JP2567924B2 - 製氷装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は、例えば、夜間電力を利用することによって
低温エネルギーを安価に得る、氷蓄熱利用の空気調和シ
ステムに用いられる製氷装置などのように、製氷室内
で、その内周壁面に氷が付着しないよう室内溶液に旋回
流を与えるブレードを電動モータによって駆動回転可能
に設け、この製氷室を蒸発器とするように、コンプレッ
サー、膨張弁および凝縮器を直列接続して製氷用冷媒を
供給するように構成した製氷装置に関する。

＜従来の技術＞ この種の製氷装置では、製氷室内に供給する溶液の流
速が低下するとか、蒸発器に供給する製氷用冷媒が偏流
するとか、更には、それらの相乗作用などが原因となっ
て、製氷室の内周壁面に許容量以上の氷が付着し、それ
に起因して、ブレードによる旋回流の付与が不十分にな
る、いわゆるジャンピングを生じ、それが継続するとブ
レードを駆動する電動モータの負荷が増大し、その電動
モータに過電流が流れて焼付きを発生する問題があっ
た。

そこで、従来では、上記焼付き発生を防止するため
に、電動モータの電流値を検出し、その電流値が設定値
を超えたときにコンプレッサーを停止して蒸発器内の圧
力を上昇させ、それにより蒸発器内の温度を高くして
（ボイル・シャルルの法則）氷を融解するように構成し
ている。

＜発明が解決しようとする課題＞ しかしながら、従来例の構成によれば、過電流が発生
した段階では、ジャンピングが継続して氷が成長し、氷
結がかなり進行しており、実際上は、コンプレッサーの
停止に留まらず、ブレードを駆動する電動モータをも停
止しなければならない状態になっており、製氷を中断せ
ざるを得ず、また、多量の氷が製氷室内に付着成長して
いるために、その不要な水を融解して製氷運転を再開す
るまでに時間がかかって中断時間が長くなり、製氷装置
の安定性および信頼性が低下するとともに製氷効率が低
下する欠点があった。

そのうえ、過電流検出に伴ってコンプレッサーの駆動
を停止するため、製氷運転再開のためにコンプレッサー
を起動するときに多大の電力を消費し、ランニングコス
トが増大して不経済になる欠点があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであ
って、ジャンピング発生に起因して製氷運転の中断にま
で発展することを回避できるようにして安定性、信頼性
および製氷効率のいずれをも向上できるようにすること
を目的とする。

＜課題を解決するための手段＞ 本発明に係る第１の製氷装置は、このような目的を達
成するために、冒頭に記載した製氷装置において、ブレ
ードの異常動作を検出して異常信号を出力する異常検出
手段と、前記異常信号に応答してコンプレッサーの回転
数を減少するコンプレッサー制御手段とを備えて構成す
る。

そして、本発明に係る第２の製氷装置は、上記第１の
製氷装置の構成に加え、コンプレッサーと凝縮器の間の
箇所と、膨張弁と蒸発器の間の箇所とにわたって、凝縮
器を通らない高温冷媒を蒸発器に供給するバイパス回路
を接続するとともに、そのバイパス回路に制御弁を介装
し、異常検出手段から出力される異常信号に応答して前
記制御弁を開き動作する冷媒制御手段を備えて構成す
る。

＜作用＞ 本発明に係る第１の製氷装置の構成によれば、ブレー
ドの異常動作、即ち、ジャンピングが発生するに伴い、
それを検出して、氷が付着成長する前にコンプレッサー
制御手段によりコンプレッサーの回転数を減少し、製氷
室内に必要以上に付着した氷を融解することができる。

そして、本発明に係る第２の製氷装置の構成によれ
ば、ジャンピングが発生するに伴い、それを検出して、
冷媒制御手段により制御弁を開き、高温冷媒を蒸発器に
供給し、製氷室内に必要以上に付着した水をより早く融
解することができる。

＜実施例＞ 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。

第１図は、本発明に係る製氷装置を用いた氷蓄熱利用
の空気調和システムの実施例を示す全体概略構成図であ
る。

この図において、１は溶液タンクであり、この溶液タ
ンク１内には、例えば、グリセリン、プロピレングリコ
ール、エタノール、塩化カルシウムなどの特殊溶液を溶
質とし、水を溶媒とした、水よりも凝固点が低くかつ氷
よりも比重が大きい水溶液が貯留されている。

溶液タンク１には、第１のポンプ２を介装した第１の
供給管３と第１の返送管４を介して製氷装置５が連通接
続され、溶液タンク１内の水溶液を製氷装置５に供給
し、水溶液中の水を凍結して微細な氷を製造し、その氷
を第１の返送管４を介して溶液タンク１に戻し、氷によ
る低温エネルギーを得るように構成されている。

また、前記溶液タンク１には、第２のポンプ６を介装
した第１の循環パイプ７が連通接続されるとともに、そ
の循環パイプ７に熱交換器８が介装され、そして、熱交
換器８と、冷却ユニットとしての空気調和機の冷房用室
内ユニット９とが、第３のポンプ10を介装した第２の循
環パイプ11を介して接続され、溶液タンク１内に蓄えら
れた低温エネルギーを冷媒として利用し、冷房を行うよ
うに構成されている。

図中12は、溶液タンク１の上方に設けられたノズルを
示している。

前記製氷装置５は、冷媒回路にコンプレッサー13の凝
縮器14と膨張弁15と蒸発器16とを直列接続して構成さ
れ、蒸発器16に製氷用冷媒を供給するようになってい
る。

前記蒸発器16は、製氷室Ｒを形成する内筒17内に、そ
の内周壁面に氷が付着しないよう室内溶液に旋回流を与
えるブレード18を回転可能に設けるとともに、そのブレ
ード18に電動モータ（図示せず）を連動連結し、かつ、
内筒17を覆って外筒19を設けるとともに、その内筒17の
外周面と外筒19の内周面との間に製氷用冷媒を供給する
空間を形成して構成されている。

前記コンプレッサー13と凝縮器14の間の箇所と、膨張
弁15と蒸発器16の間の箇所とにわたって、凝縮器14を通
らない高温冷媒を蒸発器16に供給するバイパス回路20が
接続されるとともに、そのバイパス回路20に電磁開閉操
作型の制御弁21が介装されている。

前記外筒19の外周面に、ブレード20の異常動作、即
ち、ジャンピングを検出して異常信号を出力する異常検
出手段としての振動センサ22が取り付けられ、その振動
センサ22に、CPUとROMとRAMとを備えた制御装置23が接
続されるとともに、その制御装置23に、前記制御弁21
と、コンプレッサー13を駆動する回転数可変型の電動モ
ータ24とが接続されている。

前記制御装置23では、第２図のブロック図に示すよう
に、振動センサ22から出力される異常信号に応答して制
御動作されるコンプレッサー制御手段25および冷媒制御
手段26が構成されている。

前記コンプレッサー制御手段25は、異常信号に応答し
てコンプレッサー13の回転数を減少するようになってい
る。

前記冷媒制御手段26は、異常信号に応答して制御弁21
を開き動作するようになっている。

次に、制御装置23による制御動作につき、第３図に示
すフローチャートを用いて説明する。

まず、振動センサ22から異常信号が出力されたかどう
かを判断し（S1）、異常信号が出力されていれば、コン
プレッサー制御手段25を作動して、コンプレッサー13の
回転数を定常時の40％に減少し（S2）、蒸発器16内の圧
力を上昇するとともに、冷媒制御手段26を作動して制御
弁21を開き（S3）、蒸発器16に高温冷媒を供給し、製氷
室Ｒの内周壁面に付着した水を融解する。

しかる後に、ステップS4に移行して、異常信号が停止
したかどうかを判断し、異常信号が停止するのを待ち、
異常信号が停止すれば、ステップS5に移行して制御弁21
を閉じ、その後に、ステップS6に移行して、コンプレッ
サー13の回転数を15％分だけ増加してから、ステップS1
に戻す。

このとき、ステップS1では異常信号が出力されていな
いと判断するため、ステップS7に移行し、そして、ステ
ップS7において、コンプレッサー13の回転数が100％に
なっているかどうかを判断する。一度ステップS6を経た
後には55％にしかなっていないため、この場合は、ステ
ップS6に移行し、更にコンプレッサー13の回転数を15％
分だけ増加してから、ステップS1に戻す。これらを繰り
返すことにより、最終的に、コンプレッサーの回転数を
100％に、即ち、定常状態に復帰させ、氷の融解を終了
する。

このように、コンプレッサー13の回転数を定常状態に
復帰させるのに、15％分づつ増加していくから、ハンチ
ングを良好に回避できる利点を有しているが、本発明と
しては、異常信号の停止に応答して、コンプレッサー13
の回転数を即座に定常状態に復帰させるようにしても良
い。

次に、本発明の実施例と従来例とを、製氷能力面で比
較した結果について説明する。

従来例の製氷装置としては、ブレード18を駆動する電
動モータの電流値を検出し、その電流値が設定値を超え
たときにコンプレッサー13を停止するように構成した製
氷装置を対象とした。

その結果、本発明の実施例の製氷装置５では、縦軸に
能力をとり、横軸に時間をとって表した第４図の（ａ）
に示すように、ジャンピングによる異常信号を検出する
と、即座にコンプレッサー13の回転数を40％にまで減少
し、しかる後、異常信号が停止されてから、15％分づつ
回転数を上昇していって定常運転状態に復帰する。これ
に対して、従来例の製氷装置では、縦軸に能力をとり、
横軸に時間をとって表した第４図の（ｂ）に示すよう
に、ジャンピング発生後、ジャンピングが継続して電動
モータの電流値が設定値を超えてからコンプレッサーを
停止するため、ジャンピングの継続に起因して製氷能力
が80％程度まで低下してから０にまで低下し、そして、
製氷室Ｒの内周壁面に付着した不要な氷を融解するまで
に時間がかかる。これらのことから、製氷能力として
は、図面において、斜線で示した部分の積分値として求
めることができ、本発明の実施例の製氷装置５の方が、
従来例の製氷装置に比べて、高い製氷能力を有している
ことが明らかであった。

上記実施例では、ブレード18の異常動作であるジャン
ピングを、蒸発器16の振動によって検出するように構成
しているが、本発明としては、例えば、蒸発器16の出口
での冷媒の圧力低下を感知することによって検出すると
か、また、蒸発器16の出口での冷媒の温度低下を感知す
ることによって検出するなど、要するに、ジャンピング
発生に即応して生じる変化を感知して検出するものであ
れば、各種の手段が採用可能である。

上記実施例では、氷蓄熱システム利用の空気調和シス
テムに用いた製氷装置５について説明したが、本発明と
しては、単に、製氷のみに用いる製氷装置など、各種用
途の製氷装置に適用できる。

＜発明の効果＞ 本発明に係る第１の製氷装置によれば、ブレードの異
常動作、即ち、ジャンピングの発生そのものを検出し、
コンプレッサーの回転数を減少して製氷室内に必要以上
に付着した氷を融解するから、氷が付着成長する前に早
期に融解を開始して、製氷運転を中断することなくコン
プレッサーの異常動作を解消でき、製氷装置の安定性、
信頼性および製氷効率のいずれをも向上できるようにな
った。

しかも、コンプレッサーに対し、その回転数を減少す
るだけで駆動を停止しないから、従来のような不要な氷
の融解終了後の起動をせずに済み、電力消費量を低減で
きて経済性をも向上できるようになった。

また、本発明に係る第２の製氷装置の構成によれば、
ジャンピングが発生するに伴い、凝縮器を通っていない
高温冷媒を利用し、その高温冷媒の熱を蒸発器に付与す
るから、製氷室内に必要以上に付着した氷をより早く融
解することができ、定常状態に早期に復帰することがで
き、製氷装置の安定性、信頼性および製氷効率のいずれ
をもより一層向上できるようになった。

【図面の簡単な説明】

図面は、本発明に係る製氷装置の実施例を示し、第１図
は、本発明に係る製氷装置を用いた氷蓄熱利用の空気調
和システムの実施例を示す全体概略構成図、第２図は、
制御装置の構成を示すブロック図、第３図は、制御装置
の動作を説明するフローチャート、第４図は、製氷能力
の比較結果を示す図であり、第４図の（ａ）は、本発明
の実施例の製氷装置の製氷能力を、一方、第４図の
（ｂ）は、従来例の製氷装置の製氷能力をそれぞれ示し
ている。 ５……製氷装置、13……コンプレッサー 14……凝縮器、16……蒸発器 18……ブレード、20……バイパス回路 21……制御弁 22……異常検出手段としての振動センサ 23……制御装置 25……コンプレッサー制御手段 26……冷媒制御手段 Ｒ……製氷室

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 竹下 吉人 大阪府大阪市東区本町４丁目27番地 株 式会社竹中工務店大阪本店内 (72)発明者 小宮山 研二 大阪府大阪市東区本町４丁目27番地 株 式会社竹中工務店大阪本店内

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】製氷室内で、その内周壁面に氷が付着しな
   いよう室内溶液に旋回流を与えるブレードを電動モータ
   によって駆動回転可能に設け、この製氷室を蒸発器とす
   るように、コンプレッサー、膨張弁および凝縮器を直列
   接続して製氷用冷媒を供給するように構成した製氷装置
   において、 前記ブレードの異常動作を検出して異常信号を出力する
   異常検出手段と、 前記異常信号に応答して前記コンプレッサーの回転数を
   減少するコンプレッサー制御手段とを備えたことを特徴
   とする製氷装置。
2. 【請求項２】コンプレッサーと凝縮器の間の箇所と、膨
   張弁と蒸発器の間の箇所とにわたって、凝縮器を通らな
   い高温冷媒を蒸発器に供給するバイパス回路を接続する
   とともに、そのバイパス回路に制御弁を介装し、異常検
   出手段から出力される異常信号に応答して前記制御弁を
   開き動作する冷媒制御手段を備えた請求項第（１）項記
   載の製氷装置。