Способ получения блоков льда
METHOD OF PRODUCING ICE BLOCKS

Изобретение относится к области исследований в гидротехническом строительстве, а именно к способам образования образцов льда для хозяйственных, технических и экспериментальных нужд.
Известен способ получения блоков естественного льда с послойным намораживанием льда (на специальных полигонах, наклонных плоскостях, вышках и градирнях или естественных водоемах, находящихся в уличных условиях при отрицательных температурах зимнего периода) и последующим распилом этого льда на отдельные блоки (Сборник технологических инструкций по обработке рыбы, том 1 под ред. канд. техн. наук А.Н. Велогурова и инж. М.С. Васильевой, Москва, "Колос" 1992, п. 9 «Инструкция по изготовлению льда»).
К недостаткам способа можно отнести сезонность (возможность образования льда только в зимний период), большие трудозатраты на изготовление полигонов, наклонных плоскостей, вышек, градирен, большие потери воды, высокий расход энергии при производстве и большие трудозатраты при распиле массивов льда на отдельные блоки, их транспортировке и складировании.
Известен также способ получения блоков льда, включающий размещение воды в ледоформе, размещение ледоформы в морозильной камере, в которой температуру поддерживают ниже температуры замерзания воды до полного ее замерзания в ледоформе (см. «Особенности поведения напорных трубопроводов при замерзании в них воды» А.А. Отставнов, В.А. Устюгов, В.А. Харькин, В.С. Ионов (см. http://www.c-o-k.ru/articles/ osobennosti-povedeniya-napornyh-truboprovodov-pri-zamerzanii-v-nih-vody).
К недостаткам этого способа относится неравномерное замораживание образцов льда. Во время получения образцов льда при замораживании воды в обычных емкостях происходят деформации образцов льда в виде искривлений поверхности льда, пучений, появления зон неоднородного льда и т.д. по причине неравномерного распределения внутренних усилий в образце во время замораживания.
Задачей, на решение которой направленно предлагаемое техническое решение, является получение блоков льда правильной формы, однородного состава без явных дефектов, в короткие сроки и без больших вложений на их производство, с производством в лабораторных или домашних условиях, без образования эффекта объемно-поверхностного замерзания и образования внутренних напряжений в блоках льда.
Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, выражается в исключении объемно-поверхностного замерзания образца льда при его замораживании и получении равномерной плотности льда во всём объёме образца, без использования специальных ледогенераторов.
Для решения поставленной задачи способ получения блоков льда, включающий размещение воды в ледоформе, размещение ледоформы в морозильной камере, в которой температуру поддерживают ниже температуры замерзания воды до полного ее замерзания в ледоформе, отличается тем, что намораживание льда в ледоформе ведут снизу вверх, с подводом холода через дно ледоформы, при этом температуру воды над намороженным слоем льда поддерживают возрастающей снизу вверх от температуры, соответствующей температуре замерзания воды до уровня, большего температуры ее замерзания.
Сопоставительный анализ существенных признаков предлагаемого технического решения с существенными признаками аналогов и прототипа свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».
При этом отличительные признаки формулы изобретения решают следующие функциональные задачи.
Признаки «…намораживание льда в ледоформе ведут снизу вверх, с подводом холода через дно ледоформы …» позволяют получить блоки правильной формы и исключить объёмно-поверхностное замерзание воды в ледоформе и тем самым исключить внутренние напряжения в блоке льда, ведущие к его деформациям.
Признаки «…температуру воды над намороженным слоем льда поддерживают возрастающей снизу вверх от температуры, соответствующей температуре замерзания воды до уровня, большего температуры ее замерзания…» позволяют регулировать движение границы лёд/вода при замерзании образца снизу вверх.
На фиг. 1 изображена схема реализации способа.
На чертеже показаны емкость 1 для замораживания образца (ледоформа), холодильная установка 2, теплоизолирующий материал 3, охлаждающие элементы 4 холодильной установки 2, крышка 5 для емкости 1, свободное пространство 6 (прослойка воздуха для расширения льда при замерзании),  нагревательный элемент 7 с регулирующим устройством 8. На чертеже также показаны направление нарастания льда 9, слой 10 незамерзшей воды и образующийся слой 11 льда, а также крышка 12 холодильной установки 2.
Емкость 1 для замораживания образца (ледоформа) может быть выполнена из водонепроницаемого теплопроводящего материала, например из листового железа или пластика, с плоским дном. Холодильная установка 2 подбирается из условия свободного размещения в ее камере замораживания емкости 1. Боковые поверхности емкости 1, для уменьшения эффекта объемно-поверхностного замерзания, покрывают теплоизолирующим материалом 3 (например, пенопластом), дно емкости 1 непосредственно соприкасается с холодоотдающей поверхностью (дном камеры замораживания холодильной установки 2), откуда начинается замораживание, поскольку там расположены охлаждающие элементы 4. Емкость 1 снабжена крышкой 5, которая плотно закрывает эту ёмкость. Между крышкой 5 ёмкости 1 и водой, находящейся в ней, остаётся немного свободного пространства 6 для обеспечения возможности свободного расширения получаемого льда. Крышка 5 снабжена снаружи слоем теплоизолирующего материала 3. На внутренней стороне крышки 5 размещен нагревательный элемент 7 с регулирующим устройством 8, позволяющим регулировать мощность нагревательного элемента 7 и тем самым регулировать температуру при постепенном замораживании воды в емкости 1 по направлению нарастания льда 9 (снизу вверх). В качестве нагревательного элемента 7 использован электрический нагревательный элемент, предпочтительно размещенный с возможностью контакта с водой, залитой в полость ледоформы.
Способ реализуется следующим образом.
В обычную холодильную установку 2 устанавливают ёмкость 1 для замораживания образца, далее ёмкость 1 заполняют водой и накрывают крышкой 5 с размещенным на ней нагревательным элементом 7. Холодильную установку 2 закрывают крышкой 12 и начинают процесс замораживания воды в ёмкости 1. Воду в верхней части ёмкости 1 подогревают, в результате чего замораживание идет снизу ледоформы. Далее регулирующим устройством 8 температуру воды в верхней части ёмкости 1 постепенно понижают регулированием мощности нагревательного элемента 7, закреплённого на крышке 5 ёмкости 1. После замораживания ёмкость 1 извлекают из холодильной установки 2, из нее, в свою очередь, извлекают образец готового льда.