一种冰块制造设备及其制冰方法
阅读说明：本技术 一种冰块制造设备及其制冰方法 (Ice block manufacturing equipment and ice block manufacturing method thereof ) 是由 王卓俊 于 2021-09-07 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种冰加工设备,更具体地说,涉及一种冰块制造设备及其制冰方法,其技术要点是：一种冰块制造设备及其制冰方法,包括机架和制冷回路,还包括提供水蒸气的供料组件和制冰装置,制冰装置包括用于冻结水蒸气的上半球模组和用于将水悬浮封锁在球形腔室的下半球模组；上半球模组包括用于与制冷回路进行热交互的第一球形模具,第一球形模具表面设有第一半球槽,第一半球槽表面设有排气口,下半球球形模具包括连通供料组件的第二球形模具,第二球形模具表面设有与第一半球槽组成球形腔室的第二半球槽,还包括通过传递超声波使第二半球槽表面产生辐射声压的导振板。使用本发明,可以制得硬度大、透明度高的球形冰块。(The invention discloses an ice processing device, more particularly relates to an ice block manufacturing device and an ice making method thereof, and the technical points are as follows: the ice making device comprises an upper hemisphere module used for freezing water vapor and a lower hemisphere module used for sealing water in a spherical chamber in a suspended manner; the upper hemispherical module comprises a first spherical mould used for carrying out heat interaction with the refrigeration circuit, a first hemispherical groove is formed in the surface of the first spherical mould, an exhaust port is formed in the surface of the first hemispherical groove, the lower hemispherical spherical mould comprises a second spherical mould communicated with the feeding assembly, a second hemispherical groove forming a spherical cavity with the first hemispherical groove is formed in the surface of the second spherical mould, and the upper hemispherical module further comprises a vibration guide plate used for transmitting ultrasonic waves to enable the surface of the second hemispherical groove to generate radiation sound pressure. The spherical ice block with high hardness and high transparency can be prepared by using the method.)
技术领域
本发明涉及冰加工领域，特别涉及一种冰块制造设备及其制冰方法。
背景技术
在饮料及冷饮服务行业中，人们喜欢将冰块制成球形来冷却饮品，不仅是出于美观考虑，更重要的是球形冰块的吸热面小可以大大延缓冰块的融化速度，避免饮料快速稀释而降低食用口感。但同时球形冰块对硬度的要求较高，由于球形冰块整体呈球形，在存储过程中以点对点的形式进行接触，使得在运输或存储过程中相互碰撞、挤压产生的压强较大，容易对冰球表面造成损伤，破坏冰球的完整性。
而现有技术中大多采用流水式制冰机及喷淋式制冰机批量生产冰块，前者板状蒸发器持续接触流动冷水进行制冰，后者通过水泵将水反复喷射在管柱状蒸发器上自然向下流动进行制冰，两者都采用流动水流制冰，空气不易冻结在冰块中，制得的冰块密度大、硬度高，但两种制冰机都通过加热蒸发器来使冰块脱离蒸发器，导致难以制取球形冰块。而传统模具法由于采用静态水制冰导致制得的球形冰块硬度较低。
发明内容
本发明的目的是提供一种冰块制造设备及其制冰方法，其优点是能制取硬度较高的球形冰块。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种冰块制造设备及其制冰方法，包括机架和制冷回路，其特征在于：还包括通过密封振荡提供水蒸气的供料组件和连接制冷回路并利用辐射声波制取透明球形冰块的制冰装置，所述制冰装置包括用于液化及冻结水蒸气的上半球模组和用于配合上半球模组将水悬浮封锁在球形腔室的下半球模组；所述上半球模组包括用于与制冷回路进行热交互的第一球形模具，所述第一球形模具表面设有用于包裹水蒸气的第一半球槽，所述第一半球槽表面设有用于排除空气的排气口，所述下半球球形模具包括连通供料组件的第二球形模具，所述第二球形模具表面设有与第一半球槽组成球形腔室的第二半球槽，还包括通过传递超声波使第二半球槽表面产生辐射声压的导振板。
通过采用上述技术方案，由于水蒸气是通过超声波振荡受得到，其内部的空气含量较低。当水蒸气进入球形腔室，由于密度较低会先上升接触低温的第一半球槽并被发生液化而下落，悬浮在第二半球槽表面的辐射声压表面，由于辐射声压的存在，水蒸气可以持续输入并融入液态水中。液态水在水位升高的同时将上方的空气从排气口排出，同时由于水为液态，接触辐射声压时内部会发生空化效应进一步减低液态水的空气含量，提高球形冰块的透明度。当球形腔被水充满时，第一半球槽的液态水会率先冷冻为冰块并堵住排气口使球形腔状态密封状态，而水蒸气在声压层的作用下又会持续输入直至液态水结冰后体积增大充满整个球形腔，由于冰块是辐射声压的挤压下形成，所以制得的球形冰块密度高，硬度大。
进一步设置：所述制冷回路包括用于增压的压缩机和用于散热降温的冷凝器，还包括用于节流降压的毛细管和连通上半球模组并用于蒸发制冷的蒸发器，所述蒸发器包括设置在第一球形模具表面的螺纹槽和内部流通有制冷剂并与螺纹槽贴合用于蒸发制冷的蒸发管，还包括用于将压缩机内部高温气体通入蒸发管使冰块脱离第一半球槽的电磁阀。
通过采用上述技术方案，压缩机、冷凝器、毛细管和蒸发器会形成基础的制冷循环，而由于螺纹槽的存在，蒸发管与第一球形模具的接触面积增大，加快了热交换速率，通过设置电磁阀，在冰块制成后，可利用电磁阀将压缩机内部的高温气体倒入蒸发管内，使冰块与第一半球槽脱离，便于后续冰块的取出。
进一步设置：所述导振板整体为与第二球形模具表面相适配的球形结构，所述下半球模组还包括用于输出超声电信号的超声波发生器和用于将电能转化为机械振动的换能器，所述换能器连接有用于放大换能器所产生振幅的变幅杆，所述变幅杆上端固定连接导振板。
通过采用上述技术方案，能实现将换能器和变幅杆将超声波发生器发出的电信号转化振幅较大的超声波振荡信号，并通过球形结构的导振板传递至第二半球槽表面，使得第二半球槽表面能形成较为均匀的超声波近声场，随着悬浮高度的减少，辐射声压急剧上升，可以悬浮较重的物体。
进一步设置：所述第一半球槽的槽面竖直朝下，所述第二半球槽的槽面竖直朝上，所述下半球模组还包括连接供料组件并将水蒸气过滤后再向第二半球槽内部喷射的蒸汽滤口，所述蒸汽滤口的喷射方向与第二半球槽底部半径的夹角大于30°。
通过采用上述技术方案，设置蒸汽滤口可以进一步减低水蒸气内部的杂质，提高冰块的透明度。由于第一半球槽表面液化温度低于后续液态水的液化温度，因此将蒸汽滤口与第二半球槽底部半径的夹角设置为大于30°，使得水蒸气即使遇冷液化为液态水落入第二半球槽表面后，蒸汽滤口仍会在一定时间内高于液态水的液面，可以继续直接朝向第一半球槽喷射蒸汽，使得有更多的水蒸气可以直接接触温度较低的第一半球槽进行液化，从而降低液化后的初始温度，加快冰块的形成。
进一步设置：所述供料组件包括用于储存纯净水的第一水箱和用于向第一水箱提供纯净水并使第一水箱保持充满状态的水泵，所述第一水箱管道连接有用于分流的分流阀，所述分流阀管道连通蒸汽滤口，还包括通过电子高频震荡将分流阀内的纯净水雾化为水蒸气的压电陶瓷片。
通过采用上述技术方案，由于水不可避免会存在矿物质等杂质，这些杂质在结冰后会影响冰块的透明度，通过使用纯净水，可以使制取的水蒸气杂质含量较低。利用水泵使第一水箱保持充满状态可以使纯净水与空气隔离，降低纯净水的空气含量。通过设置分流阀可以实现同时为多组上半球模组和下半球模组进行供料，提高制冰效率。通过利用压电陶瓷片进行高频谐振，使得产生的水蒸气的温度较低，可以进行快速液化，加快制冰速率，且在雾化过程中会产生大量负离子可以实现自我净化，且采用压电陶瓷片进行雾化更为节能环保。
进一步设置：所述供料组件还包括用于向压电陶瓷片反馈第一球形模具和第二球形模具内部压强的气压计，所述气压计设置在蒸汽滤口与分流阀的管道连接处。
通过采用上述技术方案，当液态水结冰膨胀而堵住蒸汽滤口时，连接蒸汽滤口的管道内部压强会升高，通过设置气压计可以将压强信号传递给压电陶瓷片使得在制冰完成后，压电陶瓷片自动断电，停止继续产生水蒸气。
进一步设置：所述第一半球槽的槽面设有用于增大接触面积的条形纹路，所述条形纹路的深度不大于2mm。
通过采用上述技术方案，设置条形纹路可以通过增大第一半球槽的表面积来间接加快蒸发管与水蒸气之间的热量交换，加速冰块的制取，同理设置条形纹路可以在后续利用电磁阀导热脱冰过程中，加速熔化冰球表面，使冰球与第一半球槽表面脱离。条形纹路的深度不大于2mm，可以避免在脱冰过程中由于条形纹路过深使得制取的冰块表面不够光整，影响美观。
进一步设置：所述第一球形模具和第二球形模具通过铰链连接，所述制冰装置还包括通过翻转第二球形模具使其脱离第二球形模具的转轴，所述第二半球槽的表面设有用于疏水的憎水层。
通过采用上述技术方案，由于第二半球槽表面设置了憎水层，使得水蒸气液化凝固形成的冰块与第二半球槽表面的吸附性不强。且通过转轴带动第二球形模具翻转，可以使第二半球槽以滑动的形式脱离球形冰块，改变了以往采用提拉动作使冰块脱离模具的方式，使得脱离的冰块表面较为完整光滑。
进一步设置：所述供料组件还包括用于接收空气并使空气中的水蒸气冷凝回流的回流管，所述回流管整体为螺纹管状，所述回流管一端管道连接蒸汽出口，另一端管道连通有用于过滤的过滤器，所述过滤器连接有用于储存回收水蒸气的第二水箱。
通过采用上述技术方案，由于在接触第一半球槽表面时，会有部分水蒸气来不及液化而继续上升跟随空气通过排气口，通过设置回流管，可以对逃脱的水蒸气进行二次冷凝，使其回流至第一半球槽和第二半球槽组成的球形腔内，设置过滤器和第二水箱，可以在二次冷凝后再次逃脱的水蒸气进行过滤回收，提高水资源的利用率。
附图说明
图1是冰块制造设备及其制冰方法的结构示意图；
图2是制冰装置的整体示意图；
图3是上半球模组的结构示意图；
图4是下半球模组的结构示意图；
图5是冰块制作方法的实施流程示意图；
图6是球形冰块制作方法的步骤流程示意图。
附图标记：1、机架；2、制冷回路；21、蒸发器；211、蒸发管；212、螺纹槽；22、压缩机；23、冷凝器；24、毛细管；25、电磁阀；3、制冰装置；31、上半球模组；311、第一球形模具；312、第一半球槽；313、排气口；314、条形纹路；315、橡胶环；32、下半球模组；321、第二球形模具；322、第二半球槽；323、导振板；324、超声波发生器；325、换能器；326、变幅杆；327、蒸汽滤口；328、憎水层；33、电机；34、转轴；4、供料组件；41、第一水箱；42、水泵；43、分流阀；44、压电陶瓷片；45、气压计；46、回流管；47、过滤器；48、第二水箱；5、储冰箱。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
优选例1：参考图1，一种冰块制造设备及其制冰方法，包括机架1，机架1上设有通过蒸汽压缩进行制冷的制冷回路2和通过密封振荡产生水蒸气的供料组件4，还包括连接制冷回路2并利用辐射声波将水蒸气悬浮挤压在球形腔室制成透明球形冰块的制冰装置3，还包括用于储存球形冰块的储冰箱5。
工作时，制冷回路2在蒸汽压缩过程中与制冰装置3进行热量交互，使制冰装置3产生局部低温，供料组件4通过密封振荡向制冰装置3输送水蒸气，进入制冰装置3的水蒸气受冷液化为液态水，液态水在超声波产生的辐射声压作用下悬浮挤压，进而受冻凝结成硬度较高的透明球形冰块。
参考图1，制冷回路2包括内部流有制冷剂的蒸发器21和通过压缩将制冷剂转化为高温高压气体的压缩机22，压缩机22一端管道连通蒸发器21，另一端管道连接有用于散热降温的冷凝器23，还包括用于节流降压的毛细管24和用于将压缩机22内部高温气体通入蒸发管211使冰块表面融化的电磁阀25。参考图1、图2，蒸发器21包括设置在制冰装置3表面的螺纹槽212和用于螺旋环绕在螺纹槽212内的蒸发管211。
工作时，压缩机22启动，蒸发管211内呈低温低压气体状态的制冷剂进入压缩机22被压缩为高温高压蒸汽，冷凝器23接收高温高压蒸汽并对其进行散热降温，使其变为低温高压气体，随后低温高压气体进入毛细管24进行节流降压转化为低温低压的气液两相物体，气液两相物体在压缩机22的作用下流经蒸发管211，在流经过程中通过与制冰装置3进行热量交互重新转化为低温低压的气体，随后进入压缩机22重复上述循环。
参考图1，制冰装置3包括固定连接制冷回路2并用于液化及冻结水蒸气的上半球模组31，下半球模组32的下方铰链连接有连通供料组件4并用于配合上半球模组31产生辐射声压将水悬浮封锁在球形腔室的下半球模组32，还包括固定连接下半球模组32并在电机33驱动下翻转下半球模组32的转轴34。
工作时，转轴34在电机33的驱动下先带动下半球模组32贴合上半球模组31，下半球模组32和上半球模组31形成密闭的球形腔室，供料组件4通过下半球模组32向球形腔室内输送水蒸气，水蒸气上升接触上半球模组31而受冷液化为液态水，下半球模组32通过超声波在球形腔室的下表面产生辐射声压，下落的液态水在辐射声压的作用下悬浮在球形腔室的下表面并逐渐填满整个球形腔室，最终被冻结为球形冰块，球形冰块冻结完毕，转轴34带动下半球模组32脱离上半球模组31。
参考图3，上半球模组31包括用于与制冷回路2进行热交互的第一球形模具311，第一球形模具311表面设有用于包裹水蒸气的第一半球槽312，第一半球槽312表面设有用于排放空气的排气口313和用于增大接触面积的条形纹路314，第一半球槽312的外轮廓设有通过挤压进行密封的橡胶环315。
参考图4，下半球模组32包括连通供料组件4并与第一球形模具311铰链连接的第二球形模具321，第二球形模具321表面设有用于与第一半球槽312组成球形腔室的第二半球槽322，第二球形模具321设置第二半球槽322的反面设有与第二球形模具321外表面相适配的导振板323，还包括用于输出超声电信号的超声波发生器324和用于将电能转化为机械振动的换能器325，换能器325固定连接在导振板323下方，换能器325和导振板323之间还设有用于放大换能器325所产生振幅的变幅杆326，第二球形模具321外表面还设有管道连通供料组件4并将水蒸气过滤后再向第二半球槽322内部喷射的蒸汽滤口327。本实施例中，蒸汽滤口327的喷射方向与第二半球槽322底部半径的夹角大于30°且第二半球槽322的内部表面设有用于疏水的憎水层328，条形纹路314的深度不大于2mm。
工作时，转轴34在电机33的驱动下，带动第二球形模具321贴合第一球形模具311，第一半球槽312和第二半球槽322贴合形成密闭的球形腔室。超声波发生器324向换能器325传递正弦电信号，换能器325将正弦电信号转化为超声波机械振动，当换能器325产生的机械振动经过变幅杆326，其振幅增大，并通过导振板323传递至第二半球槽322表面，在第二半球槽322表面形成可悬浮物质的辐射声压；供料组件4提供的水蒸气通过蒸汽滤口327进入球形腔室内，水蒸气由于密度较低会上升接触温度较低的第一半球槽312表面而被液化为液态水，液态水下落并悬浮在辐射声压表面，液态水在水位上升的过程中会将上方的空气从排气口313排出，液态水在充满整个球形腔室后会在辐射声压的挤压下冷冻成密度较高的透明球形冰块，随后转轴34驱动第二球形模具321脱离第一球形模具311，电磁阀25打开，压缩机22内部的高温气体进入蒸发管211，球形冰块与第一半球槽312的接触面熔化，球形冰块落入储冰箱5内，完成透明球形冰块的制取。
参考图1，供料组件4包括用于储存纯净水的第一水箱41和用于向第一水箱41补充纯净水并使第一水箱41保持充满状态的水泵42，还包括用于向制冰装置3分流输送纯净水的分流阀43，分流阀43一端管道连接第一水箱41，另一端管道连通蒸汽滤口327，分流阀43和蒸汽滤口327之间通过管道连接有通过电子高频震荡将分流阀43内的纯净水雾化为水蒸气的压电陶瓷片44和用于向压电陶瓷片44反馈第一球形模具311和第二球形模具321内部压强的气压计45，还包括用于接收空气并使脱离球形腔室的水蒸气冷凝回流的回流管46，回流管46整体为螺纹管状，回流管46一开口连接排气口313，另一开口连接有用于过滤空气及残余水蒸气的过滤器47，还包括管道连接过滤器47并用于储存回收水蒸气的第二水箱48。
工作时，水泵42将第一水箱41内部的纯净水输送至分流阀43，分流阀43将纯净水进行分流，压电陶瓷片44产生高频振动使管道内纯净水雾化为水蒸气，水蒸气通过蒸汽滤口327进入各个球形腔室内，进入球形腔室的水蒸气大多会遇冷液化凝固为冰块，少量会跟随空气通过排气口313排入回流管46，进入回流管46的水蒸气在流经回流管46的过程中会进行二次冷凝并回流至球形腔室内，少量没有回流的水蒸气会进一步通过过滤器47进入第二水箱48完成回收。
参阅图5及图6，本发明还提供一种利用上述冰块制造设备制取球形冰块的冰块制造方法，该冰块制造方法包括以下步骤：
步骤S1：雾化，利用压电陶瓷片44对供料组件4的第一水箱41传递进行高频震荡，将第一水箱41内用于制作冰球的原料水雾化为蒸汽；
步骤S2：注入，将雾化得到的蒸汽从下往上注入由上半球模组31和下半球模组32构成的球形腔体中；
步骤S3：液化预冷，将球形腔体的上端固定连接制冷回路2，利用制冷回路2与球形腔体进行热交互，将进入球形腔体内的蒸汽液化预冷为液态水；
步骤S4：悬浮空化，利用换能器325向球形腔体传递超声波振荡，在球形腔体内壁制造辐射声压，对液化得到的液态水进行悬浮托举的同时使液态水内部发生空化效应，辐射声压的厚度控制在500微米至800微米之间；
步骤S5：排气，持续排入蒸汽，提升液态水的水位，液态水上升将球形腔体内部的空气从上半球模组31的排气口313排出；
步骤S6：挤压冻结，在液态水达到球形腔体容量90%时通过增大变幅杆326两端电压对超声波换能器325进行增幅，增幅后的辐射声压对液态水进行挤压，直至液态水完全冻结；
步骤S7：脱冰，翻转下半球模组32，将球形冰块下表面露出，随后通过电磁阀25将压缩机22内部高温气体倒入蒸发器21中，熔化球形冰块和上半球模组31的接触面，使球形冰块脱离上半球模组31进入储冰箱5，完成球形冰块的制取。
上述的实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
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