Невоспетый герой холода: как работает ваш льдогенератор

От морозного коктейля летним вечером до холодильника, упакованного для пикника. лед — это современная необходимость, которую мы часто принимаем как должное. До широкого распространения морозильников и автоматических льдогенераторов получение стабильных поставок льда было трудоемким процессом, включавшим использование ледников и огромные логистические усилия. Сегодня скромный лед maker , будь то отдельный прибор или встроенная в ваш холодильник функция, творит это маленькое чудо с помощью эффективной и увлекательной науки.

Наука о замерзании: от воды ко льду

По своей сути льдогенератор — это просто машина, которая использует физические свойства воды: она превращается в твердое вещество — лед — когда ее температура падает ниже допустимой температуры. точка замерзания .

Фазовый переход

Вода состоит из молекул $H_2O$. В жидком состоянии эти молекулы постоянно движутся, скользя друг мимо друга. Чтобы превратить жидкую воду в твердый лед, мы должны удалить достаточно тепловая энергия (тепло), чтобы замедлить эти молекулы. Как только они достаточно замедляются, силы притяжения между молекулами связывают их в жесткую, повторяющуюся структуру, называемую кристаллическая решетка . Это преобразование известно как изменение фазы .

Холодильный цикл

Процесс отвода тепла является задачей холодильная система , что в принципе идентично тому, что охлаждает весь ваш холодильник или кондиционер. Этот цикл включает в себя четыре ключевых компонента и специальную жидкость, называемую хладагент .

• Компрессор: Это сердце системы. Он сжимает газообразный хладагент, что резко повышает его температуру.
• Конденсаторные катушки: Горячий хладагент под высоким давлением протекает через змеевики, обычно расположенные сзади или снизу устройства. Он отдает свое тепло в окружающий воздух (кухню). При охлаждении хладагент снова превращается в жидкость.
• Расширительный клапан (или капиллярная трубка): Жидкий хладагент проходит через узкий клапан, который быстро снижает его давление. В результате внезапного падения давления хладагент мгновенно становится намного холоднее.
• Змеевики испарителя: Именно здесь с льдогенератором происходит волшебство. Сверххолодный жидкий хладагент протекает через змеевики, которые обычно находятся в непосредственном контакте с лотком для формирования льда. Эта холодная поверхность быстро отводит тепло. из воды, в результате чего вода замерзает. Хладагент, поглотив тепло, снова превращается в газ и возвращается в компрессор, чтобы снова запустить цикл.

Анатомия автоматического льдогенератора

В большинстве современных холодильников автоматический льдогенератор работает по простому циклу с таймером, обычно производя порцию льда каждые один-два часа.

Водоснабжение

Во-первых, льдогенератору нужна вода. А электромагнитный клапан контролирует поток воды из основной линии вашего дома (обычно фильтрованной) в небольшой пластиковый или металлический резервуар. лед mold или лоток. Этот клапан обычно срабатывает с помощью таймера или датчика.

Замораживание и зондирование

Как только форма будет заполнена, змеевики испарителя окружающая форма начинает охлаждать воду. Выбор времени для этого шага имеет решающее значение. Когда вода полностью замерзнет, о том, что лед готов, сигнализирует один из двух распространенных методов:

• Термостат/Таймер: Базовая система использует простой таймер. По истечении заранее определенного периода времени (например, 60 минут) машина считает, что лед твердый.
• Оптический датчик (инфракрасный луч): Более сложные системы используют инфракрасный луч, освещающий бункер для хранения льда. Когда луч блокируется кучей льда, машина останавливает производство. Когда уровень падает, луч разблокируется и производство возобновляется. Это часто называют полный датчик .

Сбор льда

Как только лед полностью сформирован, его необходимо высвободить из формы — этот процесс известен как сбор урожая .

• Нагревательный элемент: Маленький нагревательный элемент возле формы кратковременно активируется (примерно на 10-15 секунд). Это слегка нагревает поверхность формы, ровно настолько, чтобы растопить крошечный слой льда и освободить кубики, но недостаточно, чтобы растопить сами кубики.
• Эжекторный рычаг: Моторизованный эжекторный рычаг или грабли затем проходят по форме, выталкивая разрыхленные кубики в бункер для хранения внизу. Громкий стук вы слышите звук кубиков, падающих в мусорное ведро.

Механизм отключения

Для удобства автоматические льдогенераторы должны прекращать производство льда, когда контейнер заполнен. Это достигается за счет рычаг отключения провода (или залог). Эта рука лежит на вершине груды льда. По мере заполнения контейнера для льда кубики поднимают рычаг вверх и удерживают его в верхнем положении. Это физическое движение приводит в действие переключатель, который сообщает льдогенератору остановить цикл работы. Как только лед используется и стопка падает, рычаг падает обратно, заставляя машину снова начинать производство льда.

Непрерывный, тихий цикл замораживания, нагрева и слива является свидетельством умной инженерии, обеспечивающей нам непрерывную подачу идеально замороженной воды по требованию.

За пределами холодильника: специальные льдогенераторы

Хотя льдогенератор-холодильник является наиболее распространенным, в специализированных устройствах используются разные методы для создания определенных типов льда для коммерческого и домашнего использования.

Чешуйчатый лед и самородок

• Чешуйчатый лед: Чешуйчатый лед, используемый в основном на витринах продуктовых магазинов, где продаются морепродукты, производится путем соскабливания слоя льда с охлажденного вертикального барабана.
• Наггетс лед (или жевательный лед): Этот мягкий пористый лед, популярный в ресторанах и больницах, изготавливается путем прессования чешуек льда в маленькие воздушные гранулы.

Прозрачные льдогенераторы

Распространенной жалобой на холодильник из холодильника является его мутный вид, вызванный захваченными пузырьками воздуха и минералами, замерзающими в центре куба. Прозрачные льдогенераторы (часто используются барменами или для элитных напитков) решают эту проблему, имитируя процесс естественного замерзания озера: они замораживают воду. медленно и направленно .

Замораживая воду сначала в нижнем или верхнем слое и постоянно перемешивая воду, пузырьки воздуха и примеси выталкиваются и концентрируются в последней порции воды, которая замерзает, которую обычно выбрасывают. В результате получается кристально чистый и плотный лед, который тает медленнее и не так быстро разбавляет напитки.