DE3212968C2 - - Google Patents
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25C—PRODUCING, WORKING OR HANDLING ICE
- F25C1/00—Producing ice
- F25C1/12—Producing ice by freezing water on cooled surfaces, e.g. to form slabs
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- Devices That Are Associated With Refrigeration Equipment (AREA)
- Production, Working, Storing, Or Distribution Of Ice (AREA)
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Verdampferplatte
für eine Maschine zum Herstellen von Eiswürfeln mit
einer flachen rechteckigen Grundplatte, die auf ihrer
einen Seite mit gutem Wärmekontakt eine zur Führung der
Kühlflüssigkeit dienende Rohrschlange und auf der an
deren Seite ein zur Bildung von Eiswürfelformen die
nendes, aus Wänden bestehendes Gitterwerk trägt, wobei
die Rohrschlange eine Anzahl etwa paralleler, gerader,
paarweise an ihren Enden durch gekrümmte Rohrstücke
durchgehend verbundener Rohrabschnitte aufweist, von
denen einer den Einlaß für eine Niederdruckkühlflüssig
keit und der andere den Auslaß für das überhitzte Gas
bzw. Kühlmittel bildet.
Eine bekannte Verdampferplatte für eine Maschine zum
Herstellen von Eiswürfeln weist eine flache rechteckige
Grundplatte auf, die auf ihrer einen Seite mit gutem
Wärmekontakt eine zur Führung der Kühlflüssigkeit die
nende Rohrschlange und auf der anderen Seite ein zur
Bildung von Formen für die Eiswürfel dienendes Gitter
werk aus Wänden trägt. Die Rohrschlange weist eine An
zahl etwa paralleler, gerader, an ihren Enden durch
gekrümmte Rohrstücke fortlaufend verbundener Rohrab
schnitte auf, von denen einer den Einlaß für eine Nie
derdruckkühlflüssigkeit und ein anderer den Auslaß
bildet.
Es sind bereits verschiedene Maschinen zum Herstellen
von Eiswürfeln bekannt, wie sie in gewerblichen Betrie
ben wie Restaurants, Bars, Motels u. dgl. gebraucht wer
den. Sie alle enthalten eine Kühlplatte oder -form,
welcher Wasser zwecks Gefrierens zu Eiswürfeln zuge
führt wird. Dieser Kühlkörper, der die Kälte zum Ge
frieren des Wassers überträgt, kann eine Verdampfer
platte sein, die üblicherweise mit einer auf ihrer
einen Seite befestigten Rohrschlange oder Kühlschlan
ge und auf ihrer anderen Seite mit einer Art von
Taschen oder Ausnehmungen versehen ist, in denen das
Wasser zu Eiswürfeln gefroren wird. Bei manchen Ma
schinen ist die Verdampferplatte waagerecht liegend
und in manchen Fällen auch in senkrechter Stellung
stehend angeordnet. Welche Anordnung aber auch benutzt
werden mag, die Verdampferplatte muß in jedem Fall so
ausgebildet sein, daß das Wasser, das zu Eiswürfeln
gefroren werden soll,
ihr zugeführt werden kann und danach die gefrorenen Eis
würfel aus der Platte entnommen, abgegeben oder "geerntet"
werden können.
Um das Ernten der Eiswürfel zu erleichtern, ist es
einfacher, die Verdampferplatte in einer etwa senkrechten
oder waagerechten Lage so anzuordnen, daß die Eiswürfel
formen nach unten weisen und die Würfel aufgrund der
Schwerkraft daraus abgegeben werden können. Beispiele
von Maschinen zur Herstellung von Eiswürfeln mit Abgabe
der Würfel durch Schwerkraft sind in den U.S.-Patenten
34 30 452, 39 13 349 und 39 64 270 gezeigt.
Bei den in den beiden erstgenannten Druckschriften
beschriebenen Maschinenarten sind die Verdampferplatten
entweder senkrecht oder nahezu senkrecht angeordnet und
die zur Herstellung der Würfel dienenden Formen werden
durch ein Gitterwerk auf der der Kühlschlange entgegen
gesetzten Seite der Verdampferplatte gebildet. Wasser,
das der Oberseite des Gitterwerks zugeführt wird, läuft
auf dessen Vorderseite herab, so daß Teile davon in den
Taschen des Gitterwerks gefrieren, während das Wasser an
der Platte entlangrinnt.
Bei der Maschine nach der erstgenannten Druckschrift
sind die waagerechten Wände des Gitterwerks etwas nach
unten abgewinkelt, so daß die Würfel, wenn sie von der
Verdampferplatte freigegeben sind, durch Schwerkraft ab
gegeben werden können. In ähnlicher Weise werden die Ver
dampferplatten bei der Maschine nach der zweiten Druck
schrift aus der senkrechten Lage nach unten gekippt, so
daß die waagerechten Wände des Gitterwerks nach unten
weisen und gleichfalls die Abgabe der Würfel durch Schwer
kraft ermöglichen. Es gibt auch gewerbliche Eismaschinen,
deren Verdampferplatten senkrecht stehend angeordnet sind,
bei denen jedoch mechanische Abgabe- oder Auswurfvorrich
tungen benutzt werden, um die Würfel von dem Gitterwerk
zu lösen, das als solches nicht geneigt ist, so daß eine
Abgabe durch Schwerkraft möglich wäre.
Bei allen diesen Maschinen, die ein Gitterwerk als
Formen für die Herstellung der Würfel auf etwa senkrecht
angeordneten Verdampferplatten benutzen, wird der Eisher
stellungszyklus nur vollendet, wenn eine vollständige Eis
tafel gebildet ist, bei der die Taschen in dem Gitterwerk
mit Eis gefüllt sind und überbrückende Verbindungen aus
Eis zwischen benachbarten Würfelreihen vorhanden sind,
die eine durchgehende Eistafel bilden, durch die sämtliche
Würfel miteinander verbunden sind. Die Bildung einer
durchgehenden Eistafel ist wichtig, da sie die annähernd
gleichzeitige Abgabe aller Würfel erleichtert. Wären die
Würfel nicht alle durch eine einzige Eistafel verbunden,
so würden Schwankungen der Temperatur und der Oberflächen
struktur der Platte oder des Gitterwerks dazu führen, daß
die Würfel in zufälliger Weise nacheinander abgegeben wer
den, wobei viele Würfel längere Zeit als die durchschnitt
liche benötigen würden, um von der Verdampferplatte und
dem Gitterwerk loszukommen. Eine solche zufällig erfolgen
de Abgabe der Würfel würde notwendigerweise eine Verlänge
rung der Abgabephase des Herstellungszyklus bedeuten und
daher den Ausstoß der Maschine beträchtlich verkleinern.
Daher besteht eines der Hauptziele bei Eismaschinen der
zur Rede stehenden Art darin, eine einwandfreie Eistafel
zu bilden, die auf ihrer gesamten Flächenausdehnung
gleichmäßig ist, so daß sie als Ganzes abgegeben werden
kann, um den größtmöglichen Ausstoß an Eiswürfeln zu er
möglichen. Wäre die Tafel nicht überall gleichmäßig dick,
so wären die überbrückenden Teile des Eises in manchen
Flächenbereichen schwach, so daß sie eine Tendenz hätten
zu brechen und daher die rasche Abgabe sämtlicher Eiswür
fel von der Verdampferplatte zu verzögern oder gar zu
verhindern. Es ist ferner darauf hinzuweisen, daß, wenn
die Gefrierphase lang genug gemacht wird, um trotz des
ungleichmäßigen Gefrierens der Tafelfläche genügend
starke Überbrückungsteile aufzubauen, die Überbrückungs
teile in manchen Flächenbereichen sehr dick werden. Bekannt
lich arbeitet aber die Eismaschine am wenigsten wirksam
während der Endphase des Arbeitszyklus, wenn das gefrieren
de Wasser von der Verdampferplatte durch eine maximale
Dicke der schon vorhandenen Eisschicht getrennt ist. Da
her ist es für den Wirkungsgrad der Eismaschine wichtig,
daß der Arbeitszyklus sobald wie möglich nach dem Aufbau
des Eises über sämtlichen leitenden Teilen der Verdampfer
platte und ihres Gitterwerks beendet werden kann.
Die Verdampferplatte enthält im allgemeinen eine auf
ihrer einen Seite befestigte Rohrschlange, durch welche
die Gefrierflüssigkeit geleitet wird. Die Rohrschlange
hat in der Regel die Form eines Kupferrohrs mit einer
Vielzahl paralleler waagerechter Rohrabschnitte, welche
die Rückseite der Verdampferplatte überqueren und paar
weise an ihren Enden durch gekrümmte Rohrstücke verbun
den sind. Eine Kühlmittelzufuhrleitung verläuft von einem
Kompressor über einen Kondensator, der mit Luft oder Wasser
gekühlt sein kann und danach über ein Expansionsventil zu
einem Einlaßabschnitt am unteren Ende der Verdampferplatte.
Die Kühlflüssigkeit überquert dann die Platte durch die
Serpentinschleifen der Rohrschlange, läuft in entgegenge
setzten Richtungen abwechselnd durch die einander benach
barten Rohrabschnitte bis zu dem obersten Abschnitt, dessen
Ausgang wieder mit dem Eingang des Kompressors verbunden
ist.
Diese übliche Anordnung der Kühlschlange an der Ver
dampferplatte hat für eine Maschine der zur Rede stehenden
Art zur Herstellung von Eiswürfeln bemerkenswerte Nachteile.
Die durch die Rohrschlange fließende Kühlflüssigkeit hat
nämlich längs ihres Weges über die Platte sehr unterschied
liche Grade ihrer Wirksamkeit. Zu Anfang, beim Eintritt
des Kühlmittels in die Verdampferschlange hat dieses be
sonders niedrige Temperatur, aber eine hohe Geschwindig
keit, welche die Wärmeübertragung auf die Platte verrin
gert. Etwa in der Mitte der Kühlschlange hat die Geschwin
digkeit der Flüssigkeit abgenommen, wobei aber deren Tem
peratur noch niedrig ist und eine maximale Wärmeübertra
gung ergibt. Danach erwärmt sich die Flüssigkeit etwas,
wobei am Ausgangsende der Kühlschlange etwas Gas vorhan
den ist. Diese verminderte Wirksamkeit des Kühlmittels,
während es sich zum oberen Rand der Verdampferplatte be
wegt, verursacht ein Nachlassen der Kühlwirkung, was
auch eine langsamere Eisbildung in der Nähe des oberen
Randes des Gitterwerks der Verdampferplatte ergibt. Es
ist ferner zu beachten, daß das dem oberen Rand der Plat
te zugeführte Wasser etwas wärmer ist und dadurch eine
größere Belastung des Kühlsystems in der Nähe des oberen
Randes der Verdampferplatte ergibt. Dies hat ein langsa
meres Gefrieren des Wassers und dünnere Überbrückungsglie
der zwischen den Eiswürfeln in den oberen Würfelreihen als
in den übrigen Teilen der fertigen Eistafel zur Folge.
Diese Ungleichmäßigkeit verursacht die oben schon genannten
Schwierigkeiten insofern, als die Abgabe des Eises und der
Wirkungsgrad seiner Herstellung betroffen sind.
Wenn die Gefrierphase beendet ist und die Abgabephase
beginnt, wird ein elektromagnetisches Ventil im Kühlsystem
betätigt, das die Zuführung von heißem Gas zu der Rohr
schlange statt der während der Gefrierphase zugeführten
Kühlflüssigkeit bewirkt. Das heiße Gas hat eine rasche
Anhebung der Temperatur der Verdampferplatte mit der Rohr
schlange einschließlich des Gitterwerks zur Folge und
bringt daher die Eistafel zusammen mit den mit ihr verei
nigten Würfeln dazu, daß sich die Grenzflächen, mit denen
sie angefroren sind, lösen. Die Abgabe kann nicht unmittel
bar darauf stattfinden, da sich ein dünner Wasserfilm zwi
schen dem Eis und der Verdampferplatte einschließlich des
Gitterwerks befindet, der die Tafel aufgrund seiner Ka
pillarkräfte an der Verdampferplatte festzuhalten sucht.
Das Gitterwerk ist mit Abflußlöchern versehen, so
daß, wenn eine Eistafel sich ein wenig von der Verdampfer
platte wegbewegt, das die Kapillarkräfte hervorrufende
Wasser aus dem Zwischenraum zwischen Eis und Verdampfer
platte abfließen kann. Ist das Wasser einmal abgeflossen,
so kann die Eistafel rasch und leicht entweder durch
Schwerkraft oder auf andere Weise, je nach Art der Maschi
ne, abgegeben werden. Eine der Schwierigkeiten, die mit
dieser Art des Abgebens verbunden ist, liegt darin, daß
das heiße Gas am unteren Teil der Rohrschlange auf der
Verdampferplatte eintritt, so daß das stärkste Abschmelzen
am unteren Rand stattfindet, wogegen die heißen Gase dann
schon relativ abgekühlt sind, wenn sie den Auslaß am obe
ren Rand der Platte erreichen. Dieser Unterschied der Gas
temperatur hat ein wesentlich stärkeres Schmelzen des Eises
am unteren Teil als am oberen Teil der Platte zur Folge,
was eine nutzlose Verschwendung von Eis vor der Freigabe
der Würfel am oberen Teil der Verdampferplatte bedeutet.
Um die größtmögliche Wirksamkeit einer Eismaschine zu er
halten, ist es wichtig, daß eine möglichst kleine Menge
des gefrorenen Eises bei der Abgabephase des Arbeitszyklus
geschmolzen wird. Es wäre ideal, wenn die Trennung der Wür
fel von der Verdampferplatte gleichzeitig auf der gesamten
Ausdehnung der Tafel eintreten würde, um den größtmögli
chen Wirkungsgrad zu erhalten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ver
dampferplatte der zur Rede stehenden Art zu schaffen, bei
der die Kälteübertragung während der Vereisungsphase und
die Wärmeübertragung während der Abgabephase von der Rohr
schlange aus möglichst gleichmäßig erfolgt, um auf diese
Weise die wirtschaftliche Herstellung einer möglichst
großen Zahl gleichmäßig geformter Eiswürfel in der Zeit
einheit zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merk
male des Patentanspruchs 1 gelöst.
Möglichkeiten zur vorteilhaften weiteren Ausgestal
tung einer solchen Verdampferplatte sind in den Ansprü
chen 2 bis 9 angegeben.
Bei der Verdampferplatte gemäß der Erfindung ist
eine Rohrschlange vorgesehen, die so angeordnet ist, daß
sie die möglichst große Kühlwirkung am oberen Rand der
Verdampferplatte, die sofort und gleichzeitig diejenigen
Teile der Kühlschlange, die am wenigsten wirksam und am
meisten wirksam sind, miteinander verbindet, um das Er
gebnis auszugleichen und eine angemessen gleichmäßige
Kühlung auf der gesamten Platte bei möglichst wenig Ände
rungen an der Rohrschlange zu schaffen. Die Kühlflüssig
keit wird am unteren Ende der Platte eingeführt und läuft
stetig über die aufeinanderfolgenden waagerechten Rohrab
schnitte, bis etwa zum mittleren Teil, von wo aus sich
die Rohrschlange senkrecht erstreckt, um die Verbindung
mit einem mittleren Rohrabschnitt am oberen Ende der Ver
dampferplatte herzustellen, und verläuft dann durch be
nachbarte waagerechte Rohrabschnitte nach unten zu einem
etwa in der Mitte gelegenen Rohrabschnitt, an den der Aus
laß aus der Rohrschlange angeschlossen ist. Durch diese
Ausbildung werden die besonders hohen und besonders niedri
gen Temperaturen der Rohrschlange in der Nachbarschaft des
mittleren Teils der Platte gemittelt und die größte Kühl
wirkung am oberen Ende der Verdampferplatte erzielt, wo
die Belastung - wie schon erwähnt - am größten ist. Die
daraus resultierende gleichmäßige Eistafel erleichtert
die Abgabe der Würfel infolge der Vermeidung des Bruchs
der Tafel in den Überbrückungsbereichen und vermindert
zugleich das unnötige Schmelzen des Eises, das den Wir
kungsgrad herabsetzen würde.
Während der Abgabephase des Zyklus wird das die
Rohrschlange durchlaufende heiße Gas gleichmäßiger über
die Vorderseite der Verdampfertafel verteilt, so daß
eine gleichmäßige und rasche Ablösung der Eistafel von
der Verdampferplatte erfolgt. In diesem Zusammenhang
wurde festgestellt, daß eine wirksamere Abgabe einer Eis
tafel erreicht wird durch deren Ablösung zunächst an den
Rändern und dann erst im mittleren Teil. Dies verhindert
ein Kippen der Eistafel in dem Gitterwerk, das unnötiges
Schmelzen zur Folge haben und möglicherweise das leichte
Ablösen der Tafel selbst von dem Gitterwerk verhindern
würde. Dadurch, daß das Abtauen in der Mitte zuletzt er
folgt, dort wo der Austrittsabschnitt der Rohrschlange
liegt, trägt der mittlere waagerechte Streifen der Ver
dampferplatte und des Gitterwerks die Tafel in unveränder
ter Lage, so daß das durch die Platte und das Gitterwerk
verursachte Schmelzen in anderen Bereichen der Tafel
klein gehalten wird, was wiederum den Wirkungsgrad der
Maschine im Vergleich zu solchen vergrößert, bei denen
die Eistafel kippen und das Abschmelzen der Würfel vor
deren Abgabe verstärken kann.
Die neue Verdampferplatte soll in Verbindung mit einer
mechanischen Abgabeeinrichtung mit Ausstoßsonde verwendet
werden, welche die Eistafel etwas von der Mitte der Platte
abhebt, um die ganze Eistafel rasch und wirksam von dem
Gitterwerk zu befreien, sobald sie abgetaut und das Kapil
larwasser abgeflossen ist.
Im folgenden ist die Erfindung anhand der Zeichnun
gen, die sich auf ein Ausführungsbeispiel der Verdampfer
platte beziehen, erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 die perspektivische Darstellung einer
Maschine zum Herstellen von Eiswürfeln mit einer Ver
dampferplatte gemäß der Erfindung bei abgenommenem Gehäuse
und ohne das Untergestell der Maschine.
Fig. 2 einen Seitenschnitt mit Blickrichtung
auf die Schnittebene 2-2 von Fig. 1.
Fig. 3 die rückseitige Ansicht einer Ver
dampferplatte gemäß der Erfindung.
Fig. 4 eine Ansicht der Verdampferplatte
gemäß Fig. 3 von unten gesehen.
Fig. 5 eine Vorderansicht der Verdampferplatte
von Fig. 3.
Fig. 6 (in einem größeren Maßstab) eine Teil
schnittansicht der Verdampferplatte mit Blickrichtung auf
die Ebene 6-6 von Fig. 5.
Fig. 7 die schematische Darstellung eines
Senkrechtschnitts der Verdampferplatte zur Erläuterung
der Art und Weise des Zustandekommens der Eiswürfel und
Fig. 8 eine ähnliche Darstellung wie Fig. 7,
jedoch wird hier die Art des Zustandekommens der Eiswürfel
auf einer Verdampferplatte mit in bisher üblicher Weise
angeordneter Rohrschlange erläutert.
Die Eiswürfelmaschine als Ganzes ist mit 11 bezeichnet.
Sie ist in den Zeichnungen nur schematisch wiedergegeben,
da die Erfindung sich in erster Linie auf die Verdampfer
platte bezieht. Die dazugehörigen Teile der Maschine ein
schließlich der Wasserzuführung und des Kältesystems sind,
soweit nicht schon an sich bekannt, in einer gleichzeitig
eingereichten Anmeldung beschrieben. Die Maschine 11 ent
hält eine Verdampferplatte 13, auf deren Vorderseite ein
Gitterwerk 15 und auf deren Rückseite eine als Kühlschlan
ge dienende Rohrschlange 17 befestigt sind. Die Verdampfer
platte besteht aus einer Grundplatte 13a aus Kupfer, an
der waagerechte Wände 13b und senkrechte Wände 13c des
Gitterwerks 15 durch Anlöten oder Anbiegen angebracht
sind, so daß eine gute Wärmeleitung zwischen diesen Teilen
besteht. An den waagerechten Wänden 13b und den senkrech
ten Wänden 13c sind Öffnungen neben der Grundplatte 13a
zu sehen, um das Ablaufen des zwischen dem Eis der Ver
dampferplatte während der Abgabephase des Arbeitszyklus
gebildeten Schmelzwassers zu ermöglichen. In den Fig. 4
und 6 sind die Öffnungen 13d in den Wänden 13b zu sehen.
Entsprechende Öffnungen oder Schlitze sind auch in den
Wänden 13c im Bereich der Öffnungen 13d vorgesehen, so
daß die kapillare Wasserschicht zwischen den einzelnen
Würfelabteilen auf der Platte 13a längs deren Vordersei
te während des Abgabevorgangs ablaufen kann.
Die waagerechten Wände 13b, die senkrechten Wände
13c und die Grundplatte 13a bilden eine Vielzahl nach
der Seite hin offener Taschen, in denen Wasser zu Eiswür
feln gefroren wird. Die Verdampferplatte 13 wird von
einem Rahmen 19 getragen, der auch die übrigen größeren
Komponenten der Eiswürfelmaschine 11 trägt.
Unmittelbar oberhalb der Verdampferplatte 13 trägt
der Rahmen 19 ein Wasserverteilerrohr 21, das die ganze
Breite der Verdampferplatte einnimmt. Das Wasserverteiler
rohr 21 besteht aus konzentrischen Röhren 21a und 21b,
die so ausgebildet sind, daß sie das Wasser gleichmäßig
über die Länge einer abgewinkelten Platte 23 verteilen,
von der es nach unten auf das Gitterwerk 15 der Verdampfer
platte 13 herabfließen kann. Die innere Röhre 21a des
Wasserverteilerrohrs 21 ist mit einem Wasseranschluß ver
bunden und hat nach oben gerichtete Öffnungen, die auf
seiner Länge verteilt sind, um das Wasser in das Innere
der größeren Röhre 21b einzuführen. Die Röhre 21b wie
derum ist mit einer Vielzahl ausgerichteter Öffnungen
in Abständen auf seiner Unterseite versehen, die das
Wasser längs der abgewinkelten Platte 23 abgeben. Die
konzentrischen Röhren 21a und 21b dienen zur Vermeidung
von Druckänderungen längs des Verteilerrohres und sor
gen für einen gleichmäßigen Fluß aus den Öffnungen, die
über die Länge des Wasserverteilerrohrs 21 verteilt
sind.
Wenn das Wasser aufgrund der Schwerkraft an der Ver
dampferplatte 13 nach unten fließt, ermöglicht es die Ka
pillarwirkung des Wassers an den waagerechten Wänden 13,
daß das Wasser den Gitterwänden 15 folgt und dabei die
Innenfläche der Verdampferplatte und des dazugehörenden
Gitterwerks 15 überall benetzt. Die Kühlwirkung der Nie
derdruckkühlflüssigkeit, die durch die Rohrschlange 17
hindurchläuft, kühlt die Grundplatte 13a und die dazuge
hörigen Wände 13b und 13c des Gitterwerks 15 und bringt
das über die Verdampferplatte 13 nach unten fließende
Wasser zum Gefrieren.
Wegen der hohen thermischen Leitfähigkeit der Grund
platte 13a und der Wände 13b und 13c erfolgt das Gefrie
ren der Würfel an allen Wänden der Taschen des Gitter
werks 15, bis schließlich die vollständigen Eiswürfel ent
stehen. Wenn die Würfel fertig gefroren sind, werden, wie
am besten aus Fig. 7 ersichtlich, Brückenabschnitte 25
zwischen den benachbarten Würfeln gebildet, so daß eine
Eistafel 27 entsteht, mit welcher die einzelnen Würfel
28 durch die Brückenabschnitte 25 verbunden sind.
Einer der wichtigsten Aspekte einer Eismaschine,
soweit deren Wirkungsgrad in Betracht kommt, liegt in
der Art und Weise, wie die Eiswürfel aus den Würfelfor
men, nachdem sie gefroren sind, entnommen oder abgege
ben werden können. Es ist eine beträchtliche Menge an
Energie und Zeit erforderlich, um Würfel einer bestimm
ten Größe und von einem bestimmten Gewicht zu gefrie
ren. Um die Würfel aus den Formen zu lösen, in denen
sie entstanden sind, ist es daher erforderlich, eine
erhebliche mechanische Kraft aufzuwenden oder das Eis
längs der Flächen der Formtaschen aufzutauen, so daß
die Eiswürfel aus den Formen mit wenig Kraft abgegeben
werden können. Jedoch stellt das Schmelzen des Eises
zwecks Abgabe der Eiswürfel einen völlig unproduktiven
Teil des Herstellungszyklus dar, der den Wirkungsgrad
vermindert, der während der Gefrierphase des Arbeits
zyklus erreicht wurde. Daher ist es erwünscht, den
Schmelzvorgang der Würfel beim Entnahmezyklus in mög
lichst kleinen Grenzen zu halten. Eines der dabei auf
tretenden Probleme besteht darin, daß es oft erforder
lich ist, einen größeren Prozentsatz der Würfel zu
schmelzen als es erforderlich wäre, wenn ein mechani
sches Verfahren angewendet würde, um die Würfel aus der
Eiswürfelform zu befreien.
Außerdem ist es für die Entnahme in einer optimalen
Zeitspanne erforderlich, die unzerbrochene Eistafel
als Ganzes möglichst ohne Kippen oder Verschieben vor
ihrer Befreiung von der Eistafel abzugeben.
In Fig. 2 ist eine Eistafel 27 in den verschiedenen
Stellungen gezeigt, die sie während des Abgabevorgangs
einnimmt. Die Eiswürfelmaschine 11 enthält eine schwenk
bare Abdeckung 29, die an dem Rahmen 19 um ihren oberen
Rand schwenkbar gelagert ist. In ihrer Normalstellung
während der Gefrierphase befindet sich die Abdeckung 29
in einer im wesentlichen senkrechten Lage und dient als
Spritzwasserschutz vor der Vorderseite der Verdampfer
platte 13. Infolgedessen läuft alles die Verdampferplatte
13 passierende Wasser in einen Auffangbehälter 31 ab, so
weit es nicht bei seinem Übergang über das Gitterwerk 15
an der Verdampferplatte 13 gefroren wird. Das Wasser in
dem Behälter 13 wird über das Wasserzulieferrohr 21 zu
rückgeleitet, von wo es an erneut über die Verdampfer
platte 13 fließt.
Am unteren Rand der Verdampferplatte 13 ist ein Eis
ablenkgitter 33 vorgesehen, das eine Vielzahl von Rippen
aufweist, zwischen denen das Wasser beim Abfluß in den
Behälter 31 hindurchtreten muß, die aber genügend dicht
aneinander angeordnet sind, um das Eintreten von Eiswür
feln in den Behälter 31 zu verhindern. Auf das schräg
stehende Gitter 33 auftreffende Eiswürfel werden seitlich
in eine Öffnung 35 abgelenkt, die mit einem Eiswürfel
speicherbehälter in Verbindung steht.
Wie in Fig. 2 durch die ersten beiden strichpunktier
ten Linien angedeutet, wird die Eiswürfeltafel 27 zunächst
an ihrem unteren Ende durch eine von dem Ausstoßkolben 37
ausgeübte Kraft nach außen bewegt. An einem vorbestimmten
Punkt während der Gefrierphase wird der Wasserfluß über
die Verdampferplatte beendet und der Weg der Kühlflüssig
keit durch Öffnen eines Elektromagnetventils am Kompressor
ausgang umgestellt, so daß heißes Gas statt Niederdruck
kühlflüssigkeit der Rohrschlange 17 an der Verdampfer
platte zugeführt wird. Zur gleichen Zeit wird durch einen
Motor 39 der Ausstoßkolben 37 hin und hergehend durch
eine Öffnung 41 in der Grundplatte 13a bewegt, so daß er
einen Punkt an der Eistafel 27 berührt. Die Öffnung 41
ist um einen kleinen Abstand in waagerechter Richtung ge
genüber dem geometrischen Zentrum der Eistafel 27 ver
setzt. Der Kolben 37 wird durch eine Buchse 43 geführt,
die in der Öffnung 41 sitzt, wie am besten in Fig. 6 zu
sehen. Die weiteren Einzelheiten des Ausstoßkolbens 37
und der Art und Weise, wie er betätigt wird, um die Eis
tafel 27 von der Verdampferplatte 13 abzuheben, sind in
der gleichzeitig von derselben Anmelderin eingereichten
Anmeldung beschrieben. Es sei jedoch darauf hingewiesen,
daß ein Kupplungsmechanismus zwischen dem Ausstoßmotor
39 und dem Kolben 37 angeordnet ist, um einen begrenzten,
relativ konstanten Druck gegen die Tafel 27 auszuüben.
Sobald die Tafel 27 von dem Gitterwerk 15 freikommt,
fällt sie nach unten und trifft auf das Gitter 33, wie
in Fig. 2 gezeigt. Die Abdeckung 29 schwenkt mit ihrem
unteren Ende nach außen, sobald sie von der Tafel 27
berührt wird und läßt diese durch die Öffnung 35 in den
Speicherbehälter fallen. Somit wird die Bewegung der
Tafel 27 von der Verdampferplatte 13 weg in den Speicher
behälter durch das Gitter 33 und die Abdeckung 29 ge
führt, deren oberes Ende die Beweglichkeit der Tafel 27
nach außen beschränkt, wie in Fig. 2 gezeigt.
Wie die Fig. 3 bis 6 zeigen, ist die Verdampferplatte
13 im wesentlichen rechteckig gestaltet, und zwar ist ihre
Länge größer als ihre Breite. Die Grundplatte 13a trägt
auf ihrer Rückseite die Rohrschlange 17, die in besonderer
Weise angeordnet ist, um die bestmöglichen Resultate so
wohl bei der Gefrierphase als auch bei der Abgabephase des
Arbeitszyklus zu ergeben. Es war bisher üblich, die Rohr
schlange an der Verdampferplatte in einer die Herstellung
erleichternden Art und Weise zu befestigen, wobei davon
ausgegangen wurde, daß der Kühleffekt auf der ganzen Län
ge des Rohres pro Längeneinheit etwa konstant sei. Diese
Annahme ist jedoch nicht korrekt, auch ist die thermische
Belastung der Verdampferplatte in keiner Weise überall
konstant, sie macht es vielmehr wünschenswert, eine ver
stärkte Kühlung für bestimmte Teile der Verdampferplatte
während des Gefriervorgangs vorzusehen und auch für unter
schiedliche Muster des Auftauens während der Abgabephase
des Zyklus zu sorgen.
Um dem zu entsprechen, liegt bei der Verdampferplatte
13 der Eingangsrohrabschnitt 17 in der Nähe der unteren
Kante der Grundplatte 13a, wobei 17b der Eingangsanschluß
zu der Rohrschlange 17 ist. Parallel zu dem geraden Rohr
abschnitt 17a sind weitere gerade Rohrabschnitte 17c und
ein mittlerer Rohrabschnitt 17d angeordnet. Die geraden
Rohrabschnitte 17a, 17c, 17d sind durch um 180° gekrümmte
Rohrstücke 17e paarweise verbunden. An das Ende des Rohr
abschnitts 17d, das am weitesten entfernt von dem Einlaß
17b liegt, schließt sich ein senkrechter Rohrabschnitt 17f
an, der sich bis zur oberen Kante der Grundplatte 17a er
streckt, wo er in einen waagerecht verlaufenden geraden
Rohrabschnitt 17g am oberen Rand der Grundplatte 13a über
geht. Unterhalb des Abschnitts 17g parallel dazu und in
Abständen voneinander sind weitere gerade Rohrabschnitte
17h vorgesehen, die alle untereinander paarweise durch um
180° gekrümmte Rohrstücke 17i verbunden sind und zu dem
Ausgangsabschnitt 17j führen, der in einem Ausgangsan
schluß 17k endigt. Die Niederdruckkühlflüssigkeit wird in
die Rohrschlange 17 bei 17b eingeleitet, wo sie durch die
stetige Rohrschlange 17 zu deren Auslaß 17k fließt. So
bald die Niederdruckflüssigkeit am Ausgangsabschnitt 17j
ankommt, hat sie den größten Teil ihrer Kühlfähigkeit ver
loren und wird zu einem überhitzten Gas, das zu dem
Kompressor in dem Kühlsystem zurückgeleitet wird.
Zum Verständnis der Hauptgründe für die Anordnung
der verschiedenen Rohrabschnitte der Rohrschlange 17 ist
die Art und Weise zu beachten, in der die Niederdruck
flüssigkeit durch die Rohrschlange 17 hindurchgeht und
der Wärmeübergang erfolgt. In dem Eingangsabschnitt 17a
hat die Niederdruckflüssigkeit ihre niedrigste Tempe
ratur und ist aber wegen der niedrigeren Geschwindig
keit in diesem Teil der Rohrschlange 17 weniger wirksam
als dort, wo die Geschwindigkeit in einem gewissen Aus
maß zunimmt. Daher wird die größte Wirksamkeit der Nie
derdruckflüssigkeit in den Rohrabschnitten 17d und 17g
erreicht, wo die Temperatur noch angemessen niedrig und
die Geschwindigkeit wesentlich größer ist als in dem
Eingangsrohrabschnitt 17a. Wenn die Temperatur der Nie
derdruckflüssigkeit in den Abschnitten 17h weiter an
steigt, erreicht das Kühlmittel schließlich einen Zu
stand, bei dem es ein überhitztes Gas ist, wenn es in
den Ausgangsabschnitt 17j eintritt. Wegen dieser rela
tiven Wirksamkeit sucht sich die Kühlwirkung der Ab
schnitte 17j und 17d auszugleichen und eine ziemlich
gleichmäßige Kühlwirkung auf der Gesamtfläche der
Grundplatte 13a hervorzubringen.
Es mag also zwar scheinen, daß die hohe Wirksamkeit in
dem Rohrabschnitt 17g eine größere Kühlwirkung oder
Eisgefrierkapazität in diesem Teil der Verdampferplat
te ergäbe, tatsächlich aber ist der obere Rand der
Verdampferplatte wesentlich stärker thermisch belastet,
weil das Wasser zunächst dem oberen Rand der Ver
dampferplatte 13 zugeführt wird und jegliche Kühlung
des Wassers bis auf die Gefriertemperatur diesen Teil
der Verdampferplatte mehr belasten muß als einen an
deren Teil von ihr.
Für den Aufbau der Verdampferplatte sind Bauteile
aus Kupfer verwendet, die miteinander verlötet sind.
Die Grundplatte 13a kann hochgekantete Ränder haben,
welche die äußersten Wände 13b und 13c des Gitterwerks
15 bilden, wie in der Schnittansicht von Fig. 4 zu sehen.
Die waagerechten Wände 13b des Gitterwerks sind bei 13d
ausgeschnitten, wie es die Fig. 4 und 6 zeigen und die
se Ausschnitte liegen an Schlitzen in den senkrechten
Wänden 13c, so daß Abflußöffnungen gebildet werden,
durch welche das Schmelzwasser abläuft,um die Kapillar
kräfte freizugeben, die andernfalls die Eistafel 27 bei
der Abgabe zurückhalten würden.
Fig. 7 erläutert die tatsächliche Form der Würfel
in der gesamten Platte, wie sie mit Hilfe der vorstehend
beschriebenen Verteilung der Rohrabschnitte der Kühl
schlange erreichbar ist, wogegen Fig. 8 die Gefrierer
gebnisse zeigt, wie sie bei einer üblichen Eiswürfel
maschine bisher bekannter Art erhalten werden, bei der
die Rohrschlangenabschnitte so angeordnet sind, daß der
Einlaß sich am unteren und der Auslaß am oberen Ende
befindet. Es ist deutlich zu ersehen, daß durch die An
ordnung der Rohrschlange gemäß der Erfindung die erhöhte
Belastung am oberen Teil der Verdampferplatte ausgegli
chen und ein vergleichmäßigtes Gefrierergebnis auf der
gesamten Fläche der Verdampferplatte mit einheitlichen
Brückenabschnitten 25 erhalten wird.
Hinsichtlich der Abgabephase des Arbeitszyklus hat
die neue Verteilung der Rohrschlangenabschnitte noch wei
tere erhebliche Vorteile. Bisher verursachte der Heißgas
umlauf durch die Rohrschlange die stärkste Erwärmung und
das stärkste Abschmelzen der Eistafel in der Nähe des
unteren Randes der Verdampferplatte, wo das Gas noch am
heißesten ist. Das starke Abschmelzen der Würfel in den
unteren Würfelreihen hat oft ein Abbrechen der Brücken
abschnitte und damit unvollständige oder ausgedehnt lan
ge Abgabephasen zur Folge. Bei der Anordnung gemäß der
Erfindung aber bewirkt das heiße Gas die Freigabe der
Tafel 27 am oberen und unteren Rande der Verdampfer
platte annähernd gleichmäßig und der mittlere Teil in
der Nähe des Rohrabschnitts 17j tendiert dazu, sich
zuletzt von der Verdampferplatte zu trennen. Es wurde
gefunden, daß die Eistafel 27 unter diesen Bedingungen
weniger dazu neigt zu kippen oder sich zu verschieben,
bevor das Abtauen längs des mittleren waagerechten Teils
der Verdampferplatte eingetreten ist. Ohne eine solche
Abkühlung und Verschiebung wird das Abtauen an anderen
Stellen der Eistafel sehr klein gehalten und auf eine
besonders dünne Eisschicht begrenzt, die nur eben genügt,
um die Tafel von den benachbarten Teilen der Verdampfer
platte freizumachen. Somit kann die Eistafel in einer
besonders kurzen Zeitspanne bei minimalem Abschmelzen
der einzelnen Würfel abgegeben werden. Dieses ist beson
ders vorteilhaft bei einem Aufbau der Verdampferplatte,
der eine mechanische Ausstoßvorrichtung mit einer Sonde
aufweist, welche die Tafel an ihrer geometrischen Mitte
oder in der Nähe davon berührt, dort wo die Trennung des
Eises von der Verdampferplatte durch Abschmelzen zuletzt
stattfindet. Dann hat die Ausstoßsonde keine Neigung, die
Tafel 27 zu zerbrechen oder sie vor ihrer tatsächlichen
Abgabe zu kippen.
Claims (9)
1. Verdampferplatte für eine Maschine (11) zum Her
stellen von Eiswürfeln mit einer flachen recht
eckigen Grundplatte (13a), die auf ihrer einen
Seite mit gutem Wärmekontakt eine zur Führung der
Kühlflüssigkeit dienende Rohrschlange (17) und auf
der anderen Seite ein zur Bildung von Eiswürfel
formen dienendes, aus Wänden bestehendes Gitter
werk (15) trägt, wobei die Rohrschlange (17) eine
Anzahl etwa paralleler, gerader, paarweise an ihren
Enden durch gekrümmte Rohrstücke (17e, 17i) durch
gehend verbundener Rohrabschnitte (17a, 17c, 17d,
17g, 17h, 17j) aufweist, von denen einer (17a) den
Einlaß (17b) für eine Niederdruckkühlflüssigkeit
und der andere (17j) den Auslaß (17k) für das über
hitzte Gas bzw. Kühlmittel bildet,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Eingangsrohrabschnitt (17a) längs des ei nen Randes der Grundplatte und der Ausgangsrohrab schnitt (17j) längs des mittleren Teils der Grund platte (13a) verläuft, und
daß die eine Hälfte der Abschnitte (17a, 17c, 17d, 17e) der Rohrschlange (17) auf der einen Hälfte der Verdampferplatte so verteilt angeordnet ist,
daß die ihre geraden Rohrabschnitte (17a, 17c, 17d) durchfließende Kühlflüssigkeit vom Eingangsrohrabschnitt (17a) allmählich zur Mitte der Grundplatte hin strömt, und daß die andere Hälfte der Abschnitte (17f, 17g, 17h, 17i) der Rohrschlange (17) auf der anderen Hälfte der Platte so verteilt angeordnet ist, daß die Kühlflüssig keit von dem gegenüberliegenden Plattenrand all mählich zum Ausgangsrohrabschnitt (17j) in der Mitte der Verdampferplatte strömt.
daß der Eingangsrohrabschnitt (17a) längs des ei nen Randes der Grundplatte und der Ausgangsrohrab schnitt (17j) längs des mittleren Teils der Grund platte (13a) verläuft, und
daß die eine Hälfte der Abschnitte (17a, 17c, 17d, 17e) der Rohrschlange (17) auf der einen Hälfte der Verdampferplatte so verteilt angeordnet ist,
daß die ihre geraden Rohrabschnitte (17a, 17c, 17d) durchfließende Kühlflüssigkeit vom Eingangsrohrabschnitt (17a) allmählich zur Mitte der Grundplatte hin strömt, und daß die andere Hälfte der Abschnitte (17f, 17g, 17h, 17i) der Rohrschlange (17) auf der anderen Hälfte der Platte so verteilt angeordnet ist, daß die Kühlflüssig keit von dem gegenüberliegenden Plattenrand all mählich zum Ausgangsrohrabschnitt (17j) in der Mitte der Verdampferplatte strömt.
2. Verdampferplatte nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß einer der den größten Kühleffekt ergebenden ge
raden Rohrabschnitte (17d) und der den geringsten
Kühleffekt ergebende gerade Rohrabschnitt (17j)
in der Mitte der Grundplatte (13a) nebeneinander
angeordnet sind, so daß eine relativ gleichmäßige
Kühlwirkung zustandekommt.
3. Verdampferplatte nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur Abgabe einer Eistafel bzw. zur Vorberei
tung ihrer Abgabe die Rohrschlange (17) dazu dient,
bei Beschickung mit heißem Gas die Eistafel (27)
zunächst am oberen und am unteren Rand und erst
danach in ihrer Mitte, d. h. auf halber Höhe von
dem Gitterwerk (33) abzutauen.
4. Verdampferplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß sie mit einer mechanischen Ausstoßvorrichtung
(37, 39, 43) für jeweils eine fertige Eistafel ver
bunden ist, die auf der Rückseite der Grundplat
te (13a) angebracht ist und eine hin und hergehende
Stange (37) aufweist, welche durch eine Öffnung (41)
in der Grundplatte (13a) hindurch die Eistafel (27)
berührt, um sie aus dem Gitterwerk (15) herauszu
schieben.
5. Verdampferplatte nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Öffnung (41) neben dem Auslaßabschnitt (17j)
der Rohrschlange (17) angeordnet ist, so daß die
Stange (37) die Eistafel (27) in ihrem bei der Ab
gabephase zuletzt schmelzenden Bereich berührt.
6. Verdampferplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die von dem Gitterwerk (15) auf der einen Seite
der Grundplatte (13a) gebildeten Würfelformen so
bemessen sind, daß die entstehenden Eiswürfel im
wesentlichen die gleiche Größe erhalten.
7. Verdampferplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Einlaßabschnitt (17a) der Rohrschlange (17)
längs eines Randes der Platte und ein mittlerer
Abschnitt (17g) der Rohrschlange längs des entgegen
gesetzten Plattenrandes verläuft.
8. Verdampferplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Verdampferplatte (13) in etwa senkrecht
stehender Lage angeordnet ist, so daß die Eistafel (27)
mit den Eiswürfeln ebenfalls in etwa senkrechter La
ge entsteht, und daß die auf der Rückseite der Verdam
pferplatte (13) angebrachte Rohrschlange (17) bei der
Abgabephase auch zur Führung von Heißgas dient, so
daß zunächst der untere und der obere Teil der Eis
tafel (27) und danach erst ein sich waagerecht über
die Mitte der Platte (13a) erstreckender Bereich der
Eistafel (27) geschmolzen wird, um das Abschmelzen
verschiedener Stellen der Tafel auf einem möglichst
kleinen Durchschnittswert zu halten.
9. Verdampferplatte nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Öffnung (41) zum Durchtritt der mechanischen
Stange (37) nahe der geometrischen Mitte der Plat
te (13a) in deren waagerechtem Bereich angeordnet
ist.
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