Пеногенератор с выпускной пористой насадкой и способ получения пенного покрытия
Изобретение относится к устройствам для образования пены и может использоваться для получения пенных покрытий различных видов. Пеногенератор содержит пенообразующее устройство и устройство выпуска, выполненные в виде единой выпускной пористой насадки, соединенной с устройством смешивания пенообразующей рецептуры и газа. Способ включает смешивание пенообразующей рецептуры и газа до образования эмульсии, подачу ее к пористой насадке, продавливание эмульсии через поры насадки, формирование пленки эмульсии на поверхности насадки и воздействие на пленку газом с образованием слоя пены, который наносят на поверхность. Технический результат состоит в увеличении времени жизни пенного покрытия и обеспечении локального нанесения покрытия. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к приспособлениям для образования пены. В частности, изобретение относится к пеногенератору для получения различных видов пенных покрытий, предназначенных для дегазации, дезинфекции, дезинсекции, дезактивации, экранирования представляющих опасность участков и для других областей использования, в которых используется пенообразование. Изобретение также относится к способу получения такого покрытия.
В настоящее время для получения пены используются конденсационный и диспергационный методы. При конденсационном методе пена образуется в результате создания разрежения в устройствах с раствором, предварительно пересыщенным газом. Для получения устойчивой пены необходимо использование пенообразующего раствора с высоким содержанием поверхностно-активных веществ (ПАВ). Недостатком такого способа является сложность перевода в пенообразное состояние раствора, содержащего химически активный компонент.
В основу диспергационного способа положен процесс смешения газа и пенообразующего раствора механическим путем. Полученные данным способом пены называются воздушно-механическими.
Для получения пены данным способом смешивание пенообразующего раствора и газа может осуществляться интенсивным перемешиванием пенообразующего раствора мешалками или при соударении струй газа и пенообразующего раствора. При создании таким образом пены не решена проблема ее подачи на обрабатываемую поверхность.
Для устранения проблемы подачи пены были разработаны пеногенераторы с сетками. Применяемые в этих пеногенераторах форсунки центробежного и струйного типов формируют полидисперсный факел с неравномерным распределением частиц. Поэтому условия пенообразования на разных участках сетки неодинаковы, что приводит к образованию полидисперсной пены. Кроме того, подобными устройствами невозможно обеспечить точное нанесение пенного покрытия на обрабатываемую поверхность, а также получить необходимую толщину этого покрытия.
Также известны пеногенераторы барботажного типа (В.К. Тихомиров, "Пены. Теория и практика их получения и разрушения", - М.: Химия, 1983 г.), в которых пена образуется в результате продавливания газа через слой пенообразующего раствора. Формирование пены зависит от времени нахождения пузырька газа в объеме раствора, которое определяется толщиной раствора и скоростью пузырька. Размеры пузырьков пены зависят от размера барботажных отверстий и скорости продавливания газа через них. Размерами пузырьков можно управлять за счет изменения одного из параметров при сохранении остальных. Однако повышение дисперсности пены за счет уменьшения диаметра барботажных отверстий приводит к существенному снижению ее кратности. А увеличение времени пребывания пузырька в растворе сказывается не только на его размере, но и на производительности пеногенератора. Здесь также не решены проблемы, связанные как с нанесением пенного покрытия точно на обрабатываемую поверхность, так и с формированием покрытия заданной толщины.
Более широкие возможности по регулированию параметров воздушно-механических пен предоставляют пеногенераторы динамического типа (SU 650637, SU 929115), в которых пенообразование осуществляется за счет прохождения газа через слой пенообразующего раствора, который находится во вращающемся барботажном барабане. Изменение характеристик пены возможно регулированием расхода газа и пенообразующего раствора, а также варьированием числа оборотов барабана. Однако эти пеногенераторы нуждаются в источнике сжатого газа. Кроме того, барботажный барабан снабжен стеклянными капиллярами малого диаметра, которые в процессе работы постоянно ломаются и засоряются. Причем проблемы точности нанесения пенного покрытия и создания пенного покрытия заданной толщины здесь также не решены.
Отдельно следует отметить, что формирование пены в указанных выше технических решениях возможно только при высоком содержании поверхностно-активных веществ (ПАВ). Следствием высокого содержания ПАВ в пенообразующих растворах является быстрое образование границ раздела фаз "воздух-пенообразующий раствор", что приводит к малому "времени жизни" пены.
Исходя из известного уровня техники, заявленное изобретение направлено на обеспечение точного (локального) нанесения покрытия на заданную поверхность и увеличение "времени жизни" пенного покрытия.
Указанный технический результат достигается за счет использования выпускающей насадки, выполненной из пористого материала.
Под "пористым материалом" в данной заявке понимается твердое тело, имеющее поры.
Под "твердым телом" в данной заявке понимается любое не жидкое или газообразное тело.
Под "порами" понимаются промежутки или полости между структурными элементами твердого тела, являющиеся открытыми (сообщающимися) порами-каналами, пронизывающими весь объем пористого тела. Размеры пор могут быть от сотых и тысячных долей миллиметра до нескольких миллиметров. Выбор пористого материала с тем или иным размером пор осуществляется в зависимости от желаемых параметров на выходе, в частности от желаемой дисперсности получаемой пены.
Под "временем жизни пены" понимается время, за которое произойдет уменьшение столба пена на 50%.
Подаваемая к выпускной насадке пенообразующая эмульсия и газ продавливаются через поры насадки и выходят на ее поверхность. При этом пенообразующая эмульсия растекается по поверхности выпускной насадки, образуя пленку, на которую воздействует газ. Вследствие этого на поверхности выпускной насадки образуется слой пены. Полученная непосредственно на поверхности выпускной насадки пена точно наносится только на требующую обработки поверхность, без опасности ее попадания на соседние участки. Это может быть особенно предпочтительно, например, для устранения очагов пожаров в складских помещениях с высококачественными товарами или в помещениях с электрооборудованием. Следует отметить, что заявляемая выпускная насадка объединяет в себе функции пенообразующего элемента и элемента для нанесения пенного покрытия. Следствием объединения этих двух функций в заявляемой насадке является образование слоев пены непосредственно на ее поверхности, поэтому на обрабатываемую поверхность наносятся уже сформированные слои пены. Другими словами, собственно пенное покрытие формируется сразу на поверхности заявленной насадки и далее только переносится на обрабатываемую поверхность. В связи с этим для получения пены могут быть применены рецептуры с низким содержанием ПАВ, при котором до сих пор пены не могли образовываться, что положительно влияет на увеличение "времени жизни" пены.
Кроме того, ввиду взаимодействия пенообразующей эмульсии и газа друг с другом при прохождении через поры выпускной насадки происходит увеличение объемной доли газа в пенообразующей эмульсии, т.е. происходит ее частичное обезвоживание. Таким образом, увеличивается время пребывания пузырька газа в эмульсии, что в свою очередь ведет к увеличению времени формирования границ раздела фаз "воздух-эмульсия" и предоставляет возможность формирования пены высокой кратности и с большим "временем жизни" пены.
Выпускная насадка может иметь внутреннюю полость. Внутренняя полость способствует равномерному распределению поступающей пенообразующей эмульсии и газа внутри пористой выпускной насадки, что создает одинаковые условия пенообразования по всей протяженности насадки.
Выпускная насадка может быть помещена в кожух с выпускным отверстием, обеспечивающим формирование пенного покрытия заданной толщины.
Выпускная насадка может быть выполнена из керамического, полимерного и тому подобного материала. В частности, выпускная насадка может быть выполнена из поропласта.
В качестве поропластов может быть использован пенополивинилхлорид типа "Винипор" или подобные ему зарубежные аналоги "Эластофоум", "Дифопор" (оба США), "Дуфлекс" (Англия), "Трофипор" (Германия). В случае керамического материала насадка может быть изготовлена, например, способом получения стеклянных химических фильтров различной пористости, из стеклянной крошки способом прессования и спекания.
Технический результат также может достигаться пеногенератором, содержащим последовательно соединенные блок для хранения пенообразующей рецептуры и газа, устройство для смешивания пенообразующей рецептуры и газа и пенообразующее устройство и устройство выпуска, причем пенообразующее устройство и устройство выпуска выполнены в виде элемента, представляющего собой выпускную насадку из пористого материала.
Образованная в устройстве для смешивания пенообразующей рецептуры и газа пенообразующая рецептура и газ одновременно подаются под давлением к пористой выпускной насадке. Пористая структура насадки обеспечивает прохождение через нее пенообразующей эмульсии и газа. Пенообразующая эмульсия выходит на поверхность насадки и образует пленку, на которую воздействует выходящий из пор газ, вследствие чего образуется пенное покрытие.
Пористая выпускная насадка может иметь внутреннюю полость. Внутренняя полость способствует равномерному распределению поступающей пенообразующей эмульсии и газа внутри пористой выпускной насадки, что создает одинаковые условия пенообразования по всей протяженности насадки.
Блок хранения пенообразующей рецептуры и газа представляет собой один резервуар, в котором хранится пенообразующая рецептура и газ. Подобных резервуаров может быть несколько.
Альтернативно блок хранения пенообразующей рецептуры и газа может быть выполнен в виде, по меньшей мере, одного отдельного резервуара для хранения пенообразующей рецептуры и, по меньшей мере, одного отдельного резервуара для хранения газа. Наличие отдельных резервуаров соответственно для хранения пенообразующей рецептуры и газа имеет то преимущество, что, по меньшей мере, на одном резервуаре для хранения газа можно предусмотреть регулятор расхода газа для установки желаемых параметров пенообразования. Кроме того, за счет выбора объема резервуара для хранения газа, превышающего объем резервуара для хранения пенообразующей рецептуры, можно обеспечить условия для продувки всего канала подачи пенообразующей эмульсии после завершения процесса пенообразования. Таким образом, предотвращается опасность засорения пеногенератора, в частности пористой выпускной насадки. Для этой цели также может быть предусмотрен отдельный газовый резервуар.
Резервуар для хранения пенообразующей рецептуры и газа или резервуары для хранения соответственно пенообразующей рецептуры и газа могут быть соединены как непосредственно с устройством для смешивания пенообразующей рецептуры и газа, так и посредством трубопровода.
Устройство для смешивания пенообразующей рецептуры и газа может представлять собой газожидкостный или жидкостно-воздушный эжектор любого типа.
Устройство смешения пенообразующей рецептуры и газа может быть соединено с пористой выпускной насадкой посредством трубопровода.
Пористая выпускная насадка может быть выполнена в виде цельной детали или составной. Составная насадка образована несколькими элементами, соединенными посредством резьбового, зажимного, байонетного, фрикционного или другого разъемного соединения. В случае составной насадки преимущество заключается в том, что размеры насадки могут быть увеличены или уменьшены посредством подсоединения или соответственно отсоединения дополнительных элементов, вследствие чего площадь обрабатываемой поверхности может быть увеличена или соответственно уменьшена.
Выпускная насадка может быть помещена в кожух с выпускным отверстием.
Задание толщины наносимого пенного покрытия может осуществляться или за счет высоты выпускного отверстия кожуха, или за счет регулирования расстояния между кожухом и обрабатываемой поверхностью. В последнем случае на кожухе могут быть предусмотрены направляющие элементы, выполненные регулируемыми по высоте или сменными. Эти направляющие элементы предусматриваются на кожухе и задают расстояние между его нижней поверхностью и поверхностью, на которую наносится пенное покрытие. Кроме того, направляющие элементы облегчают перемещение кожуха по обрабатываемой поверхности.
Направляющие элементы могут быть выполнены в виде колес, полозьев или т.п.
Заявленный пеногенератор может использоваться как вручную, так и быть установлен на транспортном средстве. Кроме того, заявленный пеногенератор может иметь несколько пористых выпускных насадок.
Поставленная задача также решается способом получения пенного покрытия, включающим в себя следующие этапы:
образование пенообразующей эмульсии посредством смешивания пенообразующей рецептуры и газа;
одновременную подачу под давлением пенообразующей эмульсии и газа к пористой выпускающей насадке;
пропускание пенообразующей эмульсии и газа через поры пористой выпускающей насадки;
формирование на поверхности пористой выпускной насадки пленки из пенообразующей эмульсии;
воздействие на пленку из пенообразующей эмульсии выходящим под давлением из пор газом и образование непосредственно на поверхности выпускной насадки слоя пены;
отделение слоя пены от поверхности пористой выпускной насадки;
нанесение отделенного слоя пены в виде пенного покрытия на обрабатываемую поверхность.
Подача газа и пенообразующей эмульсии к пористой выпускной насадке производят непрерывно в течение всего времени осуществления способа. Кроме того, осуществляют непрерывное обновление пленки на поверхности насадки.
Далее заявленное изобретение поясняется более подробно, посредством варианта осуществления заявленного изобретения, представленного на чертежах, на которых:
Фиг.1 - принципиальная схема пеногенератора;
Фиг.2 - вид в разрезе резервуара для хранения пенообразующей рецептуры и газа с установленным в него устройством смешивания пенообразующей рецептуры и газа;
Фиг.3 - схематичное изображение устройства для смешивания пенообразующей рецептуры и газа согласно Фиг.2;
Фиг.4 - схематичное изображение помещенной в кожух выпускной насадки в продольном разрезе и на виде сбоку.
На Фиг.1 представлена принципиальная схема пеногенератора, который обычно содержит последовательно соединенные блок 1 для хранения пенообразующей рецептуры и газа, устройство 2 для смешивания пенообразующей рецептуры и газа и пористую выпускную насадку 3. Блок 1 для хранения пенообразующей рецептуры и газа может представлять собой один или несколько резервуаров для хранения пенообразующей рецептуры и газа, причем пенообразующая рецептура и газ могут храниться как в одном резервуаре, так и в разных. На Фиг.2 представлен вариант осуществления изобретения, в котором пенообразующая рецептура и газ хранятся в одном и том же резервуаре, поэтому далее этот резервуар обозначается позицией 1. Резервуар для хранения пенообразующей рецептуры и газа имеет по существу цилиндрический корпус 4, нижняя часть которого снабжена дном 5, а верхняя часть - горловиной 6 с резьбовым участком. К горловине 6 прикручено или прикреплено иным образом устройство 2 для смешивания пенообразующей рецептуры и газа в виде газожидкостного эжектора, представляющего собой клапанное устройство 7 (см. Фиг.3). Клапанное устройство 7 состоит из первой части 8 и второй части 9, которые при соединении друг с другом образуют смесительную камеру. Смесительная камера разделена на две области клапаном 11, который с одной стороны посредством штока 12, проходящего через первую часть 8 клапанного устройства 7, соединен с нажимным рычагом 13, а с другой стороны через возвратную пружину 14 и опорный элемент 15 опирается на вторую часть 9 клапанного устройства 7. Первая часть 8 имеет выпускное отверстие 16 для пенообразующей эмульсии и газа, а вторая часть 9 имеет впускные отверстия 17 для газа и впускное отверстие 18 для пенообразующей рецептуры, к которому подсоединена сифонная трубка 19. К выпускному отверстию 16 устройства 2 смешивания пенообразующей рецептуры и газа подсоединен шланг 20, который другим своим концом соединен с выпускной насадкой 3. Выпускная насадка 3 имеет внутреннюю полость 21 и выполнена из пористого материала. Выпускная насадка помещена в кожух 22 с выпускным отверстием.
В процессе подготовки пеногенератора резервуар 1 через горловину 6 заполняют примерно на одну треть пенообразующей рецептурой 23 (Фиг.2). Затем к горловине присоединяют устройство 2 для смешивания пенообразующей рецептуры и газа. К выпускному отверстию 16 устройства 2 для смешивания подсоединяют через газовый редуктор баллон со сжатым газом. Нажимной рычаг 13 клапанного устройства 7 фиксируют в нажатом положении и, задав необходимое давление на газовом редукторе, заполняют резервуар 1 сжатым газом 24 (Фиг.2). Минимальное рабочее давление в резервуаре 1 подбирают экспериментально для обеспечения полноценного пенообразования. После заправки резервуара 1 нажимной рычаг 13 клапанного устройства 7 переводят в закрытое положение. К выпускному отверстию 16 подсоединяют соединительный шланг 20. После этого пеногенератор готов к работе.
В результате использования пеногенератора реализуется заявленный способ, который включает следующие этапы. На первом этапе при воздействии на нажимной рычаг 13 и, следовательно, открывании впускных отверстий 17 и 18 в клапанном устройстве 7 осуществляют смешивание газа с пенообразующей рецептурой, вследствие чего образуется пенообразующая эмульсия. На втором этапе образовавшуюся эмульсию вместе с газом одновременно под давлением подают через выпускное отверстие 16 и шланг 20 во внутреннюю полость 21 выпускной насадки 3, где она равномерно распределяется. На следующем этапе пропускают эмульсию и газ через поры выпускной насадки 3, вследствие чего они достигают ее внешней поверхности. Затем на поверхности выпускной насадки 3 за счет растекания по ней выступающей из пор эмульсии формируют пленку. После этого воздействием выходящего из пор газа на пленку эмульсии формируют слой пены непосредственно на поверхности выпускной насадки 3. Образованный при взаимодействии газа с эмульсией слой пены отделяют от выпускной насадки 3 и направляют через выпускное отверстие кожуха 22 на обрабатываемую поверхность. Толщина наносимого покрытия равна высоте выпускного отверстия в кожухе 22. Альтернативно кожух 22 может иметь выпускное отверстие, выполненное в его нижней поверхности, которая обращена к обрабатываемой поверхности. В этом случае кожух снабжается направляющими элементами (не показаны), которые задают расстояние между нижней поверхностью кожуха и обрабатываемой поверхностью. Чтобы в каждом отдельном случае или в процессе работы наносить слой пенного покрытия необходимой толщины, направляющие элементы могут быть сменными или регулируемыми по высоте. Кроме того, направляющие элементы могут быть выполнены в виде полозьев, колес или т.п. для облегчения перемещения кожуха вдоль обрабатываемой поверхности. Для изменения площади обрабатываемой поверхности пористая насадка может быть выполнена составной. В этом случае за счет присоединения или отсоединения образующих насадку элементов можно изменять ее длину, а следовательно, и площадь обрабатываемой поверхности.
Ниже приведено два из множества возможных примеров осуществления изобретения.
В качестве пористой насадки были использованы трубчатая выпускная насадка из пенополивинилхлорида марки "Винипор" с размером открытых пор 150±70 мкм и плоская выпускная насадка из пористых стеклянных химических фильтров с размером открытых пор от 10 до 120 мкм (по принятой классификации - стеклянные фильтры №1...4, см. И.Т. Гороновский и др. "Краткий справочник по химии", Наукова думка, 1974 г., - 984 с.). В качестве пенообразующей рецептуры использовались 5% водный растор клатрата четвертичного аммонийного основания с карбамидом (катионактивное ПАВ) или 5% раствор сульфонола (анионактивное ПАВ), или 5% раствор Твин-20 (неионогенное ПАВ). Было установлено, что время разрушения половины столба пенного покрытия в помещении (20°С, при относительной влажности 65-70%) составило около 3 часов.
Данные примеры не должны рассматриваться в качестве ограничения объема патентных притязаний изобретения. Для любого специалиста в данной области техники понятно, что есть возможность внести множество изменений в описанные выше конструкцию и способ без отхода от принципов изобретения, заявленного в формуле изобретения.
1. Пеногенератор, включающий в себя последовательно соединенные блок для хранения пенообразующей рецептуры и газа, устройство для смешивания пенообразующей рецептуры и газа, пенообразующее устройство и устройство выпуска, отличающийся тем, что пенообразующее устройство и устройство выпуска образованы в виде единой выпускной пористой насадки, которая соединена трубопроводом с устройством смешивания пенообразующей рецептуры и газа.
2. Пеногенератор по п.1, отличающийся тем, что блок хранения пенообразующей рецептуры и газа представляет собой, по меньшей мере, один резервуар, в котором хранятся пенообразующая рецептура и газ.
3. Пеногенератор по п.1, отличающийся тем, что блок хранения пенообразующей рецептуры и газа представляет собой, по меньшей мере, один резервуар для хранения пенообразующей рецептуры и, по меньшей мере, один резервуар для хранения газа.
4. Пеногенератор по п.2, отличающийся тем, что резервуар для хранения пенообразующей рецептуры и газа непосредственно или посредством трубопровода соединен с устройством для смешивания пенообразующей рецептуры и газа.
5. Пеногенератор по п.3, отличающийся тем, что каждый резервуар соединен непосредственно или посредством трубопровода с устройством для смешивания пенообразующей рецептуры и газа.
6. Пеногенератор по п.1, отличающийся тем, что устройство для смешивания пенообразующей рецептуры и газа представляет собой газожидкостный или жидкостно-воздушный эжектор.
7. Пеногенератор по п.1, отличающийся тем, что выпускная насадка имеет внутреннюю полость.
8. Пеногенератор по п.1, отличающийся тем, что выпускная насадка выполнена из полимера или керамики.
9. Пеногенератор по п.8, отличающийся тем, что выпускная насадка выполнена из поропласта.
10. Пеногенератор по п.1, отличающийся тем, что выпускная насадка выполнена составной.
11. Пеногенератор по п.1, отличающийся тем, что выпускная насадка выполнена цельной.
12. Пеногенератор по п.1, отличающийся тем, что выпускная насадка заключена в кожух с выпускным отверстием.
13. Пеногенератор по п.12, отличающийся тем, что кожух имеет направляющие элементы, задающие расстояние между его нижней поверхностью и поверхностью, на которую наносится пенное покрытие.
14. Пеногенератор по п.13, отличающийся тем, что направляющие элементы выполнены с возможностью регулирования расстояния между нижней поверхностью кожуха и поверхностью, на которую наносится пенное покрытие.
15. Способ получения пенного покрытия, включающий следующие этапы: формирование пенообразующей эмульсии посредством смешивания пенообразующей рецептуры и газа; осуществление одновременной подачи под давлением пенообразующей эмульсии и газа к пористой выпускающей насадке; продавливание пенообразующей эмульсии и газа через поры пористой выпускной насадки; формирование на поверхности пористой выпускной насадки пленки из пенообразующей эмульсии; воздействие на пленку из пенообразующей эмульсии выходящим под давлением из пор газом и образование слоя пены; отделение слоя пены от поверхности пористой выпускной насадки; нанесение отделенного слоя пены в виде пенного покрытия на обрабатываемую поверхность.
