用于安保應(yīng)用的霧發(fā)生器通常技術(shù)上基于蒸發(fā)乙二醇(霧液)的原理。由此，蒸發(fā)的霧液經(jīng)由出口通道和噴嘴噴入"待霧化的區(qū)域"，并且在那兒在大氣壓力和室溫下立即凝結(jié)成分散的氣溶膠狀霧。該霧使犯罪分子看不見并且迷惑犯罪分子。

將霧液的溫度從室溫中增大到蒸發(fā)溫度(根據(jù)霧液的包括水含量的應(yīng)用制劑)需要0.8至1kJ/ml。傳遞到蒸發(fā)通道/通路的傳遞表面的熱流主要地通過熱傳導(dǎo)來提供。在本技術(shù)領(lǐng)域也稱之為熱交換器的蓄熱器的入口連接到霧液容器，由此該霧液以所需要的時間通過超壓噴射到蓄熱器的入口中(霧排放)。該超壓可由以下方式產(chǎn)生:

A)機械泵和/或彈性勢能(靠著活塞的張力彈簧)

B)通過壓縮推進(jìn)劑或者液體推進(jìn)劑(蒸氣壓力推進(jìn)劑)所產(chǎn)生的操作壓力，和/或由通過化學(xué)反應(yīng)或者鏈?zhǔn)椒磻?yīng)所形成的氣體產(chǎn)生的操作壓力。

在用于安保應(yīng)用的霧發(fā)生器中的蓄熱器的特征在于：

一元件，其中，熱量(焦耳)由其熱容C(例如鋼:0.46J/℃每克)和/或相變劑可能地凝結(jié)潛熱來儲存(例如參見在EP2259004中所描述的蓄熱器)。

蓄熱器的溫度至少在出口處高于待蒸發(fā)的霧液的沸點。

有規(guī)律地將蓄熱器加熱到所要求的溫度經(jīng)由從電阻絲內(nèi)部傳遞的熱量而發(fā)生。

熱量傳遞集中發(fā)生在蓄熱器的內(nèi)部通道和/或自由通路與流經(jīng)的霧液之間。

所有的蒸發(fā)的霧液經(jīng)由出口通道和噴嘴噴入到"待霧化區(qū)域"中并且在大氣壓和室溫下立即冷凝成分散的氣溶膠狀霧。

蓄熱器的形成霧的能力(流出量ml/sec)強烈地取決于在其入口處所提供的霧液供給壓力及其它的設(shè)計。在現(xiàn)有技術(shù)的霧發(fā)生器中，蓄熱器具有保持在高溫的一個通道或者一些通道(圖1)。霧液通過驅(qū)動其通過熱通道而蒸發(fā)。形成霧的速度對于用于安保應(yīng)用的霧發(fā)生器自然是很關(guān)鍵的。在本領(lǐng)域的當(dāng)前的創(chuàng)新接著還涉及加快霧形成的速度(開始形成霧的速度和每秒鐘噴入的霧的容積)。因此，例如霧發(fā)生器在PCT/EP2013/078112中示出，其中，霧液借助于由煙火物質(zhì)生成的氣體噴出。霧液也可通過在高壓(例如80bar)下的壓縮/液體推進(jìn)劑來排出。然而，已經(jīng)確定的是，現(xiàn)有技術(shù)的蓄熱器不是最佳地工作，以用于霧液在其已經(jīng)爆炸時的這樣強制推入。由于霧液中的流出量很快地大于在當(dāng)前裝置中的10倍，因此蓄熱器不能完全地蒸發(fā)液體，主要因為在熱傳遞表面處能夠獲得的熱量在霧液流經(jīng)的時間期間不足以被最佳地傳遞。因此，不僅氣體而且霧液也經(jīng)由出口排出。

PCT/EP2013/078112通過提供具有迷宮式設(shè)計的板式蓄熱器(圖2)在此提供了一解決方案，其研制有助于快速熱傳遞，但是也形成了相對大的動態(tài)阻力(由于通過將被待蒸發(fā)的液體所覆蓋的相對長的路徑)。在每秒鐘100ml霧液的流出量的情況下，在蓄熱器的入口和出口之間將預(yù)計有50bar的壓降。盡管該壓降沒有那樣的問題，但是由于初始的高壓(80bar以及更高的壓力)，該蓄熱器有一些其它缺點。例如，蓄熱器生產(chǎn)麻煩。板必須預(yù)成形并彼此單獨地焊接。

然而，在焊接的元件的收縮期間和之后由于增加了小的扭曲而導(dǎo)致的板的翹曲成為更大的問題。所有的不期望的扭曲之和甚至在軸向壓緊時也難以保持控制，這由于在液體注入時相對于入口首先安裝的板從熱快速轉(zhuǎn)變到冷而導(dǎo)致不可預(yù)見的咔噠聲。此外，以耐腐蝕的方式設(shè)計蓄熱器成本高且設(shè)計困難。特別地，鑒于高溫和氧氣從大氣環(huán)境的進(jìn)入(通常從噴嘴進(jìn)入或者由于從熱端反應(yīng)的可獲得的氧氣的進(jìn)入)而導(dǎo)致所使用的液體的熱分解產(chǎn)物的“腐蝕性的”酸度水平，因此這對于在霧發(fā)生器中的蓄熱器是非常重要的。

因此，需要一種用于霧發(fā)生器的蓄熱器，它可完全地蒸發(fā)大量霧液并且它能夠承受很高的運行壓力、以低成本很簡單的生產(chǎn)，并且它可適當(dāng)?shù)卦O(shè)計成耐腐蝕性的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明的一種用于在霧發(fā)生器中蒸發(fā)霧液的蓄熱器，包括多根緊密接觸的、密集(緊密)堆積的、平行定向的圓形桿。所述桿的直徑優(yōu)選地在0.2mm和15.0mm之間。在另外的實施例中，所述桿具有在0.5mm和5mm之間、特別在0.5mm和3.0mm之間的直徑。在某一實施例中，所述桿包括塊狀金屬芯、例如鋼、鐵、銅、鋁或者金屬合金。在另一實施例中，所述桿至少部分地由耐蝕材料組成。例如，可通過在鋼桿或者銅桿上涂覆耐腐蝕層來避免腐蝕，或者所述桿可部分地或者全部地由不銹鋼或者包括陶瓷的材料或者包括碳的材料、特別是不銹鋼的材料的組成。

所述桿也可由相對厚壁(中空)管組成，其中，所述管的通道截面(內(nèi)截面)很小，優(yōu)選地等于或者小于通過管的以六邊形堆積所形成的且對應(yīng)于在3根完全堆積的桿之間的開口的最佳通道的通道截面(圖7的A)。在管的內(nèi)截面很大、例如大于最佳通道的通道截面時，如在本申請的其它地方所解釋的，這些管中的內(nèi)部中空可通過珠子來限制/抑制。所述桿優(yōu)選地是非中空的。

在另一實施例中，所述桿設(shè)置在容器中并且所述容器的內(nèi)部容積多于50％、特別是多于70％、優(yōu)選地多于75％并且更特別地多于80％的填充了所述桿。實際上，已經(jīng)確定的是，通過使用例如1.4mm直徑的桿，容器中超過80％的空間被所述桿的體積占據(jù)。優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的蓄熱器包括分配介質(zhì)。所述分配介質(zhì)將霧液分布/分配到靠近蓄熱器的入口的截面上?？墒褂萌魏畏峙浣橘|(zhì)。用這種方式，蓄熱器的入口可設(shè)計成，使得進(jìn)來的液體分配到多個通道上和/或可具有分配盤，其中孔確保均勻分配。也能夠例如設(shè)置珍珠層，所述霧液通過該珍珠層分配并且通過這種方式以更均勻的方式在所述桿之間流動。

類似于設(shè)置在蓄熱器的入口附近的分配介質(zhì)，也能夠在出口附近設(shè)置收集機構(gòu)。所述收集機構(gòu)能夠有助于收集例如在蓄熱器中的單個出口通道中所形成的所有氣體。

在另一優(yōu)選實施例中，根據(jù)本發(fā)明的蓄熱器包括在所述桿周圍和/或之間的不動的珠子。所述不動的珠子可由任何材料制成，只要它與蓄熱器內(nèi)的壓力和溫度相兼容并與霧液接觸。例如，它們可由耐熱塑料或者包含陶瓷的材料或者包含碳的材料或者更助于蓄熱器的熱容的材料、例如金屬制成。在一優(yōu)選實施例中，它們由耐腐蝕金屬、例如不銹鋼制成。在一優(yōu)選實施例中，所述珠子的平均直徑大于0.16倍的所述桿的直徑。

本發(fā)明還提供一種形成濃且不透光的霧的方法，該方法包括以下步驟:

加熱根據(jù)在先權(quán)利要求中的任一項的所述的蓄熱器；

使形成霧的液體經(jīng)由在蓄熱器中的入口導(dǎo)入到蓄熱器中，由此形成霧的液體變成其氣體的形式；以及

使所獲得的氣體經(jīng)由蓄熱器的出口流出，所述氣體通過所述出口在所述氣體一進(jìn)入大氣環(huán)境中時就產(chǎn)生濃且不透光的霧。

本發(fā)明還提供一種霧發(fā)生器，所述霧發(fā)生器包括包含形成霧的液體的容器和根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的蓄熱器。用于形成霧的液體的容器可替代地或者不可替代的結(jié)合到霧發(fā)生器中。

在某一實施例中，本發(fā)明提供如此處所描述的與如在2014年4月9日提交的、申請?zhí)枮镋P14163988的歐洲專利申請中所描述的用于霧液的容器組合的蓄熱器。換句話說，本發(fā)明還提供在所述歐洲申請中所描述的本發(fā)明的實施例，其中，根據(jù)本申請的蓄熱器用于替代在EP14163988中所大體上涉及的蓄熱器(在該申請中稱之為熱交換器)。發(fā)明人實際上發(fā)現(xiàn)該容器與根據(jù)本發(fā)明的蓄熱器一起同步工作。在現(xiàn)有技術(shù)的霧發(fā)生器中，霧液與氣體、例如推進(jìn)劑接觸。由于這樣，推進(jìn)劑部分地溶解在霧液中和/或混合在霧液中。在蓄熱器中的這些氣泡的膨脹增大了湍流。這在現(xiàn)有技術(shù)中被視作是有益的，從而增加與已知的蓄熱器的接觸并且因此獲得更好的霧的流出。另一方面，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)具有溶解和/或混合有氣泡的這樣的霧液對于通過根據(jù)本發(fā)明的霧發(fā)生器所獲得的霧的流出不具有積極作用。正相反，令人驚訝得發(fā)現(xiàn)通過根據(jù)本發(fā)明的蓄熱器的霧的流出通過例如通過如在EP14163988中所描述的包括霧液的容器中使用可移動的壁、例如活塞將霧液從推進(jìn)劑中分離而實際上增加。在不希望被理論束縛的情況下，好像在具有許多小通道的目前的蓄熱器中的氣泡破壞了均勻的沸騰正面，并從而阻礙非常規(guī)則的流出。應(yīng)該注意的是，目前的蓄熱器能夠與現(xiàn)有技術(shù)的液體容器一起非常好工作，而與具有在氣體和霧液之間借助于可移動壁的分開的液體容器的組合提供了呈霧液更規(guī)則的流出以及甚至更快速的蒸發(fā)的形式的額外的好處。

本發(fā)明因此提供一種與容器組合的蓄熱器，所述容器包括在可移動壁的第一側(cè)上的形成霧的液體和在可移動壁的第二側(cè)上的推進(jìn)劑。本發(fā)明還包括包含該組合的殼體和/或霧發(fā)生器并且包括用于在本申請中所討論的用途和方法的該組合/殼體/霧發(fā)生器的用途。

附圖說明

圖1是(在EP1985962中所描述的)現(xiàn)有技術(shù)霧發(fā)生器；

圖2是在PCT/EP2013/078112中所描述的改進(jìn)的霧發(fā)生器(非現(xiàn)有技術(shù))；

圖3是根據(jù)本發(fā)明的霧發(fā)生器的平行于桿的橫截面；

圖4是根據(jù)本發(fā)明的霧發(fā)生器的垂直于桿的橫截面；

圖5是根據(jù)本發(fā)明的霧發(fā)生器的垂直于桿的橫截面的細(xì)節(jié)；以及

圖6是最佳堆積的桿的橫截面的細(xì)節(jié)。

具體實施方式

正如此處已經(jīng)描述的，現(xiàn)有技術(shù)的霧發(fā)生器(圖1)包括包含形成霧的液體(B)的容器(A)。例如通過泵或者推進(jìn)劑(C)將液體驅(qū)動到包括一個或多個通道(E)的蓄熱器(D)，所述通道由保溫材料所包圍的通過加熱部件(F)來加熱。該液體在流經(jīng)一個或多個通道時變成氣態(tài)。在排出氣體時由于它隨后在大氣中的凝結(jié)而因此形成濃霧。

在圖2(PCT/EP2013/078112)中示出了能更好地處理更大的霧液蒸發(fā)量的改進(jìn)的蓄熱器。這也包括具有形成霧的液體(B)的容器(A)。這通過在煙火物質(zhì)(H)點燃之后所形成的氣體來驅(qū)動。蓄熱器(D)包括多個堆積的板(G)。這些板具有通道(I)。這些通道的連接堆積使霧液遵循"迷宮式路徑"。同樣地，液體廣泛地幾乎與熱板的整個表面接觸，并且通過這種方式變成它的氣體的形式。PCT/EP2013/078112的蓄熱器的特征在于以下數(shù)據(jù)：大約70％的內(nèi)部空間填充了板(相對于82ml的空閑容積而言具有193ml的板)，并且在板和流經(jīng)的液體之間具有大約11dm²的接觸表面(可用于熱交換的表面)。

圖3和圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的蓄熱器(1)的某一實施例。蓄熱器包括多根緊密接觸的、平行定向的桿(2)。霧液經(jīng)由入口(3)進(jìn)入蓄熱器且流經(jīng)桿，霧液由于此而被加熱并變成氣態(tài)。氣體經(jīng)由出口(4)離開蓄熱器。在入口處具有分配介質(zhì)(5)，在這種情況下為呈編網(wǎng)形式的端板(編織網(wǎng))(5a)。此外，在頂部具有有利于進(jìn)一步分配的不動的珠子層(5b)。在出口處還有收集機構(gòu)(6)，所述收集機構(gòu)在此處包括編網(wǎng)層(6a)和收集板(6b)，它們將多個通道組合成單個的出口通道。

在具有由不銹鋼(AISI 430)制造成的1.4mm直徑和146mm長度的1100根桿的實際實施例中，所述桿的外表面為大約71dm²(可用于熱交換的表面)。

內(nèi)部容積為288ml的容器接著被所述桿填充到247ml(83.5％)，并且保留41ml(16.5％)的空閑容積。蓄熱器的總重可通過這種方式限制到僅大約3千克，所述蓄熱器包含桿(1925g)、底部(270g)、蓋和盤(252g)和容器(850g)，并且所述蓄熱器具有最小的總體積。所述蓄熱器優(yōu)選地為圓柱形，因為這種形狀相對于熱絕緣和耐壓方面是最佳的。所述桿優(yōu)選地以六邊形堆積。更特別地，所述桿是以平行定向的直桿。以六邊形堆積至少需要7根桿，但是優(yōu)選地至少使用20根桿。為了獲得很高的密度(此處也稱之為堆積密度或者填充比率)，這些數(shù)量是必須的。在特定的實施例中，使用至少100根桿、更具體地使用200根桿并且特別地使用至少500根桿。

盡管在最佳圓形堆積(以六邊形堆積或者以六邊形圓形填充)的情況下可獲得pi/(12^0.5)＝0.9的理論堆積密度，但是它實際上更低。正如圖4所示，一直存在沒有另外的桿插入(7)的空間，這將減小了所述密度。這種在堆積上的無序性在實際中不能避免并且可能導(dǎo)致整個蓄熱器上的"冷通道"。總之，相對可以看出的是，流經(jīng)非最佳通道的液體具有太大的量并且不能完全變成它的氣體的形式。然而，應(yīng)當(dāng)強調(diào)的是，與在如在圖1中的現(xiàn)有技術(shù)的蓄熱器的情況下相比，這種冷通道的形成和非蒸發(fā)的液體的排出受到得限制更多。以上所描述的蓄熱器能夠在沒有進(jìn)一步地改進(jìn)的情況下充分地實施并且適于蒸發(fā)在高壓下且具有量很大的液體。

與非最佳通道相反的解決方案通過插入具有合適直徑的桿而填滿這些非最佳的通道(阿波羅型填充)。然而，在實際中難以實現(xiàn)的，因為非最佳的通道的位置、形式以及截面大小在生產(chǎn)環(huán)境中是難以預(yù)測的，并且它通過視力或者光學(xué)傳感器是很麻煩的且易于出錯地進(jìn)行嘗試和檢測。另一方法是沿著縱向方向成形圓柱體(容器)的內(nèi)壁(例如擠壓管)，使得以六邊形堆積桿以它們的堆積模式匹配該壁。例如縱向的突出、空腔或者多邊形肋可設(shè)置到所述壁，以使桿能夠緊密連接。在這種情況下，所述壁優(yōu)選地同樣地實現(xiàn)為，使得在壁和鄰近的堆積桿之間形成的通道的截面一直小于或者等于最佳通道(在3根完全堆積桿之間所形成的通道)的截面A(圖7)。

然而，發(fā)明人已經(jīng)確定的是，根據(jù)本發(fā)明的蓄熱器可進(jìn)一步地非常簡單和便宜的改進(jìn)。在導(dǎo)入所述桿之后能夠?qū)⒉粍拥闹樽颖M可能緊湊地導(dǎo)入到蓄熱器中的容器中。它們優(yōu)選地具有這樣的直徑，該直徑足夠大使得它們不能在完全堆積的桿之間(在他們之間具有最佳通道)結(jié)束，而是能夠在沒有完全堆積的區(qū)域(所謂的"非最佳通道"7)中結(jié)束。珠子限制非最佳通道并且防止這些通道仍然形成具有異常高流動的"冷通道"的通道，同時保持在完全堆積的桿(8)之間的最佳通道使霧液完全通過。在該申請中，"最佳通道"指的是由三根桿形成的通道。非完全通道由至少四根桿形成或者由圓柱體(壁)的內(nèi)壁部分地形成，這些在本申請中描述為"非最佳通道"。

用于生產(chǎn)根據(jù)本發(fā)明的蓄熱器的具體地實用的方法是在將所述桿導(dǎo)入到容器(例如在圖3和圖4中所示的圓柱形管9)中之后將珠子散布在所述桿的頂部上。例如通過完全地振動它們，珠子將落入它們匹配(在非最佳通道里面的內(nèi)切圓)中的所有空間。已經(jīng)確定的是，用于1千克的直徑為1.4mm的桿只需要大約六克的直徑為0.3mm的珠子。此外，通過散布大量的珠子而在所述桿(5b)的頂部上形成珠子層。這些珠子可以被移除，但還可用作分配介質(zhì)。根據(jù)本發(fā)明的蓄熱器的優(yōu)選實施例還包括過濾介質(zhì)，所述過濾介質(zhì)用于防止珠子流出所述容器。該過濾介質(zhì)可緊鄰入口和/或出口設(shè)置。所述過濾介質(zhì)可與所述分配介質(zhì)相同或者不同。一示例是在所述容器的頂部和底部處使用編網(wǎng)(5a和6a)。

在三根完全堆積的桿之間的內(nèi)切圓(10)的直徑根據(jù)如下來計算。內(nèi)切圓的半徑(r2)和桿的半徑(r1)之和形成具有直角邊的直角三角形的斜邊(c)，所述直角邊是所述桿的半徑(圖6)。在以六邊形堆積中，所述斜邊(c)和直角邊(b)之間的角一直是30°。所述斜邊(c)接著具有b/cos(30°)的長度。因此，r1/(r1+r2)＝cos(30°)或者r2等于r1*(1/cos(30°)-1)。因此，在所述桿的半徑(r1)和所述內(nèi)切圓的半徑(r2)之比是大約1至0.1547；該比率的過程也應(yīng)用到直徑和內(nèi)切圓。具有超過0.6倍的桿直徑的最小直徑的珠子因此用于一優(yōu)選實施例中。從而，最佳通道(在最佳堆積的桿之間的空間)未填充珠子，而珠子實際上占據(jù)了非最佳通道(具有大于珠子直徑的內(nèi)切圓的通道)。

換句話說，根據(jù)所述桿直徑的設(shè)計選擇對應(yīng)于填充珠子的成比例的最小直徑。本發(fā)明因此允許用于以非常簡單的方式精確地設(shè)置所述通道的參數(shù)。在另一實施例中，使用的珠子的直徑在0.16和0.7mm之間、特別地在0.16和0.5mm之間、并且更具體在0.16和0.3mm之間。

設(shè)置在具有相同直徑的三根桿之間的最佳通道的截面可通過從圖6中的三角形面積減少桿截面的一半的面積來計算。因此，截面A是(參見圖7):

其中，D為桿的直徑。當(dāng)然也能夠使用具有不同直徑的桿，盡管(通過僅三根桿形成的)最佳通道的截面接著不再滿足上述公式。具有同一直徑的桿用在優(yōu)選實施例中。

珠子可由有助于或者無助于蓄熱器的熱容的材料制成。珠子的材料優(yōu)選地是有助于熱容的材料、例如金屬珠。珠子可為任何形狀，但是在特定的實施例中為大致球形。珠子優(yōu)選地至少部分地包括耐腐蝕材料。珠子在特定的實施例中包括不銹鋼。在另一實施例中，珠子包括由耐腐蝕層所包圍的金屬芯。

根據(jù)本發(fā)明的蓄熱器很簡單地生產(chǎn)且不需要任何顧及熱存儲和熱傳遞的材料的焊接。此外，它能夠以良好的耐腐蝕性而很低成本地生產(chǎn)。不銹鋼線圈材料可例如用于生產(chǎn)桿。該材料是易于使用且很便宜，并且它可簡單地切割成所需的長度。如果使用珠子，則只需要非常少的材料(每個蓄熱器需要很少的克數(shù))。此外，0.3mm的不銹鋼珠子很便宜地獲得。此外，蓄熱器由于它的與其重量和占據(jù)體積有關(guān)的大的熱交換表面而允許在非常高的壓力下特別快地蒸發(fā)所注入數(shù)量的霧液。