Способ получения водного льда Советский патент 1990 года по МПК F25C1/18 

Изобретение относится к холодильному оборудованию, производящему кусковой или гранулированный лед для предприятий торговли, общественного питания, а также для использования в медицинских учреждениях и научных лабораториях.

Цель изобретения - снижение энергозатрат и расширение технологических возможностей.

Способ получения водного льда включает предварительное охлаждение воды и воздуха и подачу их в камеру замораживания, причем предварительное охлаждение воздуха проводят в вихревой трубе, а подачу его в камеру осуществляют тангенциально равномерными потоками по всей высоте камеры с образованием теплого и холодного потоков и отводом их из камеры замораживания, при этом подачу воды в камеру замораживания осуществляют

в виде свободпопадающей струи по оси вихревого потока.

Кроме того, предварительное охлаждение воды проводят холодным потоком воздуха из камеры замораживания, а теплый воздух используют для охлаждения поступающего в вихревую трубу воздуха.

На чертеже изображена принципиальная схема льдогенератора для осуществления предлагаемого способа.

Льдогенератор включает вертикаль- , но установленную цилиндрическую ка- , меру 1 замораживания, ванну 2 предварительного охлаждения воды, сливное отверстие с сеткой 3, тонкую проволоку 4, подвешенную по оси камеры 1, перегородку 5 с центральным отверстием, патрубки 6 ввода охлажденного воздуха, патрубки 7 выхода воз- , духа из камеры 1 замораживания, установленные концентрично по периметру

ел ел ел

О&

о о

днища 8, которое имеет также центральное отверстие для выхода льда. Система охлаждения содержит параллельно включенные вихревые трубы 9, выходы которых подсоединены к патрубкам 6, нагнетательную магистраль 10, рекуперативный теплообменник 11. Для заливки воды имеется кран 12. Компрессор для сжатия воздуха и льдоприем- ник не показаны.

Способ получения льда состоит в следующем.

Через кран 12 производят заливку ванны 2 водой и так устанавливают расход воды, чтобы поддержать постоянный ее уг оьент г isanne 2. Через отверстие с сеткой 3 вода в виде сво- боднопадаклцей тонкой струи (4-6 мм) стекает вниз по оси камеры 1 льдо- генератора. Хладагентом в данном способе является воздух. Его сжимают в компрессоре до давления 10-15 атм и направляют его через теплообменник 11, где он охлаждается до температу- ры отходящего потока воздуха Тг + (5-10). Затем по магистрали 10 воздух направляют в вихревую трубу или ряд из N вихревых труб, обеспечивая его равномерное поступление в каждую трубу известными средствами. В вихревой трубе происходит разделение потока согласно эффекту Ранка на холодный поток (Тх,) и теплый (Тг ). Теплый

поток выбрасывается в окружающую сре

ду. а холодный (TXl 243-253 К) направляют через патрубки 6 в камеру 1. Подачу осуществляют тангенциально равномерными потоками по всей высоте камеры 1, для чего патрубки установ- лены по всей поверхности камеры с определенным шагом по окружности и длине (показано только три патрубка). Патрубки 6 установлены под углом к поверхности, и поэтому воздух подает- ся в камеру тангенциальной Согласно, тому же эффекту Ранка в камере 1 происходит вторичное разделение воздуха по температурам, однако указанный эффект проявляется слабо ввиду того, что перепад давлений до и после камер 1 невелик, В результате температура TX потока в центральной части камеры оказывается на 3-5°С ниже температуры Tf на периферии. Для выравнивания давления по длине камера 1 выполнена расширяющейся кверху, i Периферийный теплый поток выходит через патрубки 7 в днище 8 и направ-

Q

5

Q 5 Q

ляется через теплообменник 11, где может быть использован для охлаждения поступающего в вихревую трубу воздуха, и тем самым осуществляется регенерация теплоты (холода) в разомкнутом воздушном цикле. Приосевой холодный поток может использоваться для предварительного охлаждения воды, для чего он проходит через отверстие в перегородке 5 в зазор между камерой 1 и ванной 2. Здесь происходит охлаждение воды в ванне 2 через стенку, после чего воздух выходит в атмосферу с температурой Тх, , а вода охлаждается от 10-12 до 2-3°С. Для улучшения теплообмена стенки ванны могут иметь внутреннее и наружное оребре- ние.

Механизм взаимодействия свободно- падающей струи воды с вихревым потоком сложен и до настоящего времени детально не изучен. Экспериментально установлено, что по мере падения струи в неподвижном воздухе скорость элементарного объема воды растет, диаметр струи уменьшается. Когда сумма массовых сил превышает силы поверхностного натяжения, струя рвется, распадаясь на фрагменты и отдельные капли. В закрученном потоке происходит закрутка струи, на ее поверхности появляются волны, причем как продольные, так и поперечные. Последнее объясняется тем, что результирующий вектор скорости потока направлен под углом около 45 к оси струи и навстречу ему. Из-за этого происходит внешнее подтормаживание струи, изменяется профиль скорости в сечении. Важно , что при волновом движении поверхности струи скорость падения воды не оказывает определяющего влияния на коэффициент теплопередачи, который в большей степени зависит от скорости воздуха. При увеличении последней закрученный поток начинает раскачивать струю вплоть до ее распыления. Для стабилизации формы струи на участке доохлаждения и поверхностной кристаллизации (0,6-0,95 длины камеры) используют тонкую проволоку 4 с минимальной адгезией, которую располагают по оси струи, подвешивая ее к сетке 3. Проволока вызывает дополнительное торможение (внутреннее) струи и тем самым увеличивается время Јр контакта элементарного объема воды с холодным потоком. Длина камеры L и

расход воздуха G рассчитывают так, чтобы времени Ј0 было достаточно для образования льда. Дополнительными параметрами, вариация которых обеспечи- вает работоспособность льдогенератора, являются начальная толщина струи,

регулируемая изменением пропускного диаметра сетки, и изменение соотношений расхода воздуха по высоте камеры. Устанавливая ту или иную комбинацию указанных параметров, можно варьировать диаметр и форму получаемых гранул льда. При небольших взаимных скоростях воздуха и воды (до 20- 25 м/с) и L 2-3 м струя воды до разрыва успевает промерзнуть на глубину 0,8-0,9 радиуса струи и на выходе получаются трубочки льда различной

556066

го замораживания в жидком хладагенте и превосходит экономичность способа получения льда внутри и на поверхности трубок. Последнее объясняется простотой реализации, включая низкую се- |бестоимость льдогенератора, и отсут- | ствием энергозатрат на оттайку. Кро- I ме того, регулирование параметров получаемого льда значительно расширяет область применения способа.

10

Формула изобретения

15 Способ получения водного льда,

включающий предварительное охлаждение воды и воздуха и подачу их в камеру замораживания, отличающий- с я тем, что, с цепью снижения,энер

Изобретение относится к холодильному оборудованию, производящему кусковой или гранулированный лед. Цель изобретения - снижение энергозатрат и расширение технологических возможностей. Способ включает получение трубчатого или кускового льда в камере методом контактного охлаждения свободнопадающей струи воды закрученным потоком воздуха с использованием вихревого разделения воздуха и регенерации теплоты отходящих потоков воздуха. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

длины (от 1 до 5-10 см). При увеличе- 20 гозатрат и расширения технологических нии расхода воздуха и уменьшении Lвозможностей, предварительное охлаждо 1,2-1,5 м размер кусков льда уменьшается до 0,2-0,3 см. В принципе возможно получение снежного льда и во- доледяной пульпы. Готовый лед, выпадающий из отверстия в днище 8, собирают в льдоприемнике на сетчатом поддоне и впоследствии используют по назначению.

С помощью предлагаемого способа возможно непрерывное получение трубчатого и кускового льда еще без решения проблем его оттайки и выемки. Благодаря использованию двойного вихревого разделения воздуха, регенерации теплоты отходящих потоков воздуха экономичность предложенного способа не уступает экономичности контактнодение воздуха проводят в вихревой трубе, а подачу его в камеру осуществляют тангенциально равномерными потоками по всей высоте камеры с образованием теплого и холодного потоков и отводом их из камеры замораживания, при этом подачу воды в камеру замораживания осуществляют в виде свободнопадающей струи по оси вихревого потока.

Роток°м воздуха из камеры замораживания, а теплый поток используют для V охлаждения поступающего в вихревую трубу воздуха.