DE60132346T2

DE60132346T2 - Granulierpresse für trockeneis

Info

Publication number: DE60132346T2
Application number: DE60132346T
Authority: DE
Inventors: Steen Johansen
Original assignee: Cold Blasting ApS
Current assignee: Cold Blasting ApS
Priority date: 2000-09-05
Filing date: 2001-08-14
Publication date: 2009-01-15
Anticipated expiration: 2021-08-15
Also published as: KR20030046425A; CA2421261A1; WO2002021059A1; CA2421261C; JP2004508270A; EP1328765B1; AU2001281748A1; US20040035146A1; ATE383556T1; US6986265B2; KR100829916B1; EP1328765A1; ES2299503T3; DK1328765T3; DE60132346D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Herstellung von Trockeneis-Pellets. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zum Trockeneis-Strahlen, eine mobile Einheit und die Verwendung einer solchen Vorrichtung.
In US-A-5 845 516 , eine Schrift, die als der nächste Stand der Technik betrachtet werden kann, wird eine Vorrichtung zur Herstellung von Trockeneis-Pellets beschrieben, die eine Mehrzahl von Presskammern hat, von denen jede einen zu bewegenden Kolben aufweist zum Komprimieren von Kohlendioxid in den festen Zustand und zum Drücken des Kohlendioxids im festen Zustand durch eine perforierte Scheibe, die am Ende jeder Presskammer angeordnet ist, wobei jede Presskammer mit einem Einlass zum Zuführen von flüssigem Kohlendioxid und mit einem Auslass für gasförmiges Kohlendioxid versehen ist und die Kolben in den verschiedenen Presskammern gegeneinander zeitlich versetze Zyklen haben, so dass hergestellte Trockeneis-Pellets die Kammern zu unterschiedlichen Zeiten verlassen.
Eis aus Kohlendioxid, Trockeneis genannt, wird in Verbindung mit dem Kühlen von Lebensmitteln verwendet, da es, wenn es bei Raumtemperatur auftaut, verdampft und keine Rückstände hinterlässt. Außerdem ist die Substanz nicht giftig, was ein wichtiges Merkmal ist.
Eine weitere Anwendung findet das Trockeneis, wenn es zur Reinigung auf Oberflächen geblasen oder gestrahlt wird. Dabei werden Trockeneis-Pellets beschleunigt und gegen die Oberfläche eines Objektes gerichtet, um die Beschichtung der Oberfläche, beispielsweise Farbreste oder Schmutz, zu entfernen.
Trockeneis-Pellets werden traditionellerweise mit einer Trockeneispresse hergestellt, in die flüssiges Kohlendioxid unter Expansion in eine Presskammer eingelassen wird, wobei ein Teil, üblicherweise eine Hälfte, des zugeführten Kohlendioxids verdampft. Die Verdampfungswärme führt zu einem Temperaturabfall, wodurch Kohlendioxid in Form von Schnee in der Presskammer gebildet wird. Die ser Kohlendioxidschnee wird dann durch einen Kolben einem Druck ausgesetzt, wodurch, abhängig vom Druck, komprimierter Schnee oder Eis gebildet wird. Während der Kompression des Schnees in der Presskammer wird das komprimierte Kohlendioxid durch eine perforierte Platte gedrückt, wodurch an der Außenseite Eis-Pellets abgegeben werden. Diese Trockeneis-Pellets werden in einem Behälter für den Weitertransport gesammelt, um beispielsweise Lebensmittel einzufrieren oder einen Trockeneis-Strahlvorgang durchzuführen.
Da die Pressvorrichtungen für Trockeneis-Pellets das Aufbauen eines hohen Drucks erfordern, werden im Allgemeinen großformatige Pressen gebaut, da in der Industrie das Vorurteil herrscht, dass hoher Druck und hohe Produktionskapazität auch große Vorrichtungen mit großen Materialmengen erfordern, um dem Druck widerstehen zu können.
Beispiele für Vorrichtungen zur Herstellung von Trockeneis-Pellets für das Strahlen mit Trockeneis sind in den U.S. Patenten 5 473 903 und 5 845 516 beschrieben. Die hier beschriebenen Vorrichtungen sind verhältnismäßig groß und wiegen zwischen 1200 und 1500 kg, sie erzeugen im Betrieb etwa zweimal pro Minute eine Portion Trockeneis-Pellets. Im Trockeneis-Blasbetrieb werden die Trockeneis-Pellets fortlaufend verwendet, was bedeutet, dass die Pellets aus der Vorrichtung in einem Behälter aufgefangen und von dort in kleineren Portionen an ihr Ziel transportiert werden müssen. Die Größe der Vorrichtung bringt es mit sich, dass sie nicht für kurze Produktionsunterbrechungen geeignet ist. Außerdem beginnt der Vorgang der Herstellung von Trockeneis-Pellets nicht sofort, sondern erfordert eine längere Vorbereitungszeit, da die Kühlzeit für eine so große Vorrichtung lang ist.
Wird die Vorrichtung unmittelbar im Zusammenhang mit einer Trockeneis-Strahleinheit verwendet, machen diese Bedingungen einen größeren Behälter erforderlich, da eine Unterbrechung in der Trockeneisabnahme, beispielsweise von wenigen Minuten, um das abzustrahlende Objekt zu drehen oder auszutauschen, zum Ansammeln von erzeugten Trockeneis-Pellets führt.
Eine zweite Lösung des Problems besteht darin, die hergestellten Pellets in Behältern zu sammeln und sie darin zur Trockeneis-Strahleinheit am Einsatzort zu transportieren. Dieser Transport bewirkt jedoch einen hohen Verlust an Pellets durch Verdampfung aus den nur zum Teil isolierten Behältern. Es müssen dann täglich neue Trockeneis-Pellets zur Strahleinheit transportiert werden, was ein großen Nachteil ist.
Mit einer mobilen Trockeneispresse wäre es möglich, Trockeneis-Pellets am Verwendungsort herzustellen, was zu einer viel größeren Anwendungsbreite und einer einfacheren Anwendung führen würde. Darum besteht in der Industrie ein Bedürfnis nach einer mobilen Trockeneis-Pellet-Presse. Die bekannten Vorrichtungen sind jedoch für diesen Zweck nicht geeignet, da sie zu groß sind. Das Fertigen von mobilen Vorrichtungen derselben Konstruktion wie die stationären Vorrichtungen des Standes der Technik ist auch nicht vorteilhaft, da diese mobilen Vorrichtungen eine zu geringe Produktionskapazität hätten, so dass die Herstellung von Trockeneis-Pellets am Ort der Verwendung nicht mehr wirtschaftlich wäre.
Es ist das Ziel der Erfindung, eine Vorrichtung zur Herstellung von Trockeneis-Pellets zu schaffen, die die oben genannten Nachteile nicht aufweist und die besonders geeignet für kompakte Einheiten, vorzugsweise mobile Einheiten ist.
Dieses Ziel wird mit einer Vorrichtung erreicht, wie sie in der Einleitung erwähnt wurde, und zeichnet sich dadurch aus, wie im Kennzeichenteil des Anspruches 1 angegeben ist.
Durch die Erfindung wird eine Vorrichtung zur Herstellung von Trockeneis geschaffen, die viel leichter und kompakter ist als es die Einheiten nach dem Stand der Technik sind, und die trotz ihrer geringen Größe eine verhältnismäßig hohe Produktionskapazität aufweist.
Da die erfindungsgemäße Vorrichtung mit mehreren Presskammern versehen ist, kann auch mit sehr viel kleineren Presskammern eine Herstellung von Trockeneis-Pellets in einer Menge erreicht werden, die der Ausbeute von viel größeren Einheiten nach dem Stand der Technik vergleichbar ist, die eine oder zwei Presskammern haben. Dadurch wird eine Vorrichtung geschaffen, die weit kompakter und leichter ist als Einheiten nach dem Stand der Technik.
Die Vorrichtung kann so aufgebaut sein, dass die Produktionskapazität an Trockeneis-Pellets geringer ist als bei Einheiten nach dem Stand der Technik. Da die Produktionskapazität im Vergleich zur Größe der Vorrichtung weitaus größer ist als bei bekannten Prinzipien, ist eine Vorrichtung gemäß der Erfindung für mobile Einheiten geeignet.
Die kleineren Presskammern in einer Vorrichtung gemäß der Erfindung müssen einem Druck standhalten, der dem Druck in größeren Presskammern in Einheiten nach dem Stand der Technik vergleichbar ist, jedoch können die ausreichenden Wandstärken der kleinen Kammer gegenüber der Wandstärke in großen Kammern verringert werden, was Material einspart. Da die Kolbenfläche ebenfalls geringer sein kann als in Vorrichtungen nach dem Stand der Technik, ist die Gesamtkraft auf den Kolben kleiner, weswegen weniger Material für die Kolben verwendet wird.
Im Grundsatz gibt es keine Beschränkung bei der Anzahl von Presskammern in einer Vorrichtung gemäß der Erfindung. Alle Kammern sind über eine Verbindungsstange mit einer Kurbelwelle verbunden; die Welle wird durch einen Motor angetrieben, z. B. durch einen Benzin- oder Dieselmotor oder durch einen Elektromotor. Die Kolben in den verschiedenen Kammern durchlaufen ihren hin- und hergehenden Zyklus zeitlich versetzt oder abgestuft. Bei einer Vorrichtung mit sechs Kolben ergeben sich damit beispielsweise sechs Produktionszyklen für Trockeneis-Pellets im Laufe einer Umdrehung der Kurbelwelle, wenn die sechs Kolben ihren toten Punkt zu unterschiedlichen Zeiten erreichen. Es ist jedoch auch möglich, dass die sechs Kolben paarweise ihren toten Punkt erreichen, so dass man von drei Zyklen pro Umdrehung der Kurbelwelle sprechen kann. Außerdem ist es möglich, dass in einer Vorrichtung gemäß der Erfindung zwei oder mehr Kolben sich synchron bewegen, d. h. gleichzeitig ihren toten Punkt erreichen.
Es hat sich herausgestellt, dass eine Vorrichtung gemäß der Erfindung mit Presskammern hergestellt werden kann, die eine Zykluszeit von einer halben Sekunde haben. Bei sechs Presskammern wird damit eine Produktion von Trockeneis-Pellets mit einer Frequenz von 12 Hz erreicht. Da die Produktionszeit für jede Presskammer während eines Zyklus etwa ein Sechstel dieses Zyklus ist, wird eine fast kontinuierliche Pellet-Produktion erreicht, ohne dass eine Produktionsunterbrechung auftritt, da eine Presskammer mit der Produktion von Trockeneis-Pellets beginnt, bevor eine andere Kammer ihre Produktion beendet hat.
Dieses Ergebnis muss mit der Produktionsfrequenz von einem Zyklus pro 20 Sekunden in bekannten Vorrichtungen verglichen werden. Aus der sehr viel höheren Produktionsfrequenz von Trockeneis-Pellets ist zu folgern, dass ein großer Sammelbehälter für die Pellets vor einem weiteren Transport nicht erforderlich ist, zum Beispiel an den Ort des Trockeneisstrahlens. Das ist ein weiterer Vorteil, insbesondere, wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung in mobilen Einheiten einzusetzen ist.
Werden die Trockeneis-Pellets ununterbrochen an den Ort des Trockeneisstrahlens transportiert, kann aufgrund der relativ hohen Produktionsrate eine fast ununterbrochene Zufuhr von Pellets an die Trockeneis-Blaseinrichtung erreicht werden, was ein weiterer wünschenswerter Vorteil für eine mobile Einheit ist.
Da die erfindungsgemäße Vorrichtung kleiner und kompakter ist als bekannte Einheiten, ist es möglich, die Herstellung von Trockeneis-Pellets sehr schnell zu beginnen und zu unterbrechen, weshalb es nicht erforderlich ist, große Vorratsbehälter für Pellets für den Fall vorzuhalten, wenn der Verbrauch von Pellets für eine kurze Zeit stoppt; siehe auch die Diskussion in der Einleitung zur vorliegenden Beschreibung.
Mindestens ein Teil der Außenwand der Presskammer ist von flüssigem Kohlendioxid umschlossen, wie es auch die Innenwand der Presskammer ist, so dass sie gegenüber der Temperatur des Kohlendioxidschnees innerhalb der Presskammer erwärmt sind. Auf diese Weise bildet sich kein Kohlendioxideis an der Innenwand der Presskammer, und die Reibung zwischen dem Kolben und der Innenwand ist verringert. Diese Weiterentwicklung der Erfindung kann auch vorteilhafter Weise in Vorrichtungen nach dem Stand der Technik angewendet werden, ist jedoch besonders nützlich in Verbindung mit einer Vorrichtung gemäß der Erfindung. Da die Reibung zwischen Kolben und Innenwand der Presskammer weit geringer ist als in bekannten Vorrichtungen, können Kolben, Verbindungsstangen und die Kurbelwelle so dimensioniert werden, dass weitaus weni ger Material gebraucht wird als im Stand der Technik zur Zeit vorausgesetzt wird. Diese Maßnahme des geringeren Materialverbrauchs ist besonders von Nutzen bei der Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Zusammenhang mit einer mobilen Einheit.
Durch das Umhüllen der Presskammern in einer Vorrichtung gemäß der Erfindung mit flüssigem Kohlendioxid werden weitere Vorteile erzielt. Erstens bewirkt dies, dass die Presse kühl bleibt, wenn die Herstellung von Trockeneis-Pellets unterbrochen wird. Zweitens führt es zu einer Möglichkeit, die Presse zu vereinfachen, was nachfolgend erläutert wird. Wenn das Reservoir an Umhüllungs-Kohlendioxid so bemessen ist, dass es eine Kohlendioxidmenge enthält, die im Vergleich zu der derzeit verwendeten Menge vergleichsweise groß ist, wirkt das Reservoir als Puffer für den Kohlendioxidverbrauch der Trockeneis-Pellet-Herstellung. Wenn also ein kleiner Teil des für die Umhüllung verwendeten flüssigen Kohlendioxids für die Trockeneisproduktion abgezogen wird, verändern sich Druck und Temperatur dieses Puffers nicht wesentlich. Das bedeutet, dass Druck und Temperatur in dem Ventil am Eingang zur Presskammer sich auch nicht wesentlich ändern und darum das Ventil nicht zufriert. Daraus ergibt sich, dass sehr einfache und leichte Ventile verwendet werden können, die bisher nicht eingesetzt werden konnten. Das vereinfacht und verbilligt nicht nur die Herstellung und die Wartung, sondern führt auch zu einer zusätzlichen Materialeinsparung, was von großem Vorteil ist, wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung im Zusammenhang mit einer mobilen Einheit verwendet wird.
Während der Herstellung von Trockeneis wird das Kohlendioxid durch eine perforierte Platte am Ende der Presskammer gepresst. Um eine definierte Länge der Trockeneis-Pellets zu erreichen, kann eine Schneideinheit an jeder perforierten Platte, angeordnet sein, zum Beispiel eine Propeller-Schneideinheit, wie sie in dem oben genannten U.S.-Patent 5 473 903 beschrieben ist. Typische Trockeneis-Pellets haben einen Durchmesser von 1 bis 4 mm und eine Länge von 1 bis 10 mm. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Pellet-Größen begrenzt.
Eine weitere Schneideinheit kann als eine Schraube ausgebildet sein, die quer über die perforierten Platten läuft. In diesem Fall weisen die perforierten Platten eine konkave Außenseite auf, an der die Schraube angeordnet ist. Auf die Weise kann ein und dieselbe Schraube für alle Presskammern in der Vorrichtung verwendet werden, was dazu beiträgt, der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine sehr kompakte Form zu geben, was ganz allgemein von Vorteil ist, insbesondere jedoch dann, wenn die Vorrichtung im Zusammenhang mit einer mobilen Einheit zu verwenden ist. Es ist in den Bereich der Erfindung eingeschlossen, dass mehrere Schrauben für den Transport der Trockeneis-Pellets verwendet werden, wenn dies von Vorteil ist.
Alternativ kann anstelle einer Schraube mit einer schraubenförmigen Schneidklinge eine Schneideinheit mit einer oder mehreren Schneidklingen verwendet werden, die parallel zur Rotationsachse angeordnet sind.
Bei Vorrichtungen zur Trockeneisproduktion nach dem Stand der Technik wird das erzeugte Kohlendioxidgas aus dem System abgelassen. Dies ist eine Verschwendung von Resourcen, wurde jedoch gewählt, da sich die Aufmerksamkeit bisher nicht auf volumensenkende Maßnahmen konzentrierte. Bei kompakten Einheiten, insbesondere bei mobilen Einheit, ist es jedoch von Vorteil, das Kohlendioxidgas wieder zu verwenden, da ein kleiner Begleitbehälter für Kohlendioxid dann ausreicht. Wird das verdampfte Kohlendioxid aufgefangen und wieder verwendet, kann der Verbrauch von flüssigem Kohlendioxid um 50% verringert werden. Die Rückgewinnungsmöglichkeit bedeutet also einen beachtlichen wirtschaftlichen Vorteil.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezug auf die Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1a bis 1d vier Stufen der entsprechenden Funktion einer konventionellen Presskammer,
2a bis 2b in schematischer Darstellung drei Presskammern gemäß der Erfindung in einer kombinierten Konstruktion als Seitenansicht bzw. Draufsicht,
3a bis 3c drei jeweils senkrechte Ansichten einer konventionellen Schneideinheit, deren Schneidklingen sich parallel zur Rotationsachse erstrecken,
4 drei Ansichten einer konventionellen Schneideinheit der schraubenförmigen Art,
5 ein Diagramm der Verbindung zwischen einer konventionellen Presskammer und einer Kohlendioxid-Rückgewinnungsanlage,
6 ein Diagramm der Rückgewinnungsanlage in einer ersten konventionellen Ausführungsform und
7 ein Diagramm der Rückgewinnungsanlage in einer zweiten konventionellen Ausführungsform.
1a zeigt eine Presskammer 101 mit einer Seitenwand 102 und einer perforierten Platte 103. Ein Kolben 104, der in der Presskammer 101 linear zu bewegen ist, wird mit Hilfe eines Verbindungsstabes 105, der über ein Verbindungsglied 106 mit einer Verbindungsstange 107 verbunden ist, in der Kammer hin- und herbewegt. Die Verbindungsstange 107 ist mit einem Drehlager 108 der Kurbelwelle 109 im Angriff. Außerdem ist die Presskammer 101 mit einem Einlass 110 und einem Einlassventil 111 für flüssiges Kohlendioxid sowie einem Auslass 112 für Kohlendioxid in gasförmigem Zustand ausgestattet.
Die 1a bis 1d stellen die Funktion der Presskammer 101 dar. In 1a ist die perforierte Platte 103 mit Trockeneis 113 aus dem letzten Produktionszyklus zugesetzt. Aufgrund der Rotation der Kurbelwelle 109 in Richtung der durch den Pfeil 114 angezeigten Richtung wird der Kolben 104 in die von der perforierten Platte 103 weg führenden Richtung bewegt, was mit einem zweiten Pfeil 115 angezeigt ist. Während dieser Bewegung wird flüssiges Kohlendioxid 118 vom geöffneten Einlassventil 111 durch den Einlass 110 in den Innenraum 116 der Presskammer 101 zugeführt, wodurch aufgrund der Druckunterschiede zwischen dem Einlass 110 und dem Innenraum 116 der Presskammer sich Kohlendioxidschnee 117 und Kohlendioxidgas 119 bilden. Das Gas verlässt den Innenraum 116 über den Auslass 112. Ein Filternetz 120 am Auslass 112 hält den Kohlendioxidschnee 117 im Intern der Kammer 116 zurück.
In 1b hat der Kolben 103 seinen ersten toten Punkt erreicht und der Innenraum 116 der Kammer ist mit Kohlendioxidschnee ausgefüllt. Das Ventil 11 wird danach geschlossen, wie in 1c gezeigt. Während der fortlaufenden Rotati on der Kurbelwelle 109 wird der Schnee 117 zu einer festen Masse komprimiert und durch die Öffnungen in der perforierten Platte 103 gepresst, wie in 1d gezeigt, wo der Kolben 104 seinen zweiten toten Punkt erreicht hat und den Rückhub beginnt.
In den 2a und 2b ist die Presskammer 101 in zwei unterschiedlichen Ansichten mit den Verbindungsstangen 105 und 107, gemeinsam mit Verbindungsstangen 107', 107'' und Lagern 108', 108'' für die beiden anderen Presskammern 101', 101'', zu sehen. Die dargestellten drei Kolben 104, 104' und 104'' haben zueinander unterschiedliche Positionen, und ihre Zyklen werden bei einem Drittel der Umdrehung der Kurbelwelle 109 zueinander versetzt ausgeführt. Bei jeder Umdrehung der Kurbelwelle 109 werden auf die Weise drei Portionen von Trockeneis-Pellets hergestellt.
Um eine kontinuierliche Herstellung von Pellets zu erreichen, muss die Anzahl von Presskammern an die Produktionszeit jeder der Presskammern innerhalb eines Zyklus angepasst werden. Liegt die Produktionszeit bei einem Sechstel oder einem Achtel eines Zyklus, werden sechs bzw. acht Presskammern benötigt, die im Winkel versetzt mit einem Sechstel bzw. Achtel einer Kurbelwellenumdrehung arbeiten.
Das Trockeneis 113 verlässt die perforierte Platte 103 in Stangenform, wobei jede Stange einen Querschnitt aufweist, der gleich dem Loch ist, durch das die Stange hindurchgepresst wurde. Um Trockeneis-Pellets zu formen, schneidet eine Schneideinheit diese Stangen in geeignete Längen.
Die Vorrichtung gemäß der Erfindung kann unterschiedliche Pellet-Größen liefern und mit unterschiedlichen Kolbendrücken arbeiten. Beispielsweise ist der Innendurchmesser der Presskammern zwischen 10 und 80 mm, vorzugsweise zwischen 15 und 30 mm und im günstigsten Fall zwischen 18 und 25 mm. Der Kolbenhub kann beispielsweise zwischen 20 und 300 mm betragen, vorzugsweise zwischen 30 und 150 mm und im günstigsten Fall zwischen 50 und 100 mm. Der Druck des Kolbens, den er auf das feste Kohlendioxid ausübt, liegt beispielsweise zwischen 20 und 1000 bar, vorzugsweise zwischen 80 und 500 bar und im günstigsten Fall zwischen 200 und 400 bar. Die Zykluszeit eines Zyklus der Presskammern mit sich hin- und herbewegenem Kolben liegt beispielsweise zwischen 0,05 und 30 Sekunden, vorzugsweise zwischen 0,2 und 5 Sekunden und im günstigsten Fall zwischen 0,5 und 2 Sekunden.
In 2a ist eine zweite Ausführungsform eines Einlassventils 201 gezeigt. Dieses Einlassventil 201 ist als ein Verschlussglied in einem Ventilsitz 203 ausgeführt, der mechanisch mit der Wand der Presskammer verbunden ist, wobei das Verschlussglied 202 in einem Reservoir 204 von flüssigem Kohlendioxid umgeben ist, das zumindest teilweise die Presskammern umgibt. Das umgebende Reservoir 204 an flüssigem Kohlendioxid enthält eine Kohlendioxidmenge, die im Vergleich zu der derzeit verwendeten Menge verhältnismäßig groß ist, so dass Druck und Temperatur in diesem Puffer sich nicht wesentlich verändern. Das führt dazu, dass sich Druck und Temperatur im Ventil 201 am Einlass 110 zur Presskammer 101 nicht wesentlich verändern und das Ventil darum nicht einfriert, auch dann nicht, wenn das Ventil von sehr einfachem Aufbau ist.
In den 3a bis 3c wird eine Schneideinheit 301 in drei verschiedenen Ansichten gezeigt; 3a zeigt die Schneideinheit, wie sie in senkrechter Richtung zu den Presskammern 101, 101', 101'' und senkrecht zur Rotationsachse 302 der Schneideinheit 301 erscheint. 3c zeigt die Schneideinheit 301, wie sie in senkrechter Richtung zu den Presskammern und parallel zur Rotationsachse 302 der Schneideinheit erscheint. 3c zeigt die Schneideinheit 301, wie sie in senkrechter Richtung zur Außenseite der perforierten Platte erscheint, jedoch ist lediglich eine Hälfte der Schneideinheit gezeigt.
Die Schneideinheit 301 dreht sich um eine Achse 302 in einem zylindrischen Gehäuse 304 und weist Schneidklingen 303 auf, die sich parallel zur Rotationsachse 302 erstrecken. Die perforierten Platten sind mit einer konkaven Außenseite 305 ausgebildet, die im zylindrischen Gehäuse 304, in dem die Schneideinheit 301 läuft, die Wand bildet. Die Länge der abgeschnittenen Trockeneis-Pellets vor der perforierten Platte 103 hängt von der Rotationsgeschwindigkeit der Schneideinheit ab.
Die abgeschnittenen Pellets können beispielsweise von der perforierten Platte 103 in einen Sammelbehälter oder zum Ort der Verwendung transportiert wer den, indem ein Trägergas an der Außenseite der perforierten Platte 103 entlang geblasen wird. Bei diesem Gas kann es sich um Kohlendioxid handeln, dass aus dem Auslass 112 herausströmt; es wird jedoch bevorzugt anderes Gas mit höherem Druck aus der nachfolgend beschriebenen Rückgewinnungsanlage verwendet.
Es ist auch möglich, die Schneideinheit als eine Schraube 401 auszubilden, wie sie in 4 gezeigt und in mehreren, den 3a bis 3c entsprechenden Ansichten anzuwenden ist. Das Rotieren der Schraube 401 führt zum Abschneiden der Trockeneis-Pellets und ihrem Transport entlang der Rotationsachse 402 der Schraube.
5 zeigt die Verbindung zwischen der Presskammer mit einer Kohlendioxid-Rückgewinnungsanlage 600. Das aus der Presskammer 101 durch den Auslass 112 ausströmende Gas hat eine Temperatur, die niedriger ist als das zugeführte flüssige Kohlendioxid. Es ist darum bekannt, einen Wärmetauscher 501 einzusetzen, in dem die Wärme aus dem flüssigen Kohlendioxid in der Versorgungsleitung 502 auf das gasförmige Kohlendioxid in der Auslassleitung 503 übertragen wird, um zur Erhöhung der Effektivität der Trockeneispresse ein Abkühlen des flüssigen Kohlendioxids zu bewirken.
Flüssiges Kohlendioxid wird in erster Linie von einem Kohlendioxidtank 504 zugeführt, der mit einem Verschlussventil 505 versehen ist. Gasförmiges Kohlendioxid aus der Verdampfung von flüssigem Kohlendioxid in den Versorgungsleitungen 502 wird in einem ersten Behälter 510 aufgefangen. Der Behälter 510 enthält sowohl flüssiges als auch gasförmiges Kohlendioxid. Sinkt der Flüssigkeitspegel im Behälter 510, wird dies durch einen Pegelsensor 507 registriert, der bewirkt, dass sich ein Ventil 508 für die Ableitung von Gas durch eine Rückgewinnungsleitung 509 an eine Rückgewinnungsanlage 600 öffnet. Ebenso wird das am Auslass 112 gesammelte Gas der Rückgewinnungsanlage 600 zugeführt, und zwar durch die Auslassleitung 503. In der Rückgewinnungsanlage 600 wird das Gas zu flüssigem Kohlendioxid kondensiert, das dann über die Versorgungsleitung 502 in den Kreislauf eintritt.
6 ist eine detailliertere Ansicht einer Rückgewinnungsanlage 600 in einer ersten Ausführungsform. Das Gas aus dem Auslass 112 wird einer ersten Kompressionsstufe 604 zugeführt, zu der ein Gasbehälter 601 gehört, die einen Ausgleich der Schwankungen im Gasfluss vor einem Kompressor 602 bewirkt. Im Gegensatz zum Stand der Technik, wo ein großer Ballon für diesen Ausgleich verwendet wird, kann eine Vorrichtung nach der Erfindung mit höherem Druck in der Auslassleitung 503 arbeiten und erreicht einen ausgeglicheneren Gasfluss aufgrund der höheren Zyklusfrequenz. Dadurch wird in der Vorrichtung nach der Erfindung nicht nur eine Volumenverringerung erzielt, sondern es wird auch die Möglichkeit geboten, einen Kompressor mit verhältnismäßig niedriger Ausbeute und niedrigem Leistungsverbrauch zu verwenden.
Der Kompressor 602 wird von einem Motor 603 angetrieben und komprimiert das Gas, wodurch es eine höhere Temperatur und einen höheren Druck erreicht. In einem darauf folgend vorgesehenen Wärmetauscher wird dem Gas Wärme extrahiert. In der ersten Kompressionsstufe 604 wird Gas aus dem ersten Behälter 510 durch die Rückgewinnungsleitung 509 zugeführt.
Dann wird das Kohlendioxid in einer zweiten Kompressionsstufe 606 komprimiert. Diese Kompressionsstufe entspricht der ersten Kompressionsstufe 604 und enthält ebenfalls einen Gasbehälter 601', einen Kompressor 602', der von einem Motor 603' angetrieben wird, und einen Wärmetauscher 605'.
Um das Ansammeln von anderen Gasen zu vermeiden, die nicht bei den gegebenen Drücken und Temperaturen kondensieren, ist ein Ablassventil 615 zum Ablassen der Gase vorgesehen.
Dann wird das Kohlendioxid durch weiteres Kühlen in einem Wärmetauscher 607 bis zum flüssigen Zustand kondensiert; der Wärmetauscher ist Teil eines Kühlkreislaufes, zu dem ein Kühlmittel, beispielsweise Freon, ein von einem Motor 609 angetriebener Kompressor 608 und ein Wärmetauscher 610 gehört. In dem Kreislauf ist ebenfalls ein Expansionsventil 611 für das Kühlmittel vorhanden.
Eine Anordnung, zu der ein Behälter 612, ein Pegelsensor 613 und ein automatisches Ventil 614 gehört, stellt sicher, dass nur flüssiges Kohlendioxid an die Ver sorgungsleitung 502 geleitet wird. Gas aus dem Behälter 612 wird im Wärmetauscher 607 kondensiert.
7 zeigt die Rückgewinnungsanordnung 600 mit mehr Einzelheiten in einer zweiten Ausführungsform. Die drei Presskammern 101, 101', 101'' werden mit flüssigem Kohlendioxid durch die Einlassventile 111, 111', 111'' versorgt. Das Gas aus dem Auslass 112 wird durch einen Wärmetauscher 501 geführt, um das zugeführte flüssige Kohlendioxid der Versorgungsleitung 502 zu kühlen. Das Kohlendioxid wird über ein Verschlussventil 505 aus dem Tank 504 entnommen, wie in 5 dargestellt ist. Möglicherweise aus dem Tank 504 entnommenes Gas und Gas aus dem ersten Behälter werden über die Leitung 615 und die Rückgewinnungsleitung 509 in die Rückgewinnungsanlage geleitet.
In Systemen nach dem Stand der Technik wird Gas aus dem Tank 504 abgelassen, um den Druck im Tank 504 auf einem sicheren unteren Pegel zu halten. Durch das Sammeln und die Wiederverwendung des Gases aus dem Tank 504 wird eine Verschwendung von Kohlendioxid verringert. Außerdem hat dies den Vorteil, dass für die Isolierung des Tanks 504 keine einem hohen Standard genügende Isolierung erforderlich ist und dass eine zusätzliche Kühleinheit für den Tank 504 nicht verwendet werden muss, da die Wiedergewinnungsanlage 600 zur Kondensierung des aus dem Tank verdampften Gases verwendet werden kann, wonach flüssiges Kohlendioxid an den Tank 504 zurückgeleitet wird.
Das Gas aus dem Auslass 112 in 7 durchläuft zwei Kompressionsstufen 604 und 606, in die das Gas aus dem Rückgewinnungsrohr 509 nach dem Behälter 601' eintritt. Die Kompressoren 602, 602' werden von Motoren 603, 603' angetrieben, die über Drucksensoren 707, 707' gesteuert werden.
Vorzugsweise, jedoch nicht notwendigerweise, wird das Kohlendioxid nach der zweiten Kompressionsstufe 606 durch einen weiteren Wärmetauscher 701 gekühlt, wobei Wärme an das Gas aus der Auslassleitung 503 abgegeben wird. Damit wird ein erforderliches Kühlen im nachfolgenden Wärmetauscher 607 reduziert, was ein großer Vorteil ist, der durch den Zusammenbau der Presse für Trockeneis-Pellets mit der Rückgewinnungsanlage 600 ermöglicht wird.
Wegen der Sicherheit nach nachfolgenden Kompressors wird das Kohlendioxid wahlweise, jedoch nicht notwendigerweise, durch ein Partikelfilter 702 geschickt.
Für eine Vorrichtung gemäß der Erfindung, die in einem kleineren Maßstab ausgelegt ist, vorzugsweise als mobile Einheit, wird eine Rückgewinnungsanlage benötigt, deren Kapazität geringer ist als jene, die im Zusammenhang mit vielen vorhandenen großen Einheiten erforderlich ist. Die Bauteile der Rückgewinnungsanlage können darum aus dem Bauteileangebot ausgewählt werden, das für andere kommerzielle und weit verbreitete Kühleinheiten verwendet werden. Auf diese Weise ist es möglich, eine Rückgewinnungsanlage für Kohlendioxid in Verbindung mit einer Vorrichtung zur Herstellung von Trockeneis-Pellets zu einem weitaus niedrigeren Preis zu bauen als es bisher möglich war. Beispielsweise können die weit verbreiteten und preiswerten ölgeschmierten Kompressoren verwendet werden. In diesem Fall bildet ein Öltrennfilter 703 einen Teil der Rückgewinnungsanlage 600. Mögliche Verschmutzungen, wie Öl, das sich in diesem Filter angesammelt hat, können über den Auslass 704 entfernt werden und das Filter kann möglicherweise wieder benutzt werden.
Dann fließt das Kohlendioxid durch eine dritte Kühl-Kompressionsstufe, zu dessen Kühlkreislauf ein Kühlmittel, zum Beispiel Freon, ein Kompressor 608, der von einem Motor 609 angetrieben wird, und ein Kühlmittelkondensator 610 gehört.
Ein Teil das nach dieser Stufe vorhandenen Gases wird über eine zusätzliche Ablassleitung 705 abgezogen, um einer Akkumulation anderer Gase entgegenzuwirken, da das Kohlendioxid aus dem Tank 504 möglicherweise kleine Mengen anderer Materialien enthält. Das Gas aus der Ablassleitung 705 kann für den Transport der Trockeneis-Pellets durch die Leitung 705' an ihr Ziel 706 dienen. Grundsätzlich ist es auch möglich, Gas aus dem Auslass 112 für den Transport der Pellets zu nutzen, wenn dies Gas an die Ausgangseite der perforierten Platten 103 über ein Rohrsystem zugeführt wird. Aufgrund des höheren Drucks wird das Ablassgas jedoch für den Transport der Trockeneis-Pellets bevorzugt.
Wird die Einheit zum Trockeneisstrahlen verwendet, wird die in den Wärmetauschern 605, 605' und möglicherweise 610 erzeugte heiße Luft vorteilhafterweise an das Ziel 706 geleitet, um die durch Trockeneisstrahlen zu behandelnde oder die behandelte Oberfläche zu erwärmen. Um Materialien von Oberflächen durch Trockeneisstrahlen zu entfernen, werden diese Materialien häufig vor dieser Behandlung mit heißer Luft behandelt, was von Vorteil ist. Außerdem ist es von Vorteil, Oberflächen nach der Behandlung mit Trockeneis zu erwärmen, um zu verhindern, dass Wasser auf der Oberfläche kondensiert.
Eine Vorrichtung gemäß der Erfindung hat einschließlich einer Rückgewinnungsanlage ein Volumen, das grundsätzlich nicht auf einige feststehende Werte beschränkt ist und kann zum Beispiel für ein Volumen zwischen 0,5 und 6 m³, vorzugsweise zwischen 1 und 4 m³ und im günstigsten Fall zwischen 1 und 2 m³ ausgelegt sein. Das Gewicht liegt beispielsweise zwischen 100 und 2000 kg, vorzugsweise zwischen 150 und 1200 kg und im günstigsten Fall zwischen 200 und 750 kg.
In der oben gegebenen Beschreibung wurde ein Anzahl unterschiedlicher Parameter angegeben, um eine kompakte, vorzugsweise mobile Einheit mit einer Vorrichtung zur Herstellung von Trockeneis-Pellets zu erzielen. Es ist jedoch möglich, jeden Parameter getrennt zur Verbesserung vorhandener Technologie zu verwenden.
In der oben gegebenen Beschreibung wurde die Erfindung mit mehreren, parallel angeordneten Presskammern dargestellt. Es ist jedoch im Bereich der Erfindung, die Presskammern auch anders zu konfigurieren, wie es aus Automobil- oder Flugzeugmotoren bekannt ist, zum Beispiel in V-Form oder radial.

Claims

Vorrichtung zur Herstellung von Trockeneis-Pellets mit mindestens einer Presskammer (101, 101', 101''), die einen bewegbaren Kolben (104, 104', 104'') zum Komprimieren von Kohlendioxid in den festen Zustand und zum Durchdrücken des festen Kohlendioxids durch eine perforierte Platte (103) aufweist, die am Ende der Presskammer angeordnet ist, wobei die Presskammer mit einem Einlass (110) zum Zuführen von flüssigem Kohlendioxid und einem Auslass (112) für gasförmiges Kohlendioxid versehen ist, wobei die Vorrichtung mehrere Presskammern mit je einem eigenen Kolben aufweist, die Kolben in den Presskammern mit einer gemeinsamen Kurbelwelle verbunden sind, die durch einen Motor über Verbindungsstangen (107, 107', 107'') angetrieben wird, die Kolben in verschiedenen Presskammern gegeneinander zeitlich versetzte Zyklen haben, so dass die produzierten Trockeneis-Pellets die Kammern zu verschiedenen Zeiten verlassen, und zumindest ein Teil der äußeren Wand der Presskammer von flüssigem Kohlendioxid umschlossen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlass mit dem umschlossenen flüssigen Kohlendioxid über ein Ventil (111) in Verbindung steht.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil von der Art ist, bei der der Ventilsitz mit einer mechanischen Verbindung zu der Wand der Presskammer versehen ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mit mindestens einer Schneideinheit (301) zum Abschneiden von Pellets des Trockeneises an der Außenseite der perforierten Platten (103) versehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die perforierten Platten an der Außenseite mit einer kreisförmigen, konkaven Außenform konstruiert sind, dass die Schneideinheit sich quer zur und teilweise in die konkave Struktur erstreckt und dass zumindest ein Schneidblatt der Schneideinheit sich etwa parallel zu der Drehachse erstreckt.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mit einer Rückgewinnungseinrichtung für Kohlendioxid zum Aufnehmen von Kohlendioxidgas am Auslass verbunden ist, um dieses Gas zur Wiederverwendung zur Herstellung von Trockeneis in flüssiges Kohlendioxid zu verwandeln.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückgewinnungseinrichtung (600) mit einem Ausgabeventil zum Ausgeben von Druckgas versehen ist, dass die Vorrichtung darüber hinaus mit einem Ventilsystem und einem Leitungssystem versehen ist zum Durchleiten des ausgegebenen Gases zu den perforierten Platten als Trägergas zum Transportieren der Trockeneis-Pellets von den perforierten Platten an den Bestimmungsort.
Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mit einem Wärmetauscher (605, 605', 701) versehen ist zum Übertragen von Wärme von dem Gas, das in mindestens einer Kompressionsstufe der Rückgewinnungseinrichtung komprimiert wird, auf das Kohlendioxidgas aus dem Auslass.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mit einem Kohlendioxid-Speichertank (504) versehen ist, dass die Rückgewinnungseinrichtung mit einem Leitungssystem und Ventilsystem zum Sammeln verdampften Kohlendioxids vom Tank und zum Zurückleiten flüssigen Kohlendioxides in den Tank versehen ist.
Einrichtung zum Strahlen von Trockeneis auf ein Objekt, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung eine Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 bis 9 enthält, wobei die Rückgewinnungseinrichtung zumindest einen Kompressor (602) und/oder Wärmetauscher, der heiße Luft erzeugt, aufweist, und dass die Einrichtung außerdem zum Heizen des Objektes mit einem Luftleitungssystem zum Transportieren heißer Luft zu dem Objekt versehen ist.
Mobile Einheit, die eine Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche enthält.
Benutzung einer Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 9 in Verbindung mit dem Strahlen von Trockeneis.