СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИСКУССТВЕННОГО ЛЬДА Российский патент 2007 года по МПК F25C3/02 C09K3/24 

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 полимер - полиокс в количестве 10^-6 до 10^-3 вес% (SU 444039, F25С 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.

Частично эта проблема решена известным способом получения двухслойного льда при формировании нижнего слоя и мягкого верхнего слоя, в котором верхний слой получают намораживанием путем заливки водой, содержащей добавку аммиака в количестве от 1 до 100 ppm (RU 2005140523/12 A, F25С 3/02, опуб.27.05.2006. Кузнецов Б.А., Гончарова Г.Ю., Загайнов М.В.).

Еще лучшего результата можно достичь, добавив аммиак в сочетании с полимером, с помощью способа получения двухслойного льда, в котором получают мягкий верхний слой льда 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 (RU 2005140521/12 А, F25С 3/02, опуб.27.05.2006. Кузнецов Б.А., Гончарова Г.Ю., Загайнов М.В.).

Указанный способ хотя и решает проблему качества льда по сравнению с прочими известными способами, но дальнейшее улучшение скоростных свойств льда является необходимостью, обусловленной современными требованиями к развитию спорта и спортивных сооружений.

Задачей настоящего изобретения является разработка и создание способа получения льда для конькобежных и шорт-трековых дорожек, искусственных катков 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, по меньшей мере, одного нижнего слоя и последующее получение верхнего мягкого слоя с добавкой полимера, характеризуется также тем, что верхний слой получают намораживанием путем заливки водой, содержащей добавку водной суспензии политетрафторэтилена и/или сополимера тетрафторэтилена с гексафторпропиленом и/или перфтордекалина в количестве не более 10 ppm, a также добавку низкомолекулярного полимера в количестве не более 10 ppm.

В воду целесообразно дополнительно ввести добавку аммиака в количестве не более 100 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 водной суспензии политетрафторэтилена и/или сополимера тетрафторэтилена с гексафторпропиленом и/или перфтордекалина в количестве не более 10 ppm, а также - низкомолекулярного полимера в количестве не более 10 ppm обусловлен следующим.

Авторами изобретения в процессе исследований обнаружено, что при введении только одной добавки - низко- или высокомолекулярного полимера - в верхний слой льда скользящие свойства ледовой поверхности увеличиваются, но при этом на поверхности льда образуются локальные неровности, рябь, волнистость.

Добавка политетрафторэтилена приводит к незначительному увеличению скользящих свойств ледовой поверхности. Но при сочетании низкомолекулярного полимера с водной суспензией политетрафторэтилена и/или сополимера тетрафторэтилена с гексафторпропиленом и/или перфтордекалина в количестве не более 10 ppm 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.

В отношении добавки полимеров следует отметить, что преимущество имеют низкомолекулярные полимеры за счет возможности более оперативного введения в бак заливочной машины за счет лучшей растворимости в воде, подготавливаемой для заливки верхнего мягкого слоя льда, и дешевизной.

Авторами настоящего изобретения определено, что использование добавок в количестве более 10 ppm каждой ухудшает возможность последующей обработки полученного льда льдозаливочными комбайнами, не дает надежного эффекта устранения поверхностных дефектов - ряби и др., а также приводит к большему размягчению и проникновению в нижние слои, вследствие чего утрачивается твердость.

Авторами изобретения в процессе исследований обнаружено, что добавка аммиака в заявленном количестве в верхний слой льда обеспечивает дополнительное весьма стабильное увеличение скользящих свойств ледовой поверхности. Так что введение такой добавки (в сочетании с другими заявленными добавками) создает условия для получения льда с лучшими физико-механическими свойствами для проведения спортивных соревнований по ледовым видам спорта - шорт-треку, фигурному катанию, хоккею на льду, скоростному бегу на коньках и др.

При этом использование аммиака в количестве более 100 ppm приводит к большему, чем требуется, размягчению льда и проникновению аммиака в нижний твердый слой, вследствие чего нижний слой утрачивает свою твердость.

Следует отметить, что использование добавки фторсодержащих полимеров в заявленных количествах, обеспечивая положительное влияние на качества льда, тем не менее, находится в очень низких концентрациях - микроконцентрациях, которые не только не ощутимы органолептикой человека, но и не влияют на его здоровье, что подтверждается соответствием заявленных количеств добавок санитарным требованиям к спортивным сооружениям.

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 путем послойного намораживания, проведением «отжига» и последующего уплотнения 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 водной суспензии политетрафторэтилена в количестве 0,1 ppm и низкомолекулярного полимера полиэтиленгликоля 4000 в количестве 0,1 ppm.

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 фторсодержащего полимера - перфтордекалина (С10F18) в количестве 0,1 ppm, добавка полиэтиленгликоля 4000 в количестве 10 ppm и добавка аммиака в количестве 100 ppm. В бак льдоуборочной (заливочной) машины заливали воду температурой 65°С.

Длина пробега скользиметра в этом случае составила 31 м.

Пример 3 (сравнительный, без добавки аммиака) 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 введены добавки водной суспензии политетрафторэтилена в количестве 10 ppm, добавка полиэтиленгликоля 4000 в количестве 0,1 ppm. В бак льдоуборочной (заливочной) машины заливали воду температурой 75°С.

Поверхность полученного льда - неоднородная. 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 водной суспензии политетрафторэтилена в количестве 10 ppm, добавка полиэтиленгликоля 4000 в количестве 10 ppm и добавка аммиака в виде нашатырного спирта в количестве 45 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 33 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 искусственного льда, включающий получение, по меньшей мере, одного нижнего слоя и последующее получение верхнего мягкого слоя с добавкой полимера, верхний слой получают намораживанием путем заливки водой, которая содержит добавку водной суспензии политетрафторэтилена и/или сополимера тетрафторэтилена с гексафторпропиленом и/или перфтордекалина в количестве не более 10 ppm, а также добавку низкомолекулярного полимера в количестве не более 10 ppm. Использование данного способа позволяет улучшить скольжение по поверхности льда за счет уменьшения силы сопротивления. 5 з.п. ф-лы.

1. Способ получения искусственного льда, включающий получение, по меньшей мере, одного нижнего слоя и последующее получение верхнего мягкого слоя с добавкой полимера, отличающийся тем, что верхний слой получают намораживанием путем заливки водой, содержащей добавку водной суспензии политетрафторэтилена и/или сополимера тетрафторэтилена с гексафторпропиленом и/или перфтордекалина в количестве не более 10 ppm, a также добавку низкомолекулярного полимера в количестве не более 10 ppm.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в воду дополнительно вводят добавку аммиака в количестве не более 100 ppm.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что верхний мягкий слой намораживают толщиной не более 1 мм.4. Способ по п.1, отличающийся тем, что намораживание верхнего мягкого слоя льда осуществляют с помощью льдоуборочных машин.5. Способ по п.1, отличающийся тем, что применяемую для получения льда воду подвергают предварительной очистке и глубокой деаэрации.6. Способ по п.1, отличающийся тем, что для намораживания верхнего слоя используют воду температурой не менее 60°С.