Процес виробництва льоду в термоелектричному льодогенераторі

Процес виробництва льоду в термоелектричному льодогенераторі, що складається з однакових послідовних циклів, кожний з яких включає фазу охолодження льодоформи, на початку якої термоелектричні модулі включають у режим охолодження і здійснюють постійний рух води через наскрізні комірки льодоформи та через теплооб 3 11828 4 денсатором, а конденсатор випарником, а процес теплообмінника гарячої сторони термоелектричноохолодження холодильної камери практично не го охолоджувача і льодоформи та визначеній схепереривається. У наступному циклі здійснюють мі включення обох елементів у контур циркуляції зворотне переключення. Весь холод, акумульоваводи. Використання парної кількості льодоформ, ний в інеї, використовується для зниження темперозташованих по кільцю, дозволяє реалізувати ратури конденсації, що поліпшує енергетичні харадвостороннє охолодження льодоформ і тим самим ктеристики пристрою. У відомих конструкціях максимально скоротити витік холоду в навколишнє термоелектричних льодогенераторів і за допомосередовище. гою відомих способів виробництва льоду дану На Фіг.1 зображена принципова схема блока ідею реалізувати не можна. льодоформ льодогенератора з показом процесу Як прототип прийнятий спосіб виробництва льодоутворення в непарному циклі; на Фіг.3 покальоду, реалізований у термоелектричному льодозано парний цикл цього ж процесу; на фіг.2 - вергенераторі по авт.свид. СРСР №1763818 [14]. У тикальний розріз блока льодоформ по В-В з схецьому льодогенераторі морозильний блок, що матичним показом контуру циркуляції води. складається з льодоформи з наскрізними коміркаЗапропонований спосіб реалізується за допоми, термоелектричних модулів і теплообмінника могою пристрою, представленого на Фіг.1-3. У кігарячої сторони модулів, робить вертикальний льцевому зазорі між внутрішньою і зовнішньою зворотно-поступальний рух, у результаті якого теплоізоляцією 1 (Фіг.1), встановлені металеві льодоформа і теплообмінник занурюються у ванни льодоформи 3, що мають форму сегментів кільця. з водою із заданою частотою. Після занурення і Льодоформи містять ряд наскрізних комірок 2, на підйому блока вода стікає по теплообмінних повевнутрішніх стінках яких утворюється лід. Між льорхнях у ванни й у такий спосіб забезпечується її доформами установлені термоелектричні модулі рух щодо цих поверхонь. Для відтавання льоду 4. Простір, де вони установлені, герметизовано, модулі переключають у режим нагрівання, а рух щоб виключити потрапляння на них води. Напряблока (води) припиняють. У період відтавання відмок перекачування теплоти, здійснюваний модубувається одночасне охолодження теплообміннилями в даному циклі, показано стрілками. Під льока і води у відповідній ванні. У наступному циклі доформами (Фіг.2) розташована ванна збору води утворення льоду частково регенерується холод 5, а над нею ґрати 6 для збору льоду. Контур цирнакопичений у попередньому циклі тому, що тепкуляції води включає насос 7, розподільчий труболообмінник у початковий момент циклу має більш провід 8, розпилювальні форсунки 9. Ванна має низьку температуру, що приводить до скорочення зливний патрубок 10. часу другого і наступного циклів. Необхідність у Процес полягає в наступному. У першому (непроведенні допоміжного (непродуктивного) процепарному) циклі льодоутворення непарні льодофосу відтавання, що займає до 5-7% загального часу рми охолоджують, а парні нагрівають. Стан прициклу, є недоліком цього й інших технічних рішень строю в цьому циклі показано на Фіг.1. Показано з тепловим відтаванням. напрямок потоків тепла, що забезпечується відпоНезважаючи на часткову регенерацію холоду, відним включенням живлення модулів 4. Відомо, наявність циклічного теплового відтавання льодощо при зміні полярності живлення модуля змінюформи рівнозначно втраті 10-15% продуктивності ється напрямок перекачування теплоти. Під час по льоду. Ця втрата складається з безпосередньороботи льодогенератора (Фіг.2) забезпечують посго виключення з процесу виробництва льоду часу тійну циркуляцію води по замкнутому контуру: відтавання і з часу, необхідного на повторне охольодоформи 3 - ванна 5 - насос 7 - трубопровід 8 лодження льодоформи після її розігріву до робочої льодоформи 3. Система циркуляції води забезпетемператури. чує рівномірну її подачу в усі комірки всіх льодоМетою корисної моделі є виключення непроформ. Через форсунки 9 вода розприскується на дуктивних витрат часу на відтавання з одночасною внутрішню поверхню комірок і стікає по ній вниз у регенерацією холоду в циклі льодоутворення. ванну. Протікаючи через комірки парних льодоЦя задача вирішується тим, що при виробницформ, вода охолоджує гарячу сторону модулів, а в тві трубчастого чи циліндричного льоду в термоекомірках непарних льодоформ, охолоджених нижлектричному льодогенераторі використовують че 0°К, утворюється лід. Цикл льодоутворення парну кількість однакових льодоформ, модулі триває до наростання шару льоду необхідної товустановлюють між льодоформами, у непарних щини. Повне блокування наростаючим льодом циклах льодоутворення виконують одночасне охопрохідного перетину комірок не приводить до полодження непарних льодоформ і нагрівання паррушення роботи льодогенератора, тому що відбуних, при цьому парні льодоформи використовують вається перерозподіл потоків. Вода з непарних як теплообмінник гарячої сторони модулів, на польодоформ по спеціальних каналах, розташовачатку наступного (парного) циклу переключають них над модулями, перетікає в парні льодоформи. режим живлення модулів без зміни режиму подачі Розтіканню води в усі сторони перешкоджають води, здійснюють охолодження парних льодоформ буртики, якими обладнана кожна льдоформа по і нагрівання непарних. периметру своєї верхньої площини. Нестача води Основною істотною відмінністю запропоновав системі, пов'язана з утворенням льоду, епізодиного технічного рішення є відсутність фази відтачно поповнюється з водогінної мережі. вання тому, що відтавання здійснюється одночасПереключення пристрою в наступний цикл но з початком наступного циклу льодоутворення. льодоутворення здійснюють шляхом переключенТаке сполучення в часі двох операцій можливе ня полярності електроживлення всіх модулів. Нізавдяки однаковому конструктивному виконанню яких інших дій, у тому числі механічних перемі 5 11828 6 щень елементів, закриття і відкриття вентилів, при цтва льоду в сумі дають виграш у продуктивності цьому не потрібно, що вигідно відрізняє запропопо льоду, оцінюваний у 10-15% у порівнянні зі спонований спосіб від усіх відомих. Початковий період собом одержання льоду за традиційною схемою цього циклу, як і всіх наступних, характеризується заморожування-відтавання. дуже швидким охолодженням льодоформ, що у Література попередньому циклі виконували роль теплообмін1) А.с. СССР №703734. Льдогенератор / ника гарячої сторони. Це зв'язано з тим, що робота В.К.Гарачук, В.А.Гернер. - МКИ F25C1/22, Опубл. в термоелектричного модуля в режимі теплового БИ №46, 1979. насоса при так званій негативній різниці темпера2) Филин С.О., Смирнов Ю.А. Пути и средства тур (коли температура гарячого спаю нижча темсовершенствования льдогенераторов малой проиператури холодного) характеризується високими зводительности. - В кн.: Теплофизические исслепродуктивностями і високим холодильним коефіцідования элементов энергетических установок. - К.: єнтом. Відведення тепла з гарячої сторони модуНаукова думка, 1986. - С.147-152. лів здійснюється фактично на лід, що підплавля3) А.с. СССР №1406430. Льдогенератор / ється зі стінок і під власною вагою сповзає вниз на С.О.Филин. - МКИ F25C1/12, Опубл. в БИ №24, ґрати 6, звідки забирається споживачем вручну. В 1988. автоматичному варіанті грати можуть бути вико4) А.с. СССР №1200090. Способ производства нані з нахилом в напрямку від центру до перифекубического льда в льдогенераторе / С.О. Филин, рії. Тоді лід по ним сам зісковзує і збирається в Ю.А. Смирнов, Н.С. Кирпач. - МКИ F25C1/12, бункері-нагромаджувачі. Звільнені від льоду непаОпубл. в БИ №47, 1985. рні льодоформи продовжують виконувати функцію 5) А.с. СССР №1725044. Льдогенератор / проточного теплообмінника, але їхня температура С.О.Филин, Ю.А.Смирнов, В.А.Буданов. - МКИ поступово підвищується до рівня температури F25C1/12, Опубл. в БИ №13, 1992. води, що циркулює в контурі. У цьому (парному) 6) А.с. СССР №1707459. Льдогенератор кубициклі лід утвориться в осередках парних льодокового льда / С.О.Филин, И.М.Тимошок, И.П.Котов. форм, як показано на Фіг.3. По закінченню процесу - МКИ F25C1/12, Опубл. в БИ №3, 1992. льодоутворення пристрій знову переключають на 7) А.с. СССР №1753213. Термоэлектрический непарний цикл. Льдогенератор / С.О.Филин, Ю.А.Смирнов, Конкретне виконання контуру циркуляції води, В.Ю.Задирака. - МКИ F25C1/12, Опубл. в БИ № 29, як і конфігурація та кількість льодоформ, не грає 1992. принципової ролі в реалізації заявленого способу. 8) А.с. СССР №1605112. Льдогенератор кубиКрім показаного на Фіг.2 варіанту класичного закового льда / С.О.Филин, И.Н.Бублик, мкнутого контуру з підживленням, можливе викоИ.М.Тимошок, А.И.Ходченко, П.П.Микитей, нання того ж контуру з додатковим охолодженням В.Ю.Задирака, И.П.Науменко, Г.Р.Люлев. - МКИ води в теплообміннику, розташованому між насоF25C1/12, Опубл. в БИ №41, 1990. сом і льодоформами. Альтернативним варіантом є 9) А.с. СССР №1401238. Льдогенератор / розімкнутий контур з постійним підключенням до С.О.Филин, В.А.Гернер, Г.Л.Серебряный. - МКИ мережі (без насоса) і зі зливом води з ванни 5 у F25C1/12, Опубл. в БИ №21, 1988. каналізацію через патрубок 10. Контур може бути 10) А.с.СССР №1723415. Автомобильный виконаний також і за схемою з сепарацією води, термоэлектрический льдо генератор / С.О.Филин, що випливає з парних і непарних осередків, для В.Ю.Задирака, С.О.Журбенко, И.П.Мацола. - МКИ того, щоб не допустити змішування теплої і холодF25C1/12, Опубл. в БИ №12, 1992. ної води. При цьому контур теплої води виконують 11) Барабанные морозильные аппараты / розімкнутим, а контур холодної - замкнутим. Н.В.Фомин, Б.Н. Менин, В.Б.Ржевская, Э.И.Гуйго. Останнє рішення пов'язане з ускладненням консЛ.: Машиностроение, 1986. - 160с. трукції льодогенератора і необхідністю переклю12) Бобков В.А. Производство и применение чення потоків води. льда. - М.: Пищевая промышленность, 1977. Як показано на Фіг.2, форсунки 9 можуть бути 232с. розташовані трохи нижче верхнього рівня комірки, 13)Zakrzewski В. Sposob і uklad samoczynnego що дозволяє направляти потік води на стінку під odszraniania urzadzenia chlodniczego. Z dnia заданим кутом як у вертикальній, так і в горизон12.12.1997. Zgloszenie patentowe Nr P-324-015. тальній площині, тобто з закручуванням потоку. MKI6 F25J3/00. Заявка на патент Польши №Р-324Однак це виконання накладає деякі обмеження на 015. Способ и устройство самооттаивания холотовщину льоду, який наморожується. Можливе дильного оборудования. Заявлено 12.12.1997. розміщення форсунок вище згаданого рівня, що, MKI6 F25J3/00. однак, пов'язано з можливістю небажаного утво14) А.с.СССР №1763818. Льдогенератор / рення льоду на верхній площині льодоформи. С.О.Филин, В.Ю.Задирака, И.Н.Шаталина, Сполучення в часі процесів відтавання і замоЕ.Л.Разговорова, В.О.Максимов. - МКИ F25C1/12, рожування та регенерація холоду в циклі виробниОпубл. в БИ №35, 1992. 7 Комп’ютерна верстка В. Мацело 11828 8 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601