способ получения льда и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ получения льда, предусматривающий контактное охлаждение жидкости в вихревом потоке холодного газа в приосевой зоне вихревой камеры, отличающийся тем, что жидкость предварительно смешивают с дополнительным потоком сжатого газа до образования аэрозоли, после чего ее подают в вихревой поток газа в виде аэрозольной смеси.

2. Устройство для получения льда, содержащее вихревую камеру с патрубками для подвода сжатого газа и жидкости, отличающееся тем, что оно снабжено средством для предварительного смешивания газа и жидкости, имеющим камеру смешения с подсоединенной к ней трубкой для подвода дополнительного потока сжатого газа и концентрично размещенную в ней трубку для подвода жидкости, при этом камера смешения установлена вдоль оси вихревой камеры для подачи в ее приосевую зону образованной в камере смешения аэрозольной смеси.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что камера смешения установлена с возможностью регулирования ее положения вдоль оси вихревой камеры.

4. Устройство по пп. 2 и 3, отличающееся тем, что трубка для подвода жидкости установлена с возможностью ее осевого перемещения в камере смешения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области холодильной техники, в частности к способам получения искусственного льда, и может быть использовано в пищевой промышленности, инструментальном производстве и других отраслях народного хозяйства.

Известен способ получения искусственного снега [1] предусматривающий подачу в камеру смешения воды под давлением 0,1 0,12 мПа в струю воздуха, подаваемого под давлением, обеспечивающим дробление воды на капли и подачу суфрактанта для образования центров кристаллизации. При этом воздух с температурой <30C и давлением 0,4 0,6 мПа вводят в камеру смешения через неподвижное сопло Лаваля, воду подают в сверхзвуковой воздушный поток для образования аэрозольной смеси, а в качестве суфрактанта используют жидкую углекислоту, которую подают в аэрозольную смесь под давлением 5,8 7,0 мПа с температурой 20^oC.

Данный известный способ получения искусственного снега позволяет получить снег, характеризующийся высоким холодильным потенциалом и большой продолжительностью использования, однако, данный способ требует наличия суфрактанта в качестве центра кристаллизации, ведет к усложнению схемы устройства для получения снега и к дополнительным энергозатратам на получение снега, связанным с использованием углекислоты. Кроме того, использование в схеме устройства неподвижного сопла Лаваля исключает возможность получения различных по размерам фракции льда, что сужает технологические возможности устройства и способа в целом.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ получения водного льда [2] включающий предварительное охлаждение воды и воздуха и подачу их в камеру замораживания. Предварительное охлаждение воздуха проводят в вихревой трубе, а подачу его в камеру замораживания 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 свободно падающей струи по оси вихревого потока, возникающего в камере замораживания в результате вторичного разделения воздуха по температурам во время поступления его в камеру после первичного разделения в вихревой трубе. Таким образом, в устройстве, реализующем данный способ получения водного льда, камеру замораживания можно условно считать вихревой камерой, а поток условно вихревым.

Одним из основных недостатков данного способа получения водного льда является ступенчатое разделение воздуха до температуры, приводящее к большим потерям, а следовательно, и к повышенному расходу воздуха. Для направления потока холодного газа используют дополнительное устройство -развихритель, служащее только лишь для увеличения площади его последующего охлаждения, подавая его, пытаясь закрутить, через тангенциальные патрубки в камеру смешения. Характер такого ступенчатого потока холодного газа в осевой части камеры можно назвать закрученным, но не вихревым. Недостатком данного известного решения является также поступление жидкости в камеру замораживания в виде свободно падающей непрерывной струи, что существенно ухудшает условия охлаждения жидкости. Кроме того, из-за относительно низких скоростей воздуха в приосевой зоне камеры замораживания коэффициент теплоотдачи между жидкостью и воздухом недостаточно высокий, что также ухудшает условия охлаждения жидкости.

Целью изобретения является снижение энергозатрат на получение льда, создание возможности получения различных по размерам фракций льда и тем самым повышение эффективности способа получения льда.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе получения льда, предусматривающем контактное охлаждение жидкости в вихревом потоке холодного газа в приосевой зоне вихревой камеры, согласно способу, жидкость предварительно смешивают с дополнительным потоком сжатого газа для образования аэрозоли, после чего ее подают в виде аэрозольной смеси в вихревой поток газа. Поставленная цель достигается также тем, что в известном устройстве получения льда, содержащем вихревую камеру с патрубками для подвода сжатого газа и жидкости, согласно изобретению, оно снабжено средством для предварительного смешивания газа и жидкости, имеющим камеру смешения с подсоединенной к ней трубкой для подвода дополнительного потока сжатого газа и концентрично размещенной в ней трубкой для подвода жидкости, при этом камера смешения установлена вдоль оси вихревой камеры для подачи в ее приосевую зону образованной в камере смешения аэрозольной смеси. Камера смешения установлена с возможностью регулирования ее положения вдоль оси вихревой камеры, а трубка для подвода жидкости в камере смешения установлена с возможностью ее осевого перемещения.

Смешивание жидкости с дополнительным потоком сжатого газа для образования аэрозоли и подача ее в виде аэрозольной смеси в вихревой поток газа позволяет сжатый газ использовать с двойным эффектом, с одной стороны, для интенсификации энергетического разделения в вихревой камере, с другой стороны, для образования жидкостной аэрозоли и тем самым значительно улучшить условия охлаждения жидкости, а следовательно, снизить энергозатраты на получение льда.

Наличие средства для предварительного смешивания газа и жидкости, имеющего камеру смешения с подсоединенной к ней трубкой для подвода дополнительного потока сжатого газа и концентрично размещенной в ней трубкой для подвода жидкости, позволяет подводить жидкость в самую холодную зону вихревой камеры и тем самым исключить потери холода при образовании льда, а также позволяет регулировать забор жидкости из трубки подвода жидкости.

Размещение камеры смешения вдоль оси вихревой камеры позвляет также подавать аэрозольную смесь в самую холодную зону вихревой камеры.

Установка камеры смешения с возможностью регулирования ее положения вдоль оси вихревой камеры позволяет оптимизировать процесс энергетического разделения в вихревой камере и дополнительно снизить энергозатраты на получение льда.

Выполнение трубки для подвода жидкости в камере смешения с возможностью ее осевого перемещения позволяет получить требуемые по размерам фракции льда и тем самым расширить технологические возможности устройства и способа в целом, а следовательно, обеспечить различных потребителей льдом.

Именно заявляемое наличие средства для предварительного смешивания газа и жидкости, имеющего камеру смешения с подсоединенной к ней трубкой для подвода дополнительного потока сжатого газа и концентрично размещенной в ней трубкой для подвода жидкости, а также установка камеры смешения вдоль оси вихревой камеры для подачи в ее приосевую зону образованной в камере смешения аэрозольной смеси позволяет, согласно предлагаемому способу, осуществить предварительное смешивание жидкости с дополнительным потоком сжатого газа для образования аэрозоли и затем подать ее в виде аэрозольной смеси в вихревой поток газа. Это в свою очередь позволяет сделать вывод о том, что предлагаемые технические решения связаны между собой единым изобретательским замыслом.

Сравнение предлагаемых технических решений с признаками прототипа позволило установить соответствие их критерию "новизна". При изучении других известных технических решений в данной области техники признаки, отличающие предлагаемые технические решения от прототипа, не были выявлены и поэтому они обеспечивают предлагаемому техническому решению в целом соответствие критерию "существенные отличия".

На чертеже приведена схема предпочтительного варианта исполнения устройства для получения льда.

Устройство для получения льда содержит вихревую камеру 1, включающую холодный 2 и горячий 3 концы и патрубки 4, 5 подвода сжатого газа от основной магистрали 6. Со стороны горячего конца 3 вихревой камеры 1 установлено средство смешения 7, соединенное с помощью трубки 5 дополнительного потока газа с основной магистралью. Средство смешения 7 имеет камеру смешения 8 и трубку подвода жидкости 9, концентрично размещенную в камере смешения 8. Жидкость из бака 10 подается в трубку 9, соединенную с баком гибким шлангом 11, надетым на трубку 12 забора жидкости. Со стороны холодного конца 2 вихревой трубы (камеры) 1 размещен циклон 13, служащий для разделения полученной снегогазовой смеси на снег и газ. Для оседания снега предусмотрена емкость 14. Жидкость в случае непрерывной работы устройства подводится в бак 10 из водопровода через вентиль 15 и предохранительный клапан 16. Подача газа регулируется вентилями 17 и 18. Камера смешения 8 установлена с возможностью регулирования ее положения вдоль оси вихревой камеры 1. Трубка для подвода жидкости 9 в камере смешения 8 установлена с возможностью ее осевого перемещения.

Устройство работает следующим образом. Сжатый газ из основной магистрали 6 через вентиль 17 и патрубок 4 подается в вихревую камеру 1, а через вентиль 18 и трубку 5 в камеру смешения 8. Жидкость через вентиль 15 и предохранительный клапан 16 подается в бак 10. В вихревой камере 1 сжатый газ разделяется на холодный и горячий потоки. Холодный поток выходит через холодный конец 2, а горячий поток через горячий конец 3 вихревой камеры 1. В данном случае функция "горячего конца" не используется, т.е. получение горячего потока не является конечным результатом. Поэтому термин "горячий конец" является чисто условным, а поскольку горячий поток по закону физики отводится по периферии энергоразделителя (вихревой камеры), то необходим патрубок для подвода жидкости 5. В камере смешения 8 сжатый газ создает разрежение у выходного конца трубки 9 подвода жидкости. Под действием атмосферного давления Р_изб > P_a жидкость из бака 10 через трубку 12 и гибкий шланг 11 вытесняется в камеру смешения 8, где захватывается сжатым газом и распыляется в потоке сжатого газа в виде аэрозоли. Аэрозоль подается через горячий конец 3 по оси в вихревую камеру 1. Аэрозоль, являясь одновременно дополнительным потоком, интенсифицирует процесс энергоразделения в вихревой трубе (камере) и вместе с тем улучшает процесс теплообмена между жидкостной составляющей аэрозоли и газом. Жидкость, находящаяся в аэрозоли, при этом проходит через наиболее холодные зоны вихревой камеры 1, замерзает и превращается в снегогазовую смесь, которая через холодный конец 2 выбрасывается в циклон 13, в котором снег, как более тяжелая фракция, оседает в емкость 14 (или на охлаждаемый объект), а газ удаляется, например, в атмосферу.

Регулируя взаимное расположение трубки 9 подвода жидкости и камеры смешения 8 относительно друг друга, а также положение средства смешения 7 относительно горячего конца 3 вихревой камеры 1, а также регулируя подачу сжатого газа в камеру смешения 8 и жидкости в трубку 9, можно получать любые требуемые по размерам фракции льда, снегожидкостной пульпы и т. п.

Использование предлагаемого способа получения льда и устройства для его осуществления позволяет по сравнению с существующими техническими решениями существенно улучшить условия для охлаждения жидкости и тем самым значительно снизить затраты энергии на получение льда, что в свою очередь позволит повысить эффективность получения льда.

Кроме того, использование предлагаемого способа и устройства для его осуществления позволяет получать различные по размерам фракции льда, обеспечивая льдом любого потребителя, и тем самым расширить технологические возможности устройства и способа получения льда в целом. При этом создается возможность работы устройства на оптимальных режимах, с меньшими потерями и большей эффективностью.

Использование предлагаемого способа получения льда также позволяет по сравнению с существующими значительно упростить устройство для его осуществления за счет рационального использования его элементов и их взаимного расположения, что в свою очередь позволяет получить компактную установку для получения льда. Все это в конечном счете ведет к снижению материалоемкости и к дополнительному снижению экономических затрат на получение льда.