DE10015806C2 - Storage for liquid ice with high ice concentration - Google Patents
Storage for liquid ice with high ice concentrationInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Speicher für FlüssigEis, insbesondere für pumpbares FlüssigEis hoher Eiskonzentration, mit mindestens einem Zulauf und mindestens einem Ablauf und mit einem im Speicher angeordneten Rührwerk, das durch einen Antriebsmotor angetrieben wird.The invention relates to a memory for liquid ice, in particular for pumpable liquid ice high ice concentration, with at least one inlet and at least one outlet and with an agitator arranged in the memory, which is driven by a drive motor becomes.
Bekannt sind verschiedene Bauarten von Speichern für FlüssigEis, die entweder mittels rotierender Schaber der Gewinnung von Eis hoher Konzentration dienen (z. B. US 5,035,733 und US 4,912,935) oder die als Pufferspeicher in einem Kühlkreislauf geringer Eiskonzentration eingesetzt werden (z. B. WO 96/27109 und LEHRBUCH DER KÄLTETECHNIK, 4. Auflage 1997, C. F. Müller Verlag, Heidelberg, Bild 5/28, Seite 305). Der Stand der Technik besteht darin, dass die Eisspeicher als stehende Zylinder ausgebildet sind. Aufgrund der unterschiedlichen Dichte der FlüssigEis-Bestandteile stellt sich eine gravitationsbedingte Separation von Eispartikeln und Wasser ein, die um so stärker ist, je höher der Zylinder baut. Im Falle des Eisgewinnungssystems wird dieser "günstige" Effekt ausgenutzt: An der Stelle der höchsten Eiskonzentration rotieren Schaber, die das Eis aufnehmen und abtransportieren. Im Falle des Pufferspeichers führt dieser "ungünstige" Effekt dazu, dass das FlüssigEis an der Oberfläche verklumpt bzw. vergletschert und dann nur noch schwer oder gar nicht pumpbar ist.Various types of storage for liquid ice are known, which either serve to extract ice of high concentration by means of rotating scrapers (e.g. US 5,035,733 and US 4,912,935) or are used as buffer stores in a cooling circuit of low ice concentration (e.g. WO 96 / 27109 and TEXTBOOK OF REFRIGERATION TECHNOLOGY, 4th edition 1997 , CF Müller Verlag, Heidelberg, picture 5/28, page 305). The prior art is that the ice stores are designed as standing cylinders. Due to the different density of the liquid ice components, there is a gravitational separation of ice particles and water, which is stronger the higher the cylinder is built. In the case of the ice extraction system, this "favorable" effect is exploited: at the point of the highest ice concentration, scrapers rotate, which pick up and remove the ice. In the case of the buffer storage, this "unfavorable" effect means that the liquid ice clumps or glaciates on the surface and is then difficult or impossible to pump.
Aus diesem Grunde wird ein Rührwerk mit einem oder mehreren horizontal oder geringfügig geneigten Rührarmen in den Eisspeicher integriert, das für eine kontinuierliche Umwälzung und Vermischung des FlüssigEises sorgt und damit der Verklumpungsneigung entgegenwirkt.For this reason, an agitator with one or more horizontal or slightly inclined mixing arms integrated in the ice storage, which ensures a continuous Circulation and mixing of the liquid ice ensures and thus the tendency to clump counteracts.
Bei dem in der EP 0 923 969 A1 beschriebenen Rührwerk kämmen dabei die Rührarme des Rührwerkes mit Kammreihen, die an der Zylinderwand des Rührwerkes angeordnet sind. In the agitator described in EP 0 923 969 A1, the agitator arms of the Agitator with rows of combs, which are arranged on the cylinder wall of the agitator.
Zur Erzielung einer Vertikalbewegung des FlüssigEises sind die Rührarme oft als Propeller ausgebildet, also längs ihrer Achse verdreht, was bei geringen Eiskonzentrationen durchaus funktioniert (DE 36 24 352 A1). Derartige Rührwerke weisen jedoch Nachteile bzw. Funktionseinschränkungen auf.The stirrer arms are often used as propellers to achieve vertical movement of the liquid ice trained, so twisted along its axis, which is quite with low ice concentrations works (DE 36 24 352 A1). However, such agitators have disadvantages or Functional restrictions.
Wird ein derartiges Rührwerk eingesetzt, um FlüssigEis (eine Suspension aus maximal gleichgroßen Anteilen von Eiskristallen und Wasser sowie einem sehr geringen Anteil an Gefrierpunkterniedriger) zu durchmischen, wird sich bei sinnvollen Umfangsgeschwindigkeiten trotz der bekannten Verfahren zur Vertikalströmungs- Ausbildung mittels geeignet geformter Rührarme eine gravitätische Separation der spezifisch leichten Eiskristalle und der spezifisch schweren Wassermoleküle einstellen. Lediglich bei deutlicher Erhöhung der Rührwerksdrehzahl kann die eigentlich erwünschte vertikale Umwälzung des FlüssigEises und damit die vollständige Homogenisierung erreicht werden; doch dann ist die über die Rührwerksarme eingekoppelte Energie so groß, dass die Eiskristalle schmelzen und der Rührwerksbehälter daher nicht als FlüssigEis-Speicher verwendet werden kann.If such a stirrer is used to dispense liquid ice (a suspension of maximum equal proportions of ice crystals and water and a very small proportion of Mixing the freezing point) will be useful Peripheral speeds despite the known methods for vertical flow Training by means of suitably shaped stirring arms a serious separation of the adjust specifically light ice crystals and the specifically heavy water molecules. Only when the agitator speed increases significantly can the actually desired one vertical circulation of the liquid ice and thus complete homogenization become; but then the energy coupled in via the agitator arms is so great that the Ice crystals melt and therefore the agitator container does not act as a liquid ice storage can be used.
Aufgabe der im folgenden beschriebenen Erfindung ist daher die Konstruktion eines Speichers mit integriertem Rührwerk, der pumpbares, nicht verklumpendes FlüssigEis mit hoher Eiskonzentration bereitstellt, wobei bei Verwendung von unter normalen atmosphärischen Bedingungen verdunstenden Gefrierpunkterniedrigern dieses Verdunsten verhindert werden soll, damit sich der Gefrierpunkt des FlüssigEises bzw. der Sole sowie weitere physikalische Eigenschaften nicht ändern.The object of the invention described below is therefore the construction of a Storage with integrated agitator, the pumpable, non-clumping liquid ice with provides high ice concentration, when using under normal atmospheric conditions evaporating freezing point depressors this evaporation should be prevented so that the freezing point of the liquid ice or brine as well do not change other physical properties.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1, vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche. This object is achieved by the features of claim 1, advantageous Refinements are the subject of the dependent claims.
Die grundlegenden Ideen der Erfindung bestehen darin, durch eine Horizontalanordnung eines zylindrischen Eisspeichers die Auswirkungen der gravitationsbedingten Eiskonzentrationsänderung über der Höhe des Speichers zu reduzieren, durch ein ebenfalls horizontal angeordnetes Rührwerk für eine vertikale anstelle einer bisher hauptsächlich horizontalen Umwälzung des FlüssigEises zu sorgen und durch rotierende sowie feststehende Rührwerkselemente zu erreichen, dass das Entstehen von Verklumpungen verhindert wird.The basic ideas of the invention are through a horizontal arrangement of a cylindrical ice storage the effects of gravitational Reduce ice concentration change above the level of the store by a likewise horizontally arranged agitator for a vertical instead of a previously mainly horizontal circulation of the liquid ice and by rotating as well fixed agitator elements to achieve that the formation of clumps is prevented.
Eine Verdunstung von Gefrierpunkterniedriger wird dadurch reduziert, das der FlüssigEis- Kreislauf nach außen hin geschlossen wird und die Volumenausdehnung des sich bildenden Eises in einem mit der Unterseite des Speichers verbundenen Ausgleichsbehälter aufgenommen wird, der thermisch lediglich teilisoliert ist oder gar nicht isoliert ist.Evaporation of freezing point depressants is reduced by the fact that the liquid ice Circuit is closed to the outside and the volume expansion of the formed Ice in an expansion tank connected to the bottom of the reservoir is recorded, which is only partially insulated thermally or is not insulated at all.
Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen FlüssigEis-Speichers soll anhand der Zeichnung erläutert werden. Es zeigen:An embodiment of the liquid ice storage device according to the invention is shown in FIG Drawing are explained. Show it:
Fig. 1: Speicher für FlüssigEis mit Rührwerk-Längsschnitt Fig. 1: Storage for liquid ice with a longitudinal section of the agitator
Fig. 2: Speicher für FlüssigEis mit Rührwerk-Vertikalschnitt und Fig. 2: Storage for liquid ice with vertical section and agitator
Fig. 3: Speicher für FlüssigEis mit Druckausgleichsbehälter Fig. 3: Storage for liquid ice with a surge tank
Fig. 1 zeigt einen thermisch isolierten Speicher für FlüssigEis, der als ein horizontal oder nahezu horizontal angeordneter Zylinder 1 ausgebildet ist, in dem das ebenfalls horizontal angeordnete Rührwerk 5 eine vertikale Umwälzung des FlüssigEises bewirkt. Die Mittelachse des Zylinders 1 kann dabei auch gegenüber der Horizontalen einen Neigungswinkel von bis zu 15° aufweisen. Fig. 1 shows a thermally insulated storage for liquid ice, which is designed as a horizontally or almost horizontally arranged cylinder 1 , in which the stirrer 5 also arranged horizontally causes a vertical circulation of the liquid ice. The central axis of the cylinder 1 can also have an inclination angle of up to 15 ° with respect to the horizontal.
Der Speicher ist versehen mit mindestens einem Zulauf 6 und mindestens einem Ablauf 7, angeordnet längs der Außenwand oder an den Stirnflächen des Zylinders 1. Im Beispiel ist der Zulauf 6 oben an der Außenwand des Zylinders 1 auf der einen Seite und der Ablauf 7 unten an der Außenwand des Zylinders 1 auf der anderen Seite angeordnet. The store is provided with at least one inlet 6 and at least one outlet 7 , arranged along the outer wall or on the end faces of the cylinder 1 . In the example, the inlet 6 is arranged at the top of the outer wall of the cylinder 1 on one side and the outlet 7 at the bottom of the outer wall of the cylinder 1 on the other side.
Das Rührwerk 5 ist auf der Mittelachse des Zylinders 1 drehbar angeordnet und weist nach innen in den Zylinderraum gerichtete Rührarme 2, vorzugsweise rechtwinklig zur Mittelachse, auf. In der dargestellten Ausführung sind die Rührarme 2 kammförmig ausgebildet, und mindestens eine Kammreihe erstreckt sich über die Länge des Zylinders 1 oder Teilen davon.The agitator 5 is rotatably arranged on the central axis of the cylinder 1 and has stirring arms 2 directed inward into the cylinder space, preferably at right angles to the central axis. In the embodiment shown, the stirring arms 2 are comb-shaped, and at least one row of combs extends over the length of the cylinder 1 or parts thereof.
Weiterhin sind längs oder teilweise längs der Innenwand des Zylinders 1 zur Mittelachse weisende, fest angeordnete, beabstandete, stabförmige Zinken 3 vorhanden. Die fest angeordneten Zinken 3 reichen bis nahe an die Drehachse des Rührwerkes 5 heran und sind in der Darstellung ebenfalls kammartig ausgebildet.Furthermore, there are fixed, spaced, rod-shaped tines 3 pointing along or partially along the inner wall of the cylinder 1 to the central axis. The fixed tines 3 extend close to the axis of rotation of the agitator 5 and are also comb-shaped in the illustration.
Bei Rotation des Rührwerkes 5 durchkämmen die Rührarme 2 das sich im Zylinder 1 befindliche FlüssigEis und bewirken aufgrund der Horizontalanordnung des Rührwerkes 5 einen Austausch des FlüssigEises zwischen oben und unten. Dadurch wird das Entstehen von Eisverklumpungen bis zu einer gewissen Eiskonzentration verhindert. Aufgrund der Zentrifugalwirkung des in Rotation versetzten FlüssigEises werden - wie beim Vertikal- Speicher - spezifisch schwere FlüssigEis-Bestandteile, also diejenigen mit dem größeren Wasseranteil, nach außen transportiert, während die spezifisch leichteren Bestandteile in der Nähe der Rotationsachse verbleiben. Im Gegensatz zum Vertikal-Speicher sind diese Effekte wegen der zusätzlich wirkenden Gravitations-Separation zwar geringer, doch bei hohen Eiskonzentrationen können sie sich dergestalt bemerkbar machen, dass sich um die Rotationsachse herum ein Eisblock bildet, der mit der Zeit immer größer wird. Um dem einerseits entgegenzuwirken und andererseits die mögliche Eiskonzentration weiter zu steigern, sind die feststehend innen am Zylinder 1 angebrachten stabförmigen Zinken 3, vorzugsweise unten in Form eines Kammes, vorhanden, an denen sich bildende Eisverklumpungen sofort zertrennt werden. Sind die stabförmigen Zinken 3 oder einige davon hohl, können sie zur Aufnahme von elektrischen Heizstäben dienen, mit denen das FlüssigEis bei Bedarf zusätzlich abgeschmolzen werden kann. When the agitator 5 rotates, the agitator arms 2 comb through the liquid ice located in the cylinder 1 and, due to the horizontal arrangement of the agitator 5, cause the liquid ice to be exchanged between the top and bottom. This prevents the formation of ice clumps up to a certain ice concentration. Due to the centrifugal effect of the rotating liquid ice, as with vertical storage, specifically heavy liquid ice components, i.e. those with the greater water content, are transported to the outside, while the specifically lighter components remain in the vicinity of the axis of rotation. In contrast to vertical storage, these effects are smaller due to the additional gravitational separation, but at high ice concentrations they can be noticed in such a way that an ice block forms around the axis of rotation, which increases with time. In order to counteract this on the one hand and on the other hand to further increase the possible ice concentration, the rod-shaped tines 3 fixed on the inside of the cylinder 1 , preferably at the bottom in the form of a comb, are present, on which ice clumps that form are immediately separated. If the rod-shaped tines 3 or some of them are hollow, they can be used to hold electrical heating elements, with which the liquid ice can also be melted off if necessary.
Fig. 2 zeigt den gleichen Speicher im Vertikalschnitt. Zur Intensivierung der Wirkung des Rührwerks 5 können weitere rotierende und weitere feststehende Kämme aus Rührarmen 2 und/oder Zinken 3 hinzugefügt werden. Auch müssen die Rührarme 2 und Zinken 3 nicht in einer Flucht angeordnet werden, sondern sie können zueinander versetzt werden, um z. B. einen definierten Transport des FlüssigEises vom Zulauf 6 zum Ablauf 7 zu bewirken. Fig. 2 shows the same memory in vertical section. To intensify the action of the agitator 5 , further rotating and other fixed combs made of agitator arms 2 and / or tines 3 can be added. The stirring arms 2 and tines 3 do not have to be arranged in alignment, but they can be offset from one another in order, for. B. to effect a defined transport of the liquid ice from the inlet 6 to the outlet 7 .
Die Viskosität des FlüssigEises ist Funktion der Eiskonzentration. Wie Untersuchungen ergeben haben, ändert sich besonders im Bereich hoher Eiskonzentrationen die Viskosität von FlüssigEis stark mit der Eiskonzentration. Die Leistungsaufnahme des Rührwerks 5 ist somit Funktion der Viskosität des FlüssigEises. Daher ist es möglich, in einem begrenzten Bereich hoher Eiskonzentration die Leistungsaufnahme des Antriebsmotors 4 des Rührwerks 5 bzw. dessen Drehzahländerung als Signal für eine sich verändernde Eiskonzentration zu verwenden und gegebenenfalls gegenzusteuern. Als einfaches Verfahren hat sich erwiesen, eine Kalibrierkennlinie für die Eiskonzentration in Abhängigkeit von der Drehzahl des Abtriebsmotors 4 und damit des Rührwerks 5 aufzunehmen und die Eiskonzentration anhand der Drehzahl zu regeln.The viscosity of the liquid ice is a function of the ice concentration. As studies have shown, the viscosity of liquid ice changes significantly with the ice concentration, especially in the area of high ice concentrations. The power consumption of the agitator 5 is thus a function of the viscosity of the liquid ice. It is therefore possible to use the power consumption of the drive motor 4 of the agitator 5 or its change in speed as a signal for a changing ice concentration in a limited range of high ice concentration and, if necessary, to counteract it. It has proven to be a simple method to record a calibration curve for the ice concentration as a function of the speed of the driven motor 4 and thus of the agitator 5 and to regulate the ice concentration on the basis of the speed.
Zur Verhinderung des Verdunstens von Gefrierpunkterniedriger aus der Sole (Wasser + Gefrierpunkterniedriger) bzw. aus dem FlüssigEis heraus wird mit der Erfindung vorgeschlagen, den FlüssigEis-Kreislauf zumindest zeitweilig abzuschließen. Dabei muss für die mit der Eisbildung verbundene Volumenzunahme ein Ausdehnungsraum geschaffen werden. Befände sich dieser Raum oberhalb der Flüssigkeitsoberfläche im Speicherbehälter, kann es bei sich ändernden Eiskonzentrationen in diesem Bereich zu Verklumpungen und Vergletscherungen von Eis kommen, und es kann passieren, dass Luft, die sich vor Inbetriebnahme des Systems im Speicher befunden hat, mit unter das FlüssigEis gerührt wird, wodurch dieses zwar kompressibel wird, die nutzbare Schmelzenthalpie jedoch reduziert wird. To prevent evaporation of freezing point depressants from the brine (water + Freezing point lowers) or out of the liquid ice with the invention proposed to complete the liquid ice cycle at least temporarily. It must be for the volume increase associated with ice formation created an expansion space become. If this space were above the surface of the liquid in the storage container, With changing ice concentrations in this area there can be clumping and Glaciations of ice are coming, and it can happen that air is in front of it Commissioning of the system in the store has been stirred with the liquid ice is, which makes it compressible, but the usable enthalpy of fusion is reduced.
Aus diesen Gründen wird, wie in Fig. 3 dargestellt, ein Ausdehnungsvolumen in einem separaten Ausgleichsbehälter 8 geschaffen, der über eine nicht thermisch isolierte Leitung 9 unten mit dem Zylinder 1 des Speichers verbunden ist. Die Leitung 9 kann beheizbar sein. Bei steigender Eiskonzentration und damit steigendem Volumen strömt FlüssigEis in die Verbindungsleitung zum Ausgleichsbehälter 8 und komprimiert die dort vorhandene Luft, wodurch der Gesamtdruck im System lediglich geringfügig ansteigt. Das Volumen des Ausgleichbehälters 8 ist so zu bemessen, dass der System-Gesamtdruck nicht über einen tolerablen Wert ansteigen kann. Sollte unter unvorhergesehenen Bedingungen dies doch einmal geschehen, wird Luft bzw. Dampf über ein Überdruckventil 10 abgeblasen, so dass sich der System-Gesamtdruck reduziert. Durch das Fehlen einer thermischen Isolierung an der Verbindungsleitung 9 sowie gegebenenfalls an Teilen des Ausgleichsbehälters 8 wird erreicht, dass sich in der Verbindungsleitung kein festes Eis bilden kann, das ein Hin- und Herströmen von FlüssigEis beeinträchtigen oder verhindern könnte. For these reasons, as shown in Fig. 3, an expansion volume is created in a separate expansion tank 8 , which is connected via a non-thermally insulated line 9 below to the cylinder 1 of the memory. The line 9 can be heated. With increasing ice concentration and thus increasing volume, liquid ice flows into the connecting line to the expansion tank 8 and compresses the air present there, as a result of which the total pressure in the system only increases slightly. The volume of the expansion tank 8 is to be dimensioned such that the total system pressure cannot rise above a tolerable value. If this should happen under unforeseen conditions, air or steam is blown off via a pressure relief valve 10 , so that the total system pressure is reduced. The lack of thermal insulation on the connecting line 9 and possibly on parts of the expansion tank 8 ensures that no solid ice can form in the connecting line, which could impair or prevent liquid ice from flowing back and forth.
11
Zylinder
cylinder
22
Rührarme (beweglich)
Agitator arms (movable)
33
Zinken (fest)
Tines (fixed)
44
Antriebsmotor
drive motor
55
Rührwerk
agitator
66
Zulauf
Intake
77
Ablauf
procedure
88th
Ausgleichsbehälter
surge tank
99
Leitung
management
1010
Überdruckventil
Pressure relief valve
Claims (12)
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2000
- 2000-03-24 DE DE10015806A patent/DE10015806C2/en not_active Expired - Fee Related
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