CN105980797A - 用于制冰设备的蒸发器组件和方法 - Google Patents

用于制冰设备的蒸发器组件和方法 Download PDF

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Abstract

一种用于制冰设备的蒸发器组件具有基本平坦的竖直冷冻表面、制冷剂回路和冷冻模板。冷冻模板热连接于冷冻表面和制冷剂回路之间，由多个设置在一个平面内并通过条带相互连接的区域构成，所述条带在该平面内的尺寸小于上述区域的尺寸。冷冻模板和冷冻表面之间的连接部位界定了冷冻表面上要生成冰的范围。在冷冻循环期间，膨胀的制冷剂通过制冷剂回路，水流过冷冻表面。在取冰循环期间，压缩的制冷剂通过制冷剂回路，其中，热量从制冷剂回路传递至冷冻表面，直到冷冻表面的温度上升到足以使冷冻表面上的冰在重力作用下从冷冻表面上掉落。

Description

用于制冰设备的蒸发器组件和方法
与相关申请的交叉引用
本申请要求2015年10月24日提交的美国专利申请No.14/522,925的优先权。
技术领域
本公开总体涉及一种制冰设备和方法，更具体的，涉及一种用于制冰设备的蒸发器组件和方法。
背景技术
制冰设备用于提供商业经营中的方块冰。通常情况下，制冰设备通过使水流过竖直的冷冻表面产生透明冰。冷冻表面与构成制冷系统一部分的制冷剂回路热连接。冷冻表面通常具有冷冻表面几何形状，用于界定方块冰的形状。当水流过该几何形状界定面时，水冷冻成方块冰。
图5显示了可使用制冰设备蒸发器组件的制冷系统500的线路图。
制冷系统500包括压缩机510、冷凝器520、膨胀装置530、制冷剂回路540和螺线管550。制冷剂回路540以蜿蜒形状构成，称为蛇形管。
运行时，制冰设备在冷冻循环和取冰循环之间切换。在冷冻循环期间，当产生方块冰时，水按路线流过冷冻部(未显示)，在冷冻部上水冷冻成方块冰。同时，压缩机510接收来自制冷剂回路540的基本为气态的低压制冷剂，对制冷剂加压，并向冷凝器520释放基本为气态的高压制冷剂。如果螺线管阀门550关闭，基本为气态的高压制冷剂按路线流过冷凝器520。在冷凝器520中，除去制冷剂中的热量，使基本为气态的制冷剂凝结成基本为液态的制冷剂。
离开冷凝器520后，基本为液态的高压制冷剂来到膨胀装置530，膨胀装置降低基本为液态的制冷剂的压力以将其导入制冷剂回路540。低压液态制冷剂进入制冷剂回路540，制冷剂经过这里时吸收热量并汽化。制冷剂回路540中的低压液态制冷剂对与制冷剂回路540热连接的冷冻部进行冷却，在冷冻部上形成冰。基本为气态的低压制冷剂离开制冷剂回路540再次被导入压缩机510。
为了取得方块冰，冷冻循环结束后，使水停止流过冷冻部。然后打开螺线管550以使基本为气态的高压制冷剂从压缩机510排放出来，进入制冷剂回路540。制冷剂回路540中基本为气态的热的高压制冷剂对冷冻部进行解冻以帮助冰从冷冻部释放。各独立方块冰最后从冷冻部掉落入冰块箱(未显示)。此时，取冰循环结束，然后再次启动冷冻循环以产生更多方块冰。
现有的蒸发器组件设计要求使用大量的铜和独立的部件来构建组件。普通的蒸发器组件将具有48至75个部件。而且，所有的铜表面都需要镀上镍以达到食品设备卫生要求，这就增加了组件的成本。镀敷工艺复杂而且生产控制困难，因此增大了早期损坏的可能性，因而提高了索赔费用。
而且，现有的蒸发器组件需要定期清洁以除去硬水中矿物质的沉积，并且需要消毒以避免细菌滋生。蒸发器组件在冷冻表面上具有隔板，其用于隔离冰的生成并界定出方块冰格。由于方块格单元的尺寸和深度小，隔板使得冷冻表面难以完全清理干净。一些蒸发器组件可具有多达400个方块格单元。现有蒸发器组件的另一个难以清理的区域是与冷冻表面连接的制冷剂回路540。鉴于蒸发器的构造或其在制冰柜中的位置，这个区域无法进行手动清理。
制冰设备的性能由两种不同方法衡量：(1)24小时制冰能力；以及(2)每生产100磅冰所耗用的电量(千瓦小时)。取冰次数对机械性能有直接影响。具有较长取冰次数时间的制冰设备用于制冰的时间较少，更容易受到液态制冷剂冲击压缩机的影响，进而缩短使用寿命。以更快速度释放冰块所面临的一个挑战是冷冻表面上用来分隔方块冰的隔板的使用。冰附着在隔板上，而冰块无法得到持续释放，因此延长了冰块的释放时间。为了解决这些问题，生产商使用机械推杆、压缩空气或者向蒸发器组件内部输入饮用水来帮助释放冰块。同时取出所有冰块也是个理想的选择，这样机器可以立即切换回制冰模式。为了同时取出所有冰块，蒸发器组件将所有方块冰桥连成一块平板。但是，这种冰桥使得平板难以分成单个方块。
而且，现有蒸发器组件直接将制冷剂回路540连接到生成冰的冷冻表面材料。这种设计要求蒸发器组件的冷冻表面隔板具有几何形状或具有附加部件来控制冰的生成并界定方块形状。
附图说明
图1A显示了根据示例性实施方式的用于制冰设备的蒸发器组件的分解图。
图1B显示了图1A的蒸发器组件的透视图。
图2A显示了根据另一个示例性实施方式的用于制冰设备的蒸发器组件的分解图。
图2B显示了图2A的蒸发器组件的透视图。
图3显示了根据另一个示例性实施方式的用于制冰设备的蒸发器组件的分解图。
图4显示了生成冰的方法的流程图。
图5显示了可使用制冰设备蒸发器组件的制冷系统的线路图。
具体实施方式
本公开涉及用于制冰设备的蒸发器组件，其通过减少取冰循环时冰的释放时间来提高设备性能。基本平坦的冷冻表面没有用于成型或分隔冰块的凸起几何特征。并且，用冷冻模板界定生冰范围，冰块之间通过条带相互连接而非形成实心平板，因此冷冻表面上的所有冰块在重力作用下被同时释放，很容易分裂开。
图1A显示了根据示例性实施方式的用于制冰设备的蒸发器组件100的分解图。图1B显示了图1A的蒸发器组件100的透视图。
蒸发器组件100(在图1A中为100A，在图1B中为100B)包括冷冻表面110A、冷冻模板120A和制冷剂回路130，制冷剂回路在此特定实例中为蛇形管。
冷冻表面110A是冰形成于其上的元件。冷冻表面110A是坚硬的，由不锈钢或其它适于预期目的的导热材料构成。冷冻表面为竖直且基本平坦，没有用于成型或分隔冰块的凸起几何特征。现有蒸发器冰设计中，冰附着于的凸起几何特征，延长了冰的释放时间。消除这些几何特征加快了取冰速度。而且，消除用于成型或分隔冰块的凸起冷冻表面特征还有助于进行清理。擦拭平坦表面比设法使用机械方式清理方块成型格容易得多，方块成型格的深度可为7/8”，半径极小或没有半径。
冷冻表面110A材料的导热性必须低于冷冻模板120A材料的导热性，以限定冰的生成，使冰块间有清晰的界线。冷冻模板120A可由铜或其它适宜的材料制成。
冷冻模板120A热连接在冷冻表面110A和制冷剂回路130之间。制冷剂回路130可由具有高导热性的金属制成，例如铝，或者可选择的，由具有比较高的导热性的金属制成，例如铜或钢。
冷冻模板120由多个设置在一个平面内并通过条带124A相互连接的区域122A构成，条带在该平面中的尺寸小于所述区域的尺寸。可选择的，冷冻模板120可由多个设置在一个平面内的区域122A构成，但没有互连条带。
如图所示，区域122A可大致呈方形。可选择的，区域122A可为圆形、椭圆形、梯形、不规则形状或其它适于预期目的的形状。每个区域122可具有相同的形状，或者可选择的，每个区域可具有任意的形状组合。
冷冻模板120A还可包括位于相邻区域122A之间的分隔区域126。分隔区域126A可为空气隙或其它适宜的分隔材料。这些分隔区域126A阻止冷冻表面110A相应部位上的水结冰，以便形成独立的冰块。
冷冻模板120A与冷冻表面110A之间的连接部位在冷冻表面110A上界定出冰块形成区以及冰块间的条带织网。取冰时，冰在重力作用下掉入冰块箱(未显示)，织网使得冰块一起掉落但冰块在掉入冰块箱时很容易分开。
所述多个区域122A可成排设置或成列设置，每个区域122A与相邻区域122A在至少两个方向上相互连接。而且，制冷剂回路130的水平线路可与所述各排区域122A分别成直线设置，以促进热偶合。
冷冻模板120A可与冷冻表面110A和制冷剂回路130中的每一个结合，以促进制冷剂回路130、模板120A和冷冻表面110A间的传热。可利用焊炉或铜焊、机械连接方法(例如覆层、粘合、环氧树脂、导热双面胶带或任意适宜的材料)实现结合。
蒸发器组件100可包括单个冷冻表面110A和单个冷冻模板120A。可选择的，蒸发器组件100还可包括第二冷冻表面110B和第二冷冻模板120B。与冷冻表面110A相同，第二冷冻表面110B为竖直的。第二冷冻表面110B也可为基本平坦的，结构与冷冻表面110A相似，但本公开并不局限于此方面。
与冷冻模板120A相同，第二冷冻模板120B在第二冷冻表面110B和制冷剂回路130之间热连接，以与二者产生热传导。第二冷冻模板120B、制冷剂回路130和第二冷冻表面110B可按上文所述的冷冻模板120A和冷冻表面110A那样结合在一起。此外，冷冻模板120B可按上文所述冷冻模板120A那样进行构造。冷冻模板120A和第二冷冻模板120B具有相匹配的结构，或者可选择的，可具有不同的结构。
冷冻表面110A和第二冷冻表面110B可沿其周围密封在一起，以将蒸发器组件与其他食品区域分隔开。这种设计不需要电镀铜表面，例如不需要电镀冷冻模板120A、120B和制冷剂回路130的铜表面。现有的蒸发器组件设计具有这些暴露于食品区域的元件，并且极难清理。无法彻底清理蒸发器组件可导致大量细菌滋生。
冷冻表面110A、110B的密封可利用材料如填料、焊料、铜焊合金、垫圈、坚固件、弯辊成型、黏合剂或其他适宜的材料来完成。如图1A所示，槽口112形成于冷冻表面110A、110B内，以放置制冷剂回路130的各端。
图2A显示了根据另一示例性实施方式的用于制冰设备的蒸发器组件200的分解图。图2B显示了图2A的蒸发器组件200的透视图。
蒸发器组件200(在图2A中为200A，在图2B中为200B)与图1A和图1B中的蒸发器组件100相似，不同之处在于图1A和图1B中的制冷剂回路130为微通道蒸发器230。此外，冷冻表面110用冷冻表面210(包括210A和210B)替代，其具有适应微通道蒸发器230外形的形状。
微通道蒸发器230由进口集管234、出口集管236和多个连通进口集管234和出口集管236的管232构成。管232基本上是平坦的，具有多个形成于其中的微通道238。管232可构造成为水平的以及/或者竖直的，并可分别与各排和/或各列区域122A成直线设置，以促进热偶合。微通道238的剖面形状可为大致的长方形、圆形、三角形、卵形、梯形和其它适宜的形状中的任意一种或多种。每个管232和微通道238的大小可按预期目的为任意适宜的尺寸。另外，管232可由具有高导热性的金属制成，例如铝，或者可选择的，由其他具有较高导热性的金属制成，例如铜或钢。图3显示了根据另一示例性实施方式的用于制冰设备的蒸发器组件300的分解图。
蒸发器组件300包括冷冻表面310A、冷冻模板320A和制冷剂回路330。可选择的，制冷剂回路330可为图2A和图2B中的微通道蒸发器230。
冷冻表面310A为竖直的，并具有形成流体通道的竖直隔板314A。冷冻表面310A是坚硬的，可由不锈钢或其他适于预期目的的导热材料构成。冷冻表面310A的材料的导热性必须低于冷冻模板320A的材料的导热性，以限定冰的生成，使冰块间有清晰的界线。冷冻模板320A可由铜或其他适宜的材料制成。
冷冻模板320A热连接于冷冻表面310A和制冷剂回路330之间，由设置在一个平面内的水平条带322A构成。每个水平条带322A具有多个竖直筋324A，这些筋在组装入蒸发器组件300时分别与竖直隔板314A成直线设置。冷冻模板320A和冷冻表面310A之间的连接部位界定出冷冻表面310A上要生成冰的范围。由于竖直筋324A排列成一条直线并适配于冷冻模板310A的各竖直隔板314A内，冰不仅形成于冷冻表面310A的平坦部分上，还沿着竖直隔板314A的侧面生成，因此缩短了冷冻循环和取冰循环所需的时间。
正如图1A和图1B中所述的蒸发器组件100，蒸发器组件300还可包括第二竖直冷冻表面310B和第二冷冻模板320B。第二冷冻表面310B也可具有形成流体通道的竖直隔板314B，但本公开并不局限于此方面。第二冷冻模板320B为热连接，可选择地结合于第二冷冻表面310B和制冷剂回路330之间，以与二者产生热传导。冷冻表面310A、310B可如前述图1A和图1B中的冷冻表面110A、110B那样沿其周围密封在一起，以将蒸发器组件100与其他食品区分隔开。
图4显示了生成冰的方法的流程图。
冷冻循环从步骤410开始，膨胀的制冷剂通过制冷剂回路130、230、330。在步骤420，水流过基本平坦的冷冻表面110、210。制冷剂回路130、230、330中膨胀的制冷剂冷却冷冻表面110、210以使冰在其上面形成。冷冻模板热连接于冷冻表面110、210和制冷剂回路130、230、330之间，由设置于一个平面内的多个区域构成。冷冻模板和冷冻表面110、210之间的连接部位界定出冷冻表面110、210上要生成冰的范围。冷冻模板可为图1A、图1B、图2A、图2B和图3中所描述的任意一种冷冻模板120、320。可选择的，冷冻模板可构造成不包括用于连接上述区域的互连条带。
在步骤430确定何时开始取冰循环。可通过测量制冰设备底部用于收集流水的水箱(未显示)中的水位、冷冻表面上生成的冰的数量以及/或者温度例如制冷剂回路130、230、330的温度进行确定。
取冰循环在步骤440进行，使压缩的制冷剂通过制冷剂回路130、230、330，此时，热量从制冷剂回路130、230、330传递至冷冻表面110、210，直至冷冻表面110、210的温度升高到足以使冷冻表面110、210上的冰在重力作用下从冷冻表面110、210上掉落。
本文所述的蒸发器组件改善了性能，提高了清洁能力，并且降低了组装成本。通过使用较少材料和省去达到食品区卫生要求所需的昂贵的电镀工艺来达到节省组装成本的目的。而且，不具有用于成型或分离方块冰的冷冻表面特征，这减少了手工组装时间或者省去了冲压操作。
虽然前文已经结合示例性实施方式对本公开进行了描述，但应当明白的是，术语“示例性”仅指一种实例，而不表示最佳或最优。因此，本公开意在涵盖本公开范围内所包括的各种变更、修改和等效物。
虽然已对具体实施方式进行了描述和说明，本领域技术人员应当明白，可在不脱离本申请范围的情况下对本文所显示和描述的具体实施方式做出多种变更和/或等效实施。本申请意在涵盖本文所述具体实施方式的所有更改或变化。

Claims (24)

1.一种用于制冰设备的蒸发器组件，包括：
基本平坦的竖直冷冻表面；
制冷剂回路；以及
热连接于所述冷冻表面和所述制冷剂回路之间的冷冻模板，其由多个设置在一个平面内并通过条带相互连接的区域构成，所述条带在所述平面内的尺寸小于所述区域的尺寸，
其中，所述冷冻模板和所述冷冻表面之间的连接部位界定了所述冷冻表面上要生成冰的范围。
2.根据权利要求1所述的蒸发器组件，其中，所述多个区域成排设置或成列设置，所述多个区域中的每一个区域都与相邻区域在至少两个方向上相互连接。
3.根据权利要求2所述的蒸发器组件，其中，所述制冷剂回路的水平线路与所述各排区域成直线设置。
4.根据权利要求1所述的蒸发器组件，其中，所述制冷剂回路为蛇形管。
5.根据权利要求1所述的蒸发器组件，其中，所述制冷剂回路包括管，每个管都具有多个形成于其中的微通道。
6.根据权利要求1所述的蒸发器组件，其中，所述区域大致呈方形。
7.根据权利要求1所述的蒸发器组件，其中，所述区域具有选自以下各项中的一个或多个形状：正方形、圆形、椭圆形、梯形和不规则形状。
8.根据权利要求1所述的蒸发器组件，其中，所述冷冻表面的构成材料的导热性低于所述冷冻模板的导热性。
9.根据权利要求8所述的蒸发器组件，其中，所述冷冻表面由不锈钢构成。
10.根据权利要求1所述的蒸发器组件，其中，所述冷冻表面是坚硬的。
11.根据权利要求1所述的蒸发器组件，其中，所述冷冻模板与所述冷冻表面和所述制冷剂回路中的每一个结合，以促进所述制冷剂回路、所述模板和所述冷冻表面之间的热传导。
12.根据权利要求11所述的蒸发器组件，其中，所述冷冻模板利用选自以下各项的一种或多种连接材料进行结合：焊料、铜焊合金、环氧树脂、黏合剂、以及导热双面胶带。
13.根据权利要求11所述的蒸发器组件，其中，所述冷冻模板以机械方式结合到所述冷冻表面。
14.根据权利要求1所述的蒸发器组件，其中，所述模板还包括位于相邻区域之间的分隔区域。
15.根据权利要求14所述的蒸发器组件，其中，所述分隔区域为空气隙。
16.根据权利要求1所述的蒸发器组件，还包括：
第二基本平坦的竖直冷冻表面；以及
热连接于所述第二冷冻表面和所述制冷剂回路之间的第二冷冻模板，其与二者产生热传导。
17.根据权利要求16所述的蒸发器组件，其中，所述冷冻表面沿其周围密封在一起。
18.根据权利要求17所述的蒸发器组件，其中，所述冷冻表面利用选自以下各项的材料密封在一起：填料、焊料、铜焊合金、垫圈、坚固件、弯辊成型和黏合剂。
19.一种用于制冷设备的蒸发器组件，包括：
具有竖直隔板的竖直冷冻表面，所述隔板形成流体流动通道；
制冷剂回路；以及
热连接于所述冷冻表面和所述制冷剂回路之间的冷冻模板，其由多个设置在一个平面内的水平条带构成，每个所述水平条带都具有多个分别与所述竖直隔板成直线设置的竖直筋，
其中，所述冷冻模板和所述冷冻表面之间的连接部位界定了所述冷冻表面上要生成冰的范围。
20.根据权利要求19所述的蒸发器组件，还包括：
具有竖直隔板的第二竖直冷冻表面，所述隔板形成流体流动通道；以及
热连接于所述第二冷冻表面和所述制冷剂回路之间的第二冷冻模板，其与二者产生热传导。
21.根据权利要求20所述的蒸发器组件，其中，所述冷冻表面沿其周围密封在一起。
22.根据权利要求19所述的蒸发器组件，其中，所述制冷剂回路为蛇形管。
23.根据权利要求19所述的蒸发器组件，其中，所述制冷剂回路包括管，每个管都具有多个形成于其中的微通道。
24.一种形成冰的方法，所述方法包括：
通过以下步骤执行冷冻循环：
使膨胀的制冷剂通过制冷剂回路；以及
使水流过基本平坦的冷冻表面，
其中冷冻模板热连接于所述冷冻表面和所述制冷剂回路之间，由多个设置在一个平面内的区域构成，其中，所述冷冻模板和所述冷冻表面之间的连接部位界定了所述冷冻表面上要生成冰的范围；以及
通过使压缩的制冷剂流过所述制冷剂回路执行取冰循环，其中，热量从所述制冷剂回路传递至所述冷冻表面，直到所述冷冻表面的温度上升到足以使所述冷冻表面上的冰在重力作用下从所述冷冻表面上掉落。
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