专利名称：一种新型制冰方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明属于一种用电能将水制成冰的方法和装置，具体是一种将常温自来水或纯净水降 温后生产成雪花状冰晶的方法和装置，该冰不含任何添加物，可用于食品降温保鲜和其它用 冰行业。
背景技术：
随着人们生活水平的提高和节能环保意识的增强，人们对冰和制冰机要求也越来越高。 如对海产品、鱼虫下、蔬菜的保鲜和需要快速降温的工艺，现有制冰技术已不能满足多样化用 冰需求。目前主流冰生产设备所生产的冰都是片状冰、块状冰或冰砖，正由于所生产的冰是 固体块状，具有与保鲜物接触面积小、保鲜温度不够低、容易损伤保鲜物问题。在需要快速 降温的场所还存在因冰表面积小、降温慢、融化困难等问题，以至于还需要配备专用的碎冰 机或刨冰机来解决问题。
现有制冰技术和设备结构原因所需的制冰能耗成本还较高，由于追求设备低成本性使得 设备能耗较高，但随着一次能源短缺和能源成本的上升，设备耗能成本在整体成本中比重也 越来越大，用户迫切需要一种制冰效率高节能环保的新型制冰装置。
如目前超市普遍采用的括削式片冰机，其制冰机结构原理是在不锈钢圆桶外缠绕螺旋管 蒸发器，螺旋管蒸发器中冷媒蒸发吸收热量降低不锈钢圆桶内外壁温度到-18'C左右，水通过 布水器洒到不锈钢圆桶内壁由上至下凝固成冰，当冰生长到约3咖左右厚度时由螺杆状冰刀 括下掉进下面的储冰槽。通常不锈钢圆桶内表面低于-5TC水洒到上面就会结冰，但为了让结 冰速度较快，就需要拉大水与冰桶表面的温度，当水洒到表面就立即成冰，再加上冰层热阻 问题(冰层越厚导热率越小)，但就需要降低的冷媒蒸发温度，所以现有技术的制冰方式冷媒 蒸发温度普遍都在-16'C以下。
造成目前制冰能耗成本相对较高的原因主要为冷媒蒸发温度过低造成压縮机用电效率 下降所至。众所周知冷媒蒸发温度越低制压縮机用电效率也就越低。冷媒蒸发温度每下降1 °0压縮机制冷效率将下降2.8% 3%，如果提高蒸发温度到-6'C左右，那么压缩机在消耗同样 电量的情况下将提高制冷量30%左右，也就是说生产相同冰量可以节省30%左右的电费。
发明内容
本发明目的就是为了针对上述问题，解决现有制冰技术中存在的能源消耗较高、制 冰效率低、冰块坚硬的一些问题，提出一种新型制冰方法及装置。
通常情况下水温度低于凝固点o'c就会凝固或结晶，但如果水中缺少凝结核或其它 原因，在o'c以下依然还可以保持着液态而不凝固或不结晶，这种现像称为水的过冷态。
过冷态水是不稳定的，只要投入少许水的晶体或扰动，便能诱发结晶成冰，并使过冷态
水的温度回升到凝固点ot:。
一种新型制冰方法及装置就是利用水过冷态的物理特性来制冰，水降温方法是采用 目前换热效率最高种类的板式换热器进行降温，又进一步采用板式换热器中最高换热效 率形式的"液液热交换"。在制冰过程中，储冰槽内oc上下的水经泵送入板式换热器
水侧，被板式换热器载冷侧-3"C左右的载冷剂降至0"C以下(约-2'C左右)过冷态水。 载冷剂再被蒸发器冷媒蒸发吸热降温至-3'C左右。降温后-2'C左右过冷态水泵送入冰晶
成生器，生成冰晶与水的混合物由管道送入储冰槽，未结晶成冰的水再进入下一循环降 温后生成冰晶。
已知过冷态水属于亚稳状态，因扰动或其它原因极易诱发结晶或凝固，那么此种方
法制冰的难点在于如何控制降温后-2TC左右过冷态水不在板式换热器降温过程中和输 送至冰晶成生器过程中诱发结晶或凝固，而只在冰晶成生器内诱发结晶成冰，如果出现 在板式换热器降温过程中结晶成冰和输送过程中结晶成冰，又如何消除这种不良影响。
一种新型制冰装置由压縮机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器、板式换热器、冰晶生成器、冰 水分离器、储冰槽、水泵、载冷泵、解冰系统、控制系统等组成，其特征在于所述储冰槽、 水泵、冰水分离器、板式换热器、冰晶发生器、依次用配管相联组成开式水循环系统；所述 蒸发器、载冷泵、板式换热器依次相联组成闭式载冷剂循环系统；所述压縮机、冷凝器、膨 胀阀、蒸发器串联组成闭式制冷系统。
所述储冰槽内设有可活动的一级滤网， 一级滤网下设有浮子补水开关以及二级滤网，二 级滤网出口与储冰槽水出口相联，二极滤网主要作用上防止制冰时循环水流吸出冰晶， 一级 滤作用是用于滤出一级滤网上的多余水份留下冰晶，在制取冰浆时可以将一级滤网取出。
所述水泵进口与储冰槽出口用配管相联，中间还串联有三通，三通另外分路与电动两通 调节阀相联并联接到储冰槽浮子补水开关进水口；水泵出口与所述冰水分离器进口用配管相 联，冰水分离器出口与板式换热器水侧进口用配管相联。冰水分离器出口与板式换热器水侧 进口配管上还设有温度传感器，主要用于测量板式换热器水侧进口温度并通过控制系统控制两通电动调节阀的开度。
所述水泵可以是不锈钢材质的泵体或其它不污染水的塑料材质泵体。
所述冰晶生成器进口与板式换热器水侧出口用配管相联，配管上设有温度传感器，出口 用配管与储冰槽相联；冰晶生成器上还设有冰晶诱发装置，主功能是在过冷态水中产生冰核 源，冰晶诱发装置的开启与关闭受冰晶生成器进口水温所控制。
在制冰过程中由于外界不确定原因，造成水在降温或输送过程中结晶成冰堵塞水路，那 么就需要解除这种不利于连续制冰的现像，所以本发明设有解冰系统，解冰主要原理为用高 于l(TC低于8CTC的载冷剂加热板式换热器，高于IO'C低于8(TC的载冷剂可以是用压縮机的 冷凝热或制冷系统换向制热获得。
本发明生产干燥冰晶流程为第一次开时储冰槽补水口与自来水配接好，浮子补水开自 动控制好储冰槽内水位，打开压缩机、载冷泵、水泵，待储冰槽内水温降至2"C时控制系统 启动制冰程序，制冰程序启动及对电动两通调节阀调节，跟据板式换热器进口当前温度PID 控制电动两通调节阀开度调整自来水流量来匹配设定温度。此时制冰程序也对板式换热器出 口温度监测并决定冰晶发生器上半导体制冷片的工作与否，当监测到板式换热器出口温度低 于0'C,则启动半导体制冷片产生局部低温形成冰核，使过冷态水连续生成冰晶输送至储冰 槽。冰水混合物输送至储冰槽后，由于一级过滤网的作用冰晶留在一级滤网的上面，水掉下 进入下一循环。
有益效果
本发明较传统制冰方式机械运动部件少、压縮机制冷蒸发温度高(-5'C)较传统制冰机 制冰效率高、用电省。生产出的冰可以当冰水混合物"冰浆"或滤水后的"干冰"使用。本 发明主要用于加工厂、运输业、超市，对疏菜、水果、肉类、鱼奸的冷藏降温，所生成冰为 冰晶状，具有冰粒小、不损伤保鲜物、降温快、接触表面积大、保鲜温度低、不具有损伤性 等优点。
图1本发明实施例1 图2本发明实施例具体实施例方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述(但不仅限于此两种实施例) 实施例1:
如图1所示，该实施例为冷凝热解冰方案新型制冰装置案例， 一种新型制冰方法及装置 按管路分为三大系统水路系统、载冷系统、制冷系统。以下分别对各系统做详细描述。
水路系统主要由储冰槽41、水泵48、冰水分离器49、板式热交换器31、冰晶生成器54 依次首尾用配管串联组成水循环系统。储冰槽41内设有一级滤网42，主要用于滤除冰晶中 包含水份。储冰槽41底部还设有水出口，出水口前端联接至二级过滤43防止冰晶被水流吸 出。储冰槽41还设有补水口，补水口两端分别联接有补水配管和浮子补水开关44，当水位 低于设定值自动补水。储冰槽41出水口与水泵48进口串联有单向阀46防止水泵停机后水倒 流，水泵48进口端通过电动两通调节阀47和单向阀45联接至储冰槽41补水配管，此路自 来水流量受板式换热器31进口温度传感器50测量温度控制。板式换热器31与冰晶生成器 54之间设置的温度传感器51主要测量与控制冰晶生成器54上冰晶诱发器装置53的工作与 否，当水温降至0'C以下便打开诱发器装置53工作，当温度传感器55测量到由负转温度到 温度到O'C,表示诱发冰晶成功及关闭诱发器装置53，有关温度数据输入及执行控制都是由 控制系统运算处理后完成，控制系统可以采用单片机或PLC等。
载冷系统担负着两种不同的功能， 一、传递水中热量到制冷系统，水路系统中水的热量 以载冷剂为载体从板式换热器31经载冷泵32和电磁阀33至蒸发器15完成。二、解除因意 外情况使过冷态水在板式换热器31中凝固或结晶情况，本实施例是用压縮机冷凝热加热备用 载冷剂罐17中载冷剂来融化板式换热器31中凝固或结晶冰的方式来消除这种不利情况，此 过程为当温度传感器51发现这种不利情况发生时，控制系统及关闭压縮机16和电磁阀33并 打开电磁阀34，备用载冷剂罐17中热载冷剂被泵送至板式换热器31与结晶冰热交换后经载 冷泵32和电磁阀34再回到备用载冷剂罐17，如此循环至结晶冰全部融化后停止。
制冷系统如图1所示，本实施例采用常规冷冻制冷系统，由压縮机16冷凝器19储液罐 11过滤器12视液镜13热力膨胀阀14蒸发器15串联构成，压縮机16与冷凝器19之间串接 有备用载冷剂罐17加热盘管。
实施例2
如图2所示，该实施例与实施例1不同之处在于载冷系统和制冷系统，还是按三大系统 水路系统、载冷系统、制冷系统做详细描述。
水路系统主要由储冰槽41、水泵48、冰水分离器49、板式热交换器31、冰晶生成器54依次首尾用配管串联组成水循环系统。储冰槽41内设有一级滤网42，主要用于滤除冰晶中 包含水份。储冰槽41底部还设有水出口，出水口前端联接至二级过滤43防止冰晶被水流吸 出。储冰槽41还设有补水口，补水口两端分别联接有补水配管和浮子补水开关44，当水位 低于设定值自动补水。储冰槽41出水口与水泵48进口串联有单向阀46防止水泵停机后水倒 流，水泵48进口端通过电动两通调节阀47和单向阀45联接至储冰槽41补水配管，此路自 来水流量受板式换热器31进口温度传感器50测量温度控制。板式换热器31与冰晶生成器 54之间设置的温度传感器51主要测量与控制冰晶生成器54上冰晶诱发器装置53的工作与 否，当水温降至0""C以下便打开诱发器装置53工作，当温度传感器55测量到由负转温度到 温度到0'C，表示诱发冰晶成功及关闭诱发器装置53，有关温度数据输入及执行控制都是由 控制系统运算处理后完成，控制系统可以采用单片机或PLC等。
载冷系统同样担负着两种不同的功能， 一、传递水中热量到制冷系统，水路系统中水的 热量以载冷剂为载体从板式换热器31经载冷泵32至蒸发器15完成。二、解除因意外情况使 过冷态水在板式换热器31中凝固或结晶情况，本实施例是用压缩机制热来融化板式换热器 31中凝固或结晶冰方式来消除这种不利情况，此过程为当温度传感器51发现这种不利情况 发生时，控制系统由制冷模式转为制热模式，加温后的载冷剂由载冷泵32送至板式换热器 31与结晶冰热交换并融化，待结晶冰全部融化后切换四通阀20转为制冷模式制冰。
制冷系统如图2所示，采用制冷制热双模式系统，两种不同模式由四通阀20换向完成， 实线箭头方向为制冷模式的冷媒流向，虚线箭头方向为制热模式的冷媒流向。制冷模式冷媒 经压縮机16、四通阀20、冷凝器19、单向阀22b、储液罐ll、过滤器12、视液镜13、热力 膨胀阀14、单向阀22a在蒸发器15中蒸发吸热后再经四通阀20、气液分离器21回到压缩机 16;制热模式冷媒经压缩机16、四通阀20、蒸发器15、单向阀22c、储液罐11、过滤器12、 视液镜13、热力膨胀阀14、单向阀22d在冷凝器19中蒸发吸热后再经四通阀20、气液分离 器21回到压缩机16。此实例制热模式也可以提供空气源热水泵，实用于需要热水的场合。
权利要求
1.一种新型制冰装置由由压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器、板式换热器、冰晶生成器、冰水分离器、储冰槽、水泵、载冷泵、解冰系统、控制系统等组成，其特征在于所述储冰槽、水泵、冰水分离器、板式换热器、冰晶发生器、依次用配管相联组成开式水循环系统；所述蒸发器、载冷泵、板式换热器依次相联组成闭式载冷剂循环系统；所述压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器串联组成闭式制冷系统。
2. 跟据权利要求1所述的一种新型制冰方法及装置，其特征在于所述储冰槽内设有可活 动的一级滤网， 一级滤网下设有浮子补水开关以及二级滤网，二级滤网出口与储冰槽水 出口相联，二极滤网主要作用上防止制冰时循环水流吸出冰晶， 一级滤作用是用于滤出 一级滤网上的多余水份留下冰晶，在制取冰桨时可以将一级滤网取出。
3. 跟据权利要求1所述的一种新型制冰方法及装置，其特征在于所述水泵进口与储冰槽 出口用配管相联，中间还串联有三通，三通另外分路与电动两通调节阀相联并联接到储 冰槽浮子补水开关进水口；水泵出口与所述冰水分离器进口用配管相联，冰水分离器出 口与板式换热器水侧进口用配管相联。冰水分离器出口与板式换热器水侧进口配管上还 设有温度传感器，主要用于测量板式换热器水侧进口温度并通过控制系统控制两通电动 调节阀的开度。
4. 跟据权利要求3所述的一种新型制冰方法及装置，其特征在于所述水泵可以是不锈钢 材质的泵体或其它不污染水的塑料材质泵体。
5. 跟据权利要求1所述的一种新型制冰方法及装置，其特征在于所述冰晶生成器进口与 板式换热器水侧出口用配管相联，配管上设有温度传感器，出口用配管与储冰槽相联； 冰晶生成器上还设有冰晶诱发装置，主功能是在过冷态水中产生冰核源，冰晶诱发装置 的开启与关闭受冰晶生成器进口水温所控制。
6. 跟据权利要求1所述的一种新型制冰方法及装置，其特征在于设有解冰系统，解冰方式为用高于l(TC低于8(TC的载冷剂加热板式换热器，高于KTC低于8(TC的载冷剂可以 是用压縮机的冷凝热或制冷系统换向制热获得。
全文摘要
本发明属于一种将水制成冰晶的方法及装置，具体是一种将常温自来水或纯净水生产成雪花状冰晶的方法及装置，该装置包括制冷系统、载冷系统、水路系统、控制系统等，较传统制冰机制冰效率高、用电省、冰粒小的特点，生产出的冰可以是冰水混合物“冰浆”或滤水后的“干冰”，本发明主要用于加工厂、运输业、超市，对疏菜、水果、肉类、鱼虾的冷藏降温，具有接触表面积大、降温快、保鲜温度低、不具有损伤性等优点。
文档编号F28F17/00GK101603752SQ20091010860
公开日2009年12月16日 申请日期2009年7月3日 优先权日2009年7月3日
发明者岩 刘, 刚 敬, 涛 杨, 汪健斌, 王仕华, 谢一鹏 申请人:深圳力合节能技术有限公司;深圳清华大学研究院;深圳力合孵化器发展有限公司