專利名稱：利用冷蒸氣除霜的制冷機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種自動制冰機，尤其涉及這樣一種自動制冰機，其中制冰蒸發(fā)器是在收獲模式下借助冷制冷劑蒸氣來除霜的。
自動制冰機的運行是依靠現(xiàn)有公知的制冷原理來進行的。在制冰模式中，制冰機將制冷劑從冷凝器傳輸?shù)秸舭l(fā)器，使蒸發(fā)器和制冰蒸發(fā)器盤冷卻至凍結(jié)溫度以下。然后，使水流過或噴灑到制冰蒸發(fā)器盤上而形成冰。一旦冰完全形成之后，傳感器將使該制冰機由冰生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)換入冰收獲模式。在冰收獲模式期間，必須對蒸發(fā)器予以微量加熱以使凍結(jié)的冰稍微得以融化且從蒸發(fā)器盤脫落到儲冰箱內(nèi)。為此，現(xiàn)有的多數(shù)制冰機是通過借助一個熱氣閥將由壓縮機送來的熱制冷劑氣體直接供給蒸發(fā)器，而繞過冷凝器。
在典型的自動制冰機中，壓縮機和冷凝器產(chǎn)生大量的熱量和噪音。因此，制冰機通常被設(shè)置在廠的偏僻房間，在此熱量和噪音不會造成太多的干擾。然而，需要將冰從上述偏僻房間運輸?shù)叫栌帽牡胤健⒅票鶛C設(shè)置在需用冰處之外的其它位置，其另一個問題在于在許多食品工廠，食品服務(wù)區(qū)所占據(jù)的空間需要額外費用，而通常制冰機的體積會降低空間的利用率。
為克服上述問題，人們曾經(jīng)設(shè)計過許多制冰機。在典型的“分置式”制冰機中，將冷凝器設(shè)置在遠離蒸發(fā)器和壓縮機的位置。這使得冷凝器被設(shè)置在室外或其它位置，該位置能夠分散大量熱量以及由冷凝器所產(chǎn)生的噪音不會產(chǎn)生影響。然而，壓縮機仍然靠近蒸發(fā)器機組以便壓縮機能夠提供收獲冰的熱氣。雖然典型的分置式制冰機解決了將冷凝器所散發(fā)的熱量排除的問題，但是并沒有解決因壓縮機的存在而帶來的體積大以及噪音問題。
其它制冰機的設(shè)計采用將壓縮機和冷凝器一起設(shè)置在遠處。這些制冰機的優(yōu)點在于將壓縮機和冷凝器所產(chǎn)生的熱量和噪音排出到遠離制冰機組的位置。如由Saltzman et al.發(fā)明的美國專利No.4276751描述了一種壓縮機機組，該機組通過三條制冷劑管道與一個或多個遠距離的蒸發(fā)器相連。第一條管道將制冷劑由壓縮機機組輸送到蒸發(fā)器機組，第二條管道在收獲模式下將熱氣由壓縮機直接輸送到蒸發(fā)器，第三條管道為一個通常的返回管，該管用于將制冷劑由蒸發(fā)器輸送回壓縮機。由Saltzman et al.的專利所公開的設(shè)備具有單一的壓力傳感器，該傳感器用于監(jiān)測進入蒸發(fā)器組的制冷劑的輸入壓力。當壓力降到某一假定表明冰已完全形成的值以下時，假定表明冰已完全形成，制冰機由制冰模式轉(zhuǎn)入收獲模式。然后將熱氣通過管道由壓縮機輸送到蒸發(fā)器機組。
由Martineau發(fā)明的美國專利No.52188330也描述了一種分置式制冰系統(tǒng)。Martineau設(shè)備具有一個壓縮機機組，該機組通過兩條制冷劑管道(一條供給管和一條返回管)與一個或多個遠距離的蒸發(fā)器機組相連。在制冰模式期間制冷劑由壓縮機流入冷凝器，然后通過供給管進入蒸發(fā)器。制冷劑在蒸發(fā)器內(nèi)蒸發(fā)，且通過返回管回到壓縮機。在收獲模式期間，許多閥門改向，由壓縮機出來的高壓熱氣通過返回管直接供給蒸發(fā)器來加熱。低溫冷蒸發(fā)器將熱氣轉(zhuǎn)換為液體。液態(tài)制冷劑排出蒸發(fā)器，且通過電磁閥和一個膨脹裝置排入冷凝器，當制冷劑流經(jīng)膨脹裝置和冷凝器時，液體蒸發(fā)為氣體。氣態(tài)制冷劑排出冷凝器后返回壓縮機。
上述現(xiàn)有系統(tǒng)的主要缺點之一在于分置式運行需要很長的制冷劑管這就導致收獲模式時的效率低下。其原因在于用于加熱蒸發(fā)器的熱氣必須從壓縮機輸?shù)秸舭l(fā)器。在輸送過程中，熱氣向周圍環(huán)境散發(fā)大量熱量。這將導致收獲周期的延長以及效率的降低。另外，在遠距離和低環(huán)境溫度下，熱量損失太大以致于熱氣不能進行除霜。
人們已經(jīng)設(shè)計出一些利用多個并聯(lián)蒸發(fā)器的制冷系統(tǒng)，其中利用熱氣對其中一個蒸發(fā)器進行除霜，同時使其它蒸發(fā)器處于冷卻模式，例如，在一家具有多個冷凍食品儲藏和展示柜的食品雜貨店里，一個或多個壓縮機向冷凝器供料，液態(tài)制冷劑分叉管向各自的膨脹裝置和蒸發(fā)器供料來冷凍每個儲柜。在美國專利No.5323621中公開的一種熱氣除霜系統(tǒng)中包括一個計時表，該計時表用于在某一時間使得熱氣輸送給一個蒸發(fā)器。盡管壓縮機與蒸發(fā)器的遠距離分置，但這種系統(tǒng)中的熱氣除霜是有效的，其原因在于在其它設(shè)備的制冷期間，存在大量的由已完成制冷的設(shè)備所產(chǎn)生的潛熱，該潛熱來自于所選定的除霜蒸發(fā)器線圈的余熱。由于這些系統(tǒng)存在效率低下以及其它諸多問題，所以許多專利對此進行了改進，如美國專利No.4522037和No.4621505等描述了這樣的系統(tǒng)，即其中使用飽和制冷劑氣體來對多個蒸發(fā)器之一進行除霜。該制冷系統(tǒng)包括一個緩沖接收器和一個緩沖控制閥，該閥使得從壓縮機出來的熱氣旁通過冷凝器而進入接收器。然而，這些系統(tǒng)的設(shè)計僅適用于并聯(lián)設(shè)置的多個蒸發(fā)器，不適用于單個蒸發(fā)器的情形，或者適用于多個蒸發(fā)器串聯(lián)使用的情形。也許更重要的是，這些系統(tǒng)是為這樣的設(shè)備而設(shè)計的，即連接在機房內(nèi)的壓縮機、室外的冷凝器以及設(shè)在食品店內(nèi)主要部分的多個蒸發(fā)器之間的制冷劑管道的費用不是主要因素。如果將上述系統(tǒng)應(yīng)用于制冰機中，那么這些制冷系統(tǒng)是效率低下的，甚至會不實用。
上述情況的例子如Tanaka發(fā)明的美國專利No.5381665，其中描述了一種為陳列櫥而設(shè)計的制冷系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有并聯(lián)的兩個蒸發(fā)器。通過與向蒸發(fā)器供應(yīng)液態(tài)制冷劑相同的管道，接收器將氣態(tài)制冷劑輸送給蒸發(fā)器。該系統(tǒng)具有一個冷凝器、一個壓縮機，以及多個獨立設(shè)置的蒸發(fā)器。如果將上述系統(tǒng)應(yīng)用于制冰機中是不經(jīng)濟的，因為在不同部件的每個位置之間需要安裝不同制冷劑管組。另外，如果該壓縮機及其相關(guān)的組件被移至室外且與分置的冷凝器很接近，當需要給蒸發(fā)器除霜時，因為該接收器太冷以致于不能閃蒸出制冷劑，所以該系統(tǒng)在低環(huán)境溫度下不能收獲冰。
美國專利No.5787723公開了一種克服上述缺點的分置式制冰機。用一個遠置的冷凝器和一個壓縮機與一個或多個分置的蒸發(fā)器機組相配合。另外，如果使用多個蒸發(fā)器機組，則在收獲模式或制冰模式下它們可以獨立地進行運行。用于在收獲模式時除去蒸發(fā)器上的霜的熱量最好由一個獨立的電阻加熱器來供給。電加熱元件對于蒸發(fā)器的收獲是令人滿意的，同時，上述電熱元件增加了產(chǎn)品的費用。因此，不設(shè)電熱元件的美國專利No.5787723中的分置式制冰機的收獲方法具有很大的優(yōu)點。其它具有優(yōu)點的制冰機的情形是該制冰機包括一個利用制冷劑氣體的系統(tǒng)，并且將該系統(tǒng)用于只有一個蒸發(fā)器的場所，也可以有一個在低環(huán)境溫度下仍能夠運行的具有多個蒸發(fā)器且安裝經(jīng)濟的系統(tǒng)。
本發(fā)明設(shè)計出一種制冰機，其中壓縮機和冷凝器與蒸發(fā)器分置，但是不需要電加熱器來加熱制冰模具，也不需要將熱氣從壓縮機輸送到蒸發(fā)器。另外，制冷系統(tǒng)在低環(huán)境溫度下仍能運行，且安裝經(jīng)濟。
一方面，本發(fā)明的制冰機包括a)一個由水泵、制冰模具和相互連接的管道組成的水系統(tǒng)；b)一個制冷系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個壓縮機，一個冷凝器，一個膨脹裝置，一個與制冰模具熱接觸的蒸發(fā)器，一個接收器，該接收器具有與冷凝器相連的入口、與膨脹裝置相連的液體出口，以及通過帶閥的通路與蒸發(fā)器相連的氣體出口。
另一方面，本發(fā)明涉及在制冰機中制作方塊冰的方法，該方法包括a)在制冰模式期間，壓縮汽化過的制冷劑，對壓縮過的制冷劑進行冷卻以使其冷凝成液體，向膨脹裝置輸送冷凝了的制冷劑，使制冷劑在蒸發(fā)器內(nèi)進行汽化，以使制冰模具內(nèi)的溫度達到凍結(jié)溫度，從而在模槽內(nèi)將水制成冰；b)在收獲模式期間，通過將連接于冷凝器和膨脹裝置之間接收器內(nèi)的氣態(tài)和液態(tài)制冷劑分離，對制冰模具進行加熱而使冰塊從其上脫落，然后將蒸氣從接收器供給蒸發(fā)器。
第三方面，本發(fā)明涉及一種制冰機，其中蒸發(fā)器與壓縮機和冷凝器遠距離地分置，該制冰機包括a)由壓縮機和冷凝器組成的冷凝機組；b)制冰機組，其包括i)一個由水泵、制冰模具和相互連接的管道組成的水系統(tǒng)；ii)一個制冷系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個與制冰模具熱接觸的蒸發(fā)器，一個接收器，一個膨脹裝置；c)設(shè)置在冷凝機組和制冰機組之間的兩條制冷劑管道，其中一條為吸入管，另一條為供給管，吸入管將制冷劑吸回壓縮機而供給管將制冷劑供給制冰機組；d)一個具有入口、液體出口、蒸氣出口的接收器，入口與供給管相連，液體出口與膨脹裝置相連，膨脹裝置又與蒸發(fā)器相連，蒸氣出口通過一帶閥的通路與蒸發(fā)器直接相連。
利用從接收器出來的冷制冷劑蒸氣來除霜的作法具有許多優(yōu)點。其優(yōu)點在于不需要電熱裝置，或不會產(chǎn)生因?qū)釟鈴倪h距離設(shè)置的壓縮機輸送到蒸發(fā)器而帶來的問題。因為冷氣滯留在蒸發(fā)器盤管的內(nèi)部，對系統(tǒng)中需要被加熱的部件具有很好的加熱作用。該系統(tǒng)不僅用于并聯(lián)的多個蒸發(fā)器的除霜，而且還可用于單個蒸發(fā)器或串聯(lián)的多個蒸發(fā)器的除霜。
為便于對本發(fā)明的上述和其它優(yōu)點有更好的理解，下面通過附圖對本發(fā)明予以說明。


圖1為本發(fā)明的由制冰機組和壓縮冷凝機組組成的分置式制冰機的透視圖；圖2為圖1的壓縮冷凝機組的分解圖；圖3為圖2中壓縮冷締機組的電氣區(qū)的透視圖；圖4為圖1中的制冰機背面的透視圖；圖5為圖4中的制冰機的正視圖；圖6為用于圖1中制冰機的接收器的正視圖；圖6A為本發(fā)明的另一種接收器的示意圖；圖7為本發(fā)明的制冷系統(tǒng)的第一實施例示意圖；圖8為本發(fā)明的制冷系統(tǒng)的第二實施例示意圖9為本發(fā)明的制冷系統(tǒng)的第三實施例示意圖；圖10為用于本發(fā)明雙蒸發(fā)器實施例中的制冷系統(tǒng)的示意圖；圖11的示意圖表示圖1中制冰機的控制盤上各部件的位置；圖12為圖4中制冰機組的配線圖；圖13為圖2中壓縮冷凝機組的配線圖，其中使用單相交流電；圖14為圖2中壓縮冷凝機組的配線圖，其中使用三相交流電。
圖1表示為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，該圖中的自動制冰機或裝置2包括一個壓縮冷凝機組6和一個制冰機組8。該壓縮冷凝機組6包括一個壓縮機12和帶有風機和電機的冷凝器，冷凝器通常設(shè)置在建筑物的屋頂104上，或設(shè)置在室外地面上或偏僻的房間內(nèi)。該制冰機組8包括一個蒸發(fā)器和制冰模具，蒸發(fā)器通常設(shè)置在建筑物的主要部分內(nèi)。如圖所示，該制冰機組8一般設(shè)置在儲冰箱9的頂上。本發(fā)明的制冰機也可以是將壓縮機和/或冷凝器與蒸發(fā)器/制冰模具設(shè)置在同一個室內(nèi)。然而，在這些情況下熱氣就能夠很好地除霜，因此，本發(fā)明特別適用于分置式的制冰設(shè)備。用于本發(fā)明中制冰機的新制冷系統(tǒng)在其它包括制冷系統(tǒng)的設(shè)備中也是適用的。
理想的自動制冰機2與商標為Manitowoc的分置式制冰機(如型號為QY1094N)很相似。因此，這種機器的一些特性將不予以討論，而是主要討論能體現(xiàn)本發(fā)明特點的那些特性。盡管壓縮機12等一些組件在型號為QY1094N的分置式制冰機和本發(fā)明最佳實施例中沒有差別，但是仍將予以討論。然而，為了討論本發(fā)明新特征的方便，有必要提及與現(xiàn)有技術(shù)以及本發(fā)明最佳實施例相同的上述部件。
本發(fā)明尤其涉及制冰機的制冷系統(tǒng)。首先討論用于本發(fā)明中的多個不同制冷系統(tǒng)的實施例。此后，再對整個制冰機予以說明。
圖8為用于本發(fā)明制冰機中的制冷系統(tǒng)100的第一個優(yōu)選實施例。橫穿圖中的雙線表示圖1中的屋頂104。該制冷系統(tǒng)100包括一個通過制冷劑管113與冷凝器114相連的壓縮機112。盡管圖示僅有一個冷凝回路，但可以設(shè)有任何數(shù)目的冷凝回路，同時采用傳統(tǒng)的冷凝器設(shè)計。從冷凝器出發(fā)的制冷劑管115與壓頭控制閥116相連。從壓縮機出發(fā)的旁通管117也與排氣壓力控制閥116(如商標為Head Master的閥門)相連。該排氣壓力控制閥116采用傳統(tǒng)的，且用于在制冷系統(tǒng)的高壓側(cè)保持足夠的排氣壓力，以便膨脹裝置和系統(tǒng)的其它組件正常運行。該排氣壓力控制閥116和該旁通管117最好適于在低環(huán)境溫度下運行。
從排氣壓力控制閥116出來的制冷劑通過制冷劑管119和入口120流入接收器118。該制冷劑管119常稱作進給管路或液管。然而，特別當排氣壓力控制閥116打開后，蒸氣制冷劑或蒸氣、液體制冷劑將流經(jīng)制冷劑管119。液態(tài)制冷劑最好借助其開口延伸到接收器118底部附近的管道經(jīng)由液體出口122從接收器118內(nèi)排出。從接收器118內(nèi)排出的液態(tài)制冷劑通過液體出口122、制冷劑管121、干燥器124和一個膨脹裝置(最好為一個熱膨脹閥126)。從熱膨脹閥126流出的制冷劑經(jīng)由管道123流入蒸發(fā)器128。制冷劑從蒸發(fā)器128出來經(jīng)由管道125、收集器132返回壓縮機112。該收集器132、壓縮機112和蒸發(fā)器128也是傳統(tǒng)設(shè)計的產(chǎn)品。
制冷系統(tǒng)100的唯一特點在于該接收器118具有一個蒸氣出口134。這個出口最好是一個管，該管僅延伸到接收器內(nèi)的頂部位置。在制冷系統(tǒng)100中，所有的制冷劑均流入接收器118。流入接收器118的制冷劑被分離成位于其底部的液體和頂部的蒸氣兩部分。接收器118中的液體和蒸氣的相對量大小取決于許多因素。該接收器118的設(shè)計以保證在所有可能的運行條件下液體出口122和蒸氣出口134分別位于液態(tài)區(qū)和蒸氣區(qū)。在制冰機的凍結(jié)期內(nèi)，蒸氣保留在接收器118內(nèi)。然而，當制冰機在收獲模式期間需要使用系統(tǒng)時，需打開閥136。介于接收器118、蒸發(fā)器128之間的路線通過氣體出口134、制冷劑管131和制冷劑管133得以打開，蒸氣出口通過帶閥的通道直接與蒸發(fā)器相連。從接收器118頂部抽出的冷蒸氣流經(jīng)蒸發(fā)器，部分冷氣在該處得以冷凝。制冷劑由蒸氣轉(zhuǎn)變成液體所釋放出的熱量用于加熱蒸發(fā)器128。這樣使得冰由制冰機的蒸發(fā)器上脫落。
在收獲的開始階段，接收器內(nèi)的蒸氣量不足以將蒸發(fā)器加熱到使冰脫落的溫度。然而，在接收器變得太冷以致于不能蒸發(fā)更多的制冷劑之前，當蒸氣從接收器排出后，接收器內(nèi)的一些制冷劑得以蒸發(fā)。這導致壓縮機的出口或高壓側(cè)的壓力降低。
當壓縮機的高壓側(cè)的壓力低于一個理想值后，該排氣壓力控制閥116打開，從壓縮機排出的熱氣經(jīng)由旁通管117、制冷劑管119供給接收器118。這種熱蒸氣具有兩個作用。其一，有助于加熱接收器118內(nèi)的液體使其蒸發(fā)；其二，作為與冷蒸氣混合的氣源以便來除去蒸發(fā)器上的霜。然而，在傳統(tǒng)的熱氣除霜系統(tǒng)中，用于蒸發(fā)器除霜的蒸氣比直接從壓縮機供給的熱氣要冷得多。
過去，人們認為需用制冰機中的以“熱氣除霜”的過熱制冷劑中的顯熱來加熱蒸發(fā)器以便使冰脫落。然而，根據(jù)本發(fā)明，可以認為是借助蒸發(fā)器中的蒸氣冷凝的潛熱，而不是借助從壓縮機來的熱氣來進行收獲。這樣，通過利用獨特設(shè)計的接收器，在收獲模式中，可將足量的冷蒸氣制冷劑供給蒸發(fā)器。
圖7表示為制冷系統(tǒng)10的第二實施例，本實施例是在圖8所示的實施例之前研制的。該制冷系統(tǒng)10除了在其中應(yīng)用了電磁閥30和毛細管27之外，其余與圖8所示的制冷系統(tǒng)100相同。除了制冷系統(tǒng)100不同之外，其它同一部件以相同的附圖標記表示。如果電磁閥30關(guān)閉，返回的制冷劑流經(jīng)毛細管27，與冷凝器14的盤管之間進行熱交換。冷凝器的熱量用于蒸發(fā)從蒸發(fā)器返回的以液態(tài)形式存在的任何制冷劑。值得注意的是，當自動制冰機的制冷系統(tǒng)正常運行時，電磁閥30和毛細管27不是必需的，同時，在收獲模式期間，從蒸發(fā)器128來的液態(tài)制冷劑將匯聚在收集器132內(nèi)。
圖9表示為制冷系統(tǒng)200的第三優(yōu)選實施例。本制冷系統(tǒng)特別適用于這樣的制冰機，即由冷凝器和壓縮機組成的壓縮冷凝機組206與裝在制冰機組208內(nèi)的蒸發(fā)器較遠地分置。該制冷系統(tǒng)200除了增加幾個附件外，其余組件與制冷系統(tǒng)100的相同。在制冷系統(tǒng)200中，與制冷系統(tǒng)100中的組件相同的組件采用同一附圖標記表示，同時增添了幾個制冷系統(tǒng)100中未出現(xiàn)的附圖標記。這樣，在制冷系統(tǒng)200中的壓縮機212與制冷系統(tǒng)100中的壓縮機112相同。制冷系統(tǒng)200包括一些其它控制部件。如一個風機循環(huán)控制部件252和一個高壓切斷控制部件254與壓縮機212的高壓側(cè)相連。低壓切斷控制部件256設(shè)在壓縮機212的吸氣側(cè)。這些部件是傳統(tǒng)的，其作用與現(xiàn)有技術(shù)中的自動制冰機制冷系統(tǒng)中的一致。在制冷劑管219上靠近接收器218的入口側(cè)處設(shè)有一個止回閥258。除了干燥器224外，在從接收器218到熱膨脹閥226的制冷劑管路上設(shè)有一個手動切斷閥260和一個液體電磁閥262。圖9也表示出毛細管以及與蒸發(fā)器228的出口側(cè)相連的用于控制熱膨脹閥226的測溫儀表229。圖9中未示的是位于液體電磁閥262和熱膨脹閥226之間的制冷劑管221最好與從蒸發(fā)器228出來的制冷劑管225以熱交換的方式相聯(lián)合，但這一點表示在圖4中。同傳統(tǒng)的方法一樣，這種作法是為了對從接收器218出來的液態(tài)制冷劑進行預(yù)冷。
與閥136一樣，在收獲期間，冷蒸氣電磁線圈236運行，使從接收器218出來的冷氣流入蒸發(fā)器228。與排氣壓力控制閥116一樣，排氣壓力控制閥216運行以便保持制冷系統(tǒng)200的高壓側(cè)的壓力。
位于收集器232內(nèi)的J形管235最好在靠近其底部設(shè)有一個孔，以便被收集在收集器底部的制冷劑中的所有的油被抽入壓縮機212，這一點與傳統(tǒng)作法一致。
有時，制冰機設(shè)有多個蒸發(fā)器。當需要生產(chǎn)大量冰時，兩個或兩個以上的蒸發(fā)器能夠?qū)崿F(xiàn)上述目的。一個兩倍大的蒸發(fā)器也會生產(chǎn)出兩倍量的冰，但是，制造這樣一個大蒸發(fā)器也許是不實際的。本發(fā)明可利用多個蒸發(fā)器。
圖10為制冷系統(tǒng)300的第四最佳實施例，其中制冰機具有蒸發(fā)器328a和蒸發(fā)器328b。如下所述，除了一些部件的數(shù)目雙倍外，該制冷系統(tǒng)300與制冷系統(tǒng)200相同。因此，與圖9相比，圖10中的附圖標記要多于制冷系統(tǒng)100中的附圖標記。
本實施例中利用了兩個熱膨脹閥326a和熱膨脹閥326b，液態(tài)制冷劑分別通過管路323a和323b供給蒸發(fā)器328a和蒸發(fā)器328b。每個熱膨脹閥配備有各自的毛細管和測溫儀表329a和測溫儀表329b。這樣就使得兩個蒸發(fā)器以最大的效率運行，且以各自的速率進行結(jié)冰。當然，也可使用一個熱膨脹閥，但是因為平衡每個蒸發(fā)器所需制冷劑量是很困難的，所以當一個蒸發(fā)器應(yīng)該除霜時，另一個(滯后的蒸發(fā)器)結(jié)冰還不充分。
具有兩個獨立的電磁閥336a和電磁閥336b的作用在于，一旦從某個聯(lián)合的蒸發(fā)器上收獲完冰時，可以關(guān)閉一個閥門。當收獲時，電磁閥336a和電磁閥336b打開，從接收器318出來的冷氣流入管路333a和333b，然后進入蒸發(fā)器328a和蒸發(fā)器328b。兩個蒸發(fā)器同時進入收獲時間。然而，一旦冰從蒸發(fā)器328a上落下，閥336a就關(guān)閉，當蒸發(fā)器328b完成收獲時，蒸發(fā)器328a將不工作。在336a關(guān)閉的情況下，冷蒸氣不會浪費地用在進一步對蒸發(fā)器328a進行加熱上，而是全部用于蒸發(fā)器328b的除霜。當然，如果蒸發(fā)器328b首先收獲，情況就反過來了。
本發(fā)明的接收器必須能夠分離液態(tài)、蒸氣制冷劑，且兩種制冷劑具有各自獨立的出口。因為接收器內(nèi)的液體和蒸氣之間的傳熱和傳質(zhì)是相當有限的(尤其當打開排氣壓力控制閥時)，所以從接收器中抽出的蒸氣通常不是飽和蒸氣。在最佳實施例中，接收器18(圖6)大體上為圓柱形，當使用時圓柱壁垂直(圖4)。所有的出入口連結(jié)最好均通過接收器的頂部。這就要求接收器上僅一個部分需要孔洞。且以一次打孔作業(yè)就完成所有的打孔，以便使費用最少。入口管20可以端接在接收器內(nèi)的任何位置，但是最好端接在頂部附近。該液體出口22端接在底部附近。蒸氣出口34端接在頂部附近。這樣，就使得所有三個管均通過圓柱體的上端板。當然，只要在收獲或除霜模式期間能夠?qū)⒗錃鈴慕邮掌鞒槌龉┙o蒸發(fā)器，接收器也可設(shè)計成其它型式。圖6A表示出另一種接收器418，其中入口420設(shè)置在接收器418的側(cè)壁上。液體出口管422也通過接收器的側(cè)壁出去，但是具有一個90°彎曲的汲取管，以便出口管422的端部靠近接收器418的底部。類似地，蒸氣出口434設(shè)置在側(cè)壁上，但是具有一個朝上的端部，以便從接收器418的頂部附近出來的冷氣可被抽出。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，排氣壓力控制閥具有兩個作用。在凍結(jié)模式下，尤其在低環(huán)境溫度下，它保持最低的運行壓力。在收獲模式下，它提供了一個旁通。如果不用排氣壓力控制閥，收獲期將拖得較長，系統(tǒng)就需要較多的制冷劑，接收器會變得發(fā)冷和出汗。不用排氣壓力控制閥，就將管路217直接與管路215相接，在管路217(圖9)上設(shè)置一個第二電磁閥，以使從壓縮機出來的被壓縮的制冷劑直接進入接收器218。然而，電控要求在壓縮冷凝機組206(包括壓縮機和冷凝器)和制冰機組208(包括蒸發(fā)器和接收器)之間布置線路。在圖9所示的最佳設(shè)計中，上述兩部分可通過屋頂204或墻予以隔離，且在上述兩部分之間僅需設(shè)置兩條制冷劑管路。這樣，制冰機組208可設(shè)置在室內(nèi)，甚至靠近用戶想要小方冰塊的位置，壓縮機和冷凝器可設(shè)置在室外，由壓縮機和冷凝器所產(chǎn)生的熱量和噪音將不打擾建筑物內(nèi)的居民。
圖9所示的制冷系統(tǒng)可以與典型的分置式制冰機的其它部件相結(jié)合來使用。如在圖9的所示的制冷系統(tǒng)中，可以用電子控制的分置式制冰機的控制盤來操作制冰機。在收獲期的開始階段不是用控制盤來告知打開熱氣除霜閥，而是借用同樣的信號來打開冷氣電磁線圈236。然而，與典型的分置式制冰機相比，其不同在于可將壓縮機和冷凝器一起設(shè)置在室外。
制冰機的其它組件可以是傳統(tǒng)的。如制冰機通常包括一個水系統(tǒng)(圖5)，該系統(tǒng)由水泵42、水分散器44、制冰模具46，以及相互連接的水管48組成。該制冰模具46一般由帶有隔板的盤制成，該隔板將盤分割成多個獨立的冰塊室，且將蒸發(fā)盤管連接到盤的背部。該制冰機也可包括如美國專利No.5289691所公開的一個清潔系統(tǒng)和一個電子控制器，或在美國專利No.5193357、No.5140831、No.5014523、No.4898002、No.4785641、No.4767286、No.4550572以及No.4480441中公開的制冰機的其它組件。本發(fā)明可以參考上述任一專利。如在一個制冷系統(tǒng)中經(jīng)常包括一個軟型火花塞，以便如果制冰機失火時，上述火花塞會在制冷系統(tǒng)中的任一組件爆炸之前發(fā)生熔化。
圖2表示出冷凝機組6中的典型組件。除了包括壓縮機12和由盤管制成(在圖中僅能夠看到其彎曲部分)的冷凝器14之外，該壓縮冷凝機組還包括一冷凝器風扇50、一個電機、入口閥52、排氣壓力控制閥16，以及收集器32。如壓縮機啟動電容器54、運行電容器56、繼電器、風扇循環(huán)控制器252、高壓切斷控制器254，以及低壓切斷控制器256等電器組件主要容納在壓縮冷凝機組6的一個角落上的電器區(qū)域。
該制冰機組8包括圖4所示的制冷系統(tǒng)部分以及圖5所示的水系統(tǒng)。在本例中，以制冰機組8中的組件當作制冷系統(tǒng)200中的組件予以說明。然而，也可使用制冷系統(tǒng)10或制冷系統(tǒng)100。除了蒸發(fā)器228和接收器218之外，該制冰機組8最好還包括干燥器224、液體電磁閥262、止回閥258、冷氣電磁線圈236，以及熱膨脹閥226。因為接收器218最好與蒸發(fā)器228設(shè)置在同一室內(nèi)，所以接收器也通常處于室溫環(huán)境條件下。結(jié)果，接收器相當熱，這樣有助于為收獲冰提供足夠的蒸氣。
圖11所示為與自動制冰機2一起使用的控制盤70。控制盤上的元件最好與Manitowoc制冰公司生產(chǎn)的型號為QY1094N的分置式制冰機上的元件相同。燈71、72、73、74分別指示制冰機是否處于清潔模式、水位是否太低、儲冰箱是否滿，以及制冰機是否處于收獲模式。還設(shè)有一個在兩個冷凍期之間的用于水凈化的定時調(diào)整器75。在控制盤上還設(shè)有控制系統(tǒng)保險絲76和自動清潔系統(tǒng)輔助塞77，以及交流線電壓電插塞78和直流低電壓電插塞79。該控制盤還包括扁形接頭80、81、82，它們分別用于冰厚度的探測、水位的探測，以及作為清潔系統(tǒng)的附加地線的接頭。
圖12為制冰機組8的配線圖。除了表示出控制盤70及其組成部件之外，圖12還表示出箱式開關(guān)(bin switch)83的配線和清潔選擇器搬扭式開關(guān)84的內(nèi)部工況圖，該清潔選擇器搬扭式開關(guān)84的上部位置表示正常的制冰操作，中部位置表示關(guān)閉位置，下部位置表示清潔模式。圖12還表示出水閥85、冷氣電磁線圈236(用虛線表示，當使用雙蒸發(fā)器時使用的第二個閥336b)、水泵螺管線圈86、水泵42，以及液體電磁閥262的配線。
圖13為一個配線圖，表示出凍結(jié)期的電路，該冷凝機組6使用230V的單相交流電。同時表示出該壓縮機12主電動機和曲軸箱加熱器87。同時表示出的還有高壓切斷控制器254、低壓切斷控制器256、風機循環(huán)控制器252和冷凝器風機電機50以及運行電容器的組合，同時還表示出運行電容器56和壓縮機啟動電容器54。還表示出的有繼電器88、接觸器線圈91、接觸器接觸片92和93。
圖14為一個配線圖，表示出凍結(jié)期的電路，該冷凝機組6使用230V的三相交流電。與圖13相同的組件采用相同的附圖標記。
如上所述，沒有必要在冷凝機組6和制冰機組8之間配線。該制冰機組8最好以標準的墻壁出口電路為動力來運轉(zhuǎn)，而冷凝機組6則需要供給較高電壓。
本發(fā)明使得壓縮機和冷凝器遠距離地分置，以便職工或顧客使用冰場所不發(fā)出噪聲和熱量。然而需要使用制冷劑來對蒸發(fā)器進行收獲。試驗結(jié)果表明，這些改善并不使得冰產(chǎn)量降低，而且收獲時間和熱能效率基本不變。另外，由于不需要熱氣除霜，在收獲期間，壓縮機的壓力較小，這有助于增加壓縮機的壽命。僅需用兩條制冷劑管路，因為從排氣壓力控制閥出來的熱氣攜帶從冷凝器來的液體制冷劑一起被排入液體管路，然后，在接收器內(nèi)得以分離。
制冷系統(tǒng)最好使用一個直接設(shè)在壓縮機之前的附加大收集器，該收集器在收獲期間分離出返回的任何液態(tài)制冷劑。氣態(tài)制冷劑流經(jīng)收集器。液態(tài)制冷劑得以收集，且在下一個凍結(jié)期的開始前以一定的速率計量返回。該壓縮機最好將所有的制冷劑引入系統(tǒng)(冷凝器和接收器)的“高側(cè)”，這樣在不工作時沒有液體能夠進入壓縮機曲軸箱。最好使用一個電磁止回閥來防止在不工作時高側(cè)制冷劑的流動。設(shè)置曲軸箱加熱器的目的在于防止低環(huán)境溫度下在不工作時制冷劑在壓縮機曲軸箱內(nèi)發(fā)生冷凝。
本發(fā)明的商用的分置式制冰機實施例的設(shè)計工作工況為-20至130 °F。最好地，預(yù)先給制冰機加注制冷劑，當管道安裝好后，在管道被焊接好之后將其抽成真空，然后打開抽氣閥，接收器內(nèi)的制冷劑釋放進入系統(tǒng)。不同制冷劑管道的尺寸大小根據(jù)工業(yè)標準的不同而不同。另外，收集器通常最好包括一個孔。
系統(tǒng)中制冷劑的最佳量取決于許多因素，但是可通過如工業(yè)上的標準操作規(guī)范等例行試驗來確定。要選擇最小排氣壓力保證系統(tǒng)的運行最佳、平衡凍結(jié)和收獲周期。也要選擇收集器中的孔洞尺寸保證使其具有最好的性能，同時考慮臨界溫度和對壓縮機的保護。本發(fā)明的上述和其它方面將被本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員得以理解。
值得注意的是，本發(fā)明的系統(tǒng)和方法可以有許多變形，此處僅對部分折了說明。在不背離其精神或基本特征前提下，本發(fā)明可有多種其它形式。例如，不使用由設(shè)在盤上的隔板分割制成的制冰蒸發(fā)器，該蒸發(fā)器線圈設(shè)置在其背面上，可以使用其它類型的蒸發(fā)器。另外，不是水流經(jīng)一個垂直的蒸發(fā)器盤，而是將水噴灑在一個水平的制冰蒸發(fā)器上來形成冰。
雖然最佳實施例中的制冰機的組件均是單個的，但是許多制冰機的組件可以是多個，如兩個水泵，或兩個壓縮機等。另外，在一個室內(nèi)可設(shè)置兩套獨立的制冷系統(tǒng)，如用一個風機來冷卻兩個獨立但纏繞在一起的冷凝器盤管。也可構(gòu)成這樣一個(不是最佳的)系統(tǒng)，即一個壓縮機供應(yīng)兩個獨立的蒸發(fā)器，其中使用輔助止回閥和其它控制，以便一個蒸發(fā)器處于除霜模式而另一個蒸發(fā)器處于凍結(jié)模式。
值得注意的是，采用沒有明確包括在內(nèi)的其它步驟、材料或組件對本發(fā)明將產(chǎn)生不利的影響。因此本發(fā)明的最佳方式不包括上述額外的步驟、材料或組件。然而，在顧及到各方面的最佳實施例僅是說明性的，而不是限制性的，因此，本發(fā)明的保護范圍是通過權(quán)要求書而不是通過前述的說明書來限定的。沒有背離權(quán)利要求含義和范圍的其它變化也同樣包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種制冰機包括a)一個由水泵、制冰模具和相互連接的管道組成的水系統(tǒng)；b)一個制冷系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個壓縮機，一個冷凝器，一個膨脹裝置，一個與制冰模具熱接觸的蒸發(fā)器，一個接收器，該接收器具有與冷凝器相連的入口、與膨脹裝置相連的液體出口，以及通過帶閥的通路與蒸發(fā)器相連的氣體出口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制冰機，其中蒸發(fā)器與壓縮機、冷凝器遠距離地分置，且接收器靠近蒸發(fā)器設(shè)置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制冰機，其中接收器呈圓柱形，具有一個側(cè)壁和兩個端面，具有入口管、蒸氣出口管和液體出口管，上述所有管道均穿過該圓柱體的一個端面。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制冰機，其中接收器的設(shè)置應(yīng)使圓柱體的側(cè)壁垂直，入口、氣體出口和液體出口均通過接收器的頂面，該液體出口包括一個延伸到接收器底部附近的管，氣體出口包括一個端接到頂面附近的管。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制冰機，其中接收器具有一個頂面，一個底面，以及一個側(cè)壁，蒸氣出口和液體出口穿過上述側(cè)壁，且與分別彎曲到接收器內(nèi)頂面和底面的管相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制冰機，還包括一個排氣壓力控制閥，該閥設(shè)置在冷凝器和接收器之間，以便使得壓縮機出來的氣體旁通過冷凝器，進入接收器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制冰機，其中帶閥的通路包括一個電磁閥。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制冰機，其中包括至少兩個制冰模具和至少兩個蒸發(fā)器，每個蒸發(fā)器與上述的制冰模具之一熱接觸，蒸氣體出口分叉進入至少兩個帶閥的通路，每個分叉與上述蒸發(fā)器之一相連。
9.一種在制冰機中制作小方塊冰的方法，該方法包括a)在制冰模式期間，壓縮汽化過的制冷劑，對壓縮過的制冷劑進行冷卻以使其冷凝成液體，而膨脹裝置輸送冷凝了的制冷劑，使制冷劑在蒸發(fā)器內(nèi)進行汽化，以使制冰模具內(nèi)的溫度達到凍結(jié)溫度，從而在模槽內(nèi)將水制成冰；b)在收獲模式期間，通過將連接于冷凝器和膨脹裝置之間接收器內(nèi)的氣態(tài)和液態(tài)制冷劑分離，對制冰模具進行加熱而使冰塊從其上脫落，然后將蒸氣從接收器供給蒸發(fā)器。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中還包括一個步驟，即在收獲模式期間，通過一個排氣壓力控制閥而旁通冷凝器將從壓縮機出來的蒸氣制冷劑供給接收器。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中在制冰模式期間，液態(tài)制冷劑通過一個液體管從冷凝器流入接收器，在收獲模式期間，蒸氣制冷劑通過上述的液體管流入接收器。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中制冰機具有兩個制冰模具，每個與兩個不同的蒸發(fā)器之一熱接觸，在收獲模式期間蒸氣由接收器供給兩個蒸發(fā)器，當冰從某個蒸發(fā)器上脫落之后就停止將汽化的制冷劑供給上述蒸發(fā)器，而仍將汽化的制冷劑供給另一個蒸發(fā)器。
13.一種制冰機，其中蒸發(fā)器與壓縮機和冷凝器遠距離地分置，該制冰機包括a)由壓縮機和冷凝器組成的冷凝機組；b)制冰機組，其包括i)一個由水泵、制冰模具和相互連接的管道組成的水系統(tǒng)；ii)一個制冷系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個與制冰模具熱接觸的蒸發(fā)器，一個接收器，一個膨脹裝置；c)設(shè)置在冷凝機組和制冰機組之間的兩條制冷劑管道，其中一條為吸入管，另一條為供給管，吸入管將制冷劑吸回壓縮機而供給管將制冷劑供給制冰機組；d)一個具有入口、液體出口、蒸氣出口的接收器，入口與供給管相連，液體出口與膨脹裝置相連，膨脹裝置又與蒸發(fā)器相連，蒸氣出口通過一帶閥的通路與蒸發(fā)器直接相連。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的制冰機，其中冷凝機組還包括一個排氣壓力控制閥，該閥使得從壓縮機出來的制冷劑氣體旁通過冷凝器而進入供給管。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的制冰機，還包括一個位于冷凝機組內(nèi)的且設(shè)置在吸入管上的收集器。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的制冰機，其中制冰機組包括至少兩個制冰模具和至少兩個蒸發(fā)器，每個蒸發(fā)器與上述的制冰模具之一熱接觸，氣體出口通過兩個通路進入上述蒸發(fā)器，每個通路上設(shè)有一個閥門且與上述蒸發(fā)器之一相連。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的制冰機，其中制冰機組還包括一個水分散器。
全文摘要
一種制冰機具有一個水系統(tǒng),該水系統(tǒng)包括一個水泵,一個制冰模具,以及一個相互連接的管道;一個制冷系統(tǒng),該系統(tǒng)包括一個壓縮機,一個冷凝器,一個膨脹裝置,一個與制冰模具熱接觸的蒸發(fā)器,以及一個接收器。該接收器具有一個與冷凝器相連的出口,與膨脹裝置相連的液體出口,以及一個通過一個帶閥的通路與蒸發(fā)器相連的氣體出口。
文檔編號F25B43/00GK1257988SQ9912503
公開日2000年6月28日 申請日期1999年10月6日 優(yōu)先權(quán)日1998年10月6日
發(fā)明者C·E·施洛塞爾, C·J·皮爾斯卡拉, S·J·謝迪維, M·R·洛伊絲 申請人:曼尼托沃食品服務(wù)集團公司