JP2021167725A - 炭化水素冷媒用のデュアル回路蒸発器を有する製氷機 - Google Patents

Abstract

【課題】システムの充填量の許される限界内で満たしつつ、製造能力を増加させる製氷機器を提供する。
【解決手段】炭化水素（ＨＣ）冷媒用、特にプロパン（Ｒ−２９０）用に設計された冷凍システムを有する製氷機は、２つの独立した冷凍システムと特別な蒸発機構とを含み、蒸発機構は２つの冷却回路に取り付けられた単一の冷凍板を備える。蛇行構造は有利なパターンに設計され、冷凍時に氷のブリッジングの均一を保持すること、および、均一の熱負荷分配の提供により獲得時の好ましくない溶解を最小化することによって効率を高める。そうすると、大容量の製氷機において可燃性の冷媒が単一の回路に充填されことから起こりうる、可燃性の冷媒に課する充填量制限は回避される。製氷機は単一の水回路と制御システムとを含み、適切で効率的な氷製造を保持する。
【選択図】図２

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、２０１５年１２月２１日に出願された米国特許仮出願第６２／２７０３９１号の優先権を主張する特許出願であり、上記特許仮出願は、参照により本明細書に組み込まれる。

本開示は、自動製氷機器（ice making machine）に一般的に関し、具体的には、炭化水素冷媒、例えばプロパンを利用して特別な蒸発器を有する製氷機器に関し、当該蒸発器は２つの独立した冷媒回路に取り付けられた単一の冷凍板を備え、当該冷媒回路は蒸発器にわたって均一な氷製造を保持するように設計され、よって、システムの充填量の許される限界内で製造能力を増加させる。

製氷機器は世界中に商業応用および居住応用に適用されている。家庭応用において、製氷機は冷凍室に設けられる。空気および不純物が冷凍工程にわたって取り込まれるため、作る氷は品質が低い。商業応用において、製氷機は一般的には、不純物を取り除いて純粋で綺麗な氷立方体を作るように、直立にまたは垂直に冷凍する。他の参考資料において、特許文献１および特許文献２が知られ、この工程の実施例を詳細に説明する。商用製氷機は普遍的に、氷を利用するための貯氷庫ビン（ice storage bin）または自動ディスペンサの上方に設けられる単一の製氷ユニットから構成される。氷位（ice level）センサはビンまたはディスペンサが満たされているときに信号を出し、この時点に、製氷ユニットは再び要求を受けるまで休止する。氷がビンから出されるまたは取られるとき、氷はセンサから離れて、製造が再開する。特許文献３が知られており、さらにこの工程を詳細に説明する。このような機器は広く受け入れられ、特には、例えばレストラン、バー、モテル、および、新鮮の氷を高度にかつ持続的に要求する様々な飲料小売商などの商用設備に求められている。

製氷機を設計するとき、冷媒の選択は重要な要素である。製氷機器の蒸発器は、−１０℃から−２０℃の最適温度範囲を有する中温から低温で動作する。１９８７年９月に、モントリオール協定はＣＦＣの利用を禁止してＲ−２２の段階的な廃止を開始した。その代わりに、非オゾン層破壊のＨＦＣ冷媒は製氷応用の標準となった。特に、Ｒ−４０４ａ、ＨＦＣ−１２５の疑似共沸混合物（pseudo-azeotropic blend）、ＨＦＣ−１４３ａおよびＨＦＣ−１３４ａは、蒸発工程にわたってほぼ安定な温度を提供し、当該蒸発工程が蒸発器にわたって一致した板氷を製造するには決定的である。同様に非可燃的であるため、その商用製氷機器における利用に対しては充填制限がない。比較的高い氷容量（ice capacity）は、蒸発器、圧縮機および凝縮ユニットのサイズを増加する上に、システムに対して適した充填量を提供するのに必要な冷媒の量を増加するだけで可能となる。内蔵式の凝縮ユニットを有する比較的大きい製氷機は５ポンド（２２６８グラム）のＲ−４０４ａも含むことができ、リモート凝縮ユニットを有するシステムは、接続線セットの長さによって、１０ポンド（４５３６グラム）のＲ−４０４ａも含むことができる。

応用に最適であることにかかわらず、Ｒ−４０４は、その環境に対する影響についてマイナスの注目をますます受けてきている。ＧＷＰ（地球温暖化係数）は地球温暖化に寄与すると見られる温室効果ガスの所定質量の基準である。その相対的な基準は、慣習的に１ＧＷＰを有する二酸化炭素（ＣＯ_２）ガスと比較される。Ｒ−４０４Ａは３９２２ＧＷＰを有すると見られる。直接的に大気への放出は禁止されたが、極微量の漏出を原因とする、設備の寿命にわたる冷媒の間接的な放出はほぼ確認できない。減少される充填量で運転する設備に対して要求されて増加されるエネルギ消費の間接的な影響とともに、さらに大きいな衝撃が存在する。この場合において、その衝撃は、追加的なエネルギが生成されている間に大気へ放出される炭素放出の増加とともに表れる。このように、ＨＦＣ冷媒の段階的な廃止は世界的な流れとなっている。ヨーロッパ連合は既に、２０１５年１月に発効した「Ｆガス規制」の承認によって、２０３０年までにフッ素化温室ガスの排出の３分の２を減少するという基準を制定した。米国（連邦）も既に２０１６年１月に、発効させるべき同様に段階的な廃止のスケジュールを通過することによって追随した。米国の各州も同様に挑戦している。特に、カリフォルニア州は２０１５年１月に、２０２１年１月をもってＧＷＰが１５０より大きい冷媒を全て禁止するという規則を提案した。現に、潜在的な代替品を提供するいくつかの代替的な冷媒、例えば、Ｒ−４０７ＡまたはＲ−４４８のようなＨＦＯ混合物があるが、いずれかもカリフォルニア州の１５０ＧＷＰの制限を満たしていない。また、特に製氷機器に対しては、蒸発表面の上に均一的に氷を作る要求がある。前述したＨＦＯ混合物は、比較的高い温度グライド（temperature glide）を有し、製氷の応用に適していない。製氷産業は具体化しつつある新しい法律に従うしかなく、最終的に、ＨＦＣと提案されたＨＦＯの代替的混合物との利用はできなくなり、製氷設備は完全に設計し直す必要がある。

製氷機メーカーが直面している前述した段階的な廃止に伴い、自然の冷媒はそんなに普及していない。プロパン（Ｒ−２９０）は、効率が高く、ＧＷＰが僅か２であって環境に非常に優しい代替案である。それは基本的に現有のシステムを大きく変更せずに導入されることができるが、Ｒ−２９０はその可燃性のため、独自の設計課題をもたらす。ＩＥＣは、リスクを低減するために、１５０グラムの冷媒充填量制限を課する。Ｒ−２９０の利点を利用するために、メーカーはシステムの冷媒充填量を制限する技術を発展しなければならない。１つのこのような技術は特許文献４に説明され、当該技術において、１００ミリリットルから２５０ミリリットルの内容積を有する同等のマイクロチャネル凝縮機は、伝統的なフィンとチューブ凝縮機に代わった。しかしながら、マイクロチャネル凝縮機は一般的にフィンとチューブ凝縮機より高額であり、また、容積が２５０ミリリットルしかないので、このような凝縮機によって取れる最大氷容量にはやはり制限がある。製氷機メーカーは１５０グラムのプロパンを用いて１日５００ポンドの氷の製造に成功したが、単一のシステムにおいてさらに大容量の製氷要求に対しては解決策が存在していない。論理的には、比較的高い氷容量を達成するために、当業者は複数のシステムを１つの機器に採用することになる。特許文献５は複数の蒸発器および膨張装置を含む多圧縮機システムを開示し、当該膨張装置は増加要求に基づいてシステムを循環させることによってその増加要求に有利に応じる。直接的に製氷機器と関係していないが、同様に氷の要求に応じる商用製氷機に対しても、同様なシステムが想像できる。しかしながら、マルチシステムのコストが製品の利益をなくす。例えば銅などの高熱伝導材料によって作られる蒸発器は、製氷機器における最も高価の部品である場合がある。材料のコストの他、製造費、間接費、及び、例えば無電解ニッケルなどの性能コーティングの追加コストは、合計で製氷機器の材料費全体の３分の１となる。いくつかの重大の性能関連の欠点も存在することがある。循環制御を有するデュアル蒸発器システムは、１つの蒸発器をもう１つの蒸発器より速くスケール付着するまたは腐食することがあるため、一方の比較的頻繁な故障が起こり、製氷能力がよく半分に減少される。炭化水素のデュアル蒸発器システムに対して増加される保証コストは、現在の単一ＨＦＣシステムの蒸発器の標準と比べると、ビジネスケースに大幅に影響し、潜在的な利益を消費する。したがって、Ｒ−２９０に対する現在の解決案は残念ながら、全体的なコストを削減するために競争の激しい市場においては、特に世界中に新しい競争を起こしている新興メーカーからは、比較的大きい製氷機の解決案が、殆ど提出されていない。

単一Ｒ−２９０システムの製氷機は、必要な部品量を減少してコストを節約するため、未だに最適な解決案であり、しかしながら、冷媒充填を大きく改変せずに氷容量を増加する必要がある。特に意図的ではないが、具体化されうる１つの方法は特許文献６に説明され、特許文献６は、１つの冷凍回路を有する２つの蒸発器冷凍板を利用する。四角型断面の導管は２つの蒸発器板の間に利用され、一般的に冷媒管路の反対側で損失する熱を回収することによって、システムの効率を増加する。しかしながら、この方法はマーケットで証明されておらず、板と配管との分離の可能性が高いため、フラット導管は製氷機の寿命期間に持続することに対する証拠が殆どない。平面上の表面欠陥は板と管路との間の空気溜まりを起こすことがあり、最終的に２つの表面の間における氷の形成をもたらす。繰り返す熱循環にわたって、氷は冷凍板の背後まで拡がって増加し、よって、氷容量が最終的に完全になくなる。一方、冷凍板表面に取り付けられた円管路を有する製氷蒸発器は、分離せずに１０年以上の熱循環に耐えて、フラット導管より優れていることが既に証明された。

よって、１日に５００ポンド以上の氷を作成可能でＲ−２９０を冷媒として利用する単一の商用製氷機に対するニーズはまだある。解決案には、以下の事項について求められている。（１）独立したシステムは炭化水素冷媒に対する制限を守る。（２）製造コストは高価の部品およびシステムの数を減少することによって抑えられる。（３）証明されて信頼できる、冷凍板によく付着できて繰り返して利用できる蒸発器を製造する。本開示は、単一のシステムのＲ−２９０に対して１５０グラム以下である充填制限を超える場合においても、比較的高い氷容量を可能とする。とはいえ、室内に位置して装着される商用設備用の可燃性の冷媒の利用に対する充填制限は常に存在する。これらの従来技術には冷媒制限に従う最大可能氷容量が決められ、この場合において、本開示の本質はそれでも比較的高い氷容量が適用可能であることにある。

米国特許第５２３７８３７号明細書 米国特許出願公開第２０１０／０２５１７４６号明細書 米国特許出願公開第２００８／０１１０１８６号明細書 米国特許第９０５２１３０号明細書 米国特許第４３８４４６２号明細書 米国特許第７０１７３５５号明細書

簡潔に言うと、本発明に係る１つの実施例は、液体の状態と気体の状態との間で転移可能な冷媒を利用して氷を形成するための製氷機構（ice making assembly）に関し、当該機構は、単一の蒸発機構（evaporator assembly）を用いる２つの冷凍回路を含む。各冷凍回路は、圧縮機と凝縮機とホットガス弁と膨張装置と相互接続配線とをそれぞれに含む。冷媒は好ましくは約１００グラムから３００グラムの炭化水素冷媒である。蒸発機構は２つの冷媒配管を含み、各冷媒配管は蛇行状（serpentine shape）に形成されて冷凍回路の１つと流体連通しており、冷凍板は第１冷媒配管および第２冷媒配管と連結している。好ましくは、第１冷媒配管および第２冷媒配管は蒸発機構の一部であるように交互に重ねられる。製氷機構は冷凍板に水を供給する水システムも含み、水システムは、水ポンプと、冷凍板の上方に設けられている水分配器と、パージ弁と、水入口弁と、冷凍板の下方に設けられていて水を保持するように適用される貯水器とを含む。水ポンプは、冷凍板にわたって水を循環させるように、貯水器および水配分器と流体連通している。

本発明は比較的高い氷容量を提供するとともに、炭化水素冷媒の設計制限内において安全に動作する。このことおよび前述した問題を解決するように、本発明は特別な蒸発機構を備え、単一の冷凍板がデュアルの（すなわち、２つの）独立した炭化水素冷凍システムに取り付けられている。伝統的なデュアルシステムの製氷機と比べると、開示される発明は、単一の蒸発器と、単一の水循環システムと、効率的な氷製造を監視し制御する単一のマイクロプロセッサとを採用することによって、材料費を削減する。

これらおよび他の特徴、概念および発明の利点は、下述の詳細な説明、添付した特許請求の範囲および添付した図面からより十分に明白となり、図面は発明に係る例示的な実施例に基づく特徴を示す。

製氷機の斜視図 単一の蒸発器に取り付けられているデュアル冷凍回路を示す、本発明の１つの実施例に係る製氷システムの略図 本発明の１つの実施例に係る冷凍板に取り付けられるための第１管路の略図 本発明の１つの実施例に係る冷凍板に取り付けられるための第２管路略図 本発明の１つの実施例に係る蒸発機構の正面略図 本発明の１つの実施例に係る蒸発機構の背面略図 本発明の１つの実施例に係る制御システムの図

本発明に係る実施例が詳細に説明される前に、理解すべきなのは、下述の説明または図面に示される構成の詳細および部品の配置に対して、本発明はこの明細書等に制限されていないことである。発明は、他の実施例および様々な方法による実現または実行が可能である。また、理解すべきなのは、ここで使われる用語および術語は説明の目的のためのものに過ぎず、限定と見られるべきではないことである。「含む」、「備える」、「有する」およびこれらの変化は、その後にリストされる項目を網羅する意味であり、他の項目にも均等する。測定を表す数値ならびに明細書および特許請求の範囲に記載された数値のすべては、すべての例示において「約」という用語で修飾されているように理解されるべきである。また、注意すべきなのは、ここにおいて、前方と後方、右側と左側、頂部と底部、および上方と下方という参照は、説明の便宜のためのものであり、ここで開示される発明またはその部品を位置的にまたは空間的配向に対して制限しないことである。

図１は従来の商用製氷機１０を示し、製氷機１０がキャビネット１２の内部に設けられる製氷機構を有し、キャビネット１２が貯氷庫ビン１４の頂部に装着可能である。貯氷庫ビン１４は扉１６を含んでもよく、扉１６はその中に貯蔵される氷へのアクセスを提供するように開けられることができる。製氷機１０は、本発明の範囲から逸脱せずに、ここで説明されていない他の従来の部品を有してもよい。

図２は、水回路２２と２つの冷凍回路２４、２６とを有する製氷機構２０の１つの実施例のいくつかの主要部品を示す。２つの冷凍回路は同様な部品から形成されてもよく、よって、このような部品は同様な参照番号を用いて説明される。水回路２２は貯水器２６と水ポンプ２８とを含み、水ポンプ２８は蒸発機構３２にわたって分配するために水を水分配器マニホルドまたはチューブ３０に循環させる。製氷機構２０の動作にわたって、水が貯水器２６から水ポンプ２８によって水配線を通ってポンプされて分配器マニホルドまたはチューブ３０から出るとき、水は、蒸発機構３２に当たり、冷凍板３４のポケットを流れて氷に冷凍される。貯水器２６は、機構３２から抜ける水を受けるように、蒸発機構の下方に位置してもよく、そうすると、その水は水ポンプ２８によって再循環されることができる。

水回路２２は給水配線３６をさらに含んでもよく、水フィルタ３８および水入口弁４０は、給水機からの水で貯水器２６を充填するために、給水配線３６に設けられ、供給される水の一部または全部は氷に冷凍される。貯水器２６は何らかの形式の水位センサ、例えば、本分野で周知のフロートまたは導電率計を含んでもよい。水回路２２は、水パージ配線４２と、水パージ配線４２に設けられたパージ弁４４とをさらに含んでもよい。水、および／または、氷が形成された後に貯水器２６にとどまっている汚染物質は、パージ弁４４を介してパージ配線４２を通ってパージされてもよい。

各冷凍回路２４、２６は、圧縮機５０と、圧縮機５０から放出されて圧縮された冷媒の蒸気を凝縮するための凝縮機５２と、凝縮機５２にわたる気体冷却媒体の下方に位置する凝縮ファン５４と、乾燥器５６と、熱交換器５８と、冷媒の温度および圧力を低くするための熱膨張装置６０と、濾過器６２と、ホットガスバイパス弁６４とを含んでもよい。他のところにより完全に説明されるように、冷媒の１つ形態はこれらの部品にわたって循環する。

熱膨張装置６０は、キャピラリーチューブと、温度式膨張弁または電子式膨張弁とを含んでもよいが、これらに限らない。いくつかの実施例において、熱膨張装置６０は温度式膨張弁または電子式膨張弁であり、水回路２２は、熱膨張装置６０を制御するように、蒸発機構３２の出口に置かれた温度検出球（temperature sensing bulb）も含んでもよい。他の実施例において、熱膨張装置６０は電子式膨張弁であり、水回路２２も、周知技術のように、蒸発機構３２の出口に置かれた圧力センサ（未図示）を含んで熱膨張装置６０を制御してもよい。

冷凍回路２４、２６は、水回路２２のように、一連のリレーを通って、開始サイクル、冷凍サイクルおよび獲得サイクルに対して、制御器７０に制御されてもよい。制御器７０は、コードを記憶するプロセッサ可読媒体とともにプロセッサを含んでもよく、当該コードはプロセッサをプロセスに実行させる指令を表す。プロセッサは、例えば、市販のマイクロプロセッサ、特定用途向け集積回路（application-specific integrated circuit、ＡＳＩＣ）、または、１つ以上の特定機能を達成するように、もしくは、１つ以上の特定の装置またはアプリケーションを稼働させるように設計されたＡＳＩＣの組み合わせであってもよい。また他の実施例において、制御器７０は、アナログの回路もしくはデジタルの回路、または複数の回路の組み合わせであってもよい。また、制御器７０は、制御器７０によって取出可能な（retrievable）形式でデータを記憶するために、１つ以上のメモリ部品（未図示）を含んでもよい。制御器７０は、データを１つ以上のメモリ部品に保存する、または、データを１つ以上のメモリ部品から取出することができる。制御器７０は経過時間を測定するためのタイマーも含んでもよい。タイマーは、本発明の範囲から逸脱せずに任意の周知手段によって、制御器７０および／もしくはプロセッサに載せるハードウェアおよび／もしくはソフトウェア、または、制御器７０および／もしくはプロセッサに内蔵されたハードウェアおよび／もしくはソフトウェアを介して実行されてもよい。

説明した冷凍回路２４、２６の１つの実施例における各独立した部品とともに、様々な実施例において部品が相互作用し動作する手段は再び図２を参照して説明する。最初に、各冷凍回路は炭化水素冷媒、例えばプロパンＲ２９０が、特定の充填制限までに充填され、例えば、１００グラムから３００グラムまで、好ましくは約１５０グラムまで充填される。冷凍回路の動作にわたって、各圧縮機５０は蒸発機構３２から関連する配線（第１冷凍回路２４のための配線７６および第２冷凍回路２６のための配線７８）を介して低圧かつ実質的気体の冷媒を受ける。圧縮機５０は冷媒を加圧し、高圧かつ実質的気体の冷媒を凝縮機５２に放出する。圧縮機５０の吸入側と圧縮機５０の放出側との圧力差は、吸入配線Ｐｓ８２と放出配線Ｐｄ８４とに位置する２つの圧力センサを利用して判断してもよい。凝縮機５２において、熱が冷媒から除去され、実質的気体の冷媒が実質的液体の冷媒に凝縮される。

凝縮機５２から離れた後、高圧かつ実質的液体の冷媒は乾燥器５６を経て湿気を除去し、乾燥器５６が例えばメッシュスクリーンなどのフィルタの１つ形態を含む場合、液体の冷媒における特定の微粒子を除去する。冷媒は続いて熱交換器５８を通って熱膨張装置６０に入り、熱交換器５８は、凝縮機５２から離れる暖かい液体の冷媒を利用し、蒸発機構３２から離れる冷たい冷媒蒸気を加熱し、熱膨張装置６０は、Ｔ字管６８を通って配線７２、７４を介して実質的液体の冷媒を蒸発機構３２の中に導入するために、その実質的液体の冷媒の圧力を減圧する。低圧かつ膨張された冷媒は蒸発機構３２の配管を通って、その冷媒は、蒸発機構３２に内蔵された配管から熱を吸収し、冷媒がその配管を通るときに気化し、よって、蒸発器３２を冷却する。低圧かつ実質的気体の冷媒は、吸入配線（第１冷凍回路２４のための配線７６および第２冷凍回路２６のための配線７８）を通って蒸発機構３２の出口から放出され、再び各圧縮機５０の入口に導入される。

図３および図４は蒸発機構３２の第１配管９０および第２配管９２を示す。第１配管９０は、吸入配線７２と接続している入口９４と、吸入配線７６と接続している出口９６とを有する。同様に、第２配管９２は、吸入配線７４と接続している入口９８と、吸入配線７８と接続している出口１００とを有する。よって、各冷凍回路において、冷媒が凝縮機から圧縮機へ、さらに蒸発器の配管９０、９２へ循環する。

図５は、蒸発機構３２の冷凍板１０２の後方に熱的に結合されている第１配管９０および第２配管９２を示す。図６は蒸発機構３２の冷凍板１０２の正面図である。第１配管９０および第２配管９２は好ましくは蛇行状であり、そうする場合、図５に示されたように交互に重ねられてもよい。このような配置は、冷凍板１０２にわたって一致した温度を確保することを補助し、よって、氷の製造にわたってブリッジ部の厚さを均一にさせることによって氷の作成量を最大化するとともに、獲得中に全バッチを抜くために溶解する氷の割合を最小化する。この配置を利用し、冷凍回路２４、２６は、ＩＥＣの制限が満たせる程度でそれぞれに充填されるとともに、十分に高い冷却能力を提供して商用製氷業界のニーズも満たすことができる。図５に描写された第１配管９０および第２配管９２は円形の断面を有して蛇行状のような形状に配置されているが、他の形状でもありえるため、２つの配管の組み合わせは冷凍板にわたって分布され、冷凍板にわたって実質的に均一な冷却を提供する。

図７は、製氷機構２０の１つ以上の実施例において含まれてもよい制御器７０の主要の入力および出力を示す。入力は、貯水器２６における水の水を測定する水位センサ１１０と、蒸発機構３２の近傍の温度を測定する温度プローブ１１２と、冷凍板の上に形成される氷の特定の量に基づいて起動される獲得リレースイッチ１１４と、貯氷庫ビン１４の満杯を検知するビン制御スイッチ１１６と、貯水器２６の底部の付近の水圧を探知するように利用可能な圧力センサ１１８との特定の組み合わせを含んでもよく、当該水圧は貯水器２６の水と相互に関連してもよい。

制御器７０は、各冷凍回路２４、２６のホットガス弁６４、凝縮機ファン５４および圧縮機５０、ならびに、水回路２２の循環ポンプ２８、水弁４０およびパージ弁４４を制御するように信号を出す。制御器７０は伝統的な電源１０８を介して動作電力を受ける。

説明した製氷機１０の１つの実施例における各独立した部品とともに、製氷機構２０を含めて、様々な実施例において部品が相互作用し動作する手段は再び図２を参照して説明する。氷は冷凍システムおよび水循環システムを同時に運行させることによって製造される。開始フェイズ中、圧縮機と凝縮機とを同時に開始させる必要がないことが望ましい場合がある。顕熱サイクル（sensible cycle）と潜熱サイクル（latent cycle）とも備える冷却サイクルで製氷機構２０が動作しているとき、各圧縮機５０は、低圧かつ実質的気体の冷媒を蒸発機構３２から吸入配線７６、７８を通って受け、冷媒を加圧し、高圧かつ実質的気体の冷媒を凝縮機５２に放出する。凝縮機５２において、熱が冷媒から除去され、実質的気体の冷媒が実質的液体の冷媒に凝縮される。

凝縮機５２から離れた後、高圧かつ実質的液体の冷媒は乾燥器５６を経て、熱交換器５８および熱膨張装置６０を通り、熱膨張装置６０は、配線７２、７４を介して実質的液体の冷媒を蒸発機構３２の第１配管９０および第２配管９２の中に導入するために、その実質的液体の冷媒の圧力を減圧する。低圧かつ膨張された冷媒は蒸発機構３２の第１配管９０および第２配管９２を通って、その冷媒は、蒸発機構３２に内蔵された配管から熱を吸収し、冷媒がその配管を通るときに気化し、よって、冷凍板を冷却する。低圧かつ実質的気体の冷媒は、配線７４、７８を通って蒸発機構３２の出口から放出され、熱交換器５８に通らせ、再び各圧縮機５０の入口に導入される。

特定の実施例において、すべての部品が適切に運行すると仮定され、冷却サイクルの開始時、水入口弁４０をオンして貯水器２６に給水してもよい。所望の水位まで貯水器２６に給水した後、水入口弁４０をオフにしてもよい。水ポンプ２８は水を貯水器２６から冷凍板１０２へ分配器マニホルドまたはチューブ３０を介して循環させる。圧縮機５０は冷媒を冷凍システムに流す。続いて、水ポンプ２８によって供給される水は、顕熱冷却サイクルにわたって、接触する冷凍板３０を冷却し、冷凍板１０２の下方にある貯水器２６に戻り、水ポンプ２８によって冷凍板１０２へ再循環される。一旦冷却サイクルが潜熱冷却サイクルに入ると、冷凍板１０２にわたって流れている水は氷立方体を形成し始める。氷の量が冷凍板１０２上に増加するとともに、貯水器２６内の水量が減少する。制御器７０は、氷厚センサによって測定される形成する氷の量、水位センサによって測定される貯水器２６内の水の減少量、または、他の冷凍システムパラメタを監視して所望のバッチ重量を決定してもよい。よって、冷凍サイクルの状態は貯水器２６内の水位にあわせて調整されてもよい。したがって、制御器７０は貯水器２６内の水量を監視することができ、様々な部品を相応に制御することができる。

その時点に、サイクルの獲得部分が始まる。制御器７０は、パージ弁４２をオンとし、残る水および不純物を貯水器２６から除去する。水回路２２および冷凍回路２４、２６が動作不能となる。氷立方体が形成した後、ホットガス弁６４は開けられ、温まる高圧ガスが圧縮機５０からホットガスバイパス配線に流させ、また、ガスから微粒子を除去可能な濾過器６２、チェック弁８０およびＴ字管６８を通り、蒸発機構３２の配管に入り、よって、氷は、冷凍板１０２を温めて氷を冷凍板１０２から外し貯氷庫ビン１４中に落ちる程度で氷を溶けることによって獲得され、氷は一時的に貯蔵されて後に取出することができる。ホットガス弁６４はそして閉合し、冷却サイクルは繰り返すことができる。

いくつかの方法は獲得サイクルの終了に利用されてもよく、その方法は、製造される氷の産出高を改善し、サイクルの間に獲得できない氷の蓄積を避けるという目的を有する。１つの方法は、蒸発器の出口温度を監視し、出口温度が特定の最小温度に到達までに待ち、そして安全のために遅延時間を取り入れる。この獲得終了の間接的な方法は、飲用水供給源にある重い沈殿物およびミネラルが蒸発器にスケール付着するため、信頼できる製氷機の寿命を提供できない。より効率的な方法は、機械式リレーを利用して獲得の終了をトリガし、よって、無駄の時間を省く。１つのこのような場合において、リレーは、蒸発機構３２の真下の水平フラップに取り付けられ、氷が滑動路において直接的に置かれる。氷が冷凍板１０２から滑動して離れるとき、リレーはトリガされて直ちに獲得を終了するように信号を制御器７０に送る。獲得が終了すると、給水弁４０は新鮮な水を貯水器２６に再充填するように短時間に開ける。製氷機は、氷ビンセンサが満たされ、製氷機が制御器のメモリに保存されたプログラムされてプリセットされた特定のスケジュールを満たし、または、ユニットの電源が特定の安全装置もしくは制御器に組み込まれた要素から手動的にもしくは自動的に切れられるまで、交互の冷凍サイクルと獲得サイクルとを続ける。

前述した様々なシステムのいくつかは取得可能である。例えば、冷凍回路２４、２６は、各独立した回路の出口において設置された過熱器を維持するように、２つの温度式膨張弁６０とともに一定速圧縮機５０とを含んでもよい。各独立した回路に対してＲ−２９０（または他の炭化水素）の適した充填を確保することによって、バランスのとれたシステムを維持するための周知方法は、恒温部品の一致した設置を確保することによって利用されてもよい。代替的に、冷凍回路２４、２６は、各独立した回路の出口において設置された過熱器を維持するように、２つの電子式膨張弁とともに２つの変速圧縮機５０を含んでもよい。さらに、冷凍回路は検出装置、例えば、ピエゾ抵抗式微小電気機械システム（Piezo-resistive Micro-Electro-Mechanical Systems、Piezo-resistive ＭＥＭＳ）を含んで、各回路の動作特徴を判断し、また、冷却ループの吸入温度のバランスをとるために圧縮機の速度を変更するような周波数発生機能を採用してもよく、よって、冷凍板にわたって均一かつより安定な温度差を維持する。今の実施例に基づく同様な制御は、ここで参照により本明細書に組み込まれる米国特許出願第１４／４９１６５０号明細書に列挙された変速部品のように、他の変速部品を変更し、同様な安定化機能を達成することができる。

製氷機構２０は、２つの冷凍回路の１つに故障が起こるイベントにおいて動作するための手段をさらに含んでもよい。１つのシステムのみが動作可能なとき、従来のデュアル製氷システムである場合、製氷能力が半分に減少されると推定される。しかしながら、サイクル時間は故障イベントにおいて延長される可能性があり、よって、システム故障が解決されるまで製氷し続けることによって「故障対応」を提供する。蒸発器はシステムの実際運行時間に比例して動作し続け、追加的なまたは代替的な清掃スケジュールは実行する必要がない。製氷機が前述した「故障対応」モードで動作していることを、制御器はさらに外部表示手段を介してエンドユーザに知らせることができる。製氷機構は容量低減モードで動作する能力を含んでもよく、容量低減モードにおいて、１つの冷凍回路のみが動作可能であり、よって、氷の需要が低い期間にわたってまたは省エネルギ消費の機能において、半分の氷容量は利用することができる。

本発明に係る他の実施例において冷凍回路は、従来のフィンと配管で空冷式の凝縮機の代わりに螺旋状配管で水冷式の凝縮機を利用してもよい。他の代替案は、凝縮設備とする蝋付け板熱交換器を含む。あらゆる場合に対して、凝縮機は、分別した回路において縦並びに実行されてもよく、デュアルポートを有する単一の熱交換器として実行されてもよく、製氷機構が必要な部品数をさらに最小化する。

よって、炭化水素冷媒用に、特にプロパン（Ｒ−２９０）用に設計された冷凍システムを含む製氷機の新規設備が示されて説明され、当該製氷機器は、２つの独立した冷凍システムと、２つの冷却回路に取り付けられた単一の冷凍板を有する特別の蒸発機構とを含む。蒸発機構は２つの蛇行状配管部を利用し、蛇行状配管部は、有利なパターンに設計され、冷凍時に氷のブリッジングの均一を保持すること、および、均一の熱負荷分配の提供により獲得時の好ましくない溶解を最小化することによって効率を高める。ただし、当業者に対しては、保護対象の装置と方法に対する多くの改変、変化、変更、ならびに他の用途および応用は可能であることが明らかである。本発明の精神および範囲から逸脱しないこのような改変、変化、変更、ならびに他の用途および応用のすべては、特許請求の範囲のみに限定された本発明に包含されるとみなされる。

Claims (12)

1. 液体の状態と気体の状態との間で転移可能な冷媒を利用して氷を形成するための製氷機構であって、
   圧縮機と凝縮機とホットガス弁と膨張装置と相互接続配線とを備え、冷媒が約１００グラムから３００グラムの炭化水素冷媒である第１冷凍回路と、
   圧縮機と凝縮機とホットガス弁と膨張装置と相互接続配線とを備え、冷媒も約１００グラムから３００グラムの炭化水素冷媒である第２冷凍回路と、
   単一で共用の蒸発機構であって、
   第１冷媒配管であって、前記第１冷凍回路と流体連通しており、冷媒が前記第１冷媒配管および前記第１冷凍回路を介して循環可能である前記第１冷媒配管と、
   第２冷媒配管であって、前記第２冷凍回路と流体連通しており、冷媒が前記第２冷媒配管および前記第２冷凍回路を介して循環可能である前記第２冷媒配管と、
   前記第１冷媒配管および前記第２冷媒配管と連結している冷凍板と、
   を備える蒸発機構と、
   前記冷凍板に水を供給する水システムと、を備える、製氷機構。
2. 前記炭化水素冷媒はプロパン（Ｒ−２９０）である、請求項１に記載の製氷機構。
3. 前記第１冷媒配管および前記第２冷媒配管のそれぞれは蛇行状に形成されている、請求項１に記載の製氷機構。
4. 前記第１冷媒配管および前記第２冷媒配管は前記蒸発機構の一部であるように交互に重ねられる、請求項３に記載の製氷機構。
5. 前記第１冷媒配管および前記第２冷媒配管は、前記冷凍板にわたって分布しており、前記冷凍板にわたる実質的に均一な冷却を提供する、請求項３に記載の製氷機構。
6. 各前記冷凍回路および前記水回路の動作を制御する制御器をさらに、請求項１に記載の製氷機構。
7. 前記制御器は、一連のリレーを通って、開始サイクル、冷凍サイクルおよび獲得サイクルに対して、各前記冷凍回路および前記水回路の動作を制御する、請求項６に記載の製氷機構。
8. 前記制御器は前記冷凍回路のうちの１つの動作を中止させ、前記製氷機構は容量低減モードで動作する、請求項６に記載の製氷機構。
9. 前記冷媒は約１５０ミリグラムに充填される、請求項１に記載の製氷機構。
10. 前記第１冷凍回路の前記圧縮機および前記第２冷凍回路の前記圧縮機は一定速圧縮機である、請求項１に記載の製氷機構。
11. 前記第１冷凍回路の前記圧縮機および前記第２冷凍回路の前記圧縮機は変速圧縮機である、請求項１に記載の製氷機構。
12. 前記水システムは、
    水ポンプと、
    前記冷凍板の上方に設けられている水分配器と、
    パージ弁と、
    水入口弁と、
    貯水器であって、前記冷凍板の下方に設けられており、水を保持するように適用され、前記冷凍板にわたって水を循環させるように、前記水ポンプが水配線によって前記貯水器および前記水配分器と流体連通している貯水器と、
    を備える、請求項１に記載の製氷機構。

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