DE19642573A1 - Hochgeschwindigkeitsverdampfer - 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 verwenden in der Regel einen massiven Aluminiumkern zur Zwischenspeicherung von Wärmeenergie, weil die verwendeten elektrischen Heizkörper die zur Verdampfung der Nebelflüssigkeit notwendige Energie nicht direkt aufbringen können), 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 in dieser kurzen Zeit erzeugt werden kann. So verdampft der hier vorgestellte Hochgeschwindigkeitsverdampfer 100 ccm Nebelflüssigkeit in nur ca. 0,2 sec, vom Zeitpunkt der Auslösung an gerechnet!

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. Der Hochgeschwindigkeitsverdampfer ist dabei wartungsfrei und kann ab Herstellungsdatum bis zu 20 Jahren ohne Wartung eingesetzt werden. Bei geeigneter Wahl der Gemisches aus Treibladungspulver und pyrotechnischer Heizmischung kann der Verdampfer 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 des Gemisches aus Treibladungspulver und pyrotechnischer Heizmischung bei Drücken von bis zu 1600 bar praktisch schlagartig erhitzt, verdampft und aus dem Gerät gestoßen, wo er in der relativ kalten Umgebungsluft abgekühlt und nach kurzer Zeit zu feinsten Tröpfchen kondensiert, 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 einfaches und kleines Gerät möglich ist.

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.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachstehend an Hand von in den vier Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert. Fig. 1 zeigt den Hochgeschwindigkeitsverdampfer zum Verdampfen von Flüssigkeit und damit zu deren Vernebelung in Schnittdarstellung, Fig. 2 eine andere Ausbildung der Lochscheibe 14 des Hochgeschwindigkeitsverdampfers zur Führung des Heißdampfes!

Fig. 3 zeigt die Anzündung des Gemisches aus Treibladungspulver und pyrotechnischer Heizmischung durch eine pyrotechnische Anzündübertragungsleitung 30 mit oder ohne Fitting 31 mit oder ohne dort eingebrachter Übertragerladung (NONEL, TLX, Shock Tube) oder durch einen schlagkräftigen Anzünder 29 und Fig. 4 die Draufsicht auf die ins Gehäuse 1 eingebrachten Lochscheiben 11 bis 14.

Die Auslösung der Anzündmischung oder direkt des Gemisches aus Treibladungspulver und pyrotechnischer Heizmischung durch einen einfachen Glühdraht anstelle des elektrischen Anzündstücks ist hier nicht gezeichnet.

Fig. 1

In ein Zylindergehäuse 1 ist an einem Ende ein Verschlußstück 2 eingeschraubt, in das innen mit Gewinde ein Anzündgehäuse 5 eingesetzt ist. In dem Anzündgehäuse 5 befindet sich ein elektrischer Anzünder 3 und eine Anzündladung 21. Der Anzünder 3 kann mit Drähten 4 an einer nicht dargestellten Stromquelle angeschlossen werden. Die Drähte 4 sind in einer Bohrung des Verschlußstückes 2 verriegelt. Das Verschlußstück 2 ist mit einem O-Ring 26 abgedichtet. In das Gehäuse 1, um das Anzündgehäuse 3 herum, ist ein Schutzring 6 eingesetzt, sowie die das Gemisch aus Treibladung und pyrotechnischer Heizmischung 20 eingefüllt oder in Form eines Treibstoffes eingelegt. Zur Übertragung von der Anzündladung 21 auf die Treibladung 20 sind in das Anzündgehäuse 5 Bohrungen 32 vorgesehen. Anschließend an die Treibladung 20 ist eine Lochscheibe 11 angeordnet, der auch als Treibspiegel wirken kann, wenn der Zwischenring 7 nicht eingesetzt ist.

Der Lochscheibe 11 schließen sich der Reihe nach ein Zwischenring 7, dann eine Lochscheibe 12, ein weiterer Zwischenring 8, eine weitere Lochscheibe 13, ein weiterer Zwischenring 9 und die letzte Lochscheibe 14 an. Die von den Zwischenringen 8 und 9 freigehaltenen Räume dienen als Wirbelkammern, in denen die in die aus dem Zwischenring 7 gebildeten Kammer eingefüllte Nebelflüssigkeit nach der Verdampfung durch den Heißgasstrom durch das Loch in Scheibe 11 Zeit hat, vollständig und gleichmäßig zu verdampfen.

Durch das Weglassen des Zwischenrings 7 kann die Flüssigkeitsmenge bei gleichen äußeren Abmessungen des Verdampfers erhöht und gleichzeitig der Feuchtigkeitsgehalt des Dampfes eingestellt werden. Zwischen den Zwischenringen 8 und 9 kann zusätzlich jeweils eine weitere pyrotechnische Heizmischung eingebracht sein, um den Dampf noch weiter zu erhitzen und die Belastung der eigentlichen Brennkammer erheblich abzusenken.

Der Haltering 25 hält das gesamte Innenpaket zusammen und verhindert gleichzeitig bei geeigneter Auslegung, daß das Gerät unbefugt geöffnet werden kann!

Am Umfang aller Lochscheiben sind ein oder zwei Gleitringe 10 angeordnet. Anstelle des Anzündgehäuses 5 mit der Anzündladung 21 kann auch eine pyrotechnische Anzündübertragungsleitung (Shock Tube, NONEL, TLX) angeordnet sein oder ein einfacher Glühdraht, der nach einem Stromdurchgang entweder die Anzündmischung 21 oder direkt das Gemisch aus Treibladungspulver und Heizmischung 20 entflammt.

Ansonsten spricht der Anzünder 4 bei einem Stromstoß durch die Drähte 4 an, zündet die Anzündladung 21 an und diese durch die Bohrungen 32 die Treibladung 20. Letztere entwickelt einen sehr hohen Gasdruck bis zu 1600 bar, wodurch die Sperrfolie 16 ausgestanzt wird und die Flüssigkeit 24 schlagartig mit dem Heißgas vermischt wird und noch relativ naß in die Wirbelkammer zwischen den Lochscheiben 12 und 13 gedrückt wird und danach in der Wirbelkammer zwischen den Lochscheiben 13 und 14 vollständig verdampfen kann.

Fig. 2

Gezeichnet ist eine andere Ausführung der Lochscheibe 14, um den austretenden Dampf noch länger zu führen, ihn zu beschleunigen und dann gezielt in die umgebende Luft lenken zu können. Zu diesem Zweck werden kurze Röhrchen 27 in die Scheibe eingesetzt.

Fig. 3

Fig. 3 zeigt den Aufbau des Verschlusses 2 wie bei Fig. 1 beschrieben mit der Ausnahme, daß nun für die Anzündung des Anzündgemisches 21 entweder eine pyrotechnische Übertragungsleitung 30 über eine hier dann benötigte Anzündmischung 28 mit oder ohne eingeschraubten Fitting 31 oder ein schlagempfindliches Anzündhütchen 24 mit oder ohne Anzündmischung 22 verwendet wird. Der schon erwähnte einfache Glühdraht zur Anzündung der Anzündmischung 21 oder des Gemisches 20 direkt ist nicht gezeichnet, er muß lediglich Kontakt mit den Pulvern haben und wird ebenfalls über Anschlußdrähte 4 mit elektrischem Strom versorgt. Im einfachsten Fall wird der elektrische Anzünder 3 einfach durch eine Glühdrahtschlaufe ähnlich der Wendel in einem Glühlämpchen ersetzt!

Fig. 4

Gezeichnet ist die Draufsicht auf die Lochscheiben 11 bis 14. Um eine gute Verwirbelung zu gewährleisten und zu verhindern, daß ein Heißgasstrahl auf direktem Weg von der Brennkammer bis in die Außenluft gelangt, sind die Löcher in allen Scheiben gegeneinander versetzt, wobei die Anzahl der jeweiligen Löcher nur zur Optimierung bzw. Einstellung des Dampfes dient. Gezeichnet ist nur beispielhaft die Ausführung mit einem und mit vier Löchern.

Claims (16)

1. Vorrichtung zum Verdampfen von Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit (24) durch eine Mischung aus Treibladungspulver und pyrotechnischer Heizmischung (20) unter hohen Druck erhitzt und in nachfolgenden Wirbelkammern, die aus Loch- und Zwischenscheiben gebildet werden, getrocknet wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lochscheibe (11) bei Weglassen des Zwischenrings (7) als Treibspiegel wirkt, durch eine Mischung (20) angetrieben wird und die Treibladung (20) durch eine von einem elektrischen Anzünder (3) angezündete Anzündladung (21) über Bohrungen (32) angezündet wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzündladung (21) mit dem Anzünder (3) in einem Anzündgehäuse (5) untergebracht ist.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit (24), der Treibspiegel bzw. die Lochscheibe (11), die Treibladung (20) und das Anzündgehäuse (5) in einem Zylindergehäuse (1) unterbracht sind, in deren einem Ende ein Verschlußstück (2) mit dem Anzündgehäuse (5) eingeschraubt und an deren anderen Ende eine Halteplatte (25) aufgeschraubt sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß vor den Lochscheiben (11) bis (14) jeweils dünne Sperrfolien (16) bis (19) eingesetzt sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle des elektrischen Anzünders eine pyrotechnische (z. B. TLX, NONEL) oder mechanische Anzündung (Schlagbolzen) verwendet wird, jeweils mit oder ohne Übertragerladung (28), mit oder ohne Fitting (31).

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Wirbelkammern zwischen den Lochscheiben (12) und (13) bzw. den Lochscheiben (13) und (14) eine zusätzliche Heizmischung (22) bzw. (23) eingebracht ist, die Wärmeverluste ausgleicht und die Belastung der eigentlichen Brennkammer wesentlich herabsetzen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in die Lochscheibe (14) Röhrchen (27) eingesetzt sind, um den Heißdampf zu beschleunigen und zielgerichtet in die Außenluft zu führen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung (20) direkt, d. h. ohne Verwendung eines Anzündmitteltopfes (5) mit Anzündmischung (21) angezündet wird, wobei hier wieder das elektrische Anzündstück (3), eine pyrotechnische Übertragungsleitung (30), ein schlagkräftiges Anzündmittel (29) verwendet oder ein einfacher Glühdraht eingelegt ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Glühdraht aus einem elektrisch leitfähigen Metall oder einem elektrisch nicht gut leitfähigem Stoff wie Kohle oder Graphit besteht.

11. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnete daß der Glühdraht aus einem Material besteht, das bei der Erhitzung durch Stromdurchgang zusätzlich Energie liefert, beispielsweise Magnesium, Aluminium oder die in den Blitzlichtlampen als Explosionsfaden eingesetzten Mischungen.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Lochscheiben (11) bis (14) mit einem oder mehreren, versetzt angeordneten Löchern versehen sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung aus Treibladungspulver und pyrotechnischer Heizmischung (20) eine Termitmischung oder eine andere, nicht dem Sprengstoffgesetz unterliegende und Energie liefernde Mischung ist, die geeignet entweder durch eine spezielle Zündpille (3) gezündet wird oder durch einen durch Stromdurchgang ultrahoch erhitzten Draht aus Metall, Kohle, Graphit oder aus einer energieliefernden Mischung wie Magnesium, Aluminium oder aus den in Blitzlichtlampen verwendeten Stoffen.

14. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizmischung (22) und (23) eine Termitmischung oder eine andere, nicht dem Sprengstoffgesetz unterliegende und Energie liefernde Mischung ist (Magnesium, Aluminium oder aus den in Blitzlichtlampen verwendeten Stoffen), die durch den extremen Wärmestrom aus der Lochplatte (11) heraus gezündet werden.

15. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeit sogenannte Markierungsstoffe beigegeben werden, die beispielsweise einen Einbrecher noch tagelang identifizieren lassen.

16. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeit Wirkstoffe beigegeben und auf diese Weise weiträumig verteilt werden können (z. B. Pfefferöl zur Dingfestmachung von Einbrechern oder Angreifern).