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Verfahren zur Erzeugung von künstlichemWassereis Das bis heute meistens
angewandte Verfahren zur Herstellung von künstlichem Wassereis besteht darin, das
Wasser durch Einwirkung tiefer Temperaturen zu kristallisieren, wobei die nötige
Kälteleistung durch N H,- , S02-, C02- usw. Maschinen geliefert wird. Die Übertragung
der Kälte erfolgt in der Regel indirekt, d. h. die Kälte wird einer Lösung (Sole)
übertragen, in welche die mit Gefrierwasser gefüllten eisernen Zellen getaucht werden.
Die kalte Sole teilt ihre erhaltene Kälte dem Wasser mit, welch letzteres dann nach
und nach zum Erstarren gebracht wird.
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Dieses bekannte Verfahren ist infolge des unvermeidlichen Wärmeeinfalles
in die großen Generatoren, den Schmelzverlusten durch das Loslösen des Eisblockes
von den Zellenwänden und das Abkühlen der Zellenwagen mit erheblichen Kälteverlusten
verbunden. Diese Verluste betragen erfahrungsgemäß bei größeren Anlagen etwa 30°10,
d. h. es sind statt goKal. 120Kal. pro Kilogramm Eis aufzuwenden. Als weiterer Nachteil
ist zu erwähnen, daß die Leistung der Anlage dem jeweiligen Bedarf an Eis nur ungenügend
angepaßt werden kann, weil sonst die Sole zu tief abgekühlt und dadurch der Kraftaufwand
zu groß ausfallen würde. Das Füllen der einzelnen Zellen mit Gefrierwasser, das
Loslösen des Eisblockes von den Zellenwänden und die Entleerung der Zellen, die
reihenweise unter Benutzung eines Laufkranes zu erfolgen hat und die einzelnen Rahmen
zum Füllgefäß führt, am einen Ende in den Eiserzeuger niederläßt, am andern aufhebt
und zur Auftau- und Kippvorrichtung bringt, erfordert viel Arbeit und Bedienungspersonal.
Ferner ist zu erwähnen, daß bei diesem Verfahren die Kälte mit verhältnismäßig tiefer
Temperatur (etwa -12° C) erzeugt werden muß und dabei die Leitungsziffer 30 °;ö
schlechter ausfällt, als wenn die Kälte bei -2o° C geliefert werden könnte. Es ist
auch schon der Vorschlag gemacht worden, durch Verdampfen von Gefrierwasser innerhalb
eines luftleeren Behälters das Gefrierwasser in Eis zu verwandeln. Dieses Verfahren
eignet sich jedoch nicht zur gewerbsmäßigen Herstellung von Wassereis. Der im Gefäß
zu erzeugende Unterdruck muß außerordentlich groß sein, und sodann ist das so hergestellte
Eis von poröser Struktur und geringem spezifischem Gewicht. Es sind ferner Verfahren
vorgeschlagen worden, bei denen das Gefrierwasser entlüftet und auf ungefähr Gefriertemperatur
abgekühlt wird. Zur Durchführung dieses Verfahrens wird außer einer Entlüftungseinrichtung
eine Kältequelle benötigt, weiche die zur Erstarrung der eingespritzten Flüssigkeit
erforderliche Kälteleistung liefert. Die Annahme, daß bei diesen Verfahren das eingespritzte
Wasser in der Eiszelle zum größten Teil kristallisiere, ist aber deshalb nicht zutreffend,
weil der Unterdruck in der Zelle mit dem Einführen des Wassers über den Druck des
Tripeipunktes des Wassers ansteigt und dann eine Verfestigung
des
Wassers unter diesen Druckverhältnissen nicht stattfinden kann. Diese bekannten
Verfahren konnten sich daher, ganz abgesehen von den zu ihrer Durchführung erforderlichen
verwickelten und umständlich zu handhabenden Einsichtungen, in der Praxis nicht
durchsetzen.
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Den bekannten Verfahren gegenüber, bei denen die Kristallisation des.
Wassers erst im Behälter beabsichtigt isf, unterscheidet sich das Verfahren nach
der Erfindung grundsätzlich, und zwar darin, daß die Kristallisation des Gefrierwassers
schon während des Durchganges desselben durch ein im luftleeren Behälter befindliches
Einführungsorgan, z. B. einer Zerstäuberdüse, durch entsprechende Entspannung hervorgebracht,
also vor dem Eintritt in den Behälter erzwungen wird. Durch Mengenregulierung der
Flüssigkeitszufuhr wird der Druck im Behälter praktisch auf oder etwas unter dem
Tripelpunkt des Wassers gehalten, so daß kein Wasser in den Behälter eintreten kann.
Zur Verdichtung des trockenen pulverigen Schnees, welcher die gleiche Beschaffenheit
hat wie der in der Natur vorkommende Schnee, wird in an sich bekannter Weise eine
Presse verwendet. Wird aber nicht Eis, sondern nur trockener pulvriger Schnee gewünscht,
z. B. für Eishallen und Wintersportplätze, so kann die nachträgliche Pressung des
Schnees einfach weggelassen, d. h. der Schnee dem Behälter ohne weiteres entnommen
werden.
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Das vorliegende Verfahren gestattet somit, die Herstellung von Wassereis
in einem einfachen Arbeitsvorgang fast ohne Verluste, ohne Kältemaschine und ohne
Kälteübertragung, also mit einer verhältnismäßig einfachen Einrichtung durchzuführen.
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Das vorliegende Verfahren besteht darin, daß das Gefrierwasser z.
B. in einer Lavaldüse vorteilhaft auf einen Druck entspannt wird, der ungefähr dem
des Tripelpunktes des Wassers entspricht und, nachdem dasselbe auf diesen Druckentspannt
ist, in einen luftleeren Turm eingeführt wird. Die dabei produzierten Wasserdämpfe
(etwa 17 ojo) werden durch irgendeine Einrichtung (Turbokompressor, Wasserdampfstrahlgebläse,Absorption
o.dgl.) abgeführt.
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Ein Ausführungsbeispiel einer zur Durchführung des Verfahrens geeigneten
Einrichtung ist in Fig. i der Zeichnung im Schnitt dargestellt. Fig. 2 zeigt eine
Seitenansicht.
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Die in Fig. i und 2 gezeichnete Einrichtung besitzt zwei oder mehrere
stehend nebeneinander angeordnete, gegen Wärmeeinfall isolierte Erzeugertürme i
für schneeförmiges Wassereis. Oben auf jedem Turm ist eine Lavaldüse 2 angebracht,
in welcher das durch die Leitung 3 zugeführte Wasser auf den gewünschten Druck po
- oder < 4,58 mm Hg entspannt und in Schnee und Dampf übergeführt wird.
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Die Türme i ragen mit ihren unteren Enden in einen beispielsweise
auf -:2' C gekühlten Raum. Am unteren Ende jedes Turmes ist ein liegender, im Querschnitt
vorteilhaft quadratischer Preßkanal q. angeschlossen, dessen Seitenabmessungen dem
innerenDurchmesser des Turmes i bzw. des Expansionsraumes entspricht. In dem Preßkanal
q. ist ein quadratischer Kolben 5 z. B. mittels einer nicht dargestellten hydraulischen
Presse längsverschiebbar. An seinem vorderen Ende ist der Preßkanal mittels einer
in der Längsrichtung tles letzteren hin und her beweglichen Gegendruckplatte 6 abschließbar.
Zum Absaugen des im Inneren des Turmes während der Expansion des Gefrierwassers
gebildeten Dampfes ist am oberen Ende jedes Turmes eine Saugleitung 7 eines Gebläses
8 angeschlossen, das mit Vorteil aus einem hochleistungsfähigen, mehrstufigen Turbokompressor
besteht, aber auch durch einen Dampfinjektor gebildet sein könnte. Die Saugleitungen
der beiden Türme sind je für sich durch ein Ventil 9 abschließbar und durch eine
Verbindungsleitung io zu einem gemeinsamen, auf der Saugseite des Gebläses angeschlossenen
Rohr vereinigt. Die Druckseite des Gebläses 8 steht durch die Leitung i i mit einem
Kondensator 12 in Verbindung, aus dem die ausgeschiedene Luft mittels eines Gebläses
13 abgesaugt wird. Ist es erwünscht, mit der Einrichtung Destillateis, d.
h. bakterienfreies Eis, herzustellen, so wird das Kondensat durch die Leitung 1q.
der Lavaldüse 2 wieder zugeführt. Die aus den Türmen abziehenden Dämpfe können während
des Betriebes zur Unterkühlung des zu entspannenden Wassers benutzt werden, um dadurch
die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens nach Möglichkeit zu heben.
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Das Verfahren zur Erzeugung von künstlichem Wassereis mit der beschriebenen
Einrichtung geht wie folgt vor sich.
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Das durch die Leitung 3 zugeführte siedende oder unterkühlte Wasser
expandiert in der Düse 2 auf die Gefriertemperatur bzw. etwa den Tripelpunkt des
Wassers, wobei ein Teil desselben (etwa 83 ';ä) zu trockenem oder mehr oder weniger
feuchtem Schnee kristallisiert und ein Teil (etwa 17 ojo) in Dampf verwandelt wird.
Der Schnee fällt auf den Boden des Preßkanals und wächst im Innern des Turmes zu
einer Schneesäule. Der Dampf wird durch das Gebläse Kfortwährend aus dem Turm i
abgesaugt. Ist die Schneesäule genügend hoch, was durch Erfahrung oder Zeit bestimmt
werden kann,- so wird der andere Turm in Betrieb genommen und der
gewonnene
Schnee in der Preßvorrichtung q., 5, 6i zu dichten Eisblöcken von z. B. io, 25 oder
5o kg Gewicht verdichtet. Damit der Schnee hinter dem Kolben 5 nicht in den Preßkanal
nachrutschen kann, i$t es zweckmäßig, am Kolben einen mit diesem beweglichen, nach
hinten vorstehenden Boden 5' oder einen genügend langen Kolben zu verwenden. Die
fertigen Eisblöcke gelangen nach dem Zurückgehen der Gegendruckplatte 6 auf eine
Eisrutsche 15.
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Im zweiten Turm wird in der beschriebenen Weise Schnee erzeugt, während
der ersten Turm der Schnee entnommen wird. Ist genügend Schnee im zweiten Turm erzeugt,
so wird er dem letzteren entnommen und der erste Turm zur Schneeerzeugung in Betrieb
gesetzt. Mit der beschriebenen Einrichtung kann infolgedessen ununterbrochen gearbeitet
werden.
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Gegenüber der bekannten Eiserzeugung mittels Kältemaschinen werden
durch die beschriebene Erfindung folgende Vorteile erzielt: Die Einrichtung zur
Durchführung des Verfahrens ist bedeutend kleiner, einfacher und billiger als die
bisher bekannten Eiserzeugungsanlagen von gleicher Leistungsfähigkeit, beansprucht
somit einen verhältnismäßig kleinen Raum.
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Es ist nur die Hälfte an Bedienungspersonal erforderlich.
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Die Einrichtung ist sofort betriebsbereit und hat eine große, etwa
30 % bessere theoretische Leistungsziffer
Die Produktion an Eis kann leicht dem jeweiligen Bedarf angepaßt werden.
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Es sind keine hohen Drucke erforderlich. Der Kraftbedarf je Kal. ist
bedeutend geringer infolge verhältnismäßig kleiner Druckverhältnisse - 2' bis o
° + 25 ° (statt o o Die Kälteverluste durch Leitung, Strahlung und der Kondensationswärme
der aus der atmosphärischen Luft an -den kalten Flächen sich niederschlagenden Feuchtigkeit
sind erheblich geringer, weil der Generator fast ohne Wärmeverlust gebaut werden
kann.
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Die bisher 6 bis 8 °i, betragenden Auftauverluste sind vollständig
vermieden.
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Es sind keine N Hg , SO2- oder CO,-Maschinen und kein Kälteträger
erforderlich. Da keine Sole zur Anwendung kommt, tritt keine Korrosion an der Einrichtung
auf.
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Es ist keine Kälte aufzuwenden, um Gefrierzellen oder ähnliche Hilfsmittel
abzukühlen. Zur Erzeugung von Destillateis ist keine besondere Einrichtung erforderlich,
weil das Gefrierwasser in den Dampfinjektoren bzw. den Turbokompressoren durch die
überhitzungswärme entkeimt und sterilisiert wird USW.
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Mit ein und derselben Anlage können Blöcke von beliebigem Gewicht
hergestellt werden durch Unterteilung des Preßzylinders oder durch zweimaliges Pressen
des in die Preßvorrichtung zum zweitenmal eingefüllten Schnees.