Способ замораживания ледовой плиты

Изобретение относится к области выполнения ледовых объектов конечно формы - плита, брус, куб и т.п. Технический результат - сокращение времени замораживания слоя из овально-сферических гранул в ледовых объектах конечной формы. Способ замораживания ледовых плит реализован путем замораживания воды в слое гранул овально-сферической формы, пустоты которого как между гранулами, так и стенками формы заполняют ледовыми шарами соответствующего размера. 1 з.п. ф-лы, 13 ил.

 

Способ относится к области создания искусственных ледовых объектов, в частности ледовых плит, с применением в различных отраслях промышленности (пищевая, химическая, строительная и т.д.), но преимущественно может быть использован в получении и накоплении больших запасов льда на летний период.

Известен способ замораживания слоя воды, налитой по поверхности льда или площадки при минусовой температуре воздуха. Воздействие отрицательной температуры, особенно в ночное время, приводит к замораживанию слоя льда. Способ применим при температуре атмосферы минус (5-15)°C и ниже.

Недостаток способа заключается в длительном времени замораживания слоя воды, особенно при небольшой отрицательной температуре воздуха (от 0°C до -15°C). Слой воды толщиной 50 мм требует многих часов выдержки для замерзания в лед в указанном интервале температур.

Известен способ намораживания ледовых покрытий путем засыпки на подложку (лед водоема, реки, озера, поверхность площадки) слоя овально-сферических гранул льда. Поливом слоя струйками воды создают из этого слоя жесткий каркас путем образования ледяных перемычек между гранулами. После выдержки 1-3 с межгранульное пространство слоя заливают водой в одностороннем направлении и замораживают на холоде для достижения прочности, достаточной для удержания веса пешехода (патент №2556908 на изобретение от 06.08.2013 г. «Способ намораживания ледовых покрытий» / Полтавцев В.И., Мирошников П.В., Храпов А.А.).

В способе показана кубическая засыпка гранул, слой которой содержит 68,1% льда. Но при самой плотной укладке гранул (фиг. 1) объем пустот составляет более четверти общего объема слоя, т.к. гранулы одинакового размера при самой плотной упаковке занимают 74,04% объема слоя (http://dssp.petrsu.ru/p/tutorial/ftt/Part1_/part_1_5.htm, a также В МИРЕ НАУКИ. Scientific American/ Издание на русском языке. №3. Март 1984. С. 72-82. Упаковка шаров Н. ДЖ. А. СЛОЭН).

И несмотря на то что слой овально-сферических гранул льда, залитых водой, замерзает быстрее, чем слой воды одинаковой высоты (график 2, точка «а» на фиг. 2, Кинетика замораживания блоков льда из сферических гранул (1 - при -37°C; 2 - при -24°C; 3 - при -12°C) и воды (4 - при -37°C; 5 - при -24°C); сплошные графики - эксперимент, пунктирные -расчет), проходит 2,71 часа, т.е. значительное время для окончательного замерзания слоя гранул с водой, что составляет недостаток известного способа. Для сравнения слой воды одинаковой высоты (график 5, точка «б») замерзает за это время при такой же температуре лишь на 12%.

Одновременно проявляется другой недостаток способа: чем выше размер гранул и быстрее формирование слоя, тем медленнее такой слой замерзает вследствие падения скорости промерзания больших объемов воды в промежутках между гранулами.

Задачей изобретения является сокращение времени замораживания слоя из овально-сферических гранул, по сравнению с прототипом, для ледовых объектов конечной формы (плита, а также брус, куб и т.п.).

Поставленная задача решается благодаря тому, что выполняют засыпку слоя овально-сферических гранул льда в коробчатую форму, орошают водой с температурой 0…0,5°C для стабилизации каркаса, а в последующем наполняют ее водой с температурой 0,1-5°C и скоростью подъема уровня меньше 0,4 м/с, при том, что пустоты слоя как между гранулами, так и стенками формы заполняют ледовыми шарами соответствующего размера, орошение слоя ведут водой в количестве 2…6 дм3 на 1 см высоты слоя площадью 1 м2, а заливку производят с одной и более сторон формы.

Размеры и количество шаров для плиты даны в таблицах 1 и 2.

Существо заявки отражено в чертежах, где

на фиг. 1 - плотная 4-слойная укладка монофракции гранул льда для замораживания плиты;

на фиг. 2 - кинетика замерзания блока из гранул льда с водой;

на фиг. 3 - вид А первого слоя на фиг. 1;

на фиг. 4 - разрез Б-Б на фиг. 3; пример расположения шаров льда между стенками и блоком гранул и внутри укладки;

на фиг. 5 - вписанные в полостях тетраэдра и октаэдра сферы;

на фиг. 6 - вид: укладка шаров под 1-м слоем гранул;

на фиг. 7 - укладка шаров 6 в торце емкости;

на фиг. 8 - укладка шаров между 1-м и 2-м слоями гранул;

на фиг. 9 - вид укладки шаров в ячейки тетра- и окто- между слоями;

на фиг. 10 - размер шаров 4 между дном и гранулами 1-го слоя;

на фиг. 11 - рассев и заготовка фракций ледовых шаров;

на фиг. 12 - закладки ледовых шаров в полости между гранулами;

на фиг. 13 - расположение ледовых шаров в пустотах 1-го слоя гранул.

Сущность предложенного способа заключается в следующем.

Выполняют емкость коробчатой формы 1 (фиг. 1, вид с торца), и заполняют ее слоями овально-сферических гранул льда 2 (в дальнейшем тексте - гранулы), уложенных гексагональной плотной упаковкой.

Для максимального заполнения емкости в первом нижнем слое берут нечетные: число рядов (в данном случае 5) и число овально-сферических гранул в крайних рядах справа и слева (в данном случае тоже по 5), размер которых, тех и тех (фиг. 3), определяет конечные размеры емкости: число гранул в крайних рядах - длину, а число рядов - ширину емкости. Форма емкости коробчатая и соответствует форме замораживаемых элементов (плита, брус, куб).

Между слоем гранул и днищем, а также боковыми и торцевыми стенками (фиг. 3), закладывают шары соответствующих размеров (здесь и в дальнейшем тексте - шары):

3 - шары между 2-мя гранулами, днищем и боковой стенкой;

4 - между 3-мя гранулами и днищем;

5 - в углах емкости (между гранулой, днищем, боковой и торцевой стенками);

6 - между 2-мя гранулами, днищем и торцевой стенкой.

Пространство слева и справа от укладки гранул (боковые полости, фиг. 4) заполняют шарами с постепенным увеличением размера:

7 - лежат на двух гранулах нижнего слоя, касаются гранулы верхней и боковой стенки;

8 - лежат на гранулах нижнего слоя и касаются двух гранул верхней и боковой стенки;

9 - как и в случае шара 7, лежат на двух гранулах, касаются верхней и боковой стенки;

10 - как и в случае шара 8;

11 - как и в случае шара 9.

Между слоями образуется два вида полостей: тетра- и октаэдрические из соприкосновения четырех и шести гранул (фиг. 6), поэтому:

12 - шары (фиг. 4), размеры которых соответствуют полости тетраэдра;

13 - шары, размеры которых соответствуют полости октаэдра.

С правой стороны емкости 1 (фиг. 5) шары 7-9 аналогичны таким же шарам с левой стороны. Однако заполнение полостей с правой стороны между первым (нижним) и третьим слоями затруднительно, т.к. полости имеют характер продолговатого тоннеля. Поэтому:

15 - шары закладывают в глубине тоннеля;

14 - между шарами 15 и стенкой;

16 - сдвоенные шары у самой стенки между шарами 14 (фиг. 3).

Размеры шаров (таблица 1) найдены методами стереометрии на основе построения пространственного расположения соответствующих элементов. В таблице 1 обозначены: r - радиус шаров, R - радиус гранул. Например, шар 4 (фиг. 11) расположен между днищем и тремя гранулами, которые условно изображены в виде эллипсоидов, а центры шара и гранул образуют равностороннюю пирамиду. Решая пространственную систему пирамиды, находим размеры шара 4.

Гранулы и шары емкости стабилизируют в жесткий каркас путем полива всего слоя струйками воды со скоростью, не превышающей скорости дробления капель воды, в количестве, достаточном для образования ледяных перемычек между гранулами за счет холода самих гранул и стенок емкости.

После выдержки 1-3 с емкость заливают водой с одной или нескольких сторон навстречу друг другу. Скорость подачи воды снижают по сравнению с прототипом, т.к. наполнение межгранульного пространства шарами понижает размеры каналов и просветов между частицами льда.

Положительным эффектом предложенного способа является существенное сокращение времени замерзания ледового объекта (плита, а также брус, куб и т.п.) в первую очередь за счет повышения доли уже готового льда, а во вторую - за счет увеличения потери тепла через шары в полостях по сравнению с водой при охлаждении общей массы гранулята, т.к. теплопроводность льда существенно выше, чем у воды.

Пример 1. В емкость 1 (фиг. 7) закладывают слой из пяти рядов гранул гексагональной структуры, из которых 3 ряда - по 5 гранул, а два ряда - по 4 гранулы. Гранулы уложены в 4 слоя: первый - нижний, четвертый - верхний. Между гранулами и боковыми стенками, а также между рядами гранул укладывают шары, ряды которых обозначены прописными буквами алфавита: «а», «б» и т.д.

В рядах «а» 2 шт. (5) и 4 шт. (3) установлено: 2 шара по поз. 5 (фиг. 6) и 4 шара по поз. 3.

В рядах «б» установлено: 7 шаров по поз. 4.

В 4-х полостях «в» установлено по 4 шара поз. 6, всего в слое 16 шаров. Укладка шаров 6 показана на фиг. 7, где на модели емкости 1 в качестве гранул 2 использованы теннисные мячи, а в качестве шаров 6 - деревянные бусы подходящего размера. Через прозрачную стенку торца емкости видно, что в полости 1-го слоя входит по 4 шара поз. 6.

Всего под первым (нижним) слоем установлено шаров: поз. 3-8 шт. (ряды «а», 4 слева и 4 справа); поз. 4 - 28 шт. (по 7 шт. в 4-х рядах «б»); поз. 5 - 4 шт. (по 1-му шару в четырех углах, в рядах «а»); а в торцах поз. 6 - 16 шт. (для одного слоя гранул 4 полости по 4 шара).

Одновременно отмечаем, что над 4-м слоем гранул помещено такое же количество шаров, как и под 1-м слоем (на примере шара 3, фиг. 4), т.к. расположение гранул в этих слоях одинаковое.

Закладка шаров между 1-м и 2-м слоями гранул показана на фиг. 8. Дана схема расчета количества шаров в полостях по продольным рядам укладки.

Расчет количества шаров между остальными слоями аналогичен предыдущему и условно не показан. Общее количество шаров представлено в таблице 2.

Видно, что в боковых пристеночных полостях каждого слоя шары 7 между гранулами меньше по размеру, чем шары 8, лежащие на гранулах.

Кроме того, отчетливо видно, что каждая гранула 2-го слоя (и 2-го ряда, фиг. 9) образует с 4-мя гранулами (по две 1-го и 2-го слоев) октоэдральные полости, где помещают шары 13, а с гранулами 1-го слоя тетраэдальные полости, в которых уложены шары 12.

Одновременно при укладке слоев возникает ситуация выбора вариантов совмещения шаров по размерам.

В полости слева можно поместить шары 11 с определенной степенью заполнения, либо оставить гранулу верхнего ряда и поместить шары 10 с добавкой уже имеющейся фракции шаров 4, что дает более высокую степень заполнения. В данном примере использованы шары 4, поэтому в таблице 2 отсутствует число шаров 11.

Заполнение емкости 1 (фиг. 1) моногранулами 2 равно 61,6%. После заполнения пустот шарами (фиг. 4 и фиг. 13) - 81,7%, т.е. существенно выше, чем в прототипе.

Слой в емкости 1 (фиг. 3) орошают водой с температурой 0…0,5°C, а также с более высокой степенью плотности орошения от 2 до 6 дм3 на 1 см высоты слоя площадью 1 м2, т.к. закладка шаров увеличивает удельную поверхность слоя гранул. Время образования жесткого каркаса такое же, как в прототипе, и составляет 1-3 с.

Каркас примерзает к стенкам и не всплывает при последующей заливке водой межгранульного пространства и всего слоя в целом. Заливку ведут водой с температурой +0,1-5°C. Скорость подачи воды зависит от диаметра гранул. Диаметр образующихся пузырей газа для гранул 15 мм в диаметре равен максимально 6 мм. Скорость их подъема в воде в каркасе меньше 0,4 м/с. Отсюда находят скорость подъема уровня воды.

Время замораживания слоя гранул с водой в прототипе равно 2,71 ч (фиг. 2). По предложенному способу время замораживания в емкости 1 составляет 1,87 ч при тех же температурных условиях.

Вид фракций ледовых шаров показан на фиг. 12. Фракции ледовых шаров разделяют по значению диаметра в соответствии с расчетом размера фракций. На фиг. 13 показана последовательность закладки шаров между гранулами и стенкой коробчатой формы.

1. Способ замораживания ледовой плиты, включающий засыпку слоя овально-сферических гранул льда в коробчатую форму, орошение водой слоя с температурой 0…0,5°С для стабилизации каркаса и последующего наполнения его водой с температурой 0,1-5°С и скоростью подъема уровня меньше 0,4 м/с, отличающийся тем, что полости слоя как между гранулами, так и стенками формы заполняют ледовыми шарами соответствующего размера, орошение слоя ведут водой в количестве 2…6 дм3 на 1 см высоты слоя площадью 1 м2, а заливку производят с двух и более сторон формы.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что ледовые шары в полостях слоя соответствуют следующим размерам:



 

Похожие патенты:

Система для производства блочного льда, обработанного с помощью азотного замещения, включает в себя блок подачи газообразного азота для подачи газообразного азота под предопределенным давлением; блок производства охлажденной воды с растворенным в ней азотом для производства воды с растворенным в ней азотом, который снабжен принимающим воду резервуаром для хранения обычной воды, холодильником для охлаждения воды, хранящейся в принимающем воду резервуаре, и инжектором газообразного азота для инжектирования газообразного азота, подаваемого из блока подачи газообразного азота, в воду, хранящуюся в принимающем воду резервуаре; и блок производства блочного льда, обработанного с помощью азотного замещения, снабженный множеством ледоформ, погруженных в бак с рассолом, поддерживаемый при температуре замерзания воды, заполняющим устройством для заполнения каждой из ледоформ водой с растворенным в ней азотом, подаваемой из блока производства воды с растворенным в ней азотом, и инжектором газа для инжектирования газообразного азота, подаваемого из блока подачи газообразного азота, в незамерзшую часть воды с растворенным в ней азотом.

Изобретение относится к области техники получения гранулированного. Способ получения гранулированного льда включает подачу воды на движущиеся затравочные кристаллы, подачу холодного воздуха вертикально снизу в объем затравочных кристаллов, размещение массы затравочных кристаллов линейно на плоскости с углом наклона, который находится в пределе от 24 до 70 градусов, подачу в нижней части плоскости по касательной к объему затравочных кристаллов со скоростью витания трапецеидальный по сечению поток холодного воздуха с температурой меньше 0 градусов C и с соотношениями средней ширины - длины от 1:2 до 1:50 и размерами торцов от 100:101 до 100:110.

Изобретение относится к области выполнения и ремонта ледовых переправ, катков, площадок. Способ замораживания трещины в ледовом покрытии включает наполнение ее гранулированным льдом.

Льдогенератор содержит контур хладагента, водяной контур, устройство для очистки, которое содержит насос, контроллер, который выполнен с возможностью активации операции по очистке через интерфейс, выполнения пользователем одной или нескольких этапов операции по очистке и управлению насосом для того, чтобы подавать очищенную жидкость через водяной контур и промывать водяной контур и контур хладагента.

Устройство для получения гранул углекислоты содержит распылитель жидкой углекислоты, цепь, образованную шарнирно соединенными между собой с зазором пластинами, опорные приводные колеса, валки, которые установлены между собой с зазором для прессования снега, транспортируемого цепью, перегородку, выполненную с возможностью подъема и опускания для регулировки толщины снега при формировании гранул, опорно-выгружное колесо, поддон.

Изобретение относится к области выполнения ледовых покрытий на переправах, площадках, катках и т.п. Способ замораживания ледовых покрытий включает орошение водой слоя гранулированного льда для смерзания каркаса, гранулы слоя имеют овально-сферическую форму, после смерзания каркаса заполняют водой межгранульное пространство слоя.

Изобретение относится к технологиям создания спортивных площадок с ледовым покрытием в закрытых помещениях для тренировок и выступлений на коньках и, в частности, к способу повышения скоростных свойств массива льда.

Способ моделирования ледяного покрова с заданными прочностными характеристиками в ледовом опытном бассейне включает понижение температуры воздуха до -10 градусов Цельсия, чашу бассейна с переохлажденной соленой водой засеивают ядрами кристаллизации льда путем распыления пресной воды из мелкодисперсной форсунки в количестве около 0,1 кг на квадратный метр поверхности с равномерно движущейся тележки в течение 1-2 минут, после чего выжидают некоторое время до образования сплошного слоя тонкого льда и далее по определенному графику регулируют температуру воздуха в бассейне в сторону понижения или повышения в зависимости от требуемой толщины и прочности ледяного покрова.
Изобретение относится к области использования возобновляемых источников энергии, которые могут быть использованы при получении льда, и может быть использовано в пищевой, рыбоперерабатывающей, фармацевтической, микробиологической промышленности, а также на предприятиях агропромышленного комплекса.

Установка для производства бинарного льда содержит замкнутый контур хладагента, включающий последовательно соединенные трубопроводом первый компрессор, маслоотделитель, конденсатор, ресивер, отделитель жидкости, первый электромагнитный клапан, четыре параллельные линии, каждая из которых содержит терморегулирующий вентиль и кристаллизатор-испаритель.

Изобретение относится к области выполнения ледовых покрытий на переправах, площадках, катках и т.п. Способ замораживания ледовых покрытий включает орошение водой слоя гранулированного льда для смерзания каркаса, гранулы слоя имеют овально-сферическую форму, после смерзания каркаса заполняют водой межгранульное пространство слоя.
Изобретение относится к способам изготовления покрытий, используемых для сооружения тротуаров, детских и спортивных площадок. .
Изобретение относится к созданию искусственного льда и может быть использовано в спорте и строительстве при создании искусственных катков и их разновидностей - конькобежных дорожек, хоккейных площадок и пр.
Изобретение относится к созданию искусственного льда и может быть использовано в спорте и строительстве при создании искусственных катков, конькобежных дорожек и т.п.
Изобретение относится к созданию искусственного льда и может быть использовано в спорте и строительстве при создании искусственных катков, конькобежных дорожек и пр.

Изобретение относится к области выполнения ледовых объектов конечно формы - плита, брус, куб и т.п. Технический результат - сокращение времени замораживания слоя из овально-сферических гранул в ледовых объектах конечной формы. Способ замораживания ледовых плит реализован путем замораживания воды в слое гранул овально-сферической формы, пустоты которого как между гранулами, так и стенками формы заполняют ледовыми шарами соответствующего размера. 1 з.п. ф-лы, 13 ил.

Наверх