DE102006010068B3

DE102006010068B3 - Verfahren zur Eisherstellung

Info

Publication number: DE102006010068B3
Application number: DE102006010068A
Authority: DE
Inventors: Otto-Wilhelm Held
Original assignee: Individual
Current assignee: Stetter GmbH
Priority date: 2006-03-04
Filing date: 2006-03-04
Publication date: 2007-03-15
Anticipated expiration: 2026-03-05
Also published as: WO2007099143A2; WO2007099143A3

Abstract

Verfahren zur Eisherstellung, insbesondere für Bauzwecke, wobei eine Eismaschine (1) mit einer Wärmepumpe (11) mit einem Ammoniakkreislauf erhöht angeordnet ist, deren Kondensator (12) luft- und sprühwassergekühlt ist und deren Verdampfer (14) aufend Wasser zugeführt wird, das zu Eis gefroren in einen tiefer angeordneten Eiscontainer (2) mit einer bedarfsgesteuerten Ausfördervorrichtung (21) fällt, wobei der Verdampfer (14) mit etwa -11 DEG C betrieben wird und das daran entstehende Eis durch periodische Kühlmittel-Dampfstöße abgelöst wird.

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren zur Eisherstellung mit einer Eismaschine, die eine Wärmepumpe mit einem Kondensator und einem Verdampfer umfasst, der aus vertikal orientierten Verdampferplatten besteht, die mit umlaufendem Rieselwasser ständig benetzt werden und die während einer Eisbildungsphase bei einer Verdampfertemperatur von ca. –11°C abgekühlt werden und während einer Enteisungsphase mit einem Kühlmitteldampfstoß aufgewärmt werden, so dass das gebildete Eis davon abfällt.
Derartige Vorrichtungen sind insbesondere in warmen Klimazonen für Bauzwecke mit großer Eisleistung im Einsatz, da dort Beton überwiegend mit Eis statt mit Wasser angemischt wird, damit er langsam abbindet und so die geforderte Dichte und Festigkeit erlangt. Um den Tagesbedarf an Eis zu decken, der zur Tageszeit sporadisch auftritt, ist die in einer oberen Etage angeordnete Eismaschine oft Tag und Nacht in Betrieb, deren Eis im Container in einer unteren Etage zwischengelagert wird. Der Nachtbetrieb ist ökonomischer, da die Kühlluft des Kondensators dann eine wesentlich geringere Temperatur als am Tage hat.

Aus der DE 10 2005 008 145 B3 und Eismaschinen bekannt, deren Platten-Verdampfer mit ca. –11°C betrieben wird, wodurch sich nasses Eis aus in gleichbleibender Dosierung von oben zugeführtem Rieselwasser bildet. Dieses wird in kurzen Abständen mit einem in den Verdampfer eingeblasenen Kühlmittel-Dampfstoß von der Verdampferoberfläche abgetaut, so daß es sich scherbenförmig ablöst und nach dem Rutschen über eine schräg angeordnete Siebplatte in einen Eiscontainer fällt.

Es ist Aufgabe der Erfindung, das Verfahren zur Eisherstellung bezüglich des Wirkungsgrades und der Nutzbarkeit durch Optimierung der Enteisungsphase zu verbessern.

Die Lösung besteht in den kennzeichnenden Merkmalen der Ansprüche 1, 8, 9 und 11.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Verfahren sind in den Unteransprüchen angegeben.

Eine erhebliche Energieeinsparung erbringt ein neuartiges Steuerverfahren der Berieselung des Verdampfers, bei dem während der Eisbildungsphasen die Berieselungsmenge nur mit einem geringen Überschuß zur gebildeten Eismenge erfolgt, so daß die vom Verdampfer gelieferte Kühlenergie nur zu einem geringen Teil vom abfließenden Rieselwasser in einen rezirkulierenden Rieselwasservorrat übernommen wird. Während der Enteisungsphase wird der Verdampfer mit einer höheren Wassermenge berieselt, wodurch eine erheblich schnellere Ablösung der Eisscherben von der Verdampferoberfläche eintritt und dementsprechend die Dampfeinbringung in dem Verdampfer abgekürzt wird und die nächste Eisbildungsphase eher begonnen wird.

Es hat sich gezeigt, daß die erhöhte Enteisungs-Berieselung zu einem schnellen Auftauen des Eises im Auftreffbereich der Wasserfäden führt, so daß das Wasser sich alsbald keilartig zwischen der Verdampferoberfläche und der Eisscherbe ausbreitet und diese schnell als Ganzes zum Herabgleiten bringt. Die gesamte Periode des Vereisens und des Enteisens verkürzt sich dadurch um 5–10%, was eine Wirkungsgradsteigerung von etwa 10% erbringt.

Eine besonders einfache Art der Steuerung der Rieselgeschwindigkeit lässt sich dadurch erreichen, dass der Pegel des Rieselwasservorrats in einer obenliegenden Rieselwanne auf verschiedene Niveaus eingestellt wird, so daß es mit dementsprechender Geschwindigkeit aus den bodenseitigen Durchtrittsöffnungen abläuft und oben auf die Verdampferplatten bzw. bereits gebildetes Eis auftrift und sich dort verteilt.

Vorteilhaft wird zur Niveauveränderung des Rieselwasservorrats die Wasserumlaufpumpe während der Enteisungsphase, oder zeitlich etwas vorlaufend dazu, mit erhöhter, z. B. doppelter Geschwindigkeit betrieben und dadurch zusätzlich Rieselwasser aus der Wassersammelwanne in die Rieselwanne verbracht.

Zur genauen Einhaltung der beiden Niveaus dienen vorteilhaft in einfacher Ausgestaltung der Steuervorrichtung Überläufe in entsprechender Höhe an der Rieselwanne, die in die Wassersammelwanne zurückführen und von denen der untere durch ein Ventil während der Abtauphase gesperrt wird. Ein verzögertes Öffnen des Ventils und demnach langsames Absinken des Niveaus zu Beginn der Vereisungsphase trägt der sinkenden Eisbildungsgeschwindigkeit bei wachsender Eisdicke Rechnung, so daß die angelieferte Kälteenergie optimal zur Eisbildung genutzt wird.

Die Berieselungsgeschwindigkeit steuert in einer anderen Ausgestaltung eine Steuervorrichtung mit einem Niveausensor, einem Eisdickenmesser und einer frequenzgesteuerten Wasserumlaufpumpe, womit das Niveau jeweils der Eisbildungsrate laufend angepaßt wird.

Die Phasenumsteuerung zwischen der Eisbildung und der Eisablösung erfolgt in einfachster Weise mittels Zeitsignalen, die so lang gewählt sind, dass während der Enteisungsphase die Eisscherben sicher von den Verdampferplatten abfallen. In einer Verfahrensvariante wird die Länge der Enteisungsphase von der Temperatur des abfließenden Rieselwassers abhängig gemacht. Solange die Eisscherben sich noch an den Verdampferplatten befinden, besitzt das Rieselwasser eine Temperatur von etwa 0°C. Sobald alle Eisscherben abgefallen sind, steigt die Temperatur auf etwa 2,5°C, was als Ende der Enteisungsphase ausgewertet wird.

In einer anderen Verfahrensvariante wird das Fallen der Eisscherben akustisch überwacht. Alle Scherben fallen in der Enteisungsphase in einem Zeitraum von ca. 60 Sekunden. Falls nach dem Fallen der Scherben für etwa 60 Sekunden kein weiteres Fallen registriert wird kann sicher davon ausgegangen werden, dass alle Scherben abgefallen sind und die Enteisungsphase kann beendet werden.

In einer weiteren Verfahrensvariante wird abhängig von der Eisdicke in der Eisbildungsphase die Wärmepumpe abgestellt, aber die Enteisungsphase noch nicht begonnen. Diese wird erst begonnen, wenn das Kühlmittel fast vollständig verdampft ist, es also alle Wärme aufgenommen hat. Erst dann wird der Kühlmitteldampfstoß in die Verdampferplatten geleitet und die Enteisungsphase begonnen. Auf diese Weise wird die Kälte des Kühlmittels besser genutzt und nicht ein Teil durch den beginnenden Enteisungsprozess vernichtet. Dieser Zyklus lässt sich vorteilhaft bei der Verwendung einer wässrigen Ammoniaklösung als Kühlmittel anwenden.

Bei Anwendung aller vorbeschriebenen vorteilhaften Verfahrensmaßnahmen wird eine Energieeinsparung von ca. 60% zu den vorbekannten Anlagen bei einer Umgebungstemperatur von ca. 50°C erreicht.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung ist in der 1 dargestellt, die schematisch eine Eismaschine zeigt.

Diese Eismachine 1 auf dem Stützgerüst 4 ist mit einer Wasserberieselung im Kreislaufbetrieb versehen. Das Wasser aus dem Wassertank 3 wird mit der Wasserpumpe 17 über die Zuführleitung 31 den Rieselwannen 19 oberhalb der Verdampfer 14 zugeführt, unter denen das abgelaufene Wasser über die Wasserleitbleche 9 in den Wannen 16 aufgefangen und mit der Wasserpumpe 17 zurückgefördert wird.

Das periodisch gelöste Eis wird über eine Siebplatte 15 durch den Einfallschacht 20 in den Eiscontainer 2 abgeführt.

Für den effektiven Betrieb der Eiserzeugung laufen aus den Rieselwannen 19 über den Verdampferplatten 14 dünne Wasserfäden auf die Oberkante der Verdampferplatten 14 von wo sich das Rieselwasser gleichmäßig über die Verdampferplatten 14 bzw. darauf angesetztes Eis verteilt. Das Niveau des aufgestauten Rieselwasservorrates in den Rieselwannen 19 wird jeweils zwischen einem tieferen Niveau N1 und einem höheren Niveau N2 verändert, indem die Leistung der Wasserpumpe 17 gesteuert verändert wird und das jeweils optimale Niveau und somit die Rieselgeschwindigkeit des Rieselwassers bestimmt wird. Während der Eisbildungsphase wird ein niedriges Rieselwasserniveau N1 und während der Enteisungsphase ein höheres Niveau N2 eingehalten. Dieses Niveau wird durch die Niveausensoren 35 überwacht.

Eine weitere Überwachung erfolgt durch die akustischen Sensoren 36, die das Krachen der fallenden Eisscherben auf die Siebplatte 15 registrieren.

Die Temperaturüberwachung des überschüssigen Rieselwassers erfolgt über den Temperatursensor 37, der den Anstieg der Rieselwassertemperatur nach erfolgter Enteisung registriert.

1: Eismaschine
2: Eiscontainer
3: Wassertank
4: Container-Stützgerüst
9: Wasserleitblech
14: Verdampfer
15: Siebplatte
16: Wassersammelwanne
17: Wasserumlaufpumpe
19: Rieselwanne
20: Einfallschacht
31: Wasserzulauf
35: Niveausensoren
36: akustischer Sensor
37: Temperatursensor
N1: unteres Rieselwasserniveau
N2: oberes Rieselwasserniveau

Claims

Verfahren zur Eisherstellung mit einer Eismaschine (1), die eine Wärmepumpe mit einem Kondensator und einem Verdampfer umfasst, der aus vertikal orientierten Verdampferplatten (14) besteht, die mit umlaufendem Rieselwasser ständig benetzt werden und die während einer Eisbildungsphase bei einer Verdampfertemperatur von ca. –11°C abgekühlt werden und während einer Enteisungsphase mit einem Kühlmitteldampfstoß aufgewärmt werden, so dass das gebildete Eis davon abfällt, dadurch gekennzeichnet, dass das Rieselwasser während der Enteisungsphase mit einer gegenüber der Eisbildungsphase erhöhten Rate den Verdampferplatten (14) zugeführt wird und die Enteisungsphase nach dem Abfallen des Eises beendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Rieselwasser aus einer Rieselwanne (19) jeweils auf die Oberkanten der Verdampferplatten (14) geleitet wird und das Rieselwasser in der Rieselwanne (19) in der Eisbildungsphase auf einem niedrigen Niveau (N1) und in der Enteisungsphase auf einem höheren Niveau (N2) gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass von den Verdampferplatten (14) ablaufendes Wasser in die Rieselwanne (19) in der Eisbildungs- und der Enteisungsphase jeweils mit unterschiedlicher Fördergeschwindigkeit zurückgefördert wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördergeschwindigkeit zeit- und/oder niveaugesteuert ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rate mit der das Rieselwasser während der Eisbildungsphase den Verdampferplatten (14) zugeführt wird, an die jeweilige Eisbildungsgeschwindigkeit, gegenläufig einer jeweiligen Eisdicke, angepasst wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung der Rate des Rieselwassers mittels eines Eisdickensensorsignals erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Umsteuerung der Eisbildungsphase und der Enteisungsphase abhängig von einem jeweiligen Erreichen einer oberen oder einer unteren vorgegebenen Eisdickengrenze erfolgt.
Verfahren zur Eisherstellung mit einer Eismaschine (1), die eine Wärmepumpe mit einem Kondensator und einem Verdampfer umfasst, der aus vertikal orientierten Verdampferplatten (14) besteht, die mit umlaufendem Rieselwasser ständig benetzt werden und die während einer Eisbildungsphase bei einer Verdampfertemperatur von ca. –11°C abgekühlt werden und während einer Enteisungsphase mit einem Kühlmitteldampfstoß aufgewärmt werden, so dass das gebildete Eis davon abfällt, dadurch gekennzeichnet, dass die Enteisungsphase beendet wird, wenn die Temperatur des Rieselwassers etwa 2,5°C erreicht hat.
Verfahren zur Eisherstellung mit einer Eismaschine (1), die eine Wärmepumpe mit einem Kondensator und einem Verdampfer umfasst, der aus vertikal orientierten Verdampferplatten (14) besteht, die mit umlaufendem Rieselwasser ständig benetzt werden und die während einer Eisbildungsphase bei einer Verdampfertemperatur von ca. –11°C abgekühlt werden und während einer Enteisungsphase mit einem Kühlmitteldampfstoß aufgewärmt werden, so dass das gebildete Eis davon abfällt, dadurch gekennzeichnet, dass das Fallen des Eises akustisch überwacht wird und die Enteisungsphase beendet wird, wenn in einer definierten Zeitspanne kein Eis mehr fällt.
Verfahren zur Eisherstellung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitspanne etwa 60 Sekunden beträgt.
Verfahren zur Eisherstellung mit einer Eismaschine (1), die eine Wärmepumpe mit einem Kondensator und einem Verdampfer umfasst, der aus vertikal orientierten Verdampferplatten (14) besteht, die mit umlaufendem Rieselwasser ständig benetzt werden und die während einer Eisbildungsphase bei einer Verdampfertemperatur von ca. –11°C abgekühlt werden und während einer Enteisungsphase mit einem Kühlmitteldampfstoß aufgewärmt werden, so dass das gebildete Eis davon abfällt, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ende der Eisbildungsphase die Wärmepumpe abgestellt wird und erst nach dem fast vollständigen Verdampfen des Kühlmittels die Enteisungsphase beginnt.
Verfahren zur Eisherstellung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittel eine wässrige Ammoniaklösung ist.