CN100375876C - 一种热融脱落式制冰装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种热融脱落式制冰装置，其在原有的制冷回路、热脱冰回路和储冰槽的基础上加以改进，即储冰槽内还放置有水，上述制冷回路中的蒸发器安装在该储冰槽内并浸没于水中，且蒸发器的各侧面交界处设置有防止两侧片冰连成一体的传热体。因此采用上述结构后，管路相对简单，耗电量小，制冰速度快，且制得的片冰厚度均匀。同时又无噪音产生，且片冰完整不破碎，从而大大地提高了储冰率。再者，蒸发器所处位置较低，便于安装。另外由于蒸发器上增设有传热体，该传热体可以是电加热元件或流动在热流体通道内的制冷剂高压液、空气、热水、蒸汽或不冻液，利用它们的热量使蒸发器各侧面交界处的温度高于结冰温度，从而使各侧面的片冰不相连，而确保其易于脱落上浮。

Description

一种热融脱落式制冰装置

技术领域

本发明涉及一种制冰装置，尤其指一种热融脱落式制冰装置

背景技术

片冰因其表面积大、制取耗能小、使用方便而被广泛地应用于食品保鲜、空调蓄冷和工业生产等领域中。目前，该片冰通常采用机械刮落式制冰装置或热融脱落式制冰装置来制取，其中，热融脱落式制冰装置是利用压缩机的高温排气来热融冰层，使冰层从蒸发器壁上脱落，如中国专利号为200420046820.6的《一种制冰机》中就披露了这样一种热融脱落式制冰装置，其包括制冷管路、与制冷管路相连接的热脱冰支路和供水组件，制冷管路又包括压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器，供水组件中的播水器位于蒸发器之上，热脱冰支路分别与压缩机及蒸发器相连接。使用时，通过制冷剂与水在蒸发器壁面上交换热量进行制冷。同时利用压缩机排热和片冰的自重实现脱冰。就这样，制冰与脱冰采取周期性的交替进行，来获取所需的片冰。因此这样的制冰机相对于机械刮落式制冰装置具有结构简单、调节控制容易，制冰能力强等优点。但从其结构分析后还可知：由于蒸发器位于水池之上，因此制冰时，水池中的水必须通过水泵源源不断地输入位于蒸发器之上的播水器才能实现供水。而脱冰时，片冰又只能撞击水池之上的斜板后落入贮冰槽中。显然，这样的结构会造成以下缺陷：(1)在制冰过程中，水泵需要连续工作，因此要消耗大量电能，且因播水器、水泵等配件，使装置部件多，管路复杂化。(2)由于水在蒸发器表面落下过程中结冰，因此其制冰速度慢，制得的片冰厚度不均匀。(3)片冰在下落过程中因相互撞击或与斜板的碰撞，难免会产生噪音和出现碎冰，且破碎后的片冰降低了储冰率，且同时还容易堵塞过滤网。(4)由于片冰的脱落需要较大的空间，因此会造成蓄冰槽体积大、利用率低的弊端。(5)蒸发器所处的位置高，因此安装起来较为不便。(6)由于蒸发器仅设置单一的制冷剂通道，因此当冰层达到一定厚度时，容易出现蒸发器各侧面的片冰相连而无法脱落的现象。

发明内容

本发明所要解决的第一技术问题是针对现有技术的现状，而提供一种制冰速度快、噪音小且制得的片冰厚度均匀、易于脱落、完整的热融脱落式制冰装置。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：该热融脱落式制冰装置包括制冷回路、热脱冰回路和储冰槽，其中所述的制冷回路包括依次通过管道相连的压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器内的制冷剂低压液通道，所述蒸发器的制冷剂低压液通道输出口则通过输出管与所述的压缩机入口相连接，而所述的热脱冰回路又包括连接在所述压缩机出口和蒸发器制冷剂低压液通道输入口之间的第一管路和连于所述蒸发器的制冷剂低压液通道输出口与所述的冷凝器进口之间的第二管路，其特征在于：所述的储冰槽内还放置有结冰用的水，上述蒸发器安装在该储冰槽内并浸没于所述的水中，且所述的蒸发器的各侧面交界处设置有防止两侧片冰连成一体的传热体。

作为本发明的进一步改进，所述的蒸发器的各侧面交界处可以设置有热流体通道，所述的传热体可以为流动在该热流体通道内的流体。且该流体最好采用制冷剂高压液，此时热流体通道串接在所述的冷凝器和膨胀阀之间。这样可以利用本系统中的制冷剂使蒸发器各侧面交界处的温度高于结冰温度，使整个系统的结构更加紧凑、简单。当然，该流体也可以采用温度高于结冰温度的空气、热水或蒸汽或不冻液。

作为本发明的另一种改进，所述的传热体也可以采用电加热元件，如铺设在蒸发器各侧面交界处的电阻丝或电热片等加热元件。

在上述各方案中，所述的蒸发器最好为多个，分别并列地分布在所述储冰槽的底部，这样各蒸发器可以轮流进行制冰或脱冰状态，以便于连续制得所需的片冰。

所述的蒸发器上还可以配置有密封贯穿于所述储冰槽侧壁的上、下套管，且各套管又包含有内管和套设在该内管之外的夹套，其中上、下内管分别与所述的制冷剂低压液通道的输入口和输出口相连，而所述的上、下夹套则分别与所述的热流体通道的出口和进口相连接。以便于各蒸发器定位在储冰槽中，并能与设置在储冰槽之外的相应管路相连接。

所述的蒸发器可以为蒸发板，该蒸发板可以采用由两板加热压合而形成周边带有所述热流体通道的板式换热器，在该板式换热器的中部形成以一定几何形状排列的压合区，其它非压合区呈凸弧状而形成所述的制冷剂低压液通道，并在所述的制冷剂低压液通道上部设置有与其输入口相连的开有多孔的分流管。该蒸发板也可以由蛇形管绕制而成所述的制冷剂低压液通道，并在上述蛇形管的相邻管部分之间通过金属肋片相互连接成一体，同时在该蛇形管四周环另绕一圈管子以形成所述的热流体通道。该蒸发板还可以由蛇形管绕制而成所述的制冷剂低压液通道，在该蛇形管四周环绕一圈与相邻蛇形管相连的管子以形成所述的热流体通道，并在所述的蛇形管两侧分别覆盖有金属片，各金属片与所述的蛇形管之间所形成的空腔内填充有导热液。

在上述蒸发板的结构中，也可以用电加热元件来取代热流体通道，同样可达到防止两侧片冰连成一体的目的。

当然，上述蒸发器也可以采用其它常规的立体结构。

所述的膨胀阀与所述的制冷剂低压液通道输入口之间的管道上可以依次串装有低压贮液器和驱动泵，该低压贮液器内以设置有气液分离器为佳，这样可减小压缩机的液击，延长其使用寿命。

与现有技术相比，本发明的优点在于：(1)由于本发明的蒸发器浸没于储冰槽的水中，因此可省去播水器和水泵，使得管路简单，耗电量小。其次，制冰速度快，制得的片冰厚度均匀。再者，脱冰时可利用片冰在水中浮力自然上浮到储冰槽上部，因此在整个过程中无噪音产生，且片冰完整不破碎，从而大大地提高了储冰率。另外，由于蒸发器所处的位置较低，因此便于安装。(2)由于蒸发器的各侧面间增设有防止两侧片冰连成一体的传热体，该传热体可以为流动在热流体通道内的制冷剂高压液(即在该热流体通道内流动着膨胀阀之前的液态制冷剂)或空气、热水、蒸汽或不冻液，也可以为铺设在蒸发器各侧面间的电加热元件，利用它们释放的热量使蒸发器各侧面交界处的温度高于结冰温度，从而使蒸发器各侧面的片冰不相连，使其易于脱落上浮。(3)蒸发器采用两板加热压合的结构，可使得制冷剂在其低压液通道内表面呈降膜蒸发，因此在该蒸发器内无过热区，蒸发面积利用率高。(4)低压贮器内设置的汽液分离器，可有效消除压缩机液击，以延长压缩机的使用寿命，方便维护。

附图说明

图1为本发明第一实施例的工作原理图；

图2为图1中各蒸发板的分布示意图；

图3为本发明第一实施例中蒸发板的结构示意图；

图4为图3中的A-A向剖面示意图；

图5为本发明第二实施例中蒸发板的结构示意图；

图6为图5中的B-B向剖面示意图；

图7为本发明第三实施例中蒸发板的剖面示意图；

图8为本发明第四实施例的工作原理图；

图9为本发明应用于空调蓄冷的工作原理图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1至图4所示，该制冰装置包括制冷回路、热脱冰回路和内置有水的储冰槽4，所述的制冷回路又包括压缩机1、冷凝器2、高压贮液器3、过滤干燥器6、蒸发器、膨胀阀7、低压贮液器8、驱动泵9和各控制阀，其中，蒸发器采用多个并列分布的蒸发板5，且以每六个蒸发板5为一组安装在储冰槽4的底部，并浸没于储冰槽的水中(请参见图2)。本实施例中，各蒸发板5采用两板加热压合而形成周边带有热流体通道10的板式换热器，在该板式换热器的中部形成以一定几何形状排列的圆圈形压合区13，其它非压合区呈凸弧状而形成制冷剂低压液通道12，并在所述的制冷剂低压液通道12上部设置有与其输入口相连的开有多孔的分流管11，同样，在其下部放置有与其输出口相连的开有多孔的气液汇集管18(请参见图4)。在这里，各蒸发板5还配置有密封贯穿于储冰槽4侧壁的上套管14a和下套管14b，且各套管又由内管、套设在该内管之外的夹套和位于内管与夹套之间的隔热层17组成，其中上内管15a、下内管15b内端分别与制冷剂低压液通道12的输入口和输出口相连，上夹套16a、下夹套16b的内端则分别与所述的热流体通道10的出口和进口相连接。而上、下内管的外端和上、下夹套的外端分别通过各自的控制阀连于各自的总管(参见图1中，邻近第二控制阀V2、第三控制阀V3、第四控制阀V4、第五控制阀V5、第六控制阀V6和第八控制阀V8的圆形图案表示相应的总管)。以实现各蒸发板中的热流体通道的进、出口和制冷剂低压液通道的输入口、输出口的相互并联连接。现以其中之一蒸发板为例加以说明。制冷回路连接时，压缩机1出口通过第七控制阀V7连接于冷凝器2入口，而冷凝器2出口通过高压贮液器3、过滤干燥器6、第五控制阀V5连接于蒸发板的热流体通道10进口，热流体通道10出口则依次通过第六控制阀V6、膨胀阀7连于低压贮液器8的第一入口，低压贮液器8的第一出口与压缩机1的入口相连通，而其第二出口则通过上述驱动泵9、第二控制阀V2连于制冷剂低压液通道12的输入口，制冷剂低压液通道1 2的输出口则通过第四控制阀V4与低压贮液器8的第二入口相连接。

上述脱冰回路又包括连接在压缩机1出口和蒸发板制冷剂低压液通道12输入口之间的第一管路和连于制冷剂低压液通道12输出口与冷凝器2进口之间的第二管路，并在上述第一管路中串装有第一控制阀V1和第八控制阀V8，第二管路上串装有第三控制阀V3。

在本实施例中，所述的低压贮液器8内设置有气液分离器。以确保吸入压缩机1中的气态制冷剂中无液滴，以消除压缩机的液击。在低压贮液器8的第二出口与第二控制阀V2之间设置驱动泵9，以便有足够的制冷剂被送入蒸发板5中呈降膜蒸发，使板式换热器内无过热区。

由于各组蒸发板并联连接，因此，可以按需轮流进入制冰回路和脱冰回路。当需要制冰时，至少其中一组板式换热器处于制冰状态，此时第三控制阀V3打开，第八控制阀V8关闭，第一控制阀V1、第二控制阀V2、第四控制阀V4、第五控制阀V5、第六控制阀V6、第七控制阀V7开启，由压缩机1排出的高温高压制冷剂经过冷凝器2、高压贮液器3、过滤干燥器6和第五控制阀V5进入蒸发板5的热流体通道10内，然后，从热流体通道出口流出的高压制冷剂经过第六控制阀V6、膨胀阀7降压后时入低压贮液器8，低压贮液器8中的低压制冷剂由驱动泵9加压后，通过第二控制阀V2进入蒸发板的分流管11中。随之低压制冷剂从上而下均匀地流过制冷剂低压液通道12，并在低压液通道内表面上呈降膜蒸发，同时吸收水的热量，使水在蒸发板表面冷冻成薄冰层，热交换后的制冷剂汽液混合物汇集到气液汇集管18中，最后通过第四控制阀V4回到低压贮液器8，经其内的汽液分离后，气态制冷剂吸入压缩机1中继续循环，而液态制冷剂继续由驱动泵9送入蒸发板5内蒸发制冷。在上述制冰过程中，由于在热流体通道10内的温度高于结冰温度，因此，蒸发板5两侧面的片冰是互不相连的。

当蒸发板5上的冰层达到一定厚度后，打开第八控制阀V8，关闭第二控制阀V2、第四控制阀V4、第五控制阀V5、第六控制阀V6、第七控制阀V7，此时，压缩机1排出的高温气态制冷剂通过第一控制阀V1和第八控制阀V8后进入引入蒸发板的分流管11、制冷剂低压液通道12内冷凝放热，使片冰从蒸发板表面热融脱离，在水的浮力作用下上浮到储冰槽4的上部。而从制冷剂低压液通道12排出的制冷剂再依次进入冷凝器2、高压贮液器3、过滤干燥器6后，回到其余蒸发板的制冰回路中去。

实施例2，如图5和图6所示，其与上述第一实施例不同之处在于：所述的蒸发板由蛇形管绕制而成所述的制冷剂低压液通道12，并在上述蛇形管的相邻管部分之间通过金属肋片19相互连接成一体，同时在该蛇形管四周另环绕一圈管子以形成所述的热流体通道10。其工作原理与上述第一实施例相同，在此不再详述。

实施例3，如图7所示，其与上述第一实施例不同之处在于：所述的蒸发板由蛇形管绕制而成所述的制冷剂低压液通道12，在该蛇形管四周环绕一圈与相邻蛇形管相连的管子以形成所述的热流体通道10，并在蛇形管两侧分别覆盖有金属片20，各金属片与蛇形管之间所形成的空腔内填充有导热液，使传热效果更好。

实施例4，如图8所示，其与上述第一实施例不同之处在于：在所述的热流体通道10内通有空气，该空气可以是室外大气或热空气，只要其温度高于结冰温度即可。这样，在风机21的驱动下，该空气源源不断地在热流体通道10内流动，利用空气的显热来使两侧的片冰分离。在本实施例，该空气也可以用室温水或热水或蒸汽或不冻液来取代，同时，从过滤干燥器6出来的制冷剂经回热器22、热膨胀阀7后进入低压贮液器8中，这样，通过回热器22使冷凝液与压缩机的吸气之间换热，从而来提高压缩机1的吸气温度和工作效率。

上述制冰装置用于空调蓄冷时，系统如图9所示，在储冰槽4的底部用隔板28将多个蒸发板分成左右两组，储冰槽的上部安装有均流器24，该均流器通过第九控制阀V9与换热器26的热水口相连，而储冰槽4底部的水既通过第一水泵27送至换热器26的冷水口，又通过第十控制阀V10与换热器26的热水口相连，同时还依次通过第二水泵23、第十一控制阀V11连于均流器24。

当储冰槽供冷时，其工作回路由换热器、第一水泵27、均流器24、冰层25组成，此时，第十控制阀V10、第十一控制阀V11关闭，第九控制阀V9打开，启动第一水泵27，换热器26热水口流出的热水经储冰槽上部的均流器24均匀地喷洒在冰层25上融冰降温，第一水泵27从储冰槽4下部抽出的冷水源源不断地送至换热器26放冷，以达到储冰槽供冷的目的。

当主机与储冰槽联合供冷时，其工作回路由换热器26、第一水泵27、第二水泵23、均流器24、冰层25和隔板左侧的蒸发板5组成，此时，打开第十控制阀V10、第十一控制阀V11，第九控制阀V9关闭，启动第一水泵27和第二水泵23，这样制冷主机和隔板左侧的蒸发板工作，而隔板右侧的蒸发板不工作，换热器26的热水口流出的热水经第十控制阀V10后流到储冰槽4底部，与左侧的蒸发板进行热交换后，先得到初步的降温，接着，再由第二水泵23送至均流器24，均匀地喷洒在冰层25上融冰，以作进一步的降温，第一水泵27从储冰槽4底部抽出的冷水送至换热器26放冷，就这样这现了主机与储冰槽的联合供冷。

当主机单独供冷时，其工作回路由换热器26、第一水泵27、蒸发板组成，此时，第十一控制阀V11、第九控制阀V9关闭，打开第十控制阀V10，启动第一水泵27，主机和储冰槽底部的所有蒸发板均参与工作，从换热器26热水口流出的热水与蒸发板进行热交换，第一水泵27从储冰槽底部抽出冷水送至换热器26放冷。

当边供冷边蓄冷时，其工作回也由换热器26、第一水泵27、蒸发板组成，此时，换热器的热负荷小于制冷主机的制冷量，剩余部分的冷量由蒸发板制成片冰储存起来。

因此，本发明的装置用于空调蓄冷时，其可以提供储冰槽供冷、主机与储冰槽联合供冷、主机单独供冷、边供冷边蓄冷四种模式。显然，这样的装置供冷方式灵活，且由于空调回水与冰层直接接触换热，所以既可取出1℃～3℃的低温冷冻水，为实现低温送风、减少风机容量、降低系统成本提供良好的条件，同时又具有放冷速率大，冷量足的优点，因此特别适用于影剧院、体育馆、会堂、餐厅、酒店、商场、生产车间等短时间内需要大量冷量的场合。

Claims (10)

1.一种热融脱落式制冰装置，其包括制冷回路、热脱冰回路和储冰槽(4)，其中所述的制冷回路包括依次通过管道相连的压缩机(1)、冷凝器(2)、膨胀阀(7)和蒸发器内的制冷剂低压液通道(12)，所述蒸发器的制冷剂低压液通道(12)输出口则通过输出管与所述的压缩机(1)入口相连接，而所述的热脱冰回路又包括连接在所述压缩机(1)出口和蒸发器制冷剂低压液通道(12)输入口之间的第一管路和连于所述蒸发器的制冷剂低压液通道(12)输出口与所述的冷凝器(2)进口之间的第二管路，其特征在于：所述的储冰槽(4)内还放置有结冰用的水，上述蒸发器安装在该储冰槽内并浸没于所述的水中，且所述的蒸发器的各侧面交界处设置有防止两侧片冰连成一体的传热体。

2.根据权利要求1所述的热融脱落式制冰装置，其特征在于：所述的蒸发器的各侧面交界处设置有热流体通道(10)，所述的传热体为流动在该热流体通道内的流体。

3.根据权利要求2所述的热融脱落式制冰装置，其特征在于：所述的流体为制冷剂高压液，所述的热流体通道(10)串接在所述的冷凝器(2)和膨胀阀(7)之间。

4.根据权利要求2所述的热融脱落式制冰装置，其特征在于：所述的流体为温度高于结冰温度的空气或水或蒸汽或不冻液。

5.根据权利要求1所述的热融脱落式制冰装置，其特征在于：所述的传热体为电加热元件。

6.根据权利要求1或2或3或4或5所述的热融脱落式制冰装置，其特征在于：所述的蒸发器为多个，以并列的形式分别分布在所述储冰槽的底部。

7.根据权利要求2或3或4所述的热融脱落式制冰装置，其特征在于：所述的蒸发器上还配置有密封贯穿于所述储冰槽侧壁的上、下套管(14a、14b)，且各套管又包含有内管和套设在该内管之外的夹套，其中上内管(15a)与所述的制冷剂低压液通道(12)的输入口相连，而下内管(15b)与所述的制冷剂低压液通道(12)的输出口相连，所述的上夹套(16a)与所述的热流体通道(10)的出口相连接，而所述的下夹套(16b)则与所述的热流体通道(10)的进口相连接。

8.根据权利要求2或3或4所述的热融脱落式制冰装置，其特征在于：所述的蒸发器为蒸发板，该蒸发板为两板加热压合而形成周边带有所述热流体通道(10)的板式换热器，在该板式换热器的中部形成以一定几何形状排列的压合区，其它非压合区呈凸弧状而形成所述的制冷剂低压液通道(12)，并在所述的制冷剂低压液通道(12)上部设置有与其输入口相连的开有多孔的分流管(11)。

9.根据权利要求2或3或4所述的热融脱落式制冰装置，其特征在于：所述的蒸发器为蒸发板，该蒸发板由蛇形管绕制而成所述的制冷剂低压液通道(12)，并在上述蛇形管的相邻管部分之间通过金属肋片(19)相互连接成一体，同时在该蛇形管四周另环绕一圈管子以形成所述的热流体通道(10)。

10.根据权利要求1或2或3或4或5所述的热融脱落式制冰装置，其特征在于：所述的膨胀阀(7)与所述的制冷剂低压液通道(12)输入口之间的管道上依次串装有低压贮液器(8)和驱动泵(9)，所述的低压贮液器(8)内设置有气液分离器。

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