EP3071906B1

EP3071906B1 - Binäreisherstellungsvorrichtung und verfahren hierzu

Info

Publication number: EP3071906B1
Application number: EP14820735.0A
Authority: EP
Inventors: Hubert LANGHEINZ
Original assignee: Hubert Langheinz Evl
Current assignee: Hubert Langheinz Evl
Priority date: 2013-11-20
Filing date: 2014-11-19
Publication date: 2021-09-08
Anticipated expiration: 2034-11-19
Also published as: WO2015074643A3; DK3071906T3; US20160377336A1; WO2015074643A2; US10634406B2; DE102013112829A1; EP3071906A2

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühlmassenherstellungsvorrichtung zur Herstellung von einer fließfähigen, pumpfähigen gekühlten Masse oder Kühlmasse aus einer fließfähigen Grundmasse gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs gemäß Anspruch 1.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer fließfähigen, pumpfähigen, temperierten, insbesondere gekühlten Masse oder Kühlmasse aus einer fließfähigen Grundmasse Verfahren zur Klimatisierung von Räumen, bei dem Wärme in einem latenten Wärmespeicher gespeichert wird, nach Anspruch 2.
Zudem betrifft die Erfindung ein Energiesystem, insbesondere ein Klimatisierungssystem zum Klimatisieren von Räumen oder Erwärmen von Brauchwasser, als Energiequelle für Wärmepumpensysteme, bei dem Energie und/oder Wärme in bzw. aus einem latenten Wärmespeicher gespeichert und/oder gezogen wird, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 5.
Weiter betrifft die Erfindung eine Verwendung einer Kühlmassenherstellungsvorrichtung nach Anspruch 6.
Nicht zuletzt betrifft die Erfindung eine Verwendung von fließfähiger, pumpfähiger Kühlmasse gemäß dem Anspruch 7.
Binäreis, Verfahren und Vorrichtungen zu dessen Herstellung sind allgemein bekannt. Dabei wird Binäreis auch als Eisbrei, Slurry, Slusheis, Matscheis, pumpfähiges Eis, flüssiges Eis und dergleichen bezeichnet.
Aus der DE 34 86 374 T2 ist eine Eisherstellungsmaschine bekannt, umfassend: ein Gehäuse mit einem Einlass zum Aufnehmen einer Füssigkeit in Form einer wässrigen Lösung von einer Konzentration, die unterhalb ihrer eutektischen Konzentration liegt, aus welchem das Eis herzustellen ist, mit einem Auslaß zum Ermöglichen des Austretens von Eis aus dem Gehäuse; einen Wärmetauscher im Gehäuse, mit einem Kühlmitteleinlass und einem Kühlmittelauslass zum Ermöglichen einer Strömung von Kühlmitteln zwecks Abziehens von Wärme aus der Flüssigkeit und wenigstens eine Wärmetauscherfläche enthaltend, die das Kühlmittel von der Flüssigkeit trennt; einen Schaber, der im Gehäuse angeordnet, um eine Achse beweglich ist, wobei sich der Schaber und die genannte jeweilige Wärmetauscherfläche quer zu der genannten Achse erstrecken; Mittel zum Aufnehmen eines Flüssigkeitsquantums im Gehäuse, um das Gehäuse im Wesentlichen anzufüllen und die jeweilige Wärmetauscherfläche zu bedecken, wobei der Schaber mit der jeweiligen Wärmetauscherfläche in Berührung steht und um die Achse herum bewegbar ist, um die jeweilige Wärmetauscherfläche abzuschaben, und dass die Eisherstellungsmaschine ferner umfaßt: einen Antrieb, der den Schaber antreibt und über die genannte Wärmetauscherfläche bei einer solchen Geschwindigkeit bewegt, dass der Schaber bei aufeinanderfolgenden Umläufen über der jeweiligen Wärmetauscherfläche diese abschabt, um eine gekühlte Schicht der Flüssigkeit von der jeweiligen Wärmetauscherfläche vor der Kristallisation des Eises hierauf abschabt, wobei der Schaber Flüssigkeit von der jeweiligen Wärmetauscherfläche dem Flüssigkeitsquantum im Gehäuse zuführt, um dort eine im Wesentlichen gleichförmige Temperatur aufrechtzuerhalten.
Aus der CA 2 387 219 A1 , der US 2003 080 644 A1 , der US 6 830 239 B1 , der US 2001 035 016 A1 und der US 3 869 870 A sind weitere Wärmetauscher bzw. Kühlsystem bekannt. Die in den vorstehend aufgeführten Schriften offenbarten Wärmetauscher sind hohlzylindrisch ausgebildet. An deren hohlzylindrischen Wandungen wird entstehendes Eis abgekratzt.
Aus der EP 0 316 966 A2 ist ein Wärmepumpensystem mit Kühlkreislauf und Wärmetauscher bekannt. Der Wärmetauscher weist mehrere Platten auf. An den Platten entstehendes Eis wird mittels Kratzers abgekratzt. Die Kratzer werden über eine von außen durch das Gehäuse dringende Welle angetrieben.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Kühlmassenherstellungsvorrichtung zu schaffen, bei welchem eine fließfähige Grundmasse homogener und effizienter sowie für mehrere Verwendungszwecke erzeugt wird. Zudem ist es eine Aufgabe, die Kühlmasse bzw. das Verfahren und die Vorrichtung zu dessen Herstellung für ein Klimatisierungs- oder Energiesystem mit Binäreis als latentem Energiespeicher zu verwenden.
Diese und weitere Aufgaben werden ausgehend von einer Kühlmassenherstellungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, einem Verfahren gemäß Anspruch 2, einem Energiesystem nach Anspruch 5, , und einer Verwendung gemäß Anspruch 6 bis 8 in Verbindung mit deren Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass bei einer Kühlmassenherstellungsvorrichtung, beispielsweise einer Binäreisherstellungsvorrichtung zur Herstellung von einer fließfähigen, pumpfähigen temperierten, insbesondere gekühlten, Masse oder Kühlmasse, Kühleis bzw. Binäreis, insbesondere zur Verwendung als und/oder für Lebensmittel und Nahrungsmittel, aus einer fließfähigen Grundmasse, beispielsweise einer flüssigen Binäreissole oder eines flüssigen Zuckerwassers, vorgesehen ist, dass Mittel zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur kontinuierlichen Herstellung einer fließfähigen, pumpfähigen gekühlten, Masse oder Kühlmasse vorgesehen sind, wobei die Mittel eine Wärmetauschereinrichtung umfassen, welche mehrere zueinander beabstandete und zumindest teilweise miteinander fluidisch verbundene Wärmetauscherplatten (230) aufweist, wobei für ein Rühren nach außen dazwischen Rührelemente vorgesehen sind, die entsprechende Förder- oder Leitmittel aufweisen. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass für eine Kraftübertragung auf die Rührelemente von außerhalb des Gehäuses nach innen eine kontaktlose Kraftübertragungseinheit, genauer eine Magnetkopplung, vorgesehen ist, sodass im Bereich der Kraftübertragung das Gehäuse durchbruchsfrei ausgebildet ist, wobei die Mittel weiter eine Regeleinrichtung umfassen, um bei Überschreiten einer Massenschichtdicke mindestens an einer Wärmetauscherplatte anhaftenden Masse die Wärmetauschereinrichtung herauf- bzw. herunterzuregeln und bei Unterschreiten der Massenschichtdicke die Wärmetauschereinrichtung herauf- bzw. herunterzuregeln, das bedeutet eine Leistung der Wärmetauschereinrichtung zu verändern. Durch die Mittel ist eine verbesserte Kühlmassenherstellung, beispielsweise eine Binäreisherstellung, insbesondere eine schnellere, energieeffizientere und großproduktionsoptimierte Kühleis-, Kühlmasseneis-, Kühlmassen- bzw. Binäreisherstellung realisierbar. Genauso ist eine verbesserte erwärmte Masse analog herstellbar. Gerade durch die flexible Ausführung einschließlich der Neigungs- bzw. Schräglagenveränderung ist eine effektive temperierte Masseherstellung, insbesondere eine Kühleis- oder Binäreisherstellung realisiert. Insbesondere gewährleisten die Mittel eine kontinuierliche Kühleis- oder Binäreisherstellung bzw. die kontinuierliche Herstellung einer temperierten Masse.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Mittel eine Wärmetauschereinrichtung umfassen, welche mehrere zueinander beabstandete und zumindest teilweise miteinander fluidisch verbundene Wärmetauscherplatten aufweist, wobei für ein Rühren nach außen dazwischen Rührelemente vorgesehen sind, die entsprechende Förder- oder Leitmittel aufweisen, wobei für eine Kraftübertragung auf die Rührelemente von außerhalb des Gehäuses nach innen eine kontaktlose Kraftübertragungseinheit, insbesondere eine Magnetkopplung, vorgesehen ist, sodass im Bereich der Kraftübertragung das Gehäuse durchbruchsfrei ausgebildet ist. Die Wärmetauschereinrichtung umfasst einen Wärme- bzw. Kühlmittelkreislauf, in dem ein Wärme- bzw. Kältemittel zirkulieren bzw. fließen kann. Der Kreislauf umfasst einen Zulauf und einen Ablauf. Fluidisch mit dem Zulauf und dem Ablauf verbunden sind die Wärmetauscherplatten. Die Wärmetauscherplatten werden in deren Innenraum von dem Kühlmittel durchströmt. Dabei ist in dem jeweiligen Innenraum ein Strömungsfeld ausgebildet, welches eine Strömung des Kühlmittels entsprechend definiert. Hierzu sind entsprechende Strömungsleitmittel in dem Innenraum angebracht. Diese umfassen Vorsprünge, Vertiefungen, Verengungen, Verbreiterungen, Wandungen und dergleichen. Der Innenraum wird durch entsprechende Wandungen begrenzt. Dabei bilden die seitlichen Wandungen flächenmäßig den größten Anteil an den Wandungen. Bevorzugt sind die Wärmetauscherplatten als im Querschnitt kreisförmige Platten bzw. kreisringförmige Platten mit zwei Seitenwänden und einer bzw. zwei Umfangswänden ausgebildet. Dabei weist die jeweilige Seitenwandung eine äußere Seite, die Wärmetauscheroberfläche, und eine innere Seite auf. Die Strömungsleitmittel erstrecken sich in einer Ausführungsform von einer inneren Seite zu der gegenüberliegenden inneren Seite. In einer anderen Ausführungsform erstrecken sich die Strömungsleitmittel nicht von einer inneren Seite zu der gegenüberliegenden inneren Seite, sondern ragen von einer Seite in Richtung der anderen Seite oder quer dazu ab, ohne die jeweils andere Seite zu kontaktieren. Die Strömungsleitmittel sind gleich und/oder unterschiedlich orientiert. Beispielsweise ist in dem Innenraum ein beliebiges Flowfield zur optimierten Strömung ausgebildet. Für ein Betätigen der Rührelemente bzw. eines Rührelemente aufweisenden Rührwerks ist ein Aktuator vorgesehen. Das Rührwerk befindet sich in dem Gehäuse, in dem die Grundmasse sich befindet bzw. das Kühleis erzeugt wird. Der Aktuator, beispielsweise ein Motor wie ein Elektromotor, ggf. mit einem Kraftübersetzer wie einem Getriebe, befindet sich außerhalb des Gehäuses. Für eine Kraftübertragung von Aktuator zu dem Rührwerk ist eine Kraftübertragungseinheit vorgesehen. Die Kraftübertragungseinheit ist als kontaktlose Kraftübertragungseinheit vorgesehen. Diese umfasst einen ersten Kupplungsteil, der mit dem Aktuator in zusammenwirkender Weise verbunden ist. Weiter umfasst diese eine zweiten Kupplungsteil, der mit dem Rührwerk in zusammenwirkender Weise verbunden ist. Die beiden Kupplungsteile sind Bestandteile einer als Kupplung ausgebildeten Kraftübertragungseinheit. Die Kupplung ist bevorzugt als Magnetkopplung ausgebildet, bei der die beiden Kupplungsteile magnetisch zusammenwirken. Die beiden Kupplungsteile sind durch das Gehäuse getrennt voneinander angeordnet. Dabei wirken die Kupplungsteile magnetisch zusammen, wobei ein zwischen den Kupplungsteilen ausgebildetes Magnetfeld das Gehäuse im Bereich der Kupplungsteile durchdringt, sodass eine Magnetkopplung realisiert ist. In dem Bereich der Kupplung ist das Gehäuse bevorzugt durchbruchsfrei ausgebildet.
Bevorzugt weisen die Wärmetauscherplatten eine zentrale Durchgangsöffnung auf, durch die sich beispielsweise eine Achse oder eine Welle erstrecken kann. Bevorzugt sind die Wärmetauscherplatten konzentrisch zueinander ausgerichtet. In einer Ausführungsform weisen die Wärmetauscherplatten eine außerhalb der Wärmetauscherplatten liegende Verbindung zu dem Zulauf bzw. zu dem Ablauf auf, sodass der Zulauf bzw. der Ablauf radial außerhalb der Wärmetauscherplatten angeordnet ist. In einer anderen Ausführungsform ist eine zumindest teilweise in die Wärmetauscherplatten integrierte Aufnahme für zumindest einen Teil des Zulaufs und/oder des Ablaufs vorgesehen. Beispielsweise ist für den Zulauf und/oder den Ablauf je eine Durchgangsöffnung in der jeweiligen Wärmetauscherplatte vorgesehen. Entsprechend weist die jeweilige Wärmetauscherplatte eine innerhalb der Wärmetauscherplatte liegende Verbindung zu dem Zulauf bzw. dem Ablauf auf. Bevorzugt sind mehrere Wärmetauscherplatten parallel zueinander entlang einer zumindest gedachten durch die Wärmetauscherplatten verlaufenden Achse ausgerichtet. Dabei sind die Wärmetauscherplatten bevorzugt rotationssymmetrisch zu der Achse ausgebildet. In anderen Formen sind exzentrische Formen vorgesehen. Die Wärmetauscherplatten sind in einer Ausführungsform fest beabstandet zueinander angeordnet. Dabei sind die Wärmetauscherplatten bevorzugt gleich beabstandet zueinander ausgebildet. In anderen Ausführungsformen sind die Wärmetauscherplatten unterschiedlich zueinander beabstandet, beispielsweise mit unterschiedlichen Abständen. In einer anderen Ausführungsform sind die Wärmetauscherplatten veränderbar zueinander beabstandet. Beispielsweise lassen sich so die Wärmetauscherplatten enger zueinander anordnet oder weiter entfernt voneinander beabstanden. Insbesondere für einen Transport oder eine veränderte Schräglage während des Betriebs lassen sich hierdurch Vorteile erzielen. In einer Ausführungsform ist eine Arretierung zum Arretieren der jeweiligen Wärmetauscherplatte in einer Position vorgesehen.
Erfindungsgemäß ist ebenfalls vorgesehen, dass die Mittel eine Regeleinrichtung umfassen, um bei Überschreiten einer Massenschichtdicke mindestens an einer Wärmetauscherplatte anhaftenden Masse, beispielsweise einer (Binäreis-)Schichtdicke, die Wärmetauschereinrichtung herauf- bzw. herunterzuregeln und bei Unterschreiten der Massenschichtdicke bzw. der (Binäreis-)Schichtdicke die Wärmetauschereinrichtung herauf- bzw. herunterzuregeln. Herunterregeln bzw. Heraufregeln bedeutet eine Leistung der Wärmetauschereinrichtung zu verändern, beispielsweise eine Kühlleistung zu senken (Herunterregeln) oder anzuheben (Heraufregeln). Die Regeleinrichtung umfasst eine (Eis-)Schichtdicken- Konsistenz- oder Temperaturerfassung.
Auch ist in einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgesehen, dass eine zu der Wärmetauschereinrichtung beabstandete Rühreinrichtung zum Rühren der Grundmasse, beispielsweise der Binäreissole oder des Zuckerwassers, und/oder der Kühlmasse bzw. des Kühleises, beispielsweise des Binäreises oder des Zuckereises, kontaktlos zu der Wärmetauschereinrichtung vorgesehen ist. Die Rühreinrichtung ist so ausgebildet, dass diese die Wärmetauschereinrichtung, insbesondere die Wärmtauscherplatten, nicht kontaktiert. Vorzugsweise weist die Rühreinrichtung eine Antriebseinheit, bevorzugt eine Antriebswelle, auf. Die Antriebswelle ist bevorzugt durch die zentrischen Durchgangsöffnungen der Wärmetauscherplatten angeordnet. Dabei ist die Antriebswelle beabstandet zu den Wärmetauscherplatten angeordnet. Radial von der Antriebswelle ragen Rührelemente ab, welche beabstandet zu den jeweiligen Wärmetauscherplatten angeordnet sind. Dabei sind die Rührelemente beispielsweise als Rührrechen ausgebildet. In einer anderen Ausführungsform sind die Rührelemente als Rührpaddel ausgebildet. In noch einer anderen Ausführungsform sind die Rührelemente als Rührstäbe ausgebildet. Wiederum eine andere Ausführungsform sieht vor, dass die Rührelemente als Rührbürsten ausgebildet sind, eine weitere Ausführungsform ist eine Kombination von diesen. Weitere Ausführungsformen der Rührelemente sind denkbar. Die Rührelemente werden in dem Zwischenraum zwischen zwei benachbarten Wärmetauscherplatten durch die Antriebswelle rotiert. Dabei drängen diese Kühlmasse, Kühleis bzw. Binäreis bzw. Grundmasse, Binäreissole, Zuckerwasser radial nach außen. Durch den Abstand der Antriebswelle zu der jeweiligen Wärmetauscherplatte kann die Grundmasse - Binäreissole bzw. Binäreis nachrücken. Für ein Rühren nach außen weisen die Rührelemente entsprechende Förder- oder Leitmittel auf. Die Rühreinrichtung bzw. das Rührwerk ist mit der Regelung gekoppelt bzw. in diese zumindest teilweise integriert. Die Regelung übernimmt die Schaltung von Rührintervallen, Rührgeschwindigkeit etc. Als Regelgröße können Grundmassen bzw. Sole- oder Zucker- und/oder Binäreiskonsistenz, Stromaufnahme, beispielsweise des Rührwerkmotors, Temperatur der Behälterwandung und/oder des Behälterinhalts etc. dienen.
Zudem ist in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgesehen, dass die Mittel eine Neigungsregulierung umfassen, um die Kühlmasse-, Kühleis- oder Binäreisherstellungsvorrichtung zu neigen. Die Neigungsregulierung ist bevorzugt außen an dem Behälter angeordnet, in welchem die Wärmetauschereinrichtung und die Rühreinrichtung angeordnet sind. Beispielsweise umfasst die Neigungsregulierung eine oder mehrere ausfahrbare und/oder schwenkbare Standfüße, Halterungen oder dergleichen. In einer Ausführungsform ist eine Wiegeeinrichtung vorgesehen, auf welcher der Behälter angeordnet ist. Entsprechend sind statt einfacher Standfüße Wiegefüße, Messzellen oder Wiegefühler vorgesehen. Auf diese Weise ist bei einem Abzapfen oder Zuführen von Binäreis bzw. Grundmasse eine Gewichtserfassung und/oder Gewichtsregulierung bzw. - steuerung realisierbar. Insbesondere ist so eine Dosiereinrichtung über eine Gewichtssteuerung realisierbar. In einer Ausführungsform ist eine Niveauerfassung vorgesehen, welche einen Neigungswinkel erfasst. In einer anderen Ausführungsform ist ein Antrieb, beispielsweise ein hydraulischer, pneumatischer oder sonstiger Antrieb vorgesehen.
Weiterhin ist in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgesehen, dass die Mittel eine Fördereinrichtung, vorzugsweise integriert in das Rührwerk, umfassen, um das Binäreis bzw. die Grundmasse zu fördern. Die Förderung erfolgt bevorzugt von einem Einlass zu einem Auslass. Beispielsweise liegen Einlass und Auslass nicht auf einem gemeinsamen Höhenniveau. Bevorzugt liegt der Auslass auf einem höheren Höhenniveau, sodass die Förderung bei einer entsprechenden Neigung in Richtung Ausgang erfolgt.
Die Erfindung schließt auch die technische Lehre ein, dass bei einem Verfahren zur Herstellung einer fließfähigen, pumpfähigen temperierten, insbesondere gekühlten, Masse oder Kühlmasse, insbesondere zur Verwendung als und/oder für Lebensmittel und Nahrungsmittel aus einer fließfähigen Grundmasse, umfassend die Schritte: Einfüllen der fließfähigen Grundmasse in ein Gehäuse, Temperieren, insbesondere Kühlen der fließfähigen Grundmasse bzw. der bereits hergestellten Kühlmasse mittels Kontaktieren einer in dem Gehäuse angeordneten, hier beschriebenen Wärmetauschereinrichtung oder allgemeiner einer hier beschriebenen Wärme- und/oder Kühleinrichtung unter Rühren, insbesondere kontinuierlichem Rühren, der Grundmasse, um so die Kühlmasse zu erzeugen, vorgesehen ist, dass das Temperieren, insbesondere Kühlen bei Bildung einer Schicht, insbesondere einer Eisschicht, an der Wärmetauschereinrichtung unterbrochen wird, sobald die Schicht, insbesondere die Eisschicht, eine vorbestimmte Dicke erreicht und das Temperieren bzw. Kühlen fortgeführt wird, sobald die Schicht, insbesondere die Eisschicht, die vorbestimmte Dicke unterschreitet, wobei beim Rühren die Grundmasse und/oder die Masse radial entlang der Wärmetauscheroberflächen nach außen bewegt wird und wobei eine Kraftübertragung für das Rühren von außerhalb des Gehäuses nach innen kontaktlos ohne Durchbruch durch das Gehäuse durchgeführt wird, wobei das Rühren kontaktlos zu den Wärmetauscheroberflächen erfolgt, wobei das Rühren in eng beabstandeter Nähe zu den Wärmetauscheroberflächen durchgeführt wird, wobei ein Abstand zwischen einer Rühroberfläche eines Rührelements und der Wärmetauscheroberfläche derart gewählt wird, dass erst eine vorbestimmte Schichtdicke bzw. Ansammlung von festen Bestandteilen bzw. Eisdicke ein Rühren blockieren kann und wobei das Temperieren parallel und/oder seriell an mehr als zwei Oberflächen der Wärmetauschereinrichtung durchgeführt wird. Die Grundmasse ist eine beliebige, fließfähige bzw. pumpfähige Masse. Die Grundmasse kann flüssig, zähflüssig, breiig, musig oder dergleichen sein. Bevorzugt ist die Grundmasse eine Gemisch oder Gemenge aus einem Grundfluid oder einer Grundflüssigkeit und einem oder mehreren Zusätzen. Der Zusatz (oder die Zusätze) ist in einer Ausführungsform lösbar in dem Grundfluid. Bevorzugt ist die Grundmasse ein binäres Fluid, beispielsweise wie eine Binäreissole. In einer Ausführungsform ist die Grundmasse ein Mus, wie ein Apfelmus, eine Konfitüre oder dergleichen. Die Grundmasse ist für den Einsatz als Lebensmittel, Nahrungsmittel und/oder als Zusatz für diese geeignet. In einer anderen Ausführungsform ist die Grundmasse eine Binäreissohle. In noch einer anderen Ausführungsform ist die Grundmasse ein Wasser-Zucker-Lösung. In noch einer anderen Ausführungsform ist die Grundmasse eine Wasser-Salz-Zucker-Lösung oder eine andere Rezeptur. Das Grundfluid weist einen definierten oder gleitenden Schmelz- und/oder Gefrierpunkt auf. Der Zusatz ist so ausgebildet, dass dieser den Schmelzpunkt und/oder den Gefrierpunkt verändert, insbesondere derart, dass der Schmelzpunkt und/oder der Gefrierpunkt herabgesetzt ist. Das Temperieren kann sowohl ein Kühlen, ein Erwärmen als auch beides umfassen. Die Konzentration des Zusatzes in dem Grundfluid ist beliebig einstellbar bis hin zu einer Sättigung des Zusatzes in dem Grundfluid. Die Grundmasse wird in einer Ausführungsform auf oder unter den Gefrierpunkt des Grundfluids abgekühlt. Durch den Zusatz gefriert die Grundmasse nicht. Die Grundmasse wird entsprechend derart heruntergekühlt, dass die Grundmasse in einer Ausführungsform als Kühlmasse, die weiterhin pumpfähig ist, verwendbar ist. Die Kühlmasse ist insbesondere zur Kühlung und zur Beimengung des Zusatzes und/oder des Grundfluids in weiteren lebensmittelverarbeitenden Prozessen, wie bei der Fleischherstellung, der Teigherstellung, der Brotherstellung, der Süßwaren, insbesondere Backwarenherstellung und dergleichen einsetzbar ist. Insbesondere ist das Verfahren für die Prozesskühlung bei der Herstellung von Lebensmitteln und Nahrungsmitteln einsetzbar. Das Grundfluid ist bevorzugt Wasser, insbesondere lebensmittelechtes Wasser, das heißt Wasser, welches für die Lebensmittelherstellung einsetzbar ist. Der Zusatz ist bevorzugt eine lebensmittelechter Zusatz, das heißt ein Zusatz, der für die Lebensmittelherstellung einsetzbar ist. Ein anderes Grundfluid ist Milch. Noch ein anderes Grundfluid ist Saft oder dergleichen. Die Kühlmasse wird aus einer flüssigen Grundmasse hergestellt. Hierzu wird ein Grundfluid mit einem vorbestimmten Prozentsatz an einem Zusatz hergestellt. Beispielsweise ist die Grundmasse eine Binäreissole. Entsprechend ist das Grundfluid Wasser und der Zusatz Salz. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist das Grundfluid Wasser und der Zusatz Zucker. Vorzugsweise umfasst die beispielsweise als Binäreissole ausgebildete Grundmasse als Bestandteile Wasser, beispielsweise Leitungswasser, und ein Salz, beispielsweise Kochsalz, NaCl bzw. bei der Backwarenherstellung Zucker oder dergleichen. Die Grundmasse, beispielsweise die Binäreissole wird bevorzugt als eine etwa 0,01 - 20%-ige Grundmasse bzw. Binäreissole, bevorzugt als eine etwa 0,5 - 4,5 %-ige Grundmasse bzw. Binäreissole und am meisten bevorzugt als eine etwa 1,0 - 3,5 %-ige Grundmasse bzw. Binäreissole gemischt. Entsprechendes gilt für eine Zuckerwasserlösung. Um eine gewünschte Grundmasse mit einem entsprechenden Mischverhältnis bereitzustellen, wird eine gesättigte Grundmassenlösung, beispielsweise eine Kochsalzlösung oder Zuckerwasserlösung der ungesättigten Grundmassenlösung oder dem Grundfluid, beispielsweise der ungesättigten Binäreislösung oder Zuckerwasserlösung, bereitgestellt bzw. beigemengt. Wird beispielsweise NaCl und H₂0 als Binäreissole verwendet, so wird in einem Schritt eine gesättigte Lösung NaCl + H₂0 bereitgerstellt bzw. gemischt. Weiter wird davon getrennt eine weitere Binäreissole bereitgestellt. Bei der weiteren Binäreissole wird zunächst ein gewünschtes Lösungsverhältnis von NaCl und H₂0 erfasst. Weist die Lösung einen zu hohen Natriumchlorid- (NaCl) oder allgemein Salzanteil auf, so wird H₂0 hinzugefügt. Weist die Lösung einen zu hohen H₂O-Gehalt auf, so wird der weiteren Binäreissole ein Teil der gesättigten Binäreissole hinzugefügt. Analoges gilt für die Zuckerwasserlösung bzw. allgemeiner für die Grundmasse oder einer Mischung von Zucker- und Salzlösung. Bevorzugt erfolgt die vorstehend beschrieben Niveauregulierung automatisch bzw. über einen Regelkreis gesteuert. Dabei wird ein gewünschter Konzentrationswert eingestellt. Der Konzentrationswert wird ermittelt. Bei Über- bzw. Unterschreiten wird ein gewünschter Bestandteil hinzugefügt, beispielsweise aus der gesättigten Lösung oder einer ungesättigten und/oder niederkonzentrierten Lösung. Ist ein gewünschter Konzentrationswert erreicht, wird die Grundmasse, zum Beispiel die Binäreissole oder das Zuckerwasser einem Behälter zugefügt oder direkt in dem Behälter gemischt, in welchem das Kühlen stattfindet. Der Behälter ist vorzugsweise zylindrisch ausgeführt, in einer anderen Form ist er konisch ausgeführt. Vorzugsweise ist der Behälter entsprechend der Mediumstemperatur und der Umgebungstemperatur isoliert, um Transmissionswärmeverluste und Taupunktunterschreitung zu verhindern. In einer anderen Ausführung ist der Behälter doppelwandig ausgeführt, um weitere Wärmetauscherfläche an der Innenwandung zu schaffen. Der Behälter ist vorzugsweise als Kühlbehälter ausgeführt, in einer anderen Ausführung ist er als Heizbehälter oder als Kühl- und Heizbehälter ausgeführt. Dabei wird in einem Schritt die Grundmasse, beispielsweise die Binäreissole oder das Zuckerwasser, vor dem Zufügen in den Behälter vorgekühlt. Ein Zufügen erfolgt bevorzugt gesteuert, insbesondere in Abhängigkeit von einem Füllstand des Behälters gesteuert. Bevorzugt ist das Zufügen derart gesteuert, dass ein gewünschter Füllstand eingehalten wird. Sobald die Grundmasse, beispielsweise die Binäreissole oder das Zuckerwasser, mit dem gewünschten Konzentrationsverhältnis in dem Behälter zugefügt ist und diese somit den dort befindlichen Wärmetauscher an den entsprechenden Wärmetauscheroberflächen kontaktiert, beginnt die Kühlung der Grundmasse. Das Kühlen erfolgt gesteuert, beispielsweise temperaturgesteuert, zeitgesteuert, energiegesteuert, eisdickengesteuert oder dergleichen. Bevorzugt erfolgt das Kühlen unter permanentem Rühren der Grundmasse. Auf diese Weise wird von Anfang an eine gute Durchmischung der Grundmasse realisiert. Im Laufe des Kühlens der Grundmasse kommt es aufgrund des Kühlens in den Bereich des Gefrierpunktes des Grundfluids bzw. der Grundmasse zu einer Kristallbildung, einem teilweisen Aggregatszustandswechsel und somit einer Eisschichtbildung an den Wärmetauscheroberflächen. Aber auch andere Schichtbildungen wie anhaften, ankleben oder dergleichen führen zu einer Schichtbildung. Da das Rühren kontaktlos zu den Wärmetauscheroberflächen stattfindet, wird das Rühren zunächst nicht durch die Schicht, insbesondere die Eisschicht, blockiert. Das Rühren erfolgt allerdings auch in eng beabstandeter Nähe zu den Wärmetauscheroberflächen. Hierbei wird ein Abstand zwischen einer Rühroberfläche eines Rührelements und einer Wärmetauscheroberfläche derart gewählt, dass erst eine vorbestimmte Schichtdicke bzw. Ansammlung von festen Bestandteilen bzw. Eisdicke ein Rühren blockieren kann. Der Abstand wird dabei so ausgewählt, dass dieser im Bereich von etwa 0,1 bis 60 Millimeter, bevorzugt im Bereich von etwa 0,1 bis 30 Millimeter und am meisten bevorzugt in einem Bereich von 0,1 bis 5 Millimeter liegt. Wird an der Wärmetauscheroberfläche eine Schicht wie eine Eisschicht mit einer Schichtdicke bzw. Eisschichtdicke gebildet, die einen vorgegebenen Wert überschreitet, so wird das Kühlen unterbrochen, sodass das an der Wärmetauscheroberfläche gebildete Eis abtauen kann bzw. sich in der Grundmasse lösen kann bzw. die Schicht entfernt oder reduziert werden kann. Sobald die (Eis-)Schichtdicke einen vorgegebenen Wert unterschreitet oder ein vorgegebenes Zeitfenster oder eine andere Steuergröße überschritten wird, wird das Kühlen forgesetzt. Dieser Prozess setzt sich solange fort, bis eine gewünschte Konsistenz an Kühlmasse, beispielsweise von Binäreis oder Zuckereis erreicht wird. Die dann fertige, pumpfähige Kühlmasse bzw. das dann fertige Binäreis bzw. Zuckereis ist pumpfähig und wird über eine Zapfstelle aus dem Behälter entnommen. Entsprechend ist die Kühltemperatur so eingestellt, dass die Grundmasse nicht komplett gefriert. Die Kühlmassenherstellungsvorrichtung ist ausgelegt für die Produktion von etwa 5 kg bis 20 t Kühlmasse pro Stunde, bevorzugt von 25 kg bis 250 kg.
Als Kühlmedium für das Kühlen mittels Wärmetauscher wird in einer Ausführungsform ein lebensmittelechtes Kühlmedium bzw. Kälteträger, beispielsweise Glykol, Temper, Thermera Friogel Neo oder lebensmittelechte Sole, lebensmittelechtes Zuckerwasser oder dergleichen verwendet. Hierdurch sind das Verfahren und die im Folgenden beschriebene Vorrichtung für die Herstellung von Kühlmasse wie Binäreis oder Zuckereis im Lebensmittelbereich verwendbar. Bei einer evtl. Leckage kommt somit das lebensmittelechte Kühlmedium nicht in Kontakt mit der Kühlmasse bzw. dem Binäreis oder Zuckereis, sodass hier keine Gefahr für Benutzer durch Kontamination entsteht. Ein Kältemittel zur Kühlung des Kühlemediums durchströmt hierbei einen Sekundärkreis. Statt eines lebensmittelechten Kühlmediums wird in anderen Anwendungsfällen, beispielsweise bei einer Kühlung von Beton, Gummi, Öl, Abwasser oder dergleichen, eine technische Sole verwendet. Entsprechend ist das Verfahren auch für andere Bereiche als in der Lebensmittelkühlung einsetzbar. Insbesondere ist das Verfahren für alle Bereiche einsetzbar, in denen eine pumpfähige, gekühlte Grundmasse aus einer fließfähigen Grundmasse hergestellt wird oder derselben Wärmeenergie entzogen wird, um an anderer Stelle nutzbar zu machen, anwendbar. Bei dem Beispiel Betonkühlung wird als Kühlmedium allgemein ein Wasser-Frostschutz-Gemisch verwendet. Die gekühlte, pumpfähige Kühlmasse wird im Folgenden auch als Kühlmasseeis oder kürzer Kühleis bezeichnet. Das Vermischen von Grundmasse und Kühleis erfolgt innerhalb des Gehäuses. Hierzu wird ein Rühren mittels eines Rührwerks vorgesehen. Das Rührwerk befindet sich innerhalb des Gehäuses. Der Aktuator zum Antreiben des Rührwerks bzw. der daran angeordneten Rührelemente befindet sich außerhalb des Gehäuses. Für die Kraftübertragung ist eine Kraftübertragungseinheit wie eine Kupplung und/oder ein Getriebe vorgesehen. Um das Gehäuse möglichst dicht, also mit möglichst wenig Durchbrüchen oder Durchgangsöffnungen auszuführen, wird die Kraftübertragung kontaktlos durchgeführt. Das heißt, das innerhalb des Gehäuses angeordnete Rührwerk wird kontaktlos mit dem außerhalb des Gehäuses angeordneten Aktuator kontaktlos gekoppelt. Die Kopplung wird erfindungsgemäß mit einer Magnetkopplung durchgeführt. Die Magnetkopplung weist ein außerhalb des Gehäuses liegendes Kopplungsteil auf und ein innerhalb des Gehäuses liegendes Kopplungsteil auf. Die Kopplungsteile wirken magnetisch miteinander zusammen, sodass eine kontaktlose Kopplung der Kopplungsteile und somit des Rührwerks und des Aktuators gewährleistet ist. Das innenliegende Kopplungsteil steht entsprechend in Wirkverbindung mit dem Rührwerk. Das außenliegende Kopplungsteil steht entsprechend in Wirkverbindung mit dem Aktuator.
In einer anderen Ausführungsform wird für das Temperieren/Kühlen als Temperier-/Kühlmedium ein Temperier-/Kältemittel verwendet, sodass das Verfahren bzw. die Vorrichtung in einem Direktverdampferbetrieb oder als Direktverdampfer betrieben wird. Ein Kältemittel ist beispielsweise CO₂ oder dergleichen.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Temperieren bzw. Kühlen der Masse ein Temperieren bzw. Kühlen der Masse auf eine Temperatur im Bereich von plus/minus 5 Grad um den Schmelzpunkt bzw. Gefrierpunkt oder einen anderen für die Lebensmittelverarbeitung definierbaren Temperaturbereich der Grundmasse durchgeführt wird, bevorzugt in einem Bereich von plus/minus 3 Grad um den Schmelzpunkt bzw. Gefrierpunkt oder den definierten Temperaturbereich und am meisten bevorzugt um plus/minus 1,5 Grad um den Schmelzpunkt bzw. Gefrierpunkt oder den definierten Temperaturbereich.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass eine Schichtdickenerfassung durchgeführt wird. Die Schichtdickenerfassung wird auf verschiedene Weise durchgeführt, beispielsweise direkt, über eine direkte Messung der Schichtdicke, beispielsweise optisch, haptisch, mittels Schall- oder anderen Wellen, oder dergleichen, oder indirekt, beispielsweise durch Erfassung abgeleiter Größen. Bevorzugt wird die Schichtdickenerfassung indirekt durchgeführt. Beispielsweise wird die Schichtdickenerfassung über ein Rühren bzw. durch einen Abstand zwischen dem Eis und einem Rührelement durchgeführt. Ist die Eisschichtdicke zu stark, so wird das Rühren blockiert. Hierdurch erhöht sich der Widerstand für ein Rührwerk, welche das Rühren durchführt. Durch Erfassen des Widerstands kann abgeleitet werden, wann eine Eisschichtdicke zu stark ist. Entsprechend wird das Kühlen bei einer ausreichenden Widerstandserhöhung unterbrochen. Das Unterbrechen ist beispielsweise zeitgesteuert, eisschichtdickengesteuert, temperaturgesteuert oder dergleichen. Das Unterbrechen erfolgt beispielsweise für eine voreingestellte oder variable Zeitspanne. In einer anderen Ausführungsform erfolgt das Unterbrechen in Abhängigkeit von der Eisschichtdicke, in anderen Ausführungsformen in Abhängigkeit von dem Widerstand, in einer anderen Ausführungsform in Abhängigkeit der Stromaufnahme des Aktuators. Die Schichtdickenerfassung wird in einer Ausführungsform integriert mit dem Rühren durchgeführt.
Erfindungsgemäß ist auch vorgesehen, dass das Rühren kontaktlos zu der Wärmetauschereinrichtung erfolgt. Das Rühren erfolgt kontaktlos zu der Wärmetauschereinrichtung, insbesondere zu den Wärmetauscheroberflächen. Dabei erfolgt ein Rühren entlang der Wärmetauscheroberflächen, sodass eine gute Vermischung des an den Wärmetauscheroberflächen gebildeten Eis bzw. der dort gebildeten Schicht und der Grundmasse, beispielsweise der Binärsole oder des Zuckerwassers, realisiert wird. Bevorzugt erfolgt ein paralleles Rühren an mehreren Stellen. Das Rühren ist insbesondere als axiales und/oder radiales Rühren ausgebildet. Dabei erfolgt das Rühren in einer Ausführungsform in einer Ebene, beispielsweise einer Ebene parallel zu den Wärmetauscheroberflächen. Bevorzugt wird dabei die Grundmasse, beispielsweise die Binäreissole oder das Zuckerwasser, und/oder das Eis bzw. die Kühlmasse radial entlang der Wärmetauscheroberflächen nach außen bewegt. In einer anderen Ausführungsform erfolgt ein Rühren in mindestens eine weitere Richtung, beispielsweise senkrecht zu der vorstehend beschriebenen Richtung.
Noch eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass das Verfahren in einer Schräglage durchgeführt wird. Insbesondere wird für eine Durchführung des Verfahrens zumindest das Gehäuse geneigt. Hierbei wird das Gehäuse, die Wärmetauschereinrichtung und/oder die Rühreinrichtung bzw. das Rührwerk schräg ausgerichtet. Aufgrund der unterschiedlichen Eigenschaften der Kühlmasse, beispielsweise des Binäreises oder des Zuckereises, des Eises bzw. der Eiskristalle und der Grundmasse wird die Grundmasse bei einer Schräglage an den untersten Punkt des Gehäuses bewegt, beispielsweise aufgrund der Schwerkkraft. Die fertige Kühlmasse wird aufgrund der geringeren Dichte zu einem höheren Punkt bewegt. Auf diese Weise wird fertiges Grundmasseeis bzw. die Kühlmasse, an einer höheren Position angeordnet. Bevorzugt ist deshalb das Grundfluid Wasser. Entsprechend wird eine noch nicht fertiggestellte Kühlmasse, beispielsweise noch nicht fertiggestelltes Binäreis oder Zuckereis, beispielsweise die Grundmasse wie die Binäreissole oder das Zuckerwasser, mit nicht gemischtem Eis, an einer tieferen Stelle oder Lage angeordnet. Durch entsprechendes Anordnen einer Zapfstelle an einer höheren oder niedrigeren Lage lässt sich so das fertige Kühleis bzw., die fertige Kühlmasse, beispielsweise das Binäreis dem Behälter entnehmen, bevor die gesamte Grundmasse in eine Kühlmasse umgewandelt ist. Auf diese Weise ist eine verbesserte Herstellung von Kühlmasse realisierbar, da sich früher Kühlmasse entnehmen lässt und somit aufgrund der Niveauregelung oder Füllstandregelung sich die Grundmasse früher nachfüllen lässt. In einer anderen Anwendung kann dieselbe Vorrichtung zum Trennen von Stoffen verwendet werden in dem durch die thermische Behandlung über die unterschiedliche Stoffdichte Stoffe voneinander separiert werden. Die Schräglage wird beispielsweise über eine Regeleinheit gesteuert. So wird in einer Ausführungsform ein Winkelbereich von etwa 0° bis etwa 90°, bevorzugt von etwa 5° bis etwa 35° und am meisten bevorzugt ein Winkelbereich von etwa 10° bis etwa 20°, bevorzugt um 15° eingestellt. Andere Werte lassen sich ebenfalls einstellen. Die Schräglage wird in einer Ausführungsform während der Kühlmasseherstellung variiert. Beispielsweise ist die Schräglage zu Beginn eines Herstellungsprozesses größer und nimmt im Lauf des Prozesses ab. Entsprechend der gerade eingestellten Schräglage ist die Kühlung einstellbar. So erfolgt bei größerer Schräglage eine strärkere Kühlung, beispielsweise verstärkt im Bereich der tieferliegenden Wärmetauscheroberflächen. Entsprechend der Schräglage wird in einer Ausführungsform der Füllstand eingestellt. So ist bei größerer Schräglage beispielsweise der Füllstand geringer. Mit abnehmender Schräglage werden in einer Ausführungsform ursprünglich höher liegende Wärmetauscheroberflächen zu- und/oder abgeschaltet.
Wiederum eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass ein Fördern der temperierten Grundmasse, insbesondere des Kühleises, beispielsweise des Binäreises oder des Zuckereises, und/oder der Grundmasse wie der Binäreissole oder des Zuckerwassers in mindestens eine Richtung, bevorzugt in mehrere Richtungen, durchgeführt wird. Dabei ist eine bevorzugte Richtung vom Einlass zum Auslass des Kühleises bzw. der Grundmasse. Aufgrund der Schräglage wird das Fördern beispielsweise durch die Schwerkraft unterstützt. In anderen Ausführunsgformen sind Rühreinrichtungen oder Rührwerke vorgesehen, die beispielsweise über eine spiralförmige Bewegung, zum Beispiel mittels einer Förderschnecke, ein Fördern bewirken. Bevorzugt erfolgt ein Rühren entlang einer Ebene der entsprechenden Wärmetauscheroberfläche. Aufgrund der Schräglage oder Neigung und der unterschiedlichen Eigenschaften des Kühleises und der Grundmasse erfolgt eine Vermischung quer zu der Ebene, entlang welcher das Rühren erfolgt.
Zudem sieht eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vor, dass das Temperieren/Kühlen parallel und/oder seriell an mehr als zwei Oberflächen der Wärmetauschereinrichtung durchgeführt wird. Zum Kühlen sind mehrere Oberflächen vorgesehen. Aufgrund einer Schräglage bzw. eines Schrägstellens, gerade auch eines variierenden Schrägstellens, erfolgt die Kühlung nicht konstant an einem gleichen Anteil aller Wärmetauscheroberflächen. Ein Teil der Kühlung erfolgt parallel. Bei veränderter Schrägstellung erfolgt das Kühlen nacheinander an einem veränderbaren Anteil der Wärmetauscheroberflächen. Bevorzgut lassen sich einzelne Wärmetauscheroberflächen zu- und/oder abschalten.
Außerdem sieht eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vor, dass eine Niveauregelung durchgeführt wird. Die Niveauregelung umfasst eine Regelung eines Füllstandes des Behälters, eine Konzentration der Grundmasse und eine Schräglagenregelung. Insbesondere wird die Niveauregelung in Abhängigkeit verschiedener Größen wie Konzentrationsgrößen, Temperaturgrößen, Zeitgrößen, Winkelgrößen, Füllstandsgrößen und dergleichen durchgeführt. Abhängigkeiten der einzelnen Größen werden dabei bevorzugt erfasst. Die Regelung ist bevorzugt als selbstlernende Regelung ausgebildet. In einer Ausführungsform erfolgt eine selbsttätige Optimiertung aufgrund der erfassten Werte, der Ist-Werte und der Sollwerte, insbesondere in Abhängigkeit der Zielvorgaben.
Noch eine andere Ausführungsform sieht vor, dass das Temperieren/Kühlen mittels eines indirekten Wärmetauscherbetriebs durchgeführt wird. Hierbei werden ein Primärkreislauf und ein Sekundärkreislauf vorgesehen. In dem Primärkühlkreislauf zirkuliert beispielsweise eine lebensmittelechte Sole. In dem Sekundärkreislauf zirkuliert beispielsweise ein Kältemittel. In einer anderen Ausführungsform ist ein direkter Wärmetauscherbetrieb mit einem Kreislauf vorgesehen. In dem Kreislauf zirkuliert beispielsweise ein Kältemittel.
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass bei einem Energiesystem, insbesondere ein Klimatisierungssystem zum Klimatisieren von Räumen oder Erwärmen von Brauchwasser, als Energiequelle für Wärmepumpensysteme, bei dem Energie und/oder Wärme aus einem latenten Energie- bzw. Wärmespeicher gezogen wird, vorgesehen ist, dass eine hier beschriebene Kühlmassenherstellungsvorrichtung zur Durchführung eines hier beschriebenen Verfahrens umfasst ist, um Binäreis als latenten Energie- bzw. Wärmespeicher bereitzustellen das mit der Kühlmassenherstellungsvorrichtung nach dem hier beschriebenen Verfahren hergestellt ist. Verfahren zur Klimatisierung von Räumen, bei dem Energie und/oder Wärme in einem latenten Energie- bzw. Wärmespeicher gespeichert oder eingepuffert bzw. herausgeführt oder abgezogen wird, vorgesehen ist, dass als latenter Energie- bzw. Wärmespeicher eine temperierte, insbesondere gekühlte, pumpfähige Masse, gekühlte Grundmasse, Kühlmasseneis oder Kühleis bzw. binäres Kühleis oder Binäreis, insbesondere eine nach einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte temperierte Masse bzw. eine hergestellte Kühlmasse, vorgesehen wird. Beispielsweise ist die in der temperierten Masse, insbesondere der Kühlmasse bzw. dem Kühleis gespeicherte Energie nicht nur zur Kühlung, sondern über entsprechend ausgelegte Wärmepumpen und Wärmekreise auch zum Wärmen von Räumen, Brauchwasser, Schwimmbadwasser oder dergleichen nutzbar. Hierzu wird das Binäreis oder Kühleis entsprechend gelagert und ggf. über eine entsprechende Regelung nachgefüllt. Mittels Kühleis als Energiespeicher ist ein Heizen und/oder Kühlen realisierbar. Dabei ist ein Umschalten möglich.
Bei einem Energiesystem, insbesondere einem Klimatisierungssystem zum Klimatisieren von Räumen und/oder Erwärmen von Brauchwasser oder dergleichen, als Wärme- und Energiequelle für Wärmepumpensysteme, bei dem Energie und/oder Wärme in einem latenten Energie- bzw. Wärmespeicher gespeichert und/oder gezogen bzw. abgeführt wird, ist vorgesehen, dass eine erfindungsgemäße Kühlmassen-, Kühleis bzw. Binäreisherstellungsvorrichtung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst ist, um als latenten Energie- bzw. Wärmespeicher Kühl- bzw. Binäreis, insbesondere Kühl- bzw. Binäreis, das mit der erfindungsgemäßen Kühlmassen- bzw. Binäreisherstellungsvorrichtung hergestellt ist, bereitzustellen.
Weiter schließt die Erfindung die technische Lehre ein, dass eine Verwendung einer hier beschriebenen, erfindungsgemäßen Kühlmassenherstellungsvorrichtung für die kontinuierliche Herstellung einer fließfähigen, pumpfähigen, gekühlten Masse oder Kühlmasse zur Verwendung als und/oder für Lebensmittel und Nahrungsmittel vorgesehen ist.
Zudem schließt die Erfindung die technische Lehre ein, dass eine Verwendung von fließfähiger, pumpfähiger Kühlmasse, Kühleis bzw. Binäreis, genauer von einem gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten und/oder einem mit einer erfindungsgemäßen Kühlmassen-, Kühleis- bzw. Binäreisherstellungsvorrichtung nach hergestellten Kühleis bzw. Binäreis, als latenter Energie- bzw. Wärmespeicher, insbesondere bei der Lebensmittelkühlung wie der Frischfischkühlung, der Teigkühlung, bei der Energie- bzw. Wärmespeicherung wie der latenten Energie- bzw. Wärmespeicherung in Energie- bzw. Wärmesystemen, Energie- bzw. Wärmerückführungssystemen und dergleichen, vorgesehen ist.
In einer Ausführungsform wird die Vorrichtung für den Betrieb mit einer Wärmepumpe verwendet. Dabei entsteht beispielsweise das Kühleis/Binäreis als Abfallprodukt. Durch die Verwendung von Binäreis in einem derartigen System ist ein latenter Wärmespeicher mit einer hohen Energieleistung realisiert.
Bei der Verwendung einer Vorrichtung wird Wärme aus Sonnenstrahlen und/oder Wärme aus Umgebungsluft genutzt. Ein Teil der Wärme wird im Eiswasserspeicher gepuffert, wo die Wärme weitestgehend verlustfrei gespeichert wird. Dank des extrem hohen Wärmeübergangs im Wasser-/Eisspeicher weist dieser beispielsweise eine Fassungsvolumen von 300 bis 400 Litern auf. Im Sommer benötigt die Wärmepumpe keine oder nur sehr wenig Energie. Bei der Verwendung als Wärmevorrichtung umfasst die Wärmevorrichtung bevorzugt mindestens einen Hybridkollektor, eine Wärmepumpe, einen Flüssigeisspeicher und einen Wärmespeicher. Als Flüssigeisspeicher oder Wasser/Eisspeicher sind besonders platzsparende Energiespeicher vorgesehen. In Verbindung mit einer Wärmepumpe lässt sich Energie auf ein nutzbares Temperaturniveau z. B. für eine Raumheizung und/oder zur Warmwassererwärmung verwenden. Um so näher die benötigte Nutztemperatur beim Schmelzpunkt von Wasser liegt, um so höher ist der Wirkungsgrad und somit um so geringer auch ein Strom für die Wärmepumpe, um eine gewünschte Temperatur zu erreichen. Die Bauteile einer entsprechenden Wärmevorrichtung - der Eisspeicher, der Kollektor sowie die Wärmepumpe - sind auf den jeweiligen Wärmebedarf ausgelegt. Ein Absorber ist dauerhaft funktionsfähig, das heißt am Tag sowie auch nachts. Spezielle Hybridkollektoren nehmen selbst bei diffuser Helligkeit und bei Bewölkung noch ausreichend Wärme auf, um sie danach in nutzbare Wärme zu wandeln oder im (Flüssig-)Eisspeicher das Überangebot einzulagern. Während der Sommertage kann über Kollektoren direkt ohne Wärmepumpe die Warmwasserversorgung abgedeckt in dem die Wärme in den Pufferspeicher geleitet wird. Im Winter wird die Energie, wenn die Temperaturen der Kollektoren ausreichen, in die Heizung oder den Pufferspeicher geführt. Reichen die Temperaturen nicht aus, wird die Wärme über die Wärmepumpe auf nutzbare Temperaturen gebracht oder im Eisspeicher zwischengespeichert.
Der Warmwasserspeicher hält die Wärme bereit, welche zur Bereitung des Warmwassers benötigt wird. Ein Heizen mit Eis bzw. Flüssigeis ist somit auf einfache Weise möglich. Heizen mit Eis basiert auf folgendem physikalischen Prinzip: Durch die Bildung von Kristallen durch Energieentzug bei der Eisbildung lässt sich die sogenannte Kristallisationswärme gewinnen. Beim Auftauen muss genau die gleiche Wärme wieder zugeführt werden. Dies kann beliebig oft wiederholt werden, was das Medium Wasser auszeichnet. Dabei dient der Wasser/Eisspeicher oder Flüssigeisspeicher nicht als richtige Wärmequelle, sondern immer als Zwischenspeicher der beliebig oft be- und entladen wird. Dabei erfolgt eine Wärmeentnahme von dem Flüssigeisspeicher wie folgt: Über eine Wärmepumpe wird dem Wasser so lange Wärme entzogen bis sich Eis bildet. Die Wärmepumpe arbeitet - bei leistungsfähigen Eisspeicher-Wärmetauschern - bis zum vollständigen Einfrieren des Wassers mit der Gefriertemperatur von 0 Grad besonders effizient, da ihre Betriebstemperatur nicht absinkt. Eine große Oberfläche des Wärmetauschers und ein geringer Abstand der Wärmetauscherflächen von wenigen Zentimetern sind wichtig für eine hohe Wärmeübertragung im Hochleistungs-Eisspeicher. Die von der Wärmepumpe entzogene Wärme kann auf einer höheren (nutzbaren) Temperatur genutzt werden, in dem die Wärmepumpe diese Wärme an einen Pufferspeicher zur Heizung bzw. zur Wassererwärmung abgibt. Bevorzugt wird Flüssigeis verwendet, welches über die erfindungsgemäße Vorrichtung bereitgestellt wird. In dem Fall ist die Vorrichtung Bestandteil der Wärmevorrichtung. Die Wärmezuführung über den Eisspeicher erfolgt wie folgt: Die Zuführung von Energie bzw. Wärme an den Eisspeicher kann z. B. über Luft-Wärmetauscher mit Gebläse, Sonnenkollektoren oder eine Kombination daraus, sogenannte Hybridkollektoren erfolgen. Je effizienter die Kollektoren arbeiten, und z. B. auch bei Schnee in der Lage sind diesen zum Abrutschen zu bringen bzw. abzutauen um so kleiner kann der Eisspeicher sein. Für den Fall reicht die Auslegung für eine Nacht aus denn am nächsten Tag reicht sogar ein bedeckter Himmel, um über die Kollektoren wieder genügend Energie zu ernten. Statt eines Eisspeichers oder ergänzend dazu ist, bevorzugt ein Flüssigeisspeicher vorhanden. Die Energie, welche während des Gefrierens dem Eis entzogen wird, lässt sich für Heizungswärme nutzen. Dieses birgt zwei wichtige Vorteile: Eisspeicher, insbesondere Flüssigeisspeicher sind relativ kostengünstig und äußerst platzsparend. Die Funktionsweise stellt sich folgendermaßen dar: Wird ein Liter Eis mit einer Temperatur von null Grad Celsius in Wasser verwandelt (aufgetaut), wird so viel Energie benötigt, wie während der Erwärmung von einem Liter Wasser mit einer Temperatur von null Grad Celsius auf achtzig Grad Celsius. Somit kann im gleichen Volumen im Vergleich zu einem Wasserspeicher die achtfache Energiemenge gespeichert werden. Durch die Mitwirkung einer Wärmepumpe kann Niedertemperatur-Energie nutzbar gemacht werden in dem sie auf entsprechende Temperaturen für die Heizung und Warmwassererwärmung gebracht wird. Durch die hohe Energiedichte lässt sich so viel Platz sparen. Der Flüssigeisgenerator unterscheidet sich sehr stark in der Eissorte - festgefrorenes Wasser bei der Eisheizung gegenüber flüssiger Eissole oder Zuckereis oder anderes technisches Eis und dergleichen beim Flüssigeisgenerator -bei dem Verfahren der Herstellung des Eises. Bevorzugt wird hier Kühleis, Flüssigeis, binäres Eis oder pumpfähiges Eis verwendet. Mit dem Flüssigeisgenerator kann eine ganz ähnliche Art der Energie(rück)gewinnung und Speicherung praktiziert werden. Der Vorteil des flüssigen Eises ist das sehr schnelle Auftauen schon bei geringer Wärmezufuhr. Somit kann der Flüssigeisgenerator als regenerative Wärmequelle für Wärmepumpen auch bei sehr niedrigen Temperaturen knapp über 0 °C und bei schwacher Sonneneinstrahlung sehr gut eingesetzt werden.
Nicht zuletzt schließt die Erfindung ein, dass eine Verwendung von gekühlter, pumpfähiger fließfähiger Masse, insbesondere von einer gemäß einem hier beschriebenen Verfahren hergestellten Masse, als latenter Energie- bzw. Wärmespeicher zur Klimatisierung von Räumen, bei dem Energie bzw. Wärme in einem latenten Energie- bzw. Wärmespeicher gespeichert oder eingepuffert bzw. herausgeführt oder abgezogen wird, vorgesehen ist.
Damit ist eine Art Wärmeenergietransformator realisiert, bei dem mit einer kleinen Energiequelle über den Faktor Zeit, eine große Energiemenge herzustellen ist und diese dann innerhalb kürzester Zeit wieder abgerufen werden kann, oder über einen längeren, jedoch zeitversetzten Zeitraum gespeichert werden kann. Damit sind hohe Kühlenergiespitzen mit wenig, aber sehr energiereicher Masse effizient abzudecken und auszugleichen. Beispiele hierfür sind die Wasserkühlung bei Schneekanonen. In den kalten Nachtstunden wird mittels "freier Kühlung" eine hohe Energiemenge eingesammelt, die dann tagsüber in den wärmeren Stunden wieder abgerufen werden kann. Weitere Beispiele von sehr hohen Abkühlleistungen ist die Gebäudeklimatisierung, Prozesskühlung bei der Metallverarbeitung, beim Ernte- und Verarbeitungsvorgang bei Obst und Gemüse wie Spargel, Prozesskühlung bei der Lebensmittelherstellung, Kunststoff- und Spritzgussmaschinenkühlung, Farbbäder Eloxierbäder, Druckereien, Farbindustrie IT-Prozessorkühlung, Gär- und Brauvorgängen, Getränkeherstellung etc.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird als Grundmasse eine Zuckerwasserlösung verwendet. Diese wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gekühlt, sodass pumpfähiges Zuckereis erzeugt wird. Dieses wird bei der Teigherstellung verwendet. Insbesondere für Backwaren wird dieses Zuckereis eingesetzt. Dabei wird das Zuckereis einer Teiggrundmasse zugeführt. Das Zuckereis kühlt einerseits die vorhandene Teiggrundmasse, sodass dieser bei niedrigen Temperaturen lebensmittgeeignet weiter verarbeitbar ist. Zum anderen vermischt sich das Zuckereis mit der vorhandenen Teiggrundmasse. Entsprechend ist für eine Teiggrundmasse weniger Wasser bzw. Zucker als bisher erforderlich, da diese Bestandteil durch Zuführen von Zuckereis der Teiggrundmasse zugeführt werden. Gerade beim Waffelbacken oder beim Backen von anderen Süß- und/oder Backwaren ist das Zuführen von Zuckereis bislang nicht bekannt. Insofern sieht eine Ausführungsform vor, dass beim Herstellen eines Teigs für Back- und/oder Süßwaren einer Teiggrundmasse Zuckereis, welches bevorzugt nach einem der vorstehend beschriebenen Verfahrensschritte hergestellt ist, zugeführt wird. Bevorzugt sieht eine Ausführungsform vor, dass bei der Herstellung eines Süß- und/oder Backwarenprodukts Zuckereis einer Grundteigmasse zugeführt wird. Die Mischung aus Teiggrundmasse und Zuckereis wird in einem späteren Schritt gebacken. Das so erzeugte Produkt weist eine höhere Qualität bei einem geringeren Aufwand auf. Entsprechend ist in einer Ausführungsform ein Süß- und/oder Backwarenprodukte vorgesehen, welches nach einem vorstehend beschriebenen Verfahren hergestellt ist. Das Zuckereis ist somit sowohl für eine Prozesskühlung, insbesondere bei der Herstellung von Teig, verwendbar. Zudem wird Zuckereis zur gekühlten Zuführung von in dem Zuckereis vorhandenen Zusätzen zu dem Teig verwendet.
Ein anderes Anwendungsbeispiel für das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung ist die Anwendung im Metzger- und/oder Fleischereibetrieben. Hier wird ein Kühleis einem Fleischteig zugeführt. Das Kühleis kühlt einerseits den Fleischteig, sodass dieser bei geringen Temperaturen weiter verarbeitbar, zum Beispiel knetbar, zerkleinerbar etc. ist. Zum anderen wird eine Zusatz, beispielsweise Wasser und Salz dem Fleischteig zugeführt. Die Fleischteiggrundmasse weist entsprechend weniger Bestandteile an Wasser und Salz bzw. an den in der Kühlmasse enthaltenen Bestandteilen auf. Auch lässt sich das Kühleis bei der Herstellung von Pizzateig und ähnlichen aus Teig hergestellten Produkten anwenden. Die Grundmasse weist entsprechende Bestandteile auf, die später in dem Teig Verwendung finden. Die Zumischung von Kühlmasse stellt eine niedrige Verarbeitungstemperatur des Teigs sicher.
In einer anderen Ausführungsform lässt sich das erfindungsgemäße Prinzip umkehren. Hier wird, sofern es für die Lebensmittelherstellung erforderlich ist, die Grundmasse nicht abgekühlt, sondern mit den vorhandenen Wärmetauschern erwärmt. Somit lässt sich die Vorrichtung auch für die Prozesssteuerung verwenden, bei der nicht gekühlt, sondern erwärmt werden soll.
Ein anderes Anwendungsbeispiel für das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung ist die Anwendung bei der direkten und kontinuierlichen Abkühlung durch die Vorrichtung nach Kochvorgängen von Massen und Lebensmittel wie beispielsweise Konfitüre, Marmelade, Apfelmus, Brei, Milchreis, Soßen oder Ähnliches nach dem Kochvorgang. Hierbei werden die vorgegebenen Temperaturen und Abkühlzeiten hygienisch und effizient nach Vorgabe der HACCP-Verordnung oder ähnlichen erreicht. Eine schnellere Anbindung an die Kühlkette, Weiterverarbeitung oder Verpackung etc. ist dadurch möglich.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist unter einem Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung ein Verfahren zu verstehen, bei welchem der Behälter bzw. das Gehäuse, in dem die Grundmasse oder Masse angeordnet ist, nicht in seiner horizontalen und/oder vertikalen Lage verändert wird, insbesondere bei dem der Behälter oder das Gehäuse nicht gekippt oder verschwenkt wird, um beispielsweise die Grundmasse oder Masse aus diesem herauszubewegen. Vielmehr erfolgt das Herstellen in dem Gehäuse/Behälter kippfrei. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Behälter/das Gehäuse, in dem die Grundmasse oder Masse angeordnet ist, lagefest angeordnet, zumindest für die Dauer des Herstellverfahrens. So ist in einer Ausführungsform der Behälter drehfest angeordnet. Der Behälter rotiert somit nicht um die Längsachse des Behälters oder eine andere Achse zum Herstellen von Binäreis. Das Verfahren zur Herstellung des Binäreises verläuft mit einem bewegungsfreien Behälter. Während des Herstellungsprozesses rotieren bzw. bewegen sich somit lediglich die Rührelemente gegenüber den Wärmetauscherplatten und dem Behälter. Die Wärmetauschereinrichtung bzw. kürzer der Wärmetauscher und/oder der Behälter sind lagefest, d.h. sie werden nicht gekippt, nicht rotiert oder anderweitig rotiert. Rotiert werden lediglich die Rührelemente. Der Behälter und/oder die Wärmetauscherplatten sind sowohl während der Entnahme des Binäreises als auch während der Herstellung des Binäreises lagefest, d.h. rotationsfest und/oder bewegungsfest angeordnet. Eine Entnahme des Binäreises ist während des Herstellungsverfahrens realisierbar, insbesondere auch ohne bewegen des Behälters und/oder des Wärmetauschers. Beweglich sind lediglich die Rührelemente angeordnet.
Es ist ein Wärmetauscher bereitgestellt, der mehrere voneinander angeordnete Wärmetauscherplatten aufweist. Die Wärmetauscherplatten sind fluidisch miteinander verbunden. Weiter weisen die Wärmetauscherplatten je eine Durchgangsöffnung auf, durch welche sich ein Antrieb einer und/oder die Welle/Achse einer Rühreinrichtung erstreckt. Radial und/oder quer von dem Antrieb/der Welle/Achse ragen zwischen den Wärmetauscherplatten Rührelemente ab. Der Antrieb und/oder die Rührelemente sind bewegbar zwischen den Wärmetauscherplatten ausgeführt. Die Rührelemente sind drehfest mit dem Antrieb verbunden. Entsprechend sind die Rührelemente zwischen benachbarten Wärmetauscherplatten bewegbar. Die Wärmetauscherplatten weisen in der Draufsicht eine beliebige Kontur auf. In einer Ausführungsform sind die Wärmetauscherplatten kreisförmig. In anderen Ausführungsformen sind die Wärmetauscherplatten oval, rundlich, eckig, viereckig, polygonal, rechteckig, quadratisch und dergleichen. Fluidisch sind die Wärmetauscherplatten über eine Zuleitung und eine Ableitung miteinander verbunden. Die Verbindung der Wärmetauscherplatten mit der Zuleitung und/oder der Ableitung erfolgt vorzugsweise an einem äußeren Rand der Wärmetauscherplatten. In anderen Ausführungsformen erfolgt eine fluidische Verbindung zwischen der Durchgangsöffnung und dem äußeren Rand. Die Wärmetauscherplatten umfassen zwei beabstandete Platten, die an Ihren Rändern - innen und außen - miteinander fluiddicht verbunden sind, sodass die Platten einen fluiddichten Innenraum bilden. Über entsprechende fluidische Verbindungen ist der Innenraum fluidisch mit dem Zulauf und dem Ablauf verbunden. Im Innenraum sind Strömungsleitmittel vorgesehen, welche eine optimierte Strömung des Fluids vom Zulauf zum Ablauf durch den Innenraum bewirken. Durch diesen einfachen Aufbau lässt sich der Wärmetauscher für viele Anwendungen ausbilden. Beispielsweise lässt sich der Wärmetauscher in Kesseln zur Vergrößerung der Wärmeübertragungsfläche einsetzen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Für gleiche oder ähnliche Bauteile oder Merkmale werden dabei einheitliche Bezugszeichen verwendet. Merkmale oder Bauteile verschiedener Ausführungsformen können kombiniert werden, um so weitere Ausführungsformen zu erhalten. Sämtliche aus den Ansprüchen der Beschreibung oder Zeichnungen hervorgehenden Merkmale und/oder Vorteile einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumliche Anordnung und Verfahrensschritte, können so für sich als auch in verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.
Es zeigen:

Fig. 1: schemtisch eine Querschnittsansicht einer Binäreisherstellungsvorrichtung;
Fig. 2: schematisch einen Ausschnitt einer Binäreisherstellungsvorrichtung in einer anderen Querschnittsansicht;
Fig. 3: schematisch die Binäreisherstellungsvorrichtung nach Fig. 2 in einer explosionsartigen Darstellung;
Fig. 4: schematisch eine andere Querschnittsansicht der Binäreisherstellungsvorrichtung nach Fig. 3;
Fig. 5: schematische eine perspektivische Ansicht einer Wärmetauschereinrichtung einer Binäreisherstellungsvorrichtung;
Fig. 6: schematisch in einer Draufsicht die Wärmetauschereinrichtung nach Fig. 5;
Fig. 7: schematische eine perspektivische Ansicht einer anderen Wärmetauschereinrichtung einer Binäreisherstellungsvorrichtung;
Fig. 8: schematisch in einer Draufsicht die Wärmetauschereinrichtung nach Fig. 7;
Fig. 9: schematisch in einer Seitenansicht eine Binäreisherstellungsvorrichtung;
Fig. 10: schematisch in einer Vorderansicht und einer Seitenansicht einen Ausschnitt der Binäreisherstellungsvorrichtung nach Fig. 9;
Fig. 11: schematisch in einer teilweise explosionsartigen Seitenansicht die Binäreisherstellungsvorrichtung nach Fig. 10;
Fig. 12: schematisch in einer Querschnittansicht eine andere Binäreisherstellungsvorrichtung;
Fig. 13: schematisch in einer anderen Querschnittsansicht die Binäreisherstellungsvorrichtung und
Fig. 14: schematisch in einer perspektivischen Ansicht eine Wärmetauschereinrichtung der Binäreisherstellungsvorrichtung nach Fig. 13.

Die Fig. 1 bis 14 zeigen verschiedene Ausführungsformen einer Wärmetauschereinrichtung 100 in verschiedenen Ansichten und Detaillierungsgraden. Gleiche oder ähnliche Bauteile werden mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Auf eine detaillierte Beschreibung bereits beschriebener Bauteile wird verzichtet.
Die Kühlmassenherstellungsvorrichtung 100 zur Herstellung von Kühlmasse, insbesondere von Binäreis aus einer flüssigen Grundmasse, Binäreissole oder Zuckerwasser, weist Mittel zur Durchführung eines Verfahrens zur Herstellung von einer temperierten Masse, Kühlmasse, Binäreis aus einer Grundmasse 10 wie einer Binäreissole oder Zuckerwasser auf, wobei ein Einfüllen der flüssigen Grundmasse 10 wie einer Binäreissole in ein Gehäuse 110, ein Kühlen der flüssigen Grundmasse 10 wie der Binäreissole mittels Kontaktieren einer in dem Gehäuse 110 angeordneten Wärmetauschereinrichtung 200 unter Rühren der Grundmasse 10 wie der Binäreissole oder dem Zuckerwasser durchgeführt wird, um so die temperierte Masse, das Kühleis oder das Binäreis bzw. das Zuckereis zu erzeugen, wobei das Kühlen bei Bildung einer Eisschicht an der Wärmetauschereinrichtung 200 unterbrochen wird, sobald die Eisschicht eine vorbestimmte Dicke erreicht und das Kühlen fortgeführt wird, sobald die Eisschicht die vorbestimmte Dicke unterschreitet.
Die Kühlmassenherstellungsvorrichtung 100 weist entsprechende Mittel auf, welche die Wärmetauschereinrichtung 200 umfassen. Weiter umfassen die Mittel eine Regeleinrichtung. Zudem umfassen die Mittel eine Rühreinrichtung 500. Außerdem umfassen die Mittel eine Neigungsregulierung 400. Weiter umfassen die Mittel eine Fördereinrichtung 600. Die Kühlmassenherstellungsvorrichtung 100 ist auf einem Boden oder einer Standfläche 20, die auch als Wiegeeinrichtung ausgebildet sein kann, angeordnet. Über die Neigungsregulierung 400 ist die Kühlmassen- oder Binäreisherstellungsvorrichtung 100 gegenüber der Standfläche 20 in eine Schräglage bringbar oder neigbar, wie in Fig. 1 dargestellt. Dabei ist über die Neigungsregulierung 400 ein Neigungswinkel 410 einstellbar, mit dem die Kühlmassenherstellungsvorrichtung 100 gegenüber der Standfläche 20 geneigt ist. Der Neigungswinkel 410 berechnet sich hier aus einer Schräglage des Gehäuses 110 der Kühlmassenherstellungsvorrichtung 100 bzw. einer Achse A der Kühlmassenherstellungsvorrichtung 100 gegenüber der Standfläche 20. Dabei umfasst die Neigungsregulierung 400 mindestens ein verstellbares Neigungselement 420, welches ausfahrbar ist. Das Neigungselement 420 ist hier als ausfahrbarer Standfuß 421 ausgebildet. Die Standfläche 20 ist bevorzugt Bestandteil der Neigungsregulierung 400. Für eine Auflage der Kühlmassenherstellungsvorrichtung 100 auf einer tragenden Struktur weist die Neigungsregulierung entsprechende Standfüße 21, die auch als Wiegefüße ausgebildet sein können, auf.
In dem Behälter 110 ist neben der Grundmasse 10, insbesondere der Binäreissole oder des Zuckerwassers, die Wärmetauschereinrichtung 200, zumindest teilweise, angeordnet. Die Wärmetauschereinrichtung 200 umfasst einen Vor- oder Zulauf 210 für ein Wärme- oder Kältemittel (kurz: Kältemittel), einen Ablauf oder Rücklauf 220 für das Kältemittel und mehrere mit dem Vorlauf 210 und dem Rücklauf 220 fluidisch verbundene Wärmetauscherplatten 230. Die Wärmetauscherplatten 230 sind von dem Kältemittel durchströmbar. Um eine optimale Durchströmung zu realisieren, weisen die Wärmetauscherplatten 230 einen von zwei stirnseitigen Seitenwandungen und einer dazu mantelflächig angeordneten Wandung umgebenden Innenraum auf, der sowohl mit dem Vorlauf 210 als auch mit dem Rücklauf 220 fluidisch verbunden ist. Zur Ausbildung einer geeigneten Durchströmung sind in dem Innenraum verschiedene Strömungsleitmittel 235 angeordnet, um beispielsweise ein bestimmtes Flowfield oder Strömungsfeld zu realisieren. Der Vorlauf 210 und der Rücklauf 220 sind exzentrisch zu den Wärmetauscherplatten 230 angeordnet. Dabei verlaufen der Vorlauf 210 und der Rücklauf 220 in axiale Richtung A. Das Gehäuse 110 weist weiter eine Zuführstelle 111 und eine Zapfstelle 112 auf. Wie durch die Pfeile bei 111 und 112 angedeutet, verläuft entsprechend die Zufuhr von Grundmasse 10, wie Binäreissole bzw. Zuckerwasser bzw. die Abfuhr von Kühleis bzw. Binäreis.
Über die Zuführstelle 111 wird die Grundmasse 10 dem Behälter oder Gehäuse 110 zugeführt. Hierzu wird die Grundmasse 10 über eine Niveauregulierung 700 dem Gehäuse 110 zugeführt. Die Niveauregulierung 700 umfasst einen ersten Solebehälter 710 und einen zweiten Solebehälter 720. In den ersten Solebehälter 710 wird eine gesättigte Grundmasse 10 bevorratet, beispielsweise eine gesättigte Kochsalzlösung. In dem zweiten Solebehälter 720 befindet sich die Grundmasse 10 mit einer gewünschten Grundmassenkonzentration, beispielsweise von 0,5 bis 3,5 % Kochsalzlösung (Volumen-% oder Massen-%). Um den gewünschten Konzentrationswert zu erhalten, wird die Konzentration in dem zweiten Solebehälter 720 erfasst. Liegt die Konzentration über dem gewünschten Konzentrationswert, so wird die Grundmasse 10 verdünnt, beispielsweise durch Zufuhr von Grundmasse 10 geringerer Konzentration oder von Wasser. Liegt die Konzentration unter dem gewünschten Konzentrationswert, so wird die Grundmasse 10 konzentriert, beispielsweise durch Zufuhr von Grundmasse 10 höherer Konzentration, bevorzugt mit der gesättigten Grundmasse 10 aus dem ersten Solebehälter 710. Liegt eine gewünschte Konzentration vor, so wird die Grundmasse 10 aus dem zweiten Solebehälter 720 dem Behälter 110 zugeführt. Dabei erfolgt das Zuführen entsprechend der Niveauregulierung 700. Diese regelt neben der Konzentration der Grundmasse 10, insbesondere der Grundmasse 10 in dem zweiten Solebehälter 720, auch weitere Parameter. So regelt die Niveauregulierung 700 auch einen Füllstand der Grundmasse 10 in dem Behälter 110. Dies erfolgt beispielsweise über eine Schwimmermessung, optisch oder mit anderen Mitteln. Um aus der Grundmasse 10 Binäreis herzustellen, wird die Grundmasse 10 in dem Behälter 110 gekühlt, insbesondere vorgekühlt. Hierzu umfasst die Niveauregulierung 700 einen Kälteregler bzw. einen entsprechenden Kältekreis. Dabei erfolgt die Kühlung der Grundmasse 10 durch Kontaktierung von Wärmetauscheroberflächen der Wärmetauscherplatten 230. Um Binäreis herzustellen, ist eine Durchmissung von Grundmasse 10 und kristallisierter bzw. gefrorener Grundmasse 10 erforderlich. Dies erfolgt mittels der Rühreinrichtung 500. Die Rühreinrichtung 500 umfasst einen Rührantrieb 510. Der Rührantrieb 510 umfasst eine Rührwelle 520 und eine die Rührwelle 520 antreibenden Rührmotor 530. Die Rührwelle 520 ist zentrisch zu den Wärmetauscherplatten 230 angeordnet. Hierzu weisen die Wärmetauscherplatten 230 jeweils eine zentrische Durchgangsöffnung 231 auf, durch welche sich die Rührwelle 520 erstreckt. Radial nach außen abragend weist die Rührwelle 520 Rührelemente 540 auf, die zum Durchmischen oder Rühren der Grundmasse 10 bzw. des Binäreises oder dem Gemisch aus beiden ausgebildet sind. Die Rührelemente 540 sind in den Zwischenräumen 232 zwischen den Wärmetauscherplatten 230 angeordnet. Dabei sind die Rührelemente 540 schaufelartig ausgebildet, sodass die Grundmasse 10 bzw. das Binäreis radial nach außen weg von der Rührwelle 520 in Richtung Behälterwandung 110b bewegt wird. Bevorzugt wird das eisreichere Grundmassengemisch radial nach außen transportiert. Das eisärmere Grundmassengemisch bzw. die Grundmasse 10 dringt durch die Durchgangsöffnungen 231 der Wärmetauscherplatten 230 nach. Auf diese Weise ist eine effiziente Durchmischung realisiert. Zudem erfolgt ein verbessertes Durchmischen aufgrund der Schrägstellung des Behälters 110 und somit der Wärmetauchereinrichtung 100 und der Rühreinrichtung 500. Die Durchmischung wird aufgrund der Schwerkraftwirkung unterstützt. Um das Binäreis bzw. die Grundmasse 10 zusätzlich zu fördern, ist die entsprechende Fördereinrichtung 600 vorgesehen. Diese ist in den hier dargestellten Ausführungsformen in die Rühreinrichtung 500 integriert, insbesondere durch die Form der Rührelemente 540. teilweise ist die Fördereinrichtung 600 auch in die Neigungsregulierung 400 integriert, da durch die Schrägstellung eine Förderung des Binäreises bzw. der Grundmasse unterstützt wird. Aufgrund der Schrägstellung und der geringeren Dichte des Binäreises gegenüber der Grundmasse 10 bewegt sich das Binäreis von dem tiefsten Punkt, an dem die Zuführstelle 111 liegt, hin zu einer höheren Lage. An der höheren Lage ist die Zapfstelle 112 ausgebildet. Aufgrund der Schräglage ist garantiert, dass das Binäreis bzw je nach Schräglage ein Binäreisgemisch mit einerm geringeren Anteil an Grundmasse 10 an der Zapfstelle 112 anliegt und dort gezapft werden kann. Um eine Beschleunigung des Binäreisherstellungsprozesses zu bewirken, kann ein gezapftes Binäreis bzw Binäreisgemisch zurück zu der Zuführstelle 111 rückgeführt und dem Behälter 110 wieder zugeführt werden. Dabei ist beispielsweise die Schrägelage verstellbar.
Die Fig. 1 zeigt schemtisch eine Querschnittsansicht der Binäreisherstllungsvorrichtung 100. Hier ist der Aufbau grob dargetellt. Der Behälter 110 weist drei Wartungsöffnungen 113 auf. Der eingestellte Neigungswinkel beträgt etwa 10°. Der Behälter 110 ist nahezu bis zum Rand gefüllt. Angedeutete sind zwei unterschiedliche Füllstände, die sich über die Niveauregulierung 700 einstellen lassen. Die Rührwelle 520 ist an einer stirnseitigen Wandung oder Stirnseite 110a des Behälters 110 nahe der Zuführstelle 111 gelagert. An der entgegengesetzten Seite ist der Rührmotor 530 vorgesehen. Dieser befindet sich außerhalb des Behälters 110. Für einen Antrieb der Rührwelle 520 ohne Durchdringung oder Durchgangsöffnung an der entsprechenden - hier zapfstellenseitigen - Stirnwand bzw. Stirnseite 110a des Behälters 110 ist eine Magnetkopplung 520 vorgesehen. Über diese ist ein Antrieb der Rührwelle 520 von außen ohne Durchdringung und somit ohne Abdichtung an der Stirnseite 110a möglich. Aufgrund der Schräglage ist ein Druck durch die Grundmasse 10 bzw. das Binäreis auf die Stirnseite 110a geringer als in Horizontallage.
Die Fig. 2 zeigt schematisch einen Ausschnitt der Kühlmassenherstellungsvorrichtung 100 in einer anderen Querschnittsansicht. Die Niveuregulierung 700 ist hier nicht dargstellt. Der isolierte Behälter bzw. das Gehäuse 110 ist, wie auch in Fig. 1, als dünnwandiger, etwa zylindrischer Behälter 110 mit zwei leicht nach außen gewölbten Stirnseiten 110a ausgebildet. Entsprechend erstreckt sich der Behälter 110 entlang der axialen Richtung A. Eine Mittelachse des Behälters 110 und eine Mittelachse der Rührwelle 520 sind konzentrisch zueinander ausgebildet. Die Rührwelle 520 ist über die Magnetkopplung 550 mit dem Rührmotor 530 gekoppelt. Da die entsprechende Stirnseite aufgrund der Magnetkopplung 550 nicht durchbrochen werden muss, ist die Anordnung der Magnetkopplung 550 und der Rührwelle 520 frei wählbar, also auch an der tiefergelegenen Stirnseite vorsehbar. Die Wärmetauscherplatten 230 sind als ringkreisförmige Platten ausgebildet und ragen radial von einer gedachten Mittelachse nach außen ab. Die gedachte Mittelachse der Wärmetauscherplatten 230 ist konzentrisch zu der Mittelachse der Rührwelle 520 und des Behälters 110 angeordnet. Dabei sind die Wärmetauschserplatten 230 gleich beabstandet zueiander in die axiale Richtung A angeordnet. Radial sind die Wärmetauscherplatten 230 gleich beabstandet von der Seitenwand 110b des Behälters 110. Zwischen den Wärmetauscherplatten 230 sind die Rührelemente 540 radial nach außen ragend angeordnet. Die Rührelemente 540 sind in axiale Richtung A gleich beabstandet zueinander und im Wesentlichen gleich ausgebildet. Dabei sind die Rührelemente 540 beabstandet zu den Wärmetauscherplatten 230 für ein kontaktloses Rühren angeordnet. Die Rührelemente 540 sind in axialer Richtung A beabstandet zu der Seitenwand 110b des Behälters 110 ausgebildet.
Die Fig. 3 zeigt schematisch die Kühlmassenherstellungsvorrichtung 100 nach Fig. 2 in einer explosionsartigen Darstellung. Die Wärmetauschereinrichtung 200 ist bevorzugt integriert mit der Rühreinrichtung 500 ausgebildet, sodass beide gemeinsam bei der Montage in den Behälter 110 einsetzbar sind. Bevorzugt ist ein als abnehmbare Stirnwand 110a ausgebildeter Deckel 114 des Behälters 110 ebenfalls integriert mit der Wärmetauschereinrichtung 200 und/oder der Rühreinrichtung 500 ausgebildet. Aufgrund der Magnetkopplung 550 ist die Stirnwand 110 in axiale Richtung im Bereich der Rührwelle 520 unterbrechungsfrei ausgebildet.
Die Fig. 4 zeigt schematisch eine andere Querschnittsansicht der Kühlmassenherstellungsvorrichtung 100 nach Fig. 3. In der Ansicht ist die Rühreinrichtung 500 nicht dargestellt. Der Behälter 110 ist im Wesentlichen hohlzylindrische ausgebildet. Die Wärmetauscherplatten 230 sind radial konstant beabstandet zu der Seitenwandung 110b des Behälters 110. Dabei weisen die Wärmetauscherplatten 230 die zentrische Durchgangsöffnung 231 für die Rührwelle 520 auf. Die Mittelachse der Durchgangsöffnung 231 ist konzentrisch zu der Mittelachse des Behälters 110. Die Wärmetauscherplatten 230 weisen in deren Innenraum ein Flowfield auf. Das Flowfield ist durch Schweißungen, Vertiefungen oder andere Strömungsleitmittel 235 der Wärmetauscheroberflächen in Richtung Innenraum mitdefiniert. Radial nach außen erstreckt sich von der zentrischen Durchgangsöffnung 231 ein Schlitz 233 für eine seitliche Montage der Rührwelle 540 in die Durchgangsöffnung 231. Der Zulauf 210 und der Ablauf 220 sind zwischen einem radial äußeren Rand der Wärmetauscherplatte 230 und der Seitenwandung 110b des Behälters 110 angeordnet. Der Zulauf 210 und der Ablauf 220 erstrecken sich in axialer Richtung A.
Die Fig. 5 zeigt schematische eine perspektivische Ansicht einer anderen Wärmetauschereinrichtung 200 der Kühlmassenherstellungsvorrichtung 100. In der hier dargestellten Ausführungsform weisen die Wärmetauscherplatten 230 keinen Schlitz 233 auf. Die Rührwelle 520 wird hier axial durch die Durchgangsöffnungen 231 eingeschoben. Der Vorlauf 210 und der Rücklauf 220 sind teilweise in den Wärmetausscherplatten 230 aufgenommen. Hierzu weisen die Wärmetauscherplatten 230 entsprechende Aufnahmen 234 auf, wie in Fig. 6 dargestellt.
Die Fig. 6 zeigt schematisch in einer Draufsicht die Wärmetauschereinrichtung 200 nach Fig. 5. Die Aufnahmen 234 für den Vorlauf 210 und den Rücklauf 220 sind an einem äußeren Rand der Wärmetauscherplatte 230 ausgebildet, wobei diese den Rand unterbrechen. Hierdurch ragt ein dort aufgenommener Zulauf 210 und/oder Rücklauf 220 noch über den Rand in Richtung Seitenwand 110b des Behälters 110 hervor. Eine fluidische Verbindung des Innenraums der Wärmetauscherplatte 230 mit dem Zulauf 210 bzw. dem Ablauf 220 erfolgt somit ohne externe Verbindungsmittel, sondern integriert.
Die Fig. 7 zeigt schematische eine perspektivische Ansicht einer anderen Wärmetauschereinrichtung 200 einer Kühlmassenherstellungsvorrichtung 100. Bei ansonsten gleichem Aufbau wie in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 und 6, weist die Ausführungsform nach Fig. 7 Aufnahmen 234 auf, die den Rand nicht unterbrechen, sondern als exzentrische Durchgangsöffnungen in der Wärmetauscherplatte 230 ausgebildet sind. Ein dort aufgenommener Zulauf 210 bzw. Ablauf 220 ragt nicht radial über den Rand der Wärmetauscherplatte 230 hervor. Hierdurch ist ein radialer Abstand der Wärmetauscherplatten 230 zu der Seitenwand 110b des Behälters 110 geringer zu bemessen.
Die Fig. 8 zeigt schematisch in einer Draufsicht die Wärmetauschereinrichtung 200 nach Fig. 7. Die beiden als Durchgangsöffnungen ausgebildeten Aufnahmen 234 durchdringen die Wärmetauscherplatte 230, wobei der Querschnitt der Aufnahme 234 komplett innerhalb des entsprechenden Querschnitts der Wärmetauscherplatte 230 liegt. Eine Ausführungsform der Kühlmassenherstellungsvorrichtung 100 mit der Wärmetauschereinrichtung 200 nach Fig. 4 ist in Fig. 9 dargestellt.
Die Fig. 9 zeigt schematisch in einer Seitenansicht die Kühlmassenherstellungsvorrichtung 100 mit der Wärmetauschereinrichtung 200 nach Fig. 8. Der Vorlauf 210 und der Rücklauf 220 verlaufen nicht in radialer Richtung seitlich der Wärmetauscherplatten 230, sondern durchdringen diese. Hierdurch ist ein gleichmäßiger Abstand in radialer Richtung zwischen Wärmetauscherplatten 230 und Gehäuse 110 realisiert. Im Wesentlichen entspricht der in Fig. 9 gezeigte Aufbau dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1. Die Kühlmassenherstellungsvorrichtung 100 ist kompakter ausgebildet mit einem Behälter 110 mit zwei Wartungsöffnungen 113. Die Wärmetauschereinrichtung 200 weist neun Wärmetauscherplatten 230 auf. Die Rühreinrichtung 500 weist zehn Rührelemente 540 auf. Die der Rührwelle 520 zugewandte Stirnseite(n) sind unterbrechungsfrei ausgebildet, da dir Rührwelle 520 über die Magnetkopplung 550 kontaktlos mit dem Rührmotor 530 gekoppelt bzw. koppelbar ist.
Die Fig. 10 zeigt schematisch in einer Vorderansicht und einer Seitenansicht einen Ausschnitt der Kühlmassenherstellungsvorrichtung 100 nach Fig. 9, jedoch mit einer Wärmetauschereinrichtung 200, welche einen Schlitz 233 zur Montage der Rührwelle 520 aufweist und bei, welcher der Vorlauf 210 und der Rücklauf 220 radial seitlich zu den Wärmetauscherplatten 230 angeordnet ist. Die Fig. 11 zeigt schematisch in einer teilweise explosionsartigen Seitenansicht die Kühlmassenherstellungsvorrichtung 100 nach Fig. 10. Hier ist deutlich der relativ große radiale Abstand der Wärmetauscherplatten 230 zu dem Behälter 110 zu sehen, welcher mindestens der Breite in radialer Richtung des Zulaufs 210 bzw. des Ablaufs 220 entspricht. Die Rührwelle 520 ist kontaktlos über die Magnetkopplung 550 mit dem Rührmotor 530 gekoppelt. In einer Ausführungsform lässt sich die Rührwelle 520 in Rührwellensegmente axial unterteilen. Über entsprechende Kopplungen, beispielsweise auch Magnetkopplungen, lassen sich die Segmente zu einer Gesamtwelle verbinden.
Die Fig. 12 zeigt schematisch in einer Querschnittansicht eine andere Kühlmassenherstellungsvorrichtung 100. Die Kühlmassenherstellungsvorrichtung 100 ist gegenüber dem vorherigen Ausführungsbeispiel größer ausgelegt und weist entsprechend mehr Wärmetauscherplatten 230 auf, die zudem eine größere Wärmetauscheroberfläche aufweisen, und entsprechend mehr Rührelemente 540. Die Neigungsregulierung 400 weist ein Drehlager 425 auf, welches an einem Ende den Behälter 110 drehbar lagert. Axial beabstandet davon ist ein Linearaktor 426 ausgebildet, der flexibel mit dem Behälter 110 verbunden ist. Durch Verfahren des Linearaktors 426 ist der Neigungswinkel 410 einstellbar. Aufgrund der freien Anordnung des Rührmotors aufgrund der Magnetkopplung und damit verbunden der durchgangsöffnungsfreien Stirnseite ist eine Neigung frei wählbar, da keine Abdichtungen vorgesehen sind, die bei einer Schräglage evtl. höher belastet werden aufgrund eines auf die Stirnseite drückenden Fluids.
Die Fig. 13 zeigt schematisch in einer anderen Querschnittsansicht die Kühlmassenherstellungsvorrichtung 100. Die Rührwelle 520 ist in der zentrischen Durchgangsöffnung 231 der Wärmetauscherplatte 230 angeordnet. Der Zulauf 210 und der Ablauf 220 sind radial seitlich beabstandet zu der Wärmetauscherplatte 230 zwischen Wärmetauscherplatte 230 und Seitenwand 110b des Behälters 110 angeordnet. Radial von der Rührwelle 520 erstreckt sich das Rührelement 540. Das Rührelement 540 ist hier propellerartig oder schaufelartig ausgebildet. Dabei weist das Rührelement 540 ein im Querschnitt S-förmiges Profil auf. Zusätzlich weist das Rührelement 540 eine sich verändernde Krümmung in axiale Richtung A auf, um so eine zusätzliche Förderung in eine weitere Richtung - in axiale Richtung - zu bewirken. Auf diese Weise ist die Födereinrichtung 600 in die Rühreinrichtung 500 integriert. Das Fördern erfolgt dabei einerseits radial entlang der Wärmetauscheroberflächen. Durch die S-förmige Krümmung und die Fliehkräfte erfolgt dabei ein Fördern radial nach außen in Richtung Seitenwand 110b des Behälters 110. Zudem erfolgt ein Fördern in axiale Richtung A durch die Axialkrümmung des Rührelements 540. Somit erfolgt eine dreidimensionale Durchmischung und/oder Förderung, welche zudem durch die Schräglage der Achse A bzw. des Gehäuses 110 unterstützt wird.
Die Fig. 14 zeigt schematisch in einer perspektivischen Ansicht die Wärmetauschereinrichtung 200 der Kühlmassenherstellungsvorrichtung 100 nach Fig. 13. Der Vorlauf 210 und der Rücklauf 220 verlaufen radial außerhalb der Wärmetauscherplatten 230. Die Wärmetauscherplatten 230 weisen im Inneren das Strömungsfeld oder Flowfield auf. Dabei weist das Strömungsfeld als Strömungsleitmittel 235 kreisbogenartige Wandungen auf, die sich von einer Innenseite der Wärmetauscherplatte 230 zu der gegenüberliegenden Seite erstrecken. Auf diese Weise wird dem Kältemittel im Innenraum ein Strömungsweg vorgegeben. Zudem sind Vorsprünge bzw. Vertiefungen im Innenraum vorgesehen, welche eine bessere Verwirbelung des Kältemittels im Innenraum bewirken. Hierdurch ist eine effektivere Wärmeübertragung realisiert.
Die Vorrichtung ist für viele Einsatzzwecke geeignet. So lässt sich die Vorrichtung auch bei Stoffgemischen verwenden, die sich bei vorbestimmten Temperaturbereichen voneinander trennen, beispielsweise bei einem Gas-Flüssigkeitsgemisch in eine flüssige Phase und eine gasförmige Phase. So findet die Vorrichtung beispielsweise bei der Stofftrennung in Klärwerken Verwendung.
Es versteht sich, dass, obwohl in der vorstehenden Zusammenfassung und der ausführlichen Beschreibung der Figuren lediglich eine beispielhafte Ausführung beschrieben wurde, eine Reihe weiterer Ausführungen existiert. Vielmehr wird die vorstehende ausführliche Beschreibung dem Fachmann als geeignete Anleitung zum Ausführen zumindest einer beispielhaften Ausführungsform nutzen. Es versteht sich auch, dass die vorstehend genannten Merkmale der Erfindung nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Bezugszeichenliste

10: Grundmasse (Binäreissole, Zuckerwasser)
20: Standfläche
21: Standfuß
100: Kühlmassenherstellungsvorrichtung
110: Gehäuse (Behälter)
110a: Stirnseite
110b: Seitenwand(ung)
111: Zuführstelle
112: Zapfstelle
113: Wartungsöffnung
114: Deckel
200: Wärmetauschereinrichtung
210: Vor-/Zulauf
220: Rück-/Ablauf
230: Wärmetauscherplatte

231: Durchgangsöffnung
232: Zwischenraum
233: Schlitz
234: Aufnahme
235: Strömungsleitmittel

400: Neigungsregulierung
410: Neigungswinkel
420: Neigungselement
421: Standfuß
425: Drehlager
426: Linearaktor

500: Rühreinrichtung
510: Rührantrieb
520: Rührwelle
530: Rührmotor
540: Rührelement
550: Magnetkopplung
600: Fördereinrichtung
700: Niveauregulierung
710: Solebehälter (erster)
720: Solebehälter (zweiter)
A: Achse, axiale Richtung / Axialrichtung

Claims

Kühlmassenherstellungsvorrichtung (100) zur kontinuierlichen Herstellung von einer fließfähigen, pumpfähigen temperierten oder gekühlten Masse oder Kühlmasse, insbesondere zur Verwendung als und/oder für Lebensmittel und Nahrungsmittel aus einer fließfähigen Grundmasse (10), wobei Mittel zur kontinuierlichen Herstellung einer fließfähigen, pumpfähigen temperierten oder gekühlten, Masse oder Kühlmasse vorgesehen sind, wobei die Mittel eine in einem Gehäuse (110) angeordnete Wärmetauschereinrichtung (200) zur Bildung einer Schicht, insbesondere einer Eisschicht an der Wärmetauschereinrichtung umfassen, welche mehrere zueinander beabstandete und zumindest teilweise miteinander fluidisch verbundene Wärmetauscherplatten (230) aufweist, wobei für ein Rühren nach außen dazwischen Rührelemente vorgesehen sind, die entsprechende Förder- oder Leitmittel aufweisen, wobei beim Rühren die Grundmasse und/oder die Masse radial entlang der Wärmetauscheroberflächen nach außen bewegt wird, dadurch gekennzeichnet, dass
das Rühren in eng beabstandeter Nähe zu den Wärmetauscheroberflächen erfolgt, und wobei für eine Kraftübertragung auf die Rührelemente von außerhalb des Gehäuses (110) nach innen eine kontaktlose Kraftübertragungseinheit, genauer eine Magnetkopplung (550), vorgesehen ist, sodass im Bereich der Kraftübertragung das Gehäuse (110) durchbruchsfrei ausgebildet ist, wobei die Mittel weiter eine Regeleinrichtung umfassen, um bei Überschreiten einer Massenschichtdicke mindestens an einer Wärmetauscherplatte anhaftenden Masse die Wärmetauschereinrichtung (200) herauf- bzw. herunterzuregeln und bei Unterschreiten der Massenschichtdicke die Wärmetauschereinrichtung (200) herauf- bzw. herunterzuregeln, das bedeutet eine Leistung der Wärmetauschereinrichtung (200) zu verändern.
Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung einer fließfähigen, pumpfähigen temperierten oder gekühlten, Masse oder Kühlmasse, insbesondere zur Verwendung als und/oder für Lebensmittel und Nahrungsmittel aus einer fließfähigen Grundmasse (10), umfassend die Schritte: Einfüllen der fließfähigen Grundmasse in ein Gehäuse (110) einer Kühlmassenherstellungsvorrichtung (100) nach Anspruch 1, Temperieren oder Kühlen, der fließfähigen Grundmasse mittels Kontaktieren einer in dem Gehäuse (110) angeordneten Wärmetauschereinrichtung (200) unter Rühren der Grundmasse (10), um so die pumpfähige, gekühlte Masse oder Kühlmasse zu erzeugen, wobei das Temperieren, insbesondere das Kühlen, bei Bildung einer Schicht, insbesondere einer Eisschicht, an der Wärmetauschereinrichtung (200) unterbrochen wird, sobald die Schicht oder die Eisschicht, eine vorbestimmte Dicke erreicht und das Temperieren oder das Kühlen fortgeführt wird, sobald die Schicht die vorbestimmte Dicke unterschreitet, wobei beim Rühren die Grundmasse und/oder die Masse radial entlang der Wärmetauscheroberflächen nach außen bewegt wird und wobei eine Kraftübertragung für das Rühren von außerhalb des Gehäuses nach innen kontaktlos ohne Durchbruch durch das Gehäuse durchgeführt wird, wobei das Rühren kontaktlos zu den Wärmetauscheroberflächen erfolgt, wobei das Rühren in eng beabstandeter Nähe zu den Wärmetauscheroberflächen durchgeführt wird, wobei ein Abstand zwischen einer Rühroberfläche eines Rührelements und der Wärmetauscheroberfläche derart gewählt wird, dass erst eine vorbestimmte Schichtdicke bzw. Ansammlung von festen Bestandteilen bzw. Eisdicke ein Rühren blockieren kann und wobei das Temperieren parallel und/oder seriell an mehr als zwei Oberflächen der Wärmetauschereinrichtung durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren in einer Schräglage durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass
das Temperieren oder Kühlen der Masse durch ein Temperieren oder Kühlen der Masse auf eine Temperatur im Bereich von plus/minus 5 Grad um den Schmelzpunkt bzw. Gefrierpunkt der Grundmasse durchgeführt wird, bevorzugt in einem Bereich von plus/minus 3 Grad um den Schmelzpunkt bzw. Gefrierpunkt und am meisten bevorzugt um plus/minus 1,5 Grad um den Schmelzpunkt bzw. Gefrierpunkt.
Energiesystem, insbesondere ein Klimatisierungssystem zum Klimatisieren von Räumen oder Erwärmen von Brauchwasser, als Energiequelle für Wärmepumpensysteme, bei dem Energie und/oder Wärme aus einem latenten Energie- bzw. Wärmespeicher gezogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass
eine Kühlmassenherstellungsvorrichtung (100) nach Anspruch 1 zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorherigen Ansprüche 2 bis 4 umfasst ist, um Binäreis als latenten Energie- bzw. Wärmespeicher bereitzustellen das mit der Kühlmassenherstellungsvorrichtung (100) nach dem Verfahren eines der vorherigen Ansprüche 2 bis 4 hergestellt ist.
Verwendung einer Kühlmassenherstellungsvorrichtung (100) nach Anspruch 1 für die kontinuierliche Herstellung einer fließfähigen, pumpfähigen, gekühlten Masse oder Kühlmasse zur Verwendung als und/oder für Lebensmittel und Nahrungsmittel.
Verwendung von fließfähiger, pumpfähiger Kühlmasse, genauer von einer gemäß einem Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4 hergestellten und/oder einer mit einer Kühlmassenherstellungsvorrichtung (100) nach Anspruch 1 hergestellten Kühlmasse, als latenter Energie- bzw. Wärmespeicher, insbesondere bei der Lebensmittelkühlung wie der Frischfischkühlung, der Teigkühlung, bei der Energie- bzw. Wärmespeicherung wie der latenten Energie- bzw. Wärmespeicherung in Energie- bzw. Wärmesystemen, Energie- bzw. Wärmerückführungssystemen.
Verwendung von gekühlter, pumpfähiger fließfähiger Masse, genauer von einer gemäß einem Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4 hergestellten Masse, als latenter Energie- bzw. Wärmespeicher zur Klimatisierung von Räumen, bei dem Energie bzw. Wärme in einem latenten Energie- bzw. Wärmespeicher gespeichert oder eingepuffert bzw. herausgeführt oder abgezogen wird.