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Gefrieranlage zur unmittelbaren Eiserzeugung an den Wandungen eines
Verdampfersystems Die Erfindung betrifft eine Gefrieranlage zur unmittelbaren Eiserzeugung
an den Wandungen eines Verdampfersystems, bei der das Abtauen des Eises durch Kältemitteldampf
derart erfolgt, daß eine druckausgleichende Verbindung zwischen dem Dampfraum des
Kondensators und dem Verdampfer hergestellt wird, und besteht im wesentlichen darin,
daß ein Teil des Kältemittels während des Abtauvorgangs im Kondensator selbst ständig
umläuft.
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Es ist bereits bekannt, bei Eiserzeugern dieser Art zum Zweck des
Abtauens eine offene Verbindung zwischen dem Verdampfer- und Kondensatorsystem herzustellen,
so daß der hochgespannte Dampf aus dem Kondensator direkt nach dem Verdampfer gelangt.
Die auf diese Weise vom Kondensator zum Verdampfer übertretende Dampfmenge ist aber
nur gering, da bereits nach kurzer Ausgleichströmurig der Dampfdruck in beiden Systemen
ausgeglichen ist und mithin im allgemeinen zum Lostauen der Eiskörper nicht ausreicht.
Es ist auch schon vorgeschlagen worden, an den Kondensator einen Speicherbehälter
anzuschließen, in dem sich die warmen Kondensate ansammeln und bei dem herbeigeführten
Druckausgleich infolge der inneren Wärme zum Teil nachverdampfen sollen. Auch diese
Methode ist nicht ausreichend, die erforderliche Abtauwärme zu liefern, da für diese
Verdampfungszwecke lediglich die fühlbare Flüssigkeitswärme des Kondensates zur
Verfügung steht, die nur sehr gering ist und
daher zur ausreichenden
Dampflieferung sehr große Mengen der gespeicherten Kondensatmengen erfordern würde,
was unwirtschaftlich wäre.
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Diese Übelstände werden durch die Erfindung dadurch behoben, daß der
Flüssigkeitsvorrat im Kondensatorsysfiem oder ein Teil dieses durch geeignete Maßnahmen
mittels eines parallel zum Kondensator geschalteten Flüssigkeitsabscheiders der
Flüssigkeitsvorrat im Kondensator oder ein Teil dieses in ständigem Kreislauf durch
den Kondensator und den Flüssigkeitsabscheider umgewälzt wird. Bei diesem Umlauf
nimmt die Kältemittelflüssigkeit ständig Wärme von der Kühlflüssigkeit (Kühlwasser)
des Kondensators auf, durch die laufend ein Teil der Kältemittelflüssigkeit verdampft
wird. Der so erzeugte Dampf fließt nach dem Verdampfer ab und bewirkt hier das Lostauen
der Eiskörper. Da hier als Wärmequelle das ständig den Kondensator umfließende Kühlmittel
in beliebigen Mengen zur Verfügung steht, so ist hierbei die verfügbare Abtauwärme
praktisch unbegrenzt. Zudem wird durch den herbeigeführten ständigen Kreislauf der
Kältemittelflüssigkeit an den vom Kühlmittel umflossenen Kondensatorwandungen der
Wärmeaustausch zwischen dem verdampfenden Kältemittel und dem Kühlmittel entsprechend
groß und damit auch die Intensität der Verdampfung.
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Die Erfindung sei an Hand der Zeichnung als Ausführungsbeispiel näher
erläutert.
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Fig. i zeigt eine Eiserzeugungsanlage, Fig. 2 einen Schnitt nach I-I
zu Fig. i und Fig.3 eine Schnellgefrieranlage.
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In Fig, i bedeutet i Verdampfergefrierzellen, 2 einen parallel zu
diesem geschalteten Flüssigkeitsabscheider, 3 einen Verdichter, 4 einen Kondensator,
5 einen Flüssigkeitsnachkühler (unterer Teil des Kondensators), 6 einen im Umgang
zu dem Kondensator 4 und Nachkühler 5 geschalteten Flüssigkeitsabscheider, 7 ein
Schwimmerventil und 8 einen dem Verdampfersystem vorgeschalteten Speicherbehälter
zur Aufnahme der Kältemittelflüssigkeit aus dem Verdampfersystem während der Abtauperiode.
9 stellt eine Verbindungsleitung mit einem in dieser eingebauten Absperrorgan io
zwischen den Dampfräumen des Kondensators, hier des Flüssigkeitsabscheiders 6, und
des Verdampfers dar. i i deutet die vom Nachkühler 5 zum Schwimmerventil führende
Verbindungsleitung und i2 eine solche zwischen dem Dampfraum des Kondensatorsystems
und dem Schwimmerventil an. Durch diese beiden Leitungen wird mithin eine Kommunikation
zwischen dem Schwimmerventil und dem Kondensatorsystem hergestellt. Durch diese
Maßnahme wird, wie -.-.--Linie andeutet, ein ständiger Flüssigkeitsvorrat im Nachkühler
5 gehalten. 13 deutet schließlich die vom Kompressor 3 zum Kondensator führende
Druckleitung an.
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Während des normalen Gefrierbetriebes ist das Umgangsventil io geschlossen.
Der Kompressor 3 saugt also aus dem Verdampfersystem über den Flüssigkeitsabscheider
2 Kältemitteldampf ab und drückt ihn in das Kondensatorsystem über den Flüssigkeitsabscheider
6. Wird auf Abtauen umgeschaltet (durch Öffnen des Ventils io), so sinkt der Druck
im Kondensator 4 und damit die Temperatur des gesättigten Dampfes unter die Kühlmitteltemperatur
(Kühlwasser). Infolgedessen findet im mit Flüssigkeit gefüllten Nachkühler 5 eine
Verdampfung statt. Wegen der hierdurch bedingten Volumenvergrößerung des Dampf-Flüssigkeits-Gemisches
überflutet dieses den Kondensator, in dem sodann eine zusätzliche Verdampfung infolge
der vom Kühlwasser eintretenden Wärme stattfindet. Der im Kondensator entwickelte
Dampf gelangt in umgekehrter Durchflußrichturig von oben in den Flüssigkeitsabscheider
6. Der sich hier ansammelnde Dampf fließt schließlich durch Leitung 9 nach dem Verdampfersystem
1, 2 ab, während die ausgeschiedenen Flüssigkeitsanteile nach dem Nachkühler zurückfließen
und so den ständigen Kreislauf des Kältemittels durch Nachkühler 5, den Kondensator
4 und den Flüssigkeitsabscheider 6 schließen. Der nach dem Verdampfersystem abfließende
Kältemitteldampf verdrängt die Kälteflüssigkeit aus diesem nach dem- unter niedrigerem
Druck verbleibendem Speicherbehälter B. Da in diesem letzteren Kältemitteldampf
an den unterkühlten Wänden laufend kondensiert, so wird auch die Kältemittelflüssigkeit
aus dem Verdampfer laufend festgehalten, und die eisberührten Gefrierzellen werden
von Anbeginn an von dem kondensierenden Dampf gleichmäßig umspült und damit die
Eiskörper in kürzester Frist durch die frei werdende Kondensationswärme Iosgetaut.
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Die Verdampfergefrierzellen i können beispielsweise aus konischen,
unten geschlossenen, oben offenen Doppelrohren bestehen, deren MantelzwischenrauminbekannterWeisealsVerdampfungsraum
dient. Diese Verdampfungsräume sind zwecks schnellster und restloser Ableitung der
Kältemittelflüssigkeit an ihren tiefsten Punkten an der Flüssigkeitsverteilungsleitung
18, die oberen Dampfräume an der Dampfsammelleitung i9 angeschlossen. Zur besseren
Veranschaulichung dieser Anschlüsse ist in Fig.-2 ein Schnitt nach I-I herausgezeichnet.
Beide Leitungen 18, i9 münden in den Flüssigkeitsabscheider 2. Der Flüssigkeitsraum
des letzteren ist an seinem tiefsten Punkt durch Leitung 2o mit dem tiefsten Punkt
des Speicherbehälters 8 verbunden, in den während der Gefrierperiode das vom Schwimmerventil
7 zufließende entspannte Kältemittel eingespritzt wird. Der infolge des Entspannungsvorganges
gebildete Dampf verdrängt die Flüssigkeit restlos aus dem Speicherraum 8 über Leitung
2o nach dem Verdampfersystem. Ersterer bleibt also während der Gefrierperiode dauernd
leer. Dieser Speicher wird zweckmäßig gegen Kälteverluste isoliert ausgeführt, wodurch
er die tiefste Temperatur des ganzen Systems annimmt. Im oberen Teil des Speicherbehälters
8 ist in diesem Beispiel zur Erhöhung der Kältespeicherung ein Behälter 21 mit einer
bei den tiefen Temperaturen eventuell gefrierenden Flüssigkeit vorgesehen.
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Die oben offenen Gefrierzellen i münden in bekannter Weise in einer
gemeinsamen, mit der zu
gefrierenden Flüssigkeit gefüllten Wanne
22, in der sie nach erfolgtem Lostauen infolge Auftriebes hochsteigen. Zwecks Erzeugung
von Klareis wird durch Pumpe 23 über Saugrohr 24 Gefrierflüssigkeit aus dem Bad
angesaugt, in eine Verteilungsleitung 25 gedrückt und durch zentral über den einzelnen
Gefrierzellen angeordneten Düsen 26 eingespritzt. Dieser eingespritzte Wasserstrahl
wird am Boden der Gefrierzellen bzw. der gebildeten Eishohlkegel umgelenkt, wie
durch Pfeile angedeutet, umspült beim Hochsteigen die in Bildung begriffene Eisoberfläche,'
hierbei die sich beim Gefriervorgang ausscheidenden Verunreinigungen (Luft, Salz,
mechanische Verunreinigungen od. dgl.) in wirkungsvoller Weise in das obere Wasserbad
fortspülend. Diese Methode gestattet also, auch aus verunreinigtem Wasser Klareis
zu erzeugen. Da bei der Eisbildung sich in der Gefrierzelle ein Hohlkegel mit bis
zum vollen Zufrieren oben offener Basis herausbildet, so kann dieser reinigende
Spülvorgang bis zum vollen Ausfrieren der Eisblöcke durchgeführt werden. Die in
die Wanne 22 hinausgespülten schwereren Verunreinigungen fließen nach der in der
Wanne vorgesehenen Vertiefung 27 ab und gelangen von hier über ein syphonartiges
Rohr 28 zum Ablauf.
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Während der Lostauperiode wird das Düsenrohrsystem 25, 26 hochgeschwenkt,
wie in Fig. 2 mit angedeutet ist. Zu diesem Zweck ist das Düsenrohrsystem durch
eine Schlauchverbindung 29 mit der feststehenden Pumpe 23 verbunden.
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In Fig. 3 ist eine weitere Gefrieranlage dargestellt. An Stelle eines
Nachkühlers 5 ist hier ein Sammelrohr 14 an den Kondensator angeschlossen. Im übrigen
bezeichnen die gleichen Bezugszeichen die gleichen Teile wie in Fig. i. Das Schwimmerventil
7 ist so anzuordnen, daß das Sammelrohr 14, eventuell auch noch ein oder einige
Kondensatorrohre, überflutet bleiben, um bei Umschalten auf die Abtauperiode noch
einen genügenden Flüssigkeitsvorrat im Kondensatorsy stem zu behalten.