DE102008027253A1 - Dry ice blasting device for removing incrust from surface, has supply line extending to flow passage and open into injection passage that extends with axis of flow passage and opens into expansion chamber - Google Patents

Dry ice blasting device for removing incrust from surface, has supply line extending to flow passage and open into injection passage that extends with axis of flow passage and opens into expansion chamber Download PDF

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Abstract

The device has a flow passage (14) for a carrier gas forming a blasting nozzle (12) at a downstream end. A supply line (22) for liquid carbon dioxide opens into an expansion chamber (26) coaxially accommodated in the flow passage. The expansion chamber is formed by a pipe (20) held at the upstream end by a holder passed through the flow of carrier gas in the flow passage, where the supply line extends to the flow passage and opens into an injection passage (24) that extends in parallel with the axis of the flow passage and opens into the expansion chamber.

Description

Die Erfindung betrifft eine Strahlvorrichtung mit einem Strömungskanal für ein Trägergas, der am stromabwärtigen Ende eine Strahldüse bildet, und einer Zuleitung für flüssiges CO2, die in einen koaxial in dem Strömungskanal aufgenommenen Entspannungsraum mündet, sowie ein Strahlverfahren, in dem diese Strahlvorrichtung verwendet wird.The invention relates to a jet device with a flow channel for a carrier gas, which forms a jet nozzle at the downstream end, and a supply line for liquid CO 2 , which opens into a relaxation chamber accommodated coaxially in the flow channel, as well as a blasting method in which this jet device is used.

Aus EP 1 501 655 ist eine Strahlvorrichtung bekannt, bei welcher der Entspannungsraum seitlich in den Strömungskanal eintritt. Als Alternative wird auch die Möglichkeit erwähnt, daß der Entspannungsraum koaxial in dem Strömungskanal aufgenommen sein kann.Out EP 1 501 655 a jet device is known in which the expansion space enters laterally into the flow channel. As an alternative, the possibility is also mentioned that the expansion space can be accommodated coaxially in the flow channel.

Dadurch, daß ein Teil des flüssigen CO2 im Entspannungsraum entspannt wird, entsteht Verdunstungskälte, so daß ein anderer Teil des CO2 zu festem Trockenschnee kondensiert, der dann als Strahlmittel vom Trägergas mitgeführt und durch die Strahldüse beschleunigt wird. Mit einer solchen Vorrichtung können dann festsitzende Verkrustungen auf Oberflächen wirksam und zugleich schonend entfernt werden. Die Reinigungswirkung ist dabei maßgeblich von der Anzahl, Größe und Geschwindigkeit der CO2-Partikel abhängig.Characterized in that a portion of the liquid CO 2 is expanded in the expansion space, evaporative cooling, so that another part of the CO 2 condenses into solid dry snow, which is then carried as a blasting agent from the carrier gas and accelerated by the jet. With such a device can then be fixed encrustations on surfaces effectively and at the same time gently removed. The cleaning effect is significantly dependent on the number, size and speed of the CO 2 particles.

Die Erfindung mit den in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Merkmalen löst die Aufgabe, mit einer kleinbauenden Vorrichtung und verringertem Verbrauch an Trägergas eine hohe Ausbeute an festem CO2 und eine hohe Reinigungswirkung durch effiziente Koagulation und Beschleunigung des festen CO2 zu erreichen.The invention with the features specified in the independent claims solves the problem of achieving a high yield of solid CO 2 and a high cleaning effect by efficient coagulation and acceleration of the solid CO 2 with a small-sized device and reduced consumption of carrier gas.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.advantageous Embodiments of the invention are in the subclaims specified.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung naher erläutert.in the Following is an embodiment with reference to the drawing explained in more detail.

Es zeigen:It demonstrate:

1 einen axialen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Strahlvorrichtung; und 1 an axial section through a blasting device according to the invention; and

2 einen Schnitt längs der Linie II-II in 1. 2 a section along the line II-II in 1 ,

Ein Strahlrohr 10 trägt am stromabwärtigen, in 1 oberen Ende eine Strahldüse 12, beispielsweise eine Konvergent/Divergent-Düse, vorzugsweise eine Laval-Düse. Das Strahlrohr 10 und die Strahldüse 12 bilden zusammen einen Strömungskanal 14 für ein Trägergas, insbesondere für Druckluft, die mit einem im Vergleich zu herkömmlichen Anlagen sehr geringen Druck, z. B. schon ab 0,05 MPa zugeführt wird. In der Strahldüse 12 wird die Druckluft auf annähernd Schallgeschwindigkeit oder Überschallgeschwindigkeit beschleunigt.A jet pipe 10 carries at the downstream, in 1 upper end of a jet nozzle 12 , For example, a convergent / divergent nozzle, preferably a Laval nozzle. The jet pipe 10 and the jet nozzle 12 together form a flow channel 14 for a carrier gas, in particular for compressed air, with a very low compared to conventional systems pressure, z. B. is already supplied from 0.05 MPa. In the jet nozzle 12 the compressed air is accelerated to near sound speed or supersonic speed.

Ein Teil des geradlinigen Strömungskanals 14 innerhalb des Strahlrohres 10 ist zu einem Ringraum 16 erweitert, der einen Halter 18 für ein koaxial in dem Strömungskanal angeordnetes Rohr 20 aufnimmt. In dem Halter 18 ist eine quer zum Strömungskanal 14 verlaufende Zuleitung 22 für flüssiges CO2 gebildet. Diese Zuleitung 22 mündet über eine parallel zur Achse des Strömungskanals 14 verlaufende Entspannungsdüse 24 in einen im Inneren des Rohres 20 gebildeten Entspannungsraum 26. Dort wird das vorzugsweise mit einem Druck von mehr als 1 MPa zugeführte flüssige CO2 entspannt und verdampft, so daß ein Teil des CO2, der etwa 40–60% der Gesamtmenge an CO2 betragen kann, zu festem Trockenschnee kondensiert. Durch die Entspannungsdüse 24 und den axial im Strömungskanal 14 verlaufenden Entspannungsraum 26 wird der Trockenschnee schon mit einer relativ hohen Anfangsgeschwindigkeit in Strömungsrichtung des Trägergases in die Trägergasströmung eindosiert, so daß er durch das Trägergas rasch beschleunigt wird und außerdem gleichmäßig im Strömungskanal 14 verteilt werden kann.Part of the straight-line flow channel 14 inside the jet pipe 10 is to an annulus 16 extended, a holder 18 for a coaxially disposed in the flow channel pipe 20 receives. In the holder 18 is a transverse to the flow channel 14 running supply line 22 formed for liquid CO 2 . This supply line 22 opens via a parallel to the axis of the flow channel 14 running relaxation nozzle 24 in one inside the tube 20 formed relaxation room 26 , There, the preferably with a pressure of more than 1 MPa supplied liquid CO 2 is depressurized and evaporated, so that a portion of the CO 2 , which may be about 40-60% of the total amount of CO 2 condensed to solid dry snow. Through the relaxation nozzle 24 and the axially in the flow channel 14 extending relaxation room 26 the dry snow is already metered into the carrier gas flow with a relatively high initial velocity in the flow direction of the carrier gas, so that it is accelerated rapidly by the carrier gas and also uniformly in the flow channel 14 can be distributed.

Im gezeigten Beispiel ist nur eine einzige Entspannungsdüse 24 vorgesehen, die auf die Achse des Strömungskanals 14 zentriert ist.In the example shown is only a single expansion nozzle 24 provided on the axis of the flow channel 14 is centered.

Für die Querschnittsfläche A der Entspannungsdüse 24 und das Volumen V des Entspannungsraumes 26 gilt die Beziehung V1/3/A1/2 > 3, vorzugsweise V1/3/A1/2 > 10.For the cross-sectional area A of the expansion nozzle 24 and the volume V of the relaxation space 26 the relationship V 1/3 / A 1/2 > 3, preferably V 1/3 / A 1/2 > 10 applies.

Stromabwärts des Rohres 20 ist in dem Strömungskanal 14 ein Verdrängungskörper 28 angeordnet, der durch querverlaufende Stifte 30 mittig und koaxial ausgerichtet im Strömungskanal 14 gehalten ist. Im gezeigten Beispiel hat der Verdrängungskörper 28 die Form eines Doppelkegels. Allgemein sollte der Verdrängungskörper etwa stromlinienförmig sein, also zum vorderen und auch zum hinteren Ende hin verjüngt sein.Downstream of the pipe 20 is in the flow channel 14 a displacement body 28 arranged by transverse pins 30 centrally and coaxially aligned in the flow channel 14 is held. In the example shown, the displacement body 28 the shape of a double cone. In general, the displacement body should be approximately streamlined, that is tapered to the front and also to the rear end.

Im gezeigten Beispiel ragt der Verdrängungskörper 28 mit seiner stromaufwärtigen Spitze etwas in den Entspannungsraum 26 hinein, so daß er mit den Wänden des Rohres 20 einen Ringspalt bildet. Außerdem ragt die stromabwärtige Spitze des Verdrängungskörpers etwas in einen konischen Abschnitt des Strömungskanals 14 kurz vor dem Eintritt in die Strahldüse 12.In the example shown, the displacement body protrudes 28 with its upstream tip something in the relaxation room 26 into it, so that he with the walls of the pipe 20 forms an annular gap. In addition, the downstream tip of the displacer protrudes slightly into a conical portion of the flow channel 14 just before entering the jet nozzle 12 ,

Der Verdrängungskörper 28 dient dazu, den Druck im Entspannungsraum 26 auf geeigneten Werten zu halten und so die Koagulation des Trockenschnees im Entspannungsraum zu begünstigen. Zugleich sorgt der Verdrängungskörper für eine bessere Verteilung und Beschleunigung des Trockenschnees in der Druckluft im Strömungskanal und für ein weiteres Anwachsen der CO2-Partikel, ohne daß es andererseits zu Vereisungen an den Engstellen zwischen Rohr 20 und Verdrängungskörper und/oder zwischen dem Verdrängungskörper und den Wänden des Strömungskanals 14 kommt.The displacement body 28 serves to reduce the pressure in the relaxation room 26 to maintain appropriate levels and thus promote the coagulation of dry snow in the relaxation room. At the same time the displacement body ensures a better Distribution and acceleration of dry snow in the compressed air in the flow channel and for further growth of the CO 2 particles, without, however, on the other hand to icing at the bottlenecks between pipe 20 and displacement body and / or between the displacement body and the walls of the flow channel 14 comes.

Aus 2 ist ersichtlich, daß der Halter 18 so gestaltet ist, daß er den Durchtritt des Trägergases ermöglicht. Im gezeigten Beispiel geschieht dies durch kranzförmig um den Querschnitt des Rohres 26 herum angeordnete Löcher 32. Es ist jedoch auch denkbar, daß der Halter als Kreuz oder Stern ausgebildet ist, dessen Schenkel ein Stromlinienprofil haben können.Out 2 it can be seen that the holder 18 is designed so that it allows the passage of the carrier gas. In the example shown, this is done by a ring around the cross section of the tube 26 around arranged holes 32 , However, it is also conceivable that the holder is designed as a cross or star whose legs can have a streamline profile.

Wesentliche Vorteile der hier gezeigten Strahlvorrichtung bestehen darin, daß durch den niedrigen Druck des Trägergases ein geringer Verbrauch an Trägergas erreicht wird, der beispielsweise weniger als 0,1 m3/min betragen kann, in Vergleich zu wenigstens 0,8 m3/min bei herkömmlichen Trockenschneestrahlanlagen. Durch die Gestaltung und Anordnung der Entspannungsdüse 24, des Entspannungsraumes 26 und des Verdrängungskörpers 28 wird außerdem eine hohe Ausbeute an fester CO2 und eine gute Qualität (Größe und Festigkeit) der CO2-Partikel erreicht, so daß sich eine hohe Reinigungswirkung ergibt.Significant advantages of the jet device shown here are that the low pressure of the carrier gas, a low consumption of carrier gas is achieved, which may be, for example, less than 0.1 m 3 / min, compared to at least 0.8 m 3 / min at conventional dry snow blasting systems. By the design and arrangement of the expansion nozzle 24 , the relaxation room 26 and the repressive body 28 In addition, a high yield of solid CO 2 and a good quality (size and strength) of the CO 2 particles is achieved, so that there is a high cleaning effect.

In dem hier gezeigten Beispiel ist der Strömungskanal 14 zwar schon im Strahlrohr 10 stromaufwärts der Strahldüse 12 etwas verjüngt, doch befindet sich die Mündung des Entspannungsraumes 26 an einer Stelle, an der die Querschnittsfläche des Strömungskanals 14 mindestens das 1,5-fache der Querschnittsfläche der engsten Stelle der Strahldüse 12 beträgt.In the example shown here is the flow channel 14 Although already in the beam pipe 10 upstream of the jet nozzle 12 slightly rejuvenated, but there is the mouth of the relaxation room 26 at a location where the cross-sectional area of the flow channel 14 at least 1.5 times the cross-sectional area of the narrowest point of the jet nozzle 12 is.

Das Strahlrohr 10 kann von einer wärmeisolierenden Schicht umgeben sein. Eine gewisser Vereisungschutz wird hier jedoch bereits dadurch erreicht, daß der Entspannungsraum 26 koaxial im Strömungskanal liegt und daher von einem von der Druckluft durchströmten Ringspalt umgeben ist.The jet pipe 10 may be surrounded by a heat-insulating layer. However, a certain icing protection is already achieved by the fact that the relaxation room 26 Coaxial is located in the flow channel and therefore surrounded by an air flow through the annular gap.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - EP 1501655 [0002] - EP 1501655 [0002]

Claims (8)

Strahlvorrichtung mit einem Strömungskanal (14) für ein Trägergas, der am stromabwärtigen Ende eine Strahldüse (12) bildet, und einer Zuleitung (22) für flüssiges CO2, die in einen koaxial in dem Strömungskanal (14) aufgenommenen Entspannungsraum (26) mündet, dadurch gekennzeichnet, daß der Entspannungsraum (26) durch ein Rohr (20) gebildet wird, das an seinem stromaufwärtigen Ende durch einen von dem Trägergas umströmten Halter (18) in dem Strömungskanal gehalten ist, und daß die Zuleitung (22) quer zum Strömungskanal durch den Halter verläuft und in einer zur Achse des Strömungskanals parallelen Entspannungsdüse (24) endet.Blasting device with a flow channel ( 14 ) for a carrier gas having at the downstream end a jet nozzle ( 12 ) and a supply line ( 22 ) for liquid CO 2 , which in a coaxial in the flow channel ( 14 ) relaxation room ( 26 ), characterized in that the relaxation room ( 26 ) through a pipe ( 20 ) formed at its upstream end by a holder (FIG. 18 ) is held in the flow channel, and that the supply line ( 22 ) extends transversely to the flow channel through the holder and in a parallel to the axis of the flow channel expansion nozzle ( 24 ) ends. Strahlvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche A der Entspannungsdüse (24) und das Volumen V des Entspannungsraumes (26) die Beziehung V1/3/A1/2 > 3, vorzugsweise V1/3/A1/2 > 10 gilt.Blasting device according to one of the preceding claims, characterized in that the cross-sectional area A of the expansion nozzle ( 24 ) and the volume V of the relaxation space ( 26 ) the relationship V 1/3 / A 1/2 > 3, preferably V 1/3 / A 1/2 > 10 applies. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Strömungskanal (14) stromabwärts des Entspannungsraumes (26) ein Verdrängungskörper (28) angeordnet ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that in the flow channel ( 14 ) downstream of the relaxation room ( 26 ) a displacement body ( 28 ) is arranged. Strahlvorrichtung mit einem Strömungskanal (14) für ein Trägergas, der am stromabwärtigen Ende eine Strahldüse (12) bildet, und einer Zuleitung (22) für flüssiges CO2, die in einen koaxial in dem Strömungskanal (14) aufgenommenen Entspannungsraum (26) mündet, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Strömungskanal (14) stromabwärts des Entspannungsraumes (18) ein Verdrängungskörper (28) angeordnet ist.Blasting device with a flow channel ( 14 ) for a carrier gas having at the downstream end a jet nozzle ( 12 ) and a supply line ( 22 ) for liquid CO 2 , which in a coaxial in the flow channel ( 14 ) relaxation room ( 26 ), characterized in that in the flow channel ( 14 ) downstream of the relaxation room ( 18 ) a displacement body ( 28 ) is arranged. Strahlvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdrängungskörper (28) am stromaufwärtigen und am stromabwärtigen Ende verjüngt ist.A blasting device according to claim 3 or 4, characterized in that the displacement body ( 28 ) is tapered at the upstream and downstream ends. Strahlvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdrängungskörper (28) ein Doppelkegel ist.Blasting device according to one of claims 3 to 5, characterized in that the displacement body ( 28 ) is a double cone. Strahlvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdrängungskörper (28) mit seinem stromaufwärtigen Ende in den Entspannungsraum (26) hineinragt.Blasting device according to one of claims 3 to 6, characterized in that the displacement body ( 28 ) with its upstream end into the relaxation room ( 26 ) protrudes. Strahlvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungskanal zur Strahldüse (12) hin konisch verjüngt ist und daß der Verdrängungskörper (28) mit seinem stromabwärtigen Ende in den verjüngten Abschnitt des Strömungskanals hineinragt.Blasting device according to one of claims 3 to 7, characterized in that the flow channel to the blasting nozzle ( 12 ) is tapered conically and that the displacement body ( 28 ) projects with its downstream end in the tapered portion of the flow channel.
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