DE102009022400A1

DE102009022400A1 - Vorrichtung zum Aufwachsen und Ablösen von Substanzen

Info

Publication number: DE102009022400A1
Application number: DE102009022400A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Harter
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-05-22
Filing date: 2009-05-22
Publication date: 2010-12-02
Anticipated expiration: 2029-05-23
Also published as: DE102009022400B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, deren Oberfläche mit einer Folie ausgestaltet ist, die zum Aufwachsen und Ablösen von Substanzen genutzt wird, wobei durch thermischen Einfluss eine Aggregatzustandsänderung der Substanz oder der Substanzmischung herbeigeführt wird, diese sodann in Schichten auf der Oberfläche haftet und von dieser dadurch abgelöst wird, dass die Folie eine Beugung erfährt, was zum Abplatzen der aufgewachsenen Schichten führt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, die den Aufwuchs von Substanzen oder deren Mischungen wie Trockeneis, Eis und andere, und das Ablösen derselben ermöglicht, wobei ausgehend von einer thermischen Energiequelle eine Folie mit thermischer Energie versorgt wird oder selbst zum Entwickeln von thermischer Energie angeregt wird, wobei je nach Anforderung auf der Folie Substanzen zum Erstarren oder zum Verdampfen kommen und wobei beim Erstarren die Substanzen an der Folienoberfläche haften oder beim Verdampfen Ablagerungen wie Kalk sich an der Folienoberfläche niederschlagen, die von dieser abgelöst werden, indem die Folie eine Beugung erfährt, was zum Absplittern der aufgewachsenen Ablagerungen führt.
Es ist bekannt, dass durch thermische Einflüsse sich an Oberflächen Substanzen wie Eis, Kalk und andere ab- und anlagern und haften, die meist nur durch Schrubben, Schaben und andere Maßnahmen von der Oberfläche abgelöst werden können.
Bei der Herstellung von Scherben- oder Schuppeneis finden überwiegend Vorrichtungen Verwendung, bei denen Wasser auf einer kalten rotierenden Walze oder in einer kalten feststehenden Trommel angefroren wird, wobei das auf der rotierenden Walze haftende Eis anschließend mittels feststehendem Schabemesser von der Oberfläche abgeschabt wird oder die in der Trommel angefrorene Eisschicht durch die in die Trommel eingeführte rotierende Schabemesser abgelöst wird.
Nachteilig ist bei dieser bekannten Vorrichtung, dass über die Dreheinführung Kältemittel in die rotierende Walze eingeleitet wird, dadurch die Dreheinführung mechanisch aufwendig ausgestaltet ist und das integrierte Dichtungssystem sich verschleißt, was einen Kältemittelverlust mit sich bringt. Der Walzenmantel besteht vorwiegend aus Metallen, meist Aluminium, während der Kern aus Kunststoffen besteht und somit das Walzensystem aus unterschiedlichen Materialien aufgebaut ist, was unterschiedliche Materialausdehnungen und folglich Undichtigkeiten mit sich bringt.
Bei Vorrichtungen welche in der Trommel mit einem eingeführtem Schaber arbeiten, erfolgt die Führung des Schabers durch Lager welche ihrerseits Zusätze wie Öl oder Fett mit sich führen, was oft Verunreinigungen im Eis mit sich bringt und wobei andererseits die Lager aufgrund der tiefen Temperaturen hohem Verschleiß ausgesetzt sind.
Des Weiteren nutzen sich die Schabemesser in kurzer Zeit ab und unterliegen einer häufigen Wartung.
Bei der Heißwasserbereitung finden überwiegend Behälter Verwendung, in denen das Wasser entweder durch die in diesen verlaufenden Rohren oder durch die in den Behälter eingeführten elektrischen Heizwendeln, erhitzt wird, was das Ausfällen von Kalk also Kalziumkarbonat und -sulfat verursacht, das sich auf der erhitzten Oberfläche anlagert.
Dabei liegt das Problem zu Grunde, dass durch die Kalkablagerungen ein Wärmeverlust erfolgt und die Aufheizgeschwindigkeit für das Wasser herabgesetzt ist. Neben diesen Verlusten entsteht in der Heizwendel eine Temperaturerhöhung, die in der Regel zum Zerstören derselben führt. Von Nachteil ist auch, dass die Kalkablagerungen oft nur chemisch oder durch Schrubben entfernt und oft aufgrund der unzureichenden Zugänglichkeit garnicht entfernt werden können.
Bei einer Methode zur Herstellung von Trockeneis wird Kohlendioxid gekühlt, wobei bei Unterschreiten des Gefrierpunktes dasselbe an der gekühlten Oberfläche haftet. Dies geschieht ebenso beim Kühlen von anderen Substanzen und Mischungen, die bei Prozessen entstehen und aus Umwelt-, Gesundheitsgründen und anderen rückgewonnen werden. Die an den kühlen Oberflächen haftenden Substanzen oder Mischungen müssen durch Schaben wieder abgelöst werden.
Dabei liegt das Problem zu Grunde, dass, wie bei der Trockeneisherstellung ein Abschaben des Eises bei der relativ tiefen Temperatur von –79°C erfolgt, was zu Materialermüdung mit entsprechenden Folgen, wie z. B. Passungenauigkeit des Schabers führt. Aus diesem Grund wird bei derart tiefen Temperaturen in der Regel von anderen Verfahren Gebrauch gemacht, die aus wirtschaftlichen Gründen überwiegend nur bei Großanlagen vorzufinden sind.
Nachteilig bei diesen bekannten Vorrichtungen ist, dass die an der Oberfläche haftenden An- und Ablagerungen meist nur durch mechanische Arbeit, durch rotierende Schaber oder Hammer abgelöst werden können. Dabei unterliegt der eingesetzte Mechanismus einer erheblichen Abnutzung und damit einhergehend einem hohen Wartungsaufwand. Ein weiterer Nachteil ist der hohe Energiebedarf, der durch die rotierenden Mechanismen wie Schaber, Walze usw. bedingt ist.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, durch eine Vorrichtung bei Substanzen wie Gas eine Aggregatszustandsänderung herbei zu führen, welche durch thermischen Einfluss erwirkt wird, indem die jeweilige Substanz sich auf einer Folienoberfläche niederschlägt, was beim Kühlen von Wasser als Eis, beim Kühlen von Kohlenstoffdioxid als Trockeneis, oder beim Kühlen von anderen Gasen als andere Eisschicht geschieht, oder wo beim Erhitzen Bestandteile ausgefällt werden, wie z. B. aus dem Wasser Kalk, der sich an die Folienoberfläche anlagert und wobei jeweils die entstandenen Schichten von derselben mit geringer mechanischer Arbeit – Beugen der Folie – abgeplatzt werden. Damit einhergehend wird ein verbesserter Wirkungsgrad im Vergleich zum Stand der Technik erreicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 und 4 gelöst.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass bevorzugt auf einem thermisch leitenden Quader oder einem Zylinder, wobei diese als hydrothermische oder elektrothermische Energiequelle genutzt werden, bspw. als Kältequelle, bei einem Flächenverdampfer oder Rohrverdampfer, oder als Heizquelle, bei einer Heizplatte oder einem Heizrohr und wobei auf diesen eine Folie so aufgelegt ist, dass ihre Enden jeweils mit den Seitenflächen des Quaders oder Zylinders fest verbunden und abgedichtet sind, und wobei an den Kanten der Deckfläche des Quaders, die konkav ausgestaltet ist, die Folie einen Balk bildet und wobei beim Zylinder die Überlappung von Folienende und Folienanfang ebenso wie der Folienübergang an den Zylinderenden als Balk ausgestaltet ist, womit die Folie den Charakter einer Membrane erhält. Vorzugsweise findet der Verdampfer aus Patentschrift DE 10 2004 056 409 B3 Verwendung. Die Kälte oder Wärme, die auf der Quader- oder der Zylinderoberfläche bereit steht wird auf die Folie abgeleitet, wobei die außerhalb mit der Folie in Kontakt tretende Substanz oder deren Mischung, eine Temperaturänderung erfährt, was zu einer Aggregatszustandsänderung derselben führt, und wobei die erstarrte anhaftende Schicht von der Folienoberfläche dadurch befreit werden kann, dass diese eine Beugung erfährt, was zum Absplittern der aufgewachsenen Schicht führt. Vorzugsweise erfolgt die Verformung der Folie durch das Abheben, durch die Wölbung derselben vom Quader oder vom Zylinder, wobei zwischen der Folie und dem Körper Gas eingeleitet wird. Nach Erfordernis finden Gase wie trockene Luft, Stickstoff, Kältemittel oder andere Verwendung. Weitere Möglichkeiten der Ausgestaltung der Vorrichtung sind die unmittelbare Beheizung der Folie durch Stromwärme und die Herstellung des Zylinders allein aus einer Folie wobei dieses flexible Rohr sowohl als Verdampfer als auch als Heizrohr genutzt werden kann.
Die Erfindung mit ihren Ausgestaltungen wird anhand der Prinzipbilder näher erläutert.
Ein wesentlicher Vorteil ist, dass bei der Herstellung von Brucheis (Scherben- oder Schuppeneis) die Dreheinführung entfällt und damit einem Kältemittelverlust, was eine Umweltbelastung mit sich bringt, vorgebeugt wird.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass die Ablösearbeit der haftenden Schicht minimiert ist und dadurch ein verbesserter Nutzwirkungsgrad erzielt wird.
Ein weiterer erfinderischer Vorteil ist, dass Folien aus Edelstählen oder legierten Stählen wie z. B. V2A, Titan und andere Verwendung finden, die auch die längerfristige Eisherstellung von Salzwasser ermöglichen.
Erfindungsgemäß von Vorteil ist, dass eine Verunreinigung durch Öl, Fett und andere Substanzen vermieden werden dadurch dass drehende Teile, unter anderem Schaber entfallen.
Vorteilhaft ist, dass thermische Verluste, die bei Ablagerungen von Kalk auftreten, minimierbar sind, da eine Abreinigung der unerwünschten Kalkschicht mit geringem energetischem Aufwand ermöglicht wird. Ein Ausbauen des Heizungssystems zur Reinigung ist nicht erforderlich, da bereits bei geringer Beugung der Folie ein Abplatzen des Kalks erfolgt. Bei Verwendung von Folien, deren Längenausdehnungskoeffizient zum Kalk stark differiert, ist eine automatische Abreinigung bei Temperaturänderungen gegeben. Zudem entfällt eine umweltbelastende chemische Abreinigung.
Anwendungen und Einsatzgebiete der oben benannten Erfindung und ihrer Ausgestaltungen sind unter anderem die Herstellung von Trockeneis, das aus Kohlenstoffdioxid gewonnen wird oder Brucheis, das aus Wasser gewonnen wird oder das Rückgewinnen von Gasen wie beispielsweise bei weineigenem Kohlenstoffdioxid, welches insbesondere aus Gärgasen entsteht und als Trockeneis und weineigenes Entektikum, eine Mischung von Kohlenstoffdioxid und weiteren Substanzen gewonnen wird.
Eine andere Nutzung ist das unproblematische Abreinigen von Kalkschichten, die unter anderem bei Dampfgargeräten, Boilern und anderen Geräten auftreten und entfernt werden müssen.
Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielhaft dargestellt. Es zeigen:
1 beispielhaft die Vorrichtung für die Erzeugung von Brucheis.
2 beispielhaft eine Anordnung der Vorrichtung zur Erzeugung von Wasserdampf.
1 zeigt die Vorrichtung als Quader, welcher quer zur Fläche geschnitten ist.
Der Quader der als Verdampfer 1 ausgestaltet ist, ist von einer Folie 2 abgedeckt, wobei an den Kanten 3 des Verdampfers 1 die Folie 2 als Balk 4 ausgestaltet ist. Die Enden der Folie 2 liegen bündig an den Seitenflächen 5 des Verdampfers 1 an und sind mittels Leisten 6 an den Verdampfer 1 abdichtend fixiert. Der Verdampfer 1 wird mit thermischer Energie versorgt, welche über die Druckleitung 7 und die Saugleitung 8 in den Verdampfer 1 ein- und ausgeleitet wird. Die vom Verdampfer 1 bereitgestellte Wärme wird auf die eng anliegende Folie 2 abgeleitet. Diese Wärme wird an die außerhalb mit der Folie 2 in Kontakt tretenden Substanzen oder deren Mischungen abgegeben. Der Raum zwischen den bikonkav ausgestalteten Deckflächen 9 des Verdampfers 1 und der Folie 2 ist über den Kanal 10 mit der Umgebung außerhalb des abgedeckten Verdampfers 1 verbunden. Über den Kanal 10 kann ein Medium wie bspw. Gas in den Zwischenraum eingeleitet werden, was ein Anheben und beim Ausleiten ein Absenken der Folie 2 bewirkt.
Während 1 beispielhaft den Aufbau der Vorrichtung bei einem Quader zeigt, ist in 2 in Perspektive der Aufbau der Vorrichtung bei einem an den Enden geschnittenen Zylinder dargestellt.
In einem thermisch leitenden Zylinder 11 ist im Kern ein elektrothermischer Wandler eingebettet, welcher als Heizpatrone 12 ausgestaltet ist. Der Zylinder 11 ist mit einer Folie 13 ummantelt. An mehreren Stellen längsseits des Zylinders 11 ist die Folie 13 als Balk 14 ausgestaltet. Die beiden Abschnittsenden der Folie 13 sind ebenso als Balk 15 ausgestaltet und durch Spannringe 16, die die Enden der Folie 13 an den Zylinder 11 fixieren, mit diesem abdichtend verbunden. Über einen Kanal 17 ist der Zwischenraum zwischen der Deckfläche des Zylinders 11 und der Folie 13 mit der Öffnung, welche sich außerhalb der überdeckten Zylinderoberfläche befindet, verbunden. Über den Kanal 17 wird durch Medieneinleitung ein Anheben der Folie 13 und bei Medienausleitung ein Absenken der Folie 13 bewirkt.

1: Verdampfer
2: Folie
3: Kante
4: Balk
5: Seitenflächen
6: Leisten
7: Druckleitung
8: Saugleitung
9: Deckfläche
10: Kanal
11: Zylinder
12: Heizpatrone
13: Folie
14: Balk
15: Balk
16: Spannring
17: Kanal

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 102004056409 B3 [0014]

Claims

Vorrichtung zum Aufwachsen und Ablösen von Substanzenschichten, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Deckflächen (9) eines thermisch leitenden Körpers, der bevorzugt als Quader oder als Zylinder (11) ausgestaltet ist, eine Folie (2, 13) so aufgelegt ist, dass sie mit den Seitenflächen (5) des Körpers bündig abschließt und an diesen beim Quader mittels Leisten (6) oder Verschweißen und beim Zylinder (11) mittels umlaufender Ringe (16) oder Verschweißen abdichtend fixiert ist, wobei beim Quader die Folie (2) an den Kanten (3) der Deckfläche (9) als Balk (4) ausgestaltet ist, ebenso wie an den Abschnittsenden der Folie (13) am Zylinder (11) und wobei längs des Zylinders (11) das Folienende mit dem Folienanfang verbunden ist und hier mindestens eine Überlappung als Balk (14) vorhanden ist, und wobei der Zwischenraum zwischen Folie (2, 13) und abgedeckter Körperfläche durch einen Kanal (10, 17) mit der Öffnung, welche sich außerhalb der überdeckten Körperfläche befindet, verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verwendung eines Quaders mindestens eine seiner Deckflächen (9) konkav ausgestaltet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass lediglich eine Folie als thermisch leitender Körper dient, wobei an zwei gegenüberliegenden Enden Kontaktleisten angebracht sind, die sowohl als Halter wie auch als Stomverteiler fungieren.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass lediglich eine Folie als flexibles, mit mindestes einem längsseits verlaufenden Balk versehenes Rohr ausgestaltet ist, und wobei dieses an feststehende Rohranschlüsse angeflanscht oder angeschweißt ist.