AT411228B - Verfahren zum einstellen einer temperatur an einer sprüh-mischdüse sowie sprüh-mischdüse - Google Patents

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AT411228B AT14902001A AT14902001A AT411228B AT 411228 B AT411228 B AT 411228B AT 14902001 A AT14902001 A AT 14902001A AT 14902001 A AT14902001 A AT 14902001A AT 411228 B AT411228 B AT 411228B
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    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25CPRODUCING, WORKING OR HANDLING ICE
    • F25C3/00Processes or apparatus specially adapted for producing ice or snow for winter sports or similar recreational purposes, e.g. for sporting installations; Producing artificial snow
    • F25C3/04Processes or apparatus specially adapted for producing ice or snow for winter sports or similar recreational purposes, e.g. for sporting installations; Producing artificial snow for sledging or ski trails; Producing artificial snow
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Description


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   Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einstellen einer Temperatur an einer Sprüh-Mischdüse zur Erzeugung eines Sprühnebels aus einer Flüssigkeit und einem Druckgas, insbesondere aus Wasser und Druckluft, wobei die Flüssigkeit durch Expandieren des Druckgases in einem Mischbe- reich ausserhalb und/oder innerhalb der Sprüh-Mischdüse zerstäubt und gekühlt wird, insbesondere zum Erzeugen von Schnee, wobei zumindest ein an dem Mischbereich angrenzender Aussenteil der Sprüh-Mischdüse von Flüssigkeit, insbesonders von Wasser, innenseitig umströmt wird, sowie eine Sprüh-Mischdüse zum Erzeugen eines Sprüh-Nebels. 



   Derzeit gibt es mehrere Verfahren bzw. Vorrichtungen zur Erzeugung von Schnee bei Tempe- raturen unter 0  C. 



   Folgende Vorrichtungen werden für die grossflächige Schneeerzeugung eingesetzt: 
Niederdruckmaschinen, sogenannte Propellermaschinen - Hochdruckkanonen mit Innenmischung von Luft und Wasser (Luft und Wasser werden in einer Kammer gemischt) - Hochdruckkanonen mit Aussenmischung von Luft bzw. Luft-Wasser-Gemisch und Wasser, sogenannte Schneilanzen 
Die Erzeugung von Schnee mit kryotechnischen Hilfsmitteln und durch Zugabe von chemi- schen Zusatzstoffen ist ebenfalls möglich. 



   Bei den meisten Schnee-Erzeugungseinrichtungen, wie Niederdruckmaschinen und   Schneilan-   zen, werden als Keimbildner Mischdüsensysteme mit Innen- oder Aussenmischung verwendet. 



  Hierzu verwendete Sprüh-Mischdüsen erzeugen einen Sprühnebel eines Luft-Wassergemisches. 



  Die Vermischung von Luft und Wasser kann ausserhalb der Sprüh-Mischdüse (Aussenmischung) oder innerhalb der Sprüh-Mischdüse (Innenmischung) stattfinden. Luft wird in komprimierter Form (1-8 bar) der Sprüh-Mischdüse zugeführt. Beim Expandieren in/an der Sprüh-Mischdüse kühlt sich die Luft durch den Joule-Thompson-Effekt sehr stark ab. 



   Der Wasserstrahl wird in der Sprüh-Mischdüse durch einen sehr engen Kanal einer Misch- kammer bzw. einem Mischbereich zugeführt, so dass beim Austritt des Wassers sehr kleine Tröpf- chen (in der Regel kleiner 50  ) entstehen. Durch den starken Druckabfall im Sprühnebel platzt der Wasserstrahl auf. Die stark unter dem Gefrierpunkt abgekühlte Luft bringt die kleinen Wassertröpf- chen sofort zum Erstarren, und es bilden sich kleine feste   Eisknstalle,   sogenannte Nukleatoren, die als Keimbildner für die Schneeerzeugung genutzt werden. 



   Da sich bei der Expansion der Luft bzw. an der Sprüh-Mischdüse die Luft unter den Gefrier- punkt stark abkühlt und die Umgebungstemperatur beim Schneien unter 0  C liegt, neigen die Sprüh-Mischdüsen zum Vereisen. Die Vereisungsgefahr steigt mit zunehmender Luftfeuchtigkeit, niedrigen Wassertemperaturen um 0  C und extrem niedrigen Aussentemperaturen. 



   Damit ein Vereisen der Sprüh-Mischdüsen vermieden wird, ist es bekannt, im Bereich der Sprüh-Mischdüsen ein oder mehrere elektrische Heizelemente anzuordnen, d. h. es wird mittels elektrischer Energie Wärme erzeugt, um den Bereich der Sprüh-Mischdüse zu erwärmen und während des Schneibetriebes auf über 0  C zu halten. 



   Das Vorsehen von Heizelementen ist nachteilig, da es zu einer Verteuerung der Sprüh- Mischdüsen führt und zudem die Schneeerzeugung verteuert. Weiters ist bei einem Störfall der Heizelemente nach wie vor die Gefahr einer Vereisung gegeben. 



   Eine Düse zur Schneeerzeugung der eingangs beschriebenen Art ist aus der US 3,923,246 A bekannt. Bei dieser Düse wird Luft über eine Bodenkammer der Düse durch Öffnungen in eine Mischkammer eingebracht, in die Wasser über einen an der Aussenwand der Düse liegenden Ringkanal eingeleitet wird. In der Bodenkammer erfolgt die Verteilung der Luft zu den zur Misch- kammer führenden Öffnungen. Die Bodenkammer, in der die Luft bereits expandiert, ist nach aussen ungeschützt, wodurch es zu Vereisungen kommen kann. 



   Die Erfindung bezweckt die Vermeidung dieser Nachteile und Schwierigkeiten und stellt sich die Aufgabe, ein Verfahren und eine Sprüh-Mischdüse zu Verwirklichung des Verfahrens zu schaf- fen, welche einen Verzicht auf Heizelemente ermöglichen und die Gefahr einer Vereisung 100 %ig ausschalten. 



   Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass dem Mischbereich Flüssigkeit zentral zugeführt wird, welche zentrale Flüssig- keitszuführung aussenseitig von einer Druckgaszuführung umgeben wird, die ihrerseits wiederum aussenseitig von Flüssigkeit umspült wird. 

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   Bei einer Sprüh-Mischdüse mit Innenmischung wird vorteilhaft der Mischbereich von Flüssig- keit, insbesondere von Wasser, zumindest teilweise umströmt. 



   Eine bevorzugte Variante ist dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Teilmenge der zu zerstäubenden Flüssigkeit den Mischbereich und/oder den angrenzenden Aussenteil der SprühMischdüse umströmt. 



   Eine Sprüh-Mischdüse zum Erzeugen eines Sprühnebels, insbesondere zum Erzeugen von Schnee, mit einem innerhalb und/oder ausserhalb der Sprüh-Mischdüse liegenden Mischbereich, in den eine Flüssigkeitsleitung, insbesondere eine Wasserleitung, und eine Druckgasleitung, insbe- sondere eine Druckluftleitung, münden, wobei der Mischbereich zumindest zum Teil und/oder ein unmittelbar benachbarter Bereich des Aussenteils der Sprüh-Mischdüse von einem flüssigkeitsfüh- renden Raum, der an eine Flüssigkeitszutrittsleitung und eine Flüssigkeitsaustrittsleitung ange- schlossen ist, umgeben ist, ist erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass eine zentral in den Mischbereich einmündende Flüssigkeitsleitung vorgesehen ist, deren Endbereich von einer Druck- gasleitung umgeben ist, welche Druckgasleitung im Endbereich von dem flüssigkeitsführenden Raum umgeben ist. 



   Vorzugsweise ist der flüssigkeitsführende Raum gegenüber dem Mischbereich und/oder dem Aussenteil der Sprüh-Mischdüse mit einer dünnen wärmeleitenden Wand abgegrenzt, wobei zweck- mässig die Flüssigkeitszu- und -austrittsleitungen als Wasserzu- und -austrittsleitungen ausgebildet sind. 



   Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform mündet die Flüssigkeitszutrittsleitung in den Mischbereich. 



   Vorzugsweise geht von der Flüssigkeitsleitung eine Flüssigkeitszweigleitung aus, die als Flüs- sigkeitszutrittsleitung in den flüssigkeitsführenden Raum mündet. 



   Gemäss einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der flüssigkeitsführende Raum unab- hängig vom Mischraum mit Flüssigkeit anspeisbar. 



   Die Erfindung ist nachfolgend anhand mehrerer in der Zeichnung dargestellter Ausführungs- beispiele näher erläutert, wobei sämtliche Figuren schematische Schnittdarstellungen durch Sprüh- Mischdüsen zeigen. Es veranschaulicht Fig. 1 eine Sprüh-Mischdüse herkömmlicher Bauart, also gemäss dem Stand der Technik. Die Fig. 2 bis 5 zeigen hingegen erfindungsgemässe Ausführungs- formen. 



   Ein Düsenkörper 1 ist mit einer zentralen, als Wasserleitung 2 ausgebildeten Flüssigkeitslei- tung versehen, die in einen Mischbereich 3, in den peripher zur Wasserleitung 2 angeordnete Druckgasleitungen 4, insbesondere Druckluftleitung 4, münden, übergeht. Anstelle mehrerer Druckluftleitungen 4 könnte auch die Druckluft über eine Ringdüse in den Mischbereich 3 zugeführt werden. Im Mischbereich 3, der in einer auf den Düsenkörper 1 aufgeschraubten Luftkappe 5 vorgesehen ist, kommt es zur Vermischung von Luft und Wasser und zu der eingangs beschriebe- nen sehr starken Abkühlung. Zur Vermeidung des Einfrierens der Sprüh-Mischdüse, das heisst Eisansetzung an der Aussenwand der Luftkappe 5, sind im Düsenkörper 1 Heizelemente 6 vorge- sehen. 



   Solche Heizelemente 6 können bei einer erfindungsgemässen Mischdüse durch Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens vermieden werden, indem dafür gesorgt wird, dass zumindest ein an den Mischbereich 3 angrenzender Aussenteil der Sprüh-Mischdüse von Wasser innenseitig umströmt wird. Gemäss der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform ist eine Wasserzutrittsleitung 7 dezentral im Düsenkörper 1 vorgesehen und mündet in einen flüssigkeitsführenden Raum 8, d. h. wasserführenden Raum 8, der in der Luftkappe 5 vorgesehen ist. Erst nachdem die Luftkappe 5 und der Mischbereich 3 vom Wasser umströmt wurde, gelangt das Wasser aus dem flüssigkeits- führenden Raum 7 über eine Flüssigkeitsaustrittsleitung 9 zentral über die Wasserleitung 2 in den Mischbereich 3, in den, wie zuvor beschrieben, Druckluft zuführende Leitungen 4 münden. 



   Die Funktion der erfindungsgemässen Sprüh-Mischdüse ist folgende: 
Erfindungsgemäss wird der Wärmeinhalt des zu versprühenden Wassers als Heizmittel ausge- nützt, so dass keine zusätzlichen Heizelemente benötigt werden. Die Erfindung geht davon aus, dass der spezifische Wärmeinhalt des Wassers relativ hoch ist und der Wärmeübergang zwischen Metall und fliessendem Wasser auf der Innenseite der Sprüh-Mischdüse wesentlich intensiver ist als der Wärmeübergang an der Aussenseite zwischen der Luftkappe 5 und der Aussenluft. Durch die innenseitige Umspülung der Luftkappe 5 und dessen Mischbereich 3 sowie gegebenenfalls des 

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 Düsenkörpers wird Wärme vom Wasser auf die Materialien der Luftkappe 5 bzw. auf den Düsen- körper 1 übertragen.

   Obwohl das Schneiwasser in der Praxis nur eine Temperatur von 0,2 bis 4  C besitzt, reicht bei richtiger Dimensionierung der Benetzungsfläche, d. h. des wasserführenden Raumes 8, der Wärmeübergang aus, um die Aussenwandtemperaturen des Düsenkörpers 1 und der Luftkappe 5 über dem Gefrierpunkt zu halten. Dies wird durch den hohen Wärmeübergangsko- effizienten des Wassers von ca. 2000 bis 3000 W/(m2K) an der Innenseite und dem niedrigen Wärmeübergangskoeffizienten der Luft von nur 50 bis 100 W/(m2K) an der Aussenseite begünstigt. 



   Das erfindungsgemässe Verfahren funktioniert auch dann, wenn nur ein Teilstrom des Wassers zur innenseitigen Umspülung der Luftkappe 5, des Mischbereiches 3 und/oder des Düsenkörpers 1 verwendet wird. Eine solche Variante ist in Fig. 3 dargestellt. Hier zweigt von einer zentralen Was- serleitung 2 eine Wasserzweigleitung 10 ab, die als Flüssigkeitszutrittsleitung in den wasserfüh- renden Raum 8 mündet. Von diesem geht eine Flüssigkeitsaustrittsleitung 9 aus, die wiederum in die zentrale Wasserleitung 2 einmündet, so dass das abgezweigte Wasser wiederum für die Schneeerzeugung zur Verfügung steht. 



   Gemäss der in Fig. 4 dargestellten Variante wird unabhängig von der zentralen Wasserleitung ein Flüssigkeitsstrom zur innenseitigen Umspülung der Luftkappe 5 bzw. des Mischbereiches 3 verwendet. 



   Eine erfindungsgemässe Variante für eine Sprüh-Mischdüse mit Aussenmischung, d. h. mit aussenliegendem Mischbereich 11, ist in Fig. 5 veranschaulicht. Gemäss dieser Variante wird die Luftkappe 5 durchspült. 



   Die Erfindung kann für alle Sprüh-Mischdüsen, bei denen die Gefahr einer Vereisung besteht, eingesetzt werden, also nicht nur bei allen Schneeerzeugern. 



   PATENTANSPRÜCHE : 
1. Verfahren zum Einstellen einer Temperatur an einer Sprüh-Mischdüse zur Erzeugung eines Sprühnebels aus einer Flüssigkeit und einem Druckgas, insbesondere aus Wasser und Druckluft, wobei die Flüssigkeit durch Expandieren des Druckgases in einem Mischbe- reich (3, 11) ausserhalb und/oder innerhalb der Sprüh-Mischdüse zerstäubt und gekühlt wird, insbesondere zum Erzeugen von Schnee, wobei zumindest ein an dem Mischbereich (3, 11) angrenzender Aussenteil (5) der Sprüh-Mischdüse von Flüssigkeit, insbesonders von Wasser, innenseitig umströmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass dem Mischbereich (3, 11) Flüssigkeit zentral zugeführt wird, welche zentrale Flüssigkeitszuführung aussensei- tig von einer Druckgaszuführung umgeben wird, die ihrerseits wiederum aussenseitig von 
Flüssigkeit umspült wird.

Claims (1)

  1. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischbereich, (3) von Flüs- sigkeit, insbesondere von Wasser, zumindest teilweise umströmt wird.
    3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Teil- menge der zu zerstäubenden Flüssigkeit den Mischbereich (3) und/oder den angrenzen- den Aussenteil (5) der Sprüh-Mischdüse umströmt.
    4. Sprüh-Mischdüse zum Erzeugen eines Sprühnebels, insbesondere zum Erzeugen von Schnee, mit einem innerhalb und/oder ausserhalb der Sprüh-Mischdüse liegenden Misch- bereich (3, 11),in den eine Flüssigkeitsleitung (2), insbesondere eine Wasserleitung, und eine Druckgasleitung (4), insbesondere eine Druckluftleitung, münden, wobei der Mischbe- reich (3, 11) zumindest zum Teil und/oder ein unmittelbar benachbarter Bereich des Aussenteils (5) der Sprüh-Mischdüse von einem flüssigkeitsführenden Raum (8), der an ei- ne Flüssigkeitszutrittsleitung (7) und eine Flüssigkeitsaustrittsleitung (9) angeschlossen ist, umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine zentral in den Mischbereich (3, 11) ein- mündende Flüssigkeitsleitung (2) vorgesehen ist, deren Endbereich von einer Druckgaslei- tung (4) umgeben ist, welche Druckgasleitung (4)
    im Endbereich von dem flüssigkeitsfüh- renden Raum (8) umgeben ist.
    5. Sprüh-Mischdüse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der flüssigkeitsführende Raum (8) gegenüber dem Mischbereich (3) und/oder dem Aussenteil (5) der Sprüh- Mischdüse mit einer dünnen wärmeleitenden Wand abgegrenzt ist. <Desc/Clms Page number 4>
    6. Sprüh-Mischdüse nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeits- zu- und -austrittsleitungen (7,9) als Wasserzu- und -austrittsleitungen ausgebildet sind.
    7. Sprüh-Mischdüse nach Anspruch 4,5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssig- keitsleitung (2) als Flüssigkeitszutrittsleitung für den flüssigkeitsführenden Raum fungiert und dass dessen Flüssigkeitsaustrittsleitung in den Mischbereich mündet.
    8. Sprüh-Mischdüse nach Anspruch 4,5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass von der Flüs- sigkeitsleitung (2) eine Flüssigkeitszweigleitung (10) ausgeht, die als Flüssigkeitszutrittslei- tung in den flüssigkeitsführenden Raum (8) mündet.
    9. Sprüh-Mischdüse nach Anspruch 4,5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der flüssig- keitsführende Raum (8) unabhängig vom Mischraum (3) mit Flüssigkeit anspeisbar ist.
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US3923246A (en) * 1974-07-11 1975-12-02 Oscar F Cloutier Method and apparatus for use in making snow

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