Technologie čerpatelného ledu - Pumpable ice technology

Pumpable ice ( PI ) technologie je technologie pro výrobu a používání tekutin nebo sekundárních chladiv, nazývaných také chladiva , s viskozitou vody nebo želé a chladicí kapacitou ledu . Čerpatelný led je obvykle kaše ledových krystalů nebo částic o průměru od 5 mikrometrů do 1 cm a transportována v solance , mořské vodě , potravinářské kapalině nebo plynových bublinách vzduchu , ozónu nebo oxidu uhličitého .

Čerpatelný led procházel plastovými trubkami

Terminologie

Kromě obecných výrazů, jako je čerpatelný, želé nebo kejdový led , existuje pro takové chladivo mnoho ochranných známek , jako „Deepchill“, „Beluga“, „optimální“, „tok“, „tekutina“, „želé“, „binární“ Led, „kapalina“, „maxima“, „šlehačka“ a „bublinková kaše“. Tyto ochranné známky jsou autorizovány společnostmi vyrábějícími průmyslové výrobníky ledu v Austrálii, Kanadě, Číně, Německu, Islandu, Izraeli, Rusku, Španělsku, Velké Británii a USA.

Technologický proces

Existují dva relativně jednoduché způsoby výroby čerpatelného ledu. Prvním je výroba běžně používaných forem krystalového pevného ledu, jako je talířový, trubicový, skořápkový nebo vločkový led, drcením a mícháním s vodou. Tato směs různých koncentrací ledu a rozměrů částic (krystaly ledu se mohou lišit v délce od 200 µm do 10 mm) je vedena čerpadly ze skladovací nádrže ke spotřebiteli. Konstrukce, specifikace a aplikace současných konvenčních výrobníků ledu jsou popsány v tomto odkazu:

Myšlenkou druhé metody je vytvořit krystalizační proces uvnitř objemu chlazené kapaliny. Této krystalizace uvnitř lze dosáhnout pomocí vakuových nebo chladicích technologií. Ve vakuové technologii velmi nízký tlak nutí malou část vody odpařit, zatímco zbývající voda zmrzne a vytvoří směs vody a ledu. V závislosti na koncentracích aditiv je konečná teplota čerpatelného ledu mezi nulou a –4 ° C. Velký objem páry a provozní tlak asi 6 mbar (600 Pa ) vyžadují použití kompresoru vodní páry s velkým objemem . Tato technologie je ekonomicky přiměřená a lze ji doporučit pro systémy s chladicím výkonem 1 MW (300 tun chlazení ; 3,5 milionu BTU/h ) nebo větším.

Krystalizaci chlazením lze provádět pomocí přímých nebo nepřímých systémů.

Přímo čerpatelná technologie ledu

Chladiva je přímo vstřikován dovnitř kapalina

Výhodou této metody je absence jakéhokoli mezilehlého zařízení mezi chladivem a kapalinou. Absence tepelných ztrát mezi chladivem a kapalinou v procesu tepelné interakce ( přenos tepla ) však může způsobit problémy. Tyto bezpečnostní opatření, která mají být provedena, je třeba, aby další krok chladiva oddělení, a obtíže při výrobě krystalů jsou další nevýhody tohoto způsobu.

Nepřímo čerpatelná ledová technologie

Čerpatelný led vysoké koncentrace

U nepřímých metod je výparník ( výměník tepla -krystalizátor) sestaven vodorovně nebo svisle. Má plášťovou trubici sestavenou z jedné až stovky vnitřních trubek a obsahující chladivo, které se odpařuje mezi pláštěm a vnitřní trubicí. Tekutina proudí hadičkou malého průměru. Ve vnitřním objemu výparníku probíhá chlazení , superchlazení a zmrazování kapaliny v důsledku výměny tepla se stěnou chlazenou krystalizátorem.

Cílem je použít dobře vyleštěný povrch výparníku ( dynamický výměník tepla se škrábaným povrchem ) a vhodné mechanismy, které zabrání ulpívání hadiček na ledových zárodcích a zabrání růstu a zesílení ledu na vnitřní chladicí ploše. Jako mechanismus pro odstranění se obvykle používá bičová tyč, šroub nebo hřídel s kovovými nebo plastovými stěrači.

Technologie nepřímého čerpatelného ledu produkují čerpatelný led skládající se z 5 až 50 mikrometrových krystalů a mají řadu výhod: mohou vyrobit 1 000 kg krystalového ledu při nízkém energetickém výdeji 60 až 75 kWh namísto 90 až 130 kWh potřebných k výrobě běžného vodní led (talíř, vločky, druhy skořápek). Očekává se, že další vylepšení povedou ke specifickému výdeji energie na výrobu ledu 40 až 55 kWh na 1 000 kg čistého ledu a vysoké specifické kapacitě ledu na hodnotu plochy na chladicí ploše výparníku (až 450 kg/(m ² · h)).

Komerční výparníky typu dvojtrubek používané v potravinářském a rybářském průmyslu mají vnitřní průměr vnitřní trubky a délku v rozmezí 50–125 mm a 60–300 cm. Pro mazací olej pro voskování jsou široce používány výparníky s následujícími rozměry: vnitřní průměr vnitřní trubky je 150–300 mm; délka je 600–1 200 cm.

Někdy může být do kapaliny protékající výparníkem přidán plyn. Ničí kapalnou laminární vrstvu na ochlazeném povrchu výměníku tepla-krystalizátoru, zvyšuje turbulenci proudění a snižuje průměrnou viskozitu čerpatelného ledu.

Při tomto postupu se používají různé kapaliny, jako je mořská voda, šťáva, solanky nebo glykolové roztoky aditiv s více než 3–5% koncentracemi a bodem tuhnutí nižší než –2 ° C.

Zařízení pro výrobu, akumulaci a dodávku čerpatelného ledu obvykle zahrnuje výrobník ledu , akumulační nádrž , výměník tepla , potrubí, čerpadla a elektrická a elektronická zařízení a zařízení.

Čerpatelný led s maximální koncentrací ledu 40% lze čerpat přímo z výrobníku ledu ke spotřebiteli. Konečná možná koncentrace ledu čerpatelného ledu ve skladovací nádrži je 50%. Maximální hodnota chladicí energie čerpatelného ledu akumulovaného v akumulační nádrži v homogenní fázi je asi 700 kWh, což odpovídá 10–15 m ³ objemu akumulační nádrže. K zamezení oddělování ledu z chlazené kapaliny se používá mixér s vysokým střihem a udržuje koncentraci ledu v průběhu času nezměněnou a neovlivňuje výšku nádrže. Čerpatelný led je transportován ze skladovací nádrže do místa spotřeby, které by mohlo být stovky metrů daleko. Praktická poměr mezi požadovanou elektrické energie v mixeru ponorného motoru (kW) a „hnětené“ čerpatelné objemu ledu (m ³ ) je 1: 1.

V nádržích s objemy většími než 15 m ³ se čerpatelný led nemíchá a studenou energii uloženého ledu využívá pouze přenos tepla kapalinou, která cirkuluje mezi zásobníkem a spotřebiteli chladu. Nevýhody stávajících nádrží na skladování ledu zahrnují následující:

Chaotický nekontrolovatelný nárůst ledových hřebenů, které vznikají v důsledku nerovnoměrného kropení teplé tekutiny. Tato kapalina se přivádí do akumulační nádrže z výměníku tepla pro další chlazení přímým kontaktem s povrchem ledu. Roztok se v prostoru rozpráší nerovnoměrně. Rychlost dodávky navíc není konstantní. Led proto taje nerovnoměrně. Hroty ledu tedy stoupají nad povrch ledu, což vede ke zničení postřikovacích zařízení. V tomto případě je nutné snížit hladinu roztoku ve skladovací nádrži, aby nedošlo k rozbití postřikovacích zařízení.

Led nahromaděný v nádrži se promění ve velký kus. Teplá kapalina, která pochází z klimatizačního systému, může vytvářet kanály, kterými se kapalina může vrátit do systému, aniž by byla ochlazena. V důsledku toho není nahromaděný led plně využit.

Neefektivní využití objemu akumulační nádrže vede ke snížení dosažitelného maxima koncentrace ledu a k neschopnosti naplnit celý pracovní objem akumulační nádrže.

Probíhá výzkum a vývoj v oblasti překonávání těchto nevýhod a očekává se, že povede k masové výrobě levných, spolehlivých a účinných akumulačních nádrží. Tyto nádrže by měly zajistit vyšší koncentrace ledu a umožnit plné využití uloženého studeného potenciálu.

Aplikace

Mnoho výrobců výrobníků ledu, výzkumných center a vynálezců pracuje na technologiích čerpatelného ledu. Vzhledem k jejich vysoké energetické účinnosti, zmenšeným rozměrům a nízkým dávkám chladiva existuje pro tuto technologii mnoho aplikací.

Výběr

Existují různé konstrukce čerpatelných výrobníků ledu a mnoho speciálních oblastí použití. Volbu usnadňují počítačové programy vyvinuté výrobci.

Zákazník, který hodlá používat technologii čerpatelného ledu, by měl vědět:

Požadovaný maximální/minimální chladicí výkon (TR)
Profil spotřeby energie (TR • h) závodu za 24 hodin, jeden týden, jednu sezónu a jeden rok
Teplotní rozsahy produktů, které mají být chlazeny (voda, džus, kapalina, potraviny a ryby)
Teplotní podmínky podnebí v místě zákazníka
Omezení návrhu na umístění zařízení
Charakteristika napájecího systému
Záměry a plány budoucí expanze

Při navrhování skladovacích nádrží je třeba vzít v úvahu několik funkcí:

Cíl použití systému PIT: Aplikace čerpatelného ledu pro přímý kontakt s chlazeným výrobkem vyžaduje instalaci skladovacích nádrží se směšovačem. Aby zvítězila nad tendencí ledu zmrznout ve formě ledovce a pumpovat led potrubím na vzdálenost 100 m až 200 m, musí být použito kontinuální míchání. U čerpatelných aplikací ledu v systémech skladování tepelné energie není míchání nutné.
Dostupný prostor: Při určování typu konstrukce (svislé nebo vodorovné) a počtu skladovacích nádrží je třeba vzít v úvahu rozměry místa a přípustné výšky.
Požadovaná denní a týdenní skladovaná energie: Náklady na skladovací nádrže jsou významným faktorem celkových nákladů na čerpatelný ledový systém. Skladovací nádrže jsou obvykle navrženy s hodnotou uložené energie o 10–20% vyšší, než je požadováno pro výrobu. Kromě toho je třeba mít na paměti, že 100% koncentrace ledu v nádrži není možná.

Tloušťka stěny výparníků je obvykle určena k zajištění:

Vysoce udržitelný tok přenosu tepla během procesu
Pevnost v tahu vnitřní trubky dostatečná k odolání vnějšímu tlaku
Pevnost v tahu vnější trubky je dostatečná, aby odolala vnitřnímu tlaku
Dostatek prostoru pro korozi
Dostupnost náhradních dílů

Výparníky jsou obvykle levnější, pokud mají menší průměr pláště a dlouhou délku potrubí. Výparník čerpatelných výrobníků ledu je tedy obvykle tak dlouhý, jak je to fyzicky možné, přičemž nepřekračuje výrobní možnosti. Existuje však mnoho omezení, včetně prostoru, který je k dispozici u zákazníka, kde bude použitelný pumpovatelný výrobník ledu.

Údržba a servis

Čerpatelný výrobník ledu má prediktivní požadavky na údržbu a čištění. Provozní podmínky konkrétního zařízení určují servisní intervaly a typy služeb.

Správná údržba chladiva u čerpatelného výrobníku ledu prodlouží jeho životnost a běžná údržba může snížit pravděpodobnost nouzové služby způsobené závažnou poruchou komponent, jako je chladicí kompresor nebo motor ventilátoru vzduchového kondenzátoru v důsledku špinavé cívky, a únik chladiva.

Možné problémy způsobené neudržováním vzduchem chlazeného pumpovatelného výrobníku ledu jsou:

Porucha motorů ventilátorů způsobená špinavými cívkami omezujícími proudění vzduchu
Porucha termostatu způsobená vysokým odběrem zesilovače v důsledku špinavých kondenzátorových cívek
Selhání chladicího kompresoru způsobené špinavou cívkou kondenzátoru a nadměrným tlakem v hlavě
Omezení kapilárních trubic (měřicí zařízení) způsobené přehřátím a zanášením chladicího oleje
Spalování a selhání kabeláže v důsledku nadměrného proudu způsobeného vysokým tlakem hlavy a špinavými cívkami kondenzátoru
Zvýšená spotřeba elektrické energie v důsledku delší doby chodu způsobené špinavými kondenzátorovými cívkami
Znečištění a ucpání potrubí kondenzátu.

V pumpovatelném výrobníku ledu se používá kapalinová úprava k odstranění částic až do velikosti 1 µm a k minimalizaci znečištění povrchu přenosu tepla výparníků. Deskové výměníky tepla je také nutné pravidelně rozebírat a čistit. Řádné ošetření kapaliny před vstupem do čerpatelného výrobníku ledu nebo deskového výměníku tepla pomůže omezit množství usazenin, čímž se zkrátí doba čištění a náklady na preventivní údržbu. Nesprávné dimenzování kapalinového filtračního systému vede k nákladným předčasným změnám a špatnému výkonu.

Čištění odpadních vod

Pro čištění (odlehčení) sedimentů v odpadních vodách lze doporučit technologie čerpatelného ledu . V tomto případě se používá způsob zahrnující zmrazení a další tavení s následným oddělením kapalné a pevné fáze. Tato metoda vede ke změnám fyzikálně-chemické struktury sedimentů a je realizována díky redistribuci jakékoli formy spojení vlhkosti s pevnými částicemi sedimentu. Nepotřebuje žádné chemické činidlo. Zmrazení sedimentu podporuje zvýšení množství volné vody v sedimentu a zlepšuje účinnost srážení sedimentů. Většina vlhkosti je schopná difúze za jakýchkoli podmínek. Pokud tedy rychlost růstu krystalů nepřesáhne 0,02 m/h, je čas na migraci vlhkosti z koloidních buněk na povrch krystalu, kde je zmrazen. Po rozmrazení lze zesvětlenou vodu použít pro průmyslové a zemědělské aplikace. Koncentrované sedimenty se přivádějí do lisovacích filtrů, aby se dále snížil jejich obsah vlhkosti.

Odsolování mořské vody

Stávající komercializované odsolovací metody jsou vícestupňové odpařování bleskem , komprese par, víceúčelové odpařování, reverzní osmóza a elektrodialýza . Teoreticky má zmrazení oproti výše uvedeným metodám určité výhody. Zahrnují nižší teoretickou energetickou náročnost, minimální potenciál pro korozi a malou tvorbu vodního kamene nebo srážení . Nevýhodou je, že zmrazování zahrnuje manipulaci se směsí ledu a vody, která je mechanicky komplikovaná, jak při stěhování, tak při zpracování. Za posledních 50 let bylo postaveno malé množství odsolovacích stanic, ale tento proces nebyl komerčním úspěchem při výrobě sladké vody pro komunální účely. Čerpací stroje na led nabízejí cenově dostupnou alternativu díky vysoce účinnému procesu krystalizace. Současné modely však nemají potřebnou kapacitu pro průmyslové odsolovací zařízení, ale pro potřeby odsolování malého rozsahu postačují menší modely.

Procesy koncentrace potravinářské kapaliny a šťávy

V současné době se ke koncentraci šťáv a jiných potravinářských kapalin používají technologie reverzní osmózy a vakuového odpařování. V komerčních provozech se šťáva obvykle koncentruje odpařováním. Od roku 1962 je široce používán tepelně akcelerovaný krátkodobý odpařovač (TASTE). Odpařovače TASTE jsou účinné, hygienické, snadno se čistí, mají vysokou kapacitu, snadno se obsluhují a mají relativně nízké náklady. Na druhé straně dochází k tepelnému poškození výrobku způsobenému vysokoteplotním parním zpracováním. Toto ošetření má za následek ztrátu kvality produktu a aroma. Vzhledem k nízké hodnotě koeficientu filmu mezi párou a upravenou šťávou je přenos tepla mezi nimi velmi neefektivní. Vede k těžkopádné výstavbě závodů TASTE. Alternativou je zahuštění šťávy a potravinové kapaliny procesem chlazení a zmrazování. V tomto případě se krystaly odstraní krystaly čisté vody ze šťávy , vína nebo piva . Vůně , barvy a chuť zůstávají v koncentrovaném prostředí. Kvalitu mrazem koncentrovaných produktů nelze dosáhnout žádnou jinou technologií. Hlavní výhody ve srovnání s jinými mrazicími technikami jsou nízký výdej energie a možnost vyladit rychlost fázové změny z tekutého na pevný led, což zase zvyšuje produkci čistých vodních ledových krystalů a zjednodušuje separaci koncentrované šťávy nebo jídla tekuté a ledové krystaly.

Výroba tekutých mražených potravin

V 90. letech 20. století se mražené sycené nápoje a mražené nesycené nápoje začaly těšit velké oblibě.

Výroba (procesní a chladicí zařízení) téměř všech mražených nápojů sycených oxidem uhličitým a mražených nesycených nápojů je organizována jako výroba čerpatelného ledu.

Mražené sycené nápoje

Mražená cola

Stroj na mražené nápoje sycené oxidem uhličitým vynalezl koncem padesátých let Omar Knedlik .

Pro výrobu mražených nápojů sycených oxidem uhličitým se používá směs ochuceného sirupu, plynného oxidu uhličitého (CO2) a filtrované vody. Počáteční teplota směsi je obvykle 12–18 ° C. Sycená směs se přivádí do odpařovače zařízení, poté zamrzne na vnitřním povrchu válcového odpařovače a seškrábe lopatkami - míchačky otáčející se 60 až 200 ot / min. Ve vnitřním objemu krystalizátoru je udržován mírný přetlak (až 3 bary), aby se zlepšilo rozpouštění plynu do kapaliny. V moderních zařízeních na mražené sycené nápoje existuje konvenční chladicí okruh s kapilární trubicí nebo termostatickým expanzním ventilem a obvykle se vzduchovým kondenzátorem . Chladivo se přivádí buď přímo do dutiny dvoustěnného výparníku, nebo do spirálového výparníku navinutého na vnějším povrchu krystalizátoru. Stěna výparníku je vyrobena z nerezové oceli třídy SS316L, schválené pro styk s potravinami podle požadavků amerického Úřadu pro kontrolu potravin a léčiv . Teplota výparníku je −32 až −20 ° C. Výrobci nezveřejňují hodinovou kapacitu strojů na mražené sycené nápoje, ale energetický výdej na výrobu 10,0 kg mražených nápojů může být 1,5–2,0 kWh.

Po promíchání a zmrazení v krystalizačním mixéru je zmrazený sycený nápoj vystříknut tryskou do šálků. Konečným produktem je hustá směs suspendovaných ledových krystalů s relativně malým množstvím kapaliny. Kvalita mražených sycených nápojů závisí na mnoha faktorech, včetně koncentrace, velikosti a struktury ledových krystalů. Koncentrace směsi ledové vody se stanoví přesně podle fázového diagramu roztoku a může dosáhnout 50%. Maximální velikost krystalů je 0,5 mm až 1,0 mm. Počáteční teplota krystalizace směsi závisí na počáteční koncentraci přísad ve vodě a leží mezi -2,0 ° C a -0,5 ° C. Konečná teplota produktu se pohybuje mezi -6,0 ° C a -2,0 ° C, v závislosti na výrobci.

Zájem o mražené sycené nápoje byl zaznamenán v Indii. Indická vláda zakazuje přidávání ledu vyrobeného z komunální vody do nápojů kvůli pravděpodobnosti bakteriologické kontaminace. Použití syceného nápoje ve formě mražené coly nabídlo způsob, jak v Indii vytvořit ledem chlazený nápoj.

Mražené nesycené nápoje

Mražený pomerančový džus

Původně se mražené nápoje sycené oxidem uhličitým vyráběly z ovocných, zeleninových šťáv nebo nápojů na bázi kávy, čaje nebo jogurtu. Provádí se výzkum výroby mraženého vína a piva.

Stroje na mražené nesycené nápoje se liší od strojů na mražené nápoje sycené oxidem uhličitým v tom, že nevyžadují udržování malého přetlaku v pracovním objemu výparníku, ani ve zdroji plynu oxidu uhličitého, ani ve speciálně vyškoleném personálu. Jinak je design moderních strojů na mražené nesycené nápoje podobný jako u mražených nápojů sycených oxidem uhličitým. Mražené nesycené nápoje mají často nižší koncentraci ledu a více tekuté vody než mražené nápoje sycené oxidem uhličitým. Stroje na mražené nesycené nápoje jsou méně komplikované a levnější než zařízení na mražené nápoje sycené oxidem uhličitým, což je činí běžnějšími.

Zmrzlina

Trh s výrobou zmrzliny se v průběhu devadesátých let neustále zvyšoval a jeho hodnota je několik miliard amerických dolarů.

Osm hlavních trhů se zmrzlinou na světě jsou USA, Čína, Japonsko, Německo, Itálie, Rusko, Francie a Velká Británie. Klíčovými konkurenty v tomto odvětví jsou Unilever a Nestle , kteří společně ovládají třetinu trhu. Prvními pěti zeměmi konzumujícími zmrzlinu jsou USA, Nový Zéland, Dánsko, Austrálie a Belgie.

Moderní design průmyslových zmrzlinovačů zajišťuje vysokou úroveň rozhraní stroj/operátor a špičkovou kvalitu vyráběné zmrzliny. Výrobní proces výroby zmrzliny zahrnuje pasterizaci, homogenizaci a zrání zmrzlinové směsi. Připravená směs vstupuje do průmyslového dvojitého tubusu seškrábaného krystalizátoru-výměníku tepla, ve kterém se provádějí procesy předzmrazování a stloukání zmrzliny. Chladicí kapalina se odpařuje a nepřetržitě cirkuluje v plášti nádoby. Počáteční teplota zmrzlinové směsi je obvykle 12–18 ° C. Po zapnutí mrazničky se teplota odpařování chladiva sníží až na rozsah od −25 do −32 ° C. Konečná teplota zpracované směsi do mrazničky se škrábaným povrchem je asi -5 ° C, s koncentrací ledu přibližně 30–50%, v závislosti na vzorci. Během procesu zmrazování se na vnitřním chladném povrchu stěny krystalizátoru vytvářejí ledové krystaly. Jsou odstraněny lopatkami, přimíchány do hmoty a nadále snižují její teplotu a zlepšují přenos tepla uvnitř produktu.

K dispozici jsou také otáčející se pomlčky, které pomáhají šlehat směs a zapracovávat do směsi vzduch. Zmrazený produkt poté putuje k distributorovi.

Kvalita zmrzliny a její hladká struktura závisí na struktuře jejich ledových krystalů a jejich rozměrech a na viskozitě zmrzliny. Voda z kapaliny zmrzne v čisté formě jako led. Koncentrace zbývající směsi tekutých cukrů se zvyšuje v důsledku odstraňování vody, a proto se bod tuhnutí dále snižuje. Strukturu zmrzliny lze tedy popsat jako částečně zmrzlou pěnu s ledovými krystaly a vzduchovými bublinami zabírajícími většinu prostoru. Drobné tukové kuličky vločkují a obklopují vzduchové bubliny ve formě rozptýlené fáze. Proteiny a emulgátory zase obklopují tukové kuličky. Spojitá fáze se skládá z koncentrované, nezmrazené kapaliny cukrů.

Konečný průměrný průměr ledových krystalů závisí na rychlosti tuhnutí. Čím rychleji to bude, tím více bude podporována nukleace a tím větší bude počet malých ledových krystalů. Po ochlazení jsou rozměry ledových krystalů v mrazáku obvykle asi 35–80 µm.

Rybářský a potravinářský průmysl

Vana naplněná čerpatelným ledem vyrobeným z mořské vody

Ryby chlazené pumpovatelným ledem

Zařízení založená na technologii čerpatelného ledu lze použít v chladicích procesech v rybářském a potravinářském průmyslu. Ve srovnání se sladkovodním pevným ledem jsou hlavními výhodami následující: homogenita , vyšší rychlost chlazení potravin a ryb. Čerpatelný led teče jako voda a eliminuje zmrazení a fyzické poškození chlazeného předmětu; zvyšuje kvalitu potravin a umožňuje delší trvanlivost . Technologie čerpatelného ledu splňuje předpisy pro bezpečnost potravin a veřejné zdraví ( HACCP a ISO ). Čerpatelný led má nižší specifický výdej energie ve srovnání se stávajícími technologiemi využívajícími konvenční sladkovodní tuhý led.

Supermarkety

Chladicí systémy využívající technologii čerpatelného ledu jsou atraktivní pro vzduchové chlazení přepážek (vitrín) supermarketů. Pro tuto aplikaci cirkulovatelný led cirkuluje již dostupným potrubím jako chladivo a nahrazuje ekologicky nepříznivá chladiva, jako je R-22 ( Freon ) a jiné hydrochlorfluoruhlovodíky (HCFC). Důvody pro použití technologie pumpovatelného ledu pro tuto aplikaci jsou následující:

Čerpatelná rychlost přenosu tepla ledem má za následek kompaktní zařízení. Zařízení je menší než u ostatních prodejců chladicích zařízení se stejnou kapacitou. Zabírá méně podlahové plochy, má nižší objem a hmotnost;
Čerpatelná struktura ledu má za následek podstatně lepší parametry tohoto chladicího média. Větší kapacity lze vypočítat, ať už na jeden průchod roztoku výparníkem, na jednotku podlahové plochy obsazené zařízením nebo na jednotku hmotnosti zařízení;
Díky technologii čerpatelného ledu je snadné udržovat konstantní teplotu uvnitř vitrín nebo skříní supermarketů;
Čerpatelná technologie ledu umožňuje flexibilitu chladicího systému, takže skříně na potraviny lze snadno přestavět podle zvýšených nebo snížených požadavků;
Ukázkové skříně založené na technologii čerpatelného ledu vyžadují méně chladicího potrubí, méně práce při instalaci a nižší náklady na hledání netěsností ve srovnání s přímými expanzními a oběhovými systémy čerpadel chladiva ;
Vzhledem k vysoké účinnosti technologie čerpatelného ledu probíhá proces přenosu tepla s velmi nízkým plněním chladiva v chladicím zařízení;
Na rozdíl od systémů s přímou expanzí neprodukují vitríny a pouzdra na bázi čerpatelné ledové technologie teplo, protože pod skříněmi nejsou potřeba vzduchové kondenzátory . Proto se vzduch kolem skříněk neohřívá;
Díky technologii čerpatelného ledu je na rozmrazování vitrín a skříní supermarketů potřeba méně energie .

Výroba ledového vína

Široké perspektivy čerpatelného využití ledu se otevírají pro výrobu speciálních vín připomínajících „ledové víno“ (německy Eiswein ). Ve srovnání se stávající technologií výroby ledového vína nevyžaduje pumpovatelná technologie ledu několik měsíců čekání na zmrazení hroznů . Čerstvě vymačkané hrozny se sklízejí ve specifické nádobě připojené k pumpovatelnému výrobníku ledu. Tímto strojem se čerpá šťáva, ze které pochází směs ledu (ve formě drobných, čistých ledových krystalků) a poněkud koncentrované šťávy. Tekutý led se vrací do akumulační nádrže, ve které dochází k přirozenému (podle Archimédova zákona ) oddělení ledu a šťávy. Cyklus se opakuje mnohokrát, dokud koncentrace cukru nedosáhne 50–52 ° Brix . Poté proběhne proces kvašení , jehož výsledkem je tento alkoholický nápoj.

Systémy skladování tepelné energie

Čerpací výrobník ledu a skladovací nádrž instalované v suterénu supermarketu Kypr Olimpic

V centralizovaných vodou chlazených klimatizačních systémech lze použít systém akumulace tepelné energie (TESS) na bázi ledu, aby se eliminovalo špičkové zatížení v kritických časech. To snižuje provozní náklady budov, potřebu nových elektráren a moderních přenosových vedení , spotřebu energie a znečištění elektrárny a emise skleníkových plynů . Cílem je vyrábět a akumulovat čerpatelný led během hodin elektřiny mimo špičku s nejnižším tarifem kWh. Uskladněný čerpatelný led se během hodin středního nebo vysokého tarifu používá k chlazení zařízení nebo vzduchu přiváděného do budov. Návratnost investic (ROI) trvá 2-4 roky. Ve srovnání se statickými a dynamickými systémy skladování ledu je celkový součinitel prostupu tepla (OHTC) při výrobě čerpatelného ledu více než desítky nebo stokrát vyšší (účinnější) než stejný součinitel pro výše uvedené typy TESS. To je vysvětleno přítomností mnoha různých druhů tepelných odporů mezi vroucím chladivem na výparníku a vodou/ledem ve skladovacích nádržích statických a dynamických systémů skladování ledu. Vysoká hodnota TESS na bázi čerpatelných ledových technologií na bázi OHTC znamená snížení objemu součásti, zvýšení maximální dosažitelné koncentrace ledu v objemu skladovací nádrže a v konečném důsledku snížení ceny zařízení. TESS založené na technologii čerpatelného ledu byly instalovány v Japonsku, Koreji, USA, Velké Británii a Saúdské Arábii.

Lék

Pro lékařské aplikace byl vyvinut ochranný chladicí proces založený na implementaci vyvinuté speciální ledové kaše. V tomto případě lze pumpovatelný led vstříknout intraarteriálně, intravenózně, podél vnějších povrchů orgánů pomocí laparoskopie nebo dokonce pomocí endotracheální trubice. Potvrzuje se, že pumpovatelný led může selektivně ochlazovat orgány k prevenci nebo omezení ischemického poškození po mrtvici nebo infarktu. Dokončené lékařské testy na zvířatech simulované stavy vyžadující laparoskopické procedury ledvin v nemocnici. Výsledky francouzského a amerického výzkumu musí ještě schválit americký úřad pro kontrolu potravin a léčiv . Výhody technologie čerpatelného ledu v lékařských aplikacích jsou:

Čerpatelný led lze snadno pumpovat úzkými katétry, což poskytuje vysokou chladicí kapacitu a rychlé a cílené chlazení orgánů ;
Čerpatelný led může během operace poskytovat ochranné chlazení a řízení teploty cílových orgánů;
Čerpatelný led pomáhá obětem takových lékařských mimořádných událostí, jako je srdeční zástava a mrtvice.

Lyžařská střediska

Lyžařská střediska mají velký zájem o produkci sněhu, i když je okolní teplota až 20 ° C. Rozměry a energetický výdej známého zařízení na výrobu sněhu závisí na vlhkosti a větru. Toto zařízení na výrobu sněhu je založeno na zmrazování kapiček vody, které jsou rozprašovány do vzduchu, než dosáhnou povrchu země, a vyžaduje okolní teplotu nižší než -4 ° C.

Čerpatelný led vyrobený technologií Vacuum Ice Maker (VIM) umožňuje profesionálním lyžařům prodloužit si tréninkové období před a po zimní sezóně (do pozdního podzimu a brzy na jaře). Proces čerpatelného ledu je organizován následovně. Roztok soli je uvnitř VIM vystaven velmi nízkému tlaku. Malá část se v důsledku vakuových sil odpaří ve formě vody, zatímco zbývající kapalina zmrzne a vytvoří směs. Díky speciální konstrukci odstředivého kompresoru je vodní pára z VIM kontinuálně evakuována, stlačována a přiváděna do kondenzátoru. Standardní vodní chladič dodává chladicí vodu o teplotě 5 ° C za účelem kondenzace vodní páry. Směs kapalina-led je čerpána z mrazivého objemu do koncentrátoru ledu, ve kterém se krystaly ledu oddělují od kapaliny. Led s vysokou koncentrací se extrahuje z koncentrátoru. VIM byly nainstalovány v rakouských a švýcarských lyžařských střediscích .

Languages

In other projects