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Vorrichtung zur Erzeugung von Zelleneis Das Hauptpatent bezieht sich
auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung von Zelleneis, bei der eine
viereckige Gefrierzelle mit gekühlten Wänden ein in ihrem Inneren angeordnetes ein-
oder mehrteiliges, als Rohr ausgebildetes Kühlelement enthält, das bisher als rundes
Einzelrohr ausgebildet war.
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Es hat sich herausgestellt, daß das Gefrieren des Eises nach dem Verfahren
zum Herstellen von Eisblöcken durch Gefrieren einer Flüssigkeit in mindestens einer
Eiszelle, wobei ein Kühlmittel, dessen Siedepunkt niedriger ist als der Gefrierpunkt
der Flüssigkeit, in mindestens einem rohrförmigen, im Gefrierraum der Eiszelle angeordneten
Verdampfer durch die von der Flüssigkeit abgegebenen Wärme verdampft wird, dann
besonders vorteilhaft und schnell vor sich geht, wenn das als Verdampfer dienende
ein- oder mehrteilige Kühlelement eine von der runden Form abweichende mehrkantige
Form besitzt. Auf diese Weise kann durch eine zweckmäßige Anordnung des inneren
Kühlelements dafür gesorgt werden, daß alle Zonen des inneren Gefrierraumes gleichmäßig
schnell von der Gefrierfront, ausgehend von den gekühlten Wandungen, erreicht werden
und daß keine toten Winkel verbleiben, die verspätet zufrieren und eine ungebührlieh
lange
Dauer der gesamten Gefrierzeit zur Folge haben.
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Hat z. B. das innere Kühlelement eine zur äußeren Kühlzelle geometrisch
ähnliche Form, bzw. ist ihr Querschnitt quadratisch, wenn der Querschnitt des äußeren
Kühlbehälters quadratisch ist, so sind die Bedingungen, wie sie oben gekennzeichnet
sind, annähernd erfüllt. Eine genaue zentrische Anordnung des inneren Kühlelements
ist dabei selbstverständlich.
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Es kann zweckmäßig sein, das innere Kühlelement so anzuordnen, daß
seine Wände parallel zu den Wänden der Kühlzelle liegen.
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Bei inneren Kühlelementen mit kantigem Querschnitt, jedoch nicht geometrisch
ähnlicher Form, wie z. B. Sternform, kann das innere Kühlelement . in besonders
zweckmäßiger. Weise so angeordnet werden, daß die nach außen vorspringenden Kanten
des Sterns in die inneren Winkel des äußeren Gefrierelements zeigen.
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Besonders bei Gefrierbehältern größeren Querschnittes kann es zweckmäßig
sein, mehrteilige innere Kühlelemente, die Teile gleichmäßig verteilt über den inneren
Raum der Gefrierzelle, anzuordnen. Dabei werden zweckmäßig die oben für das einzelne
Kühlelement angegebenen Gesichtspunkte beachtet, d. h., es wird dafür gesorgt, daß
die von jeder Fläche ausgehenden Gefrierfronten bis zu ihrem Zusammentreffen - den
ungefähr gleichen Weg zurückzulegen haben. Dies hat eine gleichmäßige Verteilung
der inneren Kühlelementteile über den Innenraum der Gefrierzelle und die Einhaltung
etwa gleicher Abstände der Kühlflächen aller Kühlelemente von den benachbarten Kühlflächen
zur Voraussetzung.
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Verwendet man quadratische oder annähernd quadratische Gefrierzellen,
so ist es zweckmäßig, die inneren Kühlelementteile in einer durch vier teilbaren
Zahl vorzusehen, da auf diese Weise die Bedingungen, wie sie oben bereits erläutert
wurden, am leichtesten erfüllt werden können.
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Eine weitere Verbesserung einer Vorrichtung zur Erzeugung von Zelleneis,
bei der eine viereckige Gefrierzelle mit gekühlten Wänden ein- oder mehrteilige
innere Kühlelemente enthält, besteht darin, daß die Enden der inneren Kühlelemente
in Vertiefungen des Bodens oder in entsprechenden Anschlägen, die am Boden angebracht
sind, oder in Durchlochungen des Bodens lose gehalten werden. Im letzten Fall ist
der Ringraum zwischen den inneren Kühlelementen und dem-Rand des Bodenloches möglichst
eng zu halten, um nicht zuviel Gefrierwasser zu verlieren.
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Eine weitere Vorrichtung, die der Verbesserung der erfindungsgemäßen
Einrichtung bzw. des mit ihr ausgeführten Verfahrens dient, und betrieblich eine
größere Störsicherheit gewährleistet, ist die Anordnung von Schlammauslaßvorrichtungen
am unteren Ende des oder der inneren Kühlelemente.
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Es hat sich ferner als besonders zweckmäßig für einen störungsfreien
Verlauf und insbesondere für eine reibungslose Entleerung der Gefrierbehälter von
dem gebildeten Eisblock erwiesen, wenn um einen konisch nach unten sich erweiternden
Innenraum, der für das Entnehmen der Eisblöcke günstig ist, ein nach oben sich konisch
erweiternder Raum für das verdampfende Kühlmittel angeordnet ist, der den am oberen
Ende besonders reichlich vorhandenen Dampfblasen einen leichteren Durchtritt ermöglicht
und auf diese Weise eine bessere Bedeckung der Kühlfläche mit Flüssigkeit gewährleistet.
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Eine weitere Verbesserung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Innenkühlung
besteht darini daß man durch eine geeignete Anordnung für ein schnelles-f selbsttätiges
Entleeren der -inneren Kühlelemente sorgt. Dies geschieht dadurch, daß ein aus dem
Verdampferraum um einen Zellenmantel bz w. Verdampferräumen im Kühlelement sowie
einem Fallrohr. für die überschüssige Flüssigkeit bestehendes System durch Verbindungsleitungen
unmittelbar bzw. mittelbar (heberartig) an einem außerhalb des Systems liegenden
Punkt derart verbunden ist, daß sich eine Höhendifferenz zwischen dem unteren Ende
der Verdampferräume und dem tiefliegenden unteren Ende des Fallrohres einstellt.
Diese bewirkt, daß die Flüssigkeit vor Beginn des Abtauens und zum Zweck des Entleerend
der Verdampfer heberartig abgesaugt wird. Es werden also nicht nur der äußere Verdampferraum,
sondern; auch die inneren Verdampferelementteile über ein Flüssigkeitsentnahmerohr
entleert, das die Flüssigkeit in einen tief stehenden Auffangbehälter leitet.
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Die Erfindung sei durch ein Ausführungsbeispiel an Hand der Zeichnungen
näher erläutert.
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Die Fig. r zeigt den Querschnitt durch eine (viereckige) Gefrierzelle
4 mit quadratischer Grundfläche und mit außen- und innengekühlten Wänden 2 und 3.
Einen Aufriß durch die in Fig. i im Querschnitt dargestellte Zelle bringt die Fig.4.
Die Wand 2 (s. Fig. i) erweitert sich konisch nach unten, die Wand 3 nach oben.
Die Außenwandung des äußeren Verdämpfers 7 ist mit i, das Innenrohr für den Innenverdampfer
5 mit 6 gekennzeichnet.
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Wie aus der Fig. i ersichtlich, sind die Querschnitte der Kühlzellen
einander parallel und geometrisch ähnlich. Dasselbe gilt für die Gefrierzelle 14
(rechteckige Form), die in Fig. 2 dargestellt ist.
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Die hier im Horizontalschnitt gezeigte Gefrierzelle 14 besteht aus
äußerem und innerem Kühlinantel i i bzw. 12. Zwischen beiden befindet sich der -
äußere Kältemittelverdampferraum 17. Der innere Verdampferraum 15 kühlt über die
Wände 13 das zu gefrierende Wasser vom Inneren der Gefrierzelle her. Die Einspeisung
des Kältemittels in den inneren Verdampferraum 15 erfolgt über das Rohr 16.
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Für den nicht dargestellten Fall, daß die inneren Kühlelemente einen
sternförmigen Querschnitt besitzen, dessen nach außen vorspringende Kanten. in die
inneren Kanten des äußeren Kühlelements zeigen, wird z. B. jede Fläche des inneren
Kühlelements 5 der Fig. i nach innen geknickt, wie- es gestrichelt angedeutet ist.
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Die Anordnung mehrerer Kühlelemente 27 bis 30 zeigt die Fig. 3.
Es ist aus dieser Figur ersichtlich, daß die inneren Kühlelemente gleichmäßig über
dem Innenraum der Gefrierzelle verteilt sind und ihre Kühlflächen sich sämtlich
im gleichen Abstand von den benachbarten Kühlflächen befinden.
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Die Fig.4 zeigt, daß das innere Kühlelement nach unten verlängert
ist und eine abnehmbare Verschraubung i9 besitzt, um etwaige Reinigungen des inneren
Kühlelements von ausgeschiedenem Schlamm zu ermöglichen. Um die Flüssigkeit nach
Beendigung des Gefriervorganges nicht nur aus dem äußeren, sondern auch aus dem
inneren Kühlelement schnell ablassen zu können, ist der äußere Verdampfungsraum
7 mit einem unteren, fallenden Rohr io und der innere Verdampfungsraum heberartig
über Rohr 8 mit einem tiefsten Punkt 23 verbunden. Rohr io führt weiter zu einem
nicht gezeichneten Auffangbehälter, welcher die abgelassene Flüssigkeit aufnimmt.
Die erforderliche Niveaudifferenz für das Abhebern. der Flüssigkeit aus dem inneren
Verdampfungsrohr 6 ist mit dem Doppelpfeil 26 angedeutet. Der äußere Kühlmantel
? erweitert sich konisch nach unten, der Mantelraum 5 des inneren Kühlelements konisch
nach oben. Das innere Rohr 6 setzt sich über das durch den Abscheider 2o geführte
Fallrohr 8 bis Punkt 23 fort. Das äußere Kühlelement ist oben durch das Verbindungsrohr
9 mit dem Abscheider 2o verbunden. Dieser Abscheider ist nach unten durch das Rohr
21 verlängert. Dieses steht am unteren Ende bei 23 mit dem tiefsten äußeren Verdampferraum
7 durch das Rohr io in Verbindung.
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Die Füllung des Systems erfolgt in der Pfeilrichtung über das Rohr
22 bzw. das innere Kühlelement, so daß sich auch das äußere Kühlelement von unten
her nach oben auffüllt. Die nach oben sich konisch erweiternden ringförmigen Verdampferräume
5 und 7 gestatten ein leichtes Entweichen der Dampfblasen, ohne den Wärmeübergang
zu stören, bewirken also einen schnellen Übergang der Verdampfungskälte auf das
Gefrierwasser.
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Der schwenkbare Boden 24 wird, wie üblich, zweckmäßig mittels eines
heberartig wirkenden Gewichtes an den unteren Rand der Zelle gedrückt und mit wenig
Wasser, das zunächst gefriert, mit dem Zellenrand dicht verbunden. Erst dann erfolgt
das Einfüllen des Gefrierwassers über eine Leitung 3i.
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ZTachdem der Eisblock in 4 durchgefroren ist, wird die Kältemittelzufuhr
bei 22 unterbrochen, die Absaugleitung bei 25 abgesperrt und das noch vorhandene
flüssige Kältemittel über Rohr io und 8 in den Ablaufbehälter entleert, der über
eine Rückleitung mit dem Abscheiderraum 20 verbunden werden kann. Die Niveaudifferenz
26 erlaubt es, daß sich die Flüssigkeit heberartig auch aus dem inneren Kühlrohr
6 in den nicht gezeichneten Aufnahmebehälter entleert. Darauf wird komprimiertes
Kältemittel z. B. über 22 eingelassen und kondensiert an den mit dem Eisblock in
Berührung stehenden Wänden 2 und 3, wobei die Berührungszone aufgeschmolzen und
der Block nach kurzer Zeit über die geöffnete Schwenkklappe 24 nach- unten entnommen
wird. --