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Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen von Blockeis Die Erfindung
betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen von Blockeis in Batterien
unter Anwendung von Verdampfungskühlern, die im Innern der Eiszelle Wärme entziehen
und bei Beendigung des Eiserzeugungsvorganges mit kondensierendem Kältemittel beschickt
werden.
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Es sind bereits Eiserzeugungsanlagen bekannt, die über im Innern der
Gefrierzelle angeordnete Verdampfungskörper Kälte zuführen und bei denen ein mit
Gefrierwasser gefüllter Behälter über die Verdampfungskörper gehoben wird, um Eis
zwischen ihnen entweder in Platten- oder Würfelform auszufrieren. Anschließend,
nachdem der Behälter mit dem darin befindlichen noch ungefrorenen Wasser gesenkt
wurde, wird durch Einleiten erwärmten Kühlmittels in die Verdampfungskörper abgetaut
und das Eis auf Gitterroste abgesetzt, durch welche das sich an den Eisblöcken bildende
Tauwasser abfließen kann.
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Dadurch, daß der Gefrierwasserbehälter nicht ausfriert, somit nicht
als Eiszelle zur Formung der Eisblöcke dient, können nicht prismatisch-kantige Blöcke,
z. B. Vierkantblöcke von Standardgröße, erhalten werden, denn es ist nicht möglich,
um die Verdampfungskörper herum Eis mit Kantenform zu erzeugen, so wie es für gute
Lagerung und sicheren Transport gewünscht wird. Ein weiterer Nachteil bekannter
Vorschläge, nach «,-elchen Eis innerhalb von Gefrierwassertanks gebildet, dieses
auf etwa 0° C gebrachte Wasser dabei jedoch nicht völlig ausgefroren wird, ist der,
daß auch das stets mit dem Wasser in Berührung bleibende Eis nie viel kälter als
0° C werden kann, bzw. nach dem Herausheben aus dem Tank alsbald diese Tau-Temperatur
erreichen wird, also keine nennenswerte Schmelzresistenz hat.
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Ferner wurde bereits vorgeschlagen, über mit Sole beschickte in Gefrierwasser
eintauchende Kühlkörper Wasser zum Gefrieren zu bringen, dann den Kühlkörper zu
entfernen und nach Kältezufuhr von außen den inzwischen wieder mit Gefrierwasser
gefüllten Raum völlig mit Eis auszufüllen. Hier werden große Eisblöcke erzeugt,
welche nachträglich wieder zerkleinert werden müssen.
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Bei einem weiteren bekannten Verfahren werden Eisblöcke durch Kältezufuhr
von außen gefroren, aber nur so lange, daß im Innern noch ein länglicher Hohlraum
verbleibt, worauf das dort vorhandene Wasser ausgegossen wird, um eine Trübung des
Eises zu verhindern und um mittels eines in die Höhlung eingeschobenen Dornes den
Eisblock zusammen mit anderen Blöcken transportieren zu können. Es werden zwar Eisblöcke
von offenbar handelsüblicher Form erzeugt, aber abgesehen davon, daß keine Kühlung
von einem Tauchkörper aus erfolgt und Solekühlung vorgesehen ist, schwächen die
im Eisblock verbliebenen Hohlräume den Zusammenhalt des Blockes und machen diesen
bruchempfindlicher.
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Alle bekannten Eiserzeugungsverfahren und Vorrichtungen zur Durchführung
dieser Verfahren sind somit umständlich im Betrieb und teuer. Sie benötigen unverhältnismäßig
weite und hohe Räume, viel Kraftstrom und große Wassermengen sowie eine umfangreiche
Lagermenge an Gefrierzellen, die infolge der erforderlichen Bespülung stark korrodieren.
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Die Erfindung vermeidet diese Mängel; sie geht aus von dem bekannten
Verfahren zur Erzeugung von Blockeis in Batteriereihen von sich nach unten etwas
verjüngenden Gefrierzellen unter Verwendung von Verdampfungskühlern, die im Innern
der Gefrierzellen Wärme entziehen und bei Beendigung des Eiserzeugungsvorganges
mit kondensierendem Kältemittel beschickt werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren besteht darin, daß die in einem gemeinsamen
isolierten Luftraum stehenden, mit Gefrierwasser beschickten Gefrierzellen ausschließlich
unter Kältezufuhr von an sich bekannten, zentral in die Gefrierwasserfüllung jeder
Gefrierzelle tauchenden, kontinuierlich mit verdampfendem Kältemittel beschickten
Kühlfingern so lange befroren werden, bis das urn die Kühlfinger herum befindliche
Gefrierwasser bis zu den Zellenkanten hin völlig zugefroren ist, und daß die so
gebildeten Eisblöcke nach dem an sich bekannten Auftauverfahren durch Beschicken
der Kühlfinger mit kondensierendem Kühlmittel zusammen mit den Gefrierzellen nach
unten entfernt werden, worauf sie, gegebenenfalls durch an sich bekanntes Bespülen
der Zellenwände mit warmen Medien, abgesetzt werden können.
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Wenn die nach dem Absenken der Blöcke darin verbleibenden Langlöcher
innerhalb des kälteisolierten Luftraumes zwecks Einfrierens in den Löchern mit
kaltem
Wasser aufgefüllt werden, kann das an den kalten Kühlfingern entlang in die Höhlung
der Gefrierzelle zu leitende Gefrierwasser über Trichter eingeführt und verteilt
werden, welche die oberen Enden der Kühlfinger konzentrisch umschließen. Vorzugsweise
wird dabei derart vorgegangen, daß die Nachfülltrichter bereits während des Gefriervorganges
mit Wasser gefüllt bzw. eingefroren werden und anschließend die im Eisblock beim
Abtauen verbleibenden Langlöcher entlang der noch vom Abtauvorgang ber warmen Kühlfinger
vom Tauwasser des in den Trichtern langsam abschmelzenden Eisklumpens gefüllt werden,
um innerhalb der Langlöcher einzufrieren.
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Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
umfaßt ein die Gefrierzellenbatterie mit ihren Kühlfingergruppen umschließendes
Gehäuse mit seitlich angeordnetem Aufnahme-bzw. Abnahmeraum und einem Abnahme- und
einem Beschickungstisch unterhalb des Gehäuses, welche Tische durch Schienen verbunden
sind, sowie mit Gefrierzellen, welche mittels Hebezeuges gruppenweise sowohl vertikal
wie horizontal beweglich sind, ferner eine Einrichtung zum Verschieben leer in den
Aufnahmeraum eingeführter oder abgetauter, mit Blockeis gefüllter Gefrierzellen
zum Abnahmeraum und eine Einrichtung zum Kippen von auf den Aufnahmetisch abgesetzten
Gefrierzellen zum Zwecke der Entleerung derselben durch Schwerkraft. Hierbei können
die Gefrierzellen in an sich bekannter Weise mit Rollen auf horizontalen Schienen
geführt sein, welche in der Transportrichtung zweckmäßig leicht nach unten geneigt
sind.
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Die Zeichnung erläutert das erfindungsgemäße Verfahren in einem Ausführungsbeispiel.
Es stellt dar: Fig.1 einen Schnitt durch eine Gefrierzelle mit Einrohrinnenverdampfer,
Fig. 2 eine perspektivische Teilansicht eines Zellenoberteiles und Fig. 3 eine gekapselte
Eiserzeugungsbatterie in perspektivischer Gesamtansicht.
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In Fig. 1 ist mit 1 ein Innen-Verdampfer-Rohr bezeichnet. In dieses
ragt konzentrisch ein Kältemittel-Zufuhrrohr 1 a hinein, um in bekannter Weise beispielsweise
Ammoniak im Wärmeaustausch mit umgebendem Medium, z. B. Wasser, zu verdampfen. Dieser
Tauch-Verdampfer 1, der beispielsweise am Winkel 4a befestigt ist, ist oben mit
einem Trichter t zwecks Auffüllung der Zelle sowie des im Eisblock verbliebenen
Loches mit Wasser versehen. Mit 3 ist eine langkonische, unten verjüngte Gefrierzelle
der für Generator-Eis standardisierten Type bezeichnet, welche auf einem Tisch 5
aufsitzt. Der Tisch kann über ein Hubgestänge 6 auf beliebige Art und Weise vertikal
bewegt werden und zwecks Abkippen der Zelle in der Senklage des Tisches mit einem
Gelenk 5 ca versehen sein. Die in die Zelle eingeführte Flüssigkeit, z. B.
Wasser, beläßt nach Bildung des Eisblockes 7 und Senken des Tisches 5 ein Loch 7
a, welches vom Verdampfer 1 herrührt. Wenn man über den Trichter 2 Wasser in das
Loch 7a darunter zuführt, so bekommt man, wenn der Innenverdampfer 1 Kältemittel
verdampft, ein gut vorgekühltes Wasser, das innerhalb des Loches 7 a im kurz vorher
herabgesenkten noch unterkühlten Eisblock durch die noch verfügbaren Kalorien bald
einfriert. Dieser Gefrierprozeß bzw. die Füllung des verbliebenen Loches kann auch
auf eine andere Art erleichtert werden, wenn man im Trichter 2 einen Klumpen Eis
dadurch bilden läßt, daß man langsam noch etwas Wasser zuführt, nachdem die nötige
Zellenfüllung ihre Höhe erreicht hat und der Gefrierprozeß beginnt. Die im Trichter
gebildete Eismenge ist zweckmäßig so gewählt, daß sie beim Abtauvorgang mit nachfolgendem
Senken der Zellen genügt, das verbliebene Loch zu füllen. Wird also die Gefrierzelle
mit dem Eisblock in seiner Senklage kurzzeitig belassen, wobei der Abtauprozeß noch
nicht abgestellt wird, so fließt das Tauwasser des im Trichter 2 langsam abschmelzenden
Eisklumpens in das Loch 7a, welches genau darunter steht, wo es infolge der dort
herrschenden tieferen Temperatur schnell gefriert. Mit 8 ist der Tisch, auf welchem
schließlich der Block umgekippt wird, und mit 4 sind die isolierten Wände, beispielsweise
ausgekleidete Blechwände, bezeichnet, welche auch die Tragwinkel 4 a für die übrigen
Konstruktionsteile besitzen.
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Der Betrieb der Vorrichtung nach Fig. 1 geht folgendermaßen vor sich:
Eine auf den Tisch 5 abgesetzte Gefrierzelle 3 wird in den Bereich der hängenden
Verdampfer 1 gehoben. Dem Trichter 2 wird Gefrierwasser zugeführt und der Wassermenge
durch die im Innenverdampfer 1 verdampfenden Kältemittel die Wärme entzogen. Nach
Fertigstellung des Eisblocks 7 treten durch 1 a warme Gase, die in bekannter Weise
das Rohr 1 erwärmen, um den daran festgefrorenen Eisblock abzulösen, so daß mit
der Tischführung 6 die Gefrierzelle 3 in die gestrichelt gezeichnete Senklage gebracht
wird. Der Eisblock 7 wird nach Auffüllen des Loches 7 d und Einfrieren des Nachfüllwassers
schließlich als Volleisblock auf den Tisch 8 gekippt. Der Eisblock kann von der
Zellenwand nach bekanntem Verfahren durch Bespritzen derselben mit Wasser oder Anblasen
mit warmer Luft getrennt werden.
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Fig. 2 zeigt einen 5-Röhren-Verdampfer anstatt des in Fig.1 dargestellten
Einfach-Innenrohr-Verdampfers, um den Gefrierprozeß schneller vor sich gehen zu
lassen. Das Rohr 1 a ist hier ein Sammelrohr für die Zufuhr von flüssigem Ammoniak
beim Gefriervorgang oder warmen Gasen beim Abtauvorgang in die einzelnen Verdampferrohre
1. Rohr 1 c ist ein gemeinsames Absaugrohr für kalte bzw. warme Dämpfe.
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Fig. 3 zeigt einen Eiserzeuger zwecks Eisfabrikation in größerem Maßstabe,
wobei anstatt nur einer Gefrierzelle Gruppen von in Rahmen gebundenen Gefrierzellenreihen
durch einen Laufkran Reihe nach Reihe gesenkt, gehoben, umgekippt, entleert und
bereitgestellt werden.
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Reihen von feststehenden Verdampfungsrohren 1, welche vertikal nach
unten ragen und welche von einem gemeinsamen Rohr 1 c abzweigen, sind durch ein
Sammelrohr 1 d mit der Saugseite eines nicht dargestellten Kompressors einer üblichen,
beispielsweise mit Ammoniak als Kältemittel betriebenen Kälteanlage verbunden. Die
Zufuhrleitung 1 d für flüssiges Ammoniak ist für eine Verdampfer-Rohrreihe gemeinsam
vorgesehen. Sie hat zu jeder Zelle einen Abzweig und ist über ein kleines Ventil
mit einer Sammelleitung 1 b verbunden. Warme Gase werden über Sammelleitung 1 e
und ein Ventil an jene Reihe geführt, wo ein Abtauvorgang stattfindet. Die genannten
Ventile sind nahe am Abzweig zu den Verdampferrohrreihen angebracht, so daß beispielsweise
beim Gefriervorgang zwecks Zufuhr von flüssigem Kältemedium zu einer Reihe das Ventil
von 1 b offen ist, wobei das zugehörige Ventil von 1 e geschlossen ist. Beim Abtauvorgang
ist der Betätigungssinn für die genannten Ventile umgekehrt derart, daß das Ventil
von 1 b zugemacht und das Ventil von 1 e geöffnet wird.
Jedes Rohr
1 hat oberhalb des Flüssigkeitsspiegels einen Trichter 2 für die Zufuhr von Wasser
über ein gemeinsames Rohr 2a und ein für jede Reihe vorgesehenes, nicht gezeichnetes
Ventil. Es kann aber auch auf andere Weise in die Zellen der Reihe eine bestimmte
Wassermenge zugeführt werden, beispielsweise von unten her durch Verbindungsschläuche,
wo gleichzeitig auch Luft zwecks Klareisherstellung eingeblasen werden kann. Mit
10 ist die Führungsschiene bezeichnet, auf welcher die Rahmen der Gefrierzellen
3 hängen. Ein Kran 13 dient dazu, die Zellenreihen über eine geöffnete Klappe 14
in den Eiserzeuger einzuführen und sie über eine zweite Klappe 15 herauszunehmen.
Reihe nach Reihe werden. somit die im Rahmen befestigten Gefrierzellen durch Kran
13 nach oben gezogen, und die Eisfabrikation kann kontinuierlich arbeiten, wie weiter
unten beschrieben. Um die leeren Gefrierzellenrahmen in eine Position zu bekommen,
welche es dem Kran 13 erleichtert, die Rahmen hochzunehmen und in die Langöffnung
der Klappe 14 zu bringen, besitzt die Anlage in ihrem unteren Teil einen nach rechts
hin divergierenden Durchgang 9, dessen lichte Weiten mit 9 a und 9 b bezeichnet
sind, und ein im Sinne der Zeichnung nach rechts geneigtes Schienenpaar 10a. Die
Gefrierzellenrahmen haben seitlich Rollen, und zwar obere Rollen 10 b und untere
Rollen 10 c, um deren Zurückschieben nach Entleerung nach rechts hin zu erleichtern.
Die Rollen 10b und 10c fahren entlang der geneigten Führungsschienen 10a, so daß,
wenn man die durch den Kran 13 entleerten Gefrierzellen vom Tisch 8 etwas hochgehoben,
in den Durchgang 9 vorgeschoben und dann freigelassen hat, diese von selbst in die
rechts dargestellte Lage auf den Tisch 8 a rutschen, bereit, durch den Kran 13 wieder
in den Schacht unter Klappdecke114 eingesetzt zu werden. Es ist jeweils mindestens
ein Satz leerer Zellen vorhanden und jeweils ein Zellensatz für die Blockentnahme
in Vorbereitung.
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Die Innen-Verdampfer 1 werden in bezug auf die Zellenreihe beispielsweise
durch Gabeln 12 zentriert. Wenn man diese Gabeln 12 entfernt oder abschwenkt, kann
die Zellenreihe durch ihren Rahmen mit Hilfe des Kranes 13 abgesenkt werden. Es
sind für die oberen Rahmenrollen 10 b Schienen 10 sowie für die darauf abgesenkten
Zellenreihen eine Vorschubeinrichtung 11 vorgesehen.
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Die gesamte Einrichtung befindet sich in einem isolierten Kasten,
welcher beispielsweise aus Stahlblech konstruiert ist. Es können auf diese Weise
die Zellensätze sowohl in Hochlage als auch in Senk-und Vorbereitungslage gegen
Wärmezustrom geschützt werden. Der Boden der isolierten Ummantelung ist vom Fußboden
so weit entfernt, daß die Zellen in ihrer Kipplage quer verschoben werden können.
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Der linke Tisch 8 dient, wie schon gesagt, zur Aufnahme der abgekippten
Gefrierzellenrahmen zwecks Entleerung und Tisch 8a zur Bereitstellung der leeren
Gefrierzellenrahmen zwecks Neufüllung.
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Kristalleis kann erhalten werden durch den bekannten Lufteinblasvorgang,
z. B. durch Einführung der Luft durch den Boden der Zelle, oder aber durch schnelles
Schütteln des Wassers während des Eisbildungsvorganges, indem der Zellenreihe über
10b oder 10c Vibrationen oder kurze Stöße erteilt werden, so daß dadurch das Wasser
ins Zittern kommt, eine Bewegung, welche natürlich aufhört, wenn der Eisblock durchgefroren
ist.
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Die Zeichnung zeigt übrigens die Möglichkeit, den Teil der Anlage
unterhalb der Schienen 10a gegebenenfalls zur Lagerung von fertigen Eisblöcken auszunützen,
um eine kontinuierliche Arbeit zu erleichtern.
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Der Betrieb der Eiserzeuger-Anlage gemäß Fig.3 ist folgender: Es sei
angenommen, daß der Kran 13 jene Eiszellenreihe, welche in der halb gesenkten Lage
gezeichnet ist, auf die Schienen 10 abgesetzt hat und daß diese Reihe sodann seitens
der Vorschubeinrichtung 11 quer unterhalb der anderen noch in Hochlage befindlichen
Zellenreihen ganz nach links gebracht wird. Nach einiger Zeit wird nach Öffnen der
Klappe 15 diese Zellenreihe vom Kran ausgehoben und mit ihren Rollen 10c auf die
herausstehenden Schienen 10d abgesetzt derart, daß sie mit ihrer oberen weiten Öffnung
auf dem geneigten Tisch 8 abkippen. Die warme Luft des Raumes außerhalb der isolierten
Wände 4 oder künstlich herangeführte Warmluft od. dgl. bringt die Eisblöcke in den
Zellen bald zum Abtauen von den Zellenwänden, so daß sie, wie dargestellt, herausgleiten,
um sogleich zur Lagerung im Kühlhaus oder zum Abtransport bereit zu sein.
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Der leere Zellenrahmen wird nun seitens des Kranes, welcher an den
Rollen 10b angreift, etwas gehoben und nach rechts geschoben, bis auch diese Rollen
auf den nach rechts zu geneigten Schienen 10a zu liegen kommen. Die Schwerkraft
bewirkt nunmehr, wie gestrichelt eingezeichnet, das Herüberrollen in Pfeilrichtung
innerhalb des Raumes 9, so daß die Zellenreihe, wie rechts dargesteillt, auf den
geneigten Tisch 8a zu liegen kommt.
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Mittlerweile konnte eine Zellenreihe, welche leer in die Langöffnung
der isolierten Wände 4 nach Aufklappen der Klappe 14 eingeführt wurde, um hier vorbereitend
gekühlt zu werden, mittels der Schubvorrichtung 11 in die Lage nach links geschoben
werden, welche gerade zuvor frei wurde, also unterhalb der am weitesten rechts dargestellten
Tauchrohr-Reihe. Der Kran hebt sodann den Rahmen der Eiszellenreihe in den Bereich
der Tauchrohr-Reihe 1 so weit an, bis die Hochlage erreicht ist; eine Gabel 12 oder
andere Zentrier- und Haltemittel, welche von außen betätigt werden, können für die
Folge die Hochlage sichern, so daß der Kran für andere Arbeiten frei wird.
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Durch Öffnen des Ventils für diese Reihe an der Sammelleitung 1 b
und Schließen des entsprechenden Ventils der Sammelleitung 1 e wird der Gefriervorgang
an den als Eintauch-Verdampfer wirkenden Rohren 1 eingeleitet, Gleichzeitig wird
durch Öffnen eines nicht dargestellten Ventils Wasser über die Leitung 2 a in die
einzelnen Trichter 2 der Eintauchrohre 1 geleitet. Die Trichter leiten das Wasser
entlang der gekühlten Wände der Rohre 1 weiter bis nahe an den Boden, so daß keine
nachteilige Luftaufnahme während dieses Füllens erfolgt. Das in die vorgekühlten
Zellen eingeführte, von innen heraus beim Auffüllen wirksam gekühlte Wasser kommt
somit beschleunigt und geklärt zum Gefrieren.
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Der Füllvorgang wird beendet, wenn das Wasser nahe an die Trichter
2 reicht, wobei das Wasserventil von Hand oder durch Schwimmer automatisch geschlossen
wird.
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Der Gefriervorgang wird so lange aufrechterhalten, bis vom Innern
der Zellen zu den Wänden hin alles Wasser gefroren ist. Dieser Vorgang dauert bei
Anwendung von 18 X 18 cm Gefrierzellen uxid Fünf fach-Ammoniak-Eintauchverdampfern
3 bis 4 Stunden, während welcher Zeit andere inzwischen durchgefrorene Zellenreihen
entleert, gefüllt und gefroren werden können.
Während des Gefriervorganges
können den Zellen durch nicht dargestellte Mittel Vibrationen höherer Frequenz erteilt
werden, welche auf die erstarrende Flüssigkeit übertragen werden und vorzüglich
geeignet sind, die Entlüftung zu fördern und völlig klare Eisblöcke zu erzeugen.
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Tach vollendeter Eisblockbildung wird der Gefrieri vorgang zugunsten
des Abtauvorganges 1 beendet. Zum Abtauen werden die Ventile der Sammelleitungen
1 b geschlossen bzw. die Ventile der Sammelleitung 1 e geöffnet, so daß heiße Gase
in die Verdampferrohre 1 strömen und diese anwärmen, indem sie darin kondensieren.
In wenigen Minuten wird somit der Eisblock von den Rohrwänden abgelöst. Nach Anhaken
der Hubseile des Krans können die Halte-Gabeln 12 entfernt werden.
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In einer Zwischen- oder der endgültigen Senklage können durch neuerliche
Zufuhr von Wasser entlang der Rohre als Tropfstäbe die von diesen Rohren herrührenden
Langlöcher in den Blöcken nachgefüllt werden, wobei gegebenenfalls durch Betätigen
der Ventile erneut auf Gefrieren zwecks wirksamer Vorkühlung des Nachfüllwassers
umgestellt wird.
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Andererseits kann dieses Nachfüllen der Langlöcher im Eisblock mit
gekühltem Wasser bereits während des Gefriervorganges vorbereitet werden, indem
schon während desselben die Trichter, deren Kapazität etwa der der später erscheinenden
Langlöcher entspricht, langsam mit Wasser gefüllt werden, so daß es darin zu Eisklumpen
gefriert. Nach dem Absenken der Gefrierzellen unmittelbar nach dem Abtauvorgang
braucht nunmehr kein Ventil- betätigt zu werden. Vielmehr wird das Tauwasser, welches
vom schmelzenden Eisklumpen im Trichter herrührt und welches auch beim Entlanglaufen
an den warmen Rohren nicht nennenswert erwärmt wird, als vorgekühltes Wasser in
die Langlöcher geleitet, ohne daß nun auch eine neuerliche Wasserventilbetätigung
nötig wird.
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Nach Lösen der Kranhaken und Ouerverschiebung der Zellenreihe nach
rechts, unterhalb der Klappe 15, kann, wie eingangs erwähnt, der Eisherstellungsprozeß
seitens der oben freigewordenen Tauchrohrverdampfer-Reihe von neuem beginnen.
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Im kühlen Raum unterhalb der Klappe 15 wird die Zellenreihe kurze
Zeit verbleiben können, zum mindesten so. lange, bis die Nachfüllflüssigkeit für
die Langlöcher darin fest eingefroren ist. Diese Zeit ist nicht allein deswegen
kurz bemessen, um die geringe Flüssigkeitsmenge vorkühlen zu können, sondern auch
weil der große Kalorienvorrat des weit unterkühlten Eisblockes ein rapides Zusammenfrieren
mit diesem Block fördert.
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Nach Öffnen der Klappe 15 kann nun der Zellenrahmen gehoben und, wie
oben beschrieben, abgekippt werden.