ОХЛАЖДАЮЩАЯ ВАННА ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ ЖИДКОСТИ
COOLING BATH FOR LIQUID COOLING

Это изобретение относится к ледяной ванне.
При розливе охлажденной жидкости, такой как холодная вода, множество различных способов используются для охлаждения воды, получаемой из внешнего источника, прежде чем вода разливается. Они могут включать в себя системы с холодным баком, в которых вода из сети водоснабжения хранится в холодном баке, вокруг которого намотано множество охлаждающих змеевиков. Охлаждающие змеевики охлаждаются посредством системы механического компрессора и конденсатора, чтобы, тем самым, охлаждать воду в баке для розлива.
В другом типе системы используется система с непосредственным охлаждением или внутренним змеевиком, в которой охлаждающие змеевики размещаются внутри охлаждающего бака в непосредственном соприкосновении с водой, которая должна быть охлаждена. Это делает более эффективной систему охлаждения, но более дорогостоящей для производства.
Дополнительным вариантом является использование системы с ледяной ванной (иначе известной как система с ледяным аккумулятором холода). Система с ледяной ванной имеет контейнер с последовательностью труб, проходящих через контейнер, которые содержат жидкость, которая должна быть охлаждена, и средство для преобразования жидкости в контейнере в лед. Жидкость, которая должна разливаться, проходит по трубам в ванной изо льда, и, таким образом, жидкость, которая должна разливаться, не приходит в соприкосновение со льдом или водой в контейнере. Лед, сформировавшийся в контейнере, служит в качестве охлаждающего резервуара, так что, когда тепло переносится от трубки для охлаждения жидкости, лед тает, как правило, сохраняя температуру ледяной ванны постоянной.
Система с ледяной ванной, в целом, содержит контейнер, охлаждающий змеевик (который, как правило, размещается внутри контейнера, обычно в направлении внутренней поверхности внешней стенки контейнера) и спираль трубопровода (обычно из нержавеющей стали или некоторого другого материала, который является пригодным для хранения материала трех сортов), как правило, расположенную внутри контейнера. Эта труба содержит жидкость, которая должна быть охлаждена. Она может, как правило, быть либо водой, либо газированной водой во многих применениях.
Перемешивающее устройство также предусматривается, чтобы вызывать перемешивание ледяной воды, чтобы поддерживать ее температуру постоянной.
Во время работы задействуется система охлаждения, которая вынуждает лед нарастать вокруг охлаждающих змеевиков и распространяться по направлению к трубе, которая удерживает воду, которая должна быть разлита. Количество льда, создаваемого в ванной, требует наблюдения или регулирования. Температура ванны в целом, как правило, регулируется между фиксированными величинами, скажем, между 0 и 1°C, и часто является важным, чтобы лед, создаваемый в ванной, не распространялся слишком далеко, чтобы физически касаться или окружать трубы, несущие жидкость, которая должна быть охлаждена и разлита, так как это может вызывать замерзание труб, блокировку или разрыв. Таким образом, средство обнаружения и наблюдения количества льда требуется.
Настоящее изобретение появилось в попытке предоставить улучшенную систему наблюдения льда.
Согласно настоящему изобретению в первом его аспекте предложена ледяная ванна, содержащая контейнер, охлаждающий змеевик, чтобы вынуждать жидкость в контейнере превращаться в лед, трубу для переноса жидкости, которая должна быть охлаждена посредством ледяной ванны, для розлива и, по меньшей мере, три токопроводящих зонда для измерения толщины льда, при этом токопроводящие зонды расположены между охлаждающим змеевиком и трубой для переноса жидкости, которая должна быть разлита, так что первый зонд из токопроводящих зондов расположен ближе к охлаждающему змеевику чем, по меньшей мере, второй и третий токопроводящие зонды, и, таким образом, второй и третий токопроводящие зонды расположены ближе к трубопроводу чем первый токопроводящий зонд.
Предпочтительно, имеются три токопроводящих зонда, один из которых расположен ближе к испарителю или охлаждающим змеевикам чем второй и третий зонды.
Предпочтительно, второй и третий зонды равноудалены от охлаждающего змеевика. Они могут также быть равноудаленными от трубопровода. Трубопровод может быть "параллельным" к охлаждающему змеевику в области зондов.
Зонды действуют вместе, чтобы измерять проводимость воды. Хорошо известно, что проводимость воды изменяется в зависимости от того, находится ли вода в жидком или твердом состоянии, и, следовательно, посредством определения проводимости воды между зондами может быть определено, достиг ли лед соответствующих зондов.
Устройство также включает в себя средство для измерения проводимости между соответствующими парами зондов, т.е., между первым и вторым зондами, первым и третьим зондами и вторым и третьим зондами.
Три зонда могут быть задействованы последовательно (т.е., таким образом, что проводимость между одной парой зондов может быть определена, затем между второй парой зондов и затем между третьей парой зондов, в управляемом цикле).
В первом способе управления во время процедур запуска, задействуются охлаждающие змеевики, и измеряется электрический ток, протекающий между соответствующей парой зондов. Контроллер, например, микроконтроллер, выполняется с возможностью использовать измеренные значения электрического тока, чтобы определять проводимость между каждой парой зондов (первым и вторым, первым и третьим, и вторым и третьим). Когда лед образуется, он достигает первого зонда, и присутствие льда на первом зонде (ближайшем к охлаждающим змеевикам) обнаруживается посредством наблюдения проводимости между тремя зондами. Когда охлаждение продолжается, лед в конце концов достигает толщины, определенной посредством положений второго и третьего зонда, и это может быть определено посредством наблюдений за проводимостью между первым и вторым и вторым и третьим, и первым и третьим зондами, таким образом, указывая, что вода изменила состояние с жидкого на твердое, подтверждая, что лед образовался, по меньшей мере, до зоны вторых и третьих зондов.
После того как лед установился, затем зонды вместе продолжают мониторить проводимость между ними, чтобы наблюдать за толщиной льда во время работы автомата.
Более чем три токопроводящих зонда могут быть использованы в вариантах осуществления. Минимальное значение для льда может быть задано в качестве значения толщины, которая проходит от охлаждающего змеевика до первого зонда, и максимальное значение для льда может быть задано на уровне, на котором толщина льда проходит до второго и третьего зондов. Предпочтительно предусматривается средство, чтобы включать и выключать охлаждение для регулирования толщины льда, которая должна поддерживаться между минимальным и максимальным значениями.
Так как проводимость воды изменяется в зависимости от чисты воды и, следовательно, от общего количеством растворенных твердых примесей (TDS) в воде, три зонда могут быть использованы для испытания, чтобы наблюдать уровень TDS для воды.
Как правило, второй и третий зонды будут располагаться на равном расстоянии по отношению к трубе охлаждения воды, так что показания проводимости между вторым и третьим зондом могут быть использованы для определения того, что лед имеет должную толщину.
В дополнительном аспекте изобретения предложен способ измерения льда, образовавшегося в ледяной ванне, как указано выше, содержащий измерение проводимости между первым зондом и вторым зондом, первым зондом и третьим зондом, и вторым зондом и третьим зондом по очереди и использование измеренных значений проводимости, чтобы определять что–либо из следующего: когда лед достиг первого зонда, когда лед достиг второго и третьего зондов, и когда лед начал отступать от второго и третьего зондов, и использование показаний измерений для управляющего устройства для формирования льда.
Варианты осуществления изобретения будут сейчас описаны, только в качестве примера, со ссылкой на сопутствующие чертежи, на которых:
Фиг. 1 и 2 показывают типичные водяные ванны;
Фиг. 3 является видом c частичным разрезом водяной ванны с компоновкой зондов толщины льда;
Фиг. 4 показывает увеличенную часть фиг. 3;
Фиг. 5 показывает увеличенную часть верхней части на фиг. 3;
Фиг. 6 показывает вырезанную часть;
Фиг. 7 показывает детали части вырезанной части, и
Фиг. 8 показывает часть токопроводящего зонда.
Обращаясь к фиг. 1 и 2, типичная система ледяной ванны включает в себя контейнер или сосуд 1, который типично выполняется из пластмассы или металлического материала. Один или более охлаждающих змеевиков предусматриваются в контейнере, как правило, относительно близко к внутренней стенке контейнера и, как правило, намотанными вертикальным образом, чтобы охватывать большую часть высоты контейнера. Они принимают жидкий хладагент (не показан) через впускное отверстие 2a и выпускное отверстие (не показано). Подходящий жидкий хладагент применяется для охлаждающих змеевиков. Охлаждающие змеевики могут иначе называться змеевиками испарителя. Испарители и охлаждающие змеевики и подходящие жидкости являются хорошо известными во многих областях, таких как холодильники.
В зоне, определяемой охлаждающими змеевиками, как правило, размещена охлаждаемая труба для питьевой жидкости. Она, аналогично охлаждающим змеевикам, может быть извита несколько раз, чтобы подниматься на высоту контейнера, и получает жидкость, которая должна быть разлита (например, воду) из впускного отверстия 5. После прохождения через трубу жидкость проходит через выпускное отверстие 6 к выпускному отверстию для розлива или к крану, из которого охлажденная вода или другая жидкость должна разливаться. Типично, впускное отверстие выполняют в самой верхней части трубы 4, и вода, которая должна быть охлаждена, идет по виткам и к нижней части змеевика, откуда она поднимается до выпускного отверстия 6 для розлива.
Вода или другая жидкость, такая как этиленгликоль, предусматривается внутри контейнера, так что на нее воздействует хладагент в охладительном змеевике для того, чтобы частично превращать воду в лед и, так как труба для питьевой жидкости содержится внутри ванной, на нее воздействует ледяная вода, чтобы охлаждать жидкость в ней. Таким образом, жидкость, когда она прошла по трубе, охлаждается, но никогда не касается воды или другой жидкости, используемой для ее охлаждения.
Датчик 7 температуры может иметься для определения температуры воды/льда в контейнере. Чертеж также показывает датчики 8, 9 уровня для автоматического заполнения контейнера. Они воспринимают давление воды по изменениям в сопротивлении от высокого (нет воды) до более низкого (нет воды). Вместо этого другие датчики уровня могут быть использованы, типа поплавкового переключателя. Таким образом, вода или другая текучая среда, которая предусматривается внутри контейнера, и которая используется, чтобы формировать ледяную ванну, может поддерживаться на постоянном уровне посредством наблюдения датчика уровня, который активизируется, чтобы выключать клапан заполняющего механизма, когда контейнер заполнен. Ледяная ванна может включать в себя вентилятор 10, питаемый посредством привода 11 электромотора. Вентилятор вызывает перемешивание воды, чтобы гарантировать, что вода равномерно распределяется, а также предотвращать нарастание льда, где это не нужно. Это гарантирует, что температура на всем протяжении ледяной ванной остается, в целом, постоянной.
Фиг. 2 показывает аналогичную ледяную ванну, но в этом случае предусматривается бак 12 карбонизации. Вода в баке карбонизации, который также имеет впускные и выпускные отверстия, насыщается углекислотой посредством инжекции двуокиси углерода или иным образом, и он устанавливается внутри ледяной ванной, так, чтобы охлаждаться посредством ледяной ванной, так что пользователь может выбирать между негазированной и газированной (шипучей) охлажденной водой или другой жидкостью. Настоящее изобретение в равной степени является применимым к негазированным или шипучим системам, или системам, которые могут выборочно разливать и то, и другое.
Как описано выше, в таких ледяных ваннах контейнер заполняется водой, или возможно другими жидкостями для теплопереноса, либо вручную, либо автоматически в системе, которая включает в себя датчики уровня и клапан. Такие датчики уровня могут быть электронными или механическими. Система охлаждения затем приводится в действие, вызывая нарастание льда вокруг охлаждающих змеевиков в случае воды, или, охлаждение другой жидкости для теплопереноса до желаемой температуры. Количество льда, созданного в ванной, в целом, регулируется посредством либо механического термостата, либо электронного термостата, либо датчика, который должен регулироваться между минимальным и максимальным значениями, которые типично равны 0 и 1 градусам Цельсия. Важно, чтобы создаваемый лед не окружал трубу, несущую жидкость, которая должна быть охлаждена и разлита, так как это может вызывать замерзание труб и другое повреждение или розлив плохого качества.
В вариантах осуществления это достигается посредством зондов толщины льда, и пример их показан на фиг. 3–7. Три зонда 20, 21 и 22 показаны на каждом чертеже. Как показано, каждый зонд проходит по существу вертикально от положения, где он поддерживается крышкой 24 контейнера, и свисает вертикально вниз. Каждый зонд содержит центральный проводник 25, установленный в соосном кожухе 26, как показано на фиг. 8. Самый нижний конец 28 проводника проходит за самую нижнюю часть 27 кожуха. На верхнем конце проводник также выступает за кожух к контроллеру (не показан), который используется для подачи тока к зондам и для измерения результатов.
Как показано на чертежах, зонды устанавливаются между трубой 4 и охлаждающими змеевиками 2. Они также устанавливаются таким образом, что зонд 20 устанавливается ближе к змеевику 2 по сравнению с другими зондами. Т.е., ближайшее расстояние зонда 20 до ближайшей части охлаждающих змеевиков 2 является более близким по сравнению с ближайшим расстоянием одного из двух зондов 21 и 22 до охлаждающих змеевиков 2. Зонды 21 и 22, следовательно, устанавливаются ближе к трубе 4 для переноса текучей среды, которая должна быть охлаждена, чем зонд 20. В некоторых вариантах осуществления, зонды 21 и 22, оба располагаются на одинаковом расстоянии от трубы 4. Как правило, как показано, змеевики будут иметь, по существу прямоугольную форму с прямыми частями, проходящими вдоль краев прямоугольного контейнера, и изогнутые части у змеевиков контейнера. Зонды, как правило, устанавливаются вдоль одного из длинных краев, так что зонд 20 находится ближе к охлаждающему змеевику 2, чем зонды 21 и 22, и зонды 21 и 22 являются равноудаленными от трубы 4, а также от трубы 2.
Фиг. 4 является увеличенной по сравнению с фиг. 3 и показывает компоновку зондов более четко. Зонды размещаются так, что выставленные нижние края 25a находятся на таком расстоянии над корпусом, что проводимость воды/льда в этой точке может быть измерена.
Соответствующие зонды, следовательно, действуют как электроды.
Фиг. 5 показывает укрупненную деталь верхней части узла зонда, четко показывая, насколько зонд 20 установлен ближе к внешней стороне контейнера, чем другие два зонда.
Фиг. 6 показывает более вырезанную версию, иллюстрирующую бак 30 карбонизации. Он устанавливается внутри трубчатого змеевика 4.
Перемешивающее устройство может присутствовать или не присутствовать в вариантах осуществления изобретения.
Фиг. 7 показывает альтернативный вид, четко показывающий зонды, установленные между охлаждающим змеевиком 2 и трубой 4 для жидкости, которая должна быть охлаждена, при этом зонд 20 находится ближе к охлаждающему змеевику, чем другие два зонда.
Обратимся теперь к работе устройства, во–первых, контейнер наполняется водой или другой замерзающей жидкостью. Хладагент подается в змеевики 2 хладагента/испарения. В начале цикла охлаждения, когда желательно создавать лед, проводимость воды измеряется посредством трех зондов, работающих вместе. Проводимость измеряется между зондом 20 и зондом 21, зондом 20 и зондом 22 и между зондом 21 и зондом 22. За счет этого устанавливается базовая проводимость воды и измерение выполняется до формирования льда, или, по меньшей мере, прежде чем какой–либо существенный лед формируется.
Значения проводимости измеряются посредством приложения сигналов напряжения между соответствующими парами зондов по очереди и измерения затухания сигнала. Это помогает, таким образом, измерять проводимость воды между оголенными фрагментами зондов, которая будет изменяться, когда вода превращается в лед. Типично, зонды могут снабжаться энергией посредством DC–сигнала и снабжаются энергией поочередно, так что проводимость относительно друг друга, и между различными парами, может быть определена, например, первая проводимость между зондами 20 и 21, затем проводимость между зондами 20 и 22, затем проводимость между зондами 21 и 22. Этот цикл может быть повторен.
Мощность электрического сигнала измеряется, и проводимость определяется с помощью алгоритма. Алгоритмы для определения проводимости из мощности сигнала являются хорошо известными, например, корреляция ослабления мощности DC–сигнала с ожидаемой проводимостью. Для этого как правило используется микроконтроллер, или другой тип контроллера, будь то DC или в ином случае.
Когда лед создается, это начинается на поверхности змеевиков 2 испарителя или охладителя. Когда он нарастает, он достигает первого зонда 20, и присутствие льда на зонде 20 обнаруживается посредством контроля за проводимостью между зондами 20 и 21, и между зондами 20 и 22. Проводимость начнет изменяться, когда лед нарастает на зонде 20.
Охлаждение затем продолжается, пока лед не достигнет толщины, определяемой посредством положений второго и третьего зондов, т.е., дойдет до этих зондов. Таким образом, второй и третий зонды наиболее предпочтительно устанавливаются в положении между охлаждающими змеевиками и трубой для розлива, до куда льду предоставляется возможность доходить. Когда лед достигает зондов 21 и 22 (которые, напомним, будут, как правило, равноудаленными от охлаждающих змеевиков), тогда проводимость между тремя комплектами зондов изменяется. Это изменение проводимости показывает, что вода изменила состояние с жидкого на твердое, т.е., лед. Это может затем быть обнаружено и использовано, чтобы отключать охлаждение.
После того как этот первый цикл охлаждения был завершен, зонды продолжают мониторить проводимость между ними. Они продолжают воспринимать толщину льда во время работы. Когда лед начинает таять и отступать от трубы для розлива, будет достигнута точка, когда лед больше не находится вокруг зондов 21 и 22, и это будет обнаружено по изменению проводимости. Механизм охлаждения может затем быть включен опять, чтобы поддерживать необходимое количество льда, и это может быть повторено с тем, чтобы поддерживать количество льда устойчивым и в управляемых пределах.
В другом варианте осуществления льду может быть предоставлена возможность отступать за зонд 20, прежде чем компрессор (механизм охладителя) включается снова. Это должно уменьшать число сигналов включения и выключения компрессора и уменьшать число коротких циклов компрессора.
Толщина льда может восприниматься непрерывно во время работы автомата или может восприниматься, когда автомат включен, но находится в режиме ожидания, например.
Во время работы автомата для розлива, если второй и третий зонды 21 и 22 становятся соприкасающимися с жидкой водой, т.е., лед растаял, и толщина начинает отступать, это обнаруживается микропроцессором или микроконтроллером, воспринимающим изменение в проводимости. Это используется в качестве сигнала на включение системы охлаждения, чтобы восстанавливать потерянную толщину льда. Лед будет уменьшаться посредством теплопереноса в окружающую среду, таким образом, толщина льда может постоянно восприниматься посредством вариантов осуществления изобретения, так что доставка холодной воды максимизируется.
Использование трех зондов является желательным, чтобы правильно наблюдать, что лед расширился на допустимое расстояние в сторону трубы для розлива. Если только один второй зонд присутствует, то он может наблюдать всплеск локализованного изменения в толщине льда, а не полное формирование льда в желаемом направлении. Таким образом, варианты осуществления в изобретения предпочтительно используют, по меньшей мере, три зонда. Более чем три зонда могут быть использованы в некоторых вариантах осуществления. Например, в дополнение к первому зонду, который является ближайшим к охлаждающему змеевику, три или более зондов могут быть использованы дальше от охлаждающего змеевика для того, чтобы измерять равномерность распределения льда более тщательно.
Кроме того, структура с тремя зондами может быть использована, чтобы измерять уровень TDS (общее количество растворенных твердых примесей) в воде, и показатели измерений между всеми тремя зондами (т.е., от зонда 20 до зонда 21, зонда 20 до зонда 22 и между зондами 21 и 22) являются очень полезными, чтобы добиваться надежного измерения TDS–уровня, и отличать его от единственного измерения толщины льда.
Посредством обеспечения того, что два зонда, ближайшие к змеевику водяного охлаждения, расположены, по существу, параллельно этим змеевикам, достигается приспособленность этих зондов, чтобы проверять, что лед нарастает до желаемой толщины.
Множество способов управления может быть использовано, посредством которых уровень льда может быть измерен и отрегулирован. Компрессор используется, чтобы управлять потоком хладагента и, таким образом, управлять температурой. Блок управления может предоставлять инструкции компрессору, чтобы включать и выключать его при необходимости, чтобы поддерживать уровень льда постоянным и, следовательно, поддерживать температуру ледяной ванны постоянной в охлаждающих трубах. Это может также быть использовано для управления перемешивающим устройством или крыльчаткой, когда она используется.
Может быть полезным включать в конструкцию более трех зондов. Если три или более зондов размещены ближе к трубопроводу для переноса жидкости, которая должна быть разлита, чем четвертый зонд, тогда пользователь может проверять, существует ли равномерная толщина льда, располагая их с интервалом друг от друга.
Охлаждающие змеевики и труба для переноса жидкости, которая должна быть разлита, могут быть размещены иначе, чем показано. Какой бы ни было их размещение, зонды должны быть между ними, по меньшей мере, с одним зондом ближе к охлаждающему змеевику, чем другие.