CN105258423B - 制冰装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种制冰装置。该制冰装置包括：由第一导热材料制成的制冰盒，其内分隔形成多个制冰格，以容纳水来制作冰块；由第二导热材料制成的导热块，设置在制冰盒的底部；以及至少一个半导体制冷片，设置在制冰盒的下表面与导热块的上表面之间，每个半导体制冷片的相对的第一变温表面和第二变温表面分别与制冰盒的下表面和导热块的上表面热接触。本发明的制冰装置有利于增加水的冷却速度，实现快速制冰，且有利于实现制冰盒的各制冰格中的冷量分布均匀，从而使得制取的冰块质量基本相同。

Description

制冰装置

技术领域

本发明涉及制冰技术领域，特别是涉及一种制冰装置。

背景技术

制冰机通常包括容纳用来制作冰块的水的制冰盒。目前家用制冰机分为间接制冷型制冰机和直接制冷型制冰机。间接制冷型制冰机利用在冷冻室中循环的冷空气吹到制冰盒的方式来制作冰块，直接制冷型制冰机利用制冷循环的蒸发器向制冰盒提供冷量来制作冰块。从制冰盒移除冰块的方法通常采用加热型除冰方法，即通过加热器实现冰块与制冰盒分离，然后再通过电机带动拔冰杆转动或通过扭动制冰盒变形进行翻冰。现有的制冰机存在制冰效率低，加热器脱冰不彻底的缺陷。此外，制冰盒结冰一般是从外往内，冰块内部容易产生气泡，导致冰块不透明。随着人类生活水平的提高，人们对冰块的质量及制冰的速度要求增加，从而导致这类制冰机日渐满足不了人们的需求。

发明内容

本发明第一方面的一个目的旨在针对现有技术存在的上述缺陷之一，提供一种制冰效率高的制冰装置。

本发明第一方面一个进一步的目的是要使得制冰装置制得的冰块透明度好。

本发明第二方面的一个目的是要提供一种具有上述制冰装置的冰箱。

根据本发明的第一方面，提供了一种制冰装置，包括：

由第一导热材料制成的制冰盒，其内分隔形成多个制冰格，以容纳水来制作冰块；

由第二导热材料制成的导热块，设置在所述制冰盒的底部；以及

至少一个半导体制冷片，设置在所述制冰盒的下表面与所述导热块的上表面之间，每个所述半导体制冷片的相对的第一变温表面和第二变温表面分别与所述制冰盒的下表面和所述导热块的上表面热接触。

可选地，每个所述半导体制冷片配置成：

在制冰过程中使其第一变温表面作为温度降低的制冷表面，从而使所述制冰盒中的水从所述第一变温表面吸取冷量以形成冰块；且

在制冰结束后使其第一变温表面作为温度升高的制热表面，以对所述制冰盒加热从而使所述制冰格内的冰块与所述制冰格相脱离。

可选地，所述导热块的上表面向下凹陷形成至少一个第一凹槽，每个所述半导体制冷片部分嵌入一个所述第一凹槽中。

可选地，所述第一导热材料和所述第二导热材料为铝或铝基合金。

可选地，所述制冰装置还包括：

拔冰杆，其上设置有与所述多个制冰格对应的多个叶片，以移除所述多个制冰格内的冰块。

可选地，所述半导体制冷片的数量与所述制冰格的数量相同，每个所述半导体制冷片的第一变温表面与一个所述制冰格的底壁下表面热接触。

可选地，所述导热块的下表面形成向上凹陷的第二凹槽，用于套装在释放冷量的制冰蒸发器上，以对所述至少一个半导体制冷片的第二变温表面进行散热。

可选地，所述制冰装置还包括：

制冷剂循环型制冷系统，其具有制冰蒸发器，所述制冰蒸发器嵌入所述第二凹槽中以与所述导热块的下表面热接触，用于在制冰过程中将冷量传导至所述导热块，从而对所述至少一个半导体制冷片的第二变温表面进行散热。

可选地，所述制冰蒸发器具有U形管状结构；且

所述第二凹槽为U形凹槽，所述导热块的下表面在所述第二凹槽周边的区域形成多个向上凹陷的格腔。

根据本发明的第二方面，提供了一种冰箱，包括：

至少一个储物间室；和

如前任一所述的制冰装置，其设置在一个所述储物间室中。

可选地，所述冰箱还包括：

制冷剂循环型制冷系统，用于至少为所述至少一个储物间室提供冷量；

所述制冷剂循环型制冷系统还包括设置在所述制冰装置所处储物间室中的制冰蒸发器，其与所述导热块的下表面热接触，用于在制冰过程中对所述至少一个半导体制冷片的第二变温表面进行散热。

可选地，所述制冷剂循环型制冷系统中设置有电磁阀，以导通或断开所述制冰蒸发器与所述制冷剂循环型制冷系统之间的通路，所述电磁阀配置成：

在制冰过程中，导通所述制冰蒸发器与所述制冷剂循环型制冷系统之间的通路，以对所述至少一个半导体制冷片的第二变温表面进行散热；且

在制冰结束后，断开所述制冰蒸发器与所述制冷剂循环型制冷系统之间的通路。

本发明的制冰装置，通过在由第一导热材料制成的制冰盒的下表面设置至少一个半导体制冷片，从而可将半导体制冷片产生的冷量快速地通过制冰盒传递至其内部的水中，有利于增加水的冷却速度，实现快速制冰。此外，本发明通过将至少一个半导体制冷片设置在制冰盒的下表面与导热块的上表面之间，有利于实现制冰盒的各制冰格中的冷量分布均匀，从而使得制取的冰块质量基本相同。

进一步地，在本发明的制冰装置中，半导体制冷片在制冰过程中，其第一变温表面为制冷表面，其第二变温表面为制热表面，从而在制冰过程中，半导体制冷片产生的冷量可传递至制冰盒，以供水凝结成冰；而在制冰结束后，通过转换电流极性，使得半导体制冷片的第一变温表面为制热表面，第二变温表面为制冷表面，从而使半导体制冷片产生的热量传递至制冰盒，有利于制冰格中的冰块与制冰格相脱离，从而实现快速脱冰。

进一步地，本发明的制冰装置和冰箱通过利用制冷剂循环型制冷系统的制冰蒸发器对半导体制冷片的第二变温表面进行散热，从而可使半导体制冷片的第一变温表面的温度更低，产生的冷量更多，从而进一步提高了制冰速度，可制成高度透明的冰块。

本发明利用制冷剂循环型制冷系统将半导体制冷片的热端(即第二变温表面)散发的热量循环至压缩机，以实现散热的目的，这种散热方式能瞬间将半导体制冷片热端产生的热量散发，且可以使其冷端散发的冷量更多(温度更低)，从而利于快速制冰，同时达到制出透明冰块的目的。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是根据本发明一个实施例的制冰装置的示意性结构图；

图2是图1所示制冰装置的示意性分解图；

图3是图1所示制冰装置的示意性剖视图；

图4是图1所示制冰装置的示意性剖视图；

图5是图1所示制冰装置另一角度的示意性结构图；

图6是根据本发明一个实施例的制冰装置中的制冷剂循环型制冷系统的示意性原理图；

图7是根据本发明一个实施例的冰箱的示意性透视图；

图8是图7所示冰箱中的制冷剂循环型制冷系统的示意性原理图。

具体实施方式

图1是根据本发明一个实施例的制冰装置100的示意性结构图；图2是图1所示制冰装置100的示意性分解图。参见图1和图2，制冰装置100一般性地可包括制冰盒10。

制冰盒10由第一导热材料制成，其内分隔形成多个制冰格，以容纳水来制作冰块。多个制冰格可沿制冰装置100的长度方向排列设置。图3和图4是图1所示制冰装置100的示意性剖视图。如图3和图4所示，每个制冰格在制冰装置100的长度方向和宽度方向的截面均可具有U形形状。制冰装置100还可包括拔冰杆20，其上设置有与多个制冰格对应的多个叶片，以移除多个制冰格内的冰块。当制冰结束后(即形成冰块后)，且制冰格中的冰块与制冰盒脱离后，可由电机(图中未示出)带动拔冰杆20转动，从而将制冰格中的冰块移出制冰盒10。在替代性实施例中，也可由电机带动制冰盒10旋转，通过拔冰杆20将制冰格内的冰块移出。

制冰装置100还可包括用于储水的水壶(图中未示出)和用于将水壶中的水送入制冰盒10的水泵(图中未示出)。当需要制冰时，水泵启动以向制冰盒10中注水。

特别地，制冰装置100还可包括至少一个半导体制冷片50以及导热块30。导热块30由第二导热材料制成，设置在制冰盒10的底部。第一导热材料和第二导热材料优选为金属材料，更优选地为铝或铝基合金，从而具有较好的导热性。第一导热材料和第二导热材料可以相同，也可以不同。

半导体制冷片50设置在制冰盒10的下表面与导热块30的上表面之间，每个半导体制冷片50的相对的第一变温表面51和第二变温表面52分别与制冰盒10的下表面和导热块30的上表面热接触。

本发明的制冰装置100，通过在由第一导热材料制成的制冰盒10的下表面设置半导体制冷片50，从而可将半导体制冷片50产生的冷量快速地通过制冰盒10传递至其内部的水中，从而有利于增加水的冷却速度，实现快速制冰。此外，本发明将半导体制冷片50设置在制冰盒10的下表面与导热块30的上表面之间，通过导热块30的传热作用，利于使各半导体制冷片50的第二变温表面52温度基本相同，从而使各半导体制冷片50的第一变温表面51温度基本相同，进而有利于实现制冰盒10的各制冰格中的冷量分布均匀，从而使得制取的冰块质量基本相同。

在一些实施例中，制冰装置100仅可设置一个半导体制冷片50，一个半导体制冷片50同时与制冰盒10的多个制冰格的底壁热接触，从而同时为多个制冰格提供冷量。在优选的实施例中，制冰装置100可设置多个半导体制冷片50，半导体制冷片50的数量可与制冰格的数量相同，每个半导体制冷片50的第一变温表面51与一个制冰格的底壁下表面热接触。由于每个半导体制冷片50为一个制冰格提供冷量，从而可提高制冰速率。在图示的实施例中，半导体制冷片50与制冰格的数量均为6个。

进一步地，每个半导体制冷片50配置成：在制冰过程(即制冰格中的水吸收冷量凝固成冰的过程)中使其第一变温表面51作为温度降低的制冷表面，从而使制冰盒10中的水从第一变温表面51吸取冷量以形成冰块；且在制冰结束后使其第一变温表面51作为温度升高的制热表面，以对制冰盒10加热从而使制冰格内的冰块与制冰格相脱离。也就是说，在制冰过程中，与制冰盒10的下表面热接触的第一变温表面51作为冷端产生冷量，从而使半导体制冷片50产生的冷量传递至制冰盒10以供水凝结成冰；相应地，与导热块30的上表面热接触的第二变温表面52作为热端产生热量。在制冰结束后，将形成好的冰块与制冰格相脱离的过程中，与制冰盒10的下表面热接触的第一变温表面51产生热量，从而使半导体制冷片50产生的热量传递至制冰盒10，有利于制冰格中制得的冰块与制冰格相脱离，从而实现快速脱冰；相应地，与导热块30的上表面热接触的第二变温表面52产生冷量。

参见图2，为了便于安装，导热块30的上表面向下凹陷形成至少一个第一凹槽32，每个半导体制冷片50部分嵌入一个第一凹槽32中。制冰盒10的下表面与导热块30的上表面之间不接触设置，从而防止导热块30向制冰盒10传递热量。

本申请的发明人发现，尽管采用上述结构的制冰装置100具有较快的制冰效率，然而，制得的冰块的透明度仍有提升的空间。在现有的制冰装置领域，通常仅采用半导体制冷片和制冷剂循环型制冷系统(或者称为压缩制冷系统)中的一种为制冰盒提供冷量。而在利用半导体制冷的制冰装置领域，本领域技术人员尚未意识到需要利用制冰蒸发器对半导体制冷片的第二变温表面52进行散热，以获得透明冰块。在本发明的优选实施例中，可利用制冷剂循环型制冷系统中的制冰蒸发器对半导体制冷片50的第二变温表面52进行散热，从而获得透明冰块。

在一些实施例中，参见图5，导热块30的下表面形成向上凹陷的第二凹槽，用于套装在释放冷量的制冰蒸发器40上，以对半导体制冷片50的第二变温表面52进行散热。导热块30的下表面在第二凹槽周边的区域形成多个向上凹陷的格腔32，以增大强度和散热面积，提高导热块30的温度均匀性。

本领域技术人员可以理解，对于本发明实施例的制冰装置100而言，其还包括制冷剂循环型制冷系统。图6是根据本发明一个实施例的制冰装置100中的制冷剂循环型制冷系统的示意性原理图。参见图6，制冷剂循环型制冷系统通常可包括压缩机601、冷凝器602、除露管603、干燥过滤器604、制冰毛细管615、制冰蒸发器40等，这些元件构成制冷循环回路，在压缩机601启动时制冰蒸发器40降温，以将冷量传导至导热块30，从而对半导体制冷片50的第二变温表面52进行散热。制冷剂循环型制冷系统中可设置用于加快冷凝器602的热量散发的风机612。

制冰蒸发器40嵌入导热块30的第二凹槽中以与导热块30的下表面热接触，用于在制冰过程中将冷量传导至导热块30，从而对半导体制冷片50的第二变温表面52进行散热。制冰蒸发器40可为盘形蒸发器。在图示的实施例中，制冰蒸发器40具有U形管状结构；且第二凹槽为U形凹槽。

下面，再次参见图1至图6来说明具有上文所述结构的制冰装置100的工作过程。

首先，启动压缩机601，此时半导体制冷片50接通电源开始工作。由于半导体制冷片50的第一变温表面51制冷时，其第二变温表面52同时散发出大量的热量，这时制冰蒸发器40可瞬间将第二变温表面52散发的热量循环至压缩机601。作为半导体制冷片50冷端的第一变温表面51的温度可基本达到-40℃以下(由于用于为第二变温表面52散热的制冰蒸发器40的温度至少可达到-35℃，从而可使第一变温表面51进一步降温至-40℃以下)，从而使得制冰盒10表面温度瞬间降低。然后，启动水泵，将水壶中的水送入制冰盒10，由于制冰盒10表面温度可以达到-40℃以下，与制冰盒10表面接触的水可以瞬间结冰。当冰块达到要求大小时，关停压缩机601，此时通过半导体制冷片50电流的极性开关将其热端和冷端对调，即使第一变温表面51作为热端散发热量，第二变温表面52作为冷端散发冷量，从而使冰块表面瞬间融化，以实现冰块与制冰盒10迅速分离。而后由电机带动拔冰杆20转动，从而将制冰格11中的冰块移出制冰盒10。

在替代性实施例中，制冰装置100可不单独设置制冷剂循环型制冷系统，而是利用冰箱的制冷剂循环型制冷系统为制冰装置100的半导体制冷片50的第二变温表面52进行散热。在这样的实施例中，冰箱的制冷剂循环型制冷系统可额外设置制冰蒸发器40，其与导热块30的下表面热接触，从而为制冰装置100的半导体制冷片50的第二变温表面52进行散热。

可在冰箱的制冷剂循环型制冷系统中设置电磁阀(参见图8中的电磁阀605)，以导通或断开制冰蒸发器40与制冷剂循环型制冷系统之间的通路，电磁阀配置成：在制冰过程中，导通制冰蒸发器40与制冷剂循环型制冷系统之间的通路，以对半导体制冷片50的第二变温表面52进行散热；在制冰结束后，断开制冰蒸发器40与制冷剂循环型制冷系统之间的通路。

基于前述任一实施例的制冰装置100，本发明还可提供了一种冰箱1。图7是根据本发明一个实施例的冰箱1的示意性结构图。冰箱1包括至少一个储物间室和前述任一实施例中的制冰装置100，制冰装置100设置在一个储物间室内。在一些实施例中，至少一个储物间室可包括冷藏室300和冷冻室200。设置制冰装置100的储物间室优选为冷冻室200。冷冻室200中可设置多个间隔排列的搁板，以将冷冻室200分隔成为多个高度不同的储藏空间。制冰装置100可设置在冷冻室200最上方的储藏空间中。

通常，冰箱1还包括制冷剂循环型制冷系统，用于至少为储物间室提供冷量。在制冰装置100未单独设置制冷剂循环型制冷系统的实施例中，冰箱1的制冷剂循环型制冷系统还可包括在制冰装置100所处储物间室(即冷冻室200)中单独设置制冰蒸发器40，其与导热块30的下表面热接触，用于在制冰过程中对半导体制冷片50的第二变温表面52进行散热。本领域技术人员可以理解，图7中示出了制冰装置100与制冰蒸发器40安装前的结构示意图。

对于包括冷藏室300和冷冻室200的冰箱1而言，参见图8，其制冷剂循环型制冷系统可包括压缩机601，冷凝器602，除露管603，干燥过滤器604，冷藏毛细管，冷冻毛细管，制冰毛细管，储液包606，冷藏蒸发器608、冷冻蒸发器607、制冰蒸发器40，以及用于加快冷量/热量散发的风机612、617、618。制冷剂通过压缩机601流经冷凝器602，再通过除露管603流至干燥过滤器604，进而流至一进三出的电磁阀605，而后通过电磁阀605将制冷剂分流至冷藏毛细管、冷冻毛细管、制冰毛细管，以分别进入冷藏蒸发器608、冷冻蒸发器607、制冰蒸发器40。流经冷藏蒸发器608后的混合有液态制冷剂的气态制冷剂进一步流经冷冻蒸发器607以将制冷剂全部转换为气态制冷剂，气态制冷剂通过回气管回至压缩机601；流经制冰蒸发器40的制冷剂经储液包606直接流回压缩机601，完成一个制冷循环。

由前述可知，电磁阀605可用于导通或断开制冰蒸发器40与制冷剂循环型制冷系统之间的通路。在一些实施例中，电磁阀605可配置成：在制冰过程中，导通制冰蒸发器40与制冷剂循环型制冷系统之间的通路，以对半导体制冷片50的第二变温表面52进行散热；在制冰结束后，断开制冰蒸发器40与制冷剂循环型制冷系统之间的通路。

具体地，当制冰装置100开始制冰时，若压缩机601处于启动状态，则电磁阀605导通制冰毛细管，使制冷剂可流至制冰蒸发器40。当制冰结束后，电磁阀605断开制冰蒸发器40与制冷剂循环型制冷系统之间的通路。当制冰装置100开始制冰时，若压缩机601处于关停状态，则启动压缩机601，电磁阀605导通制冰毛细管，制冷剂全部流经制冰蒸发器40返回压缩机601。当制冰结束后，电磁阀605断开制冰蒸发器40与制冷剂循环型制冷系统之间的通路。如果冷藏室300和冷冻室200均不需制冷的话，则可关停压缩机601。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (8)

1.一种制冰装置，包括：

由第一导热材料制成的制冰盒，其内分隔形成多个制冰格，以容纳水来制作冰块；

由第二导热材料制成的导热块，设置在所述制冰盒的底部；以及

至少一个半导体制冷片，设置在所述制冰盒的下表面与所述导热块的上表面之间，每个所述半导体制冷片的相对的第一变温表面和第二变温表面分别与所述制冰盒的下表面和所述导热块的上表面热接触；其中

所述导热块的下表面形成向上凹陷的第二凹槽，用于套装在释放冷量的制冰蒸发器上，以对所述至少一个半导体制冷片的第二变温表面进行散热。

2.根据权利要求1所述的制冰装置，其中

每个所述半导体制冷片配置成：

在制冰过程中使其第一变温表面作为温度降低的制冷表面，从而使所述制冰盒中的水从所述第一变温表面吸取冷量以形成冰块；且

在制冰结束后使其第一变温表面作为温度升高的制热表面，以对所述制冰盒加热从而使所述制冰格内的冰块与所述制冰格相脱离。

3.根据权利要求1所述的制冰装置，其中

所述导热块的上表面向下凹陷形成至少一个第一凹槽，每个所述半导体制冷片部分嵌入一个所述第一凹槽中。

4.根据权利要求1所述的制冰装置，其中

所述第一导热材料和所述第二导热材料为铝或铝基合金。

5.根据权利要求1所述的制冰装置，还包括：

拔冰杆，其上设置有与所述多个制冰格对应的多个叶片，以移除所述多个制冰格内的冰块。

6.根据权利要求1所述的制冰装置，其中

所述半导体制冷片的数量与所述制冰格的数量相同，每个所述半导体制冷片的第一变温表面与一个所述制冰格的底壁下表面热接触。

7.根据权利要求1所述的制冰装置，还包括：

制冷剂循环型制冷系统，其具有制冰蒸发器，所述制冰蒸发器嵌入所述第二凹槽中以与所述导热块的下表面热接触，用于在制冰过程中将冷量传导至所述导热块，从而对所述至少一个半导体制冷片的第二变温表面进行散热。

8.根据权利要求7所述的制冰装置，其中

所述制冰蒸发器具有U形管状结构；且

所述第二凹槽为U形凹槽，所述导热块的下表面在所述第二凹槽周边的区域形成多个向上凹陷的格腔。