Diese Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung von Eismatsch.
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Bei typischen Eissanimelsystemen wird Eis auf der Außenseite einer
Wärmeübertragungsfläche gebildet und periodisch während eines Auftausammelzyklus entfernt, welcher eine
dünne Eisschicht, die an die Wärmeübertragungsfläche angrenzt, schmilzt. Der
Gesamtwirkungsgrad des Systems wird durch den Auftausammelzyklus, der bis zu 20 % der
Energiezufuhr zum System verbraucht, ungünstig beeinflußt. Als Alternative können auch
mechanische Sammeltechniken, die ebenfalls zusätzliche Energie benötigen, angewandt
werden.
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DE-A-1 401 559 (US-A-3 074 252) beschreibt eine Eisherstellungsvorrichtung, welche
Eismatsch nach einem Verfahren herstellt, wie es hier zu Beginn definiert wurde. Die
Eisherstellungsvorrichtung weist ein Paar von vertikalen Gefrierplatten auf, die einander
gegenüberstehen und je eine ebene, vertikale, von dem Paar nach außen gewandte
Außenseite und eine ebene, vertikale, der anderen Gefrierplatte zugewandte Rückseite
haben. Zwei Ablenkplatten sind an den entsprechenden Oberkanten der Gefrierplatten
befestigt und jeweils nach oben und innen aufeinander zu erstreckt. Unmittelbar über den
Ablenkplatten befindet sich eine Verteilerschale für Wasser. Der Boden der
Verteilerschale hat zwei Reihen von Ablauflöchern. Jede Reihe befindet sich direkt über einer der
Ablenkplatten. Jede Gefrierplatte ist ein Wärmetauscher, der zwischen der Außenseite und
der Rückseite mit einem Kühlmittelrohr versehen ist, um das Wasser abzukühlen, das von
der Verteilerschale auf die Ablenkplatten tropft und an der Außenfläche nach unten rinnt.
Zu Beginn des Vorganges der Eisherstellung, wenn sich die Gefrierplatten abkühlen,
beginnt das über die Außenseite fließende Wasser zu gefrieren. Das Gefrieren geschieht
nicht plötzlich, sondern erfolgt allmählich, so daß sich ein Eismatsch bildet, der nicht an
den Außenseiten haftet, sondern nach unten in einen Trog fließt. Der Trog Speist eine
Anordnung von Tanks, von denen Wasser durch eine Pumpe zuriick zur Verteilerschale
umgewälzt wird. Der Eismatsch wird durch die Anordnung der Tanks und ein Prallblech
im wesentlich von der Pumpe ferngehalten. Der Wasserumlauf wird fortgestzt, bis sich
eine Eisschicht geeigneter Dicke auf den Außenseiten der Gefrierplatten bildet. Das Eis
wird dann durch Anhalten des Kühlsystems und der Wasserumlaufpumpe und
anschließendes Erwärmen des Gefrierelements mit einem Wassersprühstrahl von
Umgebungstemperatur aus einem zwischen den Ablenkplatten angeordnetem Verteilerrohr gesammelt. Die
Bildung des Eismatsches wird als eine Störung in der ordnungsgemäßen Funktion dieser
bekannten Vorrichtung angesehen.
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Nach einem Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Eismatsch
vorgesehen, bei dem eine Flüssigkeit auf Wasserbasis, die Wasser und einen Elektrolyten
und/oder Nichtelektrolyten enthält, längs einer abwärts gerichteten Bahn auf einer abwärts
gerichteten Oberfläche eines Wärmetauschers geleitet wird, die Oberfläche gekühlt wird,
indem ein Kühlmittel den Wärmetauscher durchströmt, und die Temperatur des
Kühlmittels im Wärmetauscher, die Art der Oberfläche und die Zusammensetzung der
Flüssigkeit auf Wasserbasis so gewählt werden, daß sich auf der Oberfläche Eismatsch
bildet und ansammelt, der aus einem Gemisch aus der Flüssigkeit und Eiskristallen
besteht, und daß Kräfte, die aus der Schwerkraft und den Wechselwirkungen zwischen der
Oberfläche und dem Eismatsch resultieren, ausreichen, um die Adhäsionskraft zwischen
zumindest einem Teil des Eismatsches und der Oberfläche zu überwinden und zumindest
einen Teil des Eismatsches zur Ablösung von der Oberfläche zu veranlassen.
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Nach einem anderen Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von
Eismatsch vorgesehen, bei dem ein Behälter im wesentlichen mit einer Flüssigkeit auf
Wasserbasis gefüllt wird, die Wasser und einen Elektrolyten und/oder einen
Nichtelektrolyten enthält, und ein Kühlmittel durch einen Wärmetauscher geleitet wird, der in
einem Bodenbereich des Behälters angeordnet ist und mindestens eine in Kontakt mit der
Flüssigkeit befindliche Wärmeaustauschfläche aufweist, wobei die Zusammensetzung der
Flüssigkeit auf Wasserbasis, die Temperatur des Kühlmittels und die Art der Oberfläche
derart sind, daß sich auf der Oberfläche Eismatsch bildet und ansammelt, der aus einem
Gemisch aus der Flüssigkeit und Eiskristallen besteht, und die Masse des Eismatsches
anwächst, bis der Auftrieb bewirkt, daß zumindest ein Teil des Eismatsches von der
Oberfläche abgelöst wird und im Behälter nach oben schwebt.
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Die Verfahren nach der vorliegenden Erfindung sparen im wesentlichen die gesamte
Energie, die beim Sammelvorgang der Eisherstellungsverfahren nach dem Stand der
Technik verwandt wurde. Bei der Anwendung der vorliegenden Erfindung wird eine
Masse ("Eismatsch") als ein Gemisch von Feststoffen und einer Flüssigkeit auf
Wasserbasis auf der Oberfläche eines Wärmetauschers gebildet. Die Feststoffe werden durch
Kühlen der Flüssigkeit auf Wasserbasis gebildet, die aus einem Gemisch von Wasser und
Elektrolyten oder Nichtelektrolyten besteht und in Wärineaustauschbeziehung mit dem
Wärmetauscher steht. Wenn sich die Feststoffe bilden, werden Teile der Flüssigkeit auf
Wasserbasis darin eingeschlossen, um den "Eismatsch" zu bilden, der sich auf dem
Wärmetauscher ansammelt. Dieser "Eismatsch" wird gesammelt (von der Oberfläche des
Wärmetauschers entfernt) und mit einer zusätzlichen Menge der Flüssigkeit auf
Wasserbasis oder mit zuvor gesammeltem "Eismatsch" gemischt.
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Jedes Zeitintervall, das beginnt, wenn eine besondere Ansammlung von "Eismatsch"
beginnt, und sich bis zu dem Zeitpunkt erstreckt, zu dem sich zumindest ein Teil des
angesammelten "Eismatsches" vom Wärmetauscher ablöst und mit einer größeren Menge
Flüssigkeit oder zuvor gesammeltem "Eismatsch" vermischt, wird als ein "Zyklus"
bezeichnet.
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Die Erfindung schafft Verfahren zur Herstellung von "Eismatsch" unter Nutzung einer
"Selbstablösung" oder einer "no penalty"-Sammeltechnik, wie nachfolgend beschrieben
wird. Jedes dieser Sammelverfahren spart im wesentlichen die ganze Energie ein, die im
Sammelabschnitt von Eisherstellungsverfahren nach dem Stand der Technik vernichtet
wurde.
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Das erfindungsgemäße Verfahren nutzt eine Vorrichtung, die so betrieben werden kann,
daß ein "Eismatsch"-Herstellungszyklus unter Anwendung einer "Selbstablösungs"-
Sammeltechnik durchgeführt wird. Die Vorrichtung weist eine Wärmeaustauschfläche auf,
die in Wärmeaustauschbeziehung zu einer Flüssigkeit auf Wasserbasis steht. Wenn die
Flüssigkeit gekühlt wird, wird auf einer abwärts gerichteten Oberfläche eines
Wärmetauschers eine weiche Masse ("Eismatsch") gebildet, welche aus einem Gemisch aus
Feststoffen (Eiskristallen) und der Flüssigkeit besteht. Elektrolyten und/oder
Nichtelektrolyten in der Flüssigkeit auf Wasserbasis bewirken, daß sich der "Eismatsch" als ein (im
Vergleich zu gefrorenem, im wesentlichen reinem Wasser) weiches Gemisch von
Eiskristallen
und der Flüssigkeit auf Wasserbasis ansammelt. Dieser "Eismatsch" sammelt
sich an, bis er eine ausreichende Menge erreicht hat, so daß die Schwerkraft und
Wechselwirkungen mit der Flüssigkeit auf Wasserbasis ausreichen, zumindest einen Teil des
angesammelten "Eismatsches" von der Oberfläche des Wärmetauschers abzulösen. Wenn
sich der "Eismatsch" ablöst, vermischt er sich mit einer größeren Menge der Flüssigkeit
auf Wasserbasis oder mit zuvor gesammeltem "Eismatsch" und zerbricht häufig in
kleinere Stücke.
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Die Oberflächen der Wärmetauscher werden so gewählt, daß die Adhäsion zwischen dem
gesammelten "Eismatsch" und dem Wärmetauscher weiter vermindert wird. Für am
vorteilhaftesten für die Anwendung bei Wärmeaustauschflächen werden solche Flächen
gehalten, die einfache geometrische Formen aufweisen, d.h. solche, die im wesentlichen
frei von scharfen Anderungen in der Kontur sind, wie ebene Flächen und solche mit
glatter Oberflächenveredelung. Zusätzlich sind Beschichtungen, wie solche aus FEP
Teflon, nützlich zur Verminderung der Adhäsion.
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Andere Ausführungsformen der Erfindung nutzen Wärmetauscher, die, abhängig von der
Vorgeschichte des Systems, entweder in der Flüssigkeit auf Wasserbasis oder im
"Eismatsch" untergetaucht sind. Wenn der Wärmetauscher gekühlt wird, bildet und sammelt
sich "Eismatsch" auf dem Wärinetauscher an. Wenn die Menge und das Gewicht des
angesammelten "Eismatsches" anwachsen, dann wechselwirkt der angesammelte
"Eismatsch" entweder mit der Flüssigkeit auf Wasserbasis oder mit dem "Eismatsch" aufgrund
der Auftriebskraft, was verursacht, daß sich zumindest ein Teil des angesammelten
"Eismatsches" vom Wärmetauscher ablöst und mit der Flüssigkeit auf Wasserbasis oder
angesammeltem "Eismatsch" vermischt. Der "Eismatsch" wird zur Verwendung in
Kühlsystemen gesammelt und gespeichert.
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Der "no penalty"-Entfrostungszyklus funktioniert ähnlich wie der "Selbstablösungs"-
Zyklus, außer daß die Wärme aus dem Kühlzyklus zurückgewonnen und zur
Unterstützung des Ablösens (Sammeln) des angesammelten "Eismatsches" vom Wärmetauscher
verwendet wird. Die Wärmerückgewinnung aus dem Kühlzyklus erfordert eine Vielzahl
von Wärmetauschern, wobei Kühlmittel vom Hochdrucksammler zum Ausgang eines oder
mehrerer ausgewählter Wärmetauscher umgelenkt wird, um das Ablösen des dort
angesammelten "Eismatsches" zu unterstützen.
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Die Erfahrung hat gezeigt, daß der Bereich des Wärmetauschers, der mit einer bestimmten
Ansammlung von "Eismatsch" überzogen ist, bevor sich dieser ablöst, stark schwankt.
Jedoch kann das System unter Anwendung des "Selbstablösungs"-Zyklus kontinuierlich
betrieben werden, wobei weder zusätzliche Wärme zugeführt noch mechanische Mittel
angewandt werden müssen, um den angesammelten "Eismatsch" von den
Wärmeaustauschflächen zu entfernen.
Bewertung der Selbstablösungstechnik
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Das System und die Technik zur Herstellung von "Eismatsch", die Gegenstand dieser
Patentanmeldung sind, enthält zwei grundsätzliche Ausführungsformen. Jede
Ausführungsform verwendet eine Flüssigkeit, die eine Wasser-Elektrolyt- und/oder
Wasser-Nichtelektrolyt-Lösung oder -Mischung enthält, die in Wärmeaustauschbeziehung zu einem
Wärmetauscher steht, um "Eismatsch" zu bilden, der aus einem Gemisch von Flüssigkeit
und Feststoffen besteht. Der "Eismatsch" wird auf dem Wärmetauscher angesammelt
sowie eingesammelt und mit einer zusätzlichen Menge an Flüssigkeit oder mit Mengen an
zuvor eingesammeltem "Eismatsch" gemischt.
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Als eine Hilfe zur Bewertung dieser Technik wurden von David E. Knebel von der Firma
Knebel und Partnern Vergleiche des Gesamtwirkungsgrads und der Kosten durchgeführt.
Aus dieser Studie, die auf einer installierten Kapazität von zweihundert Tonnen beruht,
wurden die folgenden Kosten pro Tonne errechnet:
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Heißgasentfrostung (Stand der Technik) 1.091,- $
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Selbstablösung (Bevorzugte Ausführungsform) 783,- $
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"No penalty"-Entfrostung (Zweite Ausführungsform) 952,- $
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Die gleiche Untersuchung schätzte außerdem, daß sich für eine Anwendung auf der Basis
von jährlich 400.000 Tonnen-Stunden die folgenden jährlichen Einsparungen an
Gesamtbetriebskosten ergeben würden:
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Selbstablösung 8.400,- $
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No-penalty-Entfrostung 4.200,- $
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Aus der obigen Analyse ist ersichtlich, daß die oben beschriebenen Zyklen zur Herstellung
von "Eismatsch" Möglichkeiten zur Verminderung der Installationskosten und der
Anforderungen an elektrischer Energie bieten, während das Eismatsch-Speichersystem zur
Verminderung von Spitzenbelastungen und der jährlichen Betriebskosten beiträgt.
Beschreibung der Zeichnungen
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Figur 1 ist eine Zeichnung, die eine Vorrichtung darstellt, welche zur Durchführung des
"Selbstablösungs"-Zyklus zur Herstellung von "Eismatsch" betreibbar ist.
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Figur 2 ist eine Zeichnung, die eine alternative Vorrichtung darstellt, welche zur
Durchführung des "Selbstablösungs"-Zyklus zur Herstellung von "Eismatsch" betreibbar
ist.
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Figur 3 ist eine Zeichnung, die eine zweite alternative Vorrichtung darstellt, welche zur
Durchführung des "Selbstablösungs"-Zyklus zur Herstellung von "Eismatsch" betreibbar
ist.
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Figur 4 ist eine Zeichnung, die ein Klimaanlagensystem unter Verwendung von
"Eismatsch" als Kühlmittel darstellt.
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Figur 5 ist eine Zeichnung, die den "no penalty"-Zyklus zur Herstellung von "Eismatsch"
darstellt.
Detaillierte Beschreibung
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Figur 1 ist eine Zeichnung, die eine Vorrichtung darstellt, welche zur Durchführung des
"Selbstablösungs"-Zyklus zur Herstellung von "Eismatsch" betreibbar ist. Diese
Vorrichtung
arbeitet nach der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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Bei dieser Ausführungsform wird der "Eismatsch" in einem Tank 20 gesammelt und
zusammengefaßt. Der Inhalt des Tanks 20 ist in Abhängigkeit von der betrieblichen
Vorgeschichte des Systems entweder "Eismatsch" oder die Flüssigkeit auf Wasserbasis.
Falls erforderlich, wird Flüssigkeit unter Anwendung irgendeines geeigneten Verfahrens
vom Inhalt des Tanks 20 abgetrennt und mittels einer Pumpe 26 durch eine Leitung 24
geleitet. Der Ausstoß der Pumpe 26 wird seinerseits durch eine Leitung 28 zu Verteilern
30 und 32 geleitet. Das Volumen des Tanks 20 ist so gewählt, daß die gewünschte
thermische Speicherkapazität geschaffen wird. Bei der bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung ist die Flüssigkeit, wie zuvor diskutiert wurde, ein Gemisch aus Wasser und
einem Elektrolyten und/oder Nichtelektrolyten.
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Die Flüssigkeit wird von den Verteilern 30 und 32 so geleitet, daß sie an zumindest einer,
im wesentlichen vertikalen (abwärts gerichteten) Oberfläche von Wärmetauscherteilen 34
und 36 nach unten strömt, wie es allgemein durch Pfeile auf den Oberflächen dieser Teile
angedeutet ist. Ein kaltes Kühlmittel strömt durch jedes dieser Wärmetauscherteile 34 und
36, indem es durch eine Eintrittsleitung 38 eintritt und durch eine Leitung 40 austritt.
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Die Temperatur des Kühlmittels wird so gewählt, daß sich, wenn die Flüssigkeit auf
Wasserbasis an den Oberflächen der Wärmetauscherteile 34 und 36 nach unten fließt,
Teile der Flüssigkeit unter Bildung von Eiskristallen verfestigen, welche sich auf diesen
als ein "Eismatsch" ansammeln, der typischerweise mit der Bezugszahl 35 bezeichnet
wird. Dieser "Eismatsch" ist weich (im Vergleich zu einem Feststoff, der beim Gefrieren
von im wesentlichen reinem Wasser gebildet wird) und besteht aus einem Gemisch der
Flüssigkeit auf Wasserbasis und von Eiskristallen. Zwischen dem angesammelten
"Eismatsch" und den glatten senkrechten Oberflächen der Wärmetauscher 34 und 36 entstehen
geringe Adhäsionskräfte (im Vergleich zu im wesentlichen kristallinem Eis). Niedrige
Kohäsionskräfte bewirken, daß der "Eismatsch", wie oben beschrieben ist, weich bleibt.
Für die Zwecke dieser Patentanmeldung wird der Ausdruck "anhaften" als
Gattungsbezeichnung für alle Kräfte benutzt, die als Ursache dafür anzusehen sind, daß eine
Masse, die ein Gemisch aus Feststoffen und einer Flüssigkeit ist, zu einer Oberfläche hin
angezogen werden.
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Auch wird für die Zwecke dieser Patentanmeldung der Ausdruck "zusammenhaften" als
Gattungsbezeichnung für alle Kräfte benutzt, welche bewirken, daß sich Eiskristalle und
eine Flüssigkeit untereinander anziehen.
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Der angesammelte "Eismatsch" steht in Wechselwirkung mit der Flüssigkeit auf
Wasserbasis und der Schwerkraft. Die Stärke dieser Wechselwirkung nimmt in dem Maße zu,
wie der angesammelte "Eismatsch" 35 an Größe und Dicke zunimmt. Wenn diese
Wechselwirkungen ausreichen, die Adhäsions- und/oder Kohäsionskräfte zu überwinden,
lösen sich Teile oder der gesamte angesammelte "Eismatsch" von den
Wärmetauscherteilen 34 und 36 ab und vermischen sich mit dem Inhalt 44 des Tanks 20. In Abhängigkeit
von der betrieblichen Vorgeschichte des Systems 16 kann der Inhalt des Tanks 20
"Eismatsch" oder die Flüssigkeit auf Wasserbasis sein.
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Um den Betrieb des Systems und des oben beschriebenen Zyklus zur Herstellung von
"Eismatsch" sicherzustellen, ist es von Nutzen, die Oberflächen der Wärmetauscherteile
34 und 36 und die Flüssigkeit auf Wasserbasis so zu wählen, daß die Adhäsions- und
Kohäsionskräfte auf das niedrigste praktische Maß abgesenkt werden. Dazu muß gesagt
werden, daß gegenwärtig angenommen wird, daß sich die Betriebsweise des Zyklus
verbessert, wenn die Adhäsions- und/oder Kohäsionskräfte kleiner werden.
Wünschenswert ist das vöffige Fehlen von Adhäsions- und Kohäsionskräften. Jedoch ist dieses Ziel
noch nicht erreicht worden und kann unter Anwendung der gegenwärtigen Technik auch
nicht erreichbar sein.
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Jedoch werden nach der vorliegenden Erfindung beträchtliche Verminderungen bei
Adhäsion und Kohäsion erreicht, indem sowohl eine Flüssigkeit auf Wasserbasis, die
Elektrolyten und/oder Nichtelektrolyten enthält, als auch Wärmetauscherteile 34 und 36
mit Oberflächen verwendet werden, welche die Adhäsionskräfte vermindern.
Flüssigkeiten, die ein Gemisch von Elektrolyten und/oder Nichtelektrolyten wie eine 30/70
Calciumacetat-Magnesiumacetat-Mischung oder Ethylenglykol und Wasser enthalten, sind zur
Anwendung bei allen Ausführungsformen der Erfindung geeignet. Solche Flüssigkeiten
sind bisher als solche "auf Wasserbasis" bezeichnet worden. In entsprechender Weise
können die Oberflächen der Wärmetauscherteile 34 und 36 mit einem Material wie Teflon
oder dessen Derivaten beschichtet werden, um die Adhäsionskräfte zu vermindern.
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Figur 2 zeigt eine alternative Vorrichtung, die zur Durchführung des "Selbstablösungs"-
Zyklus zur Herstellung von "Eismatsch" betreibbar ist. Der "Eismatsch" ist in einem Tank
50 enthalten. Entlang der Bodenfläche des Tanks 50 ist ein Wärmetauscherteil 52
angeordnet, das durch ein Kühlmittel gekühlt wird, das über eine Leitung 54 eintritt und
über eine Leitung 56 austritt. Die Temperatur des Kühlmittels wird so gewählt, daß sich
"Eismatsch", der typischerweise mit der Bezugszahl 35 bezeichnet ist, auf der Oberseite
des Wärmetauscherteils 52 bildet und dort anhaftet, wenn die im Tank 50 enthaltene
Flüssigkeit auf Wasserbasis gekühlt wird. Der angesammelte "Eismatsch" wechselwirkt
mit der Auftriebskraft. Wenn die Masse des angesammelten "Eismatsches" zunimmt, wird
diese Kraft ausreichend groß, um den ganzen "Eismatsch" 35 oder Teile desselben vom
Wärmetauscherteil 52 abzulösen. Der abgelöste "Eismatsch", wie er typischerweise durch
die Bezugszahlen 60 und 65 angegeben ist, schwebt nach oben und vermischt sich mit dem
Inhalt 44 des Tanks 50. Wie bei den vorhergehenden Ausführungsformen kann der Inhalt
des Tanks 50 in Abhängigkeit von der betrieblichen Vorgeschichte des Systems entweder
"Schneematsch" oder die Flüssigkeit auf Wasserbasis sein.
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Wie bei der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform ist es notwendig, sowohl die
Flüssigkeit auf Wasserbasis als auch die Eigenschaften des Wärmetauscherteils 52 so zu
wählen, daß die Auftriebskraft mit dem angesammelten "Eismatsch" wechselwirkt und
schließlich ausreicht, einen Teil oder den ganzen angesammelten "Eismatsch" vom
Wärmetauscher 52 abzulösen. Dieses Ergebnis kann durch die Verwendung geeigneter
Elektrolyten und/oder Nichtelektrolyten in der Flüssigkeit auf Wasserbasis erreicht
werden. Wärmetauscher mit Oberflächen geringer Kohäsion unterstützen die Ablösung des
angesammelten "Eismatsches" weiter. Die oben beschriebenen Elektrolyten und
Wärmeaustauschflächen sind auch bei dieser Vorrichtung verwendbar.
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Figur 3 zeigt eine zweite alternative Vorrichtung, welche zur Durchführung des
"Selbstablösungs"-Zyklus zur Herstellung von "Eismatsch" betreibbar ist. Die dargestellte
Vorrichtung verwendet einen zweiseitigen Wärmetauscher 70, der in Nähe des Bodens
eines Tanks 73 angeordnet ist. Der Tank enthält in Abhängigkeit von der betrieblichen
Vorgeschichte des Systems entweder die Flüssigkeit auf Wasserbasis oder "Eismatsch".
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Das Kühlmittel tritt in das Wärmetauscherteil 70 durch eine Leitung 72 ein und verläßt es
durch eine Leitung 74. Die Temperatur des Kühlmittels wird so gewählt, daß sich auf den
Außenflächen des Wärmetauscherteils 70 "Eismatsch" bildet und ansammelt, wie er
typischerweise durch die Bezugszahlen 76 und 78 bezeichnet ist.
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Wie bei den vorhergehenden Ausführungsformen der Erfindung werden die Eigenschaften
der Flüssigkeit auf Wasserbasis, die Eigenschaften des "Eismatsches" und die Oberflächen
des Wärmetauscherelements 70 so gewählt, daß die Auftriebskraft ausreicht, um
zumindest einen Teil des angesammelten "Eismatsches" von den Oberflächen des
Wärmetauschers 70 abzulösen und zu bewirken, daß der abgelöste "Eismatsch" zur Oberfläche
schwebt. Der abgelöste "Eismatsch" vermischt sich mit dem Inhalt des Tanks 73.
Typische Ansammlungen von "Eismatsch", welche sich vom Wärmetauscher 70 abgelöst
haben, sind mit der Bezugszahl 75 versehen.
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Ein Hauptanwendungsgebiet des Systems zur Herstellung von "Eismatsch", welches
Gegenstand dieser Erfindung ist, sind Klimaanlagen und andere Kühlsysteme.
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Die Anwendung des verbesserten Zyklus zur Herstellung von "Eismatsch" bei einer
typischen Klimaanlage ist in Figur 4 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform wird einem
Wärmetauscher 90 durch einen Kompressor 94 über einen Kondensator 95, einen
Hochdrucksammler 97 und eine Leitung 92 ein kaltes Kühlmittel zugeführt. Dies ist ein
typischer Kühlzyklus nach dem Stand der Technik.
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Flüssigkeit wird aus einem Vorratstank 98 in Umlauf gebracht und durch eine Pumpe 102
und einen Verteiler 100 über den Wärmetauscher 90 strömen gelassen. Ein
Primärkühlmittel in Gestalt von "Eismatsch" oder kalter Flüssigkeit wird durch eine Pumpe 104
durch das Klimasystem zirkuliert und über eine Leitung 106 in den Tank 98
zurückgeführt. Es kann auch eine Vielzahl von Wärmetauschern angewandt werden. Es können
auch andere herkömmliche Kühleinrichtungen in das System eingefügt werden, um den
Kühlmittelstrom zu erzeugen und zu steuern.
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Eine Ausführungsform eines Klimasystems unter Anwendung des "no
penalty"-Entfrostungszyklus ist in Figur 5 dargestellt. Diese Ausführungsform ähnelt der in Figur 4
dargestellten Ausführungsform. Um diese Ähnlichkeit zu betonen, werden in diesen
Figuren gleiche Bezugszahlen zur Bezeichnung gleicher Bauteile verwendet.
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Die Figur 5 stellt eine Vorrichtung dar, die zur Durchführung der "no penalty"-Technik
betreibbar ist. Kühlmittel wird den Wärmetauschern 90 und 90A durch einen Kompressor
94 über einen Kondensator 95, einen Hochdrucksammler 97 und Leitungen 92 und 92A
zugeführt. Dies ist ein typischer Kühlzyklus nach dem Stand der Technik.
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Diese Ausführungsform weist zusätzliche Ventile und Leitungen auf, die es ermöglichen,
Kühlmittel periodisch durch die Wärmetauscher zu leiten, um sicherzustellen, daß die
Eisansammlungen periodisch von diesen Oberflächen entfernt werden. Beipsielsweise
ermöglichen es zwei Ventile 112 und 116, den Kühlmittelstrom wahlweise zu den
Ausgängen der Wärmetauscher 90 und 90A zu leiten. Beispielsweise ermöglicht es das
Ventil 112, das Kühlmittel von einem der Wärmetauscher zum Eingang des anderen
Wärmetauschers 90 zu leiten. Eine zusätzliche herkömmliche Druckregeleinrichtung 91 ist
erforderlich.
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Das Kühlmittel auf der Ausgangsseite der Wärmetauscher 90 und 90A ist ausreichend
warm, um die Temperatur des Wärmetauschers zu erhöhen, durch den es strömt. Die im
Kühlmittel am Ausgang des Wärmetauschers gespeicherte Energie wird bei Anwendung
dieses Verfahrens zurückgewonnen und dazu verwendet, sicherzustellen, daß aller
angesammelter "Eismatsch", wie er typischerweise mit der Bezugszahl 35 gekennzeichnet
ist, periodisch gesammelt wird. Die bei diesem Einsammelverfahren verwendete Energie
wird normalerweise ohne jeglichen nutzbaren Beitrag zum "Eismatsch"-Herstellungszyklus
vernichtet. Daher erfordert der "no penalty"-Entfrostungszyklus keinerlei zusätzliche
Energiezufuhr zur Durchführung des Entfrostungsteils des Zyklus. Dies ist der zuvor
besprochene "no penalty"-Sammelzyklus.
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Die Funktion des Kompressors 94, des Kondensators 95 und der diesen zugeordneten
anderen Bauteile besteht darin, den gewünschten Kühlmittelstrom zu erzeugen, um die
Wärmetauscher zu kühlen und so die gewünschte Menge an "Eismatsch" zu erzeugen. Es
können auch andere herkömmliche Kühlzyklen und -bauteile bei den dargestellten
Ausführungsformen der Erfindung angewandt oder in diese eingebaut werden, um die
gewünschte Kühlung der Wärmetauscher 90 und 90A zu erreichen.