DE102016006938A1

DE102016006938A1 - Vorrichtung zum Herstellen von Trockeneis

Info

Publication number: DE102016006938A1
Application number: DE102016006938.4A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-06-09
Filing date: 2016-06-09
Publication date: 2016-12-15

Abstract

Bei einer Vorrichtung (1) zur Herstellung von Trockeneis, umfassend zumindest einen Druckbehälter (2) zur Aufnahme von flüssigem Kohlendioxids ist der Druckbehälter (2) zumindest doppelwandig ausgebildet und umfasst zumindest ein Innenrohr (22) und zumindest ein Außenrohr (24), wobei das Innenrohr (22) ein inneres Lumen (20) und zumindest ein Außengewinde (23) aufweist und das Außenrohr (24) zumindest ein mit dem Außengewinde (23) des Innenrohr (22) ineinandergreifendes Innengewinde (25) aufweist. Der Gewindegang des Außengewindes (23) und der Gewindegang des Innengewindes (25) greifen lediglich so weit ineinander, dass zumindest ein Gewindezwischenraum (26) zwischen diesen zum Durchleiten zumindest zum Durchleiten eines Kältemittels vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von Trockeneis, umfassend zumindest einen Druckbehälter zur Aufnahme flüssigen Kohlendioxids.
Vorrichtungen zur Herstellung von Trockeneis sind im Stand der Technik bekannt. Derartiges Trockeneis lässt sich weiter verarbeiten in sogenannte Pellets, die zum abrasiven Bearbeiten von Oberflächen verwendet werden können. Beispielsweise offenbart die DE 18 91 822 U1 eine Vorrichtung zur Herstellung von Trockeneisblöcken aus flüssiger, kalter Niederdruck-Kohlensäure in einer Presse, die eine Zuführungsleitung für die flüssige Kohlensäure, eine Abführungsleitung für die beim teilweisen Entspannen der flüssigen Kohlensäure im Pressenraum gebildete gasförmige Kohlensäure, einen Kolben zum Pressen des entstehenden Kohlensäureschnees zu festen Trockeneis-Blöcken und Ventile in der Zu- und Abführungsleitung aufweist. Als nachteilig erweist sich bei dieser Vorrichtung, dass Kohlensäureschnee gebildet wird, der erst nachfolgend zu Blöcken verpresst wird, da die gebildeten Blöcke üblicherweise keine homogene Konsistenz aufweisen. Ferner gehen beim Entspannen flüssigen Kohlendioxids lediglich 40 bis 50% des flüssigen Kohlendioxids in festen Trockenschnee über, die übrigen 50 bis 60% in den gasförmigen Zustand. Dieser Teil geht entweder vollständig verloren oder kann aufgefangen und wieder verflüssigt werden. Um dies effizienter zu gestalten, schlägt die DE 10 2011 014 327 A1 vor, das flüssige Kohlendioxid unter Tankdruck oder über eine zusätzliche Pumpeinrichtung über eine Zuleitung und mehrere Anschlüsse in einen Apparat mit mehreren Durchgangsöffnungen zu führen. Das flüssige Kohlendioxid wird vor der Einführung in den Apparat vorgekühlt bis unter die Grenze, in der das flüssige Kohlendioxid in den Festzustand übergeht. Während der Einführung des Kohlendioxids werden die Durchgangsöffnungen des Apparates außenseitig druckfest verschlossen. In oder nahe an dem Apparat ist eine Kühlvorrichtung vorgesehen, mittels derer das im Apparat befindliche Kohlendioxid so weit gekühlt wird, dass es in festes Trockeneis übergeht. Zum Ausstoßen des Trockeneises dient eine Pressvorrichtung.
Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Vorrichtung zur Herstellung von Trockeneis vorzusehen, mittels derer noch schneller und effektiver Trockeneis gebildet werden kann, wobei möglichst zuverlässig eine homogene Ausbildung von Trockeneis in der Vorrichtung sichergestellt werden kann.
Die Aufgabe wird für eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass der Druckbehälter zumindest doppelwandig ist und zumindest ein Innenrohr und zumindest ein Außenrohr umfasst, wobei das Innenrohr ein inneres Lumen und zumindest ein Außengewinde aufweist und das Außenrohr zumindest ein mit dem Außengewinde des Innenrohres ineinandergreifendes Innengewinde aufweist, wobei der Gewindegang des Außengewindes und der Gewindegang des Innengewindes lediglich so weit ineinandergreifen, dass zumindest ein Gewindezwischenraum zwischen diesen zum Durchleiten zumindest eines Kältemittels vorgesehen ist. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Dadurch wird eine Vorrichtung zur Herstellung von Trockeneis geschaffen, die einen zumindest doppelwandigen Druckbehälter aufweist, wobei innerhalb der Wandung des Druckbehälters Gewindegänge bzw. ein schneckenförmiger gewendelter Gewindezwischenraum gebildet ist, durch den Kältemittel hindurchgeleitet werden kann, um ein Abkühlen des in dem Druckbehälter aufgenommenen flüssigen Kohlendioxids zu ermöglichen. Bevorzugt ist, dass entlang der Längserstreckung des Druckbehälters in dessen Wandung nicht nur ein durchgängiger Gewindezwischenraum gebildet, sondern abschnittsweise mehrere Gewindezwischenräume, jeweils mit zumindest einer Einlassöffnung und zumindest einer Auslassöffnung zum Einführen und Ausführen von Kältemittel. Hierdurch ist es möglich, über die Längserstreckung des Druckbehälters hinweg ein möglichst gleichmäßiges Abkühlung des flüssigen Kohlendioxids zu erzielen, da abschnittsweise stets frisches kaltes Kältemittel zum Abkühlen des flüssigen Kohlendioxids in die Behälterwandung bzw. den jeweiligen Gewindezwischenraum, der dort angeordnet ist, eingeleitet und das aufgrund der Wärmeaufnahme aus dem flüssigen Kohlendioxid erwärmte Kältemittel wieder ausgeleitet wird.
Vorteilhaft ist das zumindest eine Außenrohr auf das Innenrohr aufgeschrumpft, wobei zwischen dem Außengewinde des Innenrohres und dem sich beim Aufschrumpfen ergebenden Innengewinde des Außenrohres der Gewindezwischenraum zum Durchleiten von Kältemittel verbleibt. Weiter vorteilhaft besteht das zumindest eine Innenrohr aus zumindest einem druckfesten Material, insbesondere Metall, während das zumindest eine Außenrohr aus einem zumindest verformbaren, insbesondere aufschrumpfbaren Material, insbesondere aus Nichteisenmetall oder einer Nichteisenmetalllegierung, insbesondere Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, besteht. Da Nicht-Eisenmetalle und deren Legierungen ausreichend weiche Materialien sind, lassen diese sich außenseitig auf das Innenrohr aus druckfestem Material aufschrumpfen. Das Außengewinde des Innenrohres kann insbesondere durch Gewindeschneiden erzeugt werden. Das Innengewinde des Außenrohres kann beim Aufschrumpfen des Außenrohres sich aufgrund des Außengewindes des Innenrohres selbstständig bilden, wobei während des Aufschrumpfens des Außenrohres Maßnahmen oder Einrichtungen vorgesehen sein können, wie z. B. Abstandshalter oder andere Einrichtungen, die den Gewindezwischenraum, der nachfolgend zum Durchleiten von Kältemittel dienen soll, freihalten.
Durch das gleichmäßige außenseitige Kühlen des Mantelfläche des Druckbehälters ist es möglich, eine homogene Trockeneismasse im Inneren des Druckbehälters zu bilden. Insbesondere ist es möglich, hierbei sehr effizient aus einem Kilogramm flüssigen Kohlendioxids ein Kilogramm festen Kohlendioxid zu bilden, was mit den Vorrichtungen des Standes der Technik, wie vorstehend erläutert, nicht möglich ist.
Um je nach gewähltem Durchmesser bzw. lichter Weite des inneren Lumens des Innenrohres auch im Kern des sich bildenden Trockeneises schnell eine homogene Eismasse bilden zu können, erweist es sich als weiter vorteilhaft, im inneren Lumen des Innenrohres zumindest eine Kerneinheit anzuordnen zur Zufuhr von Kälte in den Zwischenraum zwischen der Kerneinheit und der Innenseite des Innenrohres der äußeren Wandung des Druckbehälters. Die Kerneinheit weist im Innern vorteilhaft zumindest einen gewendelten Gang zum Durchleiten von Kältemittel auf, wobei auch hier abschnittsweise ein Zu- und Ausleiten von Kältemittel über entsprechende Öffnungen bzw. Zuleitungen vorgesehen werden kann, um ein gleichmäßiges bzw. homogenes Abkühlen des flüssigen Kohlendioxids zu Trockeneis zu ermöglichen und eine Gasblasenbildung sicher zu vermeiden.
Als weiter vorteilhaft erweist es sich, um das gebildete Trockeneis auf schnelle und einfache Weise aus dem Druckbehälter entfernen zu können, das Innenrohr oder das innerste Innenrohr der Wandung des Druckbehälters konisch zulaufend auszubilden, mit einem abnehmenden Innendurchmesser von einer Austragsöffnung des Behälters zum Austrag des hergestellten Trockeneises zu einer Einlassseite von diesem zum Einlass flüssigen Kohlendioxids hin. Durch das konische Ausbilden zumindest des Innenrohres bzw. innersten Innenrohres der Außenwandung des Druckbehälters dahingehend, dass dessen Auslassöffnung einen größeren Durchmesser aufweist als die Öffnung an der Einlassseite, ist ein Austrag des Trockeneises aus dem Druckbehälter sehr gut möglich.
Zum Unterstützen des Austrags oder zum Initiieren des Austrags des hergestellten Trockeneises aus dem Druckbehälter kann zumindest eine Druckeinrichtung vorgesehen sein, insbesondere eine hydraulisch und/oder pneumatisch betreibbare oder betriebene Druckeinrichtung, die insbesondere im Bereich der Einlassseite des Druckbehälters angeordnet ist. Die Druckeinrichtung kann hierbei insbesondere mit zumindest einem Deckelelement, das dem Verschließen der Einlassseite insbesondere des Druckbehälters dient, in Verbindung stehen, so dass durch Druckbeaufschlagen des Deckelelements das im Druckbehälter befindliche gefrorene Kohlendioxid, also Trockeneis, in Bewegung gesetzt bzw. aus dem Druckbehälter herausgedrückt wird. Bei Vorsehen einer konischen Form des innersten bzw. Innenrohres der äußeren Wandung des Druckbehälters reicht bereits ein leichtes Anschieben bzw. Drücken und Bewegen des gefrorenen Kohlendioxids aus, um dieses in Bewegung zu setzen, so dass dieses nachfolgend sich selbstständig aus dem Druckbehälter heraus fortbewegt. Durch das Beaufschlagen des Trockeneises mit der Druckkraft, die von der insbesondere hydraulisch und/oder pneumatisch betriebenen bzw. betreibbaren Druckeinrichtung ausgeübt wird, um wenige Millimeter, insbesondere 10 mm, erwärmt sich die Innenseite des Innenrohrs der Außenwandung des Druckbehälters bzw. die Außenseite des Trockeneises leicht, so dass ein eventuelles Anhaften des Trockeneises an der Innenseite den Innenrohrs der Außenwandung des Druckbehälters aufgehoben und ein schneller Austrag des Trockeneises aus dem Druckbehälter ermöglicht wird.
Die zumindest eine Druckeinrichtung kann nicht nur auf das zumindest eine Deckelelement an der Einlassseite des Druckbehälters einwirkend vorgesehen sein, sondern Druck auch auf die Kerneinheit ausüben, wenn dies zum beschleunigten Austrag des Trockeneises aus dem Druckbehälter gewünscht wird.
Insbesondere kann der Druckbehälter nicht nur in senkrechter Position aufgestellt werden, sondern auch in waagerechter bzw. Horizontalposition, um hierüber kontinuierlich bzw. endlos gefrorenes Kohlendioxid, also Trockeneis, aus dem Druckbehälter austreiben oder herausziehen zu können. Hierbei ist es insbesondere möglich, den Druckbehälter ohne Kerneinheit auszubilden und zum Endlosaustreiben beispielsweise einen Ausziehdorn oder eine Einrichtung zum Endlosziehen unter Verwendung von Kolben, die über einen Exzenterantrieb bewegt werden, vorzusehen. Der Vorteil der Verwendung eines Exzenterantriebs sind ein variabler Weg und eine variable Geschwindigkeit eines hiermit verbundenen Kolbens. Insbesondere können zwei Kolben mit Abstand zueinander im Innenrohr oder innersten Innenrohr des Druckbehälters jeweils gegenüber der Innenseite von diesem abgedichtet angeordnet werden. Der mit dem Exzenterantrieb verbundene Kolben ist über diesen bewegbar. Der zumindest eine weitere Kolben ist vorteilhaft mit Abstand zu dem am Exzenterantrieb angeordneten Kolben mit einer einen Gegendruck gegen ein Hineindrücken in das Innere des Druckbehälters bewirkenden Gegenhalteeinrichtung verbunden. Eine solche Gegenhalteeinrichtung dient dazu, ein Austreiben des Kohlendioxids im Innern des Druckbehälters während des Einfrierens von diesem zu Beginn der Trockeneisherstellung zu vermeiden. Die Gegenhalteeinrichtung dient somit zum Ermöglichen eines vollständigen Einfrierens zu Beginn der Trockeneisherstellung, da diese ein vorzeitiges Austreiben des Kohlendioxids aus dem Innern des Druckbehälters verhindert.
Zwischen den beiden oder den zumindest zwei Kolben, dem der mit der Gegenhalteeinrichtung verbunden ist und dem mit Exzenterantrieb verbundenen Kolben, wird vorteilhaft ein Zwischenraum mit zumindest einer Einlassöffnung für unter Druck stehendes Kohlendioxid vorgesehen, um den Zwischenraum zwischen den zumindest zwei Kolben mit unter Druck stehendem Kohlendioxid zu füllen. Um einen ungewollten Austritt des in diesen Zwischenraum eingeleiteten Kohlendioxids zu vermeiden, ist die Einlassöffnung zum Zuführen des Kohlendioxids vorteilhaft mit einem Rückschlagventil versehen. Bei Bewegen des mit dem Exzenterantrieb verbundenen Kolbens wird dadurch ein Aufbringen einer Kraft auf den Kolben der Gegenhalteeinrichtung ermöglicht.
Ein Abdichten der zumindest zwei Kolben gegenüber der Innenseite des Innenrohres des Druckbehälters erfolgt durch geeignete Dichtungen, insbesondere durch Teflon-Dichtungen. Diese können in entsprechenden außenseitigen Nuten der zumindest zwei Kolben angeordnet werden.
Zum Schließen des Druckbehälters an seiner Auslassseite kann ebenfalls zumindest ein Deckelelement vorgesehen sein, das insbesondere hydraulisch betätigbar und hierdurch vor die zumindest eine Austragsöffnung an der Auslassseite des Druckbehälters bewegbar ist. Insbesondere kann ein solches Deckelelement zum Verschließen der Auslassöffnung des Druckbehälters so angeordnet sein, dass es vor die Austragsöffnung verschwenkt und entsprechend von dieser durch Schwenken entfernt werden kann. Der Punkt, um den das Verschwenken erfolgt, kann sich vorteilhaft außerhalb der Behälterwandung befinden.
Das Deckelelement, das zum Verschließen der Einlassöffnung an der Einlassseite des Druckbehälters vorgesehen und durch die Druckeinrichtung bewegbar ist, um das gebildete feste Kohlendioxid, also Trockeneis, aus dem Druckbehälter auszutragen, weist vorteilhaft eine konisch zulaufende Formgebung seiner Umfangsfläche, also eine konisch zulaufende Umfangsfläche auf, auf der zumindest ein Dichtelement angeordnet ist oder werden kann. Durch das Vorsehen einer solchen konisch zulaufenden Formgebung der Umfangsfläche des Deckelelementes ist es möglich, beim Schließen desselben und Erzeugen eines Innendrucks in dem Druckbehälter dieses noch weiter in die Dichtung hineinzudrücken, so dass, wenn der Druckbehälter unter Druck steht, das Deckelelement sicher die Einlassöffnung des Druckbehälters verschließt.
Um ein besonders einfaches und gutes Entfernen des gefrorenen Kohlendioxids, also Trockeneises, aus dem Druckbehälter vorsehen zu können, erweist es sich als weiter vorteilhaft, die Innenseite des Innenrohres und die Außenseite der Kerneinheit glatt auszubilden zum Ermöglichen eines Gleitens von Trockeneis entlang von diesen zum Austrag des Trockeneises aus dem Druckbehälter. Da beim Austrag des Trockeneises aus dem Druckbehälter zumindest eine Relativbewegung zwischen dem Trockeneis und der Innenseite des innersten Innenrohres oder Innenrohres der Außenwandung des Druckbehälters stattfindet, insbesondere auch eine Relativbewegung zu der im inneren Lumen des Innenrohres angeordneten Kerneinheit, erweist sich das Vorsehen von besonders glatten, das Trockeneis kontaktierenden Oberflächen als sehr vorteilhaft, um ein Anhaften des gefrorenen Kohlendioxids dort sicher vermeiden und einen Austrag des gebildeten Trockeneises unterstützen zu können.
Zum Ermitteln der Füllmenge an flüssigem Kohlendioxid in dem Druckbehälter kann zumindest eine Wiegeeinrichtung vorgesehen sein, insbesondere eine Wiegeeinrichtung mit einer Begrenzungseinrichtung zum Abschalten der Zufuhr an flüssigem Kohlendioxid in den Druckbehälter, insbesondere das freie innere Lumen des Innenrohres des Druckbehälters, also den verbleibenden Zwischenraum zwischen dem inneren Lumen des Innenrohres des Druckbehälters und der darin angeordneten Kerneinheit. Durch das Vorsehen einer solchen Wiegeeinrichtung ist es möglich, nur so viel flüssiges Kohlendioxid in diesen Zwischenraum des Druckbehälters einzufüllen, dass dieser vollständig gefüllt ist, ein Überfüllen vermieden wird, und somit eine optimale Menge an Trockeneis aus dem eingefüllten flüssigen Kohlendioxid gebildet werden kann. Zum Abschalten der Zufuhr an Kohlendioxid kann insbesondere ein Druckschalter vorgesehen sein.
Alternativ zu einer Wiegeeinrichtung oder ggf. zusätzlich zu dieser kann vorteilhaft zumindest ein Speicher- und Ausgleichsbehälter mit einem Vorspanngas vorgesehen werden, der über zumindest ein Ventil mit dem inneren Lumen des Druckbehälters verbindbar oder verbunden ist. Über das Ventil und/oder eine Druckanzeige und/oder eine Begrenzungseinrichtung kann die Zufuhr von Vorspanngas abgeschaltet werden, sobald der Druckbehälter so weit mit dem Vorspanngas gefüllt ist, wie der optimalen bzw. maximalen Füllhöhe an flüssigem Kohlendioxid entsprechen soll. Der mit dem Vorspanngas gefüllte Speicher- und Ausgleichsbehälter dient zunächst dazu, unter Druck stehendes Vorspanngas mit einem ähnlichen oder dem gleichen Druck in den Druckbehälter einzufüllen, wie nachfolgend das dort einzufüllende Kohlendioxid aufweist. Ist der Druckbehälter bzw. dessen inneres zur Aufnahme von Kohlendioxid zur Verfügung stehendes Lumen vollständig mit dem Vorspanngas gefüllt, wird vorteilhaft das Ventil zur Zufuhr von Vorspanngas geschlossen und kann ein Ventil zum Einlass des flüssigen Kohlendioxids in das innere Lumen des Druckbehälters geöffnet werden. Das flüssige Kohlendioxid steht vorteilhaft unter dem gleichen oder etwa dem gleichen Druck wie das Vorspanngas in dem Druckbehälter. Die Zufuhr von Vorspanngas in den Druckbehälter wird über das Ventil bzw. die Druckanzeige oder die Begrenzungseinrichtung geschlossen. Über ein Abblasventil kann beim Einfüllen des flüssigen unter Druck stehenden Kohlendioxids in das innere Lumen des Druckbehälters das Vorspanngas wieder in den Speicher- und Ausgleichsbehälter zurückgedrückt werden. Da das Vorspanngas unter dem gleichen oder einem etwas höheren Druck steht wie/als das flüssige Kohlendioxid, kommt es beim Einbringen des flüssigen Kohlendioxids in das innere Lumen des Druckbehälters nicht zu einem Ausfallen von Kohlendioxidschnee, sondern bleibt das flüssige Kohlendioxid in dem flüssigen Zustand. Es wird hier also immer gegen den Druck des Vorspanngases das unter Druck stehende Kohlendioxid in das innere Lumen des Druckbehälters hinein gedrückt. Die maximale Füllmenge an flüssigem Kohlendioxid ist in dem Speicher- und Ausgleichsbehälter enthalten, sobald das Vorspanngas vollständig in den Speicher- und Ausgleichsbehälter zurückgedrückt ist. Dementsprechend kann über die Füllmenge des mit dem Vorspanngas gefüllten Speicher- und Ausgleichsbehälters die Füllmenge bzw. maximale Füllmenge an flüssigem Kohlendioxid in dem inneren Lumen des Druckbehälters gesteuert werden, da das Vorspanngas immer zunächst aus dem Speicher- und Ausgleichsbehälter in das innere Lumen des Druckbehälters gepresst und nachfolgend durch das einströmende flüssige Kohlendioxid in das innere Lumen des Druckbehälters wieder aus diesem heraus in den Speicher- und Ausgleichsbehälter zurückgedrückt wird. Vorspanngas kann beispielsweise Stickstoff (N₂) verwendet werden.
Für die Zufuhr an flüssigem Kohlendioxid kann insbesondere ein Magnetventil vorgesehen sein, ebenso im Bereich der Zuführung des Vorspanngases in das innere Lumen des Druckbehälters und Rückführung aus diesem in den Vorrats- und Ausgleichsbehälter. Hierdurch ist ein besonders effektives und sicheres Schalten der Zufuhr von Kohlendioxid und Vorspanngas möglich. Durch ein vorteilhaftes Vorsehen eines Überdruckventils in der Zuführleitung zum Zuführen des Kohlendioxids kann, insbesondere in Verbindung mit einem Druckminderer die Druckdifferenz zwischen Vorspanngasdruck und Druck des Kohlendioxids gesteuert werden. Vorzugsweise liegt diese bei maximal 1 bar, um ein Entspannen des Kohlendioxids und dementsprechend ein Anfallen von Kohlendioxidschnee zu vermeiden.
Sind mehrere Druckbehälter vorgesehen, können auch mehrere Speicher- und Ausgleichsbehälter mit Vorspanngas vorgesehen werden. Ebenfalls ist es möglich, bei Vorsehen einer Wiegeeinrichtung zum Bestimmen der Füllmenge an flüssigem Kohlendioxid in dem Druckbehälter bei Vorsehen mehrerer Druckbehälter auch diese einzeln über jeweils diesen zugeordnete Wiegeeinrichtungen oder Bereiche einer großen Wiegeeinrichtung zu wiegen und dementsprechend die jeweilige Zufuhr an flüssigem Kohlendioxid zu- und abzuschalten.
Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird im Folgenden ein Ausführungsbeispiel von dieser näher anhand der Zeichnungen beschrieben. Diese zeigen in:
1 eine skizzenhafte Längsschnittansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Herstellen von Trockeneis,
2 eine skizzenhafte Ansicht von unten des Druckbehälters der Vorrichtung gemäß 1 mit von dessen Auslassöffnung abgeschwenktem Deckelelement, und
3 eine skizzenhafte Detail-Längsschnittansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Herstellen von Trockeneis, bei der endseitig im horizontal angeordneten Druckbehälter eine zwei Kolben und einen Exzenterantrieb für einen von diesen umfassende Einrichtung zum Endlosziehen bzw. Austreiben des hergestellten Trockeneises vorgesehen ist.
1 zeigt eine Vorrichtung 1 zum Herstellen von Trockeneis. Die Vorrichtung 1 umfasst einen Druckbehälter 2, einen Speicher- und Ausgleichsbehälter 3 mit Vorspanngas, wie Stickstoff (N₂), und einen Vorratsbehälter 4 mit flüssigem Kohlendioxid (CO₂). Der Speicher- und Ausgleichsbehälter 3 ist über eine Zuleitung 30 mit einem inneren Lumen 20 des Druckbehälters 2 verbunden. Mit diesem inneren Lumen 20 des Druckbehälters 2 ist auch der Vorratsbehälter 4 über eine Zuleitung 40 verbunden. Beide Zuleitungen 30 und 40 sind jeweils durch ein Ventil 31 bzw. 41, das insbesondere ein Magnetventil sein kann, schließbar und öffenbar.
Der Druckbehälter 2 weist eine doppelwandige Außenwandung 21 auf, die ein mit einem Außengewinde 23 versehenes Innenrohr 22 und ein mit einem Innengewinde 25 versehenes Außenrohr 24 aufweist. Außenseitig kann ein zusätzlicher isolierter Mantel das Außenrohr 24 umgeben. Die Gewindegänge des Außengewindes 23 und des Innengewindes 25 des Innenrohres 22 bzw. Außenrohres 24 laufen parallel zueinander und bilden zwischen sich einen Abstand bzw. Gewindezwischenraum 26. Der Gewindezwischenraum 26 dient dem Durchleiten eines Kältemittels. Wie 1 weiter entnommen werden kann, sind entlang der Längserstreckung des Druckbehälters 2 drei Abschnitte mit jeweils einem separaten Gewindezwischenraum 26, der jeweils eine Einlassöffnung 27 und eine Auslassöffnung 28 aufweist, vorgesehen. Die jeweilige Einlassöffnung 27 dient dem Zuleiten eines frischen Kältemittels und die jeweilige Auslassöffnung 28 dient dem Herausführen des sich aufgrund des Wärmeübertrags von dem in das innere Lumen 20 des Druckbehälters 2 eingefüllten Kohlendioxid erwärmten Kältemittels. Es steht somit stets vergleichsweise kaltes Kältemittel zur Wärmeaufnahme aus dem abzukühlenden Kohlendioxid zur Verfügung. Dementsprechend kann ein homogenes Abkühlen des in das innere Lumen 20 des Druckbehälters 2 eingefüllten flüssigen Kohlendioxids über die gesamte Längserstreckung des Druckbehälters 2 hinweg erfolgen.
Um auch im Inneren des Druckbehälters 2 und dementsprechend des sich bildenden Trockeneises, das beim Abkühlen des flüssigen Kohlendioxids gebildet wird, ein homogenes Abkühlen zu ermöglichen, ist im Inneren zentral in dem Druckbehälter 2 angeordnet eine Kerneinheit 5 vorgesehen. Die Kerneinheit 5 ist in ihrem Inneren ebenfalls mit einem oder mehreren gewendelten Gängen 50 versehen, durch die ebenfalls Kältemittel hindurchgeleitet werden kann. Hierdurch ist ein Zuführen von Kältemittel auch im Inneren des Druckbehälters 2 möglich, um einerseits sicherzustellen, dass das Kohlendioxid gleichmäßig in den gefrorenen Zustand übergeht und andererseits dabei eine Gasblasenbildung verhindert wird. Eine solche wäre bei ungleichmäßigem Abkühlen zu befürchten, da dann ein Teil des Kohlendioxids gegebenenfalls in die Gasphase übergeht. Um auch im Inneren des Druckbehälters 2 stets über die Längserstreckung des Druckbehälters hinweg eine möglichst gleichmäßige Menge an Kältemittel zur Verfügung zu stellen mit einer etwa gleichen Temperatur, können auch hier über die Längserstreckung des Druckbehälters 2 bzw. der Kerneinheit 5 hinweg mehrere gewendelte Gänge mit entsprechenden Einlassöffnungen und Auslassöffnungen zum Einführen bzw. Ausleiten von Kältemittel in die aus den jeweiligen gewendelten Gänge(n) 50 vorgesehen werden. In 1 sind lediglich beispielhaft die Einlassöffnungen 51 und Auslassöffnungen 52 angedeutet. Der zumindest eine gewendelte bzw. schneckenförmige Gang 50 der Kerneinheit 5 ist in dieser durch Aussparen bzw. Zerspanen vorgesehen.
Wie 1 weiter entnommen werden kann, weist das Innenrohr 22 eine konisch zulaufende Form auf, wobei der Innendurchmesser auf der Innenseite 122 des Innenrohres 22 im oberen Bereich einer Einlassöffnung 120 in den Druckbehälter, also im Bereich der Zuleitung von flüssigem Kohlendioxid aus dem Vorratsbehälter 4 bzw. von Vorspanngas, wie Stickstoff, aus dem Speicher- und Ausgleichsbehälter 3, geringer als im unteren Bereich des Druckbehälters ist, an dem eine Auslassöffnung 29 aus dem Druckbehälter 2 vorgesehen ist. Der Durchmesser d1 im Bereich der Einlassöffnung 120 in den Druckbehälter bzw. dessen inneres Lumen 20 ist somit kleiner als der Durchmesser d2 im Bereich der Auslassöffnung 29 aus dem Druckbehälter. Aufgrund der konisch zulaufenden Formgebung bzw. sich konisch aufweitenden Formgebung in Richtung der Auslassöffnung 29 aus dem Druckbehälter ist es möglich, das in dem Druckbehälter gebildete Trockeneis schnell und mühelos aus dem Druckbehälter zu entfernen, da lediglich eine geringe Anschubkraft erforderlich ist, um das Trockeneis von der Innenseite 122 des Innenrohres 22 zu lösen und sich aufgrund der konisch geformten Innenseite des Innenrohres 22 nachfolgend das Trockeneis selbstständig aus dem inneren Lumen 20 des Druckbehälters heraus bewegt. Selbstverständlich ist es ebenfalls möglich, dass das Außenrohr 24 konisch zulaufend geformt ist. Dies ist jedoch nicht unbedingt erforderlich und in der in 1 gezeigten Ausführungsform so auch nicht vorgesehen. Es kann somit lediglich das Innenrohr 22 an seiner Innenseite 122 konisch geformt sein.
Die Kerneinheit 5 ist vorteilhaft nicht zylindrisch, sondern ebenfalls konisch zulaufend ausgebildet, wobei die Konusform umgekehrt zu der des Innenrohres 22 vorgesehen ist.
Um die zum Ablösen des Trockeneises von der Innenseite 122 des Innenrohres 22 und der Außenseite 53 der Kerneinheit 5 erforderliche Kraft aufzubringen, ist eine Druckeinrichtung 6 vorgesehen. Diese wirkt auf ein Deckelelement 7 ein. Das Deckelelement 7 verschließt die obere Einlassöffnung 120 des Druckbehälters 2. Die Auslassöffnung 29 wird von einem zweiten Deckelement 8 verschlossen. Das Deckelelement 8 ist in der in 1 und 2 gezeigten Ausführungsform verschwenkbar, also von der Auslassöffnung 29 des Druckbehälters 2 wegschwenkbar und vor diese wieder hinschwenkbar angeordnet. In 2 ist der weggeschwenkte Zustand angedeutet, in 1 der vor die Auslassöffnung 29 geschwenkte geschlossene Zustand des Druckbehälters. Um die Auslassöffnung 29 dicht zu verschließen, ist auf die Unterseite der Außenwandung 21 des Druckbehälters 2 ein Dichtelement 80 aufgefügt, wie 2 zu entnehmen ist. Zum Verriegeln des Deckelelements 8 in der geschlossenen Position der Auslassöffnung 29 ist ferner in der in 2 gezeigten Ausführungsvariante an dem Deckelelement 8 ein Zapfenelement 81 angeordnet und außenseitig an dem Druckbehälter bzw. dessen Außenwandung 21 ein u-förmiges Element 82 vorgesehen, in das das Zapfenelement 81 eingreift und sich darin festhält. Selbstverständlich können auch andere Verriegelungs- bzw. Verrastungseinrichtungen vorgesehen werden, die das Deckelelement 8 in der geschlossen Position halten. In 2 ist ein Verschwenken des Deckelelementes 8 um einen in 2 angedeuteten Drehpunkt 83, der außerhalb des Druckbehälters angeordnet sein kann, in 2 allerdings zur Veranschaulichung sehr entfernt von dem Druckbehälter angeordnet ist, also in der Praxis auch sehr viel dichter am Druckbehälter, beispielsweise auf der Außenwandung 21 des Druckbehälters, angeordnet sein kann, vorgesehen. Beispielsweise ist alternativ auch ein Abklappen des Deckelelements 8 von der Außenwandung 21 des Druckbehälters 2 im Bereich der Auslassöffnung 29 aus diesem möglich.
Das Deckelelement 7 weist eine konisch zulaufende Umfangswandung 70 auf. Dementsprechend ist auch eine obere Wandung 121 des Druckbehälters 2 mit entsprechend konisch zulaufenden Aufnahmeöffnungen 221 zur Aufnahme der konisch zulaufenden Umfangswandung 70 des Deckelements 7 versehen. Zum Abdichten des Deckelelements 7 gegenüber der oberen Wandung 121 des Druckbehälters bzw. an der konisch zulaufenden Aufnahmeöffnung 221 von diesem sind Dichtelemente 71 dort angeordnet. Aufgrund der konisch zulaufenden Umfangswandung 70 des ringförmigen Deckelelements 7 presst der Druck im Inneren des Druckbehälters, also in dessen inneren Lumen 20, das Deckelelement 7 fest gegen das Dichtelement 71 bzw. gegen die konisch zulaufende Aufnahmeöffnung 221 der oberen Wandung 121 des Druckbehälters 2. Hierdurch ist eine gute Abdichtung gegeben. Durch Einwirken der Druckeinrichtung 6 ist es allerdings problemlos möglich, die konisch zulaufenden Wandungen wieder voneinander zu trennen, um das im inneren Lumen 20 des Druckbehälters 2 gebildete Trockeneis aus dem Druckbehälter heraus zu befördern. Die Druckeinrichtung 6 wirkt, wie in 1 skizzenhaft angedeutet, auf das ringförmige Deckelelement 7 ein und setzt dadurch das im Inneren des Druckbehälters bzw. dessen inneren Lumen 20 gebildete Trockeneis in Bewegung, löst dieses also von der Innenseite 122 des Innenrohres 22.
Anstelle des Einwirkens der Druckeinrichtung 6 lediglich auf das ringförmige Deckelelement 7 können Deckelelement 7 und Kerneinheit 5 auch miteinander verbunden sein, so dass bei Einwirken der Druckeinrichtung 6 auf das Deckelelement 7, das dann kreisförmig in der Draufsicht ausgebildet ist, sowohl das Deckelelement als auch die Kerneinheit in Richtung der Auslassöffnung 29 bewegt werden. Ist hingegen ein ringförmiges Deckelelement 7 vorgesehen, wird die Kerneinheit 5 vorteilhaft über Befestigungsstege, die in 1 nicht angedeutet sind, an dem übrigen Teil des Druckbehälters 2, insbesondere der oberen Wandung 121 gehalten.
Die Druckeinrichtung 6 kann hydraulisch und/oder pneumatisch betrieben sein bzw. werden. Ebenfalls kann über hydraulische und/oder pneumatische Einrichtungen die Auslassöffnung 29 durch das dort angeordnete Deckelelement 8 zugehalten werden. An dem Deckelelement 7 und gegebenenfalls auch an dem Deckelelement 8 können somit Hydraulikzylinder bzw. Pneumatikzylinder angreifen, so dass einerseits ein präziser Druck ausgeübt werden kann und andererseits keine Elektromotoren zum Betätigen von Deckelelement 7 und Deckelelement 8 vorgesehen zu werden brauchen.
Zur Herstellung von Trockeneis wird zunächst der Druckbehälter mit dem Vorspanngas aus dem Speicher- und Ausgleichsbehälter 3, insbesondere mit Stickstoff, gefüllt. Das Vorspanngas ist hierbei vorteilhaft neutral und kann auch kalte Luft sein. Es dient zum Befüllen des Druckbehälters bzw. von dessen Inneren Lumen 20 mit einem unter Druck stehenden Gas, wobei der Druck möglichst nahezu identisch oder identisch ist mit dem Druck, mit dem das Kohlendioxid nachfolgend in den Druckbehälter eingeleitet wird. Das Fluten des inneren Lumens 20 des Druckbehälters 2 mit dem Vorspanngas, das unter etwa demselben Druck steht wie das einzufüllende Kohlendioxid, führt dazu, dass das Kohlendioxid gegen diesen Druck des Vorspanngases in das innere Lumen 20 des Druckbehälters 2 eingefüllt wird und hierdurch ein Entspannen des Kohlendioxids verhindert wird. Bei einem Entspannen des Kohlendioxids entstünde ansonsten Kohlendioxidschnee, was jedoch verhindert werden soll. Nach dem Einfüllen des unter einem vorbestimmbaren Druck, beispielsweise 15 bar, stehenden Vorspanngases in das innere Lumen des Druckbehälters kann die Zufuhr an Vorspanngas, somit das Ventil 31 geschlossen werden. Nachfolgend kann das Ventil 41 zum Einfüllen des Kohlendioxids in das innere Lumen des Druckbehälters 2 geöffnet werden. Das Kohlendioxid wird mit etwa dem gleichen Druck, insbesondere ebenfalls einem Druck von 15 bar bei einem Vorspanngasdruck von 15 bar, in das innere Lumen 20 des Druckbehälters 2 eingefüllt. Um lediglich eine geringe Differenz zwischen dem Druck des CO₂ und dem Druck des Vorspanngases zu ermöglichen, kann im Bereich der Zuleitung 40 zum Zuleiten des Kohlendioxids in das innere Lumen 20 des Druckbehälters ein Überdruckventil bzw. ein Druckminderer vorgesehen sein, um das Kohlendioxid möglichst mit einem geringen Differenzdruck zu dem im inneren Lumen 20 des Druckbehälters befindlichen Vorspanngas dort einzufüllen. Beispielsweise kann eine Druckdifferenz von lediglich 1 bar eingestellt werden. Während des Einfüllens des Kohlendioxids in das innere Lumen 20 des Druckbehälters kann über das Ventil 31 oder ein anderes Ventil, das in einer Rückführleitung zum Rückführen des Vorspanngases in den Speicher- und Ausgleichsbehälter 3 vorgesehen ist/sein kann, das Kohlendioxid das Vorspanngas in den Speicher- und Ausgleichsbehälter 3 zurückdrücken. Der Speicher- und Ausgleichsbehälter 3 dient dabei auch als Messeinrichtung für das in das innere Lumen 20 des Druckbehälters 2 eingefüllte Kohlendioxid, da aufgrund der etwa Druckgleichheit und des Vorabbefüllens des inneren Lumens 20 des Druckbehälters 2 mit dem Vorspanngas genau so viel Vorspanngas wieder in den Speicher- und Ausgleichsbehälter 3 zurückgedrückt wird, wie Kohlendioxid in das innere Lumen 20 des Druckbehälters 2 eingefüllt wird. Dementsprechend kann hierüber ein Überfüllen des Druckbehälters mit Kohlendioxid verhindert werden, da die Kohlendioxidzufuhr unterbrochen werden kann insbesondere über das Ventil 41, sobald das Vorspanngas wieder in den Speicher- und Ausgleichsbehälter 3 vollständig zurückgedrückt ist. Es kann auch ein Puffervolumen an Vorspanngas im oberen Bereich, also im Bereich der Einlassöffnung 120 des Druckbehälters 2 verbleiben, wenn dies gewünscht wird, um ein Überfüllen des Druckbehälters mit Kohlendioxid in jedem Falle zu vermeiden.
Ein Überfüllen des Druckbehälters mit Kohlendioxid kann auch dadurch verhindert werden, dass eine Wiegevorrichtung vorgesehen wird, insbesondere der Druckbehälter beispielsweise in Dehnungsmesstreifen aufgehängt wird, um das Wiegen nicht zu beeinträchtigen. Der Wiegevorgang kann gestartet werden, sobald die Zufuhr von Kohlendioxid über die Zuleitung 40 in das innere Lumen 20 des Druckbehälters 2 gestartet wird. Im Bereich der Zuleitung 40 bzw. des Ventils 41 kann ein Druckschalter vorgesehen werden, der bei Erreichen der vorgesehenen Menge an Kohlendioxid im inneren Lumen 20 des Druckbehälters die Zufuhr an Kohlendioxid abschaltet. Ferner kann im Bereich der Zuleitungen 40 bzw. 30 ein Sensor bzw. Druckschalter vorgesehen werden, der die Zufuhr an Kohlendioxid bei Erreichen der jeweiligen Einlässe bzw. Auslässe der Zuleitungen 30 bzw. 40 in den Druckbehälter bzw. dessen inneres Lumen 20 durch das in das innere Lumen 20 des Druckbehälters 2 eingefüllte Kohlendioxid abschaltet. Das Ventil 41 kann von dem Druckbehälter, also dem darin befindlichen Vorspanngas, sobald dieses vollständig aus dem inneren Lumen 20 des Druckbehälters 2 herausgedrückt ist, geschaltet werden. Die Zufuhr an Kohlendioxid wird somit dann abgeschaltet.
Im Bereich der Einlassöffnungen 27, 51 im Mantel bzw. der Außenwandung 21 des Druckbehälters in die dort vorgesehenen Gewindezwischenräume 26 bzw. bei der Kerneinheit 5 im Inneren des Druckbehälters in die dort vorgesehenen gewendelten Gänge 50 kann jeweils eine Beheizung vorgesehen werden, um hierüber das Lösen des gebildeten Trockeneises von den inneren Wandungen des Druckbehälters, an denen dieses anliegt, zu ermöglichen. Es ist somit ein kurzzeitiges Erwärmen der Innenseite 122 des Innenrohres 22 und der Außenseite 53 der Kerneinheit 5 möglich, um das gebildete Trockeneis, also gefrorene Kohlendioxid, von diesen Wandungen zu lösen und ein Austreiben von diesem aus dem Druckbehälter zu beschleunigen bzw. zu ermöglichen. Ferner können sowohl die Innenseite 122 des Innenrohres 22 als auch die Außenseite 53 der Kerneinheit 5 glatt ausgebildet werden, um ein Herausgleiten des Trockeneises aus dem Druckbehälter besonders gut zu ermöglichen und zu unterstützen.
Die Außenwandung 21 bzw. der äußere Mantel des Druckbehälters 2 kann vakuumisoliert sein, um den Druckbehälter nach außen zu isolieren, somit Kälteverluste durch die Außenwandung 21 nach außen zu vermeiden. Eine solche Vakuumisolierung ist in 1 und 2 jedoch nicht gezeigt.
Das Kältemittel kann ebenfalls Kohlendioxid sein oder ein anderes Kältemittel, das in konventionellen Kältemaschinen verwendet wird.
Alternativ zu dem in den 1 und 2 gezeigten Druckbehälter 2 kann ein solcher auch ohne einen inneren Kern, also die Kerneinheit 5, ausgebildet werden. Insbesondere ist es möglich, den Druckbehälter dann horizontal anzuordnen und mit einem Ausziehdorn zu versehen, um hierüber kontinuierlich bzw. endlos gefrorenes Kohlendioxid, also Trockeneis, aus dem Druckbehälter herausziehen zu können. Hierdurch ist somit ein kontinuierliches horizontales Ausbringen von gefrorenem Kohlendioxid aus dem Druckbehälter möglich. Somit kann einerseits diskontinuierlich Trockeneis mit der in den 1 und 2 gezeigten Vorrichtung hergestellt werden oder kontinuierlich endlos durch horizontales Anordnen eines solchen Druckbehälters, der ohne Kerneinheit 5 ausgebildet ist. Ein Beispiel eines solchen insbesondere horizontal angeordneten Druckbehälters 2 ist in 3 gezeigt. Der Druckbehälter 2 ist in der in 3 gezeigten Ausführungsform horizontal angeordnet. In der hier gezeigten Ausführungsvariante ist das Innenrohr 22 an der Einlassseite 123 des Druckbehälters 2 über die Einlassöffnung 120 hinausgehend verlängert. In dem im Innenrohr 22, teilweise in dem Bereich des Innenrohres 22, das sich außerhalb des Außenrohres 24 des Druckbehälters 2 erstreckt, sind zwei Kolben 11,12 einer Einrichtung 10 zum Austreiben des hergestellten Trockeneises vorgesehen. Der Kolben 11 ist mit einer Gegenhalteeinrichtung 13 verbunden, die einen Druck in Richtung der Einlassöffnung 120 des Druckbehälters 2 ausübt, angedeutet durch einen in diese Richtung gerichteten Pfeil P1 in 3. Der andere Kolben 12 ist mit einem Exzenterantrieb 14 verbunden, wobei der Kolben 12 über eine Kolbenstange 15 mit einem Exzenter 16 verbunden ist. In 3 sind diese Komponenten lediglich skizzenhaft dargestellt, wobei hier der übliche Aufbau eines Kurbeltriebs zum Umwandeln einer rotierenden Bewegung des Exzenters in eine oszillierende Bewegung des Kolbens vorgesehen werden kann. Um zum Austreiben des erzeugten Trockeneises über den Exzenterantrieb 14 die Gegenhalteeinrichtung 13 bzw. den Kolben 11 in das Innere des Druckbehälters 2 hinein bzw. von dessen Innenrohr 22 bewegen zu können, wird in einen zwischen den beiden Kolben 11,12 belassenen Zwischenraum 17 über eine Einlassöffnung 18, die mit einem Rückschlagventil 19 versehen ist, unter Druck stehendes Kohlendioxid eingeführt. Ein Bewegen des Kolbens 11 über den vermittels des Exzenterantriebs 14 oszillierend bewegten zweiten Kolben 12 wird also unter Zuhilfenahme des unter Druck stehenden Kohlendioxids im Zwischenraum 17 zwischen den beiden Kolben 11,12 vorgesehen. Durch das Vorsehen des Rückschlagventils 19 strömt Kohlendioxid unter Druck nur in den Zwischenraum 17 hinein, ein Zurückströmen aus dem Zwischenraum 17 heraus wird jedoch durch das Rückschlagventil 19 sicher verhindert. Dementsprechend bewegt sich der Kolben 11 bei Antreiben des Kolbens 12 über den Exzenterantrieb 14 mit, so dass hierüber kontinuierlich Trockeneis aus dem Inneren des Innenrohres 22 des Druckbehälters 2 ausgetrieben werden kann. Es ist somit ein Endlosziehen von Trockeneis aus dem Inneren des Druckbehälters nach dem Herstellen des Trockeneises, somit kontinuierlich, möglich. An das Endlosziehen kann sich eine Einrichtung zum Endloszerkleinern des hergestellten Trockeneises anschließen, mittels derer das Trockeneis kontinuierlich zu Granulat zerkleinert wird, um dieses Granulat zum Strahlentgraten von Stück- und/oder Schüttgut, wie Formteilen, verwenden zu können.
Das Innenrohr 22 ist, wie auch insbesondere in 1 gezeigt und vorstehend hierzu beschrieben, auf seiner Innenseite 122 glatt ausgebildet und weist auf seiner Außenseite das ausgebildete Gewinde auf, durch welches das außenseitige Kühlen des zum Herstellen des Trockeneises vorgesehenen inneren Lumens 20 im Inneren des Innenrohres 22 erfolgt. In der Skizze in 3 sind entsprechend auch wiederum eine Einlassöffnung 27 und eine Auslassöffnung 28 zum Einleiten bzw. Ausleiten von Kältemittel angedeutet. Dies ist auch durch die beiden Pfeile P2 und P3 angedeutet. Der Pfeil P4 steht für das oszillierende Antreiben des Kolbens 22 über den Exzenterantrieb 14.
Das Innenrohr 22 kann konisch auseinanderlaufend auf seiner Innenseite 122 ausgebildet sein, muss es aber nicht, da ein Austreiben des Trockeneises über die Einrichtung 10 auch bei zylindrischem Innenrohr möglich ist. Dieses kann beispielsweise eine Länge von 1,20 m bis 1,50 m aufweisen, wobei der Kolben 12 beispielsweise einen Hub von ca. 6 cm während seiner oszillierenden Bewegung ausführen kann, um entsprechend das Trockeneis kontinuierlich aus dem Innenrohr 22 austreiben zu können.
Zum Abdichten der beiden Kolben 11, 12 gegenüber der Innenseite 122 des Innenrohres 22 weisen beide Kolben 11, 12 jeweils außenseitige Dichtungen 9 auf. Die Dichtungen 9 können insbesondere Teflon-Dichtungen sein, über die ein besonders gutes Abdichten gegenüber dem insbesondere aus Aluminium hergestellten Innenrohr 22 möglich ist. Die Dichtungen 9 sind in der in 3 gezeigten Ausführungsvariante ringförmig und in entsprechenden außenseitigen Nuten 110, 111, 112, 113, 114 der beiden Kolben 11, 12 angeordnet und dichten die beiden Kolben 11, 12 gegenüber dem Innenrohr 22 ab.
Über einen solchen Exzenterantrieb 14 bzw. eine solche Einrichtung 10 zum Austreiben des in dem Druckbehälter 2 erzeugten Trockeneises sind variable Austriebswege und variable Austriebsgeschwindigkeiten möglich, die über Drehzahl und Hub des Exzenterantriebs und dementsprechend des Kolbens 12 und des Kolbens 11 bestimmt werden.
Neben den im Vorstehenden beschriebenen und in den Ausführungsbeispielen gezeigten Ausführungsvarianten einer Vorrichtung zum Herstellen von Trockeneis, die zumindest einen Druckbehälter zur Aufnahme flüssigen Kohlendioxids umfasst, können noch zahlreiche weitere, auch beliebige Kombinationen der vorstehend genannten Merkmale einer solchen Vorrichtung gebildet werden, bei denen jeweils der Druckbehälter zumindest doppelwandig ist und zumindest ein Innenrohr und zumindest ein Außenrohr umfasst, wobei das Innenrohr ein inneres Lumen und zumindest ein Außengewinde aufweist und das Außenrohr zumindest ein mit dem Außengewinde des Innenrohres ineinandergreifendes Innengewinde aufweist, wobei der Gewindegang des Außengewindes und der Gewindegang des Innengewindes lediglich so weit ineinandergreifen, dass zumindest ein Gewindezwischenraum zwischen diesen zum Durchleiten zumindest eines Kältemittels vorgesehen ist.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung zum Herstellen von Trockeneis
2: Druckbehälter
3: Speicher- und Ausgleichsbehälter (N₂)
4: Vorratsbehälter (CO₂)
5: Kerneinheit
6: Druckeinrichtung
7: Deckelelement
8: Deckelelement
9: Dichtung
10: Einrichtung zum Austreiben des Trockeneises
11: Kolben
12: Kolben
13: Gegenhalteeinrichtung
14: Exzenterantrieb
15: Kolbenstange
16: Exzenter
17: Zwischenraum
18: Einlassöffnung
19: Rückschlagventil
20: inneres Lumen
21: Außenwandung
22: Innenrohr
23: Außengewinde
24: Außenrohr
25: Innengewinde
26: Gewindezwischenraum
27: Einlassöffnung
28: Auslassöffnung
29: Auslassöffnung am Druckbehälter
30: Zuleitung
31: Ventil
32: Einlassöffnung
40: Zuleitung
41: Ventil
42: Einlassöffnung
50: gewendelter Gang
51: Einlassöffnung
52: Auslassöffnung
53: Außenseite
70: konisch zulaufende Umfangswandung
71: Dichtelement
80: Dichtelement
81: Zapfenelement
82: u-förmiges Element
83: Drehpunkt
110: Nut
111: Nut
112: Nut
113: Nut
114: Nut
120: Einlassöffnung von 2
121: obere Wandung
122: Innenseite vom 22
123: Einlassseite von 2
221: konisch zulaufende Aufnahmeöffnung
d₁: Durchmesser bei 120
d₂: Durchmesser an 29
P1: Pfeil/Gegenhalteinrichtung
P2: Pfeil/Einlass Kältemittel
P3: Pfeil/Auslass Kältemittel
P4: Pfeil/oszillierende Bewegung von Kolben 12

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 1891822 U1 [0002]
DE 102011014327 A1 [0002]

Claims

Vorrichtung (1) zur Herstellung von Trockeneis, umfassend zumindest einen Druckbehälter (2) zur Aufnahme flüssigen Kohlendioxids, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckbehälter (2) zumindest doppelwandig ist und zumindest ein Innenrohr (22) und zumindest ein Außenrohr (24) umfasst, wobei das Innenrohr (22) ein inneres Lumen (20) und zumindest ein Außengewinde (23) aufweist und das Außenrohr (24) zumindest ein mit dem Außengewinde (23) des Innenrohres (22) ineinandergreifendes Innengewinde (25) aufweist, wobei der Gewindegang des Außengewindes (23) und der Gewindegang des Innengewindes (25) lediglich so weit ineinandergreifen, dass zumindest ein Gewindezwischenraum (26) zwischen diesen zum Durchleiten zumindest eines Kältemittels vorgesehen ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass entlang der Längserstreckung des Druckbehälters (2) in dessen Wandung (21) abschnittsweise mehrere Gewindezwischenräume (26), jeweils mit zumindest einer Einlassöffnung (27) und zumindest einer Auslassöffnung (28) zum Einführen und Ausführen von Kältemittel gebildet sind.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Außenrohr (24) auf das Innenrohr (22) aufgeschrumpft ist, wobei zwischen dem Außengewinde (23) des Innenrohres (22) und dem sich beim Aufschrumpfen ergebenden Innengewinde (25) der Gewindezwischenraum (26) zum Durchleiten von Kältemittel verbleibt.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Innenrohr (22) aus zumindest einem druckfesten Material besteht und das zumindest eine Außenrohr (24) aus zumindest einem verformbaren Material.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Außenrohr (24) aus einem Nichteisenmetall oder einer Nichteisenmetalllegierung, insbesondere Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, besteht.
Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenrohr (22) oder das innerste Innenrohr konisch zulaufend ausgebildet ist, mit einem abnehmenden Innendurchmesser (d₁, d₂) von einer Austragsöffnung (29) des Druckbehälters (2) zum Austrag hergestellten Trockeneises zu einer Einlassöffnung (120) von diesem hin.
Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im inneren Lumen (20) des Innenrohres (22) zumindest eine Kerneinheit (5) angeordnet ist zur Zufuhr von Kälte in den Zwischenraum zwischen der Kerneinheit (5) und der Innenseite (122) des Innenrohres (22) des Druckbehälters (2).
Vorrichtung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenseite (122) des Innenrohres (22) und die Außenseite (53) der Kerneinheit (5) glatt ausgebildet sind zum Ermöglichen eines Gleitens von Trockeneis entlang von diesen zum Austrag des Trockeneises aus dem Druckbehälter (2).
Vorrichtung (1) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kerneinheit (5) im Innern mit zumindest einem gewendelten Gang (50) zum Durchleiten von Kältemittel versehen ist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Austrag des hergestellten Trockeneises aus dem Druckbehälter (2) zumindest eine Druckeinrichtung (6) oder eine Einrichtung (10) zum Austreiben des Trockeneises vorgesehen ist, insbesondere eine hydraulisch und/oder pneumatisch betreibbare oder betriebene Druckeinrichtung (6), insbesondere im Bereich der Einlassseite und/oder der Auslassseite des Druckbehälters (2), oder zum Endlosaustreiben des hergestellten Trockeneises aus dem Druckbehälter (2) zumindest ein Ausziehdorn oder eine Einrichtung zum Endlosziehen unter Verwendung von Kolben, die über einen Exzenterantrieb bewegbar sind, vorgesehen ist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Deckelelement (7) zum Öffnen und Verschließen der Einlassseite des Druckbehälters (2) und zumindest ein Deckelelement (8) zum Öffnen und Verschließen der Auslassseite des Druckbehälters (2) vorgesehen ist, wobei zumindest das zumindest eine Deckelelement (7) zum Verschließen der Einlassöffnung (120) an der Einlassseite des Druckbehälters (2) eine konisch zulaufende Formgebung seiner Umfangsfläche (70) aufweist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ermitteln der Füllmenge an flüssigem Kohlendioxid in dem Druckbehälter (2) zumindest eine Wiegeeinrichtung vorgesehen ist, insbesondere eine Wiegeeinrichtung mit einer Begrenzungseinrichtung zum Abschalten der Zufuhr von flüssigem Kohlendioxid in den Druckbehälter (2), insbesondere das freie innere Lumen (20) des Innenrohres (22) des Druckbehälters (2).
Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Speicher- und Ausgleichsbehälter (3) mit einem Vorspanngas vorgesehen ist, der über zumindest ein Ventil (31) mit dem inneren Lumen des Druckbehälters (2) verbindbar oder verbunden ist.