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Eiserzeuger Man kennt Eiserzeugungseinrichtungen, bei denen eine Umwälzpumpe
die Gefrierflüssigkeit einem Behälter entnimmt und den Eiszellen zuführt, in denen
eine Teilmenge der Flüssigkeit gefriert, während der Behälter den aus den Eiszellen
wieder austretenden F'lüssigkeitsüberschuß wieder aufnimmt und als Nachschub für
die ausgefrorene Teilmenge laufend neuen Zufluß erhält. Solche Eiserzeuger werden
vorwiegend mit unmittelbarer Verdampfung des Kältemittels betrieben, sie können
aber auch mit Sole als Kältezwischenträger gekühlt Nberden.
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Bei der Erzeugung von Wassereis in solchen Einrichtungen und nach
der Erfindung wird das Eis infolge der 'lebhaften Wasserbewegung, die die im Gefrierwasser
eingeschlossenen Luftbläsichen frei werden, läßt, als Klareis gewonnen.
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Einrichtungen der beschriebenen Art und noch der Erfindung eignen
sich auch zur Erzeugung von Eis aus unreinem Wasser und zum Ausscheiden von Wasser
aus wässerigen Lösungen, wie z. B. Salzwasser, Seewasser, Obstsäften u. a. m., durch
Gefrieren, da bei der lebhaften Bewegung der Gefrierflüssigkeit und dem Betrieb
mit Flüssigkeitsüberschuß die, im Wasser gelösten Stoffe und alle Beimengungen abgestoßen
werden. Diese Einrichtungen können auch dazu dienen, aus anderen als wässerigen
Lösungen oder Gemengen einzelne Komponenten. auszufrieren; beispielsweise lassen
sich damit aus
Ölen Paraffine auskristallisieren. Deshalb erscheint
in den Patentansprüchen nicht die enge Bezeichnung Gefrierwasser, sondern die umfassende
Bezeichnung Gefrierflüssigkeit.
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Das Bekanntsein von Einrichtungen der beschriebenen Art erstreckt
sich auf Kleinei.serzeuger, bei denen das Gefrierwasser den Eiszellen oben zugeführt
wird und das Eis aus den Eiszellen unten in kleinen Stücken herauskommt oder bei
denen Eisstangen unten aus den Zellen immer um ein Stück herauskommen., das dann
durch Brecher od..dgl. abgetrennt wird. Die kleinen Eisstücke fallen auf eine mit
Neigung gelegte gelochte Rutsche, von der sie in ein Eisbunkerabteil abgleiten,
während das Schmelz-und Umlaufwasser durch die Löcher in der Rutsche in den unter
den Eiszellen liegenden Gefrierwasserbehälter zurückfällt. Wollte man nach der beschriebenen
Art volle Eisstangen gewinnen, wie sie nach Länge und Gewicht in der Eisblockindustrie
üblich sind, so müßte der Gefrierwasserbehälter um wenigstens die Länge der Eisstangen
tiefer liegen, als Eiszellenunterkante. Wollte man. dann mehrere Eiszellen-reihen
zu einer Gruppe zusiammenschließen, wie es. in einer Eisfabrik geschieht, so würde
unter dem ganzen Eiszellenfeld ein ständiger Gefrierwasserregen niedergehen. Ein
Begehen des Feldes unmittelbar unter den Eiszellen wäre dann nicht möglich. Außerdem
könnte das Gefrierwasser den Eiszellen nur von oben zugeführt werden, da unter den
Zellen angebrachte Rohrmündungen, Sprühdüsen od. dgl. den herauskommenden Eisstangen
den Weg versperren würden.
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Diese die Eisgewinnung in den üblichen Bilockgrößen behindernden Mängel
werden durch die vorliegende Erfindung beseitigt. Das erste Merkmal der Erfindung
besteht darin, @daß unter den unten immer offenen Eiszellen ein schwenkbarer oder
verschiebbarer Flüssigkeitsfänger angebracht ist, der in eingerückter Gefrierstellung
den ausfließenden Flüssigkeitsüberschuß auffängt und dem Gefrierflüssigkeitsbehälter
zuführt und in ausgerückter Abtaustellung bei abgestelltem Flüssigkeitsumlauf den
Weg für die nach unten herauskommenden Eiskörper freigibt. Während des Gefrierbetriebes
ist also das ganze Feld unter den Eiszellern trocken und ungehindert begehbar. Lediglich
beim Abtauen gibt es elnen Wasseranfall durch das Schmelzwasser unter der abzutauenden
Zelle oder Zellenreihe, während das übrige Feld trocken bleibt. Bei oberem Zufluß
der Gefrierflüssigkeit wird nur der Flüssigkeitsfänger allein ein- und ausgerückt.
Erfolgt die Zufuhr der Gefrierflüssigkeit von unten, so ist das Zuflußverteilungsrohr
mit den Rohrmündungsteilen, die im folgenden die Bezeichnung Flüssigkeitsspender
führen, entweder für sich allein oder in zwangläufiger Verbindung mit dem Flüssigkeitsfänger
ausrückbar eingerichtet, um den herauskommenden Eiskörpern den Weg frei zu machen.
Dies ist das zweite Merkmal der Erfindung. Weitere Merkmale im folgenden. In den
Zeichnungen sind verschiedene beispielsweise Bauformen des erfindungsgemäßen Eiserzeugers
dargestellt. Die eingezeichneten Pfeile beziehen sich auf die Strömungsrichtung
der Gefrierflüssigkeit und des Kältemittels. Flüssigkeitshöhenstände sind durch
Dreieckmarken gekennzeichnet. Die Eiskörper sind in verschiedenen Stadien der Gefrierdauer
durch über Kreuz schraffierte Flächen dargestellt. Schnittflächen von Isolierschichten
sind unregelmäßig gepunktet. Die Eiszellen können jede beliebige Querschnittsform
haben bei in der ganzen Höhe gleich groß bleibender oder sich nach oben konisch
verkleinernder Querschnittsfläche. Die Ausführungsbeispiele nach Abb. i bis q. beziehen
sich auf Rohrschlangenverdampfer, diejenigen nach Abb.5 bis 9 auf Überflutungsverdampfer,
beideFormen für unmittelbare Kältemittdlverdampfung. Alle gezeichneten Bauformen
können aber auch für mittelbare Verdampfung des Kältemittels, also für die Kühlung
mit Sole oder einem anderen Kältezwischenträger, Verwendung finden. Alle Abbildungen
sind schematisch gezeichnet.
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Der Flüssigkeitsfänger und das Zuflußverteilungsrohr mit den Flüssigkeitsspendern
sind in allen gezeichneten Beispielen als Klappe dargestellt, die ein- und ausschwenkbar
gelagert und durch ein Gegengewicht entlastet ist. Anstatt klappbar können diese
Teile auch verschiebbar oder verfahrbar gestaltet sein.
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Es bezeichnet i@n den Abbildungen gemeinsam i den Flüssigkeitsfänger
mit Auslaufrohr 2, 3 seine Lagerung, q. das. Gegengewicht, 5 einen Halter für i,
6 den Flüssigkeitsbehälter m-it Entleerungsventil, 2i, 7 dien Rücklauftrichter mit
Rohr, 9 die Eiszelle, io den Flüssigkeitsspender in. verschiedenen Formen, i i eine
Eiszellenfußform für offenen Ausfluß mit Hallter 12, 13 den Stand der Gefrierflüssigkeit
im Behälter 6, 1q. den. Stand der Gefrierflüssigkeit in dem, Eiszellen beim Betrieb
mit in diesen angestauter Flüssigkeit, 15 den Stand der Kältemittelflüssigkeit im
überflutungsverdampfer.
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Abb. i zeigt die Gesamtanordnung eines Eiserzeugers mit einer Eiszelle
oder einer Eiszellenreihe im Querschnitt. Die Gefrierstellung des Flüssigkeitsfängers
mit Gegengewicht ist mit ausgezogenen Linien, die Abtaustellung mit strichpunktierten
Linien dargestellt. Die in diesem Beispiel auch oben offenen Eiszellen sind mit
einer VerdampfeTschlange 16 umwickelt. Die Eiszelle erhält den Gefrierflüssigkeitszufluß
von oben. Die Umwälzpumpe 17 fördert die Gefrierflüssigkeit aus dem Behälter 6 über
die Leitung 8 mit Regelventil i8 nach dem Flüssigkeitsspender io in Gestalt eines
Kegels oder Tellers, auf dessen Oberseite die Flüssigkeit nach den Eiszellenwandungen
geflutet wird. Dabei entsteht ein geschlossener Gefrierfilm, der zuerst an den Zellenwandungen
und später an der immer dicker werdenden Eisschicht herunterläuft. Der unten aus
den Zellen frei austretende Flüssigkeitsüberschuß wird vom Flüssigkeitsfänger i
aufgefangen und fließt durch das Ablaufrohr 2, aus diesem wiederum frei austretend,
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den Rücklauftrichter 7 mit Rohr nach dem Behälter 6 wieder
zurück. Der Nachschub für die ausgefrorene Teilmenge der Gefrierflüssigkeit erfolgt
über Leitung i9 und Schwimmerventil 2o, das den Flüssigkeitsstand im Behälter selbsttätig
regelt. Ventil 21 dient zum Ablassender Behälterfüllung, wenn diese einer Erneuerung
bedarf. Der Eiskörper ist in noch nicht ausgefrorenem Zustand dargestellt, seine
Unterseite hat infolge Fehlens einer abschließenden Fußform eine unbestimmte Gestalt,
wenn nicht der untere Zellenrand so tief heruntergezogen wird, daß er dem Temperaturbereich
unter o ° entzogen ist. Mit fortschreitender Gefrierzeit, wenn, der Eiskörperhohlraum
sich immer mehr verkleinert, wird es vorteilhaft, die umlaufende Menge der Gefrierflüssigkeit
zu vermindern, was beispielsweise durch eine mittels Uhrwerks gesteuerte stetige
Nachstellung der Spindel des Regelventils 18 geschehen kann. Struktur und Geschwindigkeit
der Eisbildung können dadurch beeinflußt werden, daß die Speisung der Flüssigkeitsspender
io mit regelmäßigen. Unterbrechungen vor sich geht. Zu diesem Zweck kann beispielsweise
in die von der Umwälzpumpe 17
abgehende Leitung 8 ein umlaufender Hahn 37
eingebaut werden. Im gezeichneten Beispiel ist angenommen, daß der umlaufende Hahn
seine Bewegung :durch einen Abtrieb 38 von der Welle der Umwälzpumpe oder ihres
Antriebsmotors erhält. Die regelmäßigen Unterbrechungen der Flüssigkeitszufuhr können
auch durch aufeinan@derfolgende selbsttätige Ein- und Ausschaltungen der Umwälzpumpe
betätigt werden.
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Für das Beispiel der Abb. 2 trifft die zu Abb. i gegebene Beschreibung
zu, mit dem Unterschied, daß die Eiszellen oben geschlossen sind und der Zufluß
der Gefrierflüssigkeit von unten erfolgt, wobei die Flüssigkeitsspender anders gestaltet
und angeordnet sind. Die zugeführte Gefrierflüssigkeit fließt über Leitung 8 und
Leitung 23 in das Zuflußverteilungsrohr 24, das die Flüssigkeitsspender trägt, die
in Gestalt von Düsen oder Brausen unter den einzelnen Eiszellen angebracht sind.
Leitung 23 und Verteilungsrohr 24 sind mit dem Flüssigkeitsfänger starr verbunden
und werden zwangläufig mit ihm ein- und ausgerückt. Die Beweglichkeit der Leitung
23 gegenüber der feststehenden Leitung 8 wird durch eine Stopfbüchse 22 ermöglicht,
die an einem Endpunkt der Achse der Lagerung 3 angebracht ist. Der Flüssigkeitsfänger
i ist in Gefrierstellung gezeichnet.
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Das Beispiel der Abb.3 entspricht dem der Abb. 2 mit folgenden Unterschieden:
Vom Flüssigkeitsspender io in Gestalt eines Strahlröhrchens geht frei in der ebenfalls
oben geschlossenen Eiszelle ein Strahl hoch, der oben von einem Lenkkopf 25 angenommen
und ringsum nach den Zellenwandungen geflutet wird. Der Abfluß vom Flüssigkeitsfänger
erfolgt über ein in dessen Isolierung eingebettetes Abflußverteilungsrohr 26. Rohr
24 wird vom Rohr 26 doppelrohrartig umschlossen. Die Fußfläche des Eiskörpers formt
sich mit fortschreitender Gefrierzeit nach einer Fußform i i, die am unteren Zellenrand
lose anliegt oder einen Spalt frei läßt. Diese Fußform hat eine oder mehrere freie
Ausflußöffnungen für das Herausfallen des Flüssigkeitsüberschusses in den Flüssigkeitsfänger
i, soweit,die Flüssigkeit nicht schon durch den Spalt austritt. Diese Fußform i
i, die auch in den Abb. 4 bis 9 erscheint, hat in keinem Fall die Aufgabe, die Eiszelle
von unten zu verschließen. Die Fußform i i ist in allen Beispielen als Klappe gezeichnet,
die um die Achse der Lagerung 3 schwenkbar ist. Abb. 3 ist für Gefrierstellung gezeichnet.
In dieser Stellung wird die Fußform durch den Halter 12, der sich an den Flüssigkeitsfänger
anlegt, in ihrer Lage gehalten.
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Abb. 4 zeigt ein Beispiel für den Betrieb mit Anstauung der Gefrierflüssigkeit
in den Eiszellen bei oberem Zufluß der Gefrierflüssigkeit. Hier ist das Öffnungsverhältnis
zwischen dem Flüssigkeitsspender, einer einfachen Rohrmündung io, und dem Ausflußloch
in der Fußform i i so bemessen, daß die Eiszellen durch Stauwirkung von der stetig
durchlaufenden Gefrierflüssigkeit bis zur Kopfhöhe des Eiskörpers angefüllt bleiben.
Das Beispiel ist in Gefrierstellung und der Eiskörper mit einem noch offenen Kernloch
gezeichnet. Der aus dem Auslaufrohr 2 des Flüssigkeitsfängers frei austretende Flüssigkeitsüberschuß
wird hier nicht vom Rücklauftrichter unmittelbar aufgefangen, sondern durchfließt
vorher einen Kippschalter 27, dessen Durchlaufgefäß in der mit ausgezogenen Linien
gezeichneten Gefrierstellung bis zur Höhenmarke 28 gefüllt bleibt. Das Durchlaufgefäß
überwiegt mit seiner Füllung das Gegengewicht 29 und legt dadurch die am Gegengewicht
isoliert befestigte Kontaktbrücke 30 gegen die Pole eines Stromkreises, der
dadurch geschlossen wird. Im Stromkreis liegt die Spule eines Magnetventils 31,
das jetzt unter Strom geöffnet ist und den Zufluß der Gefrierflüssigkeit durch Leitung
8 während der Gefrierdauer freigibt. Sobald das Kernloch des Eiskörpers ausgefroren
ist, entleert sich nach dem Flüssigkeitsfänger auch das Durchlaufgefäß des Kippschalters
27, der vom nun überwiegenden Gegengewicht in die strichpunktierte Lage kippt und
den Stromkreis unterbricht. Damit wird das Magnetventil 31 stromlos, es schließt
sich, und die Zufuhr der Gefrierflüssigkeit ist gesperrt. Damit ist der Gefriervorgang
beendet, der Flüssigkeitsfänger kann in die strichpunktiert gezeichnete Lage ausgerückt
werden, und der Eiskörper kann in an sich bekannter Weise losgetaut werden. An Stelle
des Kippschalters kann auch ein Schwimmerschalter Verwendung finden.
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In den Beispielen nach Abb. 5 bis 7 sind die Eiszellen 9 von einem
Mantel 3,2 umgeben. In dem Raum zwischen Eiszelle und Mantel verdampft nach Abb.
5 ein Kältemittel oder fließt ein Kühlmittel, während dieser Raum nach Abb. 6 und
7 oben zu einem überflutungsbehälter erweitert ist.
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Im Beispiel nach Abb. 7 mündet in den die Eiszelle oben schließenden
Deckel ein Luftzuführungsrohr 34, das von einem Schutzrohr 35 ummantelt ist. Die
Eiszellen haben hier zylindrische oder
prismatische Form .ohne konische
Querschnittsveränderung, so daß die Eiskörper, wenn. sie oben voll ausgefroren sind,
im Zeitpunkt des Lostauens zu Eiskolben wenden, deren Abwärtsgleiten aus den Zellen
beginnt, wenn über den Eiskolben Luft eindringt. ' Mittels Luftzufuhr durch das.
Rohr 34 wird das Abwärtsgleiten des Eiskolbens schon im Zeitpunkt des Lostauens
eingeleitet, und durch Betätigung des Regelventils 36 kann die Abwärtsbewegung.
gesteuert wenden.
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Die brigen Bezeichnungen in den Abb. 5 bis 7 haben dieselbe Bedeutung
wie in den Abb. i bis 4. Abb. 5 und 7 sind wie Abb. i bis 4 für Gefrierstellung,
Abb. 6 ist für Abtauste1lung gezeichnet.
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In den Beispielen nach Abb. 5 bis 7 geht vom Flüssigkeitsspender io
in Gestalt eines Strahlröhrchens ein Strahl frei in der Zelle hoch, der oben von
einem Lenkkopf 25 angenommen und ringsum nach den Zellenwandungen geflutet wird.
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In den Beispielen nach Abb. 2, 3, 5, 6 und 7 ist das Zuflußverteilungsrohr
24, das die Flüssigkeitsspender trägt, in starrer Verbindung mit dem Flüssigkeitsfänger
gezeichnet, wird; also mit .diesem zwangläufig in die Gefrierstellung ein- und in
die Abtaustellung ausgerückt.
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Im Beispiel nach Abb. 8 und 9 sind Flüssigkeitsfänger i und Zuflußverteilungsrohr
24 nicht starr miteinander verbunden, sondern nacheinander jedes für sich ein- und
ausrückbar. Abb. 8 ist für Gefrierstellung, Abb.9 für Abtaustellung gezeichnet.
Diese Abbildungen zeigen ein zweites Beispiel für den Betrieb mit Anstauung der
Gefrierflüssigkeit in ,den Eiszellen. Während im Beispiel nach Abb.4 die Flüssigkeit
während der ganzen Gefrierdauer in der Zelle angestaut wird, tritt die Flüssigkeitsanstauung
bei der Einrichtung nach Abb. 8 und 9 erst eine gewisse Zeit nach Betriebsbeginn
ein, und die Anfüllung der Zelle schreitet dann allmählich fort, bis ,der Eiskörperhohlraum
erst zuletzt ganz ausgefüllt ist. Erreicht wird das durch eine Mehrzahl von Ausflußlöchern
39 in der Fußform i i, die zur Zuflußmündung io ein solches Gesamtöffnungsverhältnis
haben:, daß zu Beginn des Gefrierens der Flüssigkeitsüberschuß ohne Anstau aus der
Eiszelle ausfließt und die fortschreitende Ausbildung die Ausflußlöcher immer mehr
abdeckt, bis zuletzt nur noch das Mittelloch 4o übrigbleibt, das den Ansatz der
Zuflußmündung io mit engem. Ringspalt umschließt. Beim Stand der Eisbildung nach
Abb. 8 sind erst die äußeren Löcher zugefroren, die meisten Löcher aber noch offen,
so daß noch alle Flüssigkeit aus der Zelle wieder ausfließt. Erst allmählich staut
sich jetzt die Flüssigkeit in der Zelle an, der Rückflußwiderstand wächst, und die
durchfließende Flüssigkeitsmenge nimmt ab, bis zuletzt, wenn die Zelle bis oben
angefüllt ist, nur noch ein kleiner Teil der anfänglichen Menge durch .den noch
verbliebenen Hohlraum umläuft. Der Stand der Eisbildung nach Abb. 9 bezeichnet mit
dem verbliebenen Resthohlraum den Endzustand des Gefriervorganges. Flüssigkeitsfänger
i und das Zuflußverteilungsrohr 24 mit den Flüssigkeitsspendern bzw. Zuflußmündungen
io sind in die Abtauläge zurückgeklappt, die Restflüssigkeit ist aus dem Hohlraum
ausgeflossen, und das Abtauen wird eingeleitet. Nachdem auch die Fußform i i abgelöst
und heruntergeklappt ist, kann der Eiskörper unten aus der Zelle herauskommen. Der
untere Teil der Abb. 8 zeigt eine Draufsicht der Fußform ii, in der die Zuflußmündung
io mit eingezeichnet ist. Das Mittelfeld der Fußform kann aus einem elastischen
Baustoff, z. B@. Gummi, bestehen. Im Gefrierbetrieb wird die Gefrierflüssigkeit
von den Zuflußmündungen io durch an ihnen lose anliegende Rohre 44 die von Stangen
42 geführt und gehalten sind, im Innern der Eiszelle hochgeführt und kommt erst
oben zur eigentlichen freien Ausmündung. Die Eiskörper müssen; mit frei bleibendem
Kernloch gefroren werden, weil sie sich im voll ausgefrorenen Zustand von den Rohren
41 und Stangen 42 beim Abtauen nicht lösen würden. Die Rohre 41 und Stangen 42 können
aber auch fortbleiben.