SU1555606A1 - Способ получени водного льда - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к холодильному оборудованию, производ щему кусковой или гранулированный лед. Цель изобретени  - снижение энергозатрат и расширение технологических возможностей. Способ включает получение трубчатого или кускового льда в камере методом контактного охлаждени  свободнопадающей струи воды закрученным потоком воздуха с использованием вихревого разделени  воздуха и регенерации теплоты отход щих потоков воздуха. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Description

Изобретение относитс  к холодильному оборудованию, производ щему кусковой или гранулированный лед дл  предпри тий торговли, общественного питани , а также дл  использовани  в медицинских учреждени х и научных лаборатори х.

Цель изобретени  - снижение энергозатрат и расширение технологических возможностей.

Способ получени  водного льда включает предварительное охлаждение воды и воздуха и подачу их в камеру замораживани , причем предварительное охлаждение воздуха провод т в вихревой трубе, а подачу его в камеру осуществл ют тангенциально равномерными потоками по всей высоте камеры с образованием теплого и холодного потоков и отводом их из камеры замораживани , при этом подачу воды в камеру замораживани  осуществл ют

в виде свободпопадающей струи по оси вихревого потока.

Кроме того, предварительное охлаждение воды провод т холодным потоком воздуха из камеры замораживани , а теплый воздух используют дл  охлаждени  поступающего в вихревую трубу воздуха.

На чертеже изображена принципиальна  схема льдогенератора дл  осуществлени  предлагаемого способа.

Льдогенератор включает вертикаль- , но установленную цилиндрическую ка- , меру 1 замораживани , ванну 2 предварительного охлаждени  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 замораживани , установленные концентрично по периметру

ел ел ел

О&

о о

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

Способ получени  льда состоит в следующем.

Через кран 12 производ т заливку ванны 2 водой и так устанавливают расход воды, чтобы поддержать посто нный 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  вл етс  воздух. Его сжимают в компрессоре до давлени  10-15 атм и направл ют его через теплообменник 11, где он охлаждаетс  до температу- ры отход щего потока воздуха Тг + (5-10). Затем по магистрали 10 воздух направл ют в вихревую трубу или р д из N вихревых труб, обеспечива  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 выбрасываетс  в окружающую сре

ду. а холодный (TXl 243-253 К) направл ют через патрубки 6 в камеру 1. Подачу осуществл ют тангенциально равномерными потоками по всей высоте камеры 1, дл  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- с  в камеру тангенциальной Согласно, тому же эффекту Ранка в камере 1 происходит вторичное разделение воздуха по температурам, однако указанный эффект про вл етс  слабо ввиду того, что перепад давлений до и после камер 1 невелик, В результате температура TX потока в центральной части камеры оказываетс  на 3-5°С ниже температуры Tf на периферии. Дл  выравнивани  давлени  по длине камера 1 выполнена расшир ющейс  кверху, i Периферийный теплый поток выходит через патрубки 7 в днище 8 и направ-

Q

5

Q 5 Q

л етс  через теплообменник 11, где может быть использован дл  охлаждени  поступающего в вихревую трубу воздуха, и тем самым осуществл етс  регенераци  теплоты (холода) в разомкнутом воздушном цикле. Приосевой холодный поток может использоватьс  дл  предварительного охлаждени  воды, дл  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 охлаждаетс  от 10-12 до 2-3°С. Дл  улучшени  теплообмена стенки ванны могут иметь внутреннее и наружное оребре- ние.

Механизм взаимодействи  свободно- падающей струи воды с вихревым потоком сложен и до насто щего времени детально не изучен. Экспериментально установлено, что по мере падени  струи в неподвижном воздухе скорость элементарного объема воды растет, диаметр струи уменьшаетс . Когда сумма массовых сил превышает силы поверхностного нат жени , стру  рветс , распада сь на фрагменты и отдельные капли. В закрученном потоке происходит закрутка струи, на ее поверхности по вл ютс  волны, причем как продольные, так и поперечные. Последнее объ сн етс  тем, что результирующий вектор скорости потока направлен под углом около 45 к оси струи и навстречу ему. Из-за этого происходит внешнее подтормаживание струи, измен етс  профиль скорости в сечении. Важно , что при волновом движении поверхности струи скорость падени  воды не оказывает определ ющего вли ни  на коэффициент теплопередачи, который в большей степени зависит от скорости воздуха. При увеличении последней закрученный поток начинает раскачивать струю вплоть до ее распылени . Дл  стабилизации формы струи на участке доохлаждени  и поверхностной кристаллизации (0,6-0,95 длины камеры ) используют тонкую проволоку 4 с минимальной адгезией, которую располагают по оси струи, подвешива  ее к сетке 3. Проволока вызывает дополнительное торможение (внутреннее) струи и тем самым увеличиваетс  врем  Јр контакта элементарного объема воды с холодным потоком. Длина камеры L и

расход воздуха G рассчитывают так, чтобы времени Ј0 было достаточно дл  образовани  льда. Дополнительными параметрами , вариаци  которых обеспечи- вает работоспособность льдогенератора ,  вл ютс  начальна  толщина струи,

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

556066

го замораживани  в жидком хладагенте и превосходит экономичность способа получени  льда внутри и на поверхности трубок. Последнее объ сн етс  простотой реализации, включа  низкую се- |бестоимость льдогенератора, и отсут- | ствием энергозатрат на оттайку. Кро- I ме того, регулирование параметров получаемого льда значительно расшир ет область применени  способа.

10

Claims (2)

1. Формула изобретени 

   15 Способ получени  водного льда,

   включающий предварительное охлаждение воды и воздуха и подачу их в камеру замораживани , отличающий- с   тем, что, с цепью снижени ,энер

   длины (от 1 до 5-10 см). При увеличе- 20 гозатрат и расширени  технологических нии расхода воздуха и уменьшении Lвозможностей, предварительное охлаждо 1,2-1,5 м размер кусков льда уменьшаетс  до 0,2-0,3 см. В принципе возможно получение снежного льда и во- долед ной пульпы. Готовый лед, выпадающий из отверсти  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 решени  проблем его оттайки и выемки. Благодар  использованию двойного вихревого разделени  воздуха, регенерации теплоты отход щих потоков воздуха экономичность предложенного способа не уступает экономичности контактнодение воздуха провод т в вихревой трубе , а подачу его в камеру осуществл ют тангенциально равномерными потоками по всей высоте камеры с образованием теплого и холодного потоков и отводом их из камеры замораживани , при этом подачу воды в камеру замораживани  осуществл ют в виде свободнопадающей струи по оси вихревого потока .
2. 2. Способ по п. 1, отличающийс  тем, что предварительное охлаждение воды производ т холодным

   Роток°м воздуха из камеры замораживани , а теплый поток используют дл  V охлаждени  поступающего в вихревую трубу воздуха.