Технология перекачиваемого льда

Эту статью следует викифицировать. Пожалуйста, оформите её согласно правилам оформления статей.

Эта статья или раздел нуждается в переработке. Пожалуйста, улучшите статью в соответствии с правилами написания статей.

Технология перекачиваемого льда (ПЛ) (англ. Pumpable ice technology) — это технология производства текучих сред и вторичных холодильных агентов, также называемых хладоносителями, с вязкостью воды или желе и потенциалом холода льда. Перекачиваемый лёд — это, как правило, суспензия, состоящая из кристаллов льда размерами от 5 до 10 000 микронов, рассола или морской воды, или пищевой жидкости и пузырьков газа, например, воздуха, озона, углекислого газа^[1][2][3].

Перекачиваемый лёд транспортируется по пластмассовым трубам

История

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 соленой водой. Затем 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

Существуют два относительно простых метода производства ПЛ.

Первый заключается в производстве, широко используемых форм, кристаллического твердого 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 микрометра (мкм) до 10 миллиметра (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^[19].

Идея второго метода заключается в создании процесса кристаллизации внутри объема охлаждаемой жидкости. Кристаллизация внутри объема жидкости может быть достигнута путем 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 объем 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

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

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 объема испарителя создаются условия для охлаждения, переохлаждения и замерзания жидкости за счет 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 микронов. 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 льдогенератор(ы), накопительный танк (резервуар), теплообменник, трубопроводы, насосы, электрические и электронные приборы и устройства.

ПЛ с максимальной концентрацией льда 40 % можно качать прямо от льдогенератора 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 объема бака для хранения. Смеситель (миксер) используется для предотвращения разделения льда и охлажденной 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, соототношение 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 подается 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, лед 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 лед превращается в большой цельный айсберг. Тёплая жидкость, которая поступает из системы кондиционирования воздуха может создавать каналы, по которым жидкость возвращается в систему, не будучи охлажденной. В результате этого, накопленный лёд плохо плавится, а потенциал холода не используется в полном объёме.

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

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

Приложения

Многие научно-исследовательские центры, фирмы-производители льдогенераторов, изобретатели стимулируют прогресс в ТПЛ.^[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

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

К существующим коммерческим методам опреснения морской воды относятся различные дистиляционные 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 льдо-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, льдогенераторы 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

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 водой, 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

”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 20-го века. Технология Перекачиваемого Льда используется при производстве практически всех, без исключения, ЗГН и ЗНН.

Замороженные газированные напитки

Замороженная Кока-Кола

Машина ЗГН была изобретена Омаr Knedlik, владельцем небольшого ресторана в конце 1950 годов. Для изготовления ЗГН используется смесь ароматизированного сахарного сиропа, газообразной двуокиси 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 угловой скоростью 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 инградиентов 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

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 распространенными. ЗНН машины можно приобрести за $ 2000 или арендовать менее, чем за $ 100 в сутки в Великобритании.

Мороженое

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 пятерку 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 твердости. 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 незамерзшей 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

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]. По сравнению с кристаллическим льдом, произведённым из пресной водой, 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 обычноого пресного кристаллического льда.

Супермаркеты

Системы накопления энергии на основе ТПЛ являются привлекательными для охлаждения воздуха в прилавках (витринах) супермаркетов^[30]. 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 объем 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

Широкие перспективы использования ТПЛ открыты для производства специальных вин, именуемых Ледяное вино^[31]. 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, подключенный 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 лед 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

Льдогенератор перекачиваемого льда и накопительный танк, установленные в подвале супермаркета Олимпийский в Никозии, Кипр

Системы накопления и хранения энергии (СНХЭ) на базе ТПЛ^[32] 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)^[33], 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 объемов комплектующих изделий, увеличение максимально достижимой концентрации льда в объеме бака, и это, в конечном счете, влияет на цену оборудования. СНХЭ на основе ТПЛ установлены во многих странах: Японии, Кореи, США и Великобритании^[34].

Mедицина

Разработан технологический защитный процесс охлаждения на основе использования специально изготовленной ледяной суспензии для медицинских применений^[35]. В этом случае ПЛ может быть введен 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)^[36].

Преимущества ТПЛ в применении 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

Экономические последствия глобального потепления стимулируют интерес к производству снега на горнолыжных курортах в теплую 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 Льдогенератора (ВЛГ)^[37] 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 ПЛ 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 объема 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

• Кристаллизация
• Мороженое
• Переохлаждённая жидкость
• Фазовая диаграмма воды

Примечания

1. ↑ Use of pumpable slurry ice at sea. Seafood Scotland (May 31,2005). Архивировано из первоисточника 23 июля 2012. Проверено 10 марта 2012.
2. ↑ (2004) «Trials of the Pumpable Icing of Fish». Seafish Technology and Training.
3. ↑ Менин, Борис Системы накопления тепловой энергии для малого бизнеса и домашнего применения. Архивировано из первоисточника 23 июля 2012. Проверено 10 марта 2012.
4. ↑ Liquid Ice. Архивировано из первоисточника 23 июля 2012. Проверено 10 марта 2012.
5. ↑ El-Boher, Arie; Michael Pechatnikov & Semion Novak et al., "Method and installation for continuous production of liquid ice", US 5383342, issued 1995
6. ↑ Zusman, Vladimir; Yuri Kayem & Boris Menin, "Method and installation for continuous production of whipped ice", US 6119467, issued 2000
7. ↑ Menin, Boris, "Method and installation for continuous crystallization of liquids by freezing", US 6305189, issued 2001
8. ↑ Flow ice. Проверено 6 июня 2011.
9. ↑ Deepchill™ Variable-State Ice. Архивировано из первоисточника 23 июля 2012. Проверено 10 марта 2012.
10. ↑ Slurry Ice. Архивировано из первоисточника 23 июля 2012. Проверено 6 июня 2011.
11. ↑ Fluidic Ice. Архивировано из первоисточника 23 июля 2012. Проверено 10 марта 2012.
12. ↑ Binary-Ice. Архивировано из первоисточника 23 июля 2012. Проверено 10 марта 2012.
13. ↑ Optim Ice. Архивировано из первоисточника 23 июля 2012. Проверено 10 марта 2012.
14. ↑ Bubble Slurry™ Ice. Архивировано из первоисточника 23 июля 2012. Проверено 10 марта 2012.
15. ↑ Жидкий лёд. Архивировано из первоисточника 23 июля 2012. Проверено Март 10, 2011.
16. ↑ Gel-ice. Архивировано из первоисточника 23 июля 2012. Проверено 10 марта 2012.
17. ↑ Slurry-ICE™. Архивировано из первоисточника 23 июля 2012. Проверено 10 марта 2012.
18. ↑ MaximICE Ice Slurry. Архивировано из первоисточника 23 июля 2012. Проверено 10 марта 2012.
19. ↑ Chapter 34: Ice manufacture // Refrigeration. — American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers, 2006. — ISBN 1931862877
20. ↑ Vacuum Ice Maker (VIM). Архивировано из первоисточника 23 июля 2012. Проверено 10 марта 2012.
21. ↑ Плотников В. Т., Филаткин В. Н. Разделительные вымораживающие установки. М.: Агропромиздат, 1987
22. ↑ (2004) "Ice Slurry: A promising technology"., International Institute of Refrigeration. Проверено June 9, 2011. 
23. ↑ (2007) "Ice Slurries: State of the Art"., International Institute of Refrigeration. Проверено June 9, 2011. 
24. ↑ Lyubarsky, Vladlen; Nikolai Fomin & Genady Kravtzov et al., "Plant for treatment of sediment of natural and wastewaters", US 4786407, issued 1988
25. ↑ (2009) "Market Update. Trends in Sales and Innovations"., International Dairy Foods Association. Проверено May 7, 2011. 
26. ↑ 2008 Dairymark.com Global ice cream industry – strategic market,international trade & production review. Dairymark.com (February 1, 2008). Проверено 7 мая 2011.
27. ↑ What Is the World's Largest Ice Cream Manufacturer?. Архивировано из первоисточника 23 июля 2012. Проверено 7 мая 2011.
28. ↑ Deepchill™ Variable-State Ice in a Poultry Processing Plant in Korea. Архивировано из первоисточника 23 июля 2012. Проверено 10 марта 2012.
29. ↑ Results of Liquid Ice Trails aboard Challenge II (April 27, 2003). Архивировано из первоисточника 23 июля 2012. Проверено 10 марта 2012.
30. ↑ Comparative Assessment of the Climate Relevance of Supermarket Refrigeration Systems and Equipment. — Berlin: Federal Environment Agency, 2008.
31. ↑ Galilee- Sweet White Wine (2004). Архивировано из первоисточника 23 июля 2012. Проверено 3 апреля 2012.
32. ↑ Completion of "Environmentally Friendly Heat Source Improvement Work" at OMM Building in Osaka City (1998). Архивировано из первоисточника 23 июля 2012. Проверено 10 марта 2012.
33. ↑ Zhao, Haihua & Zhang, Hongbin (17 June 2010), "«Ice Thermal Storage Systems for LWR Supplemental Cooling and Peak Power Shifting»", Proceedings of ICAPP 10, <http://www.inl.gov/technicalpublications/Documents/4502635.pdf>. Проверено 10 марта 2012. 
34. ↑ Handbook on Ice Slurries-Fundamentals and Engineering. — Paris: International Institute of Refrigeration, 2005. — ISBN 2-913149-42-1
35. ↑ (2010) "Rapid Cooling Using Ice Slurries for Industrial and Medical Applications"., Argonne National Laboratory. Проверено June 11, 2011. 
36. ↑ (2008) "Medical Ice Slurry Coolants for Inducing Targeted-Organ/Tissue Protective Cooling"., Argonne National Laboratory. Проверено June 11, 2011. 
37. ↑ All Weather Snowmaker. Архивировано из первоисточника 23 июля 2012. Проверено 24 июля 2011.

Ссылки

• ASHRAE Technical Committee TC 3.1, Refrigerants and Secondary Coolants (ASHRAE T.C. 3.1)
• ASHRAE Technical Committee TC 6.9, Thermal Storage (ASHRAE T.C. 6.9)
• ASHRAE Technical Committee TC 10.2, Automatic Ice making Plants/Skating Rinks (ASHRAE T.C. 10.2)
• Cold chain management projec Chill-On (EU’s FP6)
• Desalination for water supply
• Industrial Crystallization
• Vacuum Freezing