EP2730344A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Entfernen einer Verunreinigung von einer Oberfläche - Google Patents

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EP2730344A1
EP2730344A1 EP13001640.5A EP13001640A EP2730344A1 EP 2730344 A1 EP2730344 A1 EP 2730344A1 EP 13001640 A EP13001640 A EP 13001640A EP 2730344 A1 EP2730344 A1 EP 2730344A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
dry ice
contaminant
turbine
mechanical removal
mixture
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP13001640.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Rolf Heninger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Linde GmbH
Original Assignee
Linde GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Linde GmbH filed Critical Linde GmbH
Publication of EP2730344A1 publication Critical patent/EP2730344A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A46—BRUSHWARE
    • A46B—BRUSHES
    • A46B13/00—Brushes with driven brush bodies or carriers
    • A46B13/02—Brushes with driven brush bodies or carriers power-driven carriers
    • A46B13/04—Brushes with driven brush bodies or carriers power-driven carriers with reservoir or other means for supplying substances
    • A46B13/06—Brushes with driven brush bodies or carriers power-driven carriers with reservoir or other means for supplying substances with brush driven by the supplied medium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B1/00—Cleaning by methods involving the use of tools
    • B08B1/10—Cleaning by methods involving the use of tools characterised by the type of cleaning tool
    • B08B1/12—Brushes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B1/00—Cleaning by methods involving the use of tools
    • B08B1/40—Cleaning tools with integrated means for dispensing fluids, e.g. water, steam or detergents
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B7/00—Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass
    • B08B7/0064—Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass by temperature changes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B7/00—Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass
    • B08B7/0064—Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass by temperature changes
    • B08B7/0092—Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass by temperature changes by cooling

Definitions

  • the invention relates to a method for removing an impurity from a surface and to a corresponding device.
  • An efficient cleaning with dry ice is based on the combination of different effects, namely on the one hand on the cooling and embrittlement of the impurity by the low temperature of the CO 2 -air mixture, which is applied to the surface to be cleaned, and on the other hand on the associated thermal stresses which destroy the adhesion of the impurities on the surface. Furthermore, the kinetic energy of the impinging CO 2 particles causes the embrittled impurities to break up, whereby the gas impact by the compressed air and sublimating CO 2 finally lifts the respective impurity.
  • Disadvantages here are the comparatively high consumption of compressed air, which causes costs which are approximately at the same level as the costs for the CO 2 used , the noise generated by the compressed air and the handling made difficult by the compressed air hoses.
  • the object of the present invention is therefore to provide a method or a corresponding apparatus for removing an impurity from a surface, which is improved with regard to the aforementioned problem areas.
  • the respective impurity is preferably only subjected to dry ice for cooling and embrittlement of the impurity and the embrittled impurity is removed by mechanical removal with an additional means for mechanical removal.
  • Mechanical removal is understood, in particular, as acting on the contaminant, in which the agent is brought into contact with the contaminant and, for example, acts on it in an abrasive and / or impact-like manner.
  • the dry ice used to treat the surface is produced with a device which also has the additional means for mechanical removal.
  • the mechanical ablation means be moved through the device so that that agent can better act on it (e.g., abrasive and / or jarring) in contacting the contaminant.
  • liquid CO 2 is preferably expanded to produce a dry ice formation region of the said device in order to produce the dry ice, so that a mixture of dry ice and gaseous CO 2 is formed.
  • the agent can be set in rotation and pressed against the contaminant, so that the agent removes the contamination by abrasion.
  • the agent may be formed, for example, as a brush.
  • the means may be moved back and forth so that the agent, when pressed against the contaminant, impacts the contaminant.
  • the means may be formed as an impactor, which preferably has a comparatively small contact area for repeatedly contacting the contaminant, so that the greatest possible or sufficient pressure can be exerted on the contaminant.
  • the mixture is expanded in the dry ice formation region by means of a turbine, wherein the turbine is set in rotation, and in particular the means for mechanical removal is driven by means of the turbine.
  • said means for mechanically removing the contaminant is coupled to a shaft of the turbine so that said means, when rotating the turbine, e.g. is also rotated and thus due to the rotation in contacting with the contaminant can ablate them by abrasive action (see above).
  • the axis of rotation of this rotational movement preferably coincides with the longitudinal axis of the shaft or the device along which the dry ice produced is also exposed to the contaminant or the surface.
  • the means for the mechanical removal of the contamination may have a passage opening through which the dry ice can be directed onto the surface to be cleaned.
  • said means for removing the contamination is driven by a separate drive.
  • a separate drive can be designed to rotate the said means about an axis of rotation, which in particular coincides with or runs parallel to the longitudinal axis of the device, wherein said means is preferably designed as a brush.
  • such a separate drive may also be adapted to reciprocate the means for mechanically removing the contaminant along the longitudinal axis of the device so that said means may impact the surface (such a drive is also known as impactor designated).
  • said means is preferably designed as an impactor (see above).
  • a method for producing dry ice wherein the dry ice in particular a surface is acted upon, in particular to cool contamination of the surface and / or embrittle, and wherein in a dry ice formation area, a mixture of dry ice snow and gaseous CO 2 is generated, in particular by relaxing liquid CO 2 in the dry ice formation area, and wherein said mixture is expanded with a turbine.
  • the device is designed to produce dry ice and expel from a nozzle of this device for embrittlement of the contaminant, wherein according to the invention, the device in addition to the nozzle has a movable in particular relative to the nozzle means for mechanical removal of embrittled contaminant.
  • Such a device is preferably provided for use in a method according to the invention.
  • the device is designed to introduce liquid CO 2 into a dry ice formation region of the device for generating the dry ice, so that a mixture of that dry ice and gaseous CO 2 is formed.
  • the device is in this respect adapted to use that mixture for driving or moving the means for mechanical removal.
  • the device preferably has a turbine which is preferably arranged in the dry ice formation region and which is formed by a shaft from which turbine blades exit.
  • This turbine is preferably coupled to that means for driving the mechanical abrasion means, preferably via the shaft of the turbine, the apparatus being preferably adapted to connect the turbine or turbine blades to said mixture of dry ice and gaseous CO 2 Driving the turbine to apply.
  • the turbine expands said mixture and at least partially converts the energy in the mixture into kinetic energy of the turbine available for driving said agent.
  • a separate drive may be provided for driving said means for mechanically removing the respective contaminant.
  • a drive like the previously described turbine, can be designed to set said means into a rotational movement, wherein preferably the axis of rotation of this movement coincides with the shaft of the turbine.
  • a mechanical abrasion means it is preferably formed as a brush which, when rotated, is abraded against the respective brittle contaminant when the device is pressed along the axis of rotation against the surface or contaminant.
  • a separate drive for driving the means for mechanical removal may, for example, be a motor, for example an electric motor or another actuator.
  • such a separate drive can be designed as a striking mechanism, which moves the means for mechanically removing the contamination back and forth so that it can impact on the contaminant or the surface to be cleaned, said back and forth movement along one Direction takes place along which preferably the dry ice produced is directed to the surface to be cleaned.
  • a means for mechanical action or removal of the respective contamination is also referred to as an impactor.
  • said means for mechanically removing the contaminant is along an ejection direction along which the dry ice passes through an exit port the nozzle is expelled from the device, located in front of the outlet opening, said mechanical removal means preferably having a passage opening in alignment with the outlet opening so that the dry ice expelled from the outlet opening passes through the through opening of said means to be cleaned Surface or contamination can be given.
  • Fig. 1 1 shows an embodiment of a device 10 according to the invention for cleaning a surface O or for removing contaminants V of a surface O, wherein the dry ice used according to the invention preferably has only the function of cooling or embrittlement of the respective contaminant.
  • the impurity in question is thus not removed in particular by the gas impact of the CO 2 or a compressed air usually used, but by a mechanical component, for example in the form of a brush 5 (see. Fig. 1 and 2 ) or an impactor 5 (cf. Fig. 3 ).
  • This means 5 for the mechanical removal of the respective contaminant V is combined with a dry ice forming region 30 for the production the dry ice used for embrittlement, which is connected to a nozzle 8 of the device 10, wherein in the dry ice forming region 30 liquid CO 2 is expanded and the resulting mixture of dry ice and gaseous CO 2 is directed via the nozzle 8 onto the surface to be cleaned O.
  • FIG. 1 An embodiment of such a device 10 is in the Fig. 1 shown. Thereafter, the liquid CO 2 is passed via a feed line 1 into the dry ice forming region 30 of the device 10, which is enclosed by a particular cylindrical shell 30 and extends along a longitudinal axis or cylinder axis L, wherein the liquid CO 2 preferably transverse to the longitudinal axis L in the dry ice formation area 30 is introduced.
  • a turbine 2 is arranged which has a shaft 4 arranged coaxially with the longitudinal axis L, from which turbine blades 20 are impinged by the mixture produced in the dry ice formation area 30, which has a certain flow pressure, so that the turbine 2 is set in rotation about a rotation axis which coincides with said longitudinal axis L or shaft 4 of the device 10. In this case, said mixture is expanded.
  • the mixture is then supplied from the dry ice formation region 30, which may be provided at an end portion 80 of the shell 3 nozzle 8, which may be formed as a Laval nozzle, and via an outlet opening 6 of the nozzle 8, which is provided on the front end portion 80 of the shell 3 on the surface O to be cleaned is ejected along a discharge direction running parallel to the longitudinal axis L, so that an impurity V to be removed from the surface can be embrittled with the ejected dry ice.
  • the turbine 2 is further coupled via its shaft 4 to a means 5 for mechanical removal of the embrittlement V to be embrittled, said means 5 according to Fig. 1 is designed as a brush 5.
  • the coupling is designed in such a way that the brush 5 is set in rotation about a rotation axis which coincides with the shaft 4 of the turbine 2 or the longitudinal axis L of the jacket 3 of the device 10.
  • the said means 5 is arranged along the longitudinal axis L or the ejection direction in front of the outlet opening 6, so that the means 5 is opposite to that outlet opening 6 along the longitudinal axis L.
  • Said means 5 therefore preferably has a passage opening 5a, which is aligned with the outlet opening 6, so that the ejected from the outlet opening 6 dry ice can be passed through the passage opening 5a of the means 5 on the surface O to be cleaned.
  • a flywheel 7 is provided, which is connected to one end of the shaft 4 of the turbine 2 and the said turbine 2 gives a corresponding moment of inertia.
  • the turbine 2 is designed as an axial turbine.
  • a radial turbine for driving the brush 5 can be used.
  • the axis of rotation of the turbine 2 or its shaft is perpendicular to the longitudinal axis L.
  • a turbine 2 can in the embodiments according to Fig. 2 and 3 the CO 2 are respectively expanded only through the nozzle 8, wherein the means 5 for the mechanical removal of the embrittled contaminant V by means of a separate drive 9 is driven.
  • a brush 5 in the manner of Fig. 1 is driven by a separate drive 9 in the form of a motor which acts on a shaft 4 which is coupled to the brush 5 as described above, so that the shaft 4 is rotated together with the brush 5 in rotation.
  • the separate drive 9 is provided preferably formed as a percussion mechanism 9, which reciprocates a rod 40, which extends along the longitudinal axis L of the device 10 along the longitudinal axis L, so that the attached to one end of the rod 40 means 5 is taken accordingly and thus at Approaching the surface O or the contaminant V adhering thereto may act on it in order to remove it.
  • inventive expansion by a turbine and the associated increase in the production of solid CO 2 can also be used for other applications, for example for freezing foods, for covering molten metal in metallurgy and the like.

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Abstract

Verfahren und Vorrichtung (10) zum Entfernen einer Verunreinigung (V) von einer Oberfläche (O), bei dem die Verunreinigung (V) vorzugsweise lediglich zum Abkühlen und Verspröden der Verunreinigung (V) mit Trockeneis beaufschlagt wird und die versprödete Verunreinigung (V) durch mechanisches Abtragen mit einem zusätzlichen Mittel (5) zum mechanischen Abtragen entfernt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entfernen einer Verunreinigung von einer Oberfläche sowie eine entsprechende Vorrichtung.
  • Die Reinigung von Oberflächen mittels Trockeneis, wobei Trockeneis (Pellets oder Partikel) mit Hilfe großer Mengen an Druckluft beschleunigt und auf zu reinigende Oberflächen geleitet wird, ist aus dem Stand der Technik bekannt.
  • Eine effiziente Reinigung mit Trockeneis beruht auf der Kombination verschiedener Effekte, nämlich einerseits auf der Abkühlung und Versprödung der Verunreinigung durch die niedrige Temperatur des CO2-Luft-Gemisches, mit der die zu reinigende Oberfläche beaufschlagt wird, sowie andererseits auf den damit einhergehenden thermischen Spannungen, die die Haftung der Verunreinigungen auf der Oberfläche zerstören. Weiterhin sorgt die kinetische Energie der auftreffenden CO2-Partikel dafür, dass die versprödeten Verunreinigungen aufbrechen, wobei der Gasstoß durch die Druckluft und sublimierendes CO2 die jeweilige Verunreinigung schließlich abhebt.
  • Nachteilig sind dabei der vergleichsweise hohe Verbrauch an Druckluft, der Kosten verursacht, die in etwa in der gleichen Höhe liegen, wie die Kosten für das verwendete CO2, der durch die Druckluft erzeugte Lärm sowie das durch die Druckluftschläuche erschwerte Handling.
  • Hiervon ausgehend liegt daher der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bzw. eine entsprechende Vorrichtung zum Entfernen einer Verunreinigung von einer Oberfläche bereitzustellen, das bzw. die im Hinblick auf die vorgenannten Problemfelder verbessert ist.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind des Weiteren in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
  • Gemäß Anspruch 1 ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen, dass die jeweilige Verunreinigung bevorzugt lediglich zum Abkühlen und zum Verspröden der Verunreinigung mit Trockeneis beaufschlagt wird und die versprödete Verunreinigung durch mechanisches Abtragen mit einem zusätzlichen Mittel zum mechanischen Abtragen entfernt wird. Unter einem mechanischen Abtragen wird insbesondere ein Einwirken auf die Verunreinigung verstanden, bei der das Mittel in Kontakt mit der Verunreinigung gebracht wird und beispielsweise abrasiv und/oder stoßend auf diese einwirkt.
  • Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das zum Beaufschlagen der Oberfläche verwendete Trockeneis mit einer Vorrichtung erzeugt wird, die auch das zusätzliche Mittel zum mechanischen Abtragen aufweist.
  • Weiterhin wird bevorzugt das Mittel zum mechanischen Abtragen durch die Vorrichtung bewegt, so dass jenes Mittel beim Kontaktieren der Verunreinigung besser auf diese Einwirken kann (z.B. schleifend und/oder stoßend).
  • Gemäß einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zur Erzeugung des Trockeneises bevorzugt flüssiges CO2 in einen Trockeneisbildungsbereich der besagten Vorrichtung entspannt, so dass ein Gemisch aus Trockeneis und gasförmigen CO2 entsteht.
  • Gemäß einer weiteren, besonders bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird jenes Gemisch zum Antreiben bzw. Bewegen des Mittels zum mechanischen Abtragen verwendet. Das Mittel kann hierbei in eine Rotation versetzt werden und gegen die Verunreinigung gedrückt werden, so dass das Mittel die Verunreinigung durch Abschleifen abträgt. Hierbei kann das Mittel beispielsweise als eine Bürste ausgebildet sein. Alternativ oder ergänzend kann das Mittel so hin- und her bewegt werden, dass das Mittel, wenn es gegen die Verunreinigung gedrückt wird, stoßend auf die Verunreinigung einwirkt. In einem solchen Fall kann das Mittel als ein Impaktor ausgebildet sein, der vorzugsweise eine vergleichsweise kleine Kontaktfläche zum wiederholten Kontaktieren der Verunreinigung aufweist, so dass ein möglichst großer bzw. hinreichender Druck auf die Verunreinigung ausgeübt werden kann.
  • Gemäß einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform des vorliegenden Verfahrens ist vorgesehen, dass das Gemisch im Trockeneisbildungsbereich mittels einer Turbine expandiert wird, wobei die Turbine in Rotation versetzt wird, und wobei insbesondere das Mittel zum mechanischen Abtragen mittels der Turbine angetrieben wird. Hierbei wird bevorzugt das besagte Mittel zum mechanischen Abtragen der Verunreinigung mit einer Welle der Turbine gekoppelt, so dass das besagte Mittel beim Rotieren der Turbine z.B. ebenfalls in Rotation versetzt wird und somit aufgrund der Rotation beim Inkontaktbringen mit der Verunreinigung diese durch abrasives Einwirken abtragen kann (siehe oben). Die Rotationsachse dieser Rotationsbewegung fällt dabei vorzugsweise mit der Längsachse der Welle bzw. der Vorrichtung zusammen, entlang der auch das erzeugte Trockeneis auf die Verunreinigung bzw. die Oberfläche beaufschlagt wird. Das Mittel zum mechanischen Abtragen der Verunreinigung kann dabei eine Durchgangsöffnung aufweisen, durch die hindurch das Trockeneis auf die zu reinigende Oberfläche gelenkt werden kann.
  • Es ist natürlich auch denkbar, die Rotationsbewegung der Turbine durch ein Getriebe in eine Hin- und Her- bzw. eine Längsbewegung des Mittels zum mechanischen Abtragen entlang der Welle bzw. entlang der Längsachse der Vorrichtung zu übertragen, so dass das Mittel zum mechanischen Abtragen der Verunreinigung zum Beispiel stoßend, also normal zur Oberfläche, auf die darauf befindliche Verunreinigung einwirken kann.
  • In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann weiterhin vorgesehen sein, dass das besagte Mittel zum Abtragen der Verunreinigung mittels eines separaten Antriebs angetrieben wird. Hierbei kann ein solcher separater Antrieb dazu ausgebildet sein, das besagte Mittel um eine Rotationsachse zu rotieren, die insbesondere mit der Längsachse der Vorrichtung zusammenfällt oder parallel zu dieser verläuft, wobei das besagte Mittel bevorzugt als Bürste ausgebildet ist. Des Weiteren kann ein derartiger separater Antrieb auch dazu ausgebildet sein kann, das Mittel zum mechanischen Abtragen der Verunreinigung entlang der Längsachse der Vorrichtung hin und her zu bewegen, so dass das besagte Mittel stoßend auf die Oberfläche einwirken kann (ein solcher Antrieb wird auch als Schlagwerk bezeichnet). In diesem Fall ist das besagte Mittel vorzugsweise als ein Impaktor ausgebildet (siehe oben).
  • Wenn das Gemisch im Trockeneisbildungsbereich mittels einer Turbine expandiert wird, wird dem besagten Gemisch aus Trockeneis und gasförmigem CO2 Energie entzogen, d.h., die Gesamtenthalpie wird reduziert. Dies äußert sich entsprechend des Phasendiagramms als Verschiebung des Verhältnisses von Feststoff zu Gas in Richtung Feststoff, d.h., bei gleichem Austrittsdruck, der in etwa bei 1 bar liegt, und der dem Druck entsprechenden Austrittstemperatur von -78°C, die sich bei der adiabatischen Entspannung von flüssigem CO2 auf 1 bar einstellt, entsteht mehr Feststoff. Damit steht auch mehr Kälte für die Abkühlung der zu reinigenden Oberfläche bzw. der zu versprödenden Verunreinigung zur Verfügung.
  • Gemäß einem weiteren Erfindungsgedanken wird daher des Weiteren ein Verfahren zum Erzeugen von Trockeneis vorgeschlagen, wobei mit dem Trockeneis insbesondere eine Oberfläche beaufschlagt wird, insbesondere um eine Verunreinigung der Oberfläche abzukühlen und/oder zu verspröden, und wobei in einem Trockeneisbildungsbereich ein Gemisch aus Trockeneisschnee und gasförmigen CO2 erzeugt wird, insbesondere durch Entspannen von flüssigen CO2 in den Trockeneisbildungsbereich, und wobei jenes Gemisch mit einer Turbine expandiert wird.
  • Weiterhin wird das erfindungsgemäße Problem durch eine Vorrichtung zum Entfernen einer Verunreinigung von einer Oberfläche mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst.
  • Danach ist vorgesehen, dass die Vorrichtung dazu ausgebildet ist, Trockeneis zu erzeugen und aus einer Düse dieser Vorrichtung zum Verspröden der Verunreinigung auszustoßen, wobei erfindungsgemäß die Vorrichtung zusätzlich zur Düse ein insbesondere relativ zur Düse bewegbares Mittel zum mechanischen Abtragen der versprödeten Verunreinigung aufweist.
  • Bevorzugt ist eine derartige Vorrichtung zur Verwendung bei einem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Vorrichtung dazu ausgebildet ist, zur Erzeugung des Trockeneises flüssiges CO2 in einen Trockeneisbildungsbereich der Vorrichtung einzuleiten bzw. zu entspannen, so dass ein Gemisch aus jenem Trockeneis und gasförmigen CO2 entsteht.
  • Bevorzug ist die Vorrichtung diesbezüglich dazu ausgebildet, jenes Gemisch zum Antreiben bzw. Bewegen des Mittels zum mechanischen Abtragen zu verwenden. Bevorzugt weist die Vorrichtung hierzu eine vorzugsweise im Trockeneisbildungsbereich angeordnete Turbine auf, die durch eine Welle gebildet ist, von der Turbinenschaufeln abgehen. Diese Turbine ist bevorzugt zum Antreiben des Mittels zum mechanischen Abtragen mit jenem Mittel gekoppelt, und zwar bevorzugt über die Welle der Turbine, wobei die Vorrichtung vorzugsweise dazu ausgebildet ist, die Turbine bzw. deren Turbinenschaufeln mit dem besagten Gemisch aus Trockeneis und gasförmigen CO2 zum Antreiben der Turbine zu beaufschlagen. Mit anderen Worten wird durch die Turbine das besagte Gemisch expandiert und die in dem Gemisch steckende Energie hierbei zumindest teilweise in Bewegungsenergie der Turbine umgewandelt, die zum Antreiben des besagten Mittels zur Verfügung steht.
  • Gemäß einer alternativen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann zum Antreiben des besagten Mittels zum mechanischen Abtragen der jeweiligen Verunreinigung ein separater Antrieb vorgesehen sein. Ein solcher Antrieb kann wie die zuvor beschriebene Turbine dazu ausgebildet sein, das besagte Mittel in eine Rotationsbewegung zu versetzen, wobei vorzugsweise die Rotationsachse dieser Bewegung mit der Welle der Turbine zusammenfällt. In dem Fall eines rotierenden Mittels zum mechanischen Abtragen ist dieses bevorzugt als eine Bürste ausgebildet, die beim Rotieren abrasiv auf die jeweilige versprödete Verunreinigung einwirkt, wenn die Vorrichtung entlang der Rotationsachse gegen die Oberfläche bzw. die Verunreinigung gedrückt wird. Bei einem separaten Antrieb zum Antreiben des Mittels zum mechanischen Abtragen kann es sich zum Beispiel um einen Motor, beispielsweise einen Elektromotor oder einen sonstigen Aktuator handeln. Des Weiteren kann ein solcher separater Antrieb als ein Schlagwerk ausgebildet sein, das das Mittel zum mechanischen Abtragen der Verunreinigung hin und her bewegt, so dass dieses stoßend auf die Verunreinigung bzw. die zu reinigende Oberfläche einwirken kann, wobei die besagte Hin und Herbewegung entlang einer Richtung erfolgt, entlang der bevorzugt das erzeugte Trockeneis auf die zu reinigende Oberfläche gelenkt wird. Ein solches Mittel zum mechanischen Einwirken bzw. Abtragen der jeweiligen Verunreinigung wird auch als Impaktor bezeichnet.
  • Vorzugsweise ist das besagte Mittel zum mechanischen Abtragen der Verunreinigung entlang einer Ausstoßrichtung, entlang der das Trockeneis durch eine Austrittsöffnung der Düse aus der Vorrichtung ausgestoßen wird, vor der Austrittsöffnung angeordnet, wobei das besagte Mittel zum mechanischen Abtragen vorzugsweise eine Durchgangsöffnung aufweist, die mit der Austrittsöffnung fluchtet, so dass das aus der Austrittsöffnung ausgestoßene Trockeneis durch jene Durchgangsöffnung des besagten Mittels hindurch auf die zu reinigende Oberfläche bzw. Verunreinigung gegeben werden kann.
  • Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sollen durch die nachfolgenden Figurenbeschreibungen von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren erläutert werden.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Reinigen einer Oberfläche bzw. zum Entfernen von Verunreinigungen einer Oberfläche mit einem Mittel zum mechanischen Abtragen der versprödeten Verunreinigung, das durch eine Turbine der Vorrichtung angetrieben wird;
    Fig. 2
    eine schematische Schnittansicht einer Abwandlung der in der Fig. 1 gezeigten Vorrichtung, bei der das Mittel zum mechanischen Abtragen der Verunreinigung durch einen separaten Antrieb in Rotation versetzt wird; und
    Fig. 3
    eine schematische Schnittansicht einer Abwandlung der in der Fig. 2 gezeigten Vorrichtung, bei der das Mittel zum mechanischen Abtragen der versprödeten Verunreinigung durch einen separaten Antrieb in Form eines Schlagwerks angetrieben wird.
  • Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 zum Reinigen einer Oberfläche O bzw. zum Entfernen von Verunreinigungen V einer Oberfläche O, wobei erfindungsgemäß dem verwendeten Trockeneis bevorzugt lediglich die Funktion der Abkühlung bzw. Versprödung der jeweiligen Verunreinigung zukommt. Die betreffende Verunreinigung wird also insbesondere nicht durch den Gasstoß des CO2 bzw. einer üblicherweise verwendeten Druckluft entfernt, sondern durch eine mechanische Komponente, z.B. in Form einer Bürste 5 (vgl. Fig. 1 und 2) oder eines Impaktors 5 (vgl. Fig. 3). Dieses Mittel 5 zum mechanischen Abtragen der jeweiligen Verunreinigung V wird dabei kombiniert mit einem Trockeneisbildungsbereich 30 zur Erzeugung des zum Verspröden verwendeten Trockeneises, der mit einer Düse 8 der Vorrichtung 10 verbunden ist, wobei in den Trockeneisbildungsbereich 30 flüssiges CO2 entspannt wird und das entstehende Gemisch aus Trockeneis und gasförmigem CO2 über die Düse 8 auf die zu reinigende Oberfläche O gelenkt wird.
  • Eine Ausführungsform einer derartigen Vorrichtung 10 ist in der Fig. 1 gezeigt. Danach wird das flüssige CO2 über eine Zuleitung 1 in den Trockeneisbildungsbereich 30 der Vorrichtung 10 geleitet, der von einem insbesondere zylindrischen Mantel 30 umschlossen ist und sich entlang einer Längsachse bzw. Zylinderachse L erstreckt, wobei das flüssige CO2 vorzugsweise quer zur Längsachse L in den Trockeneisbildungsbereich 30 eingeleitet wird. In dem Trockeneisbildungsbereich 30 ist eine Turbine 2 angeordnet, die eine koaxial zur Längsachse L angeordnete Welle 4 aufweist, von der Turbinenschaufeln 20 abgehen, die von dem in dem Trockeneisbildungsbereich 30 erzeugten Gemisch, das einen gewissen Strömungsdruck aufweist, beaufschlagt werden, so dass die Turbine 2 um eine Rotationsachse in Rotation versetzt wird, die mit der besagten Längsachse L bzw. Welle 4 der Vorrichtung 10 zusammenfällt. Hierbei wird das besagte Gemisch expandiert. Das Gemisch wird sodann aus dem Trockeneisbildungsbereich 30, der an einem Endabschnitt 80 des Mantels 3 vorgesehenen Düse 8 zugeführt, die als Lavaldüse ausgebildet sein kann, und über eine Austrittsöffnung 6 der Düse 8, die stirnseitig am Endabschnitt 80 des Mantels 3 vorgesehen ist, auf die zu reinigende Oberfläche O entlang einer parallel zur Längsachse L verlaufenden Ausstoßrichtung ausgestoßen, so dass mit dem ausgestoßenen Trockeneis eine zu entfernende Verunreinigung V der Oberfläche versprödet werden kann.
  • Die Turbine 2 ist des Weiteren über ihre Welle 4 mit einem Mittel 5 zum mechanischen Abtragen der zu versprödenden Verunreinigung V gekoppelt, wobei jenes Mittel 5 gemäß Fig. 1 als Bürste 5 ausgebildet ist. Die Kopplung ist dabei dergestalt ausgeführt, dass die Bürste 5 um eine Rotationsachse in Rotation versetzt wird, die mit der Welle 4 der Turbine 2 bzw. der Längsachse L des Mantels 3 der Vorrichtung 10 zusammenfällt. Dabei ist das besagte Mittel 5 entlang der Längsachse L bzw. der Ausstoßrichtung vor der Austrittsöffnung 6 angeordnet, so dass das Mittel 5 jener Austrittsöffnung 6 entlang der Längsachse L gegenüberliegt.
  • Das besagte Mittel 5 weist daher bevorzugt eine Durchgangsöffnung 5a auf, die mit der Austrittsöffnung 6 fluchtet, so dass das aus der Austrittsöffnung 6 ausgestoßene Trockeneis durch die Durchgangsöffnung 5a des Mittels 5 hindurch auf die zu reinigende Oberfläche O gegeben werden kann.
  • Zum Kompensieren etwaiger Bremsmomentspitzen an der Bürste 5, wenn diese beim Rotieren in Kontakt mit der Verunreinigung V bzw. Oberfläche O gebracht wird, ist des Weiteren eine Schwungmasse 7 vorgesehen, die mit einem Ende der Welle 4 der Turbine 2 verbunden ist und der besagten Turbine 2 ein entsprechendes Trägheitsmoment verleiht. Gemäß Fig. 1 ist die Turbine 2 als Axialturbine ausgebildet. Alternativ hierzu kann natürlich auch eine Radialturbine zum Antreiben der Bürste 5 verwendet werden. Hierbei verläuft die Rotationsachse der Turbine 2 bzw. deren Welle senkrecht zur Längsachse L.
  • Alternativ zu einer Turbine 2 kann in den Ausführungsformen gemäß Fig. 2 und 3 das CO2 jeweils lediglich durch die Düse 8 expandiert werden, wobei das Mittel 5 zum mechanischen Abtragen der versprödeten Verunreinigung V mittels eines separaten Antriebs 9 angetrieben wird. Hierbei ist gemäß Fig. 2 z.B. vorgesehen, dass eine Bürste 5 nach Art der Fig. 1 mittels eines separaten Antriebs 9 in Form eines Motors angetrieben wird, der an einer Welle 4 angreift, die mit der Bürste 5 wie oben beschrieben gekoppelt ist, so dass die Welle 4 zusammen mit der Bürste 5 in Rotation versetzt wird. Für den Fall, dass das Mittel 5 zum mechanischen Abtragen der Verunreinigung V als ein Impaktor 5 ausgebildet ist, der über eine vergleichsweise kleine Kontaktfläche stoßend auf die Verunreinigung V einwirkt (also z.B. normal zu der zu reinigenden Oberfläche O), ist der separate Antrieb 9 bevorzugt als ein Schlagwerk 9 ausgebildet, das ein Stange 40, die sich entlang der Längsachse L der Vorrichtung 10 erstreckt, entlang der Längsachse L hin- und herbewegt, so dass das an einem Ende der Stange 40 befestigte Mittel 5 entsprechend mitgenommen wird und somit bei Annäherung an die Oberfläche O bzw. die daran anhaftende Verunreinigung V stoßend auf diese einwirken kann, um diese abzutragen.
  • Die Vorteile der vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Lösungen bestehen insbesondere in den geringeren Kosten aufgrund des Wegfalls der üblicherweise vorhandenen Druckluftversorgung sowie in der geringeren Lärmemission und der besseren Handhabung aufgrund des Fehlens der Drucklufterzeugung und diesbezüglicher Komponenten (z.B. Druckluftschläuche etc.).
  • Die erfindungsgemäße Expansion durch eine Turbine und die damit verbundene Mehrerzeugung von festem CO2 kann natürlich auch für andere Anwendungen, zum Beispiel zum Gefrieren von Lebensmitteln, zur Abdeckung von Schmelze in der Metallurgie usw. verwendet werden.
    • Bezugszeichenliste
  • 1 Zuleitung
    2 Turbine
    3 Mantel
    4 Welle
    5 Mittel zum mechanischen Abtragen
    5a Durchgangsöffnung
    6 Austrittsöffnung der Düse
    7 Schwungrad
    8 Düse
    9 Separater Antrieb
    10 Vorrichtung zum Entfernen einer Verunreinigung von einer Oberfläche
    20 Turbinenschaufel
    30 Trockeneisbildungsbereich
    40 Stange
    80 Endabschnitt
    L Längsachse
    O Oberfläche
    V Verunreinigung

Claims (15)

  1. Verfahren zum Entfernen einer Verunreinigung (V) von einer Oberfläche (O), bei dem die Verunreinigung (V) zum Abkühlen und Verspröden der Verunreinigung (V) mit Trockeneis beaufschlagt wird und die versprödete Verunreinigung (V) durch mechanisches Abtragen mit einem zusätzlichen Mittel (5) zum mechanischen Abtragen entfernt wird, wobei insbesondere das Trockeneis mit einer Vorrichtung (10) erzeugt wird, die auch das zusätzliche Mittel (5) zum mechanischen Abtragen aufweist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (5) zum mechanischen Abtragen zum Einwirken auf die Verunreinigung (V) durch die Vorrichtung (10) bewegt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung des Trockeneises flüssiges CO2 in einen Trockeneisbildungsbereich (30) entspannt wird, so dass ein Gemisch aus Trockeneis und gasförmigem CO2 entsteht.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass jenes Gemisch zum Bewegen des Mittels (5) zum mechanischen Abtragen verwendet wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch im Trockeneisbildungsbereich (30) mit einer Turbine (2) expandiert wird, wobei die Turbine (2) in Rotation versetzt wird, und wobei insbesondere das Mittel (5) zum mechanischen Abtragen mittels der Turbine (2) bewegt wird, insbesondere in Rotation versetzt wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (5) zum mechanischen Abtragen mittels eines separaten Antriebs (9) bewegt wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (5) zum mechanischen Abtragen als Bürste oder Impaktor ausgebildet ist.
  8. Vorrichtung zum Entfernen einer Verunreinigung (V) von einer Oberfläche (O), wobei die Vorrichtung (10) dazu ausgebildet ist, Trockeneis zu erzeugen und aus einer Düse (8) der Vorrichtung (10) zum Verspröden der Verunreinigung (V) auszustoßen,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Vorrichtung (10) zusätzlich ein Mittel (5) zum mechanischen Abtragen der versprödeten Verunreinigung (V) aufweist.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) dazu ausgebildet ist, das Mittel (5) zum mechanischen Abtragen zum Einwirken auf die Verunreinigung (V) zu bewegen.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) dazu ausgebildet ist, zur Erzeugung des Trockeneises flüssiges CO2 in einen Trockeneisbildungsbereich (30) der Vorrichtung (10) einzuleiten, so dass ein Gemisch aus jenem Trockeneis und gasförmigem CO2 entsteht.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) dazu ausgebildet ist, jenes Gemisch zum Bewegen des Mittels (5) zum mechanischen Abtragen zu verwenden.
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) eine insbesondere im Trockeneisbildungsbereich (30) angeordnete Turbine (2) aufweist, die zum Bewegen des Mittels (5) zum mechanischen Abtragen mit jenem Mittel (5) gekoppelt ist, wobei die Vorrichtung (10) dazu ausgebildet ist, die Turbine (2) mit dem besagten Gemisch zum Antreiben der Turbine (2) zu beaufschlagen.
  13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) einen separaten Antrieb (9) zum Bewegen des Mittels (5) zum mechanischen Abtragen aufweist.
  14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (5) zum mechanischen Abtragen als Bürste oder Impaktor ausgebildet ist.
  15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (5) zum mechanischen Abtragen vor einer Austrittsöffnung (6) der Düse (8) angeordnet ist, wobei die Vorrichtung (10) dazu ausgebildet ist, das Trockeneis durch jene Austrittsöffnung (6) auszustoßen, wobei insbesondere das Mittel (5) zum mechanischen Abtragen eine Durchgangsöffnung (5a) aufweist, die der Austrittsöffnung (6) gegenüberliegt, so dass aus der Austrittsöffnung (6) ausgestoßenes Trockeneis durch die Durchgangsöffnung (5a) hindurch auf die Verunreinigung (V) aufgebbar ist.
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