JP2018194232A - 製氷装置 - Google Patents

Abstract

【課題】製氷部にて良好に氷を生成して圧縮機の駆動時間の短縮化を図ること。【解決手段】圧縮機６１が駆動する場合に、圧縮機６１、凝縮器６２、電子膨張弁６３及び冷媒管部３２の順に冷媒を循環させることにより、冷媒管部３２を内蔵した製氷部３０において氷の生成を行う製氷用冷凍回路６０を備えた製氷装置１０であって、製氷指令が与えられた場合に、電子膨張弁６３の開度を全開にさせた後に製氷部３０での冷却負荷の低減に応じて電子膨張弁６３の開度を減少させ、更に冷媒管部３２の入口の冷媒温度と出口の冷媒温度との差である過熱度が２℃以下となる態様で電子膨張弁６３の開度を調整する制御部４０を備えている。【選択図】図２

Description

本発明は、製氷装置に関するものである。

従来、この種の製氷装置では、圧縮機、凝縮器、膨張機構及び蒸発器から成る製氷用の冷凍回路を備えている。圧縮機は、冷媒を吸引して圧縮するものである。凝縮器は、圧縮機で圧縮された冷媒を放熱させて凝縮させるものである。膨張機構は、凝縮器で凝縮した冷媒を減圧して断熱膨張させるものである。蒸発器は、膨張機構で断熱膨張した冷媒を蒸発させるものであり、製氷部に内蔵されている。

このような製氷装置では、圧縮機が駆動することにより、圧縮機で圧縮された冷媒が、凝縮器、膨張機構及び蒸発器の順に通過して冷凍回路を循環することにより、製氷部において氷の生成が行われる（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０−１６９３０４号公報

ところが、上述した製氷装置では、蒸発器に供給された冷媒が該蒸発器を通過途中に蒸発してしまい、蒸発器の冷媒出口近傍では氷が生成されにくくなって製氷部における氷の生成時間にバラツキが生じていた。そのため、製氷部にて一定の氷の量を生成するためには、圧縮機の駆動時間を必要以上に要していた。

本発明は、上記実情に鑑みて、製氷部にて良好に氷を生成して圧縮機の駆動時間の短縮化を図ることができる製氷装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る製氷装置は、圧縮機が駆動する場合に、該圧縮機、凝縮器、電子膨張弁及び蒸発器の順に冷媒を循環させることにより、前記蒸発器を内蔵した製氷部において氷の生成を行う製氷用冷凍回路を備えた製氷装置であって、製氷指令が与えられた場合に、前記製氷用冷凍回路における冷媒の循環量を増大させた後に前記製氷部での冷却負荷の低減に応じて前記循環量を減少させ、更に前記蒸発器の入口の冷媒温度と出口の冷媒温度との差である過熱度が２℃以下となる態様で前記循環量を調整する制御手段を備えたことを特徴とする。

また本発明は、上記製氷装置において、前記制御手段は、前記製氷指令が与えられた場合に、前記電子膨張弁の開度を全開にさせた後に前記製氷部での冷却負荷の低減に応じて前記電子膨張弁の開度を減少させ、更に前記過熱度が２℃以下となる態様で前記電子膨張弁の開度を調整することを特徴とする。

また本発明は、上記製氷装置において、前記制御手段は、前記製氷部での冷却負荷の低減に応じて前記電子膨張弁の開度を減少させて前記過熱度が近接した場合に、前記電子膨張弁の開度を更に減少させて前記過熱度を増加させ、その後に前記過熱度が２℃以下となる態様で前記電子膨張弁の開度を調整することを特徴とする。

また本発明は、上記製氷装置において、前記製氷部は、複数の筒状体が互いに連続する態様で並設された製氷本体を備え、前記蒸発器は、複数の冷媒通路が並設された扁平状の冷媒管部を有しており、該冷媒管部が前記製氷本体の前面と後面とに内面が熱的に接続する態様で該製氷本体の周囲に湾曲して設けられて前記製氷部に内蔵されたことを特徴とする。

また本発明は、上記製氷装置において、前記製氷本体と前記冷媒管部とがアルミニウムにより形成されたことを特徴とする。

本発明によれば、制御手段が、製氷指令が与えられた場合に、製氷用冷凍回路における冷媒の循環量を増大させた後に製氷部での冷却負荷の低減に応じて循環量を減少させ、更に蒸発器の入口の冷媒温度と出口の冷媒温度との差である過熱度が２℃以下となる態様で循環量を調整するので、氷の生成時間にバラツキが生ずることを抑制することができ、製氷部にて良好に氷を生成して圧縮機の駆動時間の短縮化を図ることができるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態である製氷装置を模式的に示す模式図である。 図２は、本発明の実施の形態である製氷装置の特徴的な制御系を模式的に示すブロック図である。 図３は、図１に示した製氷装置の要部を拡大して示す斜視図である。 図４は、図１及び図３に示した製氷部の縦断面図である。 図５は、図２に示した制御部が実施する製氷制御処理の処理内容を示すフローチャートである。

以下に添付図面を参照して、本発明に係る製氷装置の好適な実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の実施の形態である製氷装置を模式的に示す模式図であり、図２は、本発明の実施の形態である製氷装置の特徴的な制御系を模式的に示すブロック図である。ここで例示する製氷装置１０は、貯水部２０、製氷部３０、入口温度センサＳ１、出口温度センサＳ２及び制御部４０を備えて構成してある。

貯水部２０は、図３にも示すように、基台１１の上に載置されており、図には明示しないが上壁部２１に複数（８つ）の上壁開口が左右に並ぶよう形成された直方状の形態を成すものである。この貯水部２０の右壁部２２には導入口２２ａが形成してあり、かかる導入口２２ａを通じて給水ライン５０に接続してある。

給水ライン５０は、貯水部２０に水を供給する経路であり、その途中に給水ポンプ５１が設けてある。給水ポンプ５１は、駆動する場合に、給水ライン５０を通じて貯水部２０に水を供給する水供給手段を構成している。尚、貯水部２０には、貯留する水を冷却する図示せぬ冷却手段が設けられており、かかる冷却手段により貯留する水は、例えば４℃程度に冷却されている。

製氷部３０は、製氷本体３１と冷媒管部３２とを備えて構成してある。製氷本体３１は、アルミニウムにより形成してある。この製氷本体３１は、上下に延在する中空部３１１を有する複数（８つ）の筒状体が左右に並ぶよう互いに連続する態様で構成してある。かかる製氷本体３１は、各中空部３１１の下面開口３１１ａ（図４参照）が対応する上壁開口に連通する態様で上壁部２１に載置して設置してある。ここで、中空部３１１の前後幅や左右幅の大きさは、上壁開口の前後幅や左右幅の大きさと略同等である。

冷媒管部３２は、上記製氷本体３１と同様に、アルミニウムにより形成してある。この冷媒管部３２は、図４に示すように、複数の冷媒通路３２１が並設された扁平状の多穴管である。このような冷媒管部３２は、製氷本体３１の前面と後面とに自身の内面が熱的に接続された状態で該製氷本体３１の周囲に設けてある。かかる冷媒管部３２には、一端部に各冷媒通路３２１に連通する態様で入口ヘッダ３２ａが設けられている一方、他端部に各冷媒通路３２１に連通する態様で出口ヘッダ３２ｂが設けられている。

上記冷媒管部３２は、蒸発器として、圧縮機６１、凝縮器６２、電子膨張弁６３とともに製氷用冷凍回路６０を構成している。この製氷用冷凍回路６０は、圧縮機６１、凝縮器６２、電子膨張弁６３及び冷媒管部（蒸発器）３２を冷媒管路６４で順次接続して構成されるとともに、内部に冷媒が封入されている。

圧縮機６１は、吸引部が冷媒管路６４を通じて出口ヘッダ３２ｂに接続されており、制御部４０から駆動指令が与えられた場合に駆動するものである。この圧縮機６１は、駆動する場合に、冷媒管部３２から冷媒を吸引して圧縮し、吐出部を通じて吐出するものである。

凝縮器６２は、入口が冷媒管路６４を通じて圧縮機６１の吐出部に接続されている。この凝縮器６２は、圧縮機６１より吐出された冷媒を周囲空気と熱交換させて凝縮させるものである。この圧縮機６１と凝縮器６２とを接続する冷媒管路６４の途中には第１バルブ６５が設けてある。

第１バルブ６５は、制御部４０から与えられる指令に応じて開閉する弁体であり、開状態となる場合には、圧縮機６１から吐出された冷媒が凝縮器６２に向けて通過することを許容する一方、閉状態となる場合には、圧縮機６１から吐出された冷媒が凝縮器６２に向けて通過することを規制するものである。

電子膨張弁６３は、入口側が冷媒管路６４を通じて凝縮器６２の出口に接続されている一方、出口側が冷媒管路６４を通じて入口ヘッダ３２ａに接続されている。この電子膨張弁６３は、制御部４０から与えられる指令に応じて開度が調整されるものであり、凝縮器６２で凝縮した冷媒を減圧して断熱膨張し、冷媒管部３２に供給するものである。

ところで、上記冷媒回路６０においては、圧縮機６１と凝縮器６２とを接続する冷媒管路６４において第１バルブ６５の上流側から分岐して、電子膨張弁６３と入口ヘッダ３２ａとを接続する冷媒管路６４の途中に合流する態様でバイパス管路６６が設けてある。このバイパス管路６６の途中には第２バルブ６７が設けてある。

第２バルブ６７は、制御部４０から与えられる指令に応じて開閉する弁体であり、開状態となる場合には、圧縮機６１から吐出された冷媒がバイパス管路６６を通じて入口ヘッダ３２ａに向けて通過することを許容する一方、閉状態となる場合には、圧縮機６１から吐出された冷媒がバイパス管路６６を通過することを規制するものである。

冷媒管部３２は、入口ヘッダ３２ａを通じて流入した冷媒が冷媒通路３２１を通過することにより、熱的に接続する製氷本体３１を冷却若しくは加熱するものである。つまり、冷媒管部３２は、電子膨張弁６３で断熱膨張した冷媒が冷媒通路３２１を通過する場合には、該冷媒が蒸発することにより製氷本体３１を氷点下に冷却する一方、圧縮機６１で圧縮されて吐出された冷媒がバイパス管路６６を通じて流入して冷媒通路３２１を通過する場合には、製氷本体３１を加熱するものである。

入口温度センサＳ１は、冷媒管部３２の入口ヘッダ３２ａの近傍に設置してある。この入口温度センサＳ１は、冷媒管部３２に流入する入口の冷媒温度（以下、入口温度ともいう）を検出する検出手段であり、その検出結果である入口温度を入口温度信号として随時制御部４０に送出するものである。

出口温度センサＳ２は、冷媒管部３２の出口ヘッダ３２ｂの近傍に設置してある。この出口温度センサＳ２は、冷媒管部３２から流出する出口の冷媒温度（以下、出口温度ともいう）を検出する検出手段であり、その検出結果である出口温度を出口温度信号として随時制御部４０に送出するものである。

制御部４０は、メモリ４９に記憶されたプログラムやデータに従って製氷装置１０を構成する製氷用冷凍回路６０の各部の動作を統括的に制御する制御手段であり、入力処理部４１、判定処理部４２、圧縮機駆動処理部４３、膨張弁開度処理部４４及びバルブ駆動処理部４５を備えている。

尚、制御部４０は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等の処理装置にプログラムを実行させること、すなわち、ソフトウェアにより実現してもよいし、ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）等のハードウェアにより実現してもよいし、ソフトウェア及びハードウェアを併用して実現してもよい。

入力処理部４１は、入口温度センサＳ１から入口温度信号として送出された入口温度、出口温度センサＳ２から出口温度信号として送出された出口温度、並びに製氷装置１０の動作を統括的に制御する主制御部１００から指令信号として与えられた指令を入力するものである。

判定処理部４２は、後述する製氷制御処理において、入力処理部４１を通じて入力された出口温度が０℃以下であるか否か、あるいは入力処理部４１を通じて入力された出口温度と入口温度が略等しいか否かの判定を行うものである。

圧縮機駆動処理部４３は、圧縮機６１に対して駆動指令及び駆動停止指令を送出して、圧縮機６１を駆動及び駆動停止にさせるものである。

膨張弁開度処理部４４は、電子膨張弁６３に対して開度指令を送出して、電子膨張弁６３の開度を調整するものである。

バルブ駆動処理部４５は、第１バルブ６５及び第２バルブ６７に対して、開指令又は閉指令を送出し、第１バルブ６５及び第２バルブ６７を開状態又は閉状態にさせるものである。

以上のような構成を有する製氷装置１０においては、主制御部１００より製氷指令信号が与えられて入力処理部４１を通じてその製氷指令を入力した場合、制御部４０が製氷制御処理を実施する。

図５は、図２に示した制御部４０が実施する製氷制御処理の処理内容を示すフローチャートである。

尚、この製氷制御処理の説明の前提として、第１バルブ６５が開状態となるとともに第２バルブ６７が閉状態となっており、また貯水部２０に貯留された水は４℃程度に冷却され、しかも貯水部２０の水は上限水位にまで達していて中空部３１１に製氷水として進入しているものとする。

この製氷制御処理において制御部４０は、圧縮機駆動処理部４３を通じて圧縮機６１に駆動指令を送出するとともに、膨張弁開度処理部４４を通じて電子膨張弁６３に全開指令を送出し、製氷を開始する（ステップＳ１０１）。

これにより、製氷用冷凍回路６０においては、圧縮機６１で圧縮された冷媒が凝縮器６２で凝縮し、電子膨張弁６３で断熱膨張した後に冷媒管部３２の各冷媒通路３２１を通過する。そして、電子膨張弁６３の開度を全開にすることで製氷用冷凍回路６０を循環する冷媒の循環量を増大し、冷媒管部３２を通過する冷媒量を増加させる。

上記ステップＳ１０１を開始してから所定時間が経過した場合（ステップＳ１０２：Ｙｅｓ）、制御部４０は、入力処理部４１を通じて随時入力する入口温度に応じて、すなわち製氷部３０での冷却負荷の低減に応じて膨張弁開度処理部４４を通じて電子膨張弁６３に開度低減指令を送出し、入口温度を０℃以下に冷却する（ステップＳ１０３）。

これにより、冷媒管部３２においては、入口温度が低下し、この入口温度に追従するように出口温度が低下していく。

上記ステップＳ１０３を実施した後に、制御部４０は、入力処理部４１を通じて入力した出口温度が０℃以下であると判定処理部４２を通じて判定した場合（ステップＳ１０４：Ｙｅｓ）、入力処理部４１を通じて随時入力する入口温度に応じて、膨張弁開度処理部４４を通じて電子膨張弁６３に開度低減指令を送出し、冷媒管部３２の入口が冷えすぎるのを抑制しながら冷媒管部３２の全体を０℃以下に冷却することで、製氷水を０℃以下に冷却する（ステップＳ１０５）。

これにより、製氷部３０の中空部３１１の製氷水は冷却され、０℃以下となると吸熱量が減るため、入口温度と出口温度との温度差である過熱度が小さくなる。

上記ステップＳ１０５を実施した後に、制御部４０は、入力処理部４１を通じて入力した入口温度と出口温度とが近接して略等しいと判定処理部４２を通じて判定した場合（ステップＳ１０６：Ｙｅｓ）、膨張弁開度処理部４４を通じて電子膨張弁６３に開度低減指令を送出して過熱度を大きくしつつ、出口温度を０℃以下に維持して種氷を生成する（ステップＳ１０７）。

上記ステップＳ１０７を開始してから所定時間が経過した場合（ステップＳ１０８：Ｙｅｓ）、制御部４０は、入力処理部４１を通じて随時入力する入口温度及び出口温度に応じて膨張弁開度処理部４４を通じて電子膨張弁６３に開度増大指令又は開度低減指令を送出することにより、過熱度が２℃以下になるよう電子膨張弁６３の開度を調整し（ステップＳ１０９）、その後に手順をリターンして今回の処理を終了する。

これによれば、製氷部３０のすべて製氷水から略同時に氷を生成することができ、氷の生成時間にバラツキが生ずることを抑制することができる。

ところで、かかる製氷制御処理にて製氷本体３１の中空部３１１に氷塊が形成されると、制御部４０は、バルブ駆動処理部４５を通じて第１バルブ６５に閉指令を送出するとともに第２バルブ６７に開指令を送出する。これにより、圧縮機６１で圧縮された冷媒は、バイパス管路６６を通過して冷媒管部３２の各冷媒通路３２１をホットガスとして通過する。この結果、製氷本体３１は加熱され、氷塊のうち中空部３１１の内壁面に接している境界部分は融解される。その後に、図示せぬ氷搬出手段を駆動させることで、中空部３１１の氷塊を該中空部３１１の上面開口３１１ｂを通じて所定の部位に搬出することができる。かかる氷塊が搬出された後、圧縮機６１の駆動を停止させる。

以上説明したように、本発明の実施の形態である製氷装置１０によれば、制御部４０が、製氷指令が与えられた場合に、電子膨張弁６３の開度を全開にさせた後に製氷部３０での冷却負荷の低減に応じて電子膨張弁６３の開度を減少させ、更に過熱度が２℃以下となる態様で電子膨張弁６３の開度を調整するので、氷の生成時間にバラツキが生ずることを抑制することができ、製氷部３０にて良好に氷を生成して圧縮機６１の駆動時間の短縮化を図ることができる。

上記製氷装置１０によれば、制御部４０が、製氷部３０での冷却負荷の低減に応じて電子膨張弁６３の開度を減少させて過熱度が近接した場合に、電子膨張弁６３の開度を更に減少させて過熱度を増加させるので、種氷を生成することができ、水が過冷却状態で残存することを防止することができる。

上記製氷装置１０によれば、製氷部３０を構成する製氷本体３１及び冷媒管部３２はアルミニウムにより形成されているので、製造コストの低減化を図ることができるとともに、伝熱性能の向上を図ることができる。しかも、製氷本体３１と冷媒管部３２とは同種の金属で接合されているので、従来の銅とステンレスとの異種金属の接合で問題となったガルバニック腐食等が生ずる虞れがない。

上記製氷装置１０によれば、製氷本体３１が複数の筒状体が互いに連続する態様で形成されてなり、冷媒管部３２が複数の冷媒通路３２１が並設された扁平状を成していることから、製氷本体３１と冷媒管部３２との熱的な接続は面接触で行うことができ、伝熱面積を増大させて伝熱効率の向上を図ることができる。

以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、種々の変更を行うことができる。

上述した実施の形態では、電子膨張弁６３の開度を増減させることにより、製氷用冷凍回路６０における冷媒の循環量を調整していたが、本発明においては、圧縮機の回転数を増減させることにより、製氷用冷凍回路における冷媒の循環量を調整してもよい。

上述した実施の形態では特に言及していないが、製氷部にて氷を生成する際に、冷媒管路を通過する冷媒の温度を急激に変化させることにより、生成される氷にクラックを生じさせてもよい。これによれば、生成された氷を破砕するのに要する負荷の低減化を図ることができる。

１０ 製氷装置
２０ 貯水部
３０ 製氷部
３１ 製氷本体
３１ａ 筒状体
３１１ 中空部
３２ 冷媒管部
３２１ 冷媒通路
３２ａ 入口ヘッダ
３２ｂ 出口ヘッダ
４０ 制御部
４１ 入力処理部
４２ 判定処理部
４３ 圧縮機駆動処理部
４４ 膨張弁開度処理部
４５ バルブ駆動処理部
５０ 給水ライン
５１ 給水ポンプ
６０ 製氷用冷凍回路
６１ 圧縮機
６２ 凝縮器
６３ 電子膨張弁
６４ 冷媒管路
６５ 第１バルブ
６６ バイパス管路
６７ 第２バルブ
Ｓ１ 入口温度センサ
Ｓ２ 出口温度センサ

Claims (5)

1. 圧縮機が駆動する場合に、該圧縮機、凝縮器、電子膨張弁及び蒸発器の順に冷媒を循環させることにより、前記蒸発器を内蔵した製氷部において氷の生成を行う製氷用冷凍回路を備えた製氷装置であって、
   製氷指令が与えられた場合に、前記製氷用冷凍回路における冷媒の循環量を増大させた後に前記製氷部での冷却負荷の低減に応じて前記循環量を減少させ、更に前記蒸発器の入口の冷媒温度と出口の冷媒温度との差である過熱度が２℃以下となる態様で前記循環量を調整する制御手段を備えたことを特徴とする製氷装置。
2. 前記制御手段は、前記製氷指令が与えられた場合に、前記電子膨張弁の開度を全開にさせた後に前記製氷部での冷却負荷の低減に応じて前記電子膨張弁の開度を減少させ、更に前記過熱度が２℃以下となる態様で前記電子膨張弁の開度を調整することを特徴とする請求項１に記載の製氷装置。
3. 前記制御手段は、前記製氷部での冷却負荷の低減に応じて前記電子膨張弁の開度を減少させて前記過熱度が近接した場合に、前記電子膨張弁の開度を更に減少させて前記過熱度を増加させ、その後に前記過熱度が２℃以下となる態様で前記電子膨張弁の開度を調整することを特徴とする請求項２に記載の製氷装置。
4. 前記製氷部は、複数の筒状体が互いに連続する態様で並設された製氷本体を備え、
   前記蒸発器は、複数の冷媒通路が並設された扁平状の冷媒管部を有しており、該冷媒管部が前記製氷本体の前面と後面とに内面が熱的に接続する態様で該製氷本体の周囲に湾曲して設けられて前記製氷部に内蔵されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の製氷装置。
5. 前記製氷本体と前記冷媒管部とがアルミニウムにより形成されたことを特徴とする請求項４に記載の製氷装置。

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