WO2021094364A1 - Vorrichtung zur trockeneisbehandlung von oberflächen sowie verfahren zur behandlung von oberflächen - Google Patents

Vorrichtung zur trockeneisbehandlung von oberflächen sowie verfahren zur behandlung von oberflächen Download PDF

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WO2021094364A1
WO2021094364A1 PCT/EP2020/081751 EP2020081751W WO2021094364A1 WO 2021094364 A1 WO2021094364 A1 WO 2021094364A1 EP 2020081751 W EP2020081751 W EP 2020081751W WO 2021094364 A1 WO2021094364 A1 WO 2021094364A1
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compressed air
dry ice
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air source
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Robert Egger
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Egger Powair Cleaning Gmbh
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    • B24—GRINDING; POLISHING
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    • 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
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    • B24—GRINDING; POLISHING
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    • 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
    • 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 device for dry ice treatment and in particular dry ice cleaning of surfaces and a corresponding method.
  • a dry ice blast is generated, in which dry ice particles, such as dry ice pellets, are accelerated by compressed air to a speed of about 300 meters per second and shot at the surface to be cleaned where they generate a point thermal shock.
  • the coating to be removed, in particular contaminants, on the surface to be cleaned contracts and the subsequent dry ice particles in connection with the kinetic energy contained therein causes the contamination to flake off.
  • the dry ice particles sublime immediately upon impact, leaving a dry surface.
  • Dry ice is made from liquid C02.
  • liquid C02 In a pelletizer, liquid C02 is expanded under controlled conditions. This physical process creates dry ice snow. This is pressed through an extruder plate to round, hard pellets, which have elongated grains with a diameter of 1.7 mm to 3.0 mm. Dry ice has a temperature of approx. -79 ° C.
  • Carbon dioxide (C02) is an odorless, non-flammable gas that is 1.5 times heavier than air. Normally about 0.03% C02 is contained in the earth's atmosphere.
  • Today, C02 is mainly a by-product of various chemical processes and is stored in tanks after extraction.
  • Dry ice blasting systems represent a modern alternative to conventional industrial cleaning methods. What is unique about the use of dry ice as a blasting agent is that dry ice particles are converted into gaseous form, i.e. sublime, when they hit the surface to be cleaned. This means that after treatment, the surface is left dry and clean, with no cleaning or abrasive residues. As it is a completely dry and electroless process, dry ice blasting can be used in areas where other processes are impossible.
  • electric motors and technical systems with electrical, pneumatic and hydraulic components can be cleaned without necessarily having to shut them down or dismantle them.
  • dry ice blasting is suitable for a variety of other applications, such as cleaning machines, electrical installations, any surfaces and shapes.
  • the low temperature of the dry ice particles makes the surface brittle, leads to the formation of cracks and contributes to its detachment, since the bond between the surface and the surface below is reduced. This means that dry ice also reaches below the surface - thermal effect.
  • the dry ice penetrates the surface and evaporates immediately, which results in an approx. 700 to 1,000-fold increase in volume.
  • This explosive reaction lifts the covering off the surface - sublimation effect / explosion effect.
  • a damp layer such as oil or Grease is - similar to high pressure cleaning - carried away by the air flow. In contrast to high-pressure cleaning, the cleaned surface is left dry and clean.
  • Dry ice blasting can be seen as an alternative to high-pressure cleaning and other conventional blasting methods that use various blasting agents such as sand, water, glass or plastic granulate. It is ideal for removing glue, varnish, oil, grease, coal dust, soot, lubricants and bitumen.
  • a gas turbine comprises one or more compressor stages that compress the ambient air, a combustion chamber that burns fuel together with the compressed air, and one or more turbine stages to supply the compressor. The expanding combustion gases drive the turbine and result in a thrust for propulsion.
  • Jet engines usually have a turbofan, which is arranged upstream in front of the compressor stages and is much larger in diameter than the compressor stages.
  • the turbofan is also driven by the turbine stages and allows a considerable part of the air flowing through the engine as a so-called secondary air flow to bypass the compressor stages, the combustion chamber and the turbine stages. This secondary air flow can significantly increase the efficiency of an engine and reduce the noise level.
  • the invention is based on the problem that when cleaning such jet engines or when cleaning corresponding gas turbine engines, care must be taken that the cleaning process used does not deposit any residues in the turbine to be cleaned.
  • the present invention is based on the object of specifying a Vorrich device for dry ice treatment and in particular dry ice cleaning of upper surfaces, a wider application being possible while avoiding the disadvantages mentioned of the conventional dry ice blasting systems.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a device and a method for dry ice treatment and in particular dry ice cleaning of surfaces, with no residues remaining after cleaning or treatment of the corresponding surface, so that the cleaning or treatment therapy also for sensitive components, especially for components in clean room environments.
  • the task on which the invention is based is achieved by the subject matter of independent claim 1, with advantageous developments of the device according to the invention being specified in the corresponding dependent claims.
  • the object on which the invention is based is achieved by the subject matter of the independent patent claim 14.
  • the invention is based on the knowledge that the ambient air used to provide the compressed air required for the cleaning process contains foreign particles in the form of, for example, aerosols, pollen, insects, hydrocarbons from combustion-powered vehicles and from industry, as well as salts near the sea.
  • the ambient air with these particles is compressed as compressed air and used in the further dry ice treatment process.
  • the foreign substances contained in the ambient air are concentrated in the compressed air and applied with the dry ice particles to the surface to be treated / cleaned.
  • the foreign matter particles follow the path of the compressed air (compressed air) or the path of the dry ice particle-compressed air mixture and settle on the various surfaces / components in the area to be treated / cleaned.
  • This pollution leads, for example, to a change in the properties of the boundary layer air flow, for example the compressor components in engines.
  • the pollution of a jet engine leads to a reduction in efficiency and thus to increased fuel consumption and increased pollution of the environment.
  • the invention relates in particular to a device for dry ice treatment and in particular for dry ice cleaning of surfaces, the device having a dry ice source for providing dry ice, in particular in the form of dry ice particles (granules or pellets), a mixing unit that is fluidly connected or connectable to the dry ice source and a with the mixing unit fluidly connected or connectable compressed air source for providing compressed air for the mixing unit.
  • the compressed air provided by the compressed air source and the dry ice provided by the dry ice source are used to generate a dry ice particle / compressed air mixture which can be applied to the surface to be treated for dry ice treatment and in particular for dry ice cleaning.
  • the compressed air source is assigned a conditioning unit for conditioning the compressed air provided to the mixing unit, in particular, as required or according to the application with regard to the size and concentration of solid particles still contained in the compressed air provided, with regard to the pressure dew point and / or the moisture content of the compressed air provided and / or with regard to a residual amount of oil aerosols and hydrocarbons that are still in the provided compressed air may be included.
  • the conditioning unit preferably has a large number of different operating states that can in particular be selected via a manual input device.
  • the conditioning device can in particular optionally be operated in at least one of the following operating states:
  • the compressed air provided by the compressed air source may still contain solid particles with a size of up to a maximum of 5 ⁇ m according to ISO 8573-1: 2010.
  • the second operating state of the conditioning device is selected in particular if the degree of purity of the The compressed air to be delivered must be particularly high in order to be able to effectively prevent foreign matter from reaching the area in which the dry ice technology is used during dry ice treatment.
  • the conditioning device has a filter device, the filter device having at least one pre-filter and at least one post-filter, with - depending on a selected operating state of the conditioning device - at least one post-filter optionally or, if necessary, being closed for the preparation of compressed air - or can be switched off.
  • the conditioning unit can in particular optionally be operated in at least one of the following cleanliness classes:
  • the conditioning unit can optionally be operated in the above-mentioned cleanliness classes 01 to 03, it is possible to select the dry ice treatment of surfaces in areas where the corresponding cleanliness classes must be adhered to. For this purpose, in particular, no complex retrofitting or conversion of the device is necessary. Accordingly, the area of application of dry ice technology is even further enlarged in this further development.
  • the conditioning unit is designed, in particular, to selectively set the pressure dew point of the compressed air provided by the compressed air source in order to prevent or at least reduce the penetration of moisture into the area where the dry ice technology is used.
  • the conditioning unit has at least one water separator that can be optionally switched on or off for compressed air preparation, at least one heat-regenerative absorption dryer that can be optionally switched on or off for compressed air preparation, at least one refrigeration dryer that can be switched on or off for compressed air preparation, and / or at least one membrane dryer that can optionally be switched on or off for the preparation of compressed air, in particular with an integrated nanofilter.
  • the conditioning unit can in particular optionally be operated in at least one of the following moisture purity classes:
  • the conditioning unit and / or compressed air source are / is designed, in particular optionally to set a purity of the compressed air provided by the compressed air source with regard to a total concentration of oil aerosols and hydrocarbons.
  • the compressed air source has an oil-lubricated, compressing compressor unit and an oil-free compressing compressor unit, the compressed air to be provided by the compressed air source being dependent on a selected purity Compression of intake air, either the oil-lubricated, compressing compressor unit or the oil-free compressing unit can be controlled.
  • the conditioning unit in particular optionally be operated in at least one of the following total oil concentration purity classes:
  • the conditioning unit selectively connects or disconnects at least one coalescence filter for compressed air preparation and / or at least one for compressed air preparation Has switchable activated carbon filter.
  • the device has a control and / or regulating device for controlling and / or regulating the compressed air source and / or the conditioning unit assigned to the compressed air source in such a way that, with regard to the degree of purity, that of the Compressed air source provided compressed air corresponds to a predetermined or fixable degree of purity.
  • the invention also relates to a method for treating surfaces, in particular for cleaning and / or refining surfaces, with the previously discussed device according to the invention being used for this purpose, and with the method comprising the step of providing dry ice, in particular in the form of dry ice particles
  • the method step of providing compressed air the method step of producing a dry ice particle-compressed air mixture from the provided dry ice and the provided compressed air, and the method step of applying the dry ice particle-compressed air mixture to the surface to be treated.
  • the compressed air provided for producing the dry ice particle / compressed air mixture is conditioned, in particular as required or application-specific and in particular with regard to the size and concentration of solid particles still contained in the compressed air provided on the pressure dew point and / or the moisture content of the compressed air provided and / o with regard to a residual amount of oil aerosols and hydrocarbons that may still be contained in the compressed air provided.
  • FIG. la-c schematically the method according to the invention for treating surfaces, in particular for cleaning and / or refining surfaces
  • FIG. 2 schematically shows an exemplary embodiment of the device according to the invention for treating surfaces, in particular for cleaning and / or refining surfaces.
  • FIG. 2 schematically shown exemplary embodiment of the inventive device 1 has a dry ice source 2 for providing dry ice, in particular in the form of dry ice particles, a compressed air source 4 and a mixing unit 3, the mixing unit 3 fluidly connected to the dry ice source 2 on the one hand and the compressed air source 4 on the other hand and serves to generate a dry ice particle-compressed air mixture 14 from the dry ice provided by the dry ice source 2 and the compressed air provided by the compressed air source 4.
  • a dry ice source 2 for providing dry ice, in particular in the form of dry ice particles
  • a compressed air source 4 and a mixing unit 3
  • the mixing unit 3 fluidly connected to the dry ice source 2 on the one hand and the compressed air source 4 on the other hand and serves to generate a dry ice particle-compressed air mixture 14 from the dry ice provided by the dry ice source 2 and the compressed air provided by the compressed air source 4.
  • a conditioning unit 5 is also used, with which a dry ice particle / compressed air mixture 14 provided or to be provided by the mixing unit 3 can be adapted to application-specific conditions before the dry ice particle / compressed air mixture 14 is applied to the surface to be treated.
  • the dry ice source 2 shown schematically in FIG. 2 can have a device 1 for generating solid CO 2 particles, this device 1 comprising, for example, a snow chamber which has an inlet for CO 2 and a compressor for compressing CO 2 snow located in the snow chamber.
  • this device 1 comprising, for example, a snow chamber which has an inlet for CO 2 and a compressor for compressing CO 2 snow located in the snow chamber.
  • the snow chamber is closed on one side by a matrix provided with openings.
  • the dry ice source 2 of the device 1 according to the invention has a storage container for storing dry ice particles the size of rice grains, so-called CO 2 pellets.
  • the CO2 pellets are produced by taking liquid carbon dioxide from an insulated tank, in which the carbon dioxide is stored at a pressure between the usual 12 and 22 bar, and releasing it to atmospheric pressure via nozzles in a snow chamber. When the liquid carbon dioxide is released, a mixture of C02 snow and cold C02 gas is created.
  • the gas phase is separated from the C02 snow and the C02 snow is compressed by means of a compressor.
  • a piston compressor is used for this purpose, for example.
  • the resulting block of dry ice is then pressed through a die to generate solid strands of CO 2, which are then cut into pellets about the size of a grain of rice using a suitable breaking tool.
  • the dry ice particles provided by the dry ice source 2 are metered into a compressed air stream provided by the compressed air source 4 in the mixing unit 3 and conveyed with this to a jet nozzle.
  • the compressed air flow has a pressure between 0.1 bar to 24 bar, while the dry ice particles (CO 2 pellets) are present at atmospheric pressure.
  • a pressure lock is preferably used, which is shown in the schematic drawing according to FIG. 2 is not shown.
  • the dry ice particle-compressed air mixture 14 generated in the mixing unit 3 of the device 1 according to the invention is applied to the surface 12 to be treated, the dry ice particles in the dry ice particle compressed air mixture 14 are accelerated with the aid of the compressed air provided by the compressed air source 4, and the dry ice particle compressed air flow is accelerated - as in FIG. la indicated - directed to the surface 12 to be cleaned or treated.
  • the compressed air source 4 is assigned a conditioning unit 5 in order to condition the compressed air provided to the mixing unit 3, in particular with regard to the size and concentration of the compressed air provided contained solid particles, with regard to the pressure dew point and / or the moisture content of the compressed air provided and / or with regard to a residual amount of oil aerosols and hydrocarbons that may still be contained in the compressed air provided.
  • the conditioning unit 5 has a large number of different operating states that can in particular be selected via a manual input device.
  • conditioning unit 5 in particular can optionally be operated in at least one of the following operating states:
  • the embodiment of the device 1 according to the invention shown in FIG. 2 has the conditioning unit 5 a filter device 7 with a prefilter and a postfilter.
  • the at least one post-filter for processing compressed air can be switched on or off.
  • the conditioning unit 5 of the device 1 according to the invention is also designed, in particular, to optionally set the pressure dew point of the compressed air provided by the compressed air source 4.
  • the conditioning unit 5 has at least one cold dryer that can be optionally switched on or off for the preparation of compressed air.
  • a refrigeration dryer instead of such a refrigeration dryer, however, it is also conceivable that a water separator, an absorption dryer and / or a membrane dryer can be used.
  • the aforementioned filter device 7 is designed accordingly.
  • the compressed air source 4 has an oil-lubricated, compressing compressor unit and an oil-free, sealing compressor unit, with the oil-lubricated, compressing compressor unit or the oil-free compressing compressor unit is controlled.
  • the device 1 has a control and / or regulating device 16 for controlling and / or regulating the compressed air source 4 and / or the conditioning unit 5 assigned to the compressed air source 4 in such a way that, with regard to the degree of purity, that of the compressed air source 4 provided compressed air corresponds to a predetermined or determinable degree of purity.
  • the compressed air source 4 of the device 1 is not only used to supply a predetermined or determinable amount of compressed air to the mixing unit 3 per unit of time, the amount of compressed air supplied per unit of time to the mixing unit 3 in particular from an amount supplied to the mixing unit 3 per unit of time depends on dry ice particles, but also to meter a predetermined or determinable amount of compressed air per unit of time as additional compressed air 8 to the dry ice particle / compressed air mixture 14 generated by the mixing unit 3.
  • This additional compressed air 8 is used in particular to vary the jet pressure and / or to set a speed of the dry ice particle / compressed air mixture 14.
  • the compressed air source 4 is also designed to supply shaping air 9 to a manual or automatic spray gun 6, which is used to apply the conditioned dry ice particle compressed air mixture 14 to the surface 12 to be treated, in order to form a filling stream, for example, which envelops the dry ice particle compressed air mixture 14 and acts parallel or focussing.
  • the method according to the invention is used to optimally clean or treat the surface 12 without Foreign matter hits the surface 12 with the compressed air.
  • the low temperature of the sublimated dry ice leads to the formation of cracks in the coating 13 on the surface 12 to be treated and thus to the loosening of the coating 13.
  • a sublimation area 15 is preferably selected in the immediate vicinity of the surface 12, so that this is due to the sublimation effect or is cleaned due to the explosive effect when subliming the dry ice particles.
  • the invention is not limited to the embodiment shown in the drawings, but results from a synopsis of all of the features disclosed herein.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Cleaning In General (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zur Trockeneisbehandlung von Oberflächen (12), wobei die Vorrichtung (1) eine Trockeneisquelle (2) zum Bereitstellen von Trockeneis, eine mit der Trockeneisquelle (2) strömungsmäßig verbundene Mischeinheit (3), und eine mit der Mischeinheit (3) strömungsmäßig verbundene Druckluftquelle (4) zum Bereitstellen von Druckluft für die Mischeinheit (3) aufweist. In der Mischeinheit (3) wird mit der bereitgestellten Druckluft und dem bereitgestellten Trockeneis ein Trockeneispartikel- Druckluftgemisch (14) generiert, welches zur Trockeneisbehandlung auf die zu behandelnde Oberfläche (12) applizierbar ist. Erfindungsgemäß ist insbesondere vorgesehen, dass der Druckluftquelle (4) eine Konditioniereinheit (5) zugeordnet ist zum insbesondere bedarfs- oder anwendungsweisen Konditionierung der der Mischeinheit (3) bereitgestellten Druckluft.

Description

VORRICHTUNG ZUR TROCKENEISBEHANDLUNG VON OBERFLÄCHEN SOWIE VERFAHREN ZUR BEHANDLUNG VON OBERFLÄCHEN
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Trockeneisbehandlung und insbeson dere Trockeneisreinigung von Oberflächen sowie ein entsprechendes Verfahren.
Vorrichtungen zur Trockeneisreinigung von Oberflächen sind allgemein bekannt. Bei derartigen Vorrichtungen, die gelegentlich auch als Trockeneisstrahlanlagen bezeichnet werden, wird jeweils ein Trockeneisstrahl erzeugt, bei dem Trocken eispartikel, wie beispielsweise Trockeneis-Pellets, mittels Druckluft auf eine Ge schwindigkeit von etwa 300 Meter pro Sekunde beschleunigt und auf die zu reini gende Oberfläche geschossen werden, wo sie einen punktuellen Thermoschock erzeugen. Der zu entfernende Belag, wie insbesondere Verunreinigungen, auf der zu reinigenden Oberfläche zieht sich dabei zusammen und die nachfolgenden Tro ckeneispartikel im Zusammenhang mit der darin enthaltenen kinetischen Energie bringt die Verunreinigung zum Abplatzen. Die Trockeneispartikel sublimieren beim Aufprall sofort und lassen eine trockene Oberfläche zurück.
Trockeneis wird aus flüssigem C02 hergestellt. In einem Pelletisierer wird flüssi ges C02 unter kontrollierten Bedingungen entspannt. Bei diesem physikalischen Vorgang entsteht Trockeneisschnee. Dieser wird durch eine Extruderplatte zu run den, harten Pellets gepresst, welche längliche Körner von einem Durchmesser von 1,7 mm bis 3,0 mm aufweisen. Trockeneis hat eine Temperatur von ca. -79 °C. Kohlendioxid (C02) ist ein geruchloses, nicht brennbares Gas, welches 1,5-mal schwerer ist als Luft. Normalerweise sind ca. 0,03 % C02 in der Erdatmosphäre enthalten. C02 fällt heute hauptsächlich als Nebenprodukt von verschiedenen chemischen Prozessen an und wird nach der Gewinnung in Tanks gelagert.
Trockeneisstrahlanlagen stellen eine moderne Alternative zu herkömmlichen in dustriellen Reinigungsmethoden dar. Einzigartig bei der Verwendung von Tro ckeneis als Strahlmittel ist, dass Trockeneispartikel im Augenblick des Auftreffens auf die zu reinigende Oberfläche in Gasform übergehen, also sublimieren. Das be deutet, dass die Oberfläche nach ihrer Behandlung trocken und sauber, sowie ohne Reinigungs- oder Strahlmittelrückstände hinterlassen wird. Da es sich um ei nen völlig trockenen und stromlosen Prozess handelt, kann Trockeneisstrahlen in Bereichen angewandt werden, in denen andere Verfahren ausgeschlossen sind.
So können beispielsweise Elektromotoren und technische Anlagen mit elektri schen, pneumatischen und hydraulischen Komponenten gereinigt werden, ohne dass dazu zwingend eine Abschaltung oder Demontage erforderlich ist. Darüber hinaus eignet sich Trockeneisstrahlen für eine Vielzahl weiterer Anwendungen, wie zur Reinigung von Maschinen, Elektroinstallationen, beliebigen Oberflächen und Formen.
Beim Reinigen werden Trockeneispartikel mittels Druckluft bis auf Schallge schwindigkeit beschleunigt, bevor sie auf die zu behandelnde Oberfläche auftref fen. Zur Reinigungswirkung tragen die oben bereits genannten drei verschiedenen Umstände bei: zum ersten wird der Belag beim Auftreffen der Trockeneispartikel mit Schallgeschwindigkeit gelöst und birst auseinander - kinetischer Effekt.
Zum anderen macht die niedrige Temperatur der Trockeneispartikel den Belag spröde, führt zu Rissbildung und trägt zu dessen Loslösen bei, da die Bindung zwischen Belag und der darunterliegenden Fläche herabgesetzt wird. Damit ge langt Trockeneis auch unterhalb des Belags - thermischer Effekt.
Zum dritten dringt das Trockeneis durch den Belag und verdampft augenblicklich, was eine ca. 700- bis 1.000-fache Volumenausweitung mit sich bringt. Durch diese explosive Reaktion wird der Belag von der Oberfläche abgehoben - Subli mationseffekt/Explosionswirkung. Eine feuchte Schicht, wie zum Beispiel Öl oder Fett, wird - ähnlich wie beim Hochdruckreinigen - von dem Luftstrom weg beför dert. Im Unterschied zum Hochdruckreinigen wird die gereinigte Oberfläche je doch trocken und sauber hinterlassen.
Da Trockeneis beim Auftreffen auf die zu behandelnde Oberfläche sofort ver dampft und somit kein Abfallprodukt hinterlässt, muss im Anschluss an das Tro ckeneisstrahlen nur die abgetragene Schicht entsorgt werden. Diese lässt sich zu meist am Boden unterhalb des behandelten Gegenstands zusammenfegen oder mit Hilfe eines Staubsaugers entfernen.
Trockeneisstrahlen kann als Alternative zur Hochdruckreinigung und anderen her kömmlichen Strahlmethoden, die sich diverser Strahlmittel, wie Sand, Wasser, Glas oder Plastgranulat, bedienen, angesehen werden. Es eignet sich hervorra gend zum Entfernen von Leim, Lack, Öl, Fett, Kohlenstaub, Ruß, Gleitmittel und Bitumen.
Beim Trockeneisstrahlen werden keinerlei gesundheitsgefährdende Chemikalien oder Lösungsmittel eingesetzt. Das Bedienpersonal ist daher während des Reini gens keinen Dämpfen oder Ähnlichem ausgesetzt. Auch fallen keine Entsorgungs kosten für derartige Chemikalien an.
Auch wenn Trockeneisstrahlen im Vergleich zur Hochdruckreinigung und anderen herkömmlichen Strahlmethoden, die sich diverser Strahlmittel bedienen, material - und oberflächenschonend ist, sind mit herkömmlichen Trockeneisstrahlanlagen die Anwendungsgebiete und Anwendungsbereiche der Trockeneisstrahltechnik deutlich begrenzt. Insbesondere sind derzeit bekannte Trockeneisstrahlanlagen nicht geeignet, um Oberflächen in sensiblen Bereichen zu reinigen bzw. zu behan deln. Sensible Bereiche sind in diesem Zusammenhang insbesondere Bereiche, die in Reinräumen liegen, oder Bereiche von beispielsweise Gasturbinen. Eine Gastur bine umfasst eine oder mehrere Verdichterstufen, welche die Umgebungsluft ver dichten, eine Brennkammer, die Kraftstoff zusammen mit der komprimierten Luft verbrennen, sowie eine oder mehrere Turbinenstufen zur Versorgung der Verdich ter. Die sich ausdehnenden Verbrennungsgase treiben dabei die Turbine an und resultieren in einem Schub zum Vortrieb.
Strahltriebwerke besitzen in der Regel einen Turbofan, der stromaufwärts vor den Kompressorstufen angeordnet ist und im Durchmesser wesentlich größer ist als die Kompressorstufen. Der Turbofan wird ebenfalls durch die Turbinenstufen an getrieben und lässt einen erheblichen Teil der das Triebwerk insgesamt durch strömenden Luft als sogenannten Nebenluftstrom an den Kompressorstufen, der Brennkammer und den Turbinenstufen vorbeiströmen. Durch diesen Nebenluft strom kann der Wirkungsgrad eines Triebwerks erheblich gesteigert und der Lärmpegel reduziert werden.
Zusätzlich hierzu zeigen herkömmliche Trockeneisstrahlanlagen Grenzen bei der Behandlung von Textilien, oder anderen offenporigen Gegenständen, Plexiglas, hochglanzpoliertes Aluminium und insbesondere Keramik, Keramikwaben aus 3D- Produktion, Platinen und Leiterplatten.
Der Erfindung liegt die Problemstellung zu Grunde, dass bei der Reinigung von derartigen Strahltriebwerken oder bei der Reinigung von entsprechenden Gastur binentriebwerken Sorge zu tragen ist, dass sich bei dem angewandten Reini gungsverfahren keinerlei Rückstände in der zu reinigenden Turbine ablagern.
Gleiches gilt im übertragenen Sinnen auch bei der Anwendung eines Reinigungs verfahrens in einem Reinraum, bei Oberflächen, die in der Lebensmitteltechnolo gie oder in der Pharmazie zum Einsatz kommen. Ein ähnliches Problem einer möglichst vollständigen rückstandslosen Reinigung existiert in Pharmazieberei chen. Gleiches gilt auch beispielsweise bei Anlagen, die zur Herstellung von Halb leiter- oder anderen Elektronikbauteilen zum Einsatz kommen.
Demnach liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrich tung zur Trockeneisbehandlung und insbesondere Trockeneisreinigung von Ober flächen anzugeben, wobei unter Vermeidung der genannten Nachteile der her kömmlichen Trockeneisstrahlanlagen eine breitere Anwendung möglich ist.
Insbesondere liegt somit der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Trockeneisbehandlung und insbesondere Trockeneisreini gung von Oberflächen anzugeben, wobei keinerlei Rückstände nach der Reinigung bzw. Behandlung der entsprechenden Oberfläche verbleiben, sodass die Reini- gungs- bzw. Behandlungstherapie auch für sensible Bauteile, insbesondere für Bauteile in Reinraum-Umgebungen einsetzbar ist. Im Hinblick auf die Vorrichtung wird die der Erfindung zu Grunde liegende Auf gabe durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst, wobei vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung in den entspre chenden abhängigen Ansprüchen angegeben sind. Im Hinblick auf das Verfahren wird die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe durch den Gegenstand des nebengeordneten Patentanspruchs 14 gelöst.
Der Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zu Grunde, dass die zum Bereitstellen der für das Reinigungsverfahren benötigte Druckluft verwendete Umgebungsluft Fremdpartikel in Form von beispielsweise Aerosolen, Pollen, Insekten, Kohlenwas serstoffen von brennkraftbetriebenen Fahrzeugen und aus der Industrie sowie Salze in Meeresnähe enthält. Bei herkömmlichen Trockeneisstrahlanlagen wird die Umgebungsluft mit diesen Partikeln als Druckluft komprimiert und im weiteren Trockeneis Behandlungsverfahren verwendet.
Die in der Umgebungsluft enthaltenen Fremdstoffe (beispielsweise Aerosole, Pol len, Insekten, Kohlenwasserstoffe, Salze, etc.) werden in der Druckluft aufkon zentriert und mit den Trockeneispartikeln auf die zu behandelnde/zu reinigende Oberfläche appliziert. Dabei folgen die Fremdstoffpartikel dem Weg der verdichte ten Luft (Druckluft) bzw. dem Weg des Trockeneispartikel -Druckluftgemisches und setzen sich auf den verschiedenen Oberflächen/Bauelementen in dem zu be handelnden/zu reinigenden Bereich ab. Diese Verschmutzung führt beispielsweise zu einer Veränderung der Eigenschaften des Grenzschichtluftstroms beispiels weise der Verdichterbauteile bei Triebwerken. Außerdem führt die Verschmutzung eines Strahltriebwerks zu einer Verringerung des Wirkungsgrads und damit zu ei nem erhöhten Treibstoffverbrauch sowie zu einer erhöhten Belastung der Umwelt.
Bei der Anwendung der Trockeneisstrahltechnologie in Reinräumen oder in Räu men, die zur Lebensmittelverarbeitung oder zur Herstellung/Bearbeitung von Pharmazeutika dienen, ist somit bislang ausgeschlossen.
Demnach betrifft die Erfindung insbesondere eine Vorrichtung zur Trockeneisbe handlung und insbesondere zur Trockeneisreinigung von Oberflächen, wobei die Vorrichtung eine Trockeneisquelle zum Bereitstellen von Trockeneis insbesondere in Gestalt von Trockeneispartikeln (Granulat oder Pellets), eine mit der Trocken eisquelle strömungsmäßig verbundene oder verbindbare Mischeinheit und eine mit der Mischeinheit strömungsmäßig verbundene oder verbindbare Druckluft quelle zum Bereitstellen von Druckluft für die Mischeinheit aufweist. In der Misch einheit wird mit der von der Druckluftquelle bereitgestellten Druckluft und dem von der Trockeneisquelle bereitgestellten Trockeneis ein Trockeneispartikel - Druckluftgemisch generiert, welches zur Trockeneisbehandlung und insbesondere zur Trockeneisreinigung auf die zu behandelnde Oberfläche applizierbar ist.
Um zu erreichen, dass die Trockeneistechnik auch in sensiblen Bereichen, insbe sondere Reinräumen oder in Lebensmittel- bzw. Pharmaziebereichen einsetzbar ist, ist erfindungsgemäß der Druckluftquelle eine Konditionierungseinheit zuge ordnet zum insbesondere bedarfs- oder anwendungsweisen Konditionierung der, der Mischeinheit bereitgestellten Druckluft, und zwar insbesondere im Hinblick auf die Größe und Konzentration von noch in der bereitgestellten Druckluft ent haltenen Feststoffteilchen, im Hinblick auf den Drucktaupunkt und/oder den Feuchtegehalt der bereitgestellten Druckluft und/oder im Hinblick auf eine Rest menge von Öl-Aerosolen und Kohlenwasserstoffen, die noch in der bereitgestell ten Druckluft enthalten sein dürfen.
Um den Grad der Aufbereitung der von der Druckluftquelle bereitzustellenden Druckluft einstellen zu können, weist die Konditionierungseinheit vorzugsweise eine Vielzahl unterschiedliche und insbesondere über eine manuelle Eingabeein richtung auswählbare Betriebszustände auf. Gemäß Realisierungen der erfin dungsgemäßen Lösung ist dabei die Konditioniereinrichtung insbesondere wahl weise in mindestens einem der nachfolgenden Betriebszustände betreibbar:
• in einem ersten Betriebszustand, in welchem die von der Druckluftquelle be reitgestellte Druckluft noch Feststoffteilchen mit einer Größe größer 5 pm nach ISO 8573-1:2010 enthalten darf, oder
• in einem zweiten Betriebszustand, in welchem die von der Druckluftquelle bereitgestellte Druckluft noch Feststoffteilchen mit einer Größe bis maximal 5 pm nach ISO 8573-1:2010 enthalten darf.
Der zweite Betriebszustand der Konditioniereinrichtung wird dabei insbesondere dann ausgewählt, wenn der Grad der Reinheit der von der Druckluftquelle bereit- zustellende Druckluft besonders hoch sein muss, um wirksam verhindern zu kön nen, dass im Rahmen der Trockeneisbehandlung Fremdstoffe in den Bereich ge langen, in welchem die Trockeneistechnik angewandt wird.
Vorzugsweise ist in diesem Zusammenhang vorgesehen, dass die Konditionierein richtung eine Filtereinrichtung aufweist, wobei die Filtereinrichtung mindestens einen Vorfilter und mindestens einen Nachfilter aufweist, wobei - abhängig von einem ausgewählten Betriebszustand der Konditioniereinrichtung - wähl- oder be darfsweise zumindest der mindestens einen Nachfilter zur Druckluftaufbereitung zu- oder abschaltbar ist.
Hierbei handelt es sich um eine besonders einfach zu realisierende Lösung, um die Vorrichtung für unterschiedliche Anwendungsbereiche umschalten und betrei ben zu können. Selbstverständlich kommen aber auch andere Lösungen in Frage.
Gemäß Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Konditio niereinheit insbesondere wahlweise in mindestens einer der nachfolgenden Rein heitsklassen betreibbar:
• in der Reinheitsklasse 01 nach ISO 8573-1:2010, in welcher die von der Druckluftquelle bereitgestellte Druckluft pro m3 bereitgestellter Druckluft maximal 20.000 Teilchen mit einer Teilchengröße größer 0,1 pm und maxi mal 0,5 pm, maximal 400 Teilchen mit einer Teilchengröße größer 0,5 pm und maximal 1,0 pm und maximal 10 Teilchen mit einer Teilchengröße grö ßer 10 pm und maximal 5,0 pm aufweist;
• in der Reinheitsklasse 02 nach ISO 8573-1:2010, in welcher die von der Druckluftquelle bereitgestellte Druckluft pro m3 bereitgestellter Druckluft maximal 400.000 Teilchen mit einer Teilchengröße größer 0,1 pm und maxi mal 0,5 pm, maximal 6.000 Teilchen mit einer Teilchengröße größer 0,5 pm und maximal 1,0 pm und maximal 100 Teilchen mit einer Teilchengröße grö ßer 1,0 pm und maximal 5,0 pm aufweist; und/oder
• in der Reinheitsklasse 03 nach ISO 8573-1:2010, in welcher die von der Druckluftquelle bereitgestellte Druckluft pro m3 bereitgestellter Druckluft maximal 90.000 Teilchen mit einer Teilchengröße größer 0,5 gm und maxi mal 1,0 gm und maximal 1.000 Teilchen mit einer Teilchengröße größer 1,0 gm und maximal 5,0 gm aufweist.
Indem die Konditioniereinheit in den oben genannten Reinheitsklassen 01 bis 03 wahlweise betreibbar ist, ist es möglich, die Trockeneisbehandlung von Oberflä chen in Bereichen auszuwählen, bei denen die entsprechenden Reinheitsklassen einzuhalten sind. Hierzu ist insbesondere kein aufwendiges nach oder Umrüsten der Vorrichtung notwendig. Demnach ist das Anwendungsgebiet der Trockeneis technik bei dieser Weiterbildung noch weiter vergrößert.
Alternativ oder zusätzlich hierzu ist die Konditioniereinheit ausgebildet, insbeson dere wahlweise den Drucktaupunkt der von der Druckluftquelle bereitgestellten Druckluft einzustellen, um so das Eindringen von Feuchtigkeit in den Bereich, wo die Trockeneistechnik angewandt wird, zu verhindern oder zumindest zu reduzie ren.
Zum Einstellen eines Drucktaupunkts der von der Druckluftquelle bereitgestellten Druckluft weist die Konditioniereinheit mindestens einen zur Druckluftaufberei tung wahlweise zu- oder abschaltbaren Wasserabscheider, mindestens einen zur Druckluftaufbereitung wahlweise zu- oder abschaltbaren warmregenerierenden Absorptionstrockner, mindestens einen zur Druckluftaufbereitung wahlweise zu- oder abschaltbaren Kältetrockner, und/oder mindestens einen zur Druckluftaufbe reitung wahlweise zu- oder abschaltbaren Membrantrockner insbesondere mit in tegriertem Nanofilter auf.
Mit dieser Realisierung ist die Konditioniereinheit insbesondere wahlweise in min destens einer der nachfolgenden Feuchtigkeits-Reinheitsklassen betreibbar:
• in einer ersten Feuchtigkeits-Reinheitsklasse, in welcher der Drucktaupunkt der von Druckluftquelle bereitgestellten Druckluft bei mindestens -70 °C liegt;
• in einer zweiten Feuchtigkeits-Reinheitsklasse, in welcher der Drucktaupunkt der von der Druckluftquelle bereitgestellten Druckluft bei mindestens -40 °C liegt; und/oder • in einer dritten Feuchtigkeits-Reinheitsklasse, in welcher der Drucktaupunkt der von der Druckluftquelle bereitgestellten Druckluft bei mindestens -20 °C liegt.
Alternativ oder zusätzlich hierzu ist gemäß Weiterbildungen der erfindungsgemä ßen Vorrichtung vorgesehen, dass die Konditioniereinheit und/oder Druckluft quelle ausgebildet sind/ist, insbesondere wahlweise im Hinblick auf eine Gesamt konzentration von Öl-Aerosolen und Kohlenwasserstoffen eine Reinheit der von der Druckluftquelle bereitgestellten Druckluft einzustellen.
Um dies in einer besonders einfach zu realisierenden Weise umzusetzen, ist ge mäß Weiterbildungen der zuletzt genannten Ausführungsform vorgesehen, dass die Druckluftquelle eine ölgeschmierte, verdichtende Kompressoreinheit und eine ölfrei verdichtende Kompressoreinheit aufweist, wobei abhängig von einer ausge wählten Reinheit der von der Druckluftquelle bereitzustellenden Druckluft zur Ver dichtung von Ansaugluft wahlweise die ölgeschmierte, verdichtende Kompresso reinheit oder die ölfrei verdichtende Kompressoreinheit angesteuert wird.
Insgesamt ist es in diesem Zusammenhang von Vorteil, wenn zum Einstellen einer Öl-Gesamtkonzentrations-Reinheit der von der Druckluftquelle bereitgestellten Druckluft die Konditioniereinheit insbesondere wahlweise in mindestens einer der nachfolgenden Öl-Gesamtkonzentrations-Reinheitsklassen betreibbar ist:
• in einer ersten Öl-Gesamtkonzentrations-Reinheitsklasse, in welcher in der von der Druckluftquelle bereitgestellten Druckluft maximal 0,01 mg Öl je m3 vorliegt;
• in einer zweiten Öl-Gesamtkonzentrations-Reinheitsklasse, in welcher in der von der Druckluftquelle bereitgestellten Druckluft maximal 0,1 mg Öl je m3 vorliegt; und/oder
• in einer dritten Öl-Gesamtkonzentrations-Reinheitsklasse, in welcher in der von der Druckluftquelle bereitgestellten Druckluft maximal 1,0 mg Öl je m3 vorliegt. Alternativ oder zusätzlich hierzu ist es denkbar, dass zum Einstellen einer Öl-Ge- samtkonzentrations-Reinheit der von der Druckluftquelle bereitgestellten Druck luft die Konditioniereinheit mindestens einen zur Druckluftaufbereitung wahlweise zu- oder abschaltbaren Koalenzfilter und/oder mindestens einen zur Druckluftauf bereitung wahlweise zu- oder abschaltbaren Aktivkohlefilter aufweist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung aufweist zum Steuern und/oder Regeln der Druckluftquelle und/oder, der der Druckluftquelle zugeord neten Konditioniereinheit derart, dass im Hinblick auf den Reinheitsgrad die von der Druckluftquelle bereitgestellte Druckluft einem vorab festgelegten oder fest legbaren Reinheitsgrad entspricht.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Behandlung von Oberflächen insbe sondere zur Reinigung und/oder Veredelung von Oberflächen, wobei hierzu vor zugsweise die zuvor diskutierte erfindungsgemäße Vorrichtung verwendet wird, und wobei das Verfahren den Verfahrensschritt des Bereitstellens von Trockeneis insbesondere in Gestalt von Trockeneispartikeln, den Verfahrensschritt des Bereit stellens von Druckluft, den Verfahrensschritt des Herstellens eines Trockeneispar tikel-Druckluftgemisches aus dem bereitgestellten Trockeneis und der bereitge stellten Druckluft, und den Verfahrensschritt des Applizierens des Trockeneispar tikel-Druckluftgemisches auf die zu behandelnde Oberfläche aufweist.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist insbesondere vorgesehen, dass die zum Herstellen des Trockeneispartikel -Druckluftgemisches bereitgestellte Druck luft konditioniert wird, und zwar insbesondere bedarfs- oder anwendungsspezi fisch und insbesondere im Hinblick auf die Größe und Konzentration von noch in der bereitgestellten Druckluft enthaltenen Feststoffteilchen, im Hinblick auf den Drucktaupunkt und/oder den Feuchtegehalt der bereitgestellten Druckluft und/o der im Hinblick auf eine Restmenge an Öl-Aerosolen und Kohlenwasserstoffen, die noch in der bereitgestellten Druckluft enthalten sein dürfen.
Nachfolgend wird eine exemplarische Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
FIG. la-c schematisch das erfindungsgemäße Verfahren zur Behand lung von Oberflächen, insbesondere zur Reinigung und/oder Veredelung von Oberflächen; und
FIG. 2 schematisch eine exemplarische Ausführungsform der erfin dungsgemäßen Vorrichtung zur Behandlung von Oberflä chen, insbesondere zur Reinigung und/oder Veredelung von Oberflächen.
Die in FIG. 2 schematisch gezeigte exemplarische Ausführungsform der erfin dungsgemäßen Vorrichtung 1 weist eine Trockeneisquelle 2 zum Bereitstellen von Trockeneis insbesondere in Gestalt von Trockeneispartikeln, eine Druckluftquelle 4 sowie eine Mischeinheit 3 auf, wobei die Mischeinheit 3 strömungsmäßig mit der Trockeneisquelle 2 einerseits und der Druckluftquelle 4 andererseits verbun den ist und dazu dient, aus dem von der Trockeneisquelle 2 bereitgestellten Tro ckeneis und der von der Druckluftquelle 4 bereitgestellten Druckluft ein Trocken eispartikel-Druckluftgemisch 14 zu generieren.
Erfindungsgemäß kommt ferner eine Konditioniereinheit 5 zum Einsatz, mit wel cher ein von der Mischeinheit 3 bereitgestelltes oder bereitzustellendes Trocken eispartikel-Druckluftgemisch 14 an anwendungsspezifische Bedingungen vor dem Applizieren des Trockeneispartikel-Druckluftgemisches 14 auf die zu behandelnde Oberfläche anpassbar ist.
Die in FIG. 2 schematisch gezeigte Trockeneisquelle 2 kann eine Vorrichtung 1 zum Erzeugen von festen C02-Teilchen aufweisen, wobei diese Vorrichtung 1 bei spielsweise eine Schneekammer umfasst, die einen Einlass für C02 und einen Verdichter zum Verdichten von in der Schneekammer befindlichem C02-Schnee aufweist. In diesem Zusammenhang ist es denkbar, dass die Schneekammer auf einer Seite durch eine mit Öffnungen versehene Matrix abgeschlossen wird.
Alternativ hierzu ist es aber auch denkbar, dass die Trockeneisquelle 2 der erfin dungsgemäßen Vorrichtung 1 einen Vorratsbehälter zum Bevorraten von Trocken eispartikeln in Reiskorngröße, sogenannten C02-Pellets, aufweist. Die Erzeugung der C02-Pellets erfolgt, indem flüssiges Kohlendioxid aus einem isolierten Tank, in welchem das Kohlendioxid bei einem Druck zwischen üblicher weise 12 und 22 bar gelagert wird, entnommen und über Düsen in eine Schnee kammer auf Atmosphärendruck entspannt wird. Bei der Entspannung des flüssi gen Kohlendioxids entsteht ein Gemisch aus C02-Schnee und kaltem C02-Gas.
Die Gasphase wird von dem C02-Schnee abgetrennt und der C02-Schnee mittels eines Verdichters verdichtet. Hierzu wird beispielsweise ein Kolbenverdichter ein gesetzt. Der entstehende Trockeneisblock wird anschließend durch eine Matrize gepresst, um feste C02-Stränge zu erzeugen, die dann mit einem geeigneten Brechwerkzeug zu Pellets von etwa Reiskorngröße gekürzt werden.
Die von der Trockeneisquelle 2 bereitgestellten Trockeneispartikel, wie beispiels weise Trockeneispellets, werden in der Mischeinheit 3 in einen von der Druckluft quelle 4 bereitgestellten Druckluftstrom eindosiert und mit diesem zu einer Strahldüse gefördert. Der Druckluftstrom weist bei der erfindungsgemäßen Vor richtung 1 einen Druck zwischen 0,1 bar bis 24 bar auf, während die Trockeneis partikel (C02-Pellets) bei Atmosphärendruck vorliegen. Zum Eindosieren der Tro ckeneispartikel in den Luftdruckstrom kommt vorzugsweise eine Druckschleuse zum Einsatz, die in der schematischen Zeichnung gemäß FIG. 2 nicht dargestellt ist.
Beim Applizieren des in der Mischeinheit 3 der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 generierten Trockeneispartikel-Druckluftgemisches 14 auf die zu behandelnde Oberfläche 12 werden die Trockeneispartikel in dem Trockeneispartikel -Druckluft gemisch 14 mit Hilfe der von der Druckluftquelle 4 bereitgestellten Druckluft be schleunigt, und der Trockeneispartikel -Druckluftstrom wird - wie in FIG. la ange deutet - auf die zu reinigende bzw. zu behandelnde Oberfläche 12 gerichtet.
Erfindungsgemäß ist in diesem Zusammenhang vorgesehen, dass der Druckluft quelle 4 eine Konditionierungseinheit 5 zugeordnet ist, um insbesondere bedarfs- oder anwendungsweise die der Mischeinheit 3 bereitgestellte Druckluft zu konditi onieren, und zwar insbesondere im Hinblick auf die Größe und Konzentration von noch in der bereitgestellten Druckluft enthaltenen Feststoffteilchen, im Hinblick auf den Drucktaupunkt und/oder den Feuchtegehalt der bereitgestellten Druckluft und/oder im Hinblick auf eine Restmenge an Öl-Aerosolen und Kohlenwasserstof fen, die noch in der bereitgestellten Druckluft enthalten sein dürfen. Zum Einstellen des Grades einer Aufbereitung der von der Druckluftquelle 4 be reitzustellenden Druckluft weist die Konditioniereinheit 5 eine Vielzahl unter schiedlicher und insbesondere über eine manuelle Eingabeeinrichtung auswähl bare Betriebszustände auf.
In diesem Zusammenhang ist es denkbar, dass die Konditioniereinheit 5 insbeson dere wahlweise in mindestens einem der nachfolgenden Betriebszustände betreib bar ist:
• in einem ersten Betriebszustand, in welchem die von der Druckluftquelle 4 bereitgestellte Druckluft noch Feststoffteilchen mit einer Größe größer 5 qm nach ISO 8573-1:2010 enthalten darf; oder
• in einem zweiten Betriebszustand, in welchem die von der Druckluftquelle 4 bereitgestellte Druckluft noch Feststoffteilchen mit einer Größe bis max. 5 qm nach ISO 8573-1:2010 enthalten darf.
Bei der in FIG. 2 gezeigten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 weist hierzu die Konditioniereinheit 5 eine Filtereinrichtung 7 mit einem Vorfil ter und einem Nachfilter auf. Abhängig von einem ausgewählten Betriebszustand der Konditioniereinheit 5 ist dabei der mindestens eine Nachfilter zur Druckluft aufbereitung zu- oder abschaltbar.
Die Konditioniereinheit 5 der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 ist ferner ausge bildet, insbesondere wahlweise den Drucktaupunkt der von der Druckluftquelle 4 bereitgestellten Druckluft einzustellen.
Zu diesem Zweck ist bei der in FIG. 2 schematisch dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 vorgesehen, dass die Konditioniereinheit 5 mindestens einen zur Druckluftaufbereitung wahlweise zu- oder abschaltbaren Kältetrockner aufweist. An Stelle eines derartigen Kältetrockners ist es aber auch denkbar, dass ein Wasserabscheider, ein Absorptionstrockner und/oder ein Membrantrockner zum Einsatz kommt.
Um ferner im Hinblick auf eine Gesamtkonzentration von Öl-Aerosolen und Koh lenwasserstoffen eine Reinheit der von der Druckluftquelle 4 bereitgestellten Druckluft einstellen zu können, ist die bereits erwähnte Filtereinrichtung 7 ent sprechend ausgeführt.
Alternativ oder zusätzlich hierzu ist es aber auch denkbar, dass die Druckluft quelle 4 eine ölgeschmierte, verdichtende Kompressoreinheit und eine ölfrei ver dichtende Kompressoreinheit aufweist, wobei abhängig von einer ausgewählten Reinheit der von der Druckluftquelle 4 bereitzustellenden Druckluft zur Verdich tung von Ansaugluft wahlweise die ölgeschmierte, verdichtende Kompressorein heit oder die ölfrei verdichtende Kompressoreinheit angesteuert wird.
In FIG. 2 ist ferner angedeutet, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung 16 aufweist zum Steuern und/oder Regeln der Druckluftquelle 4 und/oder der, der Druckluftquelle 4 zugeordneten Konditionie reinheit 5 derart, dass im Hinblick auf den Reinheitsgrad die von der Druckluft quelle 4 bereitgestellte Druckluft einem vorab festgelegten oder festlegbaren Reinheitsgrad entspricht.
Die Druckluftquelle 4 der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 dient nicht nur dazu, pro Zeiteinheit eine vorab festgelegte oder festlegbare Menge an Druckluft der Mischeinheit 3 zuzuführen, wobei die pro Zeiteinheit der Mischeinheit 3 zuge führte Menge an Druckluft insbesondere von einer pro Zeiteinheit der Mischein heit 3 zugeführten Menge an Trockeneispartikeln abhängt, sondern auch dazu, pro Zeiteinheit eine vorab festgelegte oder festlegbare Menge an Druckluft als Zusatzdruckluft 8 dem von der Mischeinheit 3 generierten Trockeneispartikel- Druckluftgemisch 14 zuzudosieren. Diese Zusatzdruckluft 8 dient insbesondere zum Variieren des Strahldrucks und/oder zur Einstellung einer Geschwindigkeit des Trockeneispartikel-Druckluftgemisches 14.
Gemäß Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 ist die Druckluft quelle 4 ferner ausgebildet, einer manuellen oder automatischen Sprühpistole 6, die zum Applizieren des konditionierten Trockeneispartikel -Druckluftgemisches 14 auf die zu behandelnde Oberfläche 12 dient, Formungsluft 9 zuzuführen, um bei spielsweise einen Flüllstrom zu bilden, welcher das Trockeneispartikel -Druckluft gemisch 14 umhüllt und paral lelisierend oder fokussierend wirkt.
Wie in FIG. lb und FIG. lc dargestellt findet mit dem erfindungsgemäßen Verfah ren eine optimale Reinigung bzw. Behandlung der Oberfläche 12 statt, ohne dass mit der Druckluft Fremdstoffe auf die Oberfläche 12 auftreffen. Die niedrige Tem peratur des sublimierten Trockeneises führt zur Rissbildung des Belages 13 auf der zu behandelnden Oberfläche 12 und damit zum Loslösen des Belages 13. Darüber hinaus ist ein Sublimationsbereich 15 vorzugsweise in unmittelbarer Nähe der Oberfläche 12 gewählt, so dass diese aufgrund des Sublimationseffekts bzw. aufgrund der Explosionswirkung beim Sublimieren der Trockeneispartikel ge reinigt wird. Die Erfindung ist nicht auf die in den Zeichnungen gezeigte Ausführungsform be schränkt, sondern ergibt sich aus einer Zusammenschau sämtlicher hierin offen barter Merkmale.
Bezugszeichenliste
1 Vorrichtung zur Trockeneisbehandlung
2 Trockeneisquelle 3 Mischeinheit
4 Druckluftquelle
5 Konditioniereinheit
6 Sprühpistole
7 Filtereinrichtung 8 Zusatzdruckluft
9 Formungsluft
11 Trockeneispartikel-Druckluftgemisch
12 Oberfläche
13 zu entfernender Belag (Verunreinigung) 14 Trockeneispartikel-Druckluftgemisch
15 Sublimationsbereich
16 Steuer-/Regeleinrichtung

Claims

VORRICHTUNG ZUR TROCKENEISBEHANDLUNG VON OBERFLÄCHEN SOWIE VERFAHREN ZUR BEHANDLUNG VON OBERFLÄCHEN Patentansprüche
1. Vorrichtung (1) zur Trockeneisbehandlung und insbesondere zur
Trockeneisreinigung von Oberflächen, wobei die Vorrichtung (1) folgendes aufweist: eine Trockeneisquelle (2) zum Bereitstellen von Trockeneis insbesondere in Gestalt von Trockeneispartikeln; eine mit der Trockeneisquelle (2) strömungsmäßig verbundene oder verbindbare Mischeinheit (3); und eine mit der Mischeinheit (3) strömungsmäßig verbundene oder verbindbare Druckluftquelle (4) zum Bereitstellen von Druckluft für die Mischeinheit (3), in welcher mit der bereitgestellten Druckluft und dem bereitgestellten Trockeneis ein Trockeneispartikel-Druckluftgemisch (14) generiert wird, welches zur Trockeneisbehandlung und insbesondere zur Trockeneisreinigung auf die zu behandelnde Oberfläche (12) applizierbar ist, wobei der Druckluftquelle (4) eine Konditioniereinheit (5) zugeordnet ist zum insbesondere bedarfs- oder anwendungsweisen Konditionierung der der Mischeinheit (3) bereitgestellten Druckluft, und zwar insbesondere im Hinblick auf die Größe und Konzentration von noch in der bereitgestellten Druckluft enthaltenen Feststoffteilchen, im Hinblick auf den Drucktaupunkt und/oder den Feuchtegehalt der bereitgestellten Druckluft und/oder im Hinblick auf eine Restmenge an Öl-Aerosolen und Kohlenwasserstoffen, die noch in der bereitgestellten Druckluft enthalten sein dürfen.
2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei zum Einstellen des Grades einer Aufbereitung der von der Druckluftquelle (4) bereitzustellenden Druckluft die Konditioniereinheit (5) eine Vielzahl unterschiedliche und insbesondere über eine manuelle Eingabeeinrichtung auswählbare Betriebszustände aufweist.
3. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Konditioniereinheit (5) insbesondere wahlweise in mindestens einem der nachfolgenden Betriebszustände betreibbar ist: in einem ersten Betriebszustand, in welchem die von der Druckluftquelle (4) bereitgestellte Druckluft noch Feststoffteilchen mit einer Größe größer 5 pm nach ISO 8573-1:2010 enthalten darf; oder in einem zweiten Betriebszustand, in welchem die von der Druckluftquelle (4) bereitgestellte Druckluft noch Feststoffteilchen mit einer Größe bis maximal 5 pm nach ISO 8573-1:2010 enthalten darf.
4. Vorrichtung (1) nach Anspruch 3, wobei die Konditioniereinheit (5) eine Filtereinrichtung (7) aufweist, wobei die Filtereinrichtung (7) mindestens einen Vorfilter und mindestens einen Nachfilter aufweist, wobei - abhängig von einem ausgewählten Betriebszustand der Konditioniereinheit (5) - wähl- oder bedarfsweise zumindest der mindestens einen Nachfilter zur Druckluftaufbereitung zu- oder abschaltbar ist.
5. Vorrichtung (1) nach einer der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Konditioniereinheit (5) insbesondere wahlweise in mindestens einer der nachfolgenden Reinheitsklassen betreibbar ist: in der Reinheitsklasse 01 nach ISO 8573-1:2010, in welcher die von der Druckluftquelle (4) bereitgestellte Druckluft pro m3 bereitgestellter Druckluft maximal 20.000 Teilchen mit einer Teilchengröße größer 0,1 pm und maximal 0,5 pm, maximal 400 Teilchen mit einer Teilchengröße größer 0,5 pm und maximal 1,0 pm und maximal 10 Teilchen mit einer Teilchengröße größer 10 gm und maximal 5,0 gm aufweist; in der Reinheitsklasse 02 nach ISO 8573-1:2010, in welcher die von der Druckluftquelle (4) bereitgestellte Druckluft pro m3 bereitgestellter Druckluft maximal 400.000 Teilchen mit einer Teilchengröße größer 0,1 gm und maximal 0,5 gm, maximal 6.000 Teilchen mit einer Teilchengröße größer 0,5 gm und maximal 1,0 gm und maximal 100 Teilchen mit einer Teilchengröße größer 1,0 gm und maximal 5,0 gm aufweist; und/oder in der Reinheitsklasse 03 nach ISO 8573-1:2010, in welcher die von der Druckluftquelle (4) bereitgestellte Druckluft pro m3 bereitgestellter Druckluft maximal 90.000 Teilchen mit einer Teilchengröße größer 0,5 gm und maximal 1,0 gm und maximal 1000 Teilchen mit einer Teilchengröße größer 1,0 gm und maximal 5,0 gm aufweist.
6. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Konditioniereinheit (5) ausgebildet ist, insbesondere wahlweise den Drucktaupunkt der von der Druckluftquelle (4) bereitgestellten Druck luft einzustellen.
7. Vorrichtung (1) nach Anspruch 6, wobei zum Einstellen eines Drucktaupunktes der von der Druckluftquelle (4) bereitgestellten Druckluft die Konditioniereinheit (5) mindestens einen zur Druckluftaufbereitung wahlweise zu- oder abschaltbaren Wasserab scheider, mindestens einen zur Druckluftaufbereitung wahlweise zu- oder abschaltbaren warmregenerierenden Adsorptionstrockner, mindestens ei nen zur Druckluftaufbereitung wahlweise zu- oder abschaltbaren Kälte trockner, und/oder mindestens einen zur Druckluftaufbereitung wahlweise zu- oder abschaltbaren Membrantrockner insbesondere mit integriertem Nanofilter aufweist.
8. Vorrichtung (1) nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Konditioniereinheit (5) insbesondere wahlweise in mindestens ei ner der nachfolgenden Feuchtigkeits-Reinheitsklassen betreibbar ist: in einer ersten Feuchtigkeits-Reinheitsklasse, in welcher der Drucktau punkt der von der Druckluftquelle (4) bereitgestellten Druckluft bei mindestens -70 Grad Celsius liegt; in einer zweiten Feuchtigkeits-Reinheitsklasse, in welcher der Druck taupunkt der von der Druckluftquelle (4) bereitgestellten Druckluft bei mindestens -40 Grad Celsius liegt; und/oder in einer dritten Feuchtigkeits-Reinheitsklasse, in welcher der Drucktau punkt der von der Druckluftquelle (4) bereitgestellten Druckluft bei mindestens -20 Grad Celsius liegt.
9. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Konditioniereinheit (5) und/oder Druckluftquelle (4) ausgebildet sind/ist, insbesondere wahlweise im Hinblick auf eine Gesamtkonzentration von Öl-Aerosolen und Kohlenwasserstoffen eine Reinheit der von der Druckluftquelle (4) bereitgestellten Druckluft einzustellen.
10. Vorrichtung (1) nach Anspruch 9, wobei die Druckluftquelle (4) eine ölgeschmierte, verdichtende Kompresso reinheit und eine ölfrei verdichtende Kompressoreinheit aufweist, wobei abhängig von einer ausgewählten Reinheit der von der Druckluft quelle (4) bereitzustellenden Druckluft zur Verdichtung von Ansaugluft wahlweise die ölgeschmierte, verdichtende Kompressoreinheit oder die ölfrei verdichtende Kompressoreinheit angesteuert wird.
11. Vorrichtung (1) nach Anspruch 9 oder 10, wobei zum Einstellen einer Öl-Gesamtkonzentrations-Reinheit der von der Druckluftquelle (4) bereitgestellten Druckluft die Konditioniereinheit (5) insbesondere wahlweise in mindestens einer der nachfolgenden Öl-Gesamt- konzentrations-Reinheitsklassen betreibbar ist: in einer ersten Öl-Gesamtkonzentrations-Reinheitsklasse, in welcher in der von der Druckluftquelle (4) bereitgestellten Druckluft maximal 0,01 mg Öl je m3 vorliegt; in einer zweiten Öl-Gesamtkonzentrations-Reinheitsklasse, in welcher in der von der Druckluftquelle (4) bereitgestellten Druckluft maximal 0,1 mg Öl je m3 vorliegt; und/oder in einer dritten Öl-Gesamtkonzentrations-Reinheitsklasse, in welcher in der von der Druckluftquelle (4) bereitgestellten Druckluft maximal 1 mg Öl je m3 vorliegt.
12. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei zum Einstellen einer Öl-Gesamtkonzentrations-Reinheit der von der Druckluftquelle (4) bereitgestellten Druckluft die Konditioniereinheit (5) mindestens einen zur Druckluftaufbereitung wahlweise zu- oder abschalt baren Koalenzfilter und/oder mindestens einen zur Druckluftaufbereitung wahlweise zu- oder abschaltbaren Aktivkohlefilter aufweist.
13. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung (16) vorgesehen ist zum Steuern und/oder Regeln der Druckluftquelle (4) und/oder der der Druck luftquelle (4) zugeordneten Konditioniereinheit (5) derart, dass im Hinblick auf den Reinheitsgrad die von der Druckluftquelle (4) bereitgestellte Druckluft einem vorab festgelegten oder festlegbaren Reinheitsgrad ent spricht.
14. Verfahren zur Behandlung von Oberflächen (12), insbesondere zur Reini gung und/oder Veredelung von Oberflächen (12), wobei hierzu vorzugs weise eine Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 verwendet wird, und wobei das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte aufweist:
Bereitstellen von Trockeneis insbesondere in Gestalt von Trockeneis partikeln;
Bereitstellen von Druckluft;
Herstellen eines Trockeneispartikel-Druckluftgemisches (14) aus dem bereitgestellten Trockeneis und der bereitgestellten Druckluft; und Applizieren des Trockeneispartikel-Druckluftgemisches (14) auf die zu behandelnde Oberfläche (12), wobei die zum Herstellen des Trockeneispartikel-Druckluftgemisches (14) bereitgestellte Druckluft konditioniert wird, und zwar insbesondere be- darfs- oder anwendungsspezifisch und insbesondere im Hinblick auf die Größe und Konzentration von noch in der bereitgestellten Druckluft enthal tenen Feststoffteilchen, im Hinblick auf den Drucktaupunkt und/oder den Feuchtegehalt der bereitgestellten Druckluft und/oder im Hinblick auf eine Restmenge an Öl-Aerosolen und Kohlenwasserstoffen, die noch in der be reitgestellten Druckluft enthalten sein dürfen.
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