JP2719170B2 - 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、製氷用溶液でスラリー状の氷を生成して蓄
熱槽に蓄え、例えば冷房等の冷熱源を得るようにした製
氷用冷凍装置に関する。

（従来の技術） 従来、この種の製氷装置として、特開昭56−2567号公
報に開示され、又、第６図に示すように、製氷用溶液管
（Ａ）内に、外周部に掻取羽根（Ｆ）を備えた掻取体
（Ｄ）を内装して、該掻取体（Ｄ）を駆動モータ（Ｇ）
により回転させると共に、製氷用溶液管（Ａ）と外管
（Ｂ）との間に、電動機（Ｍ）を備えた圧縮機（Ｈ）、
凝縮機（Ｊ）及び冷媒配管（Ｋ）等を用いて構成される
冷凍装置（Ｌ）における蒸発器（Ｅ）をコイル状にして
内装し、蒸発器（Ｅ）による冷却作用と、掻取羽根
（Ｆ）による氷の剥ぎ取り作用とにより、下方に配設す
る蓄熱槽（Ｃ）にスラリー状の氷を落下させると共に、
該蓄熱槽（Ｃ）の液域と製氷用溶液管（Ａ）の上部との
間を、循環ポンプ（Ｐ）を介して接続し、深夜電力等を
利用して、室内ユニット（Ｕ）・・・・昼間供給する冷
熱源を予め得ておき、省エネ等に貢献できるようにした
ものが知られている。

尚、スラリー状の氷とされる製氷用溶液としては、水
の氷点（０℃）以下で凍結するように、水にエチレング
リコール等を添加した水溶液が一般に用いられている。

（発明が解決しようとする課題） ところが、以上のごとき製氷装置では、氷が生成され
る製氷用溶液管（Ａ）内で前記駆動モータ（Ｇ）により
掻取体（Ｄ）が回転されるという構造から、外管（Ｂ）
に配設した蒸発器（Ｅ）に冷却用冷媒を供給するため、
前記圧縮機（Ｈ）の運転を連続的に行うと、製氷用溶液
管（Ａ）の内壁面に氷結する氷が成長して掻取体（Ｄ）
の回転負荷が増大し、該掻取体（Ｄ）がロックされ、駆
動モータ（Ｇ）が焼損する等の虞れがあった。

しかしてこの場合、前記駆動モータ（Ｇ）の渦電流を
検出して、前記圧縮機（８）を駆動する電動機（Ｍ）の
運転を中断することにより、蒸発器（Ｅ）に冷却用の冷
媒を流通させるための圧縮機（Ｈ）の運転を中断し、冷
却作用を中断することが考えられるが、前記圧縮機
（Ｈ）の発停を繰り返すことにより、圧縮機（Ｈ）の信
頼性を損なう問題があった。

本発明の目的は、回転ドラムを駆動する駆動モータの
電流を検出して、凍結ロックが問題となるまえに、圧縮
機の容量制御を行うことにより、氷結による掻取体のモ
ータに対する過負荷を未然に回避でき、圧縮機を繰返し
停止することなく連続運転が行え、圧縮機の信頼性を損
なう虞れのない運転ができる経済的な製氷用冷凍装置を
提供することにある。

（課題を解決するための手段） そこで、本発明では、圧縮機（８）並びに、凝縮器
（12）、膨張機構（15）、製氷用溶液を流入出させる製
氷用溶液管（２）及びその外側において膨張後の冷媒を
蒸発させる外管（３）をもち且つ外管（３）内を通る冷
媒により製氷用溶液管（２）内の溶液を冷却して氷を生
成する蒸発器（１）を備え、この蒸発器（１）における
製氷用溶液管（２）に該溶液管（２）の内周面に摺接し
て氷を掻取る掻取羽根（４）をもった掻取体（５）を内
装し、該掻取体（５）をモータ（MD）に連動して駆動す
るようにした製氷用冷凍装置であって、前記圧縮機
（８）の容量を複数段にわたり制御可能にすると共に、
前記モータ（MD）の電流を検出する検出器（MA）を設
け、前記モータ（MD）の電流値が、所定電流値を越えた
とき、前記圧縮機（８）の容量を、第１の所定時間にわ
たり、前記蒸発器（１）における前記溶液管（２）の内
壁温度が、製氷用溶液の氷点温度より１〜２℃高い温度
であって内壁面において前記製氷用溶液の氷生成を抑制
する温度となる冷媒流量に制御する第１段容量と、この
第１段容量の制御の後に、第２の所定時間にわたり、前
記圧縮機（８）の容量を前記第１段容量制御における冷
媒流量と、フルロード時における冷媒流量との中間流量
に制御する第２段容量とに制御するコントローラ（CT）
を設けたものである。

（作用） 製氷用溶液管（２）内壁面に氷を生成するとき、該製
氷用溶液管（２）の内壁面での氷結が所定以上に成長す
る以前に、モータ（MD）の電流を常に検出し、その電流
値が所定電流値を越えるときのみに、圧縮機（８）の容
量を、前記第１段容量制御運転として、前記溶液管
（２）の内壁面におけるそれ以上の氷結をなくすと同時
に、氷結する界面部分の氷を溶融させ、前記内壁面の界
面状態を、氷結が生ずる氷結核の少ない状態又はない状
態にするのである。そして、この状態からフルロードに
移行するのであるが、このとき、一旦冷媒流量を中間流
量に維持することにより、界面状態を安定化でき、急激
な氷の生長を防止できると共に、前記圧縮機（８）への
液バックもなくし得るのであって、圧縮機に負担をかけ
ることなく、前記溶液管（２）での氷結生長による前記
モータ（MD）の負担も最小にできるのである。

（実施例） 第４図及び第５図に示すものは、製氷用蒸発器（１）
であって、軸方向一端に製氷用溶液の流入口（21）を、
他端に前記溶液の流出口（22）を設けた製氷用溶液管
（２）と、冷媒の取入口（31）と取出口（32）とを設け
た外管（３）とを備え、前記製氷用溶液管（２）に、該
製氷用溶液管（２）の内周面（20）に摺接する羽根
（４）を備えた掻取体（５）を内装し、前記内周面（2
0）を伝熱面として前記冷媒により溶液を冷却するよう
にしている。

前記羽根（４）は、掻取体（５）の軸方向長さに沿っ
て４分割して４対（4a,4a）（4b,4b）（4c,4c）（4d,4
d）配設され、各一対は互いに掻取体（５）の円周上180
°隔てて対向状に設けられ、又、各対は該掻取体（５）
の軸方向長さに沿って互いに45°づつ偏位させて設けて
いる。

以上構成する蒸発器（１）は、第３図に示すように、
２台を一対にして、各掻取体（５）（５）の駆動軸（5
0）（50）を１台のモータ（MD）で駆動している。又、
各製氷用溶液管（２）（２）は連絡管（63）で直列に接
続され、前段側の流入口（21）と後段側の流出口（22）
とに、溶液の供給管（61）及び流出管（62）を結合して
蓄熱槽（６）と接続し、供給管（61）に介装する循環ポ
ンプ（７）を介して蓄熱槽（６）と各製氷用溶液管
（２）（２）との間で溶液を循環させるようにしてい
る。一方、各外管（３）（３）内に配設する蒸発器コイ
ルは互いに並列に接続されて、圧縮機（８）を備える冷
凍装置（10）に連結されている。

この冷凍装置（10）は、容量制御を行うためのスライ
ド弁（SLV）を備えたスクリュー式圧縮機（８）の吐出
側から、油分離器（11）と水冷式凝縮器（12）を介装す
ると共に、分流器（13）を介して２系統の分岐路（14）
（14）を並列に設け、該各分岐路に、凝縮した高圧液冷
媒を膨張させる膨張機構（15）（15）を介装すると共
に、膨張後の低圧液冷媒の蒸発作用を行わせる前記外管
（３）内のコイル部にそれぞれ接続して、その出口をヘ
ッダ（16）で統合し、更にアキュムレータ（17）を介し
て圧縮機（８）の吸入側に接続して成るものであり、前
記スクリュー式圧縮機（８）には、圧縮行程途中の中間
圧力室を吸入側にバイパスさせる前記スライド弁（SL
V）と、該スライド弁（SLV）をスライドさせて、バイパ
ス通路の開口面積を少なくとも３段階に変更するスライ
ド弁駆動装置（SLD）を設けて、前記スクリュー式圧縮
機（８）を、該スライド弁（SLV）の作動により３段階
の容量制御運転を可能にしている。

前記スライド弁（SLV）による前記圧縮機（８）の容
量は、前記溶液管（２）の内壁温度が、内壁面において
前記製氷用溶液の氷生成を抑制する温度となる冷媒流量
に制御する第１段容量と、この第１段容量とフルロード
時における冷媒流量との中間流量に制御する第２段容量
とにそれぞれ制御できるようにするのである。

因みに、エチレングリコールの５％溶液を用いる場
合、その氷結温度は約−1.8℃であるが、この溶液が前
記溶液管（２）の内壁面で氷結するには、その氷結温度
以上の過冷却をとる必要があり、従って、前記内壁面の
温度は、氷結温度約−1.8℃に対し低い温度の−２℃乃
至−2.5℃以下に過冷却させるのである。

そして、以上の如く前記内壁面を過冷却した場合、先
ず、氷結核が生じ、この核を中心に氷結が生長するので
あって、前記内壁面の温度を氷結核が生ずる温度以上
に、即ち、前記した溶液では−２℃乃至−2.5℃以上に
すれば氷の生長を制止できるし、前記氷結核を溶融でき
るのである。

しかして、前記第１段容量制御運転における容量を設
定するには、前記蒸発器（１）の大きさ、具体的には前
記溶液管（２）の管径、管壁厚さ及び管材料と、前記圧
縮機（８）の能力とを考慮し、使用する製氷用溶液及び
その濃度に対応して行うのである。

また、前記した通り前記溶液管（２）における氷生成
は、前記溶液の氷点温度と前記溶液管（２）の内壁面温
度との温度差に関連するもので、氷生成を抑制する場
合、通常はこの温度差を１〜２℃にする必要があること
から、特別な場合を除き一般的に用いる製氷用冷凍装置
においては、圧縮機（８）のフルロードにおける定格仕
様に対し、容積比において20％以下にするのが好まし
い。

また、前記第２段容量制御運転を用いるのは、第１段
容量制御運転により前記溶液管（２）の内壁面における
氷生成を制止し、かつ、氷結する氷を前記内壁面との界
面部分の氷結を溶融させた界面状態を安定化させるため
で、前記界面状態が氷結が急成長する氷結核の少ない状
態又はない状態になっているとき、つまり前記溶液に対
し熱伝達効率がよい状態になっているとき、前記圧縮機
（８）を急にフルロードにすると直ちに氷結が始まり、
再び前記モータ（MD）に対し負荷が生ずる状態に急速に
生長することになるのであるから、この現象を回避する
のが第１の目的であり、また、第１段容量制御の容量
は、フルロード時の容量に対し相当少ないから、この第
１段容量制御運転から直ちにフルロードに移行した場
合、前記圧縮機（８）に蒸発器（１）からの液冷媒が戻
る液バックが生ずるのを回避するのが第２の目的であ
る。

しかして、この第２段容量制御運転における容量は、
前記溶液管（２）における内壁面温度を、この内壁面と
この内壁面に氷結しようとする氷との界面状態が安定化
できる温度にできる容量とするのである。

尚、図面に示した実施例では、第１段容量を容量比で
12％、第２段容量を容積比で40％としている。この40％
は能力比に換算すると大略50％能力である。

又、第３図中、（18）は、凝縮器（12）の出口管（12
a）と圧縮機（８）の吸入管（80）とを熱交換可能に付
設して成る吸入蒸発器、（19）（19）は各膨張機構（1
5）（15）の均圧管、又、（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
タである。

そして、掻取体（５）を駆動するモータ（MD）に、電
流検出器（MA）を設けると共に、前記モータ（MD）の電
流値が、所定電流値を越えたとき、前記圧縮機（８）の
容量を、前記蒸発器（１）での冷媒の蒸発温度が、前記
製氷用溶液の氷結温度より高い温度となる冷媒流量に制
御する第１段容量と、この第１段容量の制御の後に、前
記圧縮機（８）の容量を前記第１段容量制御における冷
媒流量と、フルロード時における冷媒流量との中間流量
に制御する第２段容量とに制御するコントローラ（CT）
を設けるのである。

詳しくは、第１図に示すように、前記コントローラ
（CT）の入力側に前記モータ（MD）の電流を検出する電
流検出器（MA）を接続すると共に、出力側には、前記ス
ライド弁（SLV）を作動させるスライド弁作動装置（SL
D）を接続するのである。そして前記電流検出器（MA）
の検出する電流値が所定電流値を越えたとき、前記コン
トローラ（CT）の指示により前記スライド作動装置弁
（SLD）を作動させ、前記圧縮機（８）の運転を、第１
段容量制御運転とし、所定時間（例えば1.5分）この第
１段容量制御運転を行った後に、前記スライド弁（SL
V）を再び作動させ前記圧縮機（８）の容量を前記第１
段容量制御運転における冷媒流量と、フルロード運転時
における冷媒流量との中間流量に制御する第２段容量制
御運転に切換え、所定時間（例えば３分）のこの第２段
容量制御運転を行った後に、フルロード運転に制御する
ようにするのである。

以上の作用を第２図に示すフローチャートに基づいて
説明する。

製氷運転を行っているとき、前記モータ（MD）の電流
を検出する前記検出器（MA）の電流値が6.5Aを越えない
場合、前記圧縮機（８）はフルロード運転を続けるので
ある。そして、この運転により、製氷用溶液管（２）の
内壁面に氷結する氷が生長すると、掻取体（５）を駆動
するモータ（MD）の負荷が増大し、負荷増大につれて電
流も増加することになる。そして電流値が6.5Aを越える
と、まずコントローラ（CT）の指示により、前記スライ
ド弁駆動装置（SLD）を作動させ圧縮機（８）の第１段
容量制御運転である12％容量制御運転を行い、この12％
容量制御運転が1.5分維持され、氷結が回避される。そ
して、この氷結回避後直ちに100％フルロード運転に移
行するのではなく、一旦第２段容量制御運転である40％
容量制御運転に移行し、この運転を３分間維持してか
ら、100％フルロード運転に移行させるのである。

このようにして、前記圧縮機（８）を停止することな
く、前記溶液管（２）の内壁面における氷結生長による
問題を回避することができると共に、第１段容量制御運
転からフルロード運転へ移るときに、第２段容量制御運
転を一定時間行った後に再び圧縮機（８）のフルロード
運転を再開するのであるから、前記モータ（MD）に負担
を与える急激な氷結生長を回避できると共に液バックも
生じないのであって、前記圧縮機（８）の信頼性を損な
う虞れのない運転が可能になるのである。

尚、上記実施例では、モータ（MD）の電流を、変流器
タイプの電流検出器（MA）を用いて、検出したが、その
他、モータ（MD）の回転数やトルク変動を検出し、前記
モータ（MD）の負荷状態を検出するようにしてもよい。
又、スライド弁（SLV）による容量制御運転を行った
が、たとえば、前記圧縮機モータ（MC）をインバータに
より制御して容量制御してもよい。

（発明の効果） 以上の如く、本発明では、掻取体（５）を駆動するモ
ータ（MD）の電流を検出して、該電流が所定値を越える
ときにのみ、圧縮機（８）の第１段階の容量制御運転を
行なえるから、圧縮機（８）の運転を停止することな
く、前記モータ（MD）に負担をかける氷結生長を確実に
回避でき、しかも、第１段容量制御運転の後に第２段容
量制御運転を行うから、前記圧縮機（８）をフルロード
運転へ移行しても、急激な氷結生長はないし、前記圧縮
機（８）への液バックもなくフルロード運転へ移行で
き、従って、前記圧縮機（８）を連続運転可能にしたこ
とゝ相俟って前記圧縮機（８）の信頼性を損わない運転
ができる経済的な製氷用冷凍装置を提供できるのであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明製氷用冷凍装置のブロック図、第２図は
その制御手順を示すフローチャート、第３図は同製氷用
冷凍装置の概略説明図、第４図は蒸発器の一部切欠側断
面図、第５図はその縦断面図、第６図は従来例の説明図
である。 （１）……蒸発器 （２）……製氷用溶液管 （３）……外管 （８）……圧縮機 （MD）……モータ （MC）……圧縮機モータ

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧縮機（８）並びに、凝縮器（12）、膨張
   機構（15）、製氷用溶液を流入出させる製氷用溶液管
   （２）及びその外側において膨張後の冷媒を蒸発させる
   外管（３）をもち且つ外管（３）内を通る冷媒により製
   氷用溶液管（２）内の溶液を冷却して氷を生成する蒸発
   器（１）を備え、この蒸発器（１）における製氷用溶液
   管（２）に該溶液管（２）の内周面に摺接して氷を掻取
   る掻取羽根（４）をもった掻取体（５）を内装し、該掻
   取体（５）をモータ（MD）に連動して駆動するようにし
   た製氷用冷凍装置であって、前記圧縮機（８）の容量を
   複数段にわたり制御可能にすると共に、前記モータ（M
   D）の電流を検出する検出器（MA）を設け、前記モータ
   （MD）の電流値が、所定電流値を越えたとき、前記圧縮
   機（８）の容量を、第１の所定時間にわたり、前記蒸発
   器（１）における前記溶液管（２）の内壁温度が、製氷
   用溶液の氷点温度より１〜２℃高い温度であって内壁面
   において前記製氷用溶液の氷生成を抑制する温度となる
   冷媒流量に制御する第１段容量と、この第１段容量の制
   御の後に、第２の所定時間にわたり、前記圧縮機（８）
   の容量を前記第１容量制御における冷媒流量と、フルロ
   ード時における冷媒流量との中間流量に制御する第２段
   容量とに制御するコントローラ（CT）を設けていること
   を特徴とする製氷用冷凍装置。