СПОСОБ ГЕНЕРИРОВАНИЯ ЛЬДА
METHOD OF ICE GENERATION

Изобретение относится к области средств и способов получения льда, в частности чешуйчатого льда, и может быть использовано в химической, фармацевтической, микробиологической промышленности, а также на предприятиях агропромышленного комплекса.
В рамках настоящего технического решения термин «вода» означает любую водосодержащую жидкую среду, способную при отрицательных температурах генерировать лед.
Известны льдогенераторы действия, реализующие способ непрерывного генерирования льда. К подобным льдогенераторам относится, в частности, льдогенератор фирмы «Scotsman» представляющий собой моноблочную конструкцию.
Ледогенератор вырабатывает гранулированный лед с размером кусочков 5…10 мм и температурой -0,5°С при влажности 75%. Все узлы ледогенератора Scotsman смонтированы в металлическом корпусе, выполненном из листовой нержавеющей стали. Основными элементами льдогенератора являются неподвижный вертикальный теплоизолированный цилиндр-испаритель, в междустеночном пространстве которого проложен змеевик, шнек, емкость-накопитель воды, водяной коллектор, компрессорно-конденсаторный агрегат с конденсатором воздушного или водяного охлаждения, с системой холодильных трубопроводов и арматурой. При работе льдогенератора «Scotsman» из емкости-накопителя вода вытекает по принципу сообщающихся сосудов во внутреннюю часть цилиндра-испарителя. При этом на внутренней стенке цилиндра, которая охлаждается хладагентом, испаряющимся в змеевике, образуется лед. Лед, намерзший на стенке цилиндра, соскребают шнеком, приводимым в действие электродвигателем, и переносят в верхнюю часть цилиндра, где его подпрессовывают, дозамораживают, колют и выбрасывают наружу через выходное окно, располагаемое в нижней части корпуса.
Недостатками данного устройства является сложность конструкции и дополнительный расход электроэнергии на привод шнека.
Известны генераторы льда периодического действия.
Типичный генератор льда периодического действия имеет в своем составе термостат, измеряющий температуру лотка со льдом. Генератор льда находится в морозильном отделении, и его производительность определяется температурой в этом отделении: чем ниже температура, тем быстрее идет выработка льда. При достижении лотком температуры заранее заданной температуры термостат замыкает цепи электромотора и нагревателя лотка. Мотор приводит в движение гребенку, удаляющую готовый лед, лоток подогревают снизу, чтобы отделить от него готовые кубики льда. Процесс удаления готового льда из лотка занимает 3…5 мин. Гребенка сдвигает готовые куски льда в бункер, а рычаг, совершая оборот при исполнении каждого цикла генерации льда, проходит над ним. При заполнении бункера льдом рычаг занимает поднятое положение, и генератор льда отключается.
Недостатком данного устройства является низкая производительность и значительный расход электроэнергии вследствие большого термического сопротивления намороженного слоя льда.
Известен (В.А.Бобков. Производство и применение льда. М.: Пищевая промышленность, 1977, стр.148) способ непрерывного вымораживания и получения чешуйчатого льда с аккумулированием теплоты хладагента, включающий кристаллизацию влаги в виде льда на вращающейся цилиндрической поверхности, погруженной в слой жидкого продукта, с последующим отделение чешуйчатого льда с вращающейся цилиндрической поверхности.
Для реализации известного способа предложено использовать устройство, содержащее трубопроводы подачи и отвода жидкого хладагента, нож-скребок для скалывания льда, барабан, водяную ванну, полый вал, зубчатую передачу от редуктора на вал, электродвигатель, редуктор.
Недостатками указанного способа следует признать осуществление процесса теплообмена при неравномерной величине теплового потока через стенку аппарата, резкие колебания температур и наличие условий возникновения теплового удара.
Наиболее близким аналогом разработанного способа можно признать (RU, патент 2228493) способ непрерывного вымораживания и получения чешуйчатого льда с аккумулированием теплоты хладагента, включающий кристаллизацию влаги в виде льда на вращающейся цилиндрической поверхности, погруженной в слой жидкого продукта, причем вымораживание льда и его последующее переохлаждение осуществляют при постоянной температуре, обеспечиваемой постоянной величиной потока тепловой энергии хладагента за счет его аккумулирования внутри барабана при одновременном снижении термического сопротивления теплопередаче за счет использования в качестве теплопередающей поверхности материала с высоким значением коэффициента теплопроводности.
Недостатком известного способа следует признать его низкую эффективность, а также техническую сложность используемого оборудования.
Техническая задача, решаемая посредством настоящего изобретения, состоит в разработке экономичного и простого способа для получения смеси вода-лед (чешуйчатого льда).
Технический результат, получаемый в результате реализации изобретения, состоит в обеспечении непрерывного процесса производства льда при высокой энергоэффективности процесса.
Для достижения указанного технического результата предложено использовать разработанный способ для получения смеси вода-лед.
Согласно разработанному способу при генерировании смеси льда осуществляют контакт хладагента при отрицательной температуре с системой льдообразования, при этом система льдообразования представляет собой эластичную мембрану, расположенную в сосуде и разделяющую хладагент и воду, причем периодически по мере нарастания льда на поверхности мембраны изменяют давление на мембрану с одной из сторон с самопроизвольным отделением льда от мембраны с последующим удалением отделившегося льда.
Периодичность воздействия на мембрану определяют либо визуально, либо из опыта работы с используемым устройством с определением периода воздействия опытным путем.
В одном из вариантов реализации мембрана представляет собой тонкостенный эластичный резервуар, помещенный в сосуд с водой, хладагент периодически подают в эластичный резервуар, а затем удаляют из эластичного резервуара, изменяя тем самым форму эластичного резервуара, при этом лед, образующийся на поверхности резервуара, отделяется от поверхности резервуара.
Во втором варианте реализации мембрана отделяет часть сосуда, причем хладагент при отрицательной температуре периодически подают в сосуд, а затем удаляют из него, изменяя тем самым форму мембраны, при этом лед, образующийся на поверхности мембраны, отделяется от поверхности мембраны.
Указанные варианты не ограничивают возможности реализации способа, в основу которого положен принцип изменения площади поверхности эластичной мембраны с намерзшим на нее льдом.
Мембрана может быть выполнена из силоксанового каучука или из силиконового каучука.
В качестве хладагента может быть использован фреон, аммиак, водный раствор солей (хлориды магния, натрия или железа) и т.д.
По первому возможному варианту способ может быть реализован следующим образом.
В эластичный тонкостенный резервуар, соединенный с системой подачи хладагента и размещенный в сосуде, заполненном водой, периодически подают и удаляют хладагент, имеющий отрицательную температуру. В результате теплообмена через оболочку резервуара между водой и хладагентом часть воды замерзает и на внешней поверхности оболочки образуется слой льда. При изменении формы эластичного резервуара слой льда разрушается, и лед отделяется от оболочки. Так как плотность льда меньше плотности воды, то лед всплывает и накапливается в верхнем слое воды. Лед из верхней части сосуда удаляют вручную или автоматически.
По второму возможному варианту способ может быть реализован следующим образом.
В резервуар, заполненный водой и хладагентом, разделенными эластичной тонкостенной мембраной, периодически подают и удаляют хладагент, имеющий отрицательную температуру. В результате теплообмена через мембрану между водой и хладагентом часть воды замерзает и на поверхности мембраны образуется слой льда. При изменении формы мембраны слой льда разрушается, и лед отделяется от поверхности мембраны. Так как плотность льда меньше плотности воды, то лед всплывает и накапливается в верхнем слое. Лед из верхней части сосуда удаляется вручную или автоматически.
Разработанный способ прост технически и легко может быть реализован при наличии средства охлаждения хладагента.