DE102007021267B4

DE102007021267B4 - Verfahren und Anlage zum dosierten Freisetzen von Reizstoffen mittels eines Treibgases in Räumen zur Personenabwehr

Info

Publication number: DE102007021267B4
Application number: DE102007021267A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Hans-Joachim Schubert
Current assignee: HANS-JOACHIM SCHUBERT, DE
Priority date: 2007-05-03
Filing date: 2007-05-03
Publication date: 2012-07-05
Anticipated expiration: 2027-05-04
Also published as: CN101681546B; CN101681546A; RU2009144793A; DE102007021267A1; EP2153426A1; US20100127410A1; WO2008135228A1

Abstract

Verfahren zum automatisierten Freisetzen von Reizstoffen mittels eines Treib- und/oder Lösungsgases in Räumen (1) zur nichtletalen Personenabwehr, wobei eine Erstdosierung (TE) derart erfolgt, dass einerseits ein gesundheitsgefährdender Grenzwert einer Konzentration der Reizstoffe im Raum (1) nicht überschritten und andererseits eine zur Personenabwehr ausreichend wirksame Konzentration nicht unterschritten wird, und nach der Erstdosierung (TE) in zeitlichen Intervallen Nachdosierungen (TN) derart erfolgen, dass über einen bestimmten Schutzzeitraum einerseits ein gesundheitsgefährdender Grenzwert einer Konzentration der Reizstoffe im Raum (1) nicht überschritten und andererseits eine zur Personenabwehr ausreichend wirksame Konzentration nicht unterschritten wird, wobei stoff-, anlagen- und umweltbedingte Einflussfaktoren berücksichtigt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zum dosierten automatisierten Freisetzen von Reizstoffen nach Anspruch 1 bzw. Anspruch 8.
Unter Reizstoffen versteht man Stoffe, die in bestimmten Dosierungen auf Menschen oder Tiere einen Reiz ausüben, ohne dabei bleibende Gesundheitsschäden zu verursachen. Die Reizwirkung ist dabei von der einwirkenden Konzentration und Art des Reizstoffes abhängig. Die Dosierung der Stoffe ist entscheidend dafür, ob eine Reizwirkung eine verletzende Wirkung oder eine tödliche Wirkung besitzt.
Die erfindungsgemäße Dosierungssteuerung bezieht sich auf Reizstoffe, die hauptsächlich über die Haut, insbesondere Schleimhaut und Atmung, wirken.
Dabei ist es unerheblich, ob es sich bei den betreffenden Reizstoffen um synthetische (z. B. CS) oder in der Natur vorkommende Stoffe (z. B. OC) oder um eine Kombination von synthetischen Stoffen und Naturstoffen handelt.
[Stand der Technik]
Reizstoffe werden zur Personenabwehr als nichtletale Wirkmittel, z. B. beim Einbruchdiebstahlschutz für umschlossene Räume angewandt. Dabei wird ein Reizstoff mit einem Treibgas zur Feinstverteilung in die Raumluft ausgetrieben. Weiterhin sind auch Reizstoffsprühanlagen bekannt, die durch Pumpen oder Gasauflast (Treibgas) durch Düsen mechanisch verstäuben.
Nach dem derzeitigen Stand der Technik sind nur Reizstoffsprühanlagen oder Reizstoffvernebelungsanlagen bekannt, die den Reizstoff aus Vorratsbehältern freisetzen, ohne diesen der Raumgröße und dem darin enthaltenen Raumluftvolumen entsprechend der gesundheitlich unbedenklichen Grenzwerte anzupassen und über einen längeren Zeitraum so aufrecht zu erhalten, dass keine Gesundheitsschädigung eintreten kann und trotzdem eine gewünschte wirksame Konzentration beibehalten wird.
Ein Ausgleich von Austragungsverlusten, wie z. B. Hydrologisierungs-, Luftaustausch- und Niederschlagsverlusten ist zur Aufrechterhaltung einer in einem Raum optimalen Konzentrationsmenge ebenfalls nicht bekannt.
In der DE 44 24 772 A1 ist eine Reizgassprühanlage für Alarmsysteme beschrieben, bei der mechanisch eine Flasche geöffnet wird, sodass aus dieser ein Reizgas direkt in die Umgebungsluft austritt. Eine Dosierungseinrichtung oder Dosierungssteuerung ist bei der Reizgasfreisetzung zur Vermeidung von Gesundheitsschäden bei Grenzwertüberschreitung nicht vorgesehen.
Aus der Gebrauchsmusterschrift DE 202 01 265 U1 ist eine automatische CS-Gas-Vernebelung zu entnehmen, bei der ein Reizgas aus einem Vorratsbehälter über eine kurze Düse austritt und durch einen Ventilator ein Reizgasluftgemisch in die Umgebungsluft ausgebracht wird. Auch diese Lösung beinhaltet keine Dosierungssteuerung für eine optimale, nicht gesundheitsschädigende CS-Freisetzung über einen längeren Zeitraum.
In der Gebrauchsmusterschrift DE 299 23 948 U1 , die eine Vorrichtung zur Hemmung von Straftätern beschreibt, wird das Reizgas direkt aus einer Vorratsflasche in die Umgebungsluft abgegeben. Eine Dosierungseinrichtung oder Dosierungssteuerung bei der CS-Freisetzung zur Vermeidung von Gesundheitsschäden bei Grenzwertüberschreitung ist auch hier nicht beabsichtigt.
In der EP 0 524 313 B1 wird ein Sprühmittelverteilungssystem zum Zerstäuben von Ingredienzien in großen Räumen vorgestellt. Auch in dieser Lösung ist keine Dosierungseinrichtung oder Dosierungssteuerung zur Einhaltung von Grenzwerten bei der CS-Freisetzung zur Vermeidung von Gesundheitsschäden vorgesehen.
Ferner beschreibt die EP 0 425 300 B1 ein Dosier- und Austragsystem zum Versprühen eines Wirkstoffs (Insektizid). Das Treibmittel (vorzugsweise Kohlendioxyd) soll im flüssigen Zustand in das Leitungssystem gelangen und über eine Mischschleife mit dem Wirkstoff vermischt werden. Zum Versprühen eines Reizgases ist dieses System nicht geeignet, da auch hier keine Dosierungssteuerung zur Vermeidung von Gesundheitsschäden vorgesehen ist.
In der DE 10 2006 016 286 A1 (Stand der Technik gemäß § 3 (2) Nr. 1 PatG) werden schließlich ein Verfahren und eine Anlage beschrieben, mit der feste oder flüssige Reiz- oder Kampfstoffe über ein Leitungssystem in großen Innen- oder Außenbereichen, zur Abwehr von Personen, feinstverteilt werden. Eine Dosierungseinrichtung oder Dosierungssteuerung bei der Reizstofffreisetzung zur Vermeidung von Gesundheitsschäden bei Grenzwertüberschreitung ist auch aus dieser Druckschrift nicht zu entnehmen.
Alle im Stand der Technik aufgeführten Anlagen und Verfahren lassen eine Dosierungssteuerung zur Vermeidung einer gesundheitsschädigenden Überschreitung von Grenzwerten vermissen. Insbesondere bei der Freisetzung von Reizstoffen in Räumen muss, zur Vermeidung von Gesundheitsschäden die freigesetzte Menge Reizstoff oder Reizgas im Verhältnis zur Raumluft stehen.
Die bekannten Reizstoffsprühanlagen und Reizstoffnebelanlagen lassen die Raumgröße bei der Freisetzung unberücksichtigt, wodurch, bei einer das Raumvolumen nicht berücksichtigte willkürlichen Freisetzung, die Gefahr einer Überschreitung der Grenzwerte ebenso entsteht, wie eine Unterschreitung der gewünschten Konzentration mit der Folge der Wirkungslosigkeit derartiger Anlagen.
Die DE 299 17 533 U1 beschreibt einen Reizstoff- und Markiermitteldispenser zum Versprühen zugelassener Reizstoffe, wobei beim Sprühvorgang eine vordefinierte Reizstoffmenge eingehalten wird, deren Größe sich aus den für die jeweiligen Reizstoffe gesetzlich zulässigen Konzentrationen und dem abzudeckenden Volumen ergibt.
Weiter bleiben bei den bekannten Anlagen die stoff-, anlagen- und umweltbedingten Einflussfaktoren auf die Konzentration eines Reizstoffes in einem Raum unberücksichtigt.
Des Weiteren offenbart die DE 600 03 682 T2 einen Spender zur Abgabe von Düften, mit dem der ausgestoßene Duft hinsichtlich des Duftbedarfs des Benutzers und/oder des Einsatzorts regelbar ist. Beim Freisetzen von Duftstoffen sind im Gegensatz zu Reizstoffen jedoch im Allgemeinen keine gesundheitsgefährdenden Obergrenzen und wirksamen Untergrenzen der Stoffkonzentration im Raum zu berücksichtigen.
[Aufgabe der Erfindung]
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Anlage zum dosierten, automatisierten Freisetzen von Reizstoffen mittels eines Treib- und/oder Lösungsgases in Räumen zur Personenabwehr unter Einhaltung gesundheitlicher Grenzwerte und gleichzeitig ausreichender Reizstoffkonzentration über einen ausreichend langen Zeitraum zu schaffen.
Die Aufgabe wird gemäß dem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 und gemäß der Anlage mit den Merkmalen des Anspruches 8 gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Reizstoffe wirken beim Menschen auf sensorische, d. h. empfindliche Nervenendungen in der Haut und Schleimhaut, insbesondere des Auges und der Atemwege, die Folgen sind in Abhängigkeit von der einwirkenden Konzentration, Tränen und Nasenfluss, Atembeschwerden bis hin zum Atmstillstand, Hautreizungen bis zu Hautverätzungen.
Ausgangspunkt der Erfindung ist deshalb, dass eine Gesundheitsschädigung bei der Freisetzung von Reizstoffen in Räumen nur vermieden werden kann, wenn die Reizstoffmenge dosiert unterhalb der gesundheitlich unbedenklichen, nicht bleibende Schäden verursachenden Menge im Verhältnis zum Raumvolumen freigesetzt wird.
Der gesundheitliche Grenzwert, der von der Art des verwendeten Reizstoffes abhängig ist, wird in mg je m³ Raumluft angegeben. Er entspricht der Menge an Reizstoffkonzentration, bei der sich ein gesunder Mensch 30 Minuten ohne bleibende Schädigung aufhalten kann. Dieser Grenzwert ist zur Vermeidung von Gesundheitsschäden einzuhalten.
Eine hohe Wirksamkeit der Abwehr von Personen in Räumen wird nur erzielt, wenn die freigesetzte Reizstoffmenge nahe dem gesundheitlich unbedenklichen Grenzwert liegt und über den gewünschten Abwehrzeitraum (Schutzzeitraum) aufrechtgehalten wird.
Sollte es sinnvoll oder erforderlich sein, geringere Reizstoffmengen freizusetzen und diese den Erfordernissen anzupassen, ist dies mit dem hier beschriebenen Verfahren ebenso möglich. Ein derartiges vom Maximalwert abweichendes Erfordernis könnten z. B. gesetzliche Vorgaben, Vorwarnfreisetzungen, Sicherheitsreserven usw. sein.
Dazu ist nach einer freigesetzten raumvolumenbezogenen Erstdosierung erforderlich, die gesamten im unbedenklichen Verhältnis zur Raumgröße erfolgten Reizstoffverluste auszugleichen. Reizstoffverluste entstehen durch Luftaustausch angereicherter Raumluft, durch Niederschlag und Hydrologisierung von Reizstoff.
Die Erfindung stellt deshalb ein Verfahren und eine Anlage für eine Dosierungssteuerung zur Einhaltung gesundheitlicher Grenzwerte beim Freisetzen eines Reizstoffes in Räumen zur Personenabwehr vor, bei denen der in einem Treibgas enthaltene Reizstoff mittels einer Freisetzungseinrichtung oder direkt aus einem unter Druck stehenden Vorratsbehälter über ein Leitungssystem und mindestens einer ventilgesteuerten Austrittsöffnung ausgebracht wird.
Über eine Steuerung wird der Reizstoff durch parameterabhängige Einflussfaktoren, die sowohl stoff- und anlagenbedingt als auch umgebungsbedingt sein können, über ein erstes Zeitintervall zur Erstanreicherung freigesetzt, wobei die Länge des Zeitintervalls durch einen maximal zulässigen Wert, der eine gesundheitsschädigende Wirkung ausschließt, bestimmt ist. Im weiteren Verlauf wird über ein oder mehrere weitere Zeitintervalle eine Nachdosierung durchgeführt, um stoff- und umweltabhängige Verluste auszugleichen, wobei die Mehrheit der Einflussfaktoren vorgegeben und/oder berechenbar sind und grundsätzlich nur die Temperatur (evtl. auch die Luftbewegung) als veränderbare, den Druck des Treibgases bestimmende Größe für die Dosiersteuerung gemessen wird.
Die genannten stoffbedingten Einflussfaktoren betreffen dabei überwiegend den Reizstoff.
Sofern geeignete Sensoren zur Verfügung stehen sollten, ist es neben der parameterabhängigen Dosierungssteuerung auch möglich, die Reizstoffkonzentration im Raum direkt zu messen und diesen Messwert in der Anlage als Steuergröße für eine geregelte dosierte Freisetzung zu verwenden.
Vorraussetzung dafür ist ferner eine gleichmäßige Feinstverteilung des Reizstoffs im Raum und eine sichere und ungehinderte Arbeitsweise der Reizstoffsensoren.
Die stoff- und umweltbedingten Verluste sind durch folgende Einflussfaktoren bestimmt:

– Raumgröße in m³,
– Reizstoffart und die damit jeweils vorgegebenen gesundheitlich unbedenklichen Grenzwerte in mg/m³,
– Reizstoffkonzentration im Lösungsgas oder Lösungsmittel in mg/ml,
– Treibgasart, charakterisiert durch den spezifischen Temperaturdruck (wobei das Treibgas auch die Lösungsgasfunktion erfüllen kann),
– Beimischungs-, Emulsions-, Lösungskonzentration von Treibgas-Lösungsmittel-Reizstoff in mg Reizstoff je Volumen oder Lösungsprozent,
– Halbwertzeit, verursacht durch Hydrologisierung (soweit sie eintritt) in Menge/Zeit,
– Druckschwankung des Treibgases, verursacht durch Temperaturschwankung des Treibgases und damit verbundene unterschiedliche Austragungsmengen in gleicher Zeiteinheit in bar je °C,
– Niederschlagsverlust durch Niedersinken des Reizstoffes aus der Raumluft in Menge/Zeit,
– Lüftungsverlust durch Austragen angereicherter Raumluftmengen in Menge/Zeit, z. B aus Nachbarräumen oder Freiland, durch Klimaanlagen, Garagenbelüftungsschlitze usw..

Der anlagenbedingte Einflussfaktor „Durchlassmenge pro Zeit” an der Austrittsöffnung geht als feste Größe in die Berechnung der Erstanreicherung und Nachdosierung ein. Gegebenenfalls kann auch der Durchlass verändert und gesteuert werden.
Die Steuerung der Einflussfaktoren wird durch das Verfahren und die nach dem Verfahren arbeitenden Anlagen so beeinflusst, dass bei einer Personenabwehr mittels Reizstofffreisetzungsanlagen bei der Freisetzung ein gesundheitlich unbedenklicher Grenzwert der Reizstoffkonzentration in der Raumluft nicht überschritten wird. Gleichzeitig wird die Aufrechterhaltung einer wirksamen Konzentration nahe des gesundheitlich unbedenklichen Grenzwertes über einen Zeitraum von mindestens 20 Minuten gewährleistet, so dass eine wirksame Personenabwehr möglich ist, ohne die Person zu verletzen.
Dabei ist bei einer ersten Freisetzung, unabhängig vom Reizstoffvorrat im Vorratsbehälter, nur soviel Reizstoff freizusetzen, wie ein vorgegebener Konzentrationswert in der Raumluft vorgibt.
Die maximal nicht verletzende Reizgasmenge für einen Raum in dem eine Person oder Personen abgewehrt werden sollen, wird durch die Multiplikation des reizstoffabhängigen Grenzwertes oder Vorgabewertes mit dem Raumvolumen als Reizstofferstfreisetzungsmenge (z. B. für CS = 2 mg/m³) berechnet. Sie ist z. B. für CS-Reizstoff durch den IDLH-Wert vorgegeben.
IDLH (Immediately Dangerous to Life and Health) ist eine von der US-amerikanischen Arbeitsschutzbehörde (OSHA) und dem dortigen Arbeitsschutzinstitut (N1OSH) im Rahmen eines Konzepts zur Bewertung von Störfällen abgeleitete Konzentration eines Stoffs. Nach diesem Konzept sollte es möglich sein, bei einer Exposition bis zur Höhe des IDLH die Flucht zu ergreifen, auch dann, wenn ein Atemschutzgerät ausfallt, ohne bei einer bis zu 30 Minuten lang anhaltenden Exposition gegen diesen Stoff lebensbedrohliche oder sonstige schwere Gesundheitseffekte zu erleiden. Es kann sich auch um eine andere internationale oder nationale Vorgabe handeln, die zur Vermeidung von Gesundheitsschäden Grenzwerte von Reizstoffen in Einwirkkonzentrationen, auch unter Umständen mit Einwirkzeiten vorgibt, die als Maximalgrenzwert dienen.
Unter Erstfreisetzungsmenge versteht man deshalb die höchstzulässige oder vorgegebene Reizstoffmenge, die zur Reizstofffreisetzung für das gesamte Raumvolumen zur Erstabwehr von Personen nötig ist.
Im Gegensatz dazu ist die Nachdosierungsmenge, die nach einem bestimmten Zeitraum, der Konzentrationshaltezeit, durch Reizstoffniederschlag, Luftzirkulationsverlust sowie Reizstoffhydrologisierung ausgeglichen wird, um die erste Freisetzungskonzentration wieder zu erreichen. Aus Sicherheitsgründen ist es sinnvoll, den maximal zulässigen Wert zu unterschreiten. Bei der Freisetzung von CS-Reizstoff wurden auch bei geringeren als den maximal zulässigen Konzentrationen gute Abwehreigenschaften festgestellt.
Um die größte Wirksamkeit ohne Körperverletzung bei der Personenabwehr in Räumen z. B. beim Einsatz von CS-Reizstoff zu erreichen, sollte eine Raumkonzentration von unter 2 mg/m³ freigesetzt und über einen Zeitraum von mindestens 20 Minuten gehalten werden.
Handelsübliche Reizstoffsprayflaschen entsprechen mit ihrem Inhalt nur äußerst selten der erforderlichen und zulässigen Menge für ein bestimmtes Raumvolumen.
Ihre Inhalte an Wirkstoff sind willkürlich festgelegt und haben keinen Bezug zum Raumvolumen des Freisetzungsortes. Beim Entleeren einer handelsüblichen Reizstoffsprayflasche in Räumen kann es sowohl zu einer gesundheitsgefährdenden Konzentrationsüberschreitung als auch zu einer wirkungslosen Konzentrationsunterschreitung kommen. Abgesehen davon ist die Freisetzung oft direkt auf die Person gerichtet, sodass es zu örtlich unterschiedlichen Gefährdungswerten kommen kann. Um punktuelle Konzentrationsüberschreitungen zu minimieren oder auszuschließen, muss die zu steuernde oder zu regelnde Reizgasfreisetzungsanlage über ein ausreichend weit verzweigtes Austragungssystem verfügen, das eine homogene Verteilung gestattet.
Die Steuerung zur Dosierung der Anreicherung der Raumluft mit Reizstoff erfolgt grundsätzlich über eine Zeitsteuerung eines Reizstoffaustrittsventils.
Zusätzlich ist es auch möglich, die Austrittsmenge an der Austrittsöffnung zu steuern, indem diese verengt oder erweitert wird.
Die Reizstofflösungskonzentration und Reizstofflösungsmenge ist vom Lieferanten handelsüblicher Reizstoffbehälter festgelegt oder wird definiert angemischt.
Ebenso ist/sind das Treib- und/oder Lösungsgas, sowie unter Umständen die beigemengten Lösungsmittel und/oder Emulgatoren, in seinen (ihren) chemischen Zusammensetzungen und physikalischen Eigenschaften bekannt. Temperatur und Druck des Treibgases und die Größe der Leitungen, Ventile und Düsen sind mit ihren Durchlassmengen bekannt, mess- oder berechenbar.
Aus diesen Größen lässt sich berechnen oder aus Tests ermitteln, wie viel Reizstoff in einer Zeiteinheit, z. B. in Sekunden (mg/s), aus einem Vorratsbehälter zum Erreichen einer gewünschten Reizstoffkonzentration freigesetzt wird.
Durch die Steuerung des Reizstofffreisetzungsventils über eine Zeitsteuerung, z. B. Zeitrelais, Prozessor oder Uhrwerk usw., das die Öffnungszeit des Reizstofffreisetzungsventils auf die Freisetzungsmenge entsprechend dem Raumvolumen unter dem gesundheitlich unbedenklichen Grenzwert begrenzt.
Unter dieser Art der Freisetzung, die die maximal zulässige Menge Reizstoff im Verhältnis zum Raumvolumen beim Beginn der Abwehr freisetzt, versteht man allgemein den Vorgang der Erstanreicherung.
Nachdem der Reizstoff freigesetzt wurde, beginnen die jeweils vorhandenen Einflussfaktoren wie Reizstoffniederschlag, Lüftungsverlust, z. B. durch Undichtheit der Räume, und Hydrologisierung des Reizstoffs zu wirken. Wird dem nichts entgegengesetzt, wird die freigesetzte Reizstoffkonzentration in Abhängigkeit von ihrer Einwirkzeit bis zur Wirkungslosigkeit verringert.
Um einen wirkungsvollen Raumschutz und somit eine Personenabwehr über einen längeren Zeitraum zu erreichen, müssen die Reizstoffkonzentrationsverluste der Raumluft durch eine Ergänzungsfreisetzung nach einer bestimmten Zeit, der Sperrzeit, durch Freisetzen einer Nachdosierungsmenge ausgeglichen werden.
Unter Ergänzungsfreisetzung versteht man, die Freisetzung von einer präzisen Reizstoffmenge, die den Verlust an Reizstoff ausgleicht, der in der Zeit von der Erstfreisetzung bis zur Ergänzungsfreisetzung eingetreten ist. Sie dient dem Erreichen der Reizstoffkonzentration der Erstfreisetzung in der Raumluft, um somit die Abwehrwirkung in derselben Stärke der Erstfreisetzung wieder zu erzielen.
Bei der Ergänzungsfreisetzung wird die Ergänzungsmenge freigesetzt, die nach einen bestimmten Zeitraum der Konzentrationshaltezeit durch Reizstoffniederschlag, Luftzirkulationsverlust sowie Reizstoffhydrologisierung ausgeglichen wird, um die Erstfreisetzungskonzentration wieder zu erreichen.
Die Niederschlagsverluste von Reizstoff in einer Zeiteinheit sind als physikalische Größe bekannt, sie betragen z. B. bei CS 33% der Freisetzungsmenge, innerhalb von 2 Stunden sind das 0,275% pro Minute.
Der Lüftungsverlust ist bauphysikalisch zu ermitteln, oder einzuschätzen. Er fließt in die Berechnung der Nachdosierungsmenge mit einem Verlust mg/m³ je Zeiteinheit in die Nachdosierungsmenge ein.
Die Zeiteinheit ist dabei die Zeit, die zwischen Erstdosierung bis zum Nachdosierungszeitpunkt vergangen ist.
Die Hydrologisierung von Reizstoff, welche manche Reizstoffarten aufweisen, fließt in die Nachdosierung mit ihrer Halbwertzeit, z. B. von 14 Minuten bei CS, bezogen auf den Nachdosierungszeitpunkt, ein.
In Abhängigkeit von der Größe der Einflussfaktoren und der geforderten Abwehrwirksamkeit mit einer erforderlichen Konzentration unterhalb der nichtletalen und dadurch zulässigen Konzentration als Maximalmenge und geforderte Wirkungsstärke, in Folge Minimalkonzentration, ergibt sich der Zeitpunkt der Nachdosierungsmenge und des Nachdosierungszeitpunktes.
Der Zeitraum zwischen der Erstfreisetzung und der Nachdosierung ist die Sperrzeit, in der das Zeitrelais zur Auslösung gesperrt ist. Sie beginnt nach Freisetzen der Erstauslösung und endet am Nachdosierungszeitpunkt, an dem die Freisetzung der Nachdosierungsmenge beginnt. Der Nachdosierungszeitpunkt ist erreicht, wenn die Einflussfaktoren die Reizstoffkonzentration soweit gemindert haben, dass die Untergrenze der gewünschten Wirksamkeit und der damit verbundenen Konzentration erreicht ist.
Die Nachdosierungszeit ist demzufolge die Zeit, in der das Reizstofffreisetzungsventil für die Nachdosierung geöffnet ist. Es bleibt so lange geöffnet, wie es zur Freisetzung der Nachdosierungsmenge erforderlich ist.
Befinden sich die Treibgasbehälter bei Zumischanlagen, oder die Vorratsbehälter mit Treibgaslösungsmittel und Reizstoff, in Räumen mit Temperaturschwankungen, verändert sich in Folge der Treibgasdruckveränderung die Austragungsmenge bezogen auf die Zeiteinheit.
Diese druckverursachte Austragungsveränderung lässt sich treibgas- oder lösungsgasbezogen in so genannten Drucktemperaturdiagrammen, die für die Gasarten bekannt sind, ermitteln.
Bei ansteigenden Temperaturen steigt der Druck, bei sinkenden Temperaturen fällt der Druck. Somit steigt oder fällt die Freisetzungsmenge in gleicher Zeiteinheit.
Diese Vorgänge werden durch Zuschalten einer Temperaturmesseinrichtung zur Beeinflussung der Zeitsteuerung ausgeglichen. Die Öffnungszeiten für das Reizstoffventil werden entsprechend den Temperaturveränderungen verkürzt oder verlängert.
Bei Wärme verkürzt und bei Kälte verlängert sich die Öffnungszeit, sodass damit die Erstfreisetzungs- und Nachdosierungswerte unabhängig von temperaturbedingten Druckveränderungen erreicht werden.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Temperaturveränderung und die damit verbundene Druckveränderung sowie Austragungsveränderung durch Einsetzen eines Bimetalls oder Flüssigkeitsthermostaten in das Leitungssystem oder in die Austrittsöffnung auszugleichen, um diese thermodynamisch verändern.
Der Flüssigkeitsthermostat oder das Bimetallelement verengt dabei selbsttätig den Maximalquerschnitt, der bei der niedrigsten Temperatur zur notwendigen Freisetzung erforderlich ist. Der Reizstoffdurchlass wird bei Temperatur- und Druckerhöhung so verengt, dass die durch den Druckanstieg erhöhte Durchflussmenge kompensiert wird.
Dabei ist konstruktiv festzulegen, dass der Maximalöffnungsquerschnitt des Thermostaten kleiner ist, als der Öffnungsquerschnitt des Öffnungsventils oder der Austrittsöffnung.
Eine weitere vorteilhafte Lösung, die z. B. für mobile Reizstoff/Reizgas-Freisetzungsanlagen geeignet ist, ist die Steuerung der Austragungsmenge an Reizstoff-Reizgas durch einen Reizstoffsensor. Bei der Erstfreisetzung und der Nachdosierung durch einen oder mehrere Reizstoffsensoren, die ihr Korrektursignal an die Steuereinheit eingehen, wenn der gewünschte Wert oder der Grenzwert oder der gesundheitliche Grenzwert in der mit Reizstoff anzureichenden Luft erreicht ist.
Bei dieser Arbeitsweise müssen durch fortlaufende Reizstoffkonzentrationsmessungen der Raumluft und Programmgestaltung im Prozessor Verteilungsaustragungsmengenunterschiede ausgeglichen werden. Derartige Verteilungsunterschiede treten bei der Erstfreisetzung und Nachdosierung auf, bis sich der Reizstoff von der Austragungsöffnung relativ homogen in der Raumluft verteilt hat. Durch den Einsatz mehrerer Reizstoffsensoren und Vernetzungsprogrammierung können relativ homogene Reizstoffverteilungen erzielt werden.
[Beispiele]
Anhand von Zeichnungen wird die Wirkungsweise der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
1 die grundsätzliche Arbeitsweise der Dosiersteuerungsanlage mit Prozessor und Thermosensor,
2 Die Arbeitsweise der Steuerung mit Prozessor und Thermostat.
Das Beispiel wird anhand der Verwendung eines CS-Reizstoffes in 1 und 2 erklärt. Es sind aber auch alle an deren Arten von Reizstoffen und Reizgasen einsetzbar.
Bei der Freisetzung von CS-Reizstoff als ein nichtletales, nichtverletzendes Wirkmittel (Non Lethal Weapons) zur Abwehr von Personen innerhalb von Räumen 1 darf nur eine dosierte Menge CS-Reizstoff freigesetzt werden, die einen Gesundheitsschaden ausschließt.
Gleichzeitig müssen zur Erzielung einer hohen Abwehrwirksamkeit möglichst hohe oder vorgegebene Konzentrationen freigesetzt werden.
Der Grenzwert, bei dem sich eine Person ohne Gesundheitsschäden der Einwirkung von CS 30 Minuten aussetzen kann, ist z. B. gemäß IDLH-Wert eine Konzentration von 2 mg/m³ CS-Reizstoff in der Raumluft. Bei undosierter Freisetzung von CS aus einem Vorratsbehälter kann je nach Vorratsmenge und Raumgröße die Personenabwehr wirkungslos oder verletzend sein, einzig allein die Dosierung von CS als Raumluftanteil ist entscheidend.
Zur Erzielung einer möglichst hohen Abwehrwirksamkeit über einen längeren Zeitraum muss sich die CS-Reizstoffkonzentration nahe dem Grenzwert befinden und gehalten werden. Dem entgegen steht die Hydrolyse von CS mit der Luftfeuchtigkeit, die zu den abwehrunwirksamen Stoffen o-Chlorbenzaldehyd und Malonsäuredinitril führt. Dabei beträgt die Halbwertzeit ca. 14 Minuten.
Zur Aufrechterhaltung der vorgegebenen CS-Konzentration nach einer Erstfreisetzung TE über einen längeren Zeitraum ist eine Nachdosierung TN erforderlich, die den Hydrologisierungsverlust ausgleicht.
Durch die Verwendung von Treib- und/oder Lösungsgasen zur Freisetzung und Feinstverteilung von CS-Reizstoffen verändern sich die Freisetzungsmengen entsprechend den Temperaturveränderungen der Gase und den dadurch verursachten Druckänderungen der Gase.
In Folge der temperaturbedingten Druckschwankung verändert sich auch die Austragungsmenge des beigemengten CS-Reizstoffes innerhalb des gleichen Freisetzungszeitraums.
Bei hohen Temperaturen mit hohen Gasdrücken und hohen Austraggeschwindigkeiten kann der Grenzwert von 2 mg/m³ überschritten werden. Bei niedrigen Temperaturen kann die Austragungsmenge für eine Wirksamkeit zu gering sein.
Zur Erzielung einer wirksamen Personenabwehr ist es deshalb erforderlich, die Konzentration an CS-Reizstoff an der Grenze von 2 mg/m³ oder eine andere vorgegebene Konzentration über einen längeren Zeitraum zu halten, ohne diesen zu überschreiten.
Mit einer Sprüheinrichtung 2 wird in einen Raum 1 eine ausreichende Menge Reizstoff zu Abwehr von Eindringlingen abgegeben und über eine längere Zeit, z. B. 30 min aufrechtgehalten.
Die Sprüheinrichtung 2 besteht aus einem Vorratsbehälter 3, der aus einer Druckgasflasche oder einem Vorratsbehälter in einer Verteilungsanlage besteht, bei der über ein Ventil 4 die Reizstoffe einer oder mehrerer Austrittsdüsen 5 zugeführt wird. Das Ventil 4, beispielsweise ein Magnetventil, ist steuerbar. Es ist aber auch möglich, die Durchflussmenge und/oder die Öffnung der Austrittsdüse 5 zu steuern.
Ausgelost durch einen Sensor 6, z. B. Einbruchsmelder, Lichtschranke usw., wird über ein Einschaltsignal 12 eine Steuereinheit 7 aktiviert, die dann in Abhängigkeit von festen Größen S_F und variablen Größen S_V das Ventil 4 steuert. In dem Ausführungsbeispiel von 1 erfolgt die Steuerung ausschließlich über die Zeit t, in der das Ventil 4 öffnet und schließt.
In einem ersten Zeitintervall T_E für die Erstfreisetzung wird der Raum 1 mit einer vorgegebenen Abwehrdosis angereichert.
In Abhängigkeit von verschiedenen Einflussfaktoren sinkt die Dosis und muss nach einer bestimmten Zeit t in einem oder mehreren Zeitintervallen T_N nachdosiert werden.
Die Einflussfaktoren sind sowohl stoff- und anlagenbedingt, als auch durch Umgebungseinflüsse veranlasst.
Stoff- und anlagenbedingte Einflussfaktoren sind:

– Reizstoffart
– Reizstoffniederschlag
– Reizstoffkonzentration
– Hydrologisierung von Reizstoff
– Freisetzungsmenge pro Zeiteinheit

Umgebungsbedingte Einflussfaktoren sind:

– Raumgröße
– Temperatur des Treibgases und des damit verbundenen Verdampfungsdrucks
– Luftbewegung durch Raumöffnungen

Für die Steuerung sind die Einflussfaktoren in fest voreinstellbare Steuergrößen S_F und variable, sich während des Betriebes veränderbare Steuergrößen S_V eingeteilt.
Zu den variablen Größen S_V zählen die Temperatur und die Luftbewegung, wobei es ausreicht, nur die Temperatur über einen Thermosensor 8 zu messen, die dann als Korrektursignal 13 in die Steuereinheit 7 eingeht. Die mögliche Luftbewegung ist bautechnisch berechenbar und als feste Größe für die jeweilige Anlage zu berücksichtigen.
Sollte eine Klima- und Lüftungsanlage in dem zu kontaminierenden Raum 1 installiert sein, bei der die Raumluft durch einen Lüfter in bestimmten Abständen ausgetauscht wird, kann dieser Luftaustausch zusätzlich als Steuergröße S_V für die Steuereinheit 7 berücksichtigt werden, z. B. fließt ein Strom durch den Lüfter oder nicht.
Die Steuergrößen S_F, S_V werden über einen Rechner 9 erfasst und bewertet. Der Rechner 9 legt die notwendigen Zeiten T für die Erstdosierung T_E und die Nachdosierung T_N fest und ein Zeitgeber 10 steuert das Ventil 4.
Über eine Energieversorgung 11 wird der Dosierungssteuerung die notwendige Energie zugeführt.
In 2 wurde an Stelle des Thermosensors 8 ein Thermostat 12 in das Leitungssystem der Sprühanlage 2 eingesetzt, der die Durchflussmenge infolge der temperaturbedingten Druckveränderung vergrößert oder verkleinert.
Alle anderen Einflussfaktoren werden über die Steuereinheit 7 gesteuert, indem das Ventil 4 zeitabhängig öffnet und schließt.
Bezugszeichenliste

1: Raum
2: Austragungseinrichtung
3: Vorratsbehälter
4: steuerbares Ventil
5: Austrittsöffnung
6: Auslösesensor/Auslöser
7: Steuereinheit
8: Thermosensor
9: Rechner
10: Zeitgeber
11: Energieversorgung
12: Einschaltsignal
13: Korrektursignal
14: Thermostat

Claims

Verfahren zum automatisierten Freisetzen von Reizstoffen mittels eines Treib- und/oder Lösungsgases in Räumen (1) zur nichtletalen Personenabwehr, wobei eine Erstdosierung (T_E) derart erfolgt, dass einerseits ein gesundheitsgefährdender Grenzwert einer Konzentration der Reizstoffe im Raum (1) nicht überschritten und andererseits eine zur Personenabwehr ausreichend wirksame Konzentration nicht unterschritten wird, und nach der Erstdosierung (T_E) in zeitlichen Intervallen Nachdosierungen (T_N) derart erfolgen, dass über einen bestimmten Schutzzeitraum einerseits ein gesundheitsgefährdender Grenzwert einer Konzentration der Reizstoffe im Raum (1) nicht überschritten und andererseits eine zur Personenabwehr ausreichend wirksame Konzentration nicht unterschritten wird, wobei stoff-, anlagen- und umweltbedingte Einflussfaktoren berücksichtigt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einflussfaktoren zu messende und/oder vorbestimmte Steuergrößen (S_F, S_V) sind, die zur Verfügung gestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einflussfaktoren aus der Reizstoffart, der Reizstoffkonzentration, dem Reizstoffniederschlag, der Hydrologisierung, der Freisetzungsmenge pro Zeiteinheit, der Raumgröße, der Temperatur des Treibgases und/oder der Luftbewegung im Raum (1) ausgewählt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Treib- und/oder Lösungsgases als eine sich ständig verändernde Steuergröße (S_V) in die Programmsteuerung eingeht und die Reizstofffreisetzungen bei Erst- und Nachdosierungen (T_E, T_N) in Abhängigkeit von der ermittelten Temperatur des Treib- und/oder Lösungsgases geregelt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftaustausch zwischen dem Raum und der umgebenden Luft, der durch Öffnungen oder Diffusion erfolgt, als eine sich ständig verändernde Steuergröße (S_V) in die Programmsteuerung eingeht und die Reizstofffreisetzungen bei Erst- und Nachdosierungen (T_E, T_N) in Abhängigkeit von dem ermittelten Luftaustausch geregelt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftbewegung im Raum (1) über einen Stromfluss eines Lüfters in einer Klima- und Lüftungsanlage bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftbewegung im Raum (1) bauphysikalisch oder durch einen Test ermittelt wird.
Anlage zum automatisierten Freisetzen von Reizstoffen mittels eines Treib- und/oder Lösungsgases in Räumen (1) zur nichtletalen Personenabwehr mit einer Austragungseinrichtung (2), bestehend aus einem Vorratsbehälter (3), einem Leitungssystem und mindestes einer über ein schaltbares Ventil (4) betätig baren Austrittsöffnung (5), wobei der Austragungseinrichtung (2) eine Steuereinrichtung (7) mit einem Rechner (9) und einem Zeitgeber (10) zugeordnet ist, wobei die Steuereinrichtung (7) das Ventil (4) der Austragungseinrichtung (2) anhand von Steuergrößen (S_F, S_V) derart steuert, dass eine Erstdosierung (T_E) derart erfolgt, dass einerseits ein gesundheitsgefährdender Grenzwert einer Konzentration der Reizstoffe im Raum (1) nicht überschritten und andererseits eine zur Personenabwehr ausreichend wirksame Konzentration nicht unterschritten wird, und nach der Erstdosierung (T_E) in zeitlichen Intervallen Nachdosierungen (T_N) derart erfolgen, dass über einen bestimmten Schutzzeitraum einerseits ein gesundheitsgefährdender Grenzwert einer Konzentration der Reizstoffe im Raum (1) nicht überschritten und andererseits eine zur Personenabwehr ausreichend wirksame Konzentration nicht unterschritten wird, wobei stoff-, anlagen- und umweltbedingte Einflussfaktoren berücksichtigt werden.
Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Austragungseinrichtung (2) aus einer Zumischanlage von Flüssiggas als Lösungsmittel und Treibgas und Lösungsmittel und Reizstoff in Lösung oder einer Druckgasflasche mit Treibgas/Lösungsmittel-Gemisch und Reizstoff in Lösung besteht.
Anlage nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuergrößen (S_F, S_V) aus der Reizstoffart, der Reizstoffkonzentration, dem Reizstoffniederschlag, der Hydrologisierung, der Freisetzungsmenge pro Zeiteinheit, der Raumgröße, der Temperatur des Treibgases und/oder der Luftbewegung im Raum (1) ausgewählt sind.
Anlage nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Austragungseinrichtung (2) eine Temperaturmesseinrichtung (8, 14) zur ständigen Erfassung der Temperatur des Treib- und/oder Lösungsgases enthält.
Anlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass für eine temperaturabhängige Steuerung der Reizstofffreisetzung ein Thermostat (14) in dem Leitungssystem der Austragungseinrichtung (2) vor der Austrittsöffnung (5) angeordnet ist.
Anlage nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von der Temperatur und der damit verbundenen Druckveränderung des Treib- und/oder Lösungsgases ein Durchlass der Austrittsöffnung (5) veränderbar ist.
Anlage nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die in Abhängigkeit von der Temperatur und der damit verbundenen Druckveränderung des Treib- und/oder Lösungsgases unterschiedlichen Austragungsmengen durch Anpassung der Öffnungszeiten des Freisetzungsventils ausgleichbar sind.
Anlage nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ausgleich der temperaturbedingten Druckveränderungen des Treib- und/oder Lösungsgases zur Erzielung gleicher Austragungswerte ein Druckminderer angeordnet ist.
Anlage nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der Reizstoffkonzentration im Raum (1) ein Reizstoffkonzentrationssensor angeordnet ist.
Anlage nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der Luftbewegung im Raum (1) eine Vorrichtung zum Bestimmen eines Stromflusses eines Lüfters einer Klima- und Lüftungsanlage angeordnet ist.