Verfahren zur Erzeugung gefrorener Blöcke, Einrichtung zur Durchführung des Verfahren und nach dem Verfahren hergestellter gefrorener Block Das vorliegende Patent betrifft. ein Ver fahren zur Erzeugung gefrorener Blöcke aus einer Flüssigkeit in einer aufrechten Gefrier- zelle, in welche von oben mindestens ein rohr- förmiger,
mit einem Kältemittel besehickbarer Verdampfer hineinragt und an deren Wänden aussen ein ebenfalls mit dem Kältemittel be- sehiekba.rer Verdampfer angeordnet ist. Dieses Verfahren kann beispielsweise in der Weise durchgeführt werden, dass man in einem wiederkehrenden Arbeitszyklus den in die Gefrierzelle hineinragenden Verdampfer und den aussen ah den Wänden der Gefrierzelle angeordneten Verdampfer zuerst mit flüssi gem Kältemittel, das die Flüssigkeit in der Gefrierzelle durch Wärmeentzug zum Ge frieren bringt., und dann mit warmem gasför migem Kältemittel,
das den gefrorenen Block vom @in die Gefrierzelle hineinragenden Ver dampfer und den Wänden der Gefrierzelle abtauen lässt, besehiekt, dann den abgetauten Block aus der Gefrierzelle herausbringt und diese wieder mit zu gefrierender Flüssigkeit füllt. Bisher wurde in derartigen Verfahren das flüssige Kältemittel gleichzeitig sowohl dem in die Gefrierzelle hineinragenden als auch dem aussen an den Wänden der Ge frierzelle angeordneten Verdampfer zuge führt, die zu diesem Zwecke parallel geschal tet wurden.
Die Erfindung geht von der Feststellung aus, dass der in die Gefrierzelle hineinragende Verdampfer bei gleicher Arbeitstemperatur des Kältemittels im Verhältnis zu seiner Kühl fläche wesentlich mehr Flüssigkeit zum Ge frieren bringt als der aussen an den Wänden der Gefrierzelle angeordnete.
So wird bei spielsweise in einer zur Erzeugung normaler 25-kg-Eisblöcke bestimmten Gefrierzelle mit einem mittleren Querschnitt von 1'8X 18 cm durch einen in die Zelle hineinragenden rohr förmigen Verdampfer von 15 mm Aussen durchmesser in der gleichen Zeit, bezogen auf die Einheit der Kühlfläche, etwa 31/mal so viel Wasser gefroren wie durch einen die Wände der Gefrierzelle aussen umgebenden Verdampfer.
Ausserdem hat der aussen an den Wänden der Gefrierzelle angeordnete Verdampfer im Verhältnis zu seiner Kühl- fläche immer einen grösseren Rauminhalt und eine grössere, nicht als Kühlfläche nutzbare Oberfläche als der in die Gefrierzelle hinein ragende Verdampfer, so dass er im Vergleich zu diesem mit einer grösseren Menge Kälte mittel beschickt und mehr Kältemittel in ihm verdampft werden müsste, um eine gleich grosse Kühlfläche auf gleiche Temperatur zu bringen. Um mit einer gegebenen Menge Kälte mittel eine möglichst grosse Flüssigkeitsmenge zum Gefrieren zu bringen, schiene es daher geboten,
einen möglichst grossen Teil dieser Kältemittelmenge dem in die Gefrierzelle hin einragenden Verdampfer zuzuführen und restlos in diesem zu verdampfen. Letzteres hätte aber den Nachteil, dass dieser Verdamp fer im Verhältnis zu der in ihm zu verdamp fenden Kältemittelmenge gross bemessen wer den müsste und daher im gefrorenen Block ein grosses Loch hinterliesse, das nicht leicht durch Nachfüllen und Nachfrieren von Flüs sigkeit beseitigt- werden könnte.
Das erfindungsgemässe Verfahren bezweckt, mit einer möglichst geringen Menge Kälte mittel, also mit einer möglichst kleinen Kälte maschine und möglichst geringen Wärmever lusten, eine möglichst grosse Menge Flüssigkeit zum Gefrieren zu bringen, ohne den erwähn ten Nachteil in Kauf nehmen zu müssen.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist da durch gekennzeichnet, da.ss das Kältemittel dem in die Gefrierzelle hineinragenden Ver dampfer zugeführt und der aussen an den Wänden der Gefrierzelle angeordnete Ver dampfer nur mit aus dem erstgenannten Ver dampfer austretendem Kältemittel beschickt wird.
Das Patent betrifft ferner eine erfindungs gemässe Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit mindestens einer aufrechten Gefrierzelle, mindestens einem von oben in die Gefrierzelle hineinragenden rohrförmigen, un ten geschlossenen Verdampfer, einem von oben in diesen hineinragenden, oben mit einer Kältemittelzuflussleitung verbundenen, unten offenen Einfuhrrohr, einem aussen au den Wän den der Gefrierzelle angeordneten Verdamp fer und einer mit den genannten Verdamp fern absperrbar verbundenen Abflussrohrlei- tung für gasförmiges Kältemittel.
Im Gegensatz zu bekannten Einrichtun gen, bei denen der in die Gefrierzelle hinein ragende und der aussen an den Wänden der Gefrierzelle angeordnete Verdampfer parallel zueinander an die Kältemittelzuflussleitung angeschlossen sind, ist die erfindungsgemässe Einrichtung dadurch gekennzeichnet, dass der aussen an den Wänden der Gefrierzelle ange ordnete Verdampfer mit der Kältemittel zuflussleitung nur über den in die Gefrier- zelle hineinragenden Verdampfer in Verbin dung steht.
Ein nach dem erfindungsgemässen Ver- fahren hergestellter gefrorener Block ist da durch gekennzeichnet, dass er mindestens zwei längs innern Flächen zusammengefrorene Teile aufweist, von denen der eine äussere Teil aussen durch die ganze Mantelfläehe des Blok- kes begrenzt ist und den andern innern Teil umsehliesst.
Die erfindungsgemässe Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens wird nachstehend an Hand der Zeichnung beispielsweise er läutert, wobei das erfindungsgemässe Verfah ren und der nach diesem hergestellte erfin dungsgemässe Gefrierbloek ebenfalls beispiels weise beschrieben sind.
In den Zeichnungen stellen dar: Fig.1 den Längsschnitt durch eine Eis zelle und die zur selbsttätigen Eisblockerzeu- gung und -entnahme vorgesehene Einrichtung, Fig. ? den Zellenunterteil im Schnitt, Fig. 3 eine teilweise Ansicht.
von Fig. in Pfeilrichtung gesehen, Fig. 4 die Lagerung der bewegliehen Bo denplatte für den Zellenunterteil, Fig. 5 einen fahrbaren kurvenförmigen Aufnahmetisch für die Eisblöcke, Fig. 6 den Aufnahmetisch gemäss Fig. < 5 im Zusammenwirken mit mehreren Zellen batterien, Fig. 7 und 8 eine Eiszellenbatterie im Querschnitt bzw.
in perspektiv ischer Ansicht, Fig.9 bis 11 Eisblockquerschnitte, Fig.1'2' und 12:a Gruppen von Eiszellen batterien in Verbindung mit. einer Kompres- sionskältemaschine mit batterie-#veiserEisblock- entnahme.
In den Fig. 1 bis 3, bezeichnet 1 eine auf recht angeordnete, oben offene Eiszelle vor zugsweise quadratischen Querschnittes, deren Wände ? sieh nach unten hin leicht koniseli erweitern. Die Eiszelle 1 ist. nur unten von einem Aussenverdampfer 3 umgeben, der nach unten vom den untern Teil der Eiszelle -1 bildenden Zellenflansch 6 begrenzt ist.. Der Zellenflansch 6 trägt zwei Lagergehäuse 71 für eine bewegliche Bodenplatte 7.
Diese Platte 7 ist mittels einer seitlich von ihr hori zontal angeordneten Achse 8 in zwei Lager blöcken 10 sehwenkbar gelagert, deren jeder in einem der Lagergehäuse 11 vertikal ver schiebbar geführt ist und von einer 'Schrau benfeder 1"?. nach oben gedrückt wird.
Eine um die Achse 8 verlaufende Biegungsfeder 9, deren eines Ende seitlich am Zellenflansch 6 und deren anderes Ende an der Boden hlatte 7 anliegt, sucht die Bodenplatte 7 nach oben um die Achse 8 zu schwenken und lässt sie mit leichtem Druck, jedoch undicht, am Zellenflansch 6 anliegen, wenn sich die La gerblöcke 10 unter der Wirktalg ihrer Schrau- lc:
nfedern 12 in ihren obersten Stellungen in den Lagergehäusen 11 befinden (Fig.1 und '21). Die Bodenplatte 7 kann aus dieser IIoehlage in vertikaler Richtung parallel zu sieh selbst entgegen der Kraft der Schrauben federn 12 in eine in Fig.1 und 2 striehpunl:
- tiert, in Fig. 4 ausgezogen dargestellte Senk lage 7a und darüber hinaus entgegen der Kraft, der Biet zngsfeder 9 in eine in Fig. 1 bis 1- strichpunktiert dargestellte Schwenk lage 7b gebracht werden.
Von oben her ragt in die Eiszelle 1 ein nach unten etwas verjüngter, im weiteren als Innenverdampfer bezeichneter rohrförmiger Kältemittelverdampfer 2:1. Dieser ist koaxial zur Zelle 1 angeordnet und. endet. unten in einigem Abstand von der Bodenplatte 7. An seinem obern Ende ist der Innenverdamp fer 24 an den einen Sehenkel 2,6a eines winkel förmig gebogenen Rohres 26 angeschlossen, über dessen ausserhalb der Eiszelle nach unten gehenden andern Schenkel 26b er mit dem Aussenverdampfer 3 in Verbindung steht.
Der erstgenannte Schenkel 26a des Rohres 26 ist ausserdem über ein Drosselventil 27, ein Sofenoid =Schliessventil 27a und eine Ab flussrohrleitung<B>26e</B> für gasförmiges Kälte mittel mit der 'Saugseite des nicht. darge stellten Verdichters einer Kältemaschine ver bunden. Das Sehliessv entil 2'7a wird bei un- erregtem Elektromagneten geöffnet gehalten.
@'ber nahezu die gesamte Länge des Innen verdampfers 24 erstreckt sich ein darin ko axial angeordnetes Einfuhrrohr 25, welches in der Nähe des geschlossenen untern Endes des Innenverdampfers 24 offen ist und wel ches oben an eine mit 25a bezeichnete Kälte- mittelzuflussleitung angeschlossen ist. Über diese Leitung 25a und über ein Regulier ventil 28 mit Rückschlagv entil 28a. kann von rechts in Pfeilrichtung einerseits bei einem Gefriervorgang ein flüssiges Kältemittel über das Einfuhrrohr 25- in den Innenverdampfer 24 eingeführt werden.
Die Leitung 25a ist links über ein Solenoid- ventil 38 mit einer Leitung verbunden, von welcher her :in Pfeilrichtung anderseits, wäh rend eines Abtauvorganges, warmes gasför miges Kältemittel in das Rohr 2'5 eingeführt werden kann, wobei das Ventil 38: bei uner- regtem Elektromagneten, zum Beispiel durch eine Feder, in der Schliessstellung gehalten ist.
Der Aussenverdampfer 3 besitzt bei 30 ein Abflussrohr 31, welches in einen nicht. darge stellten Kältemittel-Sammelbehälter mündet.
Wenn mehrere Eiszellen 1. zu einer 'Zellen batterie vereinigt sind, können sowohl der Aussenverdampfer 3 als auch das Rohr 26 und das Abflussrohr 31 gemeinsam für alle Zellen sein. Die genannten Ventile 27, 27a und 38 sind dann ebenfalls für eine Zellen batterie gemeinsam.
Die Eiszelle 1 oder die Zellen einer Batterie werden über ein gemeinsames Zu flussrohr 1,6 mit Wasser gefüllt. Der Zu fluss wird über ein gemeinsames Verteiler rohr 15 über bewegliche Anschlüsse, durch das Anschlussrohr 13 jedes Zellenbodens 7, bewerkstelligt. Ein weiteres Anschlussrohr 11 am Zellenboden dient zur Einführung von Luft, wenn Klareis hergestellt werden soll.
Das Zuflussrohr 16 besitzt am obern Ende ein iSchwimmerv entil 17, welches in Höhe des Wasserspiegels der Zellen angeordnet ist, derart, dass bei Erreichen dieses Pegels ein weiterer Wasserzufluss zu den Zellen ver hindert wird. Der Wasserzufluss geschieht über ein Wasserventil 19, welches über eine Rohrleitung 18 mit dem Schwimmervenfil 17 in Verbindung steht. Dieses Wasserventil 19' kann elektromagnetisch vermittels eines darüber angeordneten Solenoids durch über windung einer Schliessfeder 23 geöffnet werden.
Die Eiszelle 1 bzw. die Eiszell.enbatterie ist auf einem nicht dargestellten Gestell in Abstand vom Boden angeordnet, so dass ein nach unten unter Schwerkraft heraustreten der Eisblock 41, strichpunktiert dargestellt, unten entnommen werden kann.
Ein Thermostat 21 liegt gegen die Zellen wand 2. Im Thermostaten 21 wird ein nicht dargestellter Kontakt bei Erreichen der Ge- friertemperatur für die Zelle geschlossen. Das Schwimmerventil 1'7 betätigt. in einer Tieflage einen weiteren Kontakt 2'2. Beim Heraustreten des gefrorenen Eisblockes aus der Zelle - strichpunktiert dargestellt wird ein nicht dargestellter Kontakt betätigt, welcher die Stromleitungen 3,9, 40 verbindet.
Die Magnete der Ventile 19, 3<B>8</B> und 217a sind in verschiedenen später zu beschreiben den Stromkreisen geschaltet, welche von einer Stromquelle 4 gespeist werden. Das Regulier ventil 2,8 steht durch Flüssigkeitsleitung oder dergleichen mit einem theinnostatisehen Fühl glied ?59 in Verbindung, das mit der Ver- dichtersaugseite verbunden ist, zwecks Rege lung der beim Gefriervorgang über die Lei tung 2:5a einzuführenden flüssigen Kä.lte- mittelmenge.
Die Solenoidventile 3,8 und 27a sind über Stromleitungen 3t94, 40b parallel geschaltet. Sie arbeiten bei 'Strombeschickung, welche durch den nicht dargestellten Kontakt der Stromleitungen 39, 40 bewirkt wird, derart, dass das Ventil 38 im Öffnungssinne und zugleich das Ventil 27a im Schliessungssinne betätigt wird. In der Praxis können natür lich bei ausschliesslicher Anwendung von Öffnungsventilen durch Zwischenschaltung eines Relais die entsprechenden gegensinni gen Ventilbewegungen, wie beschrieben, be wirkt werden. Dieses Relais kann mit Ver zögerung arbeiten.
In Fig.l und 2 ist am Boden des Eis blockes 41 eine Zone 41a eingezeichnet. Diese Zone nicht gefrorenen Wassers bildet sich kurz vor Vollendung der Eisblockbildung, wie später beschrieben werden soll. Das end gültige Ausfrieren auch dieser Zone 41a er folgt unter Streckwachstum des Eisblockes 41 nach unten hin, wie dies strichpunktiert in Fig.1 und 2 dargestellt ist, unter Parallel verschiebung der Bodenplatte 7. Der Streck wachstumsdruck ist erheblich und reisst die zu Beginn des Gefriervorganges gebildete Eis abdichtung zwischen Bodenplatte 7 und Zel lenflansch 6 auf.
Die Bodenplatte 7 könnte auch verhält nismässig dünn und in sich federnd ausgebil det sein, so dass sie durch den Streckwachs tumsdruck des Eises elastisch durchgebogen und ihr Rand vom Zellenflansch 6 gelöst werden kann, ohne dass sieh ihre Schwenk achse 8 verschiebt. .Statt der dargestellten, eine Parallelv erschiebung der Bodenplatte 7 nach unten in die Lage 7a erlaubenden Lage rung mit den in den Lagergehäusen 11 ge führten Lagerblöcken 10 und den Schrau benfedern 12 könnten dann für die Achse 8 gewöhnliche, am Zellenflansch 6 sitzende Schwenklager verwendet werden.
Der Aussenverdampfer 3 kann sich nach Massgabe noch zu erläuternder Anforderun gen vom Zellenflansch<B>6</B> aus über einen klei neren oder grösseren Teil der Länge der Eis zelle, gegebenenfalls über deren ganze Länge nach oben erstrecken.
Die Fig.7 und 8 stellen im Horizontal schnitt. bzw. in perspektivischer Ansicht, teils im Schnitt, schematisch eine mehrere Eiszellen 63 umfassende Zellenbatterie dar. Die Innenverdampfer,64 dieser Eiszellen stehen über eine 'Saugleitung 26a-, die dem gleich be zeichneten Rohrschenkel in 'F'ig. 1 entspricht und über nicht gezeichnete Ventile mit der Saugseite des Verdichters in Verbindung.
Ein senkrechtes Rohr 68 verbindet den den un tern Teil der Wände der Eiszellen -63 umge benden Aussenverdampfer 6@5 mit der Saug leitung 2,6a.. Der oberhalb des Aussenver dampfers 65 liegende Teil der Eiszellen 63, und somit auch das senkrechte Rohr 68, ist von einem seinerseits durch Wände 61 be- gTen.zten Raum umgeben, durch welchen zur Beeinflussung der 'Temperatur dieses Teils der Zellenwände bestimmte Luft durch einen Ventilator 66 gefördert werden kann.
Diese Luft tritt durch eine Öffnung 67 der einen Wand 61 in den genannten Raum ein, wird durch Stäbe 76 von dreieckigem Querschnitt derart umgelenkt, dass sie den genannten Teil der Aussenwände aller Eiszellen 63 gleich mässig umspült und schliesslich durch den Ventilator<B>66</B> ins Freie befördert. Die Wände 61 sind aussen mit einer wärmeisolierenden Verkleidltng 6?, versehen.
Der genannte, die Eiszellen 63 umgebende Raum enthält je nach der jeweiligen Betriebs phase der Batterie Luft. von verschiedener, und zwar solcher Temperatur, dass zwischen dieser Luft und den mit ihr in Berührung stehenden 'Teilen der Zellenwände ein Tem peraturgefälle von gleichem Vorzeichen be steht wie zwischen dem in dieser Betriebs phase dem Aussenverdampfer 3 zugeführten Kältemittel und den von diesem Aussenver dampfer 3 umgebenen Teilen der Zellenwände.
Diese Luft beeinflusst dann durch ihre Wärme aufnahme bzw. -abgabe die Temperatur der Zellenwände und des Zelleninhaltes in glei- eliem Sinne wie das jeweils dem Atssenver- dampfer 3 zugeführte Kältemittel. Diese Luft muss also beim Gefriervorgang eine unterhalb, beim Abtauvorga.ng eine oberhalb des Ge frierpunktes des Wassers liegende Tempera- 1ur aufweisen.
Während des Gefriervorganges, der we sentlich länger dauert als der Abtauvorgang, kann der Ventilator @66 abgestellt und die Öffnung 67 durch eine nicht dargestellte Klappe geschlossen sein. Die von den wärme isolierten Wänden 61 umschlossene, die Eis zellen 63 umgebende Luft wird dann durch das im Aussenverdampfer 65 verdampfende und durch das senkrechte Rohr 6:8 abströ mende Kältemittel gekühlt und- unterhalb. der Gefriertemperatur des Wassers gehalten.
Statt dessen kann während des Gefriervor- ganges aueli Luft, deren Temperatur unter halb des Gefrierpunktes des Wassers liegt, beispielsweise Luft aus einem der Lagerung der fertigen Fiiisblöeke dienenden, künstlich gekühlten Keller oder im Winter aus dem Freien, dem genannten Raum durch nicht dargestellte, mittels Klappen umschaltbare Kanäle und die Öffnung -67 zugeführt und aus ihm mit Hilfe des Ventilators 6ss wegbefördert werden.
In beiden Fällen führt diese Luft Wärme vom oberhalb des Aussenverdampfers <B>6,5</B> liegenden Teil .der Eiszellen 63 ab und hält diese unterhalb der Gefriertemperatur.
Während des Abtauvorganges, der nur kurze Zeit dauert, kann der Öffnung 67, eben falls durch die vorerwähnten umschaltbaren Kanäle, bei laufendem Ventilator 66' warme Luft, beispielsweise aus einem geheizten Ge bäudeteil oder im Sommer aus dem Freien zugeführt werden; man kann diese Luft, um sie zu erwärmen, auch das warme Verdich tungsgehäuse, den Ölabscheider, den Konden sator oder andere wärmeabgebende Teile der mit der Zellenbatterie zusammenarbeitenden Verdichterkältemaschine bestreichen lassen.
Auch beim Abtauvorgang könnte jedoch der Ventilator 66 abgestellt und die Öffnung 67 durch eine Klappe geschlossen sein, in wel chem Falle die die Eiszellen 63 umgebende Luft durch das im Aussenverdampfer 65 und im Rohr 68 kondensierende warme Kältemittel ebenfalls auf eine oberhalb des Gefrierpunk tes des Wassers liegende Temperatur erwärmt würde. Wie in Fig.8 an einer der Zellen 63 gezeigt, können auch aussen an den Zellen wänden elektrische, heizbare Körper 70 ange bracht sein, die während des Abtauvorganges mit. Strom beschickt werden.
Alle diese Mittel erlauben, den oberhalb des Aussenverdamp fers liegenden Teil der Eiszellen 63 für die Dauer des Abtauvorganges auf eine ober halb des Gefrierpunktes des Wassers liegelide Temperatur zu erwärmen.
Statt. über ein besonderes Rohr 68 kann der Aussenverdampfer 65 über Längskanäle in den Umlenkstäben 76 mit der Saugleitung ?26a verbunden sein.
Mit dem Aussenverdampfer 65 könnten auch an die, ,Saugleitung 216a angeschlossene Rohre in Verbindung stehen, die aussen mit. den Zellenwänden wärmeleitend verbunden wären. Solche Rohre könnten beispielsweise längs den vier Kanten jeder Zelle und/oder in der Mitte jeder Zellenwand nach unten verlaufen und aussen an den Zellenwänden angeschweisst sein; sie würden dann in ge- wissein 'Masse selbst als zusätzliche Aussen verdampfer bzw. als sich nach oben erstrek- l.ende Fortsätze des Aussenverdampfers 65 wirken.
In Fig.8 ist ein Eisblock im Augenblick der Entnahme, nach seinem Abtauen auch von der Bodenplatte 7, dargestellt. Er wird nach unten fallen, wobei die Bodenplatte 7 so dann wieder in die Hochlage zurückschnellt.
Ein nach unten fallender Eisblock bzw. die aus einer Zellenbatterie nach dem Abtau- vorgang entfallenden Blöcke 41 werden, wie dies in Fig.5 und 6 dargestellt ist, durch einen fahrbaren Aufnahmetiseh aufgefangen und können zu einem Aufbewahxalngsraum gefahren werden. Der Aufnahmetisch in Fig.5 und 6 hat. eine Kurvenform zur Um lenkung des nach unten vertikal fallenden Eisblockes in eine horizontale Lage.
Die Tisch platte 45 des Wagens 42; besitzt zu diesem Zwecke eine Leitfläche, die nach einer kurzen vertikalen Einführung 47, im Vertikalprofil eine parabolische Form 48 aufweist, um schliesslich in 49 horizontal zu verlaufen. Am Ende der Tischplatte 45 ist ein Anschlag 50 vorgesehen. Seitlich ist diese Tischplatte durch Führungswände -16 abgegrenzt. Räder 43, welche auf Schienen 44 rollen, gestatten ein leichtes Verschieben des Aufnahmetisches.
Der Aufnahmetisch besitzt einen 'Stell hebel 60a., welcher mit Rasten 60 im Bat teriegestell (Fig. 6) zusammenarbeitet, derart, dass der Wagen -12, wie in Fig. 5: dargestellt, die herabfallenden Eisblöcke 41 einer Zellen batterie aufnehmen iuid umlenken kann.
Sind, wie in Fig.6. schematisch dargestellt, eine Reihe von Zellenbatterien in einer Eiser7eu- gungsanlage vorgesehen, so ist der Wagen 42 gemeinsam diesen Batterien zugeordnet und eine entsprechende Zahl von Rasten 6,0 im Batteriegestell zur Lagensicherung des Wa gens 42 unterhalb der einzelnen Zellenbatte rien vorgesehen.
Auch in Fig.l2 ist eine aus mehreren Zellenbatterien bestehende Eiserzeugungsan- lage dargestellt, welche im Abstand vom Boden auf einem Gestell 69 angeordnet ist. Auch in dieser Anordnung ist für alle Zellen- batterien gemeinsam ein Wagen 7'1 horizontal beweglich unterhalb der Reihe von Zellen batterien angeordnet.
Dieser Wagen besitzt jedoch an Stelle des kurvenförmigen Auf- nahmetisehes nach Fig. 5 einen solchen 71a, der eben und horizontal ist und dessen Füsse 69a als Vertikalführung beim Heben und Senken des Tisches 71a dienen. In der Hoch lage des Aufnahmetisches 7111, wirken diese Füsse mit dem Batteriegestell 69 derart zu sammen, dass eine Lagensicherung des Wa gens 71 bei der Entnahmebehandlung er folgt.
Lediglich in der Tieflage des Auf nahmetisches 71c ist es durch die Ausschnitte 69b möglich, den Wagen und somit auch den Aufnahmetisch 71a entlang den Schie nen 69c horizontal zu verschieben.
In Fig. 12 sind, mit den gleichen Bezugs zeichen wie in Fig.l angegeben, mehrere Zellenbatterien dargestellt, wobei der Kälte mittelkreislauf, die Wasserzufuhr, und gege benenfalls Luftzufuhr, miteingezeichnet sind. Diese Figur zeigt einen Verdichter 35, wel cher verdichtetes Kältemittel. in einen Kon densator 34 fördert. Der Kondensator ist mit einem Flüssigkeitssammler 33 ausgerüstet, an welchen sich Kältemittelzuflussleitungen 25a einerseits, und'72 anderseits anschliessen.
Wie oben bereits beschrieben, dient die Kälte- mittelzuflussleitimg 25a während des Gefrier- vorganges zur Kältemittelzufuhr in die Innen verdampfer der einzelnen Eiszellen, wobei für jede Zellenbatterie ein Regulierventil 28 mit in der Fig. 12 nicht dargestelltem Rücksehlag- ventil vorgesehen ist.
Von der Verdichterdnickseite führen Lei tungen zu den Solenoidventilen 38, wovon je eines für jede Zellenbatterie vorgesehen ist und welche, wie oben beschrieben, elektro magnetisch betätigt werden können, um wäh rend eines Abtauvorganges warmes Kälte mittel den Innenverdampfern zuzuführen.
Die Saugseite des Verdichters 3'5 entzieht den einzelnen Zellenbatterien während des Cefriervorganges gasförmiges Kältemittel über die Ventile 27, 2!7a, die Leitung<B>26e</B> und den der CTesamtanlage gemeinsamen Flüssigkeits- abseheider 26d.
Während eines in den Batterien stattfin denden Abtauvorganges wird über die Lei tungen 31 verflüssigtes Kältemittel, über die den Batterien gemeinsamen :Solenoidventile 72' , 72b, 73'c und das Sammelrohr 72, zu dein mit dem Kondensator verbundenen Flüs sigkeitssammler 33 geleitet. Diese Ventile können beim Abtauv o.rgang der einzelnen Batterien, in nicht näher dargestellter Weise elektromagnetisch geöffnet werden.
In grösseren Anlagen kann statt des Samm lers 33 ein beim Abtauvorgang in Wirkung tretendes besonderes Flüssigkeitssammlerge- fäss 32 vorgesehen werden, wie in Fig.1'2a skizziert. Bei Einlass von verflüssigtem Kälte mittel wird über ein einstellbares Rüekschlag- ventil. 37 und eine Rohrleitung 3'6 ein im Sammelgefäss 32 auftretender Überdruck zur Saugseite des Verdichters<B>35</B> abgeleitet. Über ein Ventil 73 wird auch in der Anordnung der F'ig. 12a eine Verbindung zwischen Lei tung 72 und Flüssigkeitssammler 33 möglich.
Mit 7.1 ist eine für die Anlage gemein same Luftdruckvorrichtung bezeichnet, wel che über eine Sammelleitung 75 und die Ansehlussrohre 14 Luft in die Eiszellen ein bläst.
Bei allen beschriebenen Ausführungsfor- nren der Einrichtung könnten statt nur eines Verdampfers in jede Eiszelle mehrere zueinander parallel angeordnete, über den Zellenquersehnitt verteilte rohrförmige Innen verdampfer mit je einem darin koaxial an geordneten Einfuhrrohr hineinragen (F ig. 9, 10 und 11).
Die Innenverdampfer jeder Zelle oder einer Batterie von Zellen können, wie mit Bezug auf F'ig. 8 und 12 für die Innen verdampfer der Zellen :einer Batterie beschrie ben, parallel zueinander über ein gemein- sames Rohr einerseits mit dem Aussenver dampfer der Zelle oder der Batterie, zu der diese Zelle gehört, und anderseits absperrbar mit einer dieser Zelle bzw.
.der genannten Batterie zugeordneten Abfluss-Rohrleitung für gasförmiges Kältemittel verbunden sein, wäh rend ihre Einfuhrrohre zweckmässig parallel zueinander an eine gemeinsame Kältemittel zuflussleitung angeschlossen sind, so dass alle Innenverdampfer jeder Zelle gleichzeitig und gleichmässig mit Kältemittel beschickt wer den.
Die Wirkungsweise der Eiserzeugungsan- lage ist die folgende: a) Füllvorgang Es sei angenommen, dass die Eiszelle 1 gerade durch Entnahme .eines fertiggebildeten Eisblocks 11, unter Ausschwenken der Boden platte 7 in die Stellung 7b, -entleert worden ist.. Dieser Entnahmevorgang hat einen Einfüll- v organg zur Folge, der den Gefriervorgang einleitet.
Die Bodenplatte 7 schwenkt unter dem Einfluss ihrer Federn 9 und 12 in die Hoch lage und legt sich leicht, jedoch undicht, an den Zellenflansch ss, wodurch die Eiszelle 1 unten abgeschlossen wird. In dieser Hochlage wird der während des vorhergehenden Abtau- vorganges geschlossene Kontakt zwischen den Stromleitungen 3,9 und 40 unterbrochen.
In folgedessen werden die Solenoide des Schliess v entils 27a und des Ventils 38 stromlos; das 'Schliessventil 27a wird von seiner Feder ge öffnet, das Ventil 38 von der seinigen ge schlossen, und das Rüekschlagv entil 28a öffnet sich unter dem Druck des flüssigen Kälte mittels in der Zuflussleitung 25,c,. Dadurch wird der Gefriervorgang eingeleitet.
Es strömt dann flüssiges Kältemittel von der Zufluss- leitung 25a über das Einfuhrrohr 25 bis nahe zum Boden des Innenverdampfers 24 und verdampft in diesem unter Aufnahme von Wärme aus der Eiszelle 1.
Der entstehende Kältemitteldampf strömt über den Schenkel 2'6a des Rohres 26, das Drosselventil<B>2</B>7, das geöffnete Schliessventil 27a und die Rohrlei tung<B>26e,</B> nach der Saugseite des Kältemittel- v erdichters. Dieser ICKtemitteldampf reisst auch unverdampftes Kältemittel in Form von Tröpfchen mit, die sieh zum Teil im Rohr schenkel 216a niederschlagen, über den Rohr schenkel 2'6b in den Aussenverdampfer 3 ab fliessen und in diesem verdampfen.
Das im Aussenverdampfer 3 verdampfte Kältemittel kehrt über den Rohrschenkel 2!6b in den Rohr schenkel 26a zurück, von wo es nunmehr ebenfalls über die Ventile 2;7 und 27a und die Rohrleitung 26c nach der Saugseite des Verdichters gelangt.
Inzwischen ist eine begrenzte Menge Was ser, welches sich während des vorhergehenden Gefrier- und Abtauvorganges im gemeinsamen Zuflussrohr 1,6 und dem Verteilerrohr<B>15,</B> be fand, über das Anschlussrohr 13 in die Zelle eingelaufen, so dass es die Oberseite der Boden platte 7 benetzt und die undichte Fuge zwi schen dieser und dem Zellenflansch 6 füllt. Durch die Verdampfung des Kältemittels im Aussenverdampfer 3: wird der Zellenflansch 6 so weit gekühlt, dass :das Wasser in der ge nannten Fuge gefriert, diese abdichtet und die Bodenplatte 7 am Zellenflansch 6 festhält.
Beim Entleeren des Zufuhrrohres 1'6, wobei sich das Schwimmerventil 17 öffnet, wird der von diesem Ventil gesteuerte Kontakt 22 ge schlossen, und damit. an einer .Stelle der Stromkreis für das elektromagnetisch ge- steuerte Wasserventil 1-9 geschlossen.
Dieser Stromkreis wird erst geschlossen, wenn ein zweitAr Kontakt im Thermostat 21, wie vor her erwähnt, geschlossen wird. Der Stromkreis wird dann von der Stromquelle 4 über den Thermostaten 21, den Kontakt 22, den über dem Wasserventil 1!9 angeordneten Solenoiden und die Stromleitung 20a geschlossen und das Wasserventil 19 so lange offen gehalten, bis der Kontakt 22 nach Erreichen der Füllhöhe für die Zelle 1 selbsttätig wieder geöffnet wird. Damit ist die selbsttätige Füllung aller Zellen einer Batterie auf gleichen Wasser spiegel gewährleistet.
Die Füllung der Eiszellen geschieht lang sam über das Anschlussrohr 13 in der Boden platte 7. Gleichzeitig mit der Wassereinfül- Iung kann auch vermittels der gemeinsamen Luftdruckvorrichtimg (74, Fig.1'2) während les Füllvorganges, und auch später noch, Luft Tiber das Anschlussrohr 14 jeder Zelle einge führt werden, um das Wasser, falls Klareis ge- @vonnen werden soll, dadurch wirksam zu ent lüften.
b) Gefriervorgang Der wie erwähnt bereits mit der Einfül lung begonnene Gefriervorgang wird bis zur völligen Bildung des Eisblockes -11 fortgesetzt.. Die Eisbildung wird hauptsächlich durch den Innenverdampfer 21 bewirkt, welcher bei ge öffnetem Regulierventil <B>28</B> bzw. Rückschlag- v entil 2Sa über die Kältemittelzuflussleitung 25a. mit dem kalten verflüssigten Kältemittel, zum Beispiel Ammoniak, beschickt wird.
In geringerem Masse nimmt auch der Aussenver- dampfer 33 an der Eisbildung teil, da ihm Wärme vom Zelleninhalt über die wärmelei tenden Zellenwände 2 zufliesst und zur V ei= dampfung des in den Aussenverdampfer ge langten flüssigen Kältemittels benützt wird.
Die derart dem AussenverdampfAr 3 vom Zelleninhalt zufliessende Wärmemenge hängt unter anderem davon ab, wie gross der vom Aussenverdampfer 3 umgebene Teil der Eis zelle 1 ist, und darf nur so gross sein, dass das Anfrieren der Bodenplatte 7.am Zellen- flanseh 6 nicht beeinträchtigt wird. Nach Ma.ssgabn dieses Erfordernisses kann der Aussenverdampfer 3 so bemessen werden, dass er sich über einen kleineren oder grösseren Teil der Länge der Eiszelle 1 oder gegebenen falls auch über deren ganze Länge vom Zel lenflansch 6 aus nach oben erstreckt.
In der Ausführungsform gemäss Fig, 7 und 8 und ihren erläuterten Varianten trägt auch die Luft, die den oberhalb des Aussen verdampfers 6,5 liegenden Teil. der Eiszellen 6.; umgibt bzw. umströmt, zur Abfuhr von Wärme aus den Eiszellen und somit zum Ge frieren des Zelleninhaltes bei.
Die Eisbildung geschieht. in besonders wirk- sa.memMasse durch sich um den Innenver- dampfer 2-1 bildende, wachsende Eiszonen. Das Eis füllt schliesslich fast den gesamten , Eiszellenraum aus, wobei es sieh mich in be kannter Weise streekt. Dieses Streekwaehs- ttim ist vorerst nicht nach unten hin gerichtet.
hier, wo der Innenverdampfer 24 nicht ganz bis zur Bodenplatte 7 reicht, und wo der nahe dem Zellenboden angeordnete Aussen verdampfer 3 noch kein völliges Ausfrieren des Eisbloekunterteils bewirkt. hat, wird erst ganz am Ende des Gefriervorganges die Zone 41cr. gefroren. Dann erst, also ganz zum Schlusse der Eisbloekbiltltin-, wird sich der Eisblock 41 auch nach -unten hin ausdehnen.
Dieses Streckwachstum leitet, nach Auf reissen der bislang an den Zellenflansch 6 angefrorenen Bodenplatte 7, den Abtauvor- gang ein.
c) Abtauv organg Das Strecken des Eises nach unten bewirkt die Schliessung des Kontaktes zwischen den Stromleitungen 39 und 40, und damit einen Stromfluss von der Stromquelle -1 über die mittels der Stromleitungen 39o, 40b parallel geschalteten Solenoidventile 27a und 38 der art, dass das Ventil 2:7a geschlossen -und das Ventil 3'8 geöffnet wird.
An Stelle des von rechts über die Kälte mittelzuflussleitung 2'5a in das Einfuhrrohr 2.5 strömenden, kalten, verflüssigten Kälte mittels strömt nunmehr warmes, aus der Druckseite des Verdichters kommendes gas förmiges Kältemittel durch das nun offene Ventil 3,8 von links über die Kältemittel zuflussleitung 25a in dasselbe Einfuhrrohr 25 und weiter in den Innenverdampfer 24 ein.
Dieses warme Kältemittel fliesst über den Innenverdampfer 24 -unter Wärmeabgabe an die Verdampferwände; über das Rohr 26 wird das warme Kältemittel in den Aussenverdamp fer 3 geleitet. Von hier aus gelangt das ver flüssigte Kältemittel über das Abflussrohr 31 und ein im Abtauvorgang geöffnetes, das Abflussrohr 31 freigebendes Ventil (zum Bei spiel 72a, Fig. 121) in einen Flüssigkeitssamm ler. In Fig. 12 ist dieser -Sammler 33 unter dem Kondensator 34 angebaut; in F'ig.12a ist es ein besonderes Sammelgefäss 32.
In der Ausführungsform nach Fig.7 und 8 werden zugleich mit dem Umsteuern der Ventile zwecks Erwärmung der Wände der Kältemittelverdampfer 3 und 24 auch nicht dargestellte Relais automatisch betätigt, wel che die Zuführung warmer Luft zur Öffnung 67 veranlassen, das Ingangsetzen des Ventila tors 66 bewirken und gegebenenfalls die Heiz körper 70 einschalten, um von aussen her die Wände der Eiszellen 63 zu erwärmen.
Nach dem Abtauen des Eisblockes 41 vom Innenverdampfer und der Zellenwände 2 gleitet der Eisblock unter seiner Schwerkraft nach unten. In den Ausführungsformen nach Fig. 1 bis 8 verlässt jeder Eisblock seine Eis zelle von selbst, sobald er abgetaut ist, und taut daher nicht weiter, wenn die betreffende Batterie auf Abtauen geschaltet bleibt, bis alle in ihr gefrorenen Blöcke abgetaut sind. d) Entnahmevorgang Bei der Ausführungsform nach Fig.12 erfolgt die Eisblockentnahme mittels eines fahrbaren Wagens 71, wie in dieser Figur für die vordere Eiszellen-Batterie. gezeigt.
Der Aufnahmetisch 71a. ist so weit angehoben worden, dass die abgetauten Eisblöcke -41 sich darauf absetzen, ohne zunächst. ihre Zellen ganz zu verlassen. Erst wenn alle Blöcke der Batterie abgetaut sind, wird der Tisch 71.u in der Vertikalführung 69a gesenkt und schliesslich mit der Blockeisgruppe entlang den Schienen<B>69e</B> weggeführt..
Das innerhalb des Eisblockes verbleibende Langloch, welches vom Innenverdampfer her rührt, kann unmittelbar bei der Entnahme nachgefüllt werden. Die Unterkühlung des erzeugten Eisblockes genügt. in allen Fällen, die verhältnismässig geringe zusätzliche Flüs sigkeitsmenge ohne besonderen Nachfriervor- gang ausfrieren zu lassen, das heisst, ohne dass der Block selbst deswegen auftaut.
Gegebenenfalls kann es von Vorteil sein, den Innenverdampfer, welcher, wie oben be schrieben, sogleich bei der Entnahme des Eisblockes aus der Zelle auf den Gefriervor- gang umgeschaltet wird, als vorgekühlten Leitstab für das nachzufüllende Wasser in das unmittelbar Barunterliegende Langloch zu benutzen.
Die beschriebene Anlage dient nicht nur zur Erzeugung von Eisblöcken, sondern auch zur ,Gewinnung von Blöcken durch Gefrieren von andern Flüssigkeiten als Wasser.
Die batterieweise Steuerung der Eiserzeu gung in einer grösseren Anlage geschieht ph@:t- senversehoben derart, dass sieh jeweils nur eine Zellenbatterie im Abtau- bzw. Entnahme vorgang befindet. Sie unterstützt dann die Kältemittelverflüssigung, das heisst wirkt als Hilfskondensator für die Anlage und be- wirkt, dass auch in solchen grösseren An lagen ein Kondensator verhältnismässig klei nen Ausmasses verwendet werden kann.
Fig. 9, 10 und 11 zeigen im Querschnitt drei Ausführungsformen eines Eisblockes, die nach dem erfindungsgemässen Verfahren mit Hilfe je einer Variante der beschrie benen Ausführungsformen der Einrichtung erzeugt wurden. Fig.9 zeigt einen Eisblock, der in einer nicht dargestellten Eiszelle von quadratischem Querschnitt mit.
fünf symme trisch über den Zellenquerschnitt verteilten Innenverdampfern erzeugt wurde, F'ig. 10 einen in einer ebenfalls nicht dargestellten Eiszelle von rechteckigem Querschnitt mit sechs im Zickzack regelmässig über den Zel lenquerschnitt verteilten Innenverdampfern erzeugten Eisblock, und Fig.11 einen Eis block, der in einer auch nicht dargestAllt.en Eiszelle mit drei im Querschnitt der Eiszelle gemäss einem gleichseitigen Dreieck angeord neten Innenverdampfern erzeugt wurde, wo bei die Zellenwände im Querschnitt teils parallel zu den Seiten dieses Dreiecks, teils nach mit den Innenverdampfern koaxialen Kreisbogen verlaufen.
Zur Erzeugung dieser drei Ausführungsformen des Eisblockes wur- den Eiszellen verwendet-, deren Wände wäh rend des Gefriervorganges auf einer unter halb des Gefrierpunktes des Wassers, aber oberhalb der Temperatur der Innenverdamp fer liegenden Temperatur gehalten wurden, und zwar dadurch, dass ein die Zellenwände umgebender Aussenverdampfer nur mit aus den Innenverdampfern austretenden Kälte mittel beschickt wurde. Zusätzlich kann eine Kühlung des oberhalb dieses Aussenverdamp fers liegenden Teils der Gefrierzelle mit Hilfe von kalter Luft erfolgen, wie mit Bezug auf Fig.7 und! 8 erläutert.
In den FRg. 9, 101 und 11 bezeichnet A die Aussenfläche des Eisblockes, die der Innenfläche der Zellenwände entspricht. Mit F sind die Flächen bezeichnet, mit denen der während des Gefriervorganges in der Eiszelle sich bildende Eisblock die Mantel flächen der Innenverdampfer berührte, wel che Flächen bei der Entnahme des Eisblockes aus der Zelle die Wandungen der oben er wähnten, von den Innenverdampfern hinter lassenen und nunmehr durch Einfüllen und Gefrieren von Wasser beseitigten Langlöcher darstellten.
Die Eisbildung in der Eiszelle erfolgt in der Weise, dass sich auf jedem Innenver dampfer und auf der Innenseite der Zellen wände Eissehiehten von allmählich zuneh mender Dicke bilden. Dabei nimmt die Dicke der auf jedem Innenverdampfer gebildeten zylindrischen Eisschicht rascher zu als die Dicke der an den Zellenwänden gebildeten Eisschichten, weil die Oberflächentemperatur der Innenverdampfer tiefer ist als diejenige der Zellenwände.
Für die Struktur des Eises in den einzelnen Eissehiehten ist sowohl dieser Temperaturunterschied als auch der Um stand von Bedeutung, d!ass sich die Oberfläche der auf den Innenverdampfern gebildeten Eisschichten bei deren Dickenwachstum ver grössert, die Oberfläche der an den Zellen wänden gebildeten Eisschichten dagegen ver kleinert. In Fig. 9 bis 11 geben die Linien F, die Lage der Oberflächen der einzelnen Eis schichten zu gewissen Zeitpunkten, und zwar in einem Teil der F'ig.9 in gleichmässigen Zeitabständen an.
In diesen Teilen von Fig. 9 ist das langsamere Wachstum der an den Zellenwänden gebildeten Eisschicht. am kleine ren Abstand der Linien E erkennbar.
An den Punkten, an denen die auf einem Innenverdampfer gebildete Eisschicht bei ihrem Wachstum auf die auf einem andern Innenverdampfer oder auf einer Zellenwand gebildete Eisschicht. tritt, hört. die Eisbil dung auf, weil sich dann zwischen diesen Eisschichten kein Wasser mehr befindet. Die beiden aufeinandertreffenden Eisschichten frieren aneinander an, ohne zu einem Stück miteinander zu verschmelzen, wie dies bei Anfrieren von Wasser an eine Eisfläche der Fall ist. Die Stellen, an denen je zwei Eis schichten derart aneinander angefroren sind, bilden Flächen S, längs denen der Eisblock nur geringe Festigkeit aufweist. und beim Brechen oder Auftauen auseinanderfällt.
Diese Flächen sind somit im fertigen Block eindeutig feststellbar.
Der in Fig.9 im Querschnitt gezeigte Eisbloek von quadratischem Querschnitt weist einen äussern Teil B auf, d'er durch die ganze lIantelfläehe r1 des Blockes begmenzt ist und die übrigen fünf Teile<I>C, D</I> des Blockes um schliesst. Dieser Teil B besteht, aus der beim Gefrieren des Blockes an den Wänden - der Eiszelle gebildeten Eisschicht. die übrigen Teile des Blockes hingegen aus den auf den Innenverdampfern gebildeten Eisschichten und dem in den von den -Innenverdampfern hinterlassenen Langlöchern gebildeten Eis.
Da alle Innenverdampfer beim Gefriervorgang gleiche Temperatur aufweisen, treffen sich die auf ihnen gebildeten, anfänglich zylin drischen Eisschichten beim Wachsen an Stel len, die von je zwei Innenverdampfern gleiche Abstände haben, das heisst. in Ebenen, die senkrecht zu den Verbindungsebenen der Aehsen dieser Innenverdampfer liegen und die Abstände dieser Achsen halbieren. Auf diese Weise ist um den mittleren Innenver dampfer der Teil C des Eisblockes entstanden, der quadratischen Querschnitt besitzt und mit seinen vier ebenen Mantelfläehen an je einer ebenen Mantelfläche der vier Teile D des Eisblockes angefroren ist.
Diese Teile bestehen aus den Eissehichten, die von den vier übrigen Innenverdampfern erzeugt. wur den, und sind ihrerseits mit je zwei ebenen lIantelfläehen an den beiden benachbarten Teilen D und mit einer andern Mantelfläche am äussern Teil B angefroren.
Der in Fig. 10 im Querschnitt gezeigte Eisbloek von reehteckigem Querschnitt weist einen äussern Teil II auf, der durch die ganze Mantelfläche A des Blockes begrenzt ist, welcher Teil II aus den auf den Wänden einer entsprechenden Eiszelle erzeugten Eis schichten besteht. und sechs innere Teile K umsehliesst. .Jeder von diesen besteht aus der Eissehicht, die auf einem von sechs im Zick- zaek regelmässig angeordneten Innenverdamp fern erzeugt worden ist.
Von den ,sechs Teilen K ist jeder der beiden äussersten mit je einer ebenen Mantelfläche an einem der beiden zweitäussersten und einem der beiden mittleren angefroren. Jeder der beiden zweit äussersten Teile K ist ausserdem mit je einer ebenen Mantelfläche an den beiden mittleren Teilen, insgesamt also an dreien der Teile K angefroren. Die beiden mittleren Teile K sind in gleicher Weise aneinander, an beiden zweitäussersten Teilen K und an je einem der äussersten Teile K, .insgesamt also an je vieren der Teile K angefroren. Ausserdem sind alle sechs Teile K je mit dem Rest ihrer Mantelflächen am äussern Teil H angefroren.
Der in Fig.11 im Querschnitt gezeigte Eisblock schliesslich hat einen aussen durch je einen Abschnitt von drei ein gleichseitiges Dreieck bildenden Geraden und von drei diese Geraden tangierenden Kreisen be- grenzten Querschnitt. Er besteht aus einem äussern 'Teil L, der drei gleiche innere Teile :1I umsehlie & . Diese sind mit je einer ebenen Mantelfläche an den beiden andern Teilen 11I und mit einer andern krum men Mantelfläche am äussern Teil L ange froren.