[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verdampfen und/oder Vernebeln von Flüssigkeit.
Eine Vorrichtung gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus EP-A-726 550 bekannt.
[0002] 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.
[0003] Selbst der in der deutschen Patentanmeldung 196 24 582 beschriebene 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. Bei diesem Zerstäuber 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 0,5mm und einer Kanallänge
von 20mm und mehr und bei Drücken von 1600bar. 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!
[0004] Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen Verdampfer der eingangs genannten
Art zu schaffen, der in autarker Arbeitsweise imstande ist, eine große Menge von Flüssigkeit
zu verdampfen bzw. zu vernebeln, der eine kleinere Bauweise ermöglicht und einfach
und kostengünstig herstellbar ist.
[0005] Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
[0006] Die frei werdende Energie liegt in einer Dichte vor, die von keinem elektrischen
Heizkörper auch nur annähernd erzeugt werden kann: Beispielsweise liegt bei der Termitmischung
als Heizmischung bis zur Weißglut erhitztes Eisen als Wärmequelle im Heizkörpergehäuse
(12) der Nebelkartusche vor, also bei einer Temperatur, wo jeder andere Heizkörper
bereits längst seine Funktion eingestellt hätte. Damit kann sowohl die Heizleistung
wesentlich gesteigert, als auch die äußeren Abmessungen wesentlich verkleinert werden.
[0007] Der wesentliche Vorteil der Erfindung besteht in der autarken Arbeitsweise der Vorrichtung,
die es gestattet, unabhängig von externer Energieversorgung bzw. dem Stromnetz jederzeit
arbeitsbereit zu sein. Die Nebelkartusche ist dabei wartungsfrei und kann ab Herstellungsdatum
bis zu 20Jahren eingesetzt werden. Bei geeigneter Wahl der Heizmischung unterliegt
die Kartusche nicht dem Sprengstoffgesetz, sie kann selbst noch bei Temperaturen bis
zu 300°C gelagert werden, ohne Einbuße der Zuverlässigkeit. Dabei wird die zu verdampfende
Flüssigkeit durch einen sich nach der Anzündung der pyrotechnischen Heizmischung schnell
aufheizenden Metallkern mit oder ohne Kühlrippen erhitzt und zumindest teilweise verdampft.
Dieser Dampf erzeugt im Gehäuse einen Dampfdruck, der die erhitzte oder zumindest
teilweise verdampfte Flüssigkeit über eine Luftrohröffnung in das Rohrsystem oder
rohrähnliche System treibt. In diesem erfolgt eine vollständige Verdampfung, wobei
der so erzeugte trockene Heißdampf unter erhöhtem Druck aus dem Gehäuse austritt.
Dort wird er abgekühlt und kondensiert nach kurzer Zeit zu feinsten Tröpfchen, die
in ihrer Vielzahl den sehr stabilen Nebel ergeben.
[0008] Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht in der Tatsache, dass durch die Gehäuselösung
keinerlei Regelung oder andere Baugruppen zur Nebelerzeugung verwendet werden müssen,
also eine extrem einfache und kleine Kartusche möglich ist.
[0009] Einer der wesentlichen 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. Keines 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 60h Gangreserve Anforderung einhalten
können, die heute an VdS geprüfte Alarmanlagen gestellt werden.
[0010] Durch die richtige Wahl der pyrotechnischen Heizmischung unterliegt man überdies
nicht einmal dem Sprengstoffgesetz: Eine Termitmischung als Heizmischung und eine
rein elektrische Anzündung dieser Mischung in Form einer ultrahocherhitzten Kohle-
oder Graphitelektrode (Erhitzung bis zur Weißglut, dann über die Verdampfung bis zur
Erzeugung von Plasma) für die Handhabung, den Transport und die Lagerung von und durch
jedermann. Nur für Spezialzwecke wird man eine andere pyrotechnische Heizmischung
und/oder eine Anzündung durch eine spezielle Anzündpille oder Anzündmischung verwenden,
die dann allerdings wieder dem Sprengstoffgesetz unterliegen würden.
[0011] Der Heizkörper der Nebelkartusche ist erfindungsgemäß zweigeteilt und besteht aus
dem eigentlichen, pyrotechnisch beheizten Heizkörper und einem Kühlkörper, der die
Wärmeenergie an das außen anliegende Nebelfluid überträgt. Der Heizkörper kann erfindungsgemäß
innen strukturiert sein, um den Wärmeübergang von der pyrotechnischen Heizmischung
auf den Heizkörper deutlich zu verbessern (größere Oberfläche).
[0012] Beim Innenaufbau können in einen Metallkern rillenförmige/schraubenförmige Querschnitte
eingedreht sein, die beim Darüberschieben eines mit den O-Ringen abgedichteten Kühlkörpers
das rohrähnliche System bilden und den Naßdampf beim Durchströmen weiter erhitzen.
Je nach Massenstrom können dabei eine oder mehrere Rillen parallel eingedreht sein,
die Rillen an einem oder beiden Enden in einen Dampfsammelkanal münden und damit gleichmäßig
mit Naßdampf versorgt werden oder den Heißdampf gleichmäßig abgeben können. Dabei
kann nicht nur eine Rille von einem Sammelquerschnitt zu einem Sammelquerschnitt gezogen
werden, sondern es können auch parallel mehrere Rillen von einem gemeinsamen Sammelquerschnitt
versorgt werden.
[0013] In den Kühlkörper kann ein Dampfauslaßsystem, bestehend aus einer Bohrung, einer
Rohraufnahme und einem Austrittsrohr, integriert sein. Das Dampfauslaßsystem selbst
kann mehrfach im Kühlkörper angebracht sein, um so bei größeren Kartuschen den entstehenden
Dampf schnell ableiten zu können. Das Rillensystem kann hierbei mehrfach bzw. parallel
im Kühlkörper angebracht sein, um so bei größeren Kartuschen die durch die Heizmischung
zur Verfügung gestellte Wärmeenergie schnell ableiten bzw. umsetzen zu können. Nicht
nur ein Austrittsrohr kann dabei im Kühlkörper stecken und den Heißdampf aus dem Sammelquerschnitt
ablassen, sondern parallel mehrere, die jeder für sich über eine Bohrung versorgt
werden.
[0014] Die pyrotechnische Heizmischung samt Anzündung muß nicht direkt in den Heizkörper
(48) eingepresst werden, sondern kann zunächst in ein einfaches Metallrohr (61) eingepresst
werden, das dann quasi als Kartusche erst in den Heizkörper (48) eingeschoben zu werden.
[0015] Auf das Austrittsrohr (47) kann überdies ein Düsensystem (57) aufgesetzt sein, das
den hochgespannten Heißdampf beschleunigt, abkühlt und weiter rückstandsfrei macht.
[0016] Die in den Heizkörper integrierten Rillen (51) können einen halbrunden, einen dreieckförmigen,
einen trapezähnlichen oder einen rechteckigen Querschnitt aufweisen, der Kühlkörper
(44) außen mit Querrillen (59) und/oder mit Längsrillen (60) versehen sein, um den
Wärmeübergang an das ihn umgebende Fluid zu verstärken und gleichzeitig die Bewegung
des Fluids beim Verdampfen im Gehäuse (16) nicht wesentlich zu behindern. In das Gehäuse
(16) kann ein Verdrängungsring (58) aus Metall, Kunststoff oder Keramik eingesetzt
werden, um die im Topf eingefüllte Fluidmenge so auf die Menge der Heizmischung abstimmen
zu können, daß der Kühlkörper bzw. der Heizkörper außen möglichst vollständig mit
dem Nebelfluid benetzt wird. Alle oben genannten Baugruppen bzw. Bauteile können hierbeiaus
einem metallischen oder keramischen Werkstoff oder aus einem Kunststoff hergestellt
werden.
[0017] Die Heizmischung selbst kann in der Art einer Kartusche ausgeführt und in den Heizblock
eines herkömmlich mit elektrischen Heizkörpern beheiztes Nebelgerät eingeschoben sein,
um diesem damit Autarkie zu geben. Ebenso kann gleich der beheizte Heizkörper (1)
in den großen Heizkörper eines herkömmlich mit elektrischen Heizkörpern beheizten
Nebelgeräts eingeschoben werden, um ihm damit Autarkie zu geben.
[0018] Die Heizmischung kann auch durch eine Drahtseele aus Magnesium oder aus einer Legierung,
die bei Stromdurchgang Energie freisetzt, angezündet werden und damit weniger Zündenergie
in Form elektrischer Energie benötigen, in die Heizmischung Zusatzstoffe gemischt
werden, die sich besser pressen lassen, die ihr ein besseres Anzündverhalten selbst
bei tiefsten Temperaturen geben oder einfach die zu ihrer Anzündung benötigten Energie
herabsetzen.
[0019] Die Heizkörpereinheit der Nebelkartusche ist erfindungsgemäß zweigeteilt und kann
aus dem eigentlichen, pyrotechnisch beheizten Heizkörper (48) und einem Isolierring
(68) bestehen, der die Wärmeenergie im wesentlichen innen hält, nur zum Teil an das
außen anliegende Nebelfluid überträgt, wodurch eine sehr schnelle Verdampfung des
Nebelfluids und eine sehr effektive Nacherhitzung des Naßdampfes sicherstellt wird.
Der Heizkörper (48) kann vorteilhaft innen strukturiert sein, um den Wärmeübergang
von der pyrotechnischen Heizmischung auf den Heizkörper (48) deutlich zu verbessern
(größere Oberfläche), beispielsweise durch Innenrippen, Innenrillen oder eine oder
mehrere Innenspiralen und am Eingang des Verdampfersystems ein Düsensystem bzw. Düsenteil
haben, beispielsweise bestehend aus der Membran (56), den Bohrungen (74) und (75)
und der Sammelnut (49), das im Isolierring (68) integriert sein kann und den Massenstrom
des Nebelfluids so stark begrenzt, daß der Naßdampf durch weiteres Aufheizen restlos
in trockenen hochgespannten Dampf umgesetzt wird.
[0020] Der Heizkörper (48) kann auch außen strukturiert sein, beispielsweise können spiralförmige/schraubenförmige
oder rippenförmige Querschnitte eingebracht sein, die beim Drüberschieben des mit
den O-Ringen (58) abgedichteten Isolierring (68) ein rohrähnliches oder kammerähnliches
System bilden und den Naßdampf beim Durchströmen weiter erhitzen; je nach Massenstrom
kann im Fall der spiralförmigen Querschnitte eine oder mehrere Spiralen parallel eingebracht
sein. Außerdem kann vorteilshaft sowohl der Isolierring (68) innen, als auch der Heizkörper
(48) außen strukturiert sein, beispielsweise spiralförmige/schraubenförmige oder rippenartige
Querschnitte eingebracht sind. Ebenso kann der Isolierring (68) außen strukturiert
sein, beispielsweise spiralförmige/schraubenförmige oder rippenförmige Querschnitte
eingebracht haben, die zusammen mit dem Gehäuse (16) ein rohrähnliches System bilden
und die Wärmeenergie schnell in das außen anliegende Fluid überströmen lassen. Hierbei
können ein oder mehrere Abschnitte (73) des Heizkörpers (48) nicht vom Isolierring
(68) umgeben sein und/oder außen so strukturiert sein, daß der Wärmeübergang vom Heizkörper
(48) in das Fluid deutlich so verbessert wird (größere Oberfläche), daß das Fluid
schneller als bisher aufgeheizt und damit die Zeit zwischen Auslösung und dem Austritt
des ersten Dampfes nach außen deutlich verkleinert wird, beispielsweise durch Rippen,
Rillen oder eine oder mehrere Spiralen. Die Spiralen können an einem oder beiden Enden
in einen Dampfsammelkanal münden und damit gleichmäßig mit Naßdampf versorgt werden
oder den Heißdampf gleichmäßig abgeben. Hierbei kann nur eine Spirale von Sammelquerschnitt
(50) oder (49) nach Sammelquerschnitt (66) bzw. (53) gezogen, sondern parallel mehrere
Spiralen von einem gemeinsamen Sammelquerschnitt (50) oder (49) versorgt werden. In
den Isolierring (68) kann ein Dampfauslaßsystem, bestehend aus der Bohrung (41), der
Rohraufnahme (42) und einem Austrittsrohr (47) integriert sein, oder bestehend aus
der Sammelnut (53), den Bohrungen (41) und (94), der Sammelnut (78), einer Dampfaustrittsbohrung
(20), eventuell ergänzt durch ein Austrittsrohr (47). Das Dampfauslaßsystem kann einfach
oder mehrfach im Isolierring (68) angebracht sein, um so bei größeren Kartuschen den
entstehenden Dampf schnell ableiten zu können. Ebenso kann in den Isolierring (68)
ein Dampfeinlaßsystem, bestehend aus dem Sammelnutsystem (49), einer eventuell eingebrachten
Sammelnut (50) entsprechend Figur 16 integriert sein oder bestehend aus Membran bzw.
Abdeckung (56), Bohrung (74), Düsenbohrung (55), Bohrung (75) und Sammelnut (49) entsprechend
Figur 14a, wobei eines oder mehrere Bauteile auch entfallen können. Das Dampfeinlaßsystem
im Isolierring (68) kann auch aus Membran bzw. Abdeckung (56), Düsenbohrung (55),
Aufnahme (32), Bohrung (33) und Sammelnut (49) entsprechend Figur 10 bestehen, wobei
eines oder mehrere Bauteile auch wieder entfallen können. Das Dampfeinlaßsystem kann
hierbei einfach oder mehrfach bzw. parallel im Isolierring (68) angebracht sein, um
so bei größeren Kartuschen den benötigten Massenstrom an Nebelfluid schnell genug
einführen zu können. Das Dampfeinlaßsystem (Fig.28) und/oder das Dampfauslaßsystem
(Fig.29) kann einfach oder mehrfach bzw. parallel, im ganzen oder nur Teile davon
im Heizkörper (48) selbst mit integriert sein, es kann einfach oder mehrfach bzw.
parallel, im ganzen oder nur Teile davon in einem Deckel selbst mit integriert sein.
Außerdem muß nicht nur ein Austrittsrohr (47) eingebracht sein, sondern parallel mehrere,
die jeder für sich den Heißdampf nach außen ablassen. Das Dampfauslaßrohr kann wieder
innen oder außen, entweder vollständig oder nur teilweise thermisch isoliert sein.
[0021] Der Heizkörper (48) selbst kann aus Metall, vorteilshaft aus Kupfer oder Aluminium,
einer Keramik oder einem Hochtemperaturkunststoff bestehen, aus einem Stück hergestellt
der ein- oder mehrfach geteilt sein und diese Teile dann mit einem Fügeverfahren miteinander
verbunden sein, vorteilshaft durch Schrauben, Reibschweißen, Hartlöten oder Schrumpfen.
Auch eine kegelige Ausführung von Heizkörper und Kühlkörper führt vorteilshaft und
erfindungsgemäß zu einem innigen und guten Wärmeübergang.
[0022] Das Dampfauslaßsystem entsprechend Figur 15a kann weiter so angebracht sein, daß
der erzeugte Dampf seitlich aus dem Topf (16) herausgeführt werden kann, beispielsweise
bestehend aus den Einzelheiten Bohrung (96), Dampfauslaßrohr (97) und einem hier nur
skizzenhaft dargestellten Abdichtsystem (98) und (65) oder jedem anderen hier beschriebenen
Dampfauslaßsystem, es kann oben oder an einer anderen Stelle im Isolierring (68) eingebracht
sein und jeweils aus allen aufgezeichneten Details besteht oder nur aus einzelnen
Details (nicht als eigene Figur ausgeführt). Das Dampfauslaßsystem kann irgendwo im
Heizkörper (48) oder auch in dessen Abschnitt (73) eingebracht sein und jeweils aus
allen aufgezeichneten Details bestehen oder nur aus einzelnen Details. Es kann entsprechend
Figur 15b so angebracht sein, daß der erzeugte Dampf unten aus dem Topf (16) herausgeführt
werden kann, beispielsweise bestehend aus den Einzelheiten Bohrungen (75) und (96),
Dampfauslaßrohr (99) und einem hier nur skizzenhaft dargestellten Abdichtsystem (98)
und (65) oder jedem anderen hier beschriebenen Dampfauslaßsystem. Es kann oben oder
an einer anderen Stelle im Isolierring (68) eingebracht sein, irgendwo im Heizkörper
(48) oder auch in dessen Abschnitt (73).
[0023] Der Heizkörper (48) kann durch ein Zentrier- und Abstandsbauteil (71) zentriert und
der Abstand (81) abgesichert werden, so daß die Kartusche selbst stärkste mechanische
Vibrationen und Stöße verträgt, er bzw. der Isolierring (68) kann ein Abdichtungssystem
(58) erhalten, hier in Figur 14a und 16 der Einfachheit halber als O-Ring-System gezeichnet,
das den Zwischenraum zwischen Heizkörper und Isolierring nach außen hin bzw. gegenüber
dem Topfinnenraum hin abdichtet. Das Abdichtsystem (58) kann unten und oben im Heizkörper
eingebaut sein, wie in Figur 14a und 16 dargestellt, oder nur unten, oder nur oben.
Es kann unten und oben im Isolierring (68) eingebaut werden, oder nur unten, oder
nur oben (nicht als eigene Figur ausgeführt), es kann unten und oben im Heizkörper
und im Isolierring (68) eingebaut werden und so vorteilshaft zusammenwirken (nicht
als eigene Figur ausgeführt).
[0024] Zwischen Deckel (19) und Heizkörper (48) und/oder Isolierring (68) kann eine Abdichtfolie
(95) eingebracht sein, die die Bauteile nach außen, innen oder gegeneinander abdichten,
anstelle der Abdichtfolie (95) kann aber auch ein Dichtkleber, beispielsweise Silikon
oder ein anderes Dichtmittel verwendet werden.
[0025] In das Gehäuse (16) können ein oder mehrere Sicherheitsventile eingebracht werden,
beispielsweise eingeschraubt oder vorteilshaft integriert sein und dabei vorteilshaft
beispielsweise aus den Bauteilen Membran (63), Bohrung (64) und Abdeckung (62) bestehen,
wie dies in den Figuren 14a und 16 gezeichnet ist. Der bisher als ein Bauteil dargestellte
Topf (16) kann auch aus einem dünnen Material (85), vorzugsweise aus Blech aus vorteilshaft
Stahl, Kupfer oder Aluminium bestehen, der dann durch ein Umformverfahren in die Nut
(90) bzw. (88) durch segmentweises Fließpressen des Materials (Detail (91) der Figur
17), wie es in Figur 17 und im Detail in Figur 18 dargestellt eingedrückt oder eingebördelt
bzw. eingerollt wird, wie es in Figur 19 bis 21 als Detail (84) bzw. (89) skizziert
ist, mit dem Deckel (19) verbunden wird und damit auf die Verschraubungen (83) und
(101) verzichtet werden kann. Dieser dünne Blechtopf (85) kann außen von einem zweiten
Topf (87) nach Figur 17, 20 und 21 umgeben werden, umspritzt oder in diesen vor dem
Spritzen oder Gießen eingelegt sein, der vorzugsweise aus einem Isolierstoff wie Kunststoff,
Keramik oder einem Faserstoff besteht, um die Kartusche nach der Funktion mit der
Hand anfassen zu können oder den Topf umgebende Teile nicht zu stark wärmemäßig zu
belasten, oder aus einem Metall, um das in Extremsituationen mögliche Aufplatzen des
Blechtopfs (85) wirksam zu verhindern. Der Außentopf (87) kann Bohrungen oder Aussparungen
(92) haben, damit beispielsweise das Fließpreßwerkzeug den Innentopf (16) bearbeiten
kann. Außerdem kann der dünne Blechtopf (85) außen von einem Rohr (86) umgeben, umspritzt-oder
in diesen vor dem Spritzen oder Gießen eingelegt werden, das vorzugsweise aus einem
Isolierstoff wie Kunststoff, Keramik oder einem Faserstoff besteht, um die Kartusche
nach der Funktion mit der Hand anfassen zu können oder den Topf umgebende Teile nicht
zu stark wärmemäßig zu belasten, oder aus einem Metall, um das in Extremsituationen
mögliche Aufplatzen des Blechtopfs (85) wirksam zu verhindern. Ebenso kann der dünne
Blechtopf (85) innen von einem zweiten Topf (87) umgeben, umspritzt oder in diesen
vor dem Spritzen oder Gießen eingelegt sein, der vorzugsweise aus einem Isolierstoff
wie Kunststoff, Keramik oder einem Faserstoff besteht, um die Kartusche nach der Funktion
mit der Hand anfassen zu können oder den Topf umgebende Teile nicht zu stark wärmemäßig
zu belasten, oder aus einem Metall, um das in Extremsituationen mögliche Aufplatzen
des Blechtopfs (85) wirksam zu verhindern, er kann innen durch ein Rohr (103) nach
Figur 23 armiert sein, das vorzugsweise aus einem Isolierstoff wie Kunststoff, Keramik
oder einem Faserstoff besteht, um die Kartusche nach der Funktion mit der Hand anfassen
zu können oder den Topf umgebende Teile nicht zu stark wärmemäßig zu belasten, oder
aus einem Metall, um das in Extremsituationen mögliche Aufplatzen des Blechtopfs (85)
wirksam zu verhindern.
[0026] Die pyrotechnische Heizmischung (8) kann mit oder ohne Anzündung nicht direkt in
den Heizkörper (48) eingepreßt werden, sondern zunächst in ein einfaches Metallrohr
(61) nach Figur 13 eingepreßt werden, das dann quasi als Kartusche erst in den Heizkörper
(48) eingeschoben wird. Auf das Austrittsrohr (47) oder auf das Ende der Verdampferspirale
(14) kann ein Düsensystem (57) aufgesetzt werden, das den hochgespannten Heißdampf
beschleunigt, abkühlt und weiter rückstandsfrei macht, wie es in Figur 12 dargestellt
ist.
[0027] Die Heizmischung läßt sich zusätzlich zu obigen Ausführungen außerdem über Anschluß
(6) und einer Elektrode (3) aus einem Metall, einem Halbleiter oder einem schlechten
Leiter, beispielsweise Graphit oder Kohle vorteilshaft anzünden, oder über ein herkömmliches
Anzünd- oder Zündstück (nicht gezeichnet), wobei diese elektrisch, rein pyrotechnisch,
mechanisch durch Reibdraht oder Schlag initiiert werden können. Auch über eine herkömmliche
Stoßwellenübertragungsleitung (Handelsnamen TLX, Shock Tube, AZÜL, Anzündübertragungsleitung
u.ä., nicht gezeichnet) mit aufgesetzter Verstärkerladung kann die Anzündung erfolgen.
[0028] Anstelle des Nebelfluids kann ein beliebiges anderes Fluid eingesetzt werden, um
es so autark zu verdampfen und diesen Dampf dann beliebig einzusetzen, beispielsweise
eine Ausstoßvorrichtung oder auch nur einen Wärmetauscher zu versorgen, womit die
Nebelkartusche zur universal einsetzbaren Verdampfungskartusche wird.
[0029] Alle oben genannten bzw. aufgeführten Baugruppen bzw. Bauteile können aus einem metallischen
oder keramischen Werkstoff oder aus einem Kunststoff hergestellt werden oder aus einer
Kombination eines metallischen oder keramischen Werkstoff oder aus einem Kunststoff,
beispielsweise miteinander beschichtet oder lackiert werden.
[0030] Der Heizkörper (48) kann nicht nur, wie in Figur 14a gezeichnet, horizontal in einen
oberen Teil und den rippenartigen Teil (73) geteilt werden, sondern auch wie in Figur
14c dargestellt, vertikal in einen mittleren Teil und dem rippenartigen Teil (106),
wodurch sehr flexibel auf die jeweiligen Gegebenheiten der Fertigung des Heizkörpers
(48) eingegangen werden kann.
[0031] Die komplette Nebelkartusche kann überdies nach allen bisher genannten Ansprüchen
mit dem autark beheizten Heizkörper in ein herkömmliches stationäres Nebelgerät mit
externer Energiezuführung, insbesondere mit elektrischen Heizkörpern beheizten Wärmespeicher,
integriert werden, um ihm damit Autarkie zu geben, oder auch nur irgendwo im zu schützenden
Raum aufgestellt wird, aber sonst nur von diesem Nebelgerät mit externer Energiezuführung
angesteuert wird, um diesem damit Autarkie zu geben, die Nebelkartusche kann sich
aber durchaus in diesem Umfeld auch selbst steuern oder sogar auch das herkömmlich
auf externe Energiezuführung angewiesene Nebelgerät mit steuern!
[0032] In die Nebelkartusche können mehrere pyrotechnisch beheizte Heizkörper eingebaut
sein, um die Kartusche entweder mehrmals hintereinander auslösen oder einfach nur
mehr Nebel erzeugen zu können, ohne mehrere einzelne Gehäuse verwenden zu müssen,
das Gehäuse bzw. hier Sammelgehäuse einfach den jeweiligen Einbaugegebenheiten besser
anpassen, oder einfach nur um weitere Entwicklungsaufwendungen einsparen zu können.
[0033] Damit die auftretenden Energiedichten insbesondere in den bei größeren leistungsfähigeren
Kartuschen eingesetzten Heizkörpern wieder beherrschbar sind und diese größeren Heizkörper
bei den erforderlichen effektiven dünnen Wandstärken nicht mehr sofort durchbrennen
bzw. durchbrechen, können erfindungsgemäß und vorteilshaft die bereits in oben zitierten
Anmeldungen beschriebenen Heizmischungen, insbesondere Thermite, entweder örtlich
verteilt, insbesondere in mehrere Heizmischungen aufgeteilt werden, diese dann insbesondere
zusätzlich zeitlich verzögert gezündet werden oder insbesondere über alternative Zündverfahren
anders, d.h. langsamer gesteuert abbrennen, oder insbesondere die maximal im Heizkörper
auftretende Temperatur auf eine beherrschbare Größenordnung gebracht wird, indem erstmals
bewußt die physikalischen Effekte Aufschmelzen und Verdampfen von festen Materialien
eingesetzt und für den Bereich Nebelkartusche optimiert werden.
[0034] Die Heizmischung kann hierbei in mehrere Bohrungen eines Heizkörpers (48) untergebracht
werden, diese Bohrungen einzeln oder alle miteinander parallel oder seriell oder parallel
und seriell miteinander über Überzündkanäle (185) oder (186) verbunden sein, eine
oder auch alle Bohrungen können unten konisch zulaufen oder Radien besitzen oder auch
flach ausgeführt werden. Die Heizmischung oder die Heizmischungen können mit einer
Isolierschicht (110) bedeckt sein, sie kann auch nicht in einzelne Bohrungen verteilt
werden, wie es in Figur 30 gezeigt bzw. Anspruch 2 beschrieben ist, sondern in ein
oder mehrere ringförmige Aufnahmetaschen im Heizkörper (48), die mehr oder weniger
tief oder breit ausgeführt sind (nicht gezeichnet). Die Bohrungen oder Taschen können
nicht nur glatte Wände aufweisen, sondern mehr oder weniger stark strukturiert sein,
um sowohl den Wärmeübergang effektiver zu machen oder insbesondere das Material der
Struktur damit gleichzeitig als Opfermaterial einzusetzen, um die maximale Brennraumtemperatur
nach oben hin begrenzen zu können.
[0035] Der Heizkörper kann wie bisher nur eine zentrale Bohrung aufweisen, diese kann axial,
wie in Figur 31, oder / und radial, wie in Figur 36 gezeigt, strukturiert sein, möglich
sind aber auch andere Innenstrukturen, wie sie in den Figuren 31 und 36 beispielhaft
gezeichnet sind. Die Bohrungen und Taschen können gleich groß oder unterschiedlich
groß und tief sein, um die Aufheizcharakteristik damit steuern zu können, die Opferscheiben
aus einem Material mit mittlerer oder hoher Schmelzwärme oder/und insbesondere Verdampfungswärme
in eine oder mehrere Bohrungen mit Heizmischung mit eingebracht sind, um durch das
Aufschmelzen oder Verdampfen Energie während des Abbrands der Heizmischung(en) zwischenzuspeichern
und nachträglich wieder abzugeben. Diese Opferscheiben können gelocht sein und oder
eine Oberflächenstruktur aufweisen, insbesondere oben und/oder unten kegel- oder keilförmig
sind, mit oder ohne ebene Teilflächen (122). Sie können geteilt sein oder nur Bruchteile
davon eingebracht sein. Anstelle scheibenförmiger Opferscheiben können nur Teilkörper,
insbesondere ein Granulat aus dem Opfermaterial mit der Heizmischung mit eingefüllt
oder eingepreßt sein, anstelle der Opferscheiben können Opferringe, insbesondere wie
in Figur 33c gezeigt, eingebracht sein, die Opferscheiben selbst ein Loch oder Löcher
für Elektroden aufweisen.
[0036] Überdies kann der Abbrand der Heizmischung durch andersartige Anzündstellen gesteuert
werden, eine ganze Elektrode wird hierbei zu einem mehr oder weniger kurzem Elektrodenstück
mit Stromzuführungen, die in Sonderfällen auch entfallen können (insbesondere beim
Ansetzen der kurzen Elektrode in das Heizkörpergehäuse) und die entweder unten, mittig
in der Heizmischung oder mehr oben eingesetzt sind. Mehrere Elektroden oder Anzündstellen
können parallel oder seriell oder parallel und seriell in der Heizmischung / den Heizmischungen
eingebracht sein.
[0037] Der Heizkörper selbst kann innen so strukturiert werden, daß der Wärmefluß den Erfordernissen
aus Aufheizung insbesondere des Nebelfluids und/oder der Belastung des Heizkörpers
durch die Heizmischung selbst angepaßt werden kann, insbesondere aus einer rillenartigen
Strukturierung im oberen Teil des Heizkörpers besteht und aus einem unstrukturierten
dickeren Teil der Bohrung für die Aufnahme der Heizmischung im unteren Teil des Heizkörpers.
Der Heizkörper kann außen mit einem zunächst beliebig geformten Kühlkörper oder Isolierring
(44) versehen sein, um den Wärmefluß definiert zu steuern und den Heizkörper damit
zu entlasten. Hierbei kann nur ein Teil des Heizkörpers diese Ringe tragen und/oder
Kühlkörper und Isolierringe gleichzeitig aufgebracht sind, um die Wirksamkeit der
Steuerung des Wärmeflusses noch weiter zu steigern.
[0038] Die Heizmischung kann in einem Heizmantel um einen Zentral- oder Verdampferkern in
Bohrungen oder Taschen eingebracht sein, im Heizkörper neben dem Heizmantel (151)
noch eine zentrale Bohrung mit Heizmischung untergebracht sein. Die Heizmischung,
insbesondere Thermit, kann nur von oben durch das Heißgas und durch Heißpartikel aus
einer alternative Anzündung durch die direkte elektrische Erhitzung einer Leiterbahn
(163) aus einem Material mit hohem Brennwert und hoher Verbrennungstemperatur bis
zu dessen Zündtemperatur gezündet wird, wobei dieses Material aus einem Metall besteht,
insbesondere aus Aluminium, Magnesium, Zirkonium, Zink oder einer Mischung oder Legierung
dieser Metalle, oder aus einer herkömmlichen leitfähigen oder leitfähig gemachten
Anzündmischung besteht. Diese Leiterbahn kann mit einem Abstand zur Oberfläche der
Heizmischung (8) angebracht werden, durch einen Andrückmechanismus, insbesondere durch
ein Federsystem stets oder zumindest zum Zeitpunkt der Zündung auf die Oberfläche
der Heizmischung (8) gepreßt werden, um das entstehende Metallplasma direkt einwirken
zu lassen, sie kann mit einer zunächst beliebigen Form auf eine Trägerplatte, aber
auch ohne diese auf- oder eingebracht sein, insbesondere gerade einfach ausgeführt
ist, mehrere Bahnen parallel verlaufen oder mäanderförmig sind. Diese Leiterbahn kann
geeignet elektrisch kontaktiert werden, sie wird entweder aufgetragen, aufgestrichen,
aufgepreßt, durch ein chemisches, chemisch-optisches Verfahren aufgebracht, sie entsteht,
indem eine ganze Schicht aus diesem zündfähigen Material einfach so einmal oder mehrfach
geritzt, gefräst oder per Laser abgetragen wird, daß Glühbrücken und damit eine oder
gleich mehrere Zündstellen entstehen, insbesondere in der Art eines ein oder mehrfach
unterbrochenen Rings (nicht gezeichnet). Das pulverförmige zündfähige Material durch
den Durchgang eines elektrischen Stroms durch eine Leiterbahn aus einem dieser Materialien
selbst gezündet wird. Das pulverförmige Material kann durch direkten Stromdurchgang
gezündet werden, wobei die Elektroden einfach stabförmig sind, pulverseitig Flächen
aus leitfähigem Material haben oder pulverseitig mit Eindringkörpern versehen sind,
um sich in den Pulverkörper einzudringen und stets einen guten elektrischen Kontakt
damit herzustellen, es kann durch eine Glühwendel oder einen Glühdraht gezündet werden.
[0039] Die Heizmischung, insbesondere Thermit, kann auch nur von oben durch das Heißgas
und durch Heißpartikel aus einer alternativen Anzündung durch die Reaktion eines Anzündsatzes
gezündet werden, der stoß- oder reibempfindlich ist und durch einen Stoß oder Schlag
auf einen Pin des Trägerplättchens oder des Leiterbahnträgers selbst nicht elektrisch
gezündet wird, die die Heizmischung aufnehmende Bohrung kann strukturiert werden,
wobei diese Struktur in mindestens zwei Abschnitte zerfällt, 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. Das zündfähige Material
der Leiterbahn kann nicht als mehr oder weniger breite Leiterbahn aufgebracht sein,
sondern in einem Topf (166) als Pulver, Pulverpreßling oder als Schüttpulver untergebracht
werden, von wo aus das Heißgas dann durch Löcher im Topf auf die Oberfläche geleitet
wird. Der Topf kann hierbei stabförmig werden und mehr oder weniger tief in der Heizmischung
stecken, wodurch das bei der Anzündung entstehende Heißgas direkt in die Heizmischung
injiziert wird. Die Heizmischung kann mit festen, gallertartigen oder flüssigen Zusatzstoffen
versehen sein, die die innere Energie des Heizstoffes herabsetzen und / oder beim
Abbrand der Heizmischung Energie zwischenspeichern, insbesondere in Form des Wassergehalts
der Heizmischung.
[0040] Die Löcher für das Heißgas (171) können so angeordnet werden, daß damit die Anzündung
und damit wieder der Abbrand der Heizmischung gewünscht gesteuert werden kann.
[0041] Der Heizkörper kann ein oder mehrere Bohrungen aufweisen, die selbst insbesondere
mit Nebelfluid ganz oder teilweise gefüllt sind, es sind in ihn ein oder mehrere Opferscheiben
oder Opferringe eingesetz, unterschiedliche Dicke haben, in verschiedenem Abstand
zueinander und zum Boden der Heizkartusche stehen und aus verschiedenen Materialien,
insbesondere Metallen bestehen können. Der Heizkörper kann ein oder mehrere Bohrungen
aufweisen, die leer oder nur mit Luft oder einem anderen Gas gefüllt sind und die
Funktion einer Druckausgleichskammer übernehmen, um Druckspitzen im Topf abzubauen
und / oder den Kontakt des Nebelfluids mit dem Heizkörper führen. Schon durch den
Einbau des Heizkörpers kann ein oder mehrere Ausgleichsvolumen (190) geschaffen werden,
die leer oder nur mit Luft oder einem anderen Gas gefüllt sind und die Funktion einer
Druckausgleichskammer übernehmen, um Druckspitzen im Gehäuse abzubauen und / oder
den Kontakt des Nebelfluids mit dem Heizkörper führen. Der Heizkörper kann ein oder
mehrere Bohrungen aufweisen, die selbst insbesondere mit Nebelfluid ganz oder teilweise
gefüllt sind und nur über Überströmöffnungen insbesondere in der Art (187) mit dem
übrigen Nebelfluid verbunden sind, um das Fluid innen und außen anders behandeln zu
können.
[0042] Zudem können in die Nebelkartusche mehrere autark beheizte Heizkörper eingebaut werden,
um die Kartusche entweder mehrmals hintereinander auslösen oder einfach nur mehr Nebel
erzeugen zu können, ohne mehrere einzelne Gehäuse verwenden zu müssen, das Gehäuse
bzw. hier Sammelgehäuse einfach den jeweiligen Einbaugegebenheiten besser anpassen,
oder einfach nur um weitere Entwicklungsaufwendungen einsparen zu können
[0043] Zu allem oben aufgeführten Kennzeichen kann der austretende Nebel durch ein Elektrodensystem
elektrostatisch so beeinflußt werden, daß er sich schneller und gleichmäßiger im Raum
verteilt (die Nebeltröpfchen sind stets elektrisch geladen, die Nebelausbreitung findet
auch normalerweise schon hauptsächlich durch elektrostatische Effekte - Stichwort
geladene Raumwolke - statt, was aber noch verstärkt werden kann!). Diese Anordnung
kann auch bei herkömmlichen Anlagen mit großem Erfolg angewendet werden, ist also
weit über die hier vorgestellte Anwendung anwendbar.
[0044] Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachstehend an Hand der nachfolgend
in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert.
Figur 8 bis 10:
[0045] Gezeichnet ist eine weitere Ausgestaltung des Heizkörpers (1) der Nebelkartusche,
der in das mit Nebelfluid gefüllten Gehäuse (16) eintaucht.
[0046] Anders als dort ist er aber zweigeteilt in den eigentlichen Heizkörper (1) und einen
Kühlkörper (44). Oder anders gesagt, die vorgestellte Lösung nähert zum einen das
in den Metallkern / Heizkörper eingegossene Verdampferrohr nach Figur 6 an, zum anderen
ermöglicht der Ersatz des Verdampferrohrs durch die in den Metallkern / Heizkörper
eingedrehten Rillen eine bessere Anpassung der Dampfquerschnitte beim Vergrößern oder
Verkleinern der Baugruppe (in der Praxis ist nicht jeder Rohrquerschnitt, der benötigt
würde verfügbar, während der Querschnitt der Rille im Metallkern / Heizkörper fast
beliebig gedreht bzw. angepaßt werden kann.
Der Reihe nach laufen hier, zeitlich geordnet, folgende Vorgänge ab:
[0047] Nach dem Anzünden setzt die pyrotechnische Heizmischung (8) im Metallkern bzw. Heizkörper
(1 bzw. hier 48) um und heizt diesen auf. Dieser gibt seine Wärmeenergie über die
Stege (45) des Rillenteils an den darübergeschobenen Kühlkörper (44) ab. Dieser erhitzt
sich nun ebenfalls und das an ihm anliegende Nebelfluid (17, Figur 1), das er schließlich
verdampft.
[0048] Der noch nasse Dampf dringt in die Bohrung (32, Figur 10) ein, strömt durch das Loch
(33) und sammelt sich im oberen Sammelquerschnitt (49). Von dort strömt der Dampf
in den darunterliegenden Sammelquerschnitt (50) des Heizkörpers (48) und dann durch
die Rille bzw. die evtl. mehrgängig eingedrehten Rillen (51, Figur 9), wo er weiter
erhitzt wird und in der unteren Sammelrille (52) des Heizkörpers (48) gesammelt wird.
Er strömt dann in die darüberliegende Sammelrille (53) des Kühlkörpers (44), dabei
durch die Bohrung (41) in die Rohraufnahme (42), wo er dann im Austrittsrohr (47)
durch den Deckel (19, Figur 1) nach außen geleitet wird und während des Kontaktes
bzw. der Verwirbelung mit der kühlen Außenluft in Nebel umschlägt.
[0049] Nur dadurch, daß der Verdampfungsraum, d.h. die Rillen (51) nun nicht mehr von der
relativ kalten Nebelflüssigkeit umgeben sind und die Temperatur am Ort der Rillen
sich aufgrund des Temperaturgefälles zwischen dem Heizkörperinnenraum und der jeweiligen
Temperatur des außen am Kühlkörper anliegenden Nebelfluids einstellt, liegt die Verdampfungstemperatur
nun erstmals deutlich über der Siedetemperatur des Nebelfluids und erreicht so die
ca. 300°C, die für die spätere effektive Nebelwirkung notwendig ist.
[0050] Gleichzeitig wirkt der relativ massive Kühlkörper als Wärmesenke und als Wärmespeicher,
um den gesamten Vorgang etwas zu verlangsamen.
Das Austrittsrohr (47) kann hierbei außen oder innen isoliert sein, um Wärmeverluste
zu verkleinern, weil die es umgebende Flüssigkeit nur eine Temperatur von ca. 150°C
hat, der Dampf im Rohr aber mehr als 300°C.
[0051] Zur Anpassung der durch die Heizmischung (8) zur Verfügung gestellten Wärmeenergie
wird entweder nur eine Rille (51) vom oberen Sammelquerschnitt (50) zum unteren Sammelquerschnitt
(52) des Heizkörpers (48) in diesen eingedreht, oder auch 2, 3 oder noch mehr Rillen,
um sowohl den notwendigen Strömungsquerschnitt für den Dampf zur Verfügung zu stellen,
alsauch um den Heizkörper selbst nicht zu sehr mechanisch zu schwächen und die Wärmeübertragung
vom Heizkörper in den noch nassen Dampf in den Rillen optimieren zu können.
[0052] Je nach dem in den Heizkörper (48) eingebrachten gesamten Strömungsquerschnitt der
Rillen (51) und dem zur Verfügung gestellten Querschnitt des Austrittsrohres (47)
werden mehrere Austrittsrohre (47) im Kühlkörper eingesetzt. Hierbei wird wieder jedes
Austrittsrohr durch eine eigene Bohrung (41) vom gemeinsamen Sammelquerschnitt (53)
versorgt.
[0053] Der Innenraum des Metallkerns / Heizkörpers (1 bzw. 48) kann wie der außen angebrachte
Kühlkörper (44) oder wie schon die früher gezeigten Kühlrippen (25, Figur 3) gerippt
sein, um den Wärmeübergang der heißen pyrotechnischen Mischung an die Innenwand deutlich
zu verbessern und damit die Aufheizung und Verdampfung des Nebelfluids im Topf und
dessen nachfolgenden weiteren Aufheizung zu beschleunigen.
[0054] Der Heizkörper (48) ist in den Kühlkörper (44) mittels O-Ringen (58) eingedichtet,
um den während der Erhitzung des Naßdampfes in der Rille (51) gegenüber dem Topfinnenraum
stark ansteigenden Dampfdruck in den Rillen halten zu können, den Naßdampf bzw. später
den trockenen Heißdampf in die Rillen bzw. Sammelquerschnitte zu zwingen und kein
Abblasen des hochgespannten Dampfes in den Topfinnenraum zu erlauben: Das wäre ein
Nebenschluß, der die Wirkung des gesamten Verdampfungssystems stark heruntersetzen
würde!
Figur 11:
[0055] Gezeichnet ist eine Schraube (54), die in die Bohrung (32) eingesetzt wird, um den
Massenstrom des noch nassen Dampfes in die Rillen (51) zu begrenzen und damit die
Dampfqualität des aus dem Austrittsrohr (47) ausströmenden Dampfes zu optimieren.
[0056] Hierzu ist eine Düsenbohrung (55) eingebracht, sowie eine Membran (56) zur Absperrung
des außen anliegenden Nebelfluids im nicht angezündeten Zustand der Heizmischung,
d.h. während der gesamten Lagerzeit. Ohne Membran würde beispielsweise bei Erschütterungen
immer wieder Nebelfluid durch die Bohrung (33) in die Rille (51) einfließen, die Rille
damit auffüllen. Bei der Anzündung der Heizmischung würde dann die hier vorher eingeflossene
Fluidmenge teilweise schlagartig verdampft werden und zum großen Teil unverdampft
aus dem Austrittsrohr (47) ausgeschleudert werden. Das muß aber verhindert werden,
weil damit der erzeugte Nebel nicht mehr rückstandsfrei wäre und die Umgebung der
Nebelkartusche verschmutzen würde! Außerdem könnte dann ein Fluidverlust über die
jahrelange Lagerzeit der Kartusche nicht mehr verhindert werden.
Figur 12:
[0057] Gezeigt ist hier eine Lavaldüse (57), aufgesteckt auf das Ende des Austrittsrohres
(47), um den hochgespannten trockenen Heißdampf zu beschleunigen und gleichzeitig
abzukühlen. Damit schließt der Dampf schneller die Einbruchsfront, der Nebel wird
weiter rückstandsfreier, die Temperatur des austretenden Heißdampfs kann weiter gesenkt
werden.
[0058] Die hier gezeichnete Lavaldüse (57) steht hier nur stellvertretend für die anderen
aus der Raketentechnik bzw. der Strömungsmechanik bekannten Düsenformen.
Figur 13:
[0059] Gezeichnet ist ein einfaches Metall- oder Keramikrohr (61), in das die Heizmischung
(8) eingepreßt ist und das ganze damit zur Kartusche wird, die nach der ersten Anzündung
der Heizmischung aus dem Heizkörper (1) bzw. (48) herausgezogen und wieder ersetzt
werden kann.
Figur 14a und b:
[0060] Gezeichnet ist eine weitere Ausgestaltung des Heizkörpers (1) der Nebelkartusche,
der in das mit Nebelfluid gefüllten Gehäuse (16) eintaucht. Anders als dort ist er
aber zweigeteilt in den eigentlichen Heizkörper (1) bzw. (48) und einen Isolierring
(68) aus Stahl oder einem anderen Metall, Kunststoff oder Keramik. Oder anders gesagt,
die vorgestellte Lösung nähert zum einen das in den Metallkern / Heizkörper eingegossene
Verdampferrohr nach Figur 6 an, zum anderen ermöglicht der Ersatz des Verdampferrohrs
durch die in den Metallkern / Heizkörper eingedrehten Rillen eine bessere Anpassung
der Dampfquerschnitte beim Vergrößern oder Verkleinern der Baugruppe (in der Praxis
ist nicht jeder Rohrquerschnitt, der benötigt würde verfügbar, während der Querschnitt
der Rille im Metallkern / Heizkörper fast beliebig gedreht bzw. angepaßt werden kann).
[0061] Im Gegensatz zu Figur 8 aber deckt hier der Isolierring (68) anders als der Kühlkörper
(44) nicht den gesamten Heizkörper (48) ab, sondern nur den Teil bis zur fächerartigen
Aufpilzung (73) des Heizkörpers (48). Ein Querschnitt durch diesen Teil des Heizkörpers
ist in Figur 14b dargestellt. Es handelt sich hier wieder quasi um Kühlrippen (82)
mit Hohlräumen (93), um die Wärmeenergie möglichst schnell vom Heizkörper (48) in
das Nebelfluid (17) übertragen zu können (die Heizmischung liefert schon bei kleinen
Nebelkartuschen eine Leistung von ca. 150 kW, die nur über eine möglichst große Oberfläche
in das Fluid überführt werden kann).
[0062] Der Hohlraum (93) ist dabei wie gezeichnet dreieckförmig, trapezförmig oder auch
rechteckig, je nachdem welches Fertigungsverfahren in Frage kommt bzw. eingesetzt
wird.
[0063] Neben dem Nachteil der teureren Fertigung gegenüber dem einfachen Prinzip nach Figur
1 erhält man hier jedoch als wesentlichen Vorteil gegenüber des Aufbaus in Figur 8,
daß das Fluid nun wieder direkt von der Heizkartusche (48) bzw. deren Unterteil (73)
direkt aufgeheizt wird, der Zeitverzug zwischen der Anzündung der Heizmischung bis
zum Verdampfen des Fluids damit beträchtlich sinkt! - Eine Grundforderung, will man
Blitzeinbrüche durch Sicherheitsnebel bekämpfen!
[0064] Der Vorteil der Innenverdampfung relativ zum Heizkörper gesehen mit den damit erzielbaren
wesentlich höheren Verdampfungstemperaturen nach Anordnung nach Figur 8 bleibt jedoch
nach wie vor bestehen.
[0065] Zusätzlich wird noch ein Sicherheitsventil vorgesehen, bestehend aus der Membran
(63), der Bohrung (64) und der Abdeckung (62), die wahlweise eingeführt werden kann,
um bei zu hohen Druckanstiegen im Topf (16) den Druck ins Freie ablassen zu können
und damit den Topf zu entlasten bzw. ein Zerlegen des Topfes zu verhindern.
[0066] Der Reihe nach laufen hier, zeitlich geordnet, folgende Vorgänge ab:
[0067] Nach dem Anzünden setzt die pyrotechnische Heizmischung (8) (ist in Figur 14a der
besseren Übersichtlichkeit nicht schraffiert, sie füllt den gezeichneten innersten
Hohlraum des Heizkörpers (48) mehr oder weniger vollständig aus) im Metallkern bzw.
Heizkörper (1 bzw. hier 48) um und heizt diesen auf. Dieser gibt seine Wärmeenergie
über die Stege (82) des Rippenteils (73) des Heizkörpers sowohl an das anliegende
Nebelfluid (17), als auch an den drübergeschobenen Isolierkörper (44) ab, was eigentlich
ein hier nicht erwünschter Nebeneffekt ist. Das Fluid wird damit aufgeheizt und verdampft
schließlich.
[0068] Der noch nasse Dampf dringt über die Abdeckung bzw. als Membran wirkende Folie (56)
in die Bohrung (74) ein, strömt durch das Loch bzw. die Düsenbohrung (55) und sammelt
sich in der Querbohrung (75) und den unteren Sammelkanal (49) im Isolierring (68).
Von dort strömt der Dampf in den darunterliegenden Sammelquerschnitt (50) des Heizkörpers
(48) und dann durch die Rille bzw. die evtl. mehrgängig eingedrehten Rillen (51 bzw.
12), wo er weiter erhitzt wird und in der oberen Sammelrille (52) des Heizkörpers
(48) gesammelt wird. Er strömt dann in die darüberliegende Sammelrille (53) des Isolierrings
(68), dabei durch die Bohrungen (41) und (94), wo er dann im Sammelquerschnitt (78)
gesammelt wird und über die Bohrung (20) durch den Deckel (19) nach außen geleitet
wird und während des Kontaktes bzw. der Verwirbelung mit der kühlen Außenluft in Nebel
umschlägt. In das Gewinde (79) kann bei Bedarf auch ein gerades oder gekrümmtes Dampfrohr
(47) eingeschraubt werden, um den Dampf richten oder einfach nur führen zu können.
[0069] Auf das Dampfrohr (47) aufgesetzt oder einfach in das Gewinde (79) direkt eingeschraubt
werden kann hier eine Düse (57, Figur 12), um den hocherhitzten Dampf noch weiter
entspannen und temperaturmäßig noch weiter absenken zu können. Es kann hierbei eine
einfache Kegeldüse eingesetzt werden oder auch eine Lavaldüse, wie in Figur 12 gezeichnet
(Preisfrage).
[0070] Der Isolierkörper ist gegen den Deckel (19) durch die O-Ringe (76) und (77) abgedichtet,
es geht hier aber auch jedes andere Abdichtungssystem, beispielsweise je eine Rille
dort, wo der O-Ring sitzt und eine Abdichtscheibe (95), oder einfach nur die Verwendung
eines Hochtemperaturdichtklebers, der dann anstelle der Abdichtscheibe (95) eingesetzt
würde.
[0071] Der Topf (16) kann hierbei noch eine Innenisolierung oder eine Außenisolierung besitzen,
die hier jedoch nicht extra eingezeichnet ist. Sie kann rohrähnlich eingesteckt oder
aufgesteckt sein, falls der Topf (16) aus Metall ist, kann dieser auch mit eingespritzt
sein.
[0072] Der Sammelquerschnitt (78) kann sowohl im Deckel, als auch im Isolierring (68) eingebracht
sein, je nach Fertigungsverfahren. Der Isolierring (68) ist entweder aus Stahl (verglichen
mit einem Heizkörper aus Kupfer oder Aluminium wirkt hier der wesentlich schlechter
wärmeleitfähige Stahl quasi als Isolierring), einem anderen Metall, aus einem Kunststoff
oder einer Keramik, je nach gewünschter Dampftemperatur!
[0073] Der Heizkörper (48) besteht entweder aus einem Stück, oder es wird der Rippenteil
(73) extra aufgeschraubt, aufgenietet, aufgelötet, reibgeschweißt, entladungsverschweißt,
einfach nur aufgeschumpft oder mit einem anderen Fügeverfahren fest oder lose miteinander
verbunden. Er besteht aus Kupfer, Aluminium, einem anderen Metall oder aus Keramik,
beschichtet oder unbeschichtet für bessere Korrosionsbeständigkeit oder für einen
besseren Wärmeübergang.
[0074] Der Abstandsbolzen (71) zentriert den Heizkörper (48), sichert den richtigen Abstand
(81) und besteht aus Metall, Kunststoff oder Keramik.
Figur 15a und b:
[0075] Der Isolierring (68) kann wie gezeichnet eingesetzt werden oder auch die Einströmöffnungen
(32), (55) und (49) oben haben, wie es schon in Figur 10 dargestellt wurde, dann mit
oder ohne eingesetzter Düsenschraube nach Figur 11. Die Ausströmöffnungen sind dann
unten, wo entweder wie in Figur 10 gezeichnet ein Auslaßrohr (47) Richtung Deckel
(19) angebracht oder seitlich aus dem Topf (16) mittels des Dampfrohrs (97) geführt
wird, wie es in Figur 15a gezeichnet ist (der Heißdampf strömt hier über die Bohrung
(96) ab und wird in den Topf (16) mittels des Dichtsystems (98, = O-Ring, Klebung
oder auch Quetschschraube, hier nicht extra ausgeführt) eingedichtet). Das Dampfauslaßrohr
(96) kann aber auch gleich direkt durch den Topf nach unten geführt werden, wie es
Figur 15b zeigt. Der Rippenteil (73) hat hier geschickterweise ein Loch, wenngleich
das Rohr auch neben dem Rippenteil an der Kammerinnenwand nach unten geführt werden
könnte.
[0076] Der Dampfauslaß seitlich am Topf wird beispielsweise benötigt, um Baugruppenhöhe
zu verringern, der Auslaß nach unten, um beispielsweise in eine Zwischendecke eingebauten
Nebelkartuschen direkt nach unten ausblasen zu lassen.
[0077] Nur dadurch, daß der Verdampfungsraum, d.h. die Rippen/Rillen (25) bzw. die Spirale
(51) nun nicht mehr von der relativ kalten Nebelflüssigkeit umgeben sind und die Temperatur
am Ort der Rillen/Rippen/Spirale sich aufgrund des Temperaturgefälles zwischen dem
Heizkörperinnenraum und der jeweiligen Temperatur des außen am Kühlkörper anliegenden
Nebelfluids einstellt, liegt die Verdampfungstemperatur nun erstmals deutlich über
der Siedetemperatur des Nebelfluids und erreicht so die ca. 300°C, die für die spätere
effektive Nebelwirkung notwendig ist.
[0078] Gleichzeitig wirkt der relativ massive Isolierkörper als Wärmesenke und als Wärmespeicher,
um den gesamten Vorgang etwas zu verlangsamen.
[0079] Das Austrittsrohr (97) bzw. (99) kann hierbei außen oder innen isoliert sein, um
Wärmeverluste zu verkleinern, weil die es umgebende Flüssigkeit nur eine Temperatur
von ca. 150°C hat, der Dampf im Rohr aber mehr als 300°C.
[0080] Zur Anpassung der durch die Heizmischung (8) zur Verfügung gestellten Wärmeenergie
wird entweder nur eine Spirale (51) vom unteren Sammelquerschnitt (50) zum oberen
Sammelquerschnitt (53) des Heizkörpers (48) in diesen eingedreht, oder auch 2, 3 oder
noch mehr Spiralen, um sowohl den notwendigen Strömungsquerschnitt für den Dampf zur
Verfügung zu stellen, alsauch um den Heizkörper selbst nicht zu sehr mechanisch zu
schwächen und die Wärmeübertragung vom Heizkörper in den noch nassen Dampf in den
Rillen optimieren zu können.
[0081] Je nach dem in den Heizkörper (48) eingebrachten gesamten Strömungsquerschnitt der
Rillen (51) und dem zur Verfügung gestellten Querschnitt des Austrittsrohres (47)
werden mehrere Austrittsrohre im Isolierkörper oder Deckel eingesetzt. Hierbei wird
wieder jedes Austrittsrohr durch eine eigene Bohrung (41) vom gemeinsamen Sammelquerschnitt
(53) versorgt.
[0082] Die Innenfläche des Isolierrings (68) kann wie gezeichnet entweder glatt, oder in
dieser Fläche ebenfalls Riefen, Rillen oder Spiralen eingebracht sein.
[0083] Der Spalt (69) kann klein oder größer sein, je nach der gewünschten Dampftemperatur
und des benötigten Dampf-Massenstroms.
[0084] Der Innenraum des Metallkerns / Heizkörpers (1 bzw. 48) kann wie der außen angebrachte
Kühlkörper (44) oder wie schon die früher gezeigten Kühlrippen (25, Figur 3) gerippt
sein, um den Wärmeübergang der heißen pyrotechnischen Mischung an die Innenwand deutlich
zu verbessern und damit die Aufheizung und Verdampfung des Nebelfluids im Topf und
dessen nachfolgenden weiteren Aufheizung zu beschleunigen.
[0085] Der Heizkörper (48) ist in den Kühlkörper (44) mittels O-Ringen (58) eingedichtet,
um den während der Erhitzung des Naßdampfes in der Spirale (51) gegenüber dem Topfinnenraum
stark ansteigenden Dampfdruck in den Spiralen halten zu können, den Naßdampf bzw.
später den trockenen Heißdampf in die Spiralen bzw. Sammelquerschnitte zu zwingen
und kein Abblasen des hochgespannten Dampfes in den Topfinnenraum zu erlauben: Das
wäre ein Nebenschluß, der die Wirkung des gesamten Verdampfungssystems stark heruntersetzen
würde!
[0086] Die Schraubverbindungen (83) dienen zur Befestigung des Heizkörpers am Deckel (19),
die Gewindebohrungen (70) sind nur als Montagemöglichkeit für den Verwender der Nebelkartusche
gedacht.
[0087] Wird der Topf (16) beispielsweise aus Stahlblech hergestellt und dieser dann wie
in den Figuren (19) bis (24) dargestellt in den Deckel gebördelt, gerollt oder abschnittweise
eingepreßt, können die Schraubverbindungen (83) und (101) entfallen.
Figur 16:
[0088] Dargestellt ist ein Verdampfersystem nach Figur 14, nur daß einige Bauteile bewußt
weggelassen wurden.
[0089] So gibt es kein Fluid/Dampfeinlaßsystem aus den Bauteilen (56), (74), (55) und (75)
mehr und noch weniger ein Einlaßsystem, wie es in Figur 10 mit den Einzelheiten (54),
(55), (56), (32) und (33), gezeigt ist:
[0090] Wird das Fluid durch den heißen Rippenteil (73) erhitzt und baut sich ein Dampfdruck
im Topf (16) auf, dann wird das Fluid (17) einfach durch die Leerräume (93) in die
Sammelnuten (49) und/oder (50) gedrückt und damit in das Spiralensystem (51) bzw.
Rippensystem (25) eingedrückt, wo das Fluid weiter erhitzt wird und wieder über die
Bohrung (20) oder das dort eingesetzte Dampfrohr (47) nach außen geleitet wird.
[0091] Im Ausgangsteil ist hier eine andere Anordnung als bei Figur 14 gezeichnet: Der erhitzte
Dampf sammelt sich hier in der Sammelnut (82), diese liegt entweder nur im Heizkörper,
nur im Isolierring (68) oder je zur Hälfte in beiden und wird dann über die Bohrung
(20) mit oder ohne extra Sammelnut im Deckel (78) nach außen geführt. Der Ausgangsbereich
wird wieder herkömmlich durch ein Abdichtsystem, bestehend beispielsweise aus den
O-Ringen (102) bzw. (76) abgedichtet. Es kann wie bei Figur 14 hier wieder einfach
nur geklebt, eine Abdichtscheibe (95) eingelegt oder ein anderes Abdichtsystem verwendet
werden.
[0092] Es handelt sich hier also um ein quasi abgespektes Verdampfersystem in Vergleich
zu Figur 14, das aber wesentlich kostengünstiger zu fertigen ist.
[0093] Anstelle des hier gezeichneten Auslaßsystems kann auch das Auslaßsystem von Figur
14 verwendet werden, gleiches gilt für das Einlaßsystem. Prinzipiell gilt, daß Einlaßsysteme
und Auslaßsysteme beliebig miteinander kombiniert werden können, je nach spezieller
Kundenanforderung.
Figur 17 und 18:
[0094] Dargestellt ist ein anderer Aufbau des Gehäuses (16). Während bisher das Gehäuse
aus einem hoch hitzebeständigen Kunststoff hergestellt wurde, der mittels Schrauben
(101) am Deckel festgeschaubt wurde, wird hier der dampfund fluiddichte Teil aus einem
Blechtopf gebildet, der wie in Figur 18 angedeutet in eine Nut (90) im Deckel abschnittweise
eingedrückt wird, das Material (91) also in die Nut fließgepreßt wird. Deckel und
Topf sind über das Abdichtsystem (102) fluid- und dampfdicht, das Blech ist außen
durch die Isolierung (87) aus Kunststoff, Holz, Keramik oder einem anderen Isolierstoff
wärmeisoliert. Die Isolierung erhält Bohrungen (92), falls die Außenisolierung bis
oben hochgezogen wird, um das Fließpressen zu ermöglichen.
[0095] Das Blech besteht aus Metall, vornehmlich aus Stahl, Aluminium, Kupfer, Messing oder
ein anderes Metall sind möglich, auch die Verwendung neuer hochtemperaturbeständiger
Kunststoffe ist hier möglich.
[0096] In Bohrung (93) wird der Elektrodenanschluß (6) eingesetzt.
[0097] Durch dieses Verfahren brauchen die Schrauben (101) und auch (83) nicht mehr verwendet
werden, gleichzeitig kann die Kartusche nicht mehr so leicht unbefugt geöffnet werden.
Figur 28 und 29:
[0098] Gezeichnet ist das in den Heizkörper integrierte Einlaß- bzw. Auslaßsystem, einmal
nur als einfaches (Düsen)loch (Fig.28a), im anderen Fall mit eingeschraubtem Düsensystem
(Fig.28b). In Fig.29a wird der Heißdampf nach unten geleitet, in Fig.29b ist die Situation
bei seitlichem Auslaß des Heißdampfes gezeichnet.
[0099] Die in Figure 29 gezeichneten Auslaßsituationen sind prinzipiell auch bei den anderen
Heizkörperformen nach Figur 8 und 10 anwendbar.
Figur 30:
[0100] Ersetzt wird hier mit (111) quasi der Heizkörper (12).
[0101] 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.
[0102] 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.
[0103] Dieser Effekt kann optimiert werden durch ungleich große Bohrungen (112) und / oder
eine gleichzeitige Strukturierung, wie dies im Fall der zentralen Bohrung (113) in
Figur 31b bzw. in Figur 32 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.
[0104] 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.
[0105] 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.
[0106] 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.
[0107] Parallel und seriell wirkende Überzündkanäle können wie in Figur 30b gezeigt miteinander
kombiniert werden, um den erforderlichen oder gewünschten Energiefluß zu ermöglichen.
[0108] 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.
Figur 31:
[0109] Figur 31 zeigt eine Abart der Aufteilung der Bohrungen für die Aufnahme der Heizmischung
aus Figur 30: 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.
[0110] 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.
Figur 32:
[0111] Gezeichnet sind hier nur die Verhältnisse aus Figur 30 und 32, wenn beides miteinander
kombiniert wird. Auch hier können die Bohrungen unterschiedlichen Durchmesser, Größe,
Tiefe, aber auch andere Innenstruktur aufweisen.
Figur 33 und 34:
[0112] Während in Figur 30 bis 32 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:
[0113] 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, so dass damit gleichzeitig die Funktionszeit gewünscht
verlängert werden kann.
[0114] 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".
[0115] 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).
[0116] 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.
[0117] (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.
[0118] Ringförmige Opferscheiben sind in Figur 33 als Pos.(136) und (137) gezeichnet.
Figur 38:
[0119] Figur 38 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 (Figur 38a) in den Rillen (51) und den Querschnitten (52) - diese
Rillen ersetzen die Verdampferspirale -. Auch ein Aufbau ist möglich, wo nur innen
das Nebelfluid zusammen mit dem Leervolumen sitzt (Figur 38b) 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.
[0120] 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.
[0121] Ansonsten sind hier wieder die schon bekannten Einzelheiten eingetragen, die wie
bisher auch schon, nicht alle gleichzeitig vorhanden sein müssen!
[0122] Das innere Einspritzsystem kann hierbei unten eingebracht sein, wie es in Figur 38b
gezeichnet ist, oder mittig oder oben, die Ausgleichsvolumina speichern Druckenergie
zwischen und können größer oder auch kleiner sein wie eingezeichnet (=Optimierungsfrage).
[0123] Gleiches gilt für das Einspritzsystem (148) in Figur 38b, 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.
[0124] Auch die Überströmöffnungen (187) können seitlich durch (73) und (159) eingebracht
werden - auch hier ist das eine Optimierungsfrage bzw. eine Frage der einfachen Herstellung.
Figur 39:
[0125] In Figur 39 sind die Verhältnisse von Figur 38 wiederholt, nur daß hier neben dem
äußeren Heizmantel (151) zusätzlich noch wieder eine zentrale Heizmischung eingebracht
ist
[0126] Zusammenfassend kann folgendes festgestellt werden: Die Erfindung betrifft eine autarke
Vorrichtung zum Verdampfen bzw. Vernebeln von Flüssigkeiten. Der Heizkörper wird durch
eine Mischung von energieabgebenden Stoffen betrieben, insbesondere von pyrotechnischen
Mischungen, die im Regelfall bei der Verwendung von Termitmischungen und der rein
elektrischen Anzündung über eine durch Stromdurchgang ultrahoch erhitzte Kohle- oder
Graphitseele dem Sprengstoffgesetz nicht unterliegt und daher von jedermann gehandhabt,
gelagert und verwendet werden darf. Nur in Ausnahmefällen wird eine pyrotechnische
Mischung und eine entsprechende Anzündung über eine Anzündoder Zündpille verwendet,
die dann die Vorrichtung wieder dem Sprengstoffgesetz unterwerfen würde.
[0127] Je nach Ausführung des Heizkörpers wird keine Regelung benötigt (der Heizkörper steckt
in dem mit der zu verdampfenden Flüssigkeit gefüllten Topf).
[0128] Es wird damit eine von einer externen Energie völlig unabhängige Nebelkartusche möglich,
die auf Knopfdruck oder per Fernsteuerung Nebel auf der Ladefläche von LKWs, in gepanzerten
Fahrzeugen, in geparkten Fahrzeugen, in Automaten und in Geldautomatenvorräumen erzeugen
kann, um damit Dieben ihr Vorhaben zu durchkreuzen.
[0129] Die beschriebene Kartusche wird die Grundvoraussetzungen des VdS erfüllen, als gleichwertige
Baugruppe zu Alarmanlagen zugelassen zu werden (keine Brandlast, 60h Gangreserve),
der Zustand der Kartusche kann daher an bereits vorhandene zugelassene Alarmanlagen
rückgemeldet werden.
[0130] Anders als beim reinen Hineinstecken eines oder mehrerer Heizkörper in ein Nebelfluid
wird bei den aufgezeigten technischen Ausführungen des Heizkörpers mit interner Verdampfung
das Nebelfluid optimal ausgenutzt und das Fluid so weit getrocknet, daß ein heißer
trockener Dampf entsteht und damit ein Nebel, der rückstandsfrei ist.
[0131] Anders als bei den bis heute üblichen 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 eigentlich Raucherzeuger sind und damit
nur Rauch aber nicht wirklich Nebel erzeugen und damit auch prinzipiell nicht rückstandsfrei
sein können!
[0132] Die Ausgestaltung der Kartuschenteile in Richtung Großserie wurde berücksichtigt.
[0133] Es wird damit erstmals eine von einer externen Energie völlig unabhängige Nebelkartusche
möglich, die auf Knopfdruck oder per Fernsteuerung Nebel auf der Ladefläche von LKWs,
in gepanzerten Fahrzeugen, in geparkten Fahrzeugen und in Geldautomatenvorräumen erzeugen
kann, um damit Dieben ihr Vorhaben zu durchkreuzen.
[0134] Es werden Gestaltungen der Kartusche aufgezeigt, die sowohl die Fertigung der Baugruppe
vereinfachen und verbilligen, alsauch die Funktion stabilisieren, die die ausgestoßene
Nebelmenge bzw. den Grad der Umsetzung des Nebelfluids erhöhen und den Bereich der
Anwendungsmöglichkeiten vergrößern.
[0135] So begrenzt ein Düsensystem bzw. Düsenteil (54) am Dampfeinlaß im Gehäuse (16) bzw.
hier im Kühlkörper (44) den Massenstrom des Nebelfluids so stark, daß der Naßdampf
restlos in trockenen Dampf umgesetzt werden kann. Außerdem wird das Düsenteil jetzt
in den Kühlkörper (44) integriert, sodaß eine zusätzliche Aufnahme für das Düsenteil
am früheren Einlaß der Verdampferspirale (14) entfallen kann.
[0136] Die Verdampferspirale (14) wird nun in die Oberfläche des Heizkörpers integriert,
sodaß die Spirale (14) als extra Bauteil entfällt, gleichzeitig wird das ganze System
damit beliebig verkleinerbar und vergrößerbar, weil die Spiralquerschnitte nun erstmals
beliebig mit verkleinert und vergrößert werden können, ohne handelsübliche Rohrabmessungen
verwenden zu müssen. Aus der Verdampferspirale (14) wird nunmehr ein System von Rillen
(51) und Austrittsrohren (47).
[0137] Ein austrittsseitiges Düsensystem (57) beschleunigt den Dampf, so daß nun der Nebelaufbau
schneller als bisher erfolgen kann und damit schneller als bisher die Einbruchsfront
geschlossen wird. Gleichzeitig wird der Heißdampf bzw. Nebel trockener und kühler,
d.h. die Verbrennungsgefahr in der Nähe des Dampfaustritts wird herabgesetzt.
[0138] Außerdem braucht die Nebelkartusche nunmehr nur noch aus Steckteilen bestehen. Durch
die Kombination des einfachen Verdampfungssystems mit der Heizkörper-/Kühlkörperlösung
wird der Zeitverzug zwischen der Anzündung und des Austritts des ersten Dampfes deutlich
reduziert. Damit kann die Nebelkartusche besser als bisher gegen Blitzeinbrüche eingesetzt
werden.
[0139] Durch die Verwendung eines innen oder außen isolierten Blechtopfes (85) anstelle
des bisher verwendeten Kunststofftopfes (16) werden Montagearten ermöglicht, die die
bisher notwendigen Schraubverbindungen (101) und (83) entbehrlich werden lassen und
damit die Fertigungskosten drastisch reduzieren.
[0140] Durch die Ermöglichung des Dampfaustrittes nach der Seite wird die Bauhöhe der Nebelkartusche
spürbar verkleinert, durch den Dampfaustritt durch den Boden des Topfes (16) nach
unten weitere Einbaumöglichkeiten geschaffen.
[0141] Zusätzlich werden die Maßnahmen vorgestellt, die bei größeren leistungsfähigeren
Kartuschen notwendig sind, um die hier dann auftretenden Energiedichten beherrschen
zu können. Ohne diese Sondermaßnahmen wären die hier auftretenden Energiedichten nicht
mehr beherrschbar 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.
[0142] 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.
[0143] 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.
1. Vorrichtung zum Verdampfen und/oder Vernebeln von Flüssigkeit,
a) mit einem Gehäuse,
b) mit einer beheizbaren Heizkörpereinheit, welche im Gehäuse angeordnet ist, wobei
zwischen der Außenwandung der Heizkörpereinheit und der Innenwandung des Gehäuses
die zu verdampfende und/oder vernebelnde Flüssigkeit (17) vorgesehen ist,
c) wobei in der Heizkörpereinheit ein Rohrsystem oder rohrähnliches System gebildet
ist,
d) so dass bei einem Beheizen der Heizkörpereinheit zunächst die Flüssigkeit über
die Außenwandung der Heizkörpereinheit aufgeheizt und zumindest teilweise verdampft
wird und
e) anschließend die erhitzte und zumindest teilweise verdampfte Flüssigkeit über eine
Zuführöffnung in das Rohrsystem oder rohrähnliche System eintritt, in diesem vollständig
verdampft oder weiter erhitzt wird und der hierbei entstehende trockene Heißdampf
unter erhöhtem Druck aus einer Austrittsöffnung aus dem Gehäuse austritt,
dadurch gekennzeichnet,
f) dass die Heizkörpereinheit aus einem beheizbaren Heizkörper und einem als Mantel
um den Heizkörper ausgebildeten Kühl- oder Isolierkörper besteht, wobei zwischen dem
Heizkörper und dem Kühl- oder Isolierkörper durch in der Außenwandung des Heizkörpers
vorgesehene rillenförmige oder schraubenförmige Nuten das rohrähnliche System gebildet
ist
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizkörper durch eine in diesem vorgesehene pyrotechnische Heizmischung aufheizbar
ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die pyrotechnische Heizmischung als Termitmischung ausgebildet ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizkörper innen strukturiert ist, um durch die erreichte größere Oberfläche
den Wärmeübergang von der pyrotechnischen Heizmischung auf den Heizkörper zu verbessern.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizkörper elektrisch oder mittels eines flüssigen oder verdampften Stoffs beheizbar
ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Nebelflüssigkeit Markierungsstoffe beigegeben sind, die an Kleidung und oder
dem Körper einer damit in Berührung kommenden Person haften, so dass bei Einsatz der
Vorrichtung als Warn- oder Schutzeinrichtung, vorzugsweise in einem KFZ, eine in einen
überwachten Raum widerrechtlich eindringende Person nach einer durch das Eindringen
ausgelösten Aktivierung der Vorrichtung identifiziert werden kann.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeit Wirkstoffe beigegeben sind, welche das Bewusstsein, die Bewegungsfähigkeit
und/oder die Wahrnehmungssinne einer Person beeinträchtigen oder gänzlich ausschalten.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Düsensystem oder ein Düsenteil (54) an der den Dampfeinlass bildenden Zuführöffnung
des Rohrsystems oder rohrähnlichen Systems den Massenstrom der zumindest teilweise
verdampften Flüssigkeit so stark begrenzt, dass der Nassdampf durch weiteres Aufheizen
restlos in trockenen hochgespannten Dampf umgesetzt wird.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die pyrotechnische Heizmischung (8) samt Anzündung nicht direkt in die Heizkörpereinheit
(1, 48), sondern in ein Rohr (61) eingebracht ist, welches als Kartusche in die Heizkörpereinheit
(1, 48) eingeschoben ist.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Düsensystem (57) vorgesehen ist, welchem der erzeugte Heißdampf zugeführt wird
und welches den hochgespannten Heißdampf beschleunigt, abkühlt und weiter rückstandsfrei
macht.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die pyrotechnische Heizmischungen, insbesondere Thermite, entweder örtlich verteilt,
insbesondere in mehrere Heizmischungen aufgeteilt sind, diese vorzugsweise zusätzlich
zeitlich verzögert gezündet werden oder insbesondere über alternative Zündverfahren
langsamer gesteuert abbrennen.
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den Heizkörper Opfermaterial, insbesondere Opferscheiben, aus einem Material mit
mittlerer oder hoher Schmelzwärme und/oder hoher Verdampfungswärme eingebracht ist,
insbesondere in eine oder mehrere Bohrungen zusammen mit der pyrotechnischen Heizmischung,
um durch das Aufschmelzen oder Verdampfen Energie während des Abbrands der Heizmischung
zwischenzuspeichern und nachträglich wieder abzugeben.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass als Opfermaterial Teilkörper, insbesondere ein Granulat aus dem Opfermaterial, mit
der Heizmischung mit eingefüllt oder eingepresst sind.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizmischung mit festen, gallertartigen oder flüssigen Zusatzstoffen versehen
ist, die die innere Energie des Heizstoffes herabsetzen und/oder beim Abbrand der
Heizmischung Energie zwischenspeichern, insbesondere in Form des Wassergehalts der
Heizmischung.
1. Dispositif d'évaporation et/ou de nébulisation de liquide,
a) avec un boîtier,
b) avec une unité de corps de chauffe, chauffante, qui est disposée dans le boîtier,
le liquide (17) à évaporer et/ou à nébuliser étant prévu entre la paroi extérieure
de l'unité de corps de chauffe et la paroi intérieure du boîtier,
c) dans lequel un système tubulaire ou un système similaire à un tube est formé dans
l'unité de corps de chauffe,
d) de sorte que, lorsque l'unité de corps de chauffe est chauffée, le liquide est
tout d'abord chauffé par la paroi extérieure de l'unité de corps de chauffe et évaporé
tout au moins en partie et
e) ensuite, le liquide chauffé et au moins en partie évaporé pénètre, par une ouverture
d'amenée, dans le système tubulaire ou le système similaire à un tube, est complètement
évaporé dans celui-ci ou encore chauffé et la vapeur chaude sèche ainsi formée sort
du boîtier, sous pression accrue, par une ouverture de sortie,
caractérisé en ce
f) que l'unité de corps de chauffe est constituée d'un corps de chauffe chauffant
et d'un corps de refroidissement ou isolant, formé comme enveloppe autour du corps
de chauffe, et le système similaire à un tube est formé par des rainures en forme
de cannelures ou de vis prévues dans la paroi extérieure du corps de chauffe.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps de chauffe est chauffé par un mélange chauffant pyrotechnique prévu dans
celui-ci.
3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le mélange chauffant pyrotechnique est constitué en tant que mélange de thermite.
4. Dispositif selon les revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que le corps de chauffe est structuré à l'intérieur de manière à améliorer, grâce à la
plus grande surface obtenue, le transfert de chaleur du mélange chauffant pyrotechnique
au corps de chauffe.
5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps de chauffe est chauffant électriquement ou au moyen d'une substance liquide
ou évaporée.
6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au liquide nébulisé des substances de marquage sont ajoutées qui adhèrent sur le vêtement
et/ou sur le corps d'une personne venant en contact avec, de sorte qu'en cas d'utilisation
du dispositif comme dispositif d'avertissement ou de protection, de manière préférable
dans un véhicule automobile, une personne pénétrant illégalement dans un local surveillé
peut être identifiée après une activation du dispositif déclenchée par la pénétration.
7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au liquide des substances actives sont ajoutées qui réduisent ou suppriment entièrement
la conscience, la capacité de mouvement et/ou les sens de perception d'une personne.
8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un système de buse ou une pièce constituant une buse (54) sur l'ouverture d'amenée,
formant l'entrée de vapeur, du système tubulaire ou système similaire à un tube, limite
le débit massique du liquide évaporé au moins en partie, de manière tellement importante
que la vapeur humide est transformée, par poursuite du chauffage, intégralement en
vapeur sèche sous haute pression.
9. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 8, caractérisé en ce que le mélange chauffant pyrotechnique (8) avec allumage n'est pas introduit directement
dans l'unité de corps de chauffe (1, 48), mais dans un tube (61) qui est poussé sous
forme de cartouche dans l'unité de corps de chauffe (1, 48).
10. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est prévu un système de buse (57) auquel la vapeur chaude produite est amenée et
qui accélère, refroidit et rend encore plus exempte de résidu la vapeur chaude sous
haute pression.
11. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 10, caractérisé en ce que les mélanges chauffants pyrotechniques, en particulier les thermites, soit sont répartis
localement, en particulier divisés en plusieurs mélanges chauffants, ceux-ci sont
en outre de manière préférable allumés de manière temporisée, soit brûlent en étant
commandés plus lentement en particulier au moyen d'autres procédés d'allumage.
12. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est introduit dans le corps de chauffe une matière consommable, en particulier
des plaques consommables, en une matière ayant une chaleur moyenne ou élevée de fusion
et/ou une chaleur élevée d'évaporation, en particulier dans un ou plusieurs perçages
avec le mélange chauffant pyrotechnique, afin d'emmagasiner temporairement, par la
fusion ou l'évaporation, de l'énergie pendant la combustion du mélange chauffant et
de la dégager à nouveau ultérieurement.
13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que, comme matière consommable, des corps particulaires, en particulier un granulat constitué
de matière consommable, sont introduits ou compactés avec le mélange chauffant.
14. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 13, caractérisé en ce que le mélange chauffant est muni d'additifs solides, de type gélatineux ou fluides,
qui abaissent l'énergie de la substance chauffante et/ou emmagasinent temporairement
de l'énergie, en particulier sous forme de la teneur en eau du mélange chauffant,
pendant la combustion du mélange chauffant.