专利名称：制冰方法和制冰装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种长时间地将水从过冷状态中连续地释放出来以进行制冰且不与过冷态水的生产发生干涉的方法，以及一种可以连续制冰的装置。
然而为了长时间地连续制冰，就需要防止相变(过冷释放)从存有用于制冰的冰晶的位置如过冷释放装置处传播到冷却器中，以避免冷却器冻结。
具体地说，一旦在过冷却器中已经生产出的过冷态水在过冷释放装置中开始发生相变，那么冰核就连续地生长，并被在过冷释放装置中的壁面上流动的水所除去，而且此过程重复进行。这种从与过冷态水相接触的固体物质的表面上生长和去除冰的现象沿着与过冷释放装置的入口相连的连接管的内壁传播到上游侧，即过冷却器中。发生这种传播的原因涉及到冰与壁面的吸附。具体地说，吸附在壁面上的冰即使承受很高速度的液流冲刷，它也会仍存留在管的壁上，或者在吸附过程中以非常缓慢的速度向下游运动，因此，在此状态下相变通过冰的生长而向上游进行。应注意到，即使冰被液流除去，在上述吸附有冰的一部分壁面上也会残留有微晶体组，在这里会产生新的冰核。
关于这种现象，例如在日本特许公报No.2806155中公开了一种通过对连接管进行加热以防止相变传播的方法，在日本公开特许公报No.2000-74532中提出了一种通过对连接管上制冰容器一侧的端部进行特殊处理以使流动速度增加到2.7m/s从而防止冰进入到连接管中的方法。
另外，用于减弱在过冷释放装置中冰与壁面的吸附的方法还包括采用低导热率的材料来作为壁面本身的材料的方法，如第35届日本热交换会议论文集(35th Japan Heat Transfer Symposium Transaction1998，P221)中所公开的。
然而在日本特许公报No.2806155中公开的技术需要用于加热的额外能量，并具有过冷态水的温度升高不可避免会使冰的产量降低的缺点。
在日本公开特许公报No.2000-74532中公开的技术需要用于传送水和已生产出的冰水的能量，这个能量大于在流动速度未增加时所需的能量，这是因为连接管内的流动速度的提高会增加连接管的管阻力。而且，它还需要单独地采取措施来防止在特殊处理中形成的杂质如微缺陷、水垢等吸附在连接管端部的壁面上，以便在长时间内保持防止相变向上游传播的效果。
采用低导热率的材料来作为壁面本身的材料的方法无法使冰的吸附为0(零)，这是因为不存在导热率为0(零)的物质，因此，这种方法不可能完全地防止相变向上游传播。
为了实现上述目的，本发明的制冰方法是这样一种制冰的方法，其通过将过冷却器中的已经进入过冷状态的水通过连接管传送到封闭型过冷释放装置中且不使水与空气接触，其中将0℃或更高温度的水供应到连接管的内壁面上。由于水处于0℃或更高温度，因此可以利用刚在被引入过冷却器中之前的水或已经从贮热槽中抽出并加热的水。当然，也可以采用高于0℃的水。
在将0℃或更高温度的水供应到连接管内壁面的整个圆周上时，在供应水的部分的下游，连接管内壁面的整个圆周上形成了0℃或更高温度的水的液膜。此液膜可以防止冰吸附在连接管的内壁面上，并防止相变向上游传播。即使存在冰核，它也不会生长，而是在连接管的内壁面上形成的0℃或更高温度的液膜中及时融化或向下游流动，这样，相变不会向被供应了0℃或更高温度的水的连接管部分的上游方传播。为了实现上述效果，需要将连接管出口的流速保持在流入过冷释放装置中的水的流速的约2％到约3％。连接管内的流速只需在1m/s或更高。
本发明的制冰装置包括用于使水进入过冷状态的过冷却器；用于释放过冷状态水的封闭型过冷释放装置；用于连接过冷却器的出口和过冷释放装置的入口的连接管；用于水密性地覆盖连接管的外周的外部容器；以及用于将水注入到外部容器中的进水管，其中，连接管在其整个圆周上断开，并带有位于外部容器中的断开部分之间的间隙。
在本发明的制冰装置中，由于连接管在其整个圆周上断开，并带有位于外部容器中的断开部分之间的间隙，因此当水从进水管注入到外部容器中时，水可以通过间隙供应到连接管的内壁上，从而在间隙下游的连接管内壁上形成注入水的液膜。因此，可以最佳地实施本发明的制冰方法。应该理解的是，连接管的断开可通过间隙在形成从过冷释放装置到连接管的冰块的初期稍微减轻了相变的传播，但由于存在搭接弥合操作(bridge operation)而无法完全地干扰相变向上游的传播。
进水管设计成从与连接过冷却器的入口侧相连的导管中岔出，并绕过了连接在导管和外部容器之间的过冷却器，因此就消除了需保证有外部水源，允许所注入的水保持适当的温度，或者即使在需要加热时也只需要很少的热量。
在过冷却器2的出口侧即其喷嘴口2a处连接了连接管3的一个端部，而连接管3的另一端部连接在封闭型过冷释放装置4中。过冷释放装置4具有这样的功能，其可将已通过连接管3流入的过冷态水从其过冷状态下释放出以进行相变而生产出浆状的冰，并允许冰流出到外部。例如可以采用由超声波振动器所产生的超声波来作为释放过冷的触发器，众所周知的超声波振动器可合适地用于这种封闭型过冷释放装置4。
在过冷却器2的入口侧连接了导管11，使得通过泵12从包括有贮热槽的多个水箱13中抽出的水可以送到过冷却器2中。例如，在泵12的上游沿着导管11设置了预热器14，其可以将在导管11内流动的水加热到如0.5℃。
在泵12的下游沿着导管11连接了进水管21的一个端部，而其另一端部与水密性地覆盖了连接管3的外周的外部容器22相连。这样，导管11中的一部分水绕过过冷却器2而通过此进水管21送到外部容器22中。因此，通过一个泵12就可将水送到进水管21和过冷却器2中。
连接管3沿正交于其轴向的方向断开，在外部容器22中形成了间隙d，如图2所示，使得连接管3分成上游侧连接管3a和下游侧连接管3b。因此，当水从进水管21注入到外部容器22中时，通过间隙d进入到连接管3中的水在连接管3内沿下游侧连接管3b的壁面向下游流动，从而在下游侧连接管3b的内壁面上形成了所注入水的液膜。
应注意到，由于通过泵12施加给在进水管21内流动的水的压力一直保持到水到达外部容器22中为止，因此在迫使水通过下面将介绍的间隙d进入到连接管3中不存在困难。
根据此实施例的制冰装置1具有上述结构，其操作的示例将在下文中介绍。例如，当0℃的水从水箱13中抽出时，水的温度通过预热器14升高到0.5℃。0.5℃的水在过冷却器2中冷却到过冷状态，例如-2℃，然后将其送到过冷释放装置4中，在那里水从过冷状态下释放出来，从而形成浆状的例如在0℃下连续地流出到外部的冰。
同时，从导管11中岔出并流入到进水管21中的0.5℃的水注入到外部容器22中，并通过连接管3的断开部分即间隙d进入到连接管3中，并保持现状在过冷态水流的上方向下游流动。在这种情况下，由于在连接管3的整个圆周上设有间隙d，0.5℃的上述水沿下游连接管3b的内壁面流动，使得在壁面即内表面的整个圆周上形成了0.5℃的水的液膜。
应注意到，进水管21和外部容器22之间的连接点(进水喷射/接受开口)设置成使其轴线偏离间隙d并与之相距预定的距离。这种结构是出于使水均匀地喷射到壁面的整个圆周上的目的而设置的。
因此，即使在过冷释放装置4中进行的过冷释放会沿壁面向上游传播，由于在下游侧连接管3b的内壁面上形成了0℃或更高温度的液膜，向上游的传播也可避免。另外，即使存在冰核，它也不会生长，而是在壁面上形成的0℃或更高温度的液膜中及时融化或通过过冷态水流而向下游流动，这样，相变不会向连接管3的出口的上游方传播。这就防止了在连接管3中和过冷却器2的出口处发生冻结，因此可以稳定地制出浆状的冰。
与现有技术形成对比的是，本发明无须进行特殊的处理如将树脂等涂敷到壁面上，并且可以达到长时间地防止相变传播的稳定效果。在此实施例中用于形成液膜的水由预热器14加热到0.5℃，但此加热所需的能量非常少，与现有技术中通过对连接管直接加热以防止冻结的方法相比，其所需的能量少得多。
另外，由于在此实施例中流入导管11中的一部分水岔出而注入到外部容器22中，因此就不必保证有用于将水注入外部容器22中的单独水源。
应注意到，虽然在此实施例中安装了预热器14来对流入导管11中的水进行加热，但也可以设置适当的温度调节器如加热器，其由传感器和控制器结合而成，从而单独地对流入进水管21中的水进行加热。因此，可将注入的水可单独地设定为适当的温度。进水管21不必从导管11的岔开部分中引出，而是可以直接从水源如水箱等中抽取水，或者将公用水源和外部容器22通过阀和温度调节器而相连。
连接管3的断开端面即上游侧连接管3a的端面和下游侧连接管3b的端面最好采用如图3和后面的图所示的各个示例中介绍的形状。
图3所示示例具有这样的形状，其中上游侧连接管3a的端面在内壁31侧上向下游方向以锥形形状突出，而下游侧连接管3b的端面在外壁32侧上向上游方向以锥形形状突出。
图4所示示例具有这样的形状，其中上游侧连接管3a的端面如图3所示示例一样在内壁31侧上向下游方向以锥形形状突出，而下游侧连接管3b的端面在外壁32侧上向上游方向突出，下游侧连接管3b的端面33本身为朝向上游凸起的曲面形状。
图5所示示例具有这样的形状，其中上游侧连接管3a的端面在内壁31侧上向下游方向突出得比在外壁34侧上更远，下游侧连接管3b的端面在内壁35侧上向上游方向突出得比在外壁32侧上更远，而且上游侧连接管3a的端面末端36和下游侧连接管3b的端面末端37具有正交于其各自轴线而切开的表面。
图6所示示例具有这样的形状，其中上游侧连接管3a的端面在内壁31侧上向下游方向突出得比在外壁34侧上更远，下游侧连接管3b的端面在内壁35侧上向上游方向突出得比在外壁32侧上更远，而且上游侧连接管3a的端面38和下游侧连接管3b的端面39自身为朝向连接管3的外部凸起的曲面形状。
采用如图3到图6所示的连接管3的断开面的上述形状可使通过间隙d进入到连接管3中的水沿下游侧连接管3b的内壁35更好地流动，从而更好地在下游侧连接管3b的内壁35的表面上形成水的液膜。应该注意的是，在本发明人采用如图3到图6所示的断开端面的形状而进行的实验的结果表明，如图4所示的情况具有最佳的效果。
除上述实施例之外，例如还可以采用板式热交换器来代替壳-管型热交换器(过冷却器)。
另外，除盒形的外部容器外，还可以采用带有直径大于连接管3的直径的环形外部容器来作为外部容器22。
根据本发明，在所谓的封闭系统中通过释放过冷来制冰中，可以长时间稳定地防止相变从过冷释放装置传播到连接管中，无须额外的加热能量或对连接管的端部表面进行特殊处理。这就可以连续地将水从其过冷状态中释放出来以进行制冰，并可长时间稳定地进行此操作。
权利要求
1.一种制冰方法，其通过将已经在过冷却器中进入过冷状态的水经连接管送到封闭型过冷释放装置中且不使所述水与空气接触来进行，其特征在于，将0℃或更高温度的水供应到所述连接管的内壁面上。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，由于所述水处于0℃或更高温度，因此可以利用正好在被引入所述过冷却器中之前的水。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述处于0℃或更高温度的水是已从贮热槽中抽出并被加热的水。
4.一种用于制冰的装置，包括用于使水进入过冷状态的过冷却器；用于释放过冷态水的封闭型过冷释放装置；用于连接所述过冷却器的出口和所述过冷释放装置的入口的连接管；用于水密性地覆盖所述连接管的外周的外部容器；和用于将水注入到所述外部容器中的进水管，其特征在于，所述连接管在其整个圆周上断开，并带有位于所述外部容器中的断开部分之间的间隙。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述进水管从与所述过冷却器的入口侧相连的导管中岔出，并绕过连接在所述导管和所述外部容器之间的所述过冷却器。
6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述连接管具有断开的端面，上游侧连接管的端面在内壁侧上向下游方向以锥形形状突出，下游侧连接管的端面在外壁侧上向上游方向以锥形形状突出。
7.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述连接管具有断开的端面，上游侧连接管的端面在内壁侧上向下游方向以锥形形状突出，下游侧连接管的端面在外壁侧上向上游方向突出，所述下游侧连接管的端面自身为朝向上游凸起的曲面形状。
8.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述连接管具有断开的端面，上游侧连接管的端面在内壁侧上向下游方向突出得比在外壁侧上更远，下游侧连接管的端面在内壁侧上向上游方向突出得比在外壁侧上更远，而且各所述端面在内壁侧的末端处具有正交于轴向的表面。
9.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述连接管具有断开的端面，上游侧连接管的端面在内壁侧上向下游方向突出得比在外壁侧上更远，下游侧连接管的端面在内壁侧上向上游方向突出得比在外壁侧上更远，而且各端面自身为朝向所述连接管的外部凸起的曲面形状。
10.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述装置还包括用于调节在所述进水管中流动的水的温度的温度调节器。
11.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述装置还包括用于对在所述导管中流动的水进行加热的加热器，其沿所述导管位于所述进水管的连接部分的上游。
全文摘要
在通过将已经在过冷却器中进入过冷状态的水经连接管传送到封闭型过冷释放装置中且不使水与空气接触而进行制冰时，本发明将0℃或更高温度的水供应到连接管的内壁面上。因此，在连接管上位于供应水的部分的下游的内壁面的整个圆周上形成了0℃或更高温度的水的液膜。此液膜可以防止冰吸附在连接管的内壁面上，并防止相变向上游传播。
文档编号F24F5/00GK1409078SQ0214425
公开日2003年4月9日 申请日期2002年9月28日 优先权日2001年9月28日
发明者三户大介, 谷野正幸, 三上贵彦 申请人:高砂热学工业株式会社