JP2013174396A - オーガ式製氷機および冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却システムの構成要素にばらつきがある場合にも、目標の蒸発器温度に到達するまでの所要時間を短縮して氷の状態を早く安定させることが可能なオーガ式製氷機を提供する。
【解決手段】このオーガ式製氷機１００は、オーガ８２が内部に配置された製氷筒８１の外周に配置される製氷蒸発器５０と、製氷蒸発器５０の出口冷媒温度Ｔｅを検出する冷媒温度センサ７２と、開度に応じて製氷蒸発器５０に流入する冷媒の量を制御する電子膨張弁４０と、電子膨張弁４０の開度を制御する制御部６０とを備える。制御部６０は、電子膨張弁４０の開度を初期開度としての第１開度Ｖ１に変更した後、少なくとも冷媒温度センサ７２により検出された製氷蒸発器５０の出口冷媒温度Ｔｅに基づいて電子膨張弁４０の開度を第１開度Ｖ１から第２開度Ｖ２に変更し、その後、製氷蒸発器５０の出口冷媒温度Ｔｅが所定の目標温度Ｔｇになるように、電子膨張弁４０の開度を制御（微調整制御）するように構成されている。
【選択図】図４

Description

この発明は、オーガ式製氷機および冷却装置に関し、特に、電子膨張弁を備えたオーガ式製氷機および冷却装置に関する。

従来、電子膨張弁を備えたオーガ式製氷機が知られている（たとえば、特許文献１参照）。このようなオーガ式製氷機は、たとえば、シロップと希釈水との混合液に氷を投入して調製したコールド飲料を販売するカップ式自動販売機などに搭載されている。

上記特許文献１には、内部にオーガ（螺旋状の回転刃）が配置された製氷筒と、少なくとも圧縮機、凝縮器、電子膨張弁および蒸発器により構成され、製氷筒を冷却するための冷却ユニット（冷凍サイクル装置）とを備えたオーガ式製氷機が開示されている。この特許文献１に記載のオーガ式製氷機では、蒸発器を構成する蒸発パイプが製氷筒の外周に沿って螺旋状に巻き付けられており、電子膨張弁により所定の流量に調整された冷媒が蒸発パイプ内に流通されることにより製氷筒が冷却される。この際、特許文献１では、蒸発パイプの出口温度（出口部における冷媒温度）に基づいて、所望の過熱度が得られるように（蒸発パイプの出口温度が所望の温度になるように）、電子膨張弁の開度を制御するように構成されている。

特開平９−４９５０号公報

ここで、上記特許文献１に記載されたような従来の電子膨張弁を有するオーガ式製氷機においては、所望の過熱度が得られるように電子膨張弁の開度を制御する際に、製氷運転開始後に、電子膨張弁の開度を全開状態から所定の初期開度に大きく変更し、その後、蒸発パイプの温度（出口温度）が所望の目標温度になるように（所定の過熱度が得られるように）初期開度から開度を細かく調節する制御を行うことが知られている。

しかしながら、電子膨張弁は、機械的に開閉される弁体部（オリフィス）を有していることから、弁体部の加工誤差や組立誤差に起因して製品毎に個体差（ばらつき）を有しているとともに、電子膨張弁のばらつきに起因して冷媒流通量もばらつくという不都合がある。このような電子膨張弁や冷媒流通量などの冷却システムの構成要素のばらつきに起因して、初期開度から開度を大幅に変更しないと所定の蒸発器温度（目標温度）に到達できない場合がある。この場合に、従来のように初期開度から開度を細かく調節する制御を行うと、製氷運転開始から目標の蒸発器温度に到達するまでに時間がかかり、その結果、製氷中の氷の状態（氷質）を安定させるまでに時間がかかるという問題点がある。特に、カップ式自動販売機においては、氷の状態が安定する前のベチャベチャで柔らかい軟質氷の状態が長引くと、氷片同士が凍結（氷結）して販売する飲料に投入される氷の質が低下する可能性があるため、氷の質を早く安定させることが望まれる。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、冷却システムの構成要素にばらつきがある場合にも、目標の蒸発器温度に到達するまでの所要時間を短縮して氷の状態を早く安定させることが可能なオーガ式製氷機および冷却装置を提供することである。

この発明の第１の局面によるオーガ式製氷機は、オーガが内部に配置された製氷筒の外周に配置される製氷蒸発器と、製氷蒸発器の冷媒温度を検出する冷媒温度検出部と、開度に応じて製氷蒸発器に流入する冷媒の量を制御する電子膨張弁と、電子膨張弁の開度を制御する制御部とを備え、制御部は、電子膨張弁の開度を初期開度としての第１開度に変更した後、少なくとも冷媒温度検出部により検出された製氷蒸発器の冷媒温度に基づいて電子膨張弁の開度を第１開度から第２開度に変更し、その後、製氷蒸発器の冷媒温度が所定の目標温度になるように、電子膨張弁の開度を制御するように構成されている。

この発明の第１の局面によるオーガ式製氷機では、上記のように、電子膨張弁の開度を初期開度としての第１開度に変更した後、少なくとも冷媒温度検出部により検出された製氷蒸発器の冷媒温度に基づいて電子膨張弁の開度を第１開度から第２開度に変更し、その後、製氷蒸発器の冷媒温度が所定の目標温度になるように電子膨張弁の開度を制御することによって、第１開度（初期開度）への変更（１段階のみの変更制御）の後に製氷蒸発器の冷媒温度が所定の目標温度になるように電子膨張弁の開度を（細かく）制御する場合と異なり、電子膨張弁の開度を細かく制御する前に、第１開度と第２開度との２段階の変更制御を行うことができる。すなわち、初期開度としての第１開度に変更後、さらに、検出された製氷蒸発器の冷媒温度に基づいて、冷却システムの構成要素のばらつきにより変動する冷却特性（冷却性能）を判断し、その判断した冷却特性に応じて第２開度を決定して変更するという２段階の変更制御を行った後、開度を細かく制御することによって、目標の蒸発器温度により早く到達させることができる。これにより、冷却システムの構成要素にばらつきがある場合にも、目標の蒸発器温度に到達するまでの所要時間を短縮して氷の状態（氷質）を早く安定させることができる。その結果、氷質をより安定化させることができる。

また、上記した本発明の第１の局面によるオーガ式製氷機をカップ式自動販売機に搭載すれば、氷の状態（氷質）を早く安定させて軟質氷の状態が長引くのを抑制することができるので、軟質氷の氷片同士の凍結（氷結）に起因して販売する飲料に投入される氷の質が低下するのを効果的に防止することができる。

上記第１の局面によるオーガ式製氷機において、好ましくは、オーガ式製氷機の周囲温度を検出する周囲温度検出部をさらに備え、制御部は、冷媒温度検出部により検出された製氷蒸発器の冷媒温度と、周囲温度検出部により検出されたオーガ式製氷機の周囲温度とに基づいて、電子膨張弁の開度を第１開度から第２開度に変更する制御を行うように構成されている。このように構成すれば、検出された製氷蒸発器の冷媒温度のみならず、オーガ式製氷機の周囲温度をも考慮に入れて冷却システムの冷却特性を判断することができるので、第２開度をより適切に決定して変更制御を行うことができる。ここで、オーガ式製氷機の周囲温度とは、オーガ式製氷機単体の場合の周囲温度のみならず、オーガ式製氷機が組み込まれたカップ式自動販売機などの周囲温度（外気の温度）も含む広い概念である。

上記第１の局面によるオーガ式製氷機において、好ましくは、制御部は、第１開度に変更した後所定時間経過後の製氷蒸発器の冷媒温度に基づいて、電子膨張弁の開度を第１開度から第２開度に変更するように構成されている。このように構成すれば、電子膨張弁の開度が第１開度である状態で所定時間運転を継続した結果得られた冷媒温度に基づいて、冷却特性（冷却性能）が判断されて第２開度に変更されるので、第１開度に変更後直ちに冷却特性を判断する場合と異なり、冷却特性の判断をより正確に行うことができる。これにより、第２開度をより正確に決定して変更制御を行うことができる。

上記第１の局面によるオーガ式製氷機において、好ましくは、制御部は、第２開度に変更する際には、所定の目標温度に対して第１の温度範囲内の冷媒に対して第１開度から第２開度に変更する制御を行い、第２開度への変更後に電子膨張弁の開度を制御する際には、所定の目標温度に対して第１の温度範囲よりも小さい第２の温度範囲の冷媒に対して、所定の目標温度になるように電子膨張弁の開度を制御するように構成されている。このように、電子膨張弁を第１開度から第２開度に変更する際の冷媒の温度範囲（第１の温度範囲）を、第２開度への変更後における開度制御の際の冷媒の温度範囲（第２の温度範囲）よりも大きくするようにすれば、第１開度から第２開度への変更により、製氷蒸発器の冷媒温度をより大きな範囲で変化させることができるので、目標の蒸発器温度により早く到達させることができる。

上記第１の局面によるオーガ式製氷機において、好ましくは、冷媒温度検出部は、製氷蒸発器の出口側における冷媒温度を検出するように構成されており、制御部は、冷媒温度検出部により検出された製氷蒸発器の出口側における冷媒温度に基づいて、電子膨張弁の開度を第１開度から第２開度に変更する制御を行うように構成されている。このように構成すれば、オーガ式製氷機を構成する冷却システムの仕様（たとえば、圧縮機や製氷蒸発器（熱交換器）の仕様、電子膨張弁の仕様（弁体部の流量特性）、冷媒配管の仕様および冷媒封入量）などから予め把握可能な製氷蒸発器の入口側における冷媒温度を考慮して、検出された製氷蒸発器の出口側における冷媒温度に基づいて製氷蒸発器流通後の冷媒の過熱度を判断することができるので、判断された過熱度に基づいて冷却システムの構成要素のばらつきにより変動する冷却特性を容易に判断することができる。これにより、第１開度から第２開度への変更制御を容易に行うことができる。また、製氷蒸発器の出口側のみの冷媒温度を検出するようにすれば、冷媒温度を検出する冷媒温度検出部（温度センサ）を１つにすることができるので、装置構成を簡素化することができる。

上記第１の局面によるオーガ式製氷機において、好ましくは、制御部は、冷媒温度検出部により検出された製氷蒸発器の冷媒温度が第１開度変更温度になったことに基づいて、電子膨張弁の開度を初期開度としての第１開度に変更する制御を行うように構成されている。ここで、装置が冷えた状態で製氷運転が開始されたような場合には、すぐに冷媒温度が低温まで低下する。この場合に、製氷運転開始からある決められた一定時間後に一律に電子膨張弁の開度を第１開度（初期開度）に変更する制御を行うと、一定時間経過前（第１開度への変更前）に乾き度の小さい（液相が相対的に多く含まれる）液リッチの冷媒が流れ過ぎることになる。そこで、本発明では、冷媒温度が第１開度変更温度になったこと（第１開度変更温度まで低下したこと）に基づいて第１開度に変更する制御を行うように構成することによって、装置が冷えた状態で製氷運転が開始された場合にも、冷媒温度が第１開度変更温度まで低下した時点で第１開度に変更されるので、第１開度への変更前に乾き度の小さい液リッチの冷媒が流れ過ぎるのを防止することができる。また、冷媒温度が第１開度変更温度になったことを第１開度への変更の起点（トリガ）にすることによって、装置が冷えた状態で製氷運転が開始されてすぐに冷媒温度が第１開度変更温度にまで低下するような場合に、一定時間の経過を待たずに早期に第１開度に変更することができるので、目標の蒸発器温度により早く到達させることができる。

この場合、好ましくは、オーガ式製氷機の周囲温度を検出する周囲温度検出部をさらに備え、制御部は、周囲温度検出部により検出されたオーガ式製氷機の周囲温度に基づいて、初期開度としての第１開度と、第１開度に変更する第１開度変更温度とを決定するように構成されている。このように構成すれば、オーガ式製氷機の周囲温度によって製氷運転に伴う冷凍サイクルの状況が異なる場合においても、周囲温度に応じて最適な電子膨張弁の第１開度（初期開度）および第１開度に変更する第１開度変更温度を決定することができる。

上記第１の局面によるオーガ式製氷機において、好ましくは、オーガ式製氷機の周囲温度を検出する周囲温度検出部をさらに備え、制御部は、周囲温度検出部により検出されたオーガ式製氷機の周囲温度に基づいて、所定の目標温度を決定するように構成されている。このように構成すれば、オーガ式製氷機の周囲温度によって製氷運転に伴う冷凍サイクルの状況が異なる場合においても、周囲温度に応じて製氷蒸発器の冷媒温度についての最適な目標温度を決定することができる。

上記第１の局面によるオーガ式製氷機において、好ましくは、冷媒は、二酸化炭素である。このように構成すれば、フロン系冷媒と異なりオゾン層を破壊せず、かつ、低温室効果ガスとして地球環境に対する影響が少ない二酸化炭素冷媒を用いたオーガ式製氷機を提供することができる。

この発明の第２の局面による冷却装置は、蒸発器の冷媒温度を検出する冷媒温度検出部と、開度に応じて蒸発器に流入する冷媒の量を制御する電子膨張弁と、電子膨張弁の開度を制御する制御部とを備え、制御部は、電子膨張弁の開度を初期開度としての第１開度に変更した後、少なくとも冷媒温度検出部により検出された蒸発器の冷媒温度に基づいて電子膨張弁の開度を第１開度から第２開度に変更し、その後、蒸発器の冷媒温度が所定の目標温度になるように、電子膨張弁の開度を制御するように構成されている。

この発明の第２の局面による冷却装置では、上記のように、電子膨張弁の開度を初期開度としての第１開度に変更した後、少なくとも冷媒温度検出部により検出された蒸発器の冷媒温度に基づいて電子膨張弁の開度を第１開度から第２開度に変更し、その後、蒸発器の冷媒温度が所定の目標温度になるように電子膨張弁の開度を制御することによって、第１開度（初期開度）への変更（１段階のみの変更制御）の後に蒸発器の冷媒温度が所定の目標温度になるように電子膨張弁の開度を（細かく）制御する場合と異なり、電子膨張弁の開度を細かく制御する前に、第１開度と第２開度との２段階の変更制御を行うことができる。すなわち、初期開度としての第１開度に変更後、さらに、検出された蒸発器の冷媒温度に基づいて、冷却システムの構成要素のばらつきにより変動する冷却特性（冷却性能）を判断し、その判断した冷却特性に応じて第２開度を決定して変更するという２段階の変更制御を行った後、開度を細かく制御することによって、目標の蒸発器温度により早く到達させることができる。これにより、冷却システムの構成要素にばらつきがある場合にも、目標の蒸発器温度に到達するまでの所要時間を短縮して冷却対象物を迅速に冷却することができる。その結果、冷却対象物の品質をより安定化させることができる。

本発明によれば、上記のように、冷却システムの構成要素にばらつきがある場合にも、目標の蒸発器温度に到達するまでの所要時間を短縮して氷の状態を早く安定させることができる。

本発明の一実施形態によるオーガ式製氷機の概略的な全体構成を示した図である。 本発明の一実施形態によるオーガ式製氷機の製氷ユニット周辺の構造の詳細を示した図である。 本発明の一実施形態によるオーガ式製氷機の構成を示した制御ブロック図である。 本発明の一実施形態によるオーガ式製氷機によって製氷が行われる際のサイクル運転時の電子膨張弁の開度制御を説明するための模式図である。 本発明の一実施形態によるオーガ式製氷機の冷却ユニットにおける電子膨張弁の第１開度（初期開度）を決定するための第１開度テーブルを示した図である。 本発明の一実施形態によるオーガ式製氷機の冷却ユニットにおける電子膨張弁の第２開度を決定するための第２開度テーブルを示した図である。 本発明の一実施形態によるオーガ式製氷機によって製氷が行われる際のプルダウン運転時の電子膨張弁の開度制御を説明するための模式図である。 本発明の一実施形態によるオーガ式製氷機の製氷運転時（サイクル運転時およびプルダウン運転時）における制御部の開度制御処理フローを示した図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

まず、図１〜図６を参照して、本発明の一実施形態によるオーガ式製氷機１００の構成について説明する。なお、オーガ式製氷機１００は、本発明の「冷却装置」の一例である。本実施形態によるオーガ式製氷機１００は、たとえば、シロップと希釈水との混合液に氷を投入して調製したコールド飲料を販売するカップ式自動販売機などに搭載される。

本実施形態によるオーガ式製氷機１００は、図１に示すように、二酸化炭素冷媒（ＣＯ_２）を用いて所定の冷凍サイクルを形成可能な冷却ユニット７０と、オーガ式による製氷を行うことが可能な製氷ユニット８０とを備えている。

冷却ユニット７０は、少なくとも圧縮機１０、ガスクーラ（放熱器）２０、内部熱交換器３０、電子膨張弁４０および製氷蒸発器５０と、これらの機能部品を接続する冷媒配管５ａ〜５ｄとを含んでいる。圧縮機１０から吐出された冷媒は、矢印Ｐの向きに沿って、ガスクーラ２０、内部熱交換器３０、電子膨張弁４０、製氷蒸発器５０および内部熱交換器３０の順に流れて再び圧縮機１０に帰還されるというサイクルを繰り返す。また、オーガ式製氷機１００は、冷却ユニット７０および製氷ユニット８０の動作制御を行うための制御部６０を装置本体内に備えている。また、製氷ユニット８０には、冷却ユニット７０の製氷蒸発器５０が組み込まれている。なお、製氷蒸発器５０は、本発明の「蒸発器」および「製氷蒸発器」の一例である。

製氷ユニット８０は、図２に示すように、ステンレス製の製氷筒８１を備えている。この製氷筒８１の外周に沿って製氷蒸発器５０を構成する１本の蒸発パイプ５１が軸方向（Ｚ方向）に間隔を詰めて螺旋状に巻き付けられている。また、製氷筒８１の内部には、螺旋状の切削刃８２ａが設けられたオーガ８２が回転可能に配置されている。また、製氷筒８１の上部には、固定刃８３が設けられているとともに、固定刃８３上には、貯氷室８４が連結されている。また、製氷用水を製氷筒８１に供給するための製氷水タンク８５が、給水パイプ８５ａを介して製氷筒８１の底部近傍の側面部に接続されている。また、オーガ８２の下方には、オーガ８２を所定方向に回転駆動するためのオーガモータ８６が設置されている。

また、図２に示すように、貯氷室８４は、側壁部および底部を構成する円筒状の断熱壁８４ａを有しており、貯氷室８４の側壁部の所定の位置に、氷片払い出し用の吐出扉（図示せず）が設けられている。貯氷室８４内には、オーガ８２の回転軸に連結された回転軸８７と、この回転軸８７から下方斜め方向に放射状に突き出た複数の攪拌棒（アジテータ）８８と、貯氷室８４の底部（Ｚ２側）に配置されて氷片を積載する氷積載部８９とが設けられている。製氷運転中、オーガ８２と連動して回転する攪拌棒８８が貯氷室８４内の氷片を攪拌することによって、貯氷室８４内の氷片同士が凍結して大きな氷塊が形成されることが抑制される。

また、図２に示すように、貯氷室８４内の上部（天井部８４ｂ近傍）には、ロッド９０ｂに支持された状態で上下方向に移動可能な検知板９０ａが配置されている。また、検知板９０ａが上方の所定位置まで移動されたことを検知するための貯氷量検知スイッチ９１が貯氷室８４の上面上に配置されている。この貯氷量検知スイッチ９１は、装置本体内で制御部６０（図３参照）に電気的に接続されており、貯氷室８４内の貯氷量が所定量以下で検知板９０ａが上方の所定位置に達していない場合にたとえばオン状態になり、製氷運転により貯氷量が増加して検知板９０ａが上方の所定位置まで移動された場合にたとえばオフ状態なるように構成されている。

上記のような構成を有するオーガ式製氷機１００（図１参照）の動作としては、まず、冷却ユニット７０（図１参照）が運転されて製氷蒸発器５０が氷点よりも低い温度まで冷やされることにより、製氷水タンク８５から供給された製氷用水を用いて製氷筒８１の内壁面に薄氷が形成される。そして、薄氷の形成とともにオーガモータ８６により回転されるオーガ８２の切削刃８２ａがこの薄氷を削り取りながら上方（Ｚ１方向）へ連続的に送り出す。そして、削り取られたフレーク状の薄氷が固定刃８３の部分で押し固められて氷片となり、順次、貯氷室８４内に押し出されるように構成されている。

また、オーガ式製氷機１００では、貯氷量検知スイッチ９１のオン状態およびオフ状態に基づいて、製氷運転状態と製氷運転の停止状態（待機状態）とが繰り返されるように構成されている。貯氷室８４から払い出される氷の使用量にもよるが、運転負荷（稼働率）が低い場合には、一例として、１時間のうち５分〜１０分程度製氷運転が行われて氷の不足分が補われ、残りの時間（５０分〜５５分程度）は製氷運転が停止された状態（待機状態）となるようなサイクル運転が行われる。したがって、製氷運転開始からより短時間で製氷筒８１に薄氷を形成することが求められている。

また、図１および図２に示すように、製氷ユニット８０における製氷蒸発器５０の近傍には、周囲温度センサ７１が設けられている。周囲温度センサ７１は、装置本体内で制御部６０（図１参照）に接続されており、製氷蒸発器５０の近傍の周囲温度Ｔａを検出する機能を有している。なお、周囲温度センサ７１は、本発明の「周囲温度検出部」の一例である。

また、図１に示すように、冷却ユニット７０を構成する圧縮機１０は、冷凍サイクルにおける低圧側から吸入された冷媒を圧縮して高圧側に吐出する役割を有している。ガスクーラ（放熱器）２０は、圧縮機１０から吐出された高温高圧の冷媒が流通されることにより、過熱ガス状態の冷媒と外部空気との熱交換を行う機能を有する。また、冷却ユニット７０は、ガスクーラ２０に送風する送風機２１を備えており、ガスクーラ２０内のガス冷媒は、送風機２１により送風される空気によって冷却される。内部熱交換器３０は、ガスクーラ２０により装置本体内の周囲温度Ｔａ（空気温度）に近い温度まで冷却された冷媒と、製氷蒸発器５０から圧縮機１０に戻される低温低圧の冷媒との間の熱交換を行う機能を有している。

電子膨張弁４０は、内部熱交換器３０で冷却された冷媒を絞り膨張（減圧）させて製氷蒸発器５０に供給する役割を有している。ここで、電子膨張弁４０は、パルス制御により駆動されるステッピングモータ４０ａの駆動力を利用して弁機構を開閉駆動するように構成されている。

電子膨張弁４０により絞り膨張された冷媒は、気相および液相からなる二相状態を維持したまま冷媒配管５ｃを介して製氷蒸発器５０（蒸発パイプ５１）に流入される。また、製氷蒸発器５０は、電子膨張弁４０から供給された二相状態の冷媒を蒸発パイプ５１内で蒸発させる機能を有している。この際、冷媒は、入口部５１ａから出口部５１ｂに向かうにしたがって所定の蒸発潜熱を得ながら蒸発する。冷媒が蒸発する過程で製氷筒８１の内壁部に供給された製氷用水の熱量が奪われるので、製氷用水は冷却されて製氷筒８１の内壁部に薄氷が形成される。なお、蒸発パイプ５１で蒸発した後の冷媒は、図１に示すように、出口部５１ｂを出て冷媒配管５ｄを流通するとともに内部熱交換器３０で高圧側の冷媒から所定量の熱を受け取り圧縮機１０に戻される。

ここで、本実施形態においては、製氷蒸発器５０の出口部５１ｂ近傍の冷媒配管５ｄの部分に１つの冷媒温度センサ７２が取り付けられている。この冷媒温度センサ７２は、装置本体内で制御部６０に接続されており、製氷蒸発器５０の出口側における冷媒温度（出口冷媒温度）Ｔｅを検出する機能を有している。この冷媒温度センサ７２により検出された製氷蒸発器５０の出口冷媒温度Ｔｅに基づいてステッピングモータ４０ａがパルス制御されて電子膨張弁４０の開度が調整されることにより、蒸発パイプ５１の出口部５１ｂにおいて冷媒に所定の過熱度が得られるように構成されている。なお、冷媒温度センサ７２は、本発明の「冷媒温度検出部」の一例であり、出口冷媒温度Ｔｅは、本発明の「製氷蒸発器の冷媒温度」および「蒸発器の冷媒温度」の一例である。また、本実施形態によるオーガ式製氷機１００では、冷却システムの仕様（圧縮機１０の仕様、製氷蒸発器５０（蒸発パイプ５１）の仕様、電子膨張弁４０の仕様（弁体部の流量特性）、冷媒配管５ａ〜５ｄの仕様および冷却ユニット７０内の冷媒封入量）などに基づき予め把握可能な製氷蒸発器５０の入口部５１ａ近傍の冷媒温度を考慮して、検出された出口冷媒温度Ｔｅに基づいて、製氷蒸発器５０の出口側における過熱度が把握可能であるように構成されている。したがって、本実施形態では、製氷蒸発器５０の入口における冷媒温度を検出しなくても、出口冷媒温度Ｔｅから過熱度が把握可能である。なお、この電子膨張弁４０の開度制御に関しては、後に詳細に説明する。

また、オーガ式製氷機１００の制御的な構成としては、図３に示すように、ＣＰＵからなる制御部６０に加えて、ＲＯＭ６１およびＲＡＭ６２が設けられている。制御部６０は、周囲温度センサ７１、冷媒温度センサ７２、製氷筒８１（図２参照）の貯氷量検知スイッチ９１からの入力信号に基づいて所定の判断を行い、冷却ユニット７０（図１参照）を構成する圧縮機１０、送風機２１、電子膨張弁４０、および、製氷ユニット８０（図２参照）のオーガモータ８６（図２参照）などの各種機能部品を適切に駆動する制御を行うように構成されている。

また、ＲＯＭ６１には、制御部６０が実行する制御プログラムに加えて、後述する第１開度（初期開度）テーブル１０１（図５参照）および第２開度テーブル１０２（図６参照）などが格納されている。ＲＡＭ６２は、制御プログラムが実行される際に用いられる制御上のパラメータ（周囲温度Ｔａ、出口冷媒温度Ｔｅおよび電子膨張弁４０の開度（パルス数）などの履歴）を一時的に保存する作業用メモリとして用いられる。

ここで、本実施形態では、製氷運転時には制御部６０（図３参照）の指令に基づいて以下のような電子膨張弁４０の開度制御が行われるように構成されている。

具体的には、図４には、貯氷が完了（貯氷室８４（図２参照）が満杯の状態）して運転が停止された待機状態から、貯氷室８４に不足分の貯氷量を補うために再び製氷運転が再開されるサイクル運転時の開度制御パターンの一例が示されている。本実施形態のサイクル運転では、製氷運転開始時の電子膨張弁４０の開度は全開の状態であり、製氷蒸発器５０の近傍での周囲温度Ｔａはたとえば３２℃であるとする。そして、時間ｔ０において製氷運転が再開された場合、時間ｔ１において電子膨張弁４０の開度を初期開度としての第１開度Ｖ１（１１０（ステッピングモータ４０ａ（図１参照）を駆動するためのパルス数でＴａ≧４１℃のときのパルス数を１００とした場合の相対値）に変更する。そして、第１開度Ｖ１の状態を時間Δｔ１（たとえば９０秒間）維持した後、次の時間ｔ２において冷媒温度センサ７２により検出された製氷蒸発器５０の出口冷媒温度Ｔｅと、周囲温度センサ７１により検出された運転開始時（時間ｔ０）の周囲温度Ｔａとに基づいて、電子膨張弁４０の開度を初期開度である第１開度Ｖ１（１１０（相対値））から第２開度Ｖ２（９０（相対値））に変更する制御が行われる。そして、第２開度Ｖ２の状態を時間Δｔ２（たとえば１２０秒間）維持した後、時間ｔ３以降は、出口冷媒温度Ｔｅが目標温度Ｔｇになるように電子膨張弁４０の開度を細かく制御する微調整制御が行われる。

すなわち、本実施形態では、出口冷媒温度Ｔｅが最終的な目標温度Ｔｇになるように電子膨張弁４０の開度を細かく微調整制御する（時間ｔ３からｔ４までの区間の制御を行う）前に、全開状態から第１開度Ｖ１（時間ｔ１）と第２開度Ｖ２（時間ｔ２）との２段階の開度の変更制御が行われるように構成されている。以下に、第１開度（初期開度）Ｖ１および第２開度Ｖ２の決定方法の詳細について説明する。

まず、第１開度（初期開度）Ｖ１の決定方法について説明する。本実施形態では、周囲温度センサ７１により検出された運転開始時の周囲温度Ｔａに基づいて、初期開度としての第１開度Ｖ１が決定される。より詳細には、運転開始時の周囲温度Ｔａに基づいて、第１開度Ｖ１と、第１開度Ｖ１に変更する出口冷媒温度（第１開度変更温度）Ｔｅ１とが予め決定されるように構成されている。なお、第１開度変更温度Ｔｅ１は、本発明の「第１開度変更温度」の一例である。この場合、第１開度Ｖ１（ステッピングモータ４０ａ（図１参照）を駆動するためのパルス数）は、図５に示すような第１開度テーブル１０１に基づいて決定される。図５に示した第１開度テーブル１０１では、第１開度Ｖ１の決定に用いられる運転開始時の周囲温度Ｔａは、５つの温度範囲（Ｔａ≦１０℃、１１℃≦Ｔａ≦２０℃、２１℃≦Ｔａ≦３０℃、３１℃≦Ｔａ≦４０℃、Ｔａ≧４１℃）に区分されている。なお、検出される周囲温度Ｔａは、少数点第１位が四捨五入されて、第１開度テーブル１０１の温度範囲のいずれに該当するかが判断されるように構成されている。この５つの温度範囲毎に、第１開度Ｖ１（パルス数）と第１開度Ｖ１に変更する出口冷媒温度（第１開度変更温度）Ｔｅ１とが設定されている。

すなわち、周囲温度Ｔａの５つの温度範囲に応じて第１開度Ｖ１（パルス数）が、１００、１１０、１２０、１３０、１４０のように個々に設定されている。なお、図５に示したパルス数は、上記のように、Ｔａ≧４１℃のパルス数を１００とした場合の相対的な数値としてのパルス数である。

また、第１開度テーブル１０１では、周囲温度ＴａがＴａ≦１０℃および１１℃≦Ｔａ≦２０℃の２つの温度範囲では第１開度変更温度Ｔｅ１がＴｇ＋α１（℃）に設定されており、２１℃≦Ｔａ≦３０℃、３１℃≦Ｔａ≦４０℃、および、Ｔａ≧４１℃の３つの温度範囲では第１開度変更温度Ｔｅ１がＴｇ＋α２（℃）に設定されている。ここで、Ｔｇは出口冷媒温度Ｔｅの目標温度であり、α１＜α２である。このような第１開度テーブル１０１を用いて、周囲温度Ｔａ（３２℃）に基づいて、初期開度（第１開度）Ｖ１および第１開度Ｖ１に変更する出口冷媒温度（第１開度変更温度）Ｔｅ１が決定されるように構成されている。図４に図示した例では、第１開度テーブル１０１（図５参照）に基づいて第１開度Ｖ１は１１０（相対値）と決定され、かつ、この第１開度Ｖ１に変更するためのトリガ（起点）となる第１開度変更温度Ｔｅ１はＴｇ＋α２（℃）と決定される。

なお、本実施形態において、一定時間の経過ではなく、出口冷媒温度Ｔｅ（第１開度変更温度Ｔｅ１）をトリガとして初期開度（第１開度）Ｖ１への変更を行うのは、以下の理由による。すなわち、オーガ式製氷機１００が環境温度などの影響を受けて冷えた状態で製氷運転が開始される場合には、すぐに出口冷媒温度Ｔｅが所定の温度まで低下する。この場合に、製氷運転開始からある決められた一定時間後に一律に電子膨張弁４０の開度を第１開度Ｖ１（初期開度）に変更する制御を行うと、一定時間が経過する前（第１開度Ｖ１への変更前）に既に製氷蒸発器５０（蒸発パイプ５１）には乾き度の小さい（液相が相対的に多く含まれる）液リッチの冷媒が流れ過ぎることになる。そこで、本実施形態では、時間ではなく出口冷媒温度Ｔｅが第１開度変更温度Ｔｅ１まで低下したことに基づいて第１開度Ｖ１に変更する手法を用いている。これにより、装置本体が冷えた状態で製氷運転が開始された場合にも、電子膨張弁４０の開度は出口冷媒温度Ｔｅがこの第１開度変更温度Ｔｅ１まで低下したタイミング（図４における時間ｔ１）で第１開度Ｖ１に変更されるので、第１開度Ｖ１への変更前に乾き度の小さい液リッチの冷媒が製氷蒸発器５０に流れ過ぎることが極力防止される。

次に、第２開度Ｖ２の決定方法について説明する。第２開度Ｖ２（ステッピングモータ４０ａ（図１参照）を駆動するためのパルス数）は、図６に示すような第２開度テーブル１０２に基づいて設定（決定）される。すなわち、本実施形態においては、第２開度Ｖ２は、運転開始時（時間ｔ０）の周囲温度Ｔａと、第１開度（初期開度）Ｖ１に変更後のΔｔ１秒後の製氷蒸発器５０の出口冷媒温度Ｔｅとに基づいて決定されるように構成されている。より詳細には、第２開度テーブル１０２では、第２開度Ｖ２の決定に用いられる運転開始時の周囲温度Ｔａは、上記第１開度テーブル１０１と同様、Ｔａ≦１０℃、１１℃≦Ｔａ≦２０℃、２１℃≦Ｔａ≦３０℃、３１℃≦Ｔａ≦４０℃、および、Ｔａ≧４１℃の５つの温度範囲に区分されている。なお、検出される周囲温度Ｔａは、上記第１開度テーブル１０１の場合と同様、少数点第１位が四捨五入されて、第２開度テーブル１０２の温度範囲のいずれに該当するかが判断されるように構成されている。

また、図６に示すように、第２開度Ｖ２の決定に用いられる出口冷媒温度Ｔｅ（第２開度変更時温度Ｔｅ２）も、周囲温度Ｔａの５つの温度範囲毎に、それぞれ、Ｔｅ２≧Ｔｇ＋β４（℃）（Ｔｅ２：高温）、Ｔｇ＋β１（℃）≦Ｔｅ２≦Ｔｇ＋β２（℃）（Ｔｅ２：中高温）、Ｔｇ−β２（℃）≦Ｔｅ２≦Ｔｇ−β１（℃）（Ｔｅ２：中低温）、および、Ｔｅ２≦Ｔｇ−β３（℃）（Ｔｅ２：低温）の４つの温度範囲Ａ〜Ｄに区分されている。ここで、Ｔｇは出口冷媒温度Ｔｅの目標温度であり、０＜β１＜β２＜β３＜β４である。この場合も、検出される出口冷媒温度Ｔｅ（Ｔｅ２）が、範囲ＡとＢとの間の範囲、および、範囲ＣとＤとの間の範囲の場合には、少数点第１位が四捨五入されて、４つの範囲Ａ〜Ｄのいずれかの範囲に該当すると判断される。また、出口冷媒温度Ｔｅ（Ｔｅ２）が範囲ＢとＣとの間の範囲（Ｔｅ２：適温）の場合（四捨五入されてＴｇ−β１（℃）＜Ｔｅ２＜Ｔｇ＋β１（℃）と判断される場合）には、制御プログラム上、第２開度Ｖ２の決定を行わない温度範囲として設定されている。すなわち、この温度範囲（Ｔｇ−β１（℃）＜Ｔｅ２＜Ｔｇ＋β１（℃））に該当する場合は、第１開度Ｖ１での冷却性能（冷却性能）が適切であると判断されて、第２開度Ｖ２への変更を行うことなく第１開度Ｖ１の状態から直ちに電子膨張弁４０の開度を細かく制御する微調整制御に移行されるように構成されている。

そして、第２開度テーブル１０２では、周囲温度Ｔａと出口冷媒温度Ｔｅ（第２開度変更時温度Ｔｅ２）との組み合わせに応じて第２開度Ｖ２（ステッピングモータ４０ａ（図１参照）を駆動するためのパルス数）が９０〜１６０（相対値）として個々に設定されている。なお、パルス数の相対値の数字が増加するにしたがって電子膨張弁４０の開度が拡大（増加）されるように設定されている。図４に図示した例では、運転開始時の周囲温度Ｔａが３２℃である点と、時間ｔ２での出口冷媒温度Ｔｅ（第２開度変更時温度Ｔｅ２）がＴｇ−γ１（℃）である点（範囲Ｄ（Ｔｅ２：低温）に含まれると仮定する）とから、第２開度Ｖ２は（９０（相対値））と決定される。

ここで、本実施形態において、第１開度（初期開度Ｖ１）への変更に加えて、さらに、第２開度Ｖ２への変更という２段階の制御を行う理由について説明する。上述したように、電子膨張弁４０は、機械的に開閉される弁体部（オリフィス）を有していることから、弁体部の加工誤差や組立誤差に起因して製品毎に個体差（ばらつき）を有しているとともに、電子膨張弁４０のばらつきに起因して冷媒流通量もばらつくという不都合がある。このような電子膨張弁４０や冷媒流通量などの冷却システム７０の構成要素のばらつきに起因して、初期開度（第１開度）Ｖ１から開度を大幅に変更しないと所定の目標温度Ｔｇ（図４参照）に到達できない場合がある。この場合に、従来のように第１開度Ｖ１から開度を細かく調節する制御を行うと、製氷運転開始から目標の蒸発器温度（目標温度Ｔｇ）に到達するまでに時間がかかり、その結果、製氷中の氷の状態（氷質）を安定させるまでに時間がかかる。そこで、本実施形態では、第１開度（初期開度）Ｖ１への変更後の時間ｔ１から時間ｔ２までの所定時間Δｔ１（たとえば９０秒）の出口冷媒温度Ｔｅの変化に基づいて第１開度Ｖ１での製氷蒸発器５０の冷却性能（冷却特性）が適切か否かを判断し、その判断結果に基づいて第２開度Ｖ２を決定して変更するという２段階の制御を行うように構成している。

図４に図示した例では、第１開度Ｖ１では、出口冷媒温度ＴｅがＴｇ＋α２（℃）（時間ｔ１）からＴｇ−γ１（℃）（時間ｔ２）（第２開度変更時温度Ｔｅ２：低温）まで下降することから電子膨張弁４０は開き過ぎ（絞りが不十分である）であると判断されるので、第２開度テーブル１０２（図６参照）を用いて、時間ｔ２において第１開度Ｖ１よりも小さい第２開度Ｖ２（９０（相対値））に切り換える変更制御が行われている。これにより、電子膨張弁４０が２０パルス分だけ絞られて、出口冷媒温度Ｔｅはそれまでの下降が抑制されて反対に上昇傾向に転じる。すなわち、時間ｔ１で第１開度Ｖ１（１１０（相対値））に変更した結果、乾き度の小さい液リッチの冷媒が蒸発パイプ５１（図２参照）内を流れ、製氷蒸発器５０の出口において所定の過熱度が得られていないことが把握されたので、製氷蒸発器５０の冷却性能が低下する方向に推移していると判断される。この判断に基づき、制御部６０（図３参照）により、時間ｔ２で第２開度Ｖ２（９０（相対値））へと開度を縮小（減少）させた結果、過熱度がほとんど得られない状態からより適正な過熱度が得られる方向に製氷蒸発器５０の冷却性能が調整される。

また、本実施形態では、第２開度Ｖ２への変更制御時の出口冷媒温度Ｔｅの目標温度Ｔｇに対する温度範囲（制御対象温度範囲）を、第２開度Ｖ２への変更後の微調整制御時の出口冷媒温度Ｔｅの目標温度Ｔｇに対する温度範囲（制御対象温度範囲）よりも大きくなるように設定している。

また、本実施形態では、運転開始時（時間ｔ０）に周囲温度センサ７１により検出された周囲温度Ｔａに基づいて、第１開度（初期開度）Ｖ１および第２開度Ｖ２に加えて、最終的な目標温度Ｔｇも決定されるように構成されている。この場合、目標温度Ｔｇは、運転開始時の周囲温度Ｔａに基づいて図示しないテーブルや演算式を用いて決定される。

図４に示したサイクル運転では、運転開始（時間ｔ０）から１０分程度経過した時間ｔ４で貯氷室８４（図２参照）が満杯となり検知板９０ａが所定の高さ位置まで上昇して貯氷量検知スイッチ９１（図２参照）がオフ状態に切り換えられることによって、製氷運転が停止される。これにより、１回分のサイクル運転が終了する。

また、上記した２段階の電子膨張弁４０の開度の変更制御を、図４に示したサイクル運転時に用いることに加えて、貯氷室８４（図２参照）に氷片が全く貯氷されていない状態から製氷運転を開始するプルダウン運転時（図７参照）にも用いることができる。

図７に示したプルダウン運転では、時間ｔ０で製氷運転が開始される際に、電子膨張弁４０は開度が全開の状態であり、製氷蒸発器５０の近傍での周囲温度Ｔａがたとえば３５℃であるとする。この場合、第１開度テーブル１０１（図５参照）に基づいて第１開度Ｖ１は１１０（Ｔａ≧４１℃のときのパルス数を１００とした場合の相対値）と決定され、かつ、この第１開度Ｖ１に変更するためのトリガとなる出口冷媒温度Ｔｅ（第１開度変更温度Ｔｅ１）はＴｇ＋α２（℃）と決定される。そして、出口冷媒温度ＴｅがＴｇ＋α２（℃）であると制御部６０により取得されたタイミング（時間ｔ１）で、電子膨張弁４０の開度が全開から第１開度Ｖ１（１１０（相対値））に変更される。これにより、時間ｔ０から時間ｔ１までの間で急激に下降していた出口冷媒温度Ｔｅは、第１開度Ｖ１への変更とともに反対に上昇傾向に転じる。

時間ｔ１から第１開度Ｖ１（１１０（相対値））が維持されたまま時間ｔ２までの所定時間Δｔ１（９０秒）においては、出口冷媒温度Ｔｅは、一旦上昇した後、再び下降に転じる。そして、時間ｔ２となった時点で、第２開度テーブル１０２（図６参照）に基づいて、第２開度Ｖ２への変更値が決定される。すなわち、運転開始時の周囲温度Ｔａが３５℃である点と、時間ｔ２での出口冷媒温度Ｔｅ（第２開度変更時温度Ｔｅ２）がＴｇ＋γ２（℃）である点（範囲Ｂ（Ｔｅ２：中高温）に含まれると仮定する）とから、第２開度Ｖ２は（１１５（相対値））と決定される。第２開度Ｖ２の決定後、直ちに、電子膨張弁４０は第１開度Ｖ１（１１０（相対値））から第２開度Ｖ２（１１５（相対値））へと開度が変更（拡大）される。すなわち、時間ｔ２のタイミングで電子膨張弁４０の開度が５パルス分だけ拡大されたので、出口冷媒温度ＴｅはそれまでのＴｇ＋γ２（℃）近辺からさらに下がり始める。

また、第２開度Ｖ２の状態を時間Δｔ２（たとえば１２０秒間）維持した後、時間ｔ３以降は、製氷蒸発器５０の出口冷媒温度Ｔｅが目標温度Ｔｇになるように電子膨張弁４０の開度が細かく微調整制御される。そして、運転開始（時間ｔ０）から３０分以上経過した頃から出口冷媒温度Ｔｅが目標温度Ｔｇに近づき、製氷筒８１において順調に氷が形成されて順次貯氷室８４内に押し出されて貯氷される。そして、時間ｔ４において貯氷室８４が満杯となり検知板９０ａが所定の高さ位置まで上昇して貯氷量検知スイッチ９１（図２参照）がオフ状態に切り換えられることによって、製氷運転が停止される。これにより、プルダウン運転は終了する。

このように、図７に示したプルダウン運転時の開度制御の例では、時間ｔ１で第１開度Ｖ１（１１０（相対値））に変更した結果、次第に冷媒が乾き度の大きい状態（過熱度が必要以上に得られた状態）で蒸発パイプ５１（図２参照）内を流れ、製氷蒸発器５０出口において所定の過熱度以上の過熱度が得られたことが把握されたので、製氷蒸発器５０の冷却性能が低下する方向に推移していると判断される。この判断に基づき、制御部６０（図３参照）により、時間ｔ２で第２開度Ｖ２（１１５（相対値））へと開度を拡大（増加）させることによって、過熱度が必要以上であった状態からより適正な過熱度が得られる方向に製氷蒸発器５０の冷却性能が調整される。

次に、図１〜図８を参照して、本実施形態によるオーガ式製氷機１００によって製氷運転（サイクル運転およびプルダウン運転）が行われる際の制御部６０の開度制御処理フローについて説明する。

図８に示すように、まず、ステップＳ１では、制御部６０（図３参照）により、運転開始要求があるか否かが判断されるとともに、運転開始要求があると判断されるまでこの処理が繰り返される。この運転開始要求は、貯氷室８４内の貯氷量が所定量以下で検知板９０ａが上方の所定位置に達していないことにより、貯氷量検知スイッチ９１（図２参照）がオン状態であることに基づいて「あり」と判断される。

ステップＳ１において運転開始要求ありと判断された場合、ステップＳ２において、図８に示すように、製氷蒸発器５０（図１参照）近傍での装置内の周囲温度Ｔａが制御部６０により取得される。すなわち、周囲温度センサ７１（図１参照）により取得された現在（製氷運転開始時）の周囲温度Ｔａが取得される。なお、制御部６０は、運転開始要求ありと判断した場合、図８に示した開度制御処理と並行して、圧縮機１０（図１参照）およびガスクーラ２０用の送風機２１（図１参照）を起動する。

そして、ステップＳ３では、ＲＯＭ６１（図３参照）に記憶された第１開度テーブル１０１（図５参照）を用いて、取得した周囲温度Ｔａに基づいて電子膨張弁４０の初期開度（第１開度Ｖ１）が制御部６０により決定される。また、ステップＳ３では、取得した周囲温度Ｔａに基づいて目標温度Ｔｇも決定される。続いて、ステップＳ４では、第１開度テーブル１０１（図５参照）に基づいて第１開度Ｖ１に変更する際の出口冷媒温度（第１開度変更温度）Ｔｅ１がたとえばＴｇ＋α２（℃）と決定される。

そして、図８に示すように、ステップＳ５では、制御部６０により、蒸発パイプ５１の出口冷媒温度Ｔｅの現在値が取得される。そして、ステップＳ６では、制御部６０により、現在の出口冷媒温度Ｔｅが第１開度変更温度Ｔｅ１であるか否かが判断される。出口冷媒温度ＴｅがＴｅ１（Ｔｇ＋α２（℃））と異なる場合には、ステップＳ５に戻り、再度、出口冷媒温度Ｔｅが取得されてステップＳ６の判断が同様に繰り返される。また、ステップＳ６において出口冷媒温度Ｔｅが第１開度変更温度Ｔｅ１（Ｔｇ＋α２（℃））と等しくなったと判断された場合には、ステップＳ７において、電子膨張弁４０の開度が全開の状態から初期開度としての第１開度Ｖ１に変更される制御が行われる。なお、製氷運転停止状態（待機状態）では、電子膨張弁４０の開度は全開に設定されており、その状態から運転が開始されると、全開の状態が継続された後、第１開度（初期開度）Ｖ１に変更される。すなわち、図４または図７に示される時間ｔ１において、制御部６０（図１参照）からステッピングモータ４０ａ（図１参照）に対して電子膨張弁４０の開度を全開状態から第１開度Ｖ１に変更するためのパルス数（全開状態のパルス数と第１開度Ｖ１のパルス数（１１０（相対値））との差分に相当するパルス数）に対応する制御信号が送信される。これにより、ステッピングモータ４０ａが回動されて、電子膨張弁４０は第１開度Ｖ１に変更される。そして、冷却ユニット７０は、電子膨張弁４０が第１開度Ｖ１に保持された状態でしばらく冷却運転（製氷運転）が継続される。

その後、図８に示すように、ステップＳ８では、蒸発パイプ５１の出口冷媒温度Ｔｅの現在値が再び取得される。そして、ステップＳ９において、制御部６０により、第１開度Ｖ１へ変更した時点から所定時間Δｔ１（たとえば９０秒間）が経過したか否かが判断される。所定時間Δｔ１が経過していない場合には、ステップＳ８に戻り、再度、出口冷媒温度Ｔｅが取得されてステップＳ９の判断が繰り返される。また、ステップＳ９において所定時間Δｔ１が経過したと判断された場合には、ステップＳ１０において、ＲＯＭ６１（図３参照）に記憶された第２開度テーブル１０２（図６参照）を用いて、出口冷媒温度Ｔｅ（Ｔｅ２）が温度範囲Ａ〜Ｄのいずれかに該当するか否かが判断され、該当する場合には、ステップＳ１１において、取得した出口冷媒温度Ｔｅ（Ｔｅ２）および周囲温度Ｔａに基づいて電子膨張弁４０の第２開度Ｖ２が決定される。

そして、図８に示すように、ステップＳ１２では、制御部６０により、電子膨張弁４０の開度が第２開度テーブル１０２（図６参照）に基づいて第１開度Ｖ１から第２開度Ｖ２に変更される制御が実行される。すなわち、制御部６０（図１参照）からステッピングモータ４０ａ（図１参照）に対して電子膨張弁４０の開度を第１開度Ｖ１から第２開度Ｖ２に変更するためのパルス数（第１開度Ｖ１のパルス数と第２開度Ｖ２のパルス数との差分に相当するパルス数）に対応した制御信号が送信される。これにより、ステッピングモータ４０ａが回動されて、電子膨張弁４０は第２開度Ｖ２に変更される。

第２開度Ｖ２への変更後、ステップＳ１３では、制御部６０により、第２開度Ｖ２へ変更した時点（時間ｔ２）から所定時間Δｔ２（たとえば１２０秒間）が経過したか否かが判断されるとともに、所定時間Δｔ２が経過するまでこの判断が繰り返される。ステップＳ１３において所定時間Δｔ２が経過したと判断された場合には、ステップＳ１４以降の微調整制御に移行する。なお、ステップＳ１０において、取得した出口冷媒温度Ｔｅ（Ｔｅ２）が第２開度テーブル１０２の温度範囲Ａ〜Ｄに該当しない（範囲ＢとＣとの間の適温に該当する）と判断された場合には、第２開度Ｖ２の決定（ステップＳ１１）、第２開度Ｖ２への変更（ステップＳ１２）および第２開度Ｖ２変更後の所定時間Δｔ２の経過判断（ステップＳ１３）は行わずに、ステップＳ１４以降の微調整制御に移行する。そして、ステップＳ１４において冷媒温度センサ７２により現在の蒸発パイプ５１の出口冷媒温度Ｔｅが取得される。

そして、ステップＳ１５では、制御部６０により、現在の出口冷媒温度ＴｅとステップＳ３で決定した目標温度Ｔｇとが比較される。比較した結果、現在の出口冷媒温度ＴｅがステップＳ３で決定した目標温度Ｔｇと異なると判断された場合（「Ｙｅｓ」判定の場合）、ステップＳ１６において電子膨張弁４０の開度が第２開度Ｖ２とは異なる開度へ微小量だけ変更（増加または減少）される。また、現在の出口冷媒温度ＴｅがステップＳ３で決定した目標温度Ｔｇと略同じであると判断された場合（「Ｎｏ」判定の場合）、上記したステップＳ１３まで戻り、以降同様の処理を繰り返す。

また、ステップＳ１６において電子膨張弁４０の開度が変更（補正）された後、ステップＳ１７では、制御部６０（図３参照）により、運転停止要求があるか否かが判断される。この運転停止要求は、製氷運転により貯氷室８４内の貯氷量が所定量以上に増加して検知板９０ａが上方の所定位置に到達したことにより、貯氷量検知スイッチ９１（図２参照）がオフ状態になったことに基づいて「あり」と判断される。ステップＳ１６において、運転停止要求がありと判断されない場合は、ステップＳ１３まで戻り、出口冷媒温度Ｔｅに基づく電子膨張弁４０の開度調整（微調整）が繰り返される。すなわち、時間Δｔ２（１２０秒）毎に微調整制御が行われる。また、運転停止要求があると判断された場合は、電子膨張弁４０の開度制御が終了されるとともに、製氷運転が停止される。この場合、電子膨張弁４０は、開度が全開の状態に変更されるとともに、圧縮機１０および送風機２１の駆動も停止される。オーガ式製氷機１００では、上記のような電子膨張弁４０の開度制御により冷却ユニット７０が運転されるとともに製氷ユニット８０において製氷が行われる。

本実施形態では、上記のように、制御部６０により、電子膨張弁４０の開度を初期開度としての第１開度Ｖ１に変更した後、冷媒温度センサ７２により検出された製氷蒸発器５０の出口冷媒温度Ｔｅに基づいて電子膨張弁４０の開度を第１開度Ｖ１から第２開度Ｖ２に変更し、その後、製氷蒸発器５０の出口冷媒温度Ｔｅが所定の目標温度Ｔｇ（図４参照）になるように電子膨張弁４０の開度を制御するように構成する。これにより、全開状態から第１開度Ｖ１（初期開度）への変更（１段階のみの変更制御）の後に出口冷媒温度Ｔｅが所定の目標温度Ｔｇになるように電子膨張弁４０の開度を微調整制御する場合と異なり、この電子膨張弁４０の開度を微調整制御する前に、第１開度Ｖ１と第２開度Ｖ２との２段階の開度の変更制御を行うことができる。すなわち、初期開度としての第１開度Ｖ１に変更後、さらに、検出された製氷蒸発器５０の出口冷媒温度Ｔｅに基づいて、冷却ユニット７０の構成要素のばらつき（たとえば電子膨張弁４０が有する製品個体差など）に起因して変動する冷却特性（冷却性能）を判断し、その判断した冷却特性に応じて第２開度Ｖ２を決定して変更するという２段階の変更制御を行った後、開度を細かく制御することによって、目標温度Ｔｇにより早く到達させることができる。これにより、電子膨張弁４０などに製品としてのばらつき（個体差）がある場合にも、目標温度Ｔｇに到達するまでの所要時間を短縮して氷の状態（氷質）を早く安定させることができる。その結果、氷質をより安定化させることができる。

また、本実施形態によるオーガ式製氷機１００をカップ式自動販売機に搭載すれば、氷の状態（氷質）を早く安定させて軟質氷の状態が長引くのを抑制することができるので、軟質氷の氷片同士の凍結（氷結）に起因して販売する飲料に投入される氷の質が低下するのを効果的に防止することができる。

また、本実施形態では、オーガ式製氷機１００内（装置内部）の周囲温度Ｔａを検出する周囲温度センサ７１を備えている。そして、制御部６０により、第２開度テーブル１０２（図６参照）を用いることにより、冷媒温度センサ７２により検出された製氷蒸発器５０の出口冷媒温度Ｔｅ（第２開度変更時温度Ｔｅ２）と、周囲温度センサ７１により検出された周囲温度Ｔａとに基づいて、電子膨張弁４０の開度を第１開度Ｖ１から第２開度Ｖ２に変更する制御を行うように構成する。これにより、検出された製氷蒸発器５０の出口冷媒温度Ｔｅのみならず、装置内部の周囲温度Ｔａをも考慮に入れて冷却ユニット７０の冷却特性を判断することができるので、第２開度Ｖ２をより適切に決定して変更制御を行うことができる。

また、本実施形態では、制御部６０により、第１開度Ｖ１に変更した後所定時間Δｔ１（図４参照）だけ経過した後の製氷蒸発器５０の出口冷媒温度Ｔｅ（Ｔｅ２）に基づいて第２開度テーブル１０２（図６参照）が参照されて、電子膨張弁４０の開度を第１開度Ｖ１から第２開度Ｖ２に変更する制御を行うように構成する。これにより、所定時間Δｔ１だけ運転を継続した結果得られた出口冷媒温度Ｔｅ（第２開度変更時温度Ｔｅ２）に基づいて、冷却特性（冷却性能）が判断されて第２開度Ｖ２に変更されるので、第１開度Ｖ１に変更後直ちに冷却特性を判断する場合と異なり、冷却特性の判断をより正確に行うことができる。これにより、第２開度Ｖ２をより正確に決定して変更制御を行うことができる。

また、本実施形態では、電子膨張弁４０を第１開度Ｖ１から第２開度Ｖ２に変更する際の冷媒の温度範囲を、第２開度Ｖ２への変更後における開度制御の際の冷媒の温度範囲よりも大きくすることによって、第１開度Ｖ１から第２開度Ｖ２への変更により、製氷蒸発器５０の出口冷媒温度Ｔｅをより大きな範囲で変化させることができるので、目標温度Ｔｇにより早く到達させることができる。

また、本実施形態では、冷媒温度センサ７２を製氷蒸発器５０の出口側に取り付けて出口冷媒温度Ｔｅを検出している。そして、制御部６０により、冷媒温度センサ７２により検出された出口冷媒温度Ｔｅに基づいて、電子膨張弁４０を第１開度Ｖ１から第２開度Ｖ２に変更する制御を行っている。すなわち、冷却システムの仕様（圧縮機１０や製氷蒸発器５０の仕様、電子膨張弁４０の仕様（弁体部の流量特性）、冷媒配管５ａ〜５ｄの仕様および冷媒封入量）などから予め把握可能な製氷蒸発器５０の入口部５１ａ近傍における冷媒温度を考慮して、冷媒温度センサ７２により検出された製氷蒸発器５０の出口側における出口冷媒温度Ｔｅに基づいて製氷蒸発器５０を流通した後の冷媒の過熱度を判断することができるので、判断された過熱度に基づいて冷却システム７０の構成要素のばらつきにより変動する冷却特性を容易に判断することができる。これにより、第１開度Ｖ１から第２開度Ｖ２への変更制御を容易に行うことができる。また、１つの冷媒温度センサ７２を用いて製氷蒸発器５０の出口冷媒温度Ｔｅのみを検出することによって、冷媒の温度を検出する温度センサを１つにすることができるので、制御部６０を含めた冷却ユニット７０の装置構成を簡素化することができる。

また、本実施形態では、制御部６０により、冷媒温度センサ７２により検出された製氷蒸発器５０の出口冷媒温度Ｔｅが第１開度変更温度Ｔｅ１（図４参照）になったことに基づいて、電子膨張弁４０の開度を初期開度としての第１開度Ｖ１に変更する制御を行う。これにより、オーガ式製氷機１００が冷えた状態で製氷運転が開始された場合にも、出口冷媒温度Ｔｅが第１開度変更温度Ｔｅ１まで低下した時点で第１開度Ｖ１に変更されるので、第１開度Ｖ１への変更前に乾き度の小さい液リッチの冷媒が流れ過ぎるのを防止することができる。また、出口冷媒温度Ｔｅが第１開度変更温度Ｔｅ１になったことを第１開度Ｖ１へ変更する際の起点（トリガ）とすることによって、オーガ式製氷機１００が冷えた状態で製氷運転が開始されるとともにすぐに出口冷媒温度Ｔｅが第１開度変更温度Ｔｅ１にまで低下するような場合に、一定時間の経過を待たずに早期に第１開度Ｖ１に変更することができるので、目標温度Ｔｇにより早く到達させることができる。

また、本実施形態では、制御部６０により、周囲温度センサ７１により検出された製氷蒸発器５０の近傍の周囲温度Ｔａに基づいて、初期開度としての第１開度Ｖ１と、第１開度Ｖ１に変更する第１開度変更温度Ｔｅ１とを決定している。これにより、製氷蒸発器５０の近傍の周囲温度Ｔａによって製氷運転に伴う冷凍サイクルの状況が異なる場合においても、周囲温度Ｔａに応じて最適な電子膨張弁４０の第１開度Ｖ１（初期開度）および第１開度Ｖ１に変更する際の第１開度変更温度Ｔｅ１を決定することができる。

また、本実施形態では、制御部６０により、周囲温度センサ７１により検出された製氷蒸発器５０の近傍の周囲温度Ｔａに基づいて目標温度Ｔｇを決定している。これにより、オーガ式製氷機１００の周囲温度Ｔａによって製氷運転に伴う冷凍サイクルの状況が異なる場合においても、周囲温度Ｔａに応じて製氷蒸発器５０の出口冷媒温度Ｔｅについての最適な目標温度Ｔｇを決定することができる。

また、本実施形態では、冷媒に二酸化炭素を用いることによって、フロン系冷媒と異なりオゾン層を破壊せず、かつ、低温室効果ガスとして地球環境に対する影響が少ないオーガ式製氷機１００を提供することができる。

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

たとえば、上記実施形態では、コールド飲料を販売するカップ式自動販売機などに搭載されるオーガ式製氷機１００に本発明を適用した例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、単体で設置されるオーガ式製氷機に本発明を適用してもよいし、カップ式自動販売機以外の、氷を供給可能な他の機器に組み込まれるようなオーガ式製氷機ユニットに本発明を適用してもよい。なお、本発明の電子膨張弁の開度制御は、オーガ式製氷機以外の冷却装置にも適用可能である。

また、上記実施形態では、第１開度テーブル１０１および第２開度テーブル１０２を用いてそれぞれ第１開度Ｖ１および第２開度Ｖ２を決定する例について示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、第１開度テーブル１０１および第２開度テーブル１０２を用いずに演算により第１開度Ｖ１および第２開度Ｖ２を決定してもよい。

また、上記実施形態では、冷媒温度センサ７２を蒸発パイプ５１の出口部５１ｂ近傍の冷媒配管５ｄに取り付けて製氷蒸発器５０の出口冷媒温度Ｔｅを検出する例について示したが、本発明はこれに限られない。製氷蒸発器５０の出口部５１ｂと内部熱交換器３０との間の冷媒配管５ｄの部分（製氷蒸発器５０の出口側の部分）であれば、冷媒温度センサ７２を出口部５１ｂからやや離れた位置に取り付けてもよい。但し、冷媒温度センサ７２を蒸発パイプ５１の出口部５１ｂ近傍に取り付ける方が蒸発パイプ５１の出口部５１ｂの温度をより正確に検出することができるので好ましい。

また、上記実施形態では、製氷蒸発器５０の出口冷媒温度Ｔｅのみを検出して、その結果に基づいて第２開度Ｖ２を決定するように構成したが、本発明はこれに限られない。たとえば、出口冷媒温度に加えて、蒸発パイプ５１の入口冷媒温度も検出し、入口冷媒温度および出口冷媒温度の両方の検出結果に基づいて、第２開度を決定するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、第２開度テーブル１０２を用いて電子膨張弁４０の第２開度Ｖ２を決定する際、製氷運転開始時（図４における時間ｔ０）での製氷蒸発器５０の近傍の周囲温度Ｔａを用いた例について示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、第２開度Ｖ２を決定する際には、第２開度Ｖ２を決定する時点（図４における時間ｔ２）での製氷蒸発器５０の近傍の周囲温度Ｔａを用いてもよい。

また、上記実施形態では、目標温度Ｔｇを決定する際、製氷運転開始時（図４における時間ｔ０）での製氷蒸発器５０の近傍の周囲温度Ｔａに基づいて目標温度Ｔｇを決定した例について示したが、本発明はこれに限られない。目標温度Ｔｇを決定する際には、たとえば、第２開度Ｖ２を決定する時点（図４における時間ｔ２）での製氷蒸発器５０の近傍の周囲温度Ｔａを用いてもよい。

また、上記実施形態では、冷却ユニット７０に内部熱交換器３０を設けた例について示したが、本発明はこれに限られない。内部熱交換器３０が設けられていない冷却ユニットを備えたオーガ式製氷機に本発明を適用してもよい。

また、上記実施形態では、１段式の圧縮機１０を用いて冷却ユニット７０を構成した例について示したが、本発明はこれに限られない。多段式の圧縮機が搭載されたオーガ式製氷機に本発明を適用してもよい。また、圧縮機は、レシプロ式圧縮機、ロータリ式圧縮機、スクロール式圧縮機およびスクリュ式圧縮機などのいずれであってもよい。また、圧縮機は、容量制御方式であっても一定速型でもかまわない。

また、上記実施形態では、二酸化炭素冷媒を用いて冷却ユニット７０を動作させる例について示したが、本発明はこれに限られない。二酸化炭素冷媒以外の他の自然冷媒を使用してもよいし、オゾン層破壊係数がゼロの代替フロン冷媒を使用してもよい。この場合、使用する冷媒に応じて、第１開度テーブル１０１および第２開度テーブル１０２に規定された電子膨張弁４０の開度（パルス数）は、適宜変更される。

また、上記実施形態では、周囲温度センサ７１により製氷蒸発器５０の近傍の周囲温度Ｔａを検出するとともに、その検出した周囲温度Ｔａに基づいて第１開度（初期開度）Ｖ１および第２開度Ｖ２ならびに目標温度Ｔｇを決定するようにしたが、本発明はこれに限られない。本発明では、オーガ式製氷機１００がカップ式自動販売機などに搭載されている場合に、周囲温度センサによりカップ式自動販売機の周囲温度（外気の温度）を検出して、その検出した周囲温度に基づいて第１開度（初期開度）Ｖ１および第２開度Ｖ２ならびに目標温度Ｔｇを決定するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、説明の便宜上、制御部６０の開度制御処理を処理フローに沿って順番に処理を行うフロー駆動型のフローチャートを用いて説明したが、本発明はこれに限られない。本発明では、制御部６０の開度制御処理を、イベント単位で処理を実行するイベント駆動型（イベントドリブン型）の処理により行ってもよい。この場合、完全なイベント駆動型で行ってもよいし、イベント駆動およびフロー駆動を組み合わせて行ってもよい。

４０ 電子膨張弁
５０ 製氷蒸発器（蒸発器）
６０ 制御部
７１ 周囲温度センサ（周囲温度検出部）
７２ 冷媒温度センサ（冷媒温度検出部）
８１ 製氷筒
８２ オーガ
１００ オーガ式製氷機（冷却装置）
Ｔａ 周囲温度
Ｔｅ 出口冷媒温度（製氷蒸発器の冷媒温度、蒸発器の冷媒温度）
Ｔｅ１ 第１開度変更温度
Ｔｇ 目標温度
Ｖ１ 第１開度（初期開度）
Ｖ２ 第２開度

Claims (10)

1. オーガが内部に配置された製氷筒の外周に配置される製氷蒸発器と、
   前記製氷蒸発器の冷媒温度を検出する冷媒温度検出部と、
   開度に応じて前記製氷蒸発器に流入する冷媒の量を制御する電子膨張弁と、
   前記電子膨張弁の開度を制御する制御部とを備え、
   前記制御部は、前記電子膨張弁の開度を初期開度としての第１開度に変更した後、少なくとも前記冷媒温度検出部により検出された前記製氷蒸発器の冷媒温度に基づいて前記電子膨張弁の開度を前記第１開度から第２開度に変更し、その後、前記製氷蒸発器の冷媒温度が所定の目標温度になるように、前記電子膨張弁の開度を制御するように構成されている、オーガ式製氷機。
2. 前記オーガ式製氷機の周囲温度を検出する周囲温度検出部をさらに備え、
   前記制御部は、前記冷媒温度検出部により検出された前記製氷蒸発器の冷媒温度と、前記周囲温度検出部により検出された前記オーガ式製氷機の周囲温度とに基づいて、前記電子膨張弁の開度を前記第１開度から前記第２開度に変更する制御を行うように構成されている、請求項１に記載のオーガ式製氷機。
3. 前記制御部は、前記第１開度に変更した後所定時間経過後の前記製氷蒸発器の冷媒温度に基づいて、前記電子膨張弁の開度を前記第１開度から前記第２開度に変更するように構成されている、請求項１または２に記載のオーガ式製氷機。
4. 前記制御部は、前記第２開度に変更する際には、前記所定の目標温度に対して第１の温度範囲内の冷媒に対して前記第１開度から前記第２開度に変更する制御を行い、前記第２開度への変更後に前記電子膨張弁の開度を制御する際には、前記所定の目標温度に対して前記第１の温度範囲よりも小さい第２の温度範囲の冷媒に対して、前記所定の目標温度になるように前記電子膨張弁の開度を制御するように構成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載のオーガ式製氷機。
5. 前記冷媒温度検出部は、前記製氷蒸発器の出口側における冷媒温度を検出するように構成されており、
   前記制御部は、前記冷媒温度検出部により検出された前記製氷蒸発器の出口側における冷媒温度に基づいて、前記電子膨張弁の開度を前記第１開度から前記第２開度に変更する制御を行うように構成されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載のオーガ式製氷機。
6. 前記制御部は、前記冷媒温度検出部により検出された前記製氷蒸発器の冷媒温度が第１開度変更温度になったことに基づいて、前記電子膨張弁の開度を前記初期開度としての前記第１開度に変更する制御を行うように構成されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載のオーガ式製氷機。
7. 前記オーガ式製氷機の周囲温度を検出する周囲温度検出部をさらに備え、
   前記制御部は、前記周囲温度検出部により検出された前記オーガ式製氷機の周囲温度に基づいて、前記初期開度としての前記第１開度と、前記第１開度に変更する前記第１開度変更温度とを決定するように構成されている、請求項６に記載のオーガ式製氷機。
8. 前記オーガ式製氷機の周囲温度を検出する周囲温度検出部をさらに備え、
   前記制御部は、前記周囲温度検出部により検出された前記オーガ式製氷機の周囲温度に基づいて、前記所定の目標温度を決定するように構成されている、請求項１〜７のいずれか１項に記載のオーガ式製氷機。
9. 前記冷媒は、二酸化炭素である、請求項１〜８のいずれか１項に記載のオーガ式製氷機。
10. 蒸発器の冷媒温度を検出する冷媒温度検出部と、
    開度に応じて前記蒸発器に流入する冷媒の量を制御する電子膨張弁と、
    前記電子膨張弁の開度を制御する制御部とを備え、
    前記制御部は、前記電子膨張弁の開度を初期開度としての第１開度に変更した後、少なくとも前記冷媒温度検出部により検出された前記蒸発器の冷媒温度に基づいて前記電子膨張弁の開度を前記第１開度から第２開度に変更し、その後、前記蒸発器の冷媒温度が所定の目標温度になるように、前記電子膨張弁の開度を制御するように構成されている、冷却装置。

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