البطل المجهول للبرد: كيف يعمل صانع الثلج الخاص بك

من كوكتيل فاتر في أمسية صيفية إلى مبرد معبأ للنزهة، الجليد هي ضرورة حديثة غالبًا ما نعتبرها أمرًا مفروغًا منه. قبل الاستخدام الواسع النطاق للمجمدات وصانعات الثلج الآلية، كان الحصول على إمدادات ثابتة من الثلج عملية شاقة تنطوي على بيوت الثلج وجهود لوجستية ضخمة. اليوم المتواضع الجليد maker ، سواء كان جهازًا مستقلاً أو ميزة داخل ثلاجتك، يقوم بهذه المعجزة الصغيرة بعلم فعال ورائع.

علم التجميد: من الماء إلى الجليد

صانع الثلج في جوهره هو مجرد آلة تستغل الخاصية الفيزيائية للماء: فهو يتحول إلى جليد صلب عندما تنخفض درجة حرارته إلى ما دون درجة حرارته. نقطة التجمد .

تغيير المرحلة

يتكون الماء من جزيئات $H_2O$. في حالتها السائلة، تتحرك هذه الجزيئات باستمرار، وتنزلق فوق بعضها البعض. لتحويل الماء السائل إلى جليد صلب، يجب علينا إزالة ما يكفي منه الطاقة الحرارية (الحرارة) لإبطاء هذه الجزيئات. وبمجرد أن تتباطأ بدرجة كافية، فإن قوى التجاذب بين الجزيئات تحبسها في نمط جامد ومتكرر يسمى أ شعرية الكريستال . ويعرف هذا التحول باسم أ تغيير المرحلة .

دورة التبريد

عملية إزالة الحرارة هي مهمة نظام التبريد ، وهو مطابق من حيث المبدأ لما يبرد الثلاجة أو مكيف الهواء بالكامل. تتضمن هذه الدورة أربعة مكونات رئيسية وسائل خاص يسمى أ المبردات .

• ضاغط: هذا هو قلب النظام. فهو يضغط على غاز التبريد مما يرفع درجة حرارته بشكل كبير.
• لفائف المكثف: يتدفق سائل التبريد الساخن عالي الضغط عبر الملفات، وعادةً ما يكون في الجزء الخلفي أو السفلي من الجهاز. تطلق حرارتها إلى الهواء المحيط (المطبخ). عندما يبرد، يتحول المبرد مرة أخرى إلى سائل.
• صمام التمدد (أو الأنبوب الشعري): يمر سائل التبريد عبر صمام ضيق، مما يقلل ضغطه بسرعة. يؤدي هذا الانخفاض المفاجئ في الضغط إلى أن يصبح سائل التبريد أكثر برودة على الفور.
• ملفات المبخر: هذا هو المكان الذي يحدث فيه السحر لصانع الثلج. يتدفق سائل التبريد فائق البرودة من خلال الملفات، والتي عادة ما تكون على اتصال مباشر مع صينية تشكيل الثلج. هذا السطح البارد يسحب الحرارة بسرعة خارج من الماء، مما يؤدي إلى تجميد الماء. بعد أن يمتص المبرد الحرارة، يتحول مرة أخرى إلى غاز ويتدفق مرة أخرى إلى الضاغط لبدء الدورة مرة أخرى.

تشريح صانع الثلج الأوتوماتيكي

في معظم الثلاجات الحديثة، يعمل صانع الثلج الأوتوماتيكي في دورة زمنية بسيطة، وعادةً ما ينتج كمية من الثلج كل ساعة أو ساعتين.

إمدادات المياه

أولاً، يحتاج صانع الثلج إلى الماء. أ صمام الملف اللولبي يتحكم في تدفق المياه من الخط الرئيسي لمنزلك (عادةً ما يتم تصفيته) إلى خط صغير من البلاستيك أو المعدن الجليد mold أو صينية. يتم تشغيل هذا الصمام عادةً بواسطة جهاز توقيت أو جهاز استشعار.

التجميد والاستشعار

بمجرد ملء القالب، ملفات المبخر يبدأ المحيط بالقالب في تبريد الماء. توقيت هذه الخطوة أمر بالغ الأهمية. بمجرد تجميد الماء تمامًا، تشير إحدى الطريقتين الشائعتين إلى أن الجليد جاهز:

• منظم الحرارة/المؤقت: يستخدم النظام الأساسي جهاز توقيت بسيط. بعد فترة زمنية محددة مسبقًا (على سبيل المثال، 60 دقيقة)، تفترض الآلة أن الثلج صلب.
• المستشعر البصري (شعاع الأشعة تحت الحمراء): تستخدم الأنظمة الأكثر تطوراً شعاع الأشعة تحت الحمراء الذي يتم تسليطه عبر صندوق تخزين الثلج. عندما يتم حجب الشعاع بواسطة كومة من الجليد، تتوقف الآلة عن الإنتاج. عندما ينخفض ​​المستوى، يتم إلغاء حظر الشعاع، ويستأنف الإنتاج. وغالبا ما يشار إلى هذا باسم أ مستشعر كامل .

حصاد الجليد

بمجرد أن يتشكل الجليد بالكامل، يجب تحريره من القالب، وهي العملية المعروفة باسم الحصاد .

• عنصر التسخين: صغير عنصر التسخين بالقرب من القالب يتم تنشيطه لفترة وجيزة (لمدة 10-15 ثانية). يؤدي ذلك إلى تدفئة سطح القالب قليلاً، وهو ما يكفي لإذابة طبقة صغيرة من الجليد وتحرير المكعبات، ولكن ليس بدرجة كافية لإذابة المكعبات نفسها.
• ذراع القاذف: بمحرك ذراع القاذف أو أشعل النار بعد ذلك يتم مسحه عبر القالب، مما يدفع المكعبات المفككة إلى الخارج وإلى صندوق التخزين الموجود بالأسفل. بصوت عال نقرة تسمع صوت سقوط المكعبات في الصندوق.

آلية الإغلاق

من أجل الراحة، تحتاج صانعات الثلج الأوتوماتيكية إلى التوقف عن صنع الثلج عندما تكون الحاوية ممتلئة. ويتحقق ذلك من خلال أ ذراع إغلاق الأسلاك (أو سلك الكفالة). تقع هذه الذراع فوق كومة الجليد. عندما يمتلئ صندوق الثلج، تقوم المكعبات بدفع الذراع لأعلى وتثبيته في الوضع "لأعلى". تعمل هذه الحركة الجسدية على تشغيل المفتاح، الذي يخبر صانع الثلج بإيقاف دورته. بمجرد استخدام الثلج وسقوط الكومة، يعود الذراع إلى الأسفل، مما يؤدي إلى بدء الآلة في صنع الثلج مرة أخرى.

إن الدورة المستمرة والهادئة للتجميد والتسخين والإخراج هي شهادة على الهندسة الذكية، التي تزودنا بإمداد مستمر عند الطلب من المياه المجمدة تمامًا.

ما وراء الثلاجة: صانعات الثلج المتخصصة

في حين أن صانع الثلج بالثلاجة هو الأكثر شيوعًا، تستخدم الوحدات المتخصصة تقنيات مختلفة لإنشاء أنواع معينة من الثلج للاستخدام التجاري والمنزلي.

فليك والكتلة الجليد

• شرائح الثلج: تستخدم في المقام الأول في محلات البقالة لعرض المأكولات البحرية، ويتم إنتاج شرائح الثلج عن طريق كشط طبقة من الجليد من أسطوانة عمودية مبردة.
• كتلة الثلج (أو الثلج القابل للمضغ): يعد هذا الثلج الناعم المسامي خيارًا شائعًا في المطاعم والمستشفيات، ويتم تصنيعه عن طريق ضغط شرائح الثلج إلى كريات صغيرة جيدة التهوية.

صانعات الثلج الشفاف

الشكوى الشائعة من ثلج الثلاجة هو مظهره الغائم، الناتج عن فقاعات الهواء المحتبسة والمعادن المتجمدة في وسط المكعب. صانعات الثلج الشفاف (غالبًا ما يستخدم من قبل السقاة أو للمشروبات الراقية) يحل هذا عن طريق محاكاة عملية تجميد البحيرة الطبيعية: فهي تجمد الماء ببطء و اتجاهيا .

من خلال تجميد الماء من الطبقة السفلية أو العليا أولاً والحفاظ على تحريك الماء باستمرار، يتم دفع فقاعات الهواء والشوائب للخارج وتركيزها في الجزء الأخير من الماء لتجميده، والذي يتم التخلص منه عادةً. والنتيجة هي ثلج كثيف وشفاف تمامًا يذوب بشكل أبطأ ولا يخفف المشروبات بسرعة.