WO2003101667A1 - Trockeneisstrahlanlage - Google Patents

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WO2003101667A1
WO2003101667A1 PCT/EP2003/005643 EP0305643W WO03101667A1 WO 2003101667 A1 WO2003101667 A1 WO 2003101667A1 EP 0305643 W EP0305643 W EP 0305643W WO 03101667 A1 WO03101667 A1 WO 03101667A1
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WO
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snow
die
chamber
particles
snow chamber
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Application number
PCT/EP2003/005643
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Inventor
Robert Adler
Original Assignee
Linde Aktiengesellschaft
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24C—ABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
    • B24C7/00—Equipment for feeding abrasive material; Controlling the flowability, constitution, or other physical characteristics of abrasive blasts
    • B24C7/0046—Equipment for feeding abrasive material; Controlling the flowability, constitution, or other physical characteristics of abrasive blasts the abrasive material being fed in a gaseous carrier
    • B24C7/0053—Equipment for feeding abrasive material; Controlling the flowability, constitution, or other physical characteristics of abrasive blasts the abrasive material being fed in a gaseous carrier with control of feed parameters, e.g. feed rate of abrasive material or carrier
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24C—ABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
    • B24C1/00—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods
    • B24C1/003—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods using material which dissolves or changes phase after the treatment, e.g. ice, CO2
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24C—ABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
    • B24C5/00—Devices or accessories for generating abrasive blasts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/50—Carbon dioxide
    • C01B32/55—Solidifying

Definitions

  • the invention relates to a device for producing solid C0 2 particles with a snow chamber having an inlet for CO 2 and a compressor for compressing and present in the snow chamber C0 2 snow, and the snow chamber on one side by an apertured provided die is completed. Furthermore, the invention relates to a method for producing solid CO 2 particles, wherein liquid CO 2 is expanded and a mixture of CO 2 snow and gaseous CO 2 is generated, which compresses CO 2 snow in a snow chamber to form a dry ice block and is pressed through a die provided with openings and the CO 2 particles emerging from the die are fed to a compressed gas stream.
  • Carbon dioxide is stored at a pressure between usually 12 and 22 bar, removed and expanded to atmospheric pressure via nozzles in a snow chamber.
  • a mixture of CO 2 snow and cold CO 2 gas is created.
  • the gas phase is separated from the CO 2 snow and the CO 2 snow is compressed using a compressor.
  • a piston compressor is used for this purpose, for example.
  • the resulting dry ice block is then pressed through a die to produce solid strands of CO 2 , which are then cut into pellets about the size of rice grains using a suitable crushing tool.
  • Compressed air flow metered in and conveyed to the jet nozzle usually has a pressure between 5 and 20 bar, while the CO 2 pellets are at atmospheric pressure.
  • a pressure lock is therefore necessary. All conventional pressure locks have moving parts, which represent a mechanical weak point at the prevailing temperatures down to -78 ° C and pressures up to 20 bar.
  • the object of the present invention is therefore to develop a device and a method for producing CO 2 pellets which avoid the disadvantages mentioned above.
  • a device comprising a snow chamber, which has an inlet for CO 2 and a compressor for compressing in the
  • a method according to the invention of the type mentioned at the outset is characterized in that the compressed gas flow is guided past the die and that the dry ice block shields the snow chamber from the compressed gas flow in a pressure-tight manner.
  • Dry ice is created when liquid CO 2 is released to atmospheric pressure.
  • the CO 2 snow is then compressed to a dry ice block by a compressor and pressed through a die to produce elongated CO 2 particles. Any gaseous CO 2 present is preferably withdrawn from the snow chamber before or during compression.
  • the snow chamber is designed at least in a partial area so that its cross section increases in the direction of the die.
  • the CO 2 snow is compressed in this area by the compressor and a dry ice block is formed, the cross section of which at least in this partial area also increases in the direction of the die.
  • the dry ice block is pressed against the inner wall of the snow chamber and forms a pressure-tight seal between the area in front of and behind the dry ice block.
  • An increased pressure therefore prevails on one side of the dry ice block, while atmospheric pressure continues to exist on the other side, on which the inlet for CO 2 into the snow chamber is located.
  • the snow chamber can therefore be refilled with CO 2 snow according to the invention, while solid CO 2 particles can be released through the die into an atmosphere with increased pressure, in particular into a compressed gas stream.
  • the invention thus allows the production of solid CO 2 particles by relaxing liquid CO 2 against atmospheric pressure or against only slightly increased pressure and feeding the generated CO 2 particles into a gas stream at a significantly higher pressure without the need for a pressure lock.
  • the snow chamber is preferably flared at least in a partial area in the direction of the die.
  • a correspondingly conically shaped block of dry ice is created, which is pressed into the snow chamber and seals it if there is increased pressure in front of the die.
  • the snow chamber in another subarea so that its cross section decreases in the direction of the die.
  • the narrowing of the cross-section preferably an even, steady narrowing of the cross-section, supports the compression of the CO 2 snow.
  • a further improvement in the density and hardness of the CO 2 particles is achieved by tapering the openings in the die, so that the dry ice pressed through the die is compressed again.
  • the openings of the die preferably open into one Flow chamber through which a stream of compressed gas flows and entrains the CO 2 particles emerging from the die.
  • the CO 2 particles emerging from the die are advantageously fed into an air stream at a pressure between 2 and 20 bar, preferably between 5 and 10 bar.
  • the CO 2 snow in the snow chamber is preferably compacted more than 20 times per minute, particularly preferably more than 40 times per minute, very particularly preferably more than 60 times per minute, and pressed through the die.
  • the continuous cleaning jet generated in this way enables a high cleaning speed, ie it can be moved over the object to be cleaned at a relatively high speed.
  • the cleaning performance is significantly increased compared to pulsed cleaning jets.
  • liquid CO 2 is expanded against atmospheric pressure, resulting in a mixture of approximately equal parts of CO 2 snow and CO 2 gas.
  • the mixture formed during the expansion is preferably separated into CO 2 snow and gaseous CO 2 .
  • This is particularly preferably done by supplying the mixture to a circular line in which gas and snow are separated using centrifugal force.
  • This line is connected with a kind of switch to the inlet for CO 2 into the snow chamber, so that essentially only CO 2 snow is introduced into the snow chamber.
  • the resulting CO 2 gas is then removed from the snow chamber in a suitable manner before the CO 2 snow is compressed.
  • It has also proven advantageous to supply the CO 2 gas / snow mixture to the snow chamber via a line which has a rib structure on the inside, for example a hose with an internal support spiral. As a result, the loose snow particles are already pre-compacted.
  • CO 2 gas, and C0 2 snow as well as possible separated that is, the snow is completely degassed as possible.
  • the subsequent compression process This results in a high density and hardness of the CO 2 particles produced, which in turn have a favorable effect on the cleaning performance.
  • the invention has significant advantages over the known devices and methods for producing solid CO 2 particles.
  • the special design of the snow chamber makes a pressure lock unnecessary. The manufacturing costs can thereby be reduced and a potential source of error is eliminated.
  • the invention also allows the generation of a quasi-continuous CO 2 -
  • the device according to the invention can be started up very quickly within a few seconds. For example, it is possible to generate a cleaning jet with CO 2 pellets within 2 to 4 seconds.
  • the invention can therefore advantageously be integrated into process sequences, so that a corresponding cleaning jet is available very quickly in the event of cleaning requirements. This is particularly advantageous for processes in which cleaning requirements are very irregular and difficult to plan.
  • the invention is preferably integrated into the process sequences in such a way that the cleaning is started automatically.
  • CO 2 particle generation and feed into the compressed gas stream means that separate storage of CO 2 particles, in particular CO 2 pellets, is not necessary, so that problems in the distribution of the CO 2 particles cannot occur at all.
  • the difficulties associated with the storage of the CO 2 particles, for example clumping, are also avoided.
  • the storage of liquid CO 2 is much easier than the handling of solid CO 2 particles.
  • the figure shows a device for producing CO 2 pellets for a pressure jet system.
  • the device according to the invention has a
  • the CO 2 snow is produced by expansion of liquid CO 2 relative to atmospheric pressure, and then separated by 2 gas which is also produced in the relaxation CO.
  • a circular line is provided, in which a separation of gas and snow is achieved due to the centrifugal force.
  • the snow chamber 5 is closed on one end by the compression piston 2 of a compressor and on the opposite side by a die 6.
  • the die 6 has a plurality of openings 10 arranged next to one another, each of which has a conically tapering cross section.
  • Other designs with a tapering cross-section, such as hyperbolic tapering cross-sections, are also cheap.
  • the snow chamber 5 is double-conical in the area 5a, 5b adjoining the die 6.
  • the cross section of the snow chamber 5 increases evenly in the partial area 5a and decreases again in the partial area 5b.
  • the openings 10 of the die 6 open into a flow chamber 11 which has an inlet opening 7 for a compressed air flow and an outlet opening 9 for the compressed air flow loaded with CO 2 pellets.
  • a wedge-shaped projection 8 is provided on the side of the flow chamber 11 opposite the openings 10 of the die 6.
  • CO 2 pellets The production of CO 2 pellets according to the invention is carried out as follows: Liquid C0 2 is expanded in a snow nozzle to atmospheric pressure to give a Mixture of CO 2 snow and gaseous CO 2 forms. The gas-snow mixture is separated and the CO 2 snow is introduced into the snow chamber 5 via the feed 1.
  • the compression piston 2 of the compressor 3 is moved into the position shown in dashed lines in the drawing, whereby the CO 2 snow is pressed into the double-conical area 5a, 5b and compressed. After the compression piston 2 has been brought back to its starting position, new CO 2 snow can be refilled into the snow chamber 5 and then also compressed.
  • Dry ice 4 is produced during the compression of the CO 2 snow. This is pressed through the openings 10 of the die 6 in the compression cycle of the compressor, as a result of which CO 2 strands form.
  • the narrowing design of the openings 10 further compresses the CO 2 strands.
  • the CO 2 strands emerging from the openings 10 strike the wedge-shaped projection 8 and are broken off on impact or by the compressed gas flow flowing through the flow chamber 11 and entrained with the compressed gas flow.
  • the frequency of the compressor is 60 compression cycles per minute, ie 60 strands of CO 2 are pressed through the die 6 per minute. CO 2 pellets 13 are thus fed quasi-continuously into the compressed air stream.
  • a flow of compressed air which has a pressure of 10 bar, flows through the flow chamber 11.
  • the CO 2 pellets 13 produced are entrained by the compressed air flow and fed via a hose line to a jet nozzle, by means of which they are blasted onto the object to be cleaned.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erzeugung von festen CO2-Teilchen (13). Flüssiges CO2 wird entspannt, um ein Gemisch aus CO2-Schnee und gasförmigen CO2 zu erzeugen. Der CO2-Schnee wird dann in einer Schneekammer (5) zu einem Trockeneisblock verdichtet und durch eine mit Öffnungen (10) versehene Matrize (6) gepresst. Die entstehenden CO2-Teilchen (13) werden einem Druckgasstrom zugeführt, der an der Matrize (6) vorbeigeführt wird. Der Trockeneisblock (4) schirmt die Schneekammer (5) druckdicht von dem Druckgasstrom ab.

Description

Beschreibung
Trockeneisstrahlanlage
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung von festen C02-Teilchen mit einer Schneekammer, die einen Einlass für CO2 und einen Verdichter zum Verdichten von in der Schneekammer befindlichem C02-Schnee aufweist, und wobei die Schneekammer auf einer Seite durch eine mit Öffnungen versehene Matrize abgeschlossen wird. Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Erzeugung von festen CO2-Teilchen, wobei flüssiges CO2 entspannt und ein Gemisch aus CO2-Schnee und gasförmigem CO2 erzeugt wird, der CO2-Schnee in einer Schneekammer zu einem Trockeneisblock verdichtet und durch eine mit Öffnungen versehene Matrize gepresst wird und die aus der Matrize austretenden CO2-Teilchen einem Druckgasstrom zugeführt werden.
Beim Strahlreinigen mit Trockeneis werden granulatartige Trockeneispartikel in Reiskorngröße, sogenannte CO2-Pellets, aus dem Vorratsbehälter einer Strahlanlage über Schlauchleitungen zu einer Strahldüse gefördert, beschleunigt und auf das zu reinigende Objekt gestrahlt.
Die Erzeugung der CO2-PeIlets erfolgt nach dem Stand der Technik auf folgende Art und Weise: Flüssiges Kohlendioxid wird aus einem isolierten Tank, in dem das
Kohlendioxid bei einem Druck zwischen üblicherweise 12 und 22 bar gelagert wird, entnommen und über Düsen in eine Schneekammer auf Atmosphärendruck entspannt. Bei der Entspannung des flüssigen Kohlendioxids entsteht ein Gemisch aus CO2- Schnee und kaltem CO2-Gas. Die Gasphase wird von dem CO2-Schnee abgetrennt und der CO2-Schnee mittels eines Verdichters verdichtet. Hierzu wird beispielsweise ein Kolbenverdichter eingesetzt. Der entstehende Trockeneisblock wird anschließend durch eine Matrize gepresst, um feste CO2-Stränge zu erzeugen, die dann mit einem geeigneten Brechwerkzeug zu Pellets von etwa Reiskorngröße gekürzt werden.
Bei den sogenannten Druckstrahlanlagen werden die CO2-Pellets in einen
Druckluftstrom eindosiert und mit diesem zur Strahldüse gefördert. Der Druckluftstrom besitzt meist einen Druck zwischen 5 und 20 bar, während die CO2-Pellets bei Atmosphärendruck vorliegen. Zum Eindosieren der CO2-Pellets in den Druckluftstrom ist daher eine Druckschleuse notwendig. Alle herkömmlichen Druckschleusen besitzen bewegte Teile, die bei den vorherrschenden Temperaturen von bis zu -78°C und Drücken bis zu 20 bar eine mechanische Schwachstelle darstellen.
Aufgabe vorliegender Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erzeugung von CO2-Pellets zu entwickeln, welche die oben genannten Nachteile vermeidet.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gelöst, die eine Schneekammer umfasst, die einen Einlass für CO2 und einen Verdichter zum Verdichten von in der
Schneekammer befindlichem CO2-Schnee aufweist, und wobei die Schneekammer auf einer Seite durch eine mit Öffnungen versehene Matrize abgeschlossen wird, wobei erfindungsgemäß zumindest in einem Teilbereich der Schneekammer der Querschnitt der Schneekammer in Richtung der Matrize zunimmt.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren der eingangs genannten Art zeichnet sich dadurch aus, dass der Druckgasstrom an der Matrize vorbeigeführt wird und dass der Trockeneisblock die Schneekammer druckdicht von dem Druckgasstrom abschirmt.
Trockeneis entsteht beim Entspannen von flüssigem CO2 auf atmosphärischen Druck. Die Schneekammer, in die der CO2-Schnee eingebracht wird oder in die das flüssige C02 direkt entspannt wird, befindet sich daher etwa auf Atmosphärendruck. Der CO2- Schnee wird dann mittels eines Verdichter zu einem Trockeneisblock verdichtet und durch eine Matrize gepresst, um längliche CO2-Teilchen zu erzeugen. Eventuell vorhandenes gasförmiges CO2 wird vorzugsweise vor oder während des Verdichtens aus der Schneekammer abgezogen.
Erfindungsgemäß ist die Schneekammer zumindest in einem Teilbereich so ausgebildet, dass deren Querschnitt in Richtung der Matrize zunimmt. Durch den Verdichter wird der CO2-Schnee in diesem Bereich verdichtet und es entsteht ein Trockeneisblock, dessen Querschnitt zumindest in diesem Teilbereich ebenfalls in Richtung der Matrize zunimmt.
Wird nun die Matrize auf der der Schneekammer abgewandten Seite einem den Atmosphärendruck übersteigenden Druck ausgesetzt, so pflanzt sich dieser Druck durch die Öffnungen in der Matrize bis zu dem Trockeneisblock fort. Die auf den Trockeneisblock einwirkende Kraft versucht diesen von der Matrize weg zu bewegen. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Schneekammer wird dabei der Trockeneisblock gegen die Innenwand der Schneekammer gepresst und bildet einen druckdichten Verschluss zwischen dem Bereich vor und hinter dem Trockeneisblock.
Auf der einen Seite des Trockeneisblocks herrscht somit ein erhöhter Druck, während auf der anderen Seite, auf der sich der Einlass für CO2 in die Schneekammer befindet, weiterhin Atmosphärendruck vorliegt. Die Schneekammer kann also erfindungsgemäß mit CO2-Schnee nachgefüllt werden, während durch die Matrize feste CO2-Teilchen in eine Atmosphäre mit erhöhtem Druck, insbesondere in einen Druckgasstrom, abgegeben werden können.
Die Erfindung erlaubt somit die Erzeugung von festen CO2-Teilchen durch Entspannung von flüssigem CO2 gegen Atmosphärendruck oder gegen nur geringfügig erhöhten Druck und die Einspeisung der erzeugten CO2-Teilchen in einen Gasstrom unter deutlich höherem Druck, ohne dass eine Druckschleuse erforderlich ist.
Vorzugsweise ist die Schneekammer zumindest in einem Teilbereich in Richtung der Matrize konisch erweitert. Beim Verdichten des CO2-Schnees entsteht so ein entsprechend konisch geformter Trockeneisblock, der bei Vorherrschen eines erhöhten Drucks vor der Matrize passgenau in die Schneekammer gepresst wird und diese abdichtet.
Es hat sich als günstig erwiesen, die Schneekammer in einem anderen Teilbereich so auszubilden, dass deren Querschnitt in Richtung der Matrize abnimmt. Durch die Querschnittsverengung, vorzugsweise eine gleichmäßige, stetige Querschnittsverengung, wird die Verdichtung des CO2-Schnees unterstützt. Eine weitere Verbesserung der Dichte und Härte der CO2-Teilchen wird dadurch erzielt, dass sich die Öffnungen in der Matrize konisch verjüngen, so dass das durch die Matrize gepresste Trockeneis nochmal verdichtet wird.
Erfindungsgemäß ist es möglich, auf eine Druckschleuse zwischen der Matrize und dem Druckgasstrom, in den die festen CO2-Teilchen eingebracht werden sollen, zu verzichten. Vorzugsweise münden daher die Öffnungen der Matrize in eine Strömungskammer, durch die ein Druckgasstrom strömt und die aus der Matrize austretenden CO2-Teilchen mitreißt.
Von Vorteil werden die aus der Matrize austretenden CO2-Teilchen einem bei einem Druck zwischen 2 und 20 bar, vorzugsweise zwischen 5 und 10 bar, vorliegenden Luftstrom zugeführt.
Bevorzugt wird der CO2-Schnee in der Schneekammer mehr als 20-mal pro Minute, besonders bevorzugt mehr als 40-mal pro Minute, ganz besonders bevorzugt mehr als 60-mal pro Minute verdichtet und durch die Matrize gepresst. Auf diese Weise treten die CO2-Teilchen quasi-kontinuierlich aus der Matrize aus und können quasikontinuierlich in den Druckgasstrom eingespeist werden. Der so erzeugte kontinuierliche Reinigungsstrahl ermöglicht eine hohe Reinigungsgeschwindigkeit, d.h. er kann mit relativ hoher Geschwindigkeit über das zu reinigende Objekt bewegt werden. Die Reinigungsleistung wird gegenüber gepulsten Reinigungsstrahlen deutlich erhöht.
Zur Erzeugung des CO2-Schnees wird flüssiges CO2 gegen Atmosphärendruck entspannt, wodurch ein Gemisch aus etwa gleichen Teilen CO2-Schnee und CO2-Gas entsteht. Vorzugsweise wird das bei der Entspannung entstehende Gemisch in CO2- Schnee und gasförmiges CO2 getrennt. Besonders bevorzugt erfolgt dies dadurch, dass das Gemisch einer kreisförmig verlaufenden Leitung zugeführt wird, in der unter Ausnutzung der Fliehkraft eine Trennung von Gas und Schnee erreicht wird. Diese Leitung wird mit mit einer Art Weiche so an den Einlass für CO2 in die Schneekammer angeschlossen, so dass im wesentlichen nur CO2-Schnee in die Schneekammer eingeleitet wird. Es ist aber ebenso möglich, das flüssige CO2 direkt in die Schneekammer zu entspannen. Das dabei entstehende CO2-Gas wird dann in geeigneter weise aus der Schneekammer abgezogen, bevor der CO2-Schnee verdichtet wird. Es hat sich auch als günstig erwiesen, das CO2-Gas- Schnee-Gemisch über eine Leitung, die im Inneren eine Rippenstruktur aufweist, beispielsweise einen Schlauch mit innenliegender Stützspirale, der Schneekammer zuzuführen. Dadurch werden die losen Schneeteilchen bereits vorkompaktiert.
Vorzugsweise werden CO2-Gas und C02-Schnee möglichst gut getrennt, d.h. der Schnee wird möglichst vollständig entgast. Beim nachfolgenden Verdichtungsprozess wird dadurch eine hohe Dichte und Härte der erzeugten CO2-Teilchen erreicht, die sich wiederum günstig auf die Reinigungsleistung auswirken.
Die Erfindung hat gegenüber den bekannten Vorrichtungen und Verfahren zur Erzeugung von festen CO2-Teilchen wesentliche Vorteile. Durch die besondere Gestaltung der Schneekammer wird eine Druckschleuse überflüssig. Die Fertigungskosten können dadurch gesenkt werden und eine potentielle Fehlerquelle wird eliminiert.
Die Erfindung erlaubt ferner die Erzeugung eines quasi-kontinuierlichen CO2-
Pelletstrahls. Der Pelletstrahl kann dadurch mit relativ hohen Geschwindigkeiten über das zu reinigende Objekt gefahren werden. Die Reinigungsleistung kann folglich wesentlich gesteigert werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann sehr schnell, innerhalb von von wenigen Sekunden, angefahren werden. Es ist beispielsweise möglich, innerhalb von 2 bis 4 Sekunden einen Reinigungsstrahl mit CO2-Pellets zu erzeugen. Die Erfindung lässt sich daher mit Vorteil in Prozessabläufe integrieren, so dass im Falle von Reinigungsbedarf sehr schnell ein entsprechender Reinigungsstrahl zur Verfügung steht. Dies bringt insbesondere bei Prozessen Vorteile, bei denen der Reinigungsbedarf sehr unregelmäßig und schwer planbar anfällt. Die Erfindung wird bevorzugt so in die Prozessabläufe integriert, dass die Reinigung automatisch gestartet wird.
Durch die Integration von CO2-Teilchen-Erzeugung und Einspeisung in den Druckgasstrom ist eine separate Bevorratung von CO2-Teilchen, insbesondere CO2- Pellets, nicht notwendig, so dass Probleme in der Distribution der CO2-Teilchen überhaupt nicht auftreten können. Auch die mit der Lagerung der CO2-Teilchen verbundenen Schwierigkeiten, beispielsweise Verklumpungen, werden vermieden. Die Bevorratung von flüssigem CO2 ist wesentlich einfacher als die Handhabung von festen CO2-Tei!chen.
Die Erfindung sowie weitere Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand von dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert. Hierbei zeigt die Figur eine Vorrichtung zur Erzeugung von CO2-Pellets für eine Druckstrahlanlage.
In der Figur ist eine Vorrichtung zur Erzeugung von CO2-Pellets für eine Druckstrahlanlage dargestellt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung besitzt eine
Schneekammer 5 mit einer Zuführung 1 , über die CO2-Schnee in die Schneekammer 5 eingebracht werden kann. Der CO2-Schnee wird durch Entspannung von flüssigem CO2 gegen Atmosphärendruck erzeugt und anschließend von dem bei der Entspannung ebenfalls entstehenden CO2-Gas getrennt. Hierzu ist zwischen der Schneedüse, in der die Entspannung des flüssigen CO2 erfolgt, und dem Eintritt 1 in die Schneekammer 5 eine in der Zeichnung nicht dargestellte kreisförmig verlaufende Leitung vorgesehen, in der aufgrund der Fliehkraft eine Trennung von Gas und Schnee erzielt wird.
In der Schneekammer 5 liegt etwa Atmosphärendruck vor. Die Schneekammer 5 ist auf der einen Stirnseite durch den Verdichtungskolben 2 eines Verdichters und auf der gegenüberliegenden Seite durch eine Matrize 6 abgeschlossen. Die Matrize 6 weist mehrere nebeneinander angeordnete Öffnungen 10 auf, die jeweils einen sich konisch verjüngenden Querschnitt besitzen. Andere Ausführungen mit verjüngendem Querschnitt, wie zum Beispiel hyperbolisch verjüngende Querschnitte, sind ebenso günstig.
Die Schneekammer 5 ist in dem an die Matrize 6 angrenzenden Bereich 5a, 5b doppelkonisch ausgebildet. Von der Matrize 6 aus betrachtet nimmt der Querschnitt der Schneekammer 5 in dem Teilbereich 5a gleichmäßig zu und in dem Teilbereich 5b wieder ab.
Die Öffnungen 10 der Matrize 6 münden in eine Strömungskammer 11 , die eine Eintrittsöffnung 7 für einen Druckluftstrom und eine Austrittsöffnung 9 für den mit CO2- Pellets beladenen Druckluftstrom aufweist. An der den Öffnungen 10 der Matrize 6 gegenüberliegenden Seite der Strömungskammer 11 ist ein keilförmiger Vorsprung 8 vorgesehen.
Die Erzeugung von CO2-Pellets erfolgt erfindungsgemäß folgendermaßen: Flüssiges C02 wird in einer Schneedüse gegen Atmosphärendruck entspannt, wobei sich ein Gemisch aus CO2-Schnee und gasförmigem CO2 bildet. Das Gas-Schnee-Gemisch wird getrennt und der CO2-Schnee über die Zuführung 1 in die Schneekammer 5 eingebracht.
Der Verdichtungskolben 2 des Verdichters 3 wird in die in der Zeichnung gestrichelt dargestellte Position verschoben, wodurch der CO2-Schnee in den doppelkonischen Bereich 5a, 5b gedrückt und verdichtet wird. Nachdem der Verdichtungskolben 2 wieder in seine Ausgangsposition gebracht wurde, kann neuer CO2-Schnee in die Schneekammer 5 nachgefüllt und anschließend ebenfalls komprimiert werden.
Bei der Verdichtung des CO2-Schnees entsteht Trockeneis 4. Dieses wird im Verdichtungstakt des Verdichters durch die Öffnungen 10 der Matrize 6 gepresst, wodurch sich CO2-Stränge bilden. Durch die sich verengende Ausführung der Öffnungen 10 werden die CO2-Stränge weiter verdichtet. Die aus den Öffnungen 10 austretenden CO2-Stränge treffen auf den keilförmigen Vorsprung 8 auf und werden beim Auftreffen oder durch den durch die Strömungskammer 11 strömenden Druckgasstrom abgebrochen und mit dem Druckgasstrom mitgerissen. Die Frequenz des Verdichters beträgt 60 Verdichtungstakte pro Minute, d.h. es werden 60-mal pro Minute CO2-Stränge durch die Matrize 6 gepresst. In den Druckluftstrom werden somit quasi-kontinuierlich CO2-Pellets 13 eingespeist.
Durch die Strömungskammer 11 strömt ein Druckluftstrom, der einen Druck von 10 bar besitzt. Die erzeugten CO2-Pellets 13 werden von dem Druckluftstrom mitgerissen und über eine Schlauchleitung einer Strahldüse zugeführt, mittels der sie auf das zu reinigende Objekt gestrahlt werden.
Bei der Rückbewegung des Verdichtungskolbens 2 in seine Ausgangsposition, d.h. beim Entspannungstakt, bildet sich auf der der Matrize 6 abgewandten Seite des in dem doppelkonischen Bereich 5 befindlichen Trockeneisblocks 4 ein Leerraum 12, der mit der Zuführung 1 verbunden ist und deshalb etwa Atmosphärendruck aufweist.
Auf der anderen Seite des Trockeneisblocks 4 in der Strömungskammer 11 herrscht dagegen ein Druck von 10 bar. Aufgrund dieser Druckdifferenz wirkt auf den Trockeneisblock 4 eine Kraft, die ihn in Richtung des Verdichtungskolbens 2 drückt. Durch die konische Ausbildung der Schneekammer 5 in dem Bereich 5b wird der Trockeneisblock 4 an die Außenwände der Schneekammer 5 gepresst und bildet einen druckdichten Abschluss zwischen der Strömungskammer 11 und dem Leerraum 12. Im Leerraum 12 bleibt in dieser Phase daher Atmosphärendruck bestehen, so dass über die CO2-Zuführung 1 weiterer CO2-Schnee zugeführt werden kann. Eine separate Druckschleuse zwischen Schneekammer 5 und Strömungskammer 11 kann daher entfallen.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Erzeugung von festen CO2-Teilchen mit einer Schneekammer, die einen Einlass für CO2 und einen Verdichter zum Verdichten von in der Schneekammer befindlichem CO2-Schnee aufweist, und wobei die Schneekammer auf einer Seite durch eine mit Öffnungen versehene Matrize abgeschlossen wird, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest in einem Teilbereich der Schneekammer (5b) der Querschnitt der Schneekammer (5) in Richtung der Matrize (6) zunimmt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Schneekammer (5) in Richtung der Matrize (6) konisch erweitert ist.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Teilbereich (5a) der Schneekammer (5) der Querschnitt der Schneekammer (5) in Richtung der Matrize (6) abnimmt.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (10) der Matrize (6) in eine Strömungskammer (11) münden, die einen Ein- (7) und einen Auslass (9) für einen Druckgasstrom aufweist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abtrennvorrichtung (8) zum Kürzen von den aus der Matrize (6) austretenden CO2-Teilchen vorgesehen ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter einen in der Schneekammer (5) beweglichen Verdichtungskolben aufweist (2) .
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter eine Verdichtungsfrequenz von mehr als 20 pro Minute, bevorzugt mehr als 40 pro
Minute, besonders bevorzugt mehr als 60 pro Minute, aufweist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Öffnungen (10) in der Matrize (6) verjüngen.
9. Verfahren zur Erzeugung von festen CO2-Teilchen, wobei flüssiges CO2 entspannt und ein Gemisch aus CO2-Schnee und gasförmigem CO2 erzeugt wird, der CO2- Schnee in einer Schneekammer zu einem Trockeneisblock verdichtet und durch eine mit Öffnungen versehene Matrize gepresst wird und die aus der Matrize austretenden CO2-Teilchen einem Druckgasstrom zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckgasstrom an der Matrize (6) vorbeigeführt wird und dass der Trockeneisblock (4) die Schneekammer (5) druckdicht von dem Druckgasstrom abschirmt.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der CO2-Schnee mit einer Frequenz von mehr als 20 pro Minute, bevorzugt mehr als 40 pro Minute, besonders bevorzugt mehr als 60 pro Minute, durch die Matrize (6) gepresst wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass CO2-Pellets (13) von etwa Reiskorngröße erzeugt werden.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das bei der Entspannung des flüssigen CO2 entstehende Gemisch aus CO2-Schnee und gasförmigem CO2 in CO2-Schnee und gasförmiges CO2 getrennt wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die aus der Matrize (6) austretenden CO2-Teilchen (13) einem bei einem Druck zwischen 2 und 20 bar, vorzugsweise zwischen 5 und 10 bar, vorliegenden Luftstrom zugeführt werden.
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