JP2019078469A - 製氷機 - Google Patents

Abstract

【課題】製氷運転と除氷運転を繰り返し実行する製氷機において、ホットガス弁を閉止させた後で製氷部に製氷水を送出するまでに、製氷部を素早く低温に冷却できるようにする。【解決手段】製氷機１０は、製氷部１１で送水ポンプ２５により送出された製氷水を凍結させて氷を製造する製氷運転と、製氷運転後に、ホットガス弁３６を開放することで圧縮機３１から送られるホットガス冷媒を蒸発器３４に送出して製氷部１１を加温し、製氷部１１から氷を離脱させる除氷運転とを交互に繰り返し実行させるようにしたものであって、制御装置は、除氷運転の際に製氷部１１から氷を離脱させてからホットガス弁３６を閉止した後で、製氷運転の際に送水ポンプ２５により製氷部１１に製氷水を送出開始する前に、電子膨張弁３３の開度を最大と最小の中間よりも小さくなるように制御した。【選択図】図１

Description

本発明は、製氷部を冷却する冷凍装置の膨張弁に制御装置により開度が制御される電子膨張弁を採用した製氷機に関する。

特許文献１には製氷部で氷を製造する製氷機が開示されている。特許文献１の製氷機は、製氷水を凍結させて氷を製造する製氷部と、製氷部との間で循環供給する製氷水を貯える製氷水タンクと、製氷水タンク内の製氷水を製氷部に送出する送水ポンプと、製氷部を冷却及び加温する冷凍装置と、冷凍装置と送水ポンプの作動を制御する制御装置を備えている。この製氷機の冷凍装置は、冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮機から圧送された冷媒を冷却して液化させる凝縮器と、凝縮器にて液化させた液化冷媒を膨張させる感温式の膨張弁と、膨張弁により膨張させた液化冷媒を気化させて製氷部を冷却する蒸発器と、圧縮機から蒸発器にホットガスを送出するホットガス経路と、ホットガス経路に介装されたホットガス弁とを有している。

この製氷機では、圧縮機から圧送されて凝縮器にて液化させた液化冷媒を膨張弁にて膨張させ、膨張させた液化冷媒を蒸発器にて気化させた気化熱により製氷部を冷却し、送水ポンプにより送出された製氷水を製氷部で凍結させて氷を製造する製氷運転と、製氷運転後に、ホットガス弁を開放することで圧縮機から送られるホットガス冷媒を蒸発器に送出して製氷部を加温し、製氷部から氷を離脱させる除氷運転とを交互に繰り返し実行させるようにしている。

特開２００９−２４３８２３号公報

上記の特許文献１の製氷機においては、除氷運転を実行してホットガス弁を開放すると、圧縮機から送られるホットガス冷媒が製氷部の蒸発器に送られ、感温式の膨張弁はホットガス冷媒が送られた製氷部に対応して開度が大きくなっていた。このため、製氷部の氷が除氷されてからホットガス弁を閉止すると、製氷部には開度の大きいままの膨張弁を通って温度が低くない多量の冷媒が流入することになり、製氷部に製氷水を送出するまでに素早く低温に冷却することができなく、製氷運転の時間が長くなるおそれがあった。特許文献１のような感温式の膨張弁に代えて電子膨張弁を採用した製氷機も開発されているものの、除氷運転が終了してから製氷部に製氷水を送出するまでに、電子膨張弁をどのような開度で制御するかについては配慮されてなく、製氷部に製氷水を送出するまでに素早く低温に冷却することができないおそれがあった。本発明は、製氷運転と除氷運転を繰り返し実行する製氷機において、ホットガス弁を閉止させた後で製氷部に製氷水を送出するまでに、製氷部を素早く低温に冷却できるようにすることを目的とする。

本発明は上記課題を解決するため、製氷水を凍結させて氷を製造する製氷部と、製氷部との間で循環供給する製氷水を貯える製氷水タンクと、製氷水タンク内の製氷水を製氷部に送出する送水ポンプと、製氷部を冷却及び加温する冷凍装置と、冷凍装置の作動を制御する制御装置とを備え、冷凍装置は、冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮機から圧送された冷媒を冷却して液化させる凝縮器と、凝縮器にて液化させた液化冷媒を制御装置によって開度を制御した状態で膨張させる電子膨張弁と、電子膨張弁により膨張させた液化冷媒を気化させて製氷部を冷却する蒸発器と、圧縮機から蒸発器にホットガスを送出するホットガス経路と、ホットガス経路に介装されたホットガス弁とを有し、制御装置は、圧縮機から圧送されて凝縮器にて液化させた液化冷媒を開度を制御した電子膨張弁にて膨張させ、膨張させた液化冷媒を蒸発器にて気化させた気化熱により製氷部を冷却し、製氷部で送水ポンプにより送出された製氷水を凍結させて氷を製造する製氷運転と、製氷運転後に、ホットガス弁を開放することで圧縮機から送られるホットガス冷媒を蒸発器に送出して製氷部を加温し、製氷部から氷を離脱させる除氷運転とを交互に繰り返し実行させるようにした製氷機であって、制御装置は、除氷運転の際に製氷部から氷を離脱させてからホットガス弁を閉止した後で、製氷運転の際に送水ポンプにより製氷部に製氷水を送出開始する前に、電子膨張弁の開度を最大と最小の中間よりも小さくなるように制御したことを特徴とする製氷機を提供するものである。

上記のように構成した製氷機においては、制御装置は、除氷運転の際に製氷部から氷を離脱させてからホットガス弁を閉止した後で、製氷運転の際に送水ポンプにより製氷部に製氷水を送出開始する前に、電子膨張弁の開度を最大と最小の中間よりも小さくなるように制御したので、ホットガス弁を閉止した後で製氷部に製氷水を送出するまでに、製氷部を素早く冷温に冷却することができ、製氷運転の時間が長くなるのを防ぐことができた。

上記のように構成した製氷機においては、制御装置は、除氷運転の際に製氷部から氷を離脱させてからホットガス弁を閉止した後で、製氷運転の際に送水ポンプにより製氷部に製氷水を送出開始する前まで、電子膨張弁の開度を中間よりも小さい範囲で維持するのが好ましい。

本発明による製氷機の概略図である。 制御装置のブロック図である。

以下に、本発明の製氷機の一実施形態を図面を用いて説明する。図１に示したように、製氷機１０は、製氷部１１に設けた下向きに開口する多数の製氷小室１３を水皿２２により開閉自在に閉成し、水皿２２から各製氷小室１３へ製氷水を噴射送出して氷を製造する所謂クローズドセルタイプの製氷機である。この製氷機１０は、製氷部１１にて製氷水を凍結させる製氷運転と、製氷部１１にて凍結させた氷を製氷部１１から除く除氷運転を交互に実行して氷を製造するものであり、製氷部１１を冷却及び加温する冷凍装置３０の膨張弁に制御装置４０の制御により開度が調整可能な電子膨張弁３３を採用したものである。

製氷部１１は、水平に配置された下面が開口した浅い箱形をし、仕切部材１２によって多数の製氷小室１３が形成されている。また、製氷部１１の下方には各製氷小室１３にて製造した氷を貯える貯氷庫１４が設けられている。

製氷機１０は製氷部１１に製氷水を送出する送水部２０を備えている。送水部２０は製氷水タンク２１を下部に一体的に備えた水皿２２を備えている。製氷水タンク２１は製氷部１１に循環供給する製氷水を貯えるものである。水皿２２は製氷部１１の下側に接近して製氷小室１３を閉止する閉止位置と、製氷部１１の下側から離間して製氷小室１３を開放する開放位置との間で傾動可能に支持されている。水皿２２には閉止位置と開放位置との間で傾動させる開閉機構２３が設けられており、水皿２２は開閉機構２３によって製氷部１１の製氷小室１３を開閉している。開閉機構２３はアクチュエータモータ２３ａを備え、アクチュエータモータ２３ａの駆動により水皿２２を閉止位置と開放位置との間で傾動させるものである。

送水部２０には製氷水タンク２１に製氷水を供給する給水手段２４と、製氷水タンク２１内の製氷水を製氷小室１３に噴射送出させる送水ポンプ２５が設けられている。給水手段２４は製氷水タンク２１に接続された給水管２４ａと、給水管２４ａに介装された給水弁２４ｂとを備え、給水管２４ａから送られる製氷水は給水弁２４ｂの開放によって製氷水タンク２１に供給される。製氷水タンク２１に供給された製氷水は送水ポンプ２５により製氷小室１３に噴射送出される。

製氷機１０は、製氷部１１を冷却及び加温する冷凍装置３０を備えている。冷凍装置３０は、冷媒を圧縮する圧縮機３１と、圧縮機３１から圧送された冷媒を冷却して液化させる凝縮器３２と、凝縮器３２にて液化させた液化冷媒を膨張させて低圧の液化冷媒とする電子膨張弁３３と、電子膨張弁３３により膨張させた液化冷媒を気化させて製氷部１１を冷却する蒸発器３４とを備えている。冷凍装置３０は圧縮機３１、凝縮器３２、電子膨張弁３３及び蒸発器３４が冷媒管によって環状に接続されて冷凍回路を構成している。電子膨張弁３３は後述する制御装置４０の制御信号により開度が調整可能な膨張弁（電動膨張弁）である。蒸発器３４は製氷部１１の上面に蛇行配置されており、製氷部１１は蒸発器３４を通過する液化冷媒が気化するときの気化熱によって冷却される。

また、冷凍装置３０は除氷運転をするときに蒸発器３４にホットガスを供給するホットガス管（ホットガス経路）３５を備えている。ホットガス管３５は圧縮機３１の下流と蒸発器３４の上流とを接続して、圧縮機３１からのホットガスを蒸発器３４に導くようにしている。ホットガス管３５にはホットガス弁３６が介装されており、圧縮機３１から送られるホットガスはホットガス弁３６の開放によってホットガス管３５を通って蒸発器３４に導かれる。除氷運転時に、ホットガスがホットガス弁３６の開放によって蒸発器３４に導かれると、製氷部１１の製氷小室１３内はホットガスにより加温され、製氷小室１３内で凍結した氷が除氷される。

製氷部１１には温度センサ３７が設けられており、温度センサ３７は製氷部１１の温度を検出する。温度センサ３７は主として製氷運転をするときに電子膨張弁３３の開度を調整する制御に用いられるだけでなく、製氷運転をするときの製氷の完了及び除氷運転をするときの除氷の完了を検知するのに用いられる。なお、この実施形態では、温度センサ３７を製氷部１１の中央部に設けたが、本発明はこれに限られるものでなく、温度センサ３７を製氷部１１の蒸発器３４の冷媒の入口部及び／または出口部に設けたものであってもよいし、温度センサ３７を製氷水タンク２１内に設けて、製氷水の温度から間接的に製氷部１１の温度を検知するようにしたものであってもよい。

製氷機１０は制御装置４０を備えており、図２に示したように、この制御装置４０は、開閉機構２３のアクチュエータモータ２３ａ、給水弁２４ｂ、送水ポンプ２５、冷凍装置３０の圧縮機３１と、ホットガス弁３６と、温度センサ３７に接続されている。制御装置４０はマイクロコンピュータ（図示省略）を有しており、マイクロコンピュータは、バスを介してそれぞれ接続されたＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ及びタイマ（いずれも図示省略）を備えている。制御装置４０は製氷部１１にて製氷水を凍結させて氷を製造する製氷運転と、製氷運転により製氷部１１にて凍結させた氷を除氷する除氷運転とを繰り返し実行する製氷プログラムを有している。

次に、製氷機１０の製氷プログラムについて説明する。製氷機１０の始動時には予備的に除氷運転を実行し、製氷部１１の製氷小室１３内に氷が必ず残っていない状態とする。除氷運転では、圧縮機３１を作動させた状態でホットガス弁３６を開放するとともに、開閉機構２３のアクチュエータモータ２３ａにより水皿２２を開放位置に傾動させる。圧縮機３１から送出されるホットガスはホットガス管３５を通って蒸発器３４に導かれて製氷部１１の各製氷小室１３を加温する。温度センサ３７の検出温度が除氷が完了したことを検知する所定温度として５℃以上となると、制御装置４０は、製氷部１１の製氷小室１３に氷が残ってない、即ち除氷が完了していると検知して、ホットガス弁３６を閉止する。ホットガス弁３６を閉止すると、圧縮機３１から圧送された冷媒がホットガス管３５を通過しないようになって凝縮器３２に送られるようになり、凝縮器３２により液化された液化冷媒は電子膨張弁３３により膨張して低圧の液化冷媒となり、低圧の液化冷媒は蒸発器３４で気化することにより製氷部１１を冷却する。また、制御装置４０は、開閉機構２３のアクチュエータモータ２３ａにより水皿２２を閉止位置に傾動させるとともに、給水弁２４ｂを開放することで製氷水タンク２１に製氷水を供給する。制御装置４０は製氷水タンク２１が所定水位となると給水弁２４ｂを閉止して給水を終了する。

製氷部１１にて予め除氷運転を実行した後で、制御装置４０は、製氷部１１にて製氷運転と除氷運転を繰り返し実行する。上述したように、ホットガス弁３６を閉止すると、圧縮機３１から圧送された冷媒が凝縮器３２により液化されて液化冷媒となり、液化冷媒は電子膨張弁３３により膨張して低圧の液化冷媒となって製氷部１１の蒸発器３４に送られる。このとき、送水ポンプ２５によって製氷部１１に製氷水を送出開始するまでは、製氷水を冷却する必要がないので、製氷部１１を冷却するのに要する負荷が小さく、制御装置４０は、電子膨張弁３３の開度を最大と最小との中間よりも小さく、具体的には、製氷部１１の温度が０℃以下となったときに制御する電子膨張弁３３の開度と同等の開度となるように制御している。このように、製氷部１１を冷却するのに要する負荷が小さなときには、電子膨張弁３３の開度を絞って小さくするようにして、製氷部１１を温度の低い冷媒によって素早く冷却するようにしている。

製氷運転では、上記のように製氷部１１を十分に冷却した状態で、製氷水タンク２１内の製氷水を送水ポンプ２５によって製氷部１１の各製氷小室１３に送出開始する。製氷水タンク２１内の製氷水は製氷部１１との間を循環する前であるために温度が低くないので、製氷部１１で製氷水を冷却するための負荷が高いことになる。製氷部１１に製氷水を送出開始するときに、製氷部１１の温度が０℃以下となったときに制御する電子膨張弁３３の開度と同様の開度で製氷部１１に冷媒を送出すると、製氷部１１の全体に冷却に必要な冷媒を届けることができないおそれがある。また、製氷部１１に多くの冷媒を送る必要があるにもかかわらず、温度センサ３７の検出温度に基づいて電子膨張弁３３の開度を制御すると、電子膨張弁３３の開度を応答性よく制御できないおそれがある。このため、この製氷機１０の制御装置４０は、製氷水タンク２１内の製氷水を送水ポンプ２５によって製氷部１１の各製氷小室１３に送出開始するときに、電子膨張弁３３の開度を所定の開度として、製氷部１１の温度が０℃以下となったときに制御する電子膨張弁３３の開度よりも大きな開度となるように制御している。これによって、製氷水タンク２１内の製氷水を送水ポンプ２５によって製氷部１１の各製氷小室１３に送出開始するときに、温度センサ３７の検出温度に基づかずに電子膨張弁３３の開度を十分な冷媒を送出できる開度で制御して、製氷部１１に応答性をよく多くの冷媒を送出することができるようになった。

また、製氷水タンク２１内の製氷水を送水ポンプ２５によって製氷部１１に送出開始してから温度センサ３７の検出温度の上昇が停止するまで、上述したように電子膨張弁３３を所定の開度以上で制御して、製氷水タンク２１内の製氷水が十分に冷却されるまで、製氷部１１に応答性をよく多くの冷媒を送出するようにして、製氷水タンク２１内の製氷水が冷却される時間を短くするようにしている。また、製氷水タンク２１内の製氷水は製氷部１１との間を循環して徐々に冷却され、製氷部１１の製氷小室１３で製氷水を凍結させるには、製氷部１１の蒸発器３４に送られる冷媒の流量を抑えることで過熱度を上昇させて製氷部１１の温度を低く冷却する必要がある。このため、製氷水タンク２１の製氷水がある程度冷却されて、温度センサ３７の検出温度が下降し始めると電子膨張弁３３の開度を小さくするように制御している。これ以後については、制御装置４０は、温度センサ３７の検出温度に基づいて電子膨張弁３３の開度を徐々に小さくするように制御して、製氷部１１の製氷小室１３内で製氷水を凍結させる。特に、温度センサ３７により検出される製氷部１１の検出温度が０℃以下となったときには、製氷部１１では製氷水を冷却する負荷が小さくなっているので、制御装置４０は電子膨張弁３３の開度を小さく絞るようにすることで、製氷部１１は開度が絞られて温度の低くなった冷媒によって製氷水が凍結するように冷却される。

製氷部１１は温度センサ３７の検出温度に基づいて電子膨張弁３３の開度を制御された状態で冷却され、製氷水タンク２１から噴射送出される製氷水は製氷小室１３内で徐々に凍結し、製氷水タンク２１内の製氷水が徐々に減少する。このとき、温度センサ３７の検出温度を−５℃〜−１５℃となるように電子膨張弁３３の開度を制御すると、クラックの少ない透明度の高い氷を製造することができる。温度センサ３７の検出温度に基づく製氷の完了の検知としては、製氷部１１の温度が０℃に達したときから単位時間毎に検出した温度センサ３７の検出温度と単位時間との積である単位積算数値を求め、これら単位積算数値を順次加算した加算合計数値が目標積算値となると、制御装置４０は製氷小室１３内にブロック形の氷が形成されて製氷が完了したことを検知して、送水ポンプ２５の駆動を停止させて製氷運転を終了させる。なお、製氷が完了する直前のタイミングから、電子膨張弁３３の開度を大きくすることで、凍結した氷が各製氷小室１３内にへばりつくのを抑制できる。

製氷運転後の除氷運転では、制御装置４０は、圧縮機３１を作動させた状態でホットガス弁３６を開放するとともに、開閉機構２３のアクチュエータモータ２３ａにより水皿２２を開放位置に傾動させる。圧縮機３１から送出されるホットガスはホットガス管３５を通って蒸発器３４に導かれて製氷部１１の各製氷小室１３を加温する。製氷完了時の製氷部１１の温度は約−２０℃となっているが、製氷部１１の温度が徐々に上昇しながら、製氷小室１３内から氷が離脱する。温度センサ３７の検出温度が除氷が完了したことを検知する所定温度として５℃以上となると、制御装置４０は、製氷部１１の製氷小室１３に氷が残ってない、即ち除氷が完了していると検知して、ホットガス弁３６を閉止して除氷運転を終了して再び上述したように製氷運転を実行する。このように、制御装置４０によって製氷運転と除氷運転を繰り返し実行させることにより、製氷部１１ではブロック形の氷が連続的に製造される。

上記のように構成した製氷機１０においては、製氷部１１には温度センサ３７が設けられ、製氷部１１は温度センサ３７の検出温度に基づいて開度が制御された電子膨張弁３３を備えた冷凍装置３０により冷却されている。製氷運転を実行したときに、圧縮機３１から圧送されて凝縮器３２にて液化させた液化冷媒を開度を制御した電子膨張弁３３にて膨張させ、膨張させた液化冷媒を蒸発器３４にて気化させた気化熱により製氷部１１を冷却し、製氷水タンク２１内の製氷水はこの冷凍装置３０により冷却された製氷部１１との間を循環して冷却され、製氷水は製氷部１１の製氷小室１３内で漸次凍結して氷となる。製氷運転後の除氷運転を実行すると、ホットガス弁３６を開放することで圧縮機３１から送られるホットガス冷媒を蒸発器３４に送出して製氷部１１を加温し、製氷部１１から氷を離脱させる。このように、製氷機１０は製氷運転と除氷運転とを交互に繰り返し実行させて氷を製造するものである。

この製氷機１０においては、制御装置４０は、除氷運転の際に製氷部１１から氷を離脱させてからホットガス弁３６を閉止した後で、製氷運転の際に送水ポンプ２５により製氷部１１に製氷水を送出開始する前に、電子膨張弁３３の開度を最大と最小の中間よりも小さくなるように制御した。電子膨張弁３３の開度を最大と最小の中間よりも小さくなるように制御したことで、製氷部１１の蒸発器３４に送られる液化冷媒の量を抑えて、製氷部１１の温度を素早く低くすることができ、除氷運転後に製氷水タンク２１内の製氷水を製氷部１１に送出するまでに、製氷部１１を素早く冷却することができ、製氷運転の時間が長くなるのを防ぐことができた。特に、制御装置４０は、除氷運転の際に製氷部１１から氷を離脱させてからホットガス弁３６を閉止した後で、製氷運転の際に送水ポンプ２５により製氷部１１に製氷水を送出開始する前まで、電子膨張弁３３の開度を中間よりも小さい範囲で維持するのが好ましい。

この実施形態の製氷機は、製氷部１１に設けた下向きに開口する多数の製氷小室１３を水皿２２により開閉自在に閉成し、水皿２２から各製氷小室１３へ製氷水を噴射供給して氷を製造する所謂クローズドセルタイプの製氷機であるが、本発明はこれに限られるものでなく、製氷小室を開放状態で製氷水を噴射供給して製氷を行う所謂オープンセルタイプの製氷機であってもよいし、製氷小室を水平方向に開口させて、製氷小室内に製氷水を流下させる、または、鉛直に起立させた製氷板に製氷水を流下させる流下式の製氷機であってもよい。

１０…製氷機、１１…製氷部、２１…製氷水タンク、２５…送水ポンプ、３１…圧縮機、３２…凝縮器、３３…電子膨張弁、３４…蒸発器、３７…温度センサ、４０…制御装置。

Claims (2)

1. 製氷水を凍結させて氷を製造する製氷部と、
   前記製氷部との間で循環供給する製氷水を貯える製氷水タンクと、
   前記製氷水タンク内の製氷水を前記製氷部に送出する送水ポンプと、
   前記製氷部を冷却及び加温する冷凍装置と、
   前記冷凍装置の作動を制御する制御装置とを備え、
   前記冷凍装置は、冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機から圧送された冷媒を冷却して液化させる凝縮器と、前記凝縮器にて液化させた液化冷媒を前記制御装置によって開度を制御した状態で膨張させる電子膨張弁と、前記電子膨張弁により膨張させた液化冷媒を気化させて前記製氷部を冷却する蒸発器と、前記圧縮機から前記蒸発器にホットガスを送出するホットガス経路と、前記ホットガス経路に介装されたホットガス弁とを有し、
   前記制御装置は、前記圧縮機から圧送されて前記凝縮器にて液化させた液化冷媒を開度を制御した前記電子膨張弁にて膨張させ、膨張させた液化冷媒を前記蒸発器にて気化させた気化熱により前記製氷部を冷却し、前記製氷部で前記送水ポンプにより送出された製氷水を凍結させて氷を製造する製氷運転と、前記製氷運転後に、前記ホットガス弁を開放することで前記圧縮機から送られるホットガス冷媒を前記蒸発器に送出して前記製氷部を加温し、前記製氷部から氷を離脱させる除氷運転とを交互に繰り返し実行させるようにした製氷機であって、
   前記制御装置は、前記除氷運転の際に前記製氷部から氷を離脱させてから前記ホットガス弁を閉止した後で、前記製氷運転の際に前記送水ポンプにより前記製氷部に製氷水を送出開始する前に、前記電子膨張弁の開度を最大と最小の中間よりも小さくなるように制御したことを特徴とする製氷機。
2. 請求項１に記載の製氷機において、
   前記制御装置は、前記除氷運転の際に前記製氷部から氷を離脱させてから前記ホットガス弁を閉止した後で、前記製氷運転の際に前記送水ポンプにより前記製氷部に製氷水を送出開始する前まで、前記電子膨張弁の開度を前記中間よりも小さい範囲で維持したことを特徴とする製氷機。

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