DE19807592B4

DE19807592B4 - Heizkörper für autarke Nebelgeräte

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Publication number: DE19807592B4
Application number: DE1998107592
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-02-23
Filing date: 1998-02-23
Publication date: 2006-06-08
Anticipated expiration: 2018-02-24
Also published as: DE19807592A1

Abstract

Heizvorrichtung für das Verdampfen und/oder Vernebeln eines Fluids
a) mit einem Heizkörper (48), in welchem in wenigstens einem Aufnahmeraum eine mittels einer Anzündeinrichtung (3) aktivierbare Heizmischung (8) vorgesehen ist,
dadurch gekennzeichnet,
b) dass der Heizkörper (48) hinsichtlich der Struktur oder des Materials der Innenwandung des wenigstens einen Aufnahmeraums in Bezug auf die Eigenschaften der Heizmischung so ausgebildet ist, dass die nach dem Aktivieren der Heizmischung (8) in kurzer Zeit frei werdende Energie das Material der Innenwandung des wenigstens einen Aufnahmeraums über dessen Schmelztemperatur erhitzt und ein Teil der Energie als Schmelzwärme oder bei einer weiteren Erhitzung über die Verdampfungstemperatur als Verdampfungswärme zwischengespeichert und während des Absinkens der Temperatur in dem wenigstens einen Aufnahmeraum infolge der Kondensation oder der Erstarrung des Material zeitverzögert abgegeben wird,
und/oder
c) dass in dem wenigstens einen Aufnahmeraum des Heizkörpers (48) wenigstens ein separates Element aus einem Opfermaterial vorgesehen ist, wobei...

Description

Die Erfindung betrifft die (innere) Ausgestaltung bzw. den Aufbau des Heizkörpers bzw. der Heizkörper von autarken Nebelgeräten, insbesondere der Nebelkartusche aus der DE 19642574 A1 . Die vorliegende Patentanmeldung wurde notwendig, weil es sich bei der Entwicklung insbesondere größerer leistungsfähigerer Kartuschen herausgestellt hat, dass die hier dann auftretenden Energiedichten bei den in der Basisanmeldung und den nachfolgenden Nachmeldungen DE 19720428 A1 und DE 19734232 A1 vorgestellten Heizkörpern nicht mehr beherrschbar sind und damit die herkömmlichen Kartuschen mit mehr Heizmischung darin bei den dann benötigten Wandstärken entweder kaum Verneblerleistung bringen oder bei den effektiven dünnen Wandstärken sofort durchbrennen bzw. durchbrechen.

Das wird dadurch erreicht, indem die Heizmischung entweder örtlich verteilt bzw. in mehrere Heizmischungen aufgeteilt wird, diese dann zeitlich verzögert gezündet werden oder über alternative Zündverfahren anders, d.h. langsamer gesteuert abbrennen.

Die hier aufgezeigten Heizkörpertypen tragen dem Rechnung, sie erniedrigen überdies die maximal im Heizkörper auftretende Temperatur auf eine beherrschbare Größenordnung. Hierzu werden erstmals bewußt die physikalischen Effekte Aufschmelzen und Verdampfen von festen Materialien eingesetzt und für den Bereich Nebelkartusche optimiert.

Ähnlich gut lassen sich die folgend beschriebenen Heizkartuschen jedoch auch für Verdampfer aller Art mit höherer Leistung einsetzen, insbesondere in Ausstoßvorrichtungen und Gasgeneratoren.

Bisher eingesetzte Vorrichtungen zur Erzeugung von Nebel (Raucherzeuger, Nebelgeräte und Verdampfer) sind entweder nicht rückstandsfrei, giftig oder sogar toxisch (alle pyrotechnischen Raucherzeuger, sowohl im militärischen wie im zivilen Bereich, beispielsweise mit Handelsname FOG im Verkauf), oder begrenzt bezüglich der verdampften Flüssigkeitsmenge je Zeiteinheit, sofern sie schon ein Nebelfluid einsetzten, sie verdampfen im allgemeinen nur wenige Gramm pro Sekunde (und sind damit für den Sicherheitsnebelbereich von Grund auf schon nicht geeignet) und/oder 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. Darüberhinaus sind damit derartige Geräte durch die Al-Blocktemperatur von bis zu 330°C eine ständige Brandlast bzw. Zündquelle für expolsive Gas-Luft- oder Staub-Luft-Gemische.

Wenn die Heizung ausfällt, gibt es darüberhinaus keine Vernebelung mehr, sie brauchen einen Netzanschluß und verbrauchen hierbei Leistungen im kW-Bereich. Auch sind die Eigenschaften derartiger Geräte, d.h. die Information Funktion bei Auslösung vorhanden oder Sabotage erfolgt) nicht voll fernsteuerbar bzw. von Ferne ermittelbar. Beispielsweise kann die Funktion der Pumpe und das Vorhandensein bzw. Festsitzen der hier vorhandenen Schäuche nicht oder nur mit sehr großem Aufwand – und selbst dann nicht voll überprüft werden (beim Testlauf können die Schläuche noch gerade aufsitzen, schon bei der ersten Alarmvernebelung aber diese Schläuche abgedrückt werden!).

Bei anderen pyrotechnischen Nebelgeräten wird der Heizkörper lediglich einfach in das Fluid gelegt und der damit erzeugte nasse Dampf nicht weiter erhitzt ( DE 295 20 736 U1 ), sodass die Dampftemperatur prinzipiell nicht über die Verdampfungstemperatur des Fluids von ca. 120 bis 160°C erhöht werden kann, womit prinzipiell auch nur nasser, nicht rückstandsfreier Nebel erzeugt werden kann. Die Temperatur ließe sich hier erst erhöhen, wenn kein Fluid mehr am Heizkörper anläge – in diesem Fall würde aber dann auch überhaupt kein Dampf mehr erzeugt werden! Gleiches passiert verstärkt, wenn das gerade verdampfte Fluid einfach durch externen Druck mittels Druckpatrone ausgetrieben würde, wie das ebenfalls in der DE 295 20 736 U1 beschrieben wird.

Selbst aus der DE 196 24 582 A1 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 1600bar erzielen: 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 werden läßt!

Der Nebelkartusche, wie sie in der DE 19642574 A1 und den nachfolgenden Nachmeldungen beschrieben wurde, lag also die Aufgabe zugrunde, einen Verdampfer der eingangs genannten Art zu schaffen, der in autarker, fernsteuerbarer und voll rückmeldbarer Arbeitsweise imstande ist, eine große Menge von Flüssigkeit zu verdampfen bzw. zu vernebeln und dazu wesentlich kleiner ist. Die hier freiwerdende Energie liegt dabei in einer Dichte vor, die von keinem elektrischen Heizkörper auch nur annähernd erzeugt werden kann.

Anders als bei den bis heute üblichen autarken bzw. pyrotechnischen Nebelerzeugern im militärischen und neuerdings auch im europäischen Umfeld vermarkteten Geräten (beispielsweise Handesname FOG in Italien und Frankreich) liegt bei der angemeldeten Nebelkartusche ein echter Nebel vor, d.h. feinste Flüssigkeitströpfchen in Luft und nicht wie bei diesen anderen Produkten feinste feste Teilchen in Luft, wodurch diese eigent lich Raucherzeuger sind und damit nur Rauch aber nicht wirklich Nebel erzeugen und damit auch prinzipiell nicht rückstandsfrei sein können!

Er ist überdies anders als bei den konkurrierenden Geräten auch gesundheitlich unbedenklich, weil das vorher eingehend prüfbare Nebelfluid nur feinst verteilt wird und eben keine Verbrennung oder Umsetzung dieses Fluids stattfindet! Zudem wird durch eine geeignete Wahl von Konstruktions- und Leiterwerkstoffen sichergestellt, dass beispielsweise bei einem Brand oder einer unkorrekten „Entsorgung" der Kartusche im Ofenfeuer prinzipiell keine Dioxine entstehen können, indem alle chlorhaltigen Kunststoffe gemieden werden!

Anders als bei militärischem Nebel sind hier damit auch keine auch nur feinsten Metallfäden oder Metallstäube im Nebel, weil im zivilen Bereich ja auch keine Forderung nach Nicht-Durchdringbarkeit des Nebels durch Radargeräte existiert.

Die bisher eingesetzten Vorrichtungen sind begrenzt bezüglich der maximal einfüllbaren Heizmischung. Das betrifft sowohl die innen strukturierten Heizkörper, als auch die Heizkörper, die zur Aufnahme der Heizmischung nur eine einfach Bohrung aufweisen.

Zudem steigt mit derartigen Heizkörpern die Temperatur im Innern längerfristig bis auf 2000°C an und auch an der Außenwand dieser Heizkörper treten länger Temperaturspitzen von bis zu 600°C auf! Damit zersetzt sich aber ungewollt das Nebelfluid etwas!

Aus der DE 25 42 110 A1 ist ein Nebeltopf mit einem Heizeinsatz und einer Nebelmasse bekannt, die durch eine Wand getrennt in einem Topf angeordnet sind. der Heizeinsatz weist mit Schmelzlot gefüllte Öffnungen auf, die nach einem Aktivieren des Heizeinsatzes bei Überschreiten einer bestimmten Temperatur aufschmelzen, so dass die durch die im Heizeinsatz vorgesehene Heizmischung erzeugten Gase bzw. der erzeugte Nebel zusammen mit der den Heizeinsatz umgebenden verdampften/vernebelten Nebelmasse aus dem Nebeltopf entweichen kann.

Aus der EP 0 726 550 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Gases mit „Anti-Diebstahl"-Funktion beschrieben, bei der eine geeignete Flüssigkeit mittels eines Heizkörpers, um den eine in mehreren Windungen verlaufende, von der Flüssigkeit durchströmte Leitung vorgesehen ist, verdampft und der so erzeugte Dampf bzw. der so erzeugte Nebel aus der Leitung abgegeben wird. Der Flüssigkeitsbehälter ist dabei über eine Ventilanordnung mit dem Heizkörper verbunden, wobei ein in der Ventilanordnung enthaltenes Verschlusselement bei Erreichen einer bestimmten Temperatur des Heizkörper zerstört und so der Verdampfungs- bzw. Vernebelungsvorgang gestartet wird.

Schließlich ist aus der US 3 447 532 A ein Nebelgenerator bekannt, bei dem eine schraubenförmige Leitung für die zu vernebelnde Flüssigkeit innerhalb eines Heizkörpers angeordnet ist. In einem Ringraum um die Leitung ist eine Termitmischung vorgesehen, die mittelst einer Zündeinrichtung aktivierbar ist.

Alle diese bekannten Vorrichtungen sind jedoch nicht in der Lage, eine große Menge einer Heizmischung aufzunehmen, die in relativ kurzer Zeit eine große Energiemenge erzeugt, ohne dabei zerstört zu werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Heizvorrichtung zu schaffen, die diese Schwächen trotz wesentlich mehr an Heizmischung nicht mehr aufweist, die also in der Lage ist, auch hier zuverlässig und über einen Zeitbereich von 10 bis 60 Sekunden die in der Heizmischung steckende Energie langsam und definiert an das Nebelfluid abzugeben.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.

Der wesentliche Vorteil der Erfindung besteht insbesondere

1. in der Zwischenspeicherung der von der Heizmischung sehr schnell freigesetzten Energie durch eine Opfermaterial aus einem niedrig schmelzenden Material in Form der jeweiligen Schmelz- und Verdampfungswärme; und/oder
2. in der Strukturierung und Isolierung der einzelnen Kammern so, dass auch durch die Verflüssigung und Verdampfung der bleibenden Stege aus dem Brennkammer- bzw. Heizkörpermaterial Energie zwischengespeichert wird, ggf. ohne eigene Opferscheiben einsetzen zu müssen.

Durch die neuen Heizkörper werden nun auch Nebelkartuschen ermöglicht, die in der Leistungsfähigkeit den zur Zeit erhältlichen stationären Geräten nicht nur gleichkommen, sondern nach oben hin noch nicht begrenzt sind, während die Leistungsfähigkeit der stationären Anlagen durch die Masse des verwendeten Al-Blocks als Energiezwischenspeichers und die beschränkte Wärmeleitfähigkeit „aus dem Al-Volumen" begrenzt ist.

Bei der Verwendung von Opferscheiben, ob extra in die Heizmischung eingelegt, oder durch die Struktierung der Heizmischungsbohrung quasi integriert, laufen der Reihe nach, zeitlich geordnet, folgende Vorgänge ab:

1. Die Elektrode oder das kräftige Anzündstück zündet die Heizmischung im Heizkörper der Nebelkartusche an
2. Die Heizmischung gibt in sehr kurzer Zeit die in ihr in chemischer Form gespeicherte Energie frei, wodurch sie sich auf über 3000°C aufheizt und sich auch ein sehr großer Wärmestrom in die Grenzflächen aller mit ihr in Kontakt stehenden Materialien einstellt.
3. Damit wird auch das Opfermaterial aufgeheizt, es schmilzt, es wird weiter erhitzt, es verdampft und wird danach weiter erhitzt. Durch entsprechende Ausgestaltung des Opfermaterials muß sichergestellt werden, dass dieses Aufheizen, Aufschmelzen und Verdampfen schnell genug geschehen kann – sonst wirkt das ganze nicht! Damit wird Energie zwischengespeichert, die maximale Temperatur des Heizkörperinneren wird damit nach oben hin begrenzt und die Energie kann damit später bei niedrigerer Temperatur beim Verflüssigen bzw. Erstarren wieder an den Heizkörper abgegeben werden!
4. Das am Heizkörper außen oder innen anliegende Nebelfluid wird durch den Wärmestrom erhitzt und verdampft bzw. dann weiter auf ca. 300°C verdampft, währenddessen die Innentemperatur des Heizkörpers auf Temperaturen unter dem Verflüssigungspunkt des Opfermaterials sinkt.
5. Das Opfermaterial verflüssigt nun unter Abgabe der Kondensationswärme, kühlt ab unter Abgabe von Wärmeenergie, verfestigt sich schließlich unter Abgabe der Schmelzwärme und kühlt weiter ab unter Abgabe von Wärmeenergie. Auch hier muß der Heizkörper innen so strukturiert sein, dass diese Effekte optimiert werden bzw. überhaupt ordentlich ablaufen können.
6. Bei Abkühlung des gesamten Heizkörpers auf 200°C hört dann schließlich die Vernebelungswirkung auf, jedoch sollte bereits früher kein Nebelfluid mehr im Topf sein, um bis zuletzt die Rückstandsfreiheit des Nebels zu gewährleisten.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert:
1: Ersetzt wird hier mit (111) quasi der Heizkörper (12) der ersten Patentanmeldung „Nebelkartusche" und die nachfolgenden Ausführungen.
Er besitzt nun nicht mehr eine zentrale Öffnung zur Aufnahme der Heizmischung, sondern sie ist in mehrere Aufnahmebohrungen (112) aufgeteilt, die entweder jedes seine eigene Anzündung besitzen, insbesondere nach Art der Mittelelektrode (3), oder lediglich über die Überzündkanäle (185) parallel oder über (186) seriell miteinander verbunden sind und dabei während des Abbrennens der Heizmischung dann die nächste Heizmischung in der nächsten Bohrung anzünden.
Mit der Aufteilung der Mischung wird einerseits eine Herabsetzung der örtlichen Energiedichten erreicht, die anderenfalls zur Zerstörung des Heizkörpers geführt hätten (die Menge der Heizmischung kann hierbei nicht einfach reduziert werden, weil sie der Energieträger ist und eben in der Menge vorhanden sein muß, um das anliegende Nebelfluid restlos zu verdampfen), mit den Überzündkanälen kann darüberhinaus eine zeitliche Abfolge der Abbrände der Heizmischung in den einzelnen Bohrungen erreicht werden – damit kann die Außentemperatur des Heizkörpers über längere Zeit konstant gehalten werden bei gleichzeitiger Begrenzung der lokalen Energiedichten.
Dieser Effekt kann optimiert werden durch ungleich große Bohrungen (112) und/oder eine gleichzeitige Strukturierung, wie dies im Fall der zentralen Bohrung (113) in 2b bzw. in 3 angedeutet ist. Damit kann beispielsweise erreicht werden, dass der Energiefluss aus der großen zentralen Bohrung das den Heizkörper umgebende Nebelfluid und das ganze System erst einmal erhitzt und verdampft wird – und dann die nacheinander abbrennenden Heizmischungen in den kleineren Bohrungen diesen Vorgang konstant aufrecht erhalten.
Die beschriebene Aufteilung in getrennte Aufnahmebohrungen für die Heizmischung kann durch Gießen, spanabhebender Bearbeitung, Kokillenguß usw. in einem erreicht werden, es läge damit ein integrierter Heizkörper vor, oder es wird in einem Heizkörper mit einfacher zentralen Bohrung ein oder mehrere Einsätze so eingeführt, dass eben diese Aufteilung erreicht wird.
Dieser Einsatz kann wiederrum als ein Bauteil eingeschoben oder eingepreßt sein, ungeteilt oder horizontal und/oder vertikal geteilt sein, um die Herstellung oder Integration einmal zu vereinfachen oder auf diese Weise die Überzündkanäle einfach darzustellen.
Die Überzündkanäle sind rund, eckig oder schlitzförmig, sie sind mittig, mehr unten oder oben oder gemischt angeordnet, je nachdem, wie der Abbrand zeitlich gesteuert werden soll.
Parallel und seriell wirkende Überzündkanäle können wie in 1b gezeigt miteinander kombiniert werden, um den erforderlichen oder gewünschten Energiefluss zu ermöglichen.
Ergänzend hierzu können die Bohrungen Richtung Deckel mit einer Wärmeisolation (110) ausgestattet werden, um den Wärmefluss in diese Richtung zu begrenzen und die Energie vornehmlich in das außen am Mantel und unten anliegende Nebelfluid einzuleiten.
2: 2 zeigt eine Abart der Aufteilung der Bohrungen für die Aufnahme der Heizmischung aus 1: Gezeichnet ist hier nur wieder nur eine zentrale Bohrung, die aber extrem wie als Pos. (113) gezeigt so strukturiert ist, der Abbrand wieder örtlich im Heizkörper verteilt wird.
Durch geschickte Optimierung dieser Struktur ist es überdies möglich, hier gleichzeitig die Effekte Aufschmelzen und Verdampfung der späteren Opferscheiben (115 ff) mit zu integrieren und damit Temperaturspitzen, die den Heizkörper unzulässig schädigen würden durch Zwischenspeicherung von Energie in Form von Schmelz- und Verdampfungswärme des Heizkörpermaterials zu vermeiden.
3: Gezeichnet sind hier nur die Verhältnisse aus 1 und 3, wenn beides miteinander kombiniert wird. Auch hier können die Bohrungen unterschiedlichen Durchmesser, Größe, Tiefe, aber auch andere Innenstruktur aufweisen.
4 und 5: Während in 1 bis 3 die Leistungsdrosselung durch eine örtliche Verteilung der Heizmischung im Heizkörper erreicht wurde, wird hier in Reinkultur die Drosselung durch Wärmezwischenspeicherung in Form von Schmelzwärme und Verdampfungswärme der Opferscheiben (115), (117), (118)m (121), (136) oder (137) erreicht:
Werden diese Scheiben während des Abbrands der Heizmischung (8) über die jeweilige Schmelz- bzw. Verdampfungstemperatur erhitzt, wird im Material dieser Opferscheiben eine ungeheuer große Energiemenge zwischengespeichert, die Innentemperatur des Heizkörpers wird dadurch nicht mehr wesentlich ansteigen, der Energiefluss nach außen und die Belastung des Heizkörpers selbst ist wie gewünscht gedrosselt. Ist die Heizmischung dann verbraucht, gibt das hocherhitzte Material der Opferscheiben dann diese vorher gespeicherte Energie auf niedrigerem Niveau wieder ab, sodass damit gleichzeitig die Funktionszeit gewünscht verlängert werden kann.
Mit diesem Kniff kann bei gleichem Energieinhalt des Heizkörpers und bei gleich schnell abbrennender Heizmischung die Wärmeleistung nach außen durch zeitliche Streckung gewünscht eingestellt werden und überdies die thermische Belastung des Heizkörpers selbst drastisch gesenkt werden, ohne Energie bzw. Heizvermögen zu „verlieren".
Mit (109) ist die Oberfläche der Heizmischung gekennzeichnet, die Opferscheiben haben einen Abstand (107) voneinander, die unterste einen Abstand (132) vom Boden des Heizkörpers (48).
Der Boden des Heizkörpers kann rund, eben oder keilförmig ausgebildet werden, zur schnellen Aufheizung der Opferscheiben können diese mit Bohrungen (116) versehen sein, die auch schlitzartig eingebracht sein können.
(118) ist die Öffnung für die eventuell vorhandene Mittelelektrode, mit (119) ist der obere Keilwinkel und mit (120) der untere Keilwinkel der Opferscheiben, mit (122) der evtl. vorhandene ebene Teil der Opferscheiben bezeichnet. Durch diese schalenförmige Formgebung der Opferscheiben erreicht man einmal die weitere Erhöhung der Oberfläche der Opferscheiben, eine Steuerung des Aufschmelz- bzw. Verdampfungsvorgangs und eine „Bändigung" bzw. Führung der auftretenden Schmelze.
Ringförmige Opferscheiben sind in 4 als Pos.(136) und (137) gezeichnet.
6: Hier ist wieder eine andere Möglichkeit aufgezeigt, den Abbrand in der Heizmischung zu steuern bzw. zu optimieren. Während das bisher mit der örtlichen Aufteilung der Heizmischung über den Heizkörper bzw. durch den bewußten Einsatz von Aufschmelzen und Verdampfen von Opfermaterial passierte, wird dies hier durch die geeignet gewählte und gesteuerte Anzündstelle in der Heizmischung erreicht.
In 6a sind die schon in meiner ersten Anmeldung „Nebelkartusche" vorhandenen Verhältnisse gezeichnet, eine Mittelelektrode (3) wird durch Stromdurchgang erhitzt, verglüht, Plasma wird erzeugt, das wiederum beispielsweise die Heiz-/bzw. Thermitmischung (8) zündet. Hierbei wird diese Mischung aber fast gleichzeitig von unten bis oben angezündet, die Heizmischung brennt schlagartig ab, der Wärmefluss ist längs des Heizkörpers (48) gleichartig groß.
Anders sind die Verhältnisse, wenn nur oben (6b), unten (6d), mittig (6c) oder allgemein ausgedrückt, nur an einer kleinen bestimmten Stelle gezündet wird. Hierbei ist nur das Bauteil (123) bzw. (127) oder (130) die Plasma gebende und damit anzündende Elektrode, während die Teile (125), (123) und (129) nur die Funktion der Stromzuführung übernehmen und sich nicht wesentlich erwärmen müssen.
Mit (124) bzw. (128) sind die Elektrodenaufnahmen bezeichnet, mit (126) die Kontaktbuchsen entweder für die Elektrode (3) oder die Stromzuführungen (125) oder (129).
Eine Anzündung oben wird einen wesentlich schnelleren Abbrand nach unten aber auch eine etwas kleinere Belastung des Heizkörpers (48) bewirken, eine Anzünd unten zwar einen langsameren Abbrand nach oben hin (die heiße Schmelze bzw. Abbrandprodukte der Heizmischung sammeln sich unten und erhitzen damit noch nicht angezündete Heizmischung nicht weiter vor), erhöhen aber gleichzeitig den Energiefluss besonders unten, weil von Anfang an unten die Schmelze innen am Heizkörper ansteht und nachgeheizt wird (was in der Regel aber sogar erwünscht ist!).
7: Gezeichnet ist hier die schon von den Nachmeldungen der Nebelkartusche her bekannte Innenstruktur (134) der Bohrung für die Heizmischung (8), nur dass diese nun bzgl. Strukur hin optimiert ist auf Erzielung der gewünschten Aufschmelz- und Verdampfungsvorgänge (das Heizkörpermaterial spielt hier selbst gleich mit die Rolle der Opferscheibe bzw. ist hier auch das Opfermaterial. Gleichzeitig zerfällt diese Struktur in mindestens zwei Abschnitte, den eigentlichen Abschnitt mit geeigneter Struktur (134) und in den unteren Abschnitt (135) ohne Innenstruktur mit dickerer und ungeschwächter Wandstärke, um hier einmal die Belastungen für den Heizkörper (48) durch die sich dort sammelnde Schmelze aufnehmen zu können, zum anderen um hier das Wärmeübergangsverhalten, sprich die innere Oberfläche des Heizkörpers bzgl. Wärmeübergang den Erfordernissen anpassen zu können.
8: Gezeigt ist hier die Anordnung von 4, hier aber mit zusätzlich angebrachten Kühl- oder Isolierkörper (44), je nach Erfordernissen ausgewählt, um nun auch den Wärmeübergang in das außen am Heizkörper anliegende Nebelfluid geeignet steuern zu können.
9: 9 zeigt erstmals eine Anordnung, bei der zentral keine Heizmischung mehr eingebracht ist, sondern dort nur der (Verdampfer)kern (150) zur gezielten Erhitzung des Fluids bzw. Naßdampfes (9a) in den Rillen (51) und den Querschnitten (52) – diese Rillen ersetzen die füher schon angemeldete Verdampferspirale –. Auch ein Auf bau ist möglich, wo nur innen das Nebelfluid zusammen mit dem Leervolumen sitzt (9b) und außen die Heizmischung in mehreren Bohrungen (112) oder oder einem ringförmigen Hohlquerschnitt an Stelle der Bohrungen im (Verdampfer)kern (150) (nicht gezeichnet) eingebracht ist.
Damit liegt hier wieder eine örtliche Verteilung der Heizmischung in mehrere Bohrungen (112) vor, die bei entsprechender Verbindung der Bohrungen untereinander und bei Zündung von nicht allen Mischungen gleichzeitig zu einer gleichzeitig zeitlichen Verteilung der Energie bzw. Leistungsabsenkung bzw. Verringerung der Belastung des Heizmantels (151) führt.
Ansonsten sind hier wieder die schon von der früher bzw. der Basisanmeldung bekannten Einzelheiten eingetragen, die wie bisher auch schon, nicht alle gleichzeitig vorhanden sein müssen! Bzgl. Bezeichnung siehe die beiliegende Bezugszeichenliste, Teil 1 und 2.
Das innere Einspritzsystem kann hierbei unten eingebracht sein, wie es in 9b gezeichnet ist, oder mittig oder oben, die Ausgleichsvolumina speichern Druckenergie zwischen und können größer oder auch kleiner sein wie eingezeichnet (=Optimierungsfrage).
Gleiches gilt für das Einspritzsystem (148) in 9b, es kann das Fluid von unten wie gezeichnet, radial von außen (nicht gezeichnet) oder aus dem Ausgleichsvolumen anzapfen bzw. einführen. Hier gelten die gleichen Ausführungsformen für das Einspritzsystem, wie sie in den Nachmeldungen zur Basisanmeldung „Nebelkartusche" aufgezeigt wurden.
Auch die Überströmöffnungen (187) können seitlich durch (73) und (159) eingebracht werden – auch hier ist das eine Optimierungsfrage bzw. eine Frage der einfachen Herstellung.
10: In 10 sind die Verhältnisse von 9 wiederholt, nur dass hier neben dem äußeren Heizmantel (151) zusätzlich noch wieder eine zentrale Heizmischung eingebracht ist
11: 11 zeigt eine alternative Anzündung der Heizmischung bzw. des Thermits:
Eine Bahn aus einem elektrisch leitfähigem Material (163) wird auf einem Trägerplättchen (160) aufgebracht (aufplätten, aufpressen, freifräsen usw.) und über die Anschlußpins (162) mit den elektrischen Anschlüssen (161) verbunden. Während des Stromflusses glüht die Leiterbahn auf, insbesondere bei Verwendung von Magnesium wird hierbei dessen Zündtemperatur überschritten und es reagiert mit dem Restsauerstoff der Luft, es wird ein sehr heißes Plasma erzeugt.
Dieses zündet nun die Oberfläche des Thermits an, das nun von oben nach unten abbrennt. Damit ist anders als bei der Elektrodenzündung ein langsamerer Abbrand gewährleistet, die Belastung der Wandung des Heizkörpers (48) sinkt wie gewünscht ab.
In 11a sitzt das Trägerplättchen mit Abstand über der Oberfläche des Heizmaterials (8), in 11b wird das Trägerplättchen mit Leiterbahn (163) durch die Federn (181) auf diese Oberfläche gedrückt und hierbei inniger Kontakt hergestellt.
12: Gezeichnet sind hier Ausführungsformen der Leiterbahn (163), in 12a eine mäanderförmige Bahn (180) – hierbei ist die Ausführung der Schleifen beliebig, eckig wie gezeichnet, rund, nicht verwunden, wie gezeichnet oder in sich verwunden usw.-, in 12b eine einfache gerade Bahn (136), 12c und e zeigen mehrere gerade einfache Leiterbahnen (137).
Während bei 12d klammerartige Winkel (138) und (139) für den elektrischen Anschluß der Leiterbahn (137) sorgen, ist in 12f ein einfacher, elektronikplatinenartiger Aufbau gezeigt: Die oberen Schichten (157) kontaktieren die Leiterbahn (137), die unteren Schichten (159) tragen dann die Anschlüsse (nicht gezeichnet), die Verbindung der beiden Schichten wird über eine Durchkontaktierung (158) hergestellt.
Die Kontaktierung selbst ist hier nur beispielhaft gezeichnet, alle üblichen, bereits in der allgemeinen Elektrotechnik bekannten Verfahren sind hier möglich.
13: In 13 wird das zu verdampfende oder zu zündende Material, insbesondere Magnesium, Aluminium, Zirkonium oder Zink nicht in Form einer Leiterbahn (163) aufgebracht, sonder als Pulver oder Pulverpreßling (183) eingebracht, in der Ausführung mit wendel- oder büschelförmiger Leiterbahn nur als Schüttpulver (176).
Das Leit- und energieliefernde Pulver kann auch mit herkömmlichen Anzündmischungen gemischt sein und wird entweder über eine verdampfte bzw. energieliefernde Leiterbahn (170) ähnlich den Ausführungen von 12 gezündet (13a), oder durch direkten Stromdurchgang über die Anschlußpins (172) durch das Pulver (183), oder durch direkten Stromdurchgang über die auf einem Trägerplättchen entweder aufsitzende oder etwas abstehende Flächen/Anschlußpins (174, gezeichnet), oder über die Anschlußpins (177) mit am Ende angebrachten Eindringkörpern (178).
In jedem Fall wird nach Anzündung des Pulvers (183) bzw. (176) die Verdämmung (173) aufgebrochen und das heiße Gas strömt über die Öffnungen (171) auf die Oberfläche der Heizmischung (8).
Das Material des Pulvergehäuses (166) ist hierbei von untergeordneter Bedeutung, die Zahl und der Durchmesser der Löcher (171) ergibt sich aus der Optimierung der Vorgänge, die Art der Anordnung und die geometrische Form dieser Löcher in der Regel aus dem gewählten Herstellverfahren (Variationen nicht gezeichnet).
Eine andere Ausführungsform ist in 11b gezeichnet, hier ist das Pulvergehäuse mehr stabförmig geformt und taucht mehr oder weniger tief in die Heizmischung ein, um dann über die Bohrungen (171) die Heizmischung sehr definiert anzünden zu können. Die Steuerung der Anzündung erfolgt hier einfach durch die entsprechende Anordnung der Löcher (171).

Claims

Heizvorrichtung für das Verdampfen und/oder Vernebeln eines Fluids a) mit einem Heizkörper (48), in welchem in wenigstens einem Aufnahmeraum eine mittels einer Anzündeinrichtung (3) aktivierbare Heizmischung (8) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, b) dass der Heizkörper (48) hinsichtlich der Struktur oder des Materials der Innenwandung des wenigstens einen Aufnahmeraums in Bezug auf die Eigenschaften der Heizmischung so ausgebildet ist, dass die nach dem Aktivieren der Heizmischung (8) in kurzer Zeit frei werdende Energie das Material der Innenwandung des wenigstens einen Aufnahmeraums über dessen Schmelztemperatur erhitzt und ein Teil der Energie als Schmelzwärme oder bei einer weiteren Erhitzung über die Verdampfungstemperatur als Verdampfungswärme zwischengespeichert und während des Absinkens der Temperatur in dem wenigstens einen Aufnahmeraum infolge der Kondensation oder der Erstarrung des Material zeitverzögert abgegeben wird, und/oder c) dass in dem wenigstens einen Aufnahmeraum des Heizkörpers (48) wenigstens ein separates Element aus einem Opfermaterial vorgesehen ist, wobei das Element hinsichtlich seiner Struktur und hinsichtlich des Opfermaterials so ausgebildet ist, dass die nach dem Aktivieren der Heizmischung (8) in kurzer Zeit frei werdende Energie Opfermaterial des wenigstens einen Elements über dessen Schmelztemperatur erhitzt und ein Teil der Energie als Schmelzwärme oder bei einer weiteren Erhitzung über die Verdamp fungstemperatur als Verdampfungswärme zwischengespeichert und während des Absinkens der Temperatur in dem wenigstens einen Aufnahmeraum infolge der Kondensation oder der Erstarrung des Material zeitverzögert abgegeben wird.
Heizvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenwandung des wenigstens einen Aufnahmeraums zumindest in einem Teilbereich eine solche Struktur (113), insbesondere wellenförmige Vorsprünge aufweist, dass nach dem Aktivieren der Heizmischung die Innenwandung in dem zumindest einen Teilbereich abschmilzt und/oder verdampft.
Heizvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere, beispielsweise um einen zentralen Aufnahmeraum (112) ringförmig angeordnete Aufnahmeräume (112) vorgesehen sind.
Heizvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeräume (112) mittels Überzündkanäle (186) verbunden sind, wobei vorzugsweise nur im zentralen Aufnahmeraum (112) eine Anzündeinrichtung (3) vorgesehen ist.
Heizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Opfermaterial in dem wenigstens einen Aufnahmeraum (112) in Form wenigstens einer Scheibe (115, 117, 119, 121) oder ringförmigen Scheibe (136, 137) eingebracht ist.
Heizvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe (115, 117, 119, 121) an einer oder an beiden Stirnflächen schalenförmig ausgebildet ist.
Heizvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe einen oder mehrere Durchbrüche (116) aufweist.
Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in dem wenigstens einen Aufnahmeraum (112) mehrere Scheiben (115, 117, 119, 121) vorgesehen sind, wobei die Scheiben quer zur Längsachse des Aufnahmeraums (112) angeordnet sind und untereinander einen vorbestimmten Abstand (107) voneinander aufweisen.
Heizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizkörper (48) ringförmig ausgebildet ist.
Heizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Opfermaterial in Form eines Granulats, vorzugsweise gemischt mit der Heizmischung in den wenigstens einen Aufnahmeraum (112) eingebracht ist.
Heizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil des Außenumfangs des Heizkörpers (48) mit einem Isolierkörper oder Isolierring versehen ist.