DE102005008145B3

DE102005008145B3 - Vorrichtung zur Eisherstellung

Info

Publication number: DE102005008145B3
Application number: DE102005008145A
Authority: DE
Inventors: Otto-Wilhelm Held
Original assignee: Individual
Current assignee: Stetter GmbH
Priority date: 2005-02-21
Filing date: 2005-02-21
Publication date: 2006-04-06
Anticipated expiration: 2025-02-22
Also published as: WO2006087030A1; EP1869376A1

Abstract

Vorrichtung zur Eisherstellung, insbesondere für Bauzwecke, wobei eine Eismaschine (1) mit einer Wärmepumpe (11) mit einem Ammoniakkreislauf erhöht angeordnet ist, deren Kondensator (12) luft- und sprühwassergekühlt ist und deren Verdampfer (14) laufend Wasser zugeführt wird, das zu Eis gefroren, in einen tiefer angeordneten Eiscontainer (2) mit einer bedarfsgesteuerten Ausfördervorrichtung (21) fällt, wobei der Verdampfer (14) mit etwa -11 DEG C betrieben wird und das daran entstehende Eis, durch periodische Kühlmittel-Dampfstöße abgelöst, feucht in den Eiscontainer (2) fällt, dessen Ausfördervorrichtung (21) bodenseitig darin angeordnet ist. Ungesteuert dient der Verdampfer (14) zur Kühlwassererzeugung, das in einem Kühlwassertank (3) bevorratet wird. DOLLAR A Für die Eisbildung und die Eisablösung wird dem Kondensator (12) Rieselwasser in verschiedenen Raten zugeführt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Eisherstellung, insbesondere für Bauzwecke, wobei eine Eismaschine mit einer Wärmepumpe mit einem Ammoniakkreislauf erhöht angeordnet ist, deren Kondensator luft- und sprühwassergekühlt ist und deren Verdampfer laufend Wasser zugeführt wird, das, zu Eis gefroren, in einen tiefergelegenen Eiscontainer fällt.
Derartige Vorrichtungen sind insbesondere in warmen Klimazonen für Bauzwecke mit großer Eisleistung im Einsatz, da dort Beton überwiegend mit Eis statt mit Wasser angemischt wird, damit er langsam abbindet und so die geforderte Dichte und Festigkeit erlangt. Um den Tagesbedarf an Eis zu decken, der zur Tageszeit sporadisch auftritt, ist die in einer oberen Etage angeordnete Eismaschine oft Tag und Nacht in Betrieb, deren Eis im Container in einer unteren Etage zwischengelagert wird. Der Nachtbetrieb ist ökonomischer, da die Kühlluft des Kondensators dann eine wesentlich geringere Temperatur als am Tage hat.
Die bekannten Vorrichtungen weisen einen Froster auf, der mit ca. –22°C Verdampfungstemperatur betrieben wird, so dass eingesprühtes Wasser unmittelbar zu Eis gefriert, das, auf ca. –7°C unterkühlt körnig in den Container fällt. Die niedrige Frostertemperatur führt zu einem geringen Wirkungsgrad der Wärmepumpe. Außerdem neigen die unterkühlten Eiskörner zum Verklumpen, da Luftfeuchte aus der Umgebung an ihnen kondensiert und anfriert, wodurch die Körner zusammenwachsen. Deshalb ist die Ausfördervorrichtung ein oben auf dem Eisvorrat liegendes Kratzförderband, das jedoch eine am höchsten verdichtete Bodeneisschicht zurückläßt, die nach und nach anwächst und periodisch sehr aufwendig herausgehackt werden muß.

Weiterhin sind Eismaschinen bekannt, etwa aus der Druckschrift US 4,982,574 , bei denen in kurzen Abständen mit einem in den Verdampfer eingeblasenen Kühlmittel-Dampfstoß das gebildete Eis von der Verdampferoberfläche abgetaut wird. Besonders im Lebenmittelbereich werden solche Eismaschinen mit Platten-Verdampfern eingesetzt, deren Verdampfer mit ca. –11°C betrieben werden und bei denen sich nasses Eis aus in gleichbleibender Dosierung von oben zugeführtem Rieselwasser bildet, so dass es sich scherbenförmig ablöst, wodurch und nach dem Rutschen über eine schräg angeordnete Siebplatte, es in einen Eiscontainer fällt.

Es ist Aufgabe der Erfindung, die eingangs bezeichnete Vorrichtung zur Eisherstellung, insbesondere für Bauzwecke bezüglich des Wirkungsgrades und deren Nutzbarkeit zu verbessern.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die relativ zur vorbekannten Vorrichtung erheblich höhere Verdampfertemperatur erbringt einen wesentlich höheren Wirkungsgrad der Wärmepumpe. Weiterhin bleiben die feuchten Eisbrocken, deren Temperatur bei ca. –3°C liegt, ständig gleitfähig, wodurch es möglich ist, den Ausförderer unten im Eiscontainer anzuordnen, so dass der gesamte Speicherraum und Eisvorrat ständig verfügbar ist und ein Ausbrechen von geblocktem Eis entfällt.

Einer weiteren Erhöhung des Wirkungsgrades wird durch die Nutzung der Erkenntnis erreicht, dass das durch die Sprühwasserverdunstung im Luftstrom des Kondensators anfallende unverdunstete Wasser eine Abkühlung von ca. 10°C erfährt. Dieses somit vorgekühlte Wasser wird dem Verdampfer zugeführt, so daß dessen Eisbildungsleistung erhöht ist.

Weiterhin ist vorteilhaft mindestens ein Wassertank in der unteren Etage angeordnet, in den immer dann, wenn ein für einen kommenden Betoniervorgang ausreichender Eisvorrat im Eiscontainer angelegt ist, in dem Verdampfer gekühltes Wasser eingeleitet wird, wobei dieser mit einer Verdampfertemperatur von ca. –3°C betrieben wird. Diese Wasserkühlung geschieht also bei einem vergleichsweise sehr hohen Wirkungsgrad der Wärmepumpe. Das gespeicherte in einer Stufe auf ca. 1°C gekühlte, Wasser dient ebenso wie das Eis zum Anmischen des Betons, so daß weniger Eis verbraucht wird.

Durch die Umsteuerung des Betriebsdrucks und damit der Verdampfungstemperatur wird die Kühlanlage für die Eis- und für die Kühlwasserproduktion genutzt; eine separate Wasserkühlvorrichtung entfällt.

Insgesamt führen diese Maßnahmen in der neuen Vorrichtung durchschnittlich zu einer Energieeinsparung von ca. 30%, wenn die Tagestemperatur um 50°C liegt.

Vorteilhaft ist die Gesamtvorrichtung modular in Container-Blockbauweise erstellt, so daß einzelne Eismaschinencontainer, Eiscontainer und Wassertankcontainer jeweils ergänzt oder ausgetauscht werden können. Beispielsweise liegen in der unteren Etage ein Eiscontainer und beliebig viele Wassercontainer. In der oberen Etage sind auf Stützen quer zu den unteren Containern maximal vier der Eismaschinencontainer angeordnet, wobei jeweils der Verdampfer über dem Eiscontainer steht. Auf diese Weise kann die Gesamtleistung der jeweiligen Baustellenanforderung und den klimatischen Bedingungen entsprechend mit Modulen optimal angepasst werden. Eine Verlagerung zu anderen Baustellen, auch einzelner Module, ist problemlos möglich, da nur wenige Anschlüsse, nämlich für Wasser, für Steuerkabel und für Strom, an diese vorzunehmen sind. Die Fertigung der Container erfolgt werksseitig, so daß eine Baustelle ohne individuelle Vorplanung ausgerüstet werden kann.

Ausförderseitig fällt das Eis in einen zyklisch arbeitenden Querförderer, so daß auch dort keine Anschlußarbeiten notwendig sind. Das Vorhandensein mehrerer Aggregate erhöht nicht nur die verfügbare Gesamtleistung, sondern auch die Verfügbarkeit im Falle von Wartungs- oder Reparaturarbeiten.

An den zyklisch arbeitenden Querförderer schließt sich vorteilhaft ein Schrägförderer an, der in eine Eiswaage mündet, die aus einem vertikalen Vorratsbehälter mit einer bodenseitigen Schleuse besteht, unter der das dosierte Eis gleichmäßig auf das Förderband der externen Betonanlage verteilt wird.

Vorteilhaft sind Teile der Eismaschine redundant ausgebildet. So sind je zwei Lüfter-Kondensatoraggregate und zwei Verdampfer-Eiserzeuger nebeneinander angeordnet und durch eigene Kühlmittelleitungen verbunden, die jedoch an einem Kompressor und an einem Kondensatsammler jeweils gemeinsam angeschlossen sind. Bei Störungen an einem Doppelaggregat kann der Betrieb mit reduzierter Leistung weiterlaufen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind beispielhaft in den 1 bis 7 dargestellt.
1 zeigt eine transparente Perspektivansicht einer Gesamtanlage mit Mehrfachmodulen;
2 zeigt eine Perspektivansicht einer Eismaschine;
3 zeigt eine Stirnansicht zu 1;
4 zeigt eine Rückansicht zu 1;
5 zeigt einen symbolisierten axialen Schnitt durch eine Eiswaage;
6 zeigt eine transparente Stirnansicht einer Eiswaage;
7 zeigt ein Blockschaltbild;
1 zeigt zwei Eismaschinen 1, die in zwei Eismaschinencontainern 40 untergebracht sind. Diese Container 40 sind auf Containerstützgerüsten 4 über bodenseitig gelagerten Wassertankcontainern 30, die jeweils einen Kaltwassertank 3 umschließen, und einem Eiscontainer 2 angeordnet. Die Eismaschine 1 besteht aus dem Kompressor 11, der vorn Motor 10 angetrieben ist. Das komprimierte Kühlmittel wird in dem Kondensator 12 von dem Sprühwasserverdunster 13 durch einen Luftstrom abgekühlt. Das Kondensat wird im Abscheider 43 angesammelt und über eine Drossel dem Verdampfer 14 zugeführt. Dieser ist mit einer Wasserberieselung im Kreislaufbetrieb versehen. Das periodisch gelöste Eis wird über eine Siebplatte 15 durch den Einfallschacht 20 des Eiscontainers 2 abgeführt, erte uberschüssiges kaltes Wasser wird unter dem schrägstehenden Sieb 15 in einer Wanne 16 gesammelt und wieder umgepumpt.
Alternativ wird bei höherer Verdampfertemperatur gekühltes Wasser erzeugt, das aus der Wanne 16 in einen der Wassertanks 3 geleitet wird. Von dort wird es über einen Kaltwasserabfluß 32 zum Verbrauchsort geleitet.
Bodenseitig im Eiscontainer 2 befinden sich vier Schneckenförderer 21 in Parallelanordnung. Ausförderseitig von diesen ist darunter ein Querförderer 23 angeordnet von dem ein Schrägförderer 49 in eine Eiswaage 5 führt. Dieser besteht aus einem nach unten leicht divergierenden. Schacht 50, der in einem Gestell angeordnet ist und bodenseitig eine Schleuse 51 aufweist, die von einem Schleusenmotor 52 bedarfsweise betätigt wird.
Für die Steuereinrichtung ist seitlich ein Armaturenschrank 53 montiert. Auch im Lüfter-Verdunster 13 ist bodenseitig eine Wassersammelwanne angeordnet, von der das durch Verdunstungskälte um ca. 10°C abgekühlte Frischwasser mit einer Kaltwasserpumpe 54 in den Berieseler des Verdampfers 14 gefördert wird. Von dort wird das in der Auffangwanne 16 gesammelte, fast 0°C kalte Wasser mit der Umlaufpumpe 17 wieder dem Berieseler des Verdampfers 14 zugeführt oder umgesteuert in den Wassertank 3 abgeleitet.
Weitere Einzelheiten sind aus 2 ersichtlich.
Die Container 2, 3 sind jeweils mit einer Wärmedämmschicht 42 ummantelt.
3 zeigt eine Stirnansicht der Gesamtanordnung. Zu dem Eismaschinencontainer 40 führt eine Treppe 55 mit einer Inspektionsrampe 56. Von dort aus ist der Armaturenschrank 53 zugänglich, durch den die Kühlmittelleitungen führen. Ein Steuerventilblock 18 ist vor den Verdampfer 14 geschaltet, so daß das flüssige Kühlkreislaufmittel und umgesteuert Kühlmitteldampf dem Verdampfer 14 zugeführt werden kann und andererseits die Rückleitung geöffnet ist.
Aus der Wasserwanne 16 führt eine Saugleitung zur Umlaufpumpe 17, der ein Ventil 41 nachgeschaltet ist, das entweder einen Umlauf einstellt oder eine Ableitung in den Kaltwasserzulauf 31 des Kaltwassertanks 3.
Bodenseitig im Eiscontainer 2 sind mehrere Förderschneckenantriebe 22 von daran angeschlossenen symbolisch dargestellten, Förderschnecken 21 angeordnet. Die Schnecke 24 des Querförderers 23 führt zum Schrägförderer 49 und dieser endet über dem Schacht 50 der Eiswaage 5.
4 zeigt weitere Einzelheiten von der Rückseite der Anlage. Die Förderschnecken 21 enden oberhalb des Querförderers 23; der mit einem wannenartigen Gehäuse ausgebildet ist, in dem eine Schnecke 24 fördert. Durch den Schrägförderer 49 kommt das Eis in die Eiswaage 5, die mit Waageauflagern 57 in einem Traggestell 58 hängt.
Einzelheiten zur Eiswaage 5 sind aus den 5 und 6 ersichtlich. Der Schacht 50 divergiert nach unten leicht, damit sich kein Eis festsetzten kann. Die Schleuse ist mit radialen gezahnten Blechen bestückt, die auf zwei parallelen Achsen drehbar montiert sind und jeweils, wenn zwei davon quer stehen, eine Abdichtung bewirken, andernfalls einen Zellraum nach unten öffnen.
7 zeigt ein Blockschaltbild, insbesondere des Kühlmittels.
Der Kompressor 11 treibt den verdichteten Kühlmitteldampf durch eine Dampfleitung D gewöhnlich in die Kondensatoren 12A, 12B, die jeweils mit Wassersprühern an die Wasserleitung W über gesteuerte Ventile angeschlossen sind. Dem Sprühwasser bläst jeweils der Lüfter 13A, 13B entgegen. Restliches vorgekühltes Sprühwasser wird gesammelt und durch die Pumpe 54 abgeleitet und den Berieselern in den Verdampfer 14A, 14B zugeführt, unter denen das abgelaufene Wasser aus den Wannen 16A, 16B mit der Pumpe 17 zurückgefördert wird oder alternativ durch das Umsteuerventil 41 zum Kaltwasseranschluß 31 des Wassertanks geleitet wird.
Das aus den Wärmetauschern, den Kondensatoren 12A, 12B, kommende abgekühlte Kältemittel wird in den Abscheider 43 geleitet. Aus dem Abscheider 43 führt eine Kondensatleitung K zu den Ventilblöcken 18A, 18B. Dort können mit jeweils einzelnen Ventilen V11–V14 ein Eisbildungszustand und ein Eisablösezustand gesteuert werden, indem entweder die Dampfleitung D oder eine unten vom Abscheider 43 kommende Kondensatleitung K eingangsseitig durchgeschaltet werden, wobei jeweils der Ausgang mit einer Rückleitung R zum Abscheider 43 obenseitig führt, von wo der Kompressor 11 das gasförmige Kühlmittel absaugt. Vor den Kondensatoren 12A, 12B ist zustromseitig jeweils ein einstellbares Entspannungsventil EV angeordnet. Ein Druckmesser oder Druckwächter P dient der Einstellung des Betriebsdruckes und somit der Betriebstemperatur.
Für die Stilllegung der Kondensatoren 12A, 12B sind Absperrventile V21–V24 an den Zu- und Ableitungen vorgesehen; ebenso sind die Ventile V11–V14 bei Reparatur- und Wartungsarbeiten komplett zu sperren. Die zweifach vorhandenen Kondensatoren 12A, 12B und Verdampfer 14A, 14B sind durch die gedoppelten Ventilanordnungen völlig unabhängig zu betreiben. Zweckmäßig ist es jedoch, den Betrieb zur Eiserzeugung bei niedriger Temperatur der Verdampfer 14A, 14B bzw. zur Kaltwassererzeugung bei höherer Temperatur jeweils gleichzeitig vorzunehmen.

1: Eismaschine
10: Motor
11: Kompressor
12, 12A, 12B: Kondensator
13, 13A, 13B: Lüfter-Verdunster
14, 14A, 14B: Verdampfer
15: Siebplatte
16, 16A, 16B: Wassersammelwanne
17: Wasserumlaufpumpe
18, 18A 18B: Kühlmittelumsteuerventil
2: Eiscontainer
20: Einfallschacht
21: Ausförderer
22: Förderschneckenantriebe
23: Querförderer
24: Förderschnecken
3: Wassertank
30: Wassertankcontainer
31: Kaltwasserzulauf
32: Kaltwasserabfluß
4: Container-Stützgerüst
40: Eismaschinencontainer
41: Steuerventile vor 3
42: Wärmedämmung an 2 und 3
43: Abscheider des Kühlmittels
49: Schrägförderer
5: Eiswaage
50: Schacht
51: Schleuse
52: Schleusenmotor
53: Armaturenschrank
54: Kaltwasserpumpe
55: Treppe
56: Rampe
57: Waageauflager
58: Traggestell
D: Dampfstoßleitung
K: Kondensatleitung
R: Rückleitung
P: Druckmesser
V11–V14: Ventile zu 14A
V21–V24: Ventile zu 12A
EV: Entspannungsventil
W: Wasserleitung

Claims

Vorrichtung zur Eisherstellung, insbesondere für Bauzwecke, bei der eine Eismaschine (1) mit einer Wärmepumpe (11) mit einem Ammoniakkreislauf erhöht angeordnet ist, deren Kondensator (12) luft- und sprühwassergekühlt ist und deren Verdampfer (14), der aus vertikal stehenden Verdampferplatten besteht, laufend Wasser zugeführt wird, das, zu Eis gefroren, in einen tiefergelegenen Eiscontainer (2) mit einer bedarfsgesteuerten Ausfördervorrichtung (21) fällt, und bei der der Verdampfer (14) mit einer Verdampfertemperatur von etwa –11°C betrieben wird und das Wasser über einen Berieseler, als Rieselwasser jeweils auf Verdampferplatten-Oberkanten geleitet wird und das an den Verdampferplatten entstehende Eis durch periodische Kühlmittel-Dampfstöße und das Rieselwasser abgelöst, feucht in den Eiscontainer (2) fällt, dessen Ausfördereinrichtung (21) bodenseitig darin angeordnet ist und bei der in einem Lüfter-Verdunster (13) des Kondensators (12) anfallendes abgekühltes Wasser als das Rieselwasser dem Verdampfer (14) zugeführt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass neben dem Eiscontainer (2) ein Wassertank (3) angeordnet ist und zeitweilig der Verdampfer (14) als Wasserkühler mit annähernd –3°C Verdampfungstemperatur betrieben wird und damit durch ihn geleitetes Wasser als Kühlwasser mit einer Temperatur von ca. 1°C durch ein Steuerventil (41) in den Wassertank (3) geleitet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausfördereinrichtung (21) aus parallelen Förderschnecken besteht, die von nahe einer Containerwandung angeordneten Elektromotoren (22) angetrieben werden.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausförderer (21) in der Förderrichtung leicht ansteigend angeordnet ist und förderendseitig unter ihm ein Querförderer (23) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wassertank (3) in einem Wassertankcontainer (30) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Eismaschine (1) mit einem elektrischen Antriebsmotor (10), einem Kompressor der Wärmepumpe (11), dem Kondensator (12) mit dem Wasserverdunster-Lüfter (13), dem Verdampfer (14) mit einer Wasserumlaufpumpe (17) und Kühlmittelumsteuerventilen (18) in einem Eismaschinencontainer (40) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Eiscontainer (2) und mindestens einer der Wassertankcontainer (30) nebeneinander bodenseitig in einer unteren Etage angeordnet sind und jeweils auf einem Stützgerüst (4) quer über diesen Containern (2, 30) mindestens ein Eismaschinencontainer (40) in einer oberen Etage angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Eismaschinencontainer (40) so angeordnet ist, dass der Verdampfer (14) sich über einem Einfallschacht (20) des Eiscontainers (2) befindet.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Container (2, 30, 40) Standard-Containerabmessungen haben.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Eiscontainer (2) und der Wassertank (3) jeweils von einer Wärmedämmung (42) umschlossen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator (12) mit dem Lüfter-Verdunster (13) und/oder der Verdampfer (14) jeweils aus zwei parallelen Teilaggregaten (12, 13; 14) bestehen, die mittels Steuerventilen (V11–V14; V21–V24) separat betreibbar und austauschbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass an den Ausförderer (21) oder den Querförderer (23) ein Schrägförderer (49) angeschlossen ist, der abförderseitig an eine Eiswaage (5) angeschlossen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Eiswaage (5) einen Schacht (50) aufweist, der bodenseitig mit einer Schleuse (51) von einem Schleusenmotor (52) gesteuert, zu entleeren ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass unter dem Verdampfer (14) eine geneigte Siebplatte (15) angeordnet ist, unter der eine Wassersammelwanne (16) angeordnet ist, an die eine Wasserumlaufpumpe (17) angeschlossen ist, die das gesammelte Wasser zum Berieseler zurückführt.