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Verfahren zur Kältespeicherung Eine der wichtigsten Aufgaben in der
Kältetechnik besteht in der Schaffung eines Ausgleichs zwischen- Kälteerzeugung
und -verbrauch.
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In manchen Fällen beschränkt sich die Erzeugung auf die Tagesstunden
der Arbeitstage, während der Verbrauch fortlaufend ist, so daß Mittel vorgesehen
sein müssen, um ihm zu genügen, insbesondere während der Nacht sowie während der
Ruhe-, Sonn- und Feiertage.
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In anderen Fällen erfolgt der Verbrauch absatzweise (kurze Beschickungsdauer
von Kühlräumen), Während die Erzeugung auf eine längere Zeit verteilt werden muß,
um Maschinen von geringerer Leistung benutzen sowie billigere Nachtstromtarife ausnutzen
zu können.
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Es ist daher notwendig, die Kälteeinheiten soweit wie möglich in den
Verbrauchskammern selbst zu speichern. Zu diesem Zweck verwendet man im allgemeinen
Soletrommeln von zylindrischer Form, die am Boden oder den Wänden der Kammern angeordnet
werden. Diese Behälter ergeben nur eine geringe Kältespeicherung je Raumeinheit
(0,8s Kälteeinheiten ungefähr j e Liter und j e Grad Temperaturwechsel).
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Seit einigen Jahren gibt man Kältespeizhern mit gefrierbarer Flüssigkeit
den Vorzug, bei denen ein sehr bedeutender Anteil des Lösungswassers durch die Entspannung
eines Kältemediums, das durch ein in den Speicherzylinder. eingesetztes geripptes
Rohr geführt wird, in Eis verwandelt werden kann. Dieses Verfahren hat den Nachteil,
daß in den Kammern ein Netz von Leitungen für die Entspannung des Kältemediums angelegt
werden muß, welche im Fall eines störungsweisen Austritts des Kältemediums beträchtlichen
Schaden an den konservierten Lebensmitteln anrichten können.
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Wird das kälteerzeugende Gas durch eine nicht gefrierbare Sole ersetzt,
so muß die Kälte zweimal übertragen werden, nämlich einmal von dem Kältemedium auf
die Sole und sodann von dieser auf die gefrierbare Lösung. Hierdurch wird unter
Herabsetzung der Verdampfungstemperatur des Kältemediums eine Vermehrung der Kälteaustauschflächen
und in der Folge eine Herabsetzung des Wirkungsgrades der Kältemaschine herbeigeführt.
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Zur Herstellung von Eis wurde auch bereits vorgeschlagen, Wasser zu
unterkühlen und es in eine Kammer mit zwei Abteilungen zu führen. Die erste Abteilung,
in welche das unterkühlte Wasser eintritt, enthält anfänglich einen Eisblock zur
Einleitung der Eiskristallisation in dem unterkühlten Wasser. Dann fließt das Wasser
mit den Eisstückchen in die zweite Abteilung, in deren
oberen Teil
sich die Schneemasse ansammelt. Andererseits wird unten aus diesem Raum das Wasser
entnommen,- um es zur Kältemaschine zurückkuführen. Die Schneemasse dagegen wird
aus dem oberen Teildes Behälters entfernt und fließt in ein Gefäß, in welchem sie
in einen Eisblock umgewandelt wird. Dieses Verfahren bezieht sich jedoch ausschließlich
auf die Herstellung von Eis und steht in keinerlei Beziehung mit dem Problem der
Kühlung von Räumen oder Behältern.
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Ein solches Verfahren zur Kühlung von Räumen, Bottichen oder Kammern
bildet-nun den Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Es besteht darin, daß eine
Lösung teilweise zum Gefrieren gebracht wird und daß die in ihr enthaltenen Eisstückchen
in einem Behälter, wie er an sich für :die Herstellung von Eis bekannt ist, aufgespeichert
werden. Dieser Behälter ist dabei mit Einrichtungen versehen, welche die Entfernung
der Flüssigkeit gestatten, aber die Eisstückchen zurückhalten, derart, daß die Flüssigkeit,
-welche den Transport dieser Eisstückchen besorgt, auf Wunsch zur Gefriermaschine
zurückgeführt werden kann, während sich die Eisstückchen in vollkommen homogener
Weise in dem Speicherbehälter anhäufen, der so einen Kühlkörper bilden kann.
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Dieses für die Kältespeicherung zum Zweck der Kühlung von Räumen bestimmte
Verfahren gestattet die Erzielung einer völlig gleichförmigen Schneemasse.
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Die Erfindung erstreckt sich noch auf andere Einzelheiten, die aus
der nachstehenden Beschreibung ersichtlich werden, in welcher die Erfindung beispielshalber
an Hand der beiliegenden Zeichnung erläutert wird.
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Fig. i zeigt in Seitenansicht, durch die Achse geschnitten, zwei Speicher
gemäß der Erfindung, einen waagerechten -und einen senkrechten.
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Fig. 2 ist eine schematische Gesanitansicht einer Anlage mit mittlerem
Speicher, Fig. 3 eine solche ohne mittleren Speicher. Fig.4 zeigt in schematischer
Gesamtansicht eine abweichende Form.
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Fig.5, 6 und 7 sind Schnittbilder von Kühlkammern mit verschiedenen
Speichereinrichtungen.
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Fig.8 gibt eine andere Ausführungsform wieder.
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Man kennt Gefrierapparate mit hohem Wirkungsgrad, welche in einer
strömenden Flüssigkeit einen ziemlich niedrigen Anteil von Eis erzeugen, um ihre
Fließfähigkeit nicht zu beeinträchtigen, so daß sie von gewöhnlichen Pumpen und
durch Leitungen von üblicher lichter Weite nach entfernten Stellen gefördert werden
kann. Erfindungsgemäß wird diese schwach gefrorene Flüssigkeit in Kühlkammern geführt,
um dort von ihren Eiskristallen abgetrennt zu werden, während sie selbst zum Verdampfer
zurückläuft, um einer weiteren Gefrierung unterworfen zu werden.
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Zu diesem Zweck verwendet man erfindungsgemäß Behälter von beliebiger
Form, welche gegebenenfalls der Form der Kühlkammern angepaßt werden können und
an denen einfach ein Zuleitungsrohr für die gefrorene und ein Ableitungsrohr für
die abgetrennte Flüssigkeit vorgesehen sind. Letzteres ist im Innern des Behälters
mit einer Filtereinrichtung ausgerüstet, z. B. einem durchbrochenen Rohr mit einer
Drahtnetzbespannung. Der Behälter kann aus einer doppelwandigen Kammer bestehen,
welche Fenster mit einer Bespannung mit Filtertuch oder eine entsprechende sonstige
Filtereinrichtung besitzt.
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Fig. i stellt, nur beispielshalber, zwei Kältespeicher dar, die zur
Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt sind. Der links auf der
Fig. i dargestellte Speicher ist von waagerechter Form und wird von einem Zylinder
i gebildet, der einerseits mit einem ZulaßstutZen 2 für die Lösung mit den suspendierten
Eisstückchen und andererseits mit einem durchbrochenen und mit Drahtnetz bespannten
Abzugsrohr 3 ausgerüstet ist. Dieses Abzugsrohr steht mit einem Stutzen 4 zum Auslassen
der Flüssigkeit in Verbindung. Die Eisstückchen können nicht durch das Drahtnetz
dringen und häufen sich daher entsprechend in dem Zylinder i an, so daß sie diesen
schließlich ganz mit einer vollkommen homogenen Schneemasse anfüllen.
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Der' rechts auf der Fig. i dargestellte Speicher ist von senkrechter
Form; er ist genau wie der waagerechte Speicher eingerichtet, so daß sich diesbezüglich
eine besondere Beschreibung erübrigt.
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Bei dem Beispiel der auf der Fig.2 veranschaulichten Anlage verwendet
man einen mittleren Speicher i und eine Gefriermaschine 5. Dieser mittlere Speicher
trägt in seiner unteren Zone eine Wand 3o, die für Wasser durchlässig ist, aber
den Durchtritt der Eiskristalle verhindert.
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Das Wasser mit den .in der Lösung suspendierten Eisstückchen wird
durch die Pumpe 6 und die Leitung 31 zu dem oberen. Teil des Speichers i gefördert;
wenn das Wasser von seinen Eiskristallen - getrennt ist, läuft es durch die Leitung
32, zur Gefriervorrichtung 5 zurück. Diese Anlage - wird durch Sekundärspeicher
ja ergänzt, denen durch die Leitungen 33 und 34 in Wasser suspendierte Eiskristalle
zugeführt werden; diese Speicher
ia sind insbesondere so, wie auf
Fig. i gezeigt, eingerichtet. Das von den Eiskristallen befreite Wasser fließt durch
die Leitung 35 zu einer Pumpe 6a, welche das Wasser entweder direkt zur Gefrierapparatur
oder, wie dargestellt, durch eine Leitung 36 zum oberen Teil des Speichers i fördert,
wo es in den unteren Teil abfließt, um schließlich durch das Rohr 32 zur Kältemaschine
zurückzulaufen. Die Anlage kann noch, wie auf Fig. 2 veranschaulicht, durch Leitungen
37 und 38 ergänzt werden, die abnehmbar an einen Speicher ib angeschlossen sein
können, der z. B. in einem Kühlwagen angebracht ist. Selbstverständlich sind Hähne
angeordnet, um nach Wunsch die Speicher zu während der Füllung des Speichers i6
abschalten zu können.
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ach Fig. 3 sind die Speicher i höher als der Verdampfer 5 gelegen,
wobei eine Umlaufpumpe bei 6 angeordnet ist. Durch Betätigung eines Hahns 7 wird
die Lösung zum Abfließen zum Verdampfer gebracht; die Pumpe 6 fördert darauf diese
Lösung mit Eisstückchen beladen durch .die Leitungen 39, 40 und 41 zu den Speichern
i. Der Rücklauf des vom Eis getrennten Wassers zum Verdampfer erfolgt danach durch
die Leitungen 42, 43 und 44. Die Speicher i sind überdies zur Abführung von Luft
mit einem Rohr 8 versehen, um so ihre vollständige Füllung zu ermöglichen.
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Bei dem auf der Fig.4 veranschaulichten Beispiel liegen die Speicher
i auf gleicher Höhe mit dem Verdampfer 5 oder tiefer als dieser. Die Förderung der
Eisstückchen in Suspension enthaltenden Flüssigkeit vom Verdampfer 5 aus erfolgt
durch die Leitungen 47, 42 und 46, die Pumpe 6 und die Leitung 45. Der Rücklaufkreis
zum Verdampfer 5 enthält die Leitungen 49 und 5o, eine gemeinsame Leitung 51 sowie
einen hochliegenden Trog 9. Dieser Trog 9 enthält eine Menge Lösung, die zur Füllung
des Verdampfers und zur Einleitung des Kreislaufs ausreicht.
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Fig. 5 zeigt die Anordnung von Speichern io, die in eine der Wandungen
einer Kammer i i versenkt sind, welche mit einem geeigneten Wärmeschutz i2 umgeben
ist.
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Nach -Fig. 6 geschieht die Speicherung in der Wand selbst, die einen
Hohlraum 13 einer Kammer i i bildet.
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Fig. 7 veranschaulicht eine andere Ausführungsform, bei welcher die
Speicherung von Eis im Innern einer Doppelwandung i i, 12, welche die Kühlkammer
vollständig umschließt, erfolgt, wobei ein geeigneter Wärmeschutz 12 eine Schutzhülle
bildet.
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Fig.8 veranschaulicht eine Ausführungsform einer Anlage, bei welcher
die Speicherung von Eis in einem Mittelbehälter i erfolgt. Das kalte Wasser fließt
am unteren Teil des Speichers i ab und wird durch eine Pumpe 6k durch die Verbrauchsschlangenrohre
ic gepumpt und kehrt von dort durch die Leitung 53 zum oberen Teil des Behälters
i zurück. Da dieses Wasser sich beim Durchfließen der Schlangenrohre ic erhitzt
hat, bringt es das Eis allmählich zum Schmelzen. Wenn das Eis vollständig geschmolzen
ist, fördert die Pumpe 6 das Wasser zur Kältemaschine 5, um den Speicher i wieder
mit Eis zu füllen.
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Beliebige andere Einrichtungen können angeordnet und angeschlossen
werden, um unabhängig von der Lage des Verdampfers und der Speicher zueinander und
der Bauweise der letzteren einen Umlauf zustande zu bringen, dessen Merkmal darin
besteht, daß eine teilweise gefrorene Lösung den Speichern zugeführt und die von
Eiskristallen befreite Lösung zum Verdampfer zurückgeleitet wird.
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Dies System besitzt die folgenden Vorteile: i. Es wird Eis gespeichert,
entweder an einem zentralen Punkt unter Förderung durch Leitungen und Pumpen oder
unmittelbar an den gekühlten Räumen oder ihren Wänden.
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2. -Es gibt keine Leitungen für das Kältemedium im Innern der Kühlkammern.
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3. Das Eis kann unter Bedingungen eines ausgezeichneten Wirkungsgrades
mit sehr geringem Abstand zwischen der Verdampfungs-. temperatur und derjenigen
der Kühlkammer erzeugt werden.
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4. Die Bauweise der Kältespeicherbehälter ist sehr wirtschaftlich.
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5. Die Form dieser Behälter kann den jeweiligen Bedürfnissen angepaßt
werden. Beispielsweise kann die Eisspeicherung im Innern einer Doppelwandung erfolgen,
die einen Kühlschrank oder eine Kammer von beliebigem Fassungsraum umschließt, um
vollständig und unmittelbar die Verluste nach außen auszugleichen und so in der
Kammer oder dem Schrank eine vollständig feste und einheitliche Temperatur aufrechtzuerhalten.
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6. Man kann den Fall vorsehen, daß die Speicher beweglich sind und
daher nicht fest an der Kältemaschine angebracht werden können. Das ist der Fall
bei Kühlwagen. Das gebräuchlichste Verfahren zur Kühlung dieser Wagen besteht darin,
daß gestoßenes Eis in eigens dazu an den Wänden oder auf dem Boden des Wagens angeordneten
Kästen eingefüllt wird. Dies Verfahren erfordert teure Anlagen zur Herstellung des
Eises, welche eine schlechte Ausbeute ergeben, sowie erhebliche Handarbeit für das
Zerstoßen und Einfüllen, und schließlich bedingt es merkliche Kälteverluste im Lauf
der verschiedenen Vorgänge.
Nach der Erfindung werden die Wagenkästen
mit der oben beschriebenen Filtereinrichtung ausgerüstet, und ihre Beschickung erfolgt
durch Einpumpen der von der Verdampfung oder einem Hauptspeicher herkommenden gefrorenen
Lösung. -Das Gefrieren 'und der Transport geschehen ohne jede Handarbeit und mit
einem ausgezeichneten Kältewirkungsgrad. Infolge der kleinen Abmessungen der gebildeten
Kristalle setzen sich diese in guten Speichern in einer kompakten und gleichförmigen
Masse ab, deren Eisreichtum j e Raumeinheit mindestens gleich, wenn nicht überlegen
derjenigen der nach dem bisherigen System befüllten Kästen ist, in denen sich zahlreiche
Hohlräume. zwischen den Stücken des gestoßenen Eises befinden.
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Die Verwendung einer gefrierbaren Lösung gestattet durch Veränderung
des Gehaltes ferner, in den Wagen eine Temperatur von o° oder darunter zu erreichen,
was mit den derzeitigen Systemen nicht möglich ist.
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7. Wenn in einer Kälteanlage bereits kontinuierliche Gefrierverdampfer
der obenerwähnten Art vorhanden sind, wie sie in allen Anwendungen für das Gefrieren
von Flüssigkeiten benutzbar sind, so ermöglicht die Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung ihre Anwendung zur Kältespeicherung in einem zentralen Speicher oder ,in
den einzelnen Kammern, ohne daß zu diesem Zweck ein besonderer Verdampfer vorgesehen
werden müßte.
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B. Das System der Kältespeicherung durch hydraulische Eisförderung
gemäß der Erfindung hat in Verbindung mit dem System der mittelbaren Kühlung durch
Sole den Vorteil, daß die Geräte, in denen das Kältemedium umläuft, in engem Umkreis
aufgestellt werden können und daß man in manchen Fällen die Aggregate der Kältemaschinen
vorher zusammenbauen und sehr leicht aufstellen kann, da die Einrichtung an Ort
und Stelle sich auf die Anbringung der Speicher in Kammern und ihren Anschluß mittels
gewöhnlicher Leitungen beschränkt.