Способ намораживания льда в термоэлектрическом льдогенераторе Советский патент 1992 года по МПК F25C1/12 F25B21/02 

водят оттайку полученного слоя от стенок и заливают очередную порцию воды.

Сущность способа состоит в том, что при заливке очередной порции воды в форму блок льда всплывает и замораживанию подвергается близлежащий к источнику холода слой воды, что существенно сокращает энергозатраты на замораживание.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема льдогенератора, реализующего пред лагаемый способ; на фиг. 2 - рассчетные зависимости относительного сокращения времени замораживания ГН/ГБ от количества слоев или циклов замораживания.

На чертежах введены обозначения: 1 ванна, 2 - лед, 3 - термоэлектрическая батарея, 4 - теплообменник на горячей стороне термобатареи, 5 - ресивер, 6 - трубопровод, 7,8- вентили, h - высота 1-го слоя льда, I - VHI - номера слоев, Н - высота формы.

Согласно фиг. 2: 1 - зависимость ГН/ГБ (х) для неограниченной ванны; 2 - ТН/ТБ(Х) для льдоформы с соотношением высоты и диаметра H/d 0,35; tH и ГБ - время получе- 25 ния льда по новому (предлагаемому) и базовому (известному) способу.

Эффект сокращения времени получения льда при его получении по предлагаемому способу базируется на квадратичной зависимости искомого времени от толщины Н намораживаемого слоя льда, что видно из формулы:

10

15

20

30

Тн ТК

+

То-Тк , 5с , Н ч ДТ 2с IV где Т0 - время охлаждения воды от начальной температуры Тн до Т0 0°С; тз - время замораживания воды; Тк - конечная (наинизшая) температура льдоформы;

тв, Св - масса и теплоемкость воды; К - коэффициент теплоотдачи от вбды к льдоформе;

FO - поверхность теплообмена; г -1 удельная теплота кристаллизации воды;

/ЭлАя плотность и теплопроводность льда;

ДТ - перепад температур между замерзающей водой при 0°С и температурой стенки льдоформы;

Ох коэффициент теплоотдачи со стороны хладагента;

Ј - термическое сопротивление ета,н- ки.

35

40

45

50

55

5

0

5

0

0

5

0

5

0

5

Так как в термоэлектрическом льдогенераторе , а бс/Лг О, то время замора- живания при условии ДТ Const I пропорционально квадрату толщины льда зЈН . В реальных конструкциях термоэлектрических льдогенераторов AT fConst и является функцией начальной и конечной температуры льдоформы в процессе замораживания. Разработанная математическая модель учитывает эту зависимость, в результате чего функции ТН/ГБ (х), изображенные на фиг. 2, носят не монотонный характер, а имеют экстремум, соответствующий макси- х мальной эффективности способа. 1

Предлагаемый способ заключается в следующем.

Предварительно устанавливают количество циклов намораживания блока льда, соответствующее количеству слоев льда по высоте льдоформы, например 8 (фиг. 1,1- VIII). При этом исходят из условия ГН/ГБ- min (фиг. 2) и технической возможности дозирования небольших порций воды.

Подают в льдоформу 1 снизу первую порцию воды, включают термоэлектрическую батарею 3 в режим охлаждения, замо- раживают воду, затем переключают термобатарею в режим нагрева. Пластина льда оттаивает от стенок льдоформы, причем растеплению подвергается пристеночный слой льда толщиной 0,2 - 0,6 мм. Потом подают снизу следующую порцию воды и переключают термобатарею в режим охлаж- дения. Новая порция воды поднимает; лед вверх, т. е. лед всплывает. Очередную порцию воды замораживают до ее смерзания с плавающим блоком льда. Цикл повторяют X раз до получения слоя льда толщиной Н, после чего готовый лед после последней оттайки вынимают из льдоформы вручную приспособлением типа щипцов либо путем подачи большего количества воды в льдоформу, которая выталкивает лед наружу.

Предлагаемый способ может быть реализован в устройстве, схема которого показана на фиг. 1. Устройство обеспечивает подачу воды в льдоформу 1 снизу по трубопроводу 7 из установленного рядом с льдо- формой ресивера 5.

При открытом вентиле 7 уровень h воды в ванне поддерживается уровнем воды в ресивере 5. Во второй фазе процесса охлаждения, когда выпускное отверстие трубопровода б в льдоформе блокируется ледяной пробкой, открывают вентиль 8 и заливают в ресивер очередную порцию воды, Данное устройство удобно как в случае использования льдоформы с вертикальными стенками, где ., так и в расширяющейся кверху

льдоформе, где количество циклов удобнее определять из соотношения объемов порций U V/X- Кроме описанной, возможно использование автоматического объемного дозатора с реализацией подачи воды под напором, создаваемым насбсоХ или гидростатическим напором (для случая установки дозатора выше льдоформы).

В широкой плоской льдоформе, рассчитываемой как неограниченная ванна, где можно пренебречь теплообменом воды со стенками, эффективность предлагаемого способа не зависит от количества слоев, а предельное сокращение времени получения льда составляет 2 - 2,5 раза. С ростом соотношения высоты и эквивалентного диаметра льдоформы H/d эффект уменьшается и, начиная с H/d 0,35 мм, смещается в область труднореализуемых значений X, Следовательно, рекомендуемый диапазон применимости способа целесообразно ограничить условием H/d 0,35. Рекомендуемые значения X составляют 5-20 при Н 25мм,

Предлагаемый способ может быть ис пользован в льдогенераторах кубикового и плиточного льда производительностью 0.2 - 2 кг льда в час на базе серийных и нестандар- тныхтермоэлектрически батарей, позволяющих легкб реализовать переключения режимов охлаждение-нагрев.

Формула изобретения Способ намораживания льда в термоэлектрическом льдогенераторе, включаю щий охлаждение Заливаемой в льдоформу льдогенератора воды, изменение полярности питания термоэлектрической батареи льдогенератора, оттаивание от стенок льдоформы образовавше/ося льда, отличающийся тем, что, с целью сокращения , времени образования блока льда, заливку воды в льдоформу осуществляют последова- тельно пбрциями, воду подают в льдоформу снизу, каждую порцию воды охлаждают до замораживания, затем производят оттайку полученного слоя льда от стенок и заливают очередную порцию воды.

Т

ЈФ

Фие1 ,

u

u

К

s

Ч

0,4

a # # « & x

Фиг.1

a