Verfahren zur Herstellung gefrorener Blöcke und Einrichtung zur Durch führung des Verfahrens. Gegenstand der Erfindung ist ein Verfah ren zur Herstellung gefrorener Blöcke aus einer Flüssigkeit, zum Beispiel Süsswasser, Seewasser, Fruchtsäfte usw., in mindestens einer Gefrierzelle. .
Bei bekannten Verfahren dieser Art zur Herstellung von gefrorenen Blöcken wird die Flüssigkeit in der Zelle dadurch zum Gefrie ren gebracht, dass man in einem die Zelle um gebenden Mantel oder Behälter ein flüssiges liühlmittel, zum Beispiel Sole, zirkulieren lässt, das der Flüssigkeit Wärme entzieht. Der Gefriervorgang dauert lange, weil die sieh an den Wänden der Zelle bildende Gefrier- schicht als Isolierschicht. wirkt und den Wärmeübergang vom innern Teil der Flüssig keit an die Zellenwände erschwert.
Zur Ver- ininderang dieses Nachteils ist schon vorge schlagen worden, m einem Kühlrohr im Innern der Zelle ein flüssiges Kühlmittel zir kulieren zu lassen. Dieses vermag aber nur geringe Wärmemengen abzuführen. Zudem müssen gemäss diesem Vorschlag der gefro rene Block, die Zelle und das Kühlrohr nach Beendigung des Gefriervorganges zusammen in ein Abtaugefäss getaucht werden, um den ge frorenen Block von der Zelle und dem Kühl rohr zu lösen.
Aus wirtschaftlichen Gründen kann der gefrorene Block bei diesem -Lunständ- lichen Verfahren nur so weit unterkühlt werden, dass seine Temperatur schliesslich nur noch wenig unter dem Gefrierpunkt liegt; überdies weist der gefrorene Block an der Stelle, wo sich das Kühlrohr befand, ein Loch auf, das unerwünscht ist, aber selbst in einem besondern Gefriervorgang nur schwer zu gefroren werden kann.
Diese Nachteile werden gemäss dem Ver fahren nach der Erfindung dadurch ver mieden, dass ein Kältemittel, dessen Siede punkt niedriger ist als der Gefrierpunkt der Flüssigkeit, in mindestens einem rohrförmi- gen, im Gefrierraum der Zelle angeordneten Verdampfer durch die von der Flüssigkeit abgegebene Wärme verdampft wird, bis die Flüssigkeit infolge dieser Wärmeabgabe .zu einem Block gefroren und dieser auf eine Temperatur unterkühlt .
wird, welche - ihm nach seinem Ausbringen aus der Gefrierzelle erlaubt, die ganze Wärme, die beim Gefrieren einer das vom rohrförmigen Verdampfer im Block zurückgelassene Loch füllenden Flüs- sigkeitsmenge frei wird, aufzunehmen, ohne selbst aufzutauen. Eine zusätzliche Kühlung der Gefrierzelle kann in bekannter Weise durch Zirkulation bzw.
Verdampfung eines Kältemittels in einem die Zelle umgebenden Mantel oder Behälter erfolgen; es kann aber auch auf diese zusätzliche Kühlung verzichtet werden.
Die Erfindung betrifft ferner eine Ein richtung zur Durchführung 'des Verfahrens. Diese Einrichtung umfasst mindestens eine G efrierzelle und einen von Kältemittel durch strömten Flüssigkeitsabsehelder, in welchem sich ein Teil des durchströmenden Kälte- mittels niederschlagen und unter Bildung eines, Flüssigkeitsspiegels sammeln kann.
Sie ist dadurch gekennzeichnet, dass in der Ge- frierzelle mindestens ein von oben in sie hin einragender Verdampfer angeordnet ist, der von einem unten geschlossenen, mit dem ober- iialb des Flüssigkeitsspiegels gelegenen. Teil des Flüssigkeitsabscheiders in Verbindung stehenden Mantelrohr und einem in diesem angeordneten, unten offenen,
mit dem unter halb des Flüssigkeitsspiegels gelegenen Teil des Flüssigkeitsabscheiders in Verbindung stehenden Einspritzrohr gebildet wird, wobei das offene untere Ende dieses Einspritzrohres tiefer liegt als der genannte Flüssigkeits- spiegel: Die Zeichnung zeigt schematisch ein Aus führungsbeispiel der erfinidungsgemässen Ein richtung, wobei diese einen Teil einer im übri gen nicht dargestellten Eiserzeugungsanlage bildet.
An Hand der Zeichnung wird auch das den Gegenstand der Erfindung bildende Verfahren beispielsweise beschrieben.
Die Eiserzeugungsanlage umfasst vorzugs weise eine Mehrzahl von doppelwandigen Eis zellen, die senkrecht nebeneinander angeord- net sind und von denen eine gezeigt und mit 1 bezeichnet ist. Oben imd unten ist diese Zelle offen; nur der Zwischenraum zwischen Innen wand 2 und Aussenwand 3 der Zelle, der .einen Ringraum 4 bildet, ist allseitig geschlossen.
An seiner tiefsten Stelle ist dieser Ringraum 4 än eine Zuleitung 5 für ein Kältemittel, z. B. Ammoniak, angeschlossen, dessen Siede, Punkt bei dem jeweils im Ringraum 4 herr- sehendsen Druck niedriger ist als der vom Wasser, aus der die Eisbläeke hergestellt wer den sollen.
Die Zuleitung 5 ist über ein Dros selventil an einen Kondensator angeschlossen. Das obere Ende des Ringraumes 4 steht über eine Leitung 6 mit einem Flüssigkeitsabschei- der 7 in Verbindung, und zwar mündet diese Leitung 6 so weit oberhalb ides Bodens, 8 in den Abscheiden 7 ein,
dass das sich während des Betriebes unten im Abscheider 7 sammelnde flüssige Kältemittel nicht iu. sie überläuft.
Das obere Ende des Flüssigkeitsabseheiders 7 ist durch eine Saugleitung 9 mit dem, Einlass eines Kompressors verbinden,
der dass verdampfte Kältemittel wieder in dien. Kondensator fördert. Überdies ist eine von einem Absperr organ .gesteuerte Verbindung zwischen der Druckseite des Kompressors und der Saug leitung 9 vorhanden, um in diese vorüber gehend unter Umgehung des Kondensators warmes gasförmiges Kühlmittel fördern zu können.
In den Gefrierraum 11 der Zelle ragt von oben ein Verdampfer, der von einem Mantel rohr 14 und einem im Innern dieses: Mantel robres angeordneten Einspritzrohr 15 gebil det wird. Das Mantelrohr 14 ist unten mit.
einem Boden 16 gegen den Gefrierraum 11 geschlossen" während :es oben durch eine Lei- tun@g 17 mit dem oberhalb des Flüssigkeits- spiegels 13 gelegenen Teil des vom Abschei- der 7 gebildeten Raumes in Verbindung stellt. Sind in einer Zelle mehrere Verdampfer vor handen und/oder umfasst die Anlage mehrere Zellen, so.
werden mehrere oder nur eine Lei tung 17 vorgesehen, je nachdem eine solche Leitung zur Verbindung einzelner oder aller Verdampfer sder Anlage mit dem Abscheider 7 dient.
Das Einspritzrohr 15 ist unten offen, und zwar liegt sein offenes unteres Ende 18 wenig oberhalb des Bodens, 16 des Mantel roteres 14, Faber tiefer .als der Flüssigkeits- spiegel 13 im Abscheider 7.
Oben ist das Ein- spritzrohr 15 im Innern des die Leitung 17 bildenden Rohres an eine Zuleitung 19 ange schlossen, die ebenfalls mehreren Verdamp fern gemeinsam sein kann. Diese Zuleitung hat ihren Anfang 20 in nächster Nähe des Bodens 8 des Abs.cheiders 7, unterhalb des Flüssigkeitsspiegels 13,
und ist von da auf wärts in die Leitung 17 hinein geführt. Das Einspritzrohr 15 des betrachteten Verdamp fers steht somit über die Zuleitung 19 mit dem unterhalb des Flüssigkeitsspiegels 13 ge legenen Teil des Abscheiderraumes 7 in Verbindung.
Da. das offene untere Ende 18 des Ein- spritzrohres 15 tiefer liegt als der Flüssig keitsspiegel 13, die Zuleitung 19 dagegen in die oberhalb dieses Flüssigkeitsspiegels aus mündende Leitung 17 hineingeführt ist, bil- den die Zuleitung 19 und das Einspritzrohr 15 zusammen einen Heber:
Solange dieser mit flüssigem Kältemittel: gefüllt ist und der Flüssigkeitsspiegel 13 oberhalb des Anfanges 20 der Zuleitung 19 steht, wird flüssiges Kältemittel über diese Zuleitung 19 und das Einspritzrohr 15 durch das offene Ende 18 des letztern in das Mantelrohr 14 ausfliessen oder -spritzen.
Beim Betrieb der Eiserzeugungsanlage strömt vom Kondensator flüssiges Kältemittel durch die Zuleitung 5 in den Ringraum 4 und verdampft in diesem unter Wärmeaufnahme. Ebenso verdampft das, durch das Einspritz- rohr 15 in das Mantelrohr 14 eingespritzte flüssige Kältemittel unter Aufnahme von Wärme aus,dem Gefrierraum 11.
Vom Ring raum 4 wird das verdampfte Kältemittel, das auch noch flüssige Kältemittelteilchen mit reisst, durch die Leitung 6 in den Abscheider 7 abgeführt. Dort schlagen sich die mitgeris senen flüssigen Kältemittelteilehen an den Abscheiderwänden nieder, fliessen an diesen nach unten und sammeln sich über dem Boden 8 des Abscheiders 7, wobei ein Flüssigkeits spiegel 13 gebildet wird.
Das verbleibende gasförmige Kältemittel wird vom Kompressor durch die Saugleitung 9 abgesaugt, unter Er wärmung verdichtet und in den :Kondensator gedrückt, wo es durch Abkühlen wieder ver flüssigt wird und dann erneut durch die Zu leitung 5 in .den Ringraum 4 gelangt.
Da im Mantelrohr 14 verdampfte Kältemittel wird am obern Ende des Mantelrohres durch die Leitung 17, den obern. Teil des Abscheiders 7 und die Saugleitung 9 zusammen mit dem im Ringraum 4 verdampften Kältemittel durch den Kompressor abgesaugt.
Sobald die Eiszelle eine Temperatur er reicht, die niedriger ist als der Gefrierpunkt des zu gefrierenden Wassers, wird die Zelle unten durch Anlegen eines Bodens 10 ge- schlossen und der von. der Wand 2 umschlos- sene Gefrierraum 11 der Zelle mit dem zu gefrierenden Wasser gefüllt; :dieses fängt augenblicklich an, zu gefrieren, wobei es den unten angelegten Boden fest und dicht mit dem untern Rand der Zelle verbindet.
Sobald das im Gefrierraum 11 der Zelle enthaltene Wasser vollständig gefroren ' ist, w ird ,die Saugleitung 9 vorübergehend mit der Druckseite des Kompressors verbunden, so dass heisses gasförmiges Kältemittel über die Leitung 9, den Abscheider 7 und die Leitung 6 in den Ringraum 4 zurückströmt.
Dadurch kommt die Innenwand. 2 der Zelle :auf eine. Temperatur, die über dem Gefrierpunkt der den Eisblock bildenden Flüssigkeit liegt; dieser taut infolgedessen von der Wand 2 ab. Gleichzeitig taut auch der Boden 10 vorn untern Rand der Zelle ab.
Gleichzeitig gelangt heisses Kältemittel auch über die Leitung 17 in das Mantelrohr 14, füllt dieses und er wärmt es so weit, dass d er Eisblock wenigstens teilweise von ihm abtaut.
Jedenfalls genügt das Eigengewicht des Eisblockes,, um diesen nach seinem Abtauen von der Wand 2 ,auch vom Mantelrohr 14 zu lösen, worauf er samt dem vom untern Zelenrand abgetauten Boden 10 auf eine in der Zeichnung nicht dar gestellte, unter der Zelle angeordnete Rutsche fällt.
Hierauf wird die Saugleitung 6 sofort wieder mit dem Einlass des Kompress-ors ver- bunden, und das beschriebene Arbeitsspiel beginnt von neuem.
Durch die vom heissen Kältemittel im Mantelrohr 14 an das Einspritzrohr abgege bene Wärme wird in diesem so viel flüssiges Kältemittel verdampft, dass das Überströmen solchen Kältemittels vom untern Teil 12 des Abscheiders durch die Rohre 19 und 15 und dessen Verdampfung im Mantelrohr 14 hint- angehalten, aber nicht dauernd unterbrochen wird.
Versuche haben jedenfalls gezeigt, dass bei richtiger Bemessung der Rohre weder das heisse Kältemittel im Mantelrohr 14 durch Verdampfung von flüssigem Kältemittel in unzulässigem Masse abgekühlt, noch ein nach= heriges ,selbsttätiges Wiedereinsetzen der Heberwirkung etwa durch Entleerung des Hebers 19, 15 verunmöglicht wird.
In einer Ausführungsvariante der be schriebenen Eiserzeugungsanlage könnte die Eiszelle 1 ohne den Ringraum 4 ausgeführt sein, das heisst statt der Innenwand 2 und der Aussenwand 3 nur eine einfache Wand besitzen. In diesem Falle wäre die in den Ab seheider 7 mündende Leitung 6 direkt an die Zuleitung 5 für das flüssige Kältemittel anzu schliessen.
Zweckmässig wären dann in der Eiszelle mehrere Innenverdampfer vormi- sehen. Durch das Weglassen des Ringraumes 4 ergäbe sich keine sehr beträchtliche Verlän gerung der Gefrierzeit;
deren Verkürzung hängt nämlich weniger davon ab, dass für den Wärmeübergang von dem zu gefrierenden Wasser an Glas Kältemittel grosse Flächen zur Verfügung stehen, wie sie eine gekühlte Zel lenwand bietet, als vielmehr davon, dass der Abstand jedes, Punktes des Gefrierraumes vom nächsten wärmeabführenden Wand element klein ist und die zwischen dem ge nannten Punkt und diesem. Wandelement ent stehende,
den Wärmefluss hemmende Eis schicht keine grosse Dicke erreicht. Dies kann aber ebensogut durch zweckmässige Anord nung mehrerer Innenverdampfer erreicht werden wie durch Kühlung, der Zellenwand.. Die 'umgekühlte Zellenwand müsste so aus gebildet und auf solcher Temperatur gehalten werden, dass das Eis nicht an ihr haftet.
Der Abscheid'er 7 könnte auch so angeord net sein, dass sein Boden 8 höher liegt als das obere Ende der Eiszelle 1 bzw. des Einspritz- rohres 15.
In diesem Falle könnte das vor handene natürliche Gefälle zwischen denn Flüssigkeitsspiegel 13 und dem offenen Ende 18 des Einspritzrohres zur Förderung des Kältemittels in den Verdampfer Hausgenützt werden, ohne die Zuleitung 19 Lind das Ein- spritzrohr 15 als Heber auszubilden. Zu diesem Zwecke müsste die.
Zuleitung 19 durch den Boden 8 des Abscheiders nach, aussen und in der Nähe des Verdampfers wieder durch die Wand der Leittalg 17 oder des Mantel rohres 14 geführt werden. Abgesehen von dieser etwas komplizierteren Ausführung würde eine solche Anordnung auch eine grosse Bauhöhe der Anlage bedingen.
Dank der Anordnung des Verdampfers im Innern des Gefrierraiunes 11 und bei Verwen dung eines wesentlich unter der Gefriertempe- ratur des zu gefrierenden Wassere verdamp- fenden Kältemittels kann mit der beschrie benen Einrichtung die -Herstellung der Eis blöcke nicht nur sehr rasch erfolgen,
sondern diese Eisblöcke können auch erheblich unter ihre Gefriertemperatur abgekühlt werden. Normalerweise dauert die Herstellung eines Eisblockes von quadratischem Querschnitt, 18 X 18 cm und von 25 kg Gewicht<B>1.8</B> Stun den, wenn das Kältemittel in einem besondern Verdampfer bei 15 C verdampft und die Wärme mittels Sole von der Eiszelle in den Verdampfer abgeführt wird.
Bei direkter Verdampfung des Kältemittels im Ringraum 4 der Zelle der beschriebenen Eiserzeugungs- anlage, aber ohne im Innern des Gefrier raumes, 11 angeordneten Verdampfer, kann diese Gefrierzeit auf 5 Stunden, mit einigen zweckmässig angeordneten Innenverdampfern der beschriebenen Art jedoch auf 2 Stunden verkürzt werden.
Der derart hergestellte Eis block hat bei einer Verdampfungstemperatuir von -15 C des Kältemittels unmittelbar nach Verlassen der Zelle noch eine Tempera tur von 12 C und ausserdem infolge dieser niedrigen Temperatur und des raschen Ge- frierens ein Oberflächengefüge, das der Wärmeaufnahme aus der Umgebung lange grossem. Widerstand bietet.
Beim Verlassen der Eiszelle weist der Eisblock an der Stelle, wo sich in der Zelle der rohrförmigeVerdampfer befand, ein Loch auf. Es wird nun sofort dafür gesorgt, dass dieses Loch mit Wasser bzw. der Flüssigkeit, aus welcher der gefrorene Block hergestellt wurde, gefüllt wird. Oft ist dies dadurch wenigstens teilweise der Fall, dass beim Ab tauen an der Wand des. Loches und an der umgekühlten obern Stirnseite des Blockes ent standenes Tauwasser sich im Loch gesammelt hat; andernfalls wird eine entsprechende Wasser- @bzw. Flüssigkeitsmenge zugegossen.
Da. die Temperatur des Blockes niedriger ist als die Gefriertemperatur der im Loch ent haltenen Flüssigkeit, friert das Loch bald von selbst unter Wärmeabgabe an den ge frorenen Block zu, 'dessen niedrige Tempe ratur ihm ohne weiteres erlaubt, diese Wärme menge aufzunehmen, ohne selbst aufzutauen.
Für die Herstellung von 1 kg Wassereis müssen beispielsweise 15 Kalorien zum Küh len des Wassers von einer Zuleitungstempera- tur von -I-15 C auf den. Gefrierpunkt, 80 Kalorien zum Gefrieren selbst und 5 Kalorien zum Unterkühlen des Eisblockes auf -10 C, zusammen also rund 100 Kalorien abgeführt werden.
Um also, einen Eisblock von 25 kg von -10 C wieder auf den Gefrierpunkt zu erwärmen, sind 25 X 5 = 125 Kalorien erfür- derl'ich. Gewöhnlich sind im Loch, das der rohrförmige Verdampfer im Eisblock zurück gelassen hat, etwa 0,2 kg Wasser nachzufrie= reu;
wenn dieses Wasser neu zugegossen wurde, so sind demnach 0,2 X 100 = 20 Kalo rien aus ihm in den Eisblock abzuführen, also nur ein kleiner Teil der Wärmemenge, die nötig wäre, um letzteren auf Tautemperatur zu bringen. Ein besonderes Nachkühlen zum Beseitigen des Loches ist daher nicht erfor- derEch,