JP5173272B2

JP5173272B2 - 製氷機の運転方法

Info

Publication number: JP5173272B2
Application number: JP2007157740A
Authority: JP
Inventors: 賢二高橋; 道治石原
Original assignee: Hoshizaki Electric Co Ltd
Current assignee: Hoshizaki Electric Co Ltd
Priority date: 2007-06-14
Filing date: 2007-06-14
Publication date: 2013-04-03
Anticipated expiration: 2027-06-14
Also published as: JP2008309403A

Description

この発明は、製氷運転と除氷運転を繰り返して、多量の氷塊を生成する製氷機の運転方法に関するものである。

製氷機は、冷却した製氷部に製氷水タンクから製氷水を供給して氷塊を生成する製氷運転と、製氷部を加温することで製氷部から氷塊を離脱させる除氷運転とを繰り返すことで、多量の氷塊を生成するようになっている。製氷機では、(１)製氷水タンクに設けたフロートスイッチで製氷水タンクの水位低下を検知して、設定水位に達した際に製氷運転を終了するフロート方式、(２)製氷運転の開始からの時間をタイマでカウントして、設定時間経過した際に製氷運転を終了するタイマ方式、(３)製氷部の温度が設定温度まで低下したことをサーミスタが測定した際に製氷運転を終了する温度測定方式等により製氷運転の終了タイミングを判断している。ここで、温度測定方式の製氷機は、フロート方式やタイマ方式と比べて、測定手段としてのサーミスタが安価で測定の信頼性が高い利点があるので、多く採用されている。

例えば温度測定方式を用いた製氷機として、特許文献１記載の流下式製氷機が提案されている。特許文献１の流下式製氷機では、製氷運転において一定時間毎に製氷板温度をサーミスタにより測定してデジタル変換し、製氷板の温度が０℃以下になってから、デジタル変換した値を積分してその積分値が目標積算値に達した時、除氷運転を開始するようにしている。ここで、特許文献１の製氷部温度を利用した積分値制御では、前記目標積算値が、プレートアイスの設定板厚と製氷板自体の温度特性曲線との関係に基づいて演算される。製氷部温度を利用した積分値制御によれば、製氷機の周辺温度の変化による氷塊成長のばらつきを軽減できる利点がある。
特開昭５８−１５０７８２号公報

ところで、製氷機の製氷部は、顧客の要望に応じて大きさや形状等が多種類のものが製造される。ここで、前記積分値制御において、製氷部で生成する氷塊の板厚毎に固有の目標積算値を設定してしまうと、種類の異なる製氷部毎に別々の目標積算値を設定しなければならず、複数の目標積算値を調整する必要がある場合に整理できずに混乱が生じる。また同じ種類の製氷部を備えた製氷機であっても、設置環境や季節変動等によって微妙に調整する必要があり、設定板厚を調節するだけでは実際に氷塊の成長度合いが変化するか把握できず、目標積算値の設定が難しいといった問題があった。

すなわち本発明は、従来の技術に係る製氷機の運転方法に内在する前記問題に鑑み、これらを好適に解決するべく提案されたものであって、同じ大きさの氷塊を安定して生成できる製氷機の運転方法を提供することを目的とする。

前記課題を克服し、所期の目的を達成するため、本願の請求項１に係る発明の製氷機の運転方法は、
冷却した製氷部に製氷水を供給して氷塊を生成する製氷運転と、製氷部を加温することで氷塊を離脱させる除氷運転とを繰り返す製氷機の運転方法において、
製氷設定温度および製氷設定時間を設定変更可能な入力手段により入力した製氷設定温度と、前記入力手段より入力した製氷設定時間との積を１／２にして、得るべき大きさの氷塊に必要な目標積算値を算出し、
製氷運転において、温度測定手段で測定した製氷部の温度が氷結開始温度に達したときから単位時間毎に該温度測定手段で測定した製氷部の各温度と該単位時間との積である単位積算数値を求めると共に、これら単位積算数値を順次加えた加算合計数値を算出し、
前記加算合計数値が、前記目標積算値以上となった際に、製氷運転を終了するようにしたことを特徴とする。
請求項１に係る発明によれば、製氷設定温度および製氷設定時間の把握し易い変数から目標積算値を算出するので、種類が異なる複数の製氷機であっても設定の管理が容易となる。すなわち、製氷機の設置現場においても、入力手段により製氷設定温度および製氷設定時間を簡単に調整ができ、メンテナンス性や実用性を向上し得る。また、製氷設定温度および製氷設定時間の補正と、実際に生成される氷塊の大きさとの関係が理解し易く、製氷機の各機器の誤差に由来する製氷のばらつきも容易に調整できる。

本発明に係る製氷機の運転方法によれば、製氷運転の終了タイミングを簡単に調節できるので、同じ大きさの氷塊を安定して生成することができる。

次に、本発明に係る製氷機の運転方法につき、好適な実施例を挙げて、添付図面を参照して以下に説明する。なお、実施例では、所謂クローズドセルタイプの製氷機構を備える製氷機を例に挙げて説明する。

図１に示すように、実施例の製氷機は、角氷(氷塊)Ｒを生成する製氷機構１０と、この製氷機構１０を冷却する冷凍装置３０と、各機器を制御する制御手段Ｃ(図２参照)を備え、製氷運転および除氷運転を繰り返して角氷Ｒを生成し得るようになっている。製氷機構１０は、図１に示すように、下向きに開口した製氷小室１４を多数形成した製氷室(製氷部)１２と、水皿１６と、この水皿１６の下部に配設された製氷水タンク１８と、これら水皿１６および製氷水タンク１８を一体的に傾動させる水皿開閉機構２０から構成される。製氷室１２の上面には、冷凍装置３０を構成する蒸発管３２が蛇行配置され、蒸発管３２を流通する冷媒またはホットガスとの熱交換によって製氷室１２が冷却または加温されるようになっている。

前記水皿１６は、一方の側端部が製氷機本体に対して支軸１６ａを介して揺動可能に支持されると共に、他方の側端部が水皿開閉機構２０を構成するカムアーム２２にコイルスプリング２４を介して接続されている。水皿１６は、カムアーム２２をアクチュエータモータ２６で正逆回転することで、製氷運転において製氷室１２を閉成した水平状態と、除氷運転において製氷室１２から下方に傾斜した開放状態とに姿勢変位し得るようになっている。なお、アクチュエータモータ２６は、制御手段Ｃに電気的に接続しており、制御手段Ｃにより駆動制御される(図２参照)。

前記製氷水タンク１８は、給水部２８から供給される所要量の製氷水を貯留し、この製氷水は、製氷水ポンプＰＭによって水皿１６に設けた噴射孔(図示せず)を介して製氷室１２の各製氷小室１４へ噴射供給される。なお、製氷水ポンプＰＭは、制御手段Ｃに電気的に接続しており、制御手段Ｃにより駆動制御される(図２参照)。また給水部２８は、図示しない上水道等の給水源に接続された給水管２９と、この給水管２９の途中に配設された給水弁ＷＶとから構成され、給水弁ＷＶは制御手段Ｃにより開閉制御される。

前記製氷室１２の所要位置には、この製氷室１２の温度を測定する温度測定手段４０が配設されている。温度測定手段４０は、例えばサーミスタ、白金測温抵抗体、熱電対等、実用に供されている既存のものが好適に実施可能であり、その測定結果が制御手段Ｃに出力される(図２参照)。

前記冷凍装置３０は、図１に示すように、圧縮機ＣＭ、凝縮器ＣＤ、この凝縮器ＣＤを冷却する冷却ファンＦＭ、膨張弁ＥＶおよび前記蒸発管３２からなり、圧縮機ＣＭ、凝縮器ＣＤ、膨張弁ＥＶおよび蒸発管３２が、冷媒配管３４で順次連結されて冷凍回路３６を構成している。圧縮機ＣＭで圧縮された気化冷媒は、冷媒配管３４を経て凝縮器ＣＤで凝縮液化された後、膨張弁ＥＶで減圧され、蒸発管３２に流入してここで膨張して蒸発し、製氷室１２と熱交換することで、製氷室１２が氷点以下に強制冷却される。

また冷凍装置３０は、冷凍回路３６に加えて、除氷運転時に、凝縮器ＣＤおよび膨張弁ＥＶを介さず圧縮機ＣＭから冷媒(ホットガス)を蒸発管３２に直接供給するバイパス回路３８を備えている。このバイパス回路３８は、圧縮機ＣＭの吐出側と蒸発管３２の吸込み側とを連結するバイパス管３９と、このバイパス管３９の途中に配設され、制御手段Ｃにより開閉制御されるホットガス弁ＨＶとから構成される。そして、製氷運転時には、ホットガス弁ＨＶを閉鎖して冷凍回路３６に冷媒が循環され、これに対し除氷運転時には、ホットガス弁ＨＶが開放されてバイパス回路３８にホットガスが循環されるようになっている。

前記制御手段Ｃは、図２に示すように、製氷室１２の温度を測定する温度測定手段４０、その他の各種測定手段や検出手段から各種信号が入力される。また制御手段Ｃは、各種入力信号および図示しないコントロールパネルから入力された各種設定値等に基づき、ホットガス弁ＨＶを含む冷凍装置３０の各機器、水皿開閉機構２０のアクチュエータモータ２６、ポンプモータＰＭを含む製氷機構１０の各機器、給水部２８における給水弁ＷＶ等の動作を総合的に制御するようになっている。なお図２では、本願発明に直接的に関連のある構成部材、構成機器だけを図示している。

前記製氷機は、製氷運転の終了タイミングを判断して、製氷運転を終了させる運転切替え手段を備えている。この運転切替え手段は、製氷室１２の温度を測定する温度測定手段４０と、この運転切替え手段に関する設定値を入力または変更する入力手段４２、各機器を制御する前記制御手段Ｃと、入力手段４２による設定値に基づいて演算する第１演算手段Ｃ１と、温度測定手段４０で測定した温度Ｔに基づいて演算する第２演算手段Ｃ２とから構成されている(図２参照)。なお、実施例では、第１演算手段Ｃ１および第２演算手段Ｃ２が制御手段Ｃに組み込まれている。入力手段４２は、製氷設定温度Ｔ_０および製氷設定時間ｔ_０を入力または変更する操作部４４と、この操作部４４により入力した値または現状の設定値を確認できる液晶等の表示部４６とから構成され、入力手段４２から入力された製氷設定温度Ｔ_０および製氷設定時間ｔ_０は、第１演算手段Ｃ１に入力される。

前記第１演算手段Ｃ１は、入力手段４２から入力された製氷設定温度Ｔ_０と製氷設定時間ｔ_０との積を、更に１／２にした値を算出するよう設定され、第１演算手段Ｃ１で算出した値が目標積算値Ｓとして制御手段Ｃに記憶される(図３(ａ)参照)。この目標積算値Ｓは、製氷室１２に最適な厚みの角氷Ｒを形成するのに必要な累積冷却量ともいうべきものである。製氷設定温度Ｔ_０は、生成する角氷Ｒの中心と製氷小室１４の上面(蒸発管３２に接する部位)との間の距離に依存する因子であって、基本となる製氷設定温度Ｔ_０は、第１演算手段Ｃ１に予め設定されている。ここで、製氷室１２の大きさを変更した場合であっても、生成する角氷Ｒの大きさによって製氷小室１４の上面と角氷Ｒの中心との温度差が決定されるため、製氷設定温度Ｔ_０を求めることは簡単である。製氷設定時間ｔ_０は、角氷Ｒの成長度合い(製氷運転を終了した際に、生成した角氷Ｒの製氷小室上面からの厚さ)に影響を与える因子であって、製氷設定時間ｔ_０が長くなるにつれて角氷Ｒが大きくなる。

前記第２演算手段Ｃ２は、温度測定手段４０に電気的に接続され、温度測定手段４０で測定した製氷室１２の温度Ｔが入力される。また第２演算手段Ｃ２は、該第２演算手段Ｃ２に予め設定された単位時間Δｔ毎に温度測定手段４０から入力される温度Ｔと、単位時間Δｔとに基づいて、製氷運転中において製氷室１２に付与された現実の累積冷却量(加算合計数値Ｓ')を算出するようになっている(図３(ｂ)参照)。具体的には第２演算手段Ｃ２では、製氷運転において製氷室１２に角氷Ｒが生成され始めると(図３(ｂ)のｔ₁)、単位時間Δｔ毎に入力された測定温度(Ｔ_1,Ｔ_2,Ｔ₃・・・)と、単位時間Δｔとの積である単位積算数値(ｓ_1',ｓ_2',ｓ_3'・・・)が求められる。また第２演算手段Ｃ２では、これら単位積算数値(ｓ_1',ｓ_2',ｓ_3'・・・)を順次加算して加算合計数値Ｓ'(＝ｓ_1'＋ｓ_2'＋ｓ_3'＋・・・)が算出(数値加算)され、この加算合計数値Ｓ'は制御手段Ｃに入力される。ここで、第２演算手段Ｃ２が数値加算を開始するタイミング、すなわち時刻ｔ_１は、製氷室１２に角氷Ｒが生成され始める温度(以下、氷結開始温度という)に到達した時点であって、実施例の氷結開始温度は、０℃として第２演算手段Ｃ２に設定されている。

前記運転切替え手段としての制御手段Ｃは、第２演算手段Ｃ２から入力された加算合計数値Ｓ'が、第１演算手段Ｃ１から入力されて記憶している目標積算値Ｓ以上であるか否かを判定するようになっている。制御手段Ｃは、製氷運転において、第２演算手段Ｃ２から入力される加算合計数値Ｓ'が、目標積算値Ｓより小さい場合に、製氷運転を継続するように各機器を制御し、加算合計数値Ｓ'が目標積算値Ｓに達したときに(Ｓ’＝Ｓ)、製氷運転を終了して除氷運転を開始するように各機器を制御するようになっている。

〔実施例の作用〕
次に、実施例に係る製氷機の作用について、図４に示すフローチャートに基づいて説明する。製氷機では、設置環境や季節変動等に応じて、使用者が入力手段４２の操作部４４で製氷設定温度Ｔ_０および製氷設定時間ｔ_０を入力することで、出荷時に設定された基本値から適宜に変更される(ステップＳ１およびＳ２)。第１演算手段Ｃ１では、入力手段４２から製氷設定温度Ｔ_０または製氷設定時間ｔ_０が入力されると、製氷設定温度Ｔ_０と製氷設定時間ｔ_０との積を半分にした目標積算値Ｓを求める(ステップＳ３)。この目標積算値Ｓは、第１演算手段Ｃ１から制御手段Ｃに入力され、制御手段Ｃに記憶される。

前記製氷機は、製氷運転を開始すると(ステップＳ４)、水皿１６で製氷室１２を閉成すると共にホットガス弁ＨＶが閉鎖された状態のもとで、圧縮機ＣＭおよび冷却ファンＦＭを駆動して、冷凍回路３６に冷媒が循環され、蒸発管３２に供給される冷媒との熱交換により製氷室１２が冷却される。また製氷機構１０では、製氷水ポンプＰＭが駆動されることで、製氷水タンク１８に貯留されている製氷水が、水皿１６から各製氷小室１４へ噴射供給される。

前記制御手段Ｃでは、製氷運転の開始後、温度測定手段４０で測定した製氷室１２の温度が、氷結開始温度である０℃に達したか否かが判定される(ステップＳ５)。そして、製氷室１２が氷結開始温度まで冷却されると(ステップＳ５：ＹＥＳ)、第２演算手段Ｃ２では数値加算演算が開始される(ステップＳ６)。すなわち、第２演算手段Ｃ２には、温度測定手段４０が単位時間Δｔ毎に測定した製氷室１２の温度(Ｔ_1,Ｔ_2,Ｔ₃・・・)が入力され、第２演算手段Ｃ２において、各温度(Ｔ_1,Ｔ_2,Ｔ₃・・・)と単位時間Δｔとの積である単位積算数値(ｓ_1',ｓ_2',ｓ_3'・・・)を算出する。また第２演算手段Ｃ２は、算出された各単位積算数値(ｓ_1',ｓ_2',ｓ_3'・・・)を順次加算して、加算合計数値Ｓ'(Ｓ'＝ｓ_1'＋ｓ_2'＋ｓ_3'・・・)を求める。そして、この加算合計数値Ｓ'は、制御手段Ｃに入力される。

前記制御手段Ｃでは、第２演算手段Ｃ２による数値加算演算の開始後、加算合計数値Ｓ'が目標積算値Ｓに達したか否かが判定される(ステップＳ７)。制御手段Ｃにおいて、加算合計数値Ｓ’が目標積算値Ｓに達したことが判定されると(ステップＳ７：ＹＥＳ)、製氷運転が終了される(ステップＳ８)。すなわち製氷機では、製氷水ポンプＰＭが停止されると共に、冷却ファンＦＭが停止される。そして製氷機では、除氷運転が開始され、ホットガスＨＶが開放されて製氷室１２が加温されると共に、アクチュエータモータ２６が開放方向へ駆動されて、水皿１６が下方へ傾動する。

このように製氷機では、製氷運転の終了タイミングを、温度測定手段４０で測定した製氷室１２の温度に基づき算出される製氷室１２における現実の冷却量から判定する積分値制御を採用することで、周囲の温度変化に影響を受けることがなく、生成される角氷Ｒの大きさのばらつきを抑制することができる。

前記製氷機は、目標積算値Ｓを製氷設定温度Ｔ_０と製氷設定時間ｔ_０との２項目に分けて入力した値から算出するようにしてある。すなわち、製氷設定温度Ｔ_０は、生成する角氷Ｒの大きさとの関係を温度の変数として把握することができ、製氷設定時間ｔ_０は角氷Ｒの成長度合いを時間の変数として把握することができ、温度と時間という理解し易い変数を用いることで、製氷設定温度Ｔ_０と製氷設定時間ｔ_０の補正が容易になる。しかも、把握し易い製氷設定温度Ｔ_０および製氷設定時間ｔ_０を用いることで、種類が異なる複数の製氷機であっても設定の管理が容易となり、製氷機の設置現場においても入力手段により簡単に調整ができ、メンテナンス性や実用性を向上し得る。更に、製氷設定温度Ｔ_０および製氷設定時間ｔ_０の補正と、実際に生成される角氷Ｒの大きさとの関係が理解し易く、製氷機の各機器の誤差に由来する製氷のばらつきも容易に調整できる。従って、製氷運転の終了タイミングを、簡単に調整できるから、設置環境や季節変動や機器の誤差等をより精密に補正することが可能となり、一定の大きさの角氷Ｒを安定して生成することができる。

(変更例)
本発明は、前述の実施例に限定されず、以下の如く変更することも可能である。
(１)実施例の運転方法は、流下式やオープンセルタイプの製氷機構を備える製氷機にも適用できる。
(２)入力手段は、他の機器の設定を変更するコントローラと兼用してもよい。

本発明の好適な実施例に係る製氷機の運転方法に用いられる製氷機を示す概略図である。実施例の製氷機の制御ブロック図である。実施例の製氷機において、(ａ)は、製氷設定温度、製氷設定時間および目標積算値の関係を示し、(ｂ)は製氷運転における製氷室の温度と時間との関係を示す説明図である。実施例の製氷機において、製氷運転の流れを示すフローチャート図である。

符号の説明

１２製氷室(製氷部)，４０温度測定手段，４２入力手段，Ｒ角氷(氷塊)，
Ｔ_０製氷設定温度，ｔ_０製氷設定時間，Ｓ目標積算値，Δｔ単位時間，
Ｔ温度，ｓ_n' 単位積算数値，Ｓ' 加算合計数値

Claims

冷却した製氷部(12)に製氷水を供給して氷塊(R)を生成する製氷運転と、製氷部(12)を加温することで氷塊(R)を離脱させる除氷運転とを繰り返す製氷機の運転方法において、
製氷設定温度(T ₀ )および製氷設定時間(t ₀ )を設定変更可能な入力手段(42)により入力した製氷設定温度(T₀)と、前記入力手段(42)より入力した製氷設定時間(t₀)との積を１／２にして、得るべき大きさの氷塊(R)に必要な目標積算値(S)を算出し、
製氷運転において、温度測定手段(40)で測定した製氷部(12)の温度が氷結開始温度に達したときから単位時間(Δt)毎に該温度測定手段(40)で測定した製氷部(12)の各温度(T₁,T_2,T₃,・・・)と該単位時間(Δt)との積である単位積算数値(s₁',s₂',s₃'・・・)を求めると共に、これら単位積算数値(s₁',s₂',s₃'・・・)を順次加えた加算合計数値(S')を算出し、
前記加算合計数値(S')が、前記目標積算値(S)以上となった際に、製氷運転を終了するようにした
ことを特徴とする製氷機の運転方法。