Verfahren und Einrichtung zur Herstellung von Kohlensäureeis. Es ist bekannt, Kohlensäureeis dadurch herzustellen, dass man aus flüssiger Kohlen säure Schnee bezw. Kristalle in einem Raum bildet, in welchem zugleich die Verdichtung zu Eis vorgenommen werden kann. Bei dieser Art der Eiserzeugung haben sich bisher zwei Verfahren herausgebildet, bei welchen die Kristalle auf verschiedene Weise erzeugt wer den.
Während beim einen dieser beiden Ver fahren die Bildung der Kristalle durch Drosselung der flüssigen Kohlensäure (Joule Thomson Effekt) erreicht wird, erfolgt beim andern Verfahren die Kristallbildung durch Verdampfen der in eine Presse eingefüllten flüssigen Kohlensäure mit Abführung des Dampfes von der freien Oferfläche nach oben. In Verbindung mit einer Presse haben beide Verfahren verschiedene Nachteile, welche beim Verfahren gemäss Erfindung restlos beseitigt sind.
a) Nachteile bei der Bildung der Kri stalle in einem Presszylinder durch Drosse lung: Die Leistungsfähigkeit ist gering, weil bei der Expansion die leichten Schneeflocken durcheinandergewirbelt und durch die ab ziehenden Drosseldämpfe mitgerissen wer den. Daher entstehen Verstopfungen der Auslassöffnungen. Der Kraftverbrauch so wohl für die Verdichtung der Drosseldämpfe, als auch für die Betätigung der Presse ist verhältnismässig gross. Zur Verdichtung des Schnees sind hohe Pressdrücke erforderlich. Der Zeitaufwand für die Verdichtung des Schnees durch die Presse allein ist ebenfalls relativ gross.
b) Nachteile bei Bildung der Kristalle durch Verdampfung: Die Füllung des Press- zylinders mit Flüssigkeit von einer Span nung oberhalb des Tripelpunktes bedingt einen sehr grossen Hub der Presse, weil bei der Verdampfung der Flüssigkeit bezw. bei der Erstarrung ein lockeres Gefüge von Kristallen entsteht.
Sodann sind noch Verfahren bekannt, bei welchen die Verdichtung des Schnees nur durch Erstarrung der im Schnee enthaltenen Flüssigkeit, also ohne Nachpressung erfolgt. Diese Verfahren besitzen aber den Nachteil, dass das Eis höchstens auf eine Dichte von 1,45 gebracht werden kann. Ferner treten bei solchen Eisblöcken, die in grossen Dimen sionen hergestellt werden müssen, Risse durch Temperaturspannungen auf. Die teil weise Verdampfung der Flüssigkeit, welche zum Zwecke der Erstarrung der letzteren eingeleitet wird, dauert verhältnismässig lange.
Das Verfahren gemäss der Erfindung besteht nun darin, dass man die flüssige Kohlensäure durch eine erste Entspannung auf den Tripelpunkt in einer Presse, deren Pressraum zugleich als Expansionsraum für die Bildung der Kohlensäurekristalle dient, nur teilweise in feste Form bezw. in feuch ten Schnee überführt und den andern, noch verbleibenden Teil der flüssigen Kohlensäure durch eine weitere Entspannung zur voll ständigen Erstarrung bringt und die Erhö hung der Dichtigkeit des gebildeten Kohlen- säureeises zum Beispiel auf ein spez. Gewicht von 1,
5 bis 1;6 mittelst der Presse vornimmt. Durch dieses Verfahren lassen sich gegenüber den bekannten Verfahren nicht nur die vor erwähnten Nachteile beseitigen, sondern noch folgende Vorteile erzielen: 1. Die Leistung der Presse kann auf das Doppelte gesteigert werden, ohne dass Ver stopfungen der Ein- und Auslassorgane ein treten.
2. Mit demselben Pressdruck kann Eis von -20 bis 40 % höherer Dichte erzeugt wer den, als wenn trockener Schnee durch Pres sen zu Eis verdichtet wird.
Zwei Ausführungsbeispiele einer zur Durchführung des Verfahrens geeigneten Einrichtung sind in der Zeichnung dar gestellt.
Fig. 1 bis 5 veranschaulichen das eine Beispiel der Einrichtung, und zwar zeigt: Fig. 1 eine schematische Darstellung dieses Beispiels, Fig. 2 ein Expansionsorgan im Schnitt, Fig. 3, 4 und 5 zeigen einen Presszylinder bei verschiedenen Füllungen; Fig. 6 zeigt das zweite Ausführungsbei spiel in schematischer Darstellung, und Fig. 7 den Presszylinder hierzu.
Die in Fig. 1 bis 5 gezeichnete Einrich tung besitzt eine beispielsweise hydrau lisch wirkende Presse 1, bei welcher der Presszylinder als Expansionsraum für die Kohlensäure dient. Im obern Teil des Press- zylinders 1 (Fig. 3 bis 5), etwas unterhalb des in der obern Endstellung befindlichen Presskolbens 2, ist in geneigter Lage das Expansionsorgan eingesetzt, in welchem die flüssige Kohlensäure auf den Tripel punktdruck entspannt wird.
Das Expansions organ besitzt einen durch eine konische Er weiterung gebildeten Diffusor 4 mit unmit telbar anschliessendem Ventilsitz 5 für die Nadel 6. Die kinetische Energie des sich in der Drosselstelle bei 5 bildenden Expansions- strahls der durch den Stutzen 7 eintretenden und beim Ventilsitz in die Erweiterung 4 eitl- tretenden flüssigen Kohlensäure wird auf einen Wert herabgesetzt, bei welchem eine restlose Abscheidung der festen und flüs sigen Partikelchen von .den Drosseldämpfen im Presseraum möglich ist.
Der Expansions strahl tritt nun mit verminderter Geschwin digkeit, die zirka 10 bis 20 m pro Sekunde beträgt, in den Pressraum ein, in welchem die Abscheidung der sich bei der Drossel stelle 5 gebildeten, gasförmigen, flüssigen und festen Kohlensäure restlos vorsichgehen kann. Flüssigkeit und Kristalle fallen auf den den Boden des Presszylinders 1 bildenden Tisch 8 der Presse, während die Dämpfe durch die etwas oberhalb der Mündung des Expansionsorganes 3 liegenden Öffnungen 9 und die anschliessenden Leitungen 10 bei Tripelpunktdruck abgesaugt werden.
Die zur Füllung des Presszylinders erforderliche Zeitdauer, kann dadurch, dass die Geschwin digkeit des aus dem Diffusor 4 austretenden, aus gasförmiger Kohlensäure und feuchtem Schnee bestehenden Gemisches auf 20 und weniger Meter pro Sekunde herabgesetzt respektive der Füllungsdruck auf 5,2 Atm. abs. gehalten wird, gesteigert werden, was einer Leistungserhöhung der Presse gleicb kommt.
Selbst bei Verwendung von Filtern treten bei den andern Verfahren Verstopfun gen der Absaugöffnungen 9 ein, wenn man die Leistungsfähigkeit der Presse auf 2 bis kg pro dm' Expansionsraumquerschnitt pro 31inute ansetzt. Die bei der Füllung sich bildenden Drosseldämpfe ziehen durch die Öffnungen<B>9</B> ab und werden durch die Lei tungen 10 über das Abschlussventil 11 dem Kompressor<B>C</B> zugeführt, in welchem die Dämpfe von 5,? Atm. abs. wieder auf den Verflüssigungsdruck velrdichtet werden.
Während .der Füllung der Presse mit feuch tem Schnee bleibt das Ventil 1\? geschlossen. Wenn genügend viel feuchter Schnee im Pressraum vorhanden ist, was am einfachsten durch die Zeitdauer der Füllung bestimmt werden kann, wird durch Öffnen des Ventils 1 ? .die Verbindung mit dem Kompressor C hergestellt, nachdem die Flüssigkeitszufuhr durch Absperren des Ventils 1.3 unterbrochen worden ist.
Dadurch wird der Expansions- bezw. Pressraum langsam unter den Druck von 1 Atm. gesetzt und die Erstarrung des in die Presse :eingefüllten Kristallflüssigkeits- gemisches erreicht. Beim Ausführungsbei spiel nach Fig. 6 sind zwei Presszylinder 1 vorhanden, die abwechselnd durch Schliessen respektive Öffnen der Ventile 1-1, 15, 16 mit dem Kompressor C oder<B>C</B> in Verbindung gesetzt werden können.
Nach Fig. 7 sind auch am untern Ende des Presszylinders Off nungen 9' für die Absaugung der Dämpfe nach unten vorgesehen.
Gleiche Bezugszeichen bezeichnen im übrigen gleiche Teile wie in Fig. 1 bis 5. Die sieh beim Erstarrungsprozess bilden den Dämpfe können somit bei entsprechender Einstellung der Ventile 17, 1$, 19 ebenfalls durch die Öffnungen 9' abziehen. Die Er starrung des feuchten Schnees wird also durch Absa.ugung der Dämpfe nach oben oder nach unten erfolgen können. Z-%veclz- mässigerweise werden in der Erstarrungs- periode die Dämpfe nach oben und nach unten geführt, das heisst die Dämpfe werden gleichzeitig durch die Öffnungen 9 und 9' abgesaugt.
Je nachdem diese Dämpfe nach oben oder nach unten oder nach oben und unten geführt werden, erhält man einen Eis block von mehr oder weniger hoher Dichte. Durch die Entspannung der flüssigen Kohlensäure im feuchten ,Schnee auf einen Druck, der unterhalb des Tripelpunktes liegt (vorzugsweise auf 1 Atm. abs.), verdampft ein Teil der Flüssigkeit während der rest liche, grössere Teil der im feuchten Schnee enthaltenen Flüssigkeit zum Erstarren ge bracht wird. Durch die Gasabsaugung, wel che nach erfolgter Füllung .eingeleitet wird.
bilden sich neben den bereits vorhandenen Kristallen stäbchenförmige Kristalle von beträchtlicher Länge und Dicke und von durchsichtigem klarem Aussehen, .die bei .der Verdichtung fast keinen Widerstand bezw. keine Reibung unter sich und an den Wandungen des Presszylinders verursachen. Die Drucksenkung im Inhalt des Press- zylinders vom Tripelpunkt auf 1 Atm. abs. dehnt sich je nach der Grösse des Kompres- sors C mehr öder weniger schnell über den ganzen Inhalt aus.
Die Erstarrung beginnt jedoch immer, also auch dann, wenn die Dämpfe ausschliesslich nach oben abgesaugt werden, zuerst zu unterst am Boden, und die unter dem Einfluss der Drucksenkung fort schreitende Verdampfung bedingt nun die bis ins Innere fortschreitende Erstarrung. Wegen der verhältnismässig grossen Oberfläche der ganzen Masse geht die Erstarrung ziemlich schnell vor sich; sie dauert zirka ein bis drei Minuten für 100 kg Eis.
Da die bei der Senkung des Druckes auf 1 Atm. abs. ent standenen Kristalle verhältnismässig sehr gross sind und bei der Verdichtung wenig Widerstand verursachen, kann schon mit ge ringen Pressdrücken bereits durchsichtiges Eis erzeugt werden. Die Verdichtung des in der Presse erzeugten Eisblockes auf höhere Dichte erfolgt durch Senkung des Kolbens Die Verdichtung mit dem Presskolben kann bereits beginnen, bevor sämtliche im feuchten Schnee verbliebene Flüssigkeit erstarrt ist.
Die Dauer des Pressdruckes beträgt nur einige Sekunden und spielt nicht die gleiche Rolle, wie wenn lockerer Schnee oder auf an- fiere Weise hergestellte Kristalle gepresst werden müssen. Das beschriebene Verfahren kann mit einer Einrichtung nach Fig. 6 ohne Unterbruch durchgeführt werden, da bei dieser Einrichtung zwei Pressen vorhanden sind; während in der einen Presse die Fül lung vorgenommen wird, erfolgt in der an dern das Absaugen durch den Kompressor C und die Entnahme des Blockes. Durch Paral lelschaltung verschiedener Pressen kann die Leistung vervielfacht werden.
Die Leistung einer einzigen Presse von 25 dm' Kolben fläche beträgt zirka 15 bis 18 Tonnen in 24 Stunden.