DE10016374A1 - Verfahren zur Erzeugung von Kunstschnee - Google Patents

Verfahren zur Erzeugung von Kunstschnee

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    • F25C—PRODUCING, WORKING OR HANDLING ICE
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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Abstract

Verfahren zur Erzeugung von Kunstschnee durch Ausfrieren von Wasser an einer gekühlten Oberfläche, wobei das Wasser mit einer gefrierpunkterniedrigenden Substanz versetzt ist, wobei als gefrierpunkterniedrigende Substanz Urea (Harnstoff, Co(NH¶2¶)¶2¶) in einer Menge zwischen 3000 ppm und 60000 ppm in einem, die gekühlte Oberfläche bietenden Eiserzeuger zugesetzt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Kunstschnee nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches.
Kunstschnee soll nach Möglichkeit bei beliebigen Umge­ bungstemperaturen erzeugbar sein. Hierzu ist bereits vor­ geschlagen worden, dem Wasser, aus dem der Schnee erzeugt wird, eine gefrierpunkterniedrigende Substanz beizugeben, die die Bildung kleinster Eiskristalle für den Kunst­ schnee erleichtert, da zwischen den Eiskristallen ein ungeforener Anteil an Wasser verbleibt, welcher die Eiskri­ stalle in Suspension hält und so ein "Zusammenbacken" verhindert.
Nach dem Stand der Technik wird Kunstschnee dabei auf verschiedene Weise hergestellt. Zum einen durch Mahlen von festem Eis, wodurch ein Eis"pulver" entsteht, die die gewünschte rutschige Oberfläche ergibt. Zum anderen durch Versprühen von Wasser in kalter Atmosphäre, wodurch sich ein naturidentischer Schnee bilden läßt.
Es ist auch möglich, verflüssigtes Gas (z. B. Stickstoff) so entspannen zu lassen, daß Wasser in kristalliner Form ausgefriert. Schließlich ist es auch möglich, eine Flüs­ sigkeit, welche mit gefrierpunkterniedrigender Substanz versetzt ist, an einer kalten Oberfläche derart abzuküh­ len, daß kleinste Eiskristalle entstehen, die als Grund­ lage für Eisschnee herangezogen werden können.
Üblicherweise kommen dann Schaber zum Einsatz, die die Kristalle von einer Oberfläche ablösen. Als gefrierpunk­ terniedrigende Substanz werden bisher Mineralsalze (z. B. Kochsalz) aber auch Ammoniak oder Alkohol verwendet. Lei­ der ergeben sich jedoch eine Mehrzahl von Nachteilen, welche die Kunstschnee-Erzeugung bisher schwierig und ko­ stenträchtig machen und noch nicht die Eigenschaften des Schnees bieten, die bei Sportveranstaltungen oder auch ganz anderen Einsatzzwecken von Schnee erwünscht sind.
So kann durch Eis"pulver" kein naturidentischer Schnee erzeugt werden, vielmehr ist die Oberfläche, die sich ei­ nem Sportler bietet, "eisig" und hat nicht den Charakter von Schnee. Der "Grip" zum Beispiel beim Skifahren ist ein anderer als bei Schnee.
Das Versprühen von Wasser in kalter Atmosphäre setzt vor­ aus, daß eine höhere Temperatur als -3°C vorliegt, wes­ halb sich diese Art von Schnee-Erzeugung nicht bei höhe­ ren Umgebungstemperaturen durchführen läßt.
Die Schnee-Erzeugung z. B. mit Stickstoff ist sehr teuer und birgt in geschlossenen Räumen zusätzliche Gefahren durch das Gas, welches in Schnee enthalten sein kann.
Bei der Eiskristallbildung an einer gekühlten Oberfläche oder in einem Vakuum jedoch ist nachteilig, daß gefrier­ punkterniedrigende Substanz entweder teuer (Alkohol) ist, korrosiv wirkt (z. B. Mineralsalze), umweltbelastend ist (schädlich bei der Einleitung in einen Vorfluter oder in eine Kläranlage oder aber grundwasserschädlich und/oder für Fauna und Flora des Bodens abträglich) oder gesuch­ heitlich kritisch bzw. dem Wohlbefinden eines Menschen abträglich ist (z. B. Ammoniak). Zudem dürfen die ge­ frierpunkterniedrigenden Substanzen auch bei oraler Auf­ nahme oder bei Kontakt mit der Haut bzw. bei Schürfungen nicht schädlich sein.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Kunstschnee auf Wasserbasis herzustellen, welche die voran aufgeführten Nachteile nach Möglichkeit nicht aufweist.
Es wird dabei ein Verfahren gewählt, wobei an einer ge­ kühlten Oberfläche Wasser in Form kleiner Kristalle aus­ friert. Diese Eiskristallbildung kann ggf. auch durch Verdampfung im Vakuum (Tripelpunkt des Wassers) gesche­ hen. Das Wasser ist dabei mit einer gefrierpunkterniedri­ genden Substanz versetzt, die keinen der oben angegebenen Nachteile aufweist, nämlich durch den Zusatzstoff Harn­ stoff, CO(NH2)2, der auch als Carbamid oder Kohlensäure­ diamid oder umgangssprachlich als Urea bezeichnet wird.
Urea ist ein Stoffwechselprodukt der Säugetiere und eini­ ger anderer Tierarten, wie zum Beispiel Haie, Rochen und einige Schildkrötenarten und als solches Bestandteil der natürlichen Umwelt. Urea wird als naturidentisches chemi­ sches Produkt in großen Mengen zu günstigen Preisen ge­ handelt und wird meist als Dünger eingesetzt. In den für die Kunstschneeerzeugung notwendigen geringen Mengen ist er ökologisch und gesundheitlich unbedenklich. Zudem wirkt Harnstoff nicht korrosiv und ist für die Haut in geringen Mengen sogar förderlich. Dies ist insbesondere für Ski-Pisten wichtig, auf denen beim Sport Stürze mit Hautabschürfungen auftreten können.
Versuche haben gezeigt, daß Urea bei Zugaben von 5.000-­ 50.000 ppm im unterkühlten Wasser eine Eiskristallbildung bewirkt, welche zur anschließenden Trocknung und somit zur Schneeerzeugung ausreicht. Diese Trocknung wird nach dem Stand der Technik mit Zentrifugen oder durch Drai­ niern eines aufschwimmenden Eis"kuchens" bewirkt. Dabei ist die in den getrockneten Eiskristallen verbleibende Restmenge an Urea im geringem ppm-Bereich anzusiedeln, typischerweise zwischen 300 und 12.000 ppm, während der Hauptteil des zugesetzten Ureas im ungefrorenen Wasser verbleibt.
In Tabelle 1 sind die typischerweise verbleibenden Pro­ zente der Eingangskonzentration, die in dem getrockneten Kunstschnee verbleiben, aufgeführt.
Tabelle 2 zeigt die typischen Angaben der Tabelle 1 noch­ mals bei unterschiedlichen ppm-Konzentrationen bei der Eiserzeugung in verbleibendem ppm.
Bei Eiskristallbildung an gekühlten Oberflächen gelten Werte zwischen 30.000 und 50.000 ppm zur Zeit für Eiser­ zeuger, bei denen die mit Urea versetzte Flüssigkeit an einer Oberfläche gefroren wird.
Wird die mit Urea versetzte Flüssigkeit unter Vakuum am Tripelpunkt des Wassers erzeugt, so sind 5.000 bis 10.000 ppm im Eiserzeuger ausreichend. Durch Optimierung lassen sich auch geringere Werte, wie z. B. 3.000 ppm. realisie­ ren.
Je nach Trockenheit des Kunstschnees ergibt sich damit ein Anteil von Urea, der lediglich ein 1/4 bis ein 1/16 der ursprünglich zugesetzten schon geringen Menge aus­ macht. Um die zugesetzte Ureamenge verfahrensökonomisch zu nutzen, wird die beim Trocknen gewonnene eiskristall­ freie Flüssigkeit (oder eiskristallarme Flüssigkeit aus der Zentrifuge) dem Eiserzeuger wieder zugeführt.
Das Drainieren des aufschwimmenden Kuchens wir dadurch unterstützt, das Kanäle in den Kuchen zum Abfluß des Was­ sers mit nadelartigen Spitzen eingebracht werden, oder auch schon dadurch, das der Kuchem mit weiterer "Trocknungsfläche" (die das Eindringen von Luft erleich­ tert, und damit das Abfließen des Wassers befördert) ver­ sehen wird. Beispielsweise kann der "Kuchen" durch ein feststehendes Messer im Status nascendi vertikal aufge­ trennt werden.
TABELLE 1
Angaben in Prozent der Urea-Erzeugungskonzentration
TABELLE 2
Angaben in ppm bezogen auf Urea-Erzeugungskonzentration

Claims (4)

1. Verfahren zur Erzeugung von Kunstschnee durch Aus­ frieren von Wasser an einer gekühlten Oberfläche, wobei das Wasser mit einer gefrierpunkterniedrigenden Sub­ stanz versetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß als gefrierpunkterniedrigende Substanz Urea (Harn­ stoff, Co(NH2)2) in einer Menge zwischen 3.000 ppm und 60.000 ppm in einem, die gekühlte Oberfläche bietenden Eiserzeuger zugesetzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch den zusätzlichen Schritt des Aufkonzentrierens der Eiskri­ stallsuspension durch Zentrifugen-Trocknung eines dem Eiserzeuger entnommenen Eiskuchens unter Rückleitung der beim Trocknen dem Eiskuchen entweichenden Flüssig­ keit in den Eiserzeuger.
3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch den zusätzlichen Schritt des Drainierens eines aufschwim­ menden Eiskuchens unter Rückführung der Urea-reichen eiskristallarmen Flüssigkeit in den Eiserzeuger.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Drainieren des aufschwimmenden Eiskuchens durch Einschieben einer Vielzahl nadelartiger, flüssigkeits­ abführende Kanäle bildender Spitzen in den Eiskuchen unterstützt wird.
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