JP2009250486A

JP2009250486A - 製氷機

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Publication number: JP2009250486A
Application number: JP2008097199A
Authority: JP
Inventors: Norikazu Morimoto; 了司森本
Original assignee: Hoshizaki Electric Co Ltd
Current assignee: Hoshizaki Electric Co Ltd
Priority date: 2008-04-03
Filing date: 2008-04-03
Publication date: 2009-10-29
Anticipated expiration: 2028-04-03
Also published as: JP5511150B2

Abstract

【課題】製氷機において、安定した除氷運転を行なう。
【解決手段】製氷機は、製氷運転において氷塊を生成する製氷板１２と、除氷運転において除氷水タンク３４ら除氷水を製氷板１２に供給する除氷水供給手段３２と、除氷水を加熱する温度調節手段４４と、除氷水タンク３４に貯留された除氷水の温度を測定する除氷水温度センサＴＨ₁とを備えている。また製氷機は、除氷運転において除氷水が供給されているタイミングで冷媒の出口温度を測定する切換用温度センサＴＨ₂と、この切換用温度センサＴＨ₂で測定した出口温度から求めた除氷水温度および基準除氷水温度から加熱制御温度を算出して更新する演算手段とを有している。そして製氷機は、除氷水温度センサＴＨ₁の測定結果に基づいて、除氷水を温度調節手段４４により加熱制御温度になるよう調節する。
【選択図】図１

Description

この発明は、除氷運転において製氷部に除氷水を供給することで離氷が図られる製氷機に関するものである。

垂直に立設した製氷部に冷凍系から導出した蒸発器を配設し、この蒸発器により冷却される製氷部に製氷水を散布供給して氷塊を生成する流下式製氷機が、簡単な構成で製氷コストも低廉になし得ることから広く使用されている(例えば、特許文献１参照)。製氷機は、除氷運転において、冷凍系からホットガスを蒸発器に供給すると共に、製氷部の裏面に除氷水タンクから除氷水を供給することで、製氷部を加熱して製氷部からの離氷を図っている。ここで、除氷水タンクに外部水源から供給される除氷水は、季節や設置環境等によって変動して温度が一定していない。すなわち、除氷水の温度が低い場合は、除氷水を製氷部に供給することによって製氷部を十分に温度上昇させることができず、除氷運転にかかる除氷時間が長くなってしまう問題がある。

そこで、特許文献１に開示の製氷機は、外部水源から供給されて除氷水タンクに貯留した除氷水を、加熱手段により目標除氷水温まで加熱し、除氷運転において加熱された除氷水を製氷部に供給することで、除氷時間を調節している。ここで、目標除氷水温は、予め判明している最大限に製氷効率を発揮し得る最適除氷時間から求められる基準除氷水温と、除氷運転で実際にかかった除氷時間から求められる推定除氷水温とから、製氷部等への異物の付着等の要因を考慮して算出される。
特開２００５−１５６００２号公報

製氷機の除氷運転は、季節や設置環境等の外的要因の影響を受け易く、除氷時間のばらつきが大きくなってしまう。前述の如く、除氷時間を要素として目標除氷水温を算出すると、除氷時間の変動の影響を大きく受けて目標除氷水温もばらつき、除氷水を加熱する加熱手段が頻繁にオン・オフされることになり、制御的に不安定になる傾向がある。

すなわち本発明は、従来の技術に係る製氷機に内在する前記問題に鑑み、これらを好適に解決するべく提案されたものであって、安定した運転を行ない得る製氷機を提供することを目的とする。

前記課題を克服し、所期の目的を達成するため、本願の請求項１に係る発明の製氷機は、
製氷運転において氷塊を生成する製氷部と、除氷運転において除氷水タンクから除氷水を製氷部に供給する除氷水供給手段と、除氷水を加熱する温度調節手段と、前記除氷水タンクに貯留された除氷水の温度を測定する第１温度測定手段とを備え、前記除氷水温度測定手段の測定結果に基づいて、除氷水を前記温度調節手段により加熱制御温度になるよう調節する製氷機において、
前記製氷部に配設された蒸発器の出口側に設けられ、除氷運転において除氷水が供給されているタイミングで冷媒の出口温度を測定する第２温度測定手段と、
前記第２温度測定手段で測定した前記出口温度から求めた除氷水温度および基準除氷水温度から前記加熱制御温度を算出して更新する演算手段とを備えたことを特徴とする。
請求項１に係る発明によれば、除氷運転において、除氷運転において出口温度から算出した加熱制御温度に基づいて温度調節した除氷水を供給することで、除氷運転毎に除氷水により付与される熱量が略同一になり、除氷運転を開始してから測定時間経過した時点で測定した出口温度のばらつきが抑制される。このように、各除氷運転において、出口温度のばらつきが小さいので、この出口温度から算出される加熱制御温度の変動が小さくでき、制御手段の温度調節手段にかかる制御負荷を軽減して、適切に温度調節された除氷水を除氷運転において安定して供給し得る。

請求項２に係る発明では、前記演算手段には、前記出口温度に対して線形の対応関係となる前記除氷水温度データが予め設定され、該演算手段は、該除氷水温度データより前記第２温度測定手段から入力された出口温度に対応する除氷水温度を求めることを要旨とする。
請求項２に係る発明によれば、演算手段に予め設定された出口温度に対して線形の対応関係となっている除氷水温度データから除氷水温度を求めるので、除氷水温度を求める際に複雑な計算を必要とせず、演算手段の負担を軽減し得る。

請求項３に係る発明では、前記演算手段には、前記基準除氷水温度が予め設定されていることを要旨とする。
請求項３に係る発明によれば、基準除氷水温度が演算手段に予め設定されているので、加熱制御温度の算出に際して演算手段の負担を軽減し得る。

請求項４に係る発明では、前記演算手段には、除氷運転時に前記第１温度測定手段で測定された除氷水の温度が入力され、この除氷水の温度を該演算手段で前記基準除氷水温度として用いることを要旨とする。
請求項４に係る発明によれば、製氷部に実際に供給した除氷水の温度を、加熱制御温度を算出する際に用いることで、加熱制御温度の精度を向上することができる。

本発明に係る製氷機によれば、除氷運転において適切に温度調節された除氷水を供給し得るので、除氷運転を安定して行なうことができる。

次に、本発明に係る製氷機につき、好適な実施例を挙げて、添付図面を参照して以下に説明する。

図１に示すように、実施例に係る製氷機は、所謂流下式の製氷機構１０を備えるものである。この製氷機構１０は、所定間隔離間して対向配置した垂直な製氷板(製氷部)１２,１２の対向面(裏面)に、冷凍系１４から導出して横方向に蛇行する蒸発器１６が密着固定され、製氷運転時に蒸発器１６に冷媒を循環させて製氷板１２,１２を冷却するよう構成される。製氷機構１０の直下には、集水樋１８が配設され、製氷運転に際し製氷板１２,１２の各製氷面(表面)に供給された製氷水が、集水樋１８を介して製氷水タンク２０に回収貯留されるようになっている。

前記製氷水タンク２０から製氷水循環ポンプＰＭ₁を介して導出した製氷水供給管２２は、製氷板１２,１２の上方に設けた製氷水散布器２４に接続している。製氷水散布器２４には、多数の散水孔(図示せず)が穿設され、製氷運転時に製氷水タンク２０から圧送された製氷水を、氷結温度にまで冷却されている製氷板１２,１２の製氷面に散水孔から散布して流下させ、製氷面に氷塊を生成するようになっている。

前記冷凍系１４では、圧縮機ＣＭで圧縮された気化冷媒が、吐出管２６および後述の熱交換部４８を経て凝縮器ＣＤで液化した後に膨張弁ＥＶで減圧され、蒸発器１６で蒸発する過程で製氷板１２,１２と熱交換を行なって、各製氷板１２を氷点下にまで冷却させるよう構成される。また、蒸発器１６で蒸発した気化冷媒は、吸入管２８を経て圧縮機ＣＭに帰還するようになっている。なお、図１の符号ＦＭは、凝縮器ＣＤを冷却する冷却ファンである。更に、圧縮機ＣＭの吐出管２６からホットガス管３０が分岐され、このホットガス管３０はホットガス弁ＨＶを経て、蒸発器１６の入口側に連通されている。このホットガス弁ＨＶは、除氷運転にのみ開放し、製氷運転では閉成される。製氷機は、除氷運転において、ホットガス弁ＨＶを開放してホットガスを圧縮機ＣＭからホットガス管３０を介して蒸発器１６に直接供給することで、両製氷板１２,１２を加熱するようになっている。そして、冷凍系１４における蒸発器１６の出口側(製氷板１２,１２から導出される部位近傍)には、当該部位を流通する冷媒の温度を測定する切換用温度センサ(第２温度測定手段)ＴＨ₂が配設されている。

前記製氷機は、除氷運転において製氷板１２,１２の裏面に除氷水を散布して、その昇温による除氷促進を行なうための除氷水供給手段３２が、製氷水タンク２０や製氷水循環ポンプＰＭ₁等の製氷水供給系とは別に設けられている。除氷水供給手段３２は、除氷水を貯留する除氷水タンク３４と、対向する製氷板１２,１２の間の上部に設けた除氷水散布器３６と、除氷水タンク３４と除氷水散布器３６とを接続する除氷水供給管３８と、この除氷水供給管３８に配設され、除氷水タンク３４から除氷水を除氷水散布器３６に圧送する除氷水供給ポンプＰＭ₂とを備えている。すなわち製氷機は、除氷運転において、ホットガスによる加熱と共に、除氷水を除氷水タンク３４から圧送して除氷水散布器３６に穿設した多数の散水孔を介して製氷板１２,１２の裏側に散布することで、製氷面に生成された氷塊の氷結面を融解させて、氷塊を自重により落下させる。なお、製氷板１２,１２の裏側を流下した除氷水は、製氷水と同様に集水樋１８を介して製氷水タンク２０に回収され、これが次回の製氷水として使用される。

前記除氷水タンク３４には、外部水道源に接続する供給部としての給水管４０が連通され、給水管４０に介挿した給水弁ＷＶを開放することにより、除氷水タンク３４に水道水(除氷水)が供給される。また、除氷水タンク３４には、水位検知手段としてのフロートスイッチＦＬが配設され、このフロートスイッチＦＬにより内部に貯留される除氷水の設定水位(貯留量)が規定される。除氷水タンク３４には、内部に貯留した除氷水の温度を検知する除氷水温度センサ(第１温度測定手段)ＴＨ₁が配設されている。なお、除氷水タンク３４は、フロートスイッチＦＬで規定される設定水位より上方に設定された上限水位を越えた余剰の除氷水を、外部に排出するためのオーバーフロー管４２を備えている。製氷機では、除氷運転における除氷水の供給終了を、除氷水タンク３４に設けたフロートスイッチＦＬの下限水位の検出あるいは除氷運転を開始してからの経過時間で規定しており、これら何れの規定方法であっても、最も条件よく除氷運転を行なった際に切換用温度センサＴＨ₂が除氷完了温度を検出するタイミングより前または同時に除氷水の供給を終えるようになっている。

前記製氷機は、除氷水タンク３４に貯留した除氷水の温度を調節する温度調節手段４４を備えている。温度調節手段４４は、冷凍系１４を構成する圧縮機ＣＭの吐出管２６の一部を蛇行状に形成した熱交換部４８に除氷水を接触させる熱交換器４６と、除氷水タンク３４と熱交換器４６を接続する熱交換用供給管５０と、この熱交換用供給管５０に配設され、除氷水タンク３４から熱交換器４６へ除氷水を圧送する熱交換用ポンプＰＭ₃とを有している。なお、熱交換器４６は、傾斜下端を除氷水タンク３４の内部に臨ませて配設され、傾斜上端に供給された除氷水が流下する過程で熱交換部４８との接触により昇温し、この昇温した除氷水が除氷水タンク３４へ流下するようになっている。

図２に示すように、製氷機は、圧縮機ＣＭ、冷却ファンＦＭ、製氷水循環ポンプＰＭ₁、除氷水供給ポンプＰＭ₂、熱交換用ポンプＰＭ₃、ホットガス弁ＨＶおよび給水弁ＷＶの各種機器類が制御手段Ｃに電気的に接続され、この制御手段Ｃにより制御されるようになっている。また製氷機は、除氷水温度センサＴＨ₁、切換用温度センサＴＨ₂およびフロートスイッチＦＬ等の検知手段が制御手段Ｃに電気的に接続され、これらの検知手段の信号が制御手段Ｃに入力される。制御手段Ｃは、温度調節手段４４を制御する条件となる加熱制御温度Ｔ_wを算出する演算手段５２を備え、この演算手段５２には、切換用温度センサＴＨ₂が除氷運転の所定タイミングで測定した出口温度が入力されるよう構成される。製氷機では、制御手段Ｃの制御下に、製氷運転において切換用温度センサＴＨ₂が製氷完了温度を検知したことを条件として製氷運転を終了して除氷運転に移行し、除氷運転において切換用温度センサＴＨ₂が除氷完了温度を検知したことを条件として除氷運転を終了して製氷運転に移行するようになっている。また製氷機は、制御手段Ｃの制御下に、フロートスイッチＦＬが下限水位を検知した際に、給水弁ＷＶを開放して除氷水タンク３４に除氷水を供給し、フロートスイッチＦＬが設定水位を検知した際に、給水弁ＷＶを閉成して除氷水の供給を停止する。

前記温度調節手段４４は、制御手段Ｃにセットされた加熱制御温度Ｔ_wを指標として、除氷水温度センサＴＨ₁による除氷水の温度測定結果と加熱制御温度Ｔ_wとの対比により熱交換用ポンプＰＭ₃が駆動または停止される(図５参照)。具体的には温度調節手段４４は、除氷水温度センサＴＨ₁の温度測定結果が加熱制御温度Ｔ_wより高い場合は、熱交換用ポンプＰＭ₃が駆動しているときは停止し、熱交換用ポンプＰＭ₃が停止しているのであれば停止状態を維持する。すなわち、除氷水の温度が加熱制御温度Ｔ_wより高い場合は、除氷水は十分な熱量を有していることから、熱交換部４８と接触させて除氷水を昇温する必要はない。これに対し、除氷水温度センサＴＨ₁の温度測定結果が加熱制御温度Ｔ_w以下の場合は、熱交換用ポンプＰＭ₃が駆動しているときは駆動状態を維持し、熱交換用ポンプＰＭ₃が停止しているのであれば駆動するよう制御される。これにより、熱交換器４６に除氷水が供給され、熱交換部４８との接触下に昇温された除氷水が除氷水タンク３４に還流することで、除氷水タンク３４に貯留された除氷水が加熱制御温度Ｔ_wに近づくよう次第に昇温される。

前記加熱制御温度Ｔ_wは、切換用温度センサＴＨ₂の温度測定結果から演算手段５２で算出される。切換用温度センサＴＨ₂は、除氷運転において除氷水が製氷板１２,１２に供給されているタイミングで出口温度を測定するよう設定され、この出口温度は演算手段５２に入力される。具体的には、製氷機は、除氷運転を開始した時点から所定の測定時間のカウントを開始するタイマＴＭを備え、このタイマＴＭが測定時間をカウントアップした時点で出口温度を測定するようになっている。ここで、切換用温度センサＴＨ₂による出口温度の測定は、除氷水が供給されている時間内で、製氷板１２,１２の氷塊がほぼ離脱しているタイミングであって、除氷完了直前がよい。すなわち、前記測定時間は、除氷運転において除氷水供給手段３２によって除氷水の供給を終了する直前のタイミングであって、除氷水の供給終了のタイミングが外的要因で変化する場合は、最短の時間に合わせて測定時間が設定される。

ここで、製氷板１２,１２に供給された除氷水の温度と出口温度とは、図３に示すように、除氷水の温度が高いと出口温度が高くなる一次式で表すことができる線形の対応関係にある。そして、演算手段５２には、出口温度に対する除氷水の温度の線形の対応関係のデータ(除氷水温度データ)が予め設定され、切換用温度センサＴＨ₂から出口温度が入力されると、これに対応する除氷水温度Ｔ_w1が前記データから求められる。このように、出口温度と除氷水温度Ｔ_w1との対応関係が線形であるので、複雑な計算を行なうことなく、出口温度から除氷水温度Ｔ_w1が求めることができる。製氷板１２,１２への異物の付着等、製氷板１２,１２からの氷塊の離脱を阻害する要因がない理想的な状態であれば、前記データから求められた除氷水温度Ｔ_w1が、製氷板１２,１２に実際に供給された除氷水の温度と合致するものの、実際のところ前記阻害要因を考慮する必要がある。すなわち、前記阻害要因があると、製氷板１２,１２からの離氷が遅れて除氷水等により製氷板１２,１２に付与した熱が氷塊の氷結面の融解に消費されるので、測定時間で測定された出口温度から求めた除氷水温度Ｔ_w1が、製氷板１２,１２に実際に供給された除氷水の温度より低くなる方向に乖離してしまう。そこで、製氷機では、基準除氷水温度Ｔ_w0を導入し、この基準除氷水温度Ｔ_w0と除氷水温度Ｔ_w1との温度差を打ち消すように、演算手段５２で補正した加熱制御温度Ｔ_wを用いて温度調節手段４４の制御を行なうようになっている。より具体的には、演算手段５２は、該演算手段５２に予め設定された基準除氷水温度Ｔ_w0と演算手段５２で求められた除氷水温度Ｔ_w1とから、下記の数式を用いて、除氷水温度Ｔ_w1をより現実的な値に補正した加熱制御温度Ｔ_wを算出するようになっている。

（数１）
Ｔ_w＝Ｔ_w0−Ｋ(Ｔ_w0−Ｔ_w1)
０＜Ｋ≦１

前記基準除氷水温度Ｔ_w0は、除氷運転において除氷時間との関係で製氷板１２,１２に最適な熱量を付与し得る除氷水の温度であって、製氷水タンク２０に回収された除氷水を次の製氷運転で製氷水として用いる際に支障がでない等の要件を勘案して決定され、実施例では２５℃に設定されている。また係数Ｋは、１以下の正数であって、この係数Ｋが大きい程、製氷板１２,１２に実際に供給された除氷水の温度に近づけるように、除氷水温度Ｔ_w1を補正した加熱制御温度Ｔ_wが算出されるものの、係数Ｋが大きくなり過ぎると加熱制御温度Ｔ_wが収束せずに制御が不安定になる傾向がある。なお、実施例では、係数Ｋが０．５に設定されている。

前記加熱制御温度Ｔ_wの算出の流れを、図４に示すフローチャート図を参照して説明する。除氷運転を開始すると、タイマＴＭが測定時間のカウントを開始すると共に、除氷水供給ポンプＰＭ₂および圧縮機ＣＭが駆動され、ホットガス弁ＨＶが開放されて、両製氷板１２,１２が加熱される(ステップＳ１)。タイマＴＭが測定時間をカウントアップすると(ステップ２：ＹＥＳ)、切換用温度センサＴＨ₂は、出口温度を測定し、この測定結果が演算手段５２に入力される(ステップＳ３)。演算手段５２は、予め設定されている前記対応関係のデータに基づいて出口温度から対応の除氷水温度Ｔ_w1を求め(ステップＳ４)、この除氷水温度Ｔ_w1と予め設定された基準除氷水温度Ｔ_w0とから前記数式により加熱制御温度Ｔ_wを算出する(ステップＳ５)。演算手段５２で算出された加熱制御温度Ｔ_wは制御手段Ｃにセットされ(ステップＳ６)、当該加熱制御温度Ｔ_wを算出した除氷運転を終了した後の製氷運転において、除氷水タンク３４に貯留した除氷水を加熱制御温度Ｔ_wとなるように、温度調節手段４４により調節する(図５参照)。このように、加熱制御温度Ｔ_wは、除氷運転を行なうたびに更新され、この更新された加熱制御温度Ｔ_wに基づいて温度調節手段４４は制御される。

このように、除氷運転において、前回の除氷運転の出口温度から算出した加熱制御温度Ｔ_wに基づいて温度調節した除氷水を供給することで、前回の除氷運転で除氷水により付与された熱量と、今回の除氷運転で除氷水により付与される熱量が略同一になり、除氷運転を開始してから測定時間経過した時点で測定した出口温度のばらつきが抑制される。このように、各除氷運転において、出口温度のばらつきが小さいので、この出口温度から算出される加熱制御温度Ｔ_wの変動が小さいから、温度調節手段４４における熱交換用ポンプＰＭ₃をオン・オフ切換えする頻度が低くなる。すなわち、製氷機では、制御手段Ｃの温度調節手段４４にかかる制御負荷を軽減でき、前回の除氷運転を受けて適切に温度調節された除氷水を、次回の除氷運転で安定して供給し得る。

しかも、製氷板１２,１２に異物等が付着することや経年劣化等あるいは設置環境の温度変動など、製氷板１２,１２からの離氷を阻む阻害要因が生じた場合であっても、出口温度の変動から読み取られる前回の除氷運転での除氷状況に合わせて補正された加熱制御温度Ｔ_wに基づいて、温度調節手段４４により除氷水の温度が適宜調節される。そして、次回の除氷運転では、適切に温度調節された除氷水が製氷板１２,１２に供給されるので、前記阻害要因があるにもかかわらず、除氷時間のばらつきを抑制することができる。すなわち、実施例の製氷機によれば、前記阻害要因があっても、除氷運転において除氷を安定して行なうことができ、また氷塊の噛み込みや異形氷等の発生を防止することができる。

(変更例)
本発明は、実施例の構成に限定されず、以下の如く変更することも可能である。
(１)実施例では、演算手段に基準除氷水温度を予め設定する構成であるが、除氷運転時に第１温度測定手段で測定された除氷水の温度を演算手段に入力し、この除氷水の温度を演算手段で基準除氷水温度として用いる構成であってもよい。製氷板に実際に供給した除氷水の温度を、加熱制御温度を算出する際に用いることで、より精度を向上することができる。
(２)温度調節手段において除氷水を加熱する構成は、冷凍系との熱交換に限られず、ヒータ等の加熱手段により加熱する構成等その他の構成を採用し得る。
(３)製氷機としては、流下式に限られず、除氷運転において除氷水を製氷部に供給する構成であれば、セルタイプの製氷機構を備える製氷機にも適用可能である。
(４)第２温度測定手段として、製氷運転と除氷運転とを切換える温度センサと共用する例を挙げたが、出口温度だけを測定する第２温度測定手段を設けてもよい。

本発明の好適な実施例に係る製氷機を示す概略図である。実施例の製氷機の制御ブロック図である。出口温度と除氷水温度との対応関係を示すグラフ図である。実施例の製氷機において、加熱制御温度の算出の流れを示すフローチャート図である。実施例の製氷機において、加熱制御温度に基づく温度調節手段の制御の流れを示すフローチャート図である。

符号の説明

１２製氷板(製氷部)，１６蒸発器，３２除氷水供給手段，３４除氷水タンク，
４４温度調節手段，５２演算手段，ＴＨ₁ 除氷水温度センサ(第１温度測定手段)，
ＴＨ₂ 切換用温度センサ(第２温度測定手段)，ＴＷ加熱制御温度，
Ｔ_w0 基準除氷水温度，Ｔ_w1 除氷水温度

Claims

製氷運転において氷塊を生成する製氷部(12,12)と、除氷運転において除氷水タンク(34)から除氷水を製氷部(12,12)に供給する除氷水供給手段(32)と、除氷水を加熱する温度調節手段(44)と、前記除氷水タンク(34)に貯留された除氷水の温度を測定する第１温度測定手段(TH₁)とを備え、前記除氷水温度測定手段(TH₁)の測定結果に基づいて、除氷水を前記温度調節手段(44)により加熱制御温度(T_w)になるよう調節する製氷機において、
前記製氷部(12,12)に配設された蒸発器(16)の出口側に設けられ、除氷運転において除氷水が供給されているタイミングで冷媒の出口温度を測定する第２温度測定手段(TH₂)と、
前記第２温度測定手段(TH₂)で測定した前記出口温度から求めた除氷水温度(T_w1)および基準除氷水温度(T_w0)から前記加熱制御温度(T_w)を算出して更新する演算手段(52)とを備えた
ことを特徴とする製氷機。
前記演算手段(52)には、前記出口温度に対して線形の対応関係となる前記除氷水温度データが予め設定され、該演算手段(52)は、該除氷水温度データから前記第２温度測定手段(TH₂)より入力された出口温度に対応する除氷水温度(T_w1)を求める請求項１記載の製氷機。
前記演算手段(52)には、前記基準除氷水温度(T_w0)が予め設定されている請求項１または２記載の製氷機。
前記演算手段(52)には、除氷運転時に前記第１温度測定手段(TH₁)で測定された除氷水の温度が入力され、この除氷水の温度を該演算手段(52)で前記基準除氷水温度(T_w0)として用いる請求項１または２記載の製氷機。