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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen
von Scherbeneis mit überfluteter Verdampfungskammer für das Kältemittel nach dem
Oberbegriff des vorstehenden Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum kontinuierlichen
Herstellen von Scherbeneis aus Wasser nach dem Oberbegriff des Anspruchs 10.
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Vorrichtungen und Verfahren, die diese Merkmale aufweisen, sind im
in- und ausländischen Stand der Technik bekannt.
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Danach war es üblich, das Kältemittel als reine Flüsigkeit einzuspeisen
und als reinen Dampf abzusaugen, wobei das Gemisch alle Dampfgehalte von 0 bis 100.%
durchläuft, obwohl den Fachleuten bewußt war, daß bei zwangsdurchströmten Verdampfern
die Wärme stromdichte dort ein Maximum erreicht, wo der Dampfgehalt des siedenden
FlUssigkeits-Gas-Gemisches etwa 70 % beträgt. Man hat deshalb versucht, einen Dampfgehalt
vom etwa 70 % über eine möglichst lange Strecke zu realisieren, indem der eintretenden
Flüssigkeit Dampf beigemischt wird, welcher am Verdampfer austritt und abgezweigt
wird. Nachteilig hat sich jedoch hierbei bemerkbar gemacht, daß der Aufwand für
die erforderliche präzise Steuerung dieser Dampfrezirkulationsströmung äußerst beträchtlich
ist.
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Auch in der DE-AS 16 01 084 wird eine Vorrichtung zum Herstellen von
Feineis aus Wasser oder dergleichen beschrieben. Die in einen zu vereisende Flüssigkeit
enthaltenden Flüssigkeitstrog eintauchende Trommel bzw.
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Walze besit't jedoch am Trommelmantel schraubenlinienförmig dicht
nebeneinander lige:-de Führungen für daa Kältemittel und ist insofern eher mit einem
Röhreneis-Erzeuger als mit einemFlake-Eis-Erzeuger zu vergleichen.
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Schon die dortige Lehre erkennt, daß leicht Verschleißerscheinungen
und Oberflächenbeschädigungen des Trommelrohres beim Abschaben der Eis schicht auftreten
können, da als Werkstoff das sehr weiche Aluminium verwendet
werden
muß. Abgesehen davon, ist jedoch allen den vorbekannten Vorrichtungen nachteilig
zu eigen, daß sie relativ voluminös und sperrig aufgebaut sind und sich deshalb
schwer transportieren lassen. Dieses gilt insbesondere dann, wenn ein vollständig
betriebsbereites Gerät bereitgestellt werden soll, daa zudem auch unter extremen
Arbeitsbedingungen bequem und einfach handhabbar sein soll.
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Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine
Vorrichtung der eingangs erwähnten Art derart auszubilden, daß sie einerseits einen
kompakten Aufbau hat und andererseits gleichzeitig eine möglichst hohe Wärmestromdichte
aufrechterhElt, bei der der Dampfanteil im Durchschnitt etwa 70 Vol.% beträgt. Weiterhin
ist es selbstverständlich Ziel der Erfindung, die eingangs genannte Vorrichtung
mit maximaler Betriebssicherheit auszustatten und zwar unter Verzicht auf praktisch
jegliche Elektrik und komplizierte Steuerelemente, damit sie auch unter den primitivsten
Bedingungen, z.B. in der Wüste oder im Dschungel, von jederman leicht bedient werden
kann, wobei ca. 2 bis 2,5 Tonnen pro Tag an Scherbeneis herstellbar sein müssen.
Selbstverständlich sind Abweichungen hiervon nach oben oder unten auch denkbar.
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ErfindungsgemJ>ß werden die vorstehende Aufgabe und Ziele durch
die im Anspruch 1 gekennzeichnete Vorrichtung gelöst.
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Dadurch, daß die Verdampfungskammer aus zwei oder mehreren konzentrischen
Schalen aufgebaut ist, kann auf die Anordnung einer Vielzahl von nebeneinanderliegenden
Rohren verzichtet und gleichzeitig eine hohe Wärme stromdichte erzielt werden, die
die aktive Verdampferoberfläche -bei gleicher Leistung - wesentlich reduziert. Beispielsweise
wird die eintretende Flüssigkeit in einem Innenmantel bzw.
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-behälter vorentspannt und tritt als 50/50-Gemisch in den äußeren
Verdampferraum bzw. den Außenmantel ein, den sie als Gemisch von rund 10 % Flüssigkeit
und 90 % Dampf verläßt. Selbstverständlich sind hierzu eine oder mehrere entsprechend
dimensionierte Austrittsöffnungen erforderlich. Ein weiteres wichtiges erfindungsgemäßes
Merkmal besteht darin, daß die Einlaß- und Auslaßleitung auf einer Seite der Verdampfungskammer
angeordnet und durch die Hohlwelle in die Verdampfungskammer eingeführt sind. Die
Kompaktheit der Anlage wird hierdurch ebenso gefördert wie die Tatsache, daß die
bekannten Dehnt oder probleme vermieden werden, die aufgrund der um 40 bis 700 C
höher als die Arbeitstemperatur liegenden Umgebungstemperaturen auftreten. Ein weiteres
erfindungsgemäßes Merkmal ist die elastische Lagerung der Walze an beiden Seiten
der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Bei Versagen des Walzenantriebes und Fest frieren
der stehenden Walze an den Schälmessern kann die Walze mit einemgeeigneten Werkzeug
aus der Vorrichtung ausgebaut werden, ohne daß Lager und Gleitringdichtungen beschädigt
werden.
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Die Temperatur des Eises, das auch aus Salz- oder Süßwasser hergestellt
werden kann, wird generell durch die Höhe des Wasserspiegels bestimmt, in dem die
Walze gedreht wird sowie über die Umfangsgeschwjndigkeit der Walze.
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Es kann sowohl stark unterkühltes als auch nicht zusammenfrierendes
Scherbeneis hergestellt werden.
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Vorteilhafterweise besitzt die erfindungsgemäße Vorrichtung keine
elektrische Steuerung und kann anstelle eines automatischen oder thermostatischen
Expansionsventils auch mit einer einfachen Handdrossel gesteuert werden, Besonders
die in den Ansprüchen 3 und 7 angegebenen Merkmale ermöglichen, daß die kompakte
erfindungsgemäße
Vorrichtung nicht nur versandfertig, sondern auch
gegen unbefugten Zugriff gesichert ist.
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Ein weiterer Vorteil liegt in der Fertigung der Walze bzw.
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Trommel aus Edelstahl. Das Schermesser kann dann nämlich mit Anpreßdruck
arbeiten, da die Walze selbst elastisch gelagert ist. Verschleiß- oder Abriebprobleme
treten bei diesem Material im Gegensatz zum Stand der Technik nichtauf.
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Weitere Vorteile und Merkmale gehen aus den vorstehenden Unteransprüchen
hervor sowie aus dem unabhängigen Verfahrensanspruch 10, die sämtlich von erfindungsgemäßer
Bedeutung sein können.
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Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung zum
besseren Verständnis der Erfindung näher erläutert.
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Es zeigt: Fig. 1 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung5 Fig. 2 eine perspektivische Schemaansicht, wie die erfindungsgemäße
Vorrichtung in einer Transportkiste verpackt wird.
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Die Figur zeigt, daß die Verdampf'ungskammer 19 aus einer inneren
und äußern Verdampfu.L;skammer 19abzw. 19b aufgebaut ist. Das Ausführungsbeispiel
zeigt also einen zweischaligen konzentrischen Aufbau mit einem Innenmantel 5 und
einem Außenmantel 4, wobei letzterer die Walze bildet. Mehrschalige Konstruktionen
sind ohne weiteres denkbar. Die Walze bzw. Trommel 4 dreht sich in einem teilweise
mit Wasser gefüllten Behälter 31.
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Der Wasserstand ist mit 33 bezeichnet und durch das
Schwimmerventil
27 auf etwa gleicher Höhe gehalten.
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Der Bohwasspreintritt erfolgt über die Leitung 26. Beabstandet vom
Außenmaritel bzw. der Walze 4 ist ferner ein Schälmesser 18 angeordnet, das quer
in Achsrichtung über die Gesamtlänge der Walze 4 verläuft und vom Wasserstand 33
beabstandet ist. Die Walze 4 selbst wird auf einer Hohlwelle 3 gedreht, die an beiden
axialen Seiten eine elastische Lagerung 1 bzw. 6 aufweist und direkt von einem Dieselmotor
über ein Untersetzungsgetriebe 7 angetrieben wird.
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Das flüssige Kältemit,tel wird über die Flilssigkeitseinlaßleitung
direkt mittig in die innere Verdampfungskammer eingeführt. Die Einlaßleitung 9 ist
mittig in der Hohlwelle 3 angeordnet. Die Strömungsrichtung wird in der Figur 1
jeweilse durch Pfeile angedeutet. Aus der inneren Verdampfungskammer l9a tritt das
sich dann gebildete Dampf-Flüssigkeits-Kältemittelgemisch durch die Autrittsöffnung
10 in die äußere Verdampfungskammer l9b ein.
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Erfindungsgemäß wird so bewirkt, daß man die Kältemittelflüssigkeit
kaskadenartig in ein Flüssigkeits-DampLgemisch überführt, wobei im Durchschnitt
der Dampfanteil etwa 70 Vol. % beträgt, so daß ein maximale Wärmestromdichte gegeben
ist. Um das Gemisch abzusaugen, wird ein Absaugstutzen 8 vorgesehen, der eng an
die Wandung dessen Außenmantels lt angrenzt, wobei der Abstand derart bemessen ista
daß sich eine Strömungsgeschwindigkeit ergibt, die- sicherstellt, daß ein an der
Innenwand gebildeter blfilm in die Saugleitung mitgerissen wird. Auf der gleichen
Seite der Hohlwelle 3 ist entsprechend zur Einlaßleitung 9 auch die Absaug- bzw.
Auslaßleitung 11 angeordnet, die wieder in den Wärmetauscher 30 einmündet, der d'as
Abkühlen des Kältemittels bewirkt. Dieser Wärmetauscher 22 ist wiederum mit einem
anderen Wärmetauscher 28 verbunden, der die
Vorkühlung des Rohwassers
für das Kaltwasserbad 31 bewirkt. Das Kältemittel fließt dann zurück in den Kompressor
23. Der Kompressor 23 selbst darf praktisch gesehen nicht allzu weit vom äußeren
Heißölmantel bzw.
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der öldurchströmten Kammer 17 entfernt sein, damit an der Hohlwelle
3 eine Ver@@@ung möglichst verhindert wird.
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Von besondere Bedeutung ist ferner die Lagerung der Hohlwelle 3, die
von einer Dichtungskammer 12 mit Gleitringdichtungen 13a und b sowie Stützlagern
14 und 21 in Form von Kugellagern. Im axial äußeren Bereich wird die Dichtungskammer
12 von einer Lippendichtung 32 abgedichtet. D @ um die Hohlwelle angeordnete Heißölmantel
17 wird durch eine vom blabscheider 24 kommende Clzuflußleitung 25 gespeist, deren
lrück- bzw. Abflußleitung 20 in den Wärmetauscher 22 zur Wiedererwärmung des ls
führt.
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Dieser Wärmeaustauscher 22 ist über einen Kondensator 29 mit dem Wärmetauscher
30 sowie mit dem Kompressor 23 verbunden.
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Die feststehende Hohlwelle 3 ist so gestaltet, daß die auf ihr angeordneten
Lager und Dichtungen als geschlossener Bausatz fertig montiert mit wenigen Handgriffen
und mit einfachen Werkzeugen ausgewechselt werden kann.
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Zwangs schmierung der Kugellager 14 und 21 und Versorgung der Gleitringdichtungen
13a und b mit Sperrflüssigkeit erfolgt durch in der Dichtungskammer 12 gestautes
Ö1 vom Kältekompressor 23. Das vom Ölabscheider 24 kommende heiße, kältemittelarme
bl wird in der Lagerkammer über die beiden Cl.eitringdichtungen 13a und b als Sperrflüssigkeit
und über das dazwischen angeordnete Stützlager zur Schmierung geführt, ehe es -
im Wärmetauscher 22 wieder auf die ursprüngliche Temperatur erwärmt - dem Kurbelgehäuse
des Kompressors 23 zugeführt wird.
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Aus Figur 2 sind ferner beispielhafte Maßangaben für die kompakte
erfindungsgemäße Vorrichtung ersichtlich, die vorteilhafter Weise in einer stapelbaren
Gitterbox 40 angeordnet werden kann, die gleichzeitig sowohl als Transportkiste
dient, als auch vor unbefugten Zugriff schützt.