CN1028899C - 用于生产小型透明冰块的装置 - Google Patents

Abstract

一种用于生产小型透明冰块(1)的装置，它包括一个具有底部开口的冷冻盒(12)的蒸发器(110)，冷冻盒由致冷剂管(11)冷却。冷冻盒(12)之间的间隔用隔热材料板(114)覆盖。隔热材料(114)的外侧设有包括热气管(15)和金属垫片(17)的融冰部件。利用一个绕水平轴(29)旋转的杓轮喷射装置(20)将水槽(30)中的水喷入冷冻盒内。防溅板(33)以及活动的防溅挡板(32)可防止水喷到装置外面。脱模后的小冰块(1)落在一个倾斜槽板(36)上。冷冻循环开始时由供水管(35)向水槽注水，冷冻循环结束时，由排水管(34)将水槽排空。

Description

本发明涉及用于生产小型透明冰块的装置，它包括一个与制冷循环相连的蒸发器，蒸发器的底部有一些敞口冷冻盒，还包括一个设置在蒸发器下面的水槽和一个机械喷射装置，该机械喷射装置将水槽中的水喷入冷冻盒内。

在美国专利3654771所描述的装置中，由于冷冻盒並排排列，並且中间没有间隙，因此每单位蒸发面积具有最大的冷冻盒数。但是，在这种冷冻盒紧凑排列的情况下，不仅在冷冻盒内形成冰层，而且在冷冻盒底部也形成冰层，最后，使得所有小冰块都冻结在一起。为了避免这种情况，在冷冻循环期间，在这种公知装置紧靠冷冻盒的下部设置了一块模压塑料板，使得冰只能在冷冻盒内冻结。

制造小型透明冰块所需要的水，在所有情况下都由一个水喷嘴喷射到冷冻盒内。没有冻结的那部分水又滴回到水槽内，以便再循环到泵压循环中。然而，喷嘴往往会被水中的杂质和矿物质堵塞。

只要冰块达到了最终尺寸，塑料板和装有剩余水的水槽便旋转离开。由于塑料板跟冰块冻结在一起，因此需要一个强有力的操作机构。流出的剩余水被收集起来並排走。制成的小冰块落入一个储存箱中。

这种装置的缺点是，必须提供一个允许水槽和塑料板自由转动或倾斜的较大的无用死容积，这个死容积相当于实际水槽容积的数倍。

美国专利3043117，2729070，2722110， 3254501，3386258，2978882，3040545，英国专利申请2013857和法国专利1571033中都公开了用于生产小型透明冰块的装置，这些装置的冷冻盒在冷冻循环期间是不密封的。在所有这些公知装置中，冷冻盒都是彼此隔开的。所形成的间隙用隔热材料覆盖或填充。使用隔热材料的目的是为了防止形成会将所有小冰块彼此冻结在一起的冰层。

采用英国专利申请2013857，美国专利3254501和法国专利1571033所描述的装置是无法实现这一目的的。在这些已知装置中，在小冰块融冰期间，冷冻盒的隔热材料被加热，换句话说，在英国专利申请2013857的情况中是利用热水加热，在法国专利1571033中是用热气体加热，而在美国专利3254501的情况中是利用电流加热。

实践表明，这些结构都是不成功的，既没有防止冰的形成，又不能在适当的时间脱冰。

正如上面已提到的，用于将水喷到冷冻盒中去的喷嘴往往会被堵塞，因此人们曾试图用简单的机械装置来将水喷入冷冻盒内。在这方面，美国专利3386258建议采用一种绕一个垂直轴旋转的多叶片螺旋浆，此螺旋桨的叶片只需稍稍插入水槽的水中。但是这种装置的有效性是很有限的。水槽中的水平面也要精确地控制。

美国专利2729070建议采用绕一个水平轴旋转的圆盘，但这些圆盘只能输送极少量的水，而且喷射方向不能控制，结果只有少量的水到达冷冻盒内。

为了提高传输效果，美国专利2722110建议在旋转圆盘侧面设置一些叶片。但是由于这些叶片只稍稍插入到水槽的水中，因而 只能传送少量的水，而大部分水沿着偏离的方向喷射。此外，在这种情况下，也必须控制水的液面。

在冷冻循环期间，污染物和矿物质集中到水槽的剩余水中，由于这一原因，在重新充注新鲜水之前，必须将水槽排空。

为了排空水槽，可以将水槽倾斜，或者将排空管道上的电磁阀打开。在后一种情况下，阀也有被污物或矿物质的颗粒堵塞的危险。

如果想要提高现有装置的产冰量，例如提高到日产1000公斤小冰块或者更多，就需要大大增加蒸发器、水槽、喷射装置等的尺寸，这样装置的体积就会变得庞大，且不经济，旋转水槽和泵压水的操作机构既大又笨重，死体积会使外壳增大，终端负载值达到不能再提供的程度等等。由于这些原因，市场上可以买到的现有装置，例如按照美国专利3654771的原理制造的装置制冰量较少，例如，最多日产冰250公斤。

本发明的目的是要提供一种在说明书开始部分所提到的那种生产小型透明冰块的装置，该装置花在机械部分的费用最小，能量耗费最少，生产小型透明冰块的蒸发器面积具有最佳利用效能和最佳利用率，该蒸发面积还可按需要增大。

实现本发明的技术方案是：融冰部件包括加热元件及与加热元件进行热接触的金属垫片，将融冰部件设置在对着水槽的隔热材料的外侧上，该部件可通过冷冻盒自由端四周的小缝隙而导入。

这样，本发明不必采用隔热材料和大的间隙来防止冷冻盒之间结冰，而是建议在该处使用具有导热性能良好的金属。使用隔热材料的目的只是为了避免喷入冷冻盒的水到达蒸发器的后部。此外，隔热材料还用作融冰部件的机械支承。

意想不到的是，导热性能良好的金属非常适合于用来防止不希望出现的、使冷冻盒冻结在一起的结冰现象。利用喷出的水足以使融冰部件加热，这种水始终保持在规定的温度。在某些情况下也会出现结冰现象，但由于金属融冰部件具有良好的热传导特性，结的冰在开始出冰时会很容易融化掉。

因此，冷冻盒可以相互紧密地排列，这样也能给融冰部件留有足够的空间，因而使得蒸发器的制冰能力变得很高。

由于用于生产小型透明冰块的所有装置的致冷设备可提供足够的热气使已制成的小冰块从蒸发器的冷冻盒中脱出，所以用热气管作为融冰部件的加热元件也是合理的，该热气管经过一个热气阀连接到热气源（制冷设备的压缩机）上，这样就免去了所有的附加费用。

为了定时融化可能形成的、使冷冻盒连在一起的冰，从热气阀的方向看过去，配置到蒸发器上的致冷剂管最好与融冰部件的热气管並联连接，或连接到热气管的下游。按这种布置方式，在融冰阶段，热气体首先流过融冰部件，然后再流过蒸发器，或同时流过融冰部件和蒸发器。

冷冻盒之间的隔热材料可以是任何适合于食品的材料，尤其可使用聚乙烯、聚酰胺或者甚至是聚氯乙烯等。这些材料也容易加工。

如上所述，由于金属融冰部件被喷出的水加热到足够的温度，就避免了在冷冻盒之间出现结冰。为了实现这一目的，喷水量必须足够大。为了这一缘故，本发明建议喷水装置至少包括一个绕水平轴旋转的杓轮，该杓轮包括两个平行的圆盘，以及至少一片设置在所述圆盘之间的凹形喷射叶片。

这种杓轮极其坚固耐用，而且生产成本低，所需驱动功率也较低。 凹形喷射叶片可大量输送水。利用两个圆盘与凹形喷射叶片的复合作用，可以调节水的喷射方向，使水全部喷入冷冻盒内。水槽的液面也不需要控制。生产出的小冰块是完全透明的，即使在蒸发器产冷量很高的情况下也是如此。而所有现有技术中所用的设备只能生产混浊的小冰块。由于这一缘故，本发明装置的生产能力可进一步提高。

按照本发明的最佳实施例，水槽用一个有长形开口的金属板或槽板覆盖。该金属板或槽板可避免在融冰阶段小冰块落入水槽中。水槽中的水可以很容易喷入冷冻盒中，金属板或槽板以一定倾角设置，这样就可以利用小冰块的重量，使小冰块滑入储存箱中。

为了使水即使在蒸发器表面很大的情况下也能均匀喷射，按照本发明的进一步改进，喷射装置安装在一个支架上，並且可以从蒸发器下部连同支架一起拆卸。试验表明，即使水只是间歇地喷入冷冻盒，也能生产出完全透明的小冰块。时间间隔可以在15秒到20秒之间，这是没有问题的。就这一点来说，本发明的优点是不需要予先考虑这样一个事实，即：一定的喷水量需要一定的、转化成冰的时间期限。

正如已描述过的，水槽在冷冻循环结束时要排空水。为了防止出现与现有排空装置相关的问题和缺陷，本发明建议采用一个特别简单的解决方法。该方法包括在排除剩余水的排空装置上装一个与致冷剂管热接触的存水弯。这样，在冷冻循环开始时，存水弯中的水就冻结成冰塞，结果排放装置被封住。冷冻循环结束时，不是制冷剂而是热气体流过管路，冰塞融化，水槽被排空。这种密封形式的优点在于：由于管子的直径大，矿物质或污染物不会造成堵塞，因而也就不需要可移动部件，否则通常要将水槽转到一边去，因此，不需要任何动力，就可将水槽自动排空，而所有现有装置是不具备这种功能的。这样卫 生情况也能得到改善。

下面参照附图所列举的实施例来进一步描述本发明。附图中：

图1表示一个蒸发器的局部剖视图;

图2表示图1中的蒸发器的底视图;

图3表示用于生产小型透明冰块的装置的侧视图;

图4表示水槽密封的侧视图;

图5表示致冷剂和热气系统管路的基本布置图。

图1和图2分别表示一个用于生产小型透明冰块1的蒸发器10的剖视图和底视图。在冷冻过程中，致冷剂流过管11，而在融冰期间热气体流过管11，管11与底部开口的冷冻盒12相接触。

各冷冻盒12之间有小的间隔，或者它们分别具有侧壁13，这些间隔或侧壁用隔热材料板14覆盖，为的是使喷出的水不会到达冷冻盒12的后侧。在隔热板14对着水槽的外侧上放置融冰部件，它由热气管道15和金属垫片17构成。金属垫片17的形状与冷冻盒12横截面的形状相同。

在本实施例中，冷冻盒12是八角形的，为的是生产八角形的小冰块。显然，如果需要，小冰块的横截面可以是圆形、椭圆形、六角形、正方形等等。小冰块还可做成半球形、棱锥形、圆椎形、环形等等。

当水从下部喷入冷冻盒12中时，水便冻结成小型透明冰块。喷射的水同时也加热融冰部件17、15，因而避免或大大抑制了在冷冻盒12之间出现的、不希望的结冰现象。只要小冰块一达到最终尺寸，热气体便流经热气管道15，並流过位于冷冻盒12后部的致冷剂管道11。由于热气管道15和金属垫片17的热惰性很小，由于 隔热板14的隔热性，在冷冻盒12之间任何最开始结冰的地方出现的冰都会融化，因而小冰块能连续地、一个一个地落到冷冻盒12外面。

图3表示一个设备的侧视图，该设备包括一个固定的喷射装置20，它是一个浸入水槽30中的可旋转杓轮。在本实施例中，蒸发器110有四排冷冻盒12，这些冷冻盒下部固定有一块公共基板，隔热材料板114支承着融冰部件17，15。

如果蒸发器110有四排以上的冷冻盒12，那么增加的喷射装置20或者设置在水槽30内，或者将喷射装置移到蒸发器110下面的支架上。

喷射装置20有两个平行的圆盘28，在圆盘28之间装有两片凹形离心叶片27。该装置绕轴29旋转。利用两个圆盘28和凹形离心叶片27的复合作用，使水能高效地喷入冷冻盒12内。

在喷射装置20上面，设有带长形开口的金属板盖或槽盖。这样就不会妨碍水朝上方喷入冷冻盒12内，但却防止在融冰期间小冰块1落到喷射装置20上或落入水槽30内。小冰块落入比水槽30低的储存箱中。

防溅壁33用来将未冻结的水送回到水槽30中。

活动挡板32可将剩余水引回到水槽30中，该活动挡板也用于防溅，但却不阻挡小冰块1的通路。

供水管35用来向水槽30内充注新鲜水，该管路上装有一个电磁操纵阀39。排水管34用于排空水槽30，此管路上装有电磁操纵阀38。

图4表示了一种新颖的、极简单而又工作可靠的密封方法，它用 于密封水槽30的排水管34。这就是利用一个与致冷剂管道41热接触的存水弯40。在冷冻循环开始时，存留在存水弯40中的水冻结並形成冰塞42，水温保持在零下。当冷冻循环结束时，热气体流经管道41，冰塞42融化，水槽30被排空。由于存水弯40的截面例如比电磁操纵排放阀38的截面大得多，又由于存水弯40是不动部件，因此，它比现有阀门工作更加可靠。

图5表示致冷和热气系统管路的基本布置图。致冷剂由压缩机65压缩，在冷凝器66中液化，並经管道67流到膨胀阀60，在膨胀阀下游，致冷剂被冷却到约-15℃。然后致冷剂流经制冷剂管道41，再流过致冷剂管道11，以便再次由压缩机65吸入並压缩。此时，热气管道15上游的热气阀61处于关闭位置。

只要小冰块达到了最终尺寸，热气阀61便打开。从压缩机65流出的热气流经管道68、热气阀61进入热气管道15，並且融化在小冰块之间可能出现的冰，然后流过管道41，並融化水槽的排水管34内的冰塞42，于是水槽30便排空，最后流过冷冻盒后面的致冷剂管道11，冻结在冷冻盒内的小冰块就掉了出来。

本发明所有实施例的优点是：由于在冷冻盒12开口端之间具有融冰部件17，15，所以可靠地防止了小冰块冻结在一起。包括有旋转杓轮的喷射装置20极为坚固耐用，而且结构简单，且喷射区的喷水量、喷水宽度和方向可利用飞溅叶片27来进行调节。整个装置结构紧凑，而且产冷量可以调节到很高。正如试验已经证明的，在所有实例中，都获得了完全透明的小冰块。

Claims (8)

1、用于生产小型透明冰块(1)的装置，它包括一个蒸发器(10，110)，该蒸发器与致冷循环相连，并具有底部开口的冷冻盒(12)；一个设置在蒸发器(10，110)下部的水槽(30)；以及一个将水从水槽(30)喷入冷冻盒(12)内的机械喷射装置(20)；冷冻盒(12)之间的间隔用隔热材料板或槽板(14)覆盖；融冰部件(17，15)设置在所述间隔内；在冷冻循环开始时，通过供水管(35)向水槽(30)注水，冷冻循环结束时，通过排水管(34)将水槽排空，其特征是：所述融冰元件(17，15)包括彼此热接触的加热元件(15)和金属垫片(17)，融冰部件(17，15)设置在对着水槽(30)的隔热材料(14，114)的外侧，该部件可通过冷冻盒(12)自由端四周的小缝隙而被导入。

2、按照权利要求1所述的装置，其特征是加热元件（15）是热气管，该热气管经过一个热气阀（61）接到热源-致冷设备的压缩机（65）上。

3、按照权利要求2所述的装置，其特征是从热气阀（61）的方向看过去，配置在蒸发器（10，110）上的致冷剂管道（11）与热气管（15）并联，或接在热气管（15）的下游。

4、按照权利要求1所述的装置，其特征是隔热材料（14，114）由聚乙烯、聚酰胺或聚氯乙烯组成。

5、按照权利要求1所述的装置，其特征是喷射装置（20）包括至少一个绕水平轴（29）旋转的杓轮，该杓轮包括两个平行的圆盘（28），以及至少一片设置在所述圆盘之间的凹形喷射叶片（27）。

6、按照权利要求1或5所述的装置，其特征是喷射装置（20）被支承在一个支架上，并且可从蒸发器（10，110）下面连同支架一起拆卸下来。

7、按照权利要求1所述的装置，其特征是水槽（30）由一块具有长形开口的金属板或槽板（36）覆盖。

8、按照权利要求1所述的装置，其特征是用于排放剩余水的排水管（34）具有一个存水弯（40），该存水弯与致冷剂管道（41）热接触。

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