CN102345953B - 用于生产透明冰的方法以及系统 - Google Patents

Abstract

一种用于制备透明冰的方法，包括：将水箱填充至预定水平；使制冷剂接触蒸发器；将水从所述水箱循环至所述蒸发器以在所述蒸发器上形成冰；监控所述水箱中的水位；以及监控所述水箱中的水的电导率以判断水的电导率是否等于或大于预定的电导率值，(i)如果所述电导率并非等于或大于所述预定的电导率值，并且如果水位达到了预定的较低水位，则完成制冰循环并启动收获循环；或(ii)如果所述电导率等于或大于所述预定的电导率值，并且如果水位并未达到预定的较低水位，则向水箱中添加额外的水。

Description

用于生产透明冰的方法以及系统

技术领域

本公开大体涉及一种用于生产透明冰的方法及系统，其通过以下方式实现：监控制冰机中的水的电导率(例如，总溶解固体量(TDS))，并且当电导率超过了预定水平时添加额外的水，由此降低水的TDS水平并且使得能够形成透明冰。特别地，本公开通过监控或检测水的电导率、以通过从供水系统添加新鲜的水来确保在冻结循环期间水的TDS水平保持低于预定水平、而使得能够形成透明或更透明的冰。

背景技术

已知在制冰工业中，水中过高的TDS浓度会阻碍冰块的形成并且可能产生不期望的看起来浑浊的冰块。另外，制冰及蒸汽设备的设备失效的原因之一是通常被称为TDS的水溶性矿物质，其以百万分率(ppm)计量。TDS的过高浓度会干扰溶液中的机器操作，并且当水改变相态时形成不期望的水垢沉积。制冰机中的结垢也可能导致收获冰块的难度增加，因为它们往往附着于蒸发器板，并且可能最终损坏蒸发器板。

此外，随着TDS在制冰机中逐渐积累，水的pH值也升高，这降低了矿物质留在溶液中的能力。因此，如果任其发展，会逐步加快水垢的形成。

传统的制冰机通过定期地在冰块形成循环的收获阶段冲洗水管及其它部件来解决TDS积累的问题。此外，此时还部分地或完全地清空储存仓，其保持再循环以形成冰块的冷冻水的供应。

为了降低制冰机、汽蒸物以及其它水相变化装置的供水系统中的TDS及水垢的所进行的尝试包括使用更高效的过滤器以及增加磷酸盐添加或酸性物质以阻止矿物质的积累。尽管在主要减少悬浮粒子方面，过滤是有效的，但水溶液中的离子粒子没有明显的减少。还发现，与单独的过滤相比，在过滤后的水中添加磷酸盐或酸能够进一步延长维修间隔。化学添加剂有助于更长时间地保持溶液中的离子粒子。然而，这种设备的用户仍然不得不从他们的设备中倾倒过量的冷冻水。

传统的制冰设备的另一缺点是水垢积累的速度根据不同类型的水源中的TDS浓度、水处理的程度以及地理区域的变化而变化。

定期冲洗水管及水箱中的水的问题在于，在污水处理及新的过滤水方面花费额外的钱。美国专利No.5,527,470(Suda)中解决了这个问题，其提出一种通过监控机器中再循环水的TDS浓度而监控并控制制冰机的方法。如果已经确定TDS超过了预定水平，则在完成收获循环之后，该系统将从水箱中排出所有水或一部分水并引入新的水。与如控制制冰用水中的TDS的一些早期尝试那样排出所有水相反，Suda尝试仅排出一部分水然后仅添加确保水箱中的水低于预定的TDS水平所需的新鲜水。不幸的是，这仍然是浪费的，导致产生浑浊的冰并且在生态方面并不理想。也就是，Suda的制冰机一旦启动，则冷冻循环利用贮槽中的目前存在的任何水制冰，而不管冷冻循环期间其TDS水平如何。然而，当冰开始形成的时候，本发明人已经发现水箱中的TDS水平增加并且可能超出预定的TDS水平，并且因此导致形成浑浊的冰。

与上述两种试图降低TDS水平的现有技术不同，本发明人已经开发出一种独特的用于形成透明冰的方法及系统，其不必为保持TDS水平而排出水。相反，本公开监控冷冻循环期间的电导率水平(例如，TDS水平)，并且当TDS水平超过预定水平时，泵阀通电从而在冷冻循环期间将新鲜的水引入到制冰机内以确保在冷冻循环的主要部分期间TDS水平保持低于预定水平，从而产生透明的冰或基本透明的冰。这减少了所用的水量并且还在每次冷冻/收获循环期间产生一致的透明的冰，这在使用现有技术所公开的监控及排出系统时是不可能的。

本公开还提供了多种额外的优点，如下所述，这些优点将变得显而易见。

发明内容

一种用于制备透明冰的方法，其包括：将水箱填充至预定水平；使制冷剂接触蒸发器；将水从水箱循环至蒸发器上以在蒸发器上形成冰；监控水箱中的水位；以及监控水箱中的水的电导率以判断水的电导率是否等于或大于预定电导率值，(i)如果电导率并非等于或大于预定电导率值，并且如果水位达到了预定的较低水位，则完成制冰循环并启动收获循环；或者(ii)如果电导率等于或大于预定电导率值，并且如果水位并未达到预定的较低水位，则向水箱中添加额外的水。

如果制冰循环已经结束并且水箱中的水的电导率并非等于或大于预定值，则在启动另一制冰循环之前向水箱添加额外的水。

如果制冰循环已经结束并且水箱中的水的电导率等于或大于预定电导率值，则在启动另一制冰循环之前排出水箱中的水并向水箱添加冷冻水。

监控水位的步骤是通过水位探针进行的，水位探针包括用于检测高水位的第一探针以及用于检测低水位的第二探针及第三探针。

水位探针通过确定第二探针与第三探针之间的电导率之差来测量水的电导率，其中，第三探针是基准探针。预定电导率值约为30GPH。

一种用于生产透明冰的系统，该系统包括：供水系统；水箱；蒸发器；进水阀，进水阀布置在供水系统与水箱之间；泵，泵用于在制冰循环期间将水从水箱循环至蒸发器；控制器，控制器监控水箱中的水位以及水箱中的水的电导率以确定水的电导率是否等于或大于预定电导率值，(i)如果电导率并非等于或大于预定电导率值，并且如果水位达到了预定的较低水位，则完成制冰循环并启动收获循环；或(ii)如果电导率等于或大于预定的电导率值，并且如果水位并未达到预定的较低水位，则向水箱添加额外的水。

通过参考下文附图及详细说明将理解本公开的其它目的、特征及优点。

附图说明

图1是本公开的水位探针功能的示意图；

图2是根据本公开的水系统流动的框图；以及

图3是根据本公开的用于形成透明冰的TDS感测过程及水填充的逻辑图。

具体实施方式

一种用于制冰同时基于水箱槽中的水的电导率控制水流入及流出的系统。使进水阀通电以在启动冷冻循环之前将所有的水一次引入。优选地，水量足够通过一个冷冻及收获循环形成单批的冰。并且进行电导率测量并根据测量结果，当有必要再次使水阀通电以保持电导率或TDS水平处于或低于预定量时，可以在整个制冰或冷冻循环中再一次使水阀通电。在冷冻循环期间，定期读取水箱中水的传感器读数以确定是否需要添加额外的水以降低TDS水平，由此产生基本上透明的冰。

该系统测量当水进入系统时水箱中的供给水的TDS。如果TDS低于正常值的下限，则之后不再向水箱内引入水并且使用最小量的水制冰。也就是，起初填充水箱直至水接触较低的水位传感器，该传感器能够测量TDS。如果TDS的测量值在正常值的下限与上限之间，则通过填充水箱而向水箱中添加额外量的水，直至水接触上部水位传感器，并且使用总水量继续形成冰。如果TDS高于正常值的上限，则在制冰循环过程期间通过填充水箱而向水箱中添加额外量的水，直至水接触上部水位传感器。

通过参考附图可最好地描述本公开，其中，图1是用于本公开的系统中的水系统1的框图。系统1通过控制面板3启动制冰过程，控制面板3通过电缆5及7发送输出信号以分别使进水阀9通电并使排水阀11断电。当进水阀9通电时，来自供水系统13的水通过管道15穿过进水阀9进入到水箱槽17内，在水箱槽17内，水通过泵19被泵送至管道21内，并且之后被泵送至水分配器23。水分配器23中的水之后被分配至蒸发器25上，在蒸发器25上水形成冰。然后没有在蒸发器25上冻结的水返回至水箱槽17以便再循环至水分配器23。

水位探针27能够测量水箱槽17中的水位，也能够检测水箱槽17中的水的电导率，从而能够通过控制面板3监控水的TDS水平。图1描述了水位探针27，其中探针“A”布置在为了形成所需量的冰、制冰循环所需的水位处。探针“B”以及探针“C”均布置在低水位处并且测量水的电导率。在制冰循环期间当水位从记录为低TDS水平或低电导率的水位“A”向水位“B”以及“C”下降时，电导率趋于增加。当水的电导率达到预定水平——即，不期望的TDS水平——时，控制面板3打开进水阀9以使新鲜的或额外的水从供水系统13通过管道15进入到水箱槽17内。之后这些额外的水通过泵19以及管道21被泵送至水分配器23以使在蒸发器25上形成的冰基本上保持透明。如果在电导率或TDS水平达到了不期望的高水平时没有添加额外的水，则形成的冰将趋于变浑浊，这对消费者没有吸引力。见下表1：

表1

图1是示出了相对探针位置的框图。在这幅图中，高水位探针在图中标作“A”并且用于确定水箱的高水位。探针“B”以及探针“C”是低水位探针并且用于识别低水箱水位，并用于测量存在于水箱中的水的电导率。

图3是描述了本公开的制冰方法的逻辑图。用户将启动制冰循环开始31。该系统之后检查制冰循环是否开始33。如果制冰循环没有开始，则该系统返回至31。如果制冰循环开始了，则通过水位探针27以及控制面板3测量水箱槽17中的水的电导率35。之后，控制面板3将测量得到的电导率(M)与预设的电导率(H，N，L)进行比较37。电导率是材料导电能力的量度。在本公开中，水位探针也测量水箱中的水的电导率。探针之间的电阻显示出水的总溶解固体量(TDS)以及水垢的浓度。图1中的表格描述了TDS以及水垢的从低水平至高水平的阈值水平。控制器通过探针“B”以及探针“C”(图1)测量水的电导率并将测量值与存在控制器中的存储值进行比较。

之后控制面板3将判断测量得到的电导率是否等于或小于预设或预定的电导率值L≤预设值39。如果该电导率较低并且值L≤预设值，则结束冰形成过程41并结束制冰循环43。这再一次参见冰冻结循环完成的框图“结束冰形成过程”。如果L大于预设值，则该系统核查测量得到的电导率(M)是否为正常值45(15-29GPH)，即，M＝N。如果该电导率是正常值，则终止冰形成过程47。如果该电导率不是正常值，则该系统判断测量得到的电导率(M)是否是高值49，即，M≥H预设值。如果测量得到的电导率不是高值，则该系统返回至对测量值M与预设值(H，N，L)进行比较37。如果测量得到的电导率是高值，即，M≥H，则控制面板3给进水阀9通电，以将额外的或新鲜的水在冷冻循环51期间通过供水系统13供给至水箱槽17，并且结束冰形成过程47。结束冰形成过程47意味着机器一直工作直到它从冰厚度探针(ITP)接收到信号为止，此时机器进入收获循环内并且最终完成整个循环。如果该系统已经测量到高的电导率，则在冷冻循环已经完成后，控制面板3给排水阀11通电，从而在制冰循环结束时排出水箱槽17中的所有水53，并且结束冷冻循环43。

在正常操作中，冰厚度探针(ITP)确定机器应何时进入到收获模式。当冰在蒸发器上形成至单个的冰块互相连接(桥连)时，冰接触ITP并且向控制面板发送信号，控制面板启动收获过程。也就是，该系统持续进行其正常冷冻循环并且当冰厚度探针(ITP)向控制器发信号时终止。

虽然我们已经示出并描述了几种根据本发明的实施方式，但应当清楚地理解，对本领域技术人员而言显然地，这些实施方式易于进行多种变化。因此，我们不希望局限于所示及所述的细节，而是意图示出落在所附权利要求的范围内的所有的变化及修改。

Claims (8)

1.一种用于制备冰的方法，包括：

用水将水箱填充至预定的较高水位；

测量所述水箱中的所述水的电导率，由此获得测量到的电导率；

使制冷剂接触蒸发器；

在制冰循环期间将所述水从所述水箱循环至所述蒸发器上以在所述蒸发器上形成冰；

监控所述水箱中的所述水的水位，其中，当所述冰形成时，所述水箱中的所述水的所述水位下降；以及

当制备所述冰时，响应于如下判定：(a)所述测量到的电导率等于或大于预定电导率值、以及(b)所述水位已经降至预定的较低水位，从而：

向所述水箱中添加额外的水；

完成所述制冰循环；

收获所述冰；以及

将所述水从所述水箱排出。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述监控所述水位是通过水位探针进行的，所述水位探针包括用于检测所述预定的较高水位的第一探针以及用于检测所述预定的较低水位的第二探针及第三探针。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述水位探针通过测量所述第二探针与第三探针之间的电阻来测量所述水的所述电导率，其中，所述第三探针是基准探针。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述预定电导率值表示30GPG的溶解固体量。

5.一种用于生产冰的系统，所述系统包括：

供水系统；

水箱；

进水阀，所述进水阀布置在所述供水系统与所述水箱之间；

蒸发器；

泵，所述泵用于在制冰循环期间将水从所述水箱循环至所述蒸发器上以在所述蒸发器上形成冰；

排水阀，通过所述排水阀将水从所述水箱排出；以及

控制器，所述控制器：

控制所述进水阀以用水将所述水箱填充至预定的较高水位；

测量所述水箱中的所述水的电导率，由此获得测量到的电导率；

监控所述水箱中的所述水的水位，其中，当所述冰形成时，所述水箱中的所述水的所述水位下降；以及

在制冰循环期间，响应于如下判定：(a)所述测量到的电导率等于或大于预定电导率值、以及(b)所述水位已经降至预定的较低水位，从而：

控制所述进水阀以向所述水箱中添加额外的水；

完成所述制冰循环；

收获所述冰；以及

控制所述排水阀以将所述水从所述水箱排出。

6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述控制器通过水位探针监控所述水位，所述水位探针包括用于检测所述预定的较高水位的第一探针以及用于检测所述预定的较低水位的第二探针及第三探针。

7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述水位探针通过测量所述第二探针与第三探针之间的电阻来测量所述水的所述电导率，其中，所述第三探针是基准探针。

8.根据权利要求5所述的系统，其中，所述预定电导率值表示30GPG的溶解固体量。

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