JP2719169B2 - 製氷用冷凍装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野） 本発明は、例えば冷房等の冷熱源としてシャーベット
状の氷を生成する製氷用冷凍装置に関する。 （従来の技術） 一般にこの種の冷凍装置には、例えば特開昭56−2567
号公報に開示され、また第５図に示すように、製氷用溶
液管（Ａ）内に、外周部に掻取羽根（Ｂ）を有する掻取
体（Ｃ）を内装して成る製氷装置を組込み、蒸発器を構
成する冷媒流通管（Ｄ）を前記製氷用溶液管（Ａ）周り
にコイル状に配設し、該冷媒流通管（Ｄ）を流れる冷媒
の冷却作用によって前記製氷用溶液管（Ａ）の内周面に
生成されるシャーベット状の氷を、前記掻取羽根（Ｂ）
で掻き取って蓄熱槽（Ｅ）内に貯留するようにしてい
る。 尚図中（Ｆ）は循環ポンプ、（Ｇ）は室内ユニットを
示す。 （発明が解決しようとする課題） ところで以上の製氷装置を備えた冷凍装置では、前記
製氷用溶液管（Ａ）の内壁面に製氷用溶液が凍結した場
合には、硬く凍った氷を前記羽根（Ｂ）で削り取らねば
ならないため、前記掻取体（Ｄ）の回転負荷が増大し、
場合によっては該掻取体（Ｄ）の回転が不能になって、
駆動モータが焼き付く等の虞れがある。 かかる不具合を解消する方法としては、圧縮機の運転
を一定時間毎に中断して、冷却作用を一定時間停止させ
ることが考えられるが、斯くのごとく圧縮機を一定時間
毎に一律に停止する方法を採ると、発停回数の増大によ
って圧縮機の寿命が短くなるのは勿論のこと、前記製氷
用溶液が氷結することのない運転状況下でも、一律に氷
の生成が中断されることとなるので、総時間当たりの製
氷量が目減りすると云う不具合も考えられる。 また特にスクリュー型の圧縮機を用いた冷凍装置にお
いて、前述のごとく圧縮機の運転を一定時間毎に中断す
るようにした場合には、該圧縮機の停止に伴い、冷媒の
吸入口側と吐出口側との圧力差によりロータが逆転し
て、オイルチャンバー内の油がロータ内部やモータ室に
流入し、圧縮機の再起動時に液圧縮運転となる不具合も
考えられる。 しかして例えば冷媒の蒸発温度に基づいて圧縮機の容
量を調整したり、あるいは蒸発器内における製氷用溶液
の温度に基づいて圧縮機の容量を調整する方法も考えら
れるが、予め所定濃度に調整されている溶液でも冷凍装
置の運転に伴う氷結作用などにより、その濃度が変化す
るため、該製氷用溶液の氷結温度は必ずしも一定せず、
従って前述のごとく、製氷用溶液温度または冷媒の蒸発
温度のみで圧縮機の容量を制御した場合には、前記内管
（Ａ）内壁面に製氷用溶液が凍結する虞を解消すること
が出来ない。 本発明は以上の実情に鑑みて開発したもので、鋭意研
究の結果、製氷用溶液の温度と冷媒の蒸発温度に着目
し、予め調整されている前記製氷用溶液の濃度に対応し
て、前記蒸発器における製氷用溶液の温度と冷媒の蒸発
温度との温度差を一定範囲内に保てば、前記溶液が凍結
することなくシャーベット状に氷結することを発見し、
かかる温度差に基づいて圧縮機を制御して、蒸発器で熱
交換される製氷用溶液を凍結することなく常にシャーベ
ット状の氷に生成することの出来る冷凍装置を提供する
にある。 （課題を解決するための手段） しかして本発明は、圧縮機（１）並びに、凝縮器
（２）、膨張機構（３）、製氷用溶液を流入出させる製
氷用溶液管（41）及びその外側において膨張後の冷媒を
蒸発させる外管（42）をもち且つ外管（42）内を通る冷
媒により製氷用溶液管（41）内の溶液を冷却して氷を生
成する蒸発器（４）を備え、この蒸発器（４）における
製氷用溶液管（41）に該溶液管（41）の内周面に摺接し
て氷を掻取る掻取羽根（43）をもった掻取体（44）を内
装し、該掻取体（44）をモータに連動して駆動すると共
に、圧縮機（１）の容量を複数段にわたり制御可能とし
た製氷用冷凍装置であって、前記蒸発器（４）における
溶液温度と冷媒の蒸発温度との温度差を検出する検出器
（20）を設ける一方、前記温度差が一定範囲より高い
時、前記圧縮機（１）の容量をステップダウンし、一定
範囲より低い時、前記圧縮機（１）の容量をステップア
ップするコントローラ（30）を設けたことを特徴とする
ものである。 （作用） 本発明によれば、前記蒸発器（４）内における製氷用
溶液の温度と冷媒の蒸発温度との温度差がシャーベット
状の氷を生成するに最適である一定範囲内に保たれるよ
うに前記コントローラ（30）を介して前記圧縮機（１）
の容量が随時制御されるので、製氷用溶液の凍結もしく
は氷結遅れが解消される。 （実施例） 図に示す製氷用冷凍装置は、基本的には、圧縮機
（１）と、水冷式凝縮器（２）、膨張機構（３）及び製
氷用溶液と熱交換して氷を生成する蒸発器（４）とを備
え、前記圧縮機（１）の吐出側に油分離器（５）と前記
水冷式凝縮器（２）を介装すると共に、該水冷式凝縮器
（２）の出口側に分流器（６）を介して２系統の分岐路
（７）を並列に設け、これら各分岐路（７）に、凝縮し
た高圧液冷媒を膨張させる前記膨張機構（３）と、膨張
後の低圧液冷媒の蒸発作用を行わせる前記蒸発器（４）
の外管（42）とを介装して、その出口をヘッダ（８）で
統合し、該統合された冷媒配管（９）を更にアキュムレ
ータ（10）を介して前記圧縮機（１）の吸入側に接続し
て成るものである。 また図に示す前記蒸発器（４）は、軸方向一端に製氷
用溶液の流入口（41a）を、他端に前記溶液の流出口（4
1b）を設けた製氷用溶液管（41）と、冷媒の取入口（42
a）と取出口（42b）とを設けた外管（42）とを備え、前
記製氷用溶液管（41）に、該溶液管（41）の内周面に摺
接する８枚の掻取羽根（43）を備えたドラム状の掻取体
（44）を内装し、前記内周面を伝熱面として前記外管
（42）内を通る冷媒により前記製氷用溶液管（41）内の
製氷用溶液を冷却するようにしている。 尚、実施例では前記製氷用溶液管（41）を流れる製氷
用溶液として、水にエチレングリコール等を５％添加し
て、−1.8℃で氷結する水溶液を用いている。 以上の蒸発器（４）は、第１図に示すように、２台を
一対にして、前記各掻取体（44）の駆動軸（45）を１台
の電動モータ（MD）で駆動するようにしている。 また各製氷用溶液管（41）は連絡管（46）で直列に接
続され、前段側の流入口（41a）と後段側の流出口（41
b）とに、溶液の供給管（47）及び戻し管（48）を結合
して蓄熱槽（Ｔ）を接続し、供給管（47）に介装する循
環ポンプ（49）を介して蓄熱槽（Ｔ）と各製氷用溶液管
（41）との間で溶液を循環させるように成している。 しかして以上の構成の冷凍装置において、図に示す実
施例では、前記製氷用溶液管（41）における製氷用溶液
の溶液温度（Ti）を検出する溶液温度センサー（S1）と
前記外管（42）を流れる冷媒の蒸発温度（Te）を検出す
る蒸発温度センサーを設けると共に、これら各センサー
（S1）（S2）によって検出された溶液温度と冷媒温度と
の温度差（ΔＴ）を検出する検出器（20）を設け、また
前記温度差（ΔＴ）が５℃〜７℃の一定範囲（但し製氷
用溶液として、エチレングリコール等を５％添加して、
−1.8℃で氷結するようにした水溶液を用いた場合）よ
り高い時、前記圧縮機（１）の容量をステップダウン
し、５℃〜７℃の一定範囲より低い時、前記圧縮機
（１）の容量をステップアップするコントローラ（30）
を設けるのである。 図に示す実施例では、前記圧縮機（１）の容量をステ
ップアップもしくはステップダウンする方法として、該
圧縮機（１）の駆動モータ（MC）として交流モータを使
用する一方、前記コントローラ（30）をマイクロコンピ
ュータから構成し、前記検出器（20）からの入力信号に
基づいて、予め前記コントローラ（30）の記憶装置に記
憶させたプログラムに従って前記駆動モータ（MC）の駆
動周波数を変更して、該モータ（MC）の回転数を変える
ことで行うようにしているのであって、具体的には前記
温度差（ΔＴ）が５℃〜７℃の一定範囲より高い時に
は、前記コントローラ（30）を介して前記駆動モータ
（MC）の駆動周波数を低下させて、該モータ（MC）の回
転数を減少させることで、前記圧縮機（１）の容量をス
テップダウンし、前記温度差（ΔＴ）が５℃〜７℃の一
定範囲より低い時には、前記コントローラ（30）を介し
て前記駆動モータ（MC）の駆動周波数を増大させて該モ
ータ（MC）の回転数をアップせることで、前記圧縮機
（１）の容量をステップアップするようにしている。 尚、図中（21）は、凝縮器（２）の出口管（2a）と圧
縮機（１）の吸入管（1a）との間に熱交換可能に付設し
た吸入熱交換器、（22）は各膨張機構（３）の均圧管、
また（SV）は閉鎖弁、（BV）は逆止弁、（RI）はリキッ
ドアイ、（DF）はドライヤフィルタ、（HPS）は高圧圧
力検出器、（HG）は同高圧圧力ゲージ、（LPS）は低圧
圧力検出器、（LG）は低圧圧力ゲージを示し、更に（P
O）は循環ポンプ、（UN）は室内ユニットを示す。 次に以上の冷凍装置による製氷運転を第４図に示すフ
ローチャートに従って説明する。 該冷凍装置の製氷運転に伴い、まずステップ

【５１】
で前記製氷用溶液の溶液温度（Ti）が、該溶液の氷結す
る温度（−1.8℃）に近い−１℃まで冷却されたか否か
を判定し、該溶液が−１℃以上のいまだ氷結し始める温
度に達していない場合は、ステップ

【５２】で前記コン
トローラ（30）により前記圧縮機（１）における駆動モ
ータ（MC）の駆動周波数を最も高い設定値にして、該圧
縮機（１）をフルパワー運転し、前記製氷用溶液の氷結
を促進させるのである。 一方、前記製氷用溶液の溶液温度（Ti）が−１℃以下
となった場合には、ステップ

【５３】で前記製氷用溶液
温度を冷媒温度との温度差（ΔＴ）をみて、懸かる温度
差（ΔＴ）が５℃〜７℃の一定範囲内もしくはそれ以下
の時には、ステップ

【５１】に戻るのに対し、前記温度
差（ΔＴ）が５℃〜７℃の一定範囲より大きい時には、
前記溶液管（41）の内周面に前記製氷用溶液が凍結する
ので、ステップ

【５４】で前記コントローラ（30）を介
して前記駆動モータ（MC）の駆動周波数を低くして、圧
縮機（１）の容量を所定量ステップダウンさせ、かかる
状態で該圧縮機（１）をステップ

【５５】で30秒間運転
するのである。 以上のごとく圧縮機（１）の容量がステップダウンさ
れることにより、前記蒸発器（４）での熱交換作用が低
下して、前記製氷用溶液が前記溶液管（41）の内周に凍
結するのを防止することが出来るのである。 そしてステップ

【５５】での運転後、ステップ

【５
６】で再度、前記製氷用溶液温度と冷媒温度との温度差
（ΔＴ）をみて、前記温度差（ΔＴ）が５℃〜７℃の一
定範囲内もしくはいまだ一定範囲りも大きい時にはステ
ップ

【５１】に戻るのに対し、５℃〜７℃の一定範囲よ
り小さくなると、前記製氷用溶液が前記溶液管（41）の
内周面に氷結しにくくなるので、ステップ

【５７】で前
記コントローラ（30）を介して前記駆動モータ（MC）の
駆動周波数を高くして、圧縮機（１）の容量を所定量ス
テップアップさせ、かかる状態で、前記圧縮機（１）を
ステップ

【５８】で30秒間運転して、前記蒸発器（４）
の熱交換作用を高めるのである。 斯くして、冷凍装置は、前記蒸発器（４）内における
製氷用溶液の温度（Ti）と冷媒の蒸発温度（Te）との温
度差（ΔＴ）が、シャーベット状の氷を生成するに最適
である５℃〜７℃の範囲内に保たれる傾向となり、かか
る範囲から外れる値となると直ちに、前記コントローラ
（30）を介して前記圧縮機（１）の駆動モータ（MC）の
駆動周波数が前述のごとく調整されて、圧縮機（１）の
容量が前述のごとく随時ステップアップもしくはステッ
プダウンされ、製氷用溶液の凍結または氷結遅れを解消
されるのである。 以上の実施例では、前記駆動モータ（MC）のインバー
タ制御により、前記圧縮機（１）の容量を制御するよう
にしたが、これに限定されるものではなく、例えば圧縮
機のアンロード運転可能とした圧縮機を用いて、その容
量を制御するようにしてもよい。 また以上の実施例では、前記製氷用溶液として、水に
エチレングリコール等を５％添加した水溶液を使用した
が、これに限定されるものではなく、例えば水にエチレ
ングリコール等を７％添加した水溶液を用いてもよいの
であって、かかる７％水溶液を使用した場合には、前記
製氷用溶液温度と冷媒温度との温度差（ΔＴ）の設定範
囲は変更されること云うまでもない。 （発明の効果） 以上のごとく本発明は、予め調整されている前記製氷
用溶液の濃度に対応して、蒸発器における前記溶液の温
度と冷媒の蒸発温度との温度差を一定範囲内に保てば、
前記溶液が凍結することなくシャーベット状に氷結され
ることに着目し、蒸発器（４）における溶液温度と蒸発
温度との温度差を検出する検出器（20）を設ける一方、
前記温度差が一定範囲より高い時、圧縮機（１）の容量
をステップダウンし、一定範囲より低い時、前記圧縮機
（１）の容量をステップアップするコントローラ（30）
を設けることにより、前記コントローラ（30）を介して
前記蒸発器（４）内における製氷用溶液の温度（Ti）と
冷媒の蒸発温度（Te）との温度差（ΔＴ）が、シャーベ
ット状の氷を生成するに最適である一定範囲内に保たれ
るように前記圧縮機（１）を連続運転しながらその容量
を随時制御するようにしたので、製氷用溶液の凍結もし
くは氷結遅れが解消されるのは勿論のこと、前記製氷用
溶液の凍結に伴う掻取体（Ｄ）の回転負荷によって該掻
取体の駆動モータが焼き付く等の虞れも解消されるし、
また氷の生成が常時行われて、製氷量が目減りすること
もないし、圧縮機の発停回数も少ないので、該圧縮機の
故障が少なく、冷凍装置の信頼性が向上するのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかる製氷用冷凍装置の一実施例を示す
配管系統図、第２図は蒸発器の一部切欠側面図、第３図
は蒸発器の縦断面図、第４図は該冷凍装置の制御手順を
示すフローチャート、第５図は従来の冷凍装置の配管系
統図である。 （１）……圧縮機 （２）……凝縮器 （３）……膨張機構 （４）……蒸発器 （41）……製氷用溶液管 （43）……掻取羽根 （44）……掻取体 （20）……検出器 （30）……コントローラ

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧縮機（１）並びに、凝縮器（２）、膨張
   機構（３）、製氷用溶液を流入出させる製氷用溶液管
   （41）及びその外側において膨張後の冷媒を蒸発させる
   外管（42）をもち且つ外管（42）内を通る冷媒により製
   氷用溶液管（41）内の溶液を冷却して氷を生成する蒸発
   器（４）を備え、この蒸発器（４）における製氷用溶液
   管（41）に該溶液管（41）の内周面に摺接して氷を掻取
   る掻取羽根（43）をもった掻取体（44）を内装し、該掻
   取体（44）をモータに連動して駆動すると共に、圧縮機
   （１）の容量を複数段にわたり制御可能とした製氷用冷
   凍装置であって、前記蒸発器（４）における溶液温度と
   冷媒の蒸発温度との温度差を検出する検出器（20）を設
   ける一方、前記温度差が一定範囲より高い時、前記圧縮
   機（１）の容量をステップダウンし、一定範囲より低い
   時、前記圧縮機（１）の容量をステップアップするコン
   トローラ（30）を設けていることを特徴とする製氷用冷
   凍装置。