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Einrichtung zur Herstellung von Eissplittern Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Einrichtung zur Herstellung von Eissplittern mit einer Reihe Messer, die in axialen Abständen voneinander längs der mit Eis bedeckten inneren Fläche eines zylindrischen Behälters angeordnet sind und zwecks Abtrennens von Eis von dieser Fläche um die Achse dieses Behälters drehbar sind.
Die erfindungsgemässe Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass jedes Messer eine zur genannten inneren Fläche mindestens angenähert parallel verlaufende Schneidekante aufweist, die mit ihrer Drehebene einen Winkel von annähernd 4-5 einschliesst, so dass bei der Drehung der Schneidekante keine zur Öberfläche des Eises senkrechten Komponenten der von den Messern auf das Eis ausgeübten Kräfte entstehen.
Ein Ausführungsbeispiel der Einrichtung gemäss der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Zusammenhang damit näher beschrieben.
Fig. 1 ist eine schaubildliche Ansicht einer Einrichtung zur Herstellung von. Eissplittern, bei der Teile weggebrochen sind; Fig. 2 ist ein axialer Vertikalschnitt durch die Ein- richtung; Fig. 3 ist eine Draufsicht auf die Einrichtung der Fig. 1; Fig. 4 ist ein Querschnitt nach der Linie 4-4 der Fig. 2; Fig. 5 ist ein Querschnitt nach der Linie 5-5 der Fig. 2;
Fig. 6 ist eine Draufsicht auf den Wasserzufüh- rungsring; Fig. 7 ist eine Ansicht in grösserem Massstab eines Teiles des Ringes der Fig. 6; Fig. 8 ist ein Schnitt nach der Linie 8-8 der Fig. 7; Fig.9 ist eine schaubildliche Detailansicht von zwei Messern;
Fig. 10 ist eine schaubildliche Teilansicht des Abstreifmessers und der Schutzplatte; Fig. 11 ist eine schaubildliche Teilansicht des obersten Messers, und Fg.12 ist eine schaubildliche Teilansicht des untersten Messers und des Schutzteiles für den Wassersammelbehälter.
In der Zeichnung ist in Fig. 1 eine Ansicht der fertigen Einrichtung zur Herstellung von Eissplittern dargestellt. Teile der Einrichtung sind weggebrochen, um das Verständnis zu erleichtern. Die Einrichtung ist auf einem Eisvorratshehälter 2, .der nur teilweise dargestellt ist, aufgebaut. Sie enthält als. Hauptbe- standteile einen Vorkühler 3, einen Flüssigkeitsab- scheider 4, einen ringförmigen Verdampfer 5, einen Fundamentring 6, einen oberen Abschlussring 7 und einen Rotor B.
Der Verdampfer 5 weist einen aufrechten inneren zylindrischen Behälter 10 auf, an dessen innerer zur Eissplitterherstellung dienender Fläche 11 eine dünne Schicht von Eis gebildet wird, die in Form von kleinen Splittern in später näher beschriebener Weise abgelöst wird; erweist ferner einen äusseren Behälter 12 auf, der koaxial zu dem inneren Behälter 10 liegt und einen Abstand davon hat; ferner ist ein oberer Abschlussring 13 und ein unterer Abschlussring 14 vorgesehen.
Zwischen den Behältern 10 und 12 befindet sich eine zylindrische Trennwand 15, die von den Behältern 10 und 12 einen Abstand aufweist. Auf diese Weise werden zwei Durchlässe für die Strömung eines Kältemittels im Verdampfer 5 gebildet, wobei diese Durchlässe ober- und unterhalb des Flüssigkeitsspie- gels des Verdampfers 5 miteinander in. Verbindung stehen.
Der Verdampfer 5 wird in überflutetem Zustand betrieben, wobei das Kältemittel, vorzugsweise
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Ammoniak, über den Rand der Trennwand 15 fliesst. Das Kältemittel wird von dem Vorkühler 3 kommend über eine Einlassöffnung 17 im unteren Teil des Ab- scheiders 4 diesem zugeleitet und gelangt von dort über eine Öffnung 20 (Fig. 2) in den Innenraum des Verdampfers 5.
Das Kältemittel wird von dem Verdampfer 5 dem Abscheider 4 über eine Auslassöff- nung 18 zugeführt, die sich in dem äusseren Behälter 12 in der Nähe seines oberen Randes befindet. Beim praktischen Gebrauch ist die Aussenseite des äusseren Behälters 12 mit einer Isolation bedeckt, die in der Zeichnung nicht dargestellt ist, da sie die Darstellung nur stören würde. Bei der praktischen Ausführung würden auch der Vorkühler 3 und der Ab- scheider 4 mit Isoliermaterial bedeckt sein.
Der Verdampfer 5 ist auf dem Fundamentring 6 montiert, der in seinem Inneren am Umfang einen Wassersammelbehälter trägt, der nach oben offen ist und von einem äusseren und einem inneren Ringteil 21 bzw. 22 und einem Bodenteil 23 gebildet ist. Der Ringteil 22 hat einen etwas kleineren Durchmesser als der innzfe Behälter 10 des Verdampfers 5. Im Sam- melbehälter 21-23 sammelt sich das überschusswas- ser, das am unteren Rand der Eisbildungsfläche 11 abläuft, und Wasser aus einem Abzugsrohr 69.
Das Wasser in dem Sammelbehälter 21-23 wird durch Abzugsöffnungen 24 in dem äusseren Ringteil 21 abgeleitet. Radial bezüglich den Ringteilen 21 und 22 befestigte Arme 25 tragen ein Stützlager 27, welches in der Achse des Verdampfers 5 liegt.
Der obere Abschlussring 7 besitzt einen Ringteil 28, der radiale Arme 29, 30, 31 trägt, die ein radiales Endlager 32 in der Achse des Verdampfers 5 unterstützen. Die ringförmige Öffnung im oberen Abschlussring 7 ist durch eine feste, ringförmige Abschlussplatte 33 geschlossen. Statt einer festen könnte auch eine auswechselbare Abschlussplatte vorgesehen sein.
Die Einrichtung enthält nur einen beweglichen Teil. Es ist dies der Rotor 8, der durch einen Motor 40 angetrieben wird, der auf der festen, einen Teil des oberen Abschlussringes 7 bildenden Abschlussplatte 33 montiert ist. Der Motor treibt ein Zahnrad 41 an, welches mit einem Zahnrad 42 in Eingriff steht, das koaxial zu einer zusammengesetzten Welle angeordnet und an ihr befestigt ist, wobei diese Welle einen oberen, das Zahnrad 42 tragenden Abschnitt 43 und einen unteren Abschnitt 44 enthält. In der vorliegenden Darstellung dreht sich die Welle 43, 44 in der Draufsicht entgegen dem Uhrzeigersinn. An dem unteren Abschnitt der Welle 43, 44 ist ein oberer und ein unterer Träger 45 und 46 befestigt.
Diese Träger tragen eine Schiene 47, welche annähernd rechteckigen Querschnitt hat und welche von dem oberen Rand bis zum unteren Rand des Behälters 10 bzw. 12 verläuft und dicht gegenüber der eisbildenden Fläche 11 des inneren Behälters 10 angeordnet ist, wobei die eine ihrer Seitenflächen der eisbildenden Fläche gegenüberliegt.
Gegenüber der eisbildenden Fläche ist eine Reihe von Messern 48 angeordnet. Jedes dieser Messer (Fig. 4 und 9) hat etwa die Form einer flachen Platte, deren einer Rand an einer Schiene 48A befestigt ist, welche mit der der eisbildenden Fläche 11 gegenüberliegenden Seite der Schiene 47 verbunden ist. Jedes Messer 48 ragt von der Schiene 48A fort und erstreckt sich über die rückwärtige Kante derselben hinaus. Die in der Drehrichtung hinteren Abschnitte 49 der Messer 48 bilden eine Art Rechen bezüglich der Schiene 47. Jeder Abschnitt 49 hat eine scharfe Schneidekante 50 gegenüber der eisbildenden Fläche.
Diese Schneidekante 50 wird dadurch erhalten, dass die Oberseite der Messer 48 abgeschrägt ist, so dass sich die Schneide- kante 50 in der Ebene der Unterseite der Messer 48 bildet. Die Schneidekante 50 ist um einen kleinen Winkel von etwa 4-5 gegenüber der zur Achse des inneren Behälters 10 senkrechten Ebene, d. h. also zu ihrer Drehebene, geneigt. In einer Einrichtung der beschriebenen Art, bei der der Radius des innren Behälters 10 etwa 60 cm oder mehr beträgt, kann die Schneidekante 50 in einer Ebene liegen, jedoch nimmt bei kleineren Einrichtungen die Schneidekante 50 die Form eines Abschnittes einer Schraubenlinie an, deren Durchmesser gleich dem Durchmesser des inneren Behälters 10 ist.
Wenn beispielsweise der Radius des inneren Behälters 50 cm beträgt, so hat die Schneidekante 50 eine Länge von 5,6 cm, liegt in einer Ebene und ist mit einem Radius von 50 cm gekrümmt. Das hintere Ende der Schneidekante 50 liegt 5,5 mm unter dem vorderen Ende derselben. Durch diese Neigung der Schneidekante 50 wird das Eis von der Fläche 11 weggeräumt. Die einzelnen Messer 48 sind etwa 3,7 cm voneinander entfernt. Die Schneidekante 50 jedes Messers 48 liegt ganz oder zum grössten Teil in Drehrichtung gesehen hinter der Schien 48A. Die Messer 48 können durch Schweissen oder durch Schrauben oder Keile an der Schiene 48A befestigt sein.
Der Winkel, den die Schneidekante 50 mit einer zur Achse des inneren Behälters 10 senkrechten Ebene einschliesst, kann als Steigungswinkel oder als Steigung eines Schraubengewindes betrachtet werden. Dieser Winkel ist wichtig, da ein zu grosser Winkel eine Pulverisierung des Eises herbeiführt, und ein kleiner Winkel das Eis nicht in genügend grosser Menge entfernt. Bei richtiger Ausbildung und Anordnung der Schneidekante 50 und mit einer Trockeneisschicht von einer Dicke von etwa 3,2 bis 1,6 mm wird das Eis bei jedem Durchlauf der Messer 48 bis zu 98 /o vollständig entfernt.
Bei dieser Ausbildung der Schneidekante 50 wirken alle vom betreffenden Messer 48 auf das Eis ausgeübten Kräfte in Tangential- ebenen zur Oberfläche des Eises mit Ausnahme von solchen Kräften, die am vorderen Ende der Schneidekante 50 entstehen, wo diese in das Eis eindringt. Diese letzteren Kräfte sind vernachlässigbar. Es ist somit keine Kraftkomponente an der Berührungsstelle von Messer 48 und Eis vorhanden, die senkrecht zu der eisbildenden Fläche 11 steht.
Eine solche senkrechte Kraft würde bewirken, dass das Eis an der
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Schneidekante 50 zu Pulver wird, so dass die Kräfte durch das Eis nicht genügend weit übertragen würden, um es zwischen benachbarten Messern 48 abzulösen. Dies würde dazu führen, dass ein grosser Teil oder der grösste Teil des Eises auf der eisbildenden Fläche 11 verbleibt, bis sich eine sehr dicke Eisschicht gebildet hat, d. h. nach mehreren Durchläufen der Messer 48.
Eisablagerungen bilden sich an den Abschliüssrin- gen 13, 14 und ragen nach innen über die Fläche 11 hinaus. Diese Ablagerungen werden mit Hilfe von oberen und unteren Kratzern 51 und 52 auf die Höhe der Fläche 11 abgeschabt. Die Kratzer 51 und 52 sind mit Hilfe von Armen an den oberen und unteren Enden der Schiene 47 befestigt, sie haben Schabränder in der Nähe der Enden der eisbildenden Fläche 11, die über diese hinausragen.
An dem unteren Ende der Schiene 47 ist ein Schutzteil 53 für den Sammelbehälter 21-23 vorgesehen, der verhindert, dass Eis, welches von den Messern 48 herabfällt, in den Sammelbehälter 21-23 gelangt. Das Eis, welches auf den Schutzteil 53 auftrifft, wird nach innen über den inneren Ringteil 22 hinaus abgelenkt und fällt in den Vorratsbehälter 2. Die Schiene 47 trägt einen Abstreifer 54 aus Gummi und eine Schutzplatte 55, die vom oberen bis zum unteren Rand des inneren Behälters 10 durchläuft.
Dieser Abstreifer 54 und die Schutzplatte 55 verhindern ein Herumspritzen des Eies, das von den Messern 48 gelöst wird, und der Abstreifer 54 entfernt loses Eis, welches noch an der Fläche 11 haftet. Der Abstreifer 54 ist an der Schutzplatte 55 und diese durch gebogene Stützen 56 an der Schiene 47 befestigt.
Das zu gefrierende Wasser wird der Fläche 11 durch eine Wasserleitung 60 zugeführt, die sich in das obere Ende des hohlen oberen Abschnittes 43 der zusammengesetzten Welle entleert. Das untere Ende dieses oberen Abschnittes 43 ist durch einen Stöpsel 61 verschlossen, durch den ein kurzes Stück eines Überlaufrohres 62 hindurchragt, dessen oberes Ende oberhalb des Stöpsels 61 endet. Das Wasser, welches sich über dem Stöpsel 61 sammelt, wird durch Röhren 63, 64 einem Düsenring 65 zugeführt, der koaxial zu dem inneren Behälter 10 am oberen Rand der eisbildenden Fläche 11 angeordnet ist. Der Düsenring 65 wird von Armen 66 getragen, die radial am oberen Ende des unteren Abschnittes 44 der Welle befestigt sind.
Der Düsenring 65 ist hohl, hat viereckigen Querschnitt und trägt an seinem unteren Rand eine Reihe von Düsen 67, die so geformt sind, dass sie Wasserstrahlen nach aussen, unten und ringsherum in der Drehrichtung gegen die Fläche 11 leiten. Das Wasser wird dadurch über den ganzen Umfang der Fläche 11 verteilt, ohne dass sich Rinnsale .bilden. Es wird damit auch eine vollständige sofortige Benetzung mit Wasser am oberen Rand der Fläche 11 erhalten. Der Düsenring 65 erstreckt sich über einen Kreis, bogen von etwa 270 in Drehrichtung gesehen unmit- telbar hinter dem Abstreifer 54 und der Schutzplatte 55.
Der Abstreifer 54 und die Schutzplatte 55 bewirken durch diese Ausbildung, dass das Wasser das herabfallende Eis trifft. Der 90 Bereich, auf dem der Düsenring 65 offen ist, gewährt bei richtiger Wahl der Drehgeschwindigkeit desselben genügend Zeit, damit das Eis trocknet und entfernt werden kann. Die durch den Ring 65 zugeführte Wassermenge wird konstant gehalten, indem ein gleichbleibender Druck am Ring 65 aufrechterhalten wird.
Dies wird :durch die Verwendung des überlaufrohres 62 bewirkt, indem während des Betriebes der Einrichtung .ständig Wasser durch dieses Rohr 62 abfliesst, um Änderungen bei der Zuführung des Wassers durch -den oberen Wellenabschnitt 43 auszugleichen. Das überlaufende Wasser läuft durch das überlaufrohr 62 und durch den oberen Teil des unteren Wellenabschnittes 44, wo es von einem Stopfen 68 aufgehalten wird. Ein Abzugsrohr 69 führt von einer Stelle oberhalb des Stopfens 68 zu dem Sammelbehälter 21-23 in den Fundamentring 6. Dieses Abzugsrohr 69 ist am Rotor 8 befestigt und bewegt sich mit diesem.
Das Wasser von dem Sammelbehälter 21-23 fliesst über die Abzugsöffnungen 24 einem Wassersumpf 70 zu. Das Wasser wird aus dem Sumpf 70 dem Düsenring 65 durch die vorerwähnte Wasserleitung 60 zugeleitet, in die --eine Wasserpumpe 71 eingeschaltet ist, die durch eine geeignete Vorrichtung betrieben wird. Zusätzliches Wasser wird dem Sumpf 70 von einer Hauptwasserleitung 72 zugeführt und sein Zufluss durch ein Schwimmerventil 73 geregelt.
Das flüssige Kältemittel unter hohem Druck, z. B. flüssiges Ammoniak, wird über eine Zuführungslei- tung 81 an den Vorkühler 3 geliefert, wo es zwischen einem äusseren Mantel 82 und einem inneren Mantel 83 vorgekühlt wird. Diese Mäntel 82, 83 können in geeigneter Weise gerippt sein. Der Vorkühler 3 befindet sich im Gefäss 80. Das Kältemittel, welches nahezu auf -17 C zwischen den Mänteln 82, 83 gekühlt ist, bewegt sich durch Durchgänge 82' im unteren Ende des Mantels 82.
Das Kältemittel wird oben am Gefäss 80 durch ein Rohr 85 abgezogen, welches zu einem Ausdehnungsventil 86 führt, in dem das Kältemittel auf einen niedrigeren Druck expandiert, worauf es durch die Fortsetzung des Rohres 85 zum Innenraum des inneren Mantels 83 des Vorkühlers 3 geführt wird. Der Durchlauf durch das Ausdehnungs- ventil 86 verringert die Temperatur des Kältemittels, so dass es beim Durchlauf durch den Vorkühler 3 Lias mit hohem Druck einströmende flüssige Kältemittel kühlt.
Das aus flüssigem Kältemittel und Kältemitteldampf im Vorkühler 3 gebildete Gemisch wird dem Abscheider 4 durch eine Leitung 87 zugeführt.
Kältemitteldampf und mitgerissene Flüssigkeit werden von dem oberen Teil des Verdampfers 5 durch die Auslassöffnung 18 dem Flüssigkeitsabscheider 4 zugeführt. Dieser hat die Form eines geschlossenen, aufrecht stehenden Rohres 90 mit einem Einlass 91 auf- der Seite in der Nähe der Bodenverbindung mit dem Verdampferauslass 18.
Eine Öffnung 92 zur Zurückführung der vom Kältemitteldampf abgeschiedene Flüssigkeit in den Boden des Abscheiders -4 steht mit der Einlassöffnung 20 des Verdampfers 5 in Verbin-
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dung, und ein Gasauslass 93 an der Seite in der Nähe des oberen Endes ist mit dem Kompressor verbunden, der nicht dargestellt ist, aber irgendeine übliche und normale Ausführung haben kann.
Die freie Querschnittsfläche des Abscheiderrohres 90 ist so bemessen, dass die Fallgeschwindigkeit der Flüssigkeitsteilchen in dem Gasstrom, der den Abscheider nach oben durchströmt, grösser ist als die Aufwärtsgeschwindig- keit des Gasstromes. Eine Ablenkplatte 94 vor dem Einlass 91 verhindert einen direkten Übertritt des nassen Dampfes von dem Verdampfer zum Gasauslass 93 und erteilt dem einströmenden Dampf eine schrauben- linienförmige Bewegung, welche die Trennung von Gas und Flüssigkeit erleichtert.
Beim Betrieb der beschriebenen Einrichtung wird der Motor 40 eingeschaltet, um die Welle 43, 44 zu drehen. Das Wasser wird dem Sumpf 70 von der Wasserleitung 72 zugeführt, wobei der Wasserspiegel in dem Sumpf 70 durch den Schwimmer 73 geregelt wird. Das Wasser wird über die Wasserpumpe 71 und die damit verbundenen Leitungen einschliesslich des Düsenringes 65 der Fläche 11 zugeleitet. Das Kältemittel, z. B. flüssiges Ammoniak, wird von der Hochdruckseite des Kompressors über einen nicht dargestellten Kondensator dem Vorkühler 3 zugeführt und dann durch den Abscheider 4 über die Öffnung 20 dem Verdampfer 5 zugeleitet.
Der Dampf von dem Verdampfer 5 wird von der mitgerissenen Flüssigkeit im Abscheider 4 getrennt und der reine Dampf dem Kompressor wieder zugeführt.
Wenn die Temperatur der Fläche 11 unter den Gefrierpunkt des Wassers fällt, bildet sich Eis auf dieser Fläche. Der offene Teil im Düsenring 65 sorgt dafür, dass während eines kurzen Zeitraumes jeweils einem Teil der Fläche 11 kein Wasser zugeführt wird, so dass bei einer geeigneten Drehgeschwindigkeit des Düsenringes 65 das Eis trocknen, sich verfestigen und abkühlen kann. Dieses trockene Eis wird von der Fläche 11 mit Hilfe der Messer 48 entfernt und fällt nach unten an dem Abstreifer 54 und der Schutzplatte 55 entlang in den Vorratsbehälter 2.
Das Eis hat nicht die Neigung, sich festzusetzen und zwischen den Messern 48 anzusammeln, weil der rechenförmige Abschnitt der Messer 48 hinter der Schiene 48A liegt, auf der die Messer 48 montiert sind. Das Eis wird durch den Schutzteil 53 daran gehindert, in den Wassersammelbehälter 21-23 zu fallen. Ein guter Wärmeaustausch wird durch die schnelle Zirkulation des Kältemittels über die Fläche des inneren Behälters 10 erreicht.
Dies wird durch die Trennwand 15 bewirkt, welche einen aufsteigenden Strom und einen absteigenden Strom zwischen dem inneren Behälter 10 und dem äusseren Behälter 12 des Verdampfers 5 herbeiführt. Die dem Kältemittel durch den aufsteigenden Strom zugeführte Wärme und das während dieser Strömung gebildete Gas bewirken eine nach oben gerichtete Zirkulation des Kältemittels in dem aufsteigenden Strom und einen nach unten gerichteten Strom in dem absteigenden Zweig.
Das Gas und die mitgerissene Flüssigkeit werden oben in der Nähe des oberen Endabschlussringes 13 abgezogen; die Flüssigkeit wird vom Gas in der vorbeschriebenen Weise getrennt und dem Verdampfer wieder zuge- führt.