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Vorrichtung zur Eiserzeugung in Eiszellen Das Gefrieren von Wasser
in besonderen, von der zu gefrierenden Flüssigkeit überfluteten Eiszellen ist an
sich bekannt. Bei den bekannten diesbezüglichen Einrichtungen werden die Eisstücke
aus den Gefrierzellen dadurch herausgelöst, daß die Gefrierzellen periodisch von
einem wärmeren Mittel (Dampf, Wärmeflüssigkeit o. dgl.) umspült werden, wodurch
die Eiskörper von den Zellenwandungen losgetaut werden. Dies bedingt naturgemäß
Wärme- bzw. Kälteverluste und umständliche Schaltvorrichtungen zur Umschaltung von
dem kalten zum warmen Mittel.
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Diese Übelstände werden durch die vorliegende Erfindung dadurch behoben,
daß die Gefrierzellen in an sich bekannter Weise. als konische, nach oben erweiterte
und unten dicht abgeschlossene Zellen ausgebildet werden, die nach unten über den
Gefrierbereich des Kältemittels hinaus verlängert werden, so daß in diesem unteren
Teil im folgenden kurz Sumpf genannt; ein Flüssigkeitsrest auch nach vollem Gefrieren
des Zelleninhalts verbleibt. Ist die Zelle zugefroren, so sperrt der gebildete Eiskörper
den Sumpf auch nach oben hin dicht ab. Infolge der weiteren Eisbildung in der Oberschicht
des Sumpfes entsteht in diesem infolge der Volumenvergrößerung des gebildeten neuen
Eises ein überdruck, der mit fortschreitendem Nachgefrieren anwächst, bis schließlich
durch diesen Überdruck der Eiskörper von den Wandungen losgedrückt wird und so infolge
seines Auftriebes zur Badoberfläche hochsteigt. Eine Umschaltung des Kältemittelstromes
ist somit bei dem neuen Verfahren nicht erforderlich.
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Der Erfindungsgedanke sei an Hand der Zeichnung näher erläutert. In
Abb, r ist ein Ausführungsbeispiel für die periodische Erzeugung von Eiskörpern
dargestellt. Abb. z zeigt eine Ausführungsform des Sumpfes einer Zelle nach Abb.
r. Abb. 3 zeigt eine Vorrichtung zur Erzeugung hohlzylindrischer Eiskörper.
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In Abb. r bedeutet a einen Behälter für die Kälteflüssigkeit, der
der Einfachheit halber als der Verdampfer einer Kältemaschine ausgebildet sein kann.
In diesem sind eine Anzahl Gefrierzellen b fest eingebaut. Diese sind nach unten
hin verlängert und abgeschlossen und bilden so je den erwähnten Sumpf c.
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Der ganze Apparat ist in einem Wasserbad d so eingebaut, daß er von
der Badflüssigkeit überflutet und umspült wird. Der Sumpf e erhält ein Ventil e,
welches nach dem Sumpf hin öffnet und durch welches eine Verbindung des Sumpfes
mit dem unteren Badteil hergestellt werden kann. Um eine Eisbildung am Boden des
Behälters zu verhüten, sind die Mantelflächen a nach unten hin verlängert, so daß
ein tauchglockenartiger Raum
unter dem Boden entsteht, der mit Luft
angefüllt wird, jedoch nur so weit, daß die Ventile e nicht aus der Badflüssigkeit
austauchen. Dieser Glockenraum steht durch Öffnungen f mit dem Außenbade in Verbindung.
Die Zellen b werden zweckmäßig auch nach oben etwas verlängert, um eine Eisgratbildung
am oberen Ende der Eiskörper zu vermeiden.
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Der Vorgang der Eisbildung ist in den Zellen von links nach rechts
in verschiedenen Entwicklungsphasen dargestellt, und es sei die Bildung und Ausstoßung
der Eiskörper an Hand dieser kurz erläutert: In der linken Zelle hat sich bereits
ein hohlzylindrischer Eiskörper.gebildet, jedoch besteht im offenen Kern noch eine
Verbindung des Sumpfes mit dem oberen Badraum. In der nächsten Zelle ist der Eiskörper
unten jedoch zugefroren, so daß er jetzt als abdichtender Kolben wirkt. Der Druck
im Sumpf steigt, bis der Eiskörper nach der Darstellung in der dritten Zelle sich
loslöst und hochsteigt. Hierbei muß der unter dem Eiskörper frei werdende Raum mit
Wasser ausgefüllt werden. Bei ausschließlichem Zufluß durch den kleinen Spalt zwischen
Eiskörper und Zellenwand würde dieser Vorgang und damit das Hochsteigen 'des Eiskörpers
nur sehr langsam vor sich gehen können; infolge des leicht nach oben öffnenden Ventils
e fließt jedoch beim Ablösen und Hochsteigen sofort Wasser aus dem unteren Badraum
nach, und der Eiskörper kann mithin ungehemmt hochschießen. In der rechten Zelle
ist schließlich angedeutet, wie nach erfolgtem Hochsteigen das Ventil e' wieder
geschlossen ist und sich bereits wieder eine kleine neue Eisschicht gebildet hat.
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Bei zu langsamem Hochsteigen bestände die Gefahr, daß der Eiskörper
in einer um ein geringes höheren Lage sofort wieder anfriert, bevor er frei schwebt.
Um ein solches Festkleben zu vermeiden, arbeitet man zweckmäßig mit nicht zu tiefen
Temperaturen und sorgt zweckmäßig dafür, daß der Sumpf gewissermaßen ein elastisches
Volumen erhält, etwa indem ein toter Raum mit einer Luftblase versehen wird oder
indem das Sumpfgehäuse selber eine federnde Gestaltung erfährt. In Abb. a ist eine
besonders einfache Maßnahme zur Erzielung eines elastischen Raumes angegeben. Zwischen
Ventil e und Ventilsitz wird ein elastischer Dichtungs: ring g (z. B. aus Gummi)
angeordnet. Hierdurch erzielt man einmal eine gute Ventildichtung nach außen, sodann
eine gewisse Elastizität des Sumpfvolumens. Wird bei einer solchen elastischen Ausgestaltung
des Sumpfvolumens der Eiskörper herausgedrückt, so erhält er hierdurch einen stärkeren
Beschleunigungsimpuls, und als weitere Folge werden hierbei die Bodenventile c schneller
und sicherer hochgesaugt. Natürlich darf die Elastizität des Volumens nicht zu groß
sein, weil sonst die Loslösung von den Zellenwandungen zu sehr verzögert werden
würde. Welches Maß an Elastizität am wirtschaftlichsten ist, muß durch- entsprechende
Berechnungen und Versuche festgestellt werden.
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Soll Klareis erzeugt werden, so kann zweckmäßig dicht unter der normalen
Gefriergrenze eine kleine Öffnung vorgesehen werden, durch die aus dem Luftraum
unter dem Boden während des Hauptgefriervorgänges Luft hindurchperlt. Ist die Zelle
zugefroren und wächst das Eis anschließend durch Leitung nach unten weiter, so wird
diese Luftöffnung durch die Eisbildung verstopft, und es kann sich so der erforderliche
Druck entwickeln.
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Da bei salzhaltigem oder sonst-wie verunreinigtem Wasser im wesentlichen
das reine Wasser ausfriert, kann es leicht vorkommen, daß sich im Sumpf eine immer
konzentriertere Lauge bildet und ansammelt (sofern sie nicht im Verlaufe der Loslösung
zwischen Eiskörper und Zellenwand gedrückt wird). Aus dem Grunde trifft man zweckmäßig
eine Vorkehrung, durch die die Ventile automatisch oder von Hand in gewissen Zeitabständen
angehoben werden können.
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Sollen hohlzylindrische Eiskörper erzeugt werden, so kann dies in
einfacher Weise nach Abb. 3 durch entsprechendes Hochwölben des Bodens geschehen.
Der in den unteren Teil der Gefrierzelle hineinragende Bodenteil na begrenzt hierbei
das Zuwachsen des sich bildenden hohlzylindrischen Eiskörpers bis auf diesen inneren
Durchmesser, da in diesem Falle der Sumpf abgeschlossen und der hohlzylindrische
Eiskörper in der beschriebenen Weise hochgedrückt wird. Ein Ventil ist in diesem
Fälle nicht erforderlich, da nach dem Abheben des Eiskörpers sofort Wasser aus dem
Kernraum durch den Ringspalt zwischen dem Verdrängerkörper m und dem Eiskörper nachströmt
und den Sumpf auffüllt.
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Den Hochtrieb der Eiskörper kann man zweckmäßig durch eine zusätzliche
Kraft, wie Druckwasser oder Druckluft, begünstigen. Diese zusätzliche Maßnahme ist
aus dem Grunde von Wichtigkeit, weil der reine Wasserdruck durch die Gefrierungsverdrängung
nach erfolgtem Loslösen sofort nach geringem Hubweg verschwindet tind der weitere
Hochtrieb nur nach Maßgabe des Auftriebes bei geöffnetem Bodenventil erfolgt. Bei
Druckluft hat man zudem noch den Vorteil, daß diese gleichzeitig während der ersten
Gefrierphasen bei noch offenem Eiskörper eine Klareiserzeugung durch Hochperlen
von Luft bewirkt.