EISGENERATOR ZUR ERZEUGUNG EINER WÄSSRIGEN SUSPENSION AUS EISKRISTALLEN

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Eisgenerator zur Erzeugung einer wäßrigen Suspension aus Eiskristallen nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

[0002] Im Bereich der Kältetechnik spielt Wasser als Kälteträger aufgrund der günstigen Verfügbarkeit und Umweltverträglichkeit eine große Rolle. Besondere Vorteile bietet hierbei der Einsatz von sogenanntem Ice-slurry, einer wäßrigen Suspension aus kleinen Eiskristallen. Da diese Suspension in fließfähigem Zustand vorliegt, kann Ice-slurry wie eine Flüssigkeit durch Rohrleitungen gepumpt werden. Andererseits weist dieser Kälteträger aufgrund der für die Phasenumwandlung der Eiskristalle zu Wasser erforderlichen Schmelzwärme eine'hohe Energiedichte auf. Ice-slurry ist daher ein ideales Medium zum Transport und zur Verteilung von Kälte.

[0003] Beispielhafte Anwendungsgebiete dieses Mediums sind die Klimatisierung von Gebäuden, der Einsatz in Nahkältenetzen, die Kühlung von Lagerräumen und die Kühlung von Produktionsprozessen, beispielsweise in Milchwerken.

[0004] Für die Verteilung der Kälte auf die jeweiligen zu kühlenden Objekte ist in der Regel ein ausgedehntes Rohrnetz erforderlich. Aufgrund der hohen Energiedichte von Ice-slurry erfordert der Einsatz dieses Mediums als Kälteträger deutlich geringere Rohrdurchmesser der Transportleitungen als bei Einsatz von reinem Wasser als Kälteträger. Dies führt zu Einsparungen bei den Baukosten des Kältenetzes. Weiterhin erlauben diese Wasser-Eis-Suspensionen einen sehr gleichmäßigen Kühlprozeß, da die Phasenumwandlung bei einer nahezu konstanten Temperatur erfolgt.

[0005] Die zur Kühlung eingesetzten Kühl- bzw. Kälteanlagen bestehen hauptsächlich aus dem Eisgenerator bzw. Eiserzeuger, einem Eisspeicherbehälter, einem Rührer, Umwälzpumpen sowie den zur Kälteübertragung auf die zu kühlenden Objekte erforderlichen Wärmetauschern verschiedenster Bauart.

[0006] Im Stand der Technik sind derzeit unterschiedliche Konzepte zur Erzeugung von Ice-slurry bekannt.

[0007] So werden bei großen Kälteanlagen häufig Vakuumeiserzeuger eingesetzt, die am Tripelpunkt des Wassers arbeiten. Das zu kühlende bzw. das zu einer Wasser-Eis-Suspension zu transformierende Wasser wird in Vakuumeiserzeugern auf den dort herrschenden Druck des Tripelpunktes entspannt. Durch die Expansion verdampft ein Teil des Wassers und entzieht dem System Wärme. Hierdurch bilden sich in der Wasserphase feinverteilte Eiskristalle.

[0008] Aufgrund der hohen Bereitstellungskosten dieser Systeme werden sie allerdings nur in Anlagen eingesetzt, die große Kälteleistungen erfordern. Ein weiterer Nachteil der Vakuumeiserzeuger besteht darin, daß die Temperatur der Wasser-Eis-Suspension in der Nähe des Tripelpunktes von Wasser liegen muß. Suspensionen mit tieferen Temperaturen von beispielsweise -10°C können bisher nicht bereitgestellt werden.

[0009] Bei einem weiteren bekannten Konzept, das unter dem Begriff "Supercooler" eingeführt ist, wird das Wasser langsam unterkühlt und die Eiskristallbildung im Verdampfer zunächst durch eine möglichst gleichmäßige, ungestörte Strömung unterdrückt. In einem in Strömungsrichtung folgenden turbulenten Bereich kristallisiert dann das Eis - vergleichbar dem Kristallisationsprozeß beim Vakuumeiserzeuger - in der Wasserphase aus.

[0010] Ein Nachteil dieses Systems besteht allerdings darin, daß durch die nur begrenzt mögliche Unterkühlung pro Strömungsvolumen des Systems nur eine geringe Menge an Eiskristallen gebildet werden kann.

[0011] Die vorliegende Erfindung geht von einem weiteren bekannten Verfahren zur Erzeugung von Ice-slurry aus, dessen Eisgeneratoren mit dem Oberbegriff Eiskratzer umschrieben werden können. Eiskratzer bestehen in der Regel aus einem Wärmetauscher, der auf der einen Seite von verdampfendem Kältemittel und auf der anderen Seite von Wasser oder einem wäßrigen Medium als Kälteträger durchströmt wird. Auf der Wärmetauscherfläche bilden sich aufgrund des Wärmeentzugs durch das verdampfende Kältemittel Eiskristalle, die durch einen Kratz- bzw. Abstreifmechanismus von der Wärmetauscherwandung entfernt werden. Hierbei reichern sich die Eiskristalle im Wasser bzw. wäßrigen Medium an und fließen mit diesem aus dem Eiserzeuger. Der Abstreifmechanismus kann beispielsweise durch starre Kratzer oder flexible Wischer realisiert werden. Die Abstreifmechanismen werden von außen, beispielsweise durch einen Elektromotor, angetrieben.

[0012] Ein Vorteil der Eiskratzer liegt vor allem in ihrer Störungsunempfindlichkeit und den flexiblen Einsatzmöglichkeiten.

[0013] Eiskratzer sind im wesentlichen in zwei Bauformen bekannt. Eine dieser Bauformen basiert auf einem Doppelrohr-Wärmetauscher. Das flüssige Kältemittel wird im Ringspalt zwischen den beiden Rohren verdampft. Durch das Innenrohr wird die wäßrige Flüssigkeit gepumpt, die an der gekühlten Oberfläche einfriert und dort Eiskristalle bildet. Bevor sich eine feste Eisschicht bilden kann, werden die Eiskristalle von im Innenrohr angeordneten rotierenden Schabern entfernt und bilden mit der durchströmenden wäßrigen Flüssigkeit eine wäßrige Suspension. Die rotierenden Schaber werden mit einem Elektromotor angetrieben.

[0014] Ein Beispiel für eine derartige Bauform eines Eiskratzers ist der DE 19707635 A1 zu entnehmen. Bei dieser Ausgestaltung werden die Eiskristalle von der Innenwandung des zentralen Rohres mit Hilfe einer Förderschnecke, die als archimedische Schraube ausgebildet ist, abgeschabt.

[0015] Die GB 2 232 469 beschreibt eine Eismaschine in Form eines Doppelrohr-Containers, bei der im inneren zylinderförmigen Volumen das wässrige Medium und in der äußeren Ummantelung das Kältemittel vorgesehen sind. Das Eis wird hierbei von der Innenwandung mit Hilfe einer entlang der Achse angeordneten rotierenden Rotoranordnung mit seitlichen Eisschabern abgekratzt. Der Rotor hat jedoch einen erheblichen Raumbedarf.

[0016] Doppelrohr-Wärmetauscher sind auch für andere Einsatzgebiete bekannt. So zeigt die US 3,328,972 ein Verfahren zur Erzeugung von Extrakten, wie beispielsweise von Kaffee-Extrakten, aus wässrigen Lösungen durch Auskristallisation des Wassers in einem Doppelrohr-Wärmetauscher. Bei diesem Verfahren soll jedoch gerade die Bildung von Eiskristallen an der Innenwandung des Wärmetauschers vermieden werden. Zu diesem Zweck wird eine rotatorich und vertikal bewegbare Einrichtung im Innenrohr eingesetzt, die aus einer zentralen Rotorachse mit daran angeordneten Elementen zur Erzeugung einer ausreichendend turbulenten Strömung an der Rohrinnenwandung besteht, um das Abscheiden von Eiskristallen zu verhindern.

[0017] Da die Eiserzeugungsleistung eines Eiskratzers jedoch näherungsweise linear von der Wärmetauscherfläche abhängt, ist die mit dem Doppelrohr-Wärmetauscher erzielbare Kälteleistung für viele Einsatzbereiche zu gering.

[0018] Größere Leistungen lassen sich nur entweder durch Parallelschaltung mehrerer dieser Doppelrohr-Wärmetauscher oder durch Vergrößerung des Rohrdurchmessers erreichen. Eine Vervierfachung des Rohrdurchmessers erhöht jedoch die Wärmetauscherfläche nur um den Faktor 4, während gleichzeitig das Volumen um den Faktor 16 steigt. Dies führt zu einer Baugröße, die für den praktischen Einsatz nicht geeignet ist. Die Parallelschaltung mehrerer Doppelrohr-Wärmetauscher ist aufgrund der Kosten der einzelnen Doppelrohr-Wärmetauscher aus wirtschaftlichen Gründen zumeist uninteressant.

[0019] Zur Erzeugung höherer Kälteleistungen bei akzeptabler Baugröße werden daher in der Regel Rohrbündel-Wärmetauscher bzw. -verdampfer eingesetzt, wie sie beispielsweise in H.L. von Cube et al., "Lehrbuch der Kältetechnik", Bd. 1, 4. Aufl., Müller Verlag Heidelberg, S. 298-300, beschrieben sind. Diese bestehen aus mehreren parallel zueinander verlaufenden Rohren für den wäßrigen Kälteträger, die in einem Behältnis für das Kältemittel verlaufen. Bei einem senkrechten Rohrbündelverdampfer wird die wäßrige Flüssigkeit am oberen Rohrboden eingespeist und bildet an den Rohrinnenseiten einen Fallfilm. In den Mantelraum, d.h. den Zwischenraum zwischen den Rohren und der Behältniswand, wird ein Kältemittel eingebracht, das dort verdampft, so daß sich an den Rohrinnenseiten aufgrund des Wärmeentzugs durch den Verdampfungsprozeß Eiskristalle niederschlagen. In den Rohren hängen metallische Stäbe, die über Exzenterplatten so bewegt werden, daß sie die Rohrinnenseiten permanent umlaufend berühren und die Eiskristalle dabei abschlagen. Diese Schleuderstangen bzw. die mit ihnen verbundenen Exzenterplatten werden durch einen gemeinsamen Elektromotor angetrieben. Derartige Rohrbündel-Wärmetauscher haben den Vorteil einer im Vergleich zu Doppelrohr-Wärmetauschern deutlich größeren Wärmetauscherfläche bei kompakter Baugröße. Die Schleuderstangen müssen aufgrund des Funktionsprinzips allerdings einigermaßen massiv ausgeführt sein und benötigen durch ihren exzentrischen Antrieb zusätzlichen Raum, so däß ein bestimmter Mindestdurchmesser der Rohre nicht unterschritten werden kann. Dies verhindert den Einsatz sehr kleiner und damit hinsichtlich der Eiserzeugungsleistung effektiver Innenrohre, so daß die auf das Apparatevolumen bezogene Leistung derartiger Eiserzeuger nicht erhöht werden kann.

[0020] Die GB 2 285 500 offenbart einen Eisgenerator der einen Wärmetauscher mit mehreren in einem Behältnis angeordneten Rohren aufweist. Bei diesem Eisgenerator befindet sich der wässrige Kälteträger im Behältnis, während das Kältemittel durch die Rohre fließt. Durch diese Betriebsweise setzen sich die Eiskristalle an den Außenwandungen der Rohre nieder. Zum Abstreifen der Eiskristalle wird eine plattenförmig ausgebildete Abstreifeinrichtung, die Öffnungen für die Rohre aufweist, mit einer wiederkehrenden Hubbewegung beaufschlagt.

[0021] Aus der US 5,488,836 ist ein alternatives Konzept zur Erzeugung einer Eis-Wasser-Mischung mit einem Rohrbündel-Wärmetauscher angegeben. Die vorgeschlagene Vorrichtung setzt keine Abstreifeinrichtung zum Abkratzen von Eiskristallen von der Rohrinnenwandung ein, sondern flexible an einer Rotorachse befestigte Fäden, die eine Art Bürste bilden, um die Abscheidung von Eiskristallen an der Innenwandung zu verhindern. Die Eiskristalle sollen sich bei dieser Technik direkt in der Strömung bilden.

[0022] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Eisgenerator zur Erzeugung einer wäßrigen Suspension aus Eiskristallen bereitzustellen, der eine hohe Leistung pro Bauvolumen ermöglicht. Der Eisgenerator soll weiterhin einfach und kostengünstig realisierbar sein.

[0023] Die Aufgabe wird mit dem Eisgenerator nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Eisgenerators sind Gegenstand der Unteransprüche.

[0024] Der erfindungsgemäße Eisgenerator besteht aus einem Wärmetauscher, vorzugsweise in der Bauform eines Rohrbündel-Wärmetauschers, mit mehreren Rohren für einen wäßrigen Kälteträger, die annähernd geradlinig nebeneinander in einem Behältnis für ein Kältemittel verlaufen. Weiterhin ist ein Mechanismus zum Entfernen von an Innenwandungen der Rohre niedergeschlagenem Eis vorgesehen. Der Mechanismus umfaßt in den Rohren verlaufende Abstreifeinrichtungen sowie einen Antrieb für die Abstreifeinrichtungen. Die Abstreifeinrichtungen sind erfindungsgemäß aus entlang der Rohrachsen miteinander verbundenen Abstreifelementen gebildet, deren Umfang im wesentlichen dem Innenumfang der Rohre entspricht, und die einen zentralen Durchlaß für den Kälteträger aufweisen, so daß sie den Durchfluß des Kälteträgers durch die Rohre nur geringfügig behindern. Die Abstreifeinrichtungen sind mit dem Antrieb verbunden, der diese zur wiederkehrenden Hubbewegung entlang der Rohrachsen antreibt.

[0025] Die Abstreifelemente sind hierbei so ausgebildet, daß sie bei Bewegung entlang der Rohrachsen mit ihren äußeren Begrenzungen an der Innenwandung der Rohre gebildetes Eis abstreifen. Hierfür ist es erforderlich, daß der Durchmesser der Abstreifelemente in der Ebene senkrecht zur Rohrachse im wesentlichen dem Durchmesser der Rohre entspricht. Selbstverständlich muß diese Bedingung nicht exakt eingehalten werden. Es können vielmehr kleine Zwischenräume zwischen den Abstreifelementen und der Rohrinnenwandung bestehen, solange der Funktion des Abstreifens von Eiskristallen noch erfüllt wird. Die Anpassung des Umfangs der Abstreifelemente an den Innenumfang der Rohre bedeutet hierbei, daß die Abstreifelemente bei Draufsicht in Richtung der Rohrachse die Umfangsform des Innenrohres aufweisen. Die Abstreifelemente weisen weiterhin einen großzügigen Durchlaß für den Kälteträger auf, damit dieser nahezu ungehindert durch das Rohr strömen kann.

[0026] Es versteht sich von selbst, daß die durch den Antrieb erzeugte Hubbewegung einen ausreichend großen Hub erzeugen muß, damit ein Zwischenraum zwischen einzelnen Abstreifelementen der Abstreifeinrichtungen durch die Hubbewegung überstrichen wird.

[0027] Die Abstreifelemente können hierbei entlang der Rohrachse unterschiedliche gegenseitige Abstände zueinander aufweisen, sind jedoch vorzugsweise in gleichen Abständen zueinander angeordnet.

[0028] In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform weisen die Abstreifeinrichtungen die Form einer Schraubenfeder auf, wobei eine Windung der Schraubenfeder einem Abstreifelement entspricht.

[0029] Das Material der Schraubenfeder kann dabei derart starr sein, daß diese keine Elastizität entlang der Rohrachse aufweist. Die Schraubenfeder kann jedoch auch elastisch ausgebildet sein, so daß die Abstreifeinrichtung während der Hubbewegung eine Eigenschwingung ausführt.

[0030] Eine derartig in Form einer Schraubenfeder ausgestaltete Abstreifeinrichtung hat insbesondere den Vorteil der einfachen Herstellbarkeit und der optimalen Beaufschlagung der Rohrinnenwandung bei geringem Platzbedarf. Durch das geringe Materialvolumen der Schraubenfeder und den großzügigen zentralen Durchlaß wird das Durchströmen des Kälteträgers durch das Rohr nicht behindert. Die Hubbewegung wird hierbei an die Ganghöhe der Schraubenfeder angepaßt - oder' umgekehrt -, so daß bei geringer Ganghöhe auch nur ein geringer Hub erforderlich ist.

[0031] Der Einsatz eines Rohrbündel-Wärmetauschers gewährleistet eine hohe Eiserzeugungsleistung bei kompakter Bauform: Der Mantelraum wird von verdampfendem Kältemittel aus einem konventionellen Verflüssigersatz durchströmt. Die Rohre des Rohrbündels werden von der wäßrigen Phase des Kälteträgers durchströmt. Der Kälteträger kann hierbei aus reinem Wasser oder aus Wasser mit Zusätzen von den Gefrierpunkt erniedrigenden Stoffen bestehen, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind. Durch das verdampfende Kältemittel bildet sich in den Rohren durch den Wärmeentzug eine Eiskristallschicht, die permanent durch die Abstreifeinrichtungen entfernt wird. In jedem Rohr befindet sich eine dieser Abstreifeinrichtungen, deren Außendurchmesser im wesentlichen dem Rohrinnendurchmesser entspricht. Durch die Bewegung der Abstreifeinrichtungen längs der Rohrachsen wird das an den Rohrinnenwandungen haftende Eis abgestreift.

[0032] Die Abstreifeinrichtungen treten vorzugsweise am Ende des Rohrbündels aus den Innenrohren heraus und sind mit einer gemeinsamen Antriebsplatte verbunden.

[0033] Durch die besondere Ausgestaltung der Abstreifeinrichtungen in Verbindung mit dem Antrieb, der eine wiederkehrende Hubbewegung der Abstreifeinrichtungen entlang der Rohrachsen erzeugt, können die Rohre selbst mit sehr geringem Durchmesser ausgeführt werden. So lassen sich ohne Probleme Eisgeneratoren mit Rohrinnendu'rchmessern von weniger als 10 mm betreiben.

[0034] An die Stabilität der Abstreifeinrichtungen werden keine hohen Anforderungen gestellt. Diese können entlang der Rohrachsen auch elastisch ausgeführt sein. Hierbei ist es lediglich notwendig, daß die Abstreifelemente mit ihrem äußeren Umfang die Rohrinnenwandung berühren bzw. nahezu berühren. Der gesamte Zwischenraum zwischen den äußeren Begrenzungen der Abstreifelemente steht für den Durchlaß des Kälteträgers zur Verfügung.

[0035] Durch die mit der vorliegenden Erfindung gegenüber dem Stand der Technik mögliche Verkleinerung der Rohrinnendurchmesser lassen sich höhere Eiserzeugungsleistungen realisieren. Mit dem erfindungsgemäßen Eisgenerator kann somit eine höhere Eiserzeugungsleistung pro Bauvolumen bzw. Baugröße erreicht werden. Die Verringerung der Rohrinnendurchmesser wird durch den erfindungsgemäßen den Strömungsquerschnitt nur minimal verengenden Abstreifmechanismus ermöglicht. Die Ausgestaltung des Abstreifmechanismus, beispielsweise durch Einsatz einer Schraubenfeder, läßt sich mit vergleichsweise geringen Kosten realisieren.

[0036] Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Eisgenerators besteht darin, daß die Rohre aufgrund des erfindungsgemäßen Abstreifmechanismus nicht unbedingt einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen müssen, sondern daß zur Erhöhung des Oberflächen-Volumen-Verhältnisses auch nicht-kreisförmige, wie eckige oder ovale Querschnitte vorgesehen werden können.

[0037] In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Abstreifeinrichtungen nicht von einem äußeren Antrieb, wie beispielsweise einem Elektromotor, sondern durch die pulsierende Strömung des Kälteträgers angetrieben. Dies erfolgt über eine in der Strömung des Kälteträgers vorgesehene Platte, die gegenüber den Rohrenden schwingungsfähig gelagert ist und durch die Pulsation der Strömung in Schwingungen versetzt wird. Die Schwingungsbewegung wird direkt auf die Abstreifeinrichtungen übertragen. Hierdurch werden die Eiskristalle kontinuierlich von der Rohrwand abgestreift und mit der Strömung ausgetragen. Diese Technik spart nicht nur ein Antriebsaggregat ein, sondern erhöht auch die systeminhärente Sicherheit, da der Abstreifmechanismus automatisch mit der Durchströmung des Eiserzeugers ein- bzw. aussetzt.

[0038] Werden die Abstreifeinrichtungen hierbei in Längsrichtung elastisch ausgestaltet, so daß sie Eigenschwingungen ausführen können, so treten die Eigenschwingungen dieser Abstreifeinrichtungen verstärkend zu den Antriebsschwingungen hinzu.

[0039] Eine Pulsation der Strömung für den Antrieb der Abstreifeihrichtungen wird bei Einsatz einer Verdrängungspumpe im Kälteträgerkreislauf des Kältenetzes oder der Kälteanlage automatisch erzeugt. Sollte im Kältenetz eine Kreiselpumpe eingesetzt sein, so kann die Pulsation durch Rohreinbauten erzeugt werden, die den Rohrquerschnitt alternierend freigeben oder verschließen. Diese Einbauten können pendelnde oder rotierende Systeme sein. Der Antrieb der Rohreinbauten kann wiederum durch die Strömung selbst oder von außen, z.B. mit einem Elektromotor, erfolgen.

[0040] Es versteht sich jedoch von selbst, daß statt des oben beschriebenen Pulsationsantriebs der Abstreifeinrichtungen auch ein entsprechender Mechanismus mit einem äußeren Antrieb, wie einem Elektromotor, vorgesehen sein kann.

[0041] Der erfindungsgemäße Eisgenerator wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen nochmals erläutert. Hierbei zeigen:

Figur 1

schematisch ein erstes Beispiel für eine Abstreifeinrichtung des erfindungsgemäßen Eisgenerators;

Figur 2

schematisch ein zweites Beispiel für eine Abstreifeinrichtung des erfindungsgemäßen Eisgenerators;

Figur 3a/b

zwei Beispiele für die mögliche Rohrquerschnitte des Eisgenerators;

Figur 4

ein Beispiel für einen erfindungsgemäßen Eisgenerator mit einem pulsierenden Antrieb im Querschnitt; und

Figur 5

ein weiteres Beispiel für einen erfindungsgemäßen Eisgenerator mit einem pulsierenden Antrieb im Querschnitt.

[0042] Figur 1 zeigt schematisch ein Beispiel für die Ausgestaltung einer Abstreifeinrichtung 1 in einem Rohr 2 des Rohrbündel-Wärmetauschers. Die Abstreifeinrichtung weist in diesem Beispiel die Form einer zylindrischen Schraubenfeder, vorzugsweise aus einem Metall, auf, die sich entlang der Rohrachse erstreckt. Der Durchmesser der Schraubenfeder entspricht in diesem Beispiel exakt dem Innendurchmesser der Rohrwandung. Hierbei wird jedes Abstreifelement der Abstreifeinrichtung 1 durch eine volle Windung der Schraubenfeder gebildet, so daß von jedem einzelnen Abstreifelement der volle Innenumfang des Rohres abgedeckt wird. Diese Form der Abstreifeinrichtung läßt dem Kälteträger ausreichend Raum zum Durchströmen des Rohres, da sie den Rohrquerschnitt kaum verringert:

[0043] Der Antrieb für eine derartige Abstreifeinrichtung bewegt diese entlang der Rohrachse mit einem Hub hin und her, der zumindest der Ganghöhe der Schraubenfeder entspricht. Die Hubbewegung ist in der Figur durch den Pfeil angedeutet. Durch diese Bewegung wird in Verbindung mit der Form der Abstreifeinrichtung jeder Flächenbereich auf der Innenwandung des Rohres mit einer Hubbewegung erfaßt: Die Eiskristalle können entsprechend effizient abgeschabt bzw. abgekratzt werden.

[0044] Ein weiteres Beispiel für die Ausgestaltung der Abstreifeinrichtungen ist in Figur 2 schematisch gezeigt. In diesem Beispiel sind die Abstreifelemente der Abstreifeinrichtung 1 als Ringe 3 ausgebildet, die entlang des Rohres 2 über Verbindungselemente 4 in Form von dünnen Stangen zu einem zylindrischen Ringgitter miteinander verbunden sind. Die Ringe weisen den gleichen Umfang wie die Innenwandung des Rohres 2 auf und sind in gleichen Abständen zueinander entlang des Rohres angeordnet. Die zentrale Öffnung der Ringe läßt dem Kälteträger genügend Freiraum, so daß die Rohrdurchmesser durch die Abstreifeinrichtungen 1 nicht begrenzt sind und sehr klein gewählt werden können. Der Antriebshub entspricht in diesem Fall zumindest dem Abstand der Abstreifelemente damit auch in diesem Fall mit jedem Hub die gesamte Innenfläche des Rohres abgeschabt werden kann.

[0045] In den Figuren 3a und 3b sind in Draufsicht zwei Ausführungsformen für die mögliche Ausgestaltung und Anordnung der Rohre 2 des Rohrbündel-Wärmetauschers im Behältnis 5 für das Kältemittel dargestellt.

[0046] Während in Figur 3a die übliche Ausgestaltung mit kreisrunden Rohrquerschnitten gezeigt ist, umfaßt die Ausgestaltung der Figur 3b Rohre 2 mit elliptischen bzw. ovalen Querschnitten. Bei einer derartigen Ausgestaltung lassen sich ebenfalls Abstreifeinrichtungen wie die der Figuren 1 und 2 einsetzen, wobei die Schraubenfeder (Fig. 1) bzw. die ringförmigen Abstreifelemente (Fig. 2) hier einen entsprechend angepaßten nicht kreisförmigen, sondern elliptischen Querschnitt aufweisen würden.

[0047] Diese Ausführungsform wird bei der vorliegenden Erfindung dadurch ermöglicht, daß die Abstreifeinrichtungen nicht rotierend, sondern axial zur Rohrführung angetrieben werden. Hierdurch lassen sich beliebige - auch eckige - Rohrinnenquerschnitte realisieren.

[0048] Der in diesem Beispiel dargestellte ovale Querschnitt der Rohre ermöglicht gegenüber einem kreisrunden Querschnitt eine insgesamt größere Rohrinnenoberfläche und somit eine größere Eiserzeugerleistung bei gleicher Baugröße des Eisgenerators. Durch die Möglichkeit der freien Gestaltung des Rohrquerschnittes läßt sich auch die Strömung in den Rohren 2 und im Mantelraum 6 optimieren.

[0049] Die Figuren 4 und 5 zeigen schließlich schematisch zwei Ausführungsformen eines Eisgenerators, bei denen die pulsierende Strömung des Kälteträgers als Antrieb genutzt wird. Bei beiden Ausführungsformen lassen sich selbstverständlich die Rohre 2 sowie die Abstreifelemente 1 wie bei den vorhergehenden Beispielen ausgestalten.

[0050] Beide Ausführungsformen weisen einen Rohrbündel-Wärmetauscher mit einem Behältnis 5 auf, in dem mehrere Rohre 2 parallel zueinander angeordnet sind. In beiden Figuren sind der Zulauf 7 und der Ablauf 8 für das im Mantelraum 6 verdampfende Kältemittel sowie die in den Rohren verlaufenden schematisch angedeuteten Abstreifeinrichtungen 1 zu erkennen. Der wäßrige Kälteträger durchströmt die Rohre 2 in diesen Beispielen durch entsprechend vorgesehene Öffnungen an den Rohrenden von links nach rechts, wie durch die Pfeile angedeutet ist.

[0051] Vorzugsweise ist der Rohrbündel-Wärmetauscher jedoch stehend gelagert, wobei er von der wäßrigen Phase von unten nach oben durchströmt wird. Hierdurch wird der Eisaustrag mit der Strömung durch die Auftriebskraft der Eiskristalle unterstützt.

[0052] Die Abstreifeinrichtungen 1 treten an einem Ende des Rohrbündels aus den Rohren heraus und sind an einer Rohrbodenplatte 9 befestigt. Die Rohrbodenplatte 9 ist mittels Federn 11 gegenüber den Rohren 2 schwingungsfähig gelagert. Bei Vorliegen einer pulsierenden Strömung des in den Eisgenerator eintretenden wäßrigen Kälteträgers und der aus den Rohren austretenden Eis-Wasser-Suspension (Ice-slurry) wird die Rohrbodenplatte 9 durch die Pulsation der Strömung zu Schwingungen angeregt, die sich auf die Abstreifeinrichtungen 1 übertragen. Der hierdurch erzeugte Hub hängt einerseits von den Strömungseigenschaften und andererseits von der Ausgestaltung und den Schwingungseigenschaften der Bodenplatte 9 ab und läßt sich durch letztere gezielt einstellen. Bei Einsatz von schwingungsfähigen Schraubenfedern als Abstreifeinrichtungen wird der Abstreifeffekt zusätzlich verstärkt.

[0053] Die auf diese Weise von der Rohrwand abgeschabten Eiskristalle werden mit der Strömung aus dem Eisgenerator ausgetragen.

[0054] Im Ausführungsbeispiel der Figur 4 ist die Rohrbodenplatte 9 mit Bohrungen 10 versehen, die mit den Austrittsöffnungen der Rohre 2 fluchten.

[0055] Die Rohrbodenplatte 9 kann jedoch auch mit nichtfluchtenden Bohrungen 10 versehen sein, wie dies in Figur 5 beispielhaft dargestellt ist. Bei dieser Ausgestaltung erhöht die erzwungene Strömungsumlenkung den Druck auf die Bodenplatte 9, so daß die Kraft auf die Abstreifeinrichtungen 1 erhöht wird.

[0056] Es kann allerdings auch vollständig auf Bohrungen in der Bodenplatte 9 verzichtet werden. Hierbei wird der Durchmesser der Rohrbodenplatte 9 verringert, so daß der wäßrige Kälteträger durch den entstehenden Spalt zwischen Bodenplatte 9 und Seitenwänden des Eisgenerators strömen kann. Dies erhöht ebenfalls den Druck auf die Rohrbodenplatte im Vergleich zur Ausführungsform der Figur 4. Eine Kombination dieser Ausgestaltungsvarianten der Bodenplatte ist selbstverständlich ebenfalls möglich.

[0057] Der einfache Aufbau, die geringen Kosten und der geringere Platzbedarf des erfindungsgemäßen Eisgenerators stellen erhebliche Vorteile dar, die die Erschließung neuer Einsatzgebiete für Wasser-Eis-Suspensionen in der Zukunft ermöglichen.

Ansprüche

1. Eisgenerator zur Erzeugung einer wäßrigen Suspension aus Eiskristallen mit

- einem Wärmetauscher mit mehreren Rohren (2) für einen wäßrigen Kälteträger, die annähernd geradlinig nebeneinander in einem Behältnis (5) für ein Kältemittel verlaufen, und

- einem Mechanismus zum Entfernen von an Innenwandungen der Rohre (2) niedergeschlagenem Eis, wobei der Mechanismus Abstreifeinrichtungen (1) in den Rohren (2) und einen Antrieb für die Abstreifeinrichtungen (1) umfaßt und die Abstreifeinrichtungen (1) aus entlang der Rohrachsen miteinander verbundenen Abstreifelementen gebildet sind, deren Umfang im wesentlichen dem Innenumfang der Rohre (2) entspricht,

dadurch gekennzeichnet,
daß die Abstreifeinrichtungen (1) einen zentralen Durchlaß für den Kälteträger aufweisen und der Antrieb (9) zur wiederkehrenden Hubbewegung der Abstreifeinrichtungen (1) entlang der Rohrachsen ausgestaltet ist.

2. Eisgenerator nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Abstreifeinrichtungen (1) die Form einer Schraubenfeder aufweisen, wobei eine Windung der Schraubenfeder einem Abstreifelement entspricht.

3. Eisgenerator nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Abstreifelemente (1) in gleichem gegenseitigen Abstand entlang der Rohrachsen angeordnet sind.

4. Eisgenerator nach Anspruch 1 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Abstreifelemente (1) die Form von Ringen (3) oder Scheiben aufweisen, die durch eine oder mehrere entlang der Rohrachsen verlaufende Verbindungselemente (4) miteinander verbunden sind.

5. Eisgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Abstreifeinrichtungen (1) elastisch entlang der Rohrachsen ausgebildet sind.

6. Eisgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Rohre (2) einen elliptischen Innenumfang aufweisen.

7. Eisgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Antrieb zur Erzeugung einer periodischen Hubbewegung ausgestaltet ist.

8. Eisgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Antrieb eine Platte (9) umfaßt, an der die Abstreifeinrichtungen (1) befestigt sind, wobei die Platte (9) derart an einem Ende der Rohre (2) angeordnet und gegenüber den Rohren schwingungsfähig gelagert ist, daß sie durch eine pulsierende Strömung des in die Rohre eintretenden oder aus den Rohren austretenden Kälteträgers zur Erzeugung der Hubbewegung in Schwingungen versetzt wird.

9. Eisgenerator nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Platte (9) Öffnungen (10) für den Durchtritt des Kälteträgers aufweist.

Claims

1. Ice generator for the production of an aqueous ice-crystal suspension, comprising

- a heat exchanger having a plurality of pipes (2) for an aqueous cooling agent, which run approximately rectilinearly beside one another in a container (5) for a refrigerant, and

- a mechanism for removing ice deposited on internal walls of the pipes (2), the mechanism comprising wiping devices (1) in the pipes (2) and a drive for the wiping devices (1), and the wiping devices (1) being formed of wiping elements which are connected to one another along the pipe axes and whose circumference substantially corresponds to the internal circumference of the pipes (2), characterized in that the wiping devices (1) have a central passage for the cooling agent and the drive (9) is configured for the repeated reciprocating movement of the wiping devices (1) along the pipe axes.

2. Ice generator according to Claim 1, characterized in that the wiping devices (1) have the shape of a helical spring, one turn of the helical spring corresponding to one wiping element.

3. Ice generator according to Claim 1, characterized in that the wiping elements (1) are arranged at the same mutual spacing along the pipe axes.

4. Ice generator according to Claim 1 or 3, characterized in that the wiping elements (1) have the shape of rings (3) or discs, which are connected to one another by one or more connecting elements (4) running along the pipe axes.

5. Ice generator according to one of Claims 1 to 4, characterized in that the wiping devices (1) are formed resiliently along the pipe axes.

6. Ice generator according to one of Claims 1 to 5, characterized in that the pipes (2) have an elliptical internal circumference.

7. Ice generator according to one of Claims 1 to 6, characterized in that the drive is configured to produce a periodic reciprocating movement.

8. Ice generator according to one of Claims 1 to 7, characterized in that the drive comprises a plate (9) to which the wiping devices (1) are fixed, the plate (9) being arranged at one end of the pipes (2) and being mounted such that it can oscillate with respect to the pipes, in such a way that it can be set oscillating by means of a pulsating flow of the cooling agent entering the pipes or emerging from the pipes, in order to produce the reciprocating movement.

9. Ice generator according to Claim 8, characterized in that the plate (9) has openings (10) for the passage of the cooling agent.

Revendications

1. Générateur de glace pour former une suspension aqueuse de cristaux de glace comprenant

- un échangeur de chaleur à plusieurs tubes (2) pour un fluide caloporteur aqueux, ces tubes étant juxtaposés sensiblement en ligne droite dans un réservoir (5) pour un fluide caloporteur, et

- un mécanisme pour enlever la glace déposée sur les parois intérieures des tubes (2),

le mécanisme comportant des installations de raclage (1) dans les tubes (2) et un entraînement pour les installations de raclage (1) et
les installations de raclage (1) sont formées par des éléments de raclage reliés les uns aux autres le long des axes des tubes et dont la périphérie correspond pour l'essentiel à la périphérie intérieure des tubes (2),
caractérisé en ce que
les installations de raclage (1) comportent un passage central pour le fluide caloporteur et l'entraînement (9) est conçu pour créer un mouvement de déplacement répétitif des installations de raclage (1) le long des axes des tubes.

2. Générateur de glace selon la revendication 1,
caractérisé en ce que
les installations de raclage (1) ont la forme de ressorts hélicoïdaux et une spire de chaque ressort hélicoïdal correspond à un élément de raclage.

3. Générateur de glace selon la revendication 1,
caractérisé en ce que
les éléments de raclage (1) sont prévus avec un intervalle respectif identique le long des axes des tubes.

4. Générateur de glace selon la revendication 1 ou 3,
caractérisé en ce que
les éléments de raclage (1) ont la forme d'anneaux (3) ou de rondelles reliés par un ou plusieurs éléments de liaison (4) le long de l'axe des tubes.

5. Générateur de glace selon l'une des revendications 1 à 4,
caractérisé en ce que
les installations de raclage (1) sont élastiques suivant l'axe des tubes.

6. Générateur de glace selon l'une des revendications 1 à 5,
caractérisé en ce que
les tubes (2) ont une section intérieure elliptique.

7. Générateur de glace selon l'une des revendications 1 à 6,
caractérisé en ce que
l'entraînement est réalisé pour générer un mouvement de translation périodique.

8. Générateur de glace selon l'une des revendications 1 à 7,
caractérisé en ce que
l'entraînement comprend une plaque (9) à laquelle sont fixées des installations de raclage (1), cette plaque (9) installée à une extrémité des tubes (2) pouvant osciller par rapport aux tubes de façon à être mise en oscillation par un écoulement pulsé du fluide caloporteur entrant ou sortant des tubes pour générer le mouvement de translation.

9. Générateur de glace selon la revendication 8,
caractérisé en ce que
la plaque (9) comporte des ouvertures (10) pour le passage du fluide caloporteur.

Zeichnung