DE2204761A1

DE2204761A1 - Verfahren und Einrichtung zur Trennung von Kohlendioxidschnee aus einer Mischung aus Kohlendioxidschnee und -dampf

Info

Publication number: DE2204761A1
Application number: DE19722204761
Authority: DE
Inventors: Ronald F. Oak Lawn 111. Campbell (V.StA.)
Original assignee: Chemetron Corp
Current assignee: Chemetron Corp
Priority date: 1971-02-08
Filing date: 1972-02-02
Publication date: 1972-08-24
Also published as: FR2124538A1; AU3833072A; CA971761A; BE778982A; FR2124538B1; AU458644B2; JPS5229277B1; GB1376459A; US3757367A; IT947366B

Description

OR.-ΙΝβ. DIPL.-ΙΝβ. M. SC. DIPL.-PHYS. DR. -DIPL.- HÖGER - STELLRECHT - GRIESSBACH - HAECKER PATENTANWÄLTE IN STUTTGART

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28.Januar 1972
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Ser.No. 113 489

Chemetron Corporation 840 North Michigan Avenue Chicago, Illinois 60611, USA

Verfahren und Einrichtung zur Trennung von Kohlendioxidschnee aus einer Mischung aus Kohlendioxidschnee und -dampf

, Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trennen von Kohlendioxidschnee aus einer Mischung von kohlendioxidschnee und -dampf und eine Einrichtung zum Durchführen des Verfahrens.

Die Erfindung befasst sich mit einem Verfahren und einer Einrichtung zum Trennen von Kohlendioxidschnee von einer Mi-

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schung aus Kohlendioxidschnee und -dampf, und zwar ohne Bezugnahme auf Schwerkraft, um so den Kohlendioxidschnee und den Dampf jeweils mit einer beträchtlichen Geschwindigkeit abgeben zu können.

Wenn flüssiges Kohlendioxid durch eine Verengung einer Leitung hindurchströmt, derart, dass der Druck des flüssigen Kohlendioxids von einem Druck oberhalb des Drucks des Tripel-Punktes (ungefähr 5,27 kg/cm ) auf einen Druck unterhalb des Druckes des Tripelpunktes reduziert v/ird, so wird das flüssige Kohlendioxid in eine Mischung von Schnee und Dampf umgewandelt. Bei vielen praktischen Anwendungen, beispielsweise wenn Kohlendioxidschnee als Kühlmedium verv/endet werden soll und wenn der Kohlendioxiddampf wiedergewonnen wird, von der Umgebung von Bedienungspersonen entfernt und wieder in Umlauf gebracht werden soll, ist es notwendig, den Kohlendioxidschnee aus der Mischung abzuscheiden.

Es ist bereits eine Einrichtung in Art eines Zyklons bekannt, um Teilchenmaterial von gasförmigen Stoffen zu trennen. Eine solche Einrichtung wurde schon verwendet, um Kohlendioxidschnee von einer Mischung aus Kohlendioxidschnee und -dampf zu trennen. Hierzu wird beispielsweise auf die USA-Patentschrift 1 546 682 verwiesen. In einer solchen Einrichtung, in der die Mischung im wesentlichen tangential durch eine öffnung in der Seitenwand einer aufrechten Kammer eingespritzt wird, wird der Kohlendioxidschnee von der Mischung durch die kombinierten Wirkungen der Zentrifugalkraft und der Schwerkraft getrennt und setzt sich nun in Richtung auf den Boden der Kammer ab. Der Kohlendioxiddampf wird durch eine öffnung am Oberteil der Kammer abgezogen. Diese Einrichtung benutzt also die Schwerkraft zur Trennung von Kohlendioxidschnee aus der Mischung,

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Wenn nach bekannten Gesetzen irgendein Material in Bewegung ist, so hängt die Kraft, die erforderlich ist, um das Material aus einer geradlinigen Bewegung abzulenken, von der Geschwindigkeit und der Dichte des abzulenkenden Materials ab. In einer fliessenden Mischung aus Kohlendioxidschnee und -dampf, in der der Schnee um ein Vielfaches dichter als der Dampf ist und bei der die Geschwindigkeiten von Schnee und Dampf ähnlich sind, setzt der Schnee einer Ablenkungskraft mehr Widerstand entgegen« Wenn also die Ablenkungskraft durch eine gekrümmte Oberfläche gebildet wird, entlang der die Mischung strömt, so hat der Sfchnee die Tendenz, sich unter der Wirkung der Zentrifugalkraft der Aussenseite der gewölbten Strombahn zuzubewegen, die durch die gekrümmte Oberfläche begrenzt ist und den Dampf von dieser gekrümmten Oberfläche wegzudrücken. Diese Gesetze wurden bei bekannten Einrichtungen verwendet, um Kohlendioxidschnee von einer Mischung aus Kohlendioxidschnee und -dampf zu trennen, um eine gesteuerte Ausgabe von Kohlendioxidschnee und -dampf aus Feuerlöschdüsen oder ähnlichen Einrichtungen auszugeben. In diesem Zusammenhang wird beispielsweise auf die USA-Patentschriften 2 322 758, 2 357 039 und 2 387 935 hingewiesen. In diesen Einrichtungen wird Dampf und Schnee gemeinsam ausgegeben, und es ist auch keine Vorsorge getroffen, um den Dampf wiederzugewinnen.

Im folgenden ist der Wirkungsgrad der Wiedergewinnung von Kohlendioxidschnee als Festbestandteil aus verflüssigtem Kohlendloxid, das als Mischung von Kohlendioxidschnee und -dampf ausgegeben wurde, in Gewichtsprozent des gesamten ausgegebenen flüssigen Kohlendioxids definiert. Wenn Kohlendioxidschnee mit einer Menge von 13,6 kg pro Minute aus verflüssigtem Kohlendioxid wiedergewonnen wird, das mit einer Geschwindigkeit von 45,4 kg pro Minute ausgegeben wird, so ist der

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der Wirkungsgrad 30 %. Der theoretische Wirkungsgrad hängt dabei von der Temperatur und den Druck des ausgespritzten flüssigen Kohlendioxids ab und der Wirkungsgrad würde etwa 48% für gesättigtes, verflüssigtes Kohlendioxid bei einem Ausgangsüber-

2
druck von 16,73 kg/cm sein.

Es wurde nun beobachtet, dass Teilchen aus Kohlendioxidschnee entweder eine Flockenform oder eine granuläre Form annehmen. Teilchen aus Kohlendioxidschnee in Flockenform, die eine grössere Oberfläche haben und damit einer Bewegung durch die Atmosphäre mehr Widerstand entgegensetzen, können für einige praktische Anwendunoen von Vorteil sein, beispielsweise wenn Kohlendioxidschnee weich und vorsichtig um zerbrechliche Gegenstände, wie beispielsweise Nahrungsmittel, herumgepackt v/erden soll. Teilchen von Kohlendioxidschnee in granulärer Form, die eine kleinere Oberfläche haben und damit einer Bewegung durch die Atmosphäre einenjgeringeren Widerstand entgegensetzen, können in anderen praktischen Anwendungen von Vorteil sein, wenn nämlich Kohlendioxidschnee über einen beträchtlichen Abstand geschleudert werden soll. Es wurde nun festgestellt, dass das Verfahren und die Einrichtung gemäss der Erfindung für beide praktischen Anwendungen verwendbar ist, d.h. also dort, wo Teilchen aus Kohlendioxidschnee eine Flockenform und dort wo diese Teilchen eine granuläre Form aufweisen sollen.

In diesem Zusammenhang wird auf die USA-Patentschriften 2 320 und 3 498 799 hingewiesen. Diese Patentschriften zeigen beispielsweise Verwendungen von Kohlendioxidschnee als Kühlmedium und schlagen typische Anwendungen des Verfahrens und der Einrichtung gemäss der Erfindung vor.

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Ferner wird noch auf die USA-Patentschrift 2 988 898 Bezug genommen. Diese Patentschrift, die sich im wesentlichen auf die Umwandlung von flüssigem Kohlendioxid in eine Mischung aus Kohlendioxidschnee und -dampf bezieht, offenbart ein Verfahren, das für die Anwendung des Verfahrens und der Einrichtung gemäss der Erfindung nützlich ist. Durch dieses Verfahren kann der Überdruck in einer Rohrleitung kurz nach einer Austrittsöffnung in Stromrichtung, durch welche verflüssigtes Kohlendioxid aus-

2 gespritzt wird, in günstiger Weise zwischen 0,35 und 4,22 kg/cm für die sie ergebende Mischung aus Kohlendioxidschnee und -dampf aufrecht erhalten werden.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein ,Verfahren und eine Einrichtung zu schaffen, um mit hohem Wirkungsgrad Kohlendioxidschnee aus einer Mischung aus Kohlendioxidschnee und -dampf abzutrennen, ohne dass dabei die Schwerkraft mitwirkt, um so Kohlendioxidschnee mit einer erheblichen Fliessgeschwindigkeit ausgeben zu können, wobei der Kohlendioxiddampf mit einer verhältnismässig grossen Geschwindigkeit wiedergewonnen werden kann. Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung dadurch gelöst, dass die Mischung entlang einer gekrümmten Strombahn zum Fliessen gebracht und der Kohlendioxidschnee an der Aussenseite derselben konzentriert wird und dass der konzentrierte Strom des Kohlendioxidschnees von dieser Aussenseite abgeleitet wird.

Damit wird durch Zentrifugalkraft der Kohlenstoffdioxidschnee konzentriert und kann von dem übrigen Teil der Mischung abgetrennt und am Rand dieser gekrümmten Oberfläche abgezogen werden.

Die erfindungsger.ässe Einrichtung hat eine rohrförmige Leitung mit einem Einlassende und einem Auslassende. Ferner sind Mittel

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zum Einführen einer Mischunq von Kohlendioxidschnee und -dampf in die Leitung zur Strömung von Einlass- zum Auslassende vorgesehen. Ferner ist mindesten?» ein Teil der Leitung zwischen dem Einlass- und dem Auslassende gekrümmt, um so eine gekrümmte Strombahn für die Mischung zu schaffen, derart, dass der Kohlendioxidschnee nun als konzentrierter S ^om an dieser gekrümmten Bahn konzentriert wird. Ferner sind Ablenkmittel vorgesehen, um einen Teil der Mischung zum Durchfluss durch eine Öffnung in der Seitenwand der Leitung zu bringen. Vorzugsweise umfassen die Ablenkungsmittel eine Platte, die so angeordnet ist, dass der konzentrierte Strom aus Kohlendioxidschnee durch die Öffnung abgelenkt wird. Die Öffnung ist in der Seitenwand des gekrümmten Teiles der Leitung angeordnet und öffnet sich vorzugsweise radial nach aussen. Zusätzliche Merkmale der Einrichtung betreffen Mittel, um einen Rückdruck auf die Leitung auszuüben, und ferner Mittel, um die Platte zu entfrosten. Ferner kann eine Einspritzvorrichtung vorgesehen sein, um flüssiges Kohlendioxid zur Einführung einer Mischung aus Kohlendioxidschnee und -dampf in die Leitung zu spritzen, wobei dann ein Fluss vom Einlassende zum Auslassende der Leitung entsteht.

Vorzugsweise wird der konzentrierte Strom aus Kohlendioxidschnee radial nach aussen entlang einer Strombahn abgelenkt, die die gekrümmte Stronbahn schneidet. Das Verfahren kann ferner einen zusätzlichen Schritt aufweisen, um einen Rückdruck auf die kurvenförmige Bahn auszuüben. Ferner kann das Verfahren noch einen zusätzlichen Schritt umfassen, um flüssiges Kohlendioxid einzuspritzen und als Mischung aus Kohlendioxidschnee und -dampf in eine gekrümmte Strombahn einzuführen.

Gemäss der Erfindung kann der Wirkungsgrad der Wiedergewinnung von Kohlendioxidschnee dadurch erhöht werden, dass der Rückdruck und damit die Erzeugung von granulären Teilchen des Koh-

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lendioxidschnees gesteuert wird, was durch Steuerung der Geschwindigkeit des Einspritzens von verflüssigtem Kohlendioxid geschehen kann.

Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit der Zeichnung, die Ausführungsbeispiele der Erfindung enthält. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Vorderansicht der Einrichtung der Erfindung als Teil eines Systems, um Kohlendioxidschnee als Kühlmittel auszugeben,

Fig. 2 einen Schnitt nach Linie 2-2 der Fig.l,

Fig. 3 einen Teilschnitt in gr°.sserem Masstab als Fig,i,

Fig. 4 einen Schnitt nach Linie 4-4 der Fig.l,

Fig. 5 einen Teilschnitt ähnlich Fig.3 zur Darstellung einer abgewandelten Ausführungsform der Einrichtung nach Fig.l.

In Fig.l ist eine Einrichtung zur Trennung von Kohlendioxidschnee aus einer Mischung von Kohlendioxidschnee und -dampf mit 10 bezeichnet und bildet einen Teil eines Systems S, um Kohlendioxidschnee zur Verwendung als Kühlmedium auszugeben. Wie dargestellt,ist ein Kasten B, in dem verderbliche Lebensmittel oder dergleichen untergebracht sind, auf einem Förderer C angeordnet, um so diesen Kasten unter einer Haube H hindurchzuführen, die die Einrichtung 10 abschirmt. Die Verwendung von Kohlendioxidschnee als Kühlmedium ist bekannt und Beispiele hierfür sind in den vorerwähnten USA-Patentschriften 3 320 und 3 498 799 erwähnt.

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Das System S hat ferner eine Quelle 12 für flüssiges Kohlendioxid und ein übliches Rückschlagventil 14, das so angeschlossen und angeordnet ist, dass der Strom des flüssigen Kohlendioxids von der Quelle 12 zur Einrichtung 10 geleitet wird. Der Strom fliesst dabei wie folgt: Von einer Rohrleitung 16, die von der Quelle 12 zum Rückschlagventil 14 führt, über eine vom Rückschlagventil 14 zur Einrichtung 10 führende Rohrleitung. 18 zu einer Auslassdüse 20, die zwischen der Rohrleitung 18 und der Einrichtung 10 angeschlossen ist.

Wie dargestellt, hat das Einlassende 22 der Auslassdüse 20 ein Aussengewinde, um nun das Innengewinde am Endstück 24 der Rohrleitung 18 anschliessen zu können. Das Auslassende 26 der Auslassdüse 20 hat in ähnlicher Weise ein Aussengewinde, um so eine mit Innengewinde versehene Kupplung 28 anschliessen zu können.

Das Auslaussende 26 der Auslassdüse 20 hat eine Lochplatte 30, die ein Austrittsloch 32 hat, so dass dort ein verengter Durchgang für verflüssigtes Kohlendioxid vorhanden ist, das von der Quelle 12 zur Einrichtung 10 durch die Auslassdüse fliesst. Bekanntlich wird hierdurch der Druck des flüssigen Kohlendioxids von einem Druck oberhalb des Drucks des Tripel-

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punktes (ungefähr 5,27 kg/cm ) auf einen Druck unterhalb des Drucks des Tripelpunktes abgesenkt, derart, dass das flüssige Kohlendioxid nun in eine Mischung aus Kohlendioxidschnee und -dampf umgewandelt wird.

Die Einrichtung 10, die innerhalb der Haube H des Systems S angeordnet ist, weist im wesentlichen eine Rohrleitung 40 auf. Diese hat ein Einlassende 42, dem eine Mischung aus Kohlendioxidschnee und -dampf zugeführt werden kann, wobei der Strom dann durch die Rohrleitung 40 fliesst. Ferner hat die Rohrleitung 40 ein längliches gerades Einlassendstück 44,

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das ein Einlassende 42 mit^einschliesst. Die Kupplung 28 ist am Einlassende 42 der Rohrleitung 40 beispielsweise durch Hartlöten oder sonstwie befestigt. Die Rohrleitung 40 hat ferner ein Auslassende 46, über das ein Teil des durch die Rohrleitung 40 fliessenden stromes ausgegeben werden kann, ferner ein längliches, gerades Auslassendstück 48, das ein Auslassende mi^jeinschliesst, und schliesslich ein langgestrecktes, gekrümmtes Bogenstück 50 zwischen dem Einlassendstück 44 und dem Auslassendstück 48. Die Einrichtung 10 hat ferner eine Abzweigung

in Form eines Abdeckglieds 52, um einen Teil der Mischung durch eine Auslassöffnung 54 in der Wand 56 des Bogenstückes 50 ausfliessen zu lassen.

In Anwendung des Verfahrens nach der vorerwähnten USA-Patentschrift 2 988 898 ist es günstig, die Grosse des Austrittsloches 32 derart zu regulieren, dass innerhalb des Einlassendstückes 44 der Rohrleitung 40 ein Überdruck zwischen 0,35 und

4,22 kg/cn aufrecht erhalten wird. Damit fliesst der Kohlendioxiddampf in der Rohrleitung 40 mit einer Geschwindigkeit, die ausreicht, um den mitgeführten Kohlendioxidschnee in Suspension beim Durchströmen durch die Rohrleitung 40 zu halten.

Um nun die Länge des Bogenstückes 50 der Rohrleitung 40 auf ein Minimum herabzusetzen, wie dies für eine wirksame Konzentration des Kohlendioxidschnees vorteilhaft ist, ist es günstig, das Einlassendstück 44 der Rohrleitung 40 langgestreckt zu machen, so dass nun die Mischung den Querschnitt der Rohrleitung 40 ausfüllt, bevor sie in das Bogenstück 50 eintritt. Vorteilhaft ist», die Länge des Einlassendstückes 44 ungefähr ein Viertel der Gesamtlänge der Rohrleitung 40.

Wenn ein Gegenstand oder ein Material einmal in Bewegung ist, so ist, wie oben dargelegt, die zur Ablenkung des Gegenstandes

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oder des Materials aus der geradlinigen Bewegung erforderliche Kraft von der Geschwindigkeit und Dichte des Gegenstands oder Materials abhängig, das abgelenkt werden soll. Wenn die Ablenkkraft durch eine gekrümmte Oberfläche gebildet wird, entlang der die Mischung fliesst, so hat der dichtere Schnee nun die Tendenz, sich entlang der gekrümmten Strombahn entsprechend der .bogenförmigen Fläche zu bewegen und den weniger dichten Dampf von der Bogenflache zu verdrängen. In der Einrichtung 10 definiert das Bogenstück 5O der Rohrleitung 40 eine gekrümmte Strombahn von im wesentlichen gleichförmigem Rohrquerschnitt für den Durchfluss der Mischung aus Kohlendioxidschnee und -dampf. Entsprechend der vorerwähnten Gesetzmässinkeit bewegt sich nun der Schnee unter der Zentrifugelkraft an die Aussenseite der gekrümmten Strombahn und drängt den Dampf weg von der Aussenfläche 58 der Wand 56 des gekrümmten Bogenstückes 50. Damit wird der Schnee unter Bildung eines konzentrierten Stromes im Bogenstück 50 der Rohrleitung 40 konzentriert. Um diese Konzentration des Schnees noch zu verbessern, wird in günstiger Weise das Bogenstück 50 als bogenförmiae Strombahn ausgebildet, die sich ^ö-.ber ungefähr 90 bis 180° erstreckt.

Wie dargestellt, ist die Auslassöffnung 54, die sich an der äusseren Mantellinie befindet, am Bogenstück 50 angeordnet. Ferner ist ein Ablenkglied 52 vorgesehen, das eine Ablenkplatte 60 aufweist, die an der Wand 56 der Rohrleitung 40, und zwar am Abwärtsrand 62 der Auslassöffnung 54 durch Hartlöten oder sonstwie befestigt ist» Das Ablenkglied ist so angeordnet, dass der konzentrierte Strom aus Kohlendioxidschnee von der übrigen Mischung abgezweigt und durch die Auslassöffnung 54 entlancf einer Strombahn abgelenkt wird, die die kurvenförmige Strombahn entsprechend dem Bogenstück 50 unter einem Winkel schneidet. Zum einfacheren Montieren der Ablenkplatte

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60 kann - vit in Fig.3 dargestellt - die Rohrleitung 4O aus zwei Tellstüc] ί-;,, nämlich 40a und 40b, hergestellt werden, die durch Ilari\ ..:n oder sonstwie miteinander fest verbunden sind, beispielswise an einem Flansch 64a des Teilstückes 40a und einem Flansca 64b des Teilstückes 40b. Die Ablenkplatte hat im wesentlichen die Form eines halben Rohrquerschnittes, wobei die Vorderkante 66 der Ablenkplatte 60 als Messerkante ausgebildet ist.

Da der aus der Atmosphäre stammende Wasserdampf die Tendenz hat, sich als Eis auf der Ablenkplatte 60 niederzuschlagen, besonders wenn die Einrichtung 10 nach einer Benutzung abgeschaltet wird, ist es vorteilhaft, wenn die Einrichtung noch eine Enteisungsvorrichtung 70 zum Enteisen der Ablenkplatte 60 aufweist, welche die Form eines elektrischen Widerstandsheizers 72 haben kann, der aussen an der Ablenkplatte 60 angebracht ist.

Wie weiter unten erklärt, ist es vorteilhaft, wenn der Druck innerhalb der Rohrleitung 40 oberhalb des Atmoshphärendruckes aufrechterhalten wird. Die Einrichtung 10 hat zu diesem Zweck eine Rückdruckvorrichtung 74, um einen Rückdruck in der Rohrleitung 40 zu erzeugen. Zu diesem Zweck ist eine mit Aussengewinde versehene Kupplung 76 am Auslassende 46 der Rohrleitung 40 durch Hartlöten oder sonstwie befestigt, und die Rückdruckvorrichtung 74 hat die Form einer Reduzierbuchse 78. Das Einlassende 80 der Reduzierbuchse 78 hat ein Innengewinde und kann so mit der Kupplung 76 zusanunengeschraubt werden. Das Auslassende 82 der Reduzierbuchse 78 hat einen kleineren Innendurchmesser als das Einlassende 80 und ist mit einem Innengewinde versehen, um so eine Gewindeverbindung mit dem Gewindeende /einer Rohrleitung 86 herstellen zu können. Über die Rohrleitung 86 kann nun Kohlendioxiddampf abgezogen, wieder umgeleitet oder sonstwie einer Verbraiichsstelle zugeführt wer-

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den. VTenn Kohlendioxiddampf lediglich nach aussen entlüftet werden soll, so kann die Rohrleitung 86 v/eggelassen v/erden.

Ein entsprechend gesteuerter Rückdruck hält den Druck innerhalb der Rohrleitung 40 über dem Atmosphärendruck. Hierdurch wird der Wirkungsgrad der Wiedergewinnung von Kohlendioxidschnee erheblich erhöht. Wenn bisher angenommen wurde, dass ein Wirkungsgrad von 33 % als günstig zu betrachten ist, so können nun ohne weiteres Wirkungsgrade von 38 % und mehr mit Hilfe der Einrichtung 10 erreicht werden.

Um nun die ganze Länge des gekrümmten Bogenstückes 50 voll auszunüten, ist es vorteilhaft, wenn die Ablenkplatte 60 in der Nähe der Verbindungsstelle des Eogenstückes 50 mit dem Auslassendstück 48 angeordnet ist. Um jedoch eine wesentliehe Wiedervereingigung des konzentrierten Schneestromes mit der übrigen Fischung zu verhindern, ist es günstig, wenn die Ablenkplatte 60 nicht unmittelbar an der Verbindungsstelle des gekrümmten Bogenstückes 50 und des Auslassendstückes 48 angebracht ist. Es v/urde festgestellt, dass der konzentrierte Strom aus Kohlendioxidschnee die Form eines dünnen schmalen Bandes annimmt, während er durch das gekrümmte Bogenstück 50 der Rohrleitung 40 strömt. Um nun die Menge des Kohlendioxiddampfes, der durch die Auslassöffnung 54 abgegeben wird, auf ein Minimum herabzusetzen, kann die Ablenkplatte 60 mit ihrer Vorderkante 66 so angeordnet sein, dass diese Vorderkante 66 sich nur ein kleines Stück in die Rohrleitung 40 hinein erstreckt, wie dies in den Fig. 1 und 3 dargestellt ist.

Die Einrichtung 10 trennt ohne Verwendung der Schwerkraft in v/irksamer Weise Kohlendioxidschnee von einer Mischung aus Kohlendioxidschnee und -dampf. Im System S kann natürlich die Schwerkraft dazu verwendet werden, um die Ausgabe von abgetrenntem Kohlendioxidschnee an der Verwendungsstelle zu unterstützen. Die Einrichtung 10, die Kohlendioxidschnee durch die Auslass-

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öffnung 54 mit erheblicher Geschwindigkeit abgibt, ergibt auch die Möglichkeit, Kohlendioxiddampf durch das Auslassende 46 der Rohrleitung 40 mit erheblicher Geschwindigkeit wiederzugewinnen. Der wiedergev/onnene Kohlendioxiddampf kann dann wieder in flüssiges Kohlendioxid umgewandelt v/erden.

Die Einrichtung, wie sie im wesentlichen bisher beschrieben wurde, hatte in einer Ausführungsform eine Rohrleitung aus rostfreiem Stahl von 3,1 cm Aussendurchmesser, 1,65 mm Wandstärke und 60,9 cm Länge. Sowohl das gerade Einlassendstück der Rohrleitung als auch das gerade Auslassendstück der Rohrleitung waren 1.5,5 cm lang. Das gekrümmte Bogenstück der Rohrleitung entsprechend der gekrümmten Strombahn für die Mischung erstreckte sich über 180°. Der Krümmungsradius des kurvenförmigen Bogen-

stückes der Rohrleitung war, gemessen an der Mittelachse der Rohrleitung^ 9,5 cm. Die Ablenkplatte war aus einem halben Querschnitt eines ähnlichen Rohres gebildet und am Bogenstück mit der Vorderkante im Abstand von 21 von der Verbindungsstelle mit dem Auslassendstück und damit im Abstand von 159 von der Verbindungsstelle mit dem Einlassendstuck angeordnet. Ferner wurden Reduzierbuchsen von verschiedenem Innendurchmesser verwendet, um unterschiedliche Rückdrücke auf die Rohrleitung auszuüben. Die Einrichtung wurde bei Aussentemperatur betrieben.

In einer ersten Gruppe von Prüfungen unter Verwendung der oben beschriebenen Einrichtung wurde der Wirkungsgrad für unterschiedliche Rückdrücke in der Rohrleitung festgestellt, wobei der Wirkungsgrad als Gewicht des aus dem Gewicht des ausgespritzten flüssigen Kohlendioxids abgetrennten Kohlendioxidschnees definiert wurde. Es ergab sich dann folgendes:

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WIRKUNGSGRAD

Prü- Tank Flüssigkeits- Ausgabegeschwxn- % kg Schnee

fung (Quelle) geschwindig- digkeit des kg Flüs-

Überdruck keit in Schnees in sig-

in ρ kg/min. kg/min keit kg/cm

1	16,6	5,16	1,5	29
2	16,9	4,81	1,6	33,3
3	16,6	4,92	1,64	33,3
4	16,6	4,92	1,7 (Rücküberdruck 1,4 kg/cm²)	34,3
5	16,8	4,92	1,8 (Rücküberdruck 0,7 kg/cm²)	37,1
6	16,8	4,92	1,88 (Rücküberdruck 0,5 kg/cnr)	38,1
7	16,8	5,15	1,97 (leichter Rücküberdruck)	38,2

Bemerkung: Für gesättigtes, flüssiges Kohlendioxid bei

einem Überdruck von 16,73 kg/cm an der Quelle würde der

theoretische Wirkungsgradungefähr 48 % sein. Es wird angenommen, daß ein Wirkungsgrad von 33 % in der Fachwelt zur
Zeit als günstig betrachtet wird.

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Es ergibt sich hieraus, dass ein Rücküberdruck von 1,4 kg/cm oder weniger den Wirkungsgrad der Wiedergewinnung von Kohlendioxidschnee erhöht hat und dass Rücküberdrücke von 0,7 oder

2
weniger kg/cm Wirkungsgrade ergaben, die grosser als der

2 Wirkungsgrad war, wie er bei einem Rücküberdruck von 1,4 kg/cm auftrat. Es wurde daher festgestellt, dass der Wirkungsgrad durch eine gesteuerte Anwendung des Rückdruckes erhöht werden kann, d.h. eines Rückdruckes, der in der Rohrleitung über atmosphärischem Druck aufrechterhalten wird.

Bei einer zweiten Gruppe von Versuchen unter Verwendung der gleichen Einrichtung.wurde das Erscheinen von granulären Teilchen aus Kohlendioxidschnee innerhalb der flockigen Teilchen aus Kohlendioxidschnee in Beziehung zur Ausgabe von Kohlendioxidschnee gesetzt (und zwar bestimmt durch die Geschwindigkeit, mit der flüssiges Kohlendioxid ausgespritzt wurde, und damit bestimmt durch den Einlassdruck des flüssigen Kohlendioxids und durch die Grosse der Einlassöffnung, durch welche flüssiges Kohlendioxid eingespritzt wurde). Es wurden nun die folgenden Ergebnisse erzielt:

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SCHNEEVERLUST UND REDUZIERUNG

Prü- P P P, Düsen- Ausgabe- Schneegeschwinfung ° loch in geschwin- digkeit -

mm digkeit Aussehen

des Schnees

in kg/min.

20,9 20,4 0,28 4 0,68 gute Flocke

(niedrige Geschwindigkeit)

20,7 20,3 0,3 4,08 0,84 ausgezeichnete

Flocke (niedrige Geschwindigkeit)

20,5 20,2 0,32 4,3 0,099 Flocke

20,47 19,9 0,33 4,5 1,05 Flocke (in

Ordnung)

20,4 20,1 0,37 4,6 1,1 gute Flocke

20,4 20,1 0,4 4,8 1,15 Flocke (in

Ordnung)

20,26 20 0,37 4,9 1,27 flockig und

granular

(Geschwindigkeit

höher)

P_t = Tank (Quelle) Überdruck

^Po ~ Ub^^ruck ^an der Einlaßöffnung

P, = Rücküberdruck

Bemerkung: Granuläre Teilchen erschienen bei Schneeausgabegeschwindigkeiten, die größer als ungefähr 7,26 kg pro Minute waren.

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Aus diesen Resultaten ergibt sich, dass das Auftreten oder Nichtauftreten von granulären Teilchen im Kohlendioxidschnee zwischen flockigen Teilchen von der Geschwindigkeit abhängt, mit der das flüssige Kohlendioxid ausgespritzt wird. Es wurde daher festgestellt, dass die Erzeugung von granulären Teilchen aus Kohlendioxidschnee dadurch gesteuert und geregelt werden kann, dass die Geschwindigkeit gesteuert und geregelt wird, mit der das flüssige Kohlendioxid ausgespritzt wird.

In der abgewandelten Ausführungsform nach Fig.5, bei der mit einem Strich versehene Bezugszeichen verwendet sind, um gleiche oder ähnliche Teile entsprechend der Einrichtung nach Fig. 1 bis 4 zu bezeichnen, ist die Anordnung wie folgt: Eine vergrösserte Auslassöffnung 54' öffnet sich radial nach innen und ist in dem kurvenförmigen Bogenstück 50· der Rohrleitung 40' angeordnet. Eine Kammer 100, die einen Auslass 102 hat, ist auf der Rohrleitung 40' angeordnet und dieser Kammer kann nun Kohlendioxiddampf über die Auslassöffnung 54' zugeführt werden. Ferner ist eine Rohrleitung 104 am Auslass 102 der Kammer 100 angeschlossen. Die Ablenkplatte 60· ist länglich und im Querschnitt - wie dargestellt - derart, dass ihre Vorderkante 66' sich eine erhebliche Länge in die Rohrleitung 40' hineinerstreckt. Während der konzentrierte Strom aus Kohlendioxidschnee und eine minimale Menge aus Kohlendioxiddampf nun dem nicht dargestellten Auslassende der Rohrleitung 40' zufliessen können, wird entsprechend Kohlendioxiddampf durch die Rohrleitung 104 abgezogen.

Gegebenenfalls kann eine zweite Einrichtung ähnlich der Einrichtung 10 in Reihe an diese angeschlossen werden, wobei das Einlassende der zweiten Einrichtung mit dem Auslassende 46 der Einrichtung 10 verbunden wird. Ferner kann gegebenenfalls Kohlendioxiddampf, der aus dem Auslassende 46 der Einrichtung

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abgezogen wird, in Wärmetauscherbeziehung entweder zu den Rohrleitungen 16 und 18 und/oder zu der Rohrleitung 40 gebracht werden, so dass der Wärmezufluss von der äusseren Atmosphäre reduziert wird.Ferner kann die Einrichtung 10 so betrieben v/erden, dass der durch das Auslassende 46 austretende Kohlendioxiddampf unter hohen Drücken wiedergewonnen wird, die sich dem Druck des Tripelpunktes nähern.

Die Rohrleitung 40 begrenzt den Fluss der Mischung aus Kohlendioxidschnee und -dampf und reduziert damit beträchtlich den Schallpegel in der äusseren Atmoshäre von eine^r üblicherweise unangenehmen Höhe der bei Ausspritzen von flüssigem Kohlendioxid in die Atmosphäre entstehen würde. In ähnlicher Weise wird durch den Abzug des Kohlendioxiddampfes aus dem Auslassende 46, wie beispielsweise über die Rohrleitung 86, der Schallpegel in der äusseren Atmosphäre weiter reduziert.

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Claims

A 39 306 h h-24 - 19 " 28.1.1972 Patentansprüche

1. Verfahren zum Trennen von Kohlendioxidschnee aus einer

d /

Mischung von Kohlendioxi'schnee und -dampf, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung entlang einer gekrümmten Strombahn zum Fließen gebracht und der Kohlendioxidschnee an
der Außenseite derselben konzentriert wird und daß der
konzentrierte Strom des Kohlendioxidschnees von dieser
Außenseite abgeleitet vird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung entlang einer bogenförmigen, insbesondere kreisbogenförmigen, Strombahn zum Fließen gebracht wird.

3. Vorf-uhren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Mischung entlang einer kreisbogenförmigen Strombahn von ungefähr 90 bis 180 zum Fließen gebracht wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß flüssiges Kohlendioxid in die Strombahn eingespritzt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß flüssiges Kohlendioxid über eine verengte Strombahn eingespritzt wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verfahrensstufen bei einem über
Atmosphärendruck liegenden Betriebsdruck durchgeführt werden.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf die gekrümmte Strombahn ein Rückdruck ausgeübt wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, da ßals Betriebsdruck ein Überdruck verwen-

2
det wird, der 1,4 kg/cm nicht übersteigt.

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9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Betriebsdruck ein Überdruck verwendet wird, der 0,7 kg/cm nicht übersteigt.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch

gekennzeichnet, daß als Betriebsdruck ein Überdruck verwen-

2
det wird, der O₁S kg/cm nicht übersteigt.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rest der Mischung über eine verengte, mit der gekrümmten Strombahn kommunizierende Strombahn weitergeleitet wird.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der konzentrierte Strom des Kohlendioxidschnees von der gekrümmten Strombahn auf eine diese Strombahn unter einem vorzugsweise spitzen Winkel schneidende Ablenkbahn abgezogen wird.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der konzentrierte Strom ungefähr radial nach außen abgezogen wird.

14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung der Mischung und des Anteils an granulärem Kohlendioxidschnee im Schnee die Einspritzgeschwindigkeit des flüssigen Kohlendioxids gesteuert wird.

15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verminderung des Anteils an granulärem Kohlendioxidschnee die Einspritzgeschwindigkeit entsprechend herabgesetzt wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14 , dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhöhung des Anteils an granulärem Kohlendioxidschnee die Einspritzgeschwindigkeit entsprechend heraufgesetzt wird.

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17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der konzentrierte Kohlendxoxxdschnee auf einem Teilstück, vorzugsweise in der Nähe des Endes, der gekrümmten Strombahn abgezogen wird.

18. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wand (40) vorgesehen ist, an der entlang eine aus Kohlendxoxxdschnee und -dampf bestehende Mischung entlangführbar ist unddie ein gekrümmtes Teilstück (50) aufweist, und daß eine Abzweigung (54) vorgesehen ist, um den sich an dem gekrümmten Teilstück (40) konzentrierten Strom aus Kohlendxoxxdschnee abzuleiten.

19. Einrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Abzweigung eine Auslaßöffnung (54) in der Wand (40) aufweist.

20. Einrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnung (54) in der Nähe des Endes des gekrümmten Teilstückes, beispielsweise 20 bis 30° vor dem

xm Falle ^ tückes

Ende eines kreisförmigen Bogens/(507, angebracht ist.

21. Einrichtung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnung (54) am inneren oder äußeren Wandteil des gekrümmten Teilstücks (50) angebracht ist.

22. Einrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnung (54) sich radial oder schräg nach außen öffnet.

23. Einrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand eine Rohrleitung (40) ist.

24. Einrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß das gekrümmte Teilstück ein bogenförmiges, vorzugsweise kreisbogenförmiges Bogenstück (50) ist.

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25. Einrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß das Bogenstück (50) sich über ungefähr 90 bis 180

" "Bogengrade erstreckt.

26. Einrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrleitung (40) ein Einlaßende (46) und ein Auslaßende (48) aufweist und das gekrümmte Teilstück (50) sich zwischen diesen befindet.

27. Einrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ablenkvorrichtung (5 2) vorgesehen ist, die stromabwärts im Abstand vom Anfang des gekrümmten Teilstücks (50) angebracht ist, um den konzentrierten Strom des Kohlendioxidschnees durch die Auslaßöffung (54) abzuleiten.

28. Einrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkvorrichtung eine Ablenkplatte (6 0) hat.

29. Einrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet,

daß die Ablenkplatte (60) an der stromabwärts befindlichen Kante (62) der Auslaßöffnung (54) angebracht ist und sich ins Innere des gekrümmten Teilstücks (50) erstreckt.

30. Einrichtung nach einem der Ansprüche 28 oder 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkplatte (60) mit ihrer Vorderkante (66) dem Strom entgegengesetzt gerichtet ist.

31. Einrichtung nach einem der Ansprüche 28 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkplatte (6o) den Strom entgegen konkav gekrümmt ist und sich teils außerhalb teils innerhalb des gekrümmten Teilstückes (50) befindet.

32. Einrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einspritzvorrichtung (20, 32)

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vorgesehen ist, um in das Einlaßende (46) der Rohrleitung (40) eine Mischung aus Kohlendioxidschnee und -dampf einzuführen.

33. Einrichtung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzvorrichtung (20, 32) einen verengten Durchgang (32) in Kommunikation mit dem Einlaßende (46) aufweist.

34. Einrichtung nach einem derAnsprüche 18 bis 33, dadurch gekennzeichnet, daß eine Druckvorrichtung (78) zur Erzeugung eines Rückdrucks in der Rohrleitung (40) vorgesehen ist.

35. Einrichtung nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckvorrichtung einen verengten Durchgang (78) in Kommunikation mit dem Auslaßende (48) hat.

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