CN101681546B - 用于计量释放刺激物的方法和设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种在反人员防护的房间内利用驱动剂和/或溶剂气体计量释放刺激物的方法和设备。本发明描述了在反人员防护房间内利用驱动剂和/或溶剂气体释放刺激物同时符合健康极限的计量控制器的方法和装置，在第一剂量(TE)后，按时间间隔进行后续剂量(TN)，使得不会超过室(1)内刺激物的危险极限，并且还总是满足足够有效的浓度，并且补偿由于该药剂、系统和环境产生的浓度下降损失(SF，SV)。浓度损失用计量方法检测和/或作为由参数决定的变量(SF，SV)并且可以作为控制装置(7)的程序解。
Description
技术领域
本发明涉及用于计量释放刺激物的方法和设备，当用于室内非伤害反人员防护时，该方法和设备利用刺激物喷射装置或者刺激物喷雾装置发出的驱动气和/或溶解气。
术语“刺激物”用于表示以给定计量量对人类或者动物产生刺激性而不导致永久的健康伤害的物质。在这种情况下，刺激性效果依赖于刺激物的作用浓度和性质。对于是否导致伤害作用或者致命伤害作用，对这些物质进行计量是至关重要的。
根据本发明的计量控制涉及主要对皮肤、尤其是粘膜和呼吸起作用的刺激物，但是不限于这类刺激物。
在这方面，所述及的刺激物是合成物质(例如，CS(2-氯苯亚甲基丙二腈))还是天然物质(例如，OC(有机碳))或者是合成物质和天然物质的组合并不重要。
背景技术
刺激物被用于反人员防护中作为非致死的活性剂，例如，用于对进入封闭室内的入户行窃进行保护。在这种情况下，用驱动气和/或溶解气喷出刺激物以很好地分布到室内空气中。此外，刺激物喷射装置也是已知的，其利用泵送或者气体加载(驱动气)通过喷嘴进行机械雾化。
DE 44 24 772 A1公开了用于报警系统的自动刺激物喷射装置，其中，瓶子被机械地打开，使得刺激性气体直接从瓶中散布到周围空气中。
DE 202 01 265 U1公开了一种自动CS气体喷雾装置，其中，借助短喷嘴使刺激性气体从供应容器中散发出来，并且借助风扇将刺激性气体/空气混合物排出到周围空气中。
在DE 299 23 948 U1中，公开了一种遏制罪犯的设备，其中刺激性气体从供应瓶直接排放到周围空气中。
EP 0 524 313 B1描述了一种喷雾剂分布系统，用于在大空间中雾化各种成分。
此外，EP 0 425 300 B1公开了一种用于喷射活性物质(杀虫剂)的计量和排放系统。驱动剂(优选地是二氧化碳)以液态进入管道系统并且借助混合循环与活性物质混合。该系统并不适于喷射刺激物。
最后，DE 10 2006 016 286 A1公开了一种方法和设备，在较大的室内或者室外区域，利用管道系统将固体或者液体刺激物或者战剂很好地分布，以达到反人员防护目的。
根据现有技术，没有公开这样的刺激物喷射装置或者刺激物喷雾装置，其中可以获得室内的最佳刺激物浓度，并且将该浓度维持持续长的时间周期。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于计量释放刺激物的方法和设备，该方法和设备使用自动或者半自动释放装置并利用驱动气和/或溶解气以进行室内反人员防护，同时符合健康限制值，使用该方法和设备，在持续长的时间周期内，在室内空气中在不造成伤害的同时维持刺激物的最高效率并且维持刺激物的预定浓度。
利用包含权利要求1的技术特征的方法和包含权利要求8的技术特征的设备可以获得上述目的。各种改进的改变以及配置是各个从属权利要求的主题。
对于人类，刺激物对感官起作用，也就是说对皮肤和黏膜，尤其是眼睛和呼吸道中的神经末梢起作用。根据施加于人的浓度，相应的后果是流泪和流鼻涕、呼吸困难直至停止呼吸、皮肤刺激直到皮肤烧伤的程度等等。
因此，本发明的基本点在于，根据室内的空间，只有刺激物的释放量是以低于对健康而言是安全的且不会造成永久损害的量的计量方式进行释放，室内的刺激物释放导致的健康伤害才能够避免。
取决于所用刺激物性质的健康限度值是按照mg/m3室内空气进行规定的。它对应于健康的人呆在那儿而不会造成永久伤害的刺激物浓度量。对该限定值进行监测以避免健康伤害。
只有刺激物的释放量接近对于健康而言是安全的限度值并且在期望的防护周期(保护周期)内维持该释放量，才能够获得室内反人员防护的较高效果。
要达到恰当或者必要地释放较少量的刺激物并且对该量进行调整以适应所涉及的要求，使用在此描述的方法也是可能的。与最大值不同的这种要求可以是，例如法定要求，早期报警释放，安全储备等等。
本发明基于下述认识，对于在进行目标保护的人防区域中的刺激物释放，需要对(第一次)释放进行计量以确保刺激物的浓度不超过健康危害水平。
发明人进一步认识到：为了在持续长的周期内，将室内的刺激物维持在最佳浓度量，需要对由于排放损失进行补偿，这种排放损失由于(例如)在释放的与室内体积相关的初始计量之后的携带刺激物室内空气的空气交换、刺激物的沉积和刺激物的水解(hydrologisation)而发生。
为此，如果浓度低于预定的水平，必须再次释放刺激物，直到在周围空气中重新获得最大允许的浓度值。因此，通过控制排放装置，对由于物质、装置和环境导致的浓度损失进行计量控制以在第一次释放的周期内维持给定的刺激物浓度。
因此，本发明提供了一种用于在室内释放刺激物以进行反人员防护时进行计量控制以符合健康限度值的方法和设备，其中，含在驱动气和/或溶解气中的刺激物借助于释放设备被排放出来，或者借助于管道系统以及至少一个阀门控制的排出孔直接从压力存储容器中排放出来。
通过控制，可以在第一时间间隔内利用基于参数的影响因素来释放刺激物以进行第一次递送，所述基于参数的影响因素受物质和装置以及环境支配，其中，时间间隔的长度由排除健康损害作用的最大允许值决定。在进一步的过程中，在一个或者多个时间间隔内进行后续计量以补偿由于物质、装置和环境引起的损失，其中，影响因素中的大多数是预先确定的和/或可以计算的，且优选地，只有温度(也可能是空气运动)被测量作为一个变量值，以进行计量控制，该变量值决定驱动气的压力。
受相关物质支配的上述影响因素显著地对刺激物产生影响。
如果适当的传感器可用，那么除了基于参数的计量控制之外，也可能直接测量室内的刺激物浓度，该测量值用于装置中作为用于调节计量释放的控制值。
此外，达到该目的的先决条件是将刺激物均匀很好地分布在室内，并且刺激物传感器处于可靠的和无阻碍的运行模式。
由于所涉及的物质和环境导致的损失例如由下述影响因素确定：
-室内尺寸m3，
-刺激物种类和对于健康而言是安全的多个限度值，多个限度值分别预先确定，单位mg/m3，
-溶解气或溶剂中的刺激物浓度，单位mg/ml，
-驱动气种类，特点在于特定的温度压力(其中，驱动气也可以起溶解气的作用)，
-驱动气-溶剂-刺激物的混合物、乳液和溶液浓度，单位：每单位体积溶液刺激物mg或者溶液百分比，
-半衰期时间，由水解(hydrologisation)引起(如果发生)，单位：数量/时间，
-驱动气的压力波动，由驱动气温度波动和在相同时间单位内与此相关的不同排放量引起，单位：bar/℃，
-由于将刺激物从室内空气沉积出来导致的损失，单位：数量/时间，和
-由于富集的室内空气量的排放导致的通风损失，例如，从相邻的室内到室外排放时，由于空调装置、车库通风槽等等引起的损失，单位：数量/时间。
排出孔处的装置支配的影响因素“穿透流量每时间单位”作为初始递送和后续计量的计算中的固定值。穿透流水平(through-flow level)也可能被改变和控制。
所述影响因素的控制受到所述方法以及根据该方法运行的设备的影响，使得在利用刺激物释放装置进行反人员防护中，在释放情况下，在室内空气中不会超过对健康没有伤害的刺激物浓度的限度值。同时，确保维持接近对健康没有伤害的限度值的有效浓度至少20分钟的时间周期，使得反人员防护是可能的，同时没有伤害到人。
就此而言，在第一次释放中，与存储容器中的刺激物供应无关，要释放的刺激物量只是在室内空气中得到预定的浓度值。
对一个或者多个人进行防护的室内刺激性气体的最大非伤害量是通过将与刺激物相关的限度值或者预设值乘以室内体积作为初始刺激物释放量计算出来的(例如，CS＝2mg/m3)。例如，利用IDLH值预先确定CS刺激物。
IDLH(对生命和健康造成直接危害的)是物质的浓度，由美国职业安全与健康管理局和国家职业安全与健康研究所在评估意外事故的概念的框架中限定。根据该概念，在暴露于IDLH的量级的情况下，应当可能逃走，即使防毒面具失效，如果暴露于这种物质持续累计30分钟，没有遭到生命威胁或者其他的严重健康威胁。这也可能涉及到其他的国际或国家管理规定，所述管理规定用于避免对健康产生伤害而针对刺激物起作用的浓度设定了限度值，并且也规定在一些情况下的作用时间，该限度值作为最大的限度值。
因此，第一次释放量的表述用于表示最高允许的或者预定的刺激物量，该刺激物量对于刺激物释放到整个室内空间以对人进行第一次防护是必须的。
与此不同，后续计量的量是根据给定的时间周期、浓度保持时间，考虑刺激物沉积、空气流通损失和刺激物水解进行调整，以重新获得第一释放浓度。基于安全的原因，最好使所述值低于最大允许值。在释放CS刺激物中，即使浓度等级低于最大允许值，也得到好的防护性能。
为了得到在室内的反人员防护时不造成身体损害的最大效果，例如当使用CS刺激物时，应当释放低于2mg/m3的室内浓度并且维持至少20分钟的时间周期。
商业上可用的刺激物喷雾器的容量很少能够满足对于给定室内空间要求的和允许的数量。
它们的活性物质的容量是随机建立的并且与要释放的室内空间没有关系。当商业上可用的刺激物喷雾器在室内清空时，可能导致超过对健康有害的浓度，也可能导致浓度低于适当的值以至于没有效果。除此之外，释放通常是直接针对人的，因此这可能局部地涉及到不同的危害值。为了使各个点浓度超值的可能性最小或者避免，要进行控制或者调节的刺激性气体释放装置必须具有足够宽的分支排放系统，该分支排放系统允许均允分布。
优选地，通过对刺激物出口阀门进行时间控制，进行对计量刺激物到室内空气的递送的控制。
此外，通过使排出孔变窄或者扩大，也可以控制排出孔处的排放量。
刺激物溶液的浓度和数量可以由商业上可用的刺激物容器的供应商设定或者可以进行混合设定。
同样，驱动气和/或溶解气和在一些情况下用到的附加溶剂和/或乳化剂的化学组分和物理性质是已知的。驱动气的温度和压力以及管道、阀门和喷嘴的尺寸是已知的，或者可以通过它们的穿透流量进行测量或者计算。
可能从这些数值中计算或者从试验中确定单位时间内(例如以秒计)从存储容器中释放了多少刺激物(mg/s)，以获得期望的刺激物浓度。
利用时间控制装置，来控制刺激物释放阀门，时间控制装置如时间继电器、处理器或者定时时钟等等，限定刺激物释放阀门的开启时间以使对应于室内空间的释放量低于对健康没有伤害的限度值。
在开始防护过程时根据室内体积释放最大允许量的刺激物的这种释放通常被称为第一递送过程。
在释放刺激物之后，各个占主导的影响因素，诸如刺激物沉积、由于从室内的泄露而产生的通风损失以及刺激物的水解等开始起作用。如果这没有受到阻碍，则所释放的刺激物浓度随着其作用的时间而降低，直到变得没有效果。
为了获得有效的室内保护以及在较长时间周期内的反人员防护，必须在给定时间即锁定时间后，通过释放后续计量的量的补充释放来补偿室内空气中的刺激物浓度损失。
术语“补充释放”用于表示精确量刺激物的释放，其补偿从第一次释放到补充释放的时间内发生的刺激物损失。它用于维持室内的第一次释放的刺激物浓度，从而重新获得与第一次释放相同强度的防护效果。
补充释放涉及到在给定的浓度保持时间周期之后，由于刺激物沉积、空气循环损失和刺激物水解，设定要补偿的补充量以重新获得第一次释放浓度。
单位时间内的刺激物沉积损失被称为物理参数，例如，在使用CS的情况下，在两个小时内它们是33％的释放量，即0.275％每分钟。
通风损失将根据建筑物物理特性进行估计或者确定。涉及到每单位时间的损失(mg/m3)的后续计量量的计算，称为后续计量量。
这里，所述单位时间指的是从第一次计量到后续计量时逝去的时间。
涉及到多种刺激物的刺激物水解涉及后续计量及它的半衰期时间，在使用CS的情况下，在进行后续计量时，为14分钟。
根据影响因素的幅度和要求的防护效果提供后续计量量的时间中的时刻和以时间表示的后续计量时刻，要求的防护强度包括低于非致死的要求浓度且因此作为最大量的允许浓度和要求的作用强度即最小浓度。
第一次释放和后续计量之间的时间周期是锁定时间，在此期间内时间继电器被锁定等待触发。它开始于释放第一次触发量之后，结束于进行后续计量的时刻，在进行后续计量的时刻开始释放后续计量的量。当影响因素已经将刺激物浓度减少到获得期望的效果和相关的浓度的下限值的程度时，达到了后续计量时间。
因此，后续计量时间是刺激物释放阀门被打开以进行后续计量的时间。只要要求释放后续计量的量，那么阀门就保持打开。
如果在混合装置的情况下的驱动气容器或者带有驱动气溶剂和刺激物的存储容器被布置在具有温度波动的室内，由于驱动气压力的变化，排放量在单位时间发生变化。
在对各种气体已知的所谓压力-温度图中，可以根据驱动气或者溶解气确定压力导致的排放变化。
压力随着温度升高而上升，并且随着温度下降而降低。释放量也因此在单位时间内上升或者下降。
这些过程通过启动用于影响时间控制的温度测量装置来补偿。根据温度的变化缩短或者加长刺激物阀门开启时间。
在热的情况下缩短开放时间，在冷的情况下加长开放时间，因此获得第一次释放和后续计量的值而与温度导致的压力变化无关。
另一种可能性涉及到使用管道系统中或者出口开口中的双金属件或者液体恒温器，来补偿温度变化和与此相关的压力变化以及排放变化，从而以热力学方式进行改变。
在这种情况下，液体恒温器或者双金属件自动减少在最低温度要求的最大横截面，以进行必要的释放。因此，当温度和压力增加时减少刺激物流通量，从而补偿由于压力上升增加的流通量。
就此而言，在结构设计上，使恒温器的最大开口横截面小于开口阀门或者出口开口的开口横截面。
适合于(例如)移动刺激物/刺激性气体释放装置的改进方案利用刺激物传感器控制刺激物/刺激性气体的排放量。在第一次释放和后续计量中，如果在要递送刺激物的空气中达到了期望值或者限度值或者健康限度值，一个或多个刺激物传感器施加各自的校正信号给控制单元。
利用这种运行方式，必须通过对室内空气中的刺激物浓度进行在线测量并且在处理器进行编程来补偿分布排放量中的差异。这种分布差异在第一次释放和后续计量时发生，直到刺激物从排放口中相对均匀地分布。多个刺激物传感器和网络编程的使用使得可能获得相对均匀的刺激物分布。
与上述发明不同，在本说明书开头处引用的现有技术中的刺激物喷射装置和刺激物喷雾装置在释放刺激物时不考虑室内空间大小，也就是说只是随机释放刺激物。然而，在不考虑室内体积进行刺激物释放的情况下，一方面，存在超过限度值从而带来对健康损害的风险，另一方面带来浓度低于期望的水平从而装置无效的风险。因此，现有技术中的装置基本上不适于室内反人员防护。同样，利用已知的装置，由物质、装置和环境决定的对刺激物浓度的影响因素是被忽略的。
因此，根据本发明的方法和根据本发明的设备与现有技术的系统的区别在于：在第一次释放中提供计量作用，并且也进行后续计量，这与存在上述问题的一次性释放刺激物不同。
附图说明
参照附图更加详细地说明本发明的操作方式，附图中：
图1示出具有处理器和温度传感器的计量控制装置的基本操作方式；以及
图2示出具有处理器和恒温器的控制的操作方式。
具体实施方式
参照图1和2中使用CS刺激物来说明实施例。然而也可以使用所有其他种类的刺激物和刺激性气体。
当在室1内为了反人员防护而释放作为非致死、非伤害的有效药剂(非致死武器)的CS刺激剂时，仅可释放计量量的CS刺激剂，这样排除了对健康的损害。
同时，为了实现高效的防护，必须释放预定的或者尽可能高的浓度水平。
根据IDLH值(立即威胁生命和健康浓度值)，人类可以暴露于CS作用30分钟而不对健康造成损害的极限值例如是室内空气中2mg/m3的CS刺激物浓度。在从存储容器中不计量释放CS的情况下，取决于相应的存储量和室内大小，反人员防护会没有效果或者会导致伤害，仅CS计量与室内空气的比例是关键。
为了实现在较长时间段内尽可能高的防护有效性，CS刺激剂的浓度必须接近极限值并且必须保持于极限值。这和CS与空气湿气发生水解作用是有冲突的，上述水解作用导致产生邻氯苯甲醛和丙二酸二腈的物质，这些物质对于防护是无效的。这种情况下半衰期为大约14分钟。
为了在第一次释放TE之后在较长时间段内保持预定的CS浓度，需要后续计量TN，其补偿水解损耗。
使用驱动气和/或溶解气来释放和非常精细地分布CS刺激剂意味着释放量随着这些气体的温度变化及以及所导致的气体压力的变化而变化。
由于温度所导致的压力波动，所增加的CS刺激剂的排放量也在同一释放周期内变化。
在具有高气压和高排放速度的高温下，可能超过2mg/m3的极限值。在低温下排放量可能太低而没有效果。
因此为了实现有效的反人员防护，必须在较长时间段内将CS刺激剂的浓度保持在2mg/m3的极限值或者另外的预定浓度而不超过它。
用以防御入侵者的足量刺激剂由喷雾装置2排放到室1内并保持一段时间，例如30分钟。
喷雾装置2包括含压缩气瓶的存储容器3或分配设备中的存储容器，其中的刺激剂经由阀4提供到一个或多个出口喷嘴5。阀4例如是电磁阀，其是可控的。然而也可以控制出口喷嘴5的通流量和/或开度。
如果挡光板装置等由传感器6——例如入室行窃信号装置——触发，则控制单元7通过启动信号12启动。控制单元7然后根据固定值SF和可变值SV控制所述阀。图1中的实施例的控制仅与时间t相关地执行，其中阀4打开和关闭。
在第一次释放的第一时间间隔TE中，室1接受到预定的防护剂量。
由于各种影响因素，剂量降低，并且在给定时间t之后，必须在一个或多个时间间隔TN中实施后续计量。
影响因素由物质和设备主导并且还由环境影响导致。
由物质和设备主导的影响因素例如是：
-刺激剂种类
-刺激剂沉积
-刺激剂浓度
-刺激剂的水解
-每单位时间的释放量。
由环境主导的影响因素例如是：
-室内尺寸
-驱动气的温度以及与之相关的蒸发压力
-通过室的开口的空气流动。
出于控制的目的，影响因素划分成能够固定地预先设置的固定控制值SF和操作期间能够变化的可变控制值SV。
可变值SV包括温度和空气流动，就此而言，通过温度传感器8仅仅测量温度就足够了，然后该温度被提供到控制单元7作为校正信号13。可能的空气流动可以基于结构工程来计算并考虑在内作为相应设备的固定值。
如果将被污染的室1内装有空调和通风设备，其中室内空气由风扇以给定的间隔换气，那么可以另外将换气考虑在内作为控制单元7的控制值SV(例如气流流过或者没有流过风扇)。
控制值SF、SV由计算机9检测和评估。计算机9确定第一次释放TE和后续计量TN的必要的时间T并且计时器10控制阀4。
必要的能量由电源11提供到计量控制系统。
图2在排放装置2的管道系统中使用了恒温器12取代温度传感器8，用于根据温度所导致的压力波动来增加或降低通流量。
所有其他影响因素由控制单元7通过根据时间打开和关闭阀4来控制。
附图标记列表
1 室
2 排放装置
3 存储容器
4 可控阀
5 出口
6 触发传感器/触发装置
7 控制单元
8 温度传感器
9 计算机
10 计时器
11 电源
12 启动信号
13 校正信号
14 恒温器
Claims (13)
1.一种用于反人员防护的借助驱动气和/或溶解气在室(1)内计量释放刺激物的方法，其中，通过带有计算机和定时器的控制装置(7)基于控制值控制刺激物的释放使得在第一次计量TE后按照时间间隔进行后续计量TN，从而使室(1)内的刺激物浓度在期望的保护期期间不超过危及健康的极限值且所述浓度不低于足够有效的浓度，其中由物质、装置和环境所导致的影响因素被补偿，
控制值被所述计算机的程序技术处理并送到定时器并且以时间间隔TE和TN的形式送到阀门，用于控制开启和关闭循环；以及
温度测量装置连续检测所述驱动气和/或溶解气的温度。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于所述影响因素为预先设置的控制值和/或能够被测量或计算的可变控制值，并且可以被控制装置(7)利用。
3.根据权利要求2的方法，其特征在于由刺激物的种类、刺激物的浓度、刺激物的沉积、水解、单位时间的释放量、室内尺寸、驱动气的温度和/或室（1）内的空气流动来确定控制值。
4.根据权利要求1-3的任一项的方法，其特征在于所述驱动气和/或溶解气的温度被所述控制装置(7)利用，作为持续变化的控制值。
5.根据权利要求1-3的任一项的方法，其特征在于在所述室和周围空气之间的空气交换被所述控制装置(7)利用，作为持续变化的控制值，所述空气交换通过开口和/或通过扩散发生。
6.根据权利要求5的方法，其特征在于所述空气流动由空调和通风装置中的风扇的空气流决定。
7.根据权利要求5的方法，其特征在于所述空气流动由建筑物理学或通过试验确定。
8.一种用于反人员防护的借助驱动气和/或溶解气在室(1)内计量释放刺激物的装置，具有包含储存容器(3)的排放装置（2）、管道系统和至少一个利用可开关阀门（4）启动的出口喷嘴（5），其中：
带有计算机（9）和定时器（10）的控制装置（7）与排放装置(2)连接用于基于控制值来实现室(1)内的最佳刺激物浓度；
所述排放装置（2）包括温度测量装置（8，14），用于连续检测驱动气和/或溶解气的温度；
由计算机（9）的程序技术处理的控制值可以送到定时器（10）并且可以时间间隔TE和TN的形式送到所述阀门（4），用于控制开启和关闭循环；以及
控制装置(7)基于所述控制值控制排放装置(2)的阀(4)，使得在第一次计量TE之后以时间间隔进行后续的计量TN，以使室(1)中刺激物浓度在期望的保护期期间不超过危及健康的极限值且所述浓度不低于足够有效的浓度，其中由物质、装置和环境所导致的影响因素被补偿。
9.根据权利要求8的装置，其特征在于所述排放装置（2）包含用于溶液中的作为溶剂与驱动气和/或溶解气的液化气以及刺激物的混合装置或带有溶液中的驱动气和/或溶解气溶剂混合物和刺激物的压缩气瓶。
10.根据权利要求8或9的装置，其特征在于恒温器（14）布置在排放装置（2）的管道系统中，在出口喷嘴（5）的上游，用于刺激物的通流量的与温度相关的控制。
11.根据权利要求10的装置，其特征在于取决于驱动气和/或溶解气的温度和与温度相关的压力变化，出口喷嘴（5）的通流量是可变的。
12.根据权利要求10的装置，其特征在于取决于温度和与温度相关的压力变化而不同的排放量可以采用释放阀的开启时间来补偿。
13.根据权利要求10的装置，其特征在于提供减压装置来补偿由温度导致的驱动气和/或溶解气的压力变化来实现相等的排放值。
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