RU2577462C2 - Method of producing icy slush - Google Patents

Method of producing icy slush Download PDF

Info

Publication number
RU2577462C2
RU2577462C2 RU2013150914/13A RU2013150914A RU2577462C2 RU 2577462 C2 RU2577462 C2 RU 2577462C2 RU 2013150914/13 A RU2013150914/13 A RU 2013150914/13A RU 2013150914 A RU2013150914 A RU 2013150914A RU 2577462 C2 RU2577462 C2 RU 2577462C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
water
ice
cooling
cooled
stream
Prior art date
Application number
RU2013150914/13A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013150914A (en
Inventor
Виктор Иванович Велюханов
Константин Анатольевич Коптелов
Original Assignee
Виктор Иванович Велюханов
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Виктор Иванович Велюханов filed Critical Виктор Иванович Велюханов
Priority to RU2013150914/13A priority Critical patent/RU2577462C2/en
Publication of RU2013150914A publication Critical patent/RU2013150914A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2577462C2 publication Critical patent/RU2577462C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)
  • Confectionery (AREA)

Abstract

FIELD: manufacturing technology.
SUBSTANCE: invention relates to methods for producing icy slush using refrigeration and can be implemented in fishing, poultry and dairy industries.
Method includes pre-cooling a stream of water to a temperature close to freezing temperature, then cooling stream of water to a temperature below 0°C in channels of a heat exchanger of a nonmagnetic material while exposing stream cooling water to a magnetic field along length of channel. Water flow rate in cooled channels from non-magnetic material is selected from ratio:
Figure 00000003
where:
w - water velocity in cooling passage, m/s,
l - size of channel, m,
µ - coefficient of dynamic viscosity of water, Pa·s,
ρ - density of water, kg/m3,
Re - Reynolds number equal to 2300.
EFFECT: compared to counterparts, method enables to obtain a continuous flow of ice slush with uniform ice granules, and is characterised by minimum noise level and high energy efficiency.
2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к холодильной технике, в частности к способам получения льдосодержащих пульп или суспензий, и может быть использовано для охлаждения и консервации рыбного сырья непосредственно на судах в районе промысла, на молочных фермах для охлаждения молока, а также в прицеперерабатывающей промышленности, например, охлаждение тушек кур после забоя, а также при производстве колбасных изделий.The invention relates to refrigeration, in particular to methods for producing ice-containing pulps or suspensions, and can be used for cooling and preserving fish raw materials directly on ships in the fishing area, on dairy farms for cooling milk, as well as in the processing industry, for example, cooling carcasses chickens after slaughter, as well as in the production of sausages.

Наиболее полно этим требованиям отвечает обыкновенная ледяная вода - для получения быстрого охлаждения охлаждаемого продукта ее температура должна быть максимально низкой, т.е. иметь температуру, близкую к температуре замерзания. Однако с технической точки зрения получение ледяной воды с температурой 0,5°C - 1°C - довольно сложная задача.Ordinary ice water meets these requirements to the fullest extent - to obtain rapid cooling of the cooled product, its temperature should be as low as possible, i.e. have a temperature close to freezing point. However, from a technical point of view, obtaining ice water with a temperature of 0.5 ° C - 1 ° C is a rather difficult task.

Широко используемые проточные герметичные кожухотрубные и пластинчатые теплообменники при получении ледяной воды имеют ограниченное применение. Это обусловлено опасностью из разрушения при достижении отрицательных температур кипения и замерзании ледяной воды внутри контура теплообменника. Поэтому широкое использование при получении ледяной воды получили открытые теплообменники.Widely used flow-tight sealed shell-and-tube and plate heat exchangers in the production of ice water have limited use. This is due to the danger of destruction when negative boiling points are reached and ice water freezes inside the heat exchanger circuit. Therefore, open heat exchangers are widely used in the production of ice water.

Наиболее простой тип открытого теплообменника - испаритель, выполненный в виде трубы, погруженной в бак. Кипящий внутри трубы хладагент охлаждает находящуюся в баке жидкость. Для интенсификации теплообмена жидкость в баке принудительно перемешивают либо с помощью механической мешалки, либо с помощью воздуха, которую подают в нижнюю часть бака. Такой способ получения ледяной воды позволяет также накапливать определенное количество «холода» в виде льда, который намерзает на поверхности испарителя.The simplest type of open heat exchanger is an evaporator made in the form of a pipe immersed in a tank. The refrigerant boiling inside the pipe cools the liquid in the tank. To intensify heat transfer, the liquid in the tank is forcibly mixed either with a mechanical stirrer or with air, which is supplied to the bottom of the tank. This method of producing ice water also allows you to accumulate a certain amount of "cold" in the form of ice, which freezes on the surface of the evaporator.

Пленочные испарители - являются панельными испарителями, в которых охлаждение ледяной воды до температур, близких к нулевым, достигается в процессе стекания тонкого слоя ледяной воды по поверхности испарителя. Вода подается в распределительный бак, расположенный над батареей пленочных испарителей. Из распределительного бака вода равномерно подается на вертикально расположенные панели, имеющие отрицательную температуру.Film evaporators - are panel evaporators in which cooling of ice water to temperatures close to zero is achieved by draining a thin layer of ice water on the surface of the evaporator. Water is supplied to a distribution tank located above the battery of film evaporators. From the distribution tank, water is uniformly supplied to vertically arranged panels having a negative temperature.

Тонкий слой воды, стекающей по поверхности панели, образует водяную пленку, и при этом интенсивно охлаждается. Охлажденная вода стекает в бак-аккумулятор для последующей подачи к потребителям. Температура ледяной воды на выходе из пленочного испарителя колеблется в пределах 0,5°C - 2,0°C. Наиболее часто пленочные испарители применяются в системах с постоянной нагрузкой в течение всего цикла работы оборудования.A thin layer of water flowing down the surface of the panel forms a water film, and is intensively cooled. Chilled water flows into the storage tank for subsequent supply to consumers. The temperature of ice water at the outlet of the film evaporator ranges from 0.5 ° C - 2.0 ° C. Most often, film evaporators are used in systems with a constant load during the entire cycle of equipment operation.

Недостатком большинства эти способов получения ледяной воды является их высокая металлоемкость и цикличность получения ледяной воды.The disadvantage of most of these methods of producing ice water is their high metal consumption and the cyclical nature of the production of ice water.

В последние годы активно развиваются нетрадиционные способы получения ледяной воды, которые позволяют получать ледяную суспензию или пульпу. Однако правильнее называть смесь воды и твердых частиц льда шугой, поскольку это два разных агрегатных состояния одного и того же вещества - воды.In recent years, unconventional methods for producing ice water have been actively developed, which make it possible to obtain an ice suspension or pulp. However, it is more correct to call a mixture of water and solid ice particles a sludge, since these are two different aggregate states of the same substance - water.

Известен способ получения льдосодержащей суспензии, согласно которому солевой раствор охлаждают до выделения водного льда на внутренней поверхности генератора-испарителя, выполненного в виде горизонтальной цилиндрической трубы, с наружной стороны которой насосом прокачивают хладагент, имеющий температуру ниже точки кристаллизации раствора. Образовавшийся водный лед с помощью шнека удаляют с поверхности теплообмена в резервуар-накопитель. В резервуаре-накопителе измельченный лед смешивается с жидкой фазой исходного раствора до состояния льдосодержащей пульпы, которую затем перекачивают насосом в резервуар хранения [Bel О., Lallemand А., 1999, Etude d′un fluide frigoporteur diphasique - 2: Analyse

Figure 00000001
du comportement thermique et
Figure 00000002
, International Journal of Refrigeration, vol. 22, pp. 175-187].A known method of producing an ice-containing suspension, according to which the saline solution is cooled until water ice is formed on the inner surface of the evaporator generator, is made in the form of a horizontal cylindrical pipe, on the outside of which a pump is pumped with a coolant having a temperature below the solution crystallization point. The formed water ice is removed by means of a screw from the heat exchange surface to the storage tank. In the storage tank, crushed ice is mixed with the liquid phase of the initial solution to the state of an ice-containing pulp, which is then pumped to the storage tank [Bel O., Lallemand A., 1999, Etude d′un fluide frigoporteur diphasique - 2: Analyse
Figure 00000001
du comportement thermique et
Figure 00000002
, International Journal of Refrigeration, vol. 22, pp. 175-187].

Основным недостатком указанного способа является то, что слой льда, выделяющийся на теплообменной поверхности генератора-испарителя, представляет собой термическое сопротивление, которое препятствует прохождению теплового потока от кристаллизующегося раствора к хладагенту. Устройство, удаляющее лед с поверхности теплообмена, имеет ограниченный ресурс работы, т.к. лед обладает высокой прочностью и шероховатостью. К тому же вращение устройства требует энергии, достигающей по величине 10% от энергии, необходимой для привода компрессора холодильной установки, которая отводит теплоту от кристаллизующегося раствора.The main disadvantage of this method is that the ice layer released on the heat exchange surface of the evaporator generator is a thermal resistance that impedes the passage of heat from the crystallizing solution to the refrigerant. A device that removes ice from the heat exchange surface has a limited service life, because ice has high strength and roughness. In addition, the rotation of the device requires energy reaching 10% of the energy required to drive the compressor of the refrigeration unit, which removes heat from the crystallizing solution.

Известен также способ получения льдосодержащей пульпы путем охлаждения морской воды до образования водного льда. Водный лед вымораживают на вертикальной поверхности генератора-испарителя, выполненного в форме плиты и имеющего температуру ниже криоскопической точки раствора. После образования на поверхности плиты испарителя тонкого слоя водного льда кипение хладагента в испарителе прекращается и в полости испарителя подают горячий пар, что приводит к падению слоя льда в резервуар-накопитель. В резервуаре-накопителе лед разрушается устройством механического типа и смешивается с жидкой фазой исходного раствора до состояния льдосодержащей пульпы, после чего пульпу перекачивают насосом в резервуар хранения («А METHOD AND APPARATUS FOR PRODUCING HOMOGENOUS FLUID ICE». WO/2004/081469. Дата приоритета 10.03.2003. Авторы: ARNASON, Ingolfar; SIMONSSEN, Johannes; KRISTJANSSON, Theodor).There is also known a method of producing an ice-containing pulp by cooling sea water to form water ice. Water ice is frozen on the vertical surface of the generator-evaporator, made in the form of a plate and having a temperature below the cryoscopic point of the solution. After the formation of a thin layer of water ice on the surface of the evaporator plate, the boiling of the refrigerant in the evaporator ceases and hot steam is supplied to the evaporator cavity, which leads to the fall of the ice layer into the storage tank. In the storage tank, ice is destroyed by a mechanical type device and mixed with the liquid phase of the initial solution to the state of an ice-containing pulp, after which the pulp is pumped to the storage tank (“A METHOD AND APPARATUS FOR PRODUCING HOMOGENOUS FLUID ICE.” WO / 2004/081469. Priority date 03/10/2003 Authors: ARNASON, Ingolfar; SIMONSSEN, Johannes; KRISTJANSSON, Theodor).

Недостатком указанного способа являются высокие удельные энергозатраты на получение льдосодержащей пульпы. Устройство механического типа для разрушения льда и смешивания его с жидкой фазой исходного раствора до состояния пульпы сложно в эксплуатации и имеет высокую стоимость, а также требует высоких энергетических затратах на свой привод, которые достигают 10% от холодопроизводительности компрессора.The disadvantage of this method is the high specific energy consumption for obtaining an ice-containing pulp. A mechanical type device for breaking ice and mixing it with the liquid phase of the initial solution to a pulp state is difficult to operate and has a high cost, and also requires high energy costs for its drive, which reach 10% of the compressor's cooling capacity.

Известен способ получения льдосодержащих суспензий, заключающийся в выделении твердой фазы из находящейся под вакуумом воды или водных растворов различных солей (NaCb, CaCl2), и послойном намораживании отдельных порций жидкой фазы (Маринюк Б.Т. Вакуумно-сублимационная установка для получения водного льда. - Холодильная техника, 2008, №3, с. 36).There is a method of producing ice-containing suspensions, which consists in isolating the solid phase from vacuum water or aqueous solutions of various salts (NaCb, CaCl 2 ), and layer-by-layer freezing of individual portions of the liquid phase (Marinyuk B.T. Vacuum-freeze-drying apparatus for producing water ice. - Refrigeration, 2008, No. 3, p. 36).

Автор способа выделяет его основное преимущество перед традиционными: «образование льда идет практически на поверхности раздела вода-пар и термосопротивление слоя водяного льда не оказывает отрицательного влияния на интенсивность его образования». Однако повышенное термическое сопротивление тепловому потоку приводит к необходимости увеличивать температурный напор между средами, участвующими в теплообмене, что влечет за собой повышение расхода энергии.The author of the method emphasizes its main advantage over the traditional ones: "ice formation occurs practically on the water-vapor interface and the thermal resistance of a layer of water ice does not adversely affect the intensity of its formation." However, the increased thermal resistance to heat flow leads to the need to increase the temperature head between the media involved in heat transfer, which entails an increase in energy consumption.

Известен патент РФ №2475684 « Способ получения льдосодержащей пульпы», автор Лапшин В.Д. В нем льдосодержащую пульпу получают путем охлаждения морской воды до образования пульпы, при введении в морскую воду жидкого CO2 в соотношении 1:1,6 при температуре минус 2°C под давлением 3,3 МПа, с последующим ее отводом при снижении давления до 0,1 МПа в резервуар хранения. Способ является очень перспективным, однако он может реализовываться только для заданного объема ледяной воды, т.е. недостатком этого способа является его цикличность.Known RF patent No. 2475684 "Method for producing ice-containing pulp", author Lapshin V.D. In it, an ice-containing pulp is obtained by cooling sea water to form a pulp, when liquid CO 2 is introduced into sea water in a ratio of 1: 1.6 at a temperature of minus 2 ° C under a pressure of 3.3 MPa, with its subsequent removal when the pressure drops to 0 , 1 MPa to the storage tank. The method is very promising, however, it can be implemented only for a given volume of ice water, i.e. The disadvantage of this method is its cyclical nature.

Одним из направлений получения ледяной воды является замораживание распыляемых капель воды в потоке воздуха или испаряющегося хладагента с низкой температурой. Такой способ получения потока ледяных гранул описан в патенте на изобретение №2077683 авторов Булимова В.А. и др., дата публикации 20.04.1997 г. Он предусматривает смешивание газового потока и струй хладагента с частичным его испарением и распыление жидкости в виде факела мелкодисперсных капель. Смесью первых двух компонентов обдувают факел третьего компонента с образованием потока ледяных гранул. Недостатком способа является его аэродинамический шум.One of the ways to obtain ice water is to freeze sprayed water droplets in a stream of air or low temperature evaporating refrigerant. Such a method for producing a stream of ice granules is described in the invention patent No. 2077683 by V. Bulimov, authors. et al., publication date 04/20/1997, it provides for mixing a gas stream and jets of refrigerant with its partial evaporation and spraying a liquid in the form of a torch of fine droplets. A mixture of the first two components is blown over the torch of the third component with the formation of a stream of ice granules. The disadvantage of this method is its aerodynamic noise.

В качестве прототипа предлагаемого авторами решения выбран патент SU №1483211 А1, опубл. 30.05.1989 г., авторов С.К. Дыменко и др. «Способ получения ледяной шуги», МКИ F25C 1/16. Данный способ получения ледяной шуги включает охлаждение воды за счет испарения ее паров с открытой поверхности в условиях вакуума, десублимации паров жидкости на поверхности охлаждаемого десублиматора, удаление льда с поверхности десублиматора за счет создаваемой вибрации и перемешивание образующейся шуги мешалкой для повышения равномерности фазового состава в шуге. Данный способ вследствие ряда недостатков имеет ограниченную область применения, в основном в периодически работающих экспериментальных установках, где вопросы энергоэффективности и шумовые характеристики не играют решающей роли. Основным недостатком способа-прототипа является низкая энергетическая эффективность получения шуги, поскольку в способе ее получения используются вакуумные насосы для поверхностного охлаждения воды, что требует применения мощных вакуумных насосов, а как известно, вакуумные насосы всегда характеризуются высоким энергопотреблением. Другой недостаток способа - повышенный шум от работы вибраторов. Кроме того, использование механической мешалки не позволяет получать высокую однородность шуги.As a prototype of the solution proposed by the authors, the patent SU No. 1483211 A1, publ. 05/30/1989, authors S.K. Dymenko et al. “Method for producing ice sludge”, MKI F25C 1/16. This method of producing ice sludge involves cooling water by evaporating its vapor from an open surface under vacuum, desublimating liquid vapor on the surface of the desublimator to be cooled, removing ice from the surface of the desublimator due to vibration and mixing the resulting sludge with a mixer to increase the uniformity of the phase composition in the sludge. Due to a number of disadvantages, this method has a limited scope, mainly in periodically operating experimental plants, where the issues of energy efficiency and noise characteristics do not play a decisive role. The main disadvantage of the prototype method is the low energy efficiency of producing sludge, since the method of its production uses vacuum pumps for surface cooling of water, which requires the use of powerful vacuum pumps, and as you know, vacuum pumps are always characterized by high energy consumption. Another disadvantage of this method is the increased noise from the operation of vibrators. In addition, the use of a mechanical mixer does not allow to obtain high homogeneity of the sludge.

Целью предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков, а именно, получение ледяной шуги с мелкими равномерными кристаллами льда, а также повышение энергетической эффективности и снижения уровня шума при реализации предложенного способа.The aim of the invention is to eliminate these drawbacks, namely, obtaining ice slurry with small uniform ice crystals, as well as improving energy efficiency and reducing noise when implementing the proposed method.

Поставленная цель достигается тем, что в способе получения ледяной шуги, включающем охлаждение воды, осуществляют предварительное охлаждение потока воды до температуры, близкой к температуре ее замерзания, последующее охлаждение потока воды до температуры ниже 0°C осуществляют в каналах теплообменника из немагнитного материала с воздействием при этом на поток охлаждаемой воды магнитным полем вдоль всей длины канала, при этом скорость потока воды в каждом канале из немагнитного материала выбирают из соотношенияThis goal is achieved by the fact that in the method of producing ice sludge, including cooling water, pre-cooling the water stream to a temperature close to its freezing temperature, subsequent cooling of the water stream to a temperature below 0 ° C is carried out in the channels of the heat exchanger from a non-magnetic material with exposure to this is the flow of cooled water by a magnetic field along the entire length of the channel, while the speed of the water flow in each channel of non-magnetic material is selected from the ratio

Figure 00000003
Figure 00000003

где:Where:

W - скорость движения воды, м/с,W is the water velocity, m / s,

l - размер охлаждаемого канала, м,l is the size of the cooled channel, m,

µ - коэффициент динамической вязкости воды, Па·с,µ is the coefficient of dynamic viscosity of water, Pa · s,

ρ - плотность воды, кг/м3,ρ is the density of water, kg / m 3 ,

Re - критерий Рейнольдса, равный 2300.Re - Reynolds criterion equal to 2300.

В основе предложенного способа используются результаты исследования японских ученых и изобретателей Норио Осада и Курита Сатору, полученные при исследовании неподвижных жидкостей. В 2006 году эти японские изобретатели, работающие в области заморозки продуктов питания, получили российский патент №2 279 407 «Способ быстрого замораживания и установка быстрого замораживания», МКП F25D 13/00, A23L 3/36, патентообладатель компанией ABI Limited (Япония). Эта технология описана, кроме самого патента, в статье «CAS-замораживание - фантастика или реальность?», журнал Холодильный бизнес, №2, 2009 г., с. 12-16, в статье «От сохранности продуктов к сохранности органов человека… Революционная система заморозки - Cells Alive System совершенствуется» в журнале Холодильный бизнес, №8, 2011 г., с. 10-12, в статье «CAS-заморозка сохраняет людям зубы. На очереди другие органы» в журнале «Холодильный бизнес», №8, 2013 г., с. 22-24., а также в зарубежных журналах Journal of Criobiology, Forbes Magazine и Journal of Biomedical Research.The basis of the proposed method uses the results of a study of Japanese scientists and inventors Norio Osada and Kurita Satoru obtained in the study of stationary liquids. In 2006, these Japanese inventors working in the field of food freezing received the Russian patent No. 2 279 407 “Method for quick freezing and installation of quick freezing”, MKP F25D 13/00, A23L 3/36, patent holder by ABI Limited (Japan). This technology is described, in addition to the patent itself, in the article “CAS-freezing - science fiction or reality?”, Refrigeration Business Magazine, No. 2, 2009, p. 12-16, in the article "From the Preservation of Products to the Preservation of Human Organs ... The Revolutionary Freezing System - Cells Alive System is Improving" in the magazine Refrigeration Business, No. 8, 2011, p. 10-12, in the article “CAS-freezing saves people teeth. Other authorities are next in turn ”in the magazine“ Refrigeration Business ”, No. 8, 2013, p. 22-24., As well as in foreign journals Journal of Criobiology, Forbes Magazine and Journal of Biomedical Research.

Компания ABI разработала способ замораживания продуктов питания, который меняет физику самого процесса. Японские авторы предложили использовать для этого традиционное воздействие холодной среды на продукт при одновременном воздействии на продукт с содержанием воды электромагнитного поля. Использование электромагнитных колебаний приводит молекулы воды во вращение вокруг собственной оси (в отличие от вибраций, как в микроволновой печи), что предотвращает их кластеризацию (сращивание) и формирование кристаллов льда, повреждающих клеточные стенки. Это вращение молекул также снижает температуру замерзания воды примерно до -7°C. Когда продукт, в том числе и вода, достигнет этой температуры, электромагнитное поле отключается и промерзает насквозь почти мгновенно. На международных выставках, в статьях и видеороликах авторы демонстрировали, как предложенные ими способ заморозки предотвращает образование кристаллов льда при заморозке стеклянной бутылки, наполненной водой. Уровень воды остался неизменным, стекло целым, а вода чистой. При этом технология CAS использует на 30% меньше энергии, чем обычные морозильные камеры, и действует в несколько раз быстрее, в зависимости от типа продукта. Однако авторы охлаждают только неподвижный фиксированный объем жидкости, находящийся в охлаждаемом продукте, ограниченный стенками холодильной камеры. При этом продукт в холодильную камеру закладывается с температурой, существенно выше температуры замерзания воды.ABI has developed a way to freeze food products that changes the physics of the process itself. Japanese authors have proposed using the traditional effect of a cold environment on the product while simultaneously exposing the product to an electromagnetic field containing water. The use of electromagnetic oscillations causes water molecules to rotate around their own axis (in contrast to vibrations, as in a microwave oven), which prevents their clustering (splicing) and the formation of ice crystals that damage cell walls. This rotation of the molecules also lowers the freezing point of water to about -7 ° C. When the product, including water, reaches this temperature, the electromagnetic field is turned off and freezes through almost instantly. At international exhibitions, in articles and videos, the authors demonstrated how their proposed method of freezing prevents the formation of ice crystals when freezing a glass bottle filled with water. The water level has remained unchanged, the glass is intact, and the water is clean. At the same time, CAS technology uses 30% less energy than conventional freezers, and acts several times faster, depending on the type of product. However, the authors only cool a fixed, fixed volume of liquid in the product being cooled, limited by the walls of the refrigerator. In this case, the product is placed in the refrigerator compartment with a temperature significantly higher than the freezing temperature of water.

Проведенные патентные исследования показали, что совокупность отличительных признаков, характеризующих предлагаемое техническое решение, авторам неизвестна, что позволяет сделать вывод о соответствии способа получения ледяной шуги критерию «существенные отличия».The conducted patent studies have shown that the set of distinctive features characterizing the proposed technical solution is unknown to the authors, which allows us to conclude that the method for producing ice slurry meets the criterion of "significant differences".

Технический результат при использовании предложенного способа охлаждения жидкой среды достигается за счет того, что в отличие от существующих в настоящее время аналогичных способов он обладает следующими положительными свойствами:The technical result when using the proposed method for cooling a liquid medium is achieved due to the fact that, unlike the currently existing similar methods, it has the following positive properties:

- предварительное охлаждение воды до температуры, близкой к точке замерзания, позволяет уменьшить размеры теплообменника с охлаждаемыми каналами и снизить затраты энергии на создание магнитного поля. Количество холода, необходимого для охлаждения воды ниже ее точки замерзания, будет точно соответствовать охлаждению потока воды от +1°C до минус 7°C (фактически это предельная температура, до которой можно охладить воду в магнитном поле без видимых кристаллов льда). Если охлаждать в этом теплообменнике воду с начальной температурой +18÷+20°C, то размеры теплообменника, расход энергии на создание магнитного поля вдоль охлаждаемых каналов, а также затраты холода на охлаждение воды до температуры минус 7°C возрастут в несколько раз;- pre-cooling the water to a temperature close to the freezing point, allows you to reduce the size of the heat exchanger with cooled channels and reduce energy costs for creating a magnetic field. The amount of cold required to cool the water below its freezing point will exactly correspond to cooling the water flow from + 1 ° C to minus 7 ° C (in fact, this is the limit temperature to which water can be cooled in a magnetic field without visible ice crystals). If you cool water in this heat exchanger with an initial temperature of + 18 ÷ + 20 ° C, then the dimensions of the heat exchanger, the energy consumption for creating a magnetic field along the cooled channels, as well as the cost of cold for cooling water to a temperature of minus 7 ° C will increase several times;

- использование электромагнитных колебаний приводит молекулы воды во вращение вокруг собственной оси, что предотвращает их кластеризацию (сцепление друг с другом) и формирование кристаллов льда. Это вращение молекул искусственно снижает температуру замерзания воды примерно до -7°C. При этом, когда магнитное поле перестает взаимодействовать с водой, вода почти мгновенно промерзает. Поэтому на выходе из охлаждающих трубок магнитное поле прекращает воздействовать на воду и она превращается в мелкие кристаллы льда. Варьируя величиной магнитной индукции, скоростью потока охлаждаемой жидкости, а также конечной температурой, до которой охлаждается вода в охлаждаемых каналах (от -2°C до -7°C), на выходе из каналов можно получить ледяную шугу и с различным процентным соотношением доли воды и ее замороженных частиц так называемый «жидкий лед».- the use of electromagnetic oscillations causes water molecules to rotate around their own axis, which prevents their clustering (adhesion to each other) and the formation of ice crystals. This rotation of the molecules artificially lowers the freezing point of water to about -7 ° C. Moreover, when the magnetic field ceases to interact with water, the water freezes almost instantly. Therefore, at the exit from the cooling tubes, the magnetic field ceases to affect water and it turns into small ice crystals. Varying the magnitude of the magnetic induction, the flow rate of the cooled liquid, and also the final temperature to which the water is cooled in the cooled channels (from -2 ° C to -7 ° C), an ice slurry with a different percentage of the proportion of water can be obtained at the outlet of the channels and its frozen particles, the so-called "liquid ice".

- выбор скорости потока жидкой среды из указанного соотношения создает в охлаждаемых каналах гарантированное турбулентное течение жидкости, что резко увеличивает по сравнению с ламинарным потоком коэффициент теплоотдачи от материала охлаждающих каналов к охлаждаемой воде, что в свою очередь снижает энергетические затраты на охлаждение жидкости, например, потребуется меньшая холодопроизводительность системы.- the choice of the flow rate of the liquid medium from the specified ratio creates a guaranteed turbulent liquid flow in the cooled channels, which sharply increases the heat transfer coefficient from the material of the cooling channels to the cooled water compared to the laminar flow, which in turn reduces the energy cost of cooling the liquid, for example, lower system cooling capacity.

Практическую реализацию предлагаемого способа рассмотрим на примере получения ледяной шуги для охлаждения молока в пунктах приема его на молочных фермах.The practical implementation of the proposed method will be considered on the example of obtaining ice sludge for cooling milk at the points of reception on dairy farms.

На фиг. 1 схематично изображена реализация предложенного способа получения ледяной шуги, где цифрами обозначены:In FIG. 1 schematically depicts the implementation of the proposed method for producing ice sludge, where the numbers denote:

1 - теплообменник из немагнитного материала1 - heat exchanger from non-magnetic material

2 - охлаждаемые каналы2 - cooled channels

3 - патрубок входа воды3 - water inlet pipe

4 - патрубок входа хладагента4 - refrigerant inlet pipe

5 - патрубок выхода хладагента5 - pipe outlet refrigerant

6 - генератор магнитного поля6 - magnetic field generator

7 - шугообразная ледяная вода7 - sludge-shaped ice water

8 - молокоохладитель8 - milk cooler

9 - емкость для охлаждаемого молока.9 - capacity for chilled milk.

Предложенный способ реализуется следующим образом. Охлаждаемая вода с температурой +2÷+1°C поступает в теплообменник 1 из немагнитного материала, например меди, с охлаждаемыми каналами 2 через патрубок входа воды 3. Каналы 2 охлаждаются парожидкостной смесью хладагента, например, фреона R 507, поступающей в теплообменник 1 с температурой -10÷12°C через патрубок входа хладагента 4 и выходящей с температурой минус 5°C÷-7°C через патрубок выхода хладагента 5. Вокруг боковой поверхности теплообменника 1 из немагнитного материала установлен генератор магнитного поля 6, воздающий внутри теплообменника 1 магнитное поле с величиной индукции 1500-2000 Гс. Поток воды с температурой +2÷+1°C, поступая в охлаждаемые фреоном каналы 2, охлаждается ниже точки замерзания, при этом под воздействием магнитного поля вода, протекающая по каналам 2, переходит в сверхохлажденное состояние, так называемую «связанную воду». Температура образования кристаллов в такой воде в магнитном поле определенной интенсивности может опускаться до минус 7°C. Вода, после прохождения по каналам 2 в электромагнитном поле, охлаждается до температур около минус 5÷6°C и после выхода из теплообменника 1 и прекращения воздействия на нее магнитного поля начинает терять свойства сверхохлажденного состояния и превращается в шугообразную ледяную воду 7, состоящую из мелких кристаллов льда и воды. Эта шугообразная масса 7 поступает в молокоохладитель 8, где охлаждает емкость для охлаждаемого молока 9 до необходимой для хранения и перевозки молока температуры +2÷+4°C.The proposed method is implemented as follows. Cooled water with a temperature of + 2 ÷ + 1 ° C enters the heat exchanger 1 from non-magnetic material, such as copper, with cooled channels 2 through the water inlet 3. The channels 2 are cooled by a vapor-liquid mixture of refrigerant, for example, freon R 507, which enters the heat exchanger for 1 s temperature -10 ÷ 12 ° C through the inlet pipe of the refrigerant 4 and leaving with a temperature of minus 5 ° C ÷ -7 ° C through the pipe in the outlet of the refrigerant 5. Around the side surface of the heat exchanger 1 of non-magnetic material there is a magnetic field generator 6, which produces 1 m inside the heat exchanger gnitnoe field induction value of 1500-2000 gauss. The flow of water with a temperature of + 2 ÷ + 1 ° C, entering the channels 2 cooled by freon, is cooled below the freezing point, while under the influence of a magnetic field the water flowing through the channels 2 passes into a supercooled state, the so-called “bound water”. The temperature of crystal formation in such water in a magnetic field of a certain intensity can drop to minus 7 ° C. Water, after passing through channels 2 in an electromagnetic field, is cooled to temperatures around minus 5 ÷ 6 ° C and after leaving the heat exchanger 1 and stopping the influence of a magnetic field on it, it begins to lose the properties of a supercooled state and turns into a slush-like ice water 7, consisting of shallow ice crystals and water. This sludge-like mass 7 enters the milk cooler 8, where it cools the container for cooled milk 9 to the temperature + 2 ÷ + 4 ° C necessary for storing and transporting milk.

Учитывая, что суммарный коэффициент теплоотдачи от фреона к охлаждаемой воде в каналах при ламинарном течении будет ниже, чем при турбулентном (это известно из теории теплообмена), расход воды для теплообменника 1 выбирают исходя из условия, чтобы в каждом охлаждаемом канале соблюдался турбулентный режим течения воды. Тогда из соотношения W > Re μ d ρ

Figure 00000004
, задав внутренний диаметр d охлаждающего канала равным 0,02 м, определим значение минимальной скорости движения жидкости, которое гарантирует турбулентный режим течения жидкости. Учитывая соотношение динамической µ и кинематической вязкости ν, определяемое формулой ν = μ ρ
Figure 00000005
, минимальная скорость течения воды в охлаждаемом канале определяется из соотношения W > Re ν d
Figure 00000006
. Кинематическая вязкость ν воды вблизи температуры замерзания будет равна ν=1,78×10-6 м2/c, тогда значение скорости течения воды в канале должно быть не менее w=0,4 м/c. Исходя из этой скорости определяем расход воды в одном канале по формуле Q=F·W и получаем расход через один канал 125 см3/с. По паспорту на молокоохладитель требуется гарантировать расход не менее 4 м3/ч. Тогда получаем, что для обеспечения данного расхода при указанной скорости потребуется не менее 10 каналов.Considering that the total heat transfer coefficient from freon to cooled water in the channels during laminar flow will be lower than during turbulent (this is known from the theory of heat transfer), the water flow rate for heat exchanger 1 is chosen on the basis of the condition that the turbulent flow of water is observed in each cooled channel . Then from the relation W > Re μ d ρ
Figure 00000004
by setting the inner diameter d of the cooling channel equal to 0.02 m, we determine the value of the minimum fluid velocity, which guarantees a turbulent mode of fluid flow. Given the ratio of dynamic µ and kinematic viscosity ν defined by the formula ν = μ ρ
Figure 00000005
, the minimum water flow rate in the cooled channel is determined from the relation W > Re ν d
Figure 00000006
. The kinematic viscosity ν of water near the freezing temperature will be equal to ν = 1.78 × 10 -6 m 2 / s, then the value of the water flow velocity in the channel should be at least w = 0.4 m / s. Based on this speed, we determine the flow rate of water in one channel using the formula Q = F · W and obtain a flow rate of 125 cm 3 / s through one channel. According to the passport for the milk cooler, a flow rate of at least 4 m 3 / h is required. Then we get that to ensure this flow rate at the indicated speed, at least 10 channels will be required.

Таким образом, основным преимуществом предложенного способа получения ледяной шуги является предельно-возможная равномерность получаемых ледяных гранул, отличающихся малым размером, что обеспечивается воздействием магнитного поля на молекулы воды, не давая им группироваться в большие кластеры. Способ практически бесшумен в работе, что является важным преимуществом при использовании его в технологических цехах с присутствующим рабочим персоналом, что нельзя сказать о способах получения ледяной шуги с использованием различного вида вихревых труб и механических скребковых механизмов. Важными достоинствами предложенного способа является его энергоэффективность за счет принудительного создания турбулентного потока воды в охлаждаемом канале.Thus, the main advantage of the proposed method for producing ice sludge is the maximum possible uniformity of the obtained ice granules, which are small in size, which is ensured by the action of a magnetic field on water molecules, preventing them from being grouped into large clusters. The method is practically silent in operation, which is an important advantage when used in technological workshops with working personnel present, which cannot be said about the methods for producing ice sludge using various types of vortex tubes and mechanical scraper mechanisms. Important advantages of the proposed method is its energy efficiency due to the forced creation of a turbulent flow of water in the cooled channel.

Кроме того, реализация данного способа позволяет создавать компактные, простые и надежные устройства для получения ледяной шуги в различных отраслях пищевой и промышленной индустрии.In addition, the implementation of this method allows you to create compact, simple and reliable devices for producing ice sludge in various sectors of the food and industrial industries.

Claims (2)

1. Способ получения ледяной шуги, включающий охлаждение воды, отличающийся тем, осуществляют предварительное охлаждение потока воды до температуры, близкой к температуре замерзания, последующее охлаждение потока воды до температуры ниже 0°C осуществляют в каналах теплообменника из немагнитного материала с воздействием при этом на поток охлаждаемой воды магнитным полем вдоль всей длины канала.1. A method of producing an ice slurry, including cooling water, characterized in that the water stream is pre-cooled to a temperature close to freezing, and the water stream is subsequently cooled to a temperature below 0 ° C in non-magnetic material heat exchanger channels with the impact on the stream cooled water by a magnetic field along the entire length of the channel. 2. Способ получения ледяной шуги по п. 1, отличающийся тем, что при этом скорость потока воды в каждом канале из немагнитного материала выбирают из соотношения
Figure 00000003

где:
w - скорость движения воды в охлаждаемом канале, м/с,
l - размер канала, м,
µ - коэффициент динамической вязкости воды, Па·с,
ρ - плотность воды, кг/м3,
Re - критерий Рейнольдса, равный 2300.
2. A method of producing an ice sludge according to claim 1, characterized in that the water flow rate in each channel from a non-magnetic material is selected from the ratio
Figure 00000003

Where:
w is the velocity of water in the cooled channel, m / s,
l - channel size, m,
µ is the coefficient of dynamic viscosity of water, Pa · s,
ρ is the density of water, kg / m 3 ,
Re - Reynolds criterion equal to 2300.
RU2013150914/13A 2013-11-15 2013-11-15 Method of producing icy slush RU2577462C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013150914/13A RU2577462C2 (en) 2013-11-15 2013-11-15 Method of producing icy slush

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013150914/13A RU2577462C2 (en) 2013-11-15 2013-11-15 Method of producing icy slush

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013150914A RU2013150914A (en) 2015-05-20
RU2577462C2 true RU2577462C2 (en) 2016-03-20

Family

ID=53283900

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013150914/13A RU2577462C2 (en) 2013-11-15 2013-11-15 Method of producing icy slush

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2577462C2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108645083A (en) * 2018-05-25 2018-10-12 厦门国仪科学仪器有限公司 A kind of automatic sterile ice machine and method
CN111928549B (en) * 2020-08-25 2022-05-06 江苏心源航空科技有限公司 Preparation method of hailstones with controllable density and extrusion device for manufacturing hailstones

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU501746A1 (en) * 1974-03-01 1976-02-05 Дагестанский Политехнический Институт Fruit Juice Concentration Machine
SU640095A2 (en) * 1976-11-17 1978-12-30 Московский технологический институт мясной и молочной промышленности Device for freezing liquid materials
SU1483211A1 (en) * 1987-01-28 1989-05-30 Предприятие П/Я В-8685 Method of producing slush
WO1992009857A1 (en) * 1990-12-03 1992-06-11 Aqua Dynamics Group Corp. Ice making water treatment

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU501746A1 (en) * 1974-03-01 1976-02-05 Дагестанский Политехнический Институт Fruit Juice Concentration Machine
SU640095A2 (en) * 1976-11-17 1978-12-30 Московский технологический институт мясной и молочной промышленности Device for freezing liquid materials
SU1483211A1 (en) * 1987-01-28 1989-05-30 Предприятие П/Я В-8685 Method of producing slush
WO1992009857A1 (en) * 1990-12-03 1992-06-11 Aqua Dynamics Group Corp. Ice making water treatment

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013150914A (en) 2015-05-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Stamatiou et al. Ice slurry generation involving moving parts
You et al. Control of ice nucleation for subzero food preservation
RU2278717C2 (en) Method and device for continuous crystallization of liquid by freezing
US6658889B2 (en) Apparatus for producing potable water and slush from sea water or brine
KR101779368B1 (en) Seawater Ice Generator
RU2577462C2 (en) Method of producing icy slush
JP6311191B6 (en) Method and system for producing a solid-liquid mixture of constant melting point temperature
JP2007132649A (en) Sherbet ice making machine
Samah et al. Review on ice crystallization and adhesion to optimize ice slurry generators without moving components
Mouneer et al. Heat transfer performance of a newly developed ice slurry generator: A comparative study
Lyu et al. Progress of ice slurry in food industry: application, production, heat and mass transfer
Wang et al. Research on energy saving of ultrasonic wave in the process of making sea-slurry ice
Fumoto et al. Ice slurry generator using freezing-point depression by pressurization–case of low-concentration NaCl aqueous solution
US9476628B2 (en) Industrial shell and tube heat exchanger
JP2017040467A5 (en)
Yun et al. Ice formation in the subcooled brine environment
RU2454616C1 (en) Ice generator and ice generation method
JP2004053142A (en) Ice water producer
JPH11501212A (en) Method and refrigeration apparatus for making slush ice
AU2021106487A4 (en) Continuous ice production
Pamitran et al. A review paper of sea-water ice slurry generator and its application on Indonesian traditional fishing
RU2550191C1 (en) Water purification apparatus
Gökoğlu et al. Freezing technology
JP6482691B1 (en) Production equipment for fine ice containing salt
JP2020016427A (en) Apparatus for making fine ice with salinity

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20171116