DE68921639T2 - Verfahren zur herstellung von eismatsch. - Google Patents

Verfahren zur herstellung von eismatsch.

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    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25CPRODUCING, WORKING OR HANDLING ICE
    • F25C1/00Producing ice
    • F25C1/12Producing ice by freezing water on cooled surfaces, e.g. to form slabs

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  • Materials Applied To Surfaces To Minimize Adherence Of Mist Or Water (AREA)
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Description

    Diese Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung von Eismatsch.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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
  • 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.
  • 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:
  • Heißgasentfrostung (Stand der Technik) 1.091,- $
  • Selbstablösung (Bevorzugte Ausführungsform) 783,- $
  • "No penalty"-Entfrostung (Zweite Ausführungsform) 952,- $
  • 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:
  • Selbstablösung 8.400,- $
  • No-penalty-Entfrostung 4.200,- $
  • 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
  • Figur 1 ist eine Zeichnung, die eine Vorrichtung darstellt, welche zur Durchführung des "Selbstablösungs"-Zyklus zur Herstellung von "Eismatsch" betreibbar ist.
  • Figur 2 ist eine Zeichnung, die eine alternative Vorrichtung darstellt, welche zur Durchführung des "Selbstablösungs"-Zyklus zur Herstellung von "Eismatsch" betreibbar ist.
  • Figur 3 ist eine Zeichnung, die eine zweite alternative Vorrichtung darstellt, welche zur Durchführung des "Selbstablösungs"-Zyklus zur Herstellung von "Eismatsch" betreibbar ist.
  • Figur 4 ist eine Zeichnung, die ein Klimaanlagensystem unter Verwendung von "Eismatsch" als Kühlmittel darstellt.
  • Figur 5 ist eine Zeichnung, die den "no penalty"-Zyklus zur Herstellung von "Eismatsch" darstellt.
  • Detaillierte Beschreibung
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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".
  • 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.
  • 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.
  • Ein Hauptanwendungsgebiet des Systems zur Herstellung von "Eismatsch", welches Gegenstand dieser Erfindung ist, sind Klimaanlagen und andere Kühlsysteme.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (6)

1. Verfahren zur Herstellung von Eismatsch, bei dem eine Flüssigkeit auf Wasserbasis, die Wasser und einen Elektrolyten und/oder einen Nichtelektrolyten enthält, längs einer abwärts gerichteten Bahn auf einer abwärts gerichteten Oberfläche eines Wärmetauschers (34,36) geleitet wird, die Oberfläche gekühlt wird, indem ein Kühlmittel den Wärmetauscher (34,36) durchströmt, und die Temperatur des Kühlmittels im Wärmetauscher (34,36), 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.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine auf der Oberfläche angebrachte Beschichtung vorgesehen ist, deren Material im Hinblick auf eine Verminderung der Kernbildung der Flüssigkeit und eine Minimierung der Adhäsion zwischen der Beschichtung und dem Eismatsch ausgewählt ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit Wasser und einen Elektrolyten enthält und der Elektrolyt drei Teile Calciumacetat und sieben Teile Magnesiumacetat enthält.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Eismatsch auf der Oberfläche als eine Schicht unbestimmter Flächenausdehnung ansammelt und eine durchschnittliche Dicke von weniger als einem halben Zoll (1 ,27 cm) hat.
5. Verfahren zur Herstellung von Eismatsch, bei dem ein Behälter (50) 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 (52) 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 (50) nach oben schwebt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche als eine an den Wärmetauscher (52) angebrachte Materialschicht vorgesehen ist, wobei das Material derart ist, daß es die Adhäsionskräfte zwischen dem Eismatsch und dem Wärmetauscher (52) vermindert.
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