DE102020002085A1 - Self-correcting program control for the production of a cryogenic-mechanical acting blasting agent, while maintaining an effective energy balance - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine, bei vorgegebenen Parametern sich selbst korrigierende, Steuerung zur Herstellung eines rückstandsarm/rückstandsfrei wirkenden Strahlmittels, auf der Basis von Wassereis, wobei die Tropfengröße durch die Kombination unterschiedlicher Düsen bestimmt wird, die in ihrer Gesamtheit einen bestimmten Strömungsdruck erfordern, der bei fertigungsbedingten Abweichungen durch die Steuerung kostant gehalten wird und deren Fallgeschwindigkeit, durch in ihrer Intensität regelbare Gegenströmungen, in den einzelnen Strömungskanälen verzögert und verwirbelt wird und gleichzeitig die teilgefrorenen Tropfen unterschiedlicher Größe in einem Mischbereich mit Wasser und Stickstoff, zur Bildung weiterer Eisschichten, besprüht werden, wobei die eingebrachte Stickstoffmenge, zur Einhaltung der Energiebilanz, abhängig von der gleichzeitig eingebrachten Wassermenge, dosiert wird.The invention relates to a control system that corrects itself at given parameters for the production of a low-residue / residue-free blasting agent based on water ice, the droplet size being determined by the combination of different nozzles, which in their entirety require a certain flow pressure, which at production-related deviations are kept constant by the control system and the speed of fall is delayed and swirled in the individual flow channels by countercurrents that can be regulated in their intensity, while at the same time the partially frozen drops of different sizes are sprayed in a mixing area with water and nitrogen to form further layers of ice, whereby the amount of nitrogen introduced is dosed, in order to maintain the energy balance, depending on the amount of water introduced at the same time.
Description
Die Erfindung betrifft eine, bei vorgegebenen Parametern sich selbst korrigierende, Steuerung zur Herstellung eines rückstandsarm/rückstandsfrei wirkenden Strahlmittels, auf der Basis von Wassereis in, durch regelbare Gegenströmungen in den einzelnen Strömungskanälen verzögerten Fallgeschwindigkeit, unterschiedlicher Größe und mit einer oder mehreren weiteren Wasserschichten versehenen Wassereispartikeln, mit einem vom Wasserdurchsatz abhängigen Stickstoffverbrauch bei Einhaltung einer konstanten Energiebilanz.The invention relates to a self-correcting control for the production of a low-residue / residue-free blasting agent on the basis of water ice in falling speed delayed by controllable countercurrents in the individual flow channels, of different sizes and with one or more additional layers of water , with a nitrogen consumption dependent on the water throughput while maintaining a constant energy balance.
Es sind eine Vielzahl Verfahren zum Reinigen durch Strahlen mit festen Strahlmitteln bekannt. Bei diesen größtenteils mechanisch wirkenden Verfahren, werden unterschiedliche Strahlmittel, wie Glasperlen, Schlacke, Sande oder Salze eingesetzt, die mit Wasser oder Druckluft auf die zu reinigende Fläche geblasen werden. Neben den rein mechanisch wirkenden Verfahren kommen auch thermisch wirkende Verfahren zum Einsatz, die als Kaltstrahlverfahren bezeichnet werden. Dabei wird als Strahlmittel, vorrangig CO2-Trockeneis, das sich nach dem Strahlen als Gas verflüchtigt, verwendet. Nachteilig ist hierbei die geringe Aggressivität des StrahlmittelsA large number of methods for cleaning by blasting with solid abrasives are known. In these largely mechanical processes, different blasting media such as glass beads, slag, sand or salts are used, which are blown onto the surface to be cleaned with water or compressed air. In addition to the purely mechanical processes, thermal processes are also used, which are referred to as cold blasting processes. The blasting agent used is primarily CO 2 dry ice, which evaporates as a gas after blasting. The disadvantage here is the low level of aggressiveness of the abrasive
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Nachteilig beim Reinigen mit CO2 als Strahlmittel ist allerdings, dass nur eine geringe abrasive Wirkung zu verzeichnen ist. Diese geringe Abrasivität schränkt den Einsatzbereich für diese Reinigungstechnologie ein.The disadvantage of cleaning with CO 2 as a blasting agent, however, is that only a slight abrasive effect is recorded. This low level of abrasiveness restricts the area of application for this cleaning technology.
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In der Schrift
Für einen effektiven Einsatz der CO2-Strahltechnik ist eine Temperaturdifferenz zwischen der zu entfernenden Verunreinigung und dem Untergrund erforderlich. Die Verunreinigung wird durch die CO2-Pellets gekühlt und es entsteht die erforderliche Temperaturdifferenz bzw. die Thermospannung. Als Nachteil der CO2-Strahltechnik hat sich die geringe Abrasivität der CO2-Pellets herausgestellt.For an effective use of the CO2 blasting technology, a temperature difference is required between the contamination to be removed and the substrate. The contamination is cooled by the CO 2 pellets and the required temperature difference or thermal voltage is created. A disadvantage of the CO 2 -Strahltechnik the low abrasiveness of CO 2 pellets has been found.
In
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Es sind verschiedene Technologien zur Fertigung von Wassereis bekannt, (z.. B. (2) Firmenschriften der Fa. ZIEGRA,” oder (3) Firmenschriften der Fa.Kälte Berlin) Das erzeugte Wassereis wird hauptsächlich zur Kühlung in der Lebensmittelindustrie eingesetzt und hat eine Temperatur bis - 15 °C. Das Wassereis wird im Block, als Scheiben, als Nuggats in unterschiedlichen Größen oder als Crasheis gefertigt und vertrieben. Der Erfinder hat bei Versuchen erkannt, dass die weitere Bearbeitung von handelsüblichen Wassereis, mit Ausgangstemperaturen bis -15 °C, zum Beispiel durch weiteres Abkühlen und Zerkleinern, nicht den erhofften Erfolg brachte, da beim notwendigen Zerkleinern um ein strahlfähiges Material zu erhalten, durch den aufzubringenden Druck eine dünne Wasserschicht entsteht, die ein sofortiges Zusammenfrieren der zerkleinerten Eis-Partikel bewirkt.Various technologies for the production of water ice are known (e.g. (2) company publications from ZIEGRA, ”or (3) company documents from Kälte Berlin). The water ice produced is mainly used and has been used for cooling in the food industry a temperature down to - 15 ° C. The water ice is manufactured and sold in blocks, as slices, as nuggats in different sizes or as crash ice. During experiments, the inventor recognized that the further processing of commercially available water ice, with initial temperatures down to -15 ° C, for example by further cooling and crushing, did not bring the hoped-for success, since the necessary crushing to obtain a material that can be jetted was caused by the The pressure to be applied creates a thin layer of water, which causes the crushed ice particles to freeze together immediately.
Als ein weiterer Nachteil hat sich der Kontakt des Wassereises mit der Umgebungsluft beim Abfüllen nach der Fertigung und beim Umfüllen in die Strahlvorrichtung erwiesen. Bei Kontakt mit der Umgebungsluft entsteht sofort ein Kondensat, das zum erneuten Zusammenfrieren führt.The contact of the water ice with the ambient air during filling after production and when transferring to the blasting device has proven to be a further disadvantage. When it comes into contact with the surrounding air, condensate is formed immediately, which leads to re-freezing.
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Die Analyse des Standes der Technik hat gezeigt, dass das normale CO2-Trockeneisstrahlen für Verunreinigungen, die durch die Kälte des Strahlmittels verspröden, bestens geeignet ist. Durch eine Zerkleinerung der handelsüblichen CO2-Pellets kann die Leistungsfähigkeit der CO2-Strahlanlagen erhöht und der Strahlmittelverbrauch reduziert werden. Eine Erhöhung der Aggressivität wird damit jedoch nicht erreicht. Die Weiterbearbeitung von handelsüblichen Wassereis durch weiteres Abkühlen und Zerkleinern und anschließendem Mischen mit CO2 Partikeln, hat sich als unrealistisch erwiesen.
Das Herstellen von Wassereis durch Einsprühen von Wasser in eine kalte Atmosphäre ist nur mit kleinen Wassermengen möglich, da das mit Raumtemperatur eingebrachte Wasser zu einem Temperaturanstieg führt und damit keine ausgeglichene Energiebilanz vorhanden ist.
Die geometrische Gestaltung der Tropf- und Sprühdüsen erfordert für die Ausbildung derTropfen einen konstanten Einspeisedruck, durch das Einbringen von Stickstoff und Wasser unterliegt der Druck in der Gasatmosphäre Veränderungen und dadurch bleibt der Einspeisedruck nicht konstant.The analysis of the state of the art has shown that normal CO 2 dry ice blasting is ideally suited for impurities that become brittle due to the coldness of the blasting agent. By shredding the commercially available CO 2 pellets, the efficiency of the CO 2 blasting systems can be increased and the consumption of blasting media can be reduced. However, this does not increase the aggressiveness. The further processing of commercial water ice by further cooling and crushing and subsequent mixing with CO 2 particles has proven to be unrealistic.
The production of water ice by spraying water into a cold atmosphere is only possible with small amounts of water, since the water brought in at room temperature leads to a rise in temperature and therefore there is no balanced energy balance.
The geometrical design of the drop and spray nozzles requires a constant feed pressure for the formation of the droplets; the introduction of nitrogen and water causes changes in the pressure in the gas atmosphere, which means that the feed pressure does not remain constant.
Nachdem der aufgezeigte Stand der Technik keine zufrieden stellende Lösung zur kontinuierlichen Herstellung von tiefkaltem Wassereis als Strahlmittel aufgezeigt hat, besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, den Arbeitsablauf zur Fertigung von tiefkaltm Wassereis so zu regeln, dass der Druck und die Temperatur der Gasatmosphäre sowie der Einspeisedruck im Verteilerkopf konstant bleibt bzw. in vorgegebenen Bereichen geregelt werden kann.Since the prior art has not shown a satisfactory solution for the continuous production of cryogenic water ice as a blasting agent, the object of the present invention is to regulate the workflow for the production of cryogenic water ice so that the pressure and temperature of the gas atmosphere and the The feed pressure in the distributor head remains constant or can be regulated in predetermined ranges.
Weiterhin besteht die Aufgabe der Erfindung darin, das Einsprühen des Stickstoffs in seiner Menge dem eingebrachten Wasser so anzupassen, sodas eine ausgeglichene Energiebilanz, unter Berücksichtigung der allgemeinen Verluste, erreicht wird.Furthermore, the object of the invention is to adapt the amount of the nitrogen sprayed in to the water introduced so that a balanced energy balance is achieved, taking into account the general losses.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, den Fertigungsrozess so zu regeln, dass im vorgegebenen Fertigungsablauf gleichzeitig Wassereis-Partikel unterschiedlicher Größe und in mehreren Schichten gefertigt werden können.Another object of the invention is to regulate the manufacturing process in such a way that water ice particles of different sizes and in several layers can be manufactured simultaneously in the specified manufacturing sequence.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, die fertigungsrelevanten Parameter so zu erfassen, dass eine spätere Auswertung des Fertigungsablaufes möglich ist und Rückschlüsse auf die Qualität gezogen werden können.Another object of the invention is to record the production-relevant parameters in such a way that a later evaluation of the production process is possible and conclusions can be drawn about the quality.
Weiterhin soll die Aufgabe der Erfindung darin bestehen, dass Abweichungen vom Fertigungsablauf oder Sicherheitskonzept, dies trifft auch für die direkte Umgebung zu, angezeigt und bei einer Gefährdung sofort Alarm ausgelöst wird.Furthermore, the object of the invention is to be that deviations from the production process or safety concept, this also applies to the direct environment, are displayed and an alarm is triggered immediately in the event of a hazard.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, indem der Druck und die Temperatur, sowie die Stickstoff- und Wassermengen mit mehreren Sensoren an unterschiedlichen Positionen gemessen werden und die Meßergebnisse der Sensoren in einem Steuerblock verarbeitet und der unterschiedliche Reaktionen, entsprechend des vorgegebenen Programms ausgelöst..The task is achieved by measuring the pressure and temperature as well as the nitrogen and water quantities with several sensors at different positions and processing the measurement results of the sensors in a control block and triggering different reactions according to the given program.
Zum Herstellen und Sichern der erforderlichen Arbeitstemperatur in der Cryo-Röhre, wird aus den Sprühdüsen an der Stickstoffringleitung unter Druck stehender flüssiger Stickstoff, bedingt durch die langsame Abkühlung der Cryo-Röhre und der Einbauten in Etappen, in die Cryo-Röhre eingeblasen und in den gasförmigen Zustand überführt. Mit den Gebläsen wird eine gleichmäßige Strömung aufgebaut, die eine stabile Arbeitstemperatur in der Cryo-Röhre gewährleisten soll. Die Temperatur wird im unteren Bereich der Cryo-Röhre gemessen und die Abweichungen durch Veränderugen in der Stickstoffzufuhr korrigiert. Ist die Temperatur konstant, werden die weiteren Arbeitsschritte freigegeben.To establish and secure the required working temperature in the cryo-tube, pressurized liquid nitrogen is blown from the spray nozzles on the nitrogen ring line, due to the slow cooling of the cryo-tube and the internals in stages, into the cryo-tube and into the transferred to the gaseous state. With the fans, a uniform flow is built up, which should ensure a stable working temperature in the cryo-tube. The temperature is measured in the lower area of the cryo-tube and the deviations are corrected by changing the nitrogen supply. If the temperature is constant, the further work steps are released.
Der Erfinder hat in Versuchen festgestellt, dass die sich am Austritt einer Düse bildenden Wassertropfen von der Größe, der Form und der Rauhigkeit der Düsenaustrittsfläche sowie von dem Düsendurchmesser und dem Differenzdruck zwischen den Düseneintritts- und Düsenaustrittsfläche beeinflußt werden. Durch die Variation dieser Parameter können bei einem bestimmten Druck, dem Differenzdruck, Wassertropfen unterschiedlicher Größe erzeugt werden. Mit der Kombination mehrerer Düsenvarianten ist es möglich, gleichzeitig Wassertropfen in unterschiedlichen Größen in die kalte Stickstoffatmosphäre der Cryo-Röhre einzubringen. Ändert sich der Differenzdruck, ändert sich auch der Wasserdurchsatz und damit 35 die Tropfenfolge und Tropfenform. Ist der Differenzdruck zu hoch, kommt es zu einem Wasserfaden am Düsenaustritt, mit der Folge, dass die Wassermenge nicht vollständig gefrieren kann und sich im Bodenbereich der Cryo-Röhre sammelt. Ist der Differenzdruck zu gering, bleiben die Wassertropfen zu lange an der Düsenaustrittsfläche und frieren dort bereits fest.The inventor has found in experiments that the water droplets forming at the outlet of a nozzle are influenced by the size, shape and roughness of the nozzle outlet surface as well as by the nozzle diameter and the differential pressure between the nozzle inlet and nozzle outlet surfaces. By varying these parameters, water droplets of different sizes can be generated at a certain pressure, the differential pressure. With the combination of several nozzle variants it is possible to introduce water droplets of different sizes into the cold nitrogen atmosphere of the cryo-tube at the same time. If the differential pressure changes, the water throughput and thus the drop sequence and drop shape also change. If the differential pressure is too high, a thread of water occurs at the nozzle outlet, with the result that the amount of water cannot freeze completely and collects in the bottom area of the cryo-tube. If the differential pressure is too low, the water droplets stay too long on the nozzle outlet surface and freeze there.
In der Cryo-Röhre entsteht durch das Einsprühen von Stickstoff, zum Kühlen der Cryo-Röhre, ein einstellbarer Arbeitsdruck. Mit Erreichen der Arbeitstemperatur ist auch der Arbeitsdruck erreicht, der mit einem Sensor gemessen wird. Um das Wasser mit der vorgegebenen Tropfenbildung in die Cryo-Röhre einzubringen, muß im Sammelraum des Verteilerkopfes ein Druck aufgebaut werden, der der Summe aus Arbeitsdruck und Differenzdruck entspricht. Der Sammelraum ist in sich geschlossen. Mit dem Einbringen des Tropfwassers, deren Menge ebenfalls gemessen und geregelt werden kann, wird das, sich im Sammelraum befindliche Gas solange verdichtet, bis der geforderte Druck, also die Summe aus Arbeits- und Differenzdruck, erreicht ist. Der Druck im Sammelraum wird ebenfalls mit einem Sensor gemessen. Mit dem Einbringen des Wassers und dem zum Einfrieren dieser Wassermenge erforderlichen Stickstoffs ändert sich der Arbeitsdruck in der Cryo-Röhre und damit auch der Differenzdruck, sofern der Druck im Sammelraum konstant bleibt. Nimmt der Arbeitsdruck in der Cryo-Röhre ab, wird der vorgebenen Druck im Sammelraum überschritten. Durch Öffnen des Entlastungsventil kann der geforderte Druck wieder eingestellt werden. Steigt der Arbeitsdruck in der Cryo-Röhre, fällt der Druck im Sammelraum unter den vorgegebenen Wert. Wird die Tropfwassermenge in kleinen Schritten erhöht, steigt der vorgegebene Wert wieder auf den im Steuerblock errechneten Wert.An adjustable working pressure is created in the cryo-tube by injecting nitrogen to cool the cryo-tube. When the working temperature is reached, the working pressure, which is measured with a sensor, is also reached. In order to bring the water into the cryo-tube with the given drop formation, a pressure must be built up in the collecting space of the distributor head which corresponds to the sum of the working pressure and the differential pressure. The collecting space is self-contained. With the introduction of the dripping water, the amount of which can also be measured and regulated, the gas in the collecting space is compressed until the required pressure, i.e. the sum of the working pressure and differential pressure, is reached. The pressure in the collecting space is also measured with a sensor. With the introduction of the water and the nitrogen required to freeze this amount of water, the working pressure in the cryo-tube changes and with it the differential pressure, provided the pressure in the collecting space remains constant. If the working pressure in the cryo-tube decreases, the specified pressure in the collecting space is exceeded. The required pressure can be set again by opening the relief valve. If the working pressure in the cryo-tube increases, the pressure in the collecting space falls below the specified value. If the amount of dripping water is increased in small steps, the specified value rises again to the value calculated in the control block.
Der Erfinder hat in Versuchen erkannt, dass für die Herstellung des tiefkalten Wassereises eine, von der Ausgangstemperatur des Wassers und der Arbeitstemperatur der Cryo-Röhre abhängige, Mindestmenge an Stickstoff erforderlich ist. Es wurde weiter erkannt, dass es bei gleichzeitigem Einbringen von Stickstoff und Wasser zu erheblchen Temperaturveränderungen in der Cryo-Röhre kommen kann. Die weiteren Untersuchungen haben ergeben, dass die Mindestmenge an Stickstoff zeitlich dosiert, in Abstimmung mit der im gleichen Zeitraum eingebrachten Wassermenge, eingebracht werden muß, damit die Energiebilanz ausgeglichen bleibt. Die Wassertropfen haben bei Eintritt in die Cryo-Röhre Raumtemperatur. Unmittelbar nach Eintritt in die Cryo-Röhre gilt für den Wärmeübergang die absolute Temperaturdifferenz, die aber, bedingt durch die stehende Gasatmosphäre, sich um den Wassertropfen bildende Gashülle, verringert wird. Um den Abkühlvorgang zu beschleunigen, wird die für die eingebrachte Wassermenge erforderliche Stickstoffmenge direkt im Mischbereich auf die Wassertropfen gesprüht. Die damit erreichte Strömung entfernt die Gashülle und begünstigt somit den direkten Kontakt zwischen Stickstoff und Wassertropfen. Die Temperatur im Mischbereich soll der Arbeitstemperatur der Cryo-Röhre entsprechen. Da nicht die gesamte Mindestmenge an Stickstoff sofort mit der eingebrachten Wassermenge in Kontakt kommt und mit Verlusten, z. B. durch die Isolation, gerechnet werden muß, wird die Temperatur im Mischbereich gemessen und eingegrenzt. Steigt die Temperatur über den vorgegebenen Grenzwert, wird die Stickstoffzufuhr erhöht und die Wasserzufuhr solange unterbrochen, bis der Sollwert wieder erreicht ist. Fällt die Temperatur unter den vorgegebenen Grenzwert, wird die Stickstoffzufuhr bis zum Erreichen der Arbeitstemperatur gedrosselt.The inventor has recognized in experiments that a minimum amount of nitrogen is required for the production of the deep-cold water ice, which is dependent on the starting temperature of the water and the working temperature of the cryo-tube. It was also recognized that the simultaneous introduction of nitrogen and water can lead to significant temperature changes in the cryo-tube. Further investigations have shown that the minimum amount of nitrogen must be dosed in a timed manner, in coordination with the amount of water introduced in the same period, so that the energy balance remains balanced. The water droplets have room temperature when they enter the cryo-tube. Immediately after entry into the cryo-tube, the absolute temperature difference applies to the heat transfer, but this is reduced due to the stagnant gas atmosphere and the gas envelope that forms around the water droplets. In order to accelerate the cooling process, the amount of nitrogen required for the amount of water introduced is sprayed directly onto the water droplets in the mixing area. The flow achieved in this way removes the gas envelope and thus promotes direct contact between nitrogen and water droplets. The temperature in the mixing area should correspond to the working temperature of the cryo-tube. Since not the entire minimum amount of nitrogen immediately comes into contact with the amount of water introduced and with losses, e.g. B. due to the insulation, the temperature is measured and limited in the mixed area. If the temperature rises above the specified limit value, the nitrogen supply is increased and the water supply is interrupted until the setpoint is reached again. If the temperature falls below the specified limit, the nitrogen supply is throttled until the working temperature is reached.
Die teilgefrorenen Wassertropfen werden durch die Stickstoffströmung zwar verwirbelt, fallen aber durch die Schwerkraft nach unten. Um die Fallgeschwindigkeit zu verringern und um damit die Einfrierzeit zu verlängern, sowie die Voraussetzungen für eine ein- oder mehrfache Schichtbildung zu schaffen, wird mit Hilfe mehrerer Gebläse eine Gegenströmung aufgebaut. Die Gegenströmung bewirkt, dass die Wassertropfen in einer bestimmten Ebene gehalten oder wieder nach oben geblasen werden, damit sie mit dem, aus den Düsen am Wasserring eingesprühten Zusatzsprühwasser, zur Bldung einer weiteren Eisschicht benetzt werden können. Durch die Einbauten, mit den Strömungskanälen kann die Strömungsgeschindigkeit einzeln verändert und damit die entstandenen Wassereis-Partikel solange dem Einfluß von Stickstoff und dem Zusatzsprühwasser ausgesetzt werden, bis die Masse so groß ist, dass die Gegenströmung den freien Fall nicht mehr aufhalten kann Die Kühlung der gesamten Cryo-Röhre ist ein relativ träge verlaufender Vorgang. Dagegen verlaufen der die Temperaturveränderungen im Mischbereich relativ schnell und erfordern kurze Reaktionszeiten. Das mit Raumtemperatur eingebrachte Wasser führt zu einem schnellenTemperaturanstieg im Mischbereich und zu einem, im Verhältnis langsamen, Temperaturanstieg in der gesamten Cryo-Röhre Beide Temperaturmeßbereiche reagieren und bringen die Temperatur wieder auf die vorgebene Arbeitstemperatur, wobei durch die geringe räumliche Größe des Mischbereiches die Korrektur schneller verläuftThe partially frozen water droplets are swirled by the nitrogen flow, but fall down by gravity. In order to reduce the speed of fall and thus to extend the freezing time, as well as to create the conditions for a single or multiple layer formation, a counter flow is built up with the help of several fans. The countercurrent causes the water droplets to be kept in a certain plane or blown up again so that they can be wetted with the additional spray water sprayed in from the nozzles on the water ring to form another layer of ice. Through the built-in components with the flow channels, the flow rate can be changed individually and the resulting water ice particles are exposed to the influence of nitrogen and the additional spray water until the mass is so great that the countercurrent can no longer stop the free fall entire cryo-tube is a relatively sluggish process. In contrast, the temperature changes in the mixing area are relatively quick and require short reaction times. The water introduced at room temperature leads to a rapid temperature increase in the mixing area and a relatively slow temperature increase in the entire cryo-tube runs
Der wesentlichen Vorteile der Erfindung besteht darin, dass die für die Herstellung von tiefkaltem Wassereis relevanten Parameter nicht einzeln erfaßt und in vorgegebenen Grenzen geregelt werden, sondern in ihrer Gesamtheit erfaßt werden und bei Abweichungen vom Sollwert sofort kurzfristig funktionell reagiert werden kann.The main advantages of the invention are that the parameters relevant for the production of deep-cold water ice are not recorded individually and regulated within specified limits, but are recorded in their entirety and can be functionally reacted to immediately in the event of deviations from the target value.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die geometrische Ausbildung der Tropfdüse, zur Bildung eines alleinigen Wassertropfens, einen genau bestimmbaren Differenzdruck zwischen Düseneintritts- und Düsenaustrittsfläche erfordert und bei einer Veränderung der geometrischen Ausbildung, bei gleichem Differenzdruck, sich Wassertropfen mit veränderten Größe bilden.Another essential advantage of the invention is that the geometric design of the drip nozzle, in order to form a single water droplet, requires a precisely determinable differential pressure between the nozzle inlet and nozzle outlet surfaces, and when the geometric design changes, at the same differential pressure, water droplets of different sizes are formed .
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass mit der Kombination mehrerer Tropfdüsen unterschiedlicher geometrischer Ausbildung, bei gleichem Differenzdruck, Wassertropfen unterschiedlicher Größe entstehen, die in einer tiefkalten Atmosphäre sofort, eine den Wassertropfen umschließende, dünne Eishülle bilden und somit ein Strahlmittel mit unterschiedlicher Partikelgröße gefertigt werden kann.Another advantage of the invention is that with the combination of several drip nozzles of different geometrical design, with the same differential pressure, water droplets of different sizes are created, which in a cryogenic atmosphere immediately form a thin ice shell surrounding the water droplets and thus produce a blasting agent with different particle sizes can be.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass zum Erreichen einer ausgeglichenen Energiebilanz die zum Kühlen der Cryo-Röhre und zum Einfrieren der Wassertropfen erforderlichen Stickstoffmengen getrennt eingebracht und die Temperatur im jeweiligen Wirkbereich getrennt gemessen und die erforderlichen Stickstoffmenge in Abhängigkeit der vorgegebenen Parameter ermittelt und dosiert werdenAnother essential advantage of the invention is that, in order to achieve a balanced energy balance, the amounts of nitrogen required to cool the cryo-tube and to freeze the water droplets are introduced separately and the temperature is measured separately in the respective effective range and the required amount of nitrogen is determined and determined as a function of the specified parameters be dosed
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die eingebrachte Wassermenge ständig ermittelt wird und die zum durchfrieren der eingebrachten Wassermenge erforderlichen Stickstoffmenge, in Abhängigkeit von den vorgegebenen Fertigungsparametern, errechnet und entsprechend dosiert eingebracht wird und somit die Energiebilanz ausgeglichen gehalten werden kann.Another advantage of the invention is that the amount of water introduced is constantly determined and the amount of nitrogen required to freeze the amount of water introduced, depending on the specified manufacturing parameters, is calculated and appropriately dosed and thus the energy balance can be kept balanced.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß der für die Ausbildung der Wassertropfen erforderliche Differenzdruck, bei fertigungsbedingten Druckschwankungen in der Cryo-Röhre, konstant gehalten werden kannAnother advantage of the invention is that the differential pressure required for the formation of the water droplets can be kept constant in the case of production-related pressure fluctuations in the cryo-tube
Vorteilhaft ist weiterhin, daß die zum Durchfrieren des Wassertropfens erforderliche Zeit nicht nur vom freien Fall sondern auch durch eine Gegenströmung bestimmt wird.It is also advantageous that the time required for the water droplet to freeze through is determined not only by free fall but also by a countercurrent.
Vorteilhaft ist weiterhin, daß durch die Intensität der Gegenströmung die Bildung einer oder mehrerer weiteren Wassereisschichten ermöglicht wird.It is also advantageous that the intensity of the countercurrent enables the formation of one or more additional water ice layers.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Intensität der Gegenströmung in jedem Strömungskanal verändert werden kann, damit Wassereis-Partikel mit unterschiedlichen Größen gefertigt werden können.Another advantage of the invention is that the intensity of the countercurrent can be changed in each flow channel so that water ice particles of different sizes can be produced.
Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben werden. Es zeigen
-
1 : Prinzipieller Aufbau der Steuerung -
2 : Steuerungsschema
-
1 : Basic structure of the control -
2 : Control scheme
In eine geschlossene Cryo-Röhre (
Im Deckel (
Die Gesamtwassermenge
Die Tropfwassermenge
Die Zahl der Tropfdüsen (
In der Cryo-Röhre (
In die kalte Stickstoffatmosphäre der Cryo-Röhre (
Für die pro Zeiteinheit
Aus dem Verteilerkopf (
Die Sprühwassermenge
Die aus der Ringleitung Sprühdüse (
Es ist bekannt, dass das Wasser, um von der Ausgangstemperatur
Für die pro Zeiteinheit eingebrachte Wassermenge kann die, für die Kühlung erforderliche Stickstoffmenge definiert werden.The amount of nitrogen required for cooling can be defined for the amount of water introduced per unit of time.
Dies gilt aber nur dann, wenn jeder Stickstoffpartikel auch die zugehörigen Wassertropfen trifft. Das seitliche Einsprühen des Stickstoffs führt zu einer Verwirbelung der Wassertropfen mit den Stickstoffpartikeln und damit zu einer schwankenden Veränderung der Temperatur
Im Normalfall fallen die Tropfen (
Die Funktion erfolgt wie folgt:
- Alle Ventile sind geschlossen.
- All valves are closed.
Das VentilV1 in der Stickstoffleitung zur Sprühdüse (
Mit dem Entspannen des unter dem Druck
Zur Fertigung von Wassereis werden die Tropfdüsen (
Es gilt
Die Druckanpassung im Sammelraum (
Die Wassertropfen (
Die eingebrachte Wassermenge
Das durch die Gebläse (
Die Wassertropfen
Das im Sammelkegel (
Die Zufuhr von Stickstoff und Wasser in die Cryo-Röhre (
Ist der Differenzdruck
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- Cryo-RöhreCryo-tube
- 22
- Ringleitung mit SprühdüseRing line with spray nozzle
- 33
- Deckellid
- 44th
- VerteilerkopfDistributor head
- 55
- TropfventilDrip valve
- 66th
- SammelraumCollection room
- 77th
- TropfdüseDrip nozzle
- 88th
- WassertropfenWaterdrop
- 99
- WassersprühdüseWater spray nozzle
- 1010
- SprühkegelSpray cone
- 1111
- Stickstoffring mit KältedüsenNitrogen ring with cooling nozzles
- 1212th
- MischbereichMixing area
- 1313th
- Gebläsefan
- 1414th
- AnsaugstutzenIntake manifold
- 1515th
- StrömungskanalFlow channel
- 1616
- EinbautenInternals
- 1717th
- WasserringWater ring
- 1818th
- SammelkegelCollecting cone
- 1919th
- AuslaufOutlet
- 2020th
- InnenbereichIndoor
- 2121
- EntlastungsventilRelief valve
- DRDR
- Rauhigkeit der DüsenaustrittsflächeRoughness of the nozzle exit surface
- DFDF
- Form der TropfdüsenaustrittsflächeShape of the drip nozzle outlet area
- DDDD
- DüsendurchmesserNozzle diameter
- dN2dN2
- momentan eingebrachte Stickstoffmengecurrently introduced amount of nitrogen
- dWGdWG
- momentan eingebrachte Wassermengecurrently introduced amount of water
- N1N1
- Stickstoffmenge zum Kühlen der Cryo-RöhreAmount of nitrogen to cool the cryo-tube
- N2N2
- Stickstoffmenge zum Kühlen des WassersAmount of nitrogen used to cool the water
- MGMG
- Masse der Cryo-RöhreMass of the cryo-tube
- WGFlat share
- GesamtwassermengeTotal amount of water
- WCWC
- Wassermenge VerteilerkopfWater volume distributor head
- W1W1
- TropfwassermengeAmount of dripping water
- W2W2
- SprühwassermengeAmount of water spray
- W3W3
- ZusatzsprühwasserAdditional spray water
- T1T1
- Arbeitstemperatur in der Cryo-RöhreWorking temperature in the cryo-tube
- T2T2
- Ausgangstemperatur des WassersOutlet temperature of the water
- TDTD
- TemperaturdifferenzTemperature difference
- T1OT1O
- obere Arbeitstemperaturupper working temperature
- T1UT1U
- untere Arbeitstemperaturlower working temperature
- tEtE
- EnfrierzeitFreezing time
- t1t1
- Öffnungszeit V1Opening time V1
- t2t2
-
Einschaltzeit Gebläse
13 .1Fan switch-on time13th .1 - t3t3
-
Einschaltzeit Gebläse
13 .2Fan switch-on time13th .2 - t4t4
-
Einschaltzeit Gebläse
13 .3Fan switch-on time13th .3 - t5t5
-
Einschaltzeit Gebläse
13 .4Fan switch-on time13th .4 - t6t6
-
Einschaltzeit Gebläse
13 .5Fan switch-on time13th .5 - t7t7
-
Einschaltzeit Gebläse
13 .6Fan switch-on time13th .6 - t8t8
-
Öffnungszeit Tropfdüsen (
7 ) durch Z8Opening time drip nozzles (7th ) through Z8 - t9t9
-
Öffnungszeit Ringventil
V7 durch Z9Opening time ring valveV7 through Z9 - t10t10
-
Öffnungszeit Wassersprühdüse (
9 ) durch Z10Opening time water spray nozzle (9 ) through Z10 - GSGS
- GegenströmungCountercurrent
- Q1Q1
- Wärmemenge des WassersAmount of heat in the water
- QwabQwab
- vom Wasser abzugebende Wärmemengeamount of heat to be given off by the water
- QNaufQNauf
- vom Stickstoff aufzunehmende Wärmemengeamount of heat to be absorbed by nitrogen
- S1S1
- Durchflußmenge Stickstoff N1Flow rate nitrogen N1
- S2S2
- Temperatur in Cryo-RöhreTemperature in cryo-tube
- S3S3
- Druck in der Cryo-RöhrePressure in the cryo-tube
- S4S4
- Durchflußmenge WGFlow rate WG
- S5S5
- Durchflußmenge W1Flow rate W1
- S6S6
-
Durchflußmenge
W2 + W3Flow rateW2 + W3 - S7S7
- Druck im Sammelraum VerteilerkopfPressure in the manifold head plenum
- S8S8
- Temperatur WassereingangWater inlet temperature
- S9S9
- Durchflußmenge Stickstoff N2Flow rate nitrogen N2
- S10S10
- Temperatur im MischbereichTemperature in the mixing area
- S11S11
- Temperatur am SammelkegelTemperature at the collecting cone
- V1V1
- Stickstoffventil Kühlung Cryo-RöhreNitrogen valve cooling cryo-tube
- V2V2
- Druckbegrenzungsventil Cryo-RöhrePressure relief valve cryo-tube
- V3V3
- Wasserventil W1Water valve W1
- V4V4
- Drosselventil Stickstoff N1Throttle valve nitrogen N1
- V5V5
- Druckbegrenzungsventil Sammelraum VerteilerkopfPressure relief valve collecting chamber distributor head
- V6V6
- SprühventilSpray valve
- V7V7
- RingventilRing valve
- V8V8
- DrosselventilThrottle valve
- p1p1
- Stickstoffdruck flüssigLiquid nitrogen pressure
- p2p2
- Druck in der Cryo-RöhrePressure in the cryo-tube
- p3p3
- Druck im SammelraumPressure in the collecting space
- p4p4
- DifferenzdruckDifferential pressure
- p5p5
- SprühdruckSpray pressure
- Z1Z1
- Zeitbaustein für V1Time module for V1
- Z2Z2
- Zeitbaustein für R1Time module for R1
- Z3Z3
- Zeitbaustein für R2Time module for R2
- Z4Z4
- Zeitbaustein für R3Time module for R3
- Z5Z5
- Zeitbaustein für R4Time module for R4
- Z6Z6
- Zeitbaustein für R5Time module for R5
- Z7Z7
- Zeitbaustein für R6Time module for R6
- Z8Z8
-
Öffnungszeit
t8 Tropfdüsen (7 )Opening timet 8 Drip nozzles (7th ) - Z9Z9
-
Öffnungszeit
t9 Ringventil V7Opening timet 9 Ring valve V7 - Z10Z10
-
Öffnungszeit
t10 Wassersprühdüse (9 )Opening timet 10 Water spray nozzle (9 )
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- DE 10309191 A1 [0003]DE 10309191 A1 [0003]
- WO 2003101667 A1 [0004]WO 2003101667 A1 [0004]
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- DE 102004057665 A1 [0007]DE 102004057665 A1 [0007]
- DE 202010000713 U1 [0007]DE 202010000713 U1 [0007]
- WO 2015/074765 A1 [0008]WO 2015/074765 A1 [0008]
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- DE 3434163 A1 [0010]DE 3434163 A1 [0010]
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