Искусственный водный лед получают в льдогенераторах за счет искусственного холода в результате соответствующей затраты в холодильном цикле работы.
Эксергетический анализ дает возможность наиболее полно сравнить эффективность льдогенераторов путем выявления затраты работы, например, в случае:
1) с изменяющимися суточно и сезонно внешними условиями теплообмена;
2) с разнопеременными температурами при охлаждении и замораживании воды;
3) с раздельными процессами охлаждения и замораживания воды, когда расход холода на охлаждение воды достигает 25-30% от теплоты льдообразования; в этом случае теперь применяют два холодильных компрессора, ранее же использовался один специальный компрессор, работающий по циклу Ворхиса на две температуры: высокую - для охлаждения воды и более низкую, но более дорогую - для намораживания льда;
4) с совместным использованием холода и тепла, что имеет место в периоды оттаивания части льда в многосекционных льдогенераторах непосредственного охлаждения;
5) с оттаиванием льда по методу теплового насоса при работе конденсатора в качестве испарителя.
При производстве льда применяют следующие холодильные циклы:
а) обычный замкнутый обратный холодильный цикл, иногда в сочетании с холодильно-отопительным циклом при оттаивании льда;
б) разомкнутый цикл, при котором круговой холодильный процесс временно прерывается;
в) соединенные вместе в вакуумном льдогенераторе с пароструйной эжекторной холодильной машиной прямой и обратный циклы с водой в качестве хладагента и сырья для получения льда.
Иногда на хладотранспорте, даже при околонулевых температурах, наряду с холодильными машинами применяют не только водный и сухой лед, но и жидкий азот.
Большая энергопотребность (300-350 Вт-ч/кг), сложность производства и хранения сухого льда делают его примерно в 10 раз дороже водного льда (энергопотребность 40-60 Вт-ч/кг). При производстве жидкого азота расход энергии будет еще больше, чем для сухого льда. В связи с этим жидкий азот считается рентабельным, только если он является побочным продуктом при производстве кислорода. Из перспективных, менее энергоемких, чем азот, ожиженных газов следует указать на закись азота.
В принципе льдогенератор является льдоделательной холодильной машиной, работающей в режиме термогидравлических колебаний. Льдогенераторы охлаждаются непосредственно хладагентами (рабочими телами в холодильных процессах) и промежуточными хладоносителями.
Обычный автономный льдогенератор с непосредственным бесконтактным охлаждением представляет собой замораживающий воду или рассол теплообменный аппарат (с устройствами для подачи воды, отделения и выдачи льда), связанный через регулирующую автоматику с холодильным компрессорно-конденсаторным агрегатом. Льдогенераторы с циркуляцией воды, но без приспособлений для выдачи льда являются типичными ледяными холодоаккумуляторами. К холодоаккумуляторам также относятся льдогенераторы с фригаторами и зероторы.
Не имеющие собственного источника холода неавтономные льдогенераторы нуждаются в централизованном холодоснабжении. При этом целесообразно применение насосной подачи эффективных хладагентов, таких, как аммиак и фреон-22.
Для производственной характеристики льдогенераторов, в частности автономного типа, могут быть применены следующие технические показатели:
1) общий коэффициент полезного действия
2) удельная затрата энергии на получение 1 кг льда (в кДж/кг)
3) удельный расход холода на получение 1 кг льда (в кДж/кг)
4) удельная производительность льдогенератора, отнесенная к площади поверхности испарителя [в кг/(м2 ч °С)]
На транспорте, где экономически бывает нередко важна большая энтальпия хладоносителя, водный и рассольный лед заменяют более дорогим и термодинамически более энергоемким жидким азотом или сухим льдом. Например, в некоторых странах вагоны-ледники охлаждаются даже при околонулевых температурах в них не водным, а сухим углекислотным льдом, энтальпия которого при 0° С составляет 636 кДж/кг, против 334 кДж/кг для обычного, в 10 раз более дешевого и менее энергоемкого водного льда.