DE19642574C2 - 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.

Aus der DE 25 42 110 A1 ist ein Nebeltopf mit einem Heizeinsatz und einer Nebelmasse bekannt, bei dem zunächst ein pyrotechnischer Nebelsatz gezündet wird, der gleichzeitig zur Verdampfung der flüssigen Nebelmasse nach dem Tauchsiederprinzip dient. Nach dem sehr schnellen Abbrennen des Nebelsatzes kann dessen Nebelwirkung bzw. Rauchwirkung durch das anschließende Ver­ dampfen der flüssigen Nebelmasse zeitlich verlängert werden. Dieser Nebeltopf ermöglicht jedoch nicht das Erzeugen von trockenem Heißdampf.

Selbst der durch die DE 196 24 582 A1 bekannte autarke Flüssigkeitszer­ stäuber, 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: Die hierdurch er­ zielte feine Gischt ist zwar während des Ausstoßvorgangs und kurz nachher ne­ belartig, 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 ge­ nannten Art zu schaffen, der in autarker und fernsteuerbarer Arbeitsweise imstande ist, eine große Menge von Flüssigkeit zu verdampfen bzw. zu vernebeln und dazu wesent­ lich 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 Wärme­ quelle 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 we­ sentlich verkleinert werden!

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst. Vor­ teilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Der wesentliche Vorteil der Erfindung besteht in der autarken Arbeitsweise der Vor­ richtung, die es gestattet, unabhängig von externer Energieversorgung bzw. dem Strom­ netz 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 Zuverlässig­ keit. 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 Verdampfer­ spirale 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 Gehäuselö­ sung keinerlei Regelung oder andere Baugruppen zur Nebelerzeugung verwendet wer­ den 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 er­ zeugen zu können! Außerdem benötigt die hier beschriebene Erfindung in der Warte­ stellung keine Energie, so daß sie ohne weiteres nach der VdS-Prüfung an alle beste­ henden 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 Heizmi­ schung und/oder eine Anzündung durch eine spezielle Anzündpille oder Anzündmi­ schung verwenden, die dann allerdings wieder dem Sprengstoffgesetz unterliegen wür­ den!

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 Nebelkar­ tusche mit Kühlrippen, Fig. 7 eine andere Ausführung des Heizkörperbodens zur bes­ seren 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, wo­ bei 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 1 ist über den Deckel 2 das mit der Termitmischung 3 gefüllte Heizkörpergehäuse 16 der Nebelkartusche 4 dampfdicht eingesetzt. Die Dampfdichtigkeit wird durch die O-Ringe 5 und 6 erreicht, möglich wären hier aber auch Dichtkleber. Das Gehäuse 1 ist mit der zu verdampfenden Flüssig­ keit 7 gefüllt und die Austrittsöffnungen 8 für den späteren Dampf mit einer dünnen Kunststoff oder Aluminiumfolie 9 verdämmt.

Fließt über den Anschluß 10 der Elektrode 11 und dem Anschluß 12 ein Strom von ca. 15 A, wird die Elektrode 10 schnell bis zur Weißglut erhitzt bzw. in den Plasmazustand übergeführt und zündet die sonst extrem schlecht anzuzündende Termitmischung 3 an. Die freiwerdende Energie heizt das Heizkörpergehäuse 16 der Kartusche 4 auf und dieses wiederum über dessen Kühlrippen 13 die Flüssigkeit 7. Diese wird daraufhin verdampft, beim Überschreiten eines Grenzdampfdrucks wird die Verdämmung 9 aus­ gestanzt und der Dampf kann in die Umgebung des Gehäuses 1 entweichen, wo er an den immer vorhandenen Kondensationskernen kondensieren kann!

Fig. 2 Gezeichnet ist eine andere Ausführung des Deckels 2. Der Dampf wird hier nicht ein­ fach durch Austrittslöcher 8 in die Umgebung entlassen, sondern noch in Dampfkanälen 14 in dem von der Heizmischung 3 mit aufgeheizten Heizplette oder Deckel 2 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 ver­ dampft. Damit ist sichergestellt, daß auch die nächste Umgebung der Kartusche nicht durch feinste Tröpfchen verdreckt wird!

In der Praxis wird der Elektrodenabschnitt 18 in dieser Heizplatte 2 in einer Kuhle 15 versenkt, so daß Platz für die Heizmischung 3 gewonnen wird.

Fig. 3 Gezeichnet ist hier der prinzipielle Aufbau des Gehäuses 16 der Heizkartusche 4. In den Boden eines zylindrischen oder rechteckförmigen Gehäuses 16 ist eine Elektrode 11 aus Graphit, Kohle oder einem dünnen Draht aus Metall oder einem anderen schlechten Leiter eingesteckt (Aufnahmeloch 17) und eine Heizmischung 3, z. B. eine Termitmi­ schung, eingefüllt oder eingepreßt. Die Elektrode 11 wird über den Elektrodenabschnitt 18 und die Anschlüsse 10, 12 kontaktiert. Das Gehäuse 16 besitzt Kühlrippen 13, um die im Körper nach der Anzündung der Heizmischung 3 erzeugte extreme Wärme schnell und mit großer effektiver Oberfläche an die umgebende Flüssigkeit abgeben zu können.

Der Deckel 2 ist gegen das beim Abbrand der Heizmischung 3 erzeugte Gas durch einen O-Ring 5 nach außen abgedichtet, der Deckel selbst mit einzelnen Schrauben, wie ge­ zeichnet, mit dem Gehäuse verschraubt oder einfach in das Gehäuse selbst einge­ schraubt (in diesem Fall erhält die Innenbohrung des Gehäuses 16 ebenfalls ein Gewin­ de, 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 Aus­ nahme, daß nun für die Anzündung der Heizmischung 3 keine Elektroden mehr ver­ wendet werden, sondern entweder ein spezielles Anzündstück 19 mit seinen elektri­ schen Anschlüssen 20 oder eine pyrotechnische Übertragungsleitung 21 über eine hier dann benötigte Anzündmischung 22 oder ein schlagempfindliches Anzündhütchen 23 mit oder ohne Anzündmischung 22.

Fig. 5 Gezeichnet ist die Ausführung des Heizkörpergehäuses 16 der Heizkartusche 4, das nun nicht mehr per Kühlrippen gekühlt wird bzw. der Wärmefluß über Kühlrippen stattfin­ det, sondern die zu verdampfende Flüssigkeit wie bei den bisher gefertigten Verneblern durch eine Verdampferspirale 24 gepumpt wird, wo sie verdampft wird und gleichzeitig das Heizkörpergehäuse 16 kühlt. Im Gegensatz zu den handelsüblichen Verneblern wird hier jedoch kein Alublock mit großer Masse verwendet, weil hier ja kein Wärmespei­ cher benötigt wird. Bei dem hier vorgestellten pyrotechnischen Heizkörper wird dem­ gegenüber die zur Verdampfung der Flüssigkeit notwendige Energie direkt erzeugt und muß damit bei möglichst geringer Wandstärke des Heizkörpergehäuses 16 in die Ver­ dampferspirale 24 geleitet werden!

Fig. 6 Gezeichnet ist die Ausführung des Heizkörpergehäuses 16 der Heizkartusche 4, das nun nicht mehr per Kühlrippen gekühlt wird bzw. der Wärmefluß über Kühlrippen stattfin­ det, sondern die zu verdampfende Flüssigkeit wie bei den bisher gefertigten Verneblern durch eine Verdampferspirale 24 gepumpt wird, wo sie verdampft wird und gleichzeitig das Heizkörpergehäuse 16 kühlt. Im Gegensatz zu Fig. 5 liegt hier die Spirale 24 nicht direkt auf dem Heizkörpergehäuse 16 auf, sondern in einer Entfernung von etwa 1 cm, sie ist in Aluminium 25 eingegossen, um einerseits die Wärmeübertragung vom Heiz­ körpergehäuse 16 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 3 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 Heizkörpergehäuse 16, das auch am Boden noch Kühlrippen 26 aufweist, um die bei einer aufrecht stehenden Nebelkar­ tusche 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 26 wird das Gehäuse geschmolzen und die Nebelkartusche platzt mit großer zerstörerischer Wirkung auf.

Claims (8)

1. Vorrichtung zum schnellen Erzeugen von trockenem Heissdampf, die

• a) ein druckfestes Gehäuse (1) mit Deckel (2),
• b) eine im Gehäuse (1) angeordnete, zu verdampfende Flüssigkeit,
• c) einen im Gehäuse (1) angeordneten, mit einer pyrotechnischen Heizmi­ schung (3) beheizten Heizkörper (16) und
• d) wenigstens einen im Gehäuse (1) und/oder Deckel (2) und/oder Heizkörper (16) vorgesehenen, ebenfalls durch die Heizmischung beheizten Verdamp­ ferkanal (14) aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Verdampferkanal (14) flüssigkeitsseitig durch eine dünne Sperrfolie ver­ dämmt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der we­ nigstens eine Verdampferkanal (14) als eine an den Heizkörper (16) angrenzende beheizte Verdampferspirale (24) ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdampfer­ spirale (24) in einem den Heizkörper (16) umgebenden Mantel (25) ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, dass die Heizmischung (3) eine Thermitmischung ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass für das Anzünden der Thermitmischung ein durch durch Stromdurchgang bis auf Weissglut erhitz­ barer oder in den Plasmazustand überführbarer Leiter (11) vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, dass der Flüssigkeit Markierungsstoffe beigegeben sind.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, dass der Flüssigkeit Reizstoffe beigegeben sind.