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Vorrichtung zum Herstellen von Eis Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen von Eis, deren Kühlsystem alternierend in einer Gefrier- und in einer Abtauphase betrieben wind.
Es sind Vorrichtungen zum Herstellen von Eis bekannt, bei denen das Eis während der normalen Kühlphase gebildet wird, wenn kondensiertes flüssiges Kühlmittel dem Verdampfer zugeführt wird und das Eis während der Abtauphase vom Verdampfer losgelöst wird, indem heisses, gasförmiges Kühlmittel direkt vom Verdichter zum Verdampfer geführt wird. Diese bekannten Vorrichtungen wessen im allgemeinen einen Verdampfer meit einer Kühlkammer auf, dme am Ende der Kühlphase eine relativ grosse Menge Kühlmittel enthält.
Zum Bewirken seiner raschen Abtauung des Eises von den Verdampferoberflächen durch heisses, ,gasförmiges Kühlmittel und um ein unerwünschtes Schmelzen des Eises zu verhindern, wird zu Beginn der Abtauphase praktisch alles flüssige Kühlmittel vom Verdampfer in einen Sammelbehälter oder einen anderen Verdampfer befördert. Diese Anordnung kompliziert und verteuert die Vorrichtung und benötigt eine relativ grosse Menge von Kühlmittel.
Zweck der Erfindung ist, diese Mängel zu beheben.
Es wurde gefunden, dass man ein rasches und wirksames Abtauen des Eises vom Verdampfer durch Einführen von heissem, gasförmigem Kühlmittel in letzteren erneichen kann, ohne dass man am Ende der Gefrierphase das flüssige Kühlmittel aus dem Verdampfer entfernt, indem man das heisse, gasförmige Kühlmittel derart in die Kühlkammer des Verdampfers einführt, dass es durch die ganze Höhe des letzteren in wirksamen Wärmeaustausch mit dem flüssigen Kühlmittel treten kann, um dieses zu verdampfen oder genügend aufzuheizen, so dass das an den Verdampferoberflächen gebildete Eis losgelöst werden kann.
Diese Anordnung ist besonders wirksam b ei Verwendung von kleinvolumigen Verdampfern wie offenbart in meinen beiden US-Patenten Nrn. 3 034 310 und 3 026 686, wo die Kühlkammer des Verdampfers eine schmale ringförmige Kammer zwischen einem Paar koaxial angeordneter eisbildender Oberflächen ist.
Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Herstellen von Eis, welche gekennzeichnet ist durch ein Kühlsystem mit Verdichter, das aufweist: a) einen vertikal angeordneten rohrförmigen Verdampfer, welcher eine durch seine ganze Höhe verlaufende zentrale Öffnung und eine die zentrale Öffnung umgebende Kühlkammer aufweist, wobei er eine die zentrale Öffnung begrenzende, zylindrische innere Wand und eine weiter aussen angeordnete zylindrische äussere Wand aufweist und die beiden Wände ein Paar koaxial angeordneter eisbildender Oberflächen bilden, die in inniger thermischer Ver- bindung mit der Kühlkammer Astehen und sich über die ganze Höhe des Verdampfers erstrecken;
b) innerhalb der zentralen Öffnung und ausserhalb der äusseren Wand des Verdampfers, @an den oberen Enden der Wände iangeondmiete Mittel zum .Aufsprühen von Wasser auf die Wände;
c) Steuerungsmittel zum :alternierenden Betrieb idss Kühlsystems in einer Gefrierphase und in einer Abtauphase; d) ein Zuführrohr zum Zuführen von kaltem flüssigem Kühhmttel während der Gefrierphase in die Kühlkammer von deren oberem Ende her, derart, idass sich das Kühlmittel in Wärmeaustausch mit den zylindrischen Wänden über den ,
grössten Teil der axialen Länge der Kammer nach unten bewegt;
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e) ein sich von ausserhalb des Verdampfers durch die ganze Höhe der Kühlkammer erstreckendes Zuführrohr zum Zuführen von heissem, gasförmigem Kühlmittel während der Abtauphase in die Kühlkammer, dessen Austrittsöffnung sich unmittelbar über dem Boden der Kühlkammer befindet, und f) Mittel zum Zuführen von heissem, gasförmigem Kühlmittel während der Abtauphwe unter Druck .zum Zuführrohr.
In der Zeichnung sind beispielsweisse Ausführungsformen der erfindungsgemässen Vorrichtung dargestellt. Es zeigen: Fig. l eine schematische Ansicht einer ersten beispielsweisen Ausführungsform, Fig. 2 einen horizontalen Schnitt durch den in Fig. 1 dargestellten Verdampfer entlang der Linie 2-2, Fig. 3 einen vertikalen Schnitt durch den Verdampfer entlang der Linie 3-3 in Fig. 2, Fig. 4 ein beispielsweises Verdrahtungsschema eines elektrischen Steuerungskreises für die erfin- dungsgemässe Vorrichtung und Fig. 5 eine schematische Ansicht eines zweiten beispielsweisen Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung.
Bezugnehmend auf die Zeichnung, worin gleiche Bezugszeichen übereinstimmende Teile in allen Figuren bezeichnen, weist die automatisch arbeitende Vorrichtung zum Herstellen von Eimach Fig. 1 einen gewöhnlichen motorangetriebenen Verdichter 10 mit einer Hochdruckausgangsleitung 11 und einer Niederdruckansaugleitung 12 auf. Die Hochdruck ausgangsleitung 11 teilt sich in zwei Abzweigleitungen 13 und 14, wobei die Abzweigleitung 13 zum Kondensator 15 und die Abzweigleitung 14 durch ein solenoidgesteuertes Ventil 17 zum Verdampfer 16 führt.
Der Kondensator 15 besteht aus einem äusseren Behälter oder Mantelgehäuse, in welchen das heisse, gasförmige Kühlmittel zugeführt wird von der Einlassleitung 13, und einem im Inneren angeordneten Schlangenrohr für das Wasser, welches Rohr in Verbindung ist mit einer äusseren Quelle von kaltem Wasser, um dem zugeführten heissen, gasförmigen Kühlmittel die Wärme zu entziehen mittels Wärmeaustausch mit dem Wasser im Schlangenrohr, zum Kondensieren des Kühlmittels in den flüssigen Zustand. Natürlich könnte auch ein anderer Kondensatortyp verwendet werden. Eine Kondensatorauslassleitung 18 führt von einem Punkt nahe dem unteren Ende des Kondensators 15 durch einten Wärmeaustauscher 19, der in thermischer Verbindung steht mit der Verdichteransaugleltung 12, und dann durch eine geeignete Messvorrichtung, wie z.
B. ein thermostatisches Expansionsmentil 20, zu einer Flüssigkeitszuführleitung 21, die an der Oberseite der Kühlkammer 22 des Verdampfers 16 eintritt und nach unten gerichtet ist bis zu einem bestimmten, Niveau in der oberen Region der Kühlkammer 22, wobei die Zuführleitung 21 eine Auslassöffnung an ihrem unteren Ende aufweist. Beispielsweise erstreckt sich die Zuführleitung etwa 30 cm, von der Ober- s5ite des Verdampfers 16 her gemessen, wobei der Verdampfer eine totale Höhe von etwa 1 in aufweist.
Der Verdampfer 16 kann beispielsweise von der Bauart sein, wie er in meinem US-Pa- tent Nr. 3 034 310 beschrieben wurde, d. h. in der Form von zwei ineinander liegenden, koaxialen Zylindern. Das Eis wird an der Innenfläche 24 des inneren Zylinders sowie an der Aussenfläche 24 des äusseren Zylinders gebildet, wie anschliessend erläutert wird. Zwischen den beiden Zylindern ist eine ringförmige Kühlkammer 22 geformt, zu wel- oher das Kühlmittel, mittels des Expansionsventils 20 abgemessen, zugeführt wird.
Innen im Verdampfer und aussen von diesem angeordnete Besprühungsringe 25 und 26 sind an den oberen Enden der inneren und der äusseren koaxialen Verdampferoberflächen 23 bzw. 24 angeordnet und wenden von einer äusseren Versorgungsquelle mit Wasser versorgt zum Versprühen des Wassers nach unten auf die Verdampferoberfläche zur Bildung von Eis, welches fest an diesen Oberflächen auftritt, bis die Abtauphase beginnt.
Eine Rückführleitung 27 für das dampfförmige Kühlmittel, verbunden mit einer Auslassöffnung 28 an der oberen Seite der Kühlkammer 22 des Verdampfers 16 bildet einen Teil des Kühlmittelrückführteiles des Kühlsystems. Die Rückführleitung 27 mündet in das Kopfende des Sammelbehälters 29, mit welchem die Ansaugleitung 12 des Verdichters 10 verbunden ist. Das Endstück der Ansaugleitung 12 im Sammelbehälter 29 erstreckt sich von dessen Boden nach oben, so dass die Einlassöffnung 30 sich nahe unterhalb des Kopfendes des Sammelbe- hälters 29, jedoch über dem Niveau des flüssigen Kühlmittels befindet, das sich darin ansammelt, um derart nur dem dampfförmigen Kühlmittel den Eintritt durch die Einlassöffnung 30 der Ansaugleitung zu erlauben.
Eine kleine Öffnung 31 kann in (der Wandung der Ansaugleitung 12 unmittelbar über < dem Boden ides Sammellbehälters 29 vorgesehen werden zur beschränkten Rückführung von Öl und flüssigem Kühlmittel in die Ansaugleitung 12, wobei die Menge des durch die Öffnung 31 zugeführten flüssigen Kühlmittels beschränkt wird auf so viel, dass es im Wärmeaustauscher 19 verdampft werden kann.
Die Abzweigleitung 14 der Hochdruckausgangsleitung 11 des Verdichters, welche reguliert wird durch das Solenoidventil 17, endet in einem vertikalen, langgestreckten Zuführrohr 32, ,das ian ider Oberseite .des Verdampfers 16 in die Kühlkammer 22 .eintritt und sich Abis iunmittelbar über den Boden 33 der Kühlkammer 22 erstreckt.
Das Zuführrohr 32 für Idas heisse, gasförmige Kühlmittel weist .an seinem iunteren Ende .eine Aus- lassöffnung 34 auf und ist vorgesehen zum Enbiwn- gen von h esssem, gasföringem Kühlmittel in das flüssige Kühlmittel in der Kühlkammer 22 am Be-
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ginn eines Abtauzyklus unmittelbar über dem Boden 33 der Kühlkammer 22, so dass das heisse,
gasförmige Kühlmittel durch die ganze Höhe des flüssigen Kühlmittels nach oben strömt, und zwar in Wärmeaustausch mit dem flüssigen Kühlmittel in allen Ni- vaaus. Mit dieser Anordnung wird das flüssige Kühlmittel entweder schnell zum Verdampfen gebracht oder mindestens in allen Niveaus ganügend erwärmt, um das angefrorene Eis auf den Verdampferoberflächen 23 und 24 abzutauen ,und somit zu veranlassen, dass die gebildeten Eiskörper infolge der Schwerkraft losgelöst werden und in eine Eiszerkleinerungsmaschine oder in eine andere konventionelle Bearbeitungsmaschine fällt.
Da diese Vorrichtung das Abtauen des Eises eher durch Heizen oder Verdampfendes flüssigen Kühlmittels im Verdampfer bewirkt als durch Verschiebung von flüssigem Kühlmittel laus dem Verdampfer, ist es nicht nötig, eine Auslassleitung für flüssiges Kühlmittel aus der Kühlkammer 22 oder spezielle Mittel zum Herausbringen von allem flüssigem Kühlmittel in der Kühlkammer 22 oder Mittel zum Aufbewahren von der Kühlkammer entzogenem Kühlmittel vorzusehen.
Eine beispielsweise Anordnung des elektrischen Steuerkreises zum Erreichen eines automatischen zyklischen Betriebes der erfindungsgemässen Vorrichtung durch aufainanderfolgende Gefrier- und Abtauphasen ist in Fig. 4 dargestellt, wobei der Verdichtermotor 35 in einem Stromkreis 36 mit den 110-Volt-Zuleitungen 37, 38 angeordnet ist, welcher mittels ein es Zweipolhauptschalters 39, der zwischen den zwei den Stromkreis 36 mit den 110 Volt führenden Zuleitungen 37, 38 ungeordnet isst, und eines Schalters 40, der empfindlich ist auf das Niveau des im eissammelnden Behälter vorhandenen Eises, geschlossen werden kann.
Ein zusätzlicher Stromkreis 41 ist über den Zuleitungen 37, 38 parallel zum Stromkreis 36 angeordnet und weist Niederdruck- und Hochdrucksicherheitsschalter 42 und 43 und einen Zyklus- oder Abtauschalter 44 auf, die in Serie geschaltet im Stromkreis 41 ungeordnet sind. Der Zyklusschalter 44 kann ein Temperaturschalter, der empfindlich ist auf die Temperatur im Bereich des Verdampfers 16, oder ein lauf Druck ansprechender Schalter, ein Zeitschalter oder irgendein bekannter Zyklusschalter sein und weist einen verstellbaren Kontakt auf, der in der Gefrierphase mit einem festen Kontakt in Eingriff kommt wie gestricheltdargestellt in Fig. 4, den Stromkreis durch einen Umwälzpumpenmotor 46 schliessend, der den Druck für das den Besprühungsringen 25 und 26 zugeführte Wasser liefert.
In der Defrosterphase ist die Stellung des verschiebbaren Zyklusschalters 44 wie dargestellt durch die susgezogene Linie in Fig. 4; der verstellbare Kontakt ist in Eingriff mit einem stationären Kontakt und schliesst den Stromkreis durch die Spule des durch ein Solenoidgesteuerten Ventils 17 und durch einen Eiszerkleinerungsmotor 45. Im Betrieb der in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Vorrichtung - angenommen, dass die Einheit gefüllt ist, der Schalter 40 und die Sicherheitsschalter 42 und 43 alle geschlossen sind und der Hauptschalter 39 gerade geschlossen wurde, - wird der Verdichtermotor 35 erregt.
Der Zyklusschalter 44 wind in der gestrichsltdargestellten Stellung sein, beruhend auf einem höheren Temperaturgefälle am Verdampfer 16, verursachend, dass der Zirkulationspumpenmotor 46 erregt wird, so dass Wasser von den Besprühungsringen 25 und 26 auf die eisbildenden Oberflächen 23, 24 gesprüht wird. Die Spule des Ventils 17 wird entmagnetisiert, worauf dieses Ventil schliesst und damit die Abzweigleitung 14 abschliesst. Damit wird das heisse, gasförmige Kühlmittel, das vom Verdichter 10 her durch die Hochdruckleitung 11 ausströmt, durch die Kondensatoreinlassleitung 13 dem Kondensator 15 zugeführt, wo das heisse, gasförmige Kühlmittel kondensieren wird, indem es Wärme an das Wasser, das durch die im Inneren des Kondensators 15 sich befindlichen Wasserschlangen fliesst, abgibt.
Das kondensierte flüssige Kühlmittel wird dann anschliessend (durch die Leitung 18, den Wärmeaustauscher 19 und das thermostatische Expansionsventil 20 dem Zuführrohr 21 zugeführt, um das abgekühlte flüssige Kühlmittel in die Kühlkammer 22 des Verdampfers 16 zu leiten. Die Verdampfung des flüssigen Kühlmittels im Verdampfer 16, die unter niedrigem Druck erfolgt, entzieht dem auf die koaxialen Oberflächen 23 und 24 des Verdampfers 16 gesprühten Wasser die Wärme und bildet dabei zwei koaxiale Röhren von Eis, die an den Verdampferoberflächen festgefroren wenden. Das verdampfte Kühlmittel wind durch die Rückführleitung 27, den Sammelbehälter 29 und die Verdichteransaugleitung 12 vom Verdichter 10 angesogen, wo es komprimiert rund dem System wieder zugeführt wird.
Wenn die Steuerung für den Zyklusschalter 44 einen bestimmten Zustand am Verdampfer wahrnimmt, z. B. eine tiefe Temperatur infolge der Bildung eines bestimmten Betrages von Eis auf den Verdampferoberflächen 23, 24, so wird der Zyklusschalter 44 ausgelöst, um die in Fig. 4 ausgezogen eingezeichnete Stellung einzunehmen, wobei die Spule des Solenoidventils 17 erregt wird, um dieses Ventil zu öffnen;
der Eiszerkleinerungsmotor 45 wind erregt, und der Zirkulationspumpenmotor 46 wird ent- regt. Die Hochdruckausigangsleltung 11 des Ver- dichters 10 wird dann in direkte Versbindung mit der Kühlkammer 22 gebracht, um das heisse, gasförmige Kühlmittel durch die Abzweigleitung 14, Idas Ventil 17 und das Zuführrohr 32 bis ,zum Boden ider Kühlkammer 22 zu führen,
um das flüssige Kühlmittel in der Kühlkammer 22 zu erwärmen. Das von :fier Auslassöffnung 34 !des Zuführrohres 32 ,aufsteigende heisse, gasförmige Kühlmittel erwärmt das flüssige Kühlmittel oder bringt es zum Verdump- fen, und zwar in dem Masse, dass die Frostbindung, welche die Eisrohre an den Verdampferoberflächen
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hält, schnell gelöst wild, so dass das Eis infolge seiner Schwerkraft losgelöst wird ohne ein bemerkenswertes Schmelzen das Eises.
Eine weitere beispielsweise Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes ist in Fig. 5 dargestellt. Diese automatisch arbeitende Vorrichtung zur Herstellung von Eis weist einen durch einen Motor angetriebenen Verdichter 10a auf, von dem eine Hoch- druckausgangsleüung lla führt, die sich in die zwei Leitungen 13a und 14a teilt. Die seine Abzweigung 13a führt zum Kondensator 15a, und die andere Abzweigung 14a führt zum Einlass 50 des Vierwegventils 51.
Eine Kondensatorausgangsleitung 18a erstreckt sich durch einen Wärmeaustauscher 19a in Wärmeaustausch mit der Niederdruckverdichter- ansaugleitung 12a und durch ein Kapillarrohr 20a oder ein thermostatisches Expansionsventil zu einem Zuführrohr 21a, das sich in die Kühlkammer 22a des Verdampfers 16 erstreckt und dort eine Auslass- öffnung aufweist. Der Verdampfer 16a ist von edler gleichen Konstruktion wie der in Verbindung mit der ersten beispielsweisen Ausführungsform beschriebene Verdampfer 16 und weist innere und äussere Besprühungsringe 25a und 26a auf zum Sprühen von Wasser nach unten auf die eisbildenden Oberflächen 23a und 24a des Verdampfers 16a.
Ein Auslass 52 des Vierwegventils 51 ist in Verbindung mit der Verdichteransaugleitung 12a, und ein anderer Auslass 53 des Vierwegventils ist in Verbindung mit der Leitung 54, die mit einem Einwegventil 55 versehen isst und sich bis zur Oberseite des Sammel- behälters 56 erstreckt. Der Sammelbehälter 56 ist nur zur Aufnahme einer kleinen Menge des Kühl- nur zur Aufnahme einer kleinen Menge des Kühlmittels bemessen und steht mittels einer Verbindungsleitung 57 in Verbindung mit der Kühlkammer 22a, bei der besagte Leitung an ihrer Oberseite einmündet.
Der dritte Auslass 58 des Vierwegventils weist zwei Abzweigungen 59 und 60 auf, von denen jede mit einem Einwegventil 61 respektive 62 versehen ist und wobei die Abzweigung 59 einen langgestreckten Endteil 63 aufweist, der ein Zuführrohr bildet, das sich praktisch durch die ganze, Höhe der Kühlkammer 22a nach untern erstreckt und unmittelbar über deren Boden 33a endet. Das Absperrventil 61 öffnet infolge des am Vierwegventilauslass 58 herrschenden hohen Druckes und schliesst bei niederem Druck am erwähnten Auslass, während das Absperrventil 62 bei niederem Druck am Auslass 58 öffnet und bei hohem Druck schliesst.
Während der normalen Eishenstell- eder Gefrier- phase ist der Ventilteil 64 des Vierwegventils 51 durch das Steuerventil 65 derart gestellt, dass der Vierwegventilauslass 58 mit dem Auslass 52, der mit der Ansaugseite des Verdichters 10a in Verbindung ist, verbunden wild. Während die Hochdruckausgangsleitung vom Verdichter 10a durch die Abzweigung 14a und den Vierwegventileinlass 50 mit dem Inneren des Vierwegventilgehäuses und dem Auslass 53 in Verbindung steht, verhindert das Absperrventil 55 infolge des am Auslass 53 herrschen- den hohen Druckes einen Durchgang des heissen, gasförmigen Kühlmittels durch die Leitung 54 zum Sammelbehälter 56.
Dass heisse, gasförmige Kühlmittel steht jedoch durch die Abzweigung 13a mit dem Kondensator 15a in Verbindung, wo es verflüssigt und durch die Verbindungsleitung 18a, den Wärmeaustauscher 19a und das Kapillarrohr 20a zum Zuführrohr 21a und durch dieses in die Kühlkammer 22a geleitet wird. Das in der Kühlkammer 22a verdampfende Kühlmittel wird durch das Absperrventil 62, die Abzweigleitung 60 und den Vierwagventilauslass 58 abgezogen und der Ansaugleitung 12a und dem Verdichter 10a zugeführt. Wenn die Steuerröhre oder andere zustandswahrnehmende Einrichtungen am Verdampfer auf die Anhäufung der gewünschten Menge von Eis ansprechen, wird das Steuerventil 65 betätigt zum Reservieren der Stellung des Ventilteils 64 des Vierwegventils 51 zur Verbindung des Auslasses 52 meit dem Auslass 53.
Darauf wird heisses, gasförmiges Kühlmittel unter hohem Druck vom Verdichter 10a durch die Verbindung lla und die Abzweigung 14a durch den Einlass 50 in das Innere des Vierwegventils 51 und dann durch den Auslass 58, die Abzweigung 59, das Absperrventil 61 und den Endteil 63 zum Bodenteil der Kühlkammer 22a geleitet, welches dann das flüssige Kühlmittel in ,der Kühlkammer 22a erwärmt, bis das auf den eisbildenden Oberflächen 23a und 24a des Verdampfers 16a gebildete Eis infolge der Schwerkraft abfällt. Darauf wird die Steuerröhre aktiviert, um das System wieder auf die Gefrierphase umzustellen.
Die Abzweigung 60 ist während der Abtauphase mittels des Absperrventils 62 geschlossen infolge des am Auslass 58 herrschenden hohen Druckes, und der Sammmelbehälber 56 wird mittels der Ansaugleitung 12a in Verbindung mit dem Verdichter 10a gebracht durch Verbindung der Vierwegventilauslässe 52 und 53. Es sei bemerkt, dass das heisse, gasförmige Kühlmittel in Bodennähe des Verdampfers in die Kühlkammer eingeführt wind und dass der Einlass des Verbindungsrohres 57 an der Oberseite der Kühlkammer 22a angeordnet ist, so dass, wenn überhaupt, nur eine sehr kleine Menge von Kühlmittel zum Sammelbe- hälter 56 strömt, etwa in der Grössenordnung von 0,05-0,1 Liter.
Durch diese Anordnung wird lein Mitreissen von flüssigem Kühlmittel von oder Kühlkammer 22a durch die Ansaugleitung 12a zum Verdichter 10a vermieden, und ein wirkungsvoller Zyklus edier Vorrichtung idurch die Gefrier- und Ab- tauphasie wird ierreicht.
Der automatische elektrische Steuerkreis für idiese zweite beispielsweise Ausfühmingsform kann im. Prin- zip gleich angeordnet sein wie der in Fig. 4 dar- gestellt.
Wenn eine igrössere Verdampfungsleistung er- wünscht ist, als mit einem einzigen Verdampfer zweckmässig erreicht werden kann,
.dann können natürlich auch zwei oder mehrere Verdampfer in paralleler Schaltung miteinander im Kühlkreislauf
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zwischen dem Beruhigungsbehälter oder Sammelbe- hälter angeordnet werden.