DE69800982T2

DE69800982T2 - System und Verfahren zum Kühlen unter Verwendung geladenen Schnees

Info

Publication number: DE69800982T2
Application number: DE69800982T
Authority: DE
Inventors: George D. Rhoades
Original assignee: Praxair Technology Inc
Current assignee: Praxair Technology Inc
Priority date: 1997-07-14
Filing date: 1998-04-13
Publication date: 2001-11-15
Anticipated expiration: 2018-04-14
Also published as: DE69800982D1; AR012395A1; KR19990013352A; ES2158633T5; CN1163712C; ID20574A; BR9801036A; CN1205422A; US5765394A; EP0891944A1; ES2158633T3; EP0891944B2; KR100337970B1; EP0891944B1; MY132899A

Description

Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung bezieht sich auf die Kühlung von Stoffen oder Gegenständen durch die Verwendung von Kohlendioxidschnee, und genauer auf ein verbessertes Verfahren und System für die Kühlung, das geladene Kohlendioxidschneeteilchen verwendet.

Hinterrund der Erfindung

Verfahren zum Verbessern von Flüssigkohlendioxidanwendungen werden weltweit erforscht. Flüssiger Kohlendioxid wird zur Kühlung von verschiedenen Substanzen, einschließlich Lebensmittel und anderer Stoffe oder Gegenstände verwendet. Ein konventioneller Lebensmittelkühler (Gefrierapparat) verwendet ein direktes Aufprallen zur Bewerkstelligung einer Kühlung der behandelten Stoffe oder Gegenstände in Kombination mit einer Dampfumwälzung, um das Wärmeübertragungsverfahren zu erweitern.
Die Wärmeübertragung wird typischerweise durch die Verwendung von Lüftern in einem mechanischen Gefrierapparat verbessert, um Dampfgeschwindigkeit und Turbulenz zu erzeugen. Durch Kohlendioxid gekühlte Gefrierapparate weisen einen zusätzlichen Vorteil von festen Trockeneisteilchen sowie von kaltem Dampf auf. Um jeden zu kühlenden Gegenstand herum liegt ein dünner Dampffilm an der vorhandenen Oberflächentemperatur des Gegenstands vor. Dieser Film bietet einen beträchtlichen Widerstand gegen die Kälteübertragung. Die Trockeneisteilchen, die zum Aufprall auf den zu kühlenden Gegenstand ausgerichtet sind, durchlaufen den Dampffilm und treten mit einer Temperatur von annähernd -110ºF mit dem Gegenstand in Kontakt. Zusätzlich wird der in einer Druckexpansion ausgebildete -110ºF kalte Kohlendioxiddampf zu dem zu kühlenden Gegenstand gerichtet. Die Kombination aus trockenem Eisschnee und kaltem Dampf erzeugt eine intensive Wärmeübertragungsfläche.
In den meisten Fällen bewegt sich allerdings der zu kühlende Gegenstand wie z. B. auf einer Förderanordnung, und durchläuft schnell die Wärmeübertragungszone. Infolgedessen ist die Menge an Kühlung durch die Bewegungsgeschwindigkeit der behandelten Stoffe oder Gegenstände begrenzt. Ein weiterer, die Menge an potenzieller Kühlung begrenzender Faktor ist die Lage des Gegenstands auf der Förderanordnung. Somit kann der Gegenstand um die Zone der intensivsten Wärmeübertragung herumlaufen, anstatt diese zu durchqueren. Weiterhin prallen die auf den zu kühlenden Gegenstand auftreffenden Trockeneisteilchen bei dem Aufschlag üblicherweise ab, so dass nur ein momentaner Kontakt erreicht wird.
Hochgeschwindigkeitslüfter werden bei dem Versuch verwendet, die Kohlendioxidschneefeststoffieilchen und den kalten Dampf zurück auf den zu kühlenden Gegenstand umzuwälzen. Allerdings wird ein Teil des feinen Schnees in dem Auslassstrom mit zu wenig verwendetem kaltem Dampf mitgerissen und geht von dem Gefrierapparat verloren. Dies vermindert die Nutzung des Kohlendioxidschnees.
Es ist bekannt, dass unter bestimmten Bedingungen der Kohlendioxidschnee eine statische Ladung annehmen kann, da Schneeteilchen ihrer Natur nach dielektrisch sind und zum Beibehalten einer einmal angenommenen Ladung tendieren. In US-A-3 786 644 wird das Vorhandensein einer derartigen Ladung auf Kohlendioxidschnee als ein Problem angesehen, da der Schnee zum Anhaften an die inneren Wände eines Horns neigt, das zum Dispergieren des Schnees verwendet wird. Dementsprechend schlägt diese Patentschrift vor, dass eine Hochtemperaturspule in dem Ablassbereich angeordnet wird, um bei erwärmter Spule Licht zu emittieren, was angegebenermaßen imstande ist, die Ladung abzuführen.
US-A-5 287 801, Clark, betrifft ein Verfahren zum Überziehen von Lebensmitteln mit aromatischen Teilchen. Die aromatischen Teilchen nehmen eine statische Ladung auf, die ihre Anhaftung an die Lebensmittel sicherstellt. Die statische Ladung wird durch eine elektrische Anordnung vermittelt. Dementsprechend besteht eine Aufgabe dieser Erfindung in der Bereitstellung eines verbesserten Verfahrens und einer verbesserten Vorrichtung für die Kühlung von Stoffen oder Gegenständen, das/die Kohlendioxidschnee und -dampf verwendet.
Eine weitere Aufgabe dieser Erfindung besteht in der Bereitstellung eines verbesserten Kohlendioxidschnee/dampf-Kühlverfahrens bzw. -vorrichtung, das/die die Elektrostatik zur Bewerkstelligung einer besseren Anhaftung des Kohlendioxidschnees an die Stoffe oder Gegenstände verwendet, die gekühlt werden.

Zusammenfassung der Erfindung

Ein Verfahren und eine Vorrichtung dienen zum Kühlen von Stoffen oder Gegenständen durch die Verwendung eines Kohlendioxidschnee/dampfstroms. Die Stoffe oder Gegenstände sind benachbart zu einem Auslass für den Kohlendioxidschnee/dampf und einem Leiter abgestützt, der einen Referenzpotenzialzustand aufweist. Zur Durchführung des Verfahrens wird ein Strom von flüssigem Kohlendioxid einer Druckexpansion unterzogen, um einen Strom von Kohlendioxidschnee und -dampf zu erzeugen. Dann tritt der Kohlendioxidschnee und -dampf mit einer leitenden Oberfläche in Kontakt und nimmt infolge eines Reibungseingriffs mit der Fläche eine Ladung an. Danach wird der Kohlendioxidschnee/dampf zu den zu kühlenden Stoffen oder Gegenständen und zu dem Leiter geführt, der ein Referenzpotenzial aufweist. Der Referenzpotenzialzustand zieht den Kohlendioxidschnee an und unterstützt dessen Auftreffen auf die Stoffe oder Gegenstände, die gekühlt werden sollen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine Schnittansicht einer ersten Ausführungsform der Erfindung, die eine erste Expansion einer Flüssigkohlendioxidströmung erzeugt und weiterhin die Erzeugung einer statischen Ladung auf Schneefeststoffteilchen bewirkt, die während der Druckexpansion erzeugt werden.
Fig. 2 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer Bremsrohrstruktur, die einen geladenen Schnee/Dampfstrom aufnimmt und dessen Geschwindigkeitsabbremsung bewirkt.
Fig. 3 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Gefrierapparats einschließlich einer Förderanordnung, der die Erfindung benutzt.
Fig. 4 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Gefrierapparats, in welchem die Förderanordnung unter Verwendung der Erfindung die Durchleitung von herabhängenden Gegenständen durch den Gefrierapparat ermöglicht.
Fig. 5 ist eine Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, die eine erste Expansion einer Flüssigkohlendioxidströmung durch ein poröses Bauteil in einen Bereich eines Zwischendrucks hinein erzeugt und weiterhin den während der ersten Druckexpansion erzeugten Schneefeststoffteilchen eine statische Ladung verleiht.
Fig. 6 ist eine Schnittansicht der zweiten Ausführungsform entlang der Linie A-A in Fig. 5.

Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung

Kurz gesagt erzeugt die Erfindung einen Strom von Kohlendioxidschneefeststoffteilchen und -dampf, wobei die Schneefeststoffteilchen eine (im allgemeinen negative) elektrostatische Ladung aufweisen. Dann wird der Kohlendioxidschnee zu einer Region von kleinerer oder entgegengesetzter Ladung ausgestoßen. Stoffe oder Gegenstände, die gekühlt werden sollen, werden benachbart zu der Region der kleineren oder entgegengesetzten Ladung und zu der Abgabestelle des Kohlendioxidschnees/dampfes angeordnet. Der Kohlendioxidschnee durchdringt die Dampffilmbarriere um die Stoffe oder Gegenstände, die gekühlt werden sollen und tritt mit ihren Oberflächen in Kontakt.
Der Kohlendioxidschnee, der einen guten Isolator darstellt, entlädt nicht sofort seine Ladung, sondern hält den Kontakt mit den Stoffen oder Gegenständen, die gekühlt werden sollen, bei seiner Verdampfung für einen verlängerten Zeitraum aufrecht.
Wenn die geladenen Schneeteilchen an den zu kühlenden Gegenstand angezogen werden, treffen sie nicht nur auf der Seite auf, die der Abgabestelle des Kohlendioxidschnees/dampfes gegenüberliegt, sondern sie können auch die Richtung wechseln, um auf alle Seiten des Gegenstands, der gekühlt werden soll, aufzutreffen und an ihnen anzuhaften. Die guten elektrischen Dielektrizitätseigenschaften des Trockeneisschnees stellen in der Wärmeübertragungsrate einen Faktor dar. Wie oben angegeben wird die Ladung auf den Schneefeststoffteilchen nicht sofort abgeleitet und den Stoffen oder Gegenständen zugeführt, die gekühlt werden sollen. Stattdessen verbleiben die Kohlendioxidschneeteilchen so lange angehaftet, bis eine elektrostatische Differenz zwischen der Teilchenladung und der Ladung an den Stoffen oder Gegenständen, die gekühlt werden sollen, vorliegt. Infolgedessen wird verhindert, dass sich sofort wieder eine Dampffilmbarriere entwickelt.
In einem Hochgeschwindigkeits-/Turbulenzaufprallverfahren gemäß dem Stand der Technik verfehlt ein Teil des Trockeneisschnees den Gegenstand, der gekühlt werden soll, vollständig, während andere Teile des Trockeneisschnees auf den zu kühlenden Gegenstand auf und anschließend abprallen. In beiden Fällen sammelt sich ein Teil des Kohlendioxidschnees an anderen Stellen als dem Gegenstand an, der gekühlt werden soll, oder er wird in dem entlüfteten Dampf mitgerissen und geht verloren. Die Erfindung vermeidet diese Effekte in großem Umfang. Weiterhin ermöglicht die Erfindung Einsparungen infolge der verringerten Energieanforderungen der Wärmeübertragungsvorrichtungen.
Das elektrostatische Aufladungsverfahren ist ein Verfahren mit relativ niedriger Geschwindigkeit und ermöglicht eine Minimierung des Impulses der Schneeteilchen. Die Eliminierung von Hochgeschwindigkeits-Flüssigkohlendioxidinjektoren und -lüftern stellt eine wesentliche Einsparung hinsichtlich der Ausrüstungskosten bereit. Weiterhin müssen die Konstruktionsmaterialien für das elektrostatische Verfahren nicht leitend sein. Die Ersetzung von derzeit verwendeten leitenden Materialien durch weniger teure nicht-leitende Materialien ermöglicht zusätzliche Ausrüstungseinsparungen.
Das Verfahren des elektrostatischen Aufladens des Kohlendioxidschnees beteiligt den Aufprall von Schneefeststoffteilchen auf eine leitende Oberfläche (d. h. einen Elektronendonator) und die Übertragung von Elektronen von der leitenden Oberfläche zu den Schneefeststoffteilchen. Der Kohlendioxidschnee muss schnell von dem Elektronendonatormaterial getrennt werden, bevor die zu den Schneefeststoffteilchen übermittelten Elektronen zu dem Elektronendonatormaterial zurückkehren. Im allgemeinen gilt, dass je intensiver der Kontakt und je größer die Menge an Reibung ausfällt, umso höher der Pegel an elektrostatischer Ladungsübertragung ist. Zur Sicherstellung einer ausreichenden Elektronenzufuhr kann das Elektronendonatormaterial entweder mit einer negativen Potenzialquelle verbunden oder geerdet werden. Wenn das Donatormaterial geerdet wird, wird die Elektronenübertragung erfolgreich bewerkstelligt und der Verlust der Ladung wird aufgrund der Geschwindigkeit vermieden, die den Teilchen durch den unmittelbar vor dem Aufladevorgang stattfindenden Expansionsvorgang verliehen werden.
Viele Materialkombinationen erzeugen eine elektrostatische Ladung auf Kohlendioxidschnee. Im allgemeinen wird ein elektrischer Leiter bevorzugt, wobei Kupfer, Silber und Gold die besten elektrischen Leiter sind. Da der Trockeneisschnee ein sehr guter Isolator ist, neigen die Schneefeststoffteilchen dazu, die elektrostatische Ladung gut beizubehalten. Kupfer und Silber sind getestet worden, wobei sich gezeigt hat, dass sie etwa die gleiche Menge an elektrostatischer Ladung auf den Schneefeststoffteilchen erzeugen.
Es wurde festgestellt, dass bei der Verwendung einer flachen oder gekrümmten leitenden Platte zum Übertragen der Ladung die Ausbildung von aus der Atmosphärenfeuchtigkeit stammendem Frost die Menge an zu dem Schnee übertragener Ladung bald abnahm. Infolgedessen ist es bevorzugt, dass die Schneefeststoffteilchen durch einen geschlossenen Bereich wie z. B. ein Kupferrohr strömen, der sowohl als ein Elektronendonator fungiert als auch den Feuchtigkeitseffekt von der Luft minimiert. Im einzelnen verhindert die Fluidströmungsrate des Kohlendioxidschnees/dampfes durch die Rohrstruktur das Eindringen von Umgebungsluft und Feuchtigkeit.
Bezugnehmend auf Fig. 1 ist eine exemplarische Kohlendioxidschneeherstellungsvorrichtung 10 dargestellt, die ein Flüssigkohlendioxid-Zufuhrrohr 12 aufweist, das durch eine Kupplung 14 an ein Flüssigkohlendioxid-Expansionsrohr 16 gekoppelt ist. An dem abschließenden Ende des Expansionsrohrs 16 befindet sich eine Platte 18, die eine kleine Öffnung 20 beinhaltet, welche in ein leitendes Rohr 22 (vorzugsweise aus Kupfer) führt. Das Kupferrohr 22 fungiert als ein Elektronendonator für hindurchlaufende Kohlendioxidschneefeststoffteilchen 24.
Bei der Einspeisung des flüssigen Kohlendioxids durch das Zufuhrrohr 12 tritt dieses bei einem Druck von annähernd 300 psig und 0ºF ein. Wenn das flüssige Kohlendioxid die Öffnung 20 durchläuft, erfährt es eine wesentliche Expansion, die einen Temperaturabfall auf annähernd -110ºF bewirkt, wodurch es den Tripelpunkt durchläuft und die Erzeugung von Schneefeststoffteilchen 24 und Dampf ermöglicht. Dann strömen die Schneefeststoffteilchen 24 durch ein Kupferrohr 22 und werden infolge ihres Reibungseingriffs mit den inneren Rohrflächen aufgeladen. Infolgedessen weisen die von dem Kupferrohr 22 austretenden Schneefeststoffteilchen eine wesentliche negative Ladung auf.
Mit Bezugnahme auf die Fig. 2 ist ein Kupferrohr 20 mit einer Bremsrohrstruktur 26 gekoppelt, die zur Reduzierung der Geschwindigkeit und des Impulses der geladenen Schneeteilchen verwendet wird. Ein geringerer Teilchenimpuls verleiht dem geladenen Schnee bei dessen Annäherung an den Gegenstand eine bessere Möglichkeit, zu einem zu kühlenden Gegenstand zu gelangen. Somit bewirkt das Kupferrohr 20 eine tangentiale Injektion des Schnees/Dampfes in einen Ringraum 28, der zwischen einem äußeren Rohr 30 und einem inneren Rohr 32 vorhanden ist. Die obersten Öffnungen der Rohre 30 und 32 werden durch eine Oberseitenabdeckung 34 verschlossen.
Der Ringraum 28 öffnet sich durch eine Öffnung 36 nach unten und ermöglicht es dem Schnee, der in wendelförmiger Weise hinunter zu dem Ringraum 28 vorgedrungen ist, auszutreten und zu den Gegenständen geführt zu werden, die gekühlt werden sollen.
Die Anwesenheit des inneren Rohrs 32 erlaubt eine effektivere wendelförmige Strömung des Schnees, ein Abfall seiner Geschwindigkeit und vermeidet weiterhin das Eindringen von Luft und Feuchtigkeit in das Zentrum des Ringraums. Es sei darauf hingewiesen, dass der Boden des inneren Rohrs 32 durch eine Abdeckung 38 abgedichtet ist.
Die Gesamtheit der Bremsrohrstruktur 26 ist vorzugsweise aus einem nicht-leitenden Material wie z. B. einem Polycarbonat, Polyethylen oder einem anderen nicht-leitenden Kunststoffmaterial aufgebaut.
Bezugnehmend auf Fig. 3 ist die Bremsrohrstruktur 26 in einem Gefriertunnel 40 angeordnet dargestellt, der eine nicht-leitende Schalung 42 z. B. aus Polyethylen oder ähnlichem beinhaltet. Produkt 44, dass gekühlt wird, ruht auf einem nicht-leitenden Förderband 46. Das Produkt 44 kann auf Abstandshaltern angeordnet werden, um zu ermöglichen, dass der Schnee die Unterseite des Produkts 44 erreicht. Das Förderband 46 kann auch gerieft sein, um den Bedarf nach Abstandshaltern zu vermeiden, wobei die Riefen den Zugang des Schnees zu der Unterseite des Produkts 44 ermöglichen.
Eine Mehrzahl von leitenden Bändern 48 sind entweder geerdet oder mit einem positiven Potenzial verbunden. Sie liegen unter dem Förderband 46 und stellen ein positives elektrostatisches Potenzial bereit, das zum Anziehen der aus der Bremsrohrstruktur 26 austretenden negativ geladenen Schneefeststoffteilchen tendiert. Es versteht sich, dass weitere Leiter in dem Förderband 44 eingebettet sein können, um eine gleichmäßigere Verteilung der elektrostatischen Ladung in dem Band zu ermöglichen. In jedem Fall sind die Leiter durch das nicht-leitende Förderbandmaterial isoliert, wodurch jeder direkte Kontakt zwischen ihnen und den auftreffenden geladenen Schneeteilchen vermieden wird.
Mit Bezugnahme auf Fig. 4 ist ein Gefriertunnel 50 illustriert, in dem von Bügeln hängende Gegenstände wie z. B. Hühnchen von einer Bügelleitungs-Förderanordnung 52 herabhängen. Wenn die Bügelleitungs- Förderanordnung 52 geerdet (oder mit einer Quelle an positivem Potenzial verbunden) wird, neigen die von Bügeln hängenden Gegenstände dazu, den gleichen Ladungspegel anzunehmen und tendieren dazu, die von der Bremsrohrstruktur 26 ausgestoßenen Schneefeststoffleilchen anzuziehen.
Obgleich die Beschreibung der Vorrichtung zum Erzeugen der elektrostatisch geladenen Kohlendioxidschneeteilchen angibt, dass Ladung zu ihr nur durch einen Reibungseingriff von einem geerdeten Elektronendonatormaterial übertragen wird, verwendet eine weniger bevorzugte Ausführungsform eine Quelle an negativem Potenzial, die mit dem leitenden Rohr 22 verbunden ist (Fig. 1). Da die Kühlvorrichtung jedoch oft zum Kühlen von Lebensmittelprodukten verwendet wird, muss sie häufig gesäubert werden, wobei das Vorhandsein von Stromquellen und leitenden Verdrahtungen das Säubern umständlicher ausfallen lässt.
Bezugnehmend auf Fig. 5 ist eine zweite Ausführungsform der Erfindung illustriert, in der die Kohlendioxidexpansion während der Durchleitung durch einen porösen Einsatz auftritt, wodurch die Erzeugung sehr feiner Schneeteilchen ermöglicht wird. Im einzelnen ist es wohlbekannt, dass Kohlendioxid einen "Tripelpunkt" bei einem Druck von annähernd 60 lbs psig bei -70º F aufweist. Flüssiges Kohlendioxid wird oft bei etwa 300 psig und etwa 0º F gelagert. Wenn derartiges flüssiges Kohlendioxid bei einem solchen Druck und derartiger Temperatur in eine einen porösen Einsatz aufweisende Düse eingespeist wird, ist es bevorzugt, dass der poröse Einsatz eine Dicke und einen Porendurchmesser aufweist, die/der es bei gegebenen Einlass- und Auslassdrücken ermöglicht, dass die den Einsatz durchlaufende Kohlendioxidflüssigkeit den Tripelpunkt bei oder nahe bei der Auslassstirnseite des porösen Einsatzes erreicht.
Wie oben angegeben erreicht das flüssige Kohlendioxid den porösen Einsatz bei etwa 0º F (aus einem Speicherbehälter). Es tritt in die Poren des porösen Einsatzes ein und beginnt sich zu expandieren (aufgrund des Druckdifferentials über ihm), wobei die Expansion eine Kühlung des Fluids bewirkt. Wenn die Temperatur annähernd -70º F und der Druck etwa 60 psig annimmt, ist der Tripelpunkt erreicht, bei dem eine feste Trockeneiskomponente in dem flüssigem Strom auftritt. Dieser Zustand erzeugt die Bedingung, welche die Herstellung feiner Schneefeststoffteilchen erlaubt. Das in den feinen Kanälen strömende flüssige Kohlendioxid weist viele kleine Ströme an Flüssigkeit und Dampf auf und erzeugt den feinen Schnee bei oder nahe bei der Auslassstirnseite des porösen Einsatzes.
Auf Fig. 5 Bezug nehmend nimmt ein Düseneinlass 60 eine Flüssigkohlendioxidströmung auf und führt den Strom zu einer Seite einer Expansionsscheibe 62 (vorzugsweise aus porösem rostfreiem Stahl), die durch einen Rückhaltering 64 an Ort und Stelle gehalten wird. Der flüssige Kohlendioxid tritt in die Scheibe 62 und wird in ihren Poren einer Expansion ausgesetzt. Dementsprechend wird Schnee innerhalb oder an der Auslassstirnseite der Scheibe 62 erzeugt, und eine Kombination aus Schnee und Dampf tritt infolge des Druckdifferentials über der Scheibe aus ihr aus. Nach dem Austritt tritt der Schnee/Dampf in eine Region 66 eines Zwischendrucks innerhalb der leitenden Leitung 68 ein.
Zum Bewerkstelligung einer abwärtigen Strömung des Schnees/Dampfes beinhaltet die Leitung 68 eine 90º-Krümmung. Ein Ende 70 der Leitung 68 beinhaltet eine oder mehrere divergent ausgerichtete sekundäre Expansionsöffnungen 72, aus denen die geladenen Schneeteilchen bei Atmosphärendruck austreten. Das Ende 70 der Leitung 68 ist innerhalb eines Schneehorns 73 angeordnet, das den feinen Schnee vor der Wärme der Umgebungsatmosphäre schützt.
Innerhalb der Leitung 68 ist eine Mehrzahl von metallischen Führungskanälen 74, 76 usw. angeordnet, die zur gleichmäßigen Verteilung der Schneefeststoffteilchen in der Leitung 68 tendiert. Ohne die Führungskanäle würden die Zentrifugalkräfte bewirken, dass der Schnee, wenn er durch die 90ºº-Krümmung strömt, nach außen gezogen werden würde, wobei der Dampf auf dem inneren Teil der Krümmung verbliebe. Ein solcher Vorgang würde zu einer ungleichmäßigen Verteilung der Schneeteilchen an den Öffnungen 72 führen. Eine Schnittansicht der Kanäle entlang der Linie A-A in Fig. 5 ist in Fig. 6 gezeigt. Das Aufladen der Schneeteilchen findet bei ihrem Durchgang durch die Leitung 68 und die Führungskanäle 74, 76 usw. statt.
Der Grund für die Krümmung in der Leitung 68 besteht darin, dass das flüssige Kohlendioxid vorzugsweise in Rohren geführt ist (d. h. über den Einlass 60), so dass es nur nach oben und/oder waagrecht zu der porösen Scheibe 62 hin strömt. Somit wird jegliches feste Kohlendioxid, das sich in der Nachbarschaft der stromaufwärtigen Seite der porösen Scheibe 62 ansammeln kann, durch den Kohlendioxiddampf geschmolzen, der nach oben in das Rohr strömt. Dieses Merkmal ist in US-A-5 020 330, Rhoades et al., angeführt, wobei diese Patentschrift auf den gleichen Anmelder wie demjenigen der vorliegenden Anmeldung übertragen ist.
Es versteht sich, dass die obige Beschreibung die Erfindung nur illustriert. Verschiedene Alternativen und Modifikationen können durch den Fachmann erfolgen, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Obgleich beispielsweise eine poröse Scheibe als ein bevorzugtes Expansionsbauteil beschrieben worden ist, kann jedes beliebige Expansionsbauteil mit vielen feinen Kanälen (z. B. porös oder gebohrt) verwendet werden. Dementsprechend beabsichtigt die vorliegende Erfindung sämtliche derartigen Alternativen, Modifikationen und Variationen einzuschließen, die in den Rahmen der beiliegenden Ansprüche fallen.

Claims

1. Verfahren zum Kühlen von Stoffen oder Gegenständen, bei welchem Kohlendioxidschnee und - dampf eingesetzt werden, wobei die Stoffe oder Gegenstände benachbart einer Quelle für Kohlendioxidschnee/-dampf und einer leitenden Anordnung, die einen Referenzpotenzialzustand manifestiert, abgestützt werden, wobei im Zuge des Verfahrens:

ein Strom von flüssigem Kohlendioxid einer Druckexpansion unterzogen wird, um einen Strom von Kohlendioxidschneeteilchen zu erzeugen;

dafür gesorgt wird, dass die Kohlendioxidschneeteilchen in physikalischen Eingriff mit einer Leiterfläche treten und eine elektrostatische Ladung annehmen; und

die elektrostatisch geladenen Schneeteilchen in Richtung auf die Stoffe oder Gegenstände und die leitende Anordnung gerichtet werden, wobei der Referenzpotenzialzustand der leitenden Anordnung die elektrostatisch geladenen Kohlendioxidschneeteilchen anzieht und den Kontakt derselben mit den Stoffen oder Gegenständen unterstützt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die Leiterfläche eine innere Fläche einer leitfähigen Leitung umfasst.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei welchem die leitende Leitung elektrisch geerdet ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die Stoffe oder Gegenstände auf einer Förderanordnung abgestützt werden, welche die leitende Anordnung einschließt, wobei die Förderanordnung die Stoffe oder Gegenstände an einem Strom der elektrostatisch geladenen Kohlendioxidschneeteilchen vorbeibewegt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die leitende Anordnung elektrische Leiter aufweist, welche ein Potenzial ausbilden, welches stärker positiv als die Ladung an den Kohlendioxidschneeteilchen ist.

6. Vorrichtung zum Kühlen von Stoffen oder Gegenständen, bei welcher Kohlendioxidschnee und - dampf eingesetzt werden und die versehen ist mit:

einer Leitung zum Bereitstellen eines Stromes von flüssigem Kohlendioxid:

einer mit der Leitung gekoppelten Öffnungsanordnung, mittels deren das flüssige Kohlendioxid einer Druckexpansion unterzogen wird, um einen Strom von Kohlendioxidschneeteilchen zu erzeugen;

einer leitenden Leitung, die den Strom der Kohlendioxidschneeteilchen aufnimmt und diesen infolge eines physikalischen Eingriffs zwischen den Kohlendioxidschneeteilchen mit einer Oberfläche der leitfähigen Leitung eine Ladung verleiht;

einer leitenden Anordnung zum Festlegen eines Referenzpotenzials, welches für die Kohlendioxidschneeteilchen, die geladen wurden, anziehend ist; und

einer Anordnung zum Abstützen der Stoffe oder Gegenstände benachbart der leitenden Anordnung, um eine Anziehung der geladenen Kohlendioxidschneeteilchen an die Stoffe oder Gegenstände zu ermöglichen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, ferner versehen mit:

einer aus einem nicht-leitenden Material bestehenden Bremsanordnung zum Aufnehmen der geladenen Kohlendioxidschneeteilchen von der Leitung, zum Vermindern deren Durchtrittsgeschwindigkeit und zum Führen der geladenen Kohlendioxidschneeteilchen zu den Stoffen oder Gegenständen und der leitenden Anordnung.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, bei welcher die Bremsanordnung versehen ist mit:

einem ersten Zylinder;

einem zweiten Zylinder, der einen kleineren Durchmesser als der erste Zylinder aufweist und der innerhalb des ersten Zylinders angeordnet ist um dazwischen einen Strömungsringraum zu bilden; und

einer Anordnung zum Ankoppeln eines Endes des Strömungsringraums an die leitende Leitung, um zu ermöglichen, dass sich die geladenen Kohlendioxidschneeteilchen im wesentlichen entlang eines wendelförmigen Wegs zu einem Auslass des Strömungsringraums bewegen, wobei der Auslass so angeordnet ist, dass die geladenen Kohlendioxidschneeteilchen auf die Stoffe oder Gegenstände gerichtet werden.

9. Vorrichtung zum Kühlen von Stoffen oder Gegenständen, bei welcher Kohlendioxidschnee und - dampf eingesetzt werden und die versehen ist mit:

einem Einlass zum Bereitstellen eines Stromes von unter hohem Druck stehendem flüssigem Kohlendioxid;

einer leitenden Leitung, die eine Region eines Zwischendrucks bestimmt;

einem Expansionsbauteil, welches feine Kanäle aufweist und das zwischen dem Einlass und der leitenden Leitung angeschlossen ist und das ermöglicht, dass das flüssige Kohlendioxid eine Druckexpansion in den feinen Kanälen erfährt, um so einen Strom von Kohlendioxidschneeteilchen innerhalb der leitenden Leitung zu erzeugen, wobei der Strom der Kohlendioxidschneeteilchen in der leitenden Leitung bewirkt, dass diesem infolge des physikalischen Eingriffs zwischen den Kohlendioxidschneeteilchen und einer Oberfläche der leitenden Leitung eine Ladung verliehen wird; und

mindestens einer Öffnung an einem Ende der Leitung, welche eine zweite Expansion des Stromes der Schneeteilchen von der Region des Zwischendrucks in eine Region von Atmosphärendruck gestattet.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, ferner versehen mit:

einer leitenden Anordnung zum Ausbilden eines Referenzpotenzials, welches für die geladenen Kohlendioxidschneeteilchen anziehend ist; und

einer Anordnung zum Abstützen der Stoffe oder Gegenstände benachbart der leitenden Anordnung, um so ein Anziehen der geladenen Kohlendioxidschneeteilchen an die Stoffe oder Gegenstände zu ermöglichen.