專利名稱：一種新型制冰方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種用電能將水制成冰的方法和裝置，具體是一種將常溫自來水或純凈水降 溫后生產(chǎn)成雪花狀冰晶的方法和裝置，該冰不含任何添加物，可用于食品降溫保鮮和其它用 冰行業(yè)。
背景技術(shù)：
隨著人們生活水平的提高和節(jié)能環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，人們對(duì)冰和制冰機(jī)要求也越來越高。 如對(duì)海產(chǎn)品、魚蟲下、蔬菜的保鮮和需要快速降溫的工藝，現(xiàn)有制冰技術(shù)已不能滿足多樣化用 冰需求。目前主流冰生產(chǎn)設(shè)備所生產(chǎn)的冰都是片狀冰、塊狀冰或冰磚，正由于所生產(chǎn)的冰是 固體塊狀，具有與保鮮物接觸面積小、保鮮溫度不夠低、容易損傷保鮮物問題。在需要快速 降溫的場所還存在因冰表面積小、降溫慢、融化困難等問題，以至于還需要配備專用的碎冰 機(jī)或刨冰機(jī)來解決問題。
現(xiàn)有制冰技術(shù)和設(shè)備結(jié)構(gòu)原因所需的制冰能耗成本還較高，由于追求設(shè)備低成本性使得 設(shè)備能耗較高，但隨著一次能源短缺和能源成本的上升，設(shè)備耗能成本在整體成本中比重也 越來越大，用戶迫切需要一種制冰效率高節(jié)能環(huán)保的新型制冰裝置。
如目前超市普遍采用的括削式片冰機(jī)，其制冰機(jī)結(jié)構(gòu)原理是在不銹鋼圓桶外纏繞螺旋管 蒸發(fā)器，螺旋管蒸發(fā)器中冷媒蒸發(fā)吸收熱量降低不銹鋼圓桶內(nèi)外壁溫度到-18'C左右，水通過 布水器灑到不銹鋼圓桶內(nèi)壁由上至下凝固成冰，當(dāng)冰生長到約3咖左右厚度時(shí)由螺桿狀冰刀 括下掉進(jìn)下面的儲(chǔ)冰槽。通常不銹鋼圓桶內(nèi)表面低于-5TC水灑到上面就會(huì)結(jié)冰，但為了讓結(jié) 冰速度較快，就需要拉大水與冰桶表面的溫度，當(dāng)水灑到表面就立即成冰，再加上冰層熱阻 問題(冰層越厚導(dǎo)熱率越小)，但就需要降低的冷媒蒸發(fā)溫度，所以現(xiàn)有技術(shù)的制冰方式冷媒 蒸發(fā)溫度普遍都在-16'C以下。
造成目前制冰能耗成本相對(duì)較高的原因主要為冷媒蒸發(fā)溫度過低造成壓縮機(jī)用電效率 下降所至。眾所周知冷媒蒸發(fā)溫度越低制壓縮機(jī)用電效率也就越低。冷媒蒸發(fā)溫度每下降1 °0壓縮機(jī)制冷效率將下降2.8% 3%，如果提高蒸發(fā)溫度到-6'C左右，那么壓縮機(jī)在消耗同樣 電量的情況下將提高制冷量30%左右，也就是說生產(chǎn)相同冰量可以節(jié)省30%左右的電費(fèi)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的就是為了針對(duì)上述問題，解決現(xiàn)有制冰技術(shù)中存在的能源消耗較高、制 冰效率低、冰塊堅(jiān)硬的一些問題，提出一種新型制冰方法及裝置。
通常情況下水溫度低于凝固點(diǎn)o'c就會(huì)凝固或結(jié)晶，但如果水中缺少凝結(jié)核或其它 原因，在o'c以下依然還可以保持著液態(tài)而不凝固或不結(jié)晶，這種現(xiàn)像稱為水的過冷態(tài)。
過冷態(tài)水是不穩(wěn)定的，只要投入少許水的晶體或擾動(dòng)，便能誘發(fā)結(jié)晶成冰，并使過冷態(tài)
水的溫度回升到凝固點(diǎn)ot:。
一種新型制冰方法及裝置就是利用水過冷態(tài)的物理特性來制冰，水降溫方法是采用 目前換熱效率最高種類的板式換熱器進(jìn)行降溫，又進(jìn)一步采用板式換熱器中最高換熱效 率形式的"液液熱交換"。在制冰過程中，儲(chǔ)冰槽內(nèi)oc上下的水經(jīng)泵送入板式換熱器
水側(cè)，被板式換熱器載冷側(cè)-3"C左右的載冷劑降至0"C以下(約-2'C左右)過冷態(tài)水。 載冷劑再被蒸發(fā)器冷媒蒸發(fā)吸熱降溫至-3'C左右。降溫后-2'C左右過冷態(tài)水泵送入冰晶
成生器，生成冰晶與水的混合物由管道送入儲(chǔ)冰槽，未結(jié)晶成冰的水再進(jìn)入下一循環(huán)降 溫后生成冰晶。
已知過冷態(tài)水屬于亞穩(wěn)狀態(tài)，因擾動(dòng)或其它原因極易誘發(fā)結(jié)晶或凝固，那么此種方
法制冰的難點(diǎn)在于如何控制降溫后-2TC左右過冷態(tài)水不在板式換熱器降溫過程中和輸 送至冰晶成生器過程中誘發(fā)結(jié)晶或凝固，而只在冰晶成生器內(nèi)誘發(fā)結(jié)晶成冰，如果出現(xiàn) 在板式換熱器降溫過程中結(jié)晶成冰和輸送過程中結(jié)晶成冰，又如何消除這種不良影響。
一種新型制冰裝置由壓縮機(jī)、冷凝器、膨脹閥、蒸發(fā)器、板式換熱器、冰晶生成器、冰 水分離器、儲(chǔ)冰槽、水泵、載冷泵、解冰系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等組成，其特征在于所述儲(chǔ)冰槽、 水泵、冰水分離器、板式換熱器、冰晶發(fā)生器、依次用配管相聯(lián)組成開式水循環(huán)系統(tǒng)；所述 蒸發(fā)器、載冷泵、板式換熱器依次相聯(lián)組成閉式載冷劑循環(huán)系統(tǒng)；所述壓縮機(jī)、冷凝器、膨 脹閥、蒸發(fā)器串聯(lián)組成閉式制冷系統(tǒng)。
所述儲(chǔ)冰槽內(nèi)設(shè)有可活動(dòng)的一級(jí)濾網(wǎng)， 一級(jí)濾網(wǎng)下設(shè)有浮子補(bǔ)水開關(guān)以及二級(jí)濾網(wǎng)，二 級(jí)濾網(wǎng)出口與儲(chǔ)冰槽水出口相聯(lián)，二極濾網(wǎng)主要作用上防止制冰時(shí)循環(huán)水流吸出冰晶， 一級(jí) 濾作用是用于濾出一級(jí)濾網(wǎng)上的多余水份留下冰晶，在制取冰漿時(shí)可以將一級(jí)濾網(wǎng)取出。
所述水泵進(jìn)口與儲(chǔ)冰槽出口用配管相聯(lián)，中間還串聯(lián)有三通，三通另外分路與電動(dòng)兩通 調(diào)節(jié)閥相聯(lián)并聯(lián)接到儲(chǔ)冰槽浮子補(bǔ)水開關(guān)進(jìn)水口；水泵出口與所述冰水分離器進(jìn)口用配管相 聯(lián)，冰水分離器出口與板式換熱器水側(cè)進(jìn)口用配管相聯(lián)。冰水分離器出口與板式換熱器水側(cè) 進(jìn)口配管上還設(shè)有溫度傳感器，主要用于測量板式換熱器水側(cè)進(jìn)口溫度并通過控制系統(tǒng)控制兩通電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開度。
所述水泵可以是不銹鋼材質(zhì)的泵體或其它不污染水的塑料材質(zhì)泵體。
所述冰晶生成器進(jìn)口與板式換熱器水側(cè)出口用配管相聯(lián)，配管上設(shè)有溫度傳感器，出口 用配管與儲(chǔ)冰槽相聯(lián)；冰晶生成器上還設(shè)有冰晶誘發(fā)裝置，主功能是在過冷態(tài)水中產(chǎn)生冰核 源，冰晶誘發(fā)裝置的開啟與關(guān)閉受冰晶生成器進(jìn)口水溫所控制。
在制冰過程中由于外界不確定原因，造成水在降溫或輸送過程中結(jié)晶成冰堵塞水路，那 么就需要解除這種不利于連續(xù)制冰的現(xiàn)像，所以本發(fā)明設(shè)有解冰系統(tǒng)，解冰主要原理為用高 于l(TC低于8CTC的載冷劑加熱板式換熱器，高于IO'C低于8(TC的載冷劑可以是用壓縮機(jī)的 冷凝熱或制冷系統(tǒng)換向制熱獲得。
本發(fā)明生產(chǎn)干燥冰晶流程為第一次開時(shí)儲(chǔ)冰槽補(bǔ)水口與自來水配接好，浮子補(bǔ)水開自 動(dòng)控制好儲(chǔ)冰槽內(nèi)水位，打開壓縮機(jī)、載冷泵、水泵，待儲(chǔ)冰槽內(nèi)水溫降至2"C時(shí)控制系統(tǒng) 啟動(dòng)制冰程序，制冰程序啟動(dòng)及對(duì)電動(dòng)兩通調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)，跟據(jù)板式換熱器進(jìn)口當(dāng)前溫度PID 控制電動(dòng)兩通調(diào)節(jié)閥開度調(diào)整自來水流量來匹配設(shè)定溫度。此時(shí)制冰程序也對(duì)板式換熱器出 口溫度監(jiān)測并決定冰晶發(fā)生器上半導(dǎo)體制冷片的工作與否，當(dāng)監(jiān)測到板式換熱器出口溫度低 于0'C,則啟動(dòng)半導(dǎo)體制冷片產(chǎn)生局部低溫形成冰核，使過冷態(tài)水連續(xù)生成冰晶輸送至儲(chǔ)冰 槽。冰水混合物輸送至儲(chǔ)冰槽后，由于一級(jí)過濾網(wǎng)的作用冰晶留在一級(jí)濾網(wǎng)的上面，水掉下 進(jìn)入下一循環(huán)。
有益效果
本發(fā)明較傳統(tǒng)制冰方式機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件少、壓縮機(jī)制冷蒸發(fā)溫度高(-5'C)較傳統(tǒng)制冰機(jī) 制冰效率高、用電省。生產(chǎn)出的冰可以當(dāng)冰水混合物"冰漿"或?yàn)V水后的"干冰"使用。本 發(fā)明主要用于加工廠、運(yùn)輸業(yè)、超市，對(duì)疏菜、水果、肉類、魚奸的冷藏降溫，所生成冰為 冰晶狀，具有冰粒小、不損傷保鮮物、降溫快、接觸表面積大、保鮮溫度低、不具有損傷性 等優(yōu)點(diǎn)。


圖1本發(fā)明實(shí)施例1 圖2本發(fā)明實(shí)施例具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述(但不僅限于此兩種實(shí)施例) 實(shí)施例1:
如圖1所示，該實(shí)施例為冷凝熱解冰方案新型制冰裝置案例， 一種新型制冰方法及裝置 按管路分為三大系統(tǒng)水路系統(tǒng)、載冷系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)。以下分別對(duì)各系統(tǒng)做詳細(xì)描述。
水路系統(tǒng)主要由儲(chǔ)冰槽41、水泵48、冰水分離器49、板式熱交換器31、冰晶生成器54 依次首尾用配管串聯(lián)組成水循環(huán)系統(tǒng)。儲(chǔ)冰槽41內(nèi)設(shè)有一級(jí)濾網(wǎng)42，主要用于濾除冰晶中 包含水份。儲(chǔ)冰槽41底部還設(shè)有水出口，出水口前端聯(lián)接至二級(jí)過濾43防止冰晶被水流吸 出。儲(chǔ)冰槽41還設(shè)有補(bǔ)水口，補(bǔ)水口兩端分別聯(lián)接有補(bǔ)水配管和浮子補(bǔ)水開關(guān)44，當(dāng)水位 低于設(shè)定值自動(dòng)補(bǔ)水。儲(chǔ)冰槽41出水口與水泵48進(jìn)口串聯(lián)有單向閥46防止水泵停機(jī)后水倒 流，水泵48進(jìn)口端通過電動(dòng)兩通調(diào)節(jié)閥47和單向閥45聯(lián)接至儲(chǔ)冰槽41補(bǔ)水配管，此路自 來水流量受板式換熱器31進(jìn)口溫度傳感器50測量溫度控制。板式換熱器31與冰晶生成器 54之間設(shè)置的溫度傳感器51主要測量與控制冰晶生成器54上冰晶誘發(fā)器裝置53的工作與 否，當(dāng)水溫降至0'C以下便打開誘發(fā)器裝置53工作，當(dāng)溫度傳感器55測量到由負(fù)轉(zhuǎn)溫度到 溫度到O'C,表示誘發(fā)冰晶成功及關(guān)閉誘發(fā)器裝置53，有關(guān)溫度數(shù)據(jù)輸入及執(zhí)行控制都是由 控制系統(tǒng)運(yùn)算處理后完成，控制系統(tǒng)可以采用單片機(jī)或PLC等。
載冷系統(tǒng)擔(dān)負(fù)著兩種不同的功能， 一、傳遞水中熱量到制冷系統(tǒng)，水路系統(tǒng)中水的熱量 以載冷劑為載體從板式換熱器31經(jīng)載冷泵32和電磁閥33至蒸發(fā)器15完成。二、解除因意 外情況使過冷態(tài)水在板式換熱器31中凝固或結(jié)晶情況，本實(shí)施例是用壓縮機(jī)冷凝熱加熱備用 載冷劑罐17中載冷劑來融化板式換熱器31中凝固或結(jié)晶冰的方式來消除這種不利情況，此 過程為當(dāng)溫度傳感器51發(fā)現(xiàn)這種不利情況發(fā)生時(shí)，控制系統(tǒng)及關(guān)閉壓縮機(jī)16和電磁閥33并 打開電磁閥34，備用載冷劑罐17中熱載冷劑被泵送至板式換熱器31與結(jié)晶冰熱交換后經(jīng)載 冷泵32和電磁閥34再回到備用載冷劑罐17，如此循環(huán)至結(jié)晶冰全部融化后停止。
制冷系統(tǒng)如圖1所示，本實(shí)施例采用常規(guī)冷凍制冷系統(tǒng)，由壓縮機(jī)16冷凝器19儲(chǔ)液罐 11過濾器12視液鏡13熱力膨脹閥14蒸發(fā)器15串聯(lián)構(gòu)成，壓縮機(jī)16與冷凝器19之間串接 有備用載冷劑罐17加熱盤管。
實(shí)施例2
如圖2所示，該實(shí)施例與實(shí)施例1不同之處在于載冷系統(tǒng)和制冷系統(tǒng)，還是按三大系統(tǒng) 水路系統(tǒng)、載冷系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)做詳細(xì)描述。
水路系統(tǒng)主要由儲(chǔ)冰槽41、水泵48、冰水分離器49、板式熱交換器31、冰晶生成器54依次首尾用配管串聯(lián)組成水循環(huán)系統(tǒng)。儲(chǔ)冰槽41內(nèi)設(shè)有一級(jí)濾網(wǎng)42，主要用于濾除冰晶中 包含水份。儲(chǔ)冰槽41底部還設(shè)有水出口，出水口前端聯(lián)接至二級(jí)過濾43防止冰晶被水流吸 出。儲(chǔ)冰槽41還設(shè)有補(bǔ)水口，補(bǔ)水口兩端分別聯(lián)接有補(bǔ)水配管和浮子補(bǔ)水開關(guān)44，當(dāng)水位 低于設(shè)定值自動(dòng)補(bǔ)水。儲(chǔ)冰槽41出水口與水泵48進(jìn)口串聯(lián)有單向閥46防止水泵停機(jī)后水倒 流，水泵48進(jìn)口端通過電動(dòng)兩通調(diào)節(jié)閥47和單向閥45聯(lián)接至儲(chǔ)冰槽41補(bǔ)水配管，此路自 來水流量受板式換熱器31進(jìn)口溫度傳感器50測量溫度控制。板式換熱器31與冰晶生成器 54之間設(shè)置的溫度傳感器51主要測量與控制冰晶生成器54上冰晶誘發(fā)器裝置53的工作與 否，當(dāng)水溫降至0""C以下便打開誘發(fā)器裝置53工作，當(dāng)溫度傳感器55測量到由負(fù)轉(zhuǎn)溫度到 溫度到0'C，表示誘發(fā)冰晶成功及關(guān)閉誘發(fā)器裝置53，有關(guān)溫度數(shù)據(jù)輸入及執(zhí)行控制都是由 控制系統(tǒng)運(yùn)算處理后完成，控制系統(tǒng)可以采用單片機(jī)或PLC等。
載冷系統(tǒng)同樣擔(dān)負(fù)著兩種不同的功能， 一、傳遞水中熱量到制冷系統(tǒng)，水路系統(tǒng)中水的 熱量以載冷劑為載體從板式換熱器31經(jīng)載冷泵32至蒸發(fā)器15完成。二、解除因意外情況使 過冷態(tài)水在板式換熱器31中凝固或結(jié)晶情況，本實(shí)施例是用壓縮機(jī)制熱來融化板式換熱器 31中凝固或結(jié)晶冰方式來消除這種不利情況，此過程為當(dāng)溫度傳感器51發(fā)現(xiàn)這種不利情況 發(fā)生時(shí)，控制系統(tǒng)由制冷模式轉(zhuǎn)為制熱模式，加溫后的載冷劑由載冷泵32送至板式換熱器 31與結(jié)晶冰熱交換并融化，待結(jié)晶冰全部融化后切換四通閥20轉(zhuǎn)為制冷模式制冰。
制冷系統(tǒng)如圖2所示，采用制冷制熱雙模式系統(tǒng)，兩種不同模式由四通閥20換向完成， 實(shí)線箭頭方向?yàn)橹评淠Ｊ降睦涿搅飨?，虛線箭頭方向?yàn)橹茻崮Ｊ降睦涿搅飨?。制冷模式冷?經(jīng)壓縮機(jī)16、四通閥20、冷凝器19、單向閥22b、儲(chǔ)液罐ll、過濾器12、視液鏡13、熱力 膨脹閥14、單向閥22a在蒸發(fā)器15中蒸發(fā)吸熱后再經(jīng)四通閥20、氣液分離器21回到壓縮機(jī) 16;制熱模式冷媒經(jīng)壓縮機(jī)16、四通閥20、蒸發(fā)器15、單向閥22c、儲(chǔ)液罐11、過濾器12、 視液鏡13、熱力膨脹閥14、單向閥22d在冷凝器19中蒸發(fā)吸熱后再經(jīng)四通閥20、氣液分離 器21回到壓縮機(jī)16。此實(shí)例制熱模式也可以提供空氣源熱水泵，實(shí)用于需要熱水的場合。
權(quán)利要求
1.一種新型制冰裝置由由壓縮機(jī)、冷凝器、膨脹閥、蒸發(fā)器、板式換熱器、冰晶生成器、冰水分離器、儲(chǔ)冰槽、水泵、載冷泵、解冰系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等組成，其特征在于所述儲(chǔ)冰槽、水泵、冰水分離器、板式換熱器、冰晶發(fā)生器、依次用配管相聯(lián)組成開式水循環(huán)系統(tǒng)；所述蒸發(fā)器、載冷泵、板式換熱器依次相聯(lián)組成閉式載冷劑循環(huán)系統(tǒng)；所述壓縮機(jī)、冷凝器、膨脹閥、蒸發(fā)器串聯(lián)組成閉式制冷系統(tǒng)。
2. 跟據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型制冰方法及裝置，其特征在于所述儲(chǔ)冰槽內(nèi)設(shè)有可活 動(dòng)的一級(jí)濾網(wǎng)， 一級(jí)濾網(wǎng)下設(shè)有浮子補(bǔ)水開關(guān)以及二級(jí)濾網(wǎng)，二級(jí)濾網(wǎng)出口與儲(chǔ)冰槽水 出口相聯(lián)，二極濾網(wǎng)主要作用上防止制冰時(shí)循環(huán)水流吸出冰晶， 一級(jí)濾作用是用于濾出 一級(jí)濾網(wǎng)上的多余水份留下冰晶，在制取冰槳時(shí)可以將一級(jí)濾網(wǎng)取出。
3. 跟據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型制冰方法及裝置，其特征在于所述水泵進(jìn)口與儲(chǔ)冰槽 出口用配管相聯(lián)，中間還串聯(lián)有三通，三通另外分路與電動(dòng)兩通調(diào)節(jié)閥相聯(lián)并聯(lián)接到儲(chǔ) 冰槽浮子補(bǔ)水開關(guān)進(jìn)水口；水泵出口與所述冰水分離器進(jìn)口用配管相聯(lián)，冰水分離器出 口與板式換熱器水側(cè)進(jìn)口用配管相聯(lián)。冰水分離器出口與板式換熱器水側(cè)進(jìn)口配管上還 設(shè)有溫度傳感器，主要用于測量板式換熱器水側(cè)進(jìn)口溫度并通過控制系統(tǒng)控制兩通電動(dòng) 調(diào)節(jié)閥的開度。
4. 跟據(jù)權(quán)利要求3所述的一種新型制冰方法及裝置，其特征在于所述水泵可以是不銹鋼 材質(zhì)的泵體或其它不污染水的塑料材質(zhì)泵體。
5. 跟據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型制冰方法及裝置，其特征在于所述冰晶生成器進(jìn)口與 板式換熱器水側(cè)出口用配管相聯(lián)，配管上設(shè)有溫度傳感器，出口用配管與儲(chǔ)冰槽相聯(lián)； 冰晶生成器上還設(shè)有冰晶誘發(fā)裝置，主功能是在過冷態(tài)水中產(chǎn)生冰核源，冰晶誘發(fā)裝置 的開啟與關(guān)閉受冰晶生成器進(jìn)口水溫所控制。
6. 跟據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型制冰方法及裝置，其特征在于設(shè)有解冰系統(tǒng)，解冰方式為用高于l(TC低于8(TC的載冷劑加熱板式換熱器，高于KTC低于8(TC的載冷劑可以 是用壓縮機(jī)的冷凝熱或制冷系統(tǒng)換向制熱獲得。
全文摘要
本發(fā)明屬于一種將水制成冰晶的方法及裝置，具體是一種將常溫自來水或純凈水生產(chǎn)成雪花狀冰晶的方法及裝置，該裝置包括制冷系統(tǒng)、載冷系統(tǒng)、水路系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等，較傳統(tǒng)制冰機(jī)制冰效率高、用電省、冰粒小的特點(diǎn)，生產(chǎn)出的冰可以是冰水混合物“冰漿”或?yàn)V水后的“干冰”，本發(fā)明主要用于加工廠、運(yùn)輸業(yè)、超市，對(duì)疏菜、水果、肉類、魚蝦的冷藏降溫，具有接觸表面積大、降溫快、保鮮溫度低、不具有損傷性等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)F28F17/00GK101603752SQ20091010860
公開日2009年12月16日 申請日期2009年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月3日
發(fā)明者巖 劉, 剛 敬, 濤 楊, 汪健斌, 王仕華, 謝一鵬 申請人:深圳力合節(jié)能技術(shù)有限公司;深圳清華大學(xué)研究院;深圳力合孵化器發(fā)展有限公司