BE1025284A1

BE1025284A1 - Heat exchanger for fog generator

Info

Publication number: BE1025284A1
Application number: BE20185013A
Authority: BE
Inventors: Alfons Vandoninck
Original assignee: Bandit Nv
Priority date: 2018-01-11
Filing date: 2018-01-11
Publication date: 2019-01-04
Also published as: BE1025284B1

Abstract

De uitvinding voorziet een warmtewisselaar (1) voor het vergassen van mistvloeistof in een mistgenerator, de warmtewisselaar bevattende meerdere kogels (2) met een diameter tussen 0.1 mm en 15 mm.The invention provides a heat exchanger (1) for gasifying fog fluid in a fog generator, the heat exchanger comprising a plurality of balls (2) with a diameter between 0.1 mm and 15 mm.

Description

ACHTERGROND VAN DE UITVINDINGBACKGROUND OF THE INVENTION

Een mistgenerator voor beveiligingstoepassing is normaliter technisch gebaseerd op het principe van het verstomen van een glycol (de mistvloeistof). Waarbij de verstoomde mistvloeistof via een uitgangskanaal en spuitmond in de “in te misten ruimte” uitgestoten wordt om daar dan onder atmosferische druk en kamertemperatuur onmiddellijk af te condenseren naar een verspreide aerosol-achtige mist. Deze mist beneemt het zicht en desoriënteert de crimineel.A fog generator for security use is normally technically based on the principle of the flow of a glycol (the fog fluid). Whereupon the steamed fog fluid is discharged through an exit channel and nozzle into the "space to be missed" and then immediately condenses there under atmospheric pressure and room temperature to a dispersed aerosol-like fog. This fog takes the view and disorientes the criminal.

Om de temperatuur van de mistvloeistof van kamer- tot verstoomtemperatuur (~250°C) te verhogen is 0.8 tot 1 kJ nodig per ml (afhankelijk van de toegepaste formulering van de mistvloeistof o.a. het watergehalte). De warmtestroming naar de overdrachtoppervlakken van de verstoomkanalen/doorgangen wordt hoofdzakelijk voorzien via thermische geleiding. Een warmtewisselaar zijn ingang is gekoppeld aan een mistvloeistof reservoir, waarbij op het gewenste moment (mistuitstoot) deze mistvloeistof door overdruk in de ingang van de warmtewisselaar wordt ingespoten. Deze overdruk kan worden gegenereerd door:To raise the temperature of the fog fluid from room temperature to steaming temperature (~ 250 ° C), 0.8 to 1 kJ per ml is required (depending on the formulation of the fog fluid, including the water content). The heat flow to the transfer surfaces of the steam channels / passages is mainly provided via thermal conduction. A heat exchanger's entrance is coupled to a fog fluid reservoir, whereby at the desired moment (fog ejection) this fog fluid is injected into the heat exchanger entrance through overpressure. This overpressure can be generated by:

a) een mechanische pomp en/of potentiële elastische energie (opgespannen veer tegen een zuiger)a) a mechanical pump and / or potential elastic energy (tensioned spring against a piston)

b) drijfdruk door gecomprimeerd of vloeibaar (dampspanning drijfgas) drijfgas, en/ofb) propellant pressure due to compressed or liquefied propellant gas vapor propellant gas, and / or

c) drijfdruk door gas gegenereerd als resultaat van een chemische reactie of kettingreactie.c) buoyancy pressure generated by gas as a result of a chemical or chain reaction.

Een warmtewisselaar in een mistgenerator voor beveiligingstoepassing wordt gekenmerkt door:A heat exchanger in a fog generator for security application is characterized by:

- Een component waarin warmte (joules) wordt opgeslagen door zijn warmtecapaciteit C (bv. staal: ~0.46J/°C per g) en/of eventueel latente stollingswarmte van een fase-overgangmedium (zie bijvoorbeeld de warmtewisselaar beschreven in EP2259004)- A component in which heat (joules) is stored by its heat capacity C (eg steel: ~ 0.46J / ° C per g) and / or possibly latent coagulation heat from a phase transition medium (see for example the heat exchanger described in EP2259004)

- De temperatuur van de warmtewisselaar, minstens ter hoogte van de uitgang, is hoger dan het kookpunt van de te verstomen mistvloeistof.- The temperature of the heat exchanger, at least at the level of the outlet, is higher than the boiling point of the mist liquid to be discharged.

- De verwarming van de warmtewisselaar tot de gewenste temperatuur gebeurt regulier via Joules- overdracht vanuit een elektrische weerstandsdraad.- The heat exchanger is heated to the desired temperature regularly via Joules transfer from an electrical resistance wire.

- De overdracht van Joules gebeurt intensief tussen de inwendige kanalen en/of vrije doorgangen van de warmtewisselaar en de doorstromende mistvloeistof.- The transfer of Joules takes place intensively between the internal channels and / or free passages of the heat exchanger and the flowing fog fluid.

- Alle verstoomde mistvloeistof wordt via een uitgangskanaal en spuitmond in de “in te misten ruimte” uitgestoten om daar dan onder atmosferische druk en kamertemperatuur onmiddellijk af te condenseren naar een verspreide aerosol-achtige mist.- All steamed fog fluid is discharged through an exit channel and nozzle into the “space to be missed” and then immediately condensed there under atmospheric pressure and room temperature to a dispersed aerosol-like fog.

Het mistgeneratievermogen (debiet ml/sec) van een warmtewisselaar is sterk afhankelijk van de mistvloeistof voedingsdruk aangeboden aan zijn ingang en zijn design. In mistgeneratorenThe fog generation capacity (flow rate ml / sec) of a heat exchanger is highly dependent on the fog fluid supply pressure offered at its entrance and its design. In fog generators

-2BE2018/5013 volgens de stand-der-techniek is de warmtewisselaar voorzien van een kanaal of enkele kanalen die op hoge temperatuur gehouden wordt (Fig. 1). De mistvloeistof wordt verstoomd door deze door het warme kanaal te drijven. Vanzelfsprekend is de snelheid van mistvorming cruciaal voor mistgeneratoren voor beveiligingstoepassingen. De huidige vernieuwingen in het veld zijn dan ook gericht op het verhogen van de snelheid waarmee mist gegenereerd wordt (zowel de snelheid van de start van mistvorming als het volume mist dat wordt uitgestoten per seconde). Zo wordt in PCT/EP2013/078112 een mistgenerator voorgesteld waarin de mistvloeistof wordt uitgestuwd door middel van de gasgeneratie vanuit een pyrotechnische stof. De mistvloeistof kan ook worden uitgedreven door een gecomprimeerd/vloeibaar drijfgas onder hoge druk (bv. 80 bar). Er is echter vastgesteld dat de warmtewisselaars volgens de stand-van-techniek niet optimaal werken voor het dergelijk, als het ware explosief, inpersen van de mistvloeistof. Doordat het debiet aan mistvloeistof al snel 10x groter is dan in de huidige toestellen, kunnen dergelijke warmtewisselaars de vloeistof niet volledig verstomen, meestal omdat tijdens de doorstromingsperiode van de mistvloeistof er in de warmtewisselaar niet voldoende optimaal overdraagbare Joules beschikbaar waren ter hoogte van een warmte-overdraagoppervlak. Bijgevolg wordt niet enkel gas, maar ook mede mistvloeistof uitgestoten via de uitgang.-2BE2018 / 5013 according to the prior art, the heat exchanger is provided with a channel or a few channels that are kept at a high temperature (Fig. 1). The fog fluid is steamed by driving it through the warm channel. It goes without saying that the speed of fog formation is crucial for fog generators for security applications. Current innovations in the field are therefore aimed at increasing the speed at which mist is generated (both the speed of the start of misting and the volume of mist emitted per second). For example, in PCT / EP2013 / 078112 a fog generator is proposed in which the fog fluid is expelled by means of gas generation from a pyrotechnic substance. The fog fluid can also be expelled by a compressed / liquid propellant under high pressure (eg 80 bar). However, it has been established that the prior art heat exchangers do not function optimally for such, as it were, explosive pressing of the mist liquid. Because the flow rate of fog fluid is quickly 10x greater than in current devices, such heat exchangers cannot completely drain the fluid, usually because during the flow period of the fog fluid there were not sufficiently optimally transferable Joules available in the heat exchanger at the level of a heat sink. transfer surface. Consequently, not only gas, but also mist liquid is emitted via the exit.

PCT/EP2013/078112 biedt hieraan een oplossing door het aanbieden van een plaatjeswarmtewisselaar met labyrint-design (Fig. 2), deze ontwikkeling maakt een snelle warmte-overdacht mogelijk maar vormt ook een relatief grote dynamische weerstand (wegens de relatief lange af te leggen weg van de te verstomen vloeistof). Een drukval tussen de in- en uitgang van de warmtewisselaar van 50 bar is te verwachten bij een debiet van 100 ml mistvloeistof per seconde. Hoewel deze drukval op zich niet zo problematisch is, door de hoge initiële druk (80 bar en hoger), heeft deze warmtewisselaar nog een aantal nadelen. Zo is de warmtewisselaar omslachtig om te produceren. Zo moeten de plaatjes worden voorgevormd en individueel aan elkaar worden vastgelast.PCT / EP2013 / 078112 offers a solution to this by offering a plate heat exchanger with a labyrinth design (Fig. 2), this development allows a rapid heat transfer but also forms a relatively large dynamic resistance (due to the relatively long distance to be covered) away from the liquid to be steamed). A pressure drop between the input and output of the heat exchanger of 50 bar is to be expected at a flow rate of 100 ml of fog fluid per second. Although this pressure drop is not that problematic in itself, due to the high initial pressure (80 bar and higher), this heat exchanger still has a number of disadvantages. The heat exchanger, for example, is cumbersome to produce. For example, the plates must be preformed and individually welded together.

Een nog groter probleem bleek echter het trekken van de plaatjes wegens de optelling van alle kleine vervormingen tijdens en na het nakrimpen van de gelaste onderdelen. Zelfs onder een axiale pers is de som van al de ongewenste vervormingen moeilijk onder controle te houden, dit versterkt door de onbeheersbare vervorming wegens de snelle overgang van warm naar koud van de “eerst geplaatste plaatjes tov. de ingang” tijdens het inspuiten van de koude vloeistof tot onvoorpelbaar klikken. Bovendien is het bijzonder kostelijk en moeilijk om de warmtewisselaar op een corrosiebestendige manier uit te voeren. Dit is net van groot belang voor een warmtewisselaar in een mistgenerator, gezien de hoge temperaturen en de intredende zuurstof vanuit de atmosferische omgeving (normaliter intredend vanuit de spuitmond of als resultaat van beschikbare zuurstof uit de thermische eindreactie) met als gevolg de “corrosieve” zuurtegraad van de gebruikte vloeistoffen hun thermische afbraakproducten.An even greater problem, however, was the drawing of the plates due to the addition of all small deformations during and after crimping the welded parts. Even under an axial press, the sum of all unwanted deformations is difficult to control, reinforced by the uncontrollable deformation due to the rapid transition from warm to cold from the "first placed plates to. the entrance ”during the injection of the cold liquid until unpredictable clicks. Moreover, it is particularly expensive and difficult to construct the heat exchanger in a corrosion-resistant manner. This is of great importance for a heat exchanger in a fog generator, given the high temperatures and the oxygen entering from the atmospheric environment (normally entering from the nozzle or as a result of available oxygen from the thermal end reaction) resulting in the "corrosive" acidity of the liquids used, their thermal degradation products.

Er is bijgevolg een noodzaak aan een warmtewisselaar voor een mistgenerator die een groot debiet aan mistvloeistof volledig kan-verstomen, dewelke bestand is zijn tegen een hogeThere is therefore a need for a heat exchanger for a fog generator that can fully flow out a large flow of fog liquid, which can withstand a high

-3BE2018/5013 bedrijfsdruk, die eenvoudig te produceren is aan een lage kost en die naar behoren corrosiebestendig kan worden uitgevoerd. WO2015140761 beschrijft reeds een warmtewisselaar met staafjes. De huidige uitvinding beschrijft een warmtewisselaar die is opgebouwd uit kogels, waardoor er meer variatie mogelijk is met betrekking tot warmte-inhoud (Joules) en het warmtewissel-oppervlak. Men bekomt een meer egale verdeling wanneer gebruik gemaakt wordt van kogels met een verschillende diameter (Apolloniaans netmodel gebaseerd op fractalen).-3BE2018 / 5013 operating pressure, which is easy to produce at a low cost and that can be properly corrosion-resistant. WO2015140761 already describes a heat exchanger with rods. The present invention describes a heat exchanger that is made up of balls, whereby more variation is possible with regard to heat content (Joules) and the heat exchange surface. A more even distribution is obtained when bullets with a different diameter are used (Apollonian net model based on fractals).

BESCHRIJVING VAN DE UITVINDINGDESCRIPTION OF THE INVENTION

De warmtewisselaar voor het vergassen van mistvloeistof in een mistgenerator volgens de uitvinding bevat meerdere kogels, gestapeld volgens een dichtste bolstapeling. In een welbepaalde uitvoeringsvorm hebben alle kogels in de warmtewisselaar dezelfde diameter (gelijke grootte). In een andere uitvoeringsvorm hebben de kogels in de warmtewisselaar een verschillende diameter (ongelijke grootte). In beide gevallen ligt de diameter van de kogels bij voorkeur tussen 0.1 mm en 15 mm, maar grotere diameters zijn mogelijk. In een verdere uitvoeringsvorm hebben de kogels een diameter gelegen tussen 0.1 mm en 5 mm, in het bijzonder tussen 0.1 mm en 3 mm.The heat exchanger for gasifying fog fluid in a fog generator according to the invention comprises a plurality of balls, stacked according to a densest ball stack. In one embodiment, all balls in the heat exchanger have the same diameter (equal size). In another embodiment, the balls in the heat exchanger have a different diameter (unequal size). In both cases, the diameter of the balls is preferably between 0.1 mm and 15 mm, but larger diameters are possible. In a further embodiment the balls have a diameter between 0.1 mm and 5 mm, in particular between 0.1 mm and 3 mm.

In een verdere uitvoeringsvorm bestaan de kogels tenminste gedeeltelijk uit een corrosiebestendig materiaal. Zo kan corrosie bijvoorbeeld vermeden worden door het aanbrengen van een corrosie werende laag op stalen of koperen kogels, of kunnen de kogels gedeeltelijk of volledig bestaan uit roestvrij staal of keramische of koolstofbehoudende materialen, in het bijzonder roestvrij staal.In a further embodiment, the balls consist at least partially of a corrosion-resistant material. For example, corrosion can be avoided by applying a corrosion-resistant layer to steel or copper balls, or the balls can consist partly or completely of stainless steel or ceramic or carbon-containing materials, in particular stainless steel.

In een welbepaalde uitvoeringsvorm is de warmtewisselaar opgebouwd uit een behouder, bij voorkeur een cilindrische behouder, die voor meer dan 50%, in het bijzonder voor meer dan 60% gevuld is door de kogels. In een welbepaalde uitvoeringsvorm bevat de warmtewisselaar een ingang voor de mistvloeistof naar de behouder en een uitgang voor het gevormde gas/damp vertrekkende van de behouder. Bij voorkeur, zijn in- en uitgang zo geconfigureerd dat de mistvloeistof de volledige behouder moet doorlopen. In een bijzondere uitvoeringsvorm bevat de warmtewisselaar volgens de uitvinding bovendien een verdelingsmiddel. Het verdelingsmiddel verdeelt/verspreidt de mistvloeistof over het oppervlak van de behouder nabij de ingang van de warmtewisselaar. Eender welk verdelingsmiddel kan gebruikt worden. Zo kan de ingang van de warmtewisselaar zo uitgewerkt worden dat de inkomende vloeistof over meerdere kanalen verspreid wordt en/of kan er een verdeelplaat zijn waarin gaatjes voor een uniforme verspreiding van de mistvloeistof over de behouder zorgen. Gelijkaardig aan het verdelingsmiddel dat zich in de nabijheid van de ingang van de warmtewisselaar bevindt, is het ook mogelijk om collectiemiddelen te voorzien in de nabijheid van de uitgang. DeIn a specific embodiment, the heat exchanger is made up of a container, preferably a cylindrical container, that is filled by more than 50%, in particular more than 60%, by the balls. In a specific embodiment, the heat exchanger comprises an entrance for the mist liquid to the container and an outlet for the gas / vapor formed starting from the container. Preferably, input and output are configured so that the fog fluid must run through the entire container. In a special embodiment, the heat exchanger according to the invention furthermore comprises a distribution means. The distributing agent distributes / spreads the fog fluid over the surface of the container near the entrance of the heat exchanger. Any distribution agent can be used. The inlet of the heat exchanger can thus be worked out in such a way that the incoming liquid is spread over several channels and / or there can be a distribution plate in which holes ensure a uniform distribution of the mist liquid over the container. Similar to the distribution means located in the vicinity of the entrance of the heat exchanger, it is also possible to provide collection means in the vicinity of the exit. The

-4BE2018/5013 collectiemiddelen kunnen helpen in het collecteren van al het gevormde gas in bv. één uitgangskanaal in de warmtewisselaar.-4BE2018 / 5013 collection means can help in collecting all the gas formed in, for example, one outlet channel in the heat exchanger.

De huidige uitvinding voorziet eveneens een methode om een dichte, ondoorzichtige mist te genereren, de methode omvattende de volgende stappen:The present invention also provides a method for generating a dense, opaque fog, the method comprising the following steps:

- het opwarmen van de warmtewisselaar. In een welbepaalde uitvoeringsvorm is er een wikkeling omheen de behouder of zit er een verwarmingselement in de wand van de behouder, waardoor thermische Joules overgebracht kunnen worden. Het opwarmen gebeurt standaard via een elektrisch verwarmingselement;- heating the heat exchanger. In a specific embodiment there is a winding around the holder or there is a heating element in the wall of the holder, through which thermal Joules can be transferred. Heating is standard via an electric heating element;

- het inbrengen van een mistgenererende vloeistof in de warmtewisselaar via een ingang in de warmtewisselaar, waardoor de mistgenererende vloeistof wordt omgezet in zijn gas- dampvorm; en- introducing a fog-generating liquid into the heat exchanger via an entrance in the heat exchanger, whereby the fog-generating liquid is converted into its gas vapor form; and

- het laten uitstromen van het bekomen gas via een uitgang van de warmtewisselaar waardoor het een dichte, ondoorzichtige mist genereert zodra het in de atmosferische omgeving komt.- allowing the obtained gas to flow out via an outlet of the heat exchanger, as a result of which it generates a dense, opaque mist as soon as it enters the atmospheric environment.

Verder voorziet de huidige uitvinding eveneens een mistgenerator omvattende een reservoir dat een mistgenererende vloeistof bevat en een warmtewisselaar volgens een van de uitvoeringsvormen van de huidige vinding. Het reservoir voor de mistgenererende vloeistof kan zowel vervangbaar als onvervangbaar in de mistgenerator zijn ingewerkt.Furthermore, the present invention also provides a fog generator comprising a reservoir containing a fog generating fluid and a heat exchanger according to one of the embodiments of the present invention. The reservoir for the fog-generating fluid can be incorporated both replaceable and irreplaceable in the fog generator.

KORTE BESCHRIJVING VAN DE FIGURENBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

Fig. 1: Mistgenerator volgens de stand-van-techniek (beschreven in EP1985962)FIG. 1: Fog generator according to the state of the art (described in EP1985962)

Fig. 2: Verbeterde mistgenerator beschreven in PCT/EP2013/078112 (niet stand-van-techniek)FIG. 2: Improved fog generator described in PCT / EP2013 / 078112 (not state of the art)

Fig. 3: Mistgenerator volgens de uitvinding: doorsnede parallel aan de kogels, hebbende een configuratie met kogels van gelijke grootte (A), kogels van ongelijke grootte (2 diameter kogels (B) en Apolloniaans netmodel (C)FIG. 3: Fog generator according to the invention: section parallel to the balls, having a configuration with balls of the same size (A), balls of unequal size (2 diameter balls (B) and Apollonian net model (C)

Fig. 4: Diameterverhouding van hexagonaal gestapelde kralen d.m.v. een drie-dimensionele driehoek.FIG. 4: Diameter ratio of hexagonally stacked beads by means of a three-dimensional triangle.

Zoals hierin reeds beschreven, bevat een mistgenerator volgens de stand-van-techniek (Fig. 1) een reservoir (A) met daarin mistgenererende vloeistof (B). Deze vloeistof wordt gestuwd, bv. door een pomp of een drijfgas (C) naar een warmtewisselaar (D) die bestaat uit een kana(a)l(en) (E) omgeven door een warmtebehoudend materiaal dat opgewarmd is door een verwarmingselement (F). Bij het doorstromen door het kana(a)l(en) wordt de vloeistof omgezetAs already described herein, a prior art fog generator (Fig. 1) contains a reservoir (A) with fog-generating fluid (B) therein. This fluid is propelled, e.g., by a pump or propellant (C) to a heat exchanger (D) consisting of a channel (s) (E) surrounded by a heat-containing material that is heated by a heating element (F ). The liquid is converted when flowing through the channel (s)

-5BE2018/5013 in zijn gas/dampfase. Op die manier wordt een dichte mist gevormd bij het uitstoten van het gas door de daaropvolgende condensatie ervan in de atmosfeer.-5BE2018 / 5013 in its gas / vapor phase. In this way, a dense fog is formed when the gas is emitted by its subsequent condensation in the atmosphere.

Een verbeterde warmtewisselaar, die beter kan omgaan met de hoge debieten nodig voor een hoger debiet aan mistvloeistofvergassing, wordt voorgesteld in Fig. 2 (PCT/EP2013/078112). Hierin bevindt zich eveneens een reservoir (A) met mistgenererende vloeistof (B). Deze wordt gestuwd door gas gegenereerd na de ontsteking van een pyrotechnische stof (H). De warmtewisselaar (D) bestaat uit meerdere gestapelde plaatjes (G). De plaatjes hebben een doorgang (I). Door de geschakelde stapeling van deze doorgangen, dient de mistvloeistof een “labyrint-weg” af te leggen. Aldus komt de vloeistof uitgebreid in contact met praktisch de totale oppervlakte van de hete plaatjes en wordt deze zo omgezet in zijn gasvorm. De warmtewisselaar uit PCT/EP2013/078112 wordt gekenmerkt door volgende gegevens: ongeveer 70% van de inwendige ruimte wordt opgevuld door de plaatjes (193 ml plaatjes tov 82 ml vrij volume) en er is een rakend oppervlak tussen de plaatjes en de doorstromende vloeistof van ongeveer 11 dm² (oppervlak beschikbaar voor warmteuitwisseling).An improved heat exchanger, which can better handle the high flow rates required for a higher flow rate of mist liquid gasification, is shown in FIG. 2 (PCT / EP2013 / 078112). This also contains a reservoir (A) with fog-generating liquid (B). This is propelled by gas generated after the ignition of a pyrotechnic substance (H). The heat exchanger (D) consists of several stacked plates (G). The plates have a passage (I). Due to the switched stacking of these passages, the fog fluid must travel a "labyrinth path". The liquid thus comes into extensive contact with practically the total surface of the hot plates and is thus converted into its gas form. The heat exchanger from PCT / EP2013 / 078112 is characterized by the following data: approximately 70% of the internal space is filled by the plates (193 ml plates compared to 82 ml free volume) and there is a touching surface between the plates and the liquid flowing through about 11 dm ² (surface available for heat exchange).

Figuur 3 toont een bepaalde uitvoeringsvorm van de warmtewisselaar volgens de uitvinding (1 ). De warmtewisselaar voor het vergassen van mistvloeistof in een mistgenerator volgens de uitvinding bevat meerdere kogels (2) gestapeld volgens een dichtste bolstapeling. De maximum volume-densiteit (vullingsratio kogels staal/vrije ruimte) die in een oneindige ruimte behaald kan worden met kogels van gelijke grootte is 0,74048 (ruimtelijke vullingsfactor). Aangaande de maximum volume-densiteit maakt de diameter van de kogels geen verschil, enkel de wand van behouder (normaal gezien een rechte lijn bij een cilindrische behouder) heeft in praktijk een invloed, aangezien deze voorkomt dat de theoretisch maximale vullingsratio behaald kan worden. De kogeldiameter heeft wel een invloed op:Figure 3 shows a specific embodiment of the heat exchanger according to the invention (1). The heat exchanger for gasifying fog fluid in a fog generator according to the invention comprises a plurality of balls (2) stacked according to a densest ball stack. The maximum volume density (filling ratio of balls of steel / free space) that can be achieved in an infinite space with balls of the same size is 0.74048 (spatial filling factor). With regard to the maximum volume density, the diameter of the balls makes no difference, only the wall of the holder (normally a straight line with a cylindrical holder) has an influence in practice, since it prevents the theoretical maximum filling ratio from being achieved. The ball diameter does have an influence on:

- De weg (radius) die de warmte moet afleggen vanuit de kern van een kogel om het oppervlak te bereiken om daar overgedragen te worden naar de doorstromende vloeistof/damp.- The path (radius) that the heat has to travel from the core of a bullet to reach the surface to be transferred there to the flowing liquid / vapor.

₂₂

- De beschikbare oppervlakte per bol (4u*r ) x aantal kogels. Dus hoe kleiner de kogeldiameter in een behouder, hoe meer opgesomd oppervlak beschikbaar is voor warmteoverdracht.- The available surface area per bulb (4 hours * r) x number of balls. So the smaller the ball diameter in a container, the more listed area is available for heat transfer.

- De dynamische doorstromingsweerstand van de behouder. Immers, hoe kleiner de kogeldiameter, hoe meer kogels en hoe minder rechtlijnig en hoe langer de weg de doorstromende vloeistof/damp dient af te leggen vooraleer de uitgang van de warmtewisselaar bereikt wordt.- The dynamic flow resistance of the container. After all, the smaller the ball diameter, the more balls and the less linear and the longer the road has to travel through the liquid / vapor flowing through before the heat exchanger outlet is reached.

In een welbepaalde uitvoeringsvorm hebben alle kogels in de warmtewisselaar dezelfde diameter (gelijke grootte, fig. 3A). Hierbij kan de stapeling gebeuren volgens een hexagonale dichtste stapeling (rooster met een hexagonale symmetrie - hdp) of een kubisch vlak gecentreerde stapeling (rooster met een kubische symmetrie - hcp). In een andere uitvoeringsvorm hebben de kogels in de warmtewisselaar een verschillende diameter (ongelijke grootte, 2 diameters, fig. 3B) of volgen ze een Apolloniaans netmodel (model met kogels metIn one embodiment, all balls in the heat exchanger have the same diameter (same size, Fig. 3A). The stacking can take place in accordance with a hexagonal closest stack (grid with a hexagonal symmetry - hdp) or a cubic plane centered stack (grid with a cubic symmetry - hcp). In another embodiment, the balls in the heat exchanger have a different diameter (unequal size, 2 diameters, Fig. 3B) or follow an Apollonian net model (model with balls with

-6BE2018/5013 meer dan 2 verschillende diameters, fig. 3C) volgens een fractal, startende van 3 cirkels (kogels), elk rakende aan twee andere, die op hun beurt weer raken aan 3 andere, etc.-6BE2018 / 5013 more than 2 different diameters, fig. 3C) according to a fractal, starting from 3 circles (balls), each touching two others, which in turn touch 3 others, etc.

Het gebruik van kogels met 2 of meerdere verschillende diameters resulteert in enkele % meer beschikbare warmte-inhoud (Joules), een groter warmtewissel-oppervlak, meer (warmtegeleidende) contactpunten tussen de kogels (wat resulteert in een snellere opwarming van de binnenin gelegen kogels, dus een snellere en meer gelijkmatige temperatuurverspreiding vanuit het elektrische verwarmingselement) en een egaler aansluiten t.o.v. de cilinderwand (dus een beter verdeelde dynamische weerstand alsook het opvullen van mogelijke korte koude-kanalen naar de uitgang van de warmtewisselaar wegens onregelmatigheden in de stapeling). Daarentegen zal de dynamische weerstand (drukval over de warmtewisselaar) toenemen t.o.v. de doorstromende vloeistof/damp.The use of balls with 2 or more different diameters results in a few% more available heat content (Joules), a larger heat exchange surface, more (heat-conducting) contact points between the balls (resulting in a faster heating of the balls located inside, thus a faster and more uniform temperature distribution from the electric heating element) and a more even connection with respect to the cylinder wall (thus a better distributed dynamic resistance as well as the filling of possible short cold channels to the output of the heat exchanger due to irregularities in the stacking). In contrast, the dynamic resistance (pressure drop across the heat exchanger) will increase relative to the liquid / vapor flowing through.

Het gebruik van kogels met een diameter tussen 0.1 mm en 15 mm is het meest optimale en meest economische, maar grotere diameters zijn mogelijk. In een verdere uitvoeringsvorm hebben de kogels een diameter hebben tussen 0.1 mm en 5 mm, in het bijzonder tussen 0.1 mm en 3 mm.The use of balls with a diameter between 0.1 mm and 15 mm is the most optimal and most economical, but larger diameters are possible. In a further embodiment the balls have a diameter between 0.1 mm and 5 mm, in particular between 0.1 mm and 3 mm.

In een specifieke uitvoeringsvorm met twee diameters van kogels, hebben de grote kogels een gemiddelde diameter tussen 0.5 en 3 mm. Hoe kleiner de gekozen diameter van de kogels, des te hoger de dynamische weerstand van de warmtewisselaar. De gemiddelde diameter van de kleine kogels komt dan overeen met de maximum ingeschreven bol in een hexagonale pakking van de kogels. De ingeschreven bol raakt dan 4 grote kogels. Door gebruik te maken van een drie-dimensionele driehoek is de diameter-verhouding tussen hexagonaal gestapelde kogels en ingeschreven kogels te berekenen via volgende formules:In a specific embodiment with two diameters of balls, the large balls have an average diameter between 0.5 and 3 mm. The smaller the selected diameter of the balls, the higher the dynamic resistance of the heat exchanger. The average diameter of the small balls then corresponds to the maximum inscribed sphere in a hexagonal packing of the balls. The inscribed sphere then hits 4 large bullets. By using a three-dimensional triangle, the diameter ratio between hexagonally stacked balls and inscribed balls can be calculated via the following formulas:

• Berekening van de hoogte van het viervlak h = (2r/3) * \'6 • Berekening van de radius van de ingeschreven bol binnen de vlakken van het viervlak riv = (2r/12) * \6 = h/4 • Berekening van de hoogte van de onderkant van de centerbol hcb = h-r • Berekening van de radius van de ingeschreven bol rib = hcb - riv• Calculation of the height of the quadrilateral h = (2r / 3) * \ '6 • Calculation of the radius of the inscribed sphere within the planes of the quadrilateral riv = (2r / 12) * \ 6 = h / 4 • Calculation of the height of the bottom of the center sphere hcb = hr • Calculation of the radius of the inscribed sphere rib = hcb - riv

De samengestelde formule is dan:The compound formula is then:

rib = ((2r/3)* \6 - r) - ((2r/3)* ^6)) /4) = (V(3/2) - 1) * rrib = ((2r / 3) * \ 6 - r) - ((2r / 3) * ^ 6)) / 4) = (V (3/2) - 1) * r

Afgerond bedraagt de ratio tussen grote en kleine kogels 0,2247. De kleine kogels zullen zich in een optimale situatie verhouden tot de grote kogels volgens een factor 0,2247. Dit betekent dat indien de grote kogels een gemiddelde diameter tussen 0.5 en 3 mm hebben, de kleine kogels een diameter tussen 0,1 en 0,7 mm hebben.The ratio between large and small balls is 0.2247. In an optimum situation, the small balls will relate to the large balls according to a factor of 0.2247. This means that if the large balls have an average diameter between 0.5 and 3 mm, the small balls have a diameter between 0.1 and 0.7 mm.

In een verdere uitvoeringsvorm bestaan de kogels tenminste gedeeltelijk uit een corrosiebestendig materiaal. Zo kan corrosie bijvoorbeeld vermeden worden door het aanbrengen van een corrosiewerende laag op stalen of koperen kogels, of kunnen de kogels gedeeltelijk of volledig bestaan uit roestvrij staal of keramische of koolstofbehoudendeIn a further embodiment, the balls consist at least partially of a corrosion-resistant material. For example, corrosion can be avoided by applying a corrosion-resistant layer to steel or copper balls, or the balls can consist partly or completely of stainless steel or ceramic or carbon-containing

-7BE2018/5013 materialen, in het bijzonder roestvrij staal. Belangrijk is dat het gekozen materiaal een relatief hoge warmte-inhoud heeft t.o.v. de ingenomen volume- en warmtegeleiding. Hier kan geopteerd worden voor gelegeerd staal, koper, aluminium en/of zink.-7BE2018 / 5013 materials, in particular stainless steel. It is important that the chosen material has a relatively high heat content compared to the volume and heat conduction taken. Here you can opt for alloy steel, copper, aluminum and / or zinc.

In een welbepaalde uitvoeringsvorm is de warmtewisselaar opgebouwd uit een behouder, bij voorkeur een cilindrische behouder, die voor meer dan 60% gevuld is door de kogels. De vorm van de behouder is een vrij gegeven, maar vanuit fysisch standpunt is een cilinder de beste vorm door de drukweerstand en het minimale buitenoppervlak (optimale thermische isolatie). In de praktijk is vastgesteld dat bij een gebruik van kogels van bv. 3 mm diameter, meer dan 60% van de ruimte in de behouder kan worden ingenomen door het volume van de kogels. In een welbepaalde uitvoeringsvorm bevat de warmtewisselaar een ingang naar de behouder en een uitgang vertrekkende van de behouder. Bij voorkeur bevat de warmtewisselaar volgens de uitvinding bovendien een verdelingsmiddel. Het verdelingsmiddel verdeelt/verspreid de mistvloeistof over het oppervlak van de behouder nabij de ingang van de warmtewisselaar. Eender welk verdelingsmiddel kan gebruikt worden. Zo kan de ingang van de warmtewisselaar zo uitgewerkt worden dat de inkomende vloeistof over meerdere kanalen verspreid wordt en/of kan er een verdeelplaat zijn waarin gaatjes voor een uniforme verspreiding van de mistvloeistof over de behouder zorgen. Gelijkaardig aan het verdelingsmiddel dat zich in de nabijheid van de ingang van de warmtewisselaar bevindt, is het ook mogelijk om collectiemiddelen te voorzien in de nabijheid van de uitgang. De collectiemiddelen kunnen helpen in het collecteren van al het gevormde gas in bv. één uitgangskanaal in de warmtewisselaar.In a specific embodiment, the heat exchanger is made up of a container, preferably a cylindrical container, that is more than 60% filled by the balls. The shape of the container is a free fact, but from a physical point of view a cylinder is the best shape due to the pressure resistance and the minimal outer surface (optimal thermal insulation). It has been established in practice that with the use of balls of, for example, 3 mm diameter, more than 60% of the space in the container can be occupied by the volume of the balls. In a specific embodiment, the heat exchanger comprises an input to the container and an output starting from the container. The heat exchanger according to the invention preferably also comprises a distribution agent. The distributing agent distributes / spreads the fog fluid over the surface of the container near the entrance of the heat exchanger. Any distribution agent can be used. For example, the entrance to the heat exchanger can be worked out in such a way that the incoming liquid is distributed over several channels and / or there can be a distribution plate in which holes ensure uniform distribution of the mist liquid over the container. Similar to the distribution means located in the vicinity of the entrance of the heat exchanger, it is also possible to provide collection means in the vicinity of the exit. The collection means can assist in collecting all the gas formed in, for example, one outlet channel in the heat exchanger.

- het opwarmen van de warmtewisselaar (kogels (2));- heating the heat exchanger (balls (2));

- het inbrengen van een mistgenererende vloeistof in de warmtewisselaar via een ingang (3) in de warmtewisselaar, waardoor de mistgenererende vloeistof wordt omgezet in zijn gas- dampvorm; en- introducing a fog-generating fluid into the heat exchanger via an inlet (3) in the heat-exchanger, whereby the fog-generating fluid is converted into its gas vapor form; and

- het laten uitstromen van het bekomen gas via een uitgang (4) van de warmtewisselaar waardoor het een dichte, ondoorzichtige mist genereert zodra het in de atmosferische omgeving komt.- allowing the obtained gas to flow out via an outlet (4) of the heat exchanger, as a result of which it generates a dense, opaque mist as soon as it enters the atmospheric environment.

Aan de ingang (3) bevindt zich een verdelingsmiddel (5), in dit geval een verdeelplaat in de vorm van tressengaas (5a) (geweven gaas). Bij de uitgang is er eveneens een collectiemiddel (6), hier bestaande uit een laag tressengaas (6a) en collectieplaat (6b) die meerdere kanalen samenbrengt in één uitstroomkanaal.At the entrance (3) there is a distribution means (5), in this case a distribution plate in the form of stress mesh (5a) (woven mesh). At the exit there is also a collection means (6), here consisting of a layer of stress mesh (6a) and collection plate (6b) that brings together several channels in one outflow channel.

-8BE2018/5013-8BE2018 / 5013

Bij een praktische uitvoering met 12750 kogels met een diameter van 3mm en een gewicht van 0.11g vervaardigd uit roestvrij staal (AISI 430), is het buitenoppervlak van de kogels ongeveer 36 dm (oppervlak beschikbaar voor warmteuitwisseling).In a practical version with 12750 balls with a diameter of 3 mm and a weight of 0.11 g made of stainless steel (AISI 430), the outer surface of the balls is approximately 36 dm (surface available for heat exchange).

In de behouder met een inwendig volume van 288 ml wordt dan 180 ml (62.5%) gevuld door de kogels en is er een resterend vrij volume van 108 ml (37.5%). Het totale gewicht van de warmtewisselaar kan zo, inclusief kogels (1403 g), bodem (270 g), deksel en schijven (252 g) en behouder (850 g) beperkt worden tot slechts 2,78 kilo en dit bij een minimaal ingenomen totaal volume.In the container with an internal volume of 288 ml, 180 ml (62.5%) is then filled by the balls and there is a remaining free volume of 108 ml (37.5%). The total weight of the heat exchanger, including balls (1403 g), bottom (270 g), lid and disks (252 g) and container (850 g) can be limited to just 2.78 kilos and this with a minimum total taken volume.

De warmtewisselaar volgens de uitvinding is bijzonder eenvoudig te produceren en vereist geen laswerk van het materiaal dat voor de warmte-opslag en -overdracht zorgt. Bovendien kan het op een goedkope manier geproduceerd worden met een goede corrosiebestendigheid. Bovendien zijn roestvrij stalen kogeltjes van bv. 3 mm bijzonder goedkoop in aanschaf. De warmtewisselaar laat bovendien toe om onder zeer hoge druk een ingespoten hoeveelheid mistvloeistof bijzonder snel te vergassen dankzij zijn groot warmtewisseloppervlak in verhouding tot zijn gewicht en ingenomen volume. Een groot voordeel t.o.v. een labyrinth warmtewisselaar met plaatjes is zijn variatie met betrekking tot warmte-inhoud (Joules) en het warmtewissel-oppervlak, de kortere weg die Joules moeten afleggen om het warmtewissel oppervlak te bereiken, een nog snellere opwarming en een meer egale verdeling wanneer gebruik gemaakt wordt van kogels met een verschillende diameter.The heat exchanger according to the invention is particularly simple to produce and does not require any welding work on the material that provides heat storage and transfer. Moreover, it can be produced in an inexpensive manner with good corrosion resistance. In addition, stainless steel balls of, for example, 3 mm are particularly inexpensive to purchase. Moreover, the heat exchanger allows a very high pressure to gasify an injected quantity of fog fluid thanks to its large heat exchange surface area in proportion to its weight and volume taken up. A major advantage over a labyrinth plate heat exchanger is its variation with regard to heat content (Joules) and the heat exchange surface, the shorter path that Joules must travel to reach the heat exchange surface, even faster heating and a more even distribution when using balls of different diameter.

Claims

CONCLUSIONS

A heat exchanger (1) for gasifying fog fluid in a fog generator, the heat exchanger comprising a plurality of balls (2) stacked according to a densest ball stack and a diameter between 0.1 mm and 15 mm.

The heat exchanger (1) according to claim 1, comprising a plurality of balls (2) of the same size.

The heat exchanger (1) according to claim 1, comprising a plurality of balls (2) of unequal size.

The heat exchanger (1) according to any one of the preceding claims, wherein the balls have a diameter between 0.1 mm and 5 mm, in particular between 0.1 mm and 3 mm.

The heat exchanger (1) according to any one of the preceding claims, wherein the balls consist at least partially of a corrosion-resistant material.

The heat exchanger according to any one of the preceding claims, comprising a container (9) in which the internal volume of the container is more than 60% filled by the balls.

The heat exchanger according to any one of the preceding claims, further comprising a distribution means (5).

8. A method of generating a dense, opaque fog, the method comprising the following steps:

- heating the heat exchanger (1) according to any one of the preceding claims;

- introducing a fog-generating fluid into the heat exchanger via an input (3) in the heat-exchanger, whereby the fog-generating fluid is converted into its gas form; and

- allowing the obtained gas to flow out via an outlet (4) of the heat exchanger, as a result of which it generates a dense, opaque mist as soon as it enters the environment.

A fog generator comprising a reservoir containing a fog-generating fluid and a heat exchanger according to any of claims 1 to 7.