CN101573570B - 制冰器、设有其的制冷装置以及制冰方法 - Google Patents

Abstract

一种用于冰箱的制冰器，包括模具容器(22)，其中所述模具容器可充满水；与所述模具容器(22)内的水面相邻的空气空间(3)；以及空气加湿装置(28至35)，用于增加水面上方空气的湿度大小。水被输送至所述模具容器(22)，被冷却，并且在达到低于0℃的特定结晶温度时形成冰晶。

Description

制冰器、设有其的制冷装置以及制冰方法

技术领域

本发明涉及包括成型容器的制冰器，其中所述容器可以充满水并且为了制冰可以被冷却至低于0℃的温度；本发明涉及设有所述制冰器的制冷装置以及可利用这种类型的制冰器实现的制冰方法。

背景技术

大多数传统的制冰器利用这样的成型容器，在所述成型容器内设置多个舱室，所述舱室在充满时彼此相互连通。这种类型的制冰器的实施例在专利公开文献DE 4113767C2和DE 2429392A1中公开。

在成型容器的舱室之间提供连接具有两个重要的原因。首先，连接有助于成型容器的自动填充，这是因为水可以在单个部位被输送到成型容器内，并且可从那里被扩散到相互连通的舱室内。另一个原因是冰形成的机制。根据已知为异相成核(heterogeneous nucleation)的过程，冰的形成并不是在0℃开始，而是在低于0℃的温度开始。这取决于异相的出现，其是非含水的核种，并且如果缺少的话，水可以被冷却至-40℃而不冻上。出于很多原因，这种效应在自动操作的制冰器中是不期望的。首先，如果各舱室并不连通，则存在这样的危险性，即核种在某个舱室内缺少，从而舱室内的水仍是液体，尽管在其它舱室内已经长期冻上。如果各舱室中的物体被清空到存储容器内并且舱室仍含有水的话，则水在存储舱室内冻上，从而最终的冰块彼此一起冻成一块，因而不再可以容易分开。为了减小这种情况的可能性，在清空舱室之前必须等较长的时间，从而使得没有有效核种的舱室可以冻上，这严重地降低了制冰器的生产率，或者制冰器必须在非常低的温度操作，这仅仅通过大量的能量输入被维持。传统地，这些问题通过以下方式被避免，即在冷冻的过程中允许成型容器的各舱室彼此相互连通，从而自其中有效核种使得容易冷冻的一个舱室，冰形成扩散到所有其它舱室中。然而，在这种方式中，仅仅相互连接的冰块可以被获得，并且在从模具取出时，所述冰块并不可靠地彼此分开，并因此在收集容器内占据了大量的空间，并且很难进行处理。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制冰器、一种设有所述制冰器的制冷装置以及制冰方法，可以利用少量的能量输入快速和高效地实现功能。

该目的得以实现首先在于一种制冰器，其中所述制冰器包括可充满水的成型容器以及与所述成型容器内的水面相邻的空气空间，其中还设置一空气加湿器，以使得水面上方的空气富含水分。通过这种形式为小雪片的冷凝出的水分，获得了高效的核种，其中所述核种沉淀在水面上，并从那里可以在仅仅稍微低于0℃的温度开始冰形成。

在最简单的情况中，空气加湿器是蒸发器。

为了使得快速和高效地加温蒸发器内的水，蒸气器的水容器优选包含一壁，其中所述壁至少部分地由导电塑料制成，其施加有电流以便进行加热。

为了防止水垢在蒸发器内沉淀，所述蒸发器优选被构造成将其中所述包含的水最大加热至60℃。

蒸发器具有优选不超过2cm³的水容积，从而首先使得快速加热蒸发器内所包含的水，并且其次热量保持较低，其中所述热量发出至蒸发器内的水并随后经由所述蒸发器发出至整个制冰器。

控制装置优选被设置成在每次制冰过程中暂时操作所述空气加湿器。

控制装置可连接至一计时器，从而在每次所述成型容器的填充之后以预定的间隔操作所述空气加湿器。可选地或除此以外，所述控制装置还可以连接至一温度传感器，从而在所述空气空间内的预定温度被低于之后操作所述空气加湿器。成型容器和空气加湿器合适地连接至一共用的供水管线。

空气加湿器可以被构造成在目标液位被超过之后将水输送至成型容器。这使得无需精确配量的水量被输送到空气加湿器内。

特别有利的是，空气加湿器在成型容器的上游在供水管线内设置。

因为大量的核种由于冰晶而产生，所以成型容器可具有多个冰舱室，其中它们并不彼此互连，而没有水在各个舱室内并不冻上的高危险性。通过未相连的舱室获得未相连的冰块，并且这些冰块可以容易地和可靠地被处理。

有利地设置用于驱动空气空间内的空气循环的鼓风机，从而使得冰晶在整个水面上分布。

制冰器可设有专用的制冷装置。制冰器优选安装在制冷装置中，从而通过制冷装置的制冷单元被冷却。

上述鼓风机还可以是制冷装置的一部分，并且特别地可用于驱动空气空间与制冷剂蒸发器之间的空气循环。

这种类型的空气循环同时用于冷却成型容器内的水或者至少大致有助于水的冷却。为了防止空气加湿器内的水比成型容器内的水更早地冻上，空气加湿器的水面上方的空气循环比成型容器的水面上方的空气循环弱。

本发明的目的还通过用于在尤其制冰器或制冷装置内如上所述制冰块的方法，其中所述方法包括以下步骤：

配量输入水到成型容器中；

冷却所述水；

在达到低于0℃的水的预定育种温度之后，将冰晶施加至所述水。

优选通过水的蒸发以及将因而所获得的水冷却至0℃以下而获得冰晶。利用冰晶对水的育种优选在-2℃与-7℃之间的水温实现，在于制冷装置的恒温控制的冷却室内进行制冰的情况中，育种温度被选择得越高，则恒温调节的目标温度就越低。制冰器内的空气温度大体上在育种时是较低的，并且-10℃的温度是优选的。

附图说明

参照附图通过示意性实施例的以下说明公开了本发明的其它特点和优点，其中：

图1示出了具有根据本发明的制冰器的制冷装置的示意性剖视图；

图2示出了根据本发明的制冰器的示意性实施例的透视图；并且

图3示出了制冰周期内温度和空气湿度的变化相对于时间的曲线图。

具体实施方式

如图1示意性剖视图所示的制冷装置具有绝热本体1和门2，它们限定了一内部空间3。所述内部空间3通过-蒸发器被保持在低于0℃的温度，其中所述蒸发器容纳在本体1的上侧区域内的蒸发器舱室4中。自动制冰器5在内部空间3中紧邻蒸发器室4设置，从而冷空气可以高效地从蒸发器室4被施加至所述制冰器5，其中所述自动制冰器参照图2以下更加详细地说明。

在制冰器5下方设置冰分配器的收集容器6，所述收集容器6接收从制冰器5排出的冰块。收集容器6在内部空间3的大部分深度之内延伸。在收集容器6的向后的凹部7内容纳有电机，所述电机用于驱动搅拌桨片8，其中所述搅拌桨片沿收集容器6的纵向延伸。远离凹部7的搅拌桨片8的一端延伸到圆柱形分配室10内。研磨装置的刀片9紧固至包围搅拌桨片8的端部的套筒，并且可经由一离合器11与搅拌叶片8的旋转相连。第二组刀片12可以固定至分配室10的圆柱形外壁，从而在刀片9通过搅拌桨片8的旋转被一起携带时，刀片9分别离开刀片12之间的中间空间，并因而将从收集室8输送到分配室10内的冰块切碎，这是在所述冰块从分配开13掉入到分配室10的下侧区域之前完成的。刀片12与分配室10的壁的锁定是可释放的，从而刀片12通过刀片9的旋转被一起携带，因此完整的冰块从分配开口13被分配。在离合器11打开时，刀片9或刀片12都不通过搅拌桨片8的旋转被一起携带。因为搅拌桨片8由于离合器11的打开而时不时地自动旋转，所以可以防止冰块在收集室6内冻在一起，并使得所述冰块可移动，从而在需要时，冰块可以通过分配开口3被可靠地分配。

分配开口13与通道14相对，其中所述通道延伸穿过门2的绝缘材料层，并开向凹部15，其中所述凹部朝向门2的外侧开设。只要分配器没有操作，则挡板16保持通道关闭，这意味着搅拌桨片8在离合器11关闭时旋转，从而通过分配开口13和通道14将冰块分配到位于凹部15内的容器中。

水箱17嵌入到门2的绝缘材料中的凹部14的后壁中。水箱17一方面像制冰器5那样经由供应管线18和截止阀19连接至饮用水装置，并且另一方面连接至凹部15内的供应点20。

以下参照图2详细说明制冰器5。图示出了由塑料制成的注射成型的矩形框架21，在所述框架中，成型容器22绕一纵向轴线24可枢转地被悬置，其中所述成型容器在这种情况中具有七个舱室23。用于驱动成型容器22绕纵向轴线24进行枢转运动的电机以及齿轮箱分别容纳在框架21的两个中空的壁部分25、26内。在如图所示的方位中，分离的壁27设置在成型容器的舱室23之间，同时抵靠着一个侧部。

在壁部分26上在成型容器22上方紧固一小平托盘28。在所述托盘的底部设置中空的腹板29，其中所述中空的腹板装备有自壁部分26的侧部的电加热棒30。可选地，托盘28本身或者其一部分还可由塑料形成，其中所述塑料利用合适的添加材料被制造为导电的，从而所述托盘可以通过使得通电而被加热。供应管线18开设到托盘28中。多个板切口31、32在托盘28的侧壁中形成。多个支柱33在切口31、32之间留出，从而承载盖34。在最深的切口32处形成溢流唇部35，水经由所述溢流唇部可以从托盘28流入到成型容器22内。托盘28的容积明显低于成型容器22，为几cm³，更具体地讲低于1cm³。

在制冰周期的开始，对制冰器5供料的截止阀19暂时地打开，从而使得水进入。水流入托盘28中，并且经由溢流唇部35进入成型容器22中。所输入的水的量是被计量的，从而水正好足以流动越过分离壁27的下侧端部。这确保了成型容器22的所有的舱室23的均匀的填充。成型容器22然后稍微绕轴线24被顺时针旋转，直至分离的壁27的上侧边缘是水平的并稍微高于舱室23内的水位，从而舱室23内的水部分彼此相互分离。

在该位置，舱室23内的水被冷却。设置温度传感器(未示出)，从而监测水的温度并且将水的温度通知给控制电路(未示出)。温度传感器可以直接安置在成型容器上，从而检测舱室23内的水的实际温度。还可以想到的是，将所述传感器安置在另一侧，例如安置在框架21上，从而传感器检测制冰器内的空气的温度，但是控制电路被设计成基于所检测的空气温度以及冷却时间评估水温。控制电路可以是制冷装置的中央控制电路，其还可以用于内部空间3的温度调节，或者可以是制冰器5的专用控制电路。

在舱室23内的水冷却时，加热棒30可以以足以防止托盘28内的水冻上的低功率级别被操作。如果由传感器所检测的或由控制电路所评估的舱室23内的水温下降低于预定的极限值，则控制电路将加热棒30的功率切换为高，从而加热托盘28内的水。极限值大体上在从-6℃至-3℃的温度区间内选取。特别地，如果同一控制电路被用于控制制冰器5并用于内部空间3的温度调节，则极限值可期望地作为内部空间3的目标温度的函数被预确定。

由于加热，托盘28内的一些水蒸发，并且水蒸气穿过切口31、32。加热棒30的功率被控制成托盘28内的水并不被加热高于60℃，从而防止在托盘28的壁上形成水垢。该水蒸气形成雪或冰晶的细雾，其通过由于与蒸发器室4的空气交换造成的通风(draught)而在成型容器22内分布。因而，这些用作为核种的冰晶可靠地分布至每个舱室23，并在那里开始形成冰块。

由于冰形成，所以热量被释放。温度极限值对于内部空间3的目标温度的上述相关性适于防止该热量导致舱室23内的前述形成的冰的重新解冻。对于低目标温度以及从蒸发器室4输送出的空气的对应低温，在冰形成过程中释放的热量可以快速地被导离，从而在于-3℃的舱室23内的相对高水温已经实现了冰晶的育种时，舱室23内的温度也并不再次达到0℃。在例如-14℃的内部空间的相对高目标温度的情况中，在冰形成时释放的热量不能被快速地导离，从而适于在大约-6℃的舱室23内的较低水温完成所述育种。

因为可以认为在冰晶的育种之后在每个单独的舱室23内完成冰形成，所以育种与舱室23的随后的清空之间的时间可以被使得相当短，从而各舱室适于立刻再次重新填充。

为了有助于清空，成型容器22在底侧(图2未示出)上设有电加热器。在育种之后的足以完成冷冻的时间段之后，控制电路启动加热器，从而使得舱室23内的表面处的冰块融化，并且然后启动电机以使得成型容器22绕纵向轴线24旋转，使得所述成型容器颠倒，从而冰块从舱室23掉落到安置在下方的收集容器26中。

因为成型容器22绕同一方向旋转，所以如图2所示的位置被再次达到，并且在舱室23填充之后再次开始新的制冰周期。

例如，图3示出了制冰周期的过程中舱室23内的水温、托盘28内的水温以及制冰器内的空气湿度的变化。舱室23内水温由实线36表示，并且相关的时间坐标在曲线图中的左侧示出，而百分比空气湿度作为虚线37被示出，并且托盘28的温度作为点划线38被示出，对于这两者(百分比和摄氏度)的坐标在曲线图的右侧示出。在成型容器22填充后，工作周期在大约18:30开始。所述成型容器22的温度在该时间点为大约9℃，这是因为容器之前已经被加热以将冰块从前述周期中排出。通过供入新水，托盘28被加温至大约0℃。由于成型容器22的加热，空气湿度临时达到最大。

在以后的12分钟过程中，成型容器22比托盘28明显冷却更快，并且达到-4℃的温度。成型容器22的更快的冷却主要是供入制冰器5内的空气的结果。借助于制冰器5内的空气通道、挡板等的合适的设置，确保了流经制冰器5的大多数冷空气沿成型容器22流动并使得所述成型容器冷却，而托盘28附近的流速大致保持较小。诸如铝的高效导热材料的使用以及在成型容器22的下侧(图2未示出)上安装冷却肋也确保了快速的热交换，而托盘28优选由导热差的塑料制成，并且安置在其上方的盖34确保了仅仅弱气流流经切口31并越过托盘28的水面。如上所述还可以设置成，托盘28的加热棒30在冷却相的过程中以低功率级别操作，其中所述低功率级别设置成仅仅足以防止托盘28内的水冷冻。

因为极限温度在大约18:41被检测，所以控制电路将加热棒30切换至高功率，从而托盘28在一分钟内被加热至大约50℃。在托盘28的水面与盖34之间的受到保护的空间内形成的水蒸气从切口31、32流出，并且分布在成型容器22之上的空气空间内。空气湿度曲线37再次达到最大值。因而所形成的冰晶开始了冰形成，导致了成型容器22的温度明显上升至大约-1℃。之后进行持续大约半小时的冷却相，直至在大约19:15，成型容器22内的加热器启动，并且成型容器被颠倒以将完成的冰块排出。

因为托盘28仅仅被非常短暂地加热，所以所需的能量非常小。假设每天进行25个制冰周期、50瓦的加热功率、以及每次70秒的加热持续时间，则每天的能量需求是0.024kWh。利用内部空间3中的温度为-14℃的这种措施所实现的制冰器的生产率高于没有育种的传统的制冰器，其中所述传统的制冰器在-18℃操作。由此可实现的能量节约大小超过了水蒸气制造的能量消耗的几个级别。

Claims (25)

1.一种制冰器，包括可以充水的成型容器(22)以及与所述成型容器(22)内的水面相邻的空气空间(3)，其特征在于，还包括空气加湿器，以使得水面上方的空气富含水分。

2.根据权利要求1所述的制冰器，其特征在于，所述空气加湿器是蒸发器。

3.根据权利要求2所述的制冰器，其特征在于，所述蒸发器包括可加热的水容器(28)。

4.根据权利要求3所述的制冰器，其特征在于，所述可加热的水容器(28)包括一壁，其中所述壁至少部分地由导电塑料制成。

5.根据权利要求2至4任一所述的制冰器，其特征在于，所述蒸发器被构造成将蒸发器中所包含的水最大加热至60℃。

6.根据权利要求2至4任一所述的制冰器，其特征在于，所述蒸发器包括至少一个空气出口，所产生的水蒸气可通过所述空气出口排出，并被偏向所述成型容器(22)。

7.根据权利要求2至4任一所述的制冰器，其特征在于，所述蒸发器包括不超过2立方厘米的水容积。

8.根据权利要求1或2所述的制冰器，其特征在于，还包括控制装置，用于在每个制冰过程中暂时操作所述空气加湿器。

9.根据权利要求8所述的制冰器，其特征在于，所述控制装置连接至一计时器，从而在填充所述成型容器(22)之后以预定的间隔操作所述空气加湿器。

10.根据权利要求8所述的制冰器，其特征在于，所述控制装置连接至温度传感器，从而在所述空气空间(3)内的水温已经低于从-6℃至-3℃的预定温度之后操作所述空气加湿器。

11.根据权利要求1或2所述的制冰器，其特征在于，所述成型容器(22)和所述空气加湿器与同一供水管线(18)相连。

12.根据权利要求1或2所述的制冰器，其特征在于，所述空气加湿器在所述成型容器(22)上方被构造成在水已经超过目标液位之后将水输送至所述成型容器(22)。

13.根据权利要求11所述的制冰器，其特征在于，所述空气加湿器在所述成型容器(22)上游设置在所述供水管线(18)中。

14.根据权利要求1或2所述的制冰器，其特征在于，所述成型容器(22)包括多个冰舱室(23)，它们彼此并不互连。

15.根据权利要求1或2所述的制冰器，其特征在于，还包括鼓风机，其中所述鼓风机用于驱动所述空气空间(3)内的空气循环。

16.根据权利要求15所述的制冰器，其特征在于，设置空气引导件，其中所述空气引导件将由所述鼓风机所输送的气流至少部分地偏转越过充满水的所述成型容器(22)的液面。

17.一种包括根据前述权利要求任一所述的制冰器的制冷装置。

18.根据权利要求17所述的包括制冰器的制冷装置，其特征在于，所述鼓风机驱动所述空气空间(3)与制冷剂蒸发器(4)之间的空气循环，并因而冷却所述空气空间(3)。

19.根据权利要求18所述的制冷装置，其特征在于，所述空气循环在所述空气加湿器的水面上方比在所述成型容器(22)的水面上方弱。

20.一种用于制造冰块的方法，包括以下步骤：

a)配量输入水到成型容器(22)中；

b)充填蒸发器，以使得水面上方的空气富含水分；

c)冷却所述水；

d)在达到低于0℃的水的预定育种温度之后，将冰晶施加至所述水，

其中，通过蒸发水并将所获得的水蒸气冷却至0℃以下而获得所述冰晶。

21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述方法中的步骤a)和b)同时完成，所述方法中的步骤c)和d)依次完成，其中以步骤c优先于d)。

22.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述方法中的步骤a)至d)依次完成，其中以步骤a)作为开始。

23.根据权利要求20至22任一所述的方法，其特征在于，所述育种温度处于-2℃至-7℃的范围内。

24.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，所述水的蒸发在0.5分钟至2.5分钟的时间范围内实现。

25.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，所述水的蒸发在1分钟至2分钟的时间范围内实现。

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