DE1692251A1

DE1692251A1 - Procedure for reaching a certain temperature quickly and maintaining it for a longer period of time

Info

Publication number: DE1692251A1
Application number: DE19681692251
Authority: DE
Inventors: Hellmut Bendler; Gawlick Heinz Dipl-Chem Dr; Siegelin Werner Dipl-Chem Dr; Guenter Dipl-Chem Dr Marondel
Original assignee: Dynamit Nobel AG
Current assignee: Dynamit Nobel AG
Priority date: 1968-01-25
Filing date: 1968-01-25
Publication date: 1971-07-29

Description

t'Verfahren zur schnellen .Erreichung und längeren Einhaltung einer bestimmten Temperatur" Vorliegende Erfindung ermöglicht es, einen Körper oder ein System schnell auf eine gewünschte Temperatur zu. bringen und diese Temperatur über einen längeren Zeitraum hinweg aufrecht zu erhälten. Dies wird dadurch erreicht, daß man mit Hilfe eines an sich bekannten schnell reagierenden pyrotechnischen Satzes das zu erhitzende System aufheizt und ein, direkt, oder über den pyrotechnischen Satz bzw.. dessen Schmelze, mit dem zu erhitzenden Körper verbundenes, Metall oder eine Legierung schmilzt und daß dem Metall oder der Legierung-von einem zweiten an sich bekannten, langsam abbrennenden, pyrotechnischen Satz über die Reaktionszeit des schnell abbrennden pyrotechnischen Satzes hinaus ?Warme zugeftihrt wird, die von, diesen als Schmelzwärme gespeichert und an das zu erhitzende System abgegeben wird.t'Procedure for quick. attainment and longer adherence to a certain temperature "The present invention enables a body or a System quickly to a desired temperature. bring and this temperature over to maintain for a longer period of time. This is achieved by that one with the help of a known, fast-reacting pyrotechnic charge the system to be heated is heated and switched on, directly or via the pyrotechnic Set or .. its melt, connected to the body to be heated, metal or one alloy melts and that the metal or alloy - from a second known, slow-burning, pyrotechnic charge on the reaction time of the rapidly burning pyrotechnic charge? from, this stored as heat of fusion and given off to the system to be heated will.

Es sind bereits Systeme bekannt, die es ermöglichen, einen Körper schnell auf eine gewünschte Temperatur zu bringen und diese Temperatur auch über einen längeren: Zeitraum aufrechtzuerhalten. So werden z.B. elektrische Heizwicklungen verwendet, deren Leistung beim Erreichen .einer bestimmten, vorgegebenen, Temperatur gedrosselt wird, wodurch man diese Temperatur über einen längeren Zeitraum hinweg konstant halten kann. hat den-Nachteile daß zu seiner Durchführung ein kostspieliger und aufwendiger apparativer Aufbau nötig ist. -Die Verwendung von pyrateehnischen Sätzen ist nur zum schnellen. Äntheizen von Körpern bekannt. Ihre Wirkung ist ähnlich wie diejenige einer Heizplatte oder eines Tauchsieders; ihrem Vorteil des sehr schnellen Aufheizens steht jedoch der Nachteil gegenüber, daß es bis jetzt nicht gelungen war, unter Zuhilfenahme von pyrotechnischen Sätzen, einen auf eine bestimmte Temperatur gebrachten Körper für eine gewisse Zeit auf dieser Temperatur zu halten.Systems are already known that enable a body to bring it quickly to a desired temperature and also over this temperature to maintain a longer: period. For example, electrical heating coils are used used, their performance when a certain, predetermined, temperature is reached is throttled, thereby maintaining this temperature for a long period of time can keep constant. has the disadvantages that it is expensive to carry out and complex equipment structure is necessary. -The use of pyrateehnics Sentences is just for the sake of speed. Entheating bodies known. Their effect is similar like that a hot plate or an immersion heater; your advantage however, the very rapid heating is offset by the disadvantage that it has so far had not succeeded, with the help of pyrotechnic devices, one on one body at this temperature for a certain period of time to keep.

Diese Nachteile überwindet das erfindungsgemäße. Verfahren,demzufolge mit Hilfe von pyrotechnischen Sätzen Metalle oder Legierungen geschmolzen werden und über einen längeren Zeitraum hinweg auf der Schmelztemperatur bzw. dem Schmelzbereich gehalten werden. Die Schmelzwärme des Metalls oder Legierung wird dabei als Wärmekapagzität benutztYan@den zu erhitzenden Körper oder das zu erhitzende System über einen längeren Zeitraum hinweg abgegeben; damit wird die Temperatur des Körpers oder-des Systems innerhalb der gegebenen Zeitspanne auf der gewünschten Höhe mit einem Schwankungsbereich von etwas 5% aufrecht erhalten. Erfindungsgemäß verwendet man 1) einen schnell abbrennenden pyrotechnischen Satz, der den zu erhitzenden Körper aufheizt und das Metall oder die Legierung zum Schmelzen bringt und 2) einen langsam abbrennenden thermischen Satz, der dem Metall oder der Legierung über die Reaktionszeit des schnell abbrennenden pyrotechnischen Satzes Wärme zuführt, und auf der Schmelztemperatur bzw. dem Schmelzbereich , hält, wobei die zugeführte überschüssige Wärme durch die Schmelzwärme des Metalls oder der Legierung kompensiert wird.The invention overcomes these disadvantages. Procedure, accordingly metals or alloys are melted with the help of pyrotechnic devices and over a longer period of time at the melting temperature or the melting range being held. The heat of fusion of the metal or alloy is called Wärmekapagzität Yan @ uses the body to be heated or the system to be heated over a longer period of time Given period of time; thus the temperature of the body or system within the given period of time at the desired level with a range of fluctuation by about 5%. According to the invention, 1) a fast-burning one is used pyrotechnic charge that heats the body to be heated and the metal or melts the alloy and 2) a slow burning thermal Set that the metal or alloy about the reaction time of the rapidly burning pyrotechnic charge supplies heat, and at the melting temperature or the melting range , with the excess heat supplied by the heat of fusion of the metal or the alloy is compensated.

An Hand beigefügter Zeichnung soll eine bevorzugte Durchführungsform der Erfindung erläutert werden.A preferred form of implementation should be based on the attached drawing of the invention will be explained.

Figur 1 stellt eine Seitenansicht, Figur 2 eine AufriSzeichnung dar, in der die Ziffern folgende Bedeutung haben: (1.) ist ein Metallkörper! der eia: rasch aufzuheizendes System -beherbergt.Figure 1 is a side view, Figure 2 is an elevation, in which the numbers have the following meaning: (1.) is a metal body! the eia: system that can be heated up quickly.

In dem, diesen Metallkörper umgebenden, zylindrischen Raum (2)-befindet sich ein pyrotechnischer Satz mit einer sehr aehnel=@.- @ J len Reaktionszeit. Dieser zylindrische Hohlraum (2) ist durch eine dünne Metallwand (3) von dem zylindrischen Höhlraum (4) getrennt, in dem sich ein langsam reagierender, energiereicher thermischer Satz befindet. Die schwache Metallwand (3) ist ein-oder beidseitig von einem Metall oder einer Metall-Zegierung (3) mit bestimmten Schmelzpunkt und bestimmter Schmelzwärme umgeben. Die Zünder (6) können sich in (2) oder in (¢) befinden; bei Verwengung von nur einem Zünder muß gewährleistet sein, daß er mit den Heizsätzen in (2) und (4) in direktem Kontakt steht: Eine oder mehrere Durchführungen (6a), die mit einer bekannten thermischen Anfeuerung ausgefüllt sind, ermöglichen einen solchen direkten Kontakt. Es körnen- mich zwei. oder mehrere Zünder verwendet werden, die man parallel oder auch hintereinander schalten kann.In the cylindrical space (2) surrounding this metal body a pyrotechnic sentence with a very similar = @ .- @ J len reaction time. This cylindrical cavity (2) is through a thin metal wall (3) of separated from the cylindrical cavity (4), in which there is a slowly reacting, energetic thermal set is located. The weak metal wall (3) is one or both sides of a metal or a metal alloy (3) with a certain melting point and a certain Heat of fusion surrounded. The detonators (6) can be in (2) or in (¢); at By narrowing only one igniter, it must be ensured that it is compatible with the heating units in (2) and (4) is in direct contact: One or more bushings (6a), which are filled with a known thermal firing enable one such direct contact. It can- me two. or more detonators are used, which can be connected in parallel or one behind the other.

Der pyrotechnische Satz in (2) besteht aus einem Metallpuljrer, einem Oxydationsmittel und gegebenenfalls einem Reaktionsbeschleuniger. Solche pyrotechnischen Sätzen sind an sich bekannt; ihre Zusammensetzung kann innerhalb eines großen Bereichs schwanken;wesentlich ist, daß sie schnell abbrennen und schnell eine hohe, gegebene Temperatur erreichen. Als Metalle können z.B. verwendet@werdenSilicium,-Aluminium, Magnesium, Titan, tircon, Mangan, Beryllium, Cadmium, Eisen oder deren Legierungen wie z.B. Ti A1, Fe Zr Si, Mg Al Zn Mn. Als Oxydationsmittel. werden Nitrate, Chlorate, Perchlorate, Chromate und Dichromate der Alkali-oder Erdalkalimetalle sowie leicht Sauerstoff abgebende Oxyde (z.B.The pyrotechnic charge in (2) consists of a metal puljrer, a Oxidizing agent and optionally a reaction accelerator. Such pyrotechnic Sentences are known per se; their composition can be within a wide range fluctuate; it is essential that they burn down quickly and quickly a high, given Reach temperature. The metals that can be used are e.g. silicon, aluminum, Magnesium, titanium, tircon, manganese, beryllium, cadmium, iron or their alloys such as Ti A1, Fe Zr Si, Mg Al Zn Mn. As an oxidizing agent. are nitrates, chlorates, Perchlorates, chromates and dichromates of the alkali or alkaline earth metals as well as light Oxygen releasing oxides (e.g.

Pb 02, Pb 304, Mn02 ) und organische und anorganische Peroxyde , verwendet. Als Reaktionsbeschleuniger dienen bekannte Reaktionsbeschleuniger wie z.B. Bor.Pb 02, Pb 304, Mn02) and organic and inorganic peroxides are used. Known reaction accelerators such as boron are used as reaction accelerators.

Der thermische Satz in (4) kann die gleichen Bestandteile haben wie der schnell abbrennende Satz in (2); es muß lediglich gewährleistet sein, daß er langsamer abbrennt: Er enthält deshalb keinen Reaktionsbeschleuniger und seine prozentuale Zusammen- Setzung kann innerhalb folgender Grenzen schwanken: Oxydationsmittel 20 - 50 Gew. Metallpulver 80 - 50 Gew.%. Die genaue chemische Zusammensetzung des thermischen Satzes hängt von der gewünschten Reaktionszeit und der geforderten Anstiegszeit der-Temperatur bis zu einem Maximalwert ab: Zusammen-Setzungen, die diese Bedingungen-erfüllen, sind einem Fachmann bekannt oder lassen sich aufgrund von Eitermaturangäben leicht für den gewünschten Zweck zusammenstellen.The thermal set in (4) may have the same components as the fast-burning sentence in (2); it just has to be guaranteed that he Burns down more slowly: It therefore does not contain a reaction accelerator and its percentage Together- Settlement can vary within the following limits: Oxidizing agents 20-50% by weight of metal powder 80-50% by weight. The exact chemical composition of the thermal rate depends on the desired response time and the required rise time the temperature down to a maximum value: compositions that meet these conditions, are known to a person skilled in the art or can be easily determined on the basis of information on pus maturity put together for the desired purpose.

Die Metallwand (3) besteht vorzugsweise aus dem gleichen Material wie die gesamte Ummantelung, z.BStahl.. Diese Wand hat nur die Aufgabe, die Räume (2") und (¢) zu trennen. Der auf dieser Metallwand befindliche ringförmige Metalloder legieren s- mantel (5) besteht aus-einem beliebigen Metall oder Legierung@uß lediglich die Bedingung erfüllen, daß er bei einer zu bestimmenden Temperatur schmilzt und daß er eine wählbare definierte Wärmekapazität besitzt. Bevorzugt geeignet für diesen Zweck sind die Metalle: Blei, Aluminium, Kupfer, Silber, Gold, Antimon, Nickel, Cadmium, sowie die verschiedenen legierungen,die.ser Metalle mit Zinn, Wismut, Kupfer, Silber, Zink, Quecksilber, Eisen"Flatin, Natrium und Thallium. Die Dicke des Mantels richtet sich danach, wi-e groß dessen Wärmekapazität sein soll.The metal wall (3) is preferably made of the same material as the entire casing, e.g. steel. This wall only has the task of separating the spaces (2 ") and (¢). The on ring-shaped metal or alloy s- The jacket (5) consists of any metal or alloy only meet the condition that it melts at a temperature to be determined and that it has a selectable defined heat capacity. The metals: lead, aluminum, copper, silver, gold, antimony, nickel, cadmium, as well as the various alloys that die.ser metals with tin, bismuth, copper, silver, zinc, mercury, iron "flatin" are suitable for this purpose , Sodium and thallium.The thickness of the jacket depends on how large its heat capacity should be.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, rörper u-där Systeme innerhalb von o,1 - 6 sec auf eine definierte Temperatur, die zwischen 200°C und 15000C schwanken kann, zu bringen und diese Temperatur über einen Zeitraum von a 1 - 5 Minuten aufrechtzuerhaly ten. l@Die erfndungagemäBe Anordnung kann z.B.: dazu verwendet werden eine Batterie durch Aufheizen eines Elektrolyten auf eine bestimmte Temperatur in einen betriebsfähigen Zustand zii versetzen, d.h: eine bestimmte Klemmenspaniiiiil;; nti erzeugen: Beispiel: - -In einem Zylinder von 40 mm Durchmesser und 20 mm Höhe befindet sich im Zentrum ein Metallzylinder von 5 mm Durchmesser und 20 mm Höhe, der auf die gewünschte Temperatur gebracht werden soll. Im Abstand von 5 mm von diesem Metallzylinder entfernt ist ein ebenfalls 5 mm starker Mantel aus Blei angebracht, der von einer 2 mm vom inneren Rand entfernten, dünnen Metallwand aus Stahl . gehalten wird. In dem Hohlraum zwischen dem Metallzylinder im Zentrum und dem Mantel aus Blei befinden sich 3,5 g eines pyrotechnischen Satzes mit folgender Zusammensetzung: 26 Gew. j K2Cr20? 39 Gew. % Silicium (Pulver) 35 Gew. % Pb02 Weiterhin ist in diesem Hohlraum ein elektrischer Zünder. In dem Hohlraum zwischen Metallmantel und Außenwand befinden sich 14,0g eines thermischen Satzes, bestehend aus° 40 Gew% K2Cr207 und 60 Gew. % Si-Pulver. Nach Zündung der beiden thermischen Sätze erreichte der.-Metallzylinder im Zentrum der Anordnung innerhalb von 3 sec. eine Temperatur von 650-'o0, die er drei Minuten lang mit einer Abweichung von ± 30C beibehielt. -The method according to the invention makes it possible to bring body and dary systems to a defined temperature, which can fluctuate between 200 ° C. and 15,000 ° C., within 0.1 to 6 seconds and to maintain this temperature for a period of 1 to 5 minutes The arrangement according to the invention can, for example: be used to put a battery into an operational state by heating an electrolyte to a certain temperature, ie: a certain terminal span ;; Create nti: Example: - In a cylinder with a diameter of 40 mm and a height of 20 mm, there is a metal cylinder in the center of a diameter of 5 mm and a height of 20 mm, which is to be brought to the desired temperature. At a distance of 5 mm from this metal cylinder, a 5 mm thick jacket made of lead is attached, that of a thin metal wall made of steel 2 mm from the inner edge. is held. In the cavity between the metal cylinder in the center and the lead jacket there are 3.5 g of a pyrotechnic charge with the following composition: 26% by weight of K2Cr20? 39% by weight silicon (powder) 35% by weight Pb02 There is also an electric igniter in this cavity. The cavity between the metal jacket and the outer wall contains 14.0 g of a thermal compound consisting of 40% by weight K2Cr207 and 60% by weight Si powder. After the ignition of the two thermal sets, the metal cylinder in the center of the arrangement reached a temperature of 650 ° C within 3 seconds, which it maintained for three minutes with a deviation of ± 30 ° C. -

Claims

P aten t claims 1. Method for rapid heating and subsequent constant temperature maintenance of simple or composite bodies, characterized in that the body to be heated is heated up with the aid of a rapidly burning pyrotechnic charge and a, directly, or via the pyrotechnic charge or its melt ", metal or an alloy connected to the body to be heated, melts and keeps it at the melting temperature or the melting range by separating it from a second pyrotechnic charge, which is slower than the first pyrotechnic charge, 2. The method according to claim 1, characterized in that the metal or alloy is used in the form of a hollow cylinder, the rapidly burning pyrotechnic charge and the system to be heated within the hollow cylinder and the slow-burning sentence are located outside the hollow cylinder: 3rd method according to claims 1 and 2, characterized in that the metals used are preferably lead: aluminum, copper, silver, gold, antimony, nickel or cadmium or one of the alloys of these metals with copper, silver, zinc, mercury, tin, bismuth, iron or platinum. 4.Verfarhren according to claims 1 to 3, characterized in DAB, the pyrotechnic charge in (2)-preferably a composition within the following limits is: 20 - 5 0% K2Cr207 20 - 50% Si (powder) 60-0% Pb02 5 Process according to Claims 1 to 4, characterized in that the high-energy thermal charge in (4) preferably has a composition within the following limits: 20-50 ° K2Cr207 80-50% Si powder.