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Röhreneiserzeuger Die Erfindung betrifft einen Röhreneiserzeuger mit
senkrecht stehenden Gefrierrohren.
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Bekanntlich wird Röhreneis in senkrecht stehenden Gefrierrohren erzeugt,
die auf ihrer Innenseite mit dem Gefrierwasser berieselt und auf ihrer Außenseite
von verdampfendem Kältemittel umgeben werden. Diese Gefrierrohre sind in der Regel
Bestandteile eines senkrecht stehenden Röhrenkessels.
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Bei einer bekannten Ausführung einer Röhreneiserzeugungsanlage, bestehend
aus einer Batterie von vier Eiserzeugern, sind die einzelnen Eiserzeuger auf die
zuvor beschriebene Weise mit Gefrierrohren aus-, gerüstet. Während der Gefrier p
eriode ist der Zwischenraum zwischen den Gefrierrohren mit Kältemittel ausgefüllt.
In der Höhe des Flüssigkeitsspiegels in den einzelnen Eiserzeugern ist ein unter
Saugdruck stehender Kältemittelbehälter angeordnet, der mit jedem Eiserzeuger durch
Rohrleitungen so verbunden ist, daß sich überall das gleiche Flüssigkeitsniveau
einstellt. Das Volumen des flüssigen Kältemittels in einem Eiserzeuger ist gleich
dem Rauminhalt des die Gefrierrohre umgebenden Kessels, vermindert um das verhältnismäßig
kleine Volumen der Gefrierrohre. Beim Abtauen muß der gesamte Flüssigkeitsinhalt
des abzutauenden Eiserzeugers durch komprimierten Kältemitteldampf in den benachbarten
Eiserzeuger bzw. bei Vorhandensein eines einzigen Eiserzeugers in den hochgelegenen
Kältemittelbehälter gedrückt werden. Wegen der großen Flüssigkeitsmenge, die dabei
bewegt werden muß, nimmt dieser Vorgang längere Zeit in Anspruch und verlängert
somit die Abtauzeit und somit das ganze Arbeitsspiel, d. h. die Zeit vom Beginn
einer Gefrierperiode bis zum Beginn der nächsten. Dadurch wird jedoch die Kapazität
einer Eiserzeugungsanlage beeinträchtigt.
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Eine andere bekannte Ausführung einer Röhreneiserzeugungsanlage zeichnet
sich durch besonders kurze Abtauzeiten aus. Bei den hierbei verwendeten Eiserzeugern
wird die Kältemittelfüllung auf ein Minimum verkleinert. Zu diesem Zweck sind die
Gefrierrohre von Mantelrohren umgeben, die etwas kürzer sind, so daß die oberen
Enden der Gefrierrohre frei bleiben. Während der Gefrierperiode wird aus einem unterhalb
eines jeden Eiserzeugers liegenden Flüssigkeitsbehälter mittels einer Pumpe ständig
flüssiges Kältemittel in die Ringräume gepumpt, die aus Gefrierrohren und Mantelrohren
gebildet werden. Das verdampfte Kältemittel wird aus dem Röhreneiserzeuger abgesaugt.
Das nicht verdampfte Kältemittel fließt im lebhaften Strom über den oberen Rand
der Mantelrohre, rieselt an deren Außenseite herab und läuft schließlich in den
Flüssigkeitsbehälter zurück, von wo es den Kreislauf, der zur Kennzeichnung Sekundärkreislauf
genannt sei, von neuem beginnt. Das verdampfte Kältemittel wird vom Verdichter auf
höheren Druck komprimiert, im Verflüssiger verflüssigt und durch eine Regeleinrichtung
dem Flüssigkeitsbehälter wieder zugeführt (Primärkreislauf). Beim Abtauen wird die
Kältemittelpumpe, eine Kreiselpumpe, stillgesetzt, wobei die kleine Kältemittelfüllung
des Röhreneiserzeugers sehr schnell in den Flüssigkeitsbehälter entleert wird. Damit
wird die Oberfläche der Gefrierrohre in kürzester Zeit für die Berührung mit den
warmen Druckdämpfen frei, die hieran kondensieren und die Rohre anwärmen, wodurch
das in den Rohren angefrorene Eis abgetaut wird. Jeder Röhreneiserzeuger weist seinen
eigenen Sekundärkreislauf auf und ist also mit einer Pumpe, einem Flüssigkeitsbehälter
und einer Regeleinrichtung für das aus dem Primärkreislauf zufließende Kältemittel
ausgestattet. Mit den im ständigen Wechsel stattfindenden Gefrier- und Abtauperioden
sind Druck- und Temperaturschwankungen verbunden, die insbesondere den Kältemittel-Sekundärkreislauf
stören. So wird z. B. die Förderung der Kältemittelpumpe unstetig. Ferner sind Wellenabdichtungen
an Flüssigkeitspumpen Maschinenelemente, die oft zu Beanstandungen Anlaß geben.
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Bei einer anderen bekannten Einrichtung mit mehreren zu einer Einheit
zusammengefaßten Röhreneiserzeugern des zuvor beschriebenen Typs ist zur Kältemittelförderung
im Sekundärkreislauf eine gemeinsame Kältemittelpumpe vorgesehen. Beim Abtauen
wird
die Kältemittelzufuhr zu dem betreffenden Röhreneiserzeuger durch Schließen eines
Ventils unterbrochen, desgleichen der Rückfluß zum unten-?iegenden Flüssigkeitsbehälter.
Das zurückfließende Kältemittel wird in einem zusätzlichen, dem Flüssigkeitsbehälter
vorgeschalteten Sammelgefäß gespeichert. Ferner ist zwischen der Pumpendruckleitung
und dem Flüssigkeitsbehälter eine Verbindungsleitung mit einer Drosselstelle angeordnet,
durch welche das in den aufsteigenden Leitungswegen und Apparateteilen, z. B. Mantelrohren,
befindliche Kältemittel während des Abtauvorganges in den Flüssigkeitsbehälter zurückfließt.
Die Drosselstelle ist so bemessen, daß kein Dampf aus dem Röhreneiserzeuger in den
Flüssigkeitsbehälter durchtreten kann. Wird die Drosselstelle während der Gefrierperiode
nicht geschlossen, so läßt es sich nicht vermeiden, daß flüssiges Kältemittel aus
der Druckleitung in den Flüssigkeitsbehälter zurückströmt, wodurch freilich der
Sekundärumlauf reduziert wird. Für diese Einrichtung gelten im übrigen die gleichen
Nachteile, wie sie für die zuvor beschriebene Anordnung dargelegt wurden.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, Röhreneiserzeuger so
auszubilden, daß der Vorteil des Umlaufs möglichst geringer Mengen an flüssigem
Kältemittel in den einzelnen Eiserzeugern ohne die bisher durch die Kältemittelpumpe
bedingten Störungen erzielt wird. Es soll bei geringen Anlagekosten eine möglichst
kurze Abtauzeit und damit eine möglichst große Kapazität erreicht und gleichzeitig
eine hinreichende Betriebssicherheit gewährleistet werden.
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Die Erfindung betrifft demnach einen Röhreneiserzeuger mit senkrecht
stehenden Gefrierrohren, welche von Mantelräumen umgeben sind, in die aus einem
Sammelbehälter flüssiges Kältemittel über eine Drosseleinrichtung fließt und dort
größtenteils verdampft, während der nicht verdampfte Rest über die oberen Ränder
der Mantelräume überfließt und in einen die Mantelräume umgebenden Kesselraum gelangt,
und bei dem während der Abtauperiode das überschüssige flüssige Kältemittel zusammen
mit dem beim Abtauen anfallenden Kältemittelkondensat aus den Mantelräumen von dem
zum Abtauen benutzten höhergespannten, gasförmigen Kältemittel in den Sammelbehälter
zurückgedrückt wird, wobei das Durchtreten von gasförmigem Kältemittel in den Sammelbehälter
durch ein Schwimmerventil verhindert wird. Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß
dadurch gelöst, daß während der Gefrierperiode das über die oberen Ränder der Mantelräume
fließende flüssige Kältemittel im Kesselraum gespeichert wird und der Sammelbehälter
für das flüssige Kältemittel in an sich bekannter Weise so angeordnet ist, daß sein
Flüssigkeitsspiegel stets über den oberen Rändern der Mantelräume liegt.
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Diese Vorrichtung hat den Vorteil, daß nur sehr geringe Mengen an
flüssigem Kältemittel in den einzelnen Eiserzeugern umlaufen, und daß vor allem
deren Kältemittelinhalt sehr gering ist. Beim Abtauen wird daher die kleine Flüssigkeitsmenge
sehr schnell durch das Druckgas in den Sammelbehälter gefördert, wodurch sich kurze
Abtauzeiten, geringe Abschmelzverluste und eine schnellere Folge der Gefrierperioden,
d. h. eine erhöhte Wirtschaftlichkeit des Röhreneiserzeugers ergeben. Gegenüber
den bekannten Eiserzeugern mit Umwälzpumpe liegt ein weiterer Vorteil im Wegfall
dieser Pumpe, die maschinell störanfällig ist und auch in bezug auf die Förderung
Störungen unterworfen ist, da siedende Flüssigkeit gefördert werden muß.
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Zum besseren Verständnis ist ein erfindungsgemäß ausgebildeter Röhreneiserzeuger
in der Zeichnung beispielsweise dargestellt.
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Der Röhreneiserzeuger besteht aus drei senkrecht stehenden Röhreneiserzeugern
1, 2 und 3, in denen sich die Gefrierrohre 4 mit den Mantelrohren 5 befinden. Das
Gefrierwasser wird durch eine nicht gezeichnete Vorrichtung umgewälzt und berieselt
die Innenseite der Gefrierrohre 4, an der sich während der Gefrierperiode Eis ansetzt.
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Am Eiserzeuger 1 sei zunächst die Wirkungsweise der Einrichtung während
der Gefrierperiode betrachtet. Aus dem hochliegenden Sammelbehälter 6 mit dem Flüssigkeitsstandanzeiger
27 fließt über die Leitung 7, den ölabscheider 8, die Leitung 9 und die Drosseleinrichtung
10 flüssiges Kältemittel in den Zwischenraum 11 unterhalb des Kesselraumes
12. Von da steigt das flüssige Kältemittel in den Ringräumen 13 nach oben, die von
den Gefrierrohren 4 und den jeweils zugehörigen Mantelrohren 5 gebildet werden.
Das nur in geringen Mengen überfließende flüssige Kältemittel sammelt sich in dem
zwischen den Mantelrohren 5 liegenden Kesselraum 12. Das verdampfte
Kältemittel wird aus dem Eiserzeuger 1 über die Leitung14 vom Verdichter15 abgesaugt
und in den Verflüssiger 16 gedrückt, wo es bei hohem Druck wieder verflüssigt wird.
Über die Leitung 17,
in welcher der Schwimmerregler 18 eingebaut ist, fließt
das verflüssigte Kältemittel in den Behälter 6 zurück. Beim Abtauen wird zunächst
der Kältemittelzufluß durch Schließen des Ventils 19 und die Saugleitung 14 durch
Schließen des Ventils 26 unterbrochen. Dann werden das Ventil 24 und anschließend
die Ventile 20 und 21 geöffnet. Durch die Leitung 25 strömen heiße Druckdämpfe von
der Druckseite des Verdichters in den Eiserzeuger ein, drücken das flüssige Kältemittel
aus dem Eiserzeuger 1 über die Leitung 22 und das Schwimmerventil
23 in den Sammelbehälter 6 und erwärmen die Gefrierrohre, wodurch sich das
Eis auf der Innenseite der Rohre löst und nach unten fällt. Nach Beendigung der
Abtauperiode werden die Ventile 20, 21 und 24 geschlossen und die
Ventile 19 und 26 geöffnet, so daß die Gefrierperiode wieder beginnen kann. Die
Ergänzung des während der Gefrierperiode verdampften Kältemittels erfolgt aus dem
Verflüssiger 16 über die Leitung 17, in welcher zur Durchflußregelung beispielsweise
ein Schwimmerregler 18 angeordnet ist. Das Schwimmerventil dient insbesondere dazu,
den Übertritt warmer Kältemitteldämpfe in den Sammelbehälter 6 während der Abtauperiode
zu verhindern. Wenn das flüssige Kältemittel aus dem Eiserzeuger 1 herausgedrückt
ist, schließt das Schwimmerventil 23
die Leitung 22 ab. Die Drosseleinrichtung
10 kann als feste Drossel, z. B. Blende, Düse od. dgl., ausgebildet sein.
Sie kann aber auch regulierbar sein und beispielsweise automatisch vom Niveau des
sich auf den Zwischenboden 12 sammelnden Kältemittels derart gesteuert werden, daß
zwar stetig, aber nur äußerst wenig Kältemittel über den oberen Rand der Mantelrohre
überfließt. Die Ventile 19, 20, 21, 24
und 26 können von Hand bedient werden.
Sie können aber auch als Solenoid- oder Motorventile od. dgl. ausgebildet sein und
dabei gegebenenfalls durch ein Programmschaltwerk automatisch gesteuert werden.
Durch
den automatischen Betrieb werden große Einsparungen an Betriebskosten erzielt.
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Die Erfindung ist nicht auf die Eiserzeugung in Gefrierzellen vom
Kreisquerschnitt in sogenannten Gefrierrohren beschränkt. Die Gefrierzellenquerschnitte
können verschiedene Formen und Größen aufweisen, und die Mantelquerschnitte können
insbesondere gegebenenfalls den Gefrierzellenquerschnitten angepaßt werden.