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Dokumentenidentifikation DE10213933A1 30.10.2003
Titel Vorrichtung zur Behandlung von Oberflächen mit Kohlendioxid
Anmelder Peguform GmbH & Co. KG i.Ins., 79268 Bötzingen, DE
Erfinder Ower, Dieter, 79263 Simonswald, DE
DE-Anmeldedatum 28.03.2002
DE-Aktenzeichen 10213933
Offenlegungstag 30.10.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 30.10.2003
IPC-Hauptklasse B24C 3/00
IPC-Nebenklasse B08B 5/00   
Zusammenfassung Eine Vorrichtung zur Behandlung von Oberflächen mit Kohlendioxid weist einen Kohlendioxidbehälter (1) zur Aufnahme von Kohlendioxid (2) auf und verfügt weiterhin über eine Konditioniereinheit (3, 8, 9) und wenigstens eine Applikationseinheit (6). Mit der Konditioniereinheit (3, 8, 9) ist mit einem vorbestimmten, gegenüber dem Druck in dem Kohlendioxidbehälter (1) erhöhten Druck der Applikationseinheit (6) aus dem Kohlendioxidbehälter (1) stammendes flüssiges Kohlendioxid (2) einspeisbar. Die Applikationseinheit (6) weist einen Phasenumwandlungsbereich auf, in dem der statische Druck soweit erniedrigbar ist, dass bei einem Teil des flüssigen Kohlendioxids (2) eine Phasenumwandlung von der flüssigen Phase in die feste Phase auftritt. Weiterhin verfügt die Applikationseinheit (6) über eine Austrittsdüsenanordnung, mit der das flüssige und feste Phasen aufweisende disperse Gemisch von Kohlendioxid applizierbar ist. Durch die in der Applikationseinheit (6) erfolgenden Phasenumwandlung von flüssigem in festes Kohlendioxid ist ein besonders wirtschaftlicher und kontrollierter Betrieb gewährleistet.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Behandlung von Oberflächen mit Kohlendioxid.

In der Praxis sind Vorrichtungen zur Behandlung, insbesondere zur Reinigung, von Oberflächen mit Kohlendioxid in fester Phase bekannt. Die vorbekannten Vorrichtungen weisen üblicherweise eine Bevorratungseinheit auf, mit der in einem thermisch isolierten und gekühlten Feststoffbehälter festes Kohlendioxid in Form von Granulat, auch "pellets" genannt, bevorratet wird. Das in seinen Dimensionen auf eine Fördereinheit angepasste Granulat wird mit Druckluft über eine Austrittsdüse auf die zu behandelnden Oberflächen gespritzt. Nachteilig bei diesen vorbekannten Vorrichtungen ist jedoch die sehr aufwendige Herstellung des korrekt zu dimensionierenden Granulats und die sehr kostenaufwendige Bereitstellung von Druckluft.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung anzugeben, bei der eine Behandlung von Oberflächen mit Kohlendioxidpartikel effizient in oberflächenschonender, wirtschaftlicher und betriebssicherer Weise geschaffen ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit einer Vorrichtung zur Behandlung von Oberflächen mit Kohlendioxid mit einem Kohlendioxidbehälter zur Aufnahme von Kohlendioxid, mit einer Konditioniereinheit und mit wenigstens einer Applikationseinheit, wobei mit der Konditioniereinheit mit einem vorbestimmten, gegenüber dem Druck in dem Kohlendioxidbehälter erhöhten Druck der Applikationseinheit aus dem Kohlendioxidbehälter stammendes flüssiges Kohlendioxid einspeisbar ist, wobei die Applikationseinheit einen Phasenumwandlungsbereich aufweist, in dem der statische Druck soweit erniedrigbar ist, dass bei einem Teil des flüssigen Kohlendioxids eine Phasenumwandlung von der flüssigen Phase in die feste Phase auftritt, und wobei die Applikationseinheit über eine Austrittsdüsenanordnung verfügt, mit der das flüssige und feste Phase aufweisende disperse Gemisch von Kohlendioxid applizierbar ist.

Dadurch, dass bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wenigstens teilweise flüssiges Kohlendioxid bevorratet wird und die Phasenumwandlung von flüssigem Kohlendioxid in Kohlendioxidpartikel in fester Phase mit der Konditioniereinheit definiert vorkonditioniert in einer Applikationseinheit unter Druckerniedrigung erfolgt, ist eine sehr wirtschaftliche und betriebssichere Herstellung von Kohlendioxid in fester Phase mit definierter Partikelgröße erzielt sowie ein direktes Auftragen der Kohlendioxidpartikel in einem feste und flüssige Phase aufweisenden dispersen Gemisch unter Ausnutzen der durch den erhöhten Druck bereitgestellten kinetischen Energie ermöglicht.

In einem Ausführungsbeispiel weist die Konditioniereinheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung einen Hilfsgasbehälter auf, mit dem der Kohlendioxidbehälter mit einem Druckpolster vorbestimmten Drucks beaufschlagbar ist.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel verfügt die Konditioniereinheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung über wenigstens eine zwischen dem Kohlendioxidbehälter und der Applikationseinheit angeordnete Druckerhöhungspumpe.

Zweckmäßig ist bei einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, dass die Konditioniereinheit ein der Applikationseinheit vorgelagertes Vorschaltmodul aufweist, mit dem flüssiges Kohlendioxid teilweise in feste Phase umwandelbar ist. Dadurch ist der Applikationseinheit Kohlendioxid zuführbar, das neben einem flüssigen Anteil bereits Kohlendioxidpartikel in fester Phase enthält.

Bei einer Ausführung weist das Vorschaltmodul wenigstens eine Expansionskammer auf, die über einen mit flüssigem Kohlendioxid aus dem Kohlendioxidbehälter beaufschlagbaren Diffusorabschnitt mit einem sich erweiternden Querschnitt, über einen sich an den Diffusorabschnitt anschließenden Zylinderabschnitt mit einem gleichbleibenden Querschnitt und über einen sich an dem dem Diffusorabschnitt gegenüberliegenden Ende des Zylinderabschnittes anschließenden Verengungsabschnitt verfügt.

Bei einer Weiterbildung der letztgenannten Ausführung ist vorteilhafterweise zwischen dem Diffusorabschnitt und dem Zylinderabschnitt eine Keimbildnerstruktur vorhanden, mit der in dem Strom von Kohlendioxid Kristallisationskeime erzeugbar sind. Dadurch wird die Bildung von Kohlendioxidpartikel in fester Phase begünstigt.

Bei der letztgenannten Ausführung beziehungsweise der zugehörigen Weiterbildung ist zweckmäßigerweise zwischen dem Zylinderabschnitt und dem Verengungsabschnitt eine Rückhaltestruktur vorhanden, mit der Kohlendioxidpartikel in fester Phase mit eine bestimmte Größe übersteigenden Dimensionen rückhaltbar sind.

Bei einer weiteren Ausführung weist das Vorschaltmodul wenigstens eine Expansionskammer auf, die über einen mit flüssigem Kohlendioxid aus dem Kohlendioxidbehälter beaufschlagbaren Zylinderabschnitt gleichbleibenden Querschnitts, über eine sich in dem Zylinderabschnitt drehbare Förderschnecke und über einen sich an einem Förderende der Förderschnecke an den Zylinderabschnitt anschließenden Verengungsabschnitt mit einem sich verjüngenden Querschnitt verfügt.

Aus Effizienzgründen ist weiterhin zweckmäßig, dass das Vorschaltmodul mit einer Rückführleitung mit dem Kohlendioxidbehälter in Verbindung steht, über die Kohlendioxid in den Kohlendioxidbehälter rückführbar ist.

Für eine besonders effiziente Phasenumwandlung ist vorteilhaft, dass der Phasenumwandlungsbereich eine Vorkammer mit einem gegenüber dem Querschnitt eines Zuführkanals größeren Querschnitt aufweist.

Weiterhin ist für die Phasenumwandlung zweckmäßig, dass der Phasenumwandlungsbereich eine Beimischkammer aufweist, in die über Seiteneinlässe dem Kohlendioxid gasförmiges Fluid zuführbar ist.

Für eine besonders genaue Einstellung der Umwandlungs- und Durchflussbedingungen weist die Austrittsdüsenanordnung Einstellmittel zum Einstellen der Strömungsverhältnisse in einer Austrittsdüse auf.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden, auf die beigefügten Figuren der Zeichnung Bezug nehmenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung. Es zeigen:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem Kohlendioxidbehälter, mit einer Applikationseinheit und mit einer einen Hilfsgasbehälter aufweisenden Konditioniereinheit,

Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem Kohlendioxidbehälter, mit einer Applikationseinheit und mit einer eine Druckerhöhungspumpe aufweisenden Konditioniereinheit,

Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem Kohlendioxidbehälter, mit einer Applikationseinheit und mit einer einen Hilfsgasbehälter, eine Druckerhöhungspumpe und ein Vorschaltmodul aufweisenden Konditioniereinheit,

Fig. 4 eine Ausführung des Vorschaltmoduls gemäß Fig. 3 mit einer Expansionskammer,

Fig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer über eine Druckerhöhungspumpe und über zwei Expansionskammern verfügenden Konditioniereinheit und mit zwei Applikationseinheiten,

Fig. 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer über eine Druckerhöhungspumpe und zwei mit Förderschnecken ausgestatteten Expansionskammern verfügenden Konditioniereinheit und

Fig. 7 eine bevorzugte Ausführung einer Applikationseinheit gemäß der Erfindung.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, das über einen druckfesten Kohlendioxidbehälter 1 verfügt. In der Darstellung gemäß Fig. 1 ist in dem Kohlendioxidbehälter 1 flüssiges oder in einem Gemisch flüssiges und festes Kohlendioxid 2 bevorratet. Der Kohlendioxidbehälter 1 steht mit einem vorzugsweise mit Stickstoff gefüllten Hilfsgasbehälter 3 einer Konditioniereinheit in Verbindung, mit dem in dem Kohlendioxidbehälter 1 ein Druckpolster 4 mit einem gegenüber dem Dampfdruck des Kohlendioxids 2 erhöhten Druck erzeugbar ist.

Weiterhin steht der Kohlendioxidbehälter 1 über eine Zuführleitung 5 mit einer Applikationseinheit 6 in Verbindung. Über die Zuführleitung 5 ist der Applikationseinheit 6 Kohlendioxid 2 mit einem vorbestimmten, dem Druck in dem Druckpolster 4 entsprechenden Druck einspeisbar. In einem weiter unten näher erläuterten Phasenumwandlungsbereich der Applikationseinheit 6 ist das eingespeiste flüssige Kohlendioxid 2 mit einem Anteil als Kohlendioxidpartikel in feste Phase umwandelbar. Mit der Applikationseinheit 6 ist in einem Sprühkegel 7 ein disperses Gemisch von Kohlendioxid in fester und flüssiger Phase auf eine in Fig. 1 nicht dargestellte Oberfläche applizierbar.

Bei Auftreffen des feste und flüssiger Phase aufweisenden dispersen Gemisches von Kohlendioxid auf der Oberfläche erfolgt durch kälteindizierte Versprödung der oberflächennahen Bereiche und die explosionsartige Expansion der festen Kohlendioxidpartikel in dem dispersen Gemisch eine gründliche und dennoch oberflächenschonende Reinigung der exponierten Oberflächen.

Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei sich in den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 1 und Fig. 2 entsprechende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen und dem weiteren nicht näher erläutert sind. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 ist eine eine Druckerhöhungspumpe 8 aufweisende Konditioniereinheit vorhanden. Die Druckerhöhungspumpe 8 ist in die Zuführleitung 5 integriert zwischen dem Kohlendioxidbehälter 1 und der Applikationseinheit 6 angeordnet. Mit der Druckerhöhungspumpe 8 ist die Applikationseinheit 6 mit wenigstens anteilig flüssigem Kohlendioxid 2 mit einem vorbestimmten Druck beaufschlagbar, der gegenüber dem Dampfdruck des Kohlendioxids 2 in dem Kohlendioxidbehälter 1 höher ist.

Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei sich in den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 1 bis Fig. 3 entsprechende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen und dem weiteren nicht näher erläutert sind. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 verfügt die Konditioniereinheit zum einen entsprechend dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 über einen Hilfsgasbehälter 3 zum Aufrechterhalten eines Druckpolsters 4 und zum anderen über eine Druckerhöhungspumpe 8 entsprechend dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 zur weiteren Erhöhung des Drucks.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 ist weiterhin ein in verschiedenen Ausführungen weiter unten näher erläutertes Vorschaltmodul 9 der Konditioniereinheit vorhanden, das zwischen Applikationseinheit 6 und der Druckerhöhungspumpe 8 angeordnet ist. Mit dem Vorschaltmodul 9 ist in dem von dem Kohlendioxidbehälter 1 stammenden flüssigen Kohlendioxid 2 bereits vor Eintritt in die Applikationseinheit 6 ein Anteil in feste Phase umwandelbar. Zwischen der Druckerhöhungspumpe 8 und dem Vorschaltmodul 9 ist in der Zuführleitung 5 ein Zuführventil 10 vorhanden. Zwischen der Applikationseinheit 6 und dem Vorschaltmodul 9 ist in die Zuführleitung 5 ein Applikationsventil 11 gelegt.

Weiterhin ist das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 mit einer Rückführpumpe 12 ausgestattet, die in eine von dem Vorschaltmodul 9 zu dem Kohlendioxidbehälter 1 laufende Rückführleitung 13 gelegt ist. Zwischen dem Vorschaltmodul 9 und der Rückführpumpe 12 ist ein Rückführventil 14 angeordnet. Weiterhin ist zwischen dem Kohlendioxidbehälter 1 und der Rückführpumpe 12 ein Wärmetauscher 15 angeordnet.

Weiterhin verfügt das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 über eine Steuereinheit 16, mit der die Druckerhöhungspumpe 8, das Vorschaltmodul 9, das Zuführventil 10, das Applikationsventil 11, die Rückführpumpe 12 und das Rückführventil 14 ansteuerbar sind.

Bei entsprechenden Steuersignalen aus der Steuereinheit 16 sind für einen Applikationsbetrieb bei laufender Druckerhöhungspumpe 8 das Zuführventil 10 und das Applikationsventil 11geöffnet und das Rückführventil 14 geschlossen, so dass die Applikationseinheit 6 mit bereits einen Feststoffanteil führenden flüssigen Kohlendioxid 2 beaufschlagbar ist.

Weiterhin sind bei entsprechenden Steuersignalen aus der Steuereinheit 16 bei einem kurzzeitigen Rückführbetrieb bei laufender Rückführpumpe 12 das Zuführventil 10 und das Applikationsventil 11 geschlossen und das Rückführventil 14 geöffnet, so dass nach einem kurzzeitigen elektrischen Heizimpuls auf das Vorschaltmodul 9 aus dem Vorschaltmodul 9 austretendes Kohlendioxid über den zur Verflüssigung gasförmiger Bestandteile und zur Abkühlung vorgesehenen Wärmetauscher 15 in den Kohlendioxidbehälter 1 rückführbar ist. Dadurch wird eine effiziente Nutzung des Kohlendioxids gewährleistet.

Fig. 4 zeigt eine Ausführung des Vorschaltmoduls 9 und der Steuereinheit 16 gemäß Fig. 3, wobei sich in den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 1 bis Fig. 4 entsprechende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen und im weiteren nicht näher erläutert sind. Das Vorschaltmodul 9 in der Ausführung gemäß Fig. 4 weist eine Expansionskammer 17 auf, die an einer Seite an die Zuführleitung 5 angeschlossen ist. Die Zuführleitung 5 mündet in einen Diffusorabschnitt 18, der in einer von der Mündung der Zuführleitung 5 wegweisenden Richtung einen sich erweiternden Querschnitt aufweist.

Der Diffusorabschnitt 18 geht in einen Zylinderabschnitt 19 mit gleichbleibendem Querschnitt über. Die Rückführleitung 13 mündet in den Zylinderabschnitt 19. Im Übergangsbereich zwischen dem Diffusorabschnitt 18 und dem Zylinderabschnitt 19 ist ein Keimbildnernetz 20 einer Keimbildnerstruktur angeordnet, die zur Erzeugung von Kristallisationskeimen in dem Strom von sich in dem Diffusorabschnitt 18 aufgrund Expansion abkühlendem Kohlendioxid dient.

An dem von dem Diffusorabschnitt 18 wegweisenden Ende des Zylinderabschnittes 19 schließt sich ein Verengungsabschnitt 21 mit Einem sich in der von dem Zylinderabschnitt 19 wegweisenden Richtung verjüngenden Querschnitt an. In dem Verengungsabschnitt 21 wird der Druck in dem Strom von Kohlendioxid wieder zunehmend erhöht.

Im Übergangsbereich zwischen dem Zylinderabschnittes 19 und dem Verengungsabschnitt 21 ist ein Rückhaltenetz 22 einer Rückhaltestruktur angeordnet, mit der Kohlendioxidpartikel in fester Phase ab einer bestimmten Größe, insbesondere mit einem gegenüber dem Querschnitt der an den Verengungsabschnitt 21 angesetzten Zuführleitung 5 größeren Durchmesser, rückhaltbar sind. Weiterhin wirkt das Rückhaltenetz 22 auch als Keimbildnerstruktur.

In dem Zylinderabschnitt 19 ist zwischen dem Keimbildnernetz 20 und dem Rückhaltenetz 22 eine im Bereich der Wand verlaufende Heizwendel 23 angeordnet. Die Heizwendel 23 ist an ein Heizmodul 24 der Steuereinheit 16 angeschlossen. Weiterhin verfügt die Steuereinheit 16 über eine Zentralmodul 25, an das neben dem Heizmodul 24 auch die Druckerhöhungspumpe 8, das Zuführventil 10, das Applikationsventil 11, die Rückführpumpe 12 und das Rückführventil 14 angeschlossen sind. Mit dem Zentralmodul 25 ist dem Heizmodul 24 ein Steuersignal einspeisbar, mit dem ein kurzzeitiges Heizen der Expansionskammer 17 durch Beaufschlagen der Heizwendel 23 mit elektrischer Energie zum Ablösen von sich an den Wänden der Expansionskammer 17, dem Keimbildnernetz 20 und dem Rückhaltenetz 22 abgelagertem festen Kohlendioxid auslösbar ist. Dabei sind das Zuführventil 10 und das Applikationsventil 11 geschlossen und das Rückführventil 14 geöffnet.

Fig. 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei sich in Fig. 1 bis Fig. 5 entsprechende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen und im weiteren nicht näher erläutert sind. Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 verfügt über einen in Fig. 5 nicht dargestellten Kohlendioxidbehälter, der über die Zuführleitung 5 mit der Druckerhöhungspumpe 8 in Verbindung steht.

Bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Vorschaltmodul 9 mit zwei Expansionskammern 17 ausgestattet, die entsprechend der anhand Fig. 4 im Detail erläuterten Ausführung aufgebaut sowie fluidmechanisch und elektrisch angeschlossen sind. Die beiden Expansionskammern 17 sind über zwei Arme der sich im Anschluss an die Druckerhöhungspumpe 8 gabelnden Zuführleitung 5 mit Kohlendioxid vorbestimmten Druckes beaufschlagbar. Jede der beiden Expansionskammern 17 ist ausgangsseitig an eine Applikationseinheit 6 angeschlossen.

Weiterhin ist das Ausführung bei gemäß Fig. 5 entsprechend dem anhand Fig. 3 erläuterten Ausführungsbeispiel mit einem in Fig. 5 nicht dargestellten Wärmetauscher ausgestattet, in den die an die beiden Rückführpumpen 12 angeschlossenen Rückführleitungen 13 münden.

Das Heizmodul 24 und Zentralmodul 25 der Steuereinheit 16 beaufschlagen die beiden in den Expansionskammern 17 angeordneten Heizwendel 23 nach entsprechenden Steuersignalen mit elektrischer Energie und steuern weiterhin die Druckerhöhungspumpe 8, die Zuführventile 10, die Applikationsventile 11, die Rückführpumpen 12 und die Rückführventile 14 an. In einer Betriebsart sind beide Applikationseinheiten 6 parallel mit Kohlendioxid in flüssiger und fester Phase beaufschlagbar, während in einer anderen Betriebsart eine der beiden Applikationseinheiten 6 einen Sprühkegel 7 abgibt und die andere Applikationseinheit 6 beispielsweise aufgrund Heizens der jeweiligen Expansionskammer 17 bei geschlossenem zugehörigen Zuführventil 10 beziehungsweise Applikationsventil 11 und geöffnetem Rückführventil 14 entkoppelt ist.

Fig. 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei sich in Fig. 1 bis Fig. 6 entsprechende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen und im weiteren nicht näher erläutert sind. Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 verfügt über einen in Fig. 5 nicht dargestellten Kohlendioxidbehälter, der über die Zuführleitung 5 mit der Druckerhöhungspumpe 8 in Verbindung steht.

Bei dem in Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Vorschaltmodul 9 mit zwei Expansionskammern 17 ausgestattet, die jeweils einen Zylinderabschnitt 19 aufweisen. In die Zylinderabschnitte 19 münden über Zuführventile einer Zuführventilanordnung 26 eine Anzahl von Anschlussabschnitte der Zuführleitung 5. In dem Zylinderabschnitt 19 jeder Expansionskammer 17 ist jeweils eine drehbare und mit einer Wendel ausgebildete Förderschnecke 27 angeordnet, die über ein an einem gelagerten Ende der Förderschnecken 27 angreifenden Getriebe 28 mit einem Antrieb 29 in Verbindung steht. Der Antrieb 29 ist an das Zentralmodul 25 der Steuereinheit 16 angeschlossen.

Im Bereich der Lagerung der jeweiligen Förderschnecke 27 mündet ein mit einem zugehörigen Rückführventil 14 ausgestatteter Arm der Rückführleitung 13 in die Expansionskammer 17. Jedes Rückführventil 14 ist an das Zentralmodul 25 angeschlossen.

An den Zylinderabschnitt 19 jeder Expansionskammer 17 ist an dem von der Lagerung der jeweiligen Förderschnecke 27 wegweisenden Ende ein sich in Querschnitt von dem Zylinderabschnitt 19 wegweisend verjüngender Verengungsabschnitt 21 angesetzt, in den ein freies Förderende der betreffenden Förderschnecke 27 hineinragt. Die Verengungsabschnitte 21 münden in zwei Arme der Zuführleitung 5, die in einem Mündungsbereich 30 zusammenlaufen. In dem Mündungsbereich 30 ist ein mit dem Zentralmodul 25 ansteuerbares Umschaltventil 31 angeordnet, mit dem jeweils eine der beiden Expansionskammern 17 mit einer in Fig. 6 nicht dargestellten Applikationseinheit verbindbar ist.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 sind um jede Expansionskammer 17 Heizplatten 32 angeordnet. Die Heizplatten 32 einer Expansionskammer 17 sind an ein zugehöriges Heizmodul 24 der Steuereinheit 16 zum Beaufschlagen mit elektrischer Energie infolge von Steuersignalen aus dem Zentralmodul 25 angeschlossen.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 erfolgt nach Eintritt von flüssigem Kohlendioxid in den Zylinderabschnitt 19 einer Expansionskammer 17 aufgrund der Abkühlung bei Expansion eine teilweiser Übergang in die feste Phase. Das einen flüssigen und festen Anteil aufweisende Kohlendioxid wird durch die Drehung der Förderschnecke 27 aus dem Zylinderabschnitt 19 in den Verengungsabschnitt 21 befördert, dort unter Druckerhöhung komprimiert und über die Zuführleitung 5 der in Fig. 6 nicht dargestellten Applikationseinheit zugeführt.

Die Expansionskammern 17 sind dabei im Wechselbetrieb betreibbar, wobei jeweils eine Expansionskammer 17 über die zugehörigen geschlossenen Zuführventile der Zuführventilanordnung 26 und der entsprechenden geschlossenen Stellung des Umschaltventils 31 von der Zuführleitung 5 abgetrennt ist. In dieser Stellung der Zuführventile und des Umschaltventils 31 erhöht sich bei geschlossenem Rückführventil 14 der Druck in dem entsprechenden Arm der Zuführleitung 5, was nach Öffnen des Umschaltventils 31 zu einem besonders effizienten Überführen des Kohlendioxids zu der in Fig. 6 nicht dargestellten Applikationseinheit führt. Bei geöffnetem Rückführventil 14 sind mit einem Heizimpuls auf die Heizplatten 32 in der betreffenden Expansionskammer 17 festsitzende Festkörperanteile für die Applikationseinheit 6 nutzbar.

Fig. 7 zeigt in einer teilgeschnittenen Seitenansicht eine bevorzugte Ausführung einer Applikationseinheit 6 gemäß der Erfindung, die nach Art einer typischerweise beim Lackieren eingesetzten sogenannten Airless-Pistole aufgebaut ist. Eine Druckkammer 33 der Applikationseinheit 6 ist über eine Dosierdruckleitung 34 mit einem unter Druck stehenden Fluid, vorzugsweise mit Druckluft, befüllbar. In der vorzugsweise zylindrische ausgebildeten Druckkammer 33 ist bei der in Fig. 7 dargestellten Ausführung weiterhin eine Druckfeder 35 angeordnet, die mit einem Ende an einem innerhalb der Druckkammer 33 in Längsrichtung verschiebbaren, dicht an der Innenwand der Druckkammer 33 anliegenden Dichtkolben 36 anliegt. Mit dem anderen Ende stützt sich die Druckfeder 35 an der dem Dichtkolben 36 gegenüberliegenden Stirnwand der Druckkammer 33 ab. An der der Druckfeder 35 gegenüberliegenden Seite des Dichtkolbens 36 ist der Schaft einer Dosiernadel 37 angebracht, die sich durch einen Dichtring 38 in eine Vorkammer 39 als Teil eines Phasenumwandlungsbereichs erstreckt.

Der Vorkammer 39 der Applikationseinheit 6 ist über die Zuführleitung 5 und einen sich an die Zuführleitung 5 anschließenden Zuführkanal 40 flüssiges Kohlendioxid beziehungsweise Kohlendioxid in flüssiger Phase und fester Phase in Abhängigkeit der einzustellenden Phasenumwandlungsbedingungen mit einem Druck von wenigstens etwa 10 bar bis maximal etwa 250 bar zuführbar. Die Vorkammer 39 steht mit einem Austrittskanal 41 mit einem gegenüber dem Querschnitt des Zuführkanals 40 kleineren Querschnitt in Verbindung. Der Austrittskanal 41 ist mit dem freien, vorzugsweise verdickten Ende der Dosiernadel 37 verschließbar.

Bei der Ausführung gemäß Fig. 7 mündet das in Strömungsrichtung vordere Ende des Austrittskanals 41 in eine Beimischkammer 42 als weiteren Teil des Phasenumwandlungsbereichs, die unter einem gegenüber dem Druck in der Vorkammer 39 geringeren Druck steht und über eine Anzahl von Seiteneinlässen 43 mit einem gasförmigen Fluid, insbesondere Luft, beaufschlagbar ist.

Die Seiteneinlässe 43 sind bei der Ausführung gemäß Fig. 7 bei einem gegenüber dem Einspeisdruck des gasförmigen Fluids höheren Druck innerhalb der Beimischkammer 42 mit Dichtkugeln 44 verschließbar, die in sich in Richtung der Beimischkammer 42 erweiternden konischen Ausnehmungen beweglich gelagert sind. Die Dichtkugeln 44 sind durch an den in Richtung der Beimischkammer 42 geöffneten Enden der Ausnehmungen über jeweils eine Rückhalteplatte 45 gegen Herausfallen gesichert.

Durch den Druckabfall in der Vorkammer 39 und insbesondere in der Beimischkammer 42 erfolgt in dem hierdurch gebildeten Phasenumwandlungsbereich eine Phasenumwandlung eines Teils des in die Applikationseinheit 6 eingespeisten flüssigen Kohlendioxids in die feste Phase zum Ausbilden eines dispersen Gemisches.

An den Austrittskanal 41 schließt sich in Strömungsrichtung nach der Verbindung mit der Beimischkammer 42 eine Austrittsdüse 46 einer Austrittsdüsenanordnung mit einem gegenüber dem Querschnitt des Austrittskanals 41 nochmals verringerten Querschnitt an. Der Querschnitt der Austrittsdüse 46 ist bei der Ausgestaltung gemäß Fig. 7 über eine mit ihrem Ende in die Austrittsdüse 46 hineinragende, von Hand betätigbare Einstellschraube 47 von Einstellmitteln der Austrittsdüsenanordnung einstellbar.

In der Austrittsdüse 46 erfolgt eine Vermischung des über die Seiteneinlässe 43 angesaugten gasförmigen Fluids mit dem zweiphasigen dispersen Gemisch von Kohlendioxid in flüssiger und fester Phase. Nach Austritt aus der Austrittsdüse 46 unter nochmaliger Expansion und Festkörperbildung aufgrund Phasenumwandlung sowie Auftreffen auf eine Oberfläche erfolgt durch mechanische und thermische Wirkung eine effiziente und schonende Reinigung. Die Umwandlungs- und Durchflussbedingungen und damit die Reinigungsbedingungen lassen sich durch die Stellungen der Dosiernadel 37 und der Einstellschraube 47 verhältnismäßig genau einstellen.


Anspruch[de]
  1. 1. Vorrichtung zur Behandlung von Oberflächen mit Kohlendioxid mit einem Kohlendioxidbehälter (1) zur Aufnahme von Kohlendioxid (2), mit einer Konditioniereinheit (3, 8, 9) und mit wenigstens einer Applikationseinheit (6), wobei mit der Konditioniereinheit (3, 8, 9) mit einem vorbestimmten, gegenüber dem Druck in dem Kohlendioxidbehälter (1) erhöhten Druck der Applikationseinheit (6) aus dem Kohlendioxidbehälter (1) stammendes flüssiges Kohlendioxid (2) einspeisbar ist, wobei die Applikationseinheit (6) einen Phasenumwandlungsbereich (39, 42) aufweist, in dem der statische Druck soweit erniedrigbar ist, dass bei einem Teil des flüssigen Kohlendioxids (2) eine Phasenumwandlung von der flüssigen Phase in die feste Phase auftritt, und wobei die Applikationseinheit (6) über eine Austrittsdüsenanordnung (46, 47) verfügt, mit der das flüssige und feste Phase aufweisende disperse Gemisch von Kohlendioxid applizierbar ist.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Konditioniereinheit einen Hilfsgasbehälter (3) aufweist, mit dem der Kohlendioxidbehälter (1) mit einem Druckpolster (4) vorbestimmten Drucks beaufschlagbar ist.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Konditioniereinheit wenigstens eine zwischen dem Kohlendioxidbehälter (1) und der Applikationseinheit (6) angeordnete Druckerhöhungspumpe (8) aufweist.
  4. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Konditioniereinheit ein der Applikationseinheit (6) vorgelagertes Vorschaltmodul (9) aufweist, mit dem flüssiges Kohlendioxid (2) teilweise in feste Phase umwandelbar ist.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorschaltmodul (9) wenigstens eine Expansionskammer (17) aufweist, die über einen mit flüssigem Kohlendioxid (2) aus dem Kohlendioxidbehälter (1) beaufschlagbaren Diffusorabschnitt (18) mit einem sich erweiternden Querschnitt, über einen sich an den Diffusorabschnitt (18) anschließenden Zylinderabschnitt (19) mit einem gleichbleibenden Querschnitt und über einen sich an dem dem Diffusorabschnitt (18) gegenüberliegenden Ende des Zylinderabschnittes (19) anschließenden Verengungsabschnitt (21) verfügt.
  6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Diffusorabschnitt (18) und dem Zylinderabschnitt (19) eine Keimbildnerstruktur (20) vorhanden ist, mit der in dem Strom von Kohlendioxid (2) Kristallisationskeime erzeugbar sind.
  7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Zylinderabschnitt (19) und dem Verengungsabschnitt (21) eine Rückhaltestruktur (22) vorhanden ist, mit der Kohlendioxidpartikel in fester Phase mit eine bestimmte Größe übersteigenden Dimensionen rückhaltbar sind.
  8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorschaltmodul (9) wenigstens eine Expansionskammer (17) aufweist, die über einen mit flüssigem Kohlendioxid (2) aus dem Kohlendioxidbehälter (1) beaufschlagbaren Zylinderabschnitt (19) gleichbleibenden Querschnitts, über eine sich in dem Zylinderabschnitt (19) drehbare Förderschnecke (27) und über einen sich an einem Förderende der Förderschnecke (27) an den Zylinderabschnitt (19) anschließenden Verengungsabschnitt (21) mit einem sich verjüngenden Querschnitt verfügt.
  9. 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorschaltmodul (9) mit einer Rückführleitung (13) mit dem Kohlendioxidbehälter (1) in Verbindung steht, über die Kohlendioxid (2) in den Kohlendioxidbehälter (1) rückführbar ist.
  10. 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Phasenumwandlungsbereich eine Vorkammer (39) mit einem gegenüber dem Querschnitt eines Zuführkanals (40) größeren Querschnitt aufweist.
  11. 11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Phasenumwandlungsbereich eine Beimischkammer (42) aufweist, in die über Seiteneinlässe (43) dem Kohlendioxid gasförmiges Fluid zuführbar ist.
  12. 12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsdüsenanordnung Einstellmittel (47) zum Einstellen der Strömungsverhältnisse in einer Austrittsdüse (46) aufweist.






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