СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОЗДАНИЯ ЛЕДЯНЫХ УЗОРОВ
METHOD AND APPARATUS FOR FORMING FROST WORK

Изобретение относится к области художественного и рекламного дизайна и может быть использовано для изготовления декоративных изделий, имитирующих естественные ледяные узоры.
С давних времен в декоративном дизайне используют водный лед, приготовленный естественным или искусственным способом. Лед успешно используется для создания уличных фигур с различными ледяными узорами.
Недостатком такого способа воспроизведения ледяных узоров является его ограниченность температурным диапазоном окружающей среды и невозможностью быстрого обновления узоров во льду.
Известны многочисленные способы создания природных имитаций [бюллетень «Рекламное измерение» №11(64), 1999], но они не позволяют имитировать ледяные узоры, возникающие при кристаллизации воды в естественных условиях.
Известен способ получения гидратного льда, в процессе реализации которого на стенках герметичного реактора из объема водного раствора поверхностно-активного вещества и гидратообразующего газа получают газогидраты (лед) [В.П.Мельников, А.Н.Нестеров, В.В.Феклистов. Химия в интересах устойчивого развития. Издательство Сибирского отделения РАН, т.6, №1, 1998, с.101].
С точки зрения рекламы, недостатками такого способа получения льда являются невозможность визуальной демонстрации ледяных узоров (гидраты необходимо извлекать) и невозможность программированной быстрой смены узоров.
Задачей, стоящей перед изобретением, является разработка простого и надежного способа создания ледяных узоров при любых температурах и возможность их периодического обновления, что расширит диапазон его применения.
Поставленная задача решается тем, что при создании ледяных узоров способом, включающим подачу воды в герметичный корпус, напуск гидратообразующего газа под давлением несколько выше равновесного, необходимого для образования газогидратных соединений при заданной температуре поверхности стенок корпуса, поддержание заданных термобарических условий в течение всего времени образования газогидратных отложений, воду наносят на светопрозрачные стенки корпуса напылением, причем заданные термобарические условия продолжают поддерживать в течение всего времени сохранения ледяного узора на стенках в виде газогидратных отложений, а для изменения ледяного узора осуществляют диссоциацию сформированных газогидратных отложений за счет сброса давления гидратообразующего газа ниже равновесного, после чего вновь создают ледяной узор.
Хорошо известно, что при определенных термобарических условиях, которые определяются природой гидратообразующего газа, могут возникать надмолекулярные соединения воды и газа в форме клатратов. На контакте жидкой и газовой фаз происходит спонтанное возникновение зародышей газогидратов, которые затем растут в пленке воды в виде замысловатых разнообразных структур, напоминающих снежинки, изморозь или рыхлый снег. Визуально это напоминает ледяные узоры на оконном стекле. Эффект гидратообразования приводит к появлению видимых ледяных узоров.
Устройство для создания ледяных узоров, как и известное устройство для получения гидратов [В.П.Мельников, А.Н.Нестеров, В.В.Феклистов. Химия в интересах устойчивого развития. Издательство Сибирского отделения РАН, т.6, №1, 1998, с.101], содержит герметичный корпус с трубопроводом для подачи воды и трубопроводами для подачи и сброса давления гидратообразующего газа. Отличием устройства является то, что корпус или хотя бы одна из стенок выполнен светопрозрачным. Кроме того, трубопровод для подачи воды снабжен форсункой для ее разбрызгивания на поверхность стенок корпуса.
В корпусе может быть размещена подсветка (источник света).
Светопрозрачность стенок корпуса при многократном и быстром изменении узоров делают рекламу зрелищной.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 показано устройство для реализации способа, а на фиг.2 - полученные ледяные узоры.
Устройство для реализации способа содержит герметичный корпус 1 хотя бы с одной светопрозрачной стенкой 2. Корпус может быть любой формы - куб, шар и тому подобное.
В корпус введены форсунка 3 для разбрызгивания (напыления) воды на стенки корпуса при подаче ее по трубопроводу 4 насосом 5 из емкости 6, а также трубопровод 7 для подачи (напуска) гидратообразующего газа. Имеются трубопровод 8 для слива воды и трубопровод 9 для сброса газа через вентиль 10. Возможно наличие нагревательных элементов.
0
р
В герметичном светопрозрачном корпусе производят напыление капель воды на поверхность его стенок 2, находящихся при температуре, как правило, несколько выше 0°С, после чего в корпус из баллона 11 нагнетают гидратообразующий газ под давлением Р несколько выше равновесного Р, необходимого для образования газогидратных соединений при заданной температуре поверхности стенок корпуса. Используют гидратообразующие газы со сравнительно низким равновесным давлением при температурах, близких к нулю, чтобы обеспечить безопасность. Такими газами являются пропан и фреон.
Давление контролируют по манометру 12.
После установления термобарических условий в объеме корпуса несколько выше равновесных на стенках, смоченных водой, начинается спонтанный процесс гидратообразования при контакте газа с водой и появляется ледяной узор 13, который хорошо виден сквозь прозрачную стенку.
Заданные термобарические условия поддерживают в течение всего времени образования и сохранения ледяного узора на стенках.
Образованный узор на всех светопрозрачных стенках корпуса выдерживают заданное время, после чего для изменения ледяного узора осуществляют диссоциацию сформированных гидратных отложений за счет сброса давления гидратообразующего газа ниже равновесного. Первоначально образованный гидрат исчезает, а поверхность стенок покрывается водной пленкой, высвободившейся из газогидрата. Температуру стенок корпуса, на которых формируется ледяной узор, поддерживают чуть выше 0°С для обеспечения незамерзания воды после осуществления диссоциации газогидратов.
После кратковременного исчезновения первоначального ледяного узора вышеописанным образом осуществляют новый цикл наработки следующего ледяного узора. Каждый цикл приводит к наработке новой неповторяющейся структуры, что обеспечивает декоративную привлекательность способа. Полученные ледяные узоры показаны на фиг.2.
Соответствующая цветовая подсветка корпуса, в том числе изнутри, способствует повышению художественной привлекательности ледяных рисунков.
Кроме того, преимуществом предложенного способа создания ледяных узоров является также то, что он может реализовываться в течение длительного времени - с середины осени до середины весны, когда существование водяного льда невозможно по термодинамическим условиям.
В таблице приведены рекомендуемые значения Р-Т условий для наработки ледяных узоров в виде газогидратов на светопрозрачных стенках корпуса. Видно, что температура стенок может быть положительной.
№ п.п.
Гидратообразующий газ
Р, МПа
Т, К
1
Фреон
0,2-0,43
265-285
2
Пропан
0,2-0,41
265-281