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Einrichtung zur Herstellung von Eissplittern Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Herstellung von Eissplittern, mit einem Verdampfer für ein Kältemittel.
Die erfindungsgemässe Einrichtung ist gekennzeichnet durch Mittel, die nach oben und nach unten führende Durchlässe für die Strömung des Kältemittels im Verdampfer bilden, wobei die genannten Durchlässe oberhalb und unterhalb des Flüssigkeitsspiegels im Verdampfer miteinander in Verbindung stehen, und weiter gekennzeichnet durch einen Flüs- sigkeitsabscheider, aus welchem flüssiges Kältemittel zum Verdampfer strömt, um letzteren zu überfluten, und in welchem aus dem Verdampfer entweichendes gasförmiges Kältemittel von mitgerissener Flüssigkeit getrennt wird.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der beiliegenden Zeichnung dargestellt.
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 Einrichtung.
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 Wasserzuführungsring.
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 Fig. 12 ist eine schaubildliche Teilansicht des untersten Messers und des Schutzteiles für den Was- sersammelbehälter.
In der Zeichnung ist in Fig. 1 eine Ansicht einer Einrichtung zur Herstellung von Eissplittern dargestellt. Teile der Einrichtung sind weggebrochen, um das Verständnis zu erleichtern. Die Einrichtung ist auf einem Eisvorratsbehälter 2, der nur teilweise dargestellt ist, aufgebaut. Sie enthält als Hauptbestandteile einen Vorkühler 3, einen Flüssigkeits- abscheider 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 weiter hinten näher beschriebener Weise abgelöst wird; er weist 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 oberhalb und unterhalb des Flüssigkeitsspiegels des Verdampfers 5 miteinander in Verbindung stehen. Der Verdampfer 5 wird in überflutetem Zustand betrieben, wobei das Kältemittel, vorzugsweise Ammoniak, über den Rand der Trennwand 15 fliesst.
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Das Kältemittel, und zwar ein Gemisch von Gas und Flüssigkeit, wie weiter hinten näher erläutert ist, wird von dem Vorkühler 3 dem Flüssigkeitsabscheider 4 über eine Einlassöffnung 17 zugeleitet, die in dem unteren Teil des Flüssigkeitsabscheiders 4 ausgebildet ist. Die Trennung der Flüssigkeit vom Gas ist ebenfalls weiter hinten näher erläutert.
Eine Einlass- öffnung 20 (Fig. 2) ist im äusseren Behälter 12 vorgesehen, damit das flüssige Kältemittel von dem Flüssigkeitsabscheider 4 in den Verdampfer 5 eintreten kann. Das Kältemittel wird von dem Verdampfer 5 dem Flüssigkeitsabscheider 4 über eine Auslassöffnung 18 zugeführt, die sich in dem äusseren Behälter 12 in der Nähe seines oberen Randes befindet. Die Aussenseite des äusseren Behälters 12 ist zweckmässigerweise mit einer Isolation bedeckt, die in der Zeichnung nicht dargestellt ist, da sie die Darstellung nur stören würde. Auch der Vorkühler 3 und der Flüssigkeitsabscheider 4 sind vorzugsweise mit Isoliermaterial bedeckt.
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 bzw. einem inneren Ringteil 21 bzw. 22 und einem Bodenteil 23 gebildet wird. Der innere Ringteil 22 hat einen etwas kleineren Durchmesser als der innere Behälter 10 des Verdampfers 5. Im Sammelbehälter 21-23 sammelt sich das Überschusswasser, das am unteren Rand der Eisbildungsfläche 11 abläuft, sowie das Wasser aus einem weiter hinten näher erläuterten Abzugsrohr 69. Das Wasser im Sammelbehälter 21-23 fliesst durch Abzugsöffnungen 24 in dem äusseren Ringteil 21 einem später näher beschriebenen Sumpf 70 zu.
Radial bezüglich den Ringteilen 21 und 22 befestigte Arme 25 tragen ein Stützlager 27, welches in der Achse des Verdampfers 5 liegt (Fig. 5).
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. Dies ist der Rotor 8, der durch einen Motor 40 angetrieben wird, der auf der festen Abschlussplatte 33 montiert ist. Der Motor 40 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 44 der Welle sind ein oberer und ein unterer Träger 45 und 46 befestigt.
Diese Träger tragen eine Schiene 47, welche annähernd rechteckigen Querschnitt hat und welche sich von dem oberen Rand bis zum unteren Rand des Behälters 10 bzw. 12 erstreckt und dicht gegenüber der eisbildenden Fläche 11 des inneren Behälters 10 angeordnet ist, wobei die eine ihrer Seitenflächen der eisbildenden Fläche 11 gegenüberliegt.
Gegenüber der eisbildenden Fläche 11 ist eine Reihe von Messern 48 angeordnet. Jedes dieser Messer 48 (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, d'ass die Oberseite der Messer 48 abgeschrägt ist, so dass sich die Schneidekante 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 geneigt. In einer Einrichtung der beschriebenen Art, bei der der Radius des inneren Behälters 10 etwa 60 cm oder mehr beträgt, kann die Schneidekante 50 jedes Messers 48 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 10 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. Benachbarte Messer 48 sind übereinanderliegend etwa 3,7 cm voneinander entfernt. Die Schneidekante 50 jedes Messers 48 liegt ganz oder zum grössten Teil in Drehrichtung hinter der Schiene 48A. Die Messer 48 können an der Schiene 48A durch Schweissen oder durch Schrauben oder Keile befestigt sein.
Der vorerwähnte 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 /a- vollständig entfernt. Bei dieser Ausbildung der Schneidekanten 50 wirken alle vom betreffenden Messer 48 auf das Eis ausgeübten Kräfte in Tangentialebenen 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
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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 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, das heisst nach mehreren Durchläufen der Messer 48.
Eisablagerungen bilden sich an den Abschlussringen 13, 14 und ragen nach innen über die eisbildende Fläche 11 hinaus. Diese Ablagerungen werden mit Hilfe von oberen und unteren Schabern 51 und 52 auf die Höhe der eisbildenden Fläche 11 abgeschabt. Die Schaber 51, 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 hinaus nach oben bzw. nach unten hinausragen.
An dem unteren Ende der Schiene 47 ist ein Schutzteil 53 für den Wassersammelbehälter 21-23 vorgesehen, der verhindert, dass Eis, welches von den Messern 48 herabfällt, in den Wassersammelbehälter 21-23 fällt. 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 sich vom oberen bis zum unteren Rand des inneren Behälters 10 erstreckt. Der Abstreifer 54 und die Schutzplatte 55 verhindern ein Herumspritzen des Eises, das von den Messern 48 gelöst wird, und der Abstreifer 54 entfernt loses Eis, welches noch an der eisbildenden Fläche 11 haftet. Der Abstreifer 54 ist an der Schutzplatte 55 und diese durch gebogene Stützen 56 (Fig. 10) an der Schiene 47 befestigt.
Das zu gefrierende Wasser wird der eisbildenden 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 eisbildende Fläche 11 leiten. Das Wasser wird dadurch über den ganzen Umfang der eisbil- denden Fläche 11 verteilt, ohne dass sich Rinnsale bilden. Es wird damit auch eine vollständige sofortige Benetzung mit Wasser am oberen Rand der eisbildenden Fläche 11 erhalten. Der Düsenring 65 erstreckt sich über einen Kreisbogen von etwa 270 in Drehrichtung gesehen unmittelbar hinter dem Ab- streifer 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 Anderungen bei der Zuführung des Wassers durch den oberen Abschnitt 43 der Welle 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 Wassersammelbehälter 21 bis 23 in dem Fundamentring 6. Dieses Abzugsrohr 69 ist am Rotor 8 befestigt und bewegt sich mit diesem.
Das Wasser von dem Wassersammelbehälter 21 bis 23 fliesst durch die Abzugsöffnungen 24 dem 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 von einem nicht dargestellten Kondensator kommend über eine Zu- führungsleitung 81 an den Vorkühler 3 geliefert, wo es zwischen einem äusseren Mantel 82 und einem inneren Mantel 83 auf anschliessend beschriebene Weise vorgekühlt wird. Diese Mäntel 82, 83 sind in geeigneter Weise gerippt. Der Vorkühler 3 befindet sich in dem Gefäss 80.
Das Kältemittel gelangt durch Öffnungen 82' im unteren Ende des äusseren Mantels 82 in das Gefäss 80, aus welchem es oben über ein Rohr 85 abgeführt wird, welches zu einem Ausdehnungsventil 86 führt, in dem das Kältemittel auf einen niedrigeren Druck expandiert und teilweise verdampft, worauf es durch die Fortsetzung des Rohres 85 zum Innenraum des inneren Mantels 83 des Vorkühlers 3 geführt wird. Der Durchlauf durch das Ausdehnungsventil 86 verringert die Temperatur des Kältemittels, so dass es beim Durchlauf durch den Innenraum des Mantels 83 das mit hohem Druck in den Vorkühler 3 einströmende Kältemittel kühlt.
Das teils flüssige teils
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gasförmige Kältemittel im Vorkühler 3 wird anschlie- ssend dem Flüssigkeitsabscheider 4 durch eine Leitung 87 zugeführt.
Der Flüssigkeitsabscheider 4 hat die Form eines geschlossenen aufrechtstehenden Abscheiderrohres 90 mit einem Einlass 91 auf der Seite in der Nähe der Bodenverbindung mit dem Verdampferauslass 18, durch welchen Einlass 91 gasförmiges Kältemittel zusammen mit mitgerissener Flüssigkeit aus dem Verdampfer 5 einströmt. Eine Öffnung 92 zur Zuführung von abgeschiedenem flüssigem Kältemittel zum Verdampfer 5, um diesen zu überfluten, ist im Boden des Flüssigkeitsabscheiders 4 vorgesehen und steht mit der Öffnung 20 des Verdampfers 5 in Verbindung; ein Gasauslass 93 an der Seite in der Nähe des oberen Endes des Flüssigkeitsabscheiders 4 ist mit dem nicht dargestellten Kompressor verbunden.
Die freie Querschnittsfläche des Abscheiderrohres 90 ist so bemessen, dass die Fallgeschwindigkeit der Flüs- sigkeitsteilchen in dem Gasstrom, der den Flüssi- keitsabscheider 4 nach oben durchströmt, grösser ist als die Aufwärtsgeschwindigkeit des Gasstromes. Eine Ablenkplatte 94 vor dem Einlass 91 verhindert einen direkten Übertritt des nassen Dampfes von dem Verdampfer 5 zum Gasauslass 93 und erteilt dem einströmenden Dampf eine schraubenlinienförmige 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 im Sumpf 70 durch den Schwimmer 73 geregelt wird. Das Wasser wird durch die Wasserpumpe 71 und die damit verbundene Leitung 60 einschliesslich des Düsenringes 65 der eisbildenden Fläche 11 zugeleitet. Das Kältemittel, z. B. flüssiges Ammoniak, wird von der Hochdruckseite des Kompressors über den Kondensator dem Vorkühler 3 zugeführt und dann durch den Flüssigkeitsabscheider 4 über die Öffnung 20 dem Verdampfer 5 zugeleitet. Der Kältemitteldampf von dem Verdampfer 5 wird von der mitgerissenen Flüssigkeit im Flüssigkeitsabscheider 4 getrennt und der reine Dampf dem Kompressor wieder zugeführt.
Wenn die Temperatur der eisbildenden 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 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, infolge der geneigten Lage der Abschnitte 49 der Messer 48.
Das Eis wird durch den Schutzteil 53 daran gehindert, in den Wassersammel- behälter 21-23 zu fallen.
Ein guter Wärmeaustausch wird durch die schnelle Zirkulation des Kältemittels in dem Verdampfer 5 erreicht. Dies wird durch die Trennwand 15 bewirkt, welche einen aufsteigenden und einen absteigenden Kältemittelstrom zwischen dem inneren Behälter 10 und dem äusseren Behälter 12 des Verdampfers 5 herbeiführt. Infolge der dem Kältemittel durch das der Fläche 11 zugeleitete Wasser zugeführten Wärme verdampft das Kältemittel, wodurch einerseits eine nach oben gerichtete Zirkulation des Kältemittels in dem Ringraum zwischen dem inneren Behälter 10 und der Trennwand 15 und anderseits ein nach unten gerichteter Kältemittelstrom im Rinraum zwischen dem äusseren Behälter 12 und der Trennwand 15 entsteht.
Das Gas und die mitgerissene Flüssigkeit werden oben in der Nähe des oberen Abschlussringes 13 aus dem Verdampfer 5 abgeführt; die Flüssigkeit wird vom Gas wie vorbeschrieben im Flüssigkeitsabscheider 4 getrennt und dem Verdampfer 5 wieder zugeführt.