Способ, устройство, продукт и применение быстрого замораживания кубиков льда
METHOD, DEVICE, PRODUCT AND APPLICATION OF QUICK FREEZING OF ICE CUBES

ЦЕЛЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к новому способу быстрого замораживания кубиков льда и является инновационным устройством для реализации указанного способа, включая также преимущества полученного продукта и различные способы применения продукта.
Устройство для быстрого замораживания кубиков льда, являющееся целью данного изобретения, разработано для производства кубиков льда с помощью более высокой скорости дозирования и быстрого контактного замораживания. Кубик льда производится за 7 минут, исходя из расхода воды, эквивалентного объему кубиков, не теряя ни одной капли при производстве.
В этой технической области простота использования устройства и экономичность производства за счет эффективных разработок быстрого замораживания кубиков льда с максимальной экономией воды ведут к достижению технически и экономически значительных результатов и снижению стоимости. Характеристики предлагаемого изобретения обладают преимуществами перед данной концепцией путем предоставления современного технического уровня, который был ранее не известен, так как впервые ни одна капля воды не потрачена впустую или использована повторно. Следовательно, не является необходимым подключать дренажную систему, и, соответственно, установка устройства возможна в любом месте, что говорит о простоте и экономичности.
Основная проблема, подлежащая разрешению - это 100%-ная экономия расхода воды по сравнению с излишними растратами при использовании современных технических устройств, где, несмотря на усилия по сокращению нецелевого использования воды, ее потери оцениваются от 400 до 220 кг/день для каждого устройства быстрого замораживания кубиков льда. Это связано с тем, что согласно способу, которым пользуются до сих пор, микронизированная вода непрерывно прогоняется через охлаждаемые ячейки, в которых формируются кубики льда. Вода прогоняется таким образом, что часть этой воды прилипает к более холодным поверхностям и преобразуется в лед, но большая ее часть уходит в канализационную систему. Вместо этого данное изобретение дает возможность использовать количество воды, равное объему, необходимому для замораживания каждого кубика, как указано далее в описании изобретения.
Такая полная экономия использования воды влечет за собой множество преимуществ, первым из которых является резкое снижение количества воды, необходимого для заполнения лотков для льда, с последующей экономией энергии, не требующейся для налива воды, повторного ее использования или слива. Известно, что вода является ценным элементом в производстве льда и не должна быть растрачена впустую. Следовательно, еще одним преимуществом нового изобретения замораживания льда является экологичность. Также экономия в обслуживании и ремонте техники, так как устройство не требует воздуховодов и разбрызгивателей, которые имеют тенденцию терять свою эффективность и даже засоряться из-за скапливания минеральных веществ и накипи, особенно в городских условиях, где используется известные на данный момент способы быстрого замораживания кубиков льда. Еще одним преимуществом является увеличение полезного пространства, так как из-за отсутствия вышеуказанных каналов и оросителей или распылителей устройство занимает меньше площади. Еще одним преимуществом является то, что для его установки необязательно наличие дренажной трубы, поэтому он может быть установлен в любом удобном месте. Кроме того, следует подчеркнуть гигиенические преимущества этого способа благодаря возможности использования минеральной воды или специально обработанной воды для замораживания льда, так как для его производства требуется только количество воды, необходимое для заполнения лотка для льда. Еще одним преимуществом является низкое потребление энергии, что особенно существенно в сфере гостиничного бизнеса и даже для домашнего использования морозильных камер для быстрого производства кубиков льда.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
На данный момент не существует аналога предложенного изобретения среди используемых способов. Документы, показывающие существующий уровень техники, имеющей отношение к этому изобретению, приведены ниже.
Итак, документ ES 2063070 Т3 описывает автоматическое устройство для производства кубиков льда, которое включает несущий каркас для множества ячеек, помещенных на одной линии, соединенных с испарителем и расположенных напротив устройств для распыления замораживаемой воды, устройств для компрессии и конденсации, устройств, вызывающих обращение цикла охлаждения для отделения кубиков льда от ячеек, устройства управления изменением времени охлаждения воды, необходимой для образования кубиков льда и времени размораживания этих кубиков, чтобы отделить их от ячейки, вышеупомянутое средство управления, содержащее, по меньшей мере, один датчик для измерения температуры среды и/или конденсации и как минимум один датчик для измерения температуры воды, поступающей в прибор.
3
Устройства для замораживания льда, которые сейчас используют в учреждениях общественного питания, небольших размеров и требуют около 2 литров воды, чтобы получить 250 см льда. Неиспользованная вода в таких устройствах проходит непосредственно в дренажную систему. Это подразумевает, с одной стороны, значительный расход неиспользованной воды, который может достигать 80%, и с другой - расход энергии, так как теряется неиспользованная холодная вода с температурой около 8°С. Таким образом, патент на полезную модель ES 1022297 U предполагает наличие прикрепляемого к машине по производству кубиков льда экономайзера для решения данной проблемы. Экономайзер состоит из вспомогательного резервуара, в которой обычно сливается вода, поступая через фильтр, а оттуда, при относительно низкой температуре около 8°С, с помощью насоса вода направляется обратно в отсек для производства льда. Такой процесс предполагает более низкое потребление энергии, в то время как рабочий ритм значительно увеличивается, потому что температурная разница в указанном устройстве значительно меньше. При работе экономайзера длительность операционного цикла составляет 10 минут, в то время как в обычных устройствах он достигает 16 минут.
Патент на полезную модель ES 1022297 U описывает экономайзер, который может быть адаптирован к устройствам по производству льда. Экономайзер содержит резервуар, предназначенный для удобного крепления к устройству по производству льда и соединенный с последним через впускное отверстие, которое соответствует водоотводному отверстию для использованной воды в данном устройстве по производству льда. Данное впускное отверстие заканчивается на фильтре, а в нижней части указанного резервуара расположено выпускное отверстие, которое соединено с впускным отверстием или дозатором устройства по производству кубиков льда через нагнетательный насос. Это сделано для того, чтобы сбрасываемая вода из каждого рабочего цикла настоящего устройства была использована повторно через экономайзер в последующем рабочем цикле.
Подобным образом цель документа ES 2199641 А1 ссылается на технические усовершенствования устройства по производству кубиков льда относительно экономии воды путем обеспечения управляемой повторной циркуляции воды по устройству, не переработанной в лед. Чтобы достичь этого, в устройстве используется контрольный датчик или датчик физических переменных совместно с детектором наличия воды и электрическим насосом, нагнетающим воду для ее переработки с целью дальнейшего использования в устройстве.
Кроме того, документ DE-C-936042 описывает ледогенератор, снабженный испарителем, множеством отдельных ячеек для формирования льда, водный дозатор и дефлектор, который направляет воду, поступающую через верхнюю часть ячеек для формирования льда на их внутреннюю поверхность, в том числе и испаритель, содержащий множество отдельных ячеек для формирования льда. Каждая ледообразующая ячейка имеет замкнутый периметр и отверстие в нижнем конце. Распределитель воды соединен с испарителем и выполнен с возможностью подачи воды в или около верхнего конца каждой из множества ячеек таким образом, что вода течет вниз, не нарушая периметр отдельных ледообразующих ячеек. Она также включает в себя систему рециркуляции воды, трубу, водяной насос, расположенный внутри этой трубы, и трубку для рециркуляции воды, которая соединена с водяным насосом и дозатором.
Как правило, существующие ледогенераторы изготовляют лед, направляя поток воды на замороженную поверхность. Обычно замороженная поверхность соединена со змеевиками испарителя, которые, в свою очередь, соединены с системой охлаждения. Замороженная пластина, или испаритель, содержит ряд выемок на поверхности, в которых может накапливаться проточная вода. Как правило, эти выемки представляют собой перфорированные отверстия в металлической пластине, обладающей высокой теплопроводностью. Когда вода течет по выемкам, она превращается в лед. Чтобы собрать готовые кубики льда, испаритель нагревается горячим паром, который проходит через змеевики испарителя. После отделения от поверхности ячеек кубики льда падают в бункер для льда. Кубики льда, полученные в типичном ледогенераторе, имеют квадратную или прямоугольную форму и тонкое сечение. Они уменьшенных размеров и имеют плиткообразную форму вместо трехмерной формы куба. То есть они отличаются от кубиков льда, производимых в холодильных камерах для домашнего использования, которые обычно имеют форму куба и больший размер, а значит, и лучше подходят для охлаждения напитков в стаканах. При этом их обычно придерживают щипцами. Большинство ледогенераторов для домашнего использования, включенных в конструкцию холодильников, замораживают воду, находящуюся в спокойном состоянии, превращая ее в мутный лед. Это менее желательно, чем прозрачный лед массового производства. Кроме изготовления мелких кубиков льда, обычные ледогенераторы - это, как правило, крупные и громоздкие машины, требующие много места. С другой стороны, ледогенератор для домашнего использования должен быть небольшого размера, что позволит поместить его под кухонные столешницы шкафчиков, и рассчитан на работу от бытовой электрической сети. Некоторые ледогенераторы уже разработаны и выставлены на продажу для рынка бытовых потребителей. Как правило, эти машины не производят большие и прозрачные кубики льда. Существует одна модель ледогенератора, которая производит чистые кубики льда, но в ней применяется недостаточно надежный испаритель, поскольку он использует струи воды под давлением и имеет тенденцию к закупориванию, особенно когда отсутствует регулярное техническое обслуживание. Таким образом, на рынке существует потребность в компактном ледогенераторе, способном вырабатывать прозрачные кубики льда. Устройство, которое можно будет использовать как в быту, так и для массового производства, сконструированное по разумной стоимости с использованием автоматизированной технологии. Настоящее изобретение удовлетворяет этим требованиям.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Способ быстрого замораживания кубиков льда, являясь целью настоящего изобретения, включает следующие этапы:
а) холод вырабатывается обычным конденсатором и компрессором низкого энергопотребления и подается во встроенную холодильную камеру, сделанную из материала, разрешенного для контакта с пищевыми продуктами. Температура достигает отметки -30°С и поддерживается на ней;
б) с помощью нагнетательного насоса жидкий гель хладагента при -30°С подается из охлаждающего змеевика, расположенного внутри упомянутой холодильной камеры, и через восходящий канал попадает в пространство между ячейками, где в специальном лотке формируются кубики льда. Затем гель возвращается по нисходящему каналу к охлаждающему змеевику, таким образом, не прерывая цикла;
в) вода, необходимая для пополнения каждой из ячеек лотка, распределяется через ряд распылителей, расположенных рядом друг с другом на опорной конструкции;
г) в производстве допускается задержка от 5 до 10 минут в зависимости от размера ячеек, пока вода, находящаяся в каждой ячейке из высокопроводящего материала, не замерзнет во время контакта стенок с гелем; в это время ультразвуковой или инфракрасный детектор фиксирует момент, когда лед достигает заданной температуры;
д) в этот момент активируется кольцевой электронагреватель и нагревает каждый кубик льда до тех пор, пока кубик самостоятельно не отделяется от стенки ячейки;
е) в это же время с помощью редукторного двигателя в нижней части формы для льда вращается затвор вокруг оси шарнира и открывает нижний затвор ячеек;
ж) когда затворы ячеек открыты, кубики льда при падении демонстрируют с нижней грани гравировку в виде специального отличительного знака или инициала. Эти символы находятся на верхней стороне затвора в виде эквидистантного барельефа, совпадающего с дном ячеек;
з) кубики льда съезжают в бункер по скату, образованному открытым затвором.
Устройства быстрой заморозки кубиков льда, являясь целью настоящего изобретения, состоит из корпуса, размещенного на его основании, обычного конденсатора и компрессора. Над нами справа расположена холодильная камера, а слева - бункер для кубиков льда. Холодильная камера состоит из корпуса, сделанного из материала, разрешенного для контакта с пищевыми продуктами. Вырабатываемый холод в морозильной камере поддерживается при постоянной температуре: при -30°С. Упомянутая холодильная камера содержит змеевик, поглощающий вырабатываемый холод с целью поддержания постоянной температуры при -30°С. Нагнетательный насос перекачивает гель через восходящий канал, достигая лотка для льда, где он проходит в ячейки, в которых образуются кубики льда, а затем возвращается через нисходящий канал к охлаждающему змеевику, продолжая цикл. Ряд жидкостных распылителей, прикрепленных к опорной конструкции, обеспечивает дозированное распределение необходимого количества воды в ячейках для формирования льда. Когда ячейки заполнены водой, начинается процесс заморозки при контакте стенок из высокопроводящих материалов и охлаждающего геля. Процесс замораживания длится от 5 до 10 минут в зависимости от размеров кубика льда. Ультразвуковой или инфракрасный температурный детектор фиксирует момент, когда кубики льда достигают заданной температуры. В этот момент нагревательное кольцо активируется, нагревая каждый замороженный кубик льда. Кубики льда отделяются от стенок ячеек и спускаются вниз, когда нижний клапан формы для льда вращается вокруг оси шарнира, расположенного на одном конце формы для льда, что управляется автоматически редукторным двигателем. Поворачиваясь, клапан позволяет ячейкам освободиться от сформированных кубиков льда.
Лицевая сторона этих затворов может иметь барельеф с отличительными знаками и равными промежутками, совпадающими с основанием ячеек. Знаки могут быть представлены в виде начальных букв товарного знака или другой формы, выгравированной на основании кубика. После открытия клапана кубики льда скользят в бункер по склону, сформированному открытым клапаном.
ПЛК управляет эксплуатацией и техническим обслуживанием устройства с помощью обнаружения и управления следующими показателями:
- нехватка воды;
- низкая температура в холодильной камере;
- открытие и закрытие клапанов формы для льда;
- наполнение контейнера для готового льда;
- полное замерзание кубиков льда при заданной температуре;
- сбой в насосе для жидкостей;
- сбой редукторного электродвигателя;
- сбой в дозировании и распределении воды;
- сбой в компрессоре и испарителе;
- температура воды на входе;
- сбой в размораживающих нагревателях;
- сигнализация при сбое питания;
- прекращение подачи энергии;
- прекращение работы при открытии корпуса панелей.
В одном режиме работы данного изобретения вместо холодильной камеры используется катушка с газовым охлаждением.
В отличие от кубиков льда, изготовленных обычным образом, при производстве кубиков льда этим способом не теряется ни капли воды. 100%-ная эффективность производства льда позволяет использовать минеральную воду или специально обработанную воду, а также воду ароматизированную со вкусом лимона, тропических фруктов или даже фруктовые соки, что значительно предопределяет разнообразие и качество изготовленного льда.
Следовательно, качество и аромат кубиков льда может быть адаптирован к вкусам потребителей, не представляя проблемы для практического применения на приемах высокого уровня, в изысканной кухне, при изготовлении мороженого наряду с общим использованием собственно как кубиков льда.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Данное описание чертежей сделано для лучшего понимания описанного процесса работы устройства и показывает типичный конкретный режим для получения кубика льда при быстрой заморозке.
Фиг. 1: вид корпуса сбоку, демонстрирующий элементы устройства, которые характеризуют изобретение.
На упомянутом чертеже пронумерованы следующие элементы:
1. Подвод газа к холодильной камере
2. Холодильная камера
3. Насос для геля
4. Выпускная труба для геля, ведущая к форме с ячейками для льда
5. Труба для обратного движения геля
6. Зубчатая рейка для открытия и закрытия клапана в форме с ячейками для льда
7. Редукторный электродвигатель
8. Опора затворов формы с ячейками для льда
9. Нагревательное кольцо
10. Ультразвуковой или инфракрасный детектор температуры
11. Распределитель для жидкости, воды или жидкой смеси
12. Распределительная опорная конструкция
13. Форма с ячейками для льда
14. Затворы формы с ячейками для льда
15. Дренажная труба холодильной камеры
16. Компрессор
17. Водоприемник
18. ПЛК
19. Бункер для льда
20. Конденсатор
21. Ячейка
22. Штекерный разъем
ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНОГО РЕЖИМА РАБОТЫ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Ниже описан предпочтительный режим работы изобретения, который является лишь одним из нескольких способов изготовления, которые могут быть осуществлены в технической разработке изобретения.
Предпочтительный режим работы устройства для быстрой заморозки кубиков льда согласно настоящему изобретению состоит из параллелепипедального корпуса, в основании которого находятся обычный конденсатор (20) и компрессор (16), а на них - холодильная камера (2) справа и контейнер для хранения кубиков льда (19) слева. Камера состоит из прямоугольного металлического корпуса, в котором поддерживается холод при -30°С. В упомянутой выше холодильной камере (2) находится катушка для жидкого геля, который поглощает холод и также поддерживается при постоянной температуре - при -30°С. Насос (3), соединенный с выходом катушки, подает гель (4) до лотка со льдом, где он проходит в пространство между ячейками, в которых образуются кубики льда, а затем возвращается через нисходящий канал (5) в охлаждающий змеевик, не прерывая цикл производства. Ряд жидких распылителей (11), прикрепленных к опорной конструкции (12), дозируют необходимое количество воды для заполнения каждой ячейки (21) лотка для формирования льда (13). После заполнения начинается процесс замораживания посредством контакта стенок ячеек из высокопроводящего материала с охлаждающим гелем. Процесс замораживания занимает около 7 минут. Ультразвуковой или инфракрасный детектор температуры (10) определяет момент, когда кубики льда достигают заданной температуры, и в этот момент нагревательное кольцо (9) активируется для нагревания стенок каждой ячейки (21) до тех пор, пока замороженные кубики льда смогут отделиться от стенок ячейки (21) и спуститься вниз к нижнему затвору (14) лотка для формирования льда (13), который в это время вращается вокруг оси шарнира (8) в конце лотка для формирования льда (13), который автоматически управляется моторным редуктором (7). Во время вращения затвора (14) освобождается лоток с ячейками (21). На верхней стороне указанного затвора (14) расположены барельефы отличительных знаков, совпадающих с дном каждой ячейки. Отличительными знаками могут быть, к примеру, начальные буквы торговых марок. После того как затвор открывается (14), кубики льда отделяются от ячеек и скатываются по скату, образованному самим затвором. Лед падает в бункер для хранения льда (19).
ПЛК (18) управляет и обслуживает устройство с помощью обнаружения и управления следующими показателями:
- отсутствие воды;
- низкая температура в холодильной камере;
- открытие и закрытие затвора лотка для льда;
- заполнение отсека для хранения льда;
- завершение образования льда при заданной температуре;
- сбой работы насоса для жидкостей;
- сбой в редукторном моторе.