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Verfahren zum Herstellen von Eisblöcken und Vorrichtung zum Durchführen
des Verfahrens Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von Eisblöcken
durch Gefrieren einer Flüssigkeit in mindestens einer Eiszelle sowie auf Vorrichtungen
zur Durchführung des Verfahrens.
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Bei bekannten Verfahren zum Gefrieren einer Flüssigkeit in der Eiszelle
zirkuliert meinem die Zelle umgebenden :Mantel oder Behälter ein Kühlmittel, das
der Flüssigkeit Wärme entzieht. Der Gefriervorgang dauert lange, weil das sich an
den Wänden der Zelle bildende Eis als Isollerscbicht wirkt und daher den Wärmeübergang
von der innen befindlichen Flüssigkeitsmasse an die Zellenwände erschwert. Zur Verminderung
dieses Nachteils ist vorgeschlagen worden, in einem im Innern der Zelle befindlichen
Kühlrohr ein flüssiges Kühlmittel umlaufen zu lassen. Dadurch können aber nur geringe
Wärmemengen abgeführt werden. Zudem müssen gemäß diesem Vorschlag der Eisblock,
die Zelle und das Kühlrohr nach Beendigung -des Gefriervorganges zusammen in ein
Abtaug-efäß getaucht -,verden, usn den Eisblock von der Zelle und von dem Kühlrohr
zu läsen. Nach dieser Behandlung hat der Eisblock eine Temperatur, die nur noch
wenig unter dein Gefrierpunkt liegt. Außerdem weist der Eisblock an der Stelle,
an der sich das Kühlrohr befand, ein Loch auf. Dies ist aber unerwünscht, und das
Loch selbst kann. nur meinem besonderen G@efrIervorgang und auch dann nur schwer
zugefroren werden.
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Der Hauptzweck der Erfindung bestellt darin, Verfahren, und Vorrichtungen
zu schaffen, durch die die Nachteile der vorgekennaeichneten bekannten Einrichtungen
vermieden werden.
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Ein weiterer Zweck der Erfindung besteht darin, ein Gefrierverfahren
zu schaffen, bei .dem eine Flüssigkeitsmasse von innen her zu einem Eisblock
ausgefroren
wird, der in seinem Innern kein Loch aufweist.
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Schließlich bezweckt die Erfindung, neue Vorrichtungen zu schaffen,
durch die das Verfahren der Erfindung zum Herstellen von Eisblöcken auf einfache
Weisse .durchgeführt werden kann.
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In Übereinstimmung mit dem Lösungsgedanken der Erfindung wird ein
Verfahren zum Herstellen von Eisblöcken durch Gefrieren einer Flüssigkeit in mindestens
einer Eiszelle angegeben, :die periodisch mit verdampfendem Kältemittel gekühlt
bzw. zwecks Trennung der Kühlflächen vom vorher gebildeten Eisblock periodisch mit
kondensierendem Kältemittel beheizt wird. Erfindungsgemäß, wird das Kältemittel
in mindestens einem relativ kleinen, rohrförmigen Verdampfer, der in der nach unten
zu entleerenden Eiszelle angeordnet ist, durch die von der Gefrierflüssigkeit ,abgegebene
Wärme verdampft. Dieser Verdampfer ist zweckmäßig so im Gefrierraum der Eiszelle
angeordnet, daß :er zu jeder benachbarten, vom verdampfenden. Kältemittel gekühlten
Fläche sich im annähernd gleichen senkrechten Abstand befindet.
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Es ist zwar durch .die Patentschrift 735 164 ein Eiserzeuger
bekanntgeworden, bei dem das Eis um einen inneren, Verdampferraum ausgefroren wird.
Dieser hat jedoch den Nachteil, daß Teile des ausgefrorenen Eisies stark unterkühlt
werden, während andere Teile eben erst gefrieren, was mit unnötigem Kraft- und Zeitaufwand
verbundien isst.
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Auch leine weitere Patentschrift 558 656 beschreibt eine Eiszelle
mit Inunenverdampfer. Die Zelle ist jedoch danach so ausgebildet, daß der ausgefrorene
Hlohlzylnder aus Eis nach dem Hochheben des Verdampfers aus dem Innern der Zelle
nach oben entnommen werden muß. In der Mitte verbleibt ferner eine große Öffnung,
so daß der Block leicht zerbrechlich ist, infolge seiner großen Oberfläche schneller
auftaut und beim Transport viel Raum benötigt.
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Gemäß, der Erfindung ist der von dem Innenverdampfer reingenommene
Raum im Verhältnis zum Gesamtvolumen des Eisblockes so klein, daß nach dem Entfernen
des Eisblockes nach unten nur eine oder mehrere kleine Öffnungen verbleiben, die
infolge ihres ,geringen Volumens mit der im Eisblock vorhandenen Unterkühlungskälte
leicht zugefroren werden könnten, sofern die verbliebenen Öffnungen im unmittelbaren
Anischluß an das Entnehmen des ausgefrorenen Blockes mit Wasser gefüllt werden.
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Die Erfindung ulmfaßt ferner Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens.
Einte solche Vorrichtung kann mindestens leine Eiszelle und einen von Kältemittel
durchströmten Raum umfassen, in welchem sich ein. Teil des durchströmenden Kältemittels
niederschlagen und unter Bildung eines Flüssigkeitsspiegels sammeln kann und bei
der in der Eiszelle mindestens ein vorzugsweis-- von oben in sie hineinragender
Verdampfer angeordnet ist. -;ach .einer praktischen Ausführungsform der Erfindung
kann der Verdampfer von einem unten geschlossenen, mit dem oberhalb des Flüssigkeitsspiegels
gelegenen Teil des genannten Raumes in Verbindung stehenden :Mantelrohr und einem
in diesem angeordneten, untenoffenen, mit dem unterhalb .des Flüssigkeitsspilegels
gelegenen Teil des genannten Raumies in Verbindung stehenden Einspritzrohr gebildet
werden, wobei das offene untere Ende dieses Einspritzrohres tiefer Neigt als der
genannte Flüssigkeitsspiegel.
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Die Zeichnung zeigt schematisch in Seitenansicht ein Ausführungsbeispiel
einer Vorrichtung der Erfindung, wobei diesle leinen Teil einer im übriigen nicht
@dargestellten Eis.erze--ugun,gs,anlage bildet. An Hand der Zeichnung wird auch
das den Gegenstand der Erfindung bildende Verfahren beispielsweise beschrieben.
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Die Eislerzeugungsanlage umfaßt vorzugsweise eine Mehrzahl von doppelwandigen
Eiszellen, die senkrecht nebeneinander angeordnet sind und von denen eine gezeigt
und mit i bezeichnet ist. Oben und unten ist diese Zelle offen; nur der Zwischenraum
zwischen Innenwand z und Außenwand 3 der Zelle, :der einen Kühlmantel 4 bildet,
ist allseitig geschlossen. An seiner tiefsten Stelle ist dieser Kühlmantel 4 an
eine Zuleitung 5 für ein Kältemittel, z. B. Ammoniak, angeschlossen, dessen Siedepunkt
bei dem j,e@tveils im Kühlmantel 4 herrschenden Druck niedriger .als der Gefrierpunkt
der Flüssigk,eit, z. B. Wasser, ist, aus der die Eisblöcke hergestellt werden sollen.
Die Zuleitung 5 ist über ein nicht dargestelltes Drosselventil an einen Kondensator
.angeschlossen. Das obere Ende des Kühlmantels 4 steht über eine Leitung 6 mit einem
Flüssigkeitsabscheider 7 in Verbindung; und diese Leitung 6 mündet in den Abscheider
7 so weit oberhalb des Bodens 8, daß das sich im Betrieb unten im Abscheider 7 sammelnde
flüssige Kältemittel nicht in die Leitung 6 überläuft. Das obere Ende des Flüssigkeits:abscheiders
7 ist durch eine Saugleitung 9 mit dem Einsaß eines Kompressors verbunden, der das
verdampfte Kältemittel wieder in den Kondensator fördert. Eine von einem Absperrorgan
gesteuerte Verbindung zwischen der Druckseite des Kompressors und d--r Saugleitung
9 ist vorhanden, !um unter Umgehung des Kondensators warmes gasförmiges Kältemittel
vorübergehend in die Saugleitung 9 fördern zu können.
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Beim Betrieb der Eiserzeugungsanlage fließt, soweit es die vorbeschriebenen
Teile betrifft, vom Kondensator flüssiges Kältemittel durch die Zuleitung 5 in den
Kühlmantel 4 und verdampft in diesem -unter Wärmeaufnahme. Sobald die Eiszelle eine
Temperatur hat, die niedriger als der Gefrierpunkt der zu gefrierenden Flüssigkeit
ist, wird die Zelle unten durch Anlegen eines Bodens i o geschlossen, und der von
der Wand a umschlossene Gefrierraum i i der Zelle wird mit der zu gefrierenden Flüssigkeit
gefüllt. Diese fängt augenblicklich an zu gefrieren, wobei sie den unten angelegten
Boden fest und dicht mit dem unteren Rand der Zelle i verbindet. Das Kältemittel
verdampft im Kühlmantel 4 weher, wobei es der im Gefrierraum i i enthaltenen Flüssigkeit
Wärme entzieht. Vom Kühlmantel 4 wird das verdampfte Kältemittel, das auch noch
flüssige Kältemittelteilchen mitreißt,
durch die Leitung 6 in den
Abscheider 7 abgezogen. Dort schlagen. sich die mitgerissenen flüssigen Kälternitteliteilchen
an den Abscheiderwänden nieder, fließen an diesen nach unten und sammeln sich bei
12 unten im Abscheider, wobei ein FlüssigkeitssPegel 13 gebildet wird. Das verbleibende
gasförmige Kältemittel wird vom Kompressor durch die Saugleitung 9 abgesogen, unter
Erwärmung verdichtet und in den Kondensator gedrückt, wo es durch Abkühlen wieder
verflüssigt wird und dann erneut durch die Zuleitung 5 in den Kühlmantel q. gelangt.
Sobald die im Gefrierraum i i der Zelle enthaltene Flüssigkeit vollständig gefroren
ist, wird die Saugleitung 9 vorübergehend mit der Druckseite des Kompressors verbunden,
so daß heißes gasförmiges Kältemittel über die Leitung 9, den Abscbeider 7 und die
Leitung 6 in den Kühlmantel ¢ zurückströmt. Dadurch kommt die Innenwand 2 der Zelle
auf eine Temperatur, die über dem Gefrierpunkt der den Eisblock bildenden Flüssigkeit
liegt; dieser taut infolgedessen von der Wand 2 ab. Gleichzeitig taut auch der Boden
io vom unteren Rand der Zelle ab, worauf der Eisblock mit dem Boden, z. B. einem
Brett, auf eine unter der Zelle angeordnete Rutsche fällt. Hierauf wird die Saugleitung
6 wieder :mit dem Einlaß des Kompressors verbunden, und das beschriebene Arbeitsbeispiel
beginnt von neuem.
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In diese Anlage ist nun eine Vorrichtung nach der Erfindung eingebaut.
Nach einer Ausführungsform umfaßt die Vorrichtung einen von oben in den Gefrierraum
i i der Zelle hineinragenden Verdampfer. Im Gefrierraum i i einer Eiszelle können
auch mehrere solcher Verdampfer vorhanden sein. Der Verdampfer wird durch ein Mantelrohr
1 4. und ein im Innern dieses Mantelrohres angeordnetes Einspritzrohr 15 gebildet.
Das Mantelrohr 1 ¢ ist unten durch einen Boden 16 gegen den Flüssigkeitsraum i i
geschlossen, während es oben durch eine Leitung 17 mit dem oberhalb des FlüssigkeitssPiegels
13 gelegenen Teil des vom Abscheider 7 gebildeten Raumes in Verbindung steht. Wenn
in einer Zelle :mehrere Verdampfer vorhanden sind und/ oder die Anlage :mehrere
Zellen umfaßt, so dient eine gemeinsame Leitung 17 zweckmäßig zur Verbindung mehrerer
oder aller Verdampfer der Anlage mit dem Absch@eider 7. Das Einspritzrohr 15 ist
unten offen, und zwar liegt sein -offenes unteres Ende 18 wenig oberhalb des Bodens
16 des Mantelrohres 14, aber tiefer ,als der Flüssigkeitsspiegel 13 im Abscheider.
Oben ist das Einspritzrohr 15 im Innern des die Leitung 17 bildenden Rohres an eine
Zuleitung i9 angeschlossen, die ebenfalls mehreren Verdampfern gemeinsam sein kann.
Diese Zuleitung 19 hat ihren Anfang in nächster Nähe des Bodens 8 des Abscheiders
7 unterhalb des Flüssigkeitsspiegels 13 und ist von da aufwärts und in die Leitung
17 hineingeführt. Das Einspritzrohr 15 des Verdampfers steht somit über die Zuleitung
i 9 mit dem unterhalb des Flüssigkeitsspiegels 13 gelegenen Teil des Abscheiderraumes
in Verbindung.
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Da das offene untere Ende 18 des Einspritzrohres 15 tiefer liegt als
der Flüssigkeitsspiegel 13 im Abscheider 7, die Zuleitung 19 dagegen in die oberhalb
dieses Flüssigkeitsspiegels ausmündende Leitung 17 hineingeführt ist, bilden die
Zuleitung 19 und das Einspritzrohr 15 zusammen einen hydraulischen Heber. Solange
dieser Heber mit flüssigean Kältemittel gefüllt ist und der FlüssigkeitssPiegel
13 oberhalb des Anfanges 2o der Leitung i 9 steht, wird deshalb flüssiges Kältemittel
über diese Leitung und das Einspritzrohr 15 durch sein offenes Ende 18 in das Mantelrohr
14 ausfließen oder =spritzen. Dort verdampft es unter Aufnahme von Wärme aus der
zu gefrierenden, im Gefrierraum i i enthaltenen Flüssigkeit, wobei das verdampfte
Kältemittel am oberen Ende des Mantelrohres 14 durch die Leitung 17, den oberen
Teil des Abscheiders 7 und die Saugleitung 9 zusammen mit dem im Kühlmantel q. verdampften
Kältemittel durch den Kompressor abgesaugt wird.
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Beim ersten Einfüllen von verdampfender Flüssigkeit während der Inbetriebnahme
des Eiserzeugers wird bei der dargestellten Anordnung Flüssigkeit von rechts über
die Zuleitung i9 eingefüllt. Infolge des Überangebotes von Flüssigkeit füllt sich
auch das bei 2o endigende Stück dieser Leitung, zumal sobald der Flüssigkeitsstand
im Mantelrohr 1 ¢ die Höhe des Flüssigkeitsspiegels 13 .erreicht hat. Das nicht
gezeichnete Regelventil in der Zuleitung i 9 kann dann gedrosselt werden.
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Beim vorübergehenden Einführen heißen gasförmigen Kältemittels durch
die Saugleitung 9, den Abscheider 7 und die Leitung 6 in den Kühlrnante.l ¢ gelangt
:solches heißes Kältemittel :auch über die Leiturig 17 in das Mantelrohr 1 ¢ und
erwärmt dieses so weit, daß der Eisblock von ihm abtaut. Es hat sich bei Versuchen
gezeigt, da ß während dieses Abtauvorga.nges die Flüssigkeitssäule im Heber i g,
15 nicht abreißt, obwohl jedenfalls ein Teil des im Einspritzrohr 15 enthaltenen
flüssigen Kältemittels infolge der En ,##ärmung durch das heiße Kältemittel verdampft.
Sobald das Abtauen beendet ist, arbeitet der Heber selbsttätig weiter, wenn seine
Wirkung durch den Abtauvorgang überhaupt beeinträchtigt wurde.
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Der Abscheider 7 könnte auch so angeordnet sein, daß sein Boden 8
höher liegt als das obere Ende der Eiszelle i bzw. des Einspritzrohres 15. In diesem
Falle könnte das auch bei der in der Zeichnung dargestellten Anordnung vorhandene
natürliche Gefälle zwischen dem Flüssigkeitsspiegel r3 und dem offenen Ende 18 des
Einspritzrohres 15 zur Förderung des Kältemittels in den Verdampfer ausgenutzt werden,
ohne die Zuleitung i 9 und das Einspritzrohr 15 als Heber auszubilden. Zu diesem
Zweck müßte die Zuleitung durch den Boden 8 des Abscheiders 7 nach außen
und in der Nähe des Verdampfers wieder durch die Wand der Leitung 17 oder des Mantelrohres
14 geführt werden.
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Zufolge der Anordnung eines Verdampfers im Innern des Gefrierraumes
i i und der Verwendung eines wesentlich unter der Gefrierte imperatur der zu gefrierenden
Flüssigkeit verdampfenden Kältemittels kann mit der beschriebenen Einrichtung die
Herstellung der Eisblöcke nicht ;nur sehr rasch
erfolgen, sondern
diese Eisblöcke können auch erheblich unter ihre Gefriertemperatur abgekühlt werden.
Normalerweise dauert die Herstellung eines Eisblockes von quadratischem Querschnitt
i 8 X i 8 cm und von 25 kg Gewicht 18 Stunden, wenn das Kälte mittel m einem besonderen
Verdampfer bei -- 15° C verdampft und die Wärme mittels Sole von der Eiszelle .in
den Verdampfer abgeführt wird. Bei direkter Verdampfung des Kältemittels in der
Zelle der beschriebenen Eisierzeugungsanlag@e, ;aber ohne im Innern des Gefrierraumaes
i i .angeordneten Verdampfer, kann diese Gefrierzeit auf 5 Stunden, mit einigen
zweckmäßig angeordneten Innenverdampfern der beschriebenen Art jedoch auf 2 Stunden
ve:°nürzt werden. Der derart hergestellte Eisblock hat bei einer Verdampfungstemperatur
von - 15° C des Kältemittels unmittelbar nach Verlassen der Zelle noch eine Temperatur
von - i2° C und außerdem infolge dieser niedrigen Temperatur und des raschen Gefrierens
ein Oberflächengefüge, das der Wärmeaufnahme aus der Umgebung lange großen Widerstand
bietet.
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Beim Verlassen der Eiszelle weist der Eisblock an der Stelle, wo sich
in der Zelle der Verdampfer befand, ein Loch .auf. Es wird nun sofort dafür gesorgt,
daß dieses Loch mit Wassier bzw. der Flüssigkeit, .aus welcher der Eisblock hergestellt
wurde, gefüllt ist. Oft ist dies dadurch wenigstens teilweise der Fall, daß beim
Abtauen an der Wand des Loches und an der ungekühltenoberen Stirnseite des Blockes
entstandenes Tauwasser sich im Loch gesammelt hat; .anderenfalls wird eine entsprechende
Wasser- bzw. Flüssigkeitsmenge zugegossen. Da die Temperatur des Blockes niedriger
ist als die Gefriertemperatur der im Loch enthaltenen Flüssigkeit, friert das Loch
bald von selbst unter Wärmeabgabe an das Eis des Blockes zu. Dessen niedrige Temperatur
erlaubt ihm ohne weiteres, diese Wärmemenge aufzunehmen, ohne selbst aufzutauen.
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Für die Herstellung von i kg Wassereis müssen beispielsweise 15 Kalorien
zum Kühlendes Wassers von :einer Zuleitungstemperatur von -j- 15° C auf den Gefrierpunkt,
8o Kalorien zum Gefrierenselbst und 5 Kalorien zum Unterkühlen des Eisblockes auf
- io° C, zusammen also rund ioo Kalorien, abgeführt werden. Um also einen Eisblock
von 251g wieder auf den Gefrierpunkt zu erwärmen, sind 25 X 5 = 125 Kalorien erforderlich.
Gewöhnlich sind im Loch, das der rohrförmige Verdampfer im Eisblock zurückgelassen
hat, etwa o,2kg Wasser nachzufrieren; wenn dieses '\@'asser neu zugegossen wurde,
so sind demnach 0,2X 100=2o Kalorien aus ihm in den Eisblock abzuführen, also nur
ein kleiner Teil der W ärm emenge, die nötig wäre, um ihn auf Tautemperatur zu bringen
Ein besonderes Nachkühlen zum Be-,eiti-en des Loches ist daher nichterforderlich.