Verfahren zur Herstellung mindestens eines Eisblockes und Eiserzeugungsanlage zur Durchführung des Verfahrens. Gegenstand der Erfindung ist ein Verfah ren zur Herstellung mindestens eines Eisblok- kes durch Gefrieren einer Flüssigkeit in min destens einer Eiszelle durch Verdampfung eines Kühlmittels bei einer unterhalb des Ge- i.'rierpunktes der Flüssigkeit liegenden Tem peratur. Im nachfolgenden soll der Ausdruck Eis nicht nur für aus Wasser Gefrorenes, sondern auch für Gefrorenes aus andern Flüs sigkeiten, wie z. B. Fruchtsäften, gelten.
Bis jetzt hat man bei der Durchführung dieses Verfahrens das Kühlmittel nur in einem die Eiszelle umgebenden Verdampfungsraum verdampft. Da sich das Eis zuerst an den gekühlten Wänden der Zelle bildet und dann als schlechter Wärmeleiter die Abgabe von Wärme von der noch angefrorenen Flüssig keit an diese Zellenwände behindert, dauert das Ausfrieren eines Blockes verhältnismässig lange.
Das erfindungsgemässe Verfahren erlaubt, den Eisblock in wesentlich kürzerer Zeit aus zufrieren. Es ist dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittel, statt in einem die Eiszelle um gebenden äussern Verdampfungsraum oder zu sätzlieh ausser in einem solchen, innerhalb der Eiszelle in mindestens einem in die Flüssig keit eintauchenden rohrförmigen Innenver dampfer verdampft wird.
Die nach dem erfindungsgemässen Verfah ren hergestellten Eisblöcke bestehen, wie Ver suche erwiesen haben, aus Eis von anderer Struktur, als wenn sie infolge der Kühlung von einem äussern Verdampfungsraum von den Zellenwänden her gewachsen wären. Es liegt auf der Hand, dass sieh die Berührungs fläche zwischen dem Eis und der angefro renen Flüssigkeit beim M'achstum der Eis schicht von den Zellenwänden her verkleinert und bei ihrem Wachstum von einem Innen verdampfer her vergrössert; ferner ist die Ausdehnung des Eises quer zur Wachstums richtung im ersten Fall beschränkt, im zwei ten Fall wesentlich freier. Bezogen auf die Flächeneinheit der Zellenwand- bzw.
Innen verdampfer-Oberfläche wird im zweiten Fall viel mehr Eis erzeugt als im ersten, so dass die zum Gefrieren eines gleichen Eisblockes erforderliche Zeit beim erfindungsgemässen Verfahren gegenüber dem bekannten Ver fahren mit blosser Aussenkühlung der Zelle viel kürzer ist, als sich etwa auf Grind der massgebenden Wandfläche erwarten liesse.
Ver suche zeigen, dass bei gleichzeitiger Verwen dung eines die Zelle umgebenden äussern Ver- dampfungsraumes und eines rohrförmigen Innenverdampfers selbst von sehr kleiner Mantelfläche die zum Gefrieren eines Eisblok- kes benötigte Zeit nur etwa 40 % der Zeit beträgt, die ohne diesen Innenverdampfer notwendig wäre. Werden mehrere Innenver dampfer verwendet (z. B. in einer Zelle von quadratischem Querschnitt deren fünf, die über den Zellenquerschnitt gleich verteilt sind wie die fünf Augen eines Würfels über die entsprechende Seitenfläche dieses Würfels), so ist der äussere Verdampfungsraum prak tisch entbehrlich.
Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Eiserzeugungsanlage zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens mit minde stens einer Eiszelle zur Aufnahme von Flüs sigkeit, die zu einem Eisblock gefroren wird: Diese Anlage ist dadurch gekennzeichnet, dass in die Eiszelle mindestens ein rohrförmiger Innenverdampfer senkrecht von oben hinein ragt.
In den Zeichnungen ist ein Ausführungs- beispiel der erfindungsgemässen Eiserzeu- glingsanlage dargestellt. Nachfolgend wird auch das Verfahren nach der Erfindung bei spielsweise erläutert.
Fig. 1 zeigt schematisch eine Seitenansicht einer Anlage zur Eiserzeugung; Fig. 2 zeigt eine Draufsicht der Anlage, bei der eine Batterie mit den Eiszellen zur Auf nahme von Flüssigkeit. im Querschnitt wieder gegeben ist; Fig. 3 zeigt eine Stirnansicht der Batterie ohne die Anlage zur Kälteerzeugung; Fig. 4 zeigt. in grösserem Massstab einen Querschnitt durch eine Batterie von Formen zur Herstellung von Blockeis; Fig. 5 zeigt eine Teilansicht der Umschalte mittel für das Kühlmittel.
Gemäss Fig. 1 weist die Anlage einen Tragrahmen auf, der allgemein mit 5 be zeichnet ist, und der im Abstand vom Boden eine Batterie von Eiszellen zur Aufnahme der zu erstarrenden Flüssigkeit trägt; diese Bat terie ist. allgemein mit 6 bezeichnet. Sie weist eine Mehrzahl von einzelnen, im Abstand von einander angeordneten Eiszellen auf, in wel chen eine Flüssigkeit zum Erstarren gebracht wird und welche im Querschnitt beliebig, z. B. quadratisch (Fig. 2) oder rechteckig (Fig. 4) ausgebildet sein können. Zweckmässig ist jede der Zellen sich nach unten etwas erweiternd ausgebildet.
Die einzelnen Zellen der Batterie, von denen eine mit 7, eine zweite mit 7a und eine dritte mit 8 bezeichnet ist, sind jeweils von Hohlräumen 9 umgeben, in welchen ein flüssig eingeführtes Kühlmittel die einzelnen Zellen von den Seiten hex umspülen und ver- dampfen kann und welche den Verdampfer bilden. Wie allgemein in den Fig. ? und 1 angedeutet ist, können diese Hohlräume 9 mit Rippen versehen sein, welche z. B. nicht dar gestellte Löcher aufweisen. Diese Rippen kön nen auch nach Sehraubeiilinien verlaufen, um für eine- gleichmässige Umspülung der einzel nen Zellen Sorge zu tragen.
Diese Leit- oder Lenkmittel für ein Kühlmittel sind in den Fig. 2 und 4 allgemein mit 10 bezeichnet. Die Batterie von Zellen und die Räume 9 für das Kühlmittel. sind an den Seiten von einem Isoliergehätase umschlossen, das allgemein mit. 11 bezeichnet ist. Diese zusätzliche Isolation der Batterie dient dazu, eine unerwünschte Wärmeaufnahme des Kühlmittels aus der umgebenden Atmosphäre ztt verhindern.
Jede Zelle steht. mit. jeder der benachbar ten Zellen durch zwei durch die Räume 9 hindurchgeführte Leitungen in Verbindung, wobei die eine Leitung 44 die obern Teile und die andere Leitung 15 die untern Teile zweier benachbarter Zellen miteinander verbindet. Die einzelnen Zellen der ganzen Batterie ste hen also miteinander in offener Verbindung. Jede Zelle ist oben durch einen Deckel 12 ab geschlossen. Der Deckel 12a. der Zelle 7a. weist einen Stutzen auf, der durch eine vorzugsweise biegsame Leitung 13a. über ein Absperrventil 14a an eine Zuleitung 15 für die zu ge frierende Flüssigkeit angeschlossen ist.
Diese Zuleitung kann entweder, wenn es sieh um die Herstellung von Wassereis handelt, unmittel bar aus einer Wasserleitung gespeist werden, oder es kann ein in der Zeichnung nicht dargestellter hochliegender Behälter\ vorge sehen sein, aus dem die Leitung 15 mit Flüs sigkeit beschickt wird und aus dem diese Flüssigkeit durch ihr Eigengewicht. in die Zelle 7a und weiter in jede der Zellen 7, 8 fliesst..
Nach einer in Fig. 1 strichpunktiert ein-, getragenen Variante kann für jede der Zellen eine besondere von der Leitung 15 ausgehende Anschlussleitiing 13 Lind ein besonderes Ab sperrventil 1.41 vorgesehen sein; es kann auch über jedem der Ventile 11 ein besonderer Vorratsbehälter zur Speisung der betreffen- den Zelle angeordnet sein, z. B. wenn gleich zeitig verschiedene Fruchtsäfte zu Eis ver arbeitet werden sollen. In diesem Falle fallen die Verbindungsleitungen 44, 45 zwischen den einzelnen Zellen weg.
.rede der Zellen besitzt ausserdem, wie aus Gründen der Cbersiehtlichkeit nur für die eine Zelle 7 dargestellt ist, in ihrer Längsachse einen zusätzlichen Kühlmittelverdampfer. Er besteht aus einem im Deckel 12 befestigten Mantelrohr 46, das bis in die Nähe des untern Endes der Zelle hinabragt, nach unten koniseh verjüngt und an seinem Unterende . durch einen Boden geschlossen ist. In der Achse dieses -Mantelrohres verläuft ein Flüssigkeits rohr 47 von kleinerem Durchmesser, dessen offenes Ende etwas oberhalb des Abschluss- bodens des Mantelrohres liegt. Bei länglichem, z.
B. gemäss Fig. 4 rechteckigem Querschnitt ,der Zellen können in jede von diesen auch zwei oder mehr derartige zusätzliche Verdamp fer eingebaut werden.
.Jede Zelle ist. mit. einem Boden versehen, der, wie in Fig. 3 gezeigt, als Schwenkboden <B>,</B> -ius.. -ebildet ist. Der Boden ist. bei 16a. ver- schwenkbar gelagert und besteht aus einem zweiarmigen Hebel, dessen einer Arm 18 die Zelle verschliessen kann, während der andere Arm 16 ein Gegengewicht 17 trägt.
Unterhalb der Zellen der Batterie ist ein allgemein mit 19 bezeiehnetes Gestell vorge sehen, das Sehrägrutschen 20 und 21 aufweist, durch welche die Blöcke aus einer senkrech ten. Lage in eine annähernd waagrechte Lage durch Schwerkraft bewegt werden können, wie in Fig. 3 links in gestrichelten Linien darge stellt ist. Zu diesem Zweck sind an den Rut- sehen 20 und 21 Endanschläge 22 und 23 vor gesehen.
Die Räume 9 des Verdampfers stehen am Boden mit einer Zuführungsleitung 26 (Fig. 1) in Verbindung, während am obern Ende der Batterie eine Leitung 27 zum 'Niregführen des verdampften Kühlmittels vorgesehen ist. Zur gleichmässigen Verteilung des Kühlmittels in die einzelnen, die Zellen jeweils umgebenden Räume können unten bzw. oben von der Zu- führungsleitung 26 ausgehende bzw. in die abgehende Leitung 2 7 mündende Zweigleitun gen (nicht dargestellt) vorhanden sein.
Die ; Zuleitung 26 für ein Kühlmittel steht mit einer Leitung 30 in Verbindung, die zu einem Abscheider 31 zur Trennung des flüssigen und des verdampften Kühlmittels führt. Der Abscheider 31 steht auch mit der obern Lei tung 27 zum Wegführen des Kühlmittels in Verbindung. Von der Leitung 30 geht ferner ein Rohr 28 nach unten in einen Aufnahme behälter 29, wobei das Rohr 28 bis nahe an den Boden des Behälters 29 geführt ist. An < dem Abscheider 31 und der Leitung 30 ist eine Abzweigleitung mit einem Schauglas 32 ange schlossen, durch das die Höhe der Kühlflüssig keit innerhalb der Batterie jeweils kontrolliert werden kann.
(Ansetzen von Schnee in Höhe c der Kühlflüssigkeit.) Das untere Ende der Leitung 30 und somit auch die Zuführungs leitung 26 sind über ein sich nach diesen Lei-, tungen hin öffnendes selbssttätiges Rück schlagventil 33 an eine Leitung 34 angeschlos sen, die vom Kondensator einer nicht darge stellten, einen Kompressor umfassenden Ver- dampfungs-Kälteanlage herkommt. Ferner mündet eine absperrbare Druckausgleichslei- tung 35, die insbesondere zur Beendigung des ;
weiter unten beschriebenen Abtauvorganges geöffnet werden kann, oben in den Aufnahme behälter 29. Der Abscheider 31 kann mit einer gegebenenfalls mehrere Batterien bedienenden Saug-Sammelleitung 36 verbinden werden, c während eine Verteilleitung 37 der Batterie bzw. den Batterien heisses, gasförmiges Kühl mittel vom Kompressor unter Umgehung des Kondensators zuführen kann.
Mit Hilfe einer Umsteuervorrichtung 38, die beispielsweise ein f Vierweghahn sein kann, wird nach den An forderungen der jeweiligen Betriebsphase der Abscheider 31 entweder mit der Sammel leitung 36 oder mit der Verteilleitung 37 ver bunden, wobei im letzteren Fall gleichzeitig eine Verbindung von der Verteilleitung 37 zur Druckausgleiehleitung 35 hergestellt wird.
Bei den zusätzlichen Verdampfern im In nern jeder Zelle sind die Mantelrohre 46 durch ein Sammelrohr 48 miteinander verbunden, das wie das Ableitungsrohr 27 des Hauptver dampfers in den Abscheider 31 führt. Die innern Flüssigkeitsrohre 47 der zusätzlichen Verdampfer sind unter sich durch eine im Innern des Sammelrohres verlaufende Verteil- leitung 49 verbunden, die zweckmässig in nicht gezeichneter Weise von der Zuführtmgsleitung 26 für das flüssige Kühlmittel abzweigt.
Nahe dem Boden einer Zelle der Batterie ist ein Thermostat 25 (Fig. 3) vorgesehen, welcher über eine Leitung z. B. mit einem Solenoidventil 39 verbunden ist, durch das das Ventil 14a bzw. die Ventile 14 geöffnet werden können. Ferner ist am obern Ende einer oder mehrerer Zellen ein Thermostat 40 vorgesehen, der z. B. mit einem Solenoid- ventil 41 zum Schliessen des Ventils 14a bzw. der Ventile 14 in Verbindung steht.
Ferner ist in der Mitte einer oder mehrerer Zellen oben ein Thermostat 24 befestigt, wel cher mit einem schematisch dargestellten So lenoidventil 42 in Verbindung steht, durch dessen Betätigung der Abtauvorgang gemäss nachfolgender Beschreibung eingeleitet wer den kann. Wie insbesondere aus Fig. 3 er sichtlich ist, arbeitet mit dem beweglichen Boden 16, 18 der einzelnen Zellen ein schema tisch dargestellter Impulsgeber 43 zusammen, der dazu dient, nach Beendigung des Abtau- v organges und nach Herausfallen der ge frorenen Blöcke das Einleiten von Kühlmittel in die Batterie wieder einzuleiten.
Die beschriebene Anlage arbeitet wie folgt: Es sei angenommen, dass in der Batterie keine Eisblöcke vorhanden sind, und der Bo den bzw. die Böden 18 sich in der in Fig. 3 links dargestellten Schliesslage befinden. In dieser Phase wird von dem Kompressor der Kühlanlage über die Druckleitungen 34, das Riiekschlagventil 33 und die Leitung 26 Kühl mittel von unten her in die Räume 9 einge lassen, wodurch die Temperatur absinkt. Da durch werden die Böden 18 zufolge an ihnen anhaftender Feuchtigkeit an die einzelnen Zel len angefroren. Gleichzeitig wird in die Rohr verdampfer 46 durch die Flüssigkeitsleitun- gen 49 und 47 flüssiges Kühlmittel in das Innere des Mantelrohres 46 eingespritzt.
Durch Temperatursenkung spricht dann der Thermo stat 25 an und öffnet über die Steuereinrieh- t..ung 39 das bzw. die Ventile 14, so dass Flüs sigkeit aus der Sammelleitung 15 über das Ventil 14a. und die Leitungen 13a, 44 und 45 bzw. die Ventile 14 und die Leitungen 13 in die einzelnen Zellen eingeführt wird. Es ist möglich, für die gleichmässige Verteilung der Flüssigkeit in die einzelnen Zellen Ver teilungseinrichtungen (nicht dargestellt) vor zusehen, die beispielsweise die Form einer Brause annehmen können. Auf diese Weise werden die Zellen bis zu der Linie x-x (Fig. 1 und 3) mit. Flüssigkeit. gefüllt.
Bei Erreichen des Flüssigkeitsspiegels x-x spricht der Thermostat 40 an und steuert über das Solenoidventil 41 das Ventil 14a bzw. die Ventile 14 im Schliesssinne, so dass die Zufuhr der zu gefrierenden Flüssigkeit selbsttätig abgesperrt wird. Durch das weitere Einführen von Kühlmittel, beispielsweise Ammoniak, das dann zufolge Wärmeaustausches mit der in den Zellen befindlichen Flüssigkeit verdampft, werden die einzelnen Flüssigkeitssäulen zum Erstarren gebracht, wobei die Flüssigkeit in Bewegung gehalten werden kann.
Kühlmittel dämpfe, gegebenenfalls im Gemisch mit un d erdampftem Kühlmittel werden durch die obere Leitung 27 und die Sammelleitung 48 weg- und in den Abscheider 31 hineingeführt. Die Dämpfe gehen dann über die Saugsam- melleitung 36 zum Kompressor der Kälte anlage zurück, während das im Abscheider 31 ausgeschiedene flüssige Kühlmittel über die Leitung 30 nach unten fliesst. Die Kühl mitteldämpfe werden dann in bekannter Weise in der Kälteanlage wieder verflüssigt und gelangen in flüssigem.
Zustand über die Leitung 34, das Rückschlagventil 33 und die Zuführungsleitung 26 sowie über die Flüssig keitsleitungen 49 und 47 wieder in die Ver- dampfungsräume der Batterie. Dieser Kreis lauf wird fortgesetzt, bis die innerhalb der Zellen befindliche Flüssigkeit gefroren ist.
Der Thermostat 24 ist so angeordnet, dass sein Ende gerade in der Höhe der Endgefrier- stelle der Flüssigkeit liegt, die bekanntlich zuletzt oben gefriert, weil sich hier z. B. bei Wasser die Salze des Wassers und die Un- reinigkeiten sammeln. Das Salz enthaltende Wasser braucht zum Gefrieren eine niedrigere Temperatur, und in dem Augenblick, in dem die Gefriertemperatur erreicht wird, spricht der Thermostat 24 an und steuert über das Solenoidventil 42 die Umsteuereinrichtung 38.
Dadurch wird die Zufuhr an flüssigem Kühl mittel abgesperrt und gleichzeitig warmes, gas förmiges Kühlmittel vom Kompressor durch die Verteilleitung 37, den Abscheider 31 und die Leitung 27 in die Räume 9 sowie über die Sammelleitung 48 in die Mantelrohre 46 der zusätzlichen Verdampfer hineingedrückt, während das im Augenblick des Umsehaltens noch in den Räumen 9 bzw. in den zusätzlichen Verdampfern befindliehe flüssige Kühl mittel über die Leitung 26 bzw. die Leitungen 4 7 und 49 und die Leitung 28 in den Auf nehmer 29 hineingeleitet wird.
Da anderseits der in der Verteil.leitung 37 herrschende Gas druck über die Druckausgleichsleitung 35 im Aufnehmer 29 wirksam wird, füllt sich der Aufnehmer 29 mit flüssigem Kühlmittel ledig lich naeh Massgabe der Druckänderung im letzteren.
Beim Herausdrücken des flüssigen Kälte mittels aus den Räumen 9 in die Leitung <B>2</B>6,<B>28</B> schliesst sich das Rückschlagventil 33 selbsttätig, so dass das flüssige Kältemittel in den Aufnehmer 29 eintreten muss, ohne dass ein Rückfliessen flüssigen Kältemittels zum Kompressor stattfinden kann. Durch die Ein führung der erwärmten Kühlmittelgase in die Räume 9 wird ein Abtauvorgang vorgenom men, so dass die in den einzelnen Zellen 9 be findlichen Eisblöcke von ihren Wandungen abgetaut. werden.
Zugleich wird dadurch der Boden 18 abgetaut, und die Schwerkraft der Eisblöeke drückt den Schwenkboden 16, 18 nach unten (Fig. 3 rechts), so dass die heraus fallenden Eisblöcke von den Rutschen 20 und 21 aufgefangen und dann auf ihre waagrech ten bzw. etwas schrägliegenden Tische ge führt werden (Fig. 3, links). Wie bereits angedeutet, wird die Schwenk bewegung des Bodens 16, 18 ausgenutzt, um einen Impuls zum Wiedereinleiten von flüs- ; sigem Kühlmittel in die Batterie. auszulösen.
Nach der dargestellten Ausführungsform schlägt der Boden 18 gegen den schematisch angedeuteten Impulsgeber 43, durch den die Umsteuereinrichtung, hier das Vierwegventil ; 38, in ihre ursprüngliche Stellung zurück bewegt wird. Durch den Druck des Gaskissens in der Druckausgleichleitung 35 und im ober sten Teil des Aufnahmebehälters 29 sowie des innerhalb dieses Aufnahmebehälters verdamp fenden Kühlmittels wird das unverdampfte Kühlmittel allmählich durch die Leitung 28 in das Rohr 30 gefördert.
Das Rückschlag ventil 33 öffnet sich, und der Kompressor der Kälteanlage arbeitet wieder wie oben beschrie ben, das heisst der Kühlmittelkreislauf über die Zuführungsleitung 34, das Rückschlag ventil 33 und die Leitung 26 beginnt von neuem. Bei Einführen des Kühlmittels unten in die Gefrieranlage wird zufolge der anhaf tenden Feuchtigkeit der Boden 16, 18 sofort wieder angefroren, und dann wird der vorher beschriebene Arbeitszyklus mit dem Öffnen und Schliessen des Ventils 14a bzw. der Ven tile 14 usw. wiederholt.
Es ist natürlich auch möglich, den Impuls zum Öffnen und Schliessen des bzw: der Ven tile 14 statt von dem Thermostaten 25 über eine Steuereinrichtung 39 von der Bewegung des verschwenkbaren Bodens 16, 18 abzulei- i ten, so dass kurz nachdem der Boden die Schliessstellung wieder eingenommen hat und angefroren ist, das Einführen von Flüssig keit in die einzelnen Zellen beginnt.