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Einrichtung zur Erzeugung hohlzylindrischer Eisblöcke Bekannt ist
eine Einrichtung zur Erzeugung hohlzylindrischer Eisblöcke in mindestens einer durch
zwei vertikale, koaxiale Rohre begrenzten Gefrierzelle mit einer im geschlossenen
unteren Ende des inneren Rohres mündenden Kältemittelzuleitung, die wahlweise mit
einer Quelle flüssigen Kältemittels während der Gefrierperiode und einer Quelle
warmen, gasförmigen Kältemittels während der Abtauperiode verbunden werden kann,
einem das äußere Rohr der Gefrierzelle umgebenden Mantelverdampferraum, einer oben
vom inneren Rohr der Gefrierzelle ausgehenden, nach einem Flüssigkeitsabscheider
führenden absperrbaren Ableitung für Kältemitteldampf, von welcher vor der Absperrstelle
mindestens eine nach dem Mantelverdampferraum führende Zweigleitung ausgeht, und
mit einer unten vom Mantelverdampferraum ausgehenden absperrbaren Ableitung für
flüssiges Kühlmittel.
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Diese bekannten Einrichtungen haben den Nachteil, daß während des
Abtauens die gesamte erforderliche Menge warmen, gasförmigen Kältemittels auf einmal
sowohl in das innere Rohr wie auch in den Mantelverdampferraum gelangt und dort
stehenbleibt. Es ist dann, bezogen auf die abzutauende Oberfläche des inneren bzw.
äußeren Rohres, im inneren Rohr viel weniger warmes, gasförmiges Kältemittel und
somit viel weniger Wärme verfügbar als im Mantelverdampferraum, was zur Folge hat,
daß der Eisblock dann nicht gleichzeitig vom inneren und vom äußeren Rohr abgetaut
wird.
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Die Erfindung beseitigt diesen Mangel dadurch, daß in der erwähnten
Zweigleitung ein auswechselbares oder verstellbares Drosselorgan angeordnet ist.
Die Auswechselbarkeit oder Einstellbarkeit des Drosselorgans ist, wenn der genannte
Zweck erreicht werden soll, unerläßlich, weil bei verschiedenen Anlagen verschiedene
Verhältnisse vorliegen und daher das Drosselorgan nicht von vornherein richtig bemessen
werden kann. Nun behindert aber ein derartiges Drosselorgan die Beschickung des
Mantelverdampferraumes mit flüssigem Kältemittel während der Gefrierperiode. Um
dem abzuhelfen, ist es erfindungsgemäß zusätzlich erforderlich, den Mantelverdampferraum
unten außer mit der Ableitung für das flüssige Kältemittel mit einer Leitung in
absperrbare Verbindung zu bringen, durch welche ihm während der Gefrierperiode flüssiges
Kältemittel aus dem Flüssigkeitsabscheider zufließen kann.
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Bei einer Einrichtung, bei welcher in bekannter Weise die unten vom
Mantelverdampferraum ausgehende absperrbare Ableitung für flüssiges Kältemittel
den Mantelverdampferraum mit einem zur zeitweiligen Aufnahme des in der Abtauperiode
aus dem Mantelverdampferraum abgeführten flüssigen Kältemittels bestimmten Behälters
verbindet, ist erfindungsgemäß die Anordnung so getroffen, daß die während der Gefrier-
und Abtauperiode betätigten Ventile zum Zu- und Abführen des Kältemittels bzw. Kälteverdampfers
zu einem beispielsweise als Drehschieber ausgebildeten Mehrwegeventil zusammengefaßt
sind.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung an Hand eines Ausführungsbeispiels
dargestellt, und zwar zeigt Fig. 1 das Diagramm einer schematisch gezeichneten Eisstab-Schnellerzeugungsanlage
mit mehreren Eiszellen, Fig. 2 den Schnitt durch den Oberteil einer aus sieben Zellenrohren
gebildeten Batterie einer Eiserzeugungsanlage nach Linie Il-II in Fig. 2 a, Fig.
2 a einen Querschnitt durch eine aus sieben Zellenrohren gebildete Batterie, Fig.
2b eine Regulierdrosseleinzelheit hierfür, Fig.3 den um 30° gegenüber Fig. 2 versetzten
Schnitt durch den Unterteil der Maschine mit Bodenklappe und Brechmechanik nach
Linie 111-III in Fig. 2 a, Fig. 4 die perspektivische Rückansicht der Klappe, Fig.
5 das Schema eines Vielwege-Solenoidventils. Fig. 1 zeigt rechts die Gefrieranlage,
bestehend aus einem Kompressor G, einem Kondensator H mit
Sammelgefäß
i, einem (bei 32 isolierten) Flüssigkeitsabscheider E und einem Pendelbehälter D
mit Schwimmerventil F. Der Kompressor G ist über Saugleitung 30 mit dem Abscheider
E und über Druckleitung 31 mit dem Kondensator H verbunden; auch die über
Eisbatterien führende Leitung L 4 ist an die Druckseite des Kompressors gelegt,
so daß zugleich hierüber gegebenenialls warm verdichtetes Kältemittel in die Batterien
geschickt werden kann.
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Links in Fig. 1 sind die vier schematisch im Schnitt dargestellten
Einzel-Stabeiszellen als Vertreter von Zellenbatterien B 1, B
2, B 3, B 4 angeordnet, die sich in verschiedenen Stadien des
Betriebes befinden; B 1 hat ihren Hohleisstab größtenteils abgetaut und unter Ausschwenkung
der Bodenklappe K ausgestoßen und befindet sich im Füllvorgang (von oben);
B 4 ist im Beginn, B 3 am Ende der Stabeisbildung während des Gefrierprozesses;
B2 zeigt die beim Beginn des Abtauvorganges durch die Stabeisstreckung bewirkte
Senkung der Zellbodenklappe.
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Die Zellwände 17 der Batterien haben je einen Mantelverdampfer
18 und einen zentralen Kernverdampfer 6. Letzterer wird vom Kältemittel gespeist
über das batterieweise gemeinsame Einlaßrohr 19 und das ebenfalls gemeinsame
Abzugsrohr 20. Im Abzug befindet sich der Einlaßabzweig 21 zur Speisung
auch des Mantelverdampfers 18.
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An den Mantelverdampfer 18 ist unten auch eine Abzugsleitung
angeschlossen, die über ein Ventil s und eine Saugleitung L 5 zu dem Pendelbehälter
D sowie über ein Ventil 3 und eine enge Leitung L 3 zum Boden des Abscheiders E
führt.
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Die Kernverdampfer-Einlaßleitung 19 ist einerseits an die kaltverflüssigtes
Kältemittel führende Leitung L 1 angeschlossen, welche zum Kondensator H/i
führt, und andererseits an die warmes Kältemittel führende Leitung L4 der Kompressor-Druckseite.
Die Kernverdampfer-Abzugsleitung führt über ein Ventil 2, eine Sammelleitung L 2
und den Raum des Flüssigkeitsabscheiders E zur Saugseite 30 des Kompressors
G.
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Wasser kann bei Inbetriebnahme erstmalig über die Leitung 38' und
den Stutzen 23 in der Klappe K eingeführt werden, wenn diese sich in der Horizontallage
befindet und durch den Gefriervorgang (s. B 4
oder B 3) an den Zellenboden
angefroren ist. Die Klappe ist bei 22 senk- und schwenkbar in Langlöchern gelagert
und steht unter dem Einfluß von Rückstellfedern oder, besser noch, einem Gegengewicht
mit Druckgliedern 34, wie weiter unten beschrieben wird.
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Alle Zufuhr- und Abzugsleitungen führen über Ventile 1 bis 5 an die
gemeinsamen Leitungen L 1
bis L5, welche sich an die Gefrieranlage
rechts anschließen. 1 und 3 können Rückschlagventile sein, die sich gegen die Verdampfer
6 bzw. 8 hin öffnen; beim Gefriervorgang ist Ventil 2 offen; Ventile
4
und 5 sind geschlossen; beim Abtauvorgang sind umgekehrt 4 und 5 offen und
2 geschlossen. Das in der Leitung 29 zum Abscheider liegende Schwimmerventil F arbeitet,
wie später beschrieben, mit dem Pendelbehälter D zusammen, an den es über Leitung
28 angeschlossen ist. In dem Einlaß 21 für den Mantelverdampfer ist eine
in Fig. 1 nicht dargestellte Drosselscheibe oder ein äquivalentes Reguliermittel
vorgesehen, um den Zufluß von Kältemittel, verglichen zu dem über den Kernverdampfer,
zu regeln. Wie bei B 4 und B 3 dargestellt, bildet sich beim Gefriervorgang
das Eis sowohl als Zylinder 9 um den Kernverdampfer wie auch als Zylinder 8 entlang
der Wand 17 des Mantelverdampfers 18. Die Eiserzeugung nimmt mit zunehmender
Zylinderstärke schnell ab, und zwar ist die Eisformation 9 unverhältnismäßig schneller
als die für den Außenzylinder B.
Durch entsprechende Wahl voreingestellter
Drosselscheiben oder geeigneter Regulierung des Kältemittelzuflusses über Leitung
21 kann ein optimaler Abgleich geschaffen werden zur kürzesten Fertigstellung von
Eisstäben (B3; Fig. 1). Bei Vollendung des Eisstabes, d. h. auch der Ausfrierung
des über dem Boden liegenden Wassers, bilden sich in bekannter Weise nach unten
gerichtete Eisstreckkräfte solcher Stärke und Weglängen, daß die Klappe K unter
Aufreißung der bislang bestehenden Eisdichtung gesenkt wird (B2) und andere Vorgänge
mechanisch oder elektrisch eingeleitet werden können.
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In Fig. 5 ist als Alternative ein Vielwege-Solenoidventil gezeigt,
welches gegebenenfalls benutzt werden kann zur elektrischen Umsteuerung der Ventile
für den Kältemittelkreislauf über die Leitungen L 1 bis L5. Auch (nicht
dargestellte) Zeitschalter können mit diesen oder ähnlichen fernsteuerbaren Ventilen
zusammenarbeiten, wenn selbsttätig kontinuierlicher Betrieb gewünscht wird.
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Die Kältemittelkreisläufe bei dem Stabeisgefriervorgang bzw. Abtauvorgang
in Zellenbatterien sind wie folgt: Die aus der Saugleitung 30 vom Flüssigkeitsabscheider
E her abgesogenen Gase werden nach ihrer Verdichtung im Kompressor G über die Druckleitung
31 in den Kondensator H und dessen Liquidbehälter i
geschickt,
um als verflüssigtes Kältemittel über die Leitung L 1 und die Rückschlagventile
1 den im Gefriervorgang befindlichen Batterien (B 4 und
B 3) zur Verfügung zu stehen, wo sie über Leitungen 19 erst in die
Kernverdampfer 6 dieser Batterien hinein -bis fast zu deren Spitzen hinein - geführt
werden und, wie beschrieben, im Hauptkreislauf über die Leitung 20 und die
geöffneten Ventile 2 und die Sammelleitung L 2 zum Abscheider E hin
abgeleitet werden.
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Im Kernverdampfer wird der Großteil des Kältemittels unter wirksamen
Wärmeabzug von den Wänden, d. h. unter Bildung des Eiszylinders 9, lebhaft
vergast. Flüssige Bestandteile der noch feucht abgezogenen Gase treten sodann über
den gedrosselten Abzweig 21 für den Nebenkreislauf des Kältemittels auch
in den Mantelverdampfer 18 ein zur weiteren Vergasung daselbst mit der Folge,
daß dessen Zellenwände 17 zwecks Bildung des Eiszylinders 8 gekühlt
werden und daß die Gase des Hauptkreislaufes bereits vorgetrocknet sind und damit
die Wirkung des Liquidabscheiders E erhöhen, in welchen sie münden. Leitung L 3
ist eine enge, von der Flüssigkeit des Abscheiders E gespeiste und dem Ausgleich
des Kältemittels-Flüssigkeitsstandes in den Mantelverdampfern beim Gefriervorgang
dienende Leitung.
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Nach Fertigstellung und Streckung des Eisstabes 8, 9 (B
2) wird der Abtauvorgang eingeleitet, indem Ventil 2 geschlossen gehalten
wird und 4 und 5 geöffnet werden, wobei sich die Ventile 1 und
3
schließen. An Stelle von kaltem Medium über L 1
wird nunmehr das in
der Druckleitung 4 stehende warme Medium bei 19 erst in den Kernverdampfer
6
(unter Verdrängung von in dessen Raum etwa vorhandenen
flüssigen
Kältemittels) eingeführt und tritt mit etwa gleicher Wärme auch über die Zufuhrleitung
21 in den Mantelverdampfer 18, wobei auch über das in diesem Raum
vorhandene flüssige Kältemittel über die jetzt freigegebene Leitung L
5 abgedrängt wird. Zur Aufnahme dieser flüssigen Medien dient der nicht isolierte
Pendelbehälter D, welcher bei Abtauen einer der Batterien etwa bis Niveau 27, d.
h. halb voll gefüllt wird. Wäre mehr Kältemittel abgedrückt worden, so wäre dieser
Überschuß über 28 und das Schwimmerventil F und Leitung 29 zum Abscheider
gesogen worden, um von da über die Ausgleichsleitung L 3 wieder den übrigen
Batterien zur Verfügung zu stehen. Im Abtauvorgang befindliche Batterien liegen,
wie ersichtlich, über L 4 parallel zum Kondensator H, dessen Kapazität dadurch
erhöht wird, daß diese Abtaubatterien mit die Rolle eines Kondensators spielen.
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Die nur ganz kurz dauernden Abtauvorgänge lassen die Eisstäbe unter
Eigengewicht zum Großteil aus den Rohrzellen auf eine Absetzplatte 7 treten, jedoch
nur so weit, daß deren oberer Teil als Bodenabschlußpfropfen bzw. Zentriermittel
für den schlanken Kernverdampfer dient.
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Mit dem Eisstabaustritt wird auch bereits, zwecks Abdichtung des besagten
Pfropfens, der Gefriervorgang eingeleitet und die Nachfüllung der Zellen mit Wasser
bewirkt. Die nach der Abtauung herausgetretenen Eisstäbe einer Batterie können durch
geeignete Brechmechaniken in Würfel oder dergleichen Stücke zerkleinert werden.
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Es ist leicht, diese Stabeis-Schnellerzeugung derart abzuwandeln,
daß auch unkomplette Eisstäbe, d. h. nicht miteinander verwachsene Eiszylinder
8 und 9,
erzeugt werden, wobei diese dann zu Scherbeneis gebrochen
werden können. Das hierbei ungefroren gebliebene Wasser kann gesammelt und stark
gekühlt wieder benutzt werden, z. B. durch Berieselung der Wände der Verdampfer
17 und 6.
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Die Stabeismaschine der Fig. 2, 2 a und 3 besteht im wesentlichen
aus einem Bündel von beispielsweise sieben langen Rohreiszellen, je mit ihrem konzentrisch
von oben her hineinragenden Kernverdampfer 6. Das Rohrbündel ist oben und
unten in die Deckplatten 42 und 41 einer Trommel 39 eingeschweißt.
Die Wände der Trommel sind wärmeisoliert (nicht dargestellt). Der Raum
18 der Trommel setllt den Mantelverdampfer für die Rohrzellen 17
dar;
seine Kältemittelzufuhr erfolgt von oben über beispielsweise zwei Zuleitungen
21. Unten geht vom Verdampferraum 18 die nach den Sammelleitungen
L 5 und L 3 führende Abzugsleitung aus.
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An einer Seite der Bodenflanschplatte 41 ist ein Winkel
40 zur Halterung eines Vierkants 35 angebracht, welcher seinerseits
die Schwenkachse 26 hält sowohl für die Druckglieder 34 des Gegengewichtes
als auch für die Bodenklappe K, welche jedoch mittels eines Langloches 33 daran
senkbar sowie schwenkbar gelagert ist. Die Klappe K ist allen Zellen 17 gemeinsam.
Sie besitzt an der Oberseite Nuteneinschnitte 16; auch die Zellen besitzen
unten Einschnitte 24, um bei der horizontalen Zellabschlußlage der Klappe
das dann z. B. über das Rückschlagventil im Stutzen 23 zentral eingeführte
Wasser auf alle übrigen Zellen des Bündels in der gleichen Höhe zu verteilen. Wird
die Klappe bei kontinuierlichem Betrieb nicht benutzt, so wird Wasser von oben her
(Fig. 2) vom Verteilerringrohr 37 über die Leitungen 37 in die verschiedenen
Zellen gegeben; ein Überlauf 49 und eine Wasserrohrentlüftung 48 sind
ebenfalls vorgesehen.
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Das Stirnende der Klappe K arbeitet (Fig. 3) mit dem Kontakt 25 derart
zusammen, daß dieser wirksam nur betätigt wird, wenn die Klappe gegenüber ihrer
Hochlage beim Gefriervorgang bei der Eisstabfertigstellung eine kurze Strecke gesenkt
wird. Auch in der gezeichneten Klappenvertikallage kann hiervon ein (nicht gezeichneter)
Kontakt geschlossen werden zur Auslösung von Steuervorgängen.
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Die Zufuhrstutzen 21 (Fig. 2) und andere (nicht gezeigte) Zentrierorgane
an der Trommeldeckplatte 42 tragen die verschiedenen Kernverdampfer 6 in
ihrer genauen Lage mit Bezug auf die Rohrzellen 17. Neben den erwähnten Einlaßstutzen
21 sind an eine Kalotte 43 oben die Kältemittelzu- und -abfuhrleitungen
19 und 20 für die Kernverdampfer angeschlossen zum Anschluß an die
Leitungen L 1 und L 2 der Gefrieranlage. In diese Einlaßleitungen
21
sind auswechselbare Drosselscheiben 44 mit genau wählbarem Lochdurchmesser
eingesetzt. Statt dieser Scheiben können auch (gemäß der Abwandlung Fig. 2 b) mittels
Schraube regelbare Kegeldrosselungen 45 verwendet werden.
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Wasser wird zweckmäßig bis fast zur vollen Höhe der Zellen eingefüllt
(Fig. 2); innerhalb von Minuten werden lange, hohle Eisstäbe erzeugt. Nach ihrem
Abtauen fallen die Eisstäbe 11 (Fig. 1) auf eine mit verhältnismäßig großen,
gegenüber den Zellen versetzten Perforationen versehene Absetzplatte 7 durch
Leithülsen 13 einer festen Platte 12 und durch die Löcher eines Verschiebekammes
14 hindurch. Die Leithülsen 13 haben an den unteren Enden nach innen
gerichtete Zacken oder Brechkanten. Der Kamm 14 wird durch eine Nutenwalze 15 hin-
und herbewegt, wobei die kurzen, hindurchragenden Enden der Eisstäbe in kurze Stücke
46 gebrochen werden. Diese fallen in einer der Endstellungen des Kammes
14 durch die Perforationen der Platte 7 auf ein schräges Auffangsieb und
können von hier zu einer (nicht dargestellten) Transporteinrichtung gelangen. Das
Sieb 47 läßt Abtau- und Schmelzwasser durch, welches als vorgekühltes Wasser
gegebenenfalls gesammelt und zum Wiedergebrauch rückgepumpt werden kann. Die Nutenwalze
15 kann kontinuierlich oder absatzweise in Betrieb gesetzt werden, erstmalig
z. B. durch die ausgeschwenkte Bodenklappe.
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Die kurzen Gefrier- und Abtauzeiten, welche mit solchen Stabeismaschinen
erzielt werden, können genau bestimmt und eingehalten werden. Sie liegen bei 4,4
cm Eis mit einem etwa 1,6-cm-Loch bei rund 5 Minuten (für kälteres Seewassereis
bei rund 9 Minuten). Bei Verwendung von mehr als einer Batterie kann der Betriebszyklus
versetzt werden derart, daß sich stets mindestens eine Batterie im Abtau befindet.
daß also laufend Eis erzeugt und geliefert wird. Dieser kontinuierliche Gefrier-
und Abtaubetrieb bzw. seine Phasenverschiebung bei Mehrbatterie-Systemen kann in
an sich bekannter Weise von (nicht gezeichneten) Zeitschaltern gesteuert werden,
nachdem der Beginn der Zyklen erstmalig vom Kontakt 25 bestimmt wurde. Die Verwendung
von Eiszellen bedingt übrigens noch Nachfüll- und gegebenenfalls diskontinuierliche
Eisbrechbehandlungen. Die Nachfüllung soll zeitschaltergesteuert bei oder kurz nach
Beginn des Gefriervorganges und die Eisbrechung
gegebenenfalls bei
oder kurz nach Beginn des Abtauvorganges erfolgen.
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Das Beispiel zeigt zweckmäßig sieben innerhalb einer Trommel angeordnete
Rohre eines Bündels; die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Zahl beschränkt. Auch
die Länge und Bündelung der Rohre 17 oder die äußere Form des Mantelverdampfers
18 können den gegebenen Bedingungen jeweils angepaßt werden, ohne vom Wesen der
vorliegenden Erfindung abzuweichen.