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Anlage zur Erzeugung von Stückeeis Die Erfindung bezieht sich auf
eine Anlage zur Erzeugung von Stückeeis, insbesondere für die Getränkekühlung zur
Verwendung in Gaststätten u. dgl.
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Zur Erzeugung von Stückeeis werden in neuerer Zeit besondere Kühlanlagen
verwendet. Bei einer bekannten Anlage wird beispielsweise eine mit geringer Neigung
gegen die Horizontale angeordnete größere Platte aus gut wärmeleitfähigem Material,
die an den Kühlkreislauf einer Kältemaschine angeschlossen ist, mit Wasser berieselt,
bis die auf der Platte sich bildende Eisschicht die erwünschte Stärke erreicht hat.
Die plattenförmige Eisschicht wird sodann abgetaut und mittels beheizter Stahldrähte
in würfelähnliche Stücke der gewünschten Größe zerlegt.
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In einer anderen Ausführungsform wird das Wasser in die Innenseite
von senkrechten Röhren quadratischen oder runden Querschnitts gesprüht, die von
von außen gekühlt werden. Es bildet sich dann Stangeneis, das nach der Abtauung
herausfällt und motorisch in Stücke zerhackt bzw. geschnitten wird.
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Weiter ist bekannt, Stückeeis dergestalt zu bereiten, daß eine gekühlte,
gut wärmeleitende Platte, die mit würfelähnlichen Aussparungen versehen ist, unter
Wasser gesetzt wird, bis sich in den Aussparungen Eis gebildet hat. Nach dem Abtauen
schwimmen die Eisstücke an der Wasseroberfläche und werden in einen Vorratsbehälter
geschwemmt. Eine Variante dieser Ausführungsform weist eine Platte mit gekühlten
rohrförmigen Zapfen nach unten auf, die in Wasser eintauchen. An diesen Rohrzapfen
bilden sich fingerhutförmige Eisstücke, die beim Abtauen von dem Wasser in den Vorratsbehälter
abgeschwemmt werden.
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Es ist auch eine Apparatur zur Erzeugung von Stückeeis bekannt, deren
Gefrieraggregat aus einem senkrecht stehenden, von unten nach oben von Wasser durchflossenen
Rohr aus schwach wärmeleitendem Material besteht, das in geringem Abstand von einer
schraubenförmig gewundenen Kühlschlange umgeben ist. Der Kontakt zwischen der Kühlschlange
und dem Rohr wird durch im Abstand voneinander mit dem Rohr und der Kühlschlange
verlötete oder verschweißte kleine Metallkörper aus gut wärmeleitendem Material
hergestellt.
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Beim Kühlen bilden sich vor den Metallkörpern auf der Innenseite des
Rohres flache, auf der Oberseite konvexe, auf der Haftseite zylindrisch gekrümmte
Eisstücke, die an den Randzonen infolge der wärmeleitenden Rohrwand messerscharf
auslaufen und mit der Zeit auf der Peripherie zusammenwachsen. Diese Eisstücke sind
dünn und haben eine große Oberfläche, so daß beim Abtauen, wobei die Eisstücke im
Wasserstrom hochschwimmen und oben ausgeschieden werden, relativ große Abtauverluste
entstehen.
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Schließlich ist noch eine Konstruktion bekannt, bei der das Stückeeis
an einer mit Wasser berieselten Gefrierplatte erzeugt wird, in die ein netzartiges
Rohrsystem eingebettet ist, das die Kühlflächen unterteilt. Während des Gefrierens
wird das Rohrsystem von einem Wärmeträger durchflossen, damit die auf den Gefrierplatten
entstehenden Eisstücke nicht zusammenwachsen können. Um einen Wärmeübergang von
dem netzartigen Rohrsystem auf die Gefrierplatte zu verhindern, kann dieses noch
von einer Isolierschicht umgeben sein. Bei dieser bekannten Konstruktion sind während
des Betriebes zwei Kreisläufe zu unterhalten, ein Kältekreislauf für die Gefrierplatte
und ein Wärmekreislauf für das netzartige Rohrsystem. Dadurch, daß einerseits gefroren,
andererseits aber auch gleichzeitig getaut werden muß, ist diese Konstruktion sehr
aufwendig, und außerdem ist ihr Gesamtwirkungsgrad nicht besonders gut.
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Bei all diesen Ausführungen sind bereits Schalteinrichtungen vorgesehen,
die den Vorgang des Abtauens selbständig steuern. Zu diesem Zweck wird das vorhandene
Drosselorgan zum Verdampfer stillgelegt, so daß das heiße Kühlmittel direkt von
der Maschine in den Verdampfer strömt, wobei die unterste Eisschicht des aufgefrorenen
Eises abtaut.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anlage zur Erzeugung
von Stückeeis zu schaffen, die die Erzeugung durchaus gleich großer und gleichförmiger
Eisstücke ohne zusätzliche Arbeitsleistung gestattet,
wobei die
Form und Größe der Eisstücke weitgehend beliebig gewählt werden kann. Außerdem sollen
der Platzbedarf und der vorrichtungsmäßige sowie mechanische Aufwand, bezogen auf
die stündliche Eiserzeugung, kleiner sein als bei den bekannten Einrichtungen zur
Stückeeiserzeugung.
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Die Aufgabe wird ausgehend von einer Anlage zur Erzeugung von Stückeeis
für Getränkekühlung u. dgl., bestehend aus einer Kühlmaschine, einem mit Wasser
berieselten Gefrierverdampfer, der aus im wesentlichen lotrecht angeordneten ebenen
Gefrierplatten besteht, welche Kühlflächen aus gut leitendem Wärmematerial aufweisen,
deren Grundriß dem der herzustellenden Eisstücke entspricht und die im Abstand voneinander
in horizontalen Reihen und vertikalen Kolonnen neben- bzw. übereinander angeordnet
sind, ferner aus einer oberhalb der Gefrierplatten angeordneten Berieselungseinrichtung
in Form eines Wasserverteilungsbehälters mit Öffnungen am Boden und Einrichtungen
unterhalb des Gefrierverdampfers zum Sammeln des überschüssigen Wassers sowie aus
Schalteinrichtungen zum selbsttätigen Schalten auf Gefrieren und Abtauen sowie Einrichtungen
zum Umpumpen des Wassers dadürch gelöst, daß die Gefrierplatte aus zwei nebeneinander
angeordneten Tafeln aus schlecht wärmeleitendem Material mit zwischen diesen angeordneter
Verdampferschlange besteht und auf diese in regelmäßigen Abständen metallisch mit
ihr verbundene Metallkörper aufgereiht sind, deren durch Ausnehmungen in den Tafeln
herausgeführte in diese eingegossene oder eingepreßte, außenseitig flächengleich
mit den Außenflächen der Tafeln abschließende Stirnflächen als Kühlplättchen wirken.
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Die neuen baulichen Merkmale der erfindungsgemäßen Anlage ermöglichen
die Erzeugung von Eisstücken, deren Größe genau bestimmbar ist. Dadurch, da.ß die
Metallkörper eine unmittelbare Verbindung zwischen ihren als Kühlplättchen wirkenden
Stirnflächen und der Verdampferschlange herstellen, sind infolge der direkten Kälte-
bzw. Wärmeleitung zu dem Wasser bzw. Eis sehr kurze Gefrier- und Abtauzeiten zu
erzielen, die einen guten Ausnutzungsgrad der erfindungsgemäßen Anlage gewährleisten.
Außerdem ist zum Betrieb der erfindungsgemäßen Anlage nur ein Kälte- bzw. Wärmekreislauf
erforderlich. Durch den unkomplizierten und übersichtlichen Aufbau wird ein besonders
günstiges Verhältnis zwischen Eisleistung und Geräteabmessung erzielt. Das über
die Gefrierplatten herabrieselnds Wasser gefriert lediglich über der Fläche der
Kühlplättchen an und bildet über diesen ein Eisstück von in etwa abgerundeter, im
Querschnitt kegelstumpfähnlicher Form mit der Grundfläche der jeweiligen Kühlplättchen.
Je nach deren Gestaltung, ob quadratisch, mehreckig, kreisrund usw., werden entsprechende
Eisstücke mit dem gleichen Grundriß erhalten. Durch die kompakte Form der Eisstücke
und die kurzen Abtauzeiten entstehen gegenüber den bekannten Einrichtungen nur sehr
geringe Abtauverluste. Das zwischen den Kühlplättchen abfließende Wasser wird unterhalb
der Gefrierplatten in einem Sammelbehälter gesammelt und im Kreislauf zu den Berieselungseinrichtungen
gepumpt.
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Um eine gleichmäßige Verteilung des aus den Berieselungseinrichtungen
abfließenden Wassers über die Gefrierplatten zu erreichen, sind zweckmäßig in der
Nähe deren oberem Rand horizontal verlaufende, nach außen vorspringende Leitrippen
angebracht, die sich jeweils über die Breite einer vertikalen Kolonne erstrecken.
In Fällen, in denen die Gefrierplatten nicht genau vertikal aufgestellt werden können,
sind zweckmäßig ferner zwischen den einzelnen Kolonnen senkrecht vorstehende lotrechte
Stege aus ebenfalls schlecht wärmeleitendem Material vorgesehen, die als Führungsleisten
für das zu gefrierende Wasser dienen, da anderenfalls Ungleichmäßigkeiten in der
Berieselung der Gefrierplatten möglich sind.
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Eine besondere Ausführungsform der Erfindung schlägt zusätzlich vor,
daß vor der Mittelachse eines der Kühlplättchen, vorzugsweise vor einem solchen
in der Nähe des Kühlschlangenendes, in veränderlichem Abstand eine Abfangrinne zum
Auffangen des über die auf dem Kühlplättchen angefrorenen Eisstückchens nach Erreichung
einer bestimmten Höhe desselben rieselnden Wassers angeordnet ist, das von der Abfangrinne
zu Schalteinrichtungen abgeleitet wird und das Umschalten des Gefrierverdampfers
auf Abtaustellung bewirkt. Vorzugsweise ist die Abfangrinne als Trichter ausgebildet,
dessen oberer Rand in Richtung auf die Gefrierplatte seitlich vorgezogen ist, und
der Trichter ist beweglich so zu befestigen, daß die Dicke der Eisstücke innerhalb
zweckmäßiger Grenzen eingestellt werden kann. In der Ableitung des Trichters, beispielsweise
einer Rohrleitung, ist ein Thermostat angeordnet, der auf die Temperatur des ablaufenden
Wassers anspricht und die Schalteinrichtungen der Anlage zum Umschalten auf Abtaustellung
betätigt. Durch diese zusätzlichen Maßnahmen wird erreicht, daß die selbsttätige
Schaltung auf Abtaustellung vollkommen unabhängig von Verdampferdruck, Wassertemperatur
usw. bewirkt werden kann und daß eine unbedingt gleichmäßige Dicke der Eisstücke
erreicht wird.
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Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der
nachstehenden Beschreibung der Zeichnungen, in denen eine erfindungsgemäße Anlage
sowie Einzelteile derselben wiedergegeben sind. In den Zeichnungen zeigt Fig. 1
eine Anlage zur Erzeugung von Stückeeis mit den erfindungsgemäßen Einrichtungen
in schematischer Darstellung - die Gefrierplatte in Frontansicht, Fig. 2 die Gefrierplatte
der Fig. 1 mit zugehörigen Nebeneinrichtungen im vertikalen Querschnitt, teilweise
schematisch, in vergrößerter Darstellung, Fig. 3 den oberen Teil einer Gefrierplatte
mit dem Wasserkasten im Querschnitt.
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Die Gefrierplatte 1 besteht aus zwei parallel nebeneinander angeordneten
Tafeln 2 aus Material geringer Wärmeleitfähigkeit, zwischen denen sich die mäanderartig
gewundene Verdampferschlange 3 befindet. Auf den Windungen der Verdampferschlange
sind in gleichmäßigen Abständen voneinander würfelartige Metallkörper 4 gut wärmeleitend
aufgebracht, die sich zu horizontalen Reihen nebeneinander und vertikalen Kolonnen
5 übereinander ordnen. Die Metallkörper 4 sind mit ihren als Kühlplättchen 4 a wirksamen
Stirnflächen durch paßrechte Ausnehmungen in den Tafeln 2 so herausgeführt, daß
die Stirnflächen mit den Außenflächen der Tafeln genau abschließen. Vorzugsweise
werden die Außenflächen nach fertiger Montage der Gefrierplatte abgeschliffen. Die
vertikalen Kolonnen 5 der Gefrierplatten sind durch lotrechte, aus der Fläche herausragende
Stege 6 aus Material geringer Wärmeleitfähigkeit voneinander getrennt,
die
als Führungswände für das in den Kolonnen herabrieselnde Wasser dienen. Nahe dem
oberen Rand der Tafeln 2 sind an diesen horizontal verlaufende Leitrippen 7 vorgesehen,
die sich jeweils von Steg 6 zu Steg 6 erstrecken und dazu dienen, das herablaufende
Wasser über die Breite der Kolonnen 5 gleichmäßig zu verteilen.
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Oberhalb der Gefrierplatte 1 befindet sich ein Wasserverteilungsbehälter
8 mit jeweils über die Breite einer Kolonne 5 sich erstreckenden schmalen Längsschlitzen
10, deren Ränder nach außen durchgezogen sind. Der Wasserverteilungsbehälter kann
so dimensioniert sein, daß er gegebenenfalls mehrere nebeneinander angeordnete Gefrierplatten
beschicken kann. Unterhalb der Gefrierplatte befindet sich ein Drahtrost 11 von
trapezförmigem Querschnitt, dessen schmalere Seite nach oben weist und dessen breitere
untere Seite den darunter angeordneten Wassersammelbehälter 12 in der Breite und
Länge überdeckt. Unter dem Wassersammelbehälter 12 ist der Eissammelbehälter 13
für die herabfallenden Eisstücke von größerer Breite als der Drahtkorb
11 und der Wasserbehälter 12 angeordnet. Vor einem der Kühlplättchen 4 a
- in der Zeichnung (Fig. 1) rechts oben - ist ein Trichter 14 als Abfangrinne angeordnet,
dessen Abstand von der Gefrierplatte verändert werden kann. Der der Gefrierplatte
zugekehrte Rand 15 des Trichters ist in Richtung auf diese, 1, exzentrisch vorgezogen
und verläuft horizontal und parallel zur Gefrierplatte über die Breite eines oder
mehrerer Kühlplättchen 4 a; ferner wird der Trichter 14 so festgestellt, daß sich
sein Rand 15 ungefähr in der Höhe der Mittelachse des oder der betreffenden Kühlplättchen
befindet.
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Die Kühlkreislaufeinrichtungen können den üblichen bei Anlagen gleichen
Verwendungszwecks entsprechen. Der Kühlkreislauf besteht aus dem Kompressor 20,
dem Kondensator 21, der Drosselrohrleitung 22, von der aus das verflüssigte Kältemittel
in die in der Gefrierplatte 1 befindliche Verdampferschlange 2 eintritt. Das verdampfte
Kühlmedium tritt über die Rohrleitung 23 in den Sammler 24 ein und von da in die
Saugleitung 25 zum Kompressor 20 zurück. Durch eine Umgehungsleitung 26 oder 27
wird es ermöglicht, die Drosselrohrleitung 22 und gegebenenfalls den Kondensator
21 über ein magnetisch gesteuertes Ventil 28 zu umgehen. Dadurch gelangen
die heißen Dämpfe aus dem Kompressor direkt in die Verdampferschlange 3 zum Abtauen
der Eisstücke.
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Der Kreislauf des zu gefrierenden Wassers besteht aus der Wasserumwälzpumpe
30, die das Wasser über Leitung 31 zum Wasserverteilungsbehälter 8 fördert und das
über die Gefrierplatte 1 abgelaufene Wasser aus dem Wassersammelbehälter 12 über
Leitung 32 ansaugt. Das von dem Trichter 14 bei Erreichung der eingestellten Eisdicke
abgefangene Wasser wird über die Leitung 33 ebenfalls zum Wassersammelbehälter 8
abgeführt.
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An der Rohrleitung 23 zwischen Verdampferschlange 3 und Sammler 24
sind zwei auf verschieden hohe Temperaturen ansprechende Thermostate 40 und 41 befestigt,
deren einer, 40, die Wasserpumpe 30 einschaltet, deren anderer, 41, das Ventil 28
so betätigt, daß die Umwegleitungen 26, 27 abgesperrt sind (Gefriervorgang). Ein
weiterer, in der Leitung 33 zwischen Trichter 14 und Wassersammelbehälter 8 angebauter,
auf die Temperatur des von dem Trichter abgefangenen Wassers ansprechender Thermostat
42 stellt die Wasserpumpe still und schaltet das Ventil 28 auf Öffnen der Umwegleitungen
26 bzw. 27 (Abtauvorgang). An Stelle der Thermostaten 40, 41 oder zusätzlich zu
diesen kann ein auf Druck der heißen Lösungsmitteld'ämpfe ansprechender, das Ventil
28
auf den Gefriervorgang schaltender Druckschalter 43 vorgesehen sein.
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Die weiteren elektrischen Schaltgeräte und Leitungen sind aus Gründen
der übersichtlicheren Darstellung nicht in die Zeichnung aufgenommen.
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Die Arbeitsweise der Anlage ist folgende: Der Kompressor 20 verdichtet
die angesaugte Kältemitteldämpfe, welche in dem wasser- oder luftgekühlten Kondensator
21 verflüssigt werden. Über die Drosselrohrleitung 22 gelangt das Kältemittel in
die Gefrierplatte 1, von wo es nach dem Verdampfen über den zwischengeschalteten
Sammler 24 und die Saugleitung 25 zum Kompressor abgesaugt wird. Durch Umschalten
auf Abtaustellung wird durch das Magnetventil 28 entweder die Drosselrohrleitung
22 oder diese, 22, und der Kondensator 21 über die Leitung 26 bzw. 27 überbrückt.
Die heißen Kältemitteldämpfe oder das Kondensat gelangen unmittelbar in die Gefrierplatte
1, wo sie durch die abgegebene Wärme die Eisstücke von der Gefrierplatte abschmelzen.
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über die Gefrierplatte 1 wird Wasser mittels Pumpe 50 in Umlauf gepumpt.
Das Umschalten auf »Abtauen« kann durch den Druckabfall im Verdampfer gesteuert
werden. Mit wachsender Eisstärke sinkt der Verdampferdruck und bringt bei einem
bestimmten Minimum den Druckschalter 43 zum Ansprechen. Die Rückschaltung auf Gefrierstellung
erfolgt durch ein weiteres Fühlerorgan am Ausgang der Gefrierplatte, welches auf
die Erwärmung derselben während des Abtauvorganges anspricht.
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In einer verbesserten Ausführungsform erfolgt das Umschalten auf neuartige
Weise durch die Wachstumszunahme der Eisstücke selbst, weil so auf einfache Weise
eine gleichbleibende Stückengröße unabhängig von der Wasser- bzw. Umgebungstemperatur
erreicht wird. Das über die Tafeln 2 der Gefrierplatte herabrieselnde Wasser gefriert
lediglich an den Kühlplättchen 4 a, deren Form in der dargestellten Ausführungsform
quadratisch ist, jedoch je nach der gewünschten Form der Eisstückchen auch anders,
z. B. kreisrund, gewählt werden kann, während die Höhe der angefrorenen Eisstücke
in weiten Grenzen frei gewählt und leicht veränderlich eingestellt werden kann.
Die Begrenzung der Höhe der Eisstücke erfolgt durch den gegenüber einem Kühlplättchen
4a vorzugsweise in der Nähe des Kältemittelaustrittes, in einem der gewünschten
Würfelhöhe entsprechenden Abstand angeordneten Auffangtrichter 14. Wächst die Stärke
der Eisschicht so weit, daß sie den gesamten Abstand zwischen dem Kühlplättchen
4 a und dem Auffangtrichter 14 ausfüllt, wird das umlaufende Wasser in diesen, 14,
abgeleitet. Der an der Abflußleitung 33 des Trichters angeordnete Thermostat 42
spricht auf die Wassertemperatur an und schaltet den Abtauvorgang durch Öffnen des
Ventils 28 ein und den Wasserumlauf durch Abschalten der Pumpe 30 ab. Das heiße
Kühlmittel aus dem Kompressor gelangt nun unter Umgehung der Drosselleitung 22 und
gegebenenfalls des Kondensators 21 direkt in den Verdampfer 2, erwärmt die Kühlplättchen
4a, und die abgetauten Eisstücke fallen nach unten in den Eissammelbehälter 13.
Es
hat sich als zweckmäßig erwiesen, kurz vor Beendigung des Abtauvorganges den Wasserzulauf
wieder einzuschalten, um sicherzugehen, daß längengebliebene Eisstücke abgespült
werden und nicht erneut angefrieren können. Dadurch ergibt sich eine erhebliche
Verkürzung der Abtauzeit und somit eine Steigerung der stündlichen Leistung des
Gerätes. Das Einschalten der Wasserpumpe 30 und das Umschalten des Ventils 28 auf
»Gefrieren« erfolgt durch die beiden Thermostate 40, 41 an der Leitung 23, welche
auf die während des Abtauvorganges ständig zunehmende Temperaturerhöhung ansprechen.
Der bereits bei niedrigerer Temperatur ansprechende Thermostat 40 schaltet die Wasserpumpe
30 ein, während der Thermostat 41 erst bei etwas höherer Temperatur durch Schließen
des Ventils 28 auf Gefrieren umschaltet.
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Das Gefrierwasser wird durch die Umwälzpumpe 30 aus dem Wassersammelbehälter
12 in den Wasserverteilungsbehälter 8 gepumpt. Die umlaufende Wassermenge wird so
eingestellt, daß eine gewisse Höhe des Wasserstandes im Verteilungsbehälter erreicht
wird und das Wasser durch die im Boden angebrachten Schlitze 10 ausfließt. Um in
gewissen Grenzen unabhängig von einer genau senkrechten Aufstellung des Gerätes
arbeiten zu können, sind die Stege 6 aus schlecht wärmeleitendem Material zwischen
den einzelnen Kolonnen 5 vorgesehen, welche bei geringer Abweichung aus der Senkrechten
das Wasser innerhalb einer Kolonne 5 führen. Die unter den Austrittsschlitzen 10
des Wasserverteilungsbehälters 11 angeordneten Leitrippen 7 sorgen für eine gleichmäßige
Verteilung des Wassers über die Kolonnenbreite, so daß dieses ass dünner Film über
alle Kühlplättchen einer Kolonne herabfließt.