DE102013011001A1

DE102013011001A1 - Production of ice particles with predetermined density

Info

Publication number: DE102013011001A1
Application number: DE102013011001.7A
Authority: DE
Inventors: Tobias Hauk; Dominik Raps; Tobias Strobl
Original assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 2013-04-22
Filing date: 2013-07-02
Publication date: 2014-10-23

Abstract

Die Erfindung betrifft ein System (1) und ein entsprechendes Verfahren zum Herstellen von Eispartikeln (11) mit vorgebbarer Dichte. Das System (1) weist eine Sprühdüse (3) auf, die ausgeführt ist, Flüssigkeitstropfen (5) zu erzeugen. Ferner weist das System (1) eine Kühleinheit (7) auf, die ausgeführt ist, die Flüssigkeitstropfen (5) zu unterkühlen. Des Weiteren weist das System (1) eine Oberfläche (9) auf, die derart gekühlt ist, dass die Flüssigkeitstropfen (5) an der Oberfläche (9) zu Eispartikeln (11) kristallisieren. Das System (1) ist dabei ausgeführt, durch Regulierung von Systemparametern (13, 15, 17, 19) eine Dichte der Eispartikel (11) zu regulieren. Systemparameter können dabei beispielsweise ein Flüssigkeitsluftverhältnis an der Sprühdüse (3), eine Geschwindigkeit der Flüssigkeitstropfen (5) beim Auftreffen auf die Oberfläche (9), eine Temperatur der Flüssigkeitstropfen (5) beim Auftreffen auf die Oberfläche (9) und/oder ein Abstand zwischen der Sprühdüse (3) und der Oberfläche (9) sein.The invention relates to a system (1) and a corresponding method for producing ice particles (11) with a predefinable density. The system (1) has a spray nozzle (3), which is designed to produce liquid droplets (5). Furthermore, the system (1) has a cooling unit (7) which is designed to subcool the liquid drops (5). Furthermore, the system (1) has a surface (9) which is cooled in such a way that the liquid drops (5) on the surface (9) crystallize to ice particles (11). The system (1) is designed to regulate a density of the ice particles (11) by regulating system parameters (13, 15, 17, 19). System parameters may include, for example, a liquid air ratio at the spray nozzle (3), a speed of the liquid droplets (5) when hitting the surface (9), a temperature of the liquid droplets (5) when hitting the surface (9) and / or a distance between the spray nozzle (3) and the surface (9).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System und ein entsprechendes Verfahren zum Herstellen von Eispartikeln mit einer vorgegebenen Dichte und gegebenenfalls mit einer vorgegebenen Größe.The present invention relates to a system and a corresponding method for producing ice particles having a predetermined density and optionally having a predetermined size.

Künstlich hergestelltes Eis kann in vielen Bereichen von Industrie und Technik zum Einsatz kommen. Beispielsweise können Eispartikel in der Medizin, wie z. B. in WO 2002 053 014 A1 offenbart, verwendet werden. Ferner können Eispartikel zum Simulieren von Umweltbedingungen, z. B. in einem Windkanal verwendet werden.Artificially produced ice cream can be used in many areas of industry and technology. For example, ice particles in medicine, such. In WO 2002 053 014 A1 disclosed used. Furthermore, ice particles can be used to simulate environmental conditions, e.g. B. be used in a wind tunnel.

Dabei können die Eispartikel auf unterschiedliche Weise hergestellt werden. Beispielsweise kann Wasser zu einem Eisblock gefroren und anschließend zerstoßen bzw. abgekratzt werden. Alternativ kann Wasser auf eine rotierende gekühlte Trommel aufgetragen und anschließend mit einem Messer abgekratzt werden.The ice particles can be produced in different ways. For example, water can be frozen into a block of ice and then crushed. Alternatively, water can be applied to a rotating cooled drum and then scraped off with a knife.

Eispartikel, die mit Hilfe dieser bekannten Verfahren hergestellt wurden, weisen ein breites Spektrum an Partikeleigenschaften auf. Insbesondere können derartige Eispartikel unterschiedliche Größen und Dichten aufweisen. Für bestimmte Anwendungen kann es jedoch entscheidend sein, Eispartikel mit definierten Eigenschaften zu verwenden.Ice particles made using these known methods have a wide range of particle properties. In particular, such ice particles may have different sizes and densities. For certain applications, however, it may be crucial to use ice particles with defined properties.

Es kann daher ein Bedarf an einem System und einem Verfahren bestehen, die es ermöglichen Eispartikel mit definierten Eigenschaften herzustellen.There may therefore be a need for a system and method that can produce ice particles with defined properties.

Dieser Bedarf kann durch den Gegenstand der vorliegenden Erfindung gemäß den unabhängigen Ansprüchen gedeckt werden. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.This need can be met by the subject matter of the present invention according to the independent claims. Advantageous embodiments of the present invention are described in the dependent claims.

Im Folgenden werden Merkmale, Einzelheiten und mögliche Vorteile einer Vorrichtung gemäß Ausführungsformen der Erfindung im Detail diskutiert.In the following, features, details and possible advantages of a device according to embodiments of the invention will be discussed in detail.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein System zum Herstellen von Eispartikeln mit vorgebbarer Dichte vorgestellt. Das System weist eine Sprühdüse auf, die ausgeführt ist, Flüssigkeitstropfen zu erzeugen. Ferner weist das System eine Kühleinheit auf, die ausgeführt ist, die Flüssigkeitstropfen zu unterkühlen. Des Weiteren weist das System eine Oberfläche auf, die derart gekühlt ist, dass die Flüssigkeitstropfen an der Oberfläche zu Eispartikeln kristallisieren. Das System ist dabei ausgeführt, durch Regulierung von Systemparametern eine Dichte der Eispartikel zu regulieren.According to a first aspect of the invention, a system for producing ice particles of a predeterminable density is presented. The system includes a spray nozzle configured to generate liquid droplets. Furthermore, the system has a cooling unit which is designed to undercool the liquid drops. Furthermore, the system has a surface which is cooled in such a way that the liquid droplets crystallize on the surface to ice particles. The system is designed to regulate a density of ice particles by regulating system parameters.

Anders ausgedrückt basiert die Idee der Erfindung auf der Erkenntnis, dass die Dichte der einzelnen Eispartikel bzw. Eiskristalle von bestimmten Systemparametern wie zum Beispiel einer Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeitstropfen vor dem Auftreffen auf die gekühlte Oberfläche abhängig ist. Das System ist nun derart ausgeführt, dass es die einzelnen Systemkomponenten wie Sprühdüse, Kühleinheit und gekühlte Oberfläche derart aufeinander einstellt, dass Eispartikel einer vorgegebenen Dichte entstehen. Ferner ist das System ausgeführt, weitere Eigenschaften der Eispartikel wie zum Beispiel eine Partikelgröße zu regulieren.In other words, the idea of the invention is based on the finding that the density of the individual ice particles or ice crystals depends on certain system parameters, such as, for example, a flow rate of the liquid drops before they hit the cooled surface. The system is now designed such that it adjusts the individual system components such as spray nozzle, cooling unit and cooled surface in such a way that ice particles of a given density arise. Further, the system is designed to regulate other properties of the ice particles, such as a particle size.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Systems können Eiskristalle bzw. Eispartikel schnell, unkompliziert und vergleichsweise günstig hergestellt werden. Ferner ist die Herstellung von Eispartikeln mit dem erfindungsgemäßen System wesentlich effizienter als bekannte Verfahren. Ferner kann mit dem erfindungsgemäßen System ein erheblich größerer Einfluss auf die Partikeldichte, auf die Partikelgröße und auch auf die Verteilung der Partikelgröße und Partikeldichte genommen werden als bei bekannten Verfahren.With the help of the system according to the invention ice crystals or ice particles can be produced quickly, easily and comparatively favorably. Furthermore, the production of ice particles with the system according to the invention is considerably more efficient than known processes. Furthermore, with the system according to the invention, a considerably greater influence on the particle density, on the particle size and also on the distribution of the particle size and particle density can be taken than in the case of known methods.

Die vorgebbare Dichte der Eispartikel kann beispielsweise ein diskreter Wert oder ein Wertebereich sein. Beispielsweise kann die Dichte im Bereich von 0,1 g/cm³ bis 0,9 g/cm³, insbeonsere im Bereich 0,7 g/cm³ bis 0,9 g/cm³ liegen.The predeterminable density of the ice particles may be, for example, a discrete value or a value range. For example, the density may be in the range of 0.1 g / cm ³ to 0.9 g / cm ³ , more particularly in the range of 0.7 g / cm ³ to 0.9 g / cm ³ .

Die mit Hilfe des erfindungsgemäßen Systems hergestellten Eispartikel können beispielsweise bei medizintechnischen Anwendungen verwendet werden. Ferner können die Eispartikel mit einer vorgegebenen Dichte zum Testen von Oberflächen oder Bauteilen in einem Windkanal eingesetzt werden. Beispielsweise kann die Funktionalität und Beständigkeit von Oberflächen einer Flugzeughaut oder von Flugzeugkomponenten wie zum Beispiel Turbinen mit Hilfe der Eispartikel mit vorgegebener Dichte getestet werden.The ice particles produced with the aid of the system according to the invention can be used, for example, in medical technology applications. Furthermore, the ice particles with a given density can be used to test surfaces or components in a wind tunnel. For example, the functionality and durability of aircraft skin surfaces or aircraft components, such as turbines, can be tested with the aid of ice particles of predetermined density.

Das System weist eine Sprühdüse auf, die Flüssigkeitstropfen bzw. Flüssigkeitströpfchen erzeugt. Die Flüssigkeitstropfen können Wasser und gegebenenfalls weitere Zusatzstoffe aufweisen. Die von der Sprühdüse erzeugten Tröpfchen können einen Durchmesser zwischen 10 μm und 100 μm zu aufweisen. Insbesondere können die Flüssigkeitstropfen einen diskreten Durchmesserwert aus diesem Bereich aufweisen. Alternativ kann der Durchmesser der Flüssigkeitstropfen in einem Unterbereich dieses Bereichs liegen.The system has a spray nozzle which generates liquid droplets or liquid droplets. The liquid drops may have water and optionally further additives. The droplets generated by the spray nozzle can have a diameter between 10 .mu.m and 100 .mu.m. In particular, the liquid drops may have a discrete diameter value from this range. Alternatively, the diameter of the liquid drops may be in a subrange of this range.

Die Sprühdüse kann als Wasser/Luft-Sprühdüse ausgeführt sein, bei der Wasser und Luft separat unter Druck gesetzt und anschließend miteinander gemischt und freigesetzt werden. Alternativ kann die Sprühdüse als Ultraschallzerstäuber ausgeführt sein. Hierbei werden die Wassertropfen mit Hilfe von Ultraschallschwingungen zerstäubt. Bei der Ausführung der Sprühdüse als Wasser/Luft-Sprühdüse oder als Ultraschallzerstäuber können die Flüssigkeitstropfen eine unterschiedliche Größe aufweisen. Das heißt, die von der Sprühdüse freigesetzten Flüssigkeitstropfen weisen eine Größenverteilung auf. Alternativ kann die Sprühdüse als monodisperser Tröpfchengenerator ausgeführt sein. Hierbei kann die Sprühdüse Flüssigkeitstropfen einer vorgegeben Größe erzeugen.The spray nozzle may be embodied as a water / air spray nozzle in which water and air are separately pressurized and then mixed and released together. alternative the spray nozzle can be designed as an ultrasonic atomizer. Here, the water droplets are atomized by means of ultrasonic vibrations. In the embodiment of the spray nozzle as a water / air spray nozzle or as an ultrasonic atomizer, the liquid droplets may have a different size. That is, the liquid droplets released from the spray nozzle have a size distribution. Alternatively, the spray nozzle may be designed as a monodisperse droplet generator. In this case, the spray nozzle can produce liquid drops of a predetermined size.

Die der Sprühdüse zugeführte Flüssigkeit kann bereits vor dem Zuführen zur Sprühdüse auf eine Temperatur zwischen 0°C und Raumtemperatur, z. B. 20°C, gekühlt sein. Insbesondere kann die Sprühdüse die Tropfengröße und die Austrittsgeschwindigkeit der Flüssigkeitstropfen beeinflussen. Der Massenstrom der Luft und/oder des Wassers in der Sprühdüse beeinflusst die Größenverteilung als auch die Geschwindigkeit der Flüssigkeitstropfen. Wird beispielsweise der Massenstrom der Luft erhöht, entstehen vorzugsweise kleinere Tropfen. Wird hingegen der Massestrom des Wassers erhöht, entstehen vorzugsweise größere Tropfen.The liquid supplied to the spray nozzle can be heated to a temperature of between 0 ° C. and room temperature, for example, before being fed to the spray nozzle. B. 20 ° C, cooled. In particular, the spray nozzle can influence the drop size and the exit velocity of the liquid drops. The mass flow of the air and / or water in the spray nozzle affects the size distribution as well as the velocity of the liquid drops. If, for example, the mass flow of the air is increased, preferably smaller droplets are formed. If, on the other hand, the mass flow of the water is increased, preferably larger drops are formed.

Ferner weist das System eine Kühleinheit auf, die ausgeführt ist, die Flüssigkeitstropfen zu unterkühlen. Unterkühlen kann dabei bedeuten, dass die Temperatur der Flüssigkeitstropfen unter den Gefrierpunkt gesenkt wird, ohne dass diese erstarren. Beim Unterkühlen können die Tröpfchen abgebremst werden.Furthermore, the system has a cooling unit which is designed to undercool the liquid drops. Undercooling may mean that the temperature of the liquid drops is lowered below the freezing point, without these solidify. When subcooling the droplets can be slowed down.

Die Kühleinheit kann dabei beispielsweise ein Kühlraum bzw. ein Gefrierschrank sein. Alternativ kann die Kühleinheit als Teil eines Windkanals ausgeführt sein. Die übrigen Systemkomponenten können beispielsweise in der Kühleinheit angeordnet sein.The cooling unit can be, for example, a refrigerator or a freezer. Alternatively, the cooling unit may be designed as part of a wind tunnel. The remaining system components may be arranged, for example, in the cooling unit.

Die Kühleinheit kann dabei ausgeführt sein, die Temperatur der Flüssigkeitstropfen unter 0°C zu bringen. Insbesondere kann die Kühleinheit ausgeführt sein, die Flüssigkeitstropfen auf eine Temperatur zwischen 0°C und –40°C abzukühlen.The cooling unit may be designed to bring the temperature of the liquid drops below 0 ° C. In particular, the cooling unit may be designed to cool the liquid drops to a temperature between 0 ° C and -40 ° C.

Bei der Ausgestaltung der Kühleinheit als Teil eines Windkanals können die Flüssigkeitstropfen beim Unterkühlen sowohl abgebremst als auch beschleunigt werden.In the design of the cooling unit as part of a wind tunnel, the liquid droplets can be both slowed down and accelerated during subcooling.

Des Weiteren weist das System eine gekühlte Oberfläche auf, die beispielsweise als Metallwand ausgeführt sein kann. Die Oberfläche ist dabei auf eine Temperatur unter 0°C gekühlt. Die Flüssigkeitstropfen kristallisieren beim Auftreffen auf die Oberfläche zu Eispartikeln. Dabei können je nach Einstellung der einzelnen Systemparametern unterschiedliche Eisarten entstehen. Beispielsweise kann an der Oberfläche Raueis oder Klareis entstehen. Klareis weist dabei eine höhere Dichte als Raueis auf.Furthermore, the system has a cooled surface, which may for example be designed as a metal wall. The surface is cooled to a temperature below 0 ° C. The liquid droplets crystallize when striking the surface to ice particles. Depending on the setting of the individual system parameters, different types of ice can arise. For example, rough surface or clear ice may form on the surface. Clear ice has a higher density than rough ice.

Das System reguliert die Dichte der einzelnen Eispartikel, die an der Oberfläche kristallisieren durch Regulierung von bestimmten Systemparametern. Das heißt, durch Einstellen der unten näher spezifizierten Systemparameter kann die Dichte der entstehenden Eispartikel beeinflusst bzw. kontrolliert werden. Die Regulierung der einzelnen Systemparameter kann dabei beispielsweise manuell zum Beispiel durch einen Benutzer oder automatisch durch eine Kontrolleinheit geschehen.The system regulates the density of individual ice particles that crystallize on the surface by regulating certain system parameters. That is, by adjusting the system parameters specified below, the density of the resulting ice particles can be controlled. The regulation of the individual system parameters can for example be done manually, for example by a user or automatically by a control unit.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein erster regulierbarer Systemparameter ein Flüssigkeits-/Luftverhältnis an der Sprühdüse. Das heißt, die Zusammensetzung des Wasser-/Luftgemischs, welches die Sprühdüse verlässt, kann durch das System geregelt werden. Je höher der Flüssigkeitsanteil des Flüssigkeits-/Luftgemisches, welches die Sprühdüse verlässt, desto höher kann die Dichte der an der gekühlten Oberfläche entstehenden Eiskristalle sein. Des Weiteren führt eine höhere Größenverteilung der Flussigkeitstropfen zu einer erhöhten Dichte der entstehenden Eiskristalle.According to one embodiment of the invention, a first adjustable system parameter is a liquid / air ratio at the spray nozzle. That is, the composition of the water / air mixture exiting the spray nozzle can be regulated by the system. The higher the liquid content of the liquid / air mixture leaving the spray nozzle, the higher the density of the ice crystals formed on the cooled surface. Furthermore, a higher size distribution of the liquid drops leads to an increased density of the resulting ice crystals.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein zweiter regulierbarer Systemparameter eine Geschwindigkeit der Flüssigkeitstropfen beim Auftreffen auf die gekühlte Oberfläche. Je höher diese Geschwindigkeit ist, desto höher kann die Dichte der einzelnen Eiskristalle an der gekühlten Oberfläche sein. Die höhere Dichte der Eiskristalle bei einer höheren Auftreffgeschwindigkeit der Flüssigkeitstropfen kann dadurch erklärt werden, dass eine dichtere Packung der Flüssigkeitstropfen an der Oberfläche entsteht, bevor sie erstarren bzw. bevor sich die Kristalle ausbilden.According to another embodiment of the invention, a second regulatable system parameter is a velocity of the liquid drops as they strike the cooled surface. The higher this speed, the higher the density of the individual ice crystals on the cooled surface can be. The higher density of the ice crystals at a higher impact velocity of the liquid droplets can be explained by the fact that a denser packing of the liquid droplets on the surface is formed before they solidify or before the crystals form.

Das System kann dabei beispielsweise ausgeführt sein, die Auftreffgeschwindigkeit der Flüssigkeitstropfen in einem Bereich zwischen 0 und 140 m/s zu regeln.The system can be designed, for example, to regulate the impact velocity of the liquid drops in a range between 0 and 140 m / s.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein dritter regulierbarer Systemparameter eine Temperatur der Flüssigkeitstropfen beim Auftreffen auf die gekühlte Oberfläche. Je höher die Temperatur der Flüssigkeitstropfen beim Auftreffen auf die Oberfläche ist, desto höher kann die Dichte der einzelnen Kristalle sein. Die höhere Dichte bei einer höheren Temperatur kann dadurch erklärt werden, dass die Flüssigkeitstropfen bei einer höheren Temperatur langsamer erstarren und sich so auch in Zwischenräumen zwischen bereits erstarrten Flüssigkeitstropfen verteilen können. According to another embodiment of the invention, a third adjustable system parameter is a temperature of the liquid droplets upon impact with the cooled surface. The higher the temperature of the liquid drops upon impact with the surface, the higher the density of the individual crystals can be. The higher density at a higher temperature can be explained by the fact that the liquid droplets solidify more slowly at a higher temperature and can thus be distributed in intervals between already solidified liquid droplets.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein vierter regulierbarer Systemparameter ein Abstand zwischen der Sprühdüse und der gekühlten Oberfläche. Je kleiner der Abstand zwischen der Sprühdüse und der gekühlten Oberfläche gewählt wird, desto höher kann die Dichte der einzelnen Eiskristalle sein.According to another embodiment of the invention, a fourth adjustable system parameter is a distance between the spray nozzle and the cooled surface. The smaller the distance between the spray nozzle and the cooled surface, the higher the density of the individual ice crystals can be.

Die Temperatur der Flüssigkeitstropfen beim Auftreffen auf die gekühlte Oberfläche kann im Wesentlichen durch den Abstand zwischen der Sprühdüse und der Oberfläche, der Temperatur der zugeführte Flüssigkeit vor dem Zuführen in die Sprühdüse als auch durch die Umgebungstemperatur in der Kühleinheit beeinflusst werden. Die Geschwindigkeit der Flüssigkeitstropfen beim Auftreffen auf die gekühlte Oberfläche kann im Wesentlichen durch den Abstand zwischen der Sprühdüse und der Oberfläche, den Massenstrom der Luft und des Wassers in der Sprühdüse oder ggf. einer Strömungsgeschwindigkeit im Windkanal beeinflusst werden.The temperature of the liquid droplets upon impact with the cooled surface can be influenced substantially by the distance between the spray nozzle and the surface, the temperature of the liquid supplied before being fed into the spray nozzle, as well as by the ambient temperature in the cooling unit. The velocity of the liquid droplets upon impact with the cooled surface can be influenced essentially by the distance between the spray nozzle and the surface, the mass flow of the air and the water in the spray nozzle or possibly a flow velocity in the wind tunnel.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die gekühlte Oberfläche als hydrophob bzw. als superhydrophob ausgeführt. Insbesondere kann die Oberfläche eine geringe Benetzbarkeit aufweisen. Anders ausgedrückt kann an der Oberfläche der Lotuseffekt auftreten. Insbesondere kann der Kontaktwinkel zwischen Flüssigkeitstropfen und Oberfläche über 90°C und insbesondere zwischen 90°C und 160°C liegen.According to a further embodiment of the invention, the cooled surface is designed as hydrophobic or superhydrophobic. In particular, the surface may have low wettability. In other words, the lotus effect can occur on the surface. In particular, the contact angle between the liquid drop and the surface may be above 90 ° C and in particular between 90 ° C and 160 ° C.

Die Benetzungscharakteristik der Oberfläche bestimmt dabei die Verweilzeit der Tropfen an der Oberfläche. Bei der Ausgestaltung der Oberfläche als superhydrophobe Oberfläche können sich die Flüssigkeitstropfen nach Kontakt mit der Oberfläche lösen, also abperlen bzw. unmittelbar nach der Kristallisation sofort abfallen. Bei der Ausgestaltung der Oberfläche als superhydrophob kann dabei auf eine zusätzliche Abtragungsvorrichtung zum Ablösen der Eispartikel von der Oberfläche verzichtet werden.The wetting characteristic of the surface determines the residence time of the drops on the surface. In the design of the surface as a superhydrophobic surface, the liquid droplets can come loose after contact with the surface, so roll off or immediately fall off immediately after crystallization. In the design of the surface as superhydrophobic can be dispensed with an additional removal device for detaching the ice particles from the surface.

Durch die Ausgestaltung der Oberfläche als hydrophob und insbesondere als superhydrophob kann die Dichte der Eispartikel noch genauer reguliert werden, da die Eispartikel eine genau definierte und möglichst geringe Verweilzeit an der Oberfläche aufweisen.The design of the surface as hydrophobic and in particular as superhydrophobic, the density of the ice particles can be regulated more precisely, since the ice particles have a well-defined and the lowest possible residence time at the surface.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Oberfläche eine superhydrophobe Beschichtung auf. Die superhydrophobe Beschichtung weist dabei Teflonpartikel und/oder Titandioxid-Nanotubes auf.According to a further embodiment of the invention, the surface has a superhydrophobic coating. The superhydrophobic coating has Teflon particles and / or titanium dioxide nanotubes.

Beispielsweise kann die Oberfläche ein Metall aufweisen, auf welchem eine Folie bzw. eine Lackschicht aus superhydrophobem Material aufgetragen ist. Die superhydrophobe Beschichtung kann ferner Epoxid und/oder Polyurethan aufweisen. Insbesondere können Teflonpartikel mit Epoxid und/oder Polyurethan gemischt sein.For example, the surface may comprise a metal on which a film or a lacquer layer of superhydrophobic material is applied. The superhydrophobic coating may further comprise epoxy and / or polyurethane. In particular, Teflon particles may be mixed with epoxy and / or polyurethane.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das System ferner ein Filtersystem auf, das mindestens zwei gekühlte Filter mit unterschiedlicher Maschenweite aufweist. Dabei ist das Filtersystem ausgeführt, die von der gekühlten Oberfläche abgelösten Eispartikel nach mindestens drei Größengruppen zu sortieren.According to a further embodiment of the invention, the system further comprises a filter system comprising at least two cooled filters of different mesh size. The filter system is designed to sort the ice particles detached from the cooled surface into at least three size groups.

Die gekühlten Filter können auf eine Temperatur unter 0°C gekühlt sein. Insbesondere können die gekühlten Filter als Siebe, vorzugsweise als Gittersiebe ausgeführt sein. Das Filtersystem kann ferner n einzelne gekühlte Filter aufweisen. Die Eispartikel können bei Verwendung von n Filtern in n + 1 Größengruppen sortiert werden. Die gekühlten Filter sind dabei in Reihe, das heißt hintereinander positioniert, so dass die Eispartikel zunächst einen Filter passieren, bevor sie zum nächsten Filter gelangen.The cooled filters can be cooled to a temperature below 0 ° C. In particular, the cooled filters can be designed as screens, preferably as screen screens. The filter system may further comprise n individual cooled filters. The ice particles can be sorted into n + 1 size groups using n filters. The cooled filters are in series, that is positioned one behind the other, so that the ice particles first pass through a filter before they reach the next filter.

Bei Verwendung von zwei gekühlten Filtern beispielsweise mit einer Maschengröße von 180 μm und 250 μm können die folgenden drei Gruppengrößen von Eispartikeln aussortiert werden. Die erste Gruppe weist Eispartikel auf, deren Größe bzw. deren Durchmesser über 250 μm liegt. Die zweite Eispartikelgruppe weist einen Durchmesser zwischen 180 und 250 μm auf. Die dritte Eispartikelgruppe weist eine Größe bzw. einen Durchmesser von weniger als 180 μm auf.When using two cooled filters, for example with a mesh size of 180 microns and 250 microns, the following three groups sizes of ice particles can be sorted out. The first group has ice particles whose size or diameter is greater than 250 microns. The second group of ice particles has a diameter between 180 and 250 μm. The third group of ice particles has a size or diameter of less than 180 μm.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das System ferner eine Antriebsvorrichtung auf, die ausgeführt ist, die Filter zu schütteln. Beispielsweise kann die Antriebsvorrichtung als Rüttelmaschine ausgeführt sein. Auf diese Weise kann die Filterung der Eispartikel nach Größengruppen automatisiert werden.According to a further embodiment of the invention, the system further comprises a drive device which is designed to shake the filters. For example, the drive device may be designed as a vibrating machine. In this way, the filtering of the ice particles can be automated by size groups.

Des Weiteren kann das System eine automatisierte Vorrichtung zum Einfügen und Entfernen unterschiedlicher einzelner Filter aufweisen. Diese automatisierte Vorrichtung kann ferner ausgeführt sein, die Siebe bzw. Filter umzudrehen und zu entleeren.Furthermore, the system may include an automated device for inserting and removing different individual filters. This automated device may also be designed to turn over and empty the sieves or filters.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das System ferner eine Kontrolleinheit auf. Die Kontrolleinheit ist dabei funktional mit der Sprühdüse und mit der Kühleinheit verbunden. Die Kontrolleinheit ist dabei ausgeführt, mindestens einen Systemparameter automatisch zu regeln. Insbesondere kann die Kontrolleinheit als Rechnereinheit ausgeführt sein, die drahtlos oder über Kabel mit den einzelnen Systemkomponenten verbunden ist. Ferner kann die Kontrolleinheit mit der gekühlten Oberfläche in Verbindung stehen. Die Variablen bzw. die Systemparameter zur Regelung der Dichte der Eispartikel können dabei automatisch durch die Kontrolleinheit beispielsweise anhand von vorgegebenen Werten eingestellt werden. Die vorgegebenen Werte können beispielsweise in einer Speichereinheit der Kontrolleinheit gespeichert sein.According to a further embodiment of the invention, the system further comprises a control unit. The control unit is functionally connected to the spray nozzle and to the cooling unit. The control unit is designed to automatically control at least one system parameter. In particular, the control unit can be designed as a computer unit which is connected wirelessly or via cable to the individual system components. Further, the control unit may be in communication with the cooled surface. The variables or the system parameters for controlling the density of the Ice particles can be automatically adjusted by the control unit, for example, based on predetermined values. The predefined values can be stored, for example, in a memory unit of the control unit.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das System ferner einen Sensor auf. Der Sensor ist dabei funktional mit der Kontrolleinheit verbunden und ausgeführt, mindestens einen aktuellen Systemparameter zu ermitteln und an die Kontrolleinheit zu übermitteln. Beispielsweise kann der Sensor als Temperatursensor, als Entfernungs-Messeinheit oder als Geschwindigkeits-Messeinheit ausgeführt sein. Insbesondere kann das System mehrere Sensoren aufweisen, die mit der Kontrolleinheit verbunden sind. Auf diese Weise kann die Kontrolleinheit die einzelnen Systemparameter bei Bedarf nachregeln. Insbesondere kann die Kontrolleinheit ausgeführt sein, den aktuell ermittelten Systemparameter mit einem vorgegebenen Wert zu vergleichen und bei Bedarf beispielsweise die Temperatur mit Hilfe der Kühleinheit nachzuregeln.According to a further embodiment of the invention, the system further comprises a sensor. The sensor is functionally connected to the control unit and designed to determine at least one current system parameters and transmit them to the control unit. For example, the sensor can be designed as a temperature sensor, as a distance measuring unit or as a speed measuring unit. In particular, the system may include a plurality of sensors connected to the control unit. In this way, the control unit can adjust the individual system parameters as needed. In particular, the control unit can be designed to compare the currently determined system parameters with a predetermined value and, if necessary, for example, to readjust the temperature with the aid of the cooling unit.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das System ferner eine Abtragungsvorrichtung auf, die ausgeführt ist, Eispartikel von der Oberfläche zu lösen. Dabei ist eine Abtragungstiefe und ein Abtragungswinkel der Abtragungsvorrichtung beispielsweise durch die Kontrolleinheit oder manuell einstellbar. Die Abtragungsvorrichtung kann beispielsweise ein Metall aufweisen. Insbesondere kann die Abtragungsvorrichtung als ein Messer ausgeführt sein. Dabei kann die Abtragungsvorrichtung gekühlt sein. Insbesondere ist die Abtragungsvorrichtung auf eine Temperatur unter 0°C gekühlt. Die Abtragungstiefe, das heißt ein Abstand zwischen der Abtragungsvorrichtung und der Oberfläche können zum Beispiel durch eine Vorschubvorrichtung, insbesondere durch eine Linearvorschubvorrichtung geregelt werden.According to a further embodiment of the invention, the system further comprises a removal device, which is designed to release ice particles from the surface. In this case, an ablation depth and an ablation angle of the ablation device can be adjusted, for example, by the control unit or manually. The removal device may for example comprise a metal. In particular, the removal device can be designed as a knife. In this case, the removal device may be cooled. In particular, the removal device is cooled to a temperature below 0 ° C. The removal depth, that is to say a distance between the removal device and the surface, can be regulated, for example, by a feed device, in particular by a linear feed device.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das System als Teil eines Windkanals ausgeführt. Insbesondere können die einzelnen Systemkomponenten wie zum Beispiel die Sprühdüse und die gekühlte Oberfläche direkt in einem Windkanal angeordnet sein.According to a further embodiment of the invention, the system is designed as part of a wind tunnel. In particular, the individual system components, such as, for example, the spray nozzle and the cooled surface, can be arranged directly in a wind tunnel.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen von Eispartikeln mit einer vorgebbaren Dichte vorgestellt. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: Erzeugen von Flüssigkeitstropfen mittels einer Sprühdüse; Unterkühlen der Flüssigkeitstropfen mittels einer Kühleinheit; Kühlen einer Oberfläche derart, dass die auf die Oberfläche auftreffenden Flüssigkeitstropfen zu Eispartikeln kristallisieren; Regulieren der Dichte der Eispartikel durch Regulierung von Systemparametern beispielsweise mit Hilfe einer Kontrolleinheit.According to a second aspect of the invention, a method for producing ice particles with a predeterminable density is presented. The method comprises the following steps: generating drops of liquid by means of a spray nozzle; Subcooling the liquid drops by means of a cooling unit; Cooling a surface such that the liquid drops impinging on the surface crystallize into ice particles; Regulate the density of the ice particles by regulating system parameters, for example by means of a control unit.

Das Verfahren kann weitere Schritte aufweisen. Ferner kann das Verfahren mit Hilfe des oben beschriebenen Systems ausgeführt werden. Beispielsweise kann das Verfahren ferner den folgenden Schritt aufweisen: Kühlen einer Flüssigkeit auf eine Temperatur zwischen 0°C und Raumtemperatur, bevor sie der Sprühdüse zugeführt wird. Die Reihenfolge der Schritte kann variieren.The method may have further steps. Furthermore, the method can be carried out with the aid of the system described above. For example, the method may further comprise the step of: cooling a liquid to a temperature between 0 ° C and room temperature before it is fed to the spray nozzle. The order of steps may vary.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden dem Fachmann aus der nachfolgenden Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen, die jedoch nicht als die Erfindung beschränkend auszulegen sind, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ersichtlich.Other features and advantages of the invention will become apparent to those skilled in the art from the following description of exemplary embodiments, which are not to be construed as limiting the invention, with reference to the accompanying drawings.

Nachfolgend wird anhand der beigefügten Zeichnungen näher auf Ausführungsbeispiele der Erfindung eingegangen. Es zeigen:Hereinafter, reference will be made to embodiments of the invention with reference to the accompanying drawings. Show it:

1 eine schematische Darstellung eines Systems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung 1 a schematic representation of a system according to an embodiment of the invention

2 ein schematisches Flussdiagram eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung 2 a schematic flow diagram of a method according to an embodiment of the invention

Alle Figuren sind lediglich schematische Darstellungen erfindungsgemäßer Vorrichtungen bzw. ihrer Bestandteile oder der entsprechenden Verfahren gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung. Insbesondere Abstände und Größenrelationen sind in den Figuren nicht maßstabsgetreu wiedergegeben. In den verschiedenen Figuren sind sich entsprechende Elemente mit den gleichen Referenznummern versehen.All figures are merely schematic representations of devices according to the invention or of their components or the corresponding methods according to embodiments of the invention. In particular, distances and size relationships are not shown to scale in the figures. In the various figures, corresponding elements are provided with the same reference numbers.

In 1 ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Systems 1 dargestellt. Das System 1 ermöglicht die Herstellung einer oder mehrerer Gruppen von Eispartikeln 11 aus Raueis und Klareis mit einer vorgebbaren Eispartikeldichte und einem vorgebbaren Partikelgrößenbereich.In 1 is an embodiment of the system according to the invention 1 shown. The system 1 allows the production of one or more groups of ice particles 11 from rough ice and clear ice with a predefinable ice particle density and a specifiable particle size range.

Das System 1 weist eine Sprühdüse 3, eine Kühleinheit 7 und eine gekühlte Oberfläche 9 auf. Die Sprühdüse ist als Wasser/Luft-Sprühdüse, als Ultraschallzerstäuber oder als monodisperser Tröpfchengenerator ausgeführt und erzeugt Flüssigkeitstropfen 5.The system 1 has a spray nozzle 3 , a cooling unit 7 and a cooled surface 9 on. The spray nozzle is designed as a water / air spray nozzle, as an ultrasonic atomizer or as a monodisperse droplet generator and generates liquid droplets 5 ,

Die Flüssigkeitstropfen 5 können eine Größenverteilung mit Durchmessern zwischen 10 μm und 100 μm haben. Die Sprühdüse 3 kann in oder an der Kühleinheit 7 angeordnet sein. Beispielsweise kann die Kühleinheit 7 als Kühlkammer oder als Teil eines Windkanals ausgeführt sein. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Systemkomponenten in der Kühleinheit 7 angeordnet. Die Flüssigkeitstropfen 5 werden dabei aus der Sprühdüse 3 direkt in die Kühleinheit 7 entlassen. Die Kühleinheit 7 unterkühlt die Flüssigkeitstropfen 5, ohne dass diese erstarren. Dabei kann die Kühleinheit 7 die Flüssigkeitstropfen 5 auf eine Temperatur zwischen 0°C und –40°C unterkühlen. Die gekühlte Oberfläche 9, die ebenfalls in der Kühleinheit 7 angeordnet ist, weist eine Temperatur unter 0°C auf. Beim Auftreffen auf die Oberfläche 9 kristallisieren die Flüssigkeitstropfen 5 zu Eispartikeln 11. Auf diese Weise entsteht an der Oberfläche 9 Klareis, Raueis oder Mischeis.The liquid drops 5 can have a size distribution with diameters between 10 microns and 100 microns. The spray nozzle 3 can be in or on the cooling unit 7 be arranged. For example, the cooling unit 7 be designed as a cooling chamber or as part of a wind tunnel. In the illustrated embodiment, the system components are in the cooling unit 7 arranged. The liquid drops 5 get out of the spray nozzle 3 directly into the cooling unit 7 dismiss. The cooling unit 7 Undercooled the liquid drops 5 without them freezing. In this case, the cooling unit 7 the liquid drops 5 Cool to a temperature between 0 ° C and -40 ° C. The cooled surface 9 , which are also in the cooling unit 7 is arranged, has a temperature below 0 ° C. When hitting the surface 9 the liquid droplets crystallize 5 to ice particles 11 , In this way arises on the surface 9 Clear ice, rough ice or mixed ice.

In einem alternativen Ausführungsbeispiel, welches in der Figur nicht dargestellt ist, kann auf eine Sprühdüse verzichtet werden und lediglich die gekühlte Oberfläche 9 einer in der Kühleinheit 7 befindlichen Luftfeuchtigkeit ausgesetzt werden. Auch diese Vorgehensweise führt zur Ausbildung von Eispartikeln 11 an der Oberfläche 9.In an alternative embodiment, which is not shown in the figure, can be dispensed with a spray nozzle and only the cooled surface 9 one in the cooling unit 7 exposed to atmospheric moisture. This procedure also leads to the formation of ice particles 11 on the surface 9 ,

Optional kann die Oberfläche 9 superhydrophob ausgeführt sein bzw. eine superhydrophobe Beschichtung 21 aufweisen. Die superhydrophobe Beschichtung 21 kann die Eiskristallgröße und -verteilung beeinflussen. Dank der superhydrophoben Beschichtung 21 kann die Verweildauer der Flüssigkeitstropfen 5 an der Oberfläche 9 reguliert werden. Insbesondere perlen die Flüssigkeitstropfen 5 unmittelbar nach dem Aufprall von der superhydrophoben Oberfläche 9 als Eispartikel 11 ab. Ist die Oberfläche 9 nicht hydrophob oder superhydrophob ausgeführt, so können die an der Oberfläche 9 entstehenden Eispartikel 11 mit Hilfe einer Abtragungsvorrichtung 33 von der Oberfläche 9 abgelöst werden. Die Abtragungsvorrichtung 33 kann beispielsweise ein gekühltes Material wie zum Beispiel eine Metallplatte oder ein Messer aufweisen.Optionally, the surface 9 be executed superhydrophobic or a superhydrophobic coating 21 exhibit. The superhydrophobic coating 21 can affect the ice crystal size and distribution. Thanks to the superhydrophobic coating 21 can the residence time of liquid drops 5 on the surface 9 be regulated. In particular, the liquid drops pearl 5 immediately after impact from the superhydrophobic surface 9 as ice particles 11 from. Is the surface 9 not hydrophobic or superhydrophobic, they may be on the surface 9 resulting ice particles 11 with the help of a removal device 33 from the surface 9 be replaced. The removal device 33 For example, it may comprise a cooled material such as a metal plate or a knife.

Ferner kann die Abtragungsvorrichtung 33 eine Vorschubvorrichtung 35 aufweisen, die ausgeführt ist, die gekühlte Metallplatte parallel zur Oberfläche 9 zu bewegen und dabei eine Abtragungstiefe und einen Abtragungswinkel einzustellen. Die dreidimensionale Bewegbarkeit der Vorschubvorrichtung ist mit Pfeilen in 1 angedeutet.Furthermore, the removal device 33 a feed device 35 which is executed, the cooled metal plate parallel to the surface 9 to move while adjusting a Abtragungstiefe and Abtragungswinkel. The three-dimensional movability of the feed device is indicated by arrows in 1 indicated.

Nachdem die Eispartikel 11 von der Oberfläche 9 abgelöst sind, werden die Eispartikel 11 einem Filtersystem 23 zugeführt. Beispielsweise können die Eispartikel 11 nach unten zum Filtersystem 23 fallen. Das Filtersystem 23 weist mindestens zwei gekühlte Filter 25 auf. Im Ausführungsbeispiel in 1 sind drei gekühlte Filter 25 dargestellt. Die Filter 25 können dabei auf eine Temperatur unter 0°C gekühlt sein. Insbesondere weisen die einzelnen Filter 25 unterschiedliche Maschengrößen auf, so dass unterschiedliche Gruppen von Eispartikeln mit definierten Größenbereichen der Eispartikel 11 selektiert werden können. Das Filtersystem 23 kann ferner eine Antriebsvorrichtung 27 aufweisen. Die Antriebsvorrichtung 27 kann beispielsweise als Rüttelmaschine ausgeführt sein und außerhalb der Kühleinheit 7 angeordnet sein. Ferner kann das Filtersystem 23 eine Vorrichtung 37 zum Einfügen und Entfernen von Filtern 25 aufweisen. Dabei kann die Vorrichtung 37 die einzelnen Filter 25 verkippen und entleeren.After the ice particles 11 from the surface 9 are replaced, the ice particles 11 a filter system 23 fed. For example, the ice particles 11 down to the filter system 23 fall. The filter system 23 has at least two cooled filters 25 on. In the embodiment in 1 are three cooled filters 25 shown. The filters 25 can be cooled to a temperature below 0 ° C. In particular, the individual filters 25 different mesh sizes, so that different groups of ice particles with defined size ranges of the ice particles 11 can be selected. The filter system 23 may further include a drive device 27 exhibit. The drive device 27 may for example be designed as a vibrating machine and outside the cooling unit 7 be arranged. Furthermore, the filter system 23 a device 37 to insert and remove filters 25 exhibit. In this case, the device 37 the individual filters 25 tilt and empty.

Das System 1 ist ausgeführt, die Dichte der Eispartikel 11 durch Regulierung von Systemparametern 13, 15, 17, 19 zu kontrollieren bzw. zu regulieren. Die einzelnen Systemparameter 13, 15, 17, 19 können dabei abhängig oder unabhängig voneinander reguliert werden.The system 1 is executed, the density of ice particles 11 through regulation of system parameters 13 . 15 . 17 . 19 to control or regulate. The individual system parameters 13 . 15 . 17 . 19 can be regulated depending on or independently of each other.

Ein erster Systemparameter 13 ist dabei das Wasser-/Luftverhältnis an der Sprühdüse 3. Ein zweiter Systemparameter 15 ist die Geschwindigkeit der Flüssigkeitstropfen 5 beim beim Auftreffen auf die Oberfläche 9. Ein dritter Systemparameter 17 ist die Temperatur der Flüssigkeitstropfen 5 beim Auftreffen auf die Oberfläche 9. Ein vierter Systemparameter 19 ist der Abstand zwischen der Sprühdüse 3 und der Oberfläche 9.A first system parameter 13 is the water / air ratio at the spray nozzle 3 , A second system parameter 15 is the speed of liquid drops 5 when hitting the surface 9 , A third system parameter 17 is the temperature of the liquid drops 5 when hitting the surface 9 , A fourth system parameter 19 is the distance between the spray nozzle 3 and the surface 9 ,

Die Systemparameter 13, 15, 17, 19 können dabei beispielsweise teilweise durch einen Benutzer, zum Beispiel manuell, eingestellt werden. Alternativ kann das System eine Kontrolleinheit 29 aufweisen, die funktional mit den einzelnen Systemkomponenten verbunden ist. Die Kontrolleinheit 29 ist dabei ausgeführt, die Systemparameter 13, 15, 17, 19 automatisch zu regeln. Insbesondere kann die Kontrolleinheit 29 drahtlos oder über Drähte mit der Sprühdüse 3, mit der Kühleinheit 7, mit der gekühlten Oberfläche 9, mit dem Filtersystem 23, mit der Antriebsvorrichtung 27 des Filtersystems 23, sowie mit der Abtragungsvorrichtung 33 der Vorschubvorrichtung 35 und mit der Vorrichtung 37 verbunden sein. Die Kontrolleinheit 29 kann beispielsweise eine Rechnereinheit sein, die zum Beispiel außerhalb der Kühleinheit 7 angeordnet ist.The system parameters 13 . 15 . 17 . 19 can be partially set by a user, for example, manually. Alternatively, the system may be a control unit 29 have, which is functionally connected to the individual system components. The control unit 29 is executed, the system parameters 13 . 15 . 17 . 19 to regulate automatically. In particular, the control unit 29 wirelessly or via wires with the spray nozzle 3 , with the cooling unit 7 , with the cooled surface 9 , with the filter system 23 , with the drive device 27 of the filter system 23 , as well as with the removal device 33 the feed device 35 and with the device 37 be connected. The control unit 29 may be, for example, a computer unit, for example, outside the cooling unit 7 is arranged.

Ferner kann das System 1 einen Sensor 31 bzw. mehrere Sensoren 31 aufweisen. Der Sensor 31 ist funktional mit der Kontrolleinheit 29 verbunden und stellt aktuelle Messwerte betreffend die Systemparameter 13, 15, 17, 19 an die Kontrolleinheit 29 bereit.Furthermore, the system can 1 a sensor 31 or several sensors 31 exhibit. The sensor 31 is functional with the control unit 29 connected and provides current readings regarding the system parameters 13 . 15 . 17 . 19 to the control unit 29 ready.

Die Funktionsweise des Systems 1 wird detaillierter anhand des in 2 dargestellten Verfahrens zum Herstellen von Eispartikeln 11 mit vorgegebener Dichte erläutert.The functioning of the system 1 will be explained in more detail in the 2 illustrated method for producing ice particles 11 explained with predetermined density.

In einem ersten Schritt S01 wird eine Flüssigkeit auf eine Temperatur zwischen 0°C und Raumtemperatur gekühlt, bevor sie der Sprühdüse 3 zugeführt wird. Anschließend werden in Schritt S03 Flüssigkeitstropfen 5 mittels der Sprühdüse 3 erzeugt. In Schritt S05 werden die Flüssigkeitstropfen 5 auf dem Weg zur gekühlten Oberfläche 9 mit Hilfe der Kühleinheit 7 unterkühlt. In Schritt S07 wird die Oberfläche 9 derart gekühlt, dass die auf die Oberfläche 9 auftreffenden Flüssigkeitstropfen 5 zu Eispartikeln 11 kristallisieren.In a first step S01, a liquid is cooled to a temperature between 0 ° C and room temperature before it reaches the spray nozzle 3 is supplied. Subsequently, in step S03, liquid drops 5 by means of the spray nozzle 3 generated. In step S05, the liquid drops become 5 on the way to the cooled surface 9 with the help of cooling unit 7 supercooled. In step S07, the surface becomes 9 so cooled that on the surface 9 impinging liquid drops 5 to ice particles 11 crystallize.

In Schritt S09 werden Systemparameter 13, 15, 17, 19 vom System direkt oder indirekt reguliert. Beispielsweise kann die Regulierung durch einen Benutzer bzw. automatisch durch die Kontrolleinheit 29 stattfinden. Das Regulieren der Dichte der Eispartikel 11 in Schritt S09 kann einen oder mehrere der folgenden Schritte aufweisen: Einstellen eines Flüssigkeits-/Luftverhältnisses an der Sprühdüse 3 auf einen vorgegebenen Wert in Schritt S09a; Einstellen einer Geschwindigkeit der Flüssigkeitstropfen 5 beim Auftreffen auf die Oberfläche 9 auf einen vorgegebenen Wert in Schritt S09b; Einstellen einer Temperatur der Flüssigkeitstropfen 5 beim Auftreffen auf die Oberfläche 9 auf einen vorgegebenen Wert in Schritt S09c; und Einstellen eines Abstandes zwischen der Sprühdüse 3 und der Oberfläche 9 auf einen vorgegebenen Wert in Schritt S09d. Dabei kann die Kontrolleinheit 29 beim Regulieren der Dichte der Eispartikel 11 in Schritt S09 auf Messwerte des Sensors 31 zurückgreifen.In step S09, system parameters 13 . 15 . 17 . 19 directly or indirectly regulated by the system. For example, the regulation may be by a user or automatically by the control unit 29 occur. Regulating the density of ice particles 11 In step S09, one or more of the following steps may be included: adjusting a liquid / air ratio at the spray nozzle 3 to a predetermined value in step S09a; Setting a speed of the liquid drops 5 when hitting the surface 9 to a predetermined value in step S09b; Adjusting a temperature of the liquid drops 5 when hitting the surface 9 to a predetermined value in step S09c; and adjusting a distance between the spray nozzle 3 and the surface 9 to a predetermined value in step S09d. In this case, the control unit 29 in regulating the density of the ice particles 11 in step S09 on measured values of the sensor 31 To fall back on.

Nach oder während der Regulierung der Dichte in Schritt S09 können die vorhergehenden Schritte S01 bis S07 wiederholt werden. Ist die Oberfläche 9 hydrophob bzw. superhydrophob ausgeführt, so lösen sich die Eispartikel 11 mit einer vorgegebenen Dichte von der Oberfläche 9 ab und können direkt in Schritt S13 dem Filtersystem 23 zugeführt werden. Ferner werden die Eispartikel 11 in Schritt S13 nach Partikelgrößen sortiert. Ist die Oberfläche 9 dagegen nicht superhydrophob ausgeführt, so können die Eispartikel 11 in Schritt S11 mittels der Abtragungsvorrichtung 33 von der Oberfläche 9 abgelöst und anschließend in Schritt S13 dem Filtersystem 23 zugeführt.After or during the regulation of the density in step S09, the preceding steps S01 to S07 may be repeated. Is the surface 9 made hydrophobic or superhydrophobic, so the ice particles dissolve 11 with a given density from the surface 9 and can directly in step S13 the filter system 23 be supplied. Furthermore, the ice particles 11 sorted by particle sizes in step S13. Is the surface 9 On the other hand, they are not superhydrophobic, so the ice particles can 11 in step S11 by means of the removal device 33 from the surface 9 detached and then in step S13 the filter system 23 fed.

Die nach Schritt S13 vorliegenden Eispartikel 11 mit vorgegebener Partikeldichte und vorgegebener Partikelgröße können beispielsweise in einem Windkanal zum Beschießen von verschiedenen Oberflächen zu Testzwecken verwendet werden.The ice particles present after step S13 11 with given particle density and given particle size can be used, for example, in a wind tunnel for bombardment of different surfaces for test purposes.

Ist die Kühleinheit 7 als Teil eines Windkanals ausgeführt, so können die Schritte S01 bis S09 im Windkanal durchgeführt werden. Anschließend kann die Oberfläche 9 aus dem Windkanal entfernt und in eine Kühlkammer eingebracht werden. Die Schritte S11 und S13 können in der Kühlkammer ausgeführt werden.Is the cooling unit 7 executed as part of a wind tunnel, so the steps S01 to S09 can be performed in the wind tunnel. Subsequently, the surface can be 9 removed from the wind tunnel and introduced into a cooling chamber. Steps S11 and S13 may be performed in the cooling chamber.

Abschließend wird angemerkt, dass Ausdrücke wie „aufweisend” oder ähnliche nicht ausschließen sollen, dass weitere Elemente oder Schritte vorgesehen sein können. Des Weiteren sei darauf hingewiesen, dass „eine” oder „ein” keine Vielzahl ausschließen. Außerdem können in Verbindung mit den verschiedenen Ausführungsformen beschriebene Merkmale beliebig miteinander kombiniert werden. Es wird ferner angemerkt, dass die Bezugszeichen in den Ansprüchen nicht als den Umfang der Ansprüche beschränkend ausgelegt werden sollen.Finally, it should be noted that terms such as "having" or the like are not intended to exclude that other elements or steps may be provided. It should also be noted that "a" or "an" does not exclude a multitude. In addition, features described in connection with the various embodiments may be combined with each other as desired. It is further noted that the reference signs in the claims should not be construed as limiting the scope of the claims.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Systemsystem
33: Sprühdüsespray nozzle
55: Flüssigkeitstropfenliquid drops
77: Kühleinheitcooling unit
99: Oberflächesurface
1111: Eispartikelice particles
1313: erster Systemparameterfirst system parameter
1515: zweiter Systemparametersecond system parameter
1717: dritter Systemparameterthird system parameter
1919: vierter Systemparameterfourth system parameter
2121: superhydrophobe Beschichtungsuperhydrophobic coating
2323: Filtersystemfilter system
2525: gekühlter Filtercooled filter
2727: Antriebsvorrichtung (Rüttelmaschiene)Drive device (vibrating machine)
2929: KontroleinheitKontroleinheit
3131: Sensorsensor
3333: Abtragungsvorrichtungremoval device
3535: Vorschubvorrichtungfeed device
3737: Vorrichtung zum Einfügen und Entfernen von FilternDevice for inserting and removing filters
S01S01: Kühlen einer Flüssigkeit auf eine Temperatur zwischen 0°C und RaumtemperaturCooling a liquid to a temperature between 0 ° C and room temperature
S03S03: Erzeugen von Flüssigkeitstropfen mittels einer SprühdüseGenerating drops of liquid by means of a spray nozzle
S05S05: Unterkühlen der Flüssigkeitstropfen mittels einer KühleinheitSubcooling the liquid drops by means of a cooling unit
S07S07: Kühlen einer Oberfläche derart, dass die auf die Oberfläche auftreffenden Flüssigkeitstropfen zu Eispartikeln kristallisierenCooling a surface such that the liquid drops impinging on the surface crystallize to ice particles
S09S09: Regulieren der Dichte der Eispartikel durch Regulierung von SystemparameternRegulate the density of ice particles by regulating system parameters
S09aS09a: Einstellen eines Flüssigkeit-Luft-Verhältnisses an der Sprühdüse auf einen vorgegebenen WertAdjusting a liquid-air ratio at the spray nozzle to a predetermined value
S09bS09b: Einstellen einer Geschwindigkeit der Flüssigkeitstropfen beim Auftreffen auf die Oberfläche auf einen vorgegebenen WertSetting a speed of the liquid drops upon impact with the surface to a predetermined value
S09cS09c: Einstellen einer Temperatur der Flüssigkeitstropfen beim Auftreffen auf die Oberfläche auf einen vorgegebenen WertSetting a temperature of the liquid droplets upon impact with the surface to a predetermined value
S09dS09d: Einstellen eines Abstandes zwischen der Sprühdüse und der Oberfläche auf einen vorgegebenen WertSetting a distance between the spray nozzle and the surface to a predetermined value
S11S11: Ablösen der Eispartikel mittels der Abtragungsvorrichtung von der Oberfläche (bei superhydrophober Ausgestaltung der Oberfläche nicht nötig)Detachment of the ice particles by means of the removal device from the surface (with superhydrophober design of the surface not necessary)
S13S13: Sortieren der Eispartikel nach Partikelgrößen mittels des FiltersystemsSorting the ice particles according to particle sizes by means of the filter system

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

WO 2002053014 A1 [0002]

Claims

System ( 1 ) for producing ice particles ( 11 ) with a predefinable density, the system ( 1 ) comprising a spray nozzle ( 3 ), which is executed liquid drop ( 5 ) to create; a cooling unit ( 7 ), which is executed the liquid drops ( 5 ) to cool down; a surface ( 9 ) which is cooled in such a way that the liquid drops ( 5 ) on the surface ( 9 ) to ice particles ( 11 ) crystallize; whereby the system ( 1 ) by regulating system parameters ( 13 . 15 . 17 . 19 ) a density of the ice particles ( 11 ) to regulate.

System ( 1 ) according to claim 1, wherein a first regulatable system parameter ( 13 ) a liquid-to-air ratio at the spray nozzle ( 3 ).

System ( 1 ) according to one of claims 1 and 2, wherein a second regulatable system parameter ( 15 ) a velocity of the liquid drops ( 5 ) when hitting the surface ( 9 ) is.

System ( 1 ) according to one of claims 1 to 3, wherein a third regulatable system parameter ( 17 ) a temperature of the liquid drops ( 5 ) when hitting the surface ( 9 ) is.

System ( 1 ) according to one of claims 1 to 4, wherein a fourth regulatable system parameter ( 19 ) a distance between the spray nozzle ( 3 ) and the surface ( 9 ) is.

System ( 1 ) according to any one of claims 1 to 5, wherein the surface ( 9 ) is executed superhydrophobic.

System ( 1 ) according to claim 6, wherein the surface ( 9 ) a superhydrophobic coating ( 21 ) having; the superhydrophobic coating ( 21 ) Teflon particles and / or titanium dioxide nanotubes.

System ( 1 ) according to one of claims 1 to 7, further comprising a filter system ( 23 ); the filter system ( 23 ) at least two cooled filters ( 25 ) with different mesh size; the filter system ( 23 ) executed by the surface ( 9 ) detached ice particles ( 11 ) to sort by at least three size groups.

System ( 1 ) according to claim 8, further comprising a drive device ( 27 ) that is executed, the filters ( 25 ) to shake.

System ( 1 ) according to one of claims 1 to 9, further comprising a control unit ( 29 ); the control unit ( 29 ) functionally with the spray nozzle ( 3 ) and with the cooling unit ( 7 ) connected is; the control unit ( 29 ), at least one system parameter ( 13 . 15 . 17 . 19 ) automatically.

System ( 1 ) according to claim 10, further comprising a sensor ( 31 ); the sensor ( 31 ) functional with the control unit ( 29 ) connected is; the sensor ( 31 ) is designed to determine at least one current system parameter and sent to the control unit ( 29 ).

System ( 1 ) according to one of claims 1 to 11, further comprising a removal device ( 33 ), which is carried out, ice particles ( 11 ) from the surface ( 9 ) to solve; wherein an ablation depth and an ablation angle of the ablation device ( 33 ) are adjustable.

System ( 1 ) according to one of claims 1 to 12, wherein the system ( 1 ) is designed as part of a wind tunnel.

Process for producing ice particles ( 11 ) having a predeterminable density, the method comprising the following steps producing (S03) liquid drops ( 5 ) by means of a spray nozzle ( 3 ); Subcooling (S05) the liquid drops (S05) 5 ) by means of a cooling unit ( 7 ); Cooling (S07) a surface ( 9 ) such that on the surface ( 9 ) impinging liquid drops ( 5 ) to ice particles ( 11 ) crystallize; Regulate (S09) the density of the ice particles ( 11 ) by regulation of system parameters ( 13 . 15 . 17 . 19 ).