NO117976B - - Google Patents

Description

Maskin for fremstilling av skive-is.

Foreliggende oppfinnelse angår en maskin for fremstilling av isskiver. Mere spesielt angår den foreliggende oppfinnelse fremstilling av underkjølt is i skiveform ved å fryse en film med vann på en fast avkjølet flate og ved å fjerne den og bryte den fra en slik flate og derved få en tynn skive med tørr is.

Mange av de tidligere anordninger for å lage is i små stykker eller deler har den mangel at de frembringer is som er våt eller endog i «sørpeform». Slik is kan ikke være koldere enn 0° C. Slik is er vanskelig å behandle og å lagre, da den fryser til en fast kake, hvis den lagres i kjølerom. Den kan ikke lett behandles ved hjelp av skrue-eller beltetransportører. Naturligvis har en slik is også en kort lagringslevetid uten av-kjøling sammenliknet med is som er tørr, underkjølet, dvs. is som er under 0° C. I mange industrier må isen for å være til-fredsstillende være under —12° C.

Mange av de tidligere anordninger til-fører vann til fryseoverflaten fra en tank ved delvis eller hel neddykning av flaten i en slik tank. Dette betyr at det er en stor del av vannet som ikke går gjennom maskinen. Sopp og bakterier kan samle seg der. Dette kan føre til usanitære tilstander, og de økede omkostninger ved tanken er en vesentlig del av omkostningene ved maskinens konstruksjon.

Også mange av de tidligere maskiner fryser vannet på en ytterflate. Dette øker mengden av damp i den omgivende atmo-sfære, hvilket ofte er uheldig. Videre er slike maskiner vanskelig å isolere.

Noen av de tidligere maskiner for å lage underkjølet is bruker et bøyelig belte

hvorpå isen dannes. Slike maskiner er visstnok fordelaktige, men det tilsyn som kreves ved fabrikasjonen og behandlingen av slike belter utgjør en vesentlig del av omkostningene og vedlikeholdet.

En ytterligere ulempe ved mange maskiner er behovet for transportbelter og/ eller avløp for overføringen av isen fra den kjølte overflate til en lagringsbeholder.

For fjernelsen av isen fra en fast kjø-leflate er det blitt utviklet forskjellige me-toder med tilhørende anordninger basert på tanken om enten å skrape isen bort fra flaten som i følgende U.S. patenter:

Short og Raver kiler små stykker bort fra hovedflaten av isen. Taylor skraper mot hovedisflaten. Holden kiler isen som Short og Raver eller skreller inn i islaget med parallelle tett ved hverandre liggende skrellelinjer. Shorts og Ravers anordninger krever en temmelig omhyggelig tempera-turstyring av isen og spesielt materiale hvorpå isen skal fryse for å oppnå hen-siktsmessig arbeidsforhold. Is som ikke kommer løs, blir igjen på flaten og bygger seg opp inntil et skjæreblad berører den. Hos Holden er skrellekantene så tett sammen overfor hverandre at kraften fra den ene blir rettet mot naboen. Denne opera-sjon kan ikke bli effektiv da skrellekantene motarbeider hverandre, og isen knuses til fine partikler.

Hos Raver er det den ulempe at det brukes en tank hvori hans trommel roterer for å levere vann til den kjølte trommel-flate. Taylor og Holden bruker sprøyteho-der rettet mot forskjellige deler av den avkjølte overflate, men de sikrer ikke jevn fordeling og effektiv dekning. Short har en rekke huller i bunntanken for at vann kan renne mot den kjølte flate. Disse huller vil bevirke at strømmer av vann renner ned over den avkjølte flate. Disse strøm-mer kan løpe sammen langt ned på flaten, men vil ikke danne et kontinuerlig lag med vann nær overdelen av den kjølte flate. Holden og Taylor angir tydelig at den is som kommer fra deres maskin, er i våt til-stand. Fra konstruksjonen som er vist av Short, er det tvilsomt om han kan få en tørr is, da vannoverskudd og is synes uhjel-pelig å bli blandet i utgangen.

Raver har i sine sist innleverte patenter, Short og Taylor i sine, vært oppmerk-som på problemet med å oppnå en hastighet av kjølemidlet over varmeoverførings-flaten for å øke varmeoverføringen for å hindre dannelse av gasslommer og innføre ansamling av olje på varmeoverføringsflå-tene. Alle de tidligere anordninger har imidlertid den mangel at hastigheten oppnås ved varmetap og ved en enkel over-føring av kjølemidlet over varmeoverfø-ringsflaten. I disse anordninger må hastigheten styres av forholdet mellom fordamp-ningshastigheten av kjølemidlet, eller det må føres meget vått kjølemiddel tilbake til kompresjonsperioden. Videre skaffer ikke slike anordninger effektiv adskillelse av gassen fra væsken. Adskillelsen må finne sted i maskinen, hvilket betyr at noe av varmeoverføringsflaten må bringes i berø-ring bare med gassen og ikke med det flytende kjølemiddel. Dette betyr liten var-meoverføringshastighet for disse overflater som er berørt av gassen.

Maskinen ifølge oppfinnelsen omfatter en rekke isfjernende knivblader aksialt anbragt langs den isbærende indre overflaten på en sylindrisk vegg og utformet for rotasjon rundt aksen til nevnte vegg for å fjerne is fra inneroverflaten, og maskinen i følge oppfinnelsen karakteriseres ved at hvert knivblad omfatter bare en enkelt isberørende kant som dannes ved skjæringslinjen mellom en øvre overflate og en undre overflate og som er egnet til å ut-øve kraft mot isen bare i ikke-radielle retninger, og at den isberørende kant er anbragt slik at forenden av kanten føres inn i og kutter isen, og idet den bakre kant er anbragt i et forutbestemt og forskjellig ni-vå i forhold til forkanten, samt at den is-berørende kant er anbragt i en liten vinkel, fortrinnsvis ca. 4—5°, i forhold til et plan som står loddrett på aksen til fryseflaten, slik at den utøver et i det vesentlige langs hele knivbladlengden kontinuerlig aksielt trykk mot isen, som derved brytes av fryseflaten.

En maskin som anvender den foreliggende oppfinnelse er beskrevet i detalj ne-denfor og er vist på de vedliggende tegninger, hvor

fig. 1 er en perspektivskisse av en sam-menbygget maskin med noen deler av den brutt vekk.

Fig. 2 er et diametralsnitt i oppriss av

maskinen.

Fig. 3 er en skisse i grunnriss av den

anordning som er vist på fig. 1.

Fig. 4 er et snitt langs linjen 4—4 i

fig. 2.

Fig. 5 er et snitt langs linjen 5—5 på

fig. 2.

Fig. 6 er et oppriss av vanntilførsels-ringen. Fig. 7 er en forstørret skisse av en del

av den ring som er vist på fig. 6.

Fig. 8 er et snitt langs linjen 8—8 på

fig. 7.

Fig. 9 er en detalj skisse i perspektiv av

to av isknivene.

Fig. 10 er en detaljskisse i perspektiv av en del av hjelpebladet med sin beskyttelse. Fig. 11 er en detaljskisse i perspektiv

av den øverste kantskraper.

Fig. 12 er en detaljskisse i perspektiv av den nedre kantskraper og vannrenne-beskyttelsen.

I de vedliggende tegninger er det vist på fig. 1 en perspektivskisse av en sam-menbygget skiveismaskin. Deler av maskinen er vist brukket bort for å lette for-ståelsen. I denne skisse er det vist en is-fremstillingsmaskin montert på toppen av et islagerrom 2 (bare vist delvis). Maskinens viktigste deler er forkjøler for kjøle-middel 3, et gassadskillelseskammer 4, en ringformet fordamper 5, en bunnringsam-menbygning 6, en toppringsammenbygning 7 og en rotorsammenbygning 8.

Fordamper.

Fordamperen omfatter et indre opprettstående sylindrisk hylster utenom den indre eller isdannende flate 11, hvorpå dannes de tynne lag med is som skal fjernes derfra i form av små skiver, et ytre sylindrisk hylster 12 som er konsentrisk med det indre og adskilt fra dette, en ring 13 for lukning av den øvre ende, en ring 14 for lukning av den nedre ende og mellom nevnte hylstre en ringformet sirkulasjons-skjerm 15 som strekker seg sirkulært og longitudinalt i forhold til det ringformede fordampningskammer som dannes av nevnte hylstre og endringer, men er adskilt fra endene og fra hylstrene. Den foreliggende fordamper skal påvirkes mens den er fylt med kjølemidlet 16, fortrinsvis ammoniakk, flytende over toppen av sirkulasjonsskjer-men 15. Kjølemidlet leveres fra forkjøleren 3 til det innvendige av fordamperen ved hjelp av separatoren 4 gjennom en kjøle-middelinngangsåpning 17 som er laget i den nedre del av separatoren 4, og kjøle-midlet fjernes fra fordamperen og føres til separatoren 4 gjennom en kjølemiddel-utgang 18 anordnet i den ytre hylse 12 og nær dens øvre kant. Det er anordnet en inngangsåpning 20 i hylsen 12 for tilbake-føring av kjølevæsken fra separatoren 4. Under bruk er yttersiden av den ytre sy-linder 12 dekket av isolasjonen som ikke er vist på tegningene, da det bare ville for-virre. Forkjøleren og separatoren vil også under bruk være dekket med isolasjon.

Topp- og bimnringer.

Fordamperen er anbragt på bunnringen 6 som på sitt indre og langs omkretsen bærer en vannrenne som åpner oppover og dannes av den ytre renne- og bunnringen 21, den indre rennering 22 som innad er adskilt fra den ytre ring og den ringformede bunnring 23. Den indre ring 22 har litt mindre diameter enn den indre sylin-der 10 i fordamperen. Vann samler seg i kanalen fra det overflomsvann som renner fra den nedre kant av den isdannende flate 11 og fra overflommen fra det vann som tilføres fra overflomskammeret. Vann i kanalen fjernes derfra gjennom drenerings-åpningen 24 som er laget i den ytre ring 21. Strålearmer 25, 26 er radielt festet til ringene 21, 22 for ved fordamperens akse å bære et radielt trustlager 27.

En toppringssammenbygning 7 er anbragt på fordamperen og omfatter den sy-lindriske ring 28 hvortil strålearmer 29, 30, 31 er festet radielt for ved fordamperens akse å bære et radielt trustlager 32. Den ringformede åpning gjennom toppringen kan lukkes ved hjelp av faste ringformede lukkeplater 33 og lignende avtagbare pla-ter, men disse er ikke vist på tegningene.

Rotor sammenbygning en.

Det er bare en bevegelig sammenbygning i maskinen. Denne rotorsammenbygning 8 drives av en med et tannhjulhode utstyrt motor 40 som er montert på den faste lukkeplate 33 i toppringsammenbyg-ningen 7. Denne motor driver en pinion 41 som er i inngrep med et tannhjul 42 festet til og koaksialt med en sammensatt aksel som har en øvre del 43 hvortil tannhjulet 42 er festet og en nedre del 44. Ifølge den foreliggende beskrivelse dreier akselen seg, sett i planriss, mot urviseren. Til den nedre del av akselen er det festet en øvre og en nedre akselarm 45, 46. Disse armer bærer en knivskinne 47 i form av en rammeinnretning som har rektangulært tverrsnitt og strekker seg fra den øvre til den nedre kant av fordamperen og er anbragt tett inn til den isdannende flate 11 i fordamperen.

En rekke kniver 48 er festet til den side av skinnene som vender mot den isdannende flate. Hver kniv (fig. 4 og 9) har tilnærmet form av en flat plate hvis ene kant er festet til knivbunnen 48A som igjen er festet til skinnene 47 som vender mot den isdannende flate 11. Hver kniv strekker seg fra sin knivrot og skinnen og forbi bakkanten (regnet i henhold til rotasjonsretningen) av skinnen. Den bakre eller etterhengende delen 49 har stilling som en skrape i forhold til skinnen 47. Denne skrape er forsynt med en skarp kant 50 som peker mot fryseflaten. Den skarpe kanten oppnås ved å avslipe toppen av skrapen slik at det dannes en egg langs nederkanten i planet til skrapens underoverflate. Kniven og skrapereggen står i en liten vinkel, om-trent 4—5°, i forhold til et plan som står loddrett på aksen til fryseflaten. I en maskin hvor radien til fryseflaten er ca. 65 cm eller mer kan skrapereggen 50 ligge i

et plan, men i mindre maskiner vil kanten

tilnærmet få form av en sylindrisk spiral hvis diameter er lik diameteren av fryseflaten.

Som et spesielt eksempel kan anføres at hvis radien til fryseflaten er 51 cm er

skraperkanten 50 ca. 5,7 cm lang og den

ligger i et plan og bøyes til en radius av 51 cm. Den etterhengende kanten av skrapereggen er 5,2 cm under den ledende en-den av kanten. Denne heldning av heldningskanten skjærer isen fra isflaten 11. Knivene ligger med et mellomrom på omkring en og en halv tomme fra hverandre. Hele eller det meste av heldningsdelen av kniven ligger etter knivskinnene. Kni-

vene kan festes til skinnen ved sveisning, klinking eller skruing.

Den vinkel som heldningskanten danner med et plan loddrett på fordamperens akse kan betraktes som stigningsvinkelen eller stigningen som i en skruegjenge. Denne vinkel eller stigning er kritisk da for stor stigning ville bevirke at isen ble pulverisert og hvis stigningen var for liten ville den ikke med hensyn til mengde på tilfreds-stillende måte fjerne isen. Ved riktig formning og beliggenhet av heldningseggen og med tørr is omkring en åttendedel til en sekstendedel tomme tykk, vil isavskallin-gen ved hver passasje av knivene være full-stendig med omkring åtteognitti prosent. Også med denne formning av heldningen og dens kant vil alle de krefter som utøves på isen av kniven være parallelle eller tan-gentielle med overflaten av isen unntatt for slike krefter som kan opptre ved den forreste ende av heldningskanten der hvor den går inn i isen. Det er ingen kraft-komponenter som er loddrett på den isfrysende flate der hvor kniven og isen be-rører hverandre. Slik normalkraft bevirker at isen pulveriseres langs heldningskanten med det resultat at kreftene ikke overfø-res over en tilstrekkelig avstand gjennom isen til å løsne isen mellom naboknivene. Dette bevirker at meget eller det meste av isen blir igjen på fryseflaten til det er dannet et meget tykt lag, hvilket inntref-fer etter at knivene har passert flere ganger.

Is bygger seg også opp på endringene 13, 14 og vil forplante seg innover forbi den isdannende flate 11. Denne is skrapes av tett inntil overflaten 11 ved hjelp av øvre og nedre skrapere 51, 52 som er festet med armer til henholdsvis den øvre og nedre ende av knivskinnen og disse skra-peres skrapekanter ligger inntil og henger utover endene av fryseflaten.

På den nedre ende av knivskinnen er det også en rennebeskyttelse 53 som hindrer at is som faller fra knivene kommer inn gjennom den kanal som er anordnet i bunnringsammenbygningen 6. Is som tref-fer beskyttelsen vil bli avbøyet innover i den indre rennering 22 og vil falle ned i beholderen 2. Knivskinnen 47 bærer utenfor sin bak-kant et hjelpeblad 54 av gummi og bladbeskyttelse 55 som strekker seg fra topp- til bunnkanten av fordamperen. Dette hjelpeblad og denne beskyttelse hindrer spredning av den is som kommer fra knivene og bladet fjerner løs is som måtte feste seg på den isfrysende flate 11. Hjelpe-platen og beskyttelsen er festet til knivskinnen ved hjelp av bøyede bånd 56.

Vannsystem.

Vann leveres til fryseflaten 11 fra et vannsirkulasjonsrør 60 som tømmes i den øvre ende av den hule toppdel 43 av den sammensatte aksel. Den nedre ende av denne toppdel er lukket med en propp 61, hvorigjennom det går et kort stykke av overflomsrøret 62 hvis øvre ende er noe over proppen. Vann som samler seg over proppen føres bort gjennom sprøyteringrør 63, 64 til en sprøytering 65 som er konsentrisk med fordamperen og støter opp mot den øvre kant av fryseflaten og bæres av sprøyteringarmer 66 festet til og radielt utgående fra den øvre ende av den nedre del 44 av akselen. Sprøyteringen 65 er hul med kvadratisk tverrsnitt og rundt dens nedre ytre kant er det en rekke åp-ninger 67 eller sprøytespisser som er for-met slik at de retter vannstrømmen utover, nedover og sirkulært i rotasjonsretningen og mot den isdannende flate 11. Denne diri-gering av vannet mot og sirkulært omkring den isdannende flate sprer vannet over overflaten og hindrer at det danner renner. Det sørger også for øyeblikkelig dekning med vann ved toppen av fryseflaten. Sprøy-teringen danner et segment på omkring 270° fra like bak hjelpebladet 54 og dets beskyttelse 55. Ved denne sammenstilling hindrer hjelpebladet og beskyttelsen vannet fra å nå den fallende is. De nitti grader av sprøyteringen som er åpne gir isen tid til å tørke og bli fjernet. Den vannmengde som leveres gjennom ringen holdes kon-stant ved å holde et fast trykk på ringen. Dette gjennomføres ved bruk av overfloms-rør 62 og ved under maskinens arbeide å opprettholde en strøm gjennom overflommen for å kompensere for variasjoner i den vannmengde som leveres ved toppde-len 43. Over f loms vannet passerer gjennom overflomsrøret 62 og inn i den øvre del av den nedre seksjon 44 hvor det stoppes av en propp 68. Et dreneringsrør 69 fører fra oversiden av pluggen 68 til vannsamlingsrennen i bunnringen 6. Dette drenerings-rør 69 er festet til rotorsammenbygning 8 og beveger seg rundt den.

Vann fra vannsamlingsrennen strøm-mer fra utgangen 24 til en vannsamler 70. Vann fra samleren returneres til en spre-dering 65 ved hjelp av et materør 60 hvori er innskutt en vannpumpe 71 som drives av et hvilket som helst passende middel. Erstatningsvann leveres fra hovedvanntil-førselen 72 til samleren 70 og dets strøm inn i samleren styres av en vannflottørven-til 73.

Forkjøleren.

Forkjøleren 3 omfatter en beholder 80 fig. 1 og 2 som er forbundet med kjølemiddel-inngangsåpningen 17 i separatoren 4. Høy-trykkskjølemiddel så som ammoniakk fra mottageren for et kompressorsystem leveres gjennom et tilførselsrør 81 til en varmeut-, veksler hvor det kjøles mellom en ytre kappe 82 og en indre kappe 83. Disse kap-per kan være forsynt med flenser på en eller annen passende måte. Utveksleren ligger på innersiden av beholderen 80. Kjø-lemiddel avkjølet til nær —18° C mellom kappene går gjennom passasjen 82° i den nedre ende av varmeutveksleren og inn i bunnen av beholderen 80. Kjølemidlet dras bort fra toppen av beholderen gjennom et rør 85 som fører til en ekspansjons ventil 86 gjennom hvilken kjølemidlet ekspande-res til et lavt trykk og sendes tilbake gjennom røret 85 til innersiden av den indre kappe 83 på varmeutveksleren. Passasjen gjennom ekspansjons ventilen reduserer kjølemidlets temperatur slik at når det går gjennom ekspansjonsanordningen vil det kjøle den under høyt trykk innkommende gass. Det flytende kjølemiddel og gassen fra varmeutveksleren ledes til separatoren gjennom et rør 87 som er anordnet mellom varmeutveksleren og inngangsåpningen 17 for separatoren.

Separator.

Gass og innbragt væske fra fordamperen går fra toppen av fordamperen gjennom utgangsåpningen 18 til gassadskillel-seskammeret 4. Kammeret er laget i form av et lukket opprettstående adskillelsesrør 90 som i siden nær bunnen har en inngang 91 som er forbundet med fordamperut-gangen 18, i bunnen en væskereturåpning 92 som forbinder den væske som returne-rer fra åpningen 20 med fordamperen og i dets side nær toppen et gassutløp 93 som forbinder med kompresjonssystemet som ikke er vist, men som kan være av en hvilken som helst standard eller kjent type. Tverrsnittet av det frie areal i adskillelses-røret 90 er slik at fallhastigheten for væs-kepartiklene i gasstrømmen som stiger og går gjennom adskillelseskammeret vil bli større enn den oppadgående hastighet for en slik gasstrøm. En skjerming 94 foran inngangen 91 hindrer kortslutning av våt damp fra fordamperen til gassutgangen 93 og gir den innkommende damp en spiral-formet bevegelse som hjelper til ved gass-væskeadskillelsen.

Arbeidsmåte.

Ved behandlingen av den foreliggende anordning bringes driftsmotoren 40 for drift av rotorsammenbygningen til å dreie akselen 43, 44. Vann leveres til beholderen 70 fra hovedvannledningen 72, dets nivå i beholderen 70 styres av flottøren 73, og dette vann sirkulerer over den isdannende flate 11 ved hjelp av sirkulasjonsvannpum-pen 71 og dens tilhørende rørledninger omfattende sprøyteringen 65. Kjølemiddel så som ammoniakkvæske leveres frahøytrykk-siden av kompresjonssystemet til forkjøle-ren 3, derpå gjennom separatoren 4 til fordamperen 5 og dampen fra fordamperen får den tilførte væske adskilt i separatoren 4 og returnert til kompressorsystemet.

Når temperaturen på fryseflaten 11 faller til eller under vannets frysepunkt, vil det danne seg is på overflaten. Det åp-ne rom i sprøyteringen 65 skaffer en pe-riode i løpet av hvilken vann ikke leveres til en del av isflaten, hvilket gjør det mu-lig for isen å tørre, bli hård og underkjølet. Denne tørre is skjæres fra fryseflaten ved knivene 48 og bringes ned langs hjelpebladet 54 og dets beskyttelse 55 til å falle ned i rommet 2. Isen er ikke tilbøyelig til å bli liggende og pakke seg sammen mellom knivene fordi knivenes heldningsdel følger etter den skinne hvor knivene er montert. Is hindres i å falle gjennom ved hjelp av rennebeskyttelsen 53.

Varme med stor overføringshastighet frembringes ved hurtig sirkulasjon av kjø-lemidlet over hylsens 10 flate. Dette gjen-nomføres ved hjelp av sirkulasjonsskjer-men 15 som danner en oppadgående passasje og en nedadgående passasje mellom det indre hylster 10 og det ytre hylster 12 på fordamperen 5. Varme som leveres til kjøle-midlet i den oppadgående passasje og den gass som dannes i denne passasje frembringer en oppadgående sirkulasjon av kjø-lemidlet i den oppadgående passasje og en nedadgående strøm i den nedadgående passasje. Gass og tilført væske trekkes opp til toppen av kjøleren nær lukningsringen 13 i toppenden, og væsken fjernes fra gassen og sendes tilbake til fordamperen i separatoren 4.

Den ovenfor angitte konstruksjon gir en stor varmeoverføringshastighet og et stort utbytte med is pr. kvadratfot is-fryseflate. Isen er tørr når den tas fra

fryseflaten og forblir tørr i lagringsrom-met 2. I

Claims (2)

1. Maskin for fremstilling av skiveis, omfattende en rekke isfjernende knivblader aksialt anbragt langs den isbærende indre overflate på en sylindrisk vegg og utformet for rotasjon rundt aksen til nevnte vegg for å fjerne is fra inneroverflaten, karakterisert ved at hvert knivblad (48) omfatter bare en enkelt isberørende kant (50) som dannes ved skjæringslinjen mellom en øvre overflate og en undre overflate og som er egnet til å utøve kraft mot isen bare i ikke-radielle retninger, og at den isberø-rende kant (50) er anbragt slik at forenden av kanten føres inn i og kutter isen, og idet den bakre kant er anbragt i et forutbestemt og forskjellig nivå i forhold til forkanten, samt at den isberørende kant (50) er anbragt i en liten vinkel, fortrinnsvis ca. 4—5°, i forhold til et plan som står loddrett på aksen til fryseflaten (11), slik at den utøver et i det vesentlige langs hele knivbladlengden kontinuerlig aksielt trykk mot isen, som derved brytes av fryseflaten (11).

2. Maskin som angitt i påstand 1, hvor-ved hvert blad (48) medbringes på en rote-rende rammeinnretning (47), karakterisert ved at en del av bladet stikker ut bakenfor rammeinnretningen (47) under rotasjonen.