DE102011004923A1

DE102011004923A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Trockeneiswassereisgemisches

Info

Publication number: DE102011004923A1
Application number: DE201110004923
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-03-01
Filing date: 2011-03-01
Publication date: 2012-09-06
Also published as: EP2681009A1; WO2012117077A1; EP2681009B1

Abstract

Offenbart wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Trockeneis-Wassereisgemisches, wobei das Trockeneis über eine Zuführung in einen Mischbereich eingebracht wird, in den auch das Wasser oder Wassereis mittels einer separaten Zuführung eingebracht wird. Die Zuführung von Trockeneis und Wassereis ist so gestaltet, dass das Wasser, wenn es sich im flüssigen Aggregatzustand befindet, nicht mit dem Trockeneis in Berührung kommt. Eine Vermischung tritt erst auf, wenn das Wasser im eisförmigen Zustand vorliegt. Eine weitere Abkühlung des Eisgemisches, insbesondere des Wassereises zur Erhöhung seiner Härte, kann über Kontaktflächen erreicht werden, mittels denen das Wassereis weiter herab gekühlt wird.

Description

Trockeneis eignet sich zum Strahlen von Flächen, die verunreinigt sind oder von Beschichtungen befreit werden sollen. Unabhängig von der guten abrasiven Wirkung des Trockeneises, das sich beim Verdampfen erheblich ausdehnt, weist dieses Verfahren den Vorteil auf, dass keinerlei Rückstände verbleiben. Insbesondere im Vergleich zu Strahlverfahren, bei denen Sand oder Glas oder andere feste Strahlpartikel verwendet werden, ist es ein erheblicher Vorteil, dass das gestrahlte Gut nicht aufwändig von Strahlpartikeln gereinigt werden muss. Insbesondere beim Strahlen von Turbinenschaufeln und dergleichen werden dabei erhebliche Vorteile erzielt.
Die herkömmlichen Strahlvorrichtungen zum Strahlen von Trockeneis verfügen über eine Zerkleinerungsvorrichtung, mittels der das zugeführte Trockeneis entsprechend zerkleinert wird. Das zerkleinerte Trockeneis wird dann über eine Strahlvorrichtung, bei der in der Regel erwärmte Luft als Trägermedium eingesetzt wird, auf das zu strahlende Gut aufgebracht.
Um die abrasive Wirkung noch zu erhöhen, aber dennoch rückstandsfrei zu strahlen, insbesondere ohne Rückstände an Strahlmittel, wurde vorgeschlagen, zum Strahlen nicht reines Trockeneis, sondern ein Trockenwassereisgemisch zu verwenden. Dabei ist die abrasive Wirkung umso höher, je kälter das Wassereis ist. Um ein möglichst wirkungsvolles Strahlgemisch aus Trocken- und Wassereis zu erlangen, muss sowohl das Trockeneis als auch das Wassereis möglichst weitgehend im gefrorenen Zustand aufgestrahlt werden. Wie ausgeführt, ist die abrasive Wirkung des Wassereises umso höher, je kälter das Eis ist. Ein Antauen des Wassereises ist dabei selbstverständlich genauso nachteilig wie ein bereits teilweise erfolgter Übergang des Trockeneises in die Gasphase.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Trockeneis-Wassereisgemisches insbesondere zum Bestrahlen von zu reinigenden Flächen bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens durch die Merkmale des Anspruchs 1, hinsichtlich der Vorrichtung durch die Merkmale des Anspruchs 11, gelöst. Gemäß der Erfindung wird Trockeneis zusammen mit Wasser oder Wassereis in einen Mischbereich eingebracht. Gemäß der Erfindung wird als wesentlich angesehen, dass dabei entweder das Wasser so eingebracht wird, dass es sich mit dem Trockeneis erst mischt, wenn es bereits im eisförmigen Zustand vorliegt, oder Wassereis und Trockeneis getrennt eingebracht werden, wobei das Wassereis weiter abgekühlt wird. Ein Vermischen von Wasser und Trockeneis soll vermieden werden. Wesentlicher Gesichtspunkt des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist somit, dass das Trockeneis und das Wasser oder Wassereis mittels einer Vorrichtung so in den gekühlten Mischbereich eingebracht werden, dass die beiden Stoffe zunächst nicht in Berührung kommen. Erst im weiteren Prozess, wenn das Wasser in Eisform vorliegt und hinreichend abgekühlt ist, kann es zu einem Kontakt des Trockeneises mit dem Wassereis kommen. Auf diese Weise wird gewährleistet, dass das Trockeneis tatsächlich als Trockeneis erhalten bleibt und nicht bereits im Mischbereich in die gasförmige Phase übergeht.
Weiterhin kann ein weiteres Abkühlen des Wassereises erreicht werden, wodurch dessen Härte gesteigert wird. Der anfängliche Kontakt der Medien wird gemäß der Erfindung durch eine Zuführung vermieden, bei der das Trockeneis sowie das Wasser zumindest im Wesentlichen in derselben Richtung parallel zugeführt werden, wobei die Zuführeinrichtungen so beabstandet sind, dass ein zumindest anfänglicher Kontakt der Medien ausgeschlossen ist. Die Zuführeinrichtungen für die beiden Medien und ihre Anordnung sind so gewählt, dass sich die Medien nicht berühren, solange das Wasser in flüssiger Form vorliegt.
Wird Wasser in den Mischbereich eingebracht, wird dies dadurch erreicht, dass das Trockeneis über eine Zuführöffnung zugeführt wird und das Wasser über zumindest eine seitlich versetzt angeordnete Düse, wobei die Zuführung im Wesentlichen in derselben Richtung wie die Zuführung des Trockeneises geschieht, sodass ein anfänglicher Kontakt vermieden wird. Vorteilhaft wird das Trockeneis über eine schlitzartige Zuführöffnung zugeführt. Das Wasser kann über eine schlitzartige Düse aber auch über anders gestaltete Düsen zugeführt werden, beispielsweise über einfache Runddüsen, wobei dann zweckmäßigerweise mehrere Düsen in Reihe oder aber auch versetzt in einer reihenartigen Anordnung vorgesehen sind. Im Wesentlichen kommt es dabei darauf an, dass, wie ausgeführt, ein anfänglicher Kontakt der Medien vermieden wird.
Bewährt hat sich eine Anordnung, bei der das Trockeneis vorhangartig in den Mischbereich eingebracht wird bzw. in diesen hineinfällt und seitlich davon ebenfalls mehr oder weniger vorhangartig das Wasser eingebracht wird, sodass sich neben dem Trockeneisvorhang ein, zwei oder mehrere Wasservorhänge bilden und die Wassertröpfchen beim Einbringen in den Mischbereich, der zweckmäßiger Weise gekühlt wird, soweit abkühlen, dass es zur Wassereisbildung kommt. Sobald sich Wassereis gebildet hat, ist der Kontakt von Trocken- und Wassereis unschädlich, führt sogar zum weiteren Abkühlen des Wassereises, was die Härte des Wassereises erhöht.
Das Trockeneis wird in bekannter Weise in geeigneter Größe zugeführt, wobei der eigentlichen Zuführung eine an sich bekannte Mahlvorrichtung vorgeschaltet sein kann, mittels der das Trockeneis auf eine optimale Größe gemahlen wird.
Ähnlich wird verfahren, wenn Trockeneis und Wassereis als Medien in den Mischbereich eingebracht werden. Hierzu wird das Trockeneis separat getrennt vom Wassereis in den Mischbereich eingebracht. Hierzu sind getrennte Zuführöffnungen vorgesehen, die beabstandet voneinander angeordnet sind, wobei auch in diesem Fall die Zuführung zumindest im Wesentlichen in derselben Richtung erfolgt, um zu gewährleisten, dass ein anfänglicher Kontakt von Trocken- und Wassereis vermieden wird.
Vorteilhaft kann bei dieser Gestaltung vor dem Einführen in den Mischbereich eine Mahleinrichtung für das Trockeneis und gegebenenfalls auch für das Wassereis vorgesehen sein.
Eine derartige Gestaltung wird anhand eines konkreten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Als Mischbereich hat sich ein Bereich bewährt, der einen ersten trichterförmigen Bereich aufweist, wobei zweckmäßig Trockeneis und Wasser in diesen ersten Bereich so eingebracht werden, dass diese von der Trichteröffnung durch die Schwerkraft zum Trichterauslass hin fallen. Der Mischbereich wird aktiv gekühlt und ist zweckmäßiger Weise isoliert, wobei durch das eingebrachte Trockeneis die Temperatur im Mischbereich weiter absinkt. Die Parameter der Trockeneiswasserzuführung und Kühlung sind so abzustimmen, dass nach Möglichkeit alles eingebrachte Wasser vor einem Kontakt mit dem Trockeneis oder Wandlungen des Mischbereichs bereits gefroren ist und dann am Trichterauslass sich mit dem Trockeneis vermischt.
Es hat sich gezeigt, dass zumindest bei diversen Anwendungen ein weiteres Abkühlen des Eisgemisches, insbesondere des Wassereises, vorteilhaft ist. Hierzu kann der Mischbereich einen zweiten Bereich aufweisen, der ebenfalls gekühlt und isoliert ausgebildet ist. In diesem zweiten Bereich sind zweckmäßig Kontaktflächen vorgesehen, die durch Kontaktbleche geschaffen werden können, die mit dem Eisgemisch zwangsläufig in Berührung kommen. Diese Kontaktflächen sind ebenfalls gekühlt und kühlen das Eisgemisch, insbesondere das Wassereis während der Kontaktzeit weiter herab. Hierzu hat sich eine Anordnung bewährt, bei der der zweite Bereich des Mischbereichs als Fallrohr ausgebildet ist, in dem rutschenartig versetzt vorstehende Kontaktflächen vorgesehen sind, über die das Eisgemisch sukzessive nach unten rutscht und während der Kontaktzeit, wie ausgeführt, weiter abgekühlt wird. Da das Wasser beim Eintritt in diesen zweiten Bereich bereits in Eisform vorliegt, kommt es nicht zum Vereisen der Kontaktflächen, vielmehr rutscht das Wassereis ebenso wie das Trockeneis über die Kontaktflächen und wird dabei, wie ausgeführt, weiter heruntergekühlt.
Am Auslass dieses zweiten Bereichs ist zweckmäßig eine Dosiereinrichtung vorgesehen, über die das Trockeneis-Wassereisgemisch dosiert wird. Zum Austragen des Eisgemisches hat sich eine Drucklufteinrichtung bewährt, bei der vorteilhaft erwärmte Luft zum Transport des Eisgemisches eingesetzt wird. Das Eisgemisch kann dann direkt der eigentlichen Strahleinrichtung zugeführt werden, wobei die vorgewärmte Luft bereits das Trägermedium für den eigentlichen Strahlvorgang darstellen kann.
Die Erfindung wird näher anhand konkreter Ausführungsbeispiele beschrieben.
1 zeigt eine erste erfindungsgemäße Vorrichtung im Teilschnitt.
2 zeigt eine zweite erfindungsgemäße Vorrichtung im Teilschnitt.
In einem Trockeneistrichter 1 wird das zu verwendende Trockeneis zur Verfügung gestellt. Dieses wird am Ausgang des Trockeneistrichters 1 durch ein Mahlwerk 13 in eine geeignete Größe gebracht und über eine schlitzartige Zuführung 3 einem Mischraum 2 zugeführt.
Seitlich versetzt neben der Zuführung 3 im oberen Bereich des Mischraums 2 sind beidseitig der Zuführung 3 zwei Reihen von Wasserdüsen 4 angeordnet, über die Wasser in den Mischraum 2 eingebracht wird. Wie gut aus der Darstellung zu ersehen, werden das Trockeneis und das Wasser weitgehend parallel, also im Wesentlichen in derselben Richtung von oben, in den Mischraum 2 eingebracht. Hierdurch wird verhindert, dass das Wasser noch im flüssigen Zustand mit dem Trockeneis in Kontakt kommt. Der Mischraum 2 ist gekühlt und isoliert, wobei sich die Lufttemperatur im Mischraum 2 durch das Eindringen des Trockeneises weiterhin abkühlt. Das durch die Düsen 4 eingedüste Wasser gefriert im Mischraum, sodass es, wenn es an die Wände des oberen ersten trichterartigen Bereichs des Mischbereichs 2 gelangt, bereits zu Eiskristallen gefroren ist. Hierdurch wird zum Einen ein Vereisen der Wandung des Mischbereichs verhindert, zum Anderen wird gewährleistet, dass das Wasser sich erst im gefrorenen Zustand mit dem Trockeneis vermischt.
Der Mischbereich 2 weist einen ersten trichterförmigen Bereich 5 auf, an den sich ein zweiter Bereich 7 anschließt, der ebenfalls gekühlt und isoliert ist. Dieser zweite Bereich 7 ist grundsätzlich wie ein Fallschacht ausgebildet und weist einen Eintritt 6 und einen Austritt 8 auf. Bereits kurz nach dem Eintritt 6 ist ein erstes Kontaktblech 9 angeordnet, das von der gekühlten Wandung des zweiten Bereichs 7 nach innen vorsteht und rutschenartig nach unten gerichtet ist. Diesem ersten Kontaktblech 9 gegenüber etwas unterhalb ist ein zweites identisch ausgebildetes Kontaktblech 10 angeordnet. Dieses steht in analoger Weise von der gegenüberliegenden Wandung des zweiten Bereiches 7 nach innen vor und weist ebenso rutschenartig nach unten. An diese zwei Kontaktbleche 9, 10 schließen sich bei der konkreten Ausführungsform noch zwei weitere Kontaktbleche 10 an, die in derselben Weise angeordnet sind.
Durch die Größe und Anordnung der Kontaktbleche 9, 10 wird verhindert, dass das Eisgemisch direkt durch den zweiten Bereich 7 des Mischbereichs 2 hindurch fällt, vielmehr muss dieses die Kontaktbleche passieren und rutscht vom ersten Kontaktblech auf das zweite Kontaktblech, von diesem auf das dritte Kontaktblech usw. Da die Kontaktbleche 9, 10 gekühlt sind, wird während der Verweilzeit des Eisgemisches auf den Kontaktblechen weiterhin Kälte auf das Eisgemisch übertragen. Außerdem gibt das Trockeneis einen Teil seiner Kälte an das Wassereis ab. Dies führt dazu, dass das Wassereis weiter herab gekühlt wird und an Härte zunimmt.
Am Ausgang 8 des zweiten Bereichs 7 des Mischbereichs 2 ist eine Dosiervorrichtung 11 vorgesehen, mittels der das Eisgemisch dosiert wird. Über eine Luftzuführung 12 wird das Eisgemisch aus der Dosiereinrichtung abgefördert. Das Eisgemisch kann dann direkt der eigentlichen Strahleinrichtung zugeführt werden, wobei die erwähnte Luft bereits vorgewärmt als Strahlluft eingesetzt werden kann.
Druckluft, insbesondere vorgewärmte Druckluft, kann auch zum Trocknen behandelter Flächen verwendet werden. Da mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung Wassereis auf die zu behandelnde Fläche aufgestrahlt wird, verbleibt Wasser auf dieser. Um den Trocknungsprozess zu beschleunigen, kann Druckluft, bevorzugt vorgewärmte Druckluft, verwendet werden. Dabei kann der Drucklufterzeuger, der zur Erzeugung der genannten Strahlluft eingesetzt wird, diese Druckluft zum Abtrocknen der gestrahlten Flächen bereitstellen. Zweckmäßig wird dabei die zum Trocknen vorgesehene Druckluft unmittelbar nach dem Strahlvorgang auf die zu trocknende Fläche aufgebracht. Es ist aber auch denkbar, diese zusammen mit dem Strahlvorgang aufzubringen. Dies kann verfahrenstechnisch einfacher geschehen, da gleichzeitig mit dem Strahlvorgang Druckluft aufgeblasen wird und ebenfalls zu einer beschleunigten Abtrocknung der gestrahlten Fläche fuhrt. Beschleunigt wird der Trocknungseffekt durch ein zeitlich versetztes Aufbringen der Druckluft, indem die Druckluft auf die bereits gestrahlte Fläche aufgebracht wird.
Folgend wird die zweite Ausführungsform erläutert, wobei lediglich auf die Unterschiede zur ersten Ausführungsform eingegangen wird.
Anstelle des Trockeneistrichters 1 ist bei der zweiten Ausführungsform ein Zuführtrichter 18 vorgesehen, der in einen ersten Bereich 14 und einen zweiten Bereich 15 unterteilt ist. Über den ersten Bereich 14 wird Trockeneis zugeführt, wohingegen über den zweiten Bereich 15 Wassereis zugeführt wird. Beides wird über die Zuführung 3 dem Mischraum 2 zugeführt. Bevor das Eis jedoch über die Zuführung 3 in den Mischraum 2 eintritt, wird es über Mahlvorrichtungen 16, 17 in die gewünschte Größe zermahlen. Die Mahlvorrichtung 16 ist im Endbereich des ersten Bereichs 14 angeordnet und dient zur Zerkleinerung des Trockeneises. Die hierzu parallel angeordnete zweite Mahlvorrichtung 17 dient in analoger Weise im Endbereich des zweiten Bereichs 15 der Zerkleinerung des Wassereises.
Das Trockeneis wird somit ebenso wie das Wassereis auf die gewünschte Größe zerkleinert und parallel von oben über die Zuführung 3 in den Mischraum eingeführt. Da die Zuführrichtung identisch ist, fallen Trocken- und Wassereis zunächst parallel im Mischraum 2 hinab, so dass es anfänglich nicht zu einer Berührung der beiden Eissorten kommt. Erst im unteren Bereich des Mischraumes 2 ist mit einer wirklichen Vermischung zu rechnen. Spätestens jedoch im zweiten Bereich 7 werden die beiden Eissorten in geeigneter Weise vermischt und insbesondere das Wassereis in der beschriebenen Art und Weise mittels gekühlter Kontaktbleche 10 weiter abgekühlt.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Trockeneis-Wassereisgemisches, dadurch gekennzeichnet, dass das Trockeneis über eine Zuführung (3) in einen Mischbereich (2) eingebracht wird und beabstandet zu diesem im Wesentlichen in derselben Richtung Wasser oder Wassereis eingebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Trockeneis über eine schlitzartige Zuführung eingebracht wird und das Wasser oder Wassereis seitlich beabstandet über eine schlitzartige Düse oder eine Vielzahl von hintereinander angeordneten Düsen eingebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Mischbereich (2) unterhalb der Trockeneis- und Wasser/Wassereiszuführung befindet und das Trockeneis in den Mischbereich (2) fällt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Trockeneis und ggf. das Wassereis vor der Zuführung gemahlen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass beidseitig des eingebrachten Trockeneises Wasser eingebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischbereich (2) gekühlt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch. gekennzeichnet, dass im Mischbereich (2) das Trockeneis und das Wassereis bzw. das entstandene Eisgemisch auf gekühlte Kontaktflächen (9, 10) treffen.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Trockeneis und das Wassereis bzw. das entstandene Eisgemisch nacheinander auf mehrere Kontaktflächen (9, 10) treffen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Eisgemisch nach dem Mischbereich (2) über eine Dosiereinrichtung (11) dosiert und mittels eines Luftstromes abgegeben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Luft des Luftstromes vorgewärmt wird.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Einführbereich eine Trockeneiszuführung (3) vorgesehen ist, über die Trockeneis in einen Mischbereich (2) eingebracht wird und im Wesentlichen in derselben Richtung Wasser über zumindest eine Düse (4) ebenfalls in den Mischbereich (2) eingebracht wird.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Trockeneiszuführung (3) schlitzartig ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass in einem vorbestimmten Abstand zur Trockeneiszuführung (3) eine schlitzartige Düse oder mehrere Düsen (4) nacheinander zur Wasser- oder Wassereiszuführung angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Düsen (4) in einer Linie oder alternierend versetzt angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass neben der Trockeneiszuführung (3) auf zumindest gegenüberliegenden Seiten Düsen (4) zur Wasser- oder Wassereiszuführung angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Trockeneiszuführung (3) so ausgebildet ist, dass das Trockeneis vorhangartig in den Mischbereich (2) eingebracht wird.
Vorrichtung nach einem Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen (4) so ausgebildet sind, dass das Wasser oder Wassereis vorhangartig neben dem Trockeneis auf einer oder auf beiden Seiten des Trockeneises eingebracht wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischbereich (2) einen ersten trichterförmigen Bereich (5) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischbereich (2) einen zweiten Bereich (7) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, gekennzeichnet durch eine Kühlvorrichtung zum Kühlen zumindest eines Teils des Mischbereichs (2).
Vorrichtung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest in dem zweiten Bereich (7) Kontaktflächen (9, 10) angeordnet sind, mit denen das Eisgemisch in Kontakt kommt.
Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Kontaktflächen (9, 10) vorgesehen sind, die nacheinander vom Eisgemisch kontaktiert werden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Bereich (7) so angeordnet ist, dass das Eisgemisch aufgrund der Schwerkraft durch diesen hindurch fällt und dabei zwangsläufig mit vorstehenden Kontaktflächen (9, 10) in Kontakt kommt.
Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Kontaktflächen (9, 10) versetzt und nach unten weisend vorgesehen sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktflächen (9, 10) aus einem gut Wärme leitenden Material beschaffen sind und gekühlt werden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 25, gekennzeichnet durch eine Dosiereinrichtung (11), mittels der das den Mischbereich (2) verlassende Eisgemisch dosiert wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 26, gekennzeichnet durch eine Luftzuführung (12) zur Zuführung von Luft zum Abtransport des Eisgemisches.