СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДВУХСЛОЙНОГО ЛЬДА Российский патент 2007 года по МПК F25C3/02 E01C13/10 

Изобретение относится к созданию искусственного льда и может быть использовано в спорте и строительстве при создании искусственных катков, конькобежных дорожек и пр.

Известен способ получения льда, согласно которому в воду перед замораживанием вводят высокомолекулярный полимер - полиокс в количестве 10-10 вес.% (авторское свидетельство SU 444039, F 25 С 3/02, 25.09.74).

К недостаткам данного способа получения искусственного льда можно отнести следующие:

1) полимер, вводимый в массив льда, уменьшает его твердость,

2) на поверхности льда образуются локальные неровности, рябь, волнистость.

Попытки устранить указанные недостатки были сделаны при получении двухслойного льда (Гончарова Г.Ю. и др. Тайны ледового дворца. // Холодильная техника. - №5 - 2005. - с.10-13), один слой которого (нижний) обладает повышенной твердостью для предотвращения глубокого проникновения лезвия конька в лед, а в другой (верхний) слой - мягкий вводились примеси. В качестве примесей использовались пленкообразующие амины, композиты на растительной основе, водоспиртовые растворы.

Однако лед, полученный указанным способом, тем не менее, обладает достаточно высоким сопротивлением скольжению конька и, соответственно, невысокими скоростными свойствами.

Задачей изобретения является разработка и создание способа получения льда для искусственных катков, конькобежных дорожек и других ледовых сооружений с высокими скоростными свойствами.

Технический результат изобретения заключается в повышении скользкости льда, т.е. улучшении условий скольжения по поверхности льда за счет уменьшения силы сопротивления скольжению конька по льду.

Технический результат достигается тем, что заявленный способ получения двухслойного льда, включающий получение нижнего слоя и последующее получение мягкого верхнего слоя, характеризуется также тем, что верхний слой получают намораживанием путем заливки водой, содержащей добавки аммиака в количестве от 1 ppm до 100 ppm и низкомолекулярного полимера в количестве от 0,1 ppm до 10 ppm.

Кроме того, верхний мягкий слой намораживают толщиной не более 1 мм.

Кроме того, намораживание верхнего мягкого слоя льда осуществляют с помощью льдоуборочных машин.

Кроме того, применяемую для получения льда воду подвергают предварительной очистке и глубокой деаэрации.

Кроме того, для намораживания верхнего слоя используют воду температурой не менее 60°С.

Выбор в качестве добавок аммиака в сочетании с низкомолекулярным полимером в заявленных количествах обусловлен следующим.

Авторами изобретения в процессе исследований обнаружено, что добавка аммиака в верхний слой льда обеспечивает увеличение скользящих свойств ледовой поверхности, добавка низкомолекулярного полимера также приводит к существенному увеличению скользящих свойств ледовой поверхности. Но при сочетании низкомолекулярного полимера с аммиаком в качестве добавок при увеличении скользящих свойств, ледовая поверхность становится, кроме того, однородной и гладкой, что является необходимым условием для проведения спортивных соревнований по ледовым видам спорта - скоростному бегу на коньках, шорт-треку, фигурному катанию, хоккею на льду. Авторами выявлено, что при введении только одной добавки - низкомолекулярного полимера на поверхности льда образуются локальные неровности, рябь, волнистость. Введение такого полимера совместно с аммиаком предотвращает возникновение указанного нежелательного эффекта.

Выбор низкомолекулярного полимера обеспечивает, во-первых, возможность более оперативного введения его в бак заливочной машины за счет лучшей растворимости в воде, подготавливаемой для заливки верхнего мягкого слоя льда, а во-вторых, большей доступностью и дешевизной такого вида полимеров.

Авторами изобретения определено, что использование добавки полимера в количестве менее 0,1 ppm не дает заметного улучшения скольжения, а в количестве более 10 ppm ухудшает возможность последующей обработки полученного льда льдозаливочными комбайнами.

Использование добавки аммиака в количестве менее 1 ppm не дает надежного эффекта устранения поверхностных дефектов - ряби и др., а в количестве более 100 ppm приводит к большему размягчению и проникновению в нижний твердый слой, вследствие чего нижний слой утрачивает свою твердость.

Следует отметить, что использование добавки аммиака в заявленных количествах, обеспечивая положительное влияние на качества льда, тем не менее, находится в очень низких концентрациях - микроконцентрациях, которые не ощутимы органолептикой человека и не влияют на его здоровье.

Выбор толщины мягкого верхнего слоя не более 1 мм обусловлен тем, что при большей толщине слоя при движении конька происходит его заглубление в этот слой льда, что приводит к увеличению силы сопротивления скольжению.

Предварительная очистка и глубокая деаэрация воды является дополнительным условием получения ровного бездефектного, без включения пузырьков воздуха льда.

Еще одним условием является соблюдение температурного режима для воды при намораживании верхнего слоя: при заливке в бак льдоуборочной (заливочной) машины используют воду температурой не менее 60°С, что является важным для снижения скорости кристаллизации льда.

Пример 1 реализации заявленного способа.

Вначале было осуществлено намораживание нижнего слоя льда. Применяемая для этого этапа заливки вода прошла систему очистки путем пропускания ее через массовый фильтр и активированный уголь, а также прошла глубокую деаэрацию.

В намороженном нижнем слое льда обеспечили снятие температурных напряжений проведением «отжига» и последующее уплотнение льда.

Поверхностный мягкий слой толщиной до 1 мм получали при кристаллизации слоя воды, наносимого на соструганную поверхность нижнего основного массива жесткого льда при прохождении льдоуборочной (заливочной) машины. Предварительная обработка воды включала следующие основные стадии:

- очистку от механических примесей (фильтрование);

- осветление и удаление активного хлора с помощью активированного угля;

- умягчение (удаление солей жесткости на ионообменнике);

- обессоливание до 98-99% (обратный осмос);

- удаление растворенных газов путем вакуумной и термической деаэрации;

- Уф-обеззараживание.

После очистки перед введением добавок вода имела значение удельной электропроводности 5-7 мкСм/см-1, рН до 7,8, содержание растворенного кислорода - до 1 мг/л.

При заливке в бак льдоуборочной (заливочной) машины использовали воду температурой 60°С.

Для намораживания верхнего мягкого слоя в воду введена добавка аммиака в количестве 1 ppm и добавка низкомолекулярного полимера полиэтиленгликоля 4000 в количестве 0,1 ppm.

Низкомолекулярные полимеры - это полимеры с молекулярной массой до 40 тыс. Полиэтиленгликоль - типичный представитель низкомолекулярных полимеров. При введении в верхний слой льда низкомолекулярного полимера химического взаимодействия не происходит, а влияние добавки на скользящие свойства льда, главным образом, определяется влиянием полимерных зон (сгустков) на характер процесса кристаллизации в верхнем слое льда, а также различием в физических свойствах льда с добавкой низкомолекулярного полимера и без такой добавки - поверхностном натяжении, в первую очередь.

Поверхность льда, полученного согласно данному примеру, - гладкая, без видимых неровностей, ряби и волнистости. Длина пробега скользиметра - прибора, измеряющего скользкость льда (описан в статье Гончаровой Г.Ю., Нефедкина С.И. «Тайны ледового дворца или хроники первых побед на льду Крылатского», "Холодильная техника", 2005 г., №6, с.6-8) - составила 21 м.

Пример 2 реализации заявленного способа.

Все условия получения льда остались такими же, как и в примере 1 за исключением того, что для намораживания верхнего мягкого слоя в воду введена добавка аммиака в количестве 1 ppm и добавка полиэтиленгликоля 4000 в количестве 10 ppm. В бак льдоуборочной (заливочной) машины заливали воду температурой 65°С.

Поверхность полученного льда неоднородная, визуально наблюдается волнистость по ходу движения заливочной машины. Длина пробега скользиметра в этом случае составила 28 м.

Пример 3 реализации заявленного способа.

Все условия получения двухслойного льда остались такими же, как и в примере 1 за исключением того, что для намораживания верхнего мягкого слоя в воду введена добавка аммиака в количестве 100 ppm и добавка полиэтиленгликоля 4000 в количестве 0,1 ppm. В бак льдоуборочной (заливочной) машины заливали воду температурой 75°С.

Поверхность полученного льда - гладкая, без видимых неровностей, ряби и волнистости. Длина пробега скользиметра в этом случае составила 23 м.

Пример 4 реализации заявленного способа.

Все условия получения льда остались такими же, как и в примере 1 за исключением того, что для намораживания верхнего мягкого слоя в воду введена добавка аммиака в количестве 100 ppm и добавка полиэтиленгликоля 4000 в количестве 10 ppm. В бак льдоуборочной (заливочной) машины заливали воду температурой 65°С.

Поверхность полученного льда - гладкая, без видимых неровностей, ряби и волнистости. Длина пробега скользиметра в этом случае составила в среднем 30 м.

Пример 5 (сравнительный) получения льда по способу-прототипу.

Все условия получения льда остались такими же, как и в примере 1 за исключением того, что для намораживания верхнего мягкого слоя в воду введена добавка композита на растительной основе.

Получена поверхность льда хоть и без видимых неровностей, но длина пробега скользиметра в этом случае составила всего 19 м.

Приведенные примеры наглядно подтверждают, что при реализации заявленного способа возможно получение вышеуказанного технического результата.

Способ получения двухслойного льда, включающий получение нижнего слоя и последующее получение мягкого верхнего слоя, верхний слой получают намораживанием путем заливки водой, содержащей добавки аммиака в количестве от 1 ppm до 100 ppm и низкомолекулярного полимера в количестве от 0,1 ppm до 10 ppm. Использование данного способа позволяет получить лед для искусственных катков, конькобежных дорожек и других ледовых сооружений с высокими скоростными свойствами. 4 з.п. ф-лы.

1. Способ получения двухслойного льда, включающий получение нижнего слоя и последующее получение мягкого верхнего слоя, отличающийся тем, что верхний слой получают намораживанием путем заливки водой, содержащей добавки аммиака в количестве от 1 до 100 ppm и низкомолекулярного полимера в количестве от 0,1 до 10 ppm.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что верхний мягкий слой намораживают толщиной не более 1 мм.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что намораживание верхнего мягкого слоя льда осуществляют с помощью льдоуборочных машин.4. Способ по п.1, отличающийся тем, что применяемую для получения льда воду подвергают предварительной очистке и глубокой деаэрации.5. Способ по п.1, отличающийся тем, что для намораживания верхнего слоя используют воду температурой не менее 60°C.