AT523604A1 - Verfahren zur Erzeugung von schneekristallähnlichen wasserhaltigen Strukturen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von schneekristallähnlichen wasserhaltigen Strukturen, - wobei Umgebungsluft mittels eines Ventilators (2) in ein Gehäuse (1) eingesaugt wird und als Luftstrom (5) durch das Gehäuse (1) geführt wird, - wobei der zugeführte Luftstrom (5) in zwei Teilluftströme (5a, 5b) geteilt wird, - wobei der erste Teilluftstrom (5a) über ein, insbesondere im Inneren des Gehäuses (1) angeordnetes Innenrohr (3) angeordneten, Heizelement geführt und erwärmt wird und derart die relative Luftfeuchtigkeit des ersten Teilluftstroms (5a) abgesenkt wird, - wobei Wasser, insbesondere über eine im Innenrohr (3) angeordnete Injektionseinheit (7), in den erwärmten ersten Teilluftstrom (5a) derart, insbesondere zerstäubt, injiziert und zumindest teilweise verdampft wird, sodass die Wassermenge und/oder relative Luftfeuchtigkeit im ersten Teilluftstrom (5a) ansteigt, - wobei der erste Teilluftstrom (5a) und der zweite Teilluftstrom (5b) in einem Mischbereich (8) vereint und gemischt werden, sodass ein übersättigter Luftstrom (5c) gebildet wird, in dem das gasförmige Wasser direkt in den festen Zustand sublimiert und derart schneekristallähnliche wasserhaltige Strukturen erzeugt werden.

Description

Schnee ist die kristallförmig auskristallisierte Form des festen Aggregatzustands von Wasser. Schnee entsteht in der Natur durch Sublimation des gasförmigen, in der Luft gelösten Wassers in den festen Zustand. Aus dem Stand der Technik sind dabei eine Vielzahl von unterschiedlichen Vorrichtungen und Verfahren bekannt, mit denen Kunstschnee erzeugt werden kann. Sogenannte Schneekanonen funktionieren dabei vielfach durch die feine Zerstäubung von Wasser in einem kalten Luftstrom. Dies hat jedoch den entscheidenden Nachteil, dass das gefrierende Wasser nicht als Schneekristalle auskristallisiert, sondern als kleine Eiskugeln aus der Vorrichtung ausgebracht wird. Derartige Vorrichtungen sind beispielsweise aus der AT 508647 und US 2012193440 A1 bekannt.

Aus der DE 2042796 A1 ist beispielsweise ein Verfahren und eine Vorrichtung bekannt, mit der Eiskeime gebildet werden, indem Wasser bzw. ein Wasser-Luft-Gemisch unter den sogenannten Schäferpunkt von -40 °C abgekühlt wird. Die dabei bewirkte Abkühlung wird durch Einspritzen eines Kältemittels, wie z.B. Propan oder Freon, in den Luftstrom erreicht. Nachteil dieses Ansatzes ist dabei, dass das in den Luftstrom eingebrachte Kältemittel zur Umweltverschmutzung beiträgt, die Düsen sehr leicht vereisen und die Regelung der Schneeerzeugung sehr kompliziert ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, mit der Schneekristalle einfach erzeugt werden können, die dabei eine möglichst naturgetreue bzw. schneeähnliche Struktur aufweisen.

Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass der zugeführte Luftstrom in zwei Teilluftströme geteilt wird, wobei der erste Teilluftstrom über ein, insbesondere im Inneren des Gehäuses angeordnetes Innenrohr angeordneten, Heizelement geführt und erwärmt wird und derart die relative Luftfeuchtigkeit des ersten Teilluftstroms abgesenkt wird, dass Wasser, insbesondere über eine im Innenrohr angeordnete Injektionseinheit, in den erwärmten ersten Teilluftstrom derart, insbesondere zerstäubt, injiziert und zumindest teilweise verdampft wird, sodass die Wassermenge und/oder relative Luftfeuchtigkeit im ersten Teilluftstrom ansteigt, und dass der erste Teilluftstrom und der zweite Teilluftstrom in einem Mischbereich vereint und gemischt werden, sodass ein übersättigter Luftstrom

Durch die Teilung des durch den Ventilator eingebrachten Luftstroms in zwei Teilluftströme kann ein Teil der Luft, der erste Teilluftstrom, erwärmt werden und derart die relative Luftfeuchtigkeit reduziert werden, sodass nachträglich eingeführtes Wasser im gasförmigen Zustand im ersten Teilluftstrom weitergetragen wird und dann mit dem kalten zweiten Teilluftstrom vermischt wird. Durch die erfindungsgemäßen Merkmale wird eine besonders vorteilhafte Bildung von Schneekristallen bewirkt, da das im ersten Teilluftstrom gebundene gasförmige Wasser direkt aus dem gasförmigen Zustand in den festen Zustand übergeht und daher, wie in Wolken, Schneekristalle gebildet werden.

Besonders vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden durch die abhängigen Merkmale der Ansprüche näher definiert:

Ein besonders vorteilhaftes Verfahren zur Bildung von Schneekristallen kann bereitgestellt werden, indem der zweite Teilluftstrom über ein, insbesondere zwischen dem Innenrohr und dem Gehäuse angeordnetes, Kühlelement geführt und derart abgekühlt wird, dass durch die Abkühlung die maximale Wasseraufnahmekapazität der Luft des zweiten Teilluftstroms unterschritten und mit Wasser übersättigte Luft erzeugt wird, sodass sich im zweiten Teilluftstrom Kristallisationskeime bilden, wobei der erste Teilluftstrom und der zweite Teilluftstrom in dem Mischbereich vereint und gemischt werden, sodass das gasförmige Wasser im übersättigter Luftstrom an den im zweiten Teilluftstrom gebildeten Kristallisationskeimen direkt in den festen Zustand sublimiert und sich an den Kristallisationskeimen anlagert und derart schneekristallähnliche wasserhaltige Strukturen erzeugt werden.

Durch die Kühlung des zweiten Teilluftstroms mittels des Kühlelements werden im zweiten Teilluftstrom Kristallisationskeime gebildet, sodass bei der Vermischung des ersten Teilluftstroms mit dem zweiten Teilluftstrom in der Mischkammer das im ersten Teilluftstrom im gasförmigen Zustand befindliche Wasser bei der Sublimation in den festen Zustand an den Kristallisationskeimen anlagert und daher besonders vorteilhafte Schneekristalle gebildet werden.

Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass das Heizelement als Kondensator eines

Kältemittelkreislaufs und insbesondere das Kühlelement als Verdampfer des Kältemittelkreislaufs ausgebildet ist.

Wärme dem zu wärmenden Luftstrom zugeführt.

Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass das in der Injektionseinheit injizierte Wasser, insbesondere mittels eines Wärmetauschers, vor der Injektion, insbesondere auf eine Temperatur zwischen 0 °C und 120 °C, vorgewärmt und/oder auf einen Überdruck, insbesondere von 1 bis 10 bar, gebracht wird.

Um eine bessere Durchmischung des ersten Teilluftstroms mit dem zweiten Teilluftstrom in der Mischkammer zu erreichen, kann vorgesehen sein, dass mittels, insbesondere zwischen dem Innenrohr und dem Gehäuse oder im Mischbereich angeordneten, Leitschaufeln, der zweite Teilluftstrom mit dem ersten Teilluftstrom in der Mischkammer

zur besseren Durchmischung verwirbelt wird.

Eine bevorzugte Wasseraufnahmefähigkeit des ersten Teilluftstroms liegt bevorzugt vor, wenn die Temperatur des ersten Luftstroms derart erhöht wird, dass dieser bei Eintritt in die Mischkammer eine Temperatur von 10 bis 55 °C aufweist.

Ein bevorzugtes Verhältnis zwischen dem ersten Teilluftsttrom und dem zweiten Teilluftstrom wird bereitgestellt, indem der Volumenstrom des zweiten Teilluftstroms größer als der Volumenstrom des ersten Teilluftstroms ist.

Durch den größeren Volumenstrom des zweiten Teilluftstroms im Verhältnis zum ersten Teilluftstrom wird sichergestellt, dass die Erwärmung des ersten Luftstroms größer ist als die Abkühlung des zweiten Luftstroms und damit die relative Luftfeuchtigkeit des ersten Luftstroms stärker gesenkt wird als die relative Luftfeuchtigkeit des zweiten Luftstroms erhöht wird. Dadurch wird die Wasseraufnahmefähigkeit des ersten Luftstroms verbessert und gleichzeitig die Gefahr von Vereisungen im zweiten Luftstrom reduziert.

Um das erfindungsgemäße Verfahren einfach überwachen zu können, kann vorgesehen sein, dass eine Anzahl von Sensoren vorgesehen ist, mit denen die Temperatur, Luftfeuchtigkeit und/oder der Druck im Luftstrom und/oder den Teilluftströmen und/oder in der Mischkammer erfasst und einer Regel- und Steuereinheit zugeführt werden, wobei mittels der Regel- und Steuereinheit die Prozessparameter, und insbesondere die

werden.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung sieht vor, dass eine Vorrichtung zur Erzeugung von Schnee bereitgestellt wird, mit der das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass die Vorrichtung ein Innenrohr aufweist, das innerhalb des Gehäuses, insbesondere koaxial zum Gehäuse, derart angeordnet ist, dass ein durch den Ventilator in das Gehäuse eingebrachter Luftstrom in zumindest zwei Teile teilbar ist, sodass ein erster Teilluftstrom des Luftstroms durch das Innenrohr geführt und/oder geleitet wird und ein zweiter Teilluftstrom des Luftstroms über einen in Umfangsrichtung der Achse des Gehäuses zwischen dem Gehäuse und dem Innenrohr liegenden Kältebereich geführt und/oder geleitet wird, - wobei die Injektionseinheit innerhalb des Innenrohrs angeordnet ist, sodass Wasser in das Innerohr eingebracht werden kann, - wobei die Vorrichtung zumindest ein Heizelement aufweist, - wobei das Heizelement innerhalb des Innenohrs zur Erwärmung des ersten Teilluftstroms angeordnet ist, - und wobei die Vorrichtung einen dem Innenrohr in Strömungsrichtung der Teilluftströme nachgelagerten Mischbereich aufweist in dem der erste Teilluftstrom und der zweite Teilluftsttrom zusammenführbar und vermischbar und als

übersättigter Luftstrom aus der Vorrichtung ausbringbar sind.

Durch die erfindungsgemäßen Merkmale der Vorrichtung wird eine besonders effektive Vorrichtung zur Erzeugung von Schneekristallen bereitgestellt, in der der in die Vorrichtung eingebrachte Luftstrom besonders einfach in zwei Teilluftströme aufgeteilt werden kann und auf einfache und kostengünstige Weise Schneekristalle produziert

werden können.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Vorrichtung werden durch die abhängigen Ansprüche näher definiert:

Um Kristallisationskeime in dem zweiten Teilluftstrom zu bilden, kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung ein Kühlelement aufweist, wobei das Kühlelement im Kältebereich zwischen dem Gehäuse und dem Innenrohr angeordnet und der zweite Teilluftstrom

mittels des Kühlelements abkühlbar ist.

Teilluftstrom abkühlen zu können.

Vorteilhaft kann vorgesehen sein, dass die Injektionseinheit derart ausgebildet ist, dass die Wassermenge verstellbar ist, wobei die Injektionseinheit insbesondere im Innerohr in Strömungsrichtung des ersten Luftstroms nach dem Kondensator bzw. Heizelement angeordnet ist.

Um eine Anlagerung von Eiskristallen bzw. eine Vereisung des Gehäuses der Vorrichtung effektiv zu verhindern, kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung eine, insbesondere elektrische oder mittels eines Gases gespeiste, Enteisungsanlage aufweist, die insbesondere an der Innenwand des Gehäuses angeordnet ist, wobei besonders bevorzugt die Enteisungsanlage derart mit der Heißgasleitung des Kältemittelkreislaufs verbunden ist, dass Wärme durch die Heißgasleitung der Enteisungsanlage zuführbar ist.

Um eine vorteilhafte Durchmischung der Teilluftströme in der Mischkammer zu erreichen, kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung, insbesondere verstellbare, Leitschaufeln aufweist, die in dem Kältebereich zwischen Gehäuse und Innerohr und/oder, insbesondere im Bereich des Ausgangs der Mischkammer, in der Mischkammer angeordnet sind.

Um das in der Vorrichtung durchgeführte Verfahren bzw. die Bildung von Schneekristallen einfach überwachen zu können, kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung eine Anzahl von Sensoren umfasst, wobei die Sensoren derart in der Vorrichtung angeordnet sind, dass die Temperatur, Luftfeuchtigkeit und/oder der Druck im Luftstrom und/oder den Teilluftströmen und/oder in der Mischkammer erfassbar sind, wobei die Vorrichtung weiters eine Regel- und Steuereinheit aufweist, wobei die Regel- und Steuereinheit derart ausgebildet ist, dass die Prozessparameter, insbesondere die Temperatur in dem Innenrohr und/oder im Kältebereich, der Vorrichtung, und/oder die zugeführte

Eine vorteilhafte Bildung von Schneekristallen kann bereitgestellt werden, indem das Verhältnis von Länge des Gehäuses zum Durchmesser des Gehäuses D/L= 1/7 bis D/L = 1/0,5 liegt beträgt.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindungen ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.

Die Erfindung ist im Folgenden anhand von besonders vorteilhaften aber nicht einschränkend zu verstehenden Ausführungsbeispielen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beispielhaft beschrieben:

Fig. 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer schematischen Ansicht und Fig. 2 ein Zustandsdiagramm der einzelnen Luftströme.

In Fig. 1 ist eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erzeugung von Schnee, insbesondere auch als Schneekanone bezeichnet, in einer schematischen Ansicht dargestellt. Die Vorrichtung umfasst ein rohrähnliches, zylindrisches Gehäuse 1, das an beiden Seiten in Richtung der Umgebung der Vorrichtung offen ist. Im Bereich der ersten Öffnung des Gehäuses 1 ist ein Ventilator 2 angeordnet. Mit Hilfe des Ventilators 2 kann Luft aus der Umgebung der Vorrichtung angesaugt und durch das rohrähnliche Gehäuse 1 als Luftstrom 5 gedrückt werden. Innerhalb der Vorrichtung bzw. dem Gehäuse 1 ist ein Innenrohr 3 angeordnet, das innerhalb des Gehäuses 1 koaxial zu diesem angeordnet ist. Das Innenrohr 3 erstreckt sich dabei vom Endbereich bzw. dem Bereich der Öffnung des Gehäuses 1, in dem der Ventilator 2 angeordnet ist, entlang der Achse des Gehäuses 1 in Richtung der zweiten Öffnung des Gehäuses 1. Das Innenrohr 3 ist dabei derart angeordnet, dass ein durch den Ventilator 2 in das Gehäuse 1 eingebrachter Luftstrom 5 in zwei Teile geteilt wird. Dabei strömt der erste Teilluftstrom 5a durch das Innenrohr 3 der Vorrichtung und der zweite Teilluftstrom 5b über einen in Umfangsrichtung der Achse des Gehäuses 1 zwischen dem Gehäuse 1 und dem Innenrohr 3 liegenden Kältebereich 6.

Im Inneren des Innenrohrs 3 ist eine Injektionseinheit 7 angeordnet, mit der Wasser in das

Innenrohr 3 eingebracht werden kann. Die Injektionseinheit 7 ist dabei verstellbar, sodass die in das Innenrohr 3 eingebrachte Wassermenge eingestellt und das Wasser in

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Der Kondensator 12 des Kältemittelkreislaufs 10 ist innerhalb des Innenrohrs 3 angeordnet und fungiert als Heizelement bzw. ist als dieses ausgebildet, sodass Wärme aus dem Kondensator 12 an den ersten Teilluftstrom 5a von dem Kältemittel abgegeben werden kann und der erste Teilluftstrom 5a erwärmt wird. Die Injektionseinheit 7 ist bei dieser Ausführungsform dem Kondensator 12 im Innenrohr 3 in Richtung der Strömungsrichtung des ersten Teilluftstroms 5a nachgelagert, kann aber alternativ auch in Strömungsrichtung des ersten Teilluftstroms 5a vor bzw. gleich mit dem Kondensator 12

angeordnet sein.

Am Ende des Innenrohrs 3 ist innerhalb des Gehäuses 1 ein Mischbereich 8 angeordnet, in dem die zwei Teilluftströme 5a, 5b, also der durch das Innenrohr 3 strömende erste Teilluftstrom 5a und der durch den Zwischenraum bzw. Kältebereich 6 zwischen dem Innenrohr 3 und dem Gehäuse 1 strömende zweite Teilluftstrom 5b, wieder zusammengeführt werden. Die im Mischbereich 8 wieder zusammengeführten Teilluftströme 5a, 5b werden dann aus der Vorrichtung als übersättigter Luftstrom 5c ausgebracht.

Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand der bevorzugten

Ausführungsform der Fig. 1 unter Verweis auf das Zustandsschaubild der Fig. 2 beschrieben:

Der zweite Teilluftstrom 5b wird über den Kältebereich 6 der Vorrichtung geführt, wobei diesem durch den Verdampfer 11 Wärme entzogen wird, sodass dieser von der Eintrittstemperatur des Luftstroms 5 von -5 °C auf beispielsweise -20 °C im Kältebereich 6 abkühlt (Zustand E, Fig. 2). Durch die Abkühlung des zweiten Teilluftstroms 5b im Kältebereich 6 bilden sich durch das in dem zweiten Teilluftstrom 5b verbliebene Wasser kleine, sogenannte Kristallisationskeime, die im zweiten Teilluftstrom 5b weitergetragen werden. Am Ende des Kältebereichs 6 tritt der abgekühlte zweite Teilluftstrom 5b dann in den Mischbereich 8 ein und wird mit dem erwärmten und befeuchteten ersten Teilluftstrom 5a vermischt. Durch die Vermischung des ersten Teilluftstroms 5a mit dem zweiten Teilluftstrom 5b werden im Mischbereich 8 die zusammengeführten Teilluftströme als sogenannter übersättigter Luftstrom 5c (Zustand F, Fig. 2) gebildet und aus der Vorrichtung durch den Strömungsdruck des Ventilators 2 ausgebracht. Bei Mischung der beiden Teilluftströme wird der Massenstrom des ersten Teilluftstroms 5a durch den kalten zweiten Teilluftstrom 5b abgekühlt, sodass das in diesem enthaltene gasförmige Wasser an den im zweiten Teilluftstrom 5b gebildeten Kristallisationskeimen direkt in den festen Zustand sublimiert und sich an den Kristallisationskeimen anlagert und derart

Beim Austritt aus der Vorrichtung kann sich ein Temperaturunterschied zwischen dem eingesaugten Luftstrom 5 und dem ausgeblasenen Luftstrom bzw. übersättigten Luftstrom 5c ergeben, der einerseits die bei der Sublimation freiwerdende Energie und andererseits durch die elektrische Leistung des Kältemittelkreislaufs bewirkt werden kann.

Die Temperaturänderung AT errechnet sich aus Gl. 1. 8 A me Yepec (Gl.1)

AT =

wobei Q = sub! + Pot (Gl.2)

mit dem Massenstrom m, der spezifischen Wärmekapazität £, der Sublimationswärme Os: UNd der elektrischen Leistung #.;.

In einer bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung, wie in Fig. 1 dargestellt, Leitschaufeln 9 aufweist, die beispielsweise am Ende der Vorrichtung bzw. beim Ausgang aus dem Mischbereich 8 angeordnet sein können und dem Luftstrom eine Verwirbelung bzw. turbulente Strömung aufzwingen und so die Durchmischung des ersten Teilluftstroms 5a mit dem zweiten Teilluftstrom 5b fördern. Die Leitschaufeln 9 können statt im Mischbereichs 8 oder zusätzlich auch innerhalb des Kältebereichs 6 bzw. an dessen Ende angeordnet sein, sodass der gekühlte zweite Teilluftstrom 5b mit einer aufgezwungenen Turbulenz in den Mischbereich 8 eintritt und besser mit dem ersten Teilluftstrom 5a vermischt wird.

Bevorzugt weist der erste Teilluftstrom 5a beim Eintritt in die Mischkammer 8 eine Temperatur von 10 °C bis 55 °C auf, da dieser einfach mit typischen Kältekompressionsmaschinen bzw. den typischen Kältekreisläufen 10 erreicht werden kann. Vorteilhaft kann vorgesehen sein, dass das in der Injektionseinheit 7 in den erwärmten ersten Teilluftstrom 5a injizierte Wasser, beispielsweise mittels eines Wärmetauschers, auf eine Temperatur zwischen 0 °C und 120 °C vorgewärmt wird bzw. diesem ein Druck von 1 bis 10 bar aufgebracht wird.

Vorteilhaft hat sich herausgestellt, dass der zweite Teilluftstrom 5b bei Eintritt in die Mischkammer 8 eine Temperatur zwischen +4°C und -40 °C aufweist und derart in Mischung mit dem ersten Teilluftstrom 5a besonders vorteilhafte Schneekristalle bildet.

Bevorzugt hat sich herausgestellt, dass die Schneekristallbildung verbessert wird, wenn der Volumenstrom des zweiten Teilluftstroms 5b größer als der Volumenstrom des ersten Teilluftstroms 5a ist.

Zur Überwachung und Steuerung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Vorrichtung eine Anzahl von Sensoren aufweisen, mit der die Temperatur, Luftfeuchtigkeit und/oder der Druck in den einzelnen Luftströmen bzw. dem Luftstrom 5 und/oder den Teilluftströmen 5a, 5b, oder den einzelnen Teilbereichen der Vorrichtung, beispielsweise der Mischkammer 8, erfasst werden können. Die Messwerte der Sensoren werden dann einer Regel- und Steuereinheit zugeführt, die die einzelnen Temperaturen bzw. das durch die Injektionseinheit 7 injizierte Wasser bzw. Wassermenge einstellen und optimieren, bzw. die Drehzahl des Kompressors 13 einstellen und optimieren kann. So kann beispielsweise, wie in Fig. 1 dargestellt, im Innenrohr 3, an dem Gehäuse 1 im Bereich des Kältebereichs 6 bzw. am Ausgang aus der Vorrichtung und dem Eingang in die Vorrichtung jeweils ein Temperatursensor 31 angeordnet sein. Optional kann im ersten Luftstrom 5a vor bzw. nach dem Kondensator 12 ein Temperatur- und/oder Luftfeuchtesensor und/oder im zweiten Luftstrom 5b vor bzw. nach dem Verdampfer 11 ein Temperatur- und/oder Luftfeuchtesensor angeordnet sein.

Alternativ zu der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform können das Heizelement bzw. das Kühlelement auch als andere aus dem Stand der Technik bekannte Heiz- bzw. Kühlelemente ausgebildet sein. So können beispielsweise Peltier-Elemente, elektrische Heizanlagen oder elektrische bzw. andere aus dem Stand der Technik bekannte Heiz-

und Kühlelemente verwendet werden.

Optional kann, wie in der in Fig. 1 dargestellten, bevorzugten Ausführungsform die Vorrichtung eine Enteisungsanlage 15 aufweisen, die beispielsweise durch eine elektrische Heizungsanlage oder durch Nutzung der Abwärme der Heißgasleitung 32 des Kältemittelkreislaufs 10 ausgebildet ist. Als Heißgasleitung 32 wird in der Regel die Kältemittelleitung zwischen Kompressor 13 und Kondensator 12 bezeichnet, in der das heiße Kältemittel strömt. Durch die Enteisungsanlage 15 bzw. die Heißgasleitung 32 kann ein Ansetzen von Eis an dem Gehäuse 1, beispielsweise innerhalb des Kältebereichs 6

oder dem AMischbereich 8, verhindert und so eine Verschlechterung des Wärmeübertragungsgrades zwischen de zweiten Teilluftstrom 5b und dem Verdampfer 11

vermieden werden.

Alternativ kann die Heißgasleitung 32 auch selbst als Enteisungsanlage 15 fungieren indem die Leitung der Heißgasleitung 32 beispielsweise an die Innenseite des Gehäuses angelegt bzw. geführt wird und so die Wandung des Gehäuses 1 erwärmt bzw. über der Eisbildungstemperatur gehalten wird.

Alternativ können die in Fig. 1 dargestellten Leitschaufeln 9 als elektrisch verstellbare Leitschaufeln ausgebildet sein, um auf die Veränderung der einzelnen Luftströme

einzuwirken und bevorzugte Strömungen bzw. erzwungene Turbulenzen zu erreichen.

Bevorzugt weist die Vorrichtung bzw. das Gehäuse 1 ein bestimmtes Verhältnis von Länge L zum Durchmesser D auf, wobei dieser insbesondere im Bereich von D/L= 1/7 bis D/L = 1/0,5 liegt.

Eine bevorzugte Ausführungsform des Kältemittelkreislaufs 10, wie in Fig. 1 dargestellt, wird mittels einer Kompressionskältemaschine erreicht, die bei Kältemaschinen die gebräuchlichste Anwendung findet. Optional kann jedoch jeder andere Prozess zur Erzeugung von Kälte, wie z.B. Adsorbtion, Thermoeffekte, Magnetkühlung usw., für den zuvor beschriebenen Prozess herangezogen werden. Beispielsweise kann so durch den Einsatz eines sauggasgekühlten Kompressors 13 der Aufbau vereinfacht und die elektrische Abwärmeleistung beispielsweise zur Erhitzung des in der Injektionseinheit 7 injizierten Wassers bzw. zur Erwärmung des ersten Teilluftstroms 5a herangezogen

werden.

Besonders umweltfreundlich wird die Vorrichtung bzw. Schneekanone, wenn der Kältemittelkreislauf mit einem natürlichen Kältemittel betrieben wird. So kann beispielsweise das Kältemittel R290, R744 oder R714 verwendet werden.

Alternativ zu der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform des Innerohrs 3 bzw. des Gehäuses 1 können diese auch nicht nur zylindrisch sondern beispielsweise auch kegelförmige oder andere Konturen aufweisen und müssen nicht parallel zueinander

angeordnet sein.

Claims (1)

1. Verfahren zur Erzeugung von schneekristallähnlichen wasserhaltigen Strukturen,

   - wobei Umgebungsluft mittels eines Ventilators (2) in ein Gehäuse (1) eingesaugt

   wird und als Luftstrom (5) durch das Gehäuse (1) geführt wird,

   - wobei der zugeführte Luftstrom (5) in zwei Teilluftströme (5a, 5b) geteilt wird,

   - wobei der erste Teilluftstrom (5a) über ein, insbesondere im Inneren des Gehäuses

   (1) angeordnetes Innenrohr (3) angeordneten, Heizelement geführt und erwärmt wird

   und derart die relative Luftfeuchtigkeit des ersten Teilluftstroms (5a) abgesenkt wird,

   - wobei Wasser, insbesondere über eine im Innenrohr (3) angeordnete Injektionseinheit (7), in den erwärmten ersten Teilluftstrom (5a) derart, insbesondere zerstäubt, injiziert und zumindest teilweise verdampft wird, sodass die Wassermenge und/oder relative Luftfeuchtigkeit im ersten Teilluftstrom (5a) ansteigt,

   - wobei der erste Teilluftstrom (5a) und der zweite Teilluftstrom (5b) in einem Mischbereich (8) vereint und gemischt werden, sodass ein übersättigter Luftstrom (5c) gebildet wird, in dem das gasförmige Wasser direkt in den festen Zustand sublimiert und derart schneekristallähnliche wasserhaltige Strukturen erzeugt

   werden.

   Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Teilluftstrom (5b) über ein, insbesondere zwischen dem Innenrohr (3) und dem Gehäuse (1) angeordnetes, Kühlelement geführt und derart abgekühlt wird, dass durch die Abkühlung die maximale Wasseraufnahmekapazität der Luft des zweiten Teilluftstroms (5b) unterschritten und mit Wasser übersättigte Luft erzeugt wird, sodass sich im zweiten Teilluftstrom (5b) Kristallisationskeime bilden,

   wobei der erste Teilluftstrom (5a) und der zweite Teilluftstrom (5b) in dem Mischbereich (8) vereint und gemischt werden, sodass das gasförmige Wasser im übersättigter Luftstrom (5c) an den im zweiten Teilluftstrom (5b) gebildeten Kristallisationskeimen direkt in den festen Zustand sublimiert und sich an den Kristallisationskeimen anlagert und derart schneekristallähnliche wasserhaltige

   Strukturen erzeugt werden.

   Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement als Kondensator (12) eines Kältemittelkreislaufs (10) und insbesondere das Kühlelement als Verdampfer (11) eines Kältemittelkreislaufs (10) ausgebildet ist.

   Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das in der Injektionseinheit (7) injizierte Wasser, insbesondere mittels eines Wärmetauschers, vor der Injektion, insbesondere auf eine Temperatur zwischen 0 °C und 120 °C, vorgewärmt und/oder auf einen Überdruck, insbesondere von 1 bis 10 bar, gebracht wird.

   Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass mittels, insbesondere zwischen dem Innenrohr (3) und dem Gehäuse (1) oder im Mischbereich (8) angeordneten, Leitschaufeln (9), der zweite Teilluftstrom (5b) mit dem ersten Teilluftstrom (5a) in der Mischkammer (8) zur besseren Durchmischung

   verwirbelt wird.

   Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des ersten Luftstroms (5a) derart erhöht wird, dass dieser bei Eintritt in die Mischkammer (8) eine Temperatur von 10 bis 55 °C aufweist.

   Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenstrom des zweiten Teilluftstroms (5b) größer als der Volumenstrom des ersten Teilluftstroms (5a) ist.

   Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des zweiten Teilluftstroms (5b) bei Eintritt in die Mischkammer (8) zwischen +4 °C und -40 °C beträgt.

   Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzahl von Sensoren vorgesehen ist, mit denen die Temperatur, Luftfeuchtigkeit und/oder der Druck im Luftstrom (5) und/oder den Teilluftströmen (5a, 5b) und/oder in der Mischkammer (8) erfasst und einer Regel- und Steuereinheit zugeführt werden, wobei mittels der Regel- und Steuereinheit die Prozessparameter, und vorzugsweise die Drehzahl des Kompressors (13) des Kältemittelkreislaufs (10) oder die zugeführte Wassermenge anhand der durch die Sensoren ermittelten Daten eingestellt und

   optimiert werden.

   Vorrichtung, insbesondere Schneekanone, zur Erzeugung von Schnee, insbesondere nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, umfassend

   12.

   - ein rohrähnliches, insbesondere zylindrisches, Gehäuse (1) das an beiden Seiten

   zumindest teilweise offen ist,

   - einen Ventilator (2) der im Bereich einer Öffnung des Gehäuses (1) angeordnet ist,

   und

   - eine Injektionseinheit (7), mit der Wasser in die Vorrichtung, insbesondere im zerstäubten Zustand eingebracht werden kann,

   dadurch gekennzeichnet, dass

   - die Vorrichtung ein Innenrohr (3) aufweist, das innerhalb des Gehäuses (1),

   insbesondere koaxial zum Gehäuse (1), derart angeordnet ist, dass ein durch den

   Ventilator (2) in das Gehäuse (1) eingebrachter Luftstrom (5) in zumindest zwei Teile

   teilbar ist, sodass ein erster Teilluftstrom (5a) des Luftstroms (5) durch das Innenrohr

   (3) geführt und/oder geleitet wird und ein zweiter Teilluftstrom (5b) des Luftstroms (5)

   über einen in Umfangsrichtung der Achse (4) des Gehäuses (1) zwischen dem

   Gehäuse (1) und dem Innenrohr (3) liegenden Kältebereich (6) geführt und/oder

   geleitet wird,

   - wobei die Injektionseinheit (7) innerhalb des Innenrohrs (3) angeordnet ist, sodass

   Wasser in das Innerohr (3) eingebracht werden kann,

   - wobei die Vorrichtung zumindest ein Heizelement aufweist,

   - wobei das Heizelement innerhalb des Innenohrs (3) zur Erwärmung des ersten Teilluftstroms (5a) angeordnet ist,

   - und wobei die Vorrichtung einen dem Innenrohr (3) in Strömungsrichtung der Teilluftströme (5a, 5a) nachgelagerten Mischbereich (8) aufweist in dem der erste Teilluftstrom (5a) und der zweite Teilluftstrom (5b) zusammenführbar und vermischbar und als übersättigter Luftstrom (5c) aus der Vorrichtung ausbringbar sind.

   Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ein Kühlelement aufweist, wobei das Kühlelement im Kältebereich (6) zwischen dem Gehäuse (1) und dem Innenrohr (3) angeordnet und der zweite Teilluftstrom (5b) mittels des Kühlelements abkühlbar ist.

   Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die

   Vorrichtung zumindest einen Kältemittelkreislauf (10) aufweist, der zumindest einen

   Kondensator (12), und insbesondere einen Verdampfer (11), umfasst,

   - wobei das Heizelement als Kondensator (12) des Kältemittelkreislaufs (10) ausgebildet, und

   13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Injektionseinheit (7) derart ausgebildet ist, dass die Wassermenge verstellbar ist, wobei die Injektionseinheit (7) insbesondere im Innerohr (3) in Strömungsrichtung des ersten Luftstroms (5a) nach dem Kondensator (12) / Heizelement angeordnet ist.

   14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine, insbesondere elektrische oder mittels eines Fluids, insbesondere Kältemittels, gespeiste, Enteisungsanlage (15) aufweist, die insbesondere an der Innenwand des Gehäuses (1) angeordnet ist, wobei besonders bevorzugt die Enteisungsanlage (15) derart mit der Heißgasleitung (32) des Kältemittelkreislaufs (10) verbunden ist, dass Wärme durch die Heißgasleitung (32) der Enteisungsanlage (15) zuführbar ist.

   15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung, insbesondere verstellbare, Leitschaufeln (9) aufweist, die in dem Kältebereich (6) zwischen Gehäuse (1) und Innerohr (3) und/oder, insbesondere im Bereich des Ausgangs der Mischkammer (8), in der Mischkammer (8) angeordnet sind.

   16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Anzahl von Sensoren umfasst, wobei die Sensoren derart in der Vorrichtung angeordnet sind, dass die Temperatur, Luftfeuchtigkeit und/oder der Druck im Luftstrom (5) und/oder den Teilluftströmen (5a, 5b) und/oder in der Mischkammer (8) erfassbar sind, wobei die Vorrichtung weiters eine Regel- und Steuereinheit aufweist, wobei die Regel- und Steuereinheit derart ausgebildet ist, dass die Prozessparameter, insbesondere die Temperatur in dem Innenrohr (3) und/oder im Kältebereich (6), der Vorrichtung, und/oder die zugeführte Wassermenge und/oder gegebenenfalls die Drehzahl des Kompressors (13) anhand der durch die Sensoren ermittelten Daten einstellbar sind.

   17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das

   Verhältnis von Länge (L) des Gehäuses (1) zum Durchmesser (D) des Gehäuses (1) zwischen D/L= 1/7 bis D/L = 1/0,5 beträgt.