DE19731052A1 - Verfahren zum Herstellen von Eispartikeln aus Wasser sowie eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens und Verwendung der hergestellten Eispartikel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches sowie eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens und die Verwendung der hergestellten Eispartikel.

Es ist problematisch, wenn eine flüssige Betonmischung aus Kies, Zement und Wasser eine bestimmte Temperatur überschreitet, da ansonsten der Beton nicht in der erforderlichen Weise abbindet. Dann besteht die Gefahr, daß sich Risse bilden.

So ist es bekannt, dem flüssigen Beton plattenförmiges Eis beizumengen. Dies hat zum einen den Nachteil, daß Eis nur eine Temperatur von wenigen Minusgraden hat, zum anderen lösen sich die großen Eisplatten nur langsam innerhalb der Betonmischung auf. Von Nachteil ist daher die entsprechend große Menge an Eisplatten, die zugegeben werden muß, um eine bestimmte Kühlung zu erreichen. Zum anderen wird eine gleichmäßige Verteilung des Eiswassers der schmelzenden Eisplatten in der Betonmischung schlecht erreicht.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Anordnung zur Herstellung von Eispartikeln aus Wasser und deren Verwendung vorzuschlagen, mit dem nicht zusammenhängende Eispartikel von beträchtlichen Minusgraden der Größenordnung von tiefer als -50°C erhalten werden können.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Wasser tröpfchenweise verteilt in ein Bad aus flüssigem Gas, vorzugsweise flüssigem Stickstoff eingegeben wird und daß die in Form des tröpfchenweise gefrorenen Wassers entstandenen Eispartikel aus dem Bad entfernt werden.

Hierdurch werden nicht zusammenhängende kleine und kleinste Eispartikel in Form des tröpfchenweise gefrorenen Wasser erhalten, die eine körnige schüttbare Struktur aufweisen und nicht zusammenkleben. Sie sind außerdem bei Verwendung von flüssigem Stickstoff als flüssiges Gas kälter als -100°C. Diese Eispartikel mit einem Durchmesser von weniger als 1 cm, vorzugsweise von weniger als 1 mm können als schüttbares Gut weiterverarbeitet werden.

Von ganz besonderem Vorteil, ist es, die Eispartikel zur Einstellung der Frischtemperatur zur Herstellung von gekühltem Frischbeton einzusetzen, wobei die Eispartikel mit bestimmter Temperatur in dosierter Menge der trockenen Betonmischung zugegeben und mit dieser innig durchmischt werden. Erst danach wird das Maß Wasser zur Herstellung des flüssigen Betons in einer Menge zugegeben, die - bezüglich der Gesamtmenge an Wasser - um die der dosierten Menge der zugegebenen Eispartikel entsprechenden Menge an Wasser vermindert ist.

Mit Vorteil lassen sich die getrockneten Eispartikel dadurch herstellen, daß mittels einer fein zerstäubenden Wasserbrause Wassertröpfchen in das flüssige Gas eingesprüht wird. Danach müssen die gefrorenen Eispartikel nur mittels eines Siebs entsprechender Maschenweite entfernt werden.

Ferner ist erfindungsgemäß eine Anordnung vorgesehen, die gekennzeichnet ist durch einen Behälter zur Aufnahme des flüssigen Gases, im Behälter vorgesehene Mittel zum Zerstäuben von Wasser und Einbringen des zerstäubten Wassers in das flüssige Gas, durch Mittel zur Zuführung des flüssigen Gases und des Wassers in den Behälter und durch Mittel zum Herausbringen der gefrorenen Wasserteilchen aus dem flüssigen Gas. Derartige Anordnungen lassen sich mit relativ geringem Aufwand bauen und betreiben.

Eine kontinuierlich arbeitende Anordnung und ferner eine im Chargenbetrieb arbeitende Anordnung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind den weiteren Unteransprüchen, sowie der nachstehenden Beschrei­ bung und der zugehörigen Zeichnung der erfindungsgemäßen Anordnung beschrieben. In der im wesentlichen schematischen Zeichnung zeigt:

Fig. 1: eine erste Ausführungsform der Erfindung im Längs­ schnitt,

Fig. 2: einen Schnitt gemäß der Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 2a: einen Querschnitt durch den Schneckenförderer mit Gehäuse,

Fig. 3: eine weitere Ausführungsform der Erindung im Längsschnitt.

Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist ein Behälter in Form einer bevorzugt wärmeisolierten Trommel 1 vorgesehen, die um ihre waagerecht verlaufende Längsachse A-A drehbar ist. In die Trommel 1 ist mit der Leitung 3 flüssiger Stickstoff und mit der Leitung 4 Wasser einführbar. Die Wassereinführung endet in Spritzdüsen 5, die so über die Länge L des Innenraumes der Trommel 1 verteilt sind, daß das im unteren Bereich der Trommel befindliche Bad 6 aus flüssigem Gas, bevorzugt aus flüssigem Stickstoff, mittels der Düsen 5 von oben her mit fein versprühtem Wasser 2 beaufschlagt werden kann. Die Oberfläche des Gasbades 6 ist mit Ziffer 7 beziffert.

Entweder konzentrisch zur Trommel 1, d. h. mit einer Mittel­ längsachse, die mit der Achse A-A der Trommel zusammenfällt, bevorzugt aber exzentrisch zu der vorgenann­ ten Achse A-A ist ein Schneckenförderer 8 vorgesehen, der das von Schöpfschalen 14 ihm aufgegebene Gut der im Bad 6 gebildeten Eispartikel in Pfeilrichtung 10 nach außen führt, so daß es über eine Rutsche 11 in den schematisch angedeuteten Behälter 12 gelangt. Der Behälter 12 kann der Mischbehälter eines Betonmischfahrzeuges oder ein die Zuschlagstoffe aufweisender Behälter sein. Die o.g. Exzen­ trizität ist bevorzugt so gewählt, daß die Längsmittel­ achse der Förderschnecke 8 um einen entsprechenden Abstand über der Längsmittelachse A-A der Trommel 1 sich befindet. Hierdurch wird unterhalb der Förderschnecke 8 mehr Platz für die Unterbringung des Bades 6, für die Mittel der Was­ serzufuhr und für das Zerstäuben des Wassers auf die Bado­ berfläche geschaffen.

Wie eingangs bereits erläutert, werden die durch die Sprüh­ düsen 5 erzeugten kleinen Wasserpartikel 2 im Bad 6 zu einem entsprechend kleinen Eispartikel gefroren. Es sind die in Pfeilrichtung 13 umlaufenden Schöpfschalen 14 (siehe Fig. 2) vorgesehen. Diese Schalen 14 sind aus Gründen der baulichen Einfachheit mit der Trommel 1 fest verbunden und laufen mit ihr um. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind zwei, in Drehrichtung 13 um 180 Grad zueinander versetzte Schöpfschalen 14 vorhanden. Beim Durchlaufen des Bades 6 ergreifen diese Schöpfschalen die sich darin gebildeten Eispartikel, schöpfen sie aus dem Flüssigkeitsbad 6 heraus und legen sie in den Schneckenförderer 8 ab. Hierzu ist das Gehäuse 15 des Schneckenförderers in seinen oberen Bereich für das Abladen der Eispartikel aus den Schöpfschalen 14 offen (Fig. 2a); während der untere Bereich des Gehäuses 15 geschlossen ist und ein Zurückfallen der Eispartikel in das Bad 6 verhindert.

Die Schöpfschalen 14 können in ihrem Durchmesser bzw. Breite sehr kleine Schlitze oder Öffnungen aufweisen, die zwar die Badflüssigkeit 6 durchlassen, nicht aber die darin gebildeten Eispartikel. Somit wird verhindert, daß die Schöpfschalen 14 noch Flüssiggas mit sich führen, wenn sie das Bad 6 verlassen.

Trifft das versprühte Wasser auf den flüssigen Stickstoff auf, so verdunstet ein Teil dieses Stickstoffes. Diese gasigen Anteile werden über einen Ventilator gegen den Druck der Außenatmosphäre in diese abgeleitet. Dieses Gas kann gegebenenfalls dazu benutzt werden, um Zuschlagstoffe (Kies usw.) abzukühlen.

Ferner ist eine Zuführung 16 von gasförmigem Stickstoff oder dergleichen zur Wasserleitung 4 vorgesehen um zu ver­ hindern, daß nach dem Unterbrechen oder Beenden der Eis­ herstellung die Düsen 5 zufrieren. Hierzu werden noch vor­ handene Wasserreste mittels des gasförmigen Stickstoffes entfernt.

Ein elektromotorischer Antrieb 17 treibt sowohl über einen Riementrieb 18 die Trommel 1 und die Schöpfschalen 14, als auch über einen Riementrieb 19 den Schneckenförderer 8 an. Es kann eine Regelung der Drehzahl des Riementriebes 18 und des Riementriebes 19 vorgesehen sein (im einzelnen in der Zeichnung nicht dargestellt).

Die Zufuhr an Wasser kann mit einem Magnetventil 20 in der Leitung 4 so getaktet werden, daß nur dann Wasser von den Düsen 5 ausgesprüht wird, wenn sich die Schöpfschalen 14 nicht direkt im Bereich des Sprühstrahles 2 befinden.

Eine weitere Regelung kann bezüglich der Höhe des Oberflä­ chenspiegels des Bades vorgesehen sein mit dem Ziel, diese Höhe zu kontrollieren und auf einen bestimmten Wert zu hal­ ten.

Sofern man weiß, wieviel für den Beton insgesamt an Misch­ stoffen (Zement, Wasser und Zuschlagstoffe) zusammenkommt, kann man durch entsprechende Einstellung der Menge der zugeführten Eispartikel relativ genau eine gewünschte Temperatur der herzustellenden, gekühlten Betonmischung erreichen.

Die mit der Anordnung nach Fig. 1 bis 2a im kontinuierli­ chen Betrieb herstellbaren Eispartikel mit einem maximalen Durchmesser von 10 mm und einer Temperatur, die unterhalb 100 Grad C, in der Regel etwa bei -180 Grad C liegt, können gemäß dem nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiel der Fig. 3 auch mit einer Anordnung hergestellt werden, die im diskontinuierlichen Betrieb, d. h. Chargenbetrieb arbei­ tet. Auch hier wird fein verdüstes Wasser in einem tiefkal­ ten verflüssigten Gas, vorzugsweise Stickstoff, in die vor­ stehend beschriebenen Eispartikel umgewandelt.

Fig. 3 zeigt einen bevorzugt aus Stahl bestehenden Flüssig­ gasbehälter 21, in dessen Innenraum 22 sich das Bad aus Flüssiggas, bevorzugt flüssigem Stickstoff, befindet. Der Behälter 21 ist bevorzugt ebenfalls wärmeisoliert, z. B. mit Perlite. Ein korbartiger Eisbehälter 23 ist von oben her in Pfeilrichtung 24 in den Innenraum 22 des Flüssiggasbehäl­ ters 21 mittels eines Seilzuges 25 einhängbar und wieder herausziehbar. Die Wandung des Eisbehälters und dessen Boden sind für das Flüssiggas durchlässig, so daß bei ein­ gebrachtem Eisbehälter sich das Flüssiggas auch in dessen Innern 26 befindet. Der Flüssigkeitsspiegel des verflüssig­ ten Gases ist mit 27 beziffert.

Auch hier wird über eine Düse 29 oder mehrere Düsen Wasser fein zerstäubt in das Eisbehälterinnere 26 eingegeben, um dort in der schon erläuterten Weise zu kleinen tiefgefrore­ nen Eispartikeln zu werden. Die durchlässigen Bereiche der Wandung des Eisbehälters 23 sind so klein bemessen, daß zuvor die Eispartikel nicht hindurchtreten können, wohl aber das flüssige Gas. Ist nach einer bestimmten Zeit eine genügend große Charge an Eispartikeln im Eisbehälter 23 geschaffen, so wird er aus dem Flüssiggasbehälter 21 her­ ausgezogen und gelangt in die gestrichelt dargestellte Position 30. Der im Eisbehälter 23 befindliche flüssige Stickstoff oder dergleichen fließt bei diesem Herausziehen des Behälters 23 in den Raum 22 zurück. Der Behälter 23 kann dann um eine Schwenkachse 31 in die bereits darge­ stellte Lage gekippt werden, so daß über eine Austritts­ rinne 32 die Eispartikel in eine Rutsche 33 gelangen, wel­ che im Prinzip in Aufbau und Funktion gleich der Rutsche 11 aus dem zuvor erläuterten Ausführungsbeispiel ist.

Die Zufuhr des flüssigen Gases, bevorzugt Stickstoff, erfolgt durch eine Leitung 34 mit einem Dosierventil 35 für die Regelung der zugeführten Menge. Ein entsprechendes Dosierventil ist auch in der Ausführung nach Fig. 1-2a vorhanden.

Alle dargestellten und beschriebenen Merkmale, sowie ihre Kombinationen miteinander sind erfindungswesentlich.

Claims (20)

1. Verfahren zum Herstellen von Eispartikeln aus Wasser, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser tröpfchenweise verteilt in ein Bad aus flüssigem Gas eingegeben wird, und daß die Eispartikel in Form des tröpfchenweise gefrorenen Wassers aus dem Bad entfernt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Gas flüssiger Stickstoff ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser versprüht oder zerstäubt in das Bad eingegeben wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Eispartikel durch Absieben oder Abseien aus dem Bad entfernt werden.

5. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-4, gekennzeichnet durch einen Behälter (1; 21) zur Aufnahme des flüssigen Gases, im oder am Behälter vorgesehene Mittel (5; 29) zum Zerstäuben von Wasser und Einbringen des zerstäubten Wassers (2) in das flüssige Gas, durch Mittel (3, 4; 34, 28) zur Zuführung des flüssigen Gases und des Wassers in den Behälter und durch Mittel zum Herausbringen der Eispartikel aus dem flüssigen Gas.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Behälter eine drehbare Trommel (1) vorgesehen und um eine waagrecht verlaufende Achse (A-A) drehbar ist, daß oberhalb des das flüssige Gas aufnehmenden unteren Bereiches der Trommel eine das Wasser nach unten in das flüssige Gas sprühende sich über den wesentlichen Bereich der Trommellänge (L) erstreckende Sprühvorrichtung (5) angeordnet ist, und daß eine Schöpfvorrichtung (14) zum Herausnehmen der Eispartikel aus dem flüssigen Gas und Transportmittel (8, 11) zum Herausbringen der Eispartikel aus der Trommel vorgesehen sind.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Schöpfmittel umlaufende Schöpfschalen (14) vorgesehen sind, die Öffnungen von einer solchen Größe aufweisen, daß sie den Durchtritt des flüssigen Gases erlauben, nicht aber den Durchtritt der Eispartikel.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schöpfmittel (14) an der Innenseite der umlaufenden Trommel fest angebracht sind.

9. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß für das Herausbringen der Eispartikel aus der Trommel (1) ein Schneckenförderer (8) vorgesehen ist, der in Axialrichtung (A-A) der Trommel (1) verläuft und sich im Ablagebereich der Schöpfmittel (14) befindet.

10. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittellängsachse des Schneckenförderers (8) entweder mit der Mittellängsachse (A-A) der Trommel (1) zusammenfällt oder zu dieser exzentrisch nach oben versetzt angeordnet ist.

11. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Trommel (1) mit den Schöpfmitteln (14) einerseits und der Schneckenförderer (8) andererseits jeweils mit unterschiedlichen Drehzahlen umlaufen.

12. Anordnung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch einen gemeinsamen Antrieb (17) mit unterschiedlichen Übersetzungen (18; 19) für die Drehung der Trommel (1) mit Schöpfmitteln (14) und des Schneckenförderers (8).

13. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein nach oben offener Flüssigkeitsbehälter (21) mit einem Innenraum 22) zur Aufnahme des flüssigen Gases vorgesehen ist, wobei in diesem Behälter die Flüssiggaszufuhr (34) mündet, daß ein in den Flüssiggasbehälter (21) einbringbarer Eisbehälter (23) vorgesehen ist, dessen Wandung zwar den Durchtritt von Flüssiggas, nicht aber den Durchtritt der Eispartikel erlaubt, und daß eine Wasser zerstäubende Vorrichtung (28, 29) bei in den Flüssiggasbehälter eingebrachten Eisbehälter sich oberhalb des frei zugänglichen Flüssiggasspiegels befindet.

14. Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Hubvorrichtung (25) für das Einbringen und wieder Herausheben des Eisbehälters (23) in den Flüssiggasbehälter (21) vorgesehen ist.

15. Anordnung nach Anspruch 13 oder 14, gekennzeichnet durch Mittel um den aus dem Flüssiggasbehälter (21) herausgenommenen Eisbehälter (23) zu entleeren.

16. Anordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Eisbehälter (30) um eine senkrecht zu seiner Längsachse verlaufende Kippachse (31) schwenkbar ist und durch eine sich in der Entleerungsrichtung des Behälters befindliche Rutsche oder dergleichen (33) für den Abtransport der Eispartikel vorgesehen ist.

17. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 16, gekennzeichnet durch Regelventile (35) zur Dosierung der Zufuhr an Flüssiggas in den betreffenden Leitungen (3; 34).

18. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 17, gekennzeichnet durch eine Gaszufuhr (16) zur Entleerung der Wassersprühvorrichtungen (5; 29) nach Beendigung des Betriebes.

19. Verwendung der nach dem Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 4 hergestellten Eispartikel zur Einstellung der Frischbetontemperatur, insbesondere zur Herstellung von gekühltem Frischbeton.

20. Verwendung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Eispartikel mit bestimmter Temperatur in dosierter Menge der trockenen Betonmischung zugegeben und mit dieser innig durchmischt werden und daß erst danach das Wasser zur Herstellung des flüssigen Betons in einer Menge zugegeben wird, die - bezüglich der Gesamtmenge an Wasser - um die der dosierten Menge der zugegebenen Eispartikel entsprechenden Menge an Wasser vermindert ist.