Холодоакумулюючий елемент льодогенератора

Винахід належить до холодильної техніки і стосується будови холодо- або теплоакумулюючи х елементів (далі - ХАЕ), що використовуються перш за все у побуті та громадському харчуванні (при приготуванні льоду, охолодженні їжі, напоїв, то що), а також у те хнологічних процесах у промисловості. Відомі ХАЕ у вигляді кольорових герметичних пластмасових кульок діаметром 25...35 мм, усередині яких знаходиться вода, що їх виго товляють деякі західні фірми, а також Санкт-Петербурзьке ВО "Пластмасс" під назвою "Лед для напитка", артикул Д-29-502-238/91. До комплекту входить 9 кульок. Кульки закладають у морозильне відділення холодильника і після заморожування води у кульках, що триває 1—1,5 години, використовують кульки для охолодження напоїв, соків, коктейлів Із розрахунку 2-3 кульки на стакан напою. Кульки багатократної дії: після використання їх миють 1 знов закладають у морозилку. Що до ХАЕ з плавкою речовиною промислового призначення, то ці конструкції і дія викладемi у книзі: Левенберг В.Д., Ткач М.Р., Гольстрем В.А. Аккумулирование тепла. Киев, Техника, 1991, с. 59-66. Останніми дослідженнями [Мохамед А. Амир Махди. Исследование аккумуляторов холода со сферическими зероторами. Ав-тореф. дис. канд, те хн. наук, Одесса, ОГ АХ, 1995, - с. 15], встановлено, що кульові акумулятори ефективно працюють у тому випадку, коли замерзає, або розтає 90% маси речовини, тому що на заморожування останніх, розташованих у центрі кулі 10% води треба затратити 20% загального часу заморожування, що вже не є економічним І доцільним. З цього маємо висновок, що треба або виключити з дії центральну частку об'єму розміром приблизно 10% об'єму елемента, або інтенсифікувати теплообмінні процеси усередині. Аналогічні висновки містяться у роботах: Авт. св. СРСР № 1527456; Отчет НИР "Проведение исследований с целью создания перспективных термоэлектрических приборов, ч. 1 (тема 0-40390), НПО "Веста", Киев, 1990, - 78 с. Відомі більш складні конструкції порожнистих кульових ХАЕ з внутрішніми елементами: Патент СШA № 4205656; Патент Великої Британії №№ 2061477, 20843И; Авт. св. СРСР № 1125463, 1229533, 892184, 515020. Відомо також, що наявність у льодоформі з водою магнітного поля позитивно впливає на якість льоду і скорочує час заморожування на 10-15% [Филин CO., Смирнов (O.A. П ути и средства совершенствования льдогенераторов малой производительности. - В кн.: Теплофизические исследования элементов энергетических установок, -Киев, Наук.думка, 1986, с.147-152] Конструкція кульової теплообмінної насадки з магнітним стержнем усередині за авторським свідоцтвом СРСР № 1231372 МКВ F 28 D 19/02, БВ № 18, 1986 р. є найбільш близькою до елементу, що заявляється. Відомий елемент має змогу повертатися під впливом магнітного поля у середовищі теплоносія, завдяки чому процеси теплообміну як усередині, так і ззовні елементу йдуть більш інтенсивно. Проте такий елемент не можна застосувати для охолодження напоїв по-перше тому, що магнітні матеріали не дозволені МОЗ до використання у контакті з харчовими продуктами. По-друге, для надійної герметизації стику стерженьоболонка потрібно щоб остання була зроблена з відповідного металевого, та й ще "харчового" сплаву. Такий елемент буде значно важчий, ніж вода, чи напій І буде занурюватися на дно посуди, а звідси охолодження напою стає неефективним. Завданням винаходу, таким чином, є поєднання високої енергетичної ефективності роботи з можливістю використання ХАЕ у конструкціях льодогенераторів безперервної дії, що готують заморожені кульки для охолодження напоїв, а також суттєве розширення функціональних можливостей ХАЕ. Суттю винаходу є заміна магнітного стержня у кульовому елементі на металеву магнітну кульку, що не має контакту з оболонкою, бо вільно розміщена у середовищі рідини, при цьому її розмір становить не більш 0,1 об'єму елемента. На малюнку зображений холодоакумулюючий елемент льодогенератора та схематично показано його розміщення у льодогенераторі. Елемент складається з пластмасової оболонки 1, що заповнена плавкою рідиною 2, наприклад водою. У воді знаходиться металева кулька 3. Вода разом з кулькою заповнює внутрішній об'єм на 88-90%, щоб вільний простір дав змогу скомпенсувати збільшення об'єму при перетворюванні води у лід. Сам елемент під час заморожування знаходиться у теплоізольованій ванні 4 з антіфризом 5, які вже є елементами льодогенератора. Останній вміщує також керований електромагніт 6 (умовно показаний один полюс). Ванна з антіфризом охолоджується компресійною або термоелектричною системою охолодження (не показана). Дія елементу складається з двох етапів: заморожування у льодогенераторі І розморожування у склянці з напоєм. На першому етапі комплект ХАЕ закладають у ванну 4 з антіфризом 5, температуру якого підтримують на рівні -10...-15°С. Процес повного заморожування води в елементах триває 25...50 хвилин в залежності від діаметру елемента та потужності охолоджувача. Додатково термін процесу можно скоротити впливаючи магнітним полем на кульку 3, а саме: при вмиканні електромагніту 6 к улька намагається притягтися до нього, підіймається угору (у напрямку"х) в об'ємі елементу, при цьому перемішуючи залишок води. При ударі кульки о верхню межу льодової корки весь елемент здригається, дещо змінюючи своє місцезнаходження у антифризі. Частота вмикання поля повинна бути такою, щоб кулька у паузах не встигала примерзнути до льоду. На практиці вона може становити 0,5...50 Гц. Після вимикання поля кулька занурюється на нижню межу лід-вода. Таким чином, кулька здійснює свої коливання доти, поки об'єм води, що не замерзла, не зрівняється з об'ємом кульки. Весь цей час кулька активно перемішує воду у елементі, поки не застигне у геометричному центрі об'єму. Саме це потрібно було досягнути згідно з завданням винаходу. Але, якщо одразу поле не вмикати та дати кульці вмерзнути у шар льоду, усе одно ефект буде мати місце, але діятиме дещо інакше. Кулька буде повертати елемент на 180° кожного разу, коли буде вмикатися поле, звичайно, якщо магнітних сил буде достатньо для розвороту маси елемента, Така дія, як І попередня, значно інтенсифікує процеси теплообміну ззовні і всередині елементу. Проте периферійна фіксована позиція кульки не вирішує проблеми вилучення з процесу заморожування центральної зони елементу. Крім того, наявність металевої кульки у ХАЄ дозволяє здійснювати переміщення елементів у ванні, пов'язані з їх завантаженням та вивантаженням як у напрямку "х", так і у напрямку "у", для чого ззовні ванни встановлюють кроковий електромагнітний двигун у вигляді набору полюсів послідовної дії, Таке переміщенння може відбуватися одночасно з вищезгаданим коливанням елементів. Крім механічної інтенсифікації теплообміну прискорення процесів охолодження антифризу та заморожування води досягається впливом магнітного поля безпосередньо на структур у води та антіфризу. Другий етап дії ХАЕ полягає в тому, що заморожуваний елемент, або два-три, кладуть у склянку, де він охолоджує напій. Лід послідовно розтає від оболонки до центру, де розміщена вморожена кулька. Під час розтавання залишок льоду не вспливає, а знаходиться в нижній частині елементу. Маса кульки може бути такою, щоб увесь елемент мав нульову плавучість. Тоді маємо максимальний ефект охолодження разом з естетичним так званим "Ігровим" ефектом, коли під час таяння льоду елемент самотужки повертається або переміщується у склянці.