TW200907286A - A fog generator - Google Patents

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200907286 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關一種用於產生霧之器件 【先前技術】

造霧器用於各種應用中。該等造霧器可被用於有關安全 的應用中，例如，用於産生霧屏，藉此遮擋貨物或貴重物 品脫離入侵者之視線’或用於模擬火，作為用於緊急服務 或保安部隊之教具。其亦可用於有關娛樂的應用中，例 如’用於産生舞臺上的燈光效果，等等。 根據目前工藝水準’造霧器之主要工作原理如下：藉由 系驅動造霧流體進人熱純器；在熱交換器中，造霧^體 :熱並轉為造霧流體蒸汽；然後，在熱交換器之末端”:蒸 汽以霧的形式噴射至周圍環境。 … …:而ϋ於安全應用中’泵在足够的壓力下通常沒有産 生足够的能力來噴射出在足够的壓力下具有所要噴射能力 之霧。然而，在足够的壓力下推進劑氣體卻會産生更高的 能力。在歐洲專利案第ΕΡ1402225號中，描述之造霧=係 具有包含造霧流體之容器及驅動造霧流體進入熱交換器之 液化的推進劑氣體。因為其低毒性，低易燃性，因此以來 自於部分齒代烴組群之氣體或所謂的氳氟烴氣體來作為液 化的推進劑氣體。然而’由於使用該等溫室氣體具有嚴格 的法律約纟’因& t㈣以# Α方式來驅動造霧流體進入 熱交換器之造霧器。 在英國專利案第GB—A-! 〇39 729號中描述使用液化的推 130692.doc 200907286 進劑氣體之替代品，其中造霧流體藉由壓縮的二氧化碳推 進劑氣體驅動至熱交換器。閥開啓及閉合壓縮的推進劑氣 體流以迫使造霧流體進入熱交換器。一個嚴重的缺點係造 霧流體曝露在遞減的壓力下，因為壓縮的推進劑氣體量在 造霧期間減少，且霧流體流率將相應地減少。 在美國專利案第US-A_5 803 359號中，無需使用泵或壓 力容器驅動乙二醇混合物進入熱交換器。混合物本身藉由 保持在確定的溫度下産生恒常蒸汽壓使得驅動其進入熱交 換器。 … 顯然’仍有需要對較低能量耗費及使用所要的强度和量 喷射霧且同時為環境可接受之造霧器。 此外，在依照所使用之造霧流體組合物而定之專用的範 圍之内的溫度下保持造霧液體及蒸汽之混合物通過熱交換 器係很重要的。在很多情况下，該範圍自大約24(rc至大 約280°C。如果溫度太低（低於22〇。〇，所形成之霧將具有 大的液滴尺寸且將太容易趨向冷凝，這係不合意的。如果 溫度太尚（尚於300。(：），在造霧流體中會存在乙二醇組份之 氧化的高風險’進而導致毒性物質的排出，如乙醛且尤其 係甲醛及醋醛。然而，在傳統的造霧器中熱交換器能力係 了變的，因為它的溫度降低很快藉由加熱及轉化造霧流體 為蒸汽引起熱能消耗。因此，在恒定流率下熱交換器内部 之造霧液體與蒸汽之混合物之溫度及喷射的霧之溫度亦係 可變的。 在美國專利案第US4764660號中提及減輕上述問題之造 130692.doc 200907286 霧器。選擇或設計溫度控制器以保持電阻加熱器線圈之溫 度在恰當的程度以不管流體流率過熱該造霧流體。 此外，在美國專利案第US-A-4 818 843中之造煙器包括 具有一端連接至m端發揮煙出口之作料線圈式電 阻加熱&…對m安裝在加熱管上感測溫度及促使栗 用於泵送霧流體自貯液器至管中。 亦在英國專利案第GB2315683號中，提供控制構件以確

保加熱元件在大體上恒溫下運行。然而在所要安全應用之 造霧能力中這係很耗費能量的。尤其係在安全應用中，其 中在儘可能少的時間内且通常在不可預知之時間段，不能 獲得足够的電能⑷5至50千瓦之間)之情况下產生儘可能 多的霧係重要的。 如上所指出’較佳造霧器將具有更佳的霧喷出性能，且 將能够保持喷射之霧溫度在恰當的範圍之内。 與先前技術之造霧器對比，根據本發明之造霧器能量耗 費較少’環境可接受且能够在足够的慶力下具有高喷射能 力噴射霧，同時喷射之霧溫度保持在其所要求的溫度範圍 之内。 【發明内容】 本發明係針對包括谷器之造霧器，該容器含有造霧流體 :用於驅動造霧流體自容器進入熱交換器之壓縮的推進劑 乳體’熱交換II轉化造霧流體為蒸汽且與容器連接，及定 位在容器和熱交換器之間之間’其特徵為闊被調適成藉由 變”孔口阻力作為谷益壓力之函數而控制造霧流體流 130692.doc 200907286 率，使得流體流率與容器壓力不相干β 【實施方式】 熟悉此項技術者將理解如下所述之根據本發明之該等實 施例僅作例示之用且不限制本發明之有意的範圍。本發明 亦可考慮其他實施例。 本發明提供包括容器之造霧器，該容器含有造霧流體和 . 用於驅動造霧流體自容器進入熱交換器之壓縮的推進劑氣 (、 冑’熱交換器轉化造霧流體為蒸汽且與容器連接，及定位 纟容器和熱交換n之間之閥，其特徵為閥被調適成藉由改 變其孔口阻力作為容器壓力之函數而控制造霧流體流率， 使得流體流率與容器壓力不相干。 如上所解釋，在先前技術中氯氟烴氣體被用作液化的推 進劑氣體驅動造霧流體自容器進入熱交換器，因為氫氟烴 氣體係無毒的且具有例如用於汉125在3〇°c下15巴之蒸汽 壓。在該等壓力下及在恒溫下，氫氣烴氣體在其氣相和液 y 相之間保持平衡且保持容器中的壓力恒定。因此，造霧流 體係在恒壓下且因而在恒常流率下自容器被驅動進入熱交 換器，而與留在容器中之造霧流體量不相干。 * 然而，當使用壓縮的推進劑氣體代替液化的推進劑氣 . 體，容器壓力與容器中之氣體-液體比率相干，且因此與 留在容器中之造霧流體量相干。因此，造霧流體曝露在遞 減壓力下§造霧流體的量減少且其流率將相應地減小。例 如，在1.5公升之容器中在110巴下之〇45公升氣體量將膨 脹成在大約33巴下之1.5公升氣體，而造霧流體量自1〇5公 130692.doc 200907286 升減少至全部消耗。 當安裝一用以控制容器和熱交換器之間之造霧流體流率 之閥時’可*每單&時間進入熱交換$之造霧流體之量獲 知控制。當造霧器處於非動作模式時，該闊密封地閉合容 器。當造霧器處於動作模式時，可改變閥之孔口阻力以控 制造霧流體流率，即每單位時間通過的造霧流體之量，且 傳遞確定量之造霧流體至熱交換器。

在本發明之一實施例中’可不相干於容器壓力來控制造 霧流體流率。#由改變閥之孔口阻力作為容器壓力之函數 而與容器壓力不相干，造霧流體流率可大體上保持恒定。 容器壓力可藉由使用壓力感測器測量來確^。因此，壓 力值可傳達至閥控制n，該㈣制器將㈣孔口大小使其 作為容n壓力之函數。亦可計算與造料體之;肖耗量及溶 於造霧流體之壓縮的推進劑氣體有關之容器壓力。所計算 的壓力值_可儲存在記憶裝置中而且傳達至閥控制器。在圖 1中，所示之造霧器包括壓力容器⑷，熱交換器，用於 控制造霧流體流率之閥⑷，閥控制器⑷及麼力值記憶裝 ::發明之另一實施例中，可控制造霧流體流率使心 '、'、=霧溫度之函數。溫度值可藉由任何用來測㈣ 之霧之溫度的構件來，g|署 r針敎1 不㈣所^之使得节 此够在熱父換器通道的末端 寵。兮哲 不碼排出之霧之溫度的溫度感 / J器該專溫度值可傳達至閥抑岳 著便以作為排出之霧之閥控制器接 /皿又之函數的方式來控制該造霧 130692.doc 200907286 流體流率。 尤其關於用於安全應用之造霧器’吾人設法在儘可能少 的時間裏產生儘可能多的霧以在欲保護之空間内儘可能快 地噴射霧。如上所解釋，由於熱能消耗藉由加熱及轉換造 霧流體成蒸汽’熱交換器溫度降低很快。因此，在第一次 造霧周期期間’可發生造霧流體流率以更高的流率自容器 進入熱交換器，因為在該次周期期間熱交換器之加熱能力 係最高的。流體流率可按比例減小而作為遞減之熱交換器 加熱能力之一函數。將造霧流體流率優化成霧溫度之一函 數便可以在較佳範圍内之溫度來喷射霧。 在一較佳實施例中，將造霧流體流率控制為霧溫度之函 數係可作為額外附加於流率控制之微調使用且與容器壓力 不相干。在圖2中，所示之造霧器包括壓力容器（a)，熱交 換器（b)，用於控制造霧流體流率之閥)，閥控制器（d)， 壓力值記憶裝置（e)，及霧溫度感測器（f)。 尤其有關在安全應用中之造霧器，與容器壓力不相干且 又另作為排出之霧溫度函數之造霧流體流率控制，就每單 位時間所產生之霧的量而言係有利的，因為可以最佳的方 式使用熱交換器之能力。 推進劑氣體可係任何低毒性，低易燃性及環境可接受的 壓縮氣體，例如在20和130巴之間。較佳為，該推進劑氣 體可係鈍氣，諸如但不限於氮氣，或惰性氣體，諸如但不 限於氦氣，坑载^ ’或氣氣。該推進劑氣體亦可係惰性氣體 之混合物或鈍氣和惰性氣體之混合物，諸如但不限於氬氣 130692.doc •10· 200907286 和氮氣之混合物。 由於壓力容器和熱交換器末端之大氣壓力之間的高壓差 異，在咼壓下處理壓縮的推進劑氣體之優點在於壓縮氣體 在熱交換器内部釋放，因此產生湍流，湍流導致増加的熱 接觸且在熱交換器内部輕易地轉化造霧流體為蒸汽。‘、 此外，當離開高壓環境並進入低壓環境時，壓力容器和 熱交換器末端之大氣壓力之間之高壓差異導致所謂的分解 效應，即在高壓下充滿溶解氣體之流體液滴將分解成更小 的液滴。分解效應可由當突然進入降低的壓力環境而溶解 的氣體氣泡大小突然增加，及由於在較低壓力下氣體之較 低溶解性溶解的氣體自造霧流體逸出這兩方面來解釋。因 此，在所使用的造霧器容器壓力下壓縮的推進劑氣體最好 充分地溶解在造霧流體中。 此外，熱交換器之熱交換能力主要藉由熱交換器之一條 加熱通道或多條加熱通道之總内表面，該表面之平均溫度 及造霧流體和通道表面之間之接觸强度來確定。在通道中 起泡珠且渾洗的湍流加强該接觸强度且因此熱傳遞至造霧 流體。在先前技術中，起泡且渾沌的湍流藉由增添大量的 水至造霧流體中實現’通常在大約1 0和大約5 〇體積百分比 之間’藉此產生發生非常端流的蒸汽。然而，使用水之重 大不利係其大比熱及蒸發熱且因此消耗大量能量。藉由使 用在本發明之上下文中所提及之壓縮的推進劑氣體，氣體 量進入該熱交換器中與造霧流體一起大體上應歸於在高壓 下大量的氣體溶解在霧流體中。在熱交換器通道内部，溶 130692.doc -11 -

該閥可係一球閥， 動，該控制器確定閥 含有進口及出口開口 相對於該閥室之進口 霧流體流率。 200907286 解的氣體自造霧流體激烈地逸出，冑一步$致起泡及渾洗 的湍流而無需使用高百分比之水，較佳為大約10體積百分 比以確保該霧係不易燃的。 適於控制造霧流體流率之閥可係任何適於控制流體流率 之閥，諸如但不限於電磁閥，圓盤閥，或球閥。較佳為使 關盤閥，更佳為陶£隨閥，因為陶究圓盤閥更適於在 南壓情况下操作並因為它不易於弄髒。 該閥可係電磁常閉(NC)閥’將使用藉由具有脈寬調變 (PWM+)之閥控制器確定之頻率在開啓和閉合狀態之間轉 換。藉由改變開啓閉合比率，可控制平均造霧流體流率 料過造霧流體之量。該開啓_閉合轉換頻率可在 茲之間，在1和40之間，且較佳為8赫茲。 該間可係藉由具有控制器之馬達驅動之圓盤閥，該控制 器確定相對於固定圓盤之·^ 圓®之可移動圓盤之位置。該可移動圓 盤3有具有固疋直徑之一個開口或複數個開口。藉由以某 -相對於固定圓盤之位置旋轉該可移_，確定間開口 之大小及造霧流體流率。該馬達可係步進馬達或位置受控 的伺服馬達。 該球閥亦藉由具有控制器之馬達驅 至中之球之位置。該球被穿孔且可在 之間室中旋轉^該球之旋轉位置及其 及出口之穿孔確定閥開口之大小及造 電 圓盤闕或球闊相較於電#_ 之優點係在於其需要較少 130692.doc 200907286 能以在高反壓下控制閥孔口。

根據本發明’造霧流體可包括至少一份乙二醇或至少一 伤丙二醇。可使用包括一份乙二醇和一份丙三醇，或二份 或更多份乙二醇，或二份或更多份丙三醇之混合物。為優 化該霧之品質，造霧混合物最好含有大約5至25體積百分 比之水，及大約50至80體積百分比之乙二醇。乙二醇可係 大約10至25體積百分比之三甘醇，其餘係雙丙甘醇之混合 物，但亦可使用其他乙一醇及乙二醇混合物。非常適當的 造霧流體之例子包括大約10體積百分比之水，大約1〇體積 百分比之三甘醇，及大約80體積百分比之雙丙甘醇。 以下描述根據本發明之造霧器之操作周期。 在備用狀態，造霧器係非活動性的且準備好快速生成霧 及喷出。容H壓力取決於造霧流體量，造霧流體量此時在 該容器中仍可獲得。通常，完全填充之容器在大約ιι〇巴 之壓力下含有大約70體積百分比造霧流體量及大約儿體積 百分比壓縮的推進劑氣體量。閉合電磁閥。熱交換器溫 藉由具有溫度感測 度’通常在大約2 5 0和大約4 0 〇 °C之間 器及電源控制器之電熱元件維持。 為起動動作模式，閥㈣器收到起動信號，計算pwM (脈寬調變）模式，即開啓-閉合比率，且取決於此時之容器 壓力而將電磁閥開啟在5和100百分比之間。開啓_閉合比 率計算導致孔口阻力與容器壓力成比例。因此，高容器壓 力導致低開啓-閉合比率和高孔口阻力。以該方式，獲得 有助於熱交換ϋ之穩定的造霧流體流率，通f在每秒二約 130692.doc 13 200907286 10和50毫升之間β—般的脈 之間的頻率，該頻率具有在二广式具有在1和8〇赫兹 MU Μ 百分比之間的開啓-閉 口比率。構建該熱交換器以便且 ^ ^ /、有適於產生大體上約1 0秒 之霧每秒具有大約30毫升之造霖法 流率之熱交換能力。 田m 降，閥控制器增加開啓-閉合比率直到消耗 二有的造霧流體或直到闕控制器收到停止信號並閉合電磁 閥。 圖式簡單說明】 =艮據本發明之較佳造霧器之操作周期可另外包括自霧溫 :感測器至閥控制器之動態底線圈。然後計算作為當前容 器：力及排出之霧溫度之函數之動作模式之該閥的開啓_ 閉^比率。使得孔口阻力與容器壓力成正比例且與排出的 :溫度成反比例。這使得動態地控制造霧流體流率成為可 :通過該方式以最佳方式使用瞬間熱交換器加熱能力， θ在每單位時間産生儘可能多的霧量。 圖1顯示根據本發明之一造霧器之一實施例。 圖2顯示根據本發明之一造霧器之一較佳實施例。 【主要元件符號說明】 a 壓力容器 b 熱交換器 c d 閥 閥控制器 壓力值記憶裝置 霧溫度感測器 130692.doc -14-

Claims (1)

1. 200907286 十、申請專利範圍： 1. -種造霧器’其包括_容器’該容器含有一造霧流體和 -用於驅動該造霧流體自該容器進人一熱交換器之愿縮 的推進劑氣體’該熱交換器將該造霧流體轉化為蒸汽且 與該容器連接；及—定位在該容器和該熱交換器之間之 閥’其中·該閥可藉由改變其孔口阻力為容器壓力之函 數而控制該造霧流體流率，使得該流體流率與容器壓力 不相干。 2. 如請求項1之造霧器，其進一步包括用於測定該容器壓 力之構件。 3. 如凊求項2之造霧器，其中用於測定該壓力之該構件包 括一用於測量該容器壓力之壓力感測器。 4_如請求項2之造霧器’其中用於測定該壓力之該構件包 括用於儲存所計算的壓力值之記憶裝置。 5·如凊求項丨至4中任一項之造霧器，其中該閥可進一步控 制忒務流體流率為排出之霧温度之函數。 如明求項5之造霧器，其進一步包括一用於測量該排出 之霧溫度之構件。 7·如叫求項1之造霧器，其中該壓縮的推進劑氣體可為一 鈍乳諸如但不限於氮氣，或一惰性氣體，諸如但不限 於氬氣，或其等之混合物。 如叫求項1之造霧器’其中該閥係—電磁閥、一圓盤 閥、或一球閥。 °月求項1之造霧器，其中該造霧流體包括大約1〇體積 130692.doc 200907286 及大約80體 百分比之水，大約ίο體積百分比之三甘醇 積百分比之雙丙甘醇。

   130692.doc 200907286 七、指定代表圖： (一) 本案指定代表圖為：第（1 )圖。 (二) 本代表圖之元件符號簡單說明： a 壓力容器 b 熱交換器 c 閥 d 閥控制器 e 壓力值記憶裝置 八、本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學式： (無） 130692.doc