NL1006921C2

NL1006921C2 - Device for preparing slurry ice

Info

Publication number: NL1006921C2
Application number: NL1006921A
Authority: NL
Inventors: Robert Jans; Johannes Gerardus Romijn
Original assignee: Fri Jado Bv
Priority date: 1997-09-02
Filing date: 1997-09-02
Publication date: 1999-03-04

Abstract

In the container is a mixture of water and a fluid of which the vapour pressure is higher than that of water. Under the level of the mixture in the container is an outlet channel and a water input feed is provided. Pressure regulating devices create a pressure in the container and a temperature of the cold body so that only at least the main part of the fluid is evaporated out of the mixture. The vapour produced is condensed on the cold body and flows back into the mixture. A fan is fitted in the container to cause the vapour to circulate. The cold body is a heat exchanger and the cooling surface of it is at least to an extent greater than its cooled surface. Ethanol or methanol is used as mixture fluid.

Description

ββ

INRICHTING ΕΝ WERKWIJZE VOOR HET BEREIDEN VAN EEN IJSBRIJAPPARATUS ΕΝ METHOD FOR PREPARING AN ICE CREAM

5 De uitvinding heeft betrekking op een inrichting en een werkwijze voor het bereiden van een ijsbrij.The invention relates to an apparatus and a method for preparing an ice cream slurry.

Door de toenemende weerstand tegen het gebruik van klassieke koelmiddelen, die door middel van verdamping hun koude overdragen aan de te koelen produkten, in het 10 bijzonder als gevolg van de negatieve milieu-aspecten en de giftigheid daarvan, is de belangstelling voor andere soorten koelmiddelen de laatste tijd sterk toegenomen.Due to the increasing resistance to the use of conventional refrigerants, which transfer their cold to the products to be cooled by evaporation, in particular as a result of the negative environmental aspects and the toxicity thereof, interest in other types of refrigerants has increased. increased significantly recently.

Hierbij is de laatste tijd ook de aandacht gevestigd op het gebruik van ijs, waarbij de bij het smelten van 15 het ijs vrijkomende kou gebruikt wordt voor het afkoelen. Om het ijs transporteerbaar te maken, wordt gebruik gemaakt van zogenaamd "slurry-ice". Als gevolg van de specifieke vorm van de kristallen is deze, uit "slurry-ice" samengestelde ijsbrij gemakkelijk verpompbaar en dus 20 verplaatsbaar.Recently, attention has also been drawn to the use of ice, whereby the cold released during the melting of the ice is used for cooling. So-called "slurry ice" is used to make the ice transportable. Due to the specific shape of the crystals, this ice slurry composed of slurry ice is easily pumpable and thus movable.

In het bijzonder bij gebruik van centrale koude-opwekking komen de positieve veiligheids- en milieuaspecten naar voren.Particularly when using centralized cold generation, the positive safety and environmental aspects emerge.

Uit het tijdschriftartikel "Werken met water als 25 koudemiddel" uit het tijdschrift "Koude- en luchtbehande-ling", maart 1997, pagina's 51-55, is een inrichting en een werkwijze bekend voor het bereiden van een ijsbrij, waarbij gebruik gemaakt wordt van een sublimatieverdam-per. Hierbij wordt waterdamp onder zeer lage druk afge-30 koeld op een koellichaam, waardoor de damp zonder vloeistof -tussenfase direkt sublimeert tot ijs. Regelmatig moet dit koellichaam dan ook afgeschraapt worden om verstopping van het koellichaam te voorkomen. De bij het afschrapen ontstane ijskristallen komen terecht in het 35 bad van de ijsbrij en worden daarin opgenomen.From the magazine article "Working with water as a refrigerant" from the magazine "Cold and air treatment", March 1997, pages 51-55, an apparatus and a method is known for preparing an ice slurry, using a sublimation damper. Here, water vapor is cooled under very low pressure on a heat sink, whereby the vapor without liquid intermediate phase directly sublimates to ice. This heatsink must therefore be scraped regularly to prevent clogging of the heatsink. The ice crystals formed during the scraping end up in the bath of the ice slurry and are incorporated therein.

Het zal duidelijk zijn dat dit tot een minder aantrekkelijke inrichting leidt; het afschrapen van het ijs 1 006921 2 van het koellichaam vereist een gecompliceerd apparaat dat in hoge mate aan slijtage onderhevig is.It will be clear that this leads to a less attractive layout; scraping the heat sink ice 1 requires a complicated device that is highly susceptible to wear.

Het doel van de onderhavige uitvinding is het vermijden van bovengenoemd probleem.The object of the present invention is to avoid the above problem.

5 Dit wordt bereikt door het verschaffen van een inrichting voor het bereiden van een ijsbrij, omvattende: - een ten opzichte van de omgeving gasdicht vat; - een in het vat aangebracht koelelement; - een in het vat aangebrachte hoeveelheid mengsel 10 van water en een met water mengbare vloeistof, waarvan de dampdruk hoger is dan die van water,· - een onder het niveau van het mengsel in het vat uitmondend afvoerkanaal; - middelen voor het aan het vat toevoeren van water; 15 en - drukregelmiddelen voor het handhaven van een zodanige druk in het vat en een temperatuur van het koellichaam, dat slechts tenminste hoofdzakelijk de vloeistof verdampt vanuit het mengsel, die vloeistof 20 condenseert aan het koellichaam en terugvloeit tot in het mengsel.This is achieved by providing an apparatus for preparing an ice slurry, comprising: - a vessel which is gastight against the environment; - a cooling element arranged in the vessel; - an amount of mixture 10 of water and a water-miscible liquid, the vapor pressure of which is higher than that of water, arranged in the vessel; - a discharge channel opening into the vessel below the level of the mixture; - means for supplying water to the vessel; And pressure control means for maintaining such a pressure in the vessel and a temperature of the heat sink that only at least substantially the liquid evaporates from the mixture, which condenses liquid 20 to the heat sink and flows back into the mixture.

Verder heeft de onderhavige uitvinding betrekking op een werkwijze voor het bereiden van een ijsbrij, omvattende de volgende stappen: 25 - het handhaven van een druk, lager dan de atmosfe rische druk in een afgesloten vat, waarin een mengsel van water en een met water mengbare vloeistof waarvan de dampdruk hoger is dan die van water, aanwezig is; - het door middel van een in het vat aanwezig koel- 30 lichaam koelen van de in het vat ontstane damp tot onder het tripelpunt van water, opdat de op het koellichaam gecondenseerde damp tot in het mengsel stroomt en het mengsel afkoelt, opdat zich ijs vormt in het mengsel; - het vanuit het vat afvoeren van de aldus ontstane 35 ijsbrij; en - het toevoeren van water aan het vat.The present invention further relates to a method of preparing an ice cream slurry, comprising the following steps: - maintaining a pressure lower than atmospheric pressure in a sealed vessel, in which a mixture of water and a water-miscible liquid whose vapor pressure is higher than that of water; - cooling the vapor generated in the vessel below the triple point of water by means of a cooling body present in the vessel, so that the vapor condensed on the heatsink flows into the mixture and the mixture cools, so that ice forms in the mixture; - discharging the ice slurry thus formed from the vessel; and - supplying water to the vessel.

Als gevolg van deze maatregelen vindt bij het koellichaam geen sublimatie meer plaats van de waterdamp tot 1006921 3 ijs, maar vindt in tegenstelling daarmee condensatie plaats van de met water mengbare stof, waarna deze afgekoelde stof tot in de ijsbrij druppelt.As a result of these measures, the heat sink no longer sublimates the water vapor to 1006921 3 ice, but instead condenses the water-miscible substance, after which the cooled substance drips into the ice slurry.

Gezien het feit dat het proces zich afspeelt met een 5 bijzonder lage dampdruk, en dus met een zeer geringe dichtheid van damp, is de effectiviteit van het koelende oppervlak van het koellichaam niet groot; om dit effect te compenseren is het van belang dat een ventilator is aangebracht voor het laten circuleren van de damp. Het 10 zal duidelijk zijn dat dit de effectiviteit in hoge mate vergroot.In view of the fact that the process takes place with a particularly low vapor pressure, and thus with a very low density of vapor, the effectiveness of the cooling surface of the heat sink is not great; in order to compensate for this effect, it is important that a fan is provided for circulating the vapor. It will be clear that this greatly increases the effectiveness.

Volgens een andere voorkeursuitvoeringsvorm wordt het koellichaam gevormd door een warmtewisselaar, waarbij het afkoelende oppervlak van het koellichaam tenminste 15 een orde van grootte groter is dan het afgekoelde oppervlak van het afgekoelde lichaam.According to another preferred embodiment, the cooling body is formed by a heat exchanger, the cooling surface of the cooling body being at least an order of magnitude larger than the cooled surface of the cooled body.

Om klustervorming van de ijskristallen in het vat te voorkomen is een roerinrichting aangebracht.To prevent cluster formation of the ice crystals in the vessel, a stirrer is fitted.

Volgens weer een andere voorkeursuitvoeringsvorm is 20 het vat gedimensioneerd voor het bevatten van een als koudebuffer fungerende hoeveelheid ijsbrij.In yet another preferred embodiment, the vessel is sized to contain an amount of ice slurry acting as a cold buffer.

Volgens weer een andere voorkeursuitvoeringsvorm Andere aantrekkelijke voorkeursuitvoeringsvormen zullen blijken uit de volgende beschrijving van een 25 inrichting volgens de uitvinding voor toepassing van de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding, waarbij in de tekeningen voorstellen: figuur l: een gedeeltelijk weggebroken, schematisch perspectivisch aanzicht van een inrichting volgens de 30 onderhavige uitvinding; en figuur 2: een diagram ter verklaring van de onderhavige uitvinding.According to yet another preferred embodiment Other attractive preferred embodiments will become apparent from the following description of a device according to the invention for application of the method according to the present invention, wherein in the drawings represent: figure 1: a partly broken away, schematic perspective view of a device according to the present invention; and Figure 2: a diagram for explaining the present invention.

In figuur 1 is een vat 1 afgebeeld dat een hoofdzakelijk cilindrische vorm heeft. In het vat 1 is een 35 koellichaam 2 aangebracht dat gevormd wordt door bijvoorbeeld parallelle platen die onderling zijn verbonden en die elk thermisch zijn verbonden met een zich door het koelelement uitstrekkende koelspiraal die met een buiten 1006921 4 het vat gelegen koelmachine 9 is verbonden. Aldus wordt de koelspiraal doorstroomd met een koelend middel dat in verband met het geringe lekgevaar door een verdampend koelmiddel zou kunnen worden gevormd.Figure 1 shows a vessel 1 which has a mainly cylindrical shape. In the vessel 1, a cooling body 2 is provided, which is formed by, for instance, parallel plates which are mutually connected and which are each thermally connected to a cooling coil extending through the cooling element and which is connected to a cooling machine 9 located outside the vessel. The cooling coil is thus flowed through with a cooling agent which, because of the low leakage risk, could be formed by an evaporating coolant.

5 Het is echter mogelijk hier elk willekeurig koel- principe toe te passen.However, it is possible to apply any cooling principle here.

Onder in het vat 3 bevindt zich een mengsel van water en een met water mengbare stof, waarvan de dampdruk hoger is dan die van water. Een voorbeeld van een derge-10 lijke stof is een alcohol, bijvoorbeeld ethanol of methanol. Het is echter geenszins uitgesloten dat hiervoor andere stoffen worden gebruikt. Essentieel is echter wel dat de dampdruk van een dergelijke stof hoger is dan die van water, en dat de stof met water mengbaar is.At the bottom of the vessel 3 there is a mixture of water and a water-miscible substance, the vapor pressure of which is higher than that of water. An example of such a substance is an alcohol, for example ethanol or methanol. However, it is by no means excluded that other substances are used for this. However, it is essential that the vapor pressure of such a substance is higher than that of water, and that the substance is miscible with water.

15 Het vat 3 is door middel van een vacuümpomp 10 met de omgeving verbonden. De vacuümpomp 10 draagt zorg voor het handhaven van een zeer lage druk binnen het vat. Als gevolg van de zeer lage druk binnen het vat zal de dichtheid van de damp binnen het vat zeer gering zijn.The vessel 3 is connected to the environment by means of a vacuum pump 10. The vacuum pump 10 maintains a very low pressure within the vessel. Due to the very low pressure within the vessel, the density of the vapor within the vessel will be very low.

20 Om de effectiviteit van het koellichaam 2 te verhogen is het van belang dat de snelheid van de gasstroom door het vat heen zo groot mogelijk is, waarvoor een ventilator 4 in het vat is aangebracht. Om te voorkomen dat in de ijsbrij 3 conglomeratie optreedt 25 van ijskristallen is een roerinrichting 5 aangebracht.In order to increase the effectiveness of the heat sink 2, it is important that the velocity of the gas flow through the vessel is as great as possible, for which purpose a fan 4 is arranged in the vessel. To prevent conglomeration of ice crystals from occurring in the ice slurry 3, a stirring device 5 is provided.

Voor het toevoeren van de zijn werk verrichte hebbende ijsbrij, die in het algemeen zal worden gevormd door vloeibaar water, uiteraard gemengd met een klein deel van de toegevoegde stof, wordt gebruik gemaakt van 30 een zich langs de binnenzijde van de vatwand uitstrekkende ringvormige goot 6. Een toevoerleiding mondt in deze goot 6 uit, zodat het water in deze goot terechtkomt en daarvandaan langs de wand naar beneden stroomt. Dit heeft een gunstige uitwerking op de verdam-35 ping.An annular trough 6 extending along the inside of the vessel wall 6 is used to supply the ice slurry which has carried out its work, which will generally be formed by liquid water, of course mixed with a small part of the additive. A supply pipe opens into this gutter 6, so that the water enters this gutter and flows down from there along the wall. This has a favorable effect on the evaporation.

Voor het afvoeren van de aldus ontstane ijsbrij is een afvoerleiding aangebracht, waarin een pomp 7 is aangebracht die gebruikt wordt voor het aanpassen van de 1006921 5 druk van de ijsbrij aan de verbruikerszijde. Om dezelfde reden is in de terugvoerleiding een smoorklep 8 aangebracht .For discharging the ice slurry thus created, a discharge pipe is provided, in which a pump 7 is provided which is used to adjust the pressure of the ice slurry on the consumer side. For the same reason, a throttle valve 8 is arranged in the return line.

Vervolgens zal het werkingsprincipe van de onderha-5 vige uitvinding worden toegelicht.Next, the operating principle of the present invention will be explained.

In figuur 2 is langs de horizontale as de mengver-houding afgezet van het mengsel, waarbij de hoeveelheid toegevoegde vloeistof naar rechts toeneemt. Op de verticale as is de temperatuur uitgezet.In Figure 2, the mixing ratio of the mixture is plotted along the horizontal axis, the amount of added liquid increasing to the right. The temperature is plotted on the vertical axis.

10 De onderste, naar beneden toe bolle lijn geeft de grens aan tussen het gebied aan de onderzijde, waarin alleen ijs kan voorkomen, en het gebied daarboven, waarin zowel ijs als vloeistof kunnen voorkomen. De bovenste, naar boven toe bolle lijn geeft de grens aan tussen het 15 gebied, waarin alleen vloeistof voorkomt in het daarboven gelegen gebied, waarin alleen damp voorkomt.10 The bottom, downward convex line indicates the boundary between the area at the bottom, where only ice can occur, and the area above, where both ice and liquid can occur. The uppermost, upwardly convex line indicates the boundary between the region in which only liquid occurs in the above region in which only vapor occurs.

Uitgaande van een situatie T=0, is de hoeveelheid ijsoplossing 0. De ijsconcentratie neemt toe met toename van de afkoeling, hetgeen weergegeven wordt door de 20 desbetreffende lijn in figuur 2. Bij een temperatuur Tb ontstaat een situatie, waarbij in het ijsbrijmengsel de samenstelling Xi geldt, en waarbij in het daarboven gelegen damp de mengverhouding Y1 geldt. Bij condenstatie op het koellichaam, bijvoorbeeld op temperatuur Tu zal 25 vloeistof met de samenstelling Y1 druppelen tot in het vloeistofbad.Assuming a situation T = 0, the amount of ice solution is 0. The ice concentration increases with the increase of the cooling, which is represented by the corresponding line in figure 2. At a temperature Tb a situation arises, in which the composition in the ice-slurry mixture Xi applies, and the mixing ratio Y1 applies in the vapor above. Upon condensation on the heat sink, for example at temperature Tu, liquid of the composition Y1 will drip into the liquid bath.

Aldus fungeert de toegevoegde vloeistof niet alleen voor de vriespuntverlaging van het mengsel om het ijs verpompbaar te maken, maar tevens als drager van koude op 30 het traject tussen koelelement en de hoeveelheid ijs, zonder dat er sublimatie op het koelelement optreedt. Dit is mogelijk, doordat in het vat een lage druk heerst.Thus, the added liquid functions not only to lower the freezing point of the mixture to make the ice pumpable, but also as a carrier of cold on the path between the cooling element and the amount of ice, without sublimation on the cooling element. This is possible because a low pressure prevails in the vessel.

10069211006921

Claims

1. Device for preparing an ice slurry, comprising: - a vessel which is gastight against the environment; - a cooling element arranged in the vessel - an amount of mixture of water and a water-miscible liquid, which has a vapor pressure higher than that of water, which is placed in the vessel; - a discharge channel opening into the vessel below the level of the mixture, - means for supplying water to the vessel; and 15. pressure control means for maintaining such a pressure in the vessel and a temperature of the heat sink that only at least substantially the liquid evaporates from the mixture, the vapor thus formed condenses on the heat sink and flows back into the mixture.

Device as claimed in claim 1, characterized in that a fan is arranged in the vessel for circulating the vapor.

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the cooling body is a heat exchanger, and that the cooling surface of the cooling body is at least an order of magnitude larger than the cooled surface of the cooling body.

4. Device as claimed in any of the claims 1-3, characterized in that a stirring element is arranged in the vessel for stirring in the mixture.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the pressure control means comprise a vacuum pump, as well as a control element which only switches on the vacuum pump when a certain pressure in the vessel is exceeded.

6. Device according to any one of the preceding claims, characterized in that the supply means comprise a separate container arranged in its top in 1006921.

7. Device as claimed in claim 6, characterized in that the vessel is cylindrical, and in that the container is an annular container placed along the edge of the vessel, which during flooding results in a liquid flow flowing along the vessel wall.

8. Device according to any one of the preceding claims, characterized in that the means for supplying water to the vessel comprise a throttle valve, and that a pump is included in the discharge channel.

9. Device according to any one of the preceding claims, characterized in that the water-miscible liquid, whose vapor pressure is higher than that of water, is formed by an alcohol, for example ethanol or methanol.

10. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the vessel is dimensioned for containing an amount of ice slurry acting as a cold buffer.

11. A method of making an ice slurry, comprising the following steps: - maintaining a pressure lower than atmospheric pressure in a sealed vessel, wherein a mixture of water and a water-miscible liquid whose vapor pressure is greater than that of water is present, - cooling the vapor generated in the vessel below the triple point of water by means of a cooling body present in the vessel, so that the vapor condensed on the heat sink 30 flows into the mixture and the mixture cools, so that ice forms in the mixture; - discharging the ice slurry thus created from the vessel; and - supplying water to the vessel. 35 1006921