置的作用。该过滤器(82)上的诸孔大小如为：0.64mm2。该过滤器可用不会氧化的细网制成。
然后在真正的工作室(84)中，按本发明设置一固定式搅拌器(86)。
该固定式搅拌器(86)有一中心轴(88)，呈管状，轴向地安装在室(84)内。在入口，该轴(88)受到呈120°设置的支撑臂(90)的支撑(图4中可清楚地看出)；在出口固定在定中心的三足杆(92)上。三足杆确定了使泡沫出去的通道(94)。靠着该三足杆(92)还可安装一过滤网(96)。过滤网(96)最好与过滤网(82)是一致的。固定式搅拌器(86)的轴(88)上有固定着的搅拌器装置(98)，例如用比室(84)直径小的杆构成。这些杆与轴(88)横向地连接在一起，如与轴(88)垂直，并明显地在中间部分与轴连接，从而超出轴(88)径的两侧。这些装置一个接一个地置于轴(88)上，每个间有一角度差，如为60°，以致其形状如图5中所示。这点也是本发明不可分割的一部分。
此外，根据本发明的另一有利的特征，空气收集器(36)为弯曲的，以便将空气送入与室(39)相通的开口(38)内。最好拐弯角度为30°左右。
这样从加工和定标装置(80)出口处得到经加工和定标的泡沫，该泡沫对制造多孔结构材料，如多孔混凝土，具有良好特性。
根据本发明，最好使用已获专利的法国专利申请FR8708979中的乳化剂作为本发明所用的乳化剂，该乳化剂包括含有丰富的C14的酒精，较好的是含有丰富的C10-C16的酒精混合物，更好是含量占压倒多数的C12-C14的酒精混合物。该混合物有很强的起泡能力并且在储存和热冲击下有改善了的稳定性。
在读完上述发明后，本发明装置的功能就顿然清楚了，该功能可归纳如下：
通过管道(1)向泵(4)输送含水液体溶液，如水。泵通过唯一的动力源(6)，如热力发动机带动，以便借助配衡在2MPa压力下的配压阀(7)，通过管道(2)以明显衡定的压力，如2MPa(20巴)的压力输送到混合装置(20)。
在混合装置(20)中，可以调节微动螺丝(72)，使90％的液体溶液(此处是水)通过分流器(70)被分流，其余的10％通过工作锥体(42)进入中间室(46)。上述的乳化剂通过储存容器(12)的管道(14)被引入到中间室(46)。然后混合物通过降压锥体(44)，在该降压锥体降压，这有助于与液体溶液(这里是水)的混合。
然后带有乳化剂的整个液流通过管道(22)进入泡沫发生器(30)，被喷雾咀(32)喷雾。
由于所用压力，收集器(36)自动吸收空气而不需要加压。在室(39和40)中形成泡沫之后，泡沫被定标过滤器(82)定标，然后在工作室(84)中借助固定式搅拌器(86)被加工。
被定标和加工的泡沫通过一补充过滤器(96)然后从出口(100)中释放出，在出口(100)处，用户可任意使用这些泡沫，比如，用其制造多孔材料。
根据本发明，得到一切上述关键的技术优点，简言之：
——使用唯一的动力源；
——很好地使用在1.5MPa～5MPa左右的平均压力，该压力可使整个装置正确地运转。该压力根据本发明的混合器(20)可由喷咀(40)毫无问题地承受。
——此外，设计的工作锥体(42)和降压锥体(44)可保证吸气在任何液流速度下有相对的稳定。当然要尊重物理规律：在循环速度低于15米/秒时不能进行充分的工作。
——根据本发明，喷咀(40)在压力变化时可容许非常低的，或非常高的穿过速度，而不至产生常见的停止吸收乳化剂的现象。
——微动螺丝(72)在稳定压力下可以准确地调节穿过工作锥体(42)的速度，从而获得被吸收的乳化剂相对值，同时还可以校正：
·加工不精确度(公差)；
·输送线的缺陷，输送线代表很难识别的阻力，因此也难计算，如负载的损失；
——根据本发明，因向泡沫发生器(30)内输入空气，不需要要任何补充动力，泡沫发生器(30)可在距水和乳化剂事先混合点较远的地方使用。这一优点很重要，可以避免使产生的泡沫从长管道内运送，以及运送过程中对泡沫的机械损伤。
——由于固定式搅拌器对泡沫加工和定标，具有定标的泡沫发生器不仅不易损坏，相反是很坚固的，因为避免了各种运动部件的疲劳和维修。工作完成后只需进行简单清理。这点在制造领域中事关重要；
——根据本发明的装置是十分结实的，它可自动运转，既可在实验室内，又可在工厂和工地上使用，而不必由专人操作；
——该装置可在只有少量的，甚至毫无工业设备基础的国家内应用。
自然本发明包括一切与上述措施在技术上等同的措施及其各种结合。
还应指出，图2中所绘出的混合装置(20)以及泡沫发生器装置(30)和泡沫定标装置(80)(在图2-图5中绘出的)是本发明整体的一部分，也是本说明书的一部分。
Claims (15)
1.制造泡沫、尤其是制造多孔结构材料的装置，该装置有一液体源(1)，特别是含水的液体源；有一乳化剂源(10)；有一将乳化剂与上述液体混合的装置(20)，该混合装置与上述液体源和乳化剂源相连接；该装置还有与上述混合装置(20)相连接并具有发生泡沫的空气进口的泡沫发生装置(30)；该装置的特征在于：混合器(20)包括一文氏管类的喷咀(40)，喷咀(40)包括至少对上述液体进行节流的一工作锥体(42)，其下游有对液体溶液流和乳化剂进行降压的一降压锥体(44)，乳化剂通过吸气作用被输送到喷咀，而不另需要一单独的动力。
2.根据权利要求1的装置，其特征在于：乳化剂被输送到工作锥体(42)和降压锥体(44)之间，乳化剂使用低的相对比例值：1～15‰时最有利。
3.根据权利要求1或2的装置，其特征为：降压锥体(44)与工作锥体(42)分离开，从而确定了一中间室(46)。
4.根据权利要求1～3的装置，其特征在于：上述工作锥体有一开口角，总开度在40°左右和45°左右，上述液体溶液被输送至上述工作锥面的基部然后从该工作锥面的顶端被喷射出去，工作锥面的顶端有一轴向开口(54)。
5.根据权利要求1至4的装置，其特征在于：位于工作锥体(42)下游的降压锥体(44)有一开口角(β)，它在2°至8°左右之间，最好在2°～6°左右，该降压锥面的顶端有一开口(66)，液体溶液和乳化剂从该口输入，而在其基部有一排出事先混合好的液体溶液和乳化剂的出口。
6.根据权利要求1至5之一的装置，其卣魇牵航笛棺短?44)的输入口(56)本身呈截锥形，其基部朝上述工作锥体(42)方向，而其顶端(56)即为降压锥面顶端。
7.根据权利要求6的装置，其特征在于：进入降压锥体(44)的锥形开口(60)有一开口角在75°～85°之间，最好在78°～82°之间。
8.根据权利要求7的装置，其特征在于：上述锥形开口(60)的基部与上述工作锥体(42)部分重叠并部分围绕该锥体(42)。锥形开口(60)限定了中间室(46)的壁。
9.根据权利要求3至8的装置，其特征在于：上述乳化剂被输送到工作锥体(42)和降压锥体(44)之间的中间室(46)的位置，输送是通过最好带一止回装置、如一单向阀的合适侧管道(14)进行的。
10.根据权利要求1至9之一的装置，其特征在于：该装置有对一部分喷咀(40)的液体溶液进行分流的分流装置(70)，从而使该部分被分流的溶液不通过混合器—喷咀(40)，最好这些分流装置(70)备有对被分流溶液的比率进行调节的装置(72)。
11.根据权利要求10的装置，其特征在于：上述分流装置(70)的安装可使大部分液体溶液、直至90～95％的该溶液被分流。
12.根据权利要求1至11之一的装置，其特征在于：泡沫发生器(30)有一纤喷雾喷咀(32)，将液体溶液和乳化剂向喷雾室、同时又是泡沫发生室(34)内进行细喷雾。液体溶液和乳化剂的混合物在足够的压力下输送。以便使通过与该喷雾咀(32)出口相通的侧管道(36)自动吸入空气。
13.根据权利要求(12)的装置，其特征在于：被喷雾的液体混合物包括已经形成泡沫的空气和乳化剂。该混合物被输送到一泡沫加工和定标装置(80)，该装置(80)最好具有一固定式搅拌器(86)。
14.根据权利要求1至14之一的装置，其特征在于：该完整装置包括唯一的动力源，该动力源最好有带有常规原动机(6)的泵(4)提供，如最好是能向混合器(20)输送稳定压力的发动机，以便供给明显稳定的压力。
15.根据权利要求14的装置，其特征在于：泵(4)出口的明显稳定的压力是由一带有压力配衡装置(7)的分流管(5)提供的，该配衡装置(7)可由一配衡阀构成，当泵(4)出口出现可调节的预定压力时配衡阀开启。
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