Технология перекачиваемого льда

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Основная статья: Охлаждение

Технология перекачиваемого льда (ПЛ) (англ. Pumpable ice technology) — технология производства и применения жидкостей или вторичных хладагентов, также называемых хладоносителями, с вязкостью воды или желе и охлаждающими способностями льда[1][2]. Перекачиваемый лёд — это, как правило, суспензия, состоящая из кристаллов льда размерами от 5 до 10 000 микрон, в рассоле, морской воде, пищевой жидкости или пузырьков газа, например, воздуха, озона, углекислого газа[3].

Перекачиваемый лёд транспортируется по пластмассовым трубам

История[править | править код]

Впервые возможность смешивать воду со льдом и транспортировать ПЛ была реализована американской компанией North Star Ice Equipment Corporation, назвавшей эту смесь «жидкий лёд»[4]. В большинстве случаев, пресная вода используется для производства твёрдого кристаллического льда, например, чешуйчатого, пластинчатого, трубчатого, скорлупчатого или кубикового льда. Затем этот лёд дробится или размалывается и перемешивается с морской или солёной водой, а получившаяся смесь перекачивается обычным водяным насосом к потребителю.

Помимо общих терминов — «перекачиваемый», «желе» или «ледяная суспензия»,- существует много других торговых марок для данного хладоносителя, таких как «Белуга», «Оптим», «текущий», «студенистый», «бинарный», «жидкий»[5], «Максим», «взбитый»[6], «Deepchill», «bubble slurry»[7] лёд. Эти товарные знаки защищены в качестве интеллектуальной собственности рядом промышленных компаний в Австралии[8], Канаде[9][10], Китае[11], Германии[12], Исландии[13], Израиле[14], России[15], Испании[16], Великобритании[17], США[18].

Технологический процесс[править | править код]

Существуют два относительно простых метода производства ПЛ.

Первый заключается в производстве широко используемых форм кристаллического твёрдого льда, таких как плиточный, трубчатый, скорлупчатый или чешуйчатый, дальнейшем его измельчении и смешивании с водой. Эта смесь может содержать различную концентрацию льда (отношение массы ледяных кристаллов к массе воды). Размеры кристаллов льда меняются от 200 микрометров (мкм) до 10 миллиметров (мм). В дальнейшем, смесь перекачивается с помощью насосов из накопительного бака к потребителю. Конструкции, технические характеристики и области применения существующих аппаратов для производства льда описаны в книге "Ashrae Handbook: Refrigeration".[19]

Идея второго метода заключается в создании процесса кристаллизации внутри объёма охлаждаемой жидкости. Кристаллизация внутри объёма жидкости может быть достигнута путём вакуумирования или охлаждения. При использовании вакуумной технологии, при низком давлении небольшая часть воды испаряется, а оставшаяся часть воды замерзает, формируя водо-ледяную смесь[20]. В зависимости от концентрации растворённых в воде веществ, конечная температура ПЛ меняется от нуля до минус 4°C. Большой объём паров и рабочее давление около 6 мбар (600 Па) обуславливают использование компрессора водяного пара с большим прокачиваемым объёмом.

Такая ТПЛ экономически обоснована и может быть рекомендована для систем с холодопроизводительностью 300 TХ (1 TХ = 1 тонна холода = 3,516 кВт) или больше.

Системы «прямого» контакта ТПЛ[править | править код]

Хладагент непосредственно вводится внутрь жидкости[21].

Преимуществом этого метода является отсутствие каких-либо промежуточных устройств между хладагентом (Х) и жидкостью (Ж). Однако, отсутствие потери тепла между Х и Ж в процессе теплового взаимодействия (передачи тепла / холода) обуславливает некоторые недостатки, которые сдерживают широкое применение этого метода в промышленности. Основными недостатками этого метода являются высокий требуемый уровень безопасности и трудности в производстве кристаллов одинаковых размеров.

Системы «косвенного» контакта ТПЛ[править | править код]

Высококонцентрированный Перекачиваемый Лёд

В системах «косвенного» контакта ТПЛ, испаритель (теплообменник-кристаллизатор) устанавливается горизонтально или вертикально. Он имеет внешнюю трубу, в которой размещаются от одной до ста внутренних труб. Хладагент «кипит» (испаряется) между корпусом (наружной трубой) и внутренними трубами. Жидкость протекает через трубы малого диаметра. Внутри объёма испарителя создаются условия для охлаждения, переохлаждения и замерзания жидкости за счёт теплообмена с охлаждённой стенкой кристаллизатора.

Идея состоит в использовании испарителя (теплообменника скребкового типа) с хорошо отполированной внутренней поверхностью и соответствующих, вращающихся вдоль оси испарителя, механизмов для предотвращения прилипания за счёт адгезии эмбрионов ледяных кристаллов к трубам, а также от роста и утолщения льда на внутренней поверхности охлаждения. Обычно в качестве механизмов для удаления льда используют шнек, металлический стержень или вал с, размещёнными на нём, металлическими или пластиковыми ножами («дворниками» / «омывателями»).

Посредством систем «косвенного» контакта ТПЛ производится ПЛ, состоящий из кристаллов размерами от 5 до 50 микрон. Такой ПЛ имеет ряд преимуществ по сравнению с другими видами водо-ледяных смесей. Так производство 1 000 кг чистого льда требует низких затрат энергии от 60 до 75 кВт·ч, по сравнению с 90-130 кВт·ч, необходимых для производства обычного водяного льда (плиточного, чешуйчатого, скорлупчатого типа). Дальнейшее улучшение конструкции испарителей позволит достичь ещё более низких затрат электроэнергии от 40 до 55 кВт·ч на производство 1 000 кг чистого льда и высокой удельной производительности льда, отнесённой к поверхности охлаждения испарителя (до 450 кг/(м2·ч)).

Иногда газ вводится в жидкость, протекающую через испаритель. При этом газовые пузырьки разрушают пристеночный ламинарный слой жидкости на поверхности охлаждения теплообменника-кристаллизатора, увеличивают турбулентность потока и уменьшают среднюю вязкость ПЛ.

В процессе производства ПЛ используются жидкости, такие как морская вода, фруктовый или овощной сок, рассол или раствор пропиленгликоля с концентрацией (3-5)% и более, причём температура плавления (кристаллизации) должна быть не выше минус 2 °C.

Как правило, оборудование для производства, накопления и перекачки ПЛ включает лёдогенератор(ы), накопительный танк (резервуар), теплообменник, трубопроводы, насосы, электрические и электронные приборы и устройства.

ПЛ с максимальной концентрацией льда 40 % можно качать прямо от лёдогенератора к потребителю. Максимально возможная концентрация льда в накопительном баке для хранения составляет 50 %. Максимальное значение энергии охлаждения ПЛ, накопленного в резервуаре для хранения в виде гомогенной (однородной) смеси, составляет около 700 кВт·ч, что соответствует (10-15) м3 внутреннего объёма бака для хранения. Смеситель (миксер) используется для предотвращения разделения льда и охлаждённой жидкости и обеспечивает поддержание концентрации льда, равномерной по высоте резервуара и неизменной по времени. В этом случае ПЛ может подаваться из бака к месту потребления, находящимися на расстоянии сотни метров друг от друга. На практике, соотношение между требуемой электрической мощностью двигателя смесителя (кВт) и хорошо перемешанным объёмом ПЛ (м3) составляет 1:1.

В баках с объёмом, превышающим 15 м3, ПЛ не перемешивается. В этом случае энергия холода, накопленная в виде льда, утилизируется только за счёт конвективного теплообмена между льдом и жидкостью, которая циркулирует между накопительном баком и потребителем холода. Существующим конструкциям накопительных резервуаров присущи следующие недостатки:

Хаотический неконтролируемый подъём ледяных торосов, которые возникают из-за неравномерного разбрызгивания отеплённого раствора. Эта жидкость поступает из теплообменника и подаётся в резервуар со льдом для дальнейшего охлаждения путём непосредственного контакта с поверхностью льда. В результате, из-за, непостоянной во времени и пространстве, скорости подачи раствора, лёд тает неравномерно. Таким образом, ледяные шипы поднимаются над поверхностью льда, что приводит к разрушению распылительных устройств и необходимости снижения уровня раствора в баке, чтобы избежать поломок.

Накопленный в баке лёд превращается в большой цельный айсберг. Тёплая жидкость, которая поступает из системы кондиционирования воздуха может создавать каналы, по которым жидкость возвращается в систему, не будучи охлаждённой. В результате этого, накопленный лёд плохо плавится, а потенциал холода не используется в полном объёме.

Неэффективное использование объёма накопительного бака приводит к уменьшению максимальной достижимой концентрации льда и неспособности заполнить весь рабочий объём накопительного бака.

Результаты проводимых научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ обуславливают возможность по преодолению вышеуказанных недостатков в ближайшее время, что приведёт к массовому производству дешёвых, надёжных и энергоэффективных конструкций накопительных танков. Эти танки гарантируют повышение качества (например, увеличение концентрации ледяной смеси) и создают условия для полной утилизации накопленного холодильного потенциала.

Приложения[править | править код]

Многие научно-исследовательские центры, фирмы-производители лёдогенераторов, изобретатели стимулируют прогресс в ТПЛ.[1][2][22][23] Благодаря высокой эффективности использования энергии, относительно небольшим размерам кристаллизаторов Перекачиваемого льда, снижению требуемой массы хладагента, а также тому, что ТПЛ может быть адаптирована к конкретным техническим и технологическим требованиям в различных отраслях промышленности, существует много применений этой технологии.

Очистка сточных вод[править | править код]

ТПЛ может быть рекомендована для очистки (осветления) осадков сточных вод. В этом случае используется метод «замораживания-плавления»[24]. Этот метод основан на двух процессах: «правильное» (с заданной скоростью) замораживание (превращение в лёд) осадков с последующим плавлением и разделение жидкой и твёрдой фаз. «Замораживание и плавление» приводит к изменению физико-химической структуры осадков. Этот метод реализуется за счёт перераспределения любых форм связи влаги с твёрдыми частицами осадков. Очевидно, что этот метод предпочтительнее химической коагуляции (физико-химический процесс слипания коллоидных частиц) осадков реагентами. Замораживание осадка способствует увеличению свободного количества воды в осадках и улучшает эффективность осаждения осадка. Таким образом, если скорость выращивания кристаллов не превышает 0,02 м/ч, молекуле воды достаточно времени, чтобы выйти из коллоидных клеток к поверхности, где она замёрзает. После оттаивания, быстроосаждённые твёрдые частицы удаляются шнеком для последующей эффективной фильтрации. Очищенная вода готова к сбросу в водохранилище.

Опреснение морской воды[править | править код]

К существующим коммерческим методам опреснения морской воды относятся различные дистилляционные методы, обратный осмос и электродиализ. Теоретически, замораживание имеет некоторые преимущества по сравнению с вышеуказанными методами. Эти преимущества включают более низкую потребность в электроэнергии, минимальный потенциал для коррозии и отсутствие зарастания накипью поверхностей теплообменников. Недостатком является то, что замораживание подразумевает производство лёдо-водяных смесей, перемещение и обработка которых весьма затруднительна. Небольшое количество опреснительных станций было построено за последние 50 лет, но процесс не имел коммерческого успеха при производстве пресной воды для муниципальных нужд. Вместе с тем, лёдогенераторы ПЛ (ЛПЛ) предлагают доступную альтернативу благодаря высокой эффективности процесса кристаллизации. Существующие модели, однако, не имеют необходимого потенциала для промышленных опреснительных установок большой мощности, но небольшие ЛПЛ достаточны и удобны для малых потребностей в опреснении.

Процессы концентрации жидких пищевых продуктов и соков[править | править код]

В настоящее время концентрация сока и пищевых жидкостей может осуществляться с помощью обратного осмоса или вакуум-испарительной технологии. В промышленных условиях сок, как правило, выпаривают. С 1962 года широко используются, так называемые, TASTE испарители. Эти испарители имеют высокую пропускную способность, легко промываются, просты в эксплуатации и относительно недорогие. С другой стороны, тепловая обработка ухудшает качество продукта и приводит к потере аромата, что обусловлено высокой температурой водяных паров. Из-за низкого значения коэффициента теплоотдачи между паром и обрабатываемым соком, теплопередача между указанными средами очень неэффективна. Это приводит к громоздкости конструкции предприятий, использующих TASTE испарители. Альтернативным способом получения концентрированного сока и пищевой жидкости является охлаждение и замораживание. В этом случае кристаллы, полученные из чистой воды, будут удалены из сока, вина, или пива путём кристаллизации жидкости с регулируемой скоростью продвижения фронта фазового перехода. В результате, концентрированная среда сохраняет аромат, цвет и вкус. Качество концентратов, полученных в результате замораживания, несравненно выше качества продуктов, произведённых по любой другой технологии. Основные преимущества ТПЛ по сравнению с другими методами замораживания заключаются в очень низком теоретически требуемом расходе электроэнергии и возможности контроля скорости продвижения границы изменения фазы жидкость-лед. Последний довод обуславливает увеличение производства чистых водяных кристаллов льда и упрощение процесса отделения концентрированного сока или пищевой жидкости от ледяных кристаллов.

Производство замороженных пищевых жидкостей[править | править код]

«Пищевая жидкость» или напиток — это жидкость, которая специально подготовлена для потребления человеком. В дополнение к реализации основной потребности человека в питье, напитки являются частью культуры человеческого общества. В свою очередь, замороженные газированные (насыщенные углекислым газом) напитки (ЗГН) (англ. Frozen carbonated beverages - FCB) и замороженные негазированные напитки (ЗНН) (англ. Frozen uncarbonated beverage) - FUB) стали пользоваться огромной популярностью с 1990 годов. Технология Перекачиваемого Льда используется при производстве практически всех, без исключения, ЗГН и ЗНН.

Замороженные газированные напитки[править | править код]

Замороженная Кока-Кола

Машина ЗГН была изобретена Omar Knedlik, владельцем небольшого ресторана в конце 1950 годов. Для изготовления ЗГН используется смесь ароматизированного сахарного сиропа, газообразного диоксида углерода (химическая формула СО2) и фильтрованной воды. Как правило, начальная температура смеси равна (12-18)ºС. Газированная смесь подаётся в кристаллизатор ЗГН аппарата, замерзает на внутренней поверхности цилиндрического испарителя и соскребается (счищается) посредством ножей – смесителей, вращающихся с частотой от 60 до 200 оборотов в минуту. Во внутреннем объёме кристаллизатора поддерживается небольшое положительное давление (до 3 бар) с целью улучшения растворения газа в жидкости. В современных ЗГН аппаратах используется общеизвестная конвенциальная холодильная схема с капиллярной трубкой или терморегулирующим вентилем и, обычно, воздушным конденсатором. Холодильный агент подаётся либо непосредственно в полость двух-стенного испарителя, либо в спиралеобразный испаритель, намотанный на наружную поверхность кристаллизатора. Материал стенки испарителя – только нержавеющая сталь марки SS316L (российский аналог Х18Н10Т), разрешённая к контакту с пищевыми продуктами по требованиям FDA. Температура кипения составляет –(32.0-20.0)ºС. Фирмами и заводами – изготовителями не декларируется часовая производительность ЗГН аппаратов. Вместе с тем, удельные затраты энергии на производство 10,0 кг ЗГП могут достигать (1,5-2,0) кВт-ч.

После перемешивания и замораживания в кристаллизаторе – смесителе, ЗГН разливается через раздаточный кран в стаканчики. Конечным продуктом является густая смесь взвешенных кристаллов льда с относительно небольшим количеством жидкости. Качество ЗГН зависит от большого числа факторов, в том числе, от концентрации и структуры кристаллов льда, а также их размеров. Концентрация льда в водяной смеси определятся точно в соответствии с фазовой диаграммой раствора и может достигать 50%. Максимальный размер кристаллов – от 0,5 мм до 1,0 мм. Начальная температура кристаллизации смеси зависит от начальной концентрации ингредиентов в воде и лежит в пределах от -2,0ºС до -0,5ºС. Конечная температура продукта менятся от -6,0ºС до -2,0ºС в зависимости рецептуры и торговой марки фирмы - производителя.

Неожиданный интерес к ЗГН проявляется в Индии. Дело в том, что в Индии не разрешается добавление в Кока-Колу кубикового льда, произведённого из водопроводной воды, из-за большой вероятности её бактериологического заражения. Поэтому ЗГП в виде замороженной колы имеет особую привлекательность как со стороны производителей, так и со стороны покупателей.

Замороженные негазированные напитки[править | править код]

Замороженный апельсиновый сок

В качестве исходного продукта для ЗНН используются фруктовые и овощные соки, напитки на основе кофе и чая, йогурт. Проводятся научно-исследовательские работы по производству замороженного вина и пива.

ЗНН машины отличаются от ЗГН аппаратов тем, что для них не требуются поддержание небольшого положительного давления в рабочем объёме испарителя, источник газообразного диоксида углерода и специально обученный обслуживающий персонал. В остальном, конструкция современных ЗНН машин аналогична конструкции ЗГН аппаратов. Собственно ЗНН часто намного "влажнее" (меньшая концентрация льда в смеси), чем производимый ЗГН. С другой стороны, ЗНН машины значительно проще и дешевле, чем ЗГН аппараты, и поэтому они являются более распространёнными. ЗНН машины можно приобрести за $ 2000 или арендовать менее, чем за $ 100 в сутки в Великобритании.

Мороженое[править | править код]

Рынок производства мороженого в мире неуклонно возрастает с 1990-х годов, и его оборот составляет десятки миллиардов долларов США[25].

Основными рынками производства мороженого в мире являются: США, Китай, Япония, Германия, Италия, Россия, Франция, Великобритания[26].

Ведущие производители мороженого - Unilever и Nestle, которые контролируют более одной трети этого рынка. В первую пятёрку стран-потребителей мороженого входят США, Новая Зеландия, Дания, Австралия и Бельгия[27].

Конструкция и дизайн современных промышленных аппаратов для производства мороженого обеспечивают высокий уровень автоматизации и обслуживания, а также высокое качество производимого мороженого. Процесс производства мороженого включает пастеризацию, гомогенизацию и созревание смеси мороженого. Приготовленная смесь подаётся в кожухотрубный теплообменник-кристаллизатор скребкового типа, в котором осуществляются процессы предварительного замораживания и вспенивания мороженого, посредством подачи заданного количества воздуха в замораживаемую смесь. Хладагент испаряется и постоянно циркулирует в полости между наружной (корпусом) и внутренней трубами. Как правило, начальная температура смеси мороженого равна (12-18)°С. Рабочая температура кипения хладагента составляет минус (25-32)°С. Конечная температура смеси, замороженной в кристаллизаторе, - около минус 5°С. Концентрация льда в смеси достигает (30-50)% в зависимости от рецептуры и технологического процесса, реализуемого производителем. В процессе замораживания кристаллы льда образуются («растут») на внутренней поверхности испарителя кристаллизатора. Выращенные кристаллы льда удаляются (срезаются) с поверхности ножами (скребками) с целью предотвращения образования ледяной корки на внутренней стенке испарителя. Удалённые кристаллы льда перемешиваются в объёме кристаллизатора с жидкой фазой и способствуют снижению её температуры и улучшению теплообмена внутри замораживаемого продукта.

В испарителе также вращаются специальные устройства (англ. dashers), способствущие дроблению пузырьков воздуха и аэрации смеси. Затем замороженный продукт подаётся на расфасовку или на «закалку» (домораживание) для придания ему необходимой твёрдости. Продукт выдерживается в закалочных камерах при температуре —30°С. При этом общее количество замороженной воды повышается до 80 %. После закалки мороженое направляется в реализацию или на хранение.

Качество мороженого и его «мягкая» текстура зависят от структуры кристаллов льда, их размеров и от вязкости мороженого. Вода вымерзает из жидкости в виде льда. Поэтому концентрация, оставшихся в жидкости, сахаров увеличивается, и, следовательно, температура кристаллизации смеси понижается. Таким образом, структуру мороженого можно охарактеризовать как частично замороженную пену с ледяными кристаллами и пузырьками воздуха. Крошечные жировые шарики флокулируют и окружают пузырьки воздуха также в виде дисперсной фазы. Белки и эмульгаторы, в свою очередь, окружают жировые шарики. Непрерывная фаза в мороженом состоит из очень концентрированной незамёрзшей жидкости, содержащей сахара.

Окончательный средний диаметр кристаллов льда зависит от скорости замораживания. Чем скорость замораживания выше, тем лучше условия для нуклеации смеси, и количество более мелких кристаллов льда больше. Как правило, после охлаждения и замораживания смеси в кристаллизаторе, размеры ледяных кристаллов могут достигать 35-80 микрон.

Рыбное хозяйство и пищевая промышленность[править | править код]

Наполнение танка перекачиваемым льдом, изготовленным из морской воды
Охлаждение рыбы с помощью перекачиваемого льда

Оборудование на основе ТПЛ может быть использовано в процессах охлаждения продуктов в рыбной и пищевой промышленностях[28][29][30][31][32]. По сравнению с кристаллическим льдом, произведённым из пресной воды, ПЛ имеет следующие преимущества: однородность, более высокие скорости охлаждения продуктов питания и рыбы, способствует увеличению срока хранения (годности), исключает вероятность «ожогов» продукта и механического повреждения внешней поверхности охлаждаемого объекта. ПЛ соответствует требованиям продовольственной безопасности и общественного здравоохранения, сформулированным в HACCP и ISO. Наконец, ПЛ характеризуется более низким удельным расходом электроэнергии по сравнению с существующими технологиями с использованием обычного пресного кристаллического льда.

Супермаркеты[править | править код]

Системы накопления энергии на основе ТПЛ являются привлекательными для охлаждения воздуха в прилавках (витринах) супермаркетов[33]. Для этого случая ПЛ циркулирует по уже имеющимся трубопроводам в качестве хладоносителя. ПЛ используется, как замена хладагентов, разрушающих озоновый слой, например: Хлордифторметан (R-22) и других хлорфторуглеродов.

Целесообразность использования ТПЛ для этого применения, обусловлена следующими факторами:

  1. Высокая теплоотдача от ПЛ обеспечивает компактность оборудования. Оборудование ТПЛ меньше, по сравнению с другими типами холодильного оборудования той же мощности. ЛПЛ занимает меньше площади, имеет меньший объём и вес;
  2. Структура ПЛ обуславливает существенно лучшие параметры этой охлаждающей среды. Сравнение показателей ПЛ может быть проведено на любой основе, в том числе, на единицу площади пола, занимаемого оборудованием, на единицу веса или объёма оборудования;
  3. С ТПЛ легко поддерживать постоянную температуру воздуха внутри продуктовых витрин и прилавков супермаркета;
  4. ТПЛ позволяет системе охлаждения быть более гибкой, при этом холодильные шкафы могут легко перестраиваться в соответствии с увеличением или уменьшением тепловой нагрузки;
  5. Витрины, прилавки и шкафы, использующие ТПЛ, позволяют сократить длину труб с холодильным агентом, уменьшить расходы по обслуживанию и трудозатраты по обнаружению утечек по сравнению с системами непосредственного охлаждения или насосно-циркуляционными холодильными системами;
  6. Благодаря высокой эффективности процесса передачи тепла в ТПЛ, требуется пониженное количество хладагента;
  7. В противовес системам прямого расширения хладагента, витрины, прилавки и шкафы, использующие ТПЛ, не выбрасывают тепло в помещение, так как нет необходимости для установки воздушных конденсаторов под оборудованием. Поэтому воздух вокруг витрин не нагревается;
  8. При использовании ТПЛ требуется меньше энергии на размораживание (дефростацию) оборудования.

Производство ледяного вина[править | править код]

Широкие перспективы использования ТПЛ открыты для производства специальных вин, именуемых Ледяное вино[34]. По сравнению с существующей технологией производства «Richwine» или «Ice wine», при использовании ТПЛ не нужно ждать несколько месяцев, пока заморозится виноград. Свежевыжатый виноград собирают в специальный контейнер, подключённый к аппарату по производству ПЛ. Сок прокачивается через ЛПЛ, из которого уже выходит в виде смеси льда (крошечных, чистых, свободных от молекул сока, кристаллов), и немного более концентрированного сока. Жидкий лёд возвращается в накопительный бак, в котором, в соответствии с законом Архимеда, происходит естественная сепарация льда и сока. Цикл повторяется много раз, пока концентрация сахара в соке не достигает (50-52)°Вх по шкале Брикса. Концентрированный сок легко удаляется из резервуара и перекачивается в другой специальный танк для реализации процесса брожения до момента получения этого напитка.

Системы накопления и хранения энергии[править | править код]

Лёдогенератор перекачиваемого льда и накопительный танк, установленные в подвале супермаркета Олимпийский в Никозии на Кипре

Системы накопления и хранения энергии (СНХЭ) на базе ТПЛ[35] могут быть использованы в централизованных системах кондиционирования воздуха с водяным охлаждением. СНХЭ с ТПЛ позволяет снизить эксплуатационные расходы здания, потребность в новых электростанциях и линиях электропередач, потребление энергии электростанцией, загрязнение атмосферы, выбросы парниковых газов. Срок возврата инвестиций при использовании СНХЭ с ТПЛ составляет 2 — 4 года. По сравнению со статическими и динамическими системами хранения льда (СДСХЛ)[36], общий коэффициент теплопередачи (OКТП) при производстве ПЛ, более чем в десятки или сотни раз, выше (эффективнее), чем тот же коэффициент для указанных выше типов СДСХЛ. Это объясняется наличием большого количества термических сопротивлений между кипящим хладагентом в испарителе и водой / льдом в накопительном баке в СДСХЛ. Высокие значения OКТП в СНХЭ на основе ТПЛ обуславливают уменьшение объёмов комплектующих изделий, увеличение максимально достижимой концентрации льда в объёме бака, и это, в конечном счёте, влияет на цену оборудования. СНХЭ на основе ТПЛ установлены во многих странах: Японии, Южной Корее, США и Великобритании[37].

Mедицина[править | править код]

Разработан технологический защитный процесс охлаждения на основе использования специально изготовленной ледяной суспензии для медицинских применений[38]. В этом случае ПЛ может быть введён внутрь артерии, внутривенно, а также на наружные поверхности органов при использовании лапароскопии, или даже через эндотрахеальную трубку. Результаты исследований подтверждают тот факт, что ПЛ может быть использован для выборочного охлаждения органов с целью предотвращения или ограничения ишемического повреждения после инсульта или сердечного приступа. Завершены медицинские тесты на животных, моделирующие условия проведения стационарных лапароскопических операций на почку. Результаты исследований французских и американских учёных должны быть одобрены американским Управлением по контролю за качеством пищевых продуктов и лекарственных препаратов, (англ. Food and Drug Administration, FDA, US FDA)[39].

Преимущества ТПЛ применительно к медицине:

  1. ПЛ может легко перекачиваться через узкие игольные катетеры, обеспечивающие высокую подводимую холодильную мощность и быстрое охлаждение органов;
  2. ПЛ позволяет обеспечить защитное охлаждение и контроль температуры целевых органов во время операции;
  3. ПЛ помогает людям, которым требуется срочная медицинская помощь, включая даже случаи остановки сердца и инсульт.

Горнолыжные курорты[править | править код]

Экономические последствия глобального потепления стимулируют интерес к производству снега на горнолыжных курортах в тёплую погоду, даже при температуре окружающей среды 20 °C. Требуемая электрическая мощность и размеры существующего производственного оборудования в значительной степени зависят от влажности, ветра и температуры окружающей среды, которая должна быть ниже минус 4°С. Способ производства снега основан на распылении и замораживании в воздухе капелек воды до их соприкосновения с поверхностью земли. ПЛ производимый по Технологии Вакуумного Лёдогенератора (ВЛГ)[40] помогает профессиональным лыжникам увеличить сроки тренировок до и после зимнего сезона (на протяжении последних месяцев осени и в начале весны). Для любителей лыжного спорта появляется возможность кататься на лыжах круглый год.

Процесс производства перекачиваемого льда организован следующим образом. В объёме сосуда над солевым раствором, размещённым внутри ВЛГ, создаётся очень низкое давление. Небольшая часть раствора испаряется в виде воды, а оставшаяся жидкость замерзает, формируя смесь раствора и кристаллов льда. Водяные пары постоянно отсасываются из ВЛГ, сжимаются и подаются в конденсатор за счёт центробежного компрессора особой конструкции. Стандартный охладитель воды поставляет охлаждающую воду с температурой 5°С для конденсации водяного пара. Жидкая ледяная смесь перекачивается из объёма ВЛГ в концентратор, в котором кристаллы льда отделяются от жидкости. Высоко концентрированный лёд извлекается из концентратора.

ВЛГ(ы) установлены на горнолыжных курортах Австрии и Швейцарии.

См. также[править | править код]

Примечания[править | править код]

  1. ↑ 1 2 Фикиин К., Калоянов Н., Филатова Т., Соколов В. Мелкокристаллические ледяные суспензии как основа передовых промышленных технологий: Состояние и перспективы // Холодильный бизнес : журнал. — M., 2002. — № 7. — С. 4—11. Архивировано 17 апреля 2017 года.
  2. ↑ 1 2 Соколов В., Фикиин К., Калоянов Н. Преимущества, производство и применение ледяных суспензий как вторичных хладоносителей // БулКТоММ "Механика на машините". — 2002. — № 44. — С. 26—31. — ISSN 0861-9727. Архивировано 17 апреля 2017 года.
  3. ↑ Use of pumpable slurry ice at sea. Seafood Scotland (31 мая 2005). Дата обращения: 10 марта 2011. Архивировано 22 июля 2012 года.
    Prout, P; Misson, T. Trials of the Pumpable Icing of Fish // Seafish Technology and Training. — 2004. Архивировано 2 марта 2011 года.
    Менин, Борис Системы накопления тепловой энергии для малого бизнеса и домашнего применения. Дата обращения: 10 марта 2011. Архивировано 5 апреля 2011 года.
  4. ↑ Liquid Ice. Дата обращения: 10 марта 2011. Архивировано 22 июля 2012 года.
  5. ↑ Method and installation for continuous production of liquid ice {{citation}}: |access-date= требует |url= (справка); Неизвестный параметр |country-code= игнорируется (справка); Неизвестный параметр |inventor1-first= игнорируется (справка); Неизвестный параметр |inventor1-last= игнорируется (справка); Неизвестный параметр |inventor2-first= игнорируется (справка); Неизвестный параметр |inventor2-last= игнорируется (справка); Неизвестный параметр |inventor3-first= игнорируется (справка); Неизвестный параметр |inventor3-last= игнорируется (справка); Неизвестный параметр |inventor4-first= игнорируется (справка); Неизвестный параметр |inventor4-last= игнорируется (справка); Неизвестный параметр |issue-date= игнорируется (справка); Неизвестный параметр |patent-number= игнорируется (справка)
  6. ↑ Method and installation for continuous production of whipped ice {{citation}}: Неизвестный параметр |country-code= игнорируется (справка); Неизвестный параметр |inventor1-first= игнорируется (справка); Неизвестный параметр |inventor1-last= игнорируется (справка); Неизвестный параметр |inventor2-first= игнорируется (справка); Неизвестный параметр |inventor2-last= игнорируется (справка); Неизвестный параметр |inventor3-first= игнорируется (справка); Неизвестный параметр |inventor3-last= игнорируется (справка); Неизвестный параметр |issue-date= игнорируется (справка); Неизвестный параметр |patent-number= игнорируется (справка)
  7. ↑ Method and installation for continuous crystallization of liquids by freezing {{citation}}: Неизвестный параметр |country-code= игнорируется (справка); Неизвестный параметр |inventor1-first= игнорируется (справка); Неизвестный параметр |inventor1-last= игнорируется (справка); Неизвестный параметр |issue-date= игнорируется (справка); Неизвестный параметр |patent-number= игнорируется (справка)
  8. ↑ Flow ice. Дата обращения: 6 июня 2011. Архивировано 23 марта 2012 года.
  9. ↑ Deepchill™ Variable-State Ice. Дата обращения: 10 марта 2011. Архивировано 22 июля 2012 года.
  10. ↑ Slurry Ice. Дата обращения: 6 июня 2011. Архивировано из оригинала 25 марта 2012 года.
  11. ↑ Fluidic Ice. Дата обращения: 10 марта 2011. Архивировано 22 июля 2012 года.
  12. ↑ Binary-Ice. Дата обращения: 10 марта 2011. Архивировано 22 июля 2012 года.
  13. ↑ Optim Ice. Дата обращения: 10 марта 2011. Архивировано из оригинала 22 июля 2011 года.
  14. ↑ Bubble Slurry™ Ice. Дата обращения: 10 марта 2011. Архивировано 22 июля 2012 года.
  15. ↑ Жидкий лёд. Дата обращения: 10 марта 2011. Архивировано 22 июля 2012 года.
  16. ↑ Gel-ice. Дата обращения: 10 марта 2011. Архивировано 22 июля 2012 года.
  17. ↑ Slurry-ICE™. Дата обращения: 10 марта 2011. Архивировано 22 июля 2012 года.
  18. ↑ MaximICE Ice Slurry. Дата обращения: 10 марта 2011. Архивировано 22 июля 2012 года.
  19. ↑ Chapter 34: Ice manufacture // Refrigeration. — American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers, 2006. — ISBN 1931862877.
  20. ↑ Vacuum Ice Maker (VIM). Дата обращения: 10 марта 2011. Архивировано из оригинала 29 января 2011 года.
  21. ↑ Плотников В. Т., Филаткин В. Н. Разделительные вымораживающие установки. М.: Агропромиздат, 1987
  22. ↑ Egolf, P.W. (2004). Ice Slurry: A promising technology (PDF). International Institute of Refrigeration. Архивировано (PDF) из оригинала 9 апреля 2007. Дата обращения: 9 июня 2011.
  23. ↑ Rivet, P. (2007). Ice Slurries: State of the Art (PDF). International Institute of Refrigeration. Дата обращения: 9 июня 2011.
  24. ↑ Plant for treatment of sediment of natural and wastewaters {{citation}}: Неизвестный параметр |country-code= игнорируется (справка); Неизвестный параметр |inventor1-first= игнорируется (справка); Неизвестный параметр |inventor1-last= игнорируется (справка); Неизвестный параметр |inventor2-first= игнорируется (справка); Неизвестный параметр |inventor2-last= игнорируется (справка); Неизвестный параметр |inventor3-first= игнорируется (справка); Неизвестный параметр |inventor3-last= игнорируется (справка); Неизвестный параметр |inventor4-first= игнорируется (справка); Неизвестный параметр |inventor4-last= игнорируется (справка); Неизвестный параметр |issue-date= игнорируется (справка); Неизвестный параметр |patent-number= игнорируется (справка)
  25. ↑ Berry, D. (2009). Market Update. Trends in Sales and Innovations (PDF). International Dairy Foods Association. Архивировано (PDF) из оригинала 16 марта 2012. Дата обращения: 7 мая 2011.
  26. ↑ Global ice cream industry – strategic market,international trade & production review. Dairymark.com (1 февраля 2008). Дата обращения: 7 мая 2011. Архивировано из 2008 Dairymark.com оригинала 27 февраля 2012 года.
  27. ↑ What Is the World's Largest Ice Cream Manufacturer? Дата обращения: 7 мая 2011. Архивировано 22 июля 2012 года.
  28. ↑ Фикиин К., Фикиин А. Индивидуальное быстрое замораживание пищевых продуктов посредством гидрофлюидизации и перекачиваемых ледяных суспензий // Холодильная Техника. — 2003. — № 1. — С. 22—25. — ISSN 0023-124X. Архивировано 14 августа 2017 года.
  29. ↑ Fikiin K.A., Wang Ming-Jian, Kauffeld M., Hansen T.M. Direct contact chilling and freezing of foods in ice slurries // Handbook on Ice Slurries – Fundamentals and Engineering. — International Institute of Refrigeration, 2005. — С. 251—271. — ISBN 2-913149-42-1. Архивировано 17 апреля 2017 года.
  30. ↑ Fikiin K.A., Fikiin A.G. Individual quick freezing of foods by hydrofluidisation and pumpable ice slurries // Advances in the Refrigeration Systems, Food Technologies and Cold Chain, Refrigeration Science and Technology. — International Institute of Refrigeration, 1998. — С. 319—326. — ISBN 2913149006. — ISSN 01511637. Архивировано 17 апреля 2017 года.
  31. ↑ Deepchill™ Variable-State Ice in a Poultry Processing Plant in Korea. Дата обращения: 10 марта 2011. Архивировано 22 июля 2012 года.
  32. ↑ Results of Liquid Ice Trails aboard Challenge II (27 апреля 2003). Дата обращения: 10 марта 2011. Архивировано из оригинала 29 января 2016 года.
  33. ↑ Rhiemeier, Jan-Martin; Harnisch, Jochen; Kauffeld, Michael; Leisewitz, Andre. Comparative Assessment of the Climate Relevance of Supermarket Refrigeration Systems and Equipment (англ.). — Berlin: Federal Environment Agency, 2008. Архивировано 19 февраля 2012 года. Архивированная копия. Дата обращения: 8 марта 2011. Архивировано 19 февраля 2012 года.
  34. ↑ Galilee- Sweet White Wine (2004). Дата обращения: 3 апреля 2011. Архивировано 5 октября 2011 года.
  35. ↑ Completion of "Environmentally Friendly Heat Source Improvement Work" at OMM Building in Osaka City (1998). Дата обращения: 10 марта 2011. Архивировано 22 июля 2012 года.
  36. ↑ Zhao, Haihua; Zhang, Hongbin; Hamanaka, Blaise; Yan, Wei; Jeong, Woonseong (2010-06-17), "Ice Thermal Storage Systems for LWR Supplemental Cooling and Peak Power Shifting" (PDF), Proceedings of ICAPP 10, Дата обращения: 10 марта 2011 {{citation}}: |first3= пропущен |last3= (справка); Неизвестный параметр |kast3= игнорируется (справка)Википедия:Обслуживание CS1 (дата и год) (ссылка) Архивная копия от 5 марта 2012 на Wayback Machine
  37. ↑ Kauffeld, Michael; Kawaji, Masahiro; Egolf, Peter W. Handbook on Ice Slurries-Fundamentals and Engineering (англ.). — Paris: International Institute of Refrigeration, 2005. — ISBN 2-913149-42-1.
  38. ↑ Rapid Cooling Using Ice Slurries for Industrial and Medical Applications. Argonne National Laboratory. 2010. Архивировано из оригинала 14 июня 2018. Дата обращения: 11 июня 2011.
  39. ↑ Kasza, K. (2008). Medical Ice Slurry Coolants for Inducing Targeted-Organ/Tissue Protective Cooling (PDF). Argonne National Laboratory. Архивировано (PDF) из оригинала 21 июля 2011. Дата обращения: 11 июня 2011.
  40. ↑ All Weather Snowmaker. Дата обращения: 24 июля 2011. Архивировано из оригинала 15 августа 2011 года.

Ссылки[править | править код]

Источник — https://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=Технология_перекачиваемого_льда&oldid=134982329