СПОСОБ ГЕНЕРИРОВАНИЯ ЛЬДА Российский патент 2013 года по МПК F25C1/00 F25C1/12 

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 и в системах тепловых аккумуляторов.

В рамках настоящего технического решения термин «вода» означает любую водосодержащую жидкую среду, способную при отрицательных температурах генерировать лед.

Известен (US, патент 5329780) способ генерирования льда. Согласно известному способу помещают охлаждающий элемент между гибкими стальными мембранами. Мембраны прижиты к охлаждающему элементу, по которому прокачивают хладагент. На мембраны наносят воду. После намерзания на мембранах льда между охлаждающим элементом и мембранами прокачивают теплую жидкость. Мембраны изгибаются и напрягают слои льда, что приводит к отламыванию пластин льда, которые при этом начинают растаивать со стороны мембран.

Недостатком способа следует признать достаточно высокую энергоемкость его, а также получение достаточно крупных кусков льда.

Известен также (RU, патент 2077683) способ получения потока ледяных гранул путем смешения в газовом потоке хладагента и жидкости, капли которой при этом кристаллизируют в ледяные гранулы, причем процесс осуществляют в два этапа, на первом проводят смешение газового потока и струй хладагента с частичным его испарением и распыление жидкости в виде факела мелкодисперсных капель, а на втором смесью первых двух компонентов обдувают факел третьего компонента с образованием потока ледяных гранул.

Недостатком известного способа следует признать его достаточно сложное выполнение, а также получение не чешуек, а гранул льда.

Известен также (RU, патент 2419042) способ получения льдосодержащей суспензии, включающий охлаждение водно-солевого раствора с последующим удалением образующейся льдосодержащей суспензии в резервуар готового продукта, причем охлаждение осуществляют при насыщении водно-солевого раствора диоксидом углерода под давлением 3,0-3,2 МПа.

Недостатком известного способа следует признать необходимость насыщения водной среды диоксидом углерода.

Наиболее близким аналогом разработанного способа можно признать (RU, патент 2454616) способ генерирования льда. Согласно известному способу осуществляют прокачивание воды через теплообменник с удалением образующегося льда. Для этого из емкости воду через подающий трубопровод подают насосом в расширительный бак и внутрь эластичного элемента, расположенного в теплообменнике и омываемого хладагентом, охлажденным до отрицательной температуры, причем давление хладагента устанавливают меньше давления воды в эластичном элементе, при заполнении расширительного бака открывают клапан с уменьшением давления в эластичном элементе, отделившиеся при деформации упругого элемента от его внутренней поверхности кристаллы льда вместе с потоком воды по отводной трубе поступают в емкость.

Недостатком известного способа следует признать сложность технического устройства, реализующего способ.

Технический результат, достигаемый при реализации разработанного способа, состоит в упрощении способа при одновременном уменьшении его энергоемкости.

Для достижения указанного технического результата предложено использовать разработанный способ генерирование чешуек льда. Согласно разработанному способу производят наращивание льда на одной стороне мембраны, другая сторона которой касается хладагента, охлажденного до отрицательной температуры, и периодическое воздействие на мембрану со стороны хладагента, причем используют мембрану, на поверхность которой разбрызгивают воду, при этом мембрана, хладагент и средство разбрызгивания воды расположены в камере.

Принципиальным отличием разработанного способа является использование капельного нанесения воды на поверхность эластичной мембраны. Малое количество воды (капля) быстрее отдает мембране (и через мембрану хладагенту) свою внутреннюю энергию, при этом вода из жидкого состояния переходит в твердое и примерзает к поверхности мембраны в виде малых чешуек льда. При увеличении площади эластичной мембраны за счет воздействия на нее со стороны хладагента малые чешуйки льда легче отделяются от мембраны, не требуя приложения дополнительного механического воздействия.

При реализации способа желательно использовать предварительно охлажденную воду. Это позволяет, во-первых, ускорить процесс льдообразования, поскольку охлажденной воде надо меньше отдать хладагенту внутренней энергии, чтобы перейти их жидкого в твердое состояние, и, во-вторых, упавшие с поверхности эластичной мембраны чешуйки льда в холодной воде будут меньше таять.

Для разбрызгивания воды на поверхность эластичной мембраны может быть использовано любое устройство (средство), способное распылять воду с приданием образующимися каплям кинетической энергии, обеспечивающей перемещение капель от выхода средства до поверхности эластичной мембраны.

В качестве хладагента могут быть использованы жидкий диоксид углерода, концентрированные водные растворы минеральных солей, растворы гликолей. Указанный перечень не ограничивает возможные варианты реализации.

Эластичная мембрана может быть изготовлена, в частности, из силиконовых каучуков, бутадиен-стирольных каучуков, поливинилхлорида, полиэтиленгликольацетата. Приведенные примеры не ограничивают перечень материалов, которые могут быть использованы в качестве эластичной мембраны.

В предпочтительном варианте реализации разработанного способа средство, разбрызгивающее воду, располагают под эластичной мембраной. Это позволяет решить несколько проблем. Во-первых, незамерзшая вода не скапливается на поверхности эластичной мембраны и не мешает образованию чешуек льда, и, во-вторых, проще обеспечить равномерность попадания капель воды на поверхность эластичной мембраны и, следовательно, равномерность нарастания чешуек льда по поверхности эластичной мембраны.

Менее предпочтительно использовать размещение средства, разбрызгивающего воду, с боку от мембраны. Этот вариант решает проблему удаления с поверхности эластичной мембраны незамерзшей воды, но затруднено равномерное нанесение капель воды на поверхность эластичной мембраны.

В некоторых вариантах реализации средство, разбрызгивающее воду, может быть расположено над мембраной. Но при этом затруднено удаление незамерзшей воды, необходимо использовать дополнительное средство чешуек льда с поверхности эластичной мембраны. Эти варианты могут быть использованы в случае получения водно-ледовой смеси с малыми по размерам чешуйками льда в случае размещения эластичной мембраны под небольшим углом относительно горизонтали и использования хладагента, способного быстро замораживать воду. В этом случае происходит самопроизвольное удаление (отекание) незамерзшей воды с поверхности эластичной мембраны, которая будет захватывать с собой отделившиеся от поверхности эластичной мембраны чешуйки льда.

Воздействие на эластичную мембрану со стороны хладагента может быть любым: механическим, гидравлическим или пневматическим. Наиболее предпочтительно в случае использования жидкого хладагента использовать гидравлическое воздействие, выражающееся в подаче на поверхность эластичной мембраны дополнительных объемов охлажденного хладагента. Это, во-первых, позволит отделить чешуйки льда от поверхности эластичной мембраны и, во-вторых, позволит несколько уменьшить температуру слоя хладагента, касающегося поверхности эластичной мембраны. В наиболее предпочтительном варианте реализации разработанного способа желательно осуществлять прокачку хладагента в пульсирующем режиме. Это позволит постоянно поддерживать необходимую температуру хладагента, касающегося поверхности эластичной мембраны, а также периодически отделять чешуйки льда от поверхности эластичной мембраны.

Для лучшего контакта капель воды с поверхностью эластичной мембраны желательно использовать мембрану из гидрофильного материала или предварительно гидрофилизировать поверхность мембраны.

Указанную камеру желательно выполнить термостатированной. Это позволит избежать потерь энергии на охлаждение всей системы.

В случае использования камеры в нее дополнительно устанавливают, по меньшей мере, одну емкость для сбора разбрызнутой воды, не превратившейся в лед, и одну емкость для отвалившихся чешуек льда. Емкости могут быть как вынимаемые, так и постоянно установленные. В последнем варианте емкости должны быть выполнены с возможностью забора (слива) из нее воды и забора чешуек, причем забор воды может быть выполнен как с одновременным забором чешуек льда, так и с отделением от воды чешуек льда.

Один из вариантов реализации способа приведен на чертеже, при этом использованы следующие обозначения: эластичная мембрана 1, насос 2, насадка 3, вода 4, корпус 5, хладагент 6, слой 7 воды и чешуек льда.

Генерирование льда происходит следующим образом.

На внешнюю поверхность эластичной мембраны 1 насосом 2 через насадку 3 подают воду 4, которая равномерно орошает внешнюю поверхность мембраны 1. Мембрану 1 устанавливают на корпус 5 таким образом, что между корпусом 5 и мембраной 1 образуется камера (полость), куда периодически подают и удаляют хладагент 6, имеющий отрицательную температуру. В результате теплообмена через мембрану 1 между водой 4 и хладагентом 6 часть воды замерзает, и на поверхности мембраны 1 образуются чешуйки льда. При изменении формы мембраны 1 (пунктирная линия) чешуйки льда отделяются от поверхности мембраны 1 и падают в нижнюю часть корпуса, где образуется слой 7 воды с чешуйкам льда, который удаляют вручную или автоматически.

Способ генерирования чешуек льда включает наращивание льда на одной стороне мембраны, другая сторона которой касается хладагента, который охлажден до отрицательной температуры, и периодическое воздействие на мембрану со стороны хладагента. В качестве эластичного элемента используют мембрану, на поверхность которой разбрызгивают воду. Мембрана, хладагент и средство разбрызгивания воды расположены в камере. Использование данного изобретения позволяет обеспечить упрощение получения льда при уменьшении его энергоемкости. 11 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ генерирования чешуек льда, включающий наращивание льда на одной стороне мембраны, другая сторона которой касается хладагента, охлажденного до отрицательной температуры, и периодическое воздействие на мембрану со стороны хладагента, отличающийся тем, что в качестве эластичного элемента используют мембрану, на поверхность которой разбрызгивают воду, причем мембрана, хладагент и средство разбрызгивания воды расположены в камере.
2 Способ по п.1, отличающийся тем, что используют охлажденную воду.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что средство, разбрызгивающее воду, расположено под мембраной.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что средство, разбрызгивающее воду, расположено с боку от мембраны.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что средство, разбрызгивающее воду, расположено над мембраной.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что на мембрану со стороны хладагента воздействуют механически.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что на мембрану со стороны хладагента воздействуют гидравлически.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что на мембрану со стороны хладагента воздействуют пневматически.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют мембрану из гидрофильного материала.

10. Способ по п.1, отличающийся тем, что предварительно поверхность мембраны гидрофилилизуют.

11. Способ по п.1, отличающийся тем, что в камеру дополнительно устанавливают, по меньшей мере, одну емкость для сбора разбрызнутой воды, не превратившейся в лед, а также отвалившихся от мембраны чешуек льда.

12. Способ по п.11, отличающийся тем, что используют емкость, выполненную с возможностью слива избытков собранной воды.