CN111886460B - 制冰机及制作和收获冰的方法 - Google Patents

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Abstract

一种制冰机系统，该制冰机系统能够在制冰模式和收冰模式下操作，并且可以包括工作流体回路和冰模。工作流体回路可以包括压缩机、膨胀装置和制冰热交换器。膨胀装置布置在压缩机的下游。制冰热交换器沿着工作流体回路布置在膨胀装置与压缩机之间。冰模包括多个凹穴，所述多个凹穴构造成当系统在制冰模式下操作时从供水导管接收水。冰模可以与制冰热交换器成热传递关系。冰模可以限定有通道，该通道在系统处于收冰模式下操作时从加温流体供应导管接收加温流体。加温流体与循环通过工作流体回路的工作流体流体隔离。

Description

制冰机及制作和收获冰的方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2018年3月19日提交的美国发明申请No.15/924,824的优先权。上述申请的全部公开内容通过参引并入本文。
技术领域
本公开涉及制冰系统以及制作和收获冰的方法。
背景技术
该部分提供与本公开有关的背景信息，并且该部分不一定是现有技术。
自动商用制冰机以规则的间隔生产成批的冰块。这种制冰机通常用于食品服务、食品保存、酒店以及健康服务行业。制冰机通常包括能够在冷冻模式和收获模式下操作的蒸汽压缩系统。在冷冻模式下，蒸汽压缩系统使形成于蒸汽压缩系统的蒸发器上的格栅板(即，冰模)中的水冷冻。在收获模式下，蒸汽压缩系统使冰盘中的少量冰融化，使得冰块能够容易地从冰盘中排出。本公开提供了一种制冰机系统，该制冰机系统是节能的并且能够实现高的产冰率。
发明内容
该部分提供本公开的总体概述，并且该部分不是本公开的全部范围或本公开的所有特征的全面公开。
本公开提供了一种能够在制冰模式和收冰模式下操作的制冰机系统。该系统可以包括工作流体回路(例如，蒸汽压缩系统)和冰模。工作流体流过工作流体回路。工作流体回路可以包括压缩机、膨胀装置和制冰热交换器。膨胀装置布置在压缩机的下游。制冰热交换器沿着工作流体回路布置在膨胀装置与压缩机之间。冰模可以包括多个凹穴，所述多个凹穴构造成当系统在制冰模式下操作时从供水导管接收水。冰模可以与制冰热交换器成热传递关系。冰模可以限定有通道，该通道构造成当系统在收冰模式下操作时从加温流体供应导管接收加温流体。来自加温流体供应导管的加温流体相比于来自供水导管的水具有更高的温度。加温流体可以与循环通过工作流体回路的工作流体流体隔离。加温流体可以是与工作流体不同的物质。
在某些构型中，该系统包括加温流体容器和加温流体返回导管。加温流体容器可以与加温流体供应导管流体连通。加温流体返回导管可以与通道和加温流体容器流体连通。
在某些构型中，工作流体回路包括与加温流体容器中的加温流体成热传递关系的流体加热热交换器。流体加热热交换器可以与压缩机流体连通，使得从压缩机排出的工作流体在流动至膨胀装置之前被接收在流体加热热交换器中。
在某些构型中，流体加热热交换器布置在加温流体容器的内部。
在某些构型中，该系统包括泵，该泵将加温流体从加温流体容器泵送通过加温流体供应导管、通道和加温流体返回导管。控制模块可以在收冰模式下对泵进行操作并且在制冰模式下将泵关闭。
在某些构型中，从压缩机排出的工作流体在收冰模式和制冰模式下被接收在流体加热热交换器中。
在某些构型中，工作流体回路包括热交换器(例如，冷凝器或气体冷却器)，该热交换器与加温流体容器间隔开并且该热交换器与流体加热热交换器和膨胀装置流体连通，使得该热交换器从流体加热热交换器接收工作流体并将工作流体提供至膨胀装置。
在某些构型中，该系统包括与供水导管流体连通的冷水容器。工作流体回路可以包括与冷水容器成热传递关系的水冷却热交换器。该水冷却热交换器可以与膨胀装置流体连通，使得来自膨胀装置的工作流体在流动至压缩机之前被接收在水冷却热交换器中。
在某些构型中，水冷却热交换器布置在冷水容器的内部。
在某些构型中，工作流体回路包括与膨胀装置、制冰热交换器和水冷却热交换器流体连通的阀。该阀能够在第一位置与第二位置之间移动，在第一位置中，该阀允许从膨胀装置至制冰热交换器的流体流动并限制从膨胀装置至水冷却热交换器的流体流动，在第二位置中，该阀允许从膨胀装置至水冷却热交换器的流体流动并限制从膨胀装置至制冰热交换器的流体流动。
在某些构型中，当系统处于制冰模式时，该阀处于第一位置，而当系统处于收冰模式时，该阀处于第二位置。
在某些构型中，压缩机是涡旋式压缩机。
在某些构型中，加温流体是水。
在某些构型中，加温流体是具有添加剂的水，该添加剂使加温流体的沸点提高至高于水的沸点的温度。
本公开还提供了一种能够在制冰模式和收冰模式下操作的制冰机系统，并且该制冰机系统包括工作流体回路(例如，蒸汽压缩系统)、冰模和冷水容器。工作流体流过工作流体回路。工作流体回路可以包括压缩机、膨胀装置和制冰热交换器。膨胀装置布置在压缩机的下游。制冰热交换器沿着工作流体回路布置在膨胀装置与压缩机之间。冰模可以包括多个凹穴，所述多个凹穴构造成当系统在制冰模式下操作时从供水导管接收水。冰模与制冰热交换器成热传递关系。冷水容器可以与供水导管流体连通。工作流体回路可以包括与冷水容器成热传递关系的水冷却热交换器。水冷却热交换器可以与膨胀装置流体连通，使得来自膨胀装置的工作流体在流动至压缩机之前被接收在水冷却热交换器中。
在某些构型中，冰模限定有通道，该通道构造成当系统在收冰模式下操作时从加温流体供应导管接收加温流体。来自加温流体供应导管的加温流体相比于来自第一供水导管的水具有更高的温度。加温流体与循环通过工作流体回路的工作流体流体隔离。
在某些构型中，加温流体是水。
在某些构型中，加温流体是具有添加剂的水，该添加剂使加温流体的沸点提高至高于水的沸点的温度。
在某些构型中，该系统包括加温流体容器和加温流体返回导管。加温流体容器可以与加温流体供应导管流体连通。加温流体返回导管可以与通道和加温流体容器流体连通。
在某些构型中，工作流体回路包括与加温流体容器中的加温流体成热传递关系的流体加热热交换器。流体加热热交换器与压缩机流体连通，使得从压缩机排出的工作流体在流动至膨胀装置之前被接收在流体加热热交换器中。
在某些构型中，流体加热热交换器布置在加温流体容器的内部。
在某些构型中，从压缩机排出的工作流体在收冰模式和制冰模式下被接收在流体加热热交换器中。
在某些构型中，工作流体回路包括热交换器，该热交换器与加温流体容器间隔开并且该热交换器与流体加热热交换器和膨胀装置流体连通，使得该热交换器从流体加热热交换器接收工作流体并将工作流体提供至膨胀装置。
在某些构型中，该系统包括加温流体泵，该加温流体泵将加温流体从加温流体容器泵送通过加温流体供应导管、通道和加温流体返回导管。控制模块可以在收冰模式下对加温流体泵进行操作并且在制冰模式下将加温流体泵关闭。
在某些构型中，工作流体回路包括与膨胀装置、制冰热交换器和水冷却热交换器流体连通的阀。该阀能够在第一位置与第二位置之间移动，在第一位置中，该阀允许从膨胀装置至制冰热交换器的流体流动并限制从膨胀装置至水冷却热交换器的流体流动，在第二位置中，该阀允许从膨胀装置至水冷却热交换器的流体流动并限制从膨胀装置至制冰热交换器的流体流动。
在某些构型中，当系统处于制冰模式时，该阀处于第一位置，而当系统处于收冰模式时，该阀处于第二位置。
在某些构型中，水冷却热交换器布置在冷水容器的内部。
在某些构型中，压缩机是涡旋式压缩机。
其他应用领域将从本文提供的描述中变得明显。该发明内容中的描述和特定示例仅旨在用于说明的目的，并不旨在限制本公开的范围。
附图说明
本文中描述的附图仅用于所选实施方式而非所有可能的实现方式的说明性目的，并且不旨在限制本公开的范围。
图1是根据本公开的原理的制冰机系统在制冰模式下的示意图；
图2是根据本公开的原理的制冰机系统在收冰模式下的示意图；
图3是根据本公开的原理的冰模的横截面图；以及
图4是描绘了控制模块与阀和泵通信的框图。
在附图的若干视图中，对应的附图标记指示对应的部分。
具体实施方式
现在将参照附图对示例实施方式进行更全面地描述。
提供示例实施方式，使得本公开将是透彻的，并且将本公开的范围完全传达给本领域技术人员。阐述了许多具体的细节，比如特定的部件、装置和方法的示例，以提供对本公开的实施方式的透彻理解。对于本领域技术人员来说将明显的是，不需要采用特定细节，示例实施方式可以以许多不同的形式来实现，并且都不应当被解释为限制本公开的范围。在一些示例实施方式中，公知的过程、公知的装置结构和公知的技术将不再详细描述。
本文中使用的术语仅用于描述特定的示例实施方式的目的，而非旨在是限制性的。如本文中所使用的，单数形式“一”、“一种”和“该”也可以旨在包括复数形式，除非上下文另有明确说明。术语“包括”、“包括有”、“包含”和“具有”是包括性的，并且因此指定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组的存在或添加。本文中描述的方法步骤、过程和操作不应被解释为必须要求其以所讨论或说明的特定顺序执行，除非特别地指明为执行的顺序。还应当理解的是，可以采用附加或替代性的步骤。
当元件或层被称为“位于另一元件或层上”、“接合到”、“连接到”或“联接到”另一元件或层时，元件或层可以直接位于另一元件或层上、直接接合、连接或联接到另一元件或层，或者可以存在中间元件或层。相反，当元件被称为“直接位于另一元件或层上”、“直接接合到”、“直接连接到”或“直接联接到”另一元件或层时，可以不存在中间元件或层。应当以类似的方式来解释用于描述元件之间的关系的其他词语(例如，“在……之间”与“直接在……之间”、“相邻”与“直接相邻”等)。如本文中所使用的，术语“和/或”包括相关联的所列项目中的一个或更多个项目的任何和所有组合。
虽然本文中可以使用术语第一、第二、第三等来描述各种元件、部件、区域、层和/或部段，但是这些元件、部件、区域、层和/或部段不应受到这些术语的限制。这些术语可以仅用于将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确指出，否则诸如“第一”、“第二”和其他数字术语之类的术语在本文中使用时并不暗含顺序或次序。因此，在不脱离示例实施方式的教导的情况下，下文讨论的第一元件、部件、区域、层或部段可以被称为第二元件、部件、区域、层或部段。
为了便于描述，在本文中可以使用空间相对术语比如“内部”、“外部”、“之下”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”等来描述如附图所示的一个元件或特征与另一个(另一些)元件或特征的关系。空间相对术语可以意在涵盖装置在使用或操作中的除了附图中描绘的取向之外的不同取向。例如，如果附图中的装置被翻转，则被描述为在其他元件或特征“下方”或“之下”的元件将被定向为在其他元件或特征“上方”。因此，示例术语“下方”可以涵盖上方和下方两个取向。装置可以以其他方式定向(旋转90度或处于其他取向)，并且本文中所使用的空间相对描述语也相应地被解释。
参照图1至图4，提供了一种制冰机系统10，该制冰机系统10可以包括工作流体回路(例如，蒸汽压缩回路)12、冷水回路14和加温流体回路(或热水回路)16。系统10能够在制冰模式(图1中所示)和收冰模式(图2中所示)下操作，在制冰模式中，系统10形成冰块，在收冰模式中，系统10使冰块中的少量冰融化以允许冰块落入收集箱(未示出)。为了本公开的目的，术语“冰块”应被理解成包括具有立方体形、矩形棱柱形、月牙或半月形、柱形、管形或任何其他三维形状的任何体积的冰。
工作流体回路12可以包括压缩机18、流体加热热交换器(或水加热热交换器)20、冷凝器热交换器或气体冷却器热交换器22、膨胀装置24、第一控制阀26、制冰热交换器28、水冷却热交换器30和第二控制阀32。压缩机18可以是例如涡旋式压缩机或任何其他类型的压缩机(例如，往复式压缩机、旋转式压缩机等)。压缩机18可以从吸入导管34接收工作流体(例如，R134a、R417a、二氧化碳、氨水或任何其他合适的制冷剂)。压缩机18可以将工作流体从第一压力压缩至较高的第二压力，并且将压缩的工作流体排出到排出导管36中。
排出导管36可以与流体加热热交换器20流体联接。流体加热热交换器20可以是布置在容纳有一定体积的加温流体的加温流体容器38内和/或附接到该加温流体容器38的盘管。加温流体可以是例如水或具有添加剂(例如，氯化钠，丙二醇或其他合适的添加剂)的水，该添加剂用以增加水的沸点。在某些构型中，加温流体可以是制冷剂。从压缩机18排出的热的工作流体流过流体加热热交换器20，在流体加热热交换器20中，热从工作流体传递到被容纳在加温流体容器38中的加温流体。
冷凝器(或气体冷却器)热交换器22布置在流体加热热交换器20的下游，使得工作流体从流体加热热交换器20经由导管40流动到冷凝器(或气体冷却器)热交换器22，导管40连接到流体加热热交换器20和冷凝器(或气体冷却器)热交换器22。冷凝器(或气体冷却器)热交换器22可以包括盘管42和一个或更多个风扇44。盘管42接收来自导管40的工作流体。风扇44迫使空气穿过盘管42，以对流过盘管42的工作流体进行冷却。在某些构型中，冷凝器热交换器22可以是水冷却冷凝器而不是空气冷却冷凝器。在某些构型中，冷凝器热交换器22可以被制造成比现有技术的制冰机中的典型冷凝器小，因为在本公开的制冰机系统10中，工作流体在流过冷凝器热交换器22之前在加温流体容器38中被预冷却。
另一导管46可以联接到膨胀装置24并且联接到盘管42的出口，使得导管46将工作流体从盘管42提供到膨胀装置24。膨胀装置24例如可以是膨胀阀(例如，电子膨胀装置或热膨胀装置)或者毛细管。来自导管46的工作流体在其流过膨胀装置24时会降低压力。冷的、低压工作流体可以从膨胀装置24经由导管48流动到第一控制阀26。
第一控制阀26可以是电子三通阀，该电子三通阀可以连接到导管48、第一入口导管50以及第二入口导管52。第一入口导管50可以流体连接到制冰热交换器28的入口。第二入口导管52可以流体连接到水冷却热交换器30的入口。第一控制阀26能够在第一位置(图1)与第二位置(图2)之间移动。在第一位置中，第一控制阀26允许来自导管48的工作流体流过第一入口导管50并流入制冰热交换器28中，并且第一控制阀26限制或阻止工作流体流入第二入口导管52中并流入水冷却热交换器30中。在第二位置中，第一控制阀26允许来自导管48的工作流体流过第二入口导管52并流入水冷却热交换器30中，并且第一控制阀26限制或阻止工作流体流入第一入口导管50中并流入制冰热交换器28中。控制模块53(图4)可以与第一控制阀26通信并且可以控制第一控制阀26的操作，如将在下文更详细地描述的。在某些构型中，第一控制阀26可以移动到第一位置与第二位置之间的一个或更多个位置，以允许通过入口导管50、52中的两者以及热交换器28、30中的两者的流体流动。
制冰热交换器28可以是安装到冰模54(例如，在其中形成冰块的模具)和/或嵌入在该冰模54中的盘管。流过制冰热交换器28的冷的工作流体从冰模54吸收热以使流经冰模54的水冷却和冷冻。制冰热交换器28的出口可以流体连接到第一出口导管56。
水冷却热交换器30可以是布置在容纳有一定体积的水的冷水容器58内和/或附接到该冷水容器58的盘管。流过水冷却热交换器30的冷的工作流体对冷水容器58中的水进行冷却(即，从冷水容器58中的水中吸收热)。水冷却热交换器30的出口可以流体连接到第二出口导管60。
第二控制阀32可以是电子三通阀，该电子三通阀可以连接到第一出口导管56和第二出口导管60以及吸入导管34。第二控制阀32能够在第一位置(图1)与第二位置(图2)之间移动。在第一位置中，第二控制阀32允许工作流体从第一出口导管56流动到吸入导管34并且限制或阻止进入第二出口导管60中的流体流动。在第一位置中，第二控制阀32允许工作流体从第二出口导管60流动到吸入导管34并且限制或阻止进入第一出口导管56中的流体流动。控制模块53(图4)可以与第二控制阀32通信，并且可以控制第二控制阀32的操作，如下文将更详细地描述的。在某些构型中，第二控制阀32可以移动至第一位置与第二位置之间的一个或更多个位置，以允许来自出口导管56、60中的两者的工作流体流入吸入导管34中。
冷水回路14可以包括冷水容器58、供水导管62、水分配器64和冰模54。沿着供水导管62可以布置有冷水泵66，并且冷水泵66可以将水从冷水容器58泵送通过供水导管62到达水分配器64。控制模块53(图4)可以与冷水泵66通信并且可以控制冷水泵66的操作，如下文将更详细地描述的。水分配器64可以是具有入口(该入口流体连接到供水导管62)和多个出口孔口或喷嘴68(图3)的管。
如图3中所示，冰模54可以包括格栅板70，该格栅板70具有形成在格栅板70的第一侧部73中的多个凹穴72。凹穴72被定形状成产生期望形状的冰块。制冰热交换器28可以被嵌入在栅格板70的相反的第二侧部75中和/或被附接到栅格板70的相反的第二侧部75。来自水分配器64的水可以从出口孔口或喷嘴68中流出并流入凹穴72中。制冰热交换器28从凹穴72中的水吸收热以在凹穴72中产生冰。未积聚或冷冻在凹穴72中的液体水可以落下通过冰模54中的出口孔口74并且落回到冷水容器58中。
填充管76(图1)可以与冷水容器58和水源78(例如，城市水源或井)流体连接。填充管76上的填充阀80可以选择性地打开和关闭以根据情况补充冷水容器58中的水。控制模块53可以与填充阀80通信并且可以控制填充阀80的操作。冷水容器58还可以包括排水装置(未示出)和排水阀(未示出)，排水阀允许将冷水容器58中的水定期排放以用于清洁和/或维护。
加温流体回路16可以包括加温流体容器38、加温流体供应导管82、加温通道84(图3)和加温流体返回导管86。加温流体供应导管82可以流体连接到加温流体容器38并且流体连接到加温通道84的一个或更多个入口88(图3)。加温通道84可以由冰模54限定。例如，加温通道84可以形成在格栅板70的第二侧部75与壳体构件90之间，壳体构件90可以被附接到格栅板70和/或部分地封围格栅板70。如图3中所示，加温通道84的入口88可以形成在壳体构件90的顶部部分中或形成在壳体构件90的顶部部分附近，并且加温通道84的一个或更多个出口92可以形成在壳体构件90的底部部分处或形成在壳体构件90的底部部分附近。加温流体返回导管86可以与加温通道84的出口92流体联接。
沿着加温流体返回导管86可以布置有加温流体泵94，并且加温流体泵94可以将加温流体从加温流体容器38泵送通过加温流体供应导管82、泵送通过加温通道84、并且泵送通过加温流体返回导管86。沿着加温流体供应导管82可以布置有截止阀95，该截止阀95能够在打开位置与关闭位置之间移动，该打开位置允许通过加温流体供应导管82的流体流动，该关闭位置阻止通过加温流体供应导管82的流体流动。控制模块53(图4)可以与加温流体泵94和截止阀95通信，并且可以控制加温流体泵94和截止阀95的操作，如下面将更详细地描述的。当加温流体流过加温通道84时，热从加温流体被传递到栅格板70，以使栅格板70中的相对小部分的冰融化从而允许凹穴72中的冰块从栅格板70中落下并且落入冰收集箱(未示出)中。
继续参照图1至图4，将详细描述系统10的操作。当控制模块53(例如，基于来自冰收集箱中的一个或更多个传感器的指示冰收集箱中的冰块量低于预定量的数据)确定需要冰块时，控制模块53可以将系统10切换到制冰模式(如图1中所示)。
在开始制冰模式时，控制模块53可以：(i)启动压缩机18(或如果系统10直接从收冰模式切换到制冰模式，则继续压缩机18的操作)，(ii)使第一控制阀26移动到第一位置(即，移动成提供膨胀装置24与制冰热交换器28之间的流体连通并限制膨胀装置24与水冷却热交换器30之间的流体连通)，(iii)使第二控制阀32移动到第一位置(即，移动成提供制冰热交换器28与吸入导管34之间的流体连通并限制水冷却热交换器30与吸入导管34之间的流体连通)，(iv)启动冷水泵66以提供通过冷水回路14的水流动，(v)使截止阀95移动到关闭位置(或使截止阀95保持在关闭位置)以阻止加温流体从加温流体容器38流动到通道84，以及(vi)在制冰模式开始后，对加温流体泵94操作(或继续操作)持续预定量的时间，以从通道84中排空加温流体，并且然后关闭加温流体泵94。通道84可以包括与周围环境连通的放气孔97(图3)，以防止在制冰模式开始后加温流体泵94将加温流体从通道84中清除时在通道84中产生负压。
因此，在制冰模式中，压缩机18从吸入导管34抽吸低压工作流体，将工作流体压缩至更高的压力，并将热的、高压工作流体排出到排出导管36中。热的工作流体从排出导管36流过流体加热热交换器20，并且将热传递到加温流体容器38中的加温流体。工作流体从流体加热热交换器20流过冷凝器(或气体冷却器)热交换器22，在冷凝器(或气体冷却器)热交换器22中，更多的热从工作流体排到周围空气中。工作流体从冷凝器(或气体冷却器)热交换器22流过膨胀装置24，以降低工作流体的压力和温度。低温工作流体从膨胀装置24流过第一控制阀26(第一控制阀26在制冰模式中处于第一位置)并流入制冰热交换器28中。流过制冰热交换器28的低温工作流体从流经冰模54的凹穴72并积聚在冰模54的凹穴72中的水吸收热，从而在凹穴72中产生冰。工作流体可以从制冰热交换器28流过第二控制阀32(第二控制阀32在制冰模式中处于第一位置)并且经由吸入导管34流回到压缩机18。
当控制模块53(例如，基于来自对冰模54中的冰的厚度或重量进行检测的传感器的数据)确定已经在冰模54的凹穴72中形成预定量的冰时，控制模块53可以将系统10切换到收冰模式(如图2中所示)，以从冰模54中收获冰块并将收获的冰块收集在冰收集箱中。
当开始收冰模式时，控制模块53可以：(i)使压缩机18的操作继续，(ii)使第一控制阀26移动到第二位置(即，移动成提供膨胀装置24与水冷却热交换器30之间的流体连通并限制膨胀装置24与制冰热交换器28之间的流体连通)，(iii)使第二控制阀32移动到第二位置(即，移动成提供水冷却热交换器30与吸入导管34之间的流体连通并限制制冰热交换器28与吸入导管34之间的流体连通)，(iv)关闭冷水泵66，以限制或阻止通过供水导管62和水分配器64的水流动，(v)使截止阀95移动到打开位置，以及(vi)启动加温流体泵94以提供通过加温流体回路16的加温流体流。在某些构型中，加温流体泵94可以在收冰模式期间连续地(或间歇地)操作，以从加温流体容器38泵送加温流体，从而在收冰模式期间维持通过通道84的加温流体的连续流。在某些构型中，控制模块53可以在收冰模式开始时关闭处于通道84的出口92处的另一截止阀(未示出)，并且对加温流体泵94操作持续足够的时间以用加温流体填充通道84。当收冰模式完成时，控制模块53可以打开位于出口92处的截止阀，以允许加温流体从通道84排放。在某些构型中，在单个收冰周期期间通道84可以被多次填充及排空。
因此，在收冰模式中，压缩机18从吸入导管34抽吸低压工作流体，将工作流体压缩至较高压力，并将热的、高压工作流体排出到排出导管36中。热的工作流体从排出导管36流过流体加热热交换器20，并且将热传递到加温流体容器38中的加温流体。工作流体从流体加热热交换器20流过冷凝器(或气体冷却器)热交换器22，在冷凝器(或气体冷却器)热交换器22中更多的热从工作流体排到周围空气中。工作流体从冷凝器(或气体冷却器)热交换器22流过膨胀装置24，以降低工作流体的压力和温度。低温工作流体从膨胀装置24流过第一控制阀26(第一控制阀26在收冰模式中处于第二位置)并且流入水冷却热交换器30中。流过水冷却热交换器30的低温工作流体从冷水容器58中的水中吸收热，从而对冷水容器58中的水进行预冷却以用于系统10随后在制冰模式下操作的情况。冷水容器58中的水在收冰模式期间的这种预冷却减少了在制冰模式中使水冷冻所需的时间量和能量。工作流体可以从水冷却热交换器30流过第二控制阀32(第二控制阀32在收冰模式中处于第二位置)，并且经由吸入导管34流回到压缩机18。
在收冰模式中，当工作流体回路12操作成对冷水容器58中的水进行预冷却时，加温流体泵94操作成将加温流体泵送通过加温流体回路16，使得来自加温流体容器38的加温流体流过加温通道84。热从加温通道84中的加温流体传递到格栅板70。控制模块53将继续在收冰模式下操作系统10，直到已经融化了栅格板70中的足够的冰从而允许凹穴72中的冰块从冰模54中落下并落入冰收集箱中为止。当冰块从冰模54中落下并落入收集箱中时，控制模块53可以(例如，基于来自检测在冰模中存在或不存在冰的传感器的数据)确定可以将系统10关闭或者在需要更多冰块的情况下将系统10切换回制冰模式。
在收冰模式中使用来自加温流体回路16的加温流体使冰融化(如在本公开的系统10中进行的那样)可以比现有技术的制冰机所采用的方法更节能并且更有效。典型的现有技术的制冰机包括一个或更多个阀，所述一个或更多个阀在收获模式下使从压缩机排出的热的工作流体改变方向，使得热的工作流体流过用于在制冰模式中冷却冰的同一热交换器以使冰融化。也就是说，典型的现有技术的制冰机将热直接从热的排出气体(例如，来自蒸汽压缩回路的热的气体)传递到冰模从而在收获模式下使冰融化。相比之下，本公开的系统10将热从加温流体回路16中的加温流体传递到冰模54从而使冰融化。在本公开的系统10中，加温流体容器38中的加温流体在制冰模式和收冰模式两者中被连续地加热。以此方式，在本公开的系统10中，在制冰模式下通过工作流体的压缩产生的热根本没有被浪费。而是在制冰模式期间产生的热能被用来对加温流体容器38中的加温流体进行加热以用于在收冰模式期间使用。
此外，使用加温流体回路16中的加温流体可以比上文描述的现有技术的方法高效，因为在收获周期期间的排出温度(即，从压缩机排出的工作流体的温度)通常低于制冰周期中的排出温度，这是因为在收获模式下系统的负载通常更低。
尽管压缩机18可以是涡旋式压缩机、往复式压缩机、旋转式压缩机或任何其他类型的压缩机，但是在本公开的系统10中使用涡旋式压缩机可以是特别有益的。涡旋式压缩机通常比其他类型的压缩机比如往复式压缩机高效。然而，涡旋式压缩机通常具有比其他类型的压缩机低的排出温度，这可能使在收获周期中使用排出气体以使冰融化的现有技术的制冰机的效率降低。另一方面，本公开的系统10在收获模式下使用加温流体来使冰融化，并且系统10在制冰模式和收获模式两者中连续地对该加温流体进行加热。因此，涡旋式压缩机的低的排出温度在系统10中可能不会那么有害。
系统10相对于现有技术的制冰机的额外的优点是，系统10中的工作流体回路12在收获模式下不转变方向。也就是说，与系统10不同，现有技术的制冰机在收获模式中将一个或更多个阀致动成允许来自压缩机的工作流体绕过冷凝器和膨胀装置，使得来自压缩机的热的排出气体流过蒸发器。每当这种现有技术的制冰机在制冰模式与收获模式之间转换时，压缩机在瞬态下操作，这降低了压缩机的效率。相比之下，在上文描述且在附图中示出的工作流体回路12的特定示例中，工作流体流的方向在制冰模式和收获模式两者下是相同的(即，从压缩机18排出的工作流体在制冰模式和收获模式两者下采用相同的路径到达膨胀装置)。因此，即使当系统10在制冰模式与收获模式之间切换时，系统10的压缩机18也可以在基本连续的稳态条件下操作。
在本申请中，包括以下定义，术语“模块”或术语“控制模块”可以用术语“电路”替代。术语“模块”可以是指以下各者、作为以下各者中的一部分或包括以下各者：专用集成电路(ASIC)；数字、模拟或混合的模拟/数字离散电路；数字、模拟或混合的模拟/数字集成电路；组合逻辑电路；现场可编程门阵列(FPGA)；执行代码的处理器电路(共享的、专用的或组)；存储由处理器电路执行的代码的存储器电路(共享的、专用的或组)；提供所描述的功能的其他合适的硬件部件；或者上述各项中的某些或全部项的、比如在片上系统中的组合。
模块可以包括一个或更多个接口电路。在某些示例中，接口电路可以包括连接到局域网(LAN)、因特网、广域网(WAN)或其组合的有线或无线接口。本公开的任何给定模块的功能可以分布在经由接口电路连接的多个模块之间。例如，多个模块可以允许负载平衡。在另一示例中，服务器(也称为远程或云)模块可以代表客户端模块完成某些功能。
如上文使用的术语代码可以包括软件、固件和/或微代码，并且可以是指程序、例程、函数、类、数据结构和/或对象。术语共享处理器电路涵盖执行来自多个模块的某些或全部代码的单个处理器电路。术语组处理器电路涵盖与附加处理器电路组合地执行来自一个或更多个模块的某些或全部代码的处理器电路。对多个处理器电路的引用涵盖离散芯片上的多个处理器电路、单个芯片上的多个处理器电路、单个处理器电路的多个内核、单个处理器电路的多个线程或以上各者的组合。术语共享存储器电路涵盖存储来自多个模块的某些或全部代码的单个存储器电路。术语组存储器电路涵盖与附加存储器组合地存储来自一个或更多个模块的某些或全部代码的存储器电路。
术语存储器电路是术语计算机可读介质的子集。如本文中所使用的术语计算机可读介质不涵盖通过介质(比如在载波上)传播的瞬时电信号或电磁信号；因此，术语计算机可读介质可以被认为是有形的和非暂时性的。非暂时性的、有形的计算机可读介质的非限制性示例是非易失性存储器电路(比如闪存存储器电路、可擦除可编程只读存储器电路或掩码只读存储器电路)、易失性存储器电路(比如静态随机存取存储器电路或动态随机存取存储器电路)、磁存储介质(比如模拟或数字磁带或硬盘驱动器)和光存储介质(比如CD、DVD或蓝光光盘)。
在本申请中，被描述为具有特定属性或执行特定操作的设备元件具体构造成具有那些特定属性并执行那些特定操作。具体地，对用以执行动作的元件的描述意味着该元件构造成执行该动作。元件的构型可以包括对该元件进行编程，比如通过在与该元件相关联的非暂时性的、有形的计算机可读介质上编码指令对该元件进行编程。
本申请中描述的设备和方法可以部分地或全部地由专用计算机来实现，专用计算机通过将通用计算机配置成执行以计算机程序体现的一个或更多个特定功能来形成。上文的附图和描述用做软件规范，该软件规范可以通过有经验的技术人员或程序员的常规工作而被转化成计算机程序。
计算机程序包括存储在至少一个非暂时性的、有形的计算机可读介质上的处理器可执行指令。计算机程序也可以包括或依赖于存储的数据。计算机程序可以涵盖与专用计算机的硬件交互的基本输入/输出系统(BIOS)、与专用计算机的特定设备交互的设备驱动器、一个或更多个操作系统、用户应用程序、后台服务、后台应用程序等。
计算机程序可以包括：(i)要解析的描述性文本，比如HTML(超文本标记语言)、XML(可扩展标记语言)或JSON(JavaScript对象表示法)，(ii)汇编代码，(iii)由编译器从源代码生成的目标代码，(iv)由解释器执行的源代码，(v)由即时编译器编译和执行的源代码，等。仅作为示例，源代码可以使用根据包括下述语言的语法来编写：C、C++、C#、Objective-C、Swift、Haskell、Go、SQL、R、Lisp、
Figure BDA0002692796910000141
Fortran、Perl、Pascal、Curl、OCaml、
Figure BDA0002692796910000142
HTML5(超文本标记语言第五修订版)、Ada、ASP(活动服务器页)、PHP(PHP：超文本预处理器)、Scala、Eiffel、Smalltalk、Erlang、Ruby、
Figure BDA0002692796910000143
Visual
Figure BDA0002692796910000144
Lua、MATLAB、SIMULINK和
Figure BDA0002692796910000145
权利要求中列举的所有元件都不旨在成为35U.S.C.§112(f)意义上的装置加功能元件，除非使用短语“用于……的装置”或者在使用短语“用于……的操作”或“用于……的步骤”的方法权利要求的情况下明确地列举一个元件。
为了说明和描述的目的，已经提供了实施方式的前述描述。该前述描述并非旨在穷举或限制本公开。特定实施方式的各个元件或特征通常不限于该特定实施方式，而是，即使未具体示出或描述，特定实施方式的各个元件或特征在适用的情况下也可以互换并且也可以在所选实施方式中使用。特定实施方式的各个元件或特征也可以以多种方式变化。这些变型不应被认为是背离本公开，并且所有这些改型均旨在被包括在本公开的范围内。

Claims (26)

1.一种能够在制冰模式和收冰模式下操作的系统，所述系统包括：
工作流体回路，工作流体流过所述工作流体回路，所述工作流体回路包括压缩机、膨胀装置和制冰热交换器，其中，所述膨胀装置布置在所述压缩机的下游，其中，所述制冰热交换器沿着所述工作流体回路布置在所述膨胀装置与所述压缩机之间；
冰模，所述冰模构造成当所述系统在所述制冰模式下操作时从供水导管接收水，其中，所述冰模与所述制冰热交换器成热传递关系；以及
加温流体回路，所述加温流体回路包括加温流体容器、加温流体供应导管和加温流体返回导管，
其中，所述冰模限定有通道，所述通道构造成当所述系统在所述收冰模式下操作时从所述加温流体供应导管接收加温流体，其中，来自所述加温流体供应导管的所述加温流体相比于来自所述供水导管的所述水具有更高的温度，并且其中，所述加温流体与循环通过所述工作流体回路的所述工作流体流体隔离，
其中，所述加温流体供应导管流体联接至所述加温流体容器和由所述冰模限定的所述通道使得：(i)所述加温流体容器将所述加温流体供应至所述加温流体供应导管，以及(ii)所述加温流体供应导管将所述加温流体供应至所述通道，并且
其中，所述加温流体返回导管流体联接至所述加温流体容器和由所述冰模限定的所述通道使得：(i)所述加温流体返回导管从所述通道接收所述加温流体，以及(ii)所述加温流体返回导管将来自所述通道的所述加温流体提供至所述加温流体容器。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述工作流体回路包括与所述加温流体容器中的所述加温流体成热传递关系的流体加热热交换器，其中，所述流体加热热交换器与所述压缩机流体连通，使得从所述压缩机排出的工作流体在流动至所述膨胀装置之前被接收在所述流体加热热交换器中。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述流体加热热交换器布置在所述加温流体容器的内部。
4.根据权利要求2所述的系统，还包括：
泵，所述泵将所述加温流体从所述加温流体容器泵送通过所述加温流体供应导管、所述通道和所述加温流体返回导管；以及
控制模块，所述控制模块配置成在所述收冰模式下对所述泵进行操作并且在所述制冰模式下将所述泵关闭。
5.根据权利要求2所述的系统，其中，从所述压缩机排出的工作流体在所述收冰模式和所述制冰模式下被接收在所述流体加热热交换器中。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述工作流体回路包括热交换器，所述热交换器与所述加温流体容器间隔开，并且所述热交换器与所述流体加热热交换器和所述膨胀装置流体连通，使得所述热交换器从所述流体加热热交换器接收工作流体并将工作流体提供至所述膨胀装置。
7.根据权利要求1所述的系统，还包括与所述供水导管流体连通的冷水容器，其中，所述工作流体回路包括与所述冷水容器成热传递关系的水冷却热交换器，其中，所述水冷却热交换器与所述膨胀装置流体连通，使得来自所述膨胀装置的工作流体在流动至所述压缩机之前被接收在所述水冷却热交换器中。
8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述水冷却热交换器布置在所述冷水容器的内部。
9.根据权利要求7所述的系统，其中，所述工作流体回路包括与所述膨胀装置、所述制冰热交换器和所述水冷却热交换器流体连通的阀，并且其中，所述阀能够在第一位置与第二位置之间移动，在所述第一位置中，所述阀允许从所述膨胀装置至所述制冰热交换器的流体流动并限制从所述膨胀装置至所述水冷却热交换器的流体流动，在所述第二位置中，所述阀允许从所述膨胀装置至所述水冷却热交换器的流体流动并限制从所述膨胀装置至所述制冰热交换器的流体流动。
10.根据权利要求9所述的系统，其中，当所述系统处于所述制冰模式时，所述阀处于所述第一位置，并且其中，当所述系统处于所述收冰模式时，所述阀处于所述第二位置。
11.根据权利要求1所述的系统，其中，所述压缩机是涡旋式压缩机。
12.根据权利要求1所述的系统，其中，所述加温流体是水。
13.根据权利要求1所述的系统，其中，所述加温流体是具有添加剂的水，所述添加剂使所述加温流体的沸点提高至高于水的沸点的温度。
14.一种能够在制冰模式和收冰模式下操作的系统，所述系统包括：
工作流体回路，工作流体流过所述工作流体回路，所述工作流体回路包括压缩机、膨胀装置和制冰热交换器，其中，所述膨胀装置布置在所述压缩机的下游，其中，所述制冰热交换器沿着所述工作流体回路布置在所述膨胀装置与所述压缩机之间；
冰模，所述冰模构造成当所述系统在所述制冰模式下操作时从供水导管接收水，其中，所述冰模与所述制冰热交换器成热传递关系；以及
冷水容器，所述冷水容器与所述供水导管流体连通，所述工作流体回路包括与所述冷水容器成热传递关系的水冷却热交换器，
其中，所述水冷却热交换器与所述膨胀装置流体连通，使得来自所述膨胀装置的工作流体在流动至所述压缩机之前被接收在所述水冷却热交换器中，
其中，所述工作流体回路包括与所述膨胀装置、所述制冰热交换器和所述水冷却热交换器流体连通的阀，并且
其中，所述阀能够在第一位置与第二位置之间移动，在所述第一位置中，所述阀允许从所述膨胀装置至所述制冰热交换器的流体流动并限制从所述膨胀装置至所述水冷却热交换器的流体流动，在所述第二位置中，所述阀允许从所述膨胀装置至所述水冷却热交换器的流体流动并限制从所述膨胀装置至所述制冰热交换器的流体流动。
15.根据权利要求14所述的系统，其中，所述冰模限定有通道，所述通道构造成当所述系统在所述收冰模式下操作时从加温流体供应导管接收加温流体，其中，来自所述加温流体供应导管的所述加温流体相比于来自所述供水导管的所述水具有更高的温度，并且其中，所述加温流体与循环通过所述工作流体回路的所述工作流体流体隔离。
16.根据权利要求15所述的系统，其中，所述加温流体是水。
17.根据权利要求15所述的系统，其中，所述加温流体是具有添加剂的水，所述添加剂使所述加温流体的沸点提高至高于水的沸点的温度。
18.根据权利要求15所述的系统，还包括：
加温流体容器，所述加温流体容器与所述加温流体供应导管流体连通；以及
加温流体返回导管，所述加温流体返回导管与所述通道和所述加温流体容器流体连通。
19.根据权利要求18所述的系统，其中，所述工作流体回路包括与所述加温流体容器中的所述加温流体成热传递关系的流体加热热交换器，其中，所述流体加热热交换器与所述压缩机流体连通，使得从所述压缩机排出的工作流体在流动至所述膨胀装置之前被接收在所述流体加热热交换器中。
20.根据权利要求19所述的系统，其中，所述流体加热热交换器布置在所述加温流体容器的内部。
21.根据权利要求19所述的系统，其中，从所述压缩机排出的工作流体在所述收冰模式和所述制冰模式下被接收在所述流体加热热交换器中。
22.根据权利要求21所述的系统，其中，所述工作流体回路包括热交换器，所述热交换器与所述加温流体容器间隔开并且所述热交换器与所述流体加热热交换器和所述膨胀装置流体连通，使得所述热交换器从所述流体加热热交换器接收工作流体并将工作流体提供至所述膨胀装置。
23.根据权利要求19所述的系统，还包括：
加温流体泵，所述加温流体泵将所述加温流体从所述加温流体容器泵送通过所述加温流体供应导管、所述通道和所述加温流体返回导管；以及
控制模块，所述控制模块配置成在所述收冰模式下对所述加温流体泵进行操作并且在所述制冰模式下将所述加温流体泵关闭。
24.根据权利要求14所述的系统，其中，当所述系统处于所述制冰模式时，所述阀处于所述第一位置，并且其中，当所述系统处于所述收冰模式时，所述阀处于所述第二位置。
25.根据权利要求14所述的系统，其中，所述水冷却热交换器布置在所述冷水容器的内部。
26.根据权利要求14所述的系统，其中，所述压缩机是涡旋式压缩机。
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