CN115485238B - 用于制备并储存雪状二氧化碳的设备 - Google Patents

Abstract

一种用于制备并储存雪状二氧化碳的设备，该设备配备有：容器，与用于液态二氧化碳的供应管路相连接的造雪喇叭和排气管路通入该容器中；用于从容器取出雪状二氧化碳的取出装置；以及测量装置，该测量装置用于检测容器中的雪状二氧化碳的填充高度。根据本发明，测量装置包括与容器的底部竖直间隔开的光电传感器单元，该光电传感器单元具有发射光的发射器和接收光的接收器。

Description

用于制备并储存雪状二氧化碳的设备

本发明涉及一种用于制备并储存雪状二氧化碳的设备，该设备具有：容器，与用于液态二氧化碳的供应管路相连接的造雪喇叭以及排气管路通入该容器中；以及测量装置，该测量装置用于检测容器中的雪状二氧化碳的填充高度。

在大多数情况下使用所谓的造雪喇叭来制备雪状二氧化碳。在造雪喇叭中，经由压力管路引入的液态二氧化碳在膨胀喷嘴处膨胀，从而使液态二氧化碳转变成由二氧化碳气体和雪状二氧化碳构成的混合物。由于在二氧化碳膨胀时会产生强烈的湍流流动，因此膨胀喷嘴在此大多布置在锥形扩展的通入漏斗的尖端处，通过该通入漏斗保证对所产生的固态-气态混合物的一定的方向引导。

为了能够至少暂时储存所产生的雪状二氧化碳，用于液态二氧化碳的膨胀喷嘴还可以被装配在容器中。例如，在DE 2017008488 A1或EP 3222946 A1中描述了一种用于计量雪状二氧化碳的设备，在该设备中，用于液态二氧化碳的膨胀喷嘴通入容器的内部。容器还配备有排气管路，该排气管路在膨胀喷嘴的上方被引离容器。在液态二氧化碳膨胀时，所产生的雪状二氧化碳朝容器底部的方向下沉，同时所产生的二氧化碳气体经由排气管路排出。EP 3222946 A1的主题还提供一种装置，借助于该装置可以不时地从容器取出预定量的雪状二氧化碳并将其供应用于进一步的用途，例如用于冷却产品表面或用于填充冷却容器的制冷剂格层。为了确定是否可以从容器取出雪状二氧化碳，借助于(在本文献中未详细说明的)传感器来测定是否达到特定的最小填充高度。

容器中的雪状二氧化碳的填充高度目前大多用温度探测器来确定。一旦容器中有越来越多的雪状二氧化碳到达探测器，该探测器就会显示某个恒定温度，例如(在环境压力下)-78.5℃，并且容器可以被视为已至少已被填充至探测器的高度。然而，由于二氧化碳在容器中的膨胀期间所产生的湍流流动，以及由于雪状物颗粒之间的相互吸引作用，存在如下风险：随着时间推移，会有雪状物块粘附在探测器上并且会使测量结果失真。

这可以通过加热测量点来补救。然而，这存在如下问题：当加热功率过低时，仍然存在雪状物粘附在探测器上的风险；而当加热功率过高时，由于在加热装置周围存在升华的二氧化碳而在雪状物中产生不期望的充满气体的空穴，这些空穴和由加热装置产生的热量一样可能会使测量结果失真。

因此本发明所基于的目的在于，提供一种用于制备并储存雪状二氧化碳的设备，在该设备中可以更可靠地确定容器内部的雪状二氧化碳填充高度。

这个目的通过具有专利权利要求1的特征的设备来实现。在从属权利要求中给出了本发明的有利的设计方案。

根据本发明的设备的突出之处在于，测量装置包括与容器的底部竖直间隔开地布置的光电传感器单元，该光电传感器单元具有发射光的发射器和光敏的接收器。

光电传感器单元的发射器和接收器可以被安置在同一壳体中，然而在本发明的范围内并不强制要求这一点。发射器朝容器内部的方向发射光。光的频率在此无关紧要，只要保证光在干冰颗粒上至少部分被反射即可。可见光或红外光范围内的光是特别适合的。如果光在容器的内部照射到大量干冰颗粒，尤其在制造雪状物期间，则会发生漫反射，并且光部分地到达接收器。在制备干冰颗粒的过程中，用雪状二氧化碳来填充容器。如果雪状二氧化碳的填充高度超过容器中的发射器的竖直位置，则接收器可能接收不到或几乎无法再接收到来自发射器的信号。因此，在接收器处记录的信号有很大变化。雪状物高度进一步上升时，信号几乎无变化并且因此指示操作人员在容器中存在最小填充高度。如果竖直地彼此上下布置有多个传感器单元，则可以以这种方式以较大的精度来确定容器中的填充高度。

由传感器单元放射的热量一般来说足以在传感器单元前方形成气垫，该气垫防止雪状二氧化碳永久积累并且因此保证传感器单元的功能。通常不需要附加的加热装置来加热传感器单元。然而，设置这样的加热装置尤其可以在容器内部的大气湿度过高时是有利的，以消除或防止雪状二氧化碳或水冰在传感器单元的区域中积累。光电传感器单元的测量结果不受这样的加热装置的影响或仅受到很小的影响。此外通常可设想的是，容器的壁装配有一个或多个、优选电加热装置，以避免雪状二氧化碳在容器的内壁上结块或使得已经形成的结块也可以在设备持续工作期间不时地融化。

为了特别可靠地避免雪状物积累，光电传感器单元的发射器和接收器优选地被装配在容器的侧壁上，其方式为使得发射器和接收器的前表面被布置成与容器的内壁齐平。前表面可以相应地是发射器或接收器的一体式组成部分，例如通常对容器内充斥的大约-78.5℃的温度不敏感的LED或光电二极管。然而替代于此，发射器和接收器还可以布置在将传感器单元与容器内部空间分离的壁的后方，该壁由透明材料(例如玻璃)制成，该壁本身被布置成与容器的内壁齐平。自然，本发明并不限于这样的设计方案，而是光电传感器单元还可以被放置在其他位置。例如，发射器和/或接收器可以被装配在容器的壁中的通道内，其中相应的前表面被布置成相对于容器的内表面缩回，以保护这些构件。

为了能够实现更精确地确定容器中的填充高度，在本发明的有利的设计方案中，竖直地彼此上下并且间隔开地布置有多个光电传感器单元。

本发明的特别优选的实施方式提出，设备具有用于从容器取出雪状二氧化碳的取出装置。该取出装置配备有允许以规律的时间间隔从容器取出预定量的雪状二氧化碳的器件。这些器件例如是分离装置，该分离装置以规律的时间间隔将容器的填充有雪状二氧化碳的区段与其余部分容器分离，并且该分离装置与推移元件共同作用，该推移元件在分离后将位于容器的该区段中的雪状二氧化碳推出。例如在EP 3222946 A1中描述了这样的取出装置。然而这些器件例如还可以是旋叶送料器(Zellenradschleuse)。取出装置优选地被设计成可以快速地、例如以介于1s至30s之间的时间间隔从容器排出或推出预定量的雪状二氧化碳。根据本发明的填充高度确定在此用信号表明：在容器中存在足以规律地取出的量的雪状二氧化碳。

优选地，光电传感器单元与控制器单元处于数据连接，借助于控制器单元能够根据检测到的容器中的雪状二氧化碳的填充高度来调节液态二氧化碳在供应管路中的流入和/或二氧化碳在取出装置从容器的取出。以这种方式能够以高可靠性根据预定的程序来自动控制液态二氧化碳的供应和/或雪状二氧化碳从容器的取出，并且因此以高的效率执行。

应依据附图更详细地解释本发明的实施例。唯一的附图(图1)以纵截面示意性地示出根据本发明的设备。

图1示出的设备1包括隔热好的容器2，该容器呈具有例如矩形的横截面的直立圆柱体的形式，造雪喇叭3和排气管路4通入该容器的(从大地测量学的角度观察的)顶端侧。造雪喇叭3连接至用于液态二氧化碳的供应管路5，该供应管路本身与在此未示出的罐连接，二氧化碳在例如15巴的压力情况下储存在该罐中。造雪喇叭3包括同时构成供应管路5的端部的膨胀喷嘴6和伸入容器2的内部的扩散器7。在容器2的底部处设有在此未详细阐述的、用于取出雪状二氧化碳的取出装置8。例如，该取出装置是允许以规律的时间间隔来取出预定量的雪状二氧化碳的取出装置，如在EP 3222946 A1或WO 2017/167620 A1中所描述的，本文明确参照上述专利。例如，取出装置8被设计成：在其工作期间以介于1s与30s之间的相应相同的时间间隔(例如每5s至10s)从容器2取出相应等量的雪状二氧化碳。

在容器2的与容器2的底部竖直地间隔开的侧壁中布置有光电传感器单元10。光电传感器单元10包括发射器11和接收器12，它们在实施例中被安置在共用的壳体9中。发射器11能够发射特定频率或特定频率范围的光，例如可见光谱或红外光谱内的频率或频率范围。接收器能够检测相同频率或相同频率范围的光并将其转换为电子信号。发射器11和接收器12与控制器单元13处于数据连接，从该控制器单元开始可以使得在发射器11处发射光并且可以在该控制器单元中处理来自接收器12的电子数据。控制器单元13还与取出装置8以及供应管路5中的阀14处于数据连接，借助于该阀可以根据由控制器单元13传输的控制命令来调节液态二氧化碳经由供应管路5的流入，并且可以使其例如与每单位时间要从容器2取出的雪状二氧化碳的量相匹配。

传感器单元10被安装在容器2的壁中，其方式为使得发射器11和接收器12分别以前表面15、16与容器2的内壁17大体上齐平地结束。在此，前表面15、16可以是相应的电子部件(即发射器11或接收器12本身)的一部分，或者藉由由透明材料(在此未示出)制成的、将传感器单元10与容器2的内部分开的板构成。

装配在容器2的内壁17中的电加热元件18防止雪状二氧化碳粘附在内壁17上。为了确保传感器单元10的功能性，建议在传感器单元10附近也设置这样的加热元件18。在设备1运行时，液态二氧化碳在例如15巴的压力情况下经由供应管路5被引入并且在膨胀喷嘴6处膨胀。液态二氧化碳在此转变成由二氧化碳气体和雪状二氧化碳构成的混合物。在二氧化碳气体经由排气管路4被排出的同时，所产生的雪状物在容器2中向下沉并且逐渐从底部向上填充容器2。在供应二氧化碳的同时，控制器单元13促使发射器11向容器2的内部发射光。

只要容器2中收集的雪状二氧化碳的填充高度还没有达到传感器单元10的高度，即例如容器仅被填充至第一填充高度19，则在供应二氧化碳期间，由雪状二氧化碳和二氧化碳气体构成的、湍流流动的混合物位于传感器单元10的高度。由发射器11发射到容器2的内部中的光被该混合物漫反射并且小部分被接收器12捕获到。接收器12向控制器单元13发送对应的信号，该信号向控制器单元用信号表明：雪状物的填充高度还没有到达传感器单元10的高度。然而，如果容器2中的雪状二氧化碳的填充高度超过传感器单元10的高度，即该高度例如处于第二填充高度20，则发射器11发射的光不再能够穿透位于发射器11正前方的雪状物层，并且没有或仅有很少的光到达接收器12。从接收器12向控制器单元13输出对应的电子信号，这促使该控制器单元根据预定的程序输出进一步的控制命令，例如以便关闭或供应管路5中的阀14或对其进行节流和/或以便致动取出装置8以取出二氧化碳。

附图标记清单：

1 设备

2 容器

3 造雪喇叭

4 排气管路

5 用于液态二氧化碳的供应管路

6 膨胀喷嘴

7 扩散器

8 取出装置

9 壳体

10 光电传感器单元

11 发射器

12 接收器

13 控制器单元

14 阀

15 (发射器的)前表面

16 (接收器的)前表面

17 内壁

18 加热元件

19 第一填充高度

20 第二填充高度。

Claims (9)

1.一种用于制备并储存雪状二氧化碳的设备，所述设备具有：容器(2)，连接到用于液态二氧化碳的供应管路(5)的造雪喇叭(3)和排气管路(4)通入到所述容器中；以及测量装置，所述测量装置用于检测所述容器(2)中的雪状二氧化碳的填充高度，

其中，所述测量装置包括与所述容器(2)的底部竖直间隔开地布置的光电传感器单元(10)，所述光电传感器单元具有发射光的发射器(11)和光敏的接收器(12)，

其中，所述光电传感器单元(10)的所述发射器(11)和所述接收器(12)布置在所述容器(2)的侧壁中，其方式为使得所述发射器和所述接收器的前表面(15，16)被布置成与所述容器(2)的内壁(17)齐平。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述光电传感器单元(10)的发射器(11)和接收器(12)布置在共用的壳体(9)中。

3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述光电传感器单元(10)以处于可见光或红外光频率范围的光工作。

4.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述光电传感器单元(10)以处于可见光或红外光频率范围的光工作。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的设备，其特征在于，在所述容器(2)中彼此竖直间隔开地布置有多个光电传感器单元(10)。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的设备，其特征在于取出装置(8)，所述取出装置具有以规律的时间间隔从所述容器(2)取出预定量的雪状二氧化碳的器件。

7.根据权利要求5所述的设备，其特征在于取出装置(8)，所述取出装置具有以规律的时间间隔从所述容器(2)取出预定量的雪状二氧化碳的器件。

8.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述光电传感器单元(10)与控制器单元(13)处于数据连接，借助于所述控制器单元能够根据检测到的所述容器(2)中的雪状二氧化碳的填充高度来调节液态二氧化碳在所述供应管路(5)中的流入和/或二氧化碳在所述取出装置(8)处从所述容器(2)的取出。

9.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述光电传感器单元(10)与控制器单元(13)处于数据连接，借助于所述控制器单元能够根据检测到的所述容器(2)中的雪状二氧化碳的填充高度来调节液态二氧化碳在所述供应管路(5)中的流入和/或二氧化碳在所述取出装置(8)处从所述容器(2)的取出。