專利名稱：具有輔助收存系統(tǒng)的制冰機(jī)的制作方法
相關(guān)的在先提出的申請本申請根據(jù)35U.S.C.§119(e)要求系列號為No.60/318,791美國臨時專利申請的申請目的利益，它在2001年9月12日申請，并在此作為參考。
主要有幾種類型的自動制冰機(jī)。在這些機(jī)器中所生產(chǎn)冰塊的主要形狀有立方體形和薄片形。由于立方體冰塊通常只引起非常少的飲料泡沫，所以優(yōu)選立方體冰塊用于冷卻置于杯中的碳酸飲料。
立方體冰塊制造機(jī)中具有多種類型。在被稱為板式制冰機(jī)中，一些形成單個的立方體冰塊，而另一些具有可冷凍單個立方體冰塊的制冰槽的架子。當(dāng)立方體冰塊被收存時，冰塊會開始融化。正如水凍結(jié)成冰時水會膨脹，因此冰塊和水會隨著冰塊的融化而收縮。這就在槽中產(chǎn)生了真空。另外，由于冰塊要滑出槽中，水中的表面張力控制著立方體冰塊和架子側(cè)壁之間的水。這就增加了真空度，而且該真空必須在立方體冰塊滑出槽之前被破壞。優(yōu)選地，冰被允許凍結(jié)在單個立方體冰塊之間的橋架的邊緣上。當(dāng)收存立方體冰塊的時侯，一旦克服了真空度，冰橋就使立方體冰塊保持為一體，并使立方體冰塊以一塊平板的形式全部地取出，這樣有助于達(dá)到徹底的收存。
冰橋的厚度可以通過調(diào)節(jié)冰厚傳感器來控制。通常從收存的角度來看較厚的冰橋是可取的，這使得所有的立方體冰塊整塊地釋放出來。此外已發(fā)現(xiàn)較厚的冰橋可以在更短的時間內(nèi)收存冰塊。另一方面，當(dāng)冰塊落入箱中時，較厚的冰橋可以防止單個立方體冰破碎分離。在冰塊被添加到杯中之前，大塊的冰塊必須用鏟子來分開。同時，由于冰具有隔離作用，冰橋變得越厚，要形成下一個遞增的冰層就需要更長的時間。就制冰機(jī)的綜合生產(chǎn)率而言，這抵消了由較厚的冰橋所帶來的更短收存時間的好處。
許多立方體冰塊制造機(jī)使用“熱氣體解凍系統(tǒng)”來加熱制冰模具以收存冰。在這些制冰機(jī)中，來自壓縮機(jī)的熱冷凍劑蒸氣通過一在通常的制冷系統(tǒng)中旁通于冷凝器和膨脹裝置的熱氣體閥行進(jìn)。熱冷凍劑被直接供給了蒸發(fā)器。在收存循環(huán)中，蒸發(fā)器實際上作為一個冷凝器來運轉(zhuǎn)。冷凍劑冷卻并冷凝下來，冷凍劑的相變潛熱被用來使蒸發(fā)器解凍和加熱制冰模具。這個系統(tǒng)除了一些缺點外是非?？煽康摹＿@些缺點為第一，已經(jīng)冷凝了的冷凍劑可能會回流到壓縮機(jī)中。如果過量的冷凍劑被冷凝并以液態(tài)回流，壓縮機(jī)就會受到損害。此外，施加在蒸發(fā)器上的熱量會使先前已經(jīng)結(jié)凍的冰融化，這對于該循環(huán)來說降低了制冰量。此外，用來提高制冰模具溫度的熱量必須在下一個冷凍循環(huán)中移除。從而熱氣體解凍循環(huán)對于制冰機(jī)的能量效率具有消極的影響，其中能量效率用每生產(chǎn)一磅冰所用的電力千瓦時(kwh)來衡量。
在許多制冷系統(tǒng)中，例如家用空調(diào)，能量效率可以通過減小壓縮機(jī)的尺寸和使用低的水頭壓力以及使用較大的蒸發(fā)器來提高。但是，在用熱氣體解凍的制冰機(jī)中，由于較小的壓縮機(jī)和較大的蒸發(fā)器需要更長的解凍循環(huán)，因此這種方法只能有限地提高效率。從而制冰機(jī)將花費大部分時間在收存模式。在給定的時間段中所生產(chǎn)的冰的量會減少。因此，在制冰機(jī)運行過程中即使只需要很少的能量來運行制冰機(jī)，但是冰的產(chǎn)量卻非常低。
美國專利No.4341087和No.4366679公開了一種帶有一機(jī)械裝置以幫助收存的制冰機(jī)。收存柱塞由一電動機(jī)驅(qū)動，通過蒸發(fā)器板的后端面推進(jìn)一塊在制冰模具中的立方體冰塊。理論上該柱塞這樣動作可在一較短的收存時間內(nèi)將整個冰板從制冰模具中推出。較短的收存時間導(dǎo)致了較大的理論效率。但是，實際上，商用的帶有這種機(jī)械收存輔助裝置的制冰機(jī)存在許多可靠性問題。有時只有被收存柱塞推進(jìn)的立方體冰塊和幾個周圍的冰塊被推出。由于剩余的冰塊未被推出，制冰機(jī)就回到了制冷循環(huán)而沒有收存所有的冰塊。
另一種商用制冰機(jī)在收存循環(huán)中使用水來沖洗形成于單槽中的立方體冰的前表面。雖然這加速了收存循環(huán)，它同時也產(chǎn)生了“濕冰”。當(dāng)濕冰置于冰貯藏倉中時立方體冰塊會傾向于凍結(jié)在一起。
另一種商用制冰機(jī)在制冰模具的后端面使用水來幫助快速解凍和收存冰。但是，這種方法有其自身的缺陷。用來解凍的水被用作下一批冰的補(bǔ)給水，而制冰模具的后端面很不容易達(dá)到或很不容易清潔。因此從衛(wèi)生的角度來看，使用流過制冰模具后端面的水來制造即將用于消費的冰是一個非常值得質(zhì)疑的操作。
美國專利No.4489567公開了一種同時使用機(jī)械式推動器來幫助收存冰的制冰機(jī)?？墒?，該推動器是由彈簧驅(qū)動的。一具有水壓的隔膜在制冷循環(huán)中抑制著彈簧和柱塞返回。這種設(shè)計從未在商業(yè)上應(yīng)用，部分原因是其具有在美國專利No.4341087中具有電機(jī)驅(qū)動的推動器所遇到的相同的可靠性問題。
美國專利No.4843827公開了一種用于制造冰塊的裝置，其在收存過程中通過振動制冰模具來幫助取出冰塊。制冰模具在每一個制冰槽的后端面開有通氣口。該專利繼續(xù)說明通過這些通氣口將正壓力引入，卻沒有示出用于正壓的壓力源，只建議采用一種簡單的膜式壓縮機(jī)。就申請人所知，還沒有按照該專利的教導(dǎo)來制造的商用設(shè)備。更進(jìn)一步地，似乎這種制冰模具的設(shè)計僅僅適用于單個的冰塊，而不是冰板。此外，這些空氣口都連接在一起。這樣，一旦有一個冰塊被推出，在整個系統(tǒng)的空氣壓力將通過這個沒有冰塊堵塞的通氣口解除，并且不會有壓力增大來幫助推出其它的冰塊。
如果利用一種可靠的方法來提高制冰機(jī)的能量效率，這是非常有益的。一種可以縮短收存循環(huán)持續(xù)時間而不遇到衛(wèi)生、可靠性、濕冰或商業(yè)上不實用性問題的方法也是非常有益的。
在第一方面，本發(fā)明提供一種制冰機(jī)，包含有制冷系統(tǒng)，該制冷系統(tǒng)包括壓縮機(jī)，冷凝器，膨脹裝置，帶有蛇形的冷凍劑通道的蒸發(fā)器和其相互連接的管道；一水系統(tǒng)包括有泵，及具有后表面和前端開口面的制冰模具，其用于形成一冰板，蒸發(fā)器的蛇形通道與制冰模具的后端面熱接觸；以及包括其相互連接的管道；一收存輔助系統(tǒng)包括至少一個通過制冰模具的后表面的孔和一個與至少一個孔相連接的加壓的流體、液體或氣體源。
在第二方面，本發(fā)明提供一種制造和收存冰塊的方法，其包括冷凍制冰模具中的水，該模具具有一后表面、前端開口面以及多個安裝于用于單個冰塊成型的成型槽后端面上的分隔板，水也會在成型于槽中的冰塊之間形成冰橋，這樣就形成了一個冰板；加熱制冰模具以從單個的冰槽中釋放出冰塊；使用加壓流體來破壞真空并開始將冷凍的冰塊板推出制冰模具。
在第三方面，本發(fā)明提供一種提高制冰機(jī)的能量效率的方法，該制冰機(jī)可在制冰模具中把單個的立方體冰塊用冰塊之間的冰橋而構(gòu)成一冰板，改進(jìn)措施包括在冰板和制冰模具之間引入加壓空氣同時加熱制冰模具以幫助釋放立方體冰塊。
優(yōu)選地制冰機(jī)利用被引入到關(guān)鍵位置處的在冰板后面的加壓空氣，用以極大地縮短收存循環(huán)時間。由于收存時間縮短了，較少的熱量會回到制冰模具中。這樣，不但壓縮機(jī)運行時間的大部分被用來使冰冷凍，而且需要在收存循環(huán)的結(jié)束時由制冷系統(tǒng)移除而冷卻制冰模具回到制冷溫度的熱量減少了。該系統(tǒng)也證明是非?？煽康模鶆蚴┘拥淖饔昧Ψ乐沽艘粋€冰塊突然脫離冰板而留下其余冰塊的情況。想不到的是，據(jù)發(fā)現(xiàn)最有效率的收存時間是冰橋相當(dāng)薄的時候。這使得當(dāng)冰塊落入冰倉中時，很容易相互分離，并在高能量效率的同時給予了顧客較為理想的單個冰塊。
本發(fā)明也可用于使用了其它類型的解凍系統(tǒng)的制冰機(jī)。美國專利No.6196007在此作為參考，它公開了一種使用冷制冷劑蒸氣來對蒸發(fā)器解凍和收存冰塊的立方體冰塊制造機(jī)。本發(fā)明能夠?qū)τ谶@種冷蒸氣解凍系統(tǒng)提高收存時間。從本專利可以看出，不需要將所有制冰機(jī)的零部件都置于同一個機(jī)殼內(nèi)。
附圖2是附

圖1中的制冰機(jī)中制冷系統(tǒng)的示意圖。
附圖3是附圖1中的制冰機(jī)中水系統(tǒng)的示意圖。
附圖4是用于附圖1中的制冰機(jī)的蒸發(fā)器組件的后透視圖。
附圖5是附圖4中蒸發(fā)器組件的頂部的前正視圖。
附圖6是附圖4中蒸發(fā)器組件沿6-6線的橫截面視圖。
附圖7是附圖4中蒸發(fā)器組件一部分的分解的后部透視圖。
附圖8是附圖1中的制冰機(jī)收存輔助系統(tǒng)的示意圖。
附圖9是可以用于附圖1中制冰機(jī)的可替代的收存輔助系統(tǒng)的示意圖。
附圖10是除了空氣管連接器和噴嘴組件的替代實施例外而與附圖6相似的的橫截面視圖。
附圖11是用于附圖10的實施例中的空氣管連接器和噴嘴組件的分解圖。
附圖12是可以用于附圖1中制冰機(jī)的第二可替代的收存輔助系統(tǒng)的示意圖。
附圖13是可以用于附圖1中制冰機(jī)的第三可替代的收存輔助系統(tǒng)的示意圖。
附圖詳述和發(fā)明的優(yōu)選實施例本發(fā)明優(yōu)選的制冰機(jī)與由Manitowoc Wisconsin的Manitowoc Lce公司出售的型號為QY-1004A的制冰機(jī)非常相似。制冰機(jī)的許多部件與在美國專利No.5586439中所示的相同，其在此作為參考，因此不進(jìn)行詳細(xì)地示出和論述。在這里使用的術(shù)語“冰塊”具有在制冰業(yè)中一般的意義。冰塊可以具有多種尺寸和形狀，然而在本發(fā)明中優(yōu)選長方形。
本發(fā)明優(yōu)選的制冰機(jī)主要有三個系統(tǒng)一個制冷系統(tǒng)，一個水系統(tǒng)和一個收存輔助系統(tǒng)。本發(fā)明優(yōu)選的制冰機(jī)的組件和系統(tǒng)示于附圖1-8。附圖2是制冷系統(tǒng)的示意圖。附圖3是水系統(tǒng)的示意圖。附圖8是收存輔助系統(tǒng)的示意圖。這些系統(tǒng)的一部分組件和制冰機(jī)的其它組件示于附圖1和4-7。附圖9，12和13示出了可替換選用的收存輔助系統(tǒng)。附圖10和11示出了優(yōu)選的空氣管連接器和噴嘴組件。
如附圖3所示，優(yōu)選的水系統(tǒng)是常規(guī)的用于Manitowoc牌制冰機(jī)的，它包括一水供給源或入口1。一水位探測器2用于控制在集水池3中水的深度。一循環(huán)泵4從集水池3中將水抽出并泵送到分配器管7中。水從分配器管7中落在制冰模具上，有時也被落在蒸發(fā)器板6上。一水簾5防止水從水室的前部飛濺出去并將未冷凍的水引回集水池3中。一冰厚傳感器或探測器8被用來監(jiān)測在制冰模具6的前端面上形成的冰橋。當(dāng)制冰機(jī)進(jìn)入收存模式時，一螺線管閥9被打開以允許水從集水池中進(jìn)入排水管10。作為選擇，排水管10和螺線管9可被設(shè)置于泵后，使得在集水池中的水被泵入排水管。附圖1示出了這些組件的幾個，然而移除了水簾5和例如連接泵4和分配器7的水管等其它組件未在附圖1中水室的透視圖中示出。附圖1還示出了設(shè)置于室81內(nèi)的電器控制裝置的位置。
如附圖2所示，優(yōu)選的制冷系統(tǒng)在其全部的組件和布置方面也是常規(guī)的。但是，在該系統(tǒng)中所使用的各種組件和制冷劑的量必須考慮縮短的收存時間。制冷系統(tǒng)包括一壓縮機(jī)14，一冷凝器11(它可以是冷卻的空氣或水)，一膨脹裝置13，例如一種Danfoss(TU系列)膨脹閥，一蒸發(fā)器12和其相互之間的連接管15，20和26。蒸發(fā)器12優(yōu)選地做成具有蛇形的制冷劑通道，例如蛇形盤管38。一在冷卻水單元的熱氣體螺線管閥40，干燥器21和一接收器17優(yōu)選地也包含于該制冷系統(tǒng)。如前面所提到的，本發(fā)明也可被用于使用冷蒸氣解凍的制冰機(jī)中。用于制冰機(jī)的這樣的制冷系統(tǒng)示于美國專利No.6196007。
優(yōu)選地制冰模具是蒸發(fā)器組件36的一部分，從附圖1和4-7可清楚地看到。制冰模具本身包括一蒸發(fā)器板32和分隔板34。蒸發(fā)器盤管38被連接得和蒸發(fā)器板32的后側(cè)熱接觸，板32優(yōu)選的是扁平的，以構(gòu)成蒸發(fā)器組件36。蒸發(fā)器板的后側(cè)面構(gòu)成了制冰模具的后端面35(附圖6)。有時也被稱為格柵的分隔板34將蒸發(fā)器板內(nèi)的區(qū)域分成多個槽33從而單個的冰塊在槽中冷凍。制冰模具具有一開口前端面。在冷凍模式過程中，水沿著該前端面流下并通過毛細(xì)作用輸送到多個槽33中。凍結(jié)在分隔板34邊緣上的水在單槽中凍結(jié)的冰塊之間形成了冰橋。冰橋的厚度和冰塊本身以常規(guī)的方式通過冰厚傳感器8來監(jiān)測。當(dāng)冰橋達(dá)到了理想的厚度時，也是使用常規(guī)的制冰機(jī)控制系統(tǒng)使制冰機(jī)進(jìn)入收存模式。分隔板34最好包括有漏孔31，參見附圖6和7。當(dāng)分隔板34與蒸發(fā)器板32相連接時，除了從開口前端面流入的水外，漏孔31允許水從后面流入相鄰接的槽33中。正如下面所解釋的，這些漏孔31也可用于優(yōu)選的收存輔助系統(tǒng)。
如附圖5和6所示，多個水平的分隔板被傾斜使得槽33在制冰模具6的前端開口面具有向下傾斜的底面。在這一點上這是常規(guī)的，即在解凍循環(huán)過程中重力被用來從制冰模具6中釋放冰塊板。一旦破壞了真空，由收存輔助系統(tǒng)供給的加壓流體最好為空氣，它與重力一起如此作用以幫助從制冰模具中釋放出的冰塊掉下，并將冰塊從分隔板中釋放。
收存輔助系統(tǒng)最好參閱附圖6和8來理解。優(yōu)選的收存輔助系統(tǒng)的主要組件包括至少一個通過制冰模具6后表面35的孔52和與至少一個孔52相連接的加壓流體(液體或氣體)源，例如一空氣壓縮機(jī)或泵54。正如附圖8所描述的，壓縮機(jī)可以通過電線51被連接到制冰機(jī)的控制系統(tǒng)，使得在其開始運行的同時繼電器給熱氣體解凍旁路的螺線管40通電。壓力在管道57和58中開始建立。但是，直到冰塊開始釋放，壓力調(diào)整器釋放閥55才釋放壓力以使壓力保持在理想的水平。
如附圖8所示，最好是多個孔52和一集氣管56以及多個流體管道58一起使用，該管道58與集氣管56和多個孔52相連接。流體管道通過與被連接在蒸發(fā)器板32上的裝配部件53(附圖6)連接到孔52。如附圖6和7所示，裝配部件53在其自由端處最好為常規(guī)的帶有倒鉤的管接頭。在制冰機(jī)的裝配過程中通過這種方式，流體管道58能夠很容易地與裝置53相連接。
優(yōu)選的空氣管接頭和噴嘴組件250示于附圖10和11。在該實施例中，蒸發(fā)器板232上有沖壓的帶有圓錐形表面251的孔235。帶倒鉤的裝配部件253有一帶有一滾花肩255的中心管狀斷面257，以及在一端部具有凸緣256，而在另一端部具有倒鉤管接頭259。一用作空氣排出噴嘴的孔252延伸穿過凸緣256并穿過中心管狀斷面257和管接頭259連接到空氣通道。組件250還包括一由釬料制成的墊圈236，其在裝配部件253被壓入孔235之前置于管狀斷面257的周圍。滾花肩255會緊緊地夾在孔235中。釬料墊圈236安裝在凸緣256和圓錐形表面251之間。當(dāng)蒸發(fā)器板232被加熱以使盤管238和分配器234裝配于其上時，釬料墊圈236熔化，從而裝配部件253被牢固地保持在適當(dāng)?shù)奈恢?。之后空氣?58被連接到倒鉤端259。
據(jù)發(fā)現(xiàn)孔52的數(shù)量和位置在最優(yōu)化收存輔助系統(tǒng)方面具有重大的貢獻(xiàn)。已發(fā)現(xiàn)最好是使用3或4個孔，每個孔的直徑為1/8英寸。已發(fā)現(xiàn)對寬度為29英寸的制冰模具來說四個孔已經(jīng)足夠。最好是孔被布置在制冰模具的部分處，并在該位置處的冰塊在收存過程中最后釋放。其中該位置為蛇形管結(jié)構(gòu)形狀的函數(shù)盤管38被布置在蒸發(fā)器板32的后端面35上以便最優(yōu)化蒸發(fā)器組件的冷凍性能。如附圖4所示，盤管38的入口61布置在蒸發(fā)器組件36的底部。在這點上，來自膨脹裝置13的液體制冷劑填充入底部的盤管，并使其向上工作。如果液體制冷劑從上部引入，它可能會在其蒸發(fā)之前就沿著盤管流下。然而出口63不設(shè)在蒸發(fā)器組件的頂部。這是非常必要的，因為當(dāng)水從分配器7中流出時，在頂部的水比較熱，以及在冷凍循環(huán)中盤管38的最后那一段通常是最熱的。將該最后一段部分遠(yuǎn)離頂部使得蒸發(fā)器的較冷的那一段最靠近頂部，從而較強(qiáng)的冷卻在制冰模具6的上上下下可提供更加均勻的冰塊。
在解凍模式中，蛇形盤管38的最后一段通常最后加熱。因此在制冰模具中其它位置處的冰開始融化并最先釋放在制冰模具底部的冰塊，最后是連接到出口63處盤管38的那部分的前面區(qū)域。孔52應(yīng)該設(shè)置在與制冰模具的這部分盡可能接近的位置，最好是剛好在盤管38的最后這段的上面。在孔在制冰模具的中心或底部的測試中，以及在底部的孔和如附圖5所示的在優(yōu)選位置處的孔同時被使用的測試中，冰沒有以最佳的方式收存。冰板或者破碎，而僅僅收存了底部的部分，或者整塊冰板要花費更長的時間來收存，大概是因為冰板的底部開始釋放而頂部沒有釋放，從而導(dǎo)致冰板發(fā)生扭曲并在槽中變成楔形，直到其充分地溶化才滑出。可以看出，優(yōu)選的孔52的數(shù)目非常少，最好是不超過槽33的數(shù)目的1/10或者甚至1/100。優(yōu)選地在寬度為29英寸的蒸發(fā)器板上僅僅使用4個孔，這可能要有1054個槽。
在收存輔助系統(tǒng)中使用的空氣壓力也是最優(yōu)化收存的一個重要因素。在提供了足夠的空氣流的地方，優(yōu)選地使用的壓力值范圍為大約1/4至1磅/平方英寸(表壓)，其中3/4磅/平方英寸(表壓)為通常的環(huán)境溫度時的最優(yōu)選值，1磅/平方英寸(表壓)為寒冷的環(huán)境溫度時的最優(yōu)選值。也可以使用10-20磅/平方英寸(表壓)的高壓，但是已發(fā)現(xiàn)這只能略微地改善收存時間。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)更高的壓力或者是沒有幫助的或者甚至是有害的。1/4至1磅/平方英寸(表壓)的壓力足夠使得加壓空氣能將從冰上融化的水排出并在槽中移動。在環(huán)境空氣溫度為90°F和入口水溫為70°F的標(biāo)準(zhǔn)運行條件下，在一臺測試機(jī)中，沒有空氣輔助系統(tǒng)時它用了75-90秒收存冰塊，使用了空氣壓力為1/4至1磅/平方英寸(表壓)的空氣輔助系統(tǒng)的用了40-45秒，使用壓力為15磅/平方英寸(表壓)的空氣輔助系統(tǒng)的用了30-35秒。然而，要產(chǎn)生15磅/平方英寸(表壓)的空氣壓縮機(jī)要比產(chǎn)生1/4至1磅/平方英寸(表壓)的壓縮機(jī)更加昂貴且噪音更大。因此較低的壓力是優(yōu)選的，因為這么大的壓力很容易產(chǎn)生并且能在收存時間上得到重大的改善。
在冰塊和制冰模具的后端面35之間的漏孔31使被引入一個冰槽的加壓空氣進(jìn)入到其它槽中。通過這種方式在冰塊被釋放之前將空氣壓力施加于一較大的表面區(qū)域，即流入到所有冰槽的后端面。
在本發(fā)明的一個實施例中，如附圖8所示和上面所描述的，壓力調(diào)整器55被用來維持一理想的壓力。壓力調(diào)整器55可以是一釋放閥使得空氣壓縮機(jī)54在冰解凍時其工作不會空載(dead head)?？商鎿Q地，如附圖13，壓力調(diào)整器可以是一毛細(xì)管455，最好大約為6英寸長，其內(nèi)徑大約為0.04至0.06英寸，最優(yōu)選的內(nèi)徑為0.052至0.054英寸。優(yōu)選的毛細(xì)管長度取決于毛細(xì)管的內(nèi)徑和管道457和458以及集氣管456的總?cè)萘俊Ａ硗庠撓到y(tǒng)的其它組件與附圖8所示出的相同。因此在附圖13中的組件給出了在附圖8實施例中所使用的組件相同的參考編號，并增加了一個標(biāo)號400。
當(dāng)使用毛細(xì)管455時，毛細(xì)管和集氣管的大小給壓縮機(jī)在壓力上升得太高之前起動并增加動量。一旦冰開始釋放，從壓縮機(jī)出來的空氣流需要足夠的大以使得在冰板和制冰模具之間的空間的整個容積能繼續(xù)被加壓空氣所填充。在這點上最好是具有一壓縮機(jī)54，它能夠在制冰模具的前表面區(qū)域上以1磅/平方英寸(表壓)每平方英尺維持0.2-0.4立方英尺/分的空氣流。例如，為了達(dá)到最佳效果，一寬度為29英寸高度為17英寸的制冰模具需要一個壓縮機(jī)，它能以1磅/平方英寸(表壓)提供0.7-1.4立方英尺/分的壓縮空氣。
一旦冰開始釋放，水簾5會由于下落的冰而向外偏轉(zhuǎn)。如常規(guī)的一樣，這切斷了使制冰機(jī)循環(huán)回到冷凍模式的開關(guān)。當(dāng)旁路的螺線管40閉合時，空氣壓縮機(jī)54停止運行。
另一種改型如附圖12所示，它延遲了壓縮機(jī)354開始運行的時間。然而這需要由制冰機(jī)上的另一個繼電器來控制電路板381，一個控制熱氣體螺線管閥340以及另一個控制空氣壓縮機(jī)354。未示出壓力調(diào)整器是因為它不是絕對必需的。另外，該收存輔助系統(tǒng)具有與附圖8示出的相同的組件如管道357和358、入口368、集氣管356和蒸發(fā)器板332。在一個測試中，它在冰被足夠地融化并開始釋放之前在收存模式開始之后使用了15-30秒。因此加壓流體的引入在加熱開始之后被延遲了一段時間。對于1000、1300和1800磅容量的蒸發(fā)器來說，優(yōu)選的延遲時間為大約5至30秒，更優(yōu)選的為15-25秒，最優(yōu)選的為25秒?？諝鈮毫梢栽诩訜衢_始時施加或在加熱開始后施加。當(dāng)然壓力應(yīng)該在直到收存開始時才施加。還可能先停止加熱然后施加空氣壓力。最好是施加壓力的同時還進(jìn)行加熱。
如果沒有延遲時間，在壓縮機(jī)開始工作的同時熱氣體旁路閥就打開，那么就需要某種類型的壓力釋放器，例如在上面所描述的壓力調(diào)整器或毛細(xì)管。此外，即使使用了繼電器，當(dāng)壓力釋放器仍然需要時也需要時間延遲，例如當(dāng)一個大的壓縮機(jī)14被使用并且制冰機(jī)在寒冷環(huán)境溫度下工作時。
不用壓力調(diào)整器或釋放閥，直到冰塊開始釋放才調(diào)整空氣系統(tǒng)的容量以提供空氣壓力的建立這也是允許的。當(dāng)空氣系統(tǒng)容量被用作一種工具時，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)不必使用小的壓縮機(jī)。最好是使帶有小型壓縮機(jī)的空氣系統(tǒng)容量盡可能的小。
壓縮機(jī)54最好為不需加油的壓縮機(jī)，使得油不會污染用來輔助收存冰的空氣。空氣壓縮機(jī)54的入口68被設(shè)置地使得來自水室的空氣被抽入壓縮機(jī)54中。當(dāng)使用10-20磅/平方英寸(表壓)的壓力時，一種活塞氣缸式壓縮機(jī)是優(yōu)選的，例如型號為no.689CGH144的壓縮機(jī)，或者更優(yōu)選地為來自Sheboygan，Wisconsin，的Thomas Industries的型號為no.011CD26的壓縮機(jī)，它能以1磅/平方英寸(表壓)提供0.2-0.3立方英尺/分的空氣壓力。當(dāng)使用較高的壓力時，一種型號PR25的壓力控制閥可被用作壓力調(diào)整器55，它是一種可變壓力釋放閥，由ST.Louis，Missouri控制設(shè)備有限公司制造。在低壓壓縮機(jī)中不需要壓力調(diào)整器。
美國專利No.5586439公開了一種用于制冰機(jī)的凈化系統(tǒng)。由于孔和裝配部件與制冰模具6的其它部件一樣暴露于水中，考慮到能夠改進(jìn)來自該專利的凈化系統(tǒng)使得在凈化和/或消毒作用過程中，將某種凈化和/或消毒溶液通過一T形管來示出泵入管道57、集氣管56、管道58、裝配部件53和孔52，以保證它們不會成為細(xì)菌生長源。此外，用來作為裝配部件53、管道57和58以及壓縮機(jī)54，壓力調(diào)整器55和集氣管56的材料應(yīng)該是可以很容易被清潔的食品級材料。
在使用本發(fā)明的樣機(jī)設(shè)備中，在能量效率方面已顯示出了重大的改進(jìn)。例如，對一臺QY-1304A型Manitowoc制冰機(jī)進(jìn)行測試，它帶有一20000BTU的壓縮機(jī)。在沒有收存輔助系統(tǒng)的情況下，它在空調(diào)與制冷學(xué)會(ARI)標(biāo)準(zhǔn)測試條件(90°F的環(huán)境空氣溫度和70°F的飲用水入口溫度)下，每天制冰1110磅且能量耗費為每100磅冰6.0kwh。同樣的制冰機(jī)，它裝備有一如附圖8中的14000BTU的壓縮機(jī)和輔助收存系統(tǒng)，能夠在標(biāo)準(zhǔn)運行條件下每天制冰1085磅，能量耗費僅為每100磅冰4.6kwh。這在能量效率方面是一個極大的改進(jìn)。
收存輔助系統(tǒng)具有可能的幾種變化形式。一壓縮空氣筒可以被加進(jìn)空氣系統(tǒng)使得一個較小的壓縮機(jī)就能夠產(chǎn)生足量的壓縮空氣。壓力調(diào)整器55可以如附圖8所示設(shè)在管道中，或者設(shè)置在壓縮機(jī)54本體上。另一種可供替換的實施例如附圖9所示。在該實施例中，正如在附圖8的實施例中一樣，熱氣體螺線管140的信號也可以通過電線151傳送，以起動壓縮機(jī)154來從入口168吸入空氣。然而，在蒸發(fā)器板132、空氣管道158之前的壓力調(diào)整器155、集氣管156和管道157的下游被連接到多個并聯(lián)的空氣缸159上。這些氣缸具有活塞并通過在蒸發(fā)器板132的后端面的孔作用以將冰板推出。通過連接到一集氣管的并聯(lián)的活塞，均勻的作用力可以被施加在這幾個作用點上。此外，作用力能夠很容易地通過壓力調(diào)整器來控制。在該實施例中最好是在制冰槽的后端面開有孔使得空氣可以通過該孔被吸入來破壞當(dāng)冰塊從槽中釋放出時形成的真空。附圖9中的實施例的一個優(yōu)點是可以減少空氣壓縮機(jī)154的容量。
其它幾個可以選用的實施例中使用了不同的加壓流體源。例如，加壓氣體，如來自一置于制冰機(jī)旁邊的快速混合式飲料系統(tǒng)的CO2可以被用來對集氣管56進(jìn)行加壓。來自氣缸的加壓空氣或CO2貯存于被制冰機(jī)使用的艙內(nèi)?？紤]到空氣壓縮機(jī)的成本，最好是使用一吹風(fēng)機(jī)來替代壓縮機(jī)。其它在制冰機(jī)上的組件例如水泵或冷凝器風(fēng)扇電機(jī)也可以被用來作為提供壓縮空氣的動力源。甚至入口水管中的水壓也可以用來對膜式氣囊裝置中的空氣加壓，雖然這會導(dǎo)致難以接受的水的使用和浪費。甚至水也能用作加壓流體。然而，由于壓力似乎太局部化了并且水過于暖和以致水把冰都融化了，因而使用水作為加壓流體的的試驗并不十分成功。如果使用冷卻了的水，加壓的水就可以用作加壓流體。
本發(fā)明除了能增加能量效率外，還具有其它的好處。由于收存時間更短了，在一些測試中大約減少了50％，所以制冰模具不會被過多地加熱。這就減少了在每次循環(huán)中遺留在制冰模具中的礦物沉淀量。所以制冰機(jī)可更容易清潔。
一個重大的改進(jìn)是在大概相同的尺寸設(shè)備中能產(chǎn)生更高的制冰量。如上面所指明的，收存時間減少了。制冰機(jī)的工作特性在其它方面加強(qiáng)了。由于蒸發(fā)器組件不會加熱地太熱因此冷凍時間就減少了。從而制冰機(jī)處于制冰模式的時間將占其運行時間的更大的百分比。另外，在收存過程中由于只有極少的冰融化，每循環(huán)就可產(chǎn)生更多的冰。所有這些因素都導(dǎo)致了更高的生產(chǎn)量，它以每天制冰的磅數(shù)來衡量。例如，一臺QY-1004A的制冰機(jī)其產(chǎn)量可以增加大約25％而能量耗費減少20％。這樣帶有收存輔助系統(tǒng)的制冰機(jī)可以被用在具有較大的生產(chǎn)量的大型制冰機(jī)可以使用的這些地方。此外，由于更快的收存，在收存循環(huán)中冷凝和回流到壓縮機(jī)的冷凍劑減少了。這就對壓縮機(jī)產(chǎn)生很小的應(yīng)力，更長的使用壽命和/或能夠使用價格低廉的壓縮機(jī)，或去掉在制冷系統(tǒng)中常常需要的壓縮空氣筒。
因為收存可以在縮短的時間內(nèi)完成，所以可以使用通過旁通閥40的更高流速的熱氣體。流速通常由在閥中使用的孔口的大小來控制。作為一實施例，在Danfoss旁通閥中一EVU6孔板可以被用來替代EVU5孔板。這增加了大約25％的流動速度。例如，在制冰機(jī)冷凍循環(huán)的最后階段，大約有116磅/小時的制冷劑流過系統(tǒng)。然而在旁通閥中使用了大小合適的孔板后，在相同的制冰機(jī)的解凍循環(huán)中能流過大約600磅/小時的制冷劑。
應(yīng)該認(rèn)識到增加一些沒有具體包括的其它處理步驟、材料或部件將對本發(fā)明產(chǎn)生不利的影響。因此本發(fā)明的最佳形式可以除了上面所列出包括的外而不需要處理步驟、材料或部件。然而，已描述的實施例應(yīng)被認(rèn)為是在各個方面的例證性的，而不是限制性的，因此本發(fā)明的范圍應(yīng)由附具的權(quán)利要求書來說明，而不是前面所描述的。例如，最初時不形成單個的冰塊，而形成一冰板，然后再將其分割成冰塊。所有的等同于權(quán)利要求書的意義和范圍內(nèi)的變化形式都應(yīng)包括在其范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種制冰機(jī)包括a)一制冷系統(tǒng)，它包括壓縮機(jī)、冷凝器、膨脹裝置、帶有蛇形制冷劑通道的蒸發(fā)器，以及其相互連接的管道。b)一水系統(tǒng)包括泵和制冰模具，該制冰模具具有一個后表面和一個開口前表面用來形成冰板，蒸發(fā)器的蛇形通道與制冰模具的后表面熱接觸，以及還包括其相互連接的管道；以及，c)一收存輔助系統(tǒng)包括至少一個孔，這些孔通過制冷模具的后表面，以及包括與至少一個孔相連接的加壓氣體源。
2.權(quán)利要求1中的制冰機(jī)，其中制冰模具進(jìn)一步包括形成單槽的分隔板，單個的冰塊在槽中形成，通過在分隔板的前端面上的冰橋以形成由相互連接的冰塊制成的冰板。
3.權(quán)利要求1中的制冰機(jī)，其中制冷劑通道包括蛇形管。
4.權(quán)利要求1中的制冰機(jī)，其中加壓氣體源包括空氣壓縮機(jī)。
5.權(quán)利要求4中的制冰機(jī)，其中空氣壓縮機(jī)為不需加油的壓縮機(jī)。
6.權(quán)利要求4中的制冰機(jī)，其中空氣壓縮機(jī)為活塞汽缸型壓縮機(jī)。
7.權(quán)利要求1中的制冰機(jī)，其中至少一個孔包括多個孔，該加壓氣體源包括一集氣管以及連接集氣管和多個孔的氣體管道。
8.權(quán)利要求1中的制冰機(jī)，其中至少一個孔的直徑大約為1/8英寸。
9.權(quán)利要求1中的制冰機(jī)，其中至少一個孔包括3個或4個孔。
10.權(quán)利要求4中的制冰機(jī)，其中釋放閥被用來控制供給到孔中的空氣的壓力。
11.權(quán)利要求1中的制冰機(jī)，其中水系統(tǒng)至少包括一個水分配器管。
12.一種制造和收存冰塊的方法包括a)在制冰模具中冷凍水，該制冰模具有一個后表面，一個開口前表面和安裝于后表面上的分隔板，用于單個冰塊的形成，同時水還在成型于槽中的冰塊之間形成冰橋，于是形成冰塊板；b)加熱制冰模具以從各自冰槽中釋放冰塊，以及c)使用加壓氣體來破壞真空，以及開始把制冰模具中的冷凍冰塊板推出。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中加壓氣體是空氣。
14.如權(quán)利要求12所述的方法，其中加壓氣體的壓力值在大約1/4和1磅/平方英寸(表壓)之間。
15.如權(quán)利要求13所述的方法，其中分隔板具有漏孔，漏孔允許被引入到一個槽中的在冰塊和制冰模具的后表面之間的加壓氣體進(jìn)入到其它的槽中。
16.如權(quán)利要求12所述的方法，其中通過制冰模具的后表面中的一個或多個孔引入加壓氣體，以直接作用在成型于槽中的冰塊。
17.如權(quán)利要求12所述的方法，其中在加壓氣體被供給之前的大約5到30秒，開始加熱。
18.如權(quán)利要求12所述的方法，其中槽的前端有一向下傾斜的底面，以使得加壓氣體可以幫助釋放冰塊從制冰模具中落下。
19.如權(quán)利要求12所述的方法，其中加熱由這一過程來完成，即制冷劑通過與后表面熱接觸的蛇形盤管，并允許制冷劑在盤管中冷凝。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其中水的冷凍是通過在蛇形盤管中的制冷劑的蒸發(fā)來完成。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其中壓縮機(jī)被用來壓縮制冷劑，在制冷循環(huán)中，在制冷劑進(jìn)入盤管并蒸發(fā)之前，它被送入冷凝器，再到膨脹裝置，以及在解凍循環(huán)中，制冷劑蒸氣繞過冷凝器和膨脹裝置并進(jìn)入盤管。
22.一種提高制冰機(jī)能量效率的方法，制冰機(jī)把在制冰模具中的單個冰塊用冰塊之間的冰橋形成冰板，改進(jìn)措施包括a)在冰板和制冰模具間，引入加壓氣體，同時加熱制冰模具，以幫助釋放冰塊。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其中對制冰模具不均勻地加熱以使得在模具的某一部分，冰塊的釋放比在模具的其它部分晚，并且加壓空氣被引入到最后被釋放的冰塊所在的位置附近。
24.如權(quán)利要求22所述的方法，其中引入的加壓空氣的壓力在大約1/4至1磅/平方英寸(表壓)之間。
25.如權(quán)利要求22所述的方法，其中在加壓空氣引入的同時開始加熱制冰模具。
26.如權(quán)利要求2中的制冰機(jī)，其中至少一個孔包括許多孔，其數(shù)量少于制冰模具內(nèi)槽的數(shù)量的十分之一。
27.如權(quán)利要求2中的制冰機(jī)，其中至少一個孔包括許多孔，其數(shù)量少于制冰模具內(nèi)槽的數(shù)量的百分之。
28.如權(quán)利要求4中的制冰機(jī)，其中毛細(xì)管被用來控制供給到孔中的空氣的壓力。
29.如權(quán)利要求28中的制冰機(jī)，其中毛細(xì)管的內(nèi)徑大約在0.04到0.06英寸之間。
30.如權(quán)利要求22所述的方法，其中在制冰模具的加熱開始之后，大約5秒到30秒的這段時間，加壓氣體被輸入。
31.如權(quán)利要求1中的制冰機(jī)，其中至少一個孔由帶倒鉤的裝配部件提供，帶倒鉤的裝配部件具有一帶有滾花肩的中心管狀斷面以及在一端部的凸緣和在另一端部的倒鉤管接頭。
全文摘要
一種制造和收存冰塊的方法，它包括在制冰模具中將水冷凍，制冰模具具有一后表面、開口前表面和安裝在后表面上的分隔板以形成用于制造單個冰塊的成型槽，水在成型于槽中的冰塊之間形成冰橋，從而形成冰板；加熱制冰模具使冰塊從各自的單槽中釋放出來；再用加壓流體將冰板從制冰模具中推出去。實行本發(fā)明的制冰機(jī)最好包括空氣壓縮機(jī)，以提供壓縮空氣作為加壓流體。壓縮空氣最好直接穿過制冰模具后端面上的孔。分隔板上的漏孔允許加壓空氣從這些孔中流動到制冰模具中的每個槽里面的區(qū)域，從而施加一均勻的壓力在一較大的區(qū)域以幫助冰板從制冰模具中釋放。該輔助收存系統(tǒng)大大地提高了制冰機(jī)的能量效率。
文檔編號F25C5/10GK1412507SQ02148219
公開日2003年4月23日 申請日期2002年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月12日
發(fā)明者S·J·舍迪維, T·J·克勞斯, C·E·施洛塞爾, M·E·坎珀特, R·T·米勒 申請人:曼尼托沃食品服務(wù)有限公司