МОРОЗИЛЬНАЯ УСТАНОВКА

Установка относится к морозильной технике. Предназначена для создания ледяного покрова на поверхности водохранилища или реки в холодное время года в гидротехническом строительстве.
Прототипом полезной модели является вакуумная холодильная установка для охлаждения жидкости [Патент 2215247 RU, МПК 7 F 25 D 1/00. Вакуумная холодильная установка для охлаждения жидкости /Московский государственный университет инженерной экологии /Заявлено 28.06.2001; опубл. 27.10.2003]. Известная холодильная установка содержит резервуар-охладитель жидкости, соединенный с вакуумно-конденсаторным агрегатом и прибором охлаждения паров. Прибор охлаждения паров представляет собой вертикальный цилиндрический сосуд со съемной крышкой и форсунками для разбрызгивания воды, укрепленный внутри резервуара-охладителя выше уровня охлаждаемой жидкости.
Недостатками прототипа являются, во-первых, сокращение технологических возможностей установки, обусловленное невозможностью охлаждения больших объемов воды и получением только холодной воды и невозможностью получения льда, во-вторых, снижение эффективности работы установки, вследствие использования только принудительного охлаждения и принудительного распыления воды через форсунки, в-третьих,
снижение производительности установки, вследствие продолжительности охлаждения.
Задачей полезной модели является расширение технологических возможностей, повышение эффективности работы и производительности установки.
Задача решается тем, что в морозильной установке, включающей морозильную камеру, соединенную с вакуумным насосом, согласно полезной модели, камера, выполненая в виде конфузора со спиралевидными нарифлениями на внутренней поверхности, оборудована четырьмя трубами, водоподводящей - ориентированной к широкой части конфузора по касательной и соединяющей камеру с гидротехническим сифоном, пароотводящей трубой, водоотводящей трубой и воздушной трубой, при этом, водоотводящая и воздушная трубы установлены в нижней части камеры на выходе конфузора с возможностью образования общей водно-воздушной струи.
Технический результат полезной модели достигается выполнением камеры в форме конфузора с внутренней поверхностью в виде спиралевидных нарифлений, расположением водоподающей трубы по касательной к входу конфузора, что способствует распределению потока воды по внутренним стенкам камеры, созданию спиралевидного направления потока и увеличению площади контакта воды и воздуха в камере, и, в итоге, повышению эффективности работы установки.
Оборудование камеры воздушной трубой, установленной в нижней части камеры на выходе конфузора с возможностью образования водно-воздушной струи способствует дальнейшему понижению температуры уже охлажденной воды до состояния, близкого к кристаллизации, с образованием гетерогенной трехфазной системы воздух - вода - лед и расширению технологических возможностей установки. Получение гетерогенной трехфазной системы в течение одного цикла работы способствует сокращению продолжительности охлаждения воды и образования ледяного покрытия. Кроме того, забор воды из водоема при помощи гидротехнического сифона способствует снижению затрат на транспортирование воды.
Сущность устройства поясняется эскизом.
Устройство состоит из холодильной камеры 1, выполненной в виде конфузора. Внутренние стенки камеры выполнены со спиралевидными нарифлениями. В верхней части камеры 1, по касательной установлена водоподводящая труба 2, соединенная с гидротехническим сифоном 3. Заборная часть гидротехнического сифона 3 установлена в верхнем бьефе плотины. К центру верхней части камеры 1 вертикально центральноориентированно укреплена пароотводящая труба 4. Между трубой 4 и камерой 1 укреплен вакуумный насос 5. В нижней части башни 1 укреплена вертикально центральноориетированная водоотводящая труба 6. В стенку трубы 6 врезан торец воздушной трубы 7. К центру верхней части камеры 1 вертикально центральноориентированно укреплена пароотводящая труба 6, соединенная
с вакуумным насосом 7. Насос 7 соединен с компрессором 8. Насос и копрессор установлены на берегу водоема.
Морозильная установка работает следующим образом. Установку укрепляют на бетонном фундаменте на дне реки или водоема, подлежащего замораживанию. Предпочтительно устанавливать устройство в нижнем бъефе плотины. При помощи гидротехнического сифона 3 ведут забор воды из верхнего бъефа водоема. Вода по водоподводящей трубе 2 поступает в камеру 1. Для регулирования объема подачи воды в единицу времени возможно использование регулирующего устройства (на эскизе не показан). Вода под действием центробежной силы и веса движется тонким слоем по спиралевидной траектории внутри камеры. При помощи вакуумного насоса 7 создают разрежение в камере 1. Происходит интенсивное кипение воды, превращение части воды в пар, и охлаждение воды вследствие эндотермического процесса парообразования. Образовавшийся в камере водяной пар откачивают вакуумным насосом 5 и подают в компрессор 8 для сжатия, затем в теплообменник (на эскизе не показан). Охлажденная вода поступает в водоотводящую трубу 4. Одновременно по воздушной трубе 5 подают сжатый охлажденный воздух. Охлажденная вода смешивается с охлажденным воздухом и распыляется в верхнем слое воды замораживаемого водоема. Образующиеся при этом в трехфазной гетерогенной системе кристаллы льда всплывают. Под действием дальнейшего естественного охлаждения продолжается рост кристаллов льда
на поверхности водоема, образуется ледяная шуга. Шуга, постепенно промораживаясь, образует слой льда.
Пример. Морозильная установка предназначена для замораживания поверхности воды в реке Енисей в окрестностях г. Красноярска. Образование ледяного покрова на водной поверхности Енисея может быть выполнено в соответствии с известным способом (Способ производства льда на поверхности реки Патент РФ №2151975).
3
3
3
3
Морозильная камера установлена в 50 км выше по течению от г. Красноярска в нижнем бьефе плотины Красноярской ГЭС. Забор воды ведут в верхнем бьефе плотины гидротехническим сифоном. Пропускная способность гидротехнического сифона - 1,19 м/сек. Из них 0,19 м/сек воды, перешедших в парообразное состояние, отводят из холодильной камеры. Мощность вакуумного насоса - 20 МВт, производительность по пару - не менее 200 м/сек. Давление в холодильной камере - 0,0062 атм. Высота камеры составляет 60 м, диаметр верхнего основания - 5 м. Производительность морозильной установки - 1 м/сек.
Ледяная шуга, перенесенная течением реки в район полыньи в пределах города Красноярска, при дальнейшем естественном охлаждении промораживается до образования ледяного покрытия. Сокращается испарение воды с водной поверхности, которое может происходить при любой температуре воздуха, в том числе, зимой. В результате снижается влажность воздуха, являющаяся причиной необратимых экологических
изменений в окрестностях Красноярска, в том числе, многократно возросших после строительства ГЭС респираторных заболеваний жителей Красноярска.
Образующийся при охлаждении в камере водяной пар, используют для обогревания близлежащих населенных пунктов. Водяной пар через вакуумный насос поступает в компрессор, соединенный с теплообменником. Вода нагревается, и ее подают в теплосеть.