DE19642574A1 - Nebelkartusche - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verdampfen bzw. Vernebeln von Flüssigkeiten.

Bisher eingesetzte Vorrichtungen (Nebelgeräte und Verdampfer) sind begrenzt bezüglich der verdampften Flüssigkeitsmenge je Zeiteinheit, sie verdampfen im allgemeinen nur wenige Gramm pro Sekunde und sind sehr voluminös und schwer, sie müssen ständig am Stromnetz oder an einem anderen Netz hängen. Weil im Falle des Nebelgerätes der Verdampfer bei seiner Funktion ständig auf hoher Temperatur gehalten werden muß, sind die bekannten Vorrichtungen nicht autark oder nur von Hand zu bedienen. Wenn die Heizung ausfällt, gibt es dann beispielsweise keine Vernebelung mehr, sie brauchen also einen Netzanschluß und verbrauchen hierbei Leistungen im kW-Bereich. Außerdem sind derartige Geräte nicht fernsteuerbar.

Selbst der am 20.6.96, Az.: 196 24 582.6, angemeldete autarke Flüssigkeitszerstäuber, der auch kleiner gefertigt werden könnte, hat sich in vielen Versuchsreihen als nicht geeignet erwiesen, Flüssigkeit zu verdampfen, er kann lediglich eine Feinstzerstäubung bei Drücken bis zu 1600 bar erzielen: Es hat sich gezeigt, daß die durch die Kegeldüsen gepreßte Flüssigkeit sich nur um wenige Grad Celsius erhitzt, selbst beim Pressen durch Löcher mit einem Durchmesser von nur 0,5 mm und einer Kanallänge von 20 mm und mehr und bei Drücken von 1600 bar! Zum Verdampfen bzw. Erhitzen der Flüssigkeit wären aber mindestens 200. . .300°C Temperatur notwendig! - Die Flüssigkeit verhält sich damit selbst bei so kleinen Lochdurchmessern und extremen Preßdrücken nicht als so weit kompressibel, wie es ursprünglich vermutet worden war! Die hierdurch erzielte feine Gischt ist zwar während des Ausstoßvorgangs und kurz nachher nebelartig, die Haltezeit der Gischt liegt jedoch nur im Sekundenbereich, d. h. die mechanisch erreichbare Tröpfchengröße ist noch viel zu groß. Gewünscht wird jedoch eine so kleine Tröpfchengröße, die diese in der Luft schweben läßt - die diese als Nebel minuten- bis halbstundenlang stabil erscheinen läßt!

Der Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, einen Verdampfer der eingangs genannten Art zu schaffen, der in autarker und fernsteuerbarer Arbeitsweise imstande ist, eine große Menge von Flüssigkeit zu verdampfen bzw. zu vernebeln und dazu wesentlich kleiner ist. Die hier freiwerdende Energie liegt in einer Dichte vor, die von keinem elektrischen Heizkörper auch nur annähernd erzeugt werden kann: Beispielsweise liegt bei der Termitmischung als Heizmischung bis zur Weißglut erhitztes Eisen als Wärmequelle im Heizkörpergehäuse (12) der Nebelkartusche vor, also bei einer Temperatur, wo jeder andere Heizkörper bereits längst seine Funktion eingestellt hätte! - Damit kann sowohl die Heizleistung wesentlich gesteigert, als auch die äußeren Abmessungen wesentlich verkleinert werden!

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Der wesentliche Vorteil der Erfindung besteht in der autarken Arbeitsweise der Vorrichtung, die es gestattet, unabhängig von externer Energieversorgung bzw. dem Stromnetz jederzeit arbeitsbereit zu sein. Die Nebelkartusche ist dabei wartungsfrei und kann ab Herstellungsdatum bis zu 20 Jahren eingesetzt werden. Bei geeigneter Wahl der Heizmischung unterliegt die Kartusche nicht dem Sprengstoffgesetz, sie kann selbst noch bei Temperaturen bis zu 300°C gelagert werden, ohne Einbuße der Zuverlässigkeit. Dabei wird die zu verdampfende Flüssigkeit durch einen sich nach der Anzündung der pyrotechnischen Heizmischung schnell aufheizenden Metallkern mit oder ohne Kühlrippen erhitzt und verdampft. Dieser Dampf erzeugt entweder in der Verdampferspirale oder im Gehäuse einen Dampfdruck, der den Dampf mit hoher Geschwindigkeit entweder aus der Verdampferspirale oder aus den Öffnungen im Gehäusedeckel an die Außenluft treibt. Dort wird er abgekühlt und kondensiert nach kurzer Zeit zu feinsten Tröpfchen, die in ihrer Vielzahl den sehr stabilen Nebel ergeben.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht in der Tatsache, daß im Fall der Gehäuselösung keinerlei Regelung oder andere Baugruppen zur Nebelerzeugung verwendet werden müssen, also eine extrem einfache und kleine Kartusche möglich ist. Selbst im Fall der Ausführung mit Verdampferspirale ist die Regelung der Flüssigkeitspumpe einfach durch einen Temperaturfühler mit handelsüblicher elektronischer Schaltung oder einem einfachen Bimetallschalter möglich.

Mit die wichtigsten Vorteile der Erfindung gegenüber allen bisher bestehenden Geräten (Verdampfern bzw. Verneblern) aber ist die Tatsache, daß in der Wartestellung keine Brandlast vorliegt, d. h. es braucht nicht wie bei allen heute hergestellten Nebelgeräten ein als Energiespeicher verwendeter Metallkern tag und nacht auf ca. 300°C gehalten werden, um dann im Alarm- bzw. Auslösefall den Nebel z. B. bei einem Einbruch erzeugen zu können! Außerdem benötigt die hier beschriebene Erfindung in der Wartestellung keine Energie, so daß sie ohne weiteres nach der VdS-Prüfung an alle bestehenden Alarmanlagen angeschlossen und deren Zustand zurückgemeldet werden kann. - Keine der bisher existierenden Geräte erhält prinzipiell diese VdS-Zulassung, weil eine Brandlast für den Raum bzw. Gebäude vorliegt, in dem die Vernebler aufgestellt sind und weil sie nicht im entferntesten die 60 h Gangreserve Anforderung einhalten können, die heute an VdS geprüfte Alarmanlagen gestellt werden.

Durch die richtige Wahl der pyrotechnischen Heizmischung unterliegt man überdies nicht einmal dem Sprengstoffgesetz: Eine Termitmischung als Heizmischung und eine rein elektrische Anzündung dieser Mischung in Form einer ultrahocherhitzten Kohle- oder Graphitelektrode (Erhitzung bis zur Weißglut, dann über die Verdampfung bis zur Erzeugung von Plasma) für die Handhabung, den Transport und die Lagerung von und durch jedermann! Nur für Spezialzwecke wird man eine andere pyrotechnische Heizmischung und/oder eine Anzündung durch eine spezielle Anzündpille oder Anzündmischung verwenden, die dann allerdings wieder dem Sprengstoffgesetz unterliegen würden!

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachstehend an Hand von in den sieben Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert. Fig. 1 zeigt eine Nebelkartusche zum Verdampfen von Flüssigkeit und damit zu deren Vernebelung in Schnittdarstellung, Fig. 2 eine andere Ausbildung des Deckels des Heizkörpers der Nebelkartusche: Durch eine Kanalführung im durch die Heizmischung mit aufgeheizten Deckel wird der eventuell noch relativ nasse Dampf aus dem Gehäuse weiter erhitzt und damit getrocknet, so daß nach außen auch nicht kleinste Tröpfchen mitgerissen werden und damit umstehende Geräte benetzen können!

Fig. 3 zeigt den prinzipiellen Aufbau des pyrotechnischen Heizkörpers der Nebelkartusche mit Kühlrippen, Fig. 7 eine andere Ausführung des Heizkörperbodens zur besseren Kühlung des Bodenbereichs, Fig. 4 die Anzündung der Heizmischung durch ein elektrisches Anzündstück, eine pyrotechnische Anzündübertragungsleitung (NONEL, TLX, Shock Tube) oder durch einen schlagkräftigen Anzünder, Fig. 5 den Heizkörper mit Verdampferspirale statt mit Kühlrippen und Fig. 6 ebenfalls den Heizkörper, wobei die Verdampferspirale erst in einem gewissen Abstand zum Kern angebracht ist bzw. ganz in Aluminium eingegossen ist, um die Energiekapazität des Aluminiumkerns besser ausnützen zu können (langsamere Temperaturanstiege und Temperaturabfälle, damit bessere Regelbarkeit der Verdampfungstemperatur über die Betriebszeit!).

Fig. 1

In ein zylindrisches oder rechteckiges Gehäuse (16) ist über den Deckel 3 (19) das mit der Termitmischung (8) gefüllte Heizkörpergehäuse der Nebelkartusche (12) dampfdicht eingesetzt. Die Dampfdichtigkeit wird durch die O-Ringe (9) und (18) erreicht, möglich wären hier aber auch Dichtkleber. Das Gehäuse (16) ist mit der zu verdampfenden Flüssigkeit (17) gefüllt und die Austrittsöffnungen (20) für den späteren Dampf mit einer dünnen Kunststoff- oder Aluminiumfolie (21) verdämmt.

Fließt über den Anschluß (6), der Elektrode 2 (3) und dem Anschluß (7) ein Strom von ca. 15A, wird die Elektrode (3) schnell bis zur Weißglut erhitzt bzw. in den Plasmazustand übergeführt und zündet die sonst extrem schlecht anzuzündende Termitmischung (8) an. Die freiwerdende Energie heizt das Heizkörpergehäuse (12) der Kartusche auf und dieses wiederum über dessen Kühlrippen (25) die Flüssigkeit. Diese wird daraufhin verdampft, beim Überschreiten eines Grenzdampfdrucks wird die Verdämmung (21) ausgestanzt und der Dampf kann in die Umgebung der Kartusche (16) entweichen, wo er an den immer vorhandenen Kondensationskernen kondensieren kann!

Fig. 2

Gezeichnet ist eine andere Ausführung des Deckels 3 (19). Der Dampf wird hier nicht einfach durch Austrittslöcher (20) in die Umgebung entlassen, sondern noch in Dampfkanälen in der von der Heizmischung (8) mit aufgeheizten Platte (19) geführt und damit weiter erhitzt, so daß der Dampf heißer und damit trockener wird, eventuell mit dem Dampf noch mitgerissene kleinste Tröpfchen werden hier ebenfalls noch verdampft. Damit ist sichergestellt, daß auch die nächste Umgebung der Kartusche nicht durch feinste Tröpfchen verdreckt wird!

In der Praxis wird die Elektrode 1(4) in dieser Heizplatte in einer Kuhle (31) versenkt, so daß Platz für die Heizmischung (8) gewonnen wird.

Fig. 3

Gezeichnet ist hier der prinzipielle Aufbau des Gehäuses 1 der Heizkartusche der Nebelkartusche. In den Boden eines zylindrischen oder rechteckförmigen Gehäuses (1) ist eine Elektrode 2 (3) aus Graphit, Kohle oder einem dünnen Draht aus Metall oder einem anderen schlechten Leiter eingesteckt (Aufnahmeloch (30)) und eine Heizmischung (8), z. B. eine Termitmischung, eingefüllt oder eingepreßt. Die Elektrode (3) wird über die Elektrode (4) und die Anschlüsse (6), (29) und (7) kontaktiert. Das Gehäuse (1) besitzt Kühlrippen (25), um den im Körper nach der Anzündung der Heizmischung erzeugten extremen Wärmefluß schnell und mit großer effektiver Oberfläche an die umgebende Flüssigkeit abgeben zu können.

Der Deckel 1 (2) ist gegen das beim Abbrand der Heizmischung erzeugte Gas durch einen O-Ring (9) nach außen abgedichtet, der Deckel selbst mit einzelnen Schrauben, wie gezeichnet, mit dem Gehäuse verschraubt oder einfach in das Gehäuse selbst eingeschraubt (in diesem Fall erhält die Innenbohrung des Gehäuses 1 (1) ebenfalls ein Gewinde, so daß der Deckel dann im ganzen wie eine Schraube eingeschraubt werden kann.

Fig. 4

Fig. 4 zeigt den Aufbau der Heizkartusche wie bei Fig. 3 beschrieben mit der Ausnahme, daß nun für die Anzündung der Heizmischung (8) keine Elektroden mehr verwendet werden, sondern entweder ein spezielles Anzündstück (10) mit seinen elektrischen Anschlüssen (11) oder eine pyrotechnische Übertragungsleitung (23) über eine hier dann benötigte Anzündmischung (22) oder ein schlagempfindliches Anzündhütchen (24) mit oder ohne Anzündmischung (22).

Fig. 5

Gezeichnet ist die Ausführung des Gehäuses 3 (13) der Heizkartusche, das nun nicht mehr per Kühlrippen gekühlt wird bzw. der Wärmefluß über Kühlrippen stattfindet, sondern die zu verdampfende Flüssigkeit wie bei den bisher gefertigten Verneblern durch eine Verdampferspirale (14) gepumpt wird, wo sie verdampft wird und gleichzeitig das Gehäuse (13) kühlt. Im Gegensatz zu den handelsüblichen Verneblern wird hier jedoch kein Alublock mit großer Masse verwendet, weil hier ja kein Wärmespeicher benötigt wird. Bei dem hier vorgestellten pyrotechnischen Heizkörper wird demgegenüber die zur Verdampfung der Flüssigkeit notwendige Energie direkt erzeugt und muß damit bei möglichst geringer Wandstärke des Gehäuses (13) in die Verdampferspirale (14) geleitet werden!

Fig. 6

Gezeichnet ist die Ausführung des Gehäuses 3 (13) der Heizkartusche, das nun nicht mehr per Kühlrippen gekühlt wird bzw. der Wärmefluß über Kühlrippen stattfindet, sondern die zu verdampfende Flüssigkeit wie bei den bisher gefertigten Verneblern durch eine Verdampferspirale (14) gepumpt wird, wo sie verdampft wird und gleichzeitig das Gehäuse (13) kühlt. Im Gegensatz zu Fig. 5 liegt hier die Spirale nicht direkt auf dem Gehäuse (13) auf, sondern in einer Entfernung von etwa 1 cm, sie ist in Aluminium (15) eingegossen, um einerseits die Wärmeübertragung vom Gehäuse sicherzustellen, und andererseits die Energiespeicherwirkung von Aluminium noch soweit auszunutzen, daß die Regelung der Pumpe für die Flüssigkeit etwas einfacher wird. - Anders als der bei den bisher existierenden Verneblern erzeugt der pyrotechnische Heizkörper bzw. die Heizmischung (8) soviel mehr und schneller die Wärmeenergie als die bisher eingesetzten elektrischen Heizkörper, daß die Regelung des Massenstroms der zu verdampfenden Flüssigkeit sehr schnell erfolgen muß!

Fig. 7

Gezeichnet ist das zylindrische oder rechteckförmige Gehäuse 2 (12), das anders als Gehäuse 1(1) oder Gehäuse 3 (13) auch am Boden noch Kühlrippen (27) aufweist, um die bei einer aufrecht stehenden Nebelkartusche hier ganz besonders anfallende Wärmemenge (aus der Termitmischung fällt flüssiges Eisen aus, das noch weiter erhitzt wird; es bildet sich somit am Boden ein Sumpf aus flüssigem Eisen mit extrem gutem Wärmeübergang in das Gehäuse!) so abführen zu können, daß das schon bei ca. 660°C schmelzende Aluminium das ca. 1900°C heiße, direkt anliegende flüssige Eisen längere Zeit unbeschadet halten kann!

Ohne diese Kühlrippen (27) wird das Gehäuse geschmolzen und die Nebelkartusche platzt mit großer zerstörerischer Wirkung auf.

Claims (14)

1, Vorrichtung zum Verdampfen bzw. Vernebeln von Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit (17) durch einen pyrotechnisch beheizten Heizkörper (12) verdampft wird und unter erhöhtem Druck aus einem Gehäuse (16) durch Löcher (20) oder aus der Verdampferspirale (14) ausströmt und bei der Abkühlung in der umgebenden Luft zu kleinsten Tröpfchen kondensiert und damit der Nebel erzeugt wird.

2, Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizkörper durch eine pyrotechnische Heizmischung (8) aufgeheizt wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizkörper (12) durch eine Termitmischung aufgeheizt wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Termitmischung nach Anspruch 3 rein elektrisch durch den Stromdurchgang durch eine Graphit- oder Kohleseele oder einem dünnen Draht aus Metall oder einem anderen schlechten Leiter angezündet wird, wobei dieser Draht/diese Seele bis auf Weißglut erhitzt wird und sogar teilweise in den Plasmazustand kommen kann.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die pyrotechnische Heizmischung nach Anspruch 2 rein elektrisch durch den Stromdurchgang durch einen dünnen Draht aus Metall oder einem anderen schlechten Leiter angezündet wird, wobei dieser Draht/diese Seele bis auf die Zündtemperatur der jeweils verwendeten pyrotechnischen Heizmischung erhitzt wird.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit (17), der Heizkörper (12), die Heizmischung (8) und Deckel (19), (2) oder (28) in einem zylindrischen oder rechteckförmigen Gehäuse (16) unterbracht sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle der rein elektrischen Anzündung eine Anzündung durch ein elektrisches Anzündstück (10) vorliegt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 4 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle der rein elektrischen Anzündung eine Anzündung durch eine pyrotechnische Zündübertragungsleitung (23) mit oder ohne Fitting (32) mit oder ohne dort eingebauter Zündübertragerladung (Handelsnamen z. B.: TLX, NONEL) vorliegt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 4 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle der rein elektrischen Anzündung eine Anzündung durch ein schlagempfindliches Anzündstück (24) vorliegt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittslöcher (20) bzw. der Dampfkanal (26) flüssigkeitsseitig durch eine dünne Sperrfolie (21) verdammt sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3 und Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittslöcher (20) zu Dampfkanälen (26) im von der Heizmischung (8) mit aufgeheizten Deckel (19) werden, in denen der eventuell noch nasse Dampf weiter aufgeheizt und damit getrocknet wird.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3 und Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode 1(4) im Deckel (2) oder (19) Vertieft in einer Kühle (31) untergebracht ist und damit Platz für mehr Heizmischung (8) spart.

13. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeit sogenannte Markierungsstoffe beigegeben werden, die beispielsweise einen Einbrecher noch tagelang identifizieren lassen.

14. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeit Wirkstoffe beigegeben und auf diese Weise weiträumig verteilt werden können (z. B. Pfefferöl zur Dingfestmachung von Einbrechern oder Angreifern).