СПОСОБ НАМОРАЖИВАНИЯ ЛЬДА И УСТРОЙСТВО ЛЬДОГЕНЕРАТОРА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2025 года по МПК F25C1/08 C02F1/22 

Область техники

Настоящая группа изобретений, объединенная единым изобретательским замыслом, относится к способам и устройствам для намораживания льда с улучшенными физико-химическими и биологическими показателями, полученными путем замораживания воды и оттаивания льда на поверхностях намораживания, удалением растворимых в ней примесей, органических веществ и газов, уменьшением содержания в ней тяжелой воды (D₂O) и полутяжелой воды (HDO), и может быть использовано для получения качественно очищенного льда и высококачественной пищевой талой воды в бытовых и производственных условиях.

Уровень техники

В настоящее время получение очищенного льда, который формируется с максимально возможным содержанием протиевой воды (¹H₂¹⁶O) и минимально возможной концентрацией тяжелых изотопов дейтерия, трития, находящихся в виде тяжелой воды D₂O, а также полутяжелой воды HDO, является одной из наиболее востребованной задач использования льда и воды для питьевых нужд человека. Наибольший интерес, при этом, представляют способы получения льда и талой воды, которые наиболее близки к естественным, природным процессам их производства, с решением вопросов эффективности и полной автоматизации способов и работы применяемых устройств, реализующих получение чистого льда.

Известно, что замерзание тяжелой воды D₂O, а также полутяжелой воды HDO, с образованием кристаллов D₂O и HDO, начинается при температуре +3,8°С. С понижением температуры до 0°С охлаждаемой воды происходит понижение образования кристаллов D₂O и HDO с возрастанием образования кристаллов Н₂О, содержащих кристаллы протиевой воды ¹H₂¹⁶O. При постепенном намораживании пластин льда время снижения температуры охлаждаемой воды от +3,8°С до 0°С в существующих охлаждающих элементах низкотемпературных мелких и средних по холодопроизводительности холодильных установок может составлять от нескольких минут до десятков минут. За это время первые намороженные слои льда в виде тончайшего слоя могут содержать до 25% концентрации тяжелых изотопов дейтерия, трития, находящихся в виде тяжелой воды D₂O, а также полутяжелой воды HDO, от исходной их концентрации в исходной воде. Известен способ получения чистого льда из питьевой воды путем ее двойного замораживания (Совет на всякий случай. М.: газета "Рабочая трибуна", №21 (321), опубл. 30.01.1991 г.), при котором первое замораживание исходной воды проводят в морозильной камере, в которой охлаждение воды производят до образования на ее поверхностях дейтериевого слоя льда толщиной 1-3 мм, затем извлекают емкость из холодильной камеры и удаляют слоя дейтериевого льда, с последующим вторичным размещением емкости в морозильной камере и выдержкой до образования чистого слоя льда с остаточным рассолом, после чего производят извлечение емкости из морозильной камеры и отделение чистого льда от остаточного рассола, сосредоточенного в центральной зоне вторично замороженного льда, размораживание чистого льда.

Недостатками выше приведенного способа являются: осуществление процессов получения чистого льда из воды вручную в двух отдельных стадиях замораживания и двух отдельных стадиях отделения льда от воды с удалением тяжелой воды, связанным с извлечением емкости из морозильной камеры, переливанием вручную незамерзшей воды в другую, временную, емкость, удалением образовавшегося слоя первого льда на верхней поверхности воды, дне и у боковых стенок основной емкости, переливанием вручную воды из временной емкости в основную, установки ее в морозильную камеру, с последующим извлечением из морозильной камеры и отделением чистого льда от рассола.

Известен способ получения чистого льда из воды путем ее замораживания и устройство для его осуществления (Патент РФ №2142914 С1 МПК C02F 1/22, опубл. 20.12.1999), включающий охлаждение емкости с водой до температуры замораживания, выдержку, разделение дейтериевого льда, чистого льда и остаточного рассола, размораживание чистого льда, при этом охлаждение воды ведут при соотношении тепловых потоков в боковых и торцевых поверхностях, равном 50-500, выдерживают ее до получения за одну операцию изделия в виде слоя чистого льда по контуру емкости в объеме 25-50% от начального объема воды, слоя дейтериевого льда толщиной 0,5-4,0 мм по обеим торцевым поверхностям и находящегося внутри изделия остаточного рассола, причем для удаления дейтериевого льда с боковых поверхностей изделия емкость с изделием после извлечения из морозильной камеры выдерживают в режиме оттаивания в течение времени, которое на 20-40% превышает время оттаивания, необходимое для отделения изделия от емкости, а для удаления дейтериевого льда, находящегося в торцевых поверхностях изделия, и остаточного рассола наносят легкие удары по обеим торцевым поверхностям изделия, удаляют их и выливают рассол.

Недостатками способа являются: применение устройства, используемого в морозильной камере для процесса намораживания льда с использованием механического процесса установки и механической выемки льда из емкости, низкой эффективности применения разграничения процессов замораживания при неодинаковой теплоизоляции боковых и торцевых поверхностей, сложность разделения рассола и намороженной воды, применение механического воздействия по торцевым поверхностям для удаления льда. Известен способ получения чистого льда и талой воды (Патент RU 2274607, МПК: C02F 1/22, опубл. 20.04.2006 г.), включающий замораживание воды в закрытой емкости с образованием льда ≈70% от общего объема воды, слив незамерзшего рассола с примесями, и размораживание льда, которое осуществляют в два этапа: сначала размораживают 90-95% от общего объема льда, удаляя талую чистую воду через фильтр тонкой очистки, а затем размораживают оставшийся лед, содержащий тяжелые изотопы, и удаляют его в отдельную емкость. Талую воду для более полной очистки от тяжелых изотопов подвергают кратковременному замораживанию с получением 3-7% льда от объема воды, который также удаляют.

Недостатками данного способа являются: применение долговременных по выполнению двух этапов намораживания и двух этапов размораживания воды, низкая эффективность очистки воды от примесей из-за неравномерности замораживания и неравномерности размораживания воды с применением для нагревания экранированного кабеля, удаление значительного объема протиевой воды в процессе удаления воды из рабочей емкости в отдельную емкость.

Известен способ очистки воды и аппарат для его осуществления (Патент РФ №2393996 С1, МПК C02F1/22 патент опубл.10.07.2010 г.) при реализации которого осуществляют первое охлаждение воды, при котором температуру среды снижают до величины не ниже -3°С со скоростью 0,1-0,3°С/мин, и последующее замораживание воды со скоростью 0,05-0,1°С/мин до температуры не ниже -4°С для полной кристаллизации чистой воды с примесями и формирования жидкого рассола с примесями. Далее производят слив рассола, нагрев массы льда при постепенном повышении температуры со скоростью 0,16-0,18°С/мин до температуры не выше +10°С и выдержку льда до полного его размораживания. Повторное охлаждение воды осуществляют со скоростью 0,1-0,3°С /мин до температуры не ниже+2°С и выдерживают тяжелую воду до полной ее кристаллизации. Очищенную воду сливают через фильтр.

Недостатками обладает данного способа являются: сложность управления контроля за температурами замораживания и нагрева воды при известной инерционности работы охлаждающих и нагревающих используемых устройств в аппарате, применение долговременных по исполнению двух этапов намораживания и двух этапов размораживания воды, низкая эффективность получения очищенной талой воды, необходимость применения фильтра при выходе очищенной воды из аппарата, наличие значительного количества удаляемой с рассолом протиевой воды.

Известен способ получения талой воды и генератор талой воды (Патент РФ №97100446, МПК C02F 1/22 F25C 1/12, опубл. 10.11.1998 г.), при котором получение талой воды производят так, что процесс замораживания воды и оттаивания льда осуществляют постадийно и попеременно, причем на каждой стадии замораживание воды и оттаивание льда осуществляют одновременно в двух емкостях, преимущественно сферической формы, к каждой из которых попеременно подводят или отводят тепло, при этом замораживание воды осуществляют до момента времени изменения на заранее заданную величину по меньшей мере одного показателя, характеризующего чистоту и качество воды, например, электропроводности воды, или до момента времени, когда объем замерзшей в емкости воды оказывается меньше объема емкости на заранее заданную величину, после чего осуществляют слив воды из центральной зоны емкости, в которой осуществлялся процесс замораживания воды, и слив талой воды из емкости, в которой осуществлялся процесс оттаивания льда, после чего процесс повторяют. При этом талую воду после окончания каждой стадии процесса дегазируют, а также для придания заданных свойств облучают и/или подвергают озвучиванию, и/или добавлению в нее микрообъемов жидкости с заранее заданными природными и/или искусственно сформированными свойствами.

Недостатками данного способа являются сложность в аппаратурном и технологическом его содержании, необходимость нагрева всего объема льда при протекании стадии оттаивания для получения талой воды.

Наиболее близким аналогом способа (прототипом) является способ намораживания льда в термоэлектрическом льдогенераторе (Авторское свидетельство СССР №1747821 А1, МПК F25C 1/12, F25B 21/02, опубл.15.07.1992 г.) при котором намораживание льда производится охлаждением заливаемой снизу в льдоформу льдогенератора воды последовательно порциями, каждую порцию воды охлаждают до замораживания, затем изменением полярности питания термоэлектрической батареи льдогенератора производят оттайку первых слоев полученного льда от стенок намораживающего элемента термоэлектрической батареи и заливают очередную порцию воды, при этом при заливке очередной порции воды в форму блок льда всплывает в режиме размораживания, затем замораживанию подвергается близлежащий к источнику холода слой воды, всплывший лед слипается с ранее полученными пластинами льда, образуя объем льда с требуемой толщиной.

Недостатками данного способа является: низкая эффективность способа для получения чистого льда. Процесс оттаивания и всплытия замороженного льда в виде пластин происходит в толще воды льдоформы с определенной высотой, которая по мере получения пластин требуемой толщины, накапливает концентрацию тяжелой воды и рассола; реализация способа осуществляется только заливкой нескольких порций воды без возможности слива из формы воды или водного раствора, полученного после оттайки и всплытия пластин от поверхности намораживания термоэлектрического льдогенератора; сложность и несовершенство реализации выемки из формы полученных пластин льда из-за конструкции термоэлектрического льдогенератора: или вручную с помощью щипцов, или с использованием большого количества воды, подаваемого в форму для выталкивания льда наружу из формы.

Известно устройство для получения чистого льда с очисткой воды путем ее замораживания (Патент РФ №2058262 С1, МПК C02F 1/22, опубл. 20.04.1996 г.), включающее резервуар для размещения воды и последующего замораживания воды с крышкой и дном, в которые вмонтированы нагревательные элементы, причем крышка и дно резервуара выполнены съемными с выемками на внутренних поверхностях, уплотнителями и запором, обеспечивающим прижим крышки и дна к резервуару.

Основным недостатком устройства является необходимость использования механических воздействий на устройство для его размещения в холодильнике для первого намораживания льда, содержащего тяжелую воду, и второго намораживания льда для получения чистой воды, необходимость переворачивания устройства и ручного слива рассола (загрязненной воды), а также трудность удаления льда с тяжелой водой, используя для удаления этого льда с одной верхней поверхности, трудность разделения чистого льда и остаточного рассола с помощью съемного дна с глубокой выемкой.

Известен льдогенератор (Авторское свидетельство СССР №314982, МПК F25C 1/12, опубл. 21.09.1971 г.), состоящий из термоэлектрической батареи с холодными спаями, заполняемого водой корпуса и приспособления для намораживания льда, которое позволяет получать лед регулируемой толщины и осуществлять процесс его удаления за счет того, что приспособление для намораживания льда выполнено в виде пластины, расположенной в нижней части корпуса, находящейся в контакте с холодными спаями термообработки. Льдогенератор позволяет при включении термобатареи намораживать лед в виде пластин и, при переполюсовке термобатареи, подплавлять пластины льда с их отделением от пластин термобатареи и всплытием на поверхность или в толщу незамороженной воды. При этом лед может сразу же за счет подачи новой порции воды в льдогенератор удаляться с поверхности незамороженной воды через сливное окно корпуса льдогенератора в сборный бункер или может накапливаться в самом корпусе льдогенератора при сериях наморозки пластин льда определенной толщины до окончательной выработки начального объема обрабатываемой воды.

Недостатками данного льдогенератора, как устройства, используемого для получения чистого льда, из которого возможно получить очищенную талую воду, являются: низкая эффективность льдогенератора, обусловленная невозможностью отдельного выведения из объема обрабатываемой воды рассола и удаления дейтериевого льда или тяжелой воды из-за того, что в устройстве не предусматривается удаление тяжелой воды (дейтерия и трития), что снижает чистоту продукта и его полезные свойства. Кроме того в устройстве предусмотрено неэффективное использование дополнительного большого объема воды для удаления льда в смеси с водой из льдогенератора без дальнейшего применения удаляемой воды или неэффективное применение значительного объема обрабатываемой воды по мере удаления льда из льдогенератора, приводящее к увеличению содержания в ней рассола, а также дейтериевой и тритиевой воды, при повторном или многократном ее использовании с рециркуляцией в устройстве, обеспечивающей работу льдогенератора.

Известно устройство (Полезная модель Украины №93149, МПК F25C 1/00, опубл. 25.09.2014 г. ), льдогенератора трубчатого льда, в котором применены процессы замораживания льда, частичного размораживания льда и всплытия льда на поверхность незамороженной воды внутри устройства. В данном устройстве для получения льда на элементах наморозки, запитанных от холодильной машины через гибкие шланги, используется верхний рабочий резервуар, который заполняется водой до определенного уровня для обеспечения заморозки, всплытия и сбора льда. В резервуаре за счет объема резервуара и применения циклов наморозки льда определенной толщины и частичной разморозки льда на элементах наморозки, с последующим их всплытием на поверхность воды внутри резервуара, обеспечивается получения плавающего на поверхности полученного льда. После чего производится остановка работы холодильной машины и осуществляется слив оставшейся воды через вентиль и нижний патрубок слива из рабочего резервуара. Путем переворота резервуара вручную или механически, благодаря наличию в средней части резервуара шарнира с ручкой, лед отводится из устройства через люк резервуара.

Недостатками данного устройства являются: малая эффективность использования объема обрабатываемой воды для получения льда, используемого для приготовления талой воды, так как применение цикличности работы устройства без слива воды после каждого размораживания приводит к увеличению концентрации дейтериевой воды в смеси воды, оставшейся в резервуаре, с каждым последующим циклом замораживания и размораживания; ограниченное использование воды для получения льда, обусловленное невозможностью контроля за производством реализуемых процессов в устройстве; использование эффекта слипания льда для получения шара, получаемого при использовании нескольких циклах; необходимость применения механических процессов для переворачивания резервуара и выемки льда с открытием люка из резервуара; ограниченное использование в качестве источника холода только паро-компрессионной холодильной машины, использование термоэлектрической холодильной установки для данного устройства затруднительно.

Известно устройство для концентрирования жидких сред вымораживанием и получения льда (Патент РФ №2569021, МПК F25C 1/08, опубл. 20.11.2015 г.), в котором возможно порционно осуществлять получение льда, в том числе и пищевого льда, устройство включает корпус, рабочую ванну с патрубками для подачи и отвода продукта, установленные в нем охлаждающие элементы намораживателей льда, которые выполнены в виде цилиндрических трубок с теплообменными ребрами, расположенные относительно друг друга под углом 120°, размещены в шахматном порядке по отношению друг к другу. Подачу жидких сред в рабочую ванну осуществляют под давлением через перфорированный коллектор, которым снабжен нагнетательный трубопровод. После намораживания льда до номинальной толщины подача хладагента в охлаждающие элементы намораживателей льда прекращается, рабочая ванна поворачивается и из нее частично концентрированный продукт или рассол сливается через перфорированную поверхность желоба в накопительный бак, после чего в охлаждающие элементы намораживателей льда по трубопроводам подаются (кратковременно) горячие пары хладагента. Подтаявший лед соскальзывает с охлаждающих элементов и под действием сил тяжести падает на наклонный перфорированный желоб и отводится из устройства. При выгрузке льда из рабочей ванны оставшаяся жидкость или рассол поступает через перфорированную поверхность желоба в накопительный бак. После удаления вымороженного льда рабочая ванна принимает исходное положение, а процесс вымораживания при необходимости повторяют.

Недостатками устройства для получения льда из воды являются: невозможность выведения тяжелой воды из получаемого льда, низкая эффективность количественного отведения рассола из устройства, применение в устройстве механического процесса удаления рассола.

В настоящее время в открытых источниках информации, как у нас в стране, так и за рубежом, описано большое количество технических решений по проблеме получения чистого льда и льда, предназначенного, после его размораживания, для получения талой воды или воды с высокой степенью очистки. Так известен холодильный аппарат с льдогенератором и способ приготовления льда (Патент РФ №2434187 С2, F25C 1/14, опубл. 20.11.2011), известен термоэлектрический льдогенератор (Авторское свидетельство СССР №958806, F25C 1/12, опубл. 15.09.1982), известен термоэлектрический льдогенератор (Патент РФ №2256128 С1, F25C 1/12, опубл. 07.10 2005), и другие устройства и установки, реализованные или представленные в качестве решений для вышеуказанной проблемы. Однако указанные технические решения имеют ограниченное применение, поскольку не решают комплексную проблему получения чистого льда, при минимальном выводе из объема обрабатываемой воды протиевой воды и максимального вывода из объема обрабатываемой воды объема тяжелой воды и рассола, используя при этом процессы, близкие к природным процессам получения льда и отвода льда из устройства.

Наиболее близким аналогом устройства (прототипом) является льдогенератор (Патент РФ №2161760 С2, МПК F25C 1/08, опубл. 01.10.2001 г.), в котором в одном из вариантов устройства используются процессы замораживания льда, частичного размораживания льда и всплытия льда на поверхность незамороженной воды внутри устройства. Льдогенератор содержит верхний рабочий и нижний дренажный баки. В рабочем баке установлены охлаждающие элементы намораживателей трубчатого льда, которые выполнены в виде вертикально расположенных цилиндрических, конических или многогранных труб. Подвод хладагента в их внутреннюю полость охлаждающих элементов осуществляют через нижнее проходное днище. Другое верхнее днище выполнено в виде глухой плоской, вогнутой или выпуклой поверхности.

Вода насосом подается в верхний рабочий бак. По трубопроводам в охлаждающие элементы подается хладагент, который затем отводится по трубопроводу. Конструктивное исполнение патрубков разной длины обеспечивает равномерность циркуляции хладагента и равномерность намораживания трубчатого льда на наружной поверхности охлаждающих элементов. После намораживания льда до номинальной толщины подача хладагента в охлаждающие элементы прекращается и в них по тем же трубопроводам подаются (кратковременно) горячие пары хладагента или горячий теплоноситель.

При исполнении льдогенератора, по варианту всплытия льда, после разморозки, вода из рабочего бака перед оттайкой не сливается. После кратковременной подачи горячих паров хладагента или горячего теплоносителя подтаявший лед соскальзывает с охлаждающих элементов и под действием выталкивающей силы всплывает на поверхность воды. Съемный перфорированный желоб при этом находится в снятом положении. После всплытия льда наклонный перфорированный желоб ставят в наклонное рабочее положение под плавающий лед. Затем из рабочего бака вода сливается в дренажный бак, после чего открывается люк, через который лед по наклонному перфорированному желобу соскальзывает в контейнер.

Недостатками данного устройства являются: низкая эффективность использования исходной обрабатываемой воды, обусловленная большим расходом воды для получения чистого льда, несодержащего рассола и тяжелой воды, сложность контроля за производством реализуемых процессов в устройстве; большая вероятность слипания льда, получаемого при использовании нескольких циклов намораживания и подтаивания льда; необходимость применения механических процессов для выемки льда с установкой перфорированного желоба и открытием люка из резервуара.

Задачей настоящего изобретения является разработка способа намораживания льда с максимально возможным содержанием замороженной протиевой воды и минимально возможным объемом рассола и тяжелой воды, с последующим гидродинамическим выведением льда в контейнер для сбора готового льда.

Техническим результатом заявляемой группы изобретений, объединенных единым изобретательским замыслом, является создание такого способа и устройства намораживания чистого льда, которые обеспечивают повышение эффективности использования исходной питьевой воды за счет последовательного проведения непрерывных и автоматически контролируемых процессов намораживания льда отдельными порциями в льдоформах, последующего оттаивания полученного льда на верхних площадках охлаждающих элементов льдоформ с вытеснением ранее замороженного объема тяжелой воды в объем полученной смеси в льдоформе, содержащей минимально возможное количество незамороженной протиевой воды, максимально возможный объем рассола, подлежащей удалению из льдоформ через стыковые блоки льдогенератора в присутствии полученного льда с максимально возможным содержанием замороженной протиевой воды и минимально возможным объемом рассола и тяжелой воды, с последующей подачей нового объема исходной воды в льдоформы для всплытия льда и гидродинамического выведения льда в контейнер для сбора готового льда.

Устройство льдогенератора схематично приведено на рисунках, где изображено: на фиг. 1 - общий вид сбоку устройства с однолотковой двухлинейной рабочей емкостью; на фиг. 2 - вид сверху устройства с однолотковой двухлинейной рабочей емкостью; на фиг. 3 - разрез устройства продольный; на фиг. 4 - разрез устройства поперечный; на фиг. 5 - схема подключения оборудования, обеспечивающего работу водного контура льдогенератора; на фиг. 6 - разрез торцевого стыкового блока, льдоформы с охлаждающими элементами, соединенными с парокомпрессионной холодильной установкой и промежуточного стыкового блока; на фиг. 7 - разрез торцевого стыкового блока, льдоформы с охлаждающими элементами, соединенными с термоэлектрической холодильной установкой и промежуточного стыкового блока; на фиг. 8 - вид сверху устройства с двухлотковой однолинейной рабочей емкостью и U-образным соединением лотков.

На фиг. 1 - фиг. 8 обозначено: 1 - рабочая емкость льдогенератора; 2 - льдоформа; 3 - стыковой блок; 4 - боковой продольный ограничитель; 5 - осевой продольный ограничитель; 6 - наклонная плоскость перелива; 7 - линия перелива; 8 - наклонная решетка сепаратора; 9 - контейнер для сбора готового льда; 10 - боковой люк для выемки льда; 11 - емкость приема воды; 12 - насос; 13 - трубопровод подачи воды в наклонную трубу распределения воды в льдоформы и слива воды из льдоформ; 14 - клапан подачи воды в наклонную трубу распределения воды в льдоформы и слива воды из льдоформ; 15 - клапан подачи воды в трубопровод доставки воды на форсунки; 16 - стойка опорная; 17 - форсунки; 18 - трубопровод подачи воды на форсунки; 19 - клапаны сквозных горизонтальных каналов стыковых блоков; 20 - дренажный трубопровод; 21 - клапан на трубопроводе слива самотеком в дренажный трубопровод; 22 - наклонная труба распределения воды в льдоформы и слива воды из льдоформ; 23 - трубопровод слива воды самотеком в емкость приема воды; 24 - клапан на трубопроводе слива воды самотеком в емкость приема воды; 25 - - клапан наполнения исходной питьевой водой емкости для приема воды; 26 - охлаждающий элемент - термоэлектрическая батарея; 27 - верхняя площадка охлаждающего элемента; 28 - сквозные горизонтальные каналы диаметром d стыковых блоков; 29 - теплоизоляционный слой; 30 - сквозные вертикальные каналы диаметром d₁ стыковых блоков; 31 - датчик температуры; 32 - охлаждающий элемент с использованием хладагента; 33 - патрубок выхода хладагента; 34 - патрубок подачи хладагента; 35 - U-образный элемент соединения лотков рабочих емкостей.

Основной электронный блок управления с блоками управления элементов и механизмов льдогенератора, датчики уровня воды, установленные в рабочей емкости, в льдоформах, датчики уровня воды и датчики измерения температуры, установленные в вертикальных каналах стыковых блоков, датчик движения или емкостной датчик над линией перелива, датчик движения или емкостной датчик на входе в дренажный трубопровод, таймер, крышка, закрывающая сверху льдогенератор, а также внешняя теплоизоляция льдогенератора, изолирующая рабочую емкость, емкость приема воды и контейнер для сбора готового льда на фиг. 1 - фиг. 8 не показаны.

Устройство льдогенератора для реализации представленного способа включает: термоизолированную рабочую емкость 1 для одной или нескольких льдоформ 2, расположенных вместе со стыковыми блоками 3 в линиях, с установленным в нижней части каждой льдоформы охлаждающим элементом 26 термоэлектрической батареи или охлаждающим элементом 32, работающим от парокомпрессионной холодильной установки с патрубками для подвода и отвода хладагента, с верхней площадкой охлаждающего элемента 27, термоизолированную емкость для приема воды 11 с водяным насосом 12 и термоизолированный контейнер для сбора готового льда 9. Однолотковый льдогенератор выполнен так, что термоизолированная рабочая емкость 1, сверху закрываемая крышкой, изготовлена в виде одного полого прямоугольного лотка с торцевыми стенками, одна из которых 6, наклонная, другая переферийная выполнена перпендикулярно к днищу и оборудована форсунками. Многолотковая сборная конструкция полых прямоугольных лотков выполнена соединением лотков с торцевыми стенками на периферийных сторонах, одна из которых 6, наклонная. Термоизолированная рабочая емкость многолоткового льдогенератора выполнена в виде сборной конструкции полых прямоугольных конструкций лотков 1 с льдоформами 2, с крышкой, с U-образным лотком 35 для их соединения, представляя собой объединенную рабочую емкость льдогенератора.

Льдоформы 2, размещенные на днище рабочей емкости 1, выполнены в виде куба или параллелепипеда, с основаниями квадрата, или прямоугольника с размещенными в них охлаждающими элементами 26 или 32 в виде пластины квадрата или прямоугольника, расположенных так, что между внешними боковыми поверхностями верхних площадок охлаждающих элементов 27, размещенными в льдоформах, и стенками льдоформ 2 установлен зазор 5-45 мм, заполненный морозостойкой теплоизоляцией 29, позволяющим исключить касание намороженного льда в виде пластин к боковым поверхностям льдоформ 2 при намораживании льда, разморозке льда, а также обеспечить их, после включения режима размораживания холодильной установки на охлаждающих элементах 26, 32 в льдоформах 2, освобождение при оттаивании льда на верхней площадке 27 охлаждающих элементов от тяжелой воды и обеспечить кратковременное размещение льда в смеси незамороженной воды и рассола с тяжелой водой. Охлаждающие элементы льдоформ 32, использующие для намораживания хладагент, опираются своим днищем на теплоизоляционную площадку, высота которой от днища льдоформы до низа днища полого намораживающего элемента намораживателей льда составляет 7-35 мм, в зависимости от типа льдогенератора и максимальной толщины h получаемого льда. Льдоформа 2 со стыковыми блоками 3 в рабочей емкости 1 в нижней части днища располагается линиями от 1 до 4 по 1 до 10 льдоформ в каждой линии. Две боковые стенки каждой льдоформы формируют стыковыми блоками, установленными поперек рабочей емкости и две другие боковые стенки каждой льдоформы формируют продольными стенами рабочей емкости или сборными продольными ограничителями 4, установленными у продольных стен рабочей емкости 1, расположенными между торцевой плоскостью рабочей емкости с форсунками 17 и наклонной плоскости перелива 6. При наличии двух и более линий в лотке рабочей емкости между линиями устанавливаются осевые ограничители 5. Стыковые блоки 3 для обеспечения движения воды в льдоформах имеют горизонтальные соединительные каналы 28, которые осуществляют подвод исходной питьевой, водопроводной из емкости приема воды 11 до определенного начального уровня А2 в льдоформах 2 для намораживания льда в льдоформах, оттаивания льда и отведения смеси незамороженной воды, рассола и тяжелой воды (D₂O) самотеком в дренажный трубопровод 20 через наклонную трубу распределения воды в льдоформы и слива воды из льдоформ 22, установленную с уклоном i=0,2-0,3 по направлению движения слива водной смеси рассола и тяжелой воды от первого стыкового блока в каждой линии льдоформ к электромагнитному клапану, размещенному на входе в дренажный трубопровод 20. Для установки датчиков уровня и датчиков температуры стыковые блоки 3 имеют вертикальные соединительные каналы 30. Теплоизоляция охлаждающих элементов намораживания 26 термоэлектрической батареи выполнена в виде полого квадрата или прямоугольника, который обрамляет с одной стороны по всему периметру боковую часть термоэлектрической батареи, а другой стороной соприкасается с боковыми стенками льдоформы, так, что верхняя отметка площадки 27 охлаждающего элемента находится на одной отметке с верхней отметкой теплоизоляции. Льдоформы 2 со стыковыми блоками 3, стенки и днище рабочей емкости 1, продольные 4 и осевые ограничители 5, стыковые блоки 3 с соединительными горизонтальными 28 и вертикальными каналами 30, изготавливают из морозостойкого материала в виде общей монолитной конструкции или в виде сборной конструкции из элементов морозостойкого материала, соединенной со стыковыми блоками 3 и стенками лотков герметично по всему периметру соединения на клею или герметиком, или стяжками с монтажными прокладками, обеспечивающими герметичность соединения, непопадание воды или рассола в местах соединения между льдоформами, стыковыми блоками, стенками и днищем рабочей емкости 1. Установленный в линии рабочей емкости каждый торцевой стыковой блок с противоположной стороны от присоединенной льдоформы выполняют единой конструкцией с боковой торцевой поперечной стенкой рабочей камеры или оборудуют глухой сборной торцевой вставкой с прокладкой.

Льдоформы 2 и стыковые блоки 3, формирующие линию, как единый сообщающий сосуд, обустраивают соосно с соседними льдоформами со своими стыковыми блоками через отверстия горизонтальных соединительных каналов 28 диаметром d стыковых блоков 3, позволяющих свободно осуществлять движение воды по каналам, а в нижней своей части сквозных горизонтальных каналов 28 осуществлять подсоединение нормально-закрытых электромагнитных клапанов 19. Сквозные соединительные вертикальные каналы 30 стыковых блоков 3, выполненные диаметром d₁, позволяют свободно проходить воде из горизонтального канала 28 в объемы рабочей емкости 1 между стенками вертикального канала 30 и наружной поверхностью установленных в верхней части вертикального канала 30 датчика уровня или датчика температуры. Для создания потока воды, который обеспечивает гидродинамическое отведение чистого льда из однолотковой рабочей емкости 1 в термоизолированный контейнер для сбора готового льда 9 через линию перелива 7, в верхней части рабочей емкости 1 устанавливают форсунки 17, расположенные на отметке А0 - отметки перелива из рабочей емкости на решетку сепаратора, при сборной многолотковой конструкции рабочей емкости форсунки располагают на отметке А0 перелива из рабочей емкости на решетку сепаратора в торцевой стенке последнего лотка и в поворотной U-образной конструкции соединения лотков, обеспечивая дополнительное увеличение скорости потока. Поступление воды от насоса 12 в льдоформы через стыковые блоки 3 и на форсунки 17 в рабочей емкости обеспечивают по отдельным трубопроводам 18 с электромагнитным клапаном 15. Завершение прохода полученного льда через линию перелива 7 из рабочей емкости 1 на наклонную решетку сепаратора 8 фиксируют датчиком движения или емкостным датчиком М2, оборудованным в рабочей емкости и установленным на высоте 5-15 мм над линией перелива. Наполнение рабочей емкости 1 водой с подъемом льда до верхней отметки воды А0 фиксируют датчиком уровня, установленными в рабочей емкости на отметке А0 линии перелива 7 из рабочей емкости на решетку сепаратора 8. Для измерения температуры воды в льдоформах 2 над теплоизоляционным слоем, который размещен на дне льдоформы, устанавливают датчики температуры 31, расположенные на расстоянии 1,0-4,5 мм от боковой стороны верхней площадки охлаждающих элементов 27 до стенок льдоформы 2. Для фиксирования завершения прохода удаляемой из льдоформ смеси рассола, тяжелой воды и протиевой воды на отметке выхода из наклонной трубы 22 распределения воды и слива смеси воды из рабочей емкости в дренажный трубопровод 20 после электромагнитного клапана 21 устанавливают датчик движения или емкостной датчик М2. Линию перелива, размещенную на выходе льда из рабочей емкости, выполняют в виде конструкции, которая соединяет под углом от 90 до 130 градусов друг к другу наклонную плоскость перелива 6, установленную в рабочей емкости 1 и наклонную решетку сепаратора 8, установленную над емкостью приема воды 11. Линию перелива для обеспечения свободного прохождения намороженного льда на решетку сепаратора 8, выполняют с зазором по высоте к нижней части верхней крышки рабочей емкости 1, составляющим, как минимум, три наибольшие величины одного из размеров пластины намороженнного льда - длины, ширины или ее толщины. Наклонную плоскость перелива 6 рабочей емкости 1 выполняют в виде сплошного листа из материала конструкции рабочей емкости 1. Наклонную решетка сепаратора 8, выполненную из материала рабочей емкости 1, перфорируют сквозными отверстиями круглой или овальной формы, размеры которых не превышают габариты пластин льда, обеспечивающими свободное скольжение льда с попаданием его в контейнер для сбора готового льда 9 и эффективное отведение воды в емкость приема воды 11. Льдогенератор для реализации автоматизированного управления процессами предлагаемого способа оснащен основным электронным блоком управления, который содержит: блоки управления, обеспечивающие управление работой холодильной установки, насоса, управление работой нормально закрытых клапанов, измерение температуры, определение уровней воды в рабочей емкости и в стыковых блоках, определение движения воды и льда, таймер отключения процесса оттаивания.

Новым в заявленном устройстве льдогенератора является обустройство льдоформ стыковыми блоками со сквозными горизонтальными и вертикальными каналами, обустройство рабочей емкости форсунками и линией перелива с наклонной плоскостью перелива и наклонной решетки сепаратора.

Описание способа намораживания льда

Технический результат представленного способа достигается работой льдогенератора, который использует термоэлектрического охлаждение с применением термоэлектрической батаре или льдогенератор с применением охлажденного хладагента в парокомпрессионной холодильной установке. Через электромагнитные нормально-закрытые клапаны 19, установленные в стыковых блоках 3 в нижней части сквозных горизонтальных каналов 28, заливают объем льдоформ водой до уровня отметки начального уровня воды перед замораживанием А2. Перед включением режима намораживания первоначальная величина толщины воды над верхней площадкой охлаждающего элемента составляет величину не меньшую, чем наименьшая величина зазора, установленная в устройстве между крайней линией торца верхней площадки охлаждающих элементов льдоформы и стенками боковых поверхностей льдоформ.

Включением термоэлектрической холодильной установки или парокомпрессионной холодильной установки в режим намораживания обеспечивают требуемое охлаждение залитой в льдоформы 2 льдогенератора исходной воды, с постепенным намораживанием льда на верхних площадках 27 охлаждающих элементов 26, 32 льдоформ 2. Намораживание льда в виде пластин льда в льдоформах 2 производят толщиной h от 5 мм до 40 мм,, в зависимости от конструкции льдогенератора и требуемых параметров получаемого льда, при этом отметка верха намороженного льда в льдоформе до включения режима размораживания всегда находится ниже отметки уровня смеси незамороженной воды и рассола в льдоформе. Процесс постепенного намораживания льда осуществляется так, что после завершения намораживания льда в объеме 80%-92%, от объема исходной воды, образуется смесь рассола, тяжелой воды и незамороженной воды в объеме 8%-20% от объема исходной воды. В результате намораживания льда на верхних площадках 27 охлаждающих элементов 26, 32 уровень незамороженной воды в льдоформе повышается. При достижении требуемой величины толщины намороженного льда в льдоформах, которая определяется величиной повышения уровня воды, от начального уровня воды перед замораживанием А2 до уровня смеси рассола и незамороженной воды после намораживания льда в льдоформах А1, режим намораживания выключают остановкой работы холодильной установки. Далее холодильную установку переводят в режим размораживания, который обеспечивает кратковременный процесс оттаивания образовавшегося льда от верхних площадок 27 охлаждающих элементов 26, льдоформ 2 за счет включения переполюсовки термоэлектрической батареи или, при работе парокомпрессионной холодильной машины в режиме размораживания, за счет кратковременной подачи горячего хладагента в охлаждающие элементы 32. В результате размораживания первых ранее намороженных слоев льда, содержащих тяжелую воду, образуется некоторый объем воды, представляющий из себя смесь размороженной воды, рассола и тяжелой воды, который под действием веса полученного льда вытесняется из пространства, примыкающего к верхней площадке 27 охлаждающего элемента 26, 32 в нижние слои воды льдоформ 2. Данный объем водной смеси, вытесненный из плоскости сопряжения льда и верхней площадки 27 охлаждающего элемента 26, 32, обладает более высокой температурой, отличной от температуры незамороженной воды, которая находится в пространстве льдоформы 2 и в каналах стыковых блоков 3. Режим размораживания прекращают выключением холодильной установки по таймеру или при достижении заданной разности температур, в пределах Δt=t₂-t₁≥0,5°С, где температура t₁ смеси незамороженной воды и рассола в верхних слоях льдоформы 2 и в вертикальных сквозных соединительных каналах 30 стыкового блока 3 и температура t₂, в нижних слоях смеси размороженной и тяжелой воды льдоформы 2, примыкающих к поверхности верхней площадки 27 охлаждающих элементов 26, 32. После чего, одновременно с выключением режима размораживания холодильной установки, всю полученную смесь тяжелой воды, рассола и незамерзшей воды, находящуюся в льдоформе 2, одновременно выводят самотеком в дренаж из льдоформы через стыковые блоки 3, обеспечивая кратковременное нахождение полученного льда после оттаивания над верхними площадками 27 охлаждающих элементов 26, 32 льдоформ 2 на время удаления смеси из льдоформ 2. После удаления смеси тяжелой воды, рассола и незамерзшей воды из льдоформы через электромагнитные клапаны 19 стыковых блоков 3 подают новую порцию воды, которая обеспечивает всплытие полученного льда на поверхность воды в рабочей камере и подъем льда до уровня перелива А0. Включением насоса 12 объем воды с размещенным на ее поверхности льдом, находящимся в рабочей камере 1, через форсунки 17 подвергают циркуляции, обеспечивая поток воды в рабочей камере 1, который выводит полученный лед через линию перелива 7 из рабочей камеры 1 в контейнер приема готового льда 9, а сопутствующую воду отводят в емкость приема воды 11. При завершении процесса выведения полученного льда в контейнер для сбора готового льда 9, объем оставшейся воды в льдоформах 2 и в рабочей емкости 1, за счет слива воды в емкость приема воды самотеком через трубопровод слива воды 23, доводят до уровня отметки начального уровня объема воды А2 в льдоформе перед замораживанием, обеспечивая нахождения новой порции воды, подлежащей следующему циклу замораживания для получения пластин льда и выведения смеси тяжелой воды, рассола и незамерзшей воды из льдогенератора.

Новым в заявляемом способе является то, что оттаивание полученного льда на верхних площадках охлаждающих элементов льдоформ производят с вытеснением ранее замороженной тяжелой воды за счет действия силы тяжести массы образовавшегося льда, которая в разы превышает массу смеси незамороженной воды, рассола и растаивавшей воды в льдоформе, в объем полученной смеси с минимально возможным количеством незамороженной протиевой воды и максимально возможным объемом рассола, которую удаляют из льдоформ через стыковые блоки льдогенератора в присутствии полученного льда, кратковременно размещенного над верхними площадками охлаждающих элементов в льдоформах, с последующей подачей нового объема исходной воды в льдоформы, который производит всплытие льда и гидродинамическое выведение полученного льда в контейнер для сбора готового льда.

Описание работы устройства льдогенератора для намораживания льда

Устройство льдогенератора работает следующим образом. Из водопровода через электромагнитный клапан 25 питьевой водой производят наполнение емкости для приема воды 11. При достижении требуемого объема воды в емкости 11 клапан 25 закрывают. Включают в работу электронный блок управления, не показанный на фиг. 1 - фиг. 8, осуществляющий реализацию заданного порядка работы устройства для намораживания льда с определенной толщиной пластин и доставки его в контейнер приема готового льда. Основной блок управления переводит на начальное рабочее состояние элементы и блоки управления. Блок управления клапанами открывает клапан 14 на трубопроводе подачи воды через стыковые блоки 3 в льдоформы 2 и открывает все клапаны19. Закрывают клапаны 15, 21, 24, после чего, включением насоса 12 из емкости приема воды 11 по наклонной трубе распределения воды в льдоформы и слива воды из льдоформ 22 с открытыми клапанами 19, установленными в нижней части сквозных горизонтальных каналов стыковых блоков 3, производят залив водопроводной воды до уровня А2 - отметки начального уровня объема воды в льдоформе перед замораживанием. Начальный уровень воды в льдоформе перед намораживанием А2, который определяет объем порции воды для замораживания в льдоформе 2, размещен между верхней точкой площадки охлаждающих элементов 27 и отметкой верха льдоформ 2 в рабочей емкости 1. После заполнения заданной порции воды в льдоформы по сигналу датчика уровня или сигнализатора уровня, установленного в верхней части вертикального канала 30 стыкового блока 3, одновременно выключают насос 12 и закрывают клапаны 14, 19. Через блок управления холодильной установкой, осуществляют запуск холодильной установки в режим намораживания, произведя включение термобатареи 26 или произведя подачу и выход хладагента через патрубки 33, 34 охлаждающего элемента 32. На верхних площадках 27 охлаждающих элементов льдоформ формируется процесс постепенного образования льда и охлаждения полученного льда, который протекает до формирования пластин льда требуемой толщины h≥5 мм. Процесс льдообразования происходит в направлении от верхней площадки 27 охлаждающего элемента вверх к зеркалу воды, находящейся в льдоформе 2 рабочей емкости 1, с образованием, в первую очередь, слоя льда с тяжелой водой (D₂O), и образованием рассола, который, с формированием льда требуемой толщины, вытесняется в объем воды, расположенный над пластиной льда и в объем воды, расположенный между образовавшимся льдом и стенками льдоформы 2. Общий объем воды и полученного льда после завершения режима намораживания, в следствие разности плотностей льда и воды, превышает общий объем воды, размещенный в льдоформе до замораживания, увеличение которого сопровождается повышением уровня воды в сообщающимся сосуде льдоформ 2 и стыковых блоков 3. Увеличение объема воды до уровня А1 в следствие получения льда требуемой толщины h от 5 мм до 40 мм, в льдоформе 2, таким образом, является показателем установления толщины пластины льда, индивидуальным для каждого льдогенератора, который фиксируется датчиком уровня, размещенным в вертикальном сквозном канале 30 стыкового блока 3. Принятый сигнал о достижении требуемого уровня от датчика уровня поступает в основной электронный блок управления устройства, с помощью которого через блок управления холодильной установкой производят остановку режима намораживания льда на верхних площадках охлаждающих элементов 27. Через блок управления холодильной установкой включают кратковременный процесс оттаивания образовавшегося льда от поверхности верхних площадок охлаждающих элементов 27 в льдоформах 2. Одновременно через электронный блок управления включают блок измерения температуры с датчиками измерения температуры, установленными в вертикальных каналах 30 стыкового блока 3, или включает таймер, или одновременно включает блок измерения температуры с датчиками измерения температуры и таймер. Процесс оттаивания производят холодильной установкой при режиме размораживания за счет включения переполюсовки термоэлектрической батареи 26 или работы парокомпрессионной холодильной машины в режиме размораживания за счет кратковременной подачи горячего хладагента в охлаждающие элементы 32. Протекание кратковременного процесса оттаивания льда от поверхности охлаждающих элементов обеспечивает вытеснение оттаивавших первых, ранее намороженных объемов воды с тяжелой водой, расположенных между верхней площадкой поверхности охлаждающего элемента 27 и нижней поверхности пластины намороженного льда, в нижние слои смеси незамороженной воды и рассола, находящегося в объеме льдоформы 2, которые примыкают к поверхности охлаждающих элементов льдоформ, за счет действия силы тяжести массы образовавшегося льда, которая в разы превышает массу смеси незамороженной воды, рассола и растаивавшей воды в льдоформе 2. Процесс оттаивания осуществляют до достижения заданной разности температур, в пределах Δt=t₂-t₁≥0,5°С, где температура t₁ смеси незамороженной воды и рассола в верхних слоях льдоформы 2 и в вертикальных сквозных соединительных каналах 30 стыкового блока 3 и температура t₂, в нижних слоях смеси размороженной и тяжелой воды льдоформы 2, примыкающих к поверхности охлаждающих элементов, или по таймеру, до достижения требуемого времени размораживания, или при применении обоих приемов оценки завершения процесса оттаивания. Фиксирование температуры t₁ производят датчиком температуры, установленным в вертикальных сквозных соединительных каналах 30 стыкового блока 3, фиксирование температуры t₂ производят датчиком температуры 31, установленным на расстоянии 1,0-4,5 мм от края поверхности верхней площадки 27 охлаждающих элементов 32 в теплоизоляционном слое 29, который размещен между стенками льдоформ 2 и боковыми поверхностями охлаждающих элементов, находящимися в льдоформах 2. Определение времени оттаивания фиксируют таймером. Сигналы от датчиков измерения температуры попадают на блок измерения температуры и далее на блок управления холодильной установки. Сигнал от таймера идет непосредственно на блок управления холодильной установки. Первый, поступивший сигнал о завершении оттаивания льда, при использовании одновременно обоих приемов оценки завершения оттаивания, попадая на блок управления холодильной установки, производит выключение режима размораживания холодильной установки. Холодильную установку переводят в режим ожидания. Основной электронный блок управления устройства производит через блок управления клапанами открытие клапанов 19 и 21 для слива самотеком смеси незамороженной воды, рассола и тяжелой воды (D₂O) из льдоформ устройства через стыковые блоки 3 в дренажный трубопровод 20. Слив самотеком смеси незамороженной воды, рассола и тяжелой воды производится кратковременно, благодаря уклону совмещенного тракта залива воды и слива смеси рассола 22 в сторону дренажного трубопровода 20. Процесс завершения слива смеси незамороженной воды, рассола и тяжелой воды из льдоформ устройства в дренажный трубопровод 20 фиксируют датчиком движения или емкостным датчиком М2, установленным на отметке выхода из тракта 22 слива смеси рассола из рабочей емкости по направлению движения смеси после электромагнитного клапана 21, размещенного на входе в дренажный трубопровод. С получением сигнала отдатчика М2 основным электронным блоком управления устройства, через блок управления нормально-закрытыми клапанами, закрывают электромагнитный клапан 21 и открывают электромагнитные клапаны 14 и 19 и через блок управления насосом, включают в работу насос 12. Поступлением воды через клапаны подачи воды 19, которые установлены в стыковых блоках 3, осуществляют равномерное снизу вверх наполнение водой льдоформ с подъемом пластин льда на поверхность вновь подаваемой воды до уровня перелива А0 на линии перелива 7 наклонной плоскости перелива 6 рабочей емкости 1 льдогенератора. Датчик уровня, установленный в рабочей емкости на отметке А0 - отметке линии перелива 7 из рабочей емкости 1 на решетку сепаратора 8, фиксирует наполнение рабочей емкости водой с подъемом льда до верхней отметки воды в рабочей емкости. После достижения уровня А0 по сигналу датчика уровня, через блок управления нормально-закрытыми клапанами, закрывают клапаны19, размещенные в стыковых блоках, закрывается клапан 14 и открывают клапан 15, обеспечивающий поступление воды по трубопроводу 18 в верхнюю часть рабочей емкости на форсунки 17, которые совместно с работой насоса 12 обеспечивают циркуляцию воды по замкнутому контуру: рабочая емкость льдогенератора - емкость приема воды - рабочая емкость льдогенератора до полного отведения полученного льда через решетку сепаратора 8 в термоизолированный контейнер 9 сбора готового льда. Процесс завершения гидродинамического отведения льда на решетку сепаратора 8 фиксируют по сигналам датчиков движения или емкостных датчиков M1, установленных над линией перелива 7 в рабочей емкости. При поступлении сигнала от датчика движения M1, насос 12 установки выключают, закрывают клапан 15, открывают клапаны 19,24, и воду самотеком по трубопроводу слива 23 выводят в емкость приема воды И до снижения уровня воды в льдоформах 2 и стыковых блоках 3 отметки А2 - отметки начального уровня объема порции воды в льдоформе перед замораживанием, который фиксируется датчиком уровня или сигнализатором уровня в вертикальном канале 30 стыкового блока 3. При достижении воды отметки А2 по сигналу датчика уровня или сигнализатора уровня, установленного в верхней части вертикального канала 30 стыкового блока 3, одновременно закрывают клапан 24. После чего, при необходимости, через электромагнитный клапан 25 питьевой водой производят заполнение емкости для сбора воды 11 до требуемого в ней объема воды. Включением блока управления в режим намораживания холодильную установку переводят на запуск следующего цикла намораживания льда в льдоформах льдогенератора.

Выемка готового льда может производится вручную через боковой люк 10 контейнера готового льда 9 или механически с применением одним из известных устройств выемки льда, используемых в современных установках получения льда в бытовых и производственных условиях.

Группа изобретений относится к намораживанию льда. Выполняют охлаждение заливаемой в льдоформы льдогенератора воды, намораживание льда на площадках охлаждающих элементов в льдоформах, изменение полярности питания термоэлектрической батареи льдогенератора или изменение подачи хладагента в виде горячего пара, оттаивание от стенок охлаждающих элементов в льдоформах образовавшегося льда, с подачей воды снизу в льдоформы последовательно порциями. После оттаивания льда, образовавшегося из одной порции воды от верхних площадок охлаждающих элементов в льдоформах, всю полученную смесь тяжелой воды, рассола и незамерзшей воды, находящуюся в льдоформах и в примыкающих к ним стыковых блоках, одновременно выводят в дренажный трубопровод из льдоформ через стыковые блоки, обеспечивая кратковременное нахождение льда, полученного после оттаивания, над охлаждающими элементами льдоформ, перед подачей нового объема воды, осуществляющего всплытие и удаление льда из льдоформ с дальнейшей реализацией намораживания льда в льдоформах из новой порции воды. Льдогенератор включает рабочую емкость (1) льдоформы (2) с термоэлектрической батареей или с установленными в ней охлаждающими элементами с патрубками для подвода и отвода хладагента, термоизолированную емкость для сбора воды (11) с водяным насосом (12) и термоизолированный контейнер для сбора готового льда (9). На днище лотка термоизолированной рабочей емкости льдогенератора установлены одна или несколько льдоформ, выполненных в форме параллелепипеда или куба, с основаниями прямоугольника или квадрата, две боковые стенки которого сформированы стыковыми блоками (3), установленными поперек рабочей емкости, и двумя продольными боковыми стенками рабочей емкости или сборными продольными ограничителями (4), установленными у продольных стенок рабочей емкости. Повышается эффективность использования исходной питьевой воды. 2 н. и 38 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Способ намораживания льда в термоэлектрическом льдогенераторе или в льдогенераторе с использованием охлажденного хладагента в холодильной установке, включающий охлаждение заливаемой в льдоформы льдогенератора воды, намораживание льда на площадках охлаждающих элементов в льдоформах, изменение полярности питания термоэлектрической батареи льдогенератора или изменение подачи хладагента в виде горячего пара, оттаивание от стенок охлаждающих элементов в льдоформах образовавшегося льда, с подачей воды снизу в льдоформы последовательно порциями, отличающийся тем, что после оттаивания льда, образовавшегося из одной порции воды от верхних площадок охлаждающих элементов в льдоформах, всю полученную смесь тяжелой воды, рассола и незамерзшей воды, находящуюся в льдоформах и в примыкающих к ним стыковых блоках, одновременно выводят в дренажный трубопровод из льдоформ через стыковые блоки, обеспечивая кратковременное нахождение льда, полученного после оттаивания, над охлаждающими элементами льдоформ, перед подачей нового объема воды, осуществляющего всплытие и удаление льда из льдоформ с дальнейшей реализацией намораживания льда в льдоформах из новой порции воды.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в каждой льдоформе намораживание льда производят на верхней внешней площадке охлаждающего элемента в льдоформах в виде пластин толщиной льда от 5 до 40 мм.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что начальный уровень воды в льдоформах перед намораживанием размещен между отметкой верха верхней площадки охлаждающих элементов и отметкой верха льдоформ в рабочей емкости.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перед включением режима намораживания первоначальная величина слоя воды над верхней площадкой охлаждающего элемента составляет величину не меньшую, чем наименьшая величина зазора, установленная в устройстве между крайней линией торца верхней площадки охлаждающих элементов льдоформы и стенками боковых поверхностей льдоформ.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отметка верха намороженного льда в льдоформе после завершения намораживания льда всегда находится ниже отметки уровня смеси незамороженной воды и рассола в льдоформе.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в льдоформах производят намораживание льда в виде пластин льда в объеме 80-92% и образовании смеси рассола, тяжелой воды и незамороженной воды в объеме 8-20% от объема порции исходной воды, поступившей для намораживания в льдоформы и примыкающие сквозные соединительные каналы стыковых блоков.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что требуемую величину толщины пластины намороженного льда в льдоформах определяют величиной повышения уровня воды в льдоформах от начального уровня воды перед замораживанием до уровня смеси рассола и незамороженной воды после намораживания льда в льдоформах.

8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отделение оттаивавшей воды от массы полученного льда обеспечивают вытеснением оттаивавших первых, ранее намороженных объемов воды с тяжелой водой, расположенных между верхней площадкой охлаждающего элемента и намороженным льдом, в нижние слои смеси льдоформы, примыкающие к площадке охлаждающих элементов льдоформ, за счет действия силы тяжести массы полученного льда.

9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что кратковременный процесс завершения оттаивания образовавшихся пластин льда от верхней площадки охлаждающих элементов в льдоформах определяют применяя прием достижения заданной разности температур в пределах Δt=t₂-t₁≥0,5°С, где t₁ - температура смеси незамороженной воды и рассола в верхних слоях льдоформы и в вертикальных сквозных соединительных каналах стыкового блока и t₂ - температура смеси размороженной и тяжелой воды в нижних слоях льдоформы, примыкающих к верхней площадке охлаждающих элементов, или применяя прием достижения требуемого времени размораживания, или применяя оба приема оценки завершения процесса оттаивания.

10. Способ по п. 1, отличающийся тем, что первоначальную подачу воды в льдоформы, а также равномерное снизу вверх наполнение водой льдоформ с подъемом полученных пластин льда на поверхность вновь подаваемой воды до уровня линии перелива рабочей емкости льдогенератора осуществляют работой насоса через электромагнитные клапаны, установленные в стыковых блоках.

11. Способ по п. 1, отличающийся тем, что удаление смеси незамороженной воды, рассола и тяжелой воды из льдоформ в дренажный трубопровод после оттаивания образовавшегося льда, а также удаление воды из льдоформ до объема необходимой порции воды для последующего намораживания льда после удаления пластин льда из рабочей емкости в контейнер для сбора готового льда осуществляют самотеком через электромагнитные клапаны, установленные в стыковых блоках.

12. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отведение полученных пластин льда в контейнер для сбора готового льда осуществляют работой форсунок и насоса, обеспечивающих циркуляцию воды на уровне линии перелива по замкнутому контуру: рабочая емкость льдогенератора - емкость приема воды - рабочая емкость льдогенератора.

13. Способ по п. 1, отличающийся тем, что определение уровней воды в льдоформах осуществляют по сигналам датчиков уровня, расположенных в вертикальных каналах стыковых блоков.

14. Способ по п. 1, отличающийся тем, что по сигналам датчиков движения или емкостных датчиков, установленных над линией перелива, определяют завершение прохождения пластин льда на решетку сепаратора, по сигналам датчиков движения или емкостных датчиков, установленных на входе в дренажный трубопровод, определяют завершение отведения смеси тяжелой воды, рассола и незамороженной воды из льдоформ в дренажный трубопровод.

15. Льдогенератор, включающий рабочую емкость льдоформы с термоэлектрической батареей или включающий рабочую емкость льдоформы с установленными в ней охлаждающими элементами с патрубками для подвода и отвода хладагента, термоизолированную емкость для сбора воды с водяным насосом и термоизолированный контейнер для сбора готового льда, отличающийся тем, что на днище лотка термоизолированной рабочей емкости льдогенератора установлены одна или несколько льдоформ, выполненных в форме параллелепипеда или куба, с основаниями прямоугольника или квадрата, две боковые стенки которого сформированы стыковыми блоками, установленными поперек рабочей емкости, и двумя продольными боковыми стенками рабочей емкости или сборными продольными ограничителями, установленными у продольных стенок рабочей емкости.

16. Льдогенератор по п. 15, отличающийся тем, что льдоформы, обеспечивающие намораживание льда при работе холодильной установки, оборудуют по форме квадратными или прямоугольными верхними площадками охлаждающих элементов.

17. Льдогенератор по п. 15, отличающийся тем, что льдоформы со стыковыми блоками размещены вдоль лотка рабочей емкости в 1-4 линии по 1-10 льдоформам в каждой линии, образуя единый сообщающийся сосуд в каждой линии.

18. Льдогенератор по п. 15, отличающийся тем, что в термоизолированной рабочей емкости льдогенератора при наличии двух, или трех, или четырех линий в рабочей емкости устанавливают между линиями осевые продольные ограничители, жестко закрепленные к днищу рабочей емкости или выполненные в единой конструкции рабочей емкости.

19. Льдогенератор по п. 15, отличающийся тем, что однолотковую полую термоизолированную рабочую емкость льдогенератора с льдоформами и стыковыми блоками оборудуют с одной стороны наклонной плоскостью перелива с линией перелива в верхней своей части, с другой стороны - торцевой стенкой с форсунками.

20. Льдогенератор по п. 15, отличающийся тем, что термоизолированную рабочую емкость многолоткового льдогенератора выполняют в виде сборной конструкции полых прямоугольных конструкций лотков с льдоформами, с крышкой, с U-образным лотком для их соединения, представляя собой объединенную рабочую емкость льдогенератора.

21. Льдогенератор по п. 15, отличающийся тем, что льдогенератор оборудуют термоизолированной крышкой, закрывающей всю верхнюю часть лотка или лотков рабочей емкости, сопряженную часть емкости для сбора воды и верхнюю часть контейнера для сбора готового льда.

22. Льдогенератор по п. 15, отличающийся тем, что установленный в линии рабочей емкости каждый торцевой стыковой блок с противоположной стороны от присоединенной льдоформы выполняют единой конструкцией с боковой торцевой поперечной стенкой рабочей камеры или оборудуют глухой сборной торцевой вставкой с прокладкой.

23. Льдогенератор по п. 15, отличающийся тем, что установленную в линии рабочей емкости каждую льдоформу формируют с двух сторон стыковыми блоками, выполненными с горизонтальными каналами диаметром d, позволяющими создать единый сообщающийся сосуд в каждой линии, с возможностью в нижней своей части сквозного горизонтального канала осуществить подсоединение нормально-закрытого электромагнитного клапана.

24. Льдогенератор по п. 15, отличающийся тем, что стыковые блоки выполняют по толщине таким образом, что сквозные соединительные вертикальные каналы стыковых блоков с диаметром d₁ обеспечивают возможность свободного прохода воды между стенками вертикального канала и наружной поверхностью установленных в верхней части вертикального канала датчика уровня, или сигнализатора уровня, или датчика температуры.

25. Льдогенератор по п. 15, отличающийся тем, что верхнюю отметку охлаждающих элементов термоэлектрической установки в льдоформе устанавливают на одной отметке с нижней точкой сквозного соединительного горизонтального канала стыкового блока и на одной отметке с верхней поверхностью теплоизоляции, которая закрывает только боковые части охлаждающего элемента, обеспечивая контакт теплоизоляции с боковыми стенками льдоформ для гидроизоляции и теплоизоляции сопрягаемых элементов в нижней части льдоформ.

26. Льдогенератор по п. 15, отличающийся тем, что верхнюю отметку верхней площадки охлаждающих элементов льдоформ, использующих для намораживания хладагент от парокомпрессионной холодильной установки, устанавливают на одной отметке с нижней точкой сквозного соединительного горизонтального канала стыкового блока и на одной отметке с верхней частью теплоизоляции, которая единым слоем термоизоляции, с пяти сторон, обрамляет охлаждающий элемент, обеспечивая контакт теплоизоляции с боковыми стенками льдоформ и днищем лотка рабочей емкости, оставляя неизолированной только верхнюю площадку охлаждающего элемента.

27. Льдогенератор по п. 15, отличающийся тем, что между внешними боковыми поверхностями верхних площадок охлаждающих элементов, размещенных в льдоформах, и стенками льдоформ устанавливают зазор 5-45 мм, заполненный морозостойкой теплоизоляцией.

28. Льдогенератор по п. 15, отличающийся тем, что в верхней части однолотковой рабочей емкости устанавливают форсунки, расположенные на отметке линии перелива в стенке, противоположной от линии перелива, при сборной многолотковой конструкции рабочей емкости форсунки располагают на отметке линии перелива в торцевой стенке последнего лотка и на отметке перелива в U-образной конструкции соединения лотков, обеспечивая подачу воды насосом на форсунки отдельным трубопроводом с электромагнитным клапаном.

29. Льдогенератор по п. 15, отличающийся тем, что на отметке входа смеси рассола и тяжелой воды в дренажный трубопровод перед электромагнитным клапаном устанавливают датчик движения или емкостный датчик.

30. Льдогенератор по п. 15, отличающийся тем, что рабочую емкость оборудуют датчиком уровня, который устанавливают на отметке линии перелива из рабочей емкости на решетку сепаратора.

31. Льдогенератор по п. 15, отличающийся тем, что льдоформы со стыковыми блоками, стенки и днище рабочей емкости, продольные и осевые ограничители, стыковые блоки с соединительными горизонтальными и вертикальными каналами изготавливают из морозостойкого материала в виде общей монолитной конструкции или в виде сборной конструкции из элементов морозостойкого материала, соединенной со стыковыми блоками и стенками лотков герметично по всему периметру соединения на клею, или герметиком, или стяжками с монтажными прокладками, обеспечивающими герметичность соединения, непопадание воды или рассола в местах соединения между льдоформами, стыковыми блоками, стенками и днищем рабочей емкости.

32. Льдогенератор по п. 15, отличающийся тем, что на внешней поверхности теплоизоляционного слоя, который находится между боковыми поверхностями верхней внешней площадки охлаждающих элементов, размещенных в льдоформах, и стенками льдоформ, устанавливают датчики температуры, которые располагают на расстоянии 1,0-4,5 мм от наружного края верхней внешней площадки охлаждающих элементов.

33. Льдогенератор по п. 15, отличающийся тем, что рабочую емкость оборудуют датчиком движения или емкостным датчиком, установленным на высоте 5-15 мм над линией перелива.

34. Льдогенератор по п. 15, отличающийся тем, что наклонную трубу распределения воды в льдоформы и слива воды из льдоформ устанавливают с уклоном i=0,2-0,3 по направлению движения слива водной смеси рассола и тяжелой воды от первого стыкового блока в каждой линии льдоформ к электромагнитному клапану, размещенному на входе в дренажный трубопровод.

35. Льдогенератор по п. 15, отличающийся тем, что на отметке входа смеси рассола и тяжелой воды в дренажный трубопровод перед электромагнитным клапаном устанавливают датчик движения или емкостный датчик.

36. Льдогенератор по п. 15, отличающийся тем, что линию перелива, установленную на выходе льда из рабочей емкости, образуют соединением под углом от 90 до 130 градусов друг к другу наклонной плоскости перелива, установленной в рабочей емкости, и наклонной решетки сепаратора, установленной над емкостью приема воды.

37. Льдогенератор по п. 15, отличающийся тем, что линия перелива, опирающаяся на боковые борта лотка рабочей емкости в месте сопряжения рабочей емкости и емкости приема воды, устанавливается по высоте к нижней части крышки, закрывающей сверху рабочую емкость и емкость приема воды, с зазором, составляющим по размеру как минимум три наибольшие величины одного из размеров пластины намороженного льда: длины, ширины или ее толщины, обеспечивая свободное прохождение намороженного льда на решетку сепаратора.

38. Льдогенератор по п. 15, отличающийся тем, что наклонную плоскость перелива рабочей емкости выполняют в виде сплошного листа из материала конструкции рабочей емкости.

39. Льдогенератор по п. 15, отличающийся тем, что наклонную решетку сепаратора перфорируют сквозными отверстиями круглой или овальной формы, размеры которых не превышают габариты пластин льда.

40. Льдогенератор по п. 15, отличающийся тем, что автоматизированное управление работой механизмов и элементов льдогенератора осуществляют основным электронным блоком управления, который содержит блоки управления, обеспечивающие управление работой холодильной установки, насоса, управление работой электромагнитных клапанов, измерение температуры, определение уровней воды в рабочей емкости и в стыковых блоках, определение движения воды и льда в рабочей емкости, определение движения смеси рассола и тяжелой воды на входе в дренажный трубопровод, таймер отключения процесса оттаивания.