JP5195384B2

JP5195384B2 - オーガ式製氷機

Info

Publication number: JP5195384B2
Application number: JP2008317860A
Authority: JP
Inventors: 育孝讃岐; 幸裕高野; 裕地藤本; 達也小林; 新二佐藤; 淳篠原
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2008-12-15
Filing date: 2008-12-15
Publication date: 2013-05-08
Anticipated expiration: 2028-12-15
Also published as: JP2010139197A

Description

本発明は、コールド飲料を調製して販売するカップ式自動販売機等に搭載するオーガ式製氷機に関するものである。

カップ式自動販売機等に搭載されている製氷機としてはオーガ式製氷機がある。オーガ式製氷機は給水タンクから供給された飲用水を製氷筒内壁面に着氷させた薄氷を螺旋状回転刃（以下「オーガ」という）の回転により掻き上げて氷片を製造する製氷部と、製造された氷片を簀の子上に貯蔵する貯氷部とから構成されている。
製氷部は、駆動モータと、駆動モータの回転を減速して伝達する減速機を介して連結されたオーガと、オーガが挿通される製氷筒と、製氷筒の外周面に巻装された冷凍サイクル装置の蒸発パイプと、オーガの上方に設けられた氷圧縮用の押出しヘッドと、製氷筒および蒸発パイプを包囲する断熱材を備え、製氷筒の下部には水入口が設けられ、この水入口は給水管で給水タンクに接続されている。

貯氷部は、断面円形状の断熱壁で構成した貯氷室が製氷部の上部に配設され、その内部にはオーガと同軸の回転軸の軸上に取り付けられた氷片攪拌用のアジテータと、アジテータと貯氷室の底部との間に配設された氷片貯蔵用の簀の子（氷片が溶けた融解水を水切りする役目を有している）を備え、貯氷室の底部には融解水を排水する排水口が設けられ、排水口は排水管で製氷筒下部の水入口に連通している。貯氷室には氷量検知板が設けられ、氷片が製氷部で製造されて貯氷室に貯蔵される氷片が増えると氷量検知板が押し上げられ、所定の高さに達すると製氷を停止し、氷片が搬出されたり、氷片の融解により氷量が減少すると氷量検知板が下がり、再び製氷を開始する。

また、オーガ式製氷機は製氷機自身では製氷筒内の水位調節機能を有しておらず、飲用水を着氷させる製氷筒内が適切な水位となるように給水管で接続されている給水タンクの水位が決められており、給水タンクに貯留している飲用水の水位が下限水位に下がると給水タンク水入口弁を開いて給水し、上限水位に達すると給水タンク水入口弁を閉じて給水を停止し、オーガ式製氷機で良質の氷片を製造するのに適切な上限水位と下限水位の範囲内に常に保つようにしている。

このように、オーガ式製氷機で良質の氷片を製造するためには製氷筒内の水位が常に所定水位に保たれることが望ましく、製氷筒内の水位が高すぎると柔らかくてシャーベット状の氷になり、低すぎると製氷筒内で氷が硬くなりすぎて異音を発し、駆動モータに過負荷が掛かることとなる（例えば、特許文献１参照）。
特開平９−４９５０号公報

オーガ式製氷機で作られた氷片は、硬くて壊れにくく溶けにくい氷が望ましいが、水道水の水質や製氷部の構造、周囲環境の影響により、柔らかく溶けやすい氷ができることがある。また、貯氷室ではアジテータ先端と断熱壁面で氷片が挟まれて壊れると、氷片が微細化されて氷片同士の隙間に入り込み、貯氷室内で氷片が過密状態となる。通常は氷片が氷量検知板を押し上げると製氷を停止するようになっているが、氷片が壊れると氷量検知板を押し上げる方向に移動せず、アジテータで貯氷室の断熱壁面側や簀の子側に押し潰され、氷片がシャーベット状の氷になる要因となる。このシャーベット状になった氷片同士が固着して大きな氷塊となり氷搬出口から搬出されなくなったり、シャーベット状になった氷が氷搬出口から搬出されて氷搬出シュートを滑り落ちるときに表面張力でシュート内に止まりカップに供給されなくなると、カップ式自動販売機ではカップ飲料の販売不良となる。

このシャーベット状氷の発生を防ぐため、供給する飲用水の水質を改善したり、製氷部や貯氷部の形状等を改良しているが、地域により水質や気候が異なり、また季節や時間帯等によっても製氷状態が異なり、製氷部での製造時や貯氷部での貯蔵時に氷質が悪化し、氷片が氷搬出口から搬出されなかったり、溶けかかった氷片が搬出されてもカップ飲料の販売不良となる。

本発明は、上記実情に鑑みて、品質の安定した氷片を供給することが可能なオーガ式製氷機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の請求項１に係るオーガ式製氷機は、外周面に冷凍サイクル装置の蒸発パイプが巻装された製氷筒の内壁面に給水タンクから供給された飲用水を着氷させた薄氷を螺旋状回転刃の回転で掻き上げて氷片を製造する製氷部と、当該製造された氷片を貯蔵し、氷搬出指示に基づいて氷搬出口を開いて氷片を搬出する貯氷部と、を有するオーガ式製氷機において、
前記給水タンクに貯留している飲用水温度と前記オーガ式製氷機周囲の空気温度から推定した製氷量と、前記オーガ式製氷機周囲の空気温度から推定した氷融解量と、前記氷搬出口の氷搬出扉開閉回数から推定した氷搬出量とに基づいて前記貯氷部の貯氷量を推定し、満氷後に氷占積率が所定の比率を超えないように製氷を制御する制御手段を備えたことを特徴とする。

また、本発明の請求項２に係るオーガ式製氷機は、上述した請求項１において、前記氷占積率を６０％以下とすることを特徴とする。
また、本発明の請求項３に係るオーガ式製氷機は、上述した請求項１または請求項２において、氷占積率が許容値を超えると、所定時間経過または所定の氷占積率に下がるまで製氷を停止することを特徴とする。

また、本発明の請求項４に係るオーガ式製氷機は、上述した請求項１または請求項２において、氷占積率が許容値を超えると、前記製氷部の飲用水を入れ替えた後に製氷を開始することを特徴とする。

請求項１の発明によれば、給水タンクに貯留している飲用水温度とオーガ式製氷機周囲の空気温度から推定した製氷量と、オーガ式製氷機周囲の空気温度から推定した氷融解量と、氷搬出口の氷搬出扉開閉回数から推定した氷搬出量とに基づいて貯氷部の貯氷量を推定し、満氷後に氷占積率が所定の比率を超えないように製氷を制御する制御手段を備えたことにより、満氷後に、貯氷室の貯氷空間容積に対する氷量（＝氷占積率）が所定の比率を超えないように製氷を制御することで、シャーベット状の氷になる前に氷の異常を検知できるので、品質の安定した氷片を供給することが可能なオーガ式製氷機を提供することができる。

また、請求項２の発明によれば、氷占積率を６０％以下とすることにより、通常５０〜５５％に保たれている氷占積率が６０％以上になると異常と判断し、シャーベット状の氷になることを未然に防ぐことが可能なオーガ式製氷機を提供することができる。
また、請求項３の発明によれば、氷占積率が許容値を超えると、所定時間経過または所定の氷占積率に下がるまで製氷を停止することにより、シャーベット状の氷が搬出口から搬出されることを防ぐことが可能なオーガ式製氷機を提供することができる。

また、請求項４の発明によれば、氷占積率が許容値を超えると、製氷部の飲用水を入れ替えた後に製氷を開始することにより、シャーベット状の氷が搬出口から搬出されることを防ぐことが可能なオーガ式製氷機を提供することができる。

以下に添付図面を参照して、本発明に係るオーガ式製氷機の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
図１は本発明の実施の形態であるオーガ式製氷機を搭載するカップ式自動販売機の水回路図である。カップ式自動販売機１は、弁を開閉して水道から供給される飲用水の給水・停止を行う給水タンク水入口弁９、給水タンク水入口弁９が開いて供給された飲用水を貯留する給水タンク１０、給水タンク１０に貯留している飲用水を各機器に圧送する水ポンプ６１、アイス飲料用の冷水、炭酸水やシロップを冷却する冷却水槽６２、炭酸水を製造して貯留するカーボネータ６３、カップＣに冷水を注出する冷水ノズル６４、カップＣに炭酸水を注出する炭酸水ノズル６５、炭酸ガスを貯蔵する炭酸ガスボンベ６６、シロップを貯蔵するシロップタンク６７、カップＣにシロップを注出するシロップノズル６８、給水タンク１０から供給される飲用水で氷片を製造するオーガ式製氷機２０、キャニスタ７１から供給されるコーヒー豆をミル７２で挽いた挽き豆に温水タンク７３から供給される湯を注いでコーヒー液を抽出するコーヒーブリュア７４、キャニスタ７５から供給される砂糖、クリームなどの粉末原料とコーヒーブリュア７４から供給されるコーヒー液を攪拌混合してコーヒー飲料を調製するミキシングボウル７６、カップＣにコーヒー飲料を注出するコーヒーノズル７７等を備えている。

図２は、本発明の実施の形態であるオーガ式製氷機２０の一部破断側面図、および給水タンク１０、冷凍サイクル装置５０を示す図である。給水タンク１０は、水道から供給された飲用水の水位の変動に伴って上下動するフロート１１の位置を検出し、貯留している飲用水が給水開始水位Ａ１（下限水位）に降下すると給水開始信号を出力する給水開始スイッチ１２と、飲用水が給水停止水位Ａ２（上限水位）に上昇すると給水停止信号を出力する給水停止スイッチ１３を備えている。

そして、給水タンク１０に貯留している飲用水の水位の変動に伴ってフロート１１が上下動して、給水開始スイッチ１２が給水開始信号を出力すると制御部（制御手段）９０（図３参照）が給水タンク水入口弁９を開いて給水タンク１０に給水し、給水停止スイッチ１３が給水停止信号を出力すると制御部９０が給水タンク水入口弁９を閉じて給水を停止する。このようにして給水タンク１０にオーガ式製氷機２０で良質の氷片を製造するのに適切な上限水位と下限水位の範囲内に常に保たれて貯留されている飲用水は給水管Ｔ１でオーガ式製氷機２０に供給され、冷凍サイクル装置５０が運転されてオーガ式製氷機２０の駆動モータ２２が駆動されると製氷される。また、給水管Ｔ４で水ポンプ６１に連通し、水ポンプ６１が駆動されると給水タンク１０に貯留してある飲用水が給水管Ｔ４からカーボネータ６３や温水タンク７３に供給される。

オーガ式製氷機２０は給水タンク１０から供給された飲用水を製氷筒２４内壁面に着氷させた薄氷を螺旋状回転刃（以下「オーガ」という）２３の回転により掻き上げて氷片を製造する製氷部２１と、製造された氷片を簀の子３３上に貯蔵する貯氷部３０とから構成されている。
製氷部２１は、駆動モータ２２と、駆動モータ２２の回転を減速して伝達する減速機（図示せず）を介して連結されたオーガ２３と、オーガ２３が挿通される製氷筒２４と、製氷筒２４の外周面に巻装された冷凍サイクル装置５０の蒸発パイプ５４と、オーガ２３の上方に設けられた氷圧縮用の押出しヘッド２５と、製氷筒２４および蒸発パイプ５４を包囲する断熱材２６を備える。製氷筒２４には水入口２７が設けられて給水管Ｔ１を介して給水タンク１０に接続されている。

貯氷部３０は、断面円形状の断熱壁で構成した貯氷室３１を製氷部２１の上部に配設している。貯氷室３１の内部にはオーガ２３と同軸の回転軸２３ａの軸周囲に取り付けられた氷片攪拌用のアジテータ３２と、アジテータ３２と貯氷室３１の底部３１ａとの間に配設された氷片載置用の簀の子（氷片が溶けた融解水を水切りする役目を有している）３３を備えている。また、貯氷室３１の側壁には、扉開閉機構３５で開閉される氷搬出扉３６を備えた氷搬出口３４を設けている。扉開閉機構３５が駆動されて氷搬出扉３６が開くと、簀の子３３上に貯蔵され、アジテータ３２で攪拌されている氷片が氷搬出口３４から搬出され、氷搬出シュート３７を滑り落ちてカップ式自動販売機１の販売口に載置したカップＣに供給される。さらに、貯氷室３１の上蓋３８には氷量検知板３９が設けられ、貯氷量が減少して氷量検知板３９が貯氷量下限位置に下がると製氷開始信号を出力する製氷開始スイッチ４０と、製氷動作が進み、貯氷量が増して氷量検知板３９が製氷停止位置まで押し上げられると製氷停止信号を出力する製氷停止スイッチ４１とが設けられている。

貯氷室３１の底部３１ａには氷片が溶けた溶解水を排水する排水口４２が設けられ、排水口４２は排水管Ｔ２で製氷筒２４の下部に設けた水入口２７から給水管Ｔ１を介して給水タンク１０に接続されている。また、排水管Ｔ２は連通管Ｔ３を介して水ポンプ６１に連通している。
冷凍サイクル装置５０は、ガス冷媒を圧縮して高温高圧のガス冷媒にする圧縮機５１と、空気との熱交換により高温高圧のガス冷媒を冷却して液冷媒にする凝縮器５２と、凝縮器５２で液化された高圧の液冷媒の圧力を下げる膨張弁５３と、液冷媒の蒸発熱（気化熱）で給水タンク１０から供給された飲用水を製氷筒２４内壁面に着氷させる蒸発パイプ５４と、蒸発パイプ５４で蒸発したガス冷媒を圧縮機５１に戻す冷媒管路５５と、を備え、冷媒は図中矢印方向に通流する。

また、給水タンク１０に貯留している飲用水の温度を検知する水温センサ９３と、オーガ式製氷機２０の周囲の空気温度を検知する空気温度センサ９４が設けられて制御部９０に温度信号を出力し、これらのセンサとしてはサーミスタ等を用いることができる。
図３は、オーガ式製氷機２０の制御系を示したブロック図である。制御部（制御手段）９０には所定の指令信号を記憶するメモリ９１やタイマー９２等が付設されている。制御部９０は、給水タンク１０に貯留している飲用水の温度を検知して水温信号を出力する水温センサ９３、オーガ式製氷機２０の周囲の空気温度を検知して空気温度信号を出力する空気温度センサ９４、貯氷室３１の貯氷量が減少して氷量検知板３９が貯氷量下限位置に降下すると製氷開始信号を出力する製氷開始スイッチ４０、製氷動作により貯氷量が増えて氷量検知板３９が貯氷量上限位置まで押し上げられると製氷停止信号を出力する製氷停止スイッチ４１からの信号を受ける。そして制御部９０はこれらの入力信号に基づいて、冷凍サイクル装置５０と駆動モータ２２を駆動してオーガ２３を回転させて製氷筒２４内壁面に着氷させた薄氷を掻き上げて氷片を製造して貯氷室３１内に貯えるとともにアジテータ３２を回転させて貯氷室３１に貯蔵している氷片を攪拌して氷片同士が固着して大きな氷塊になるのを防ぐ。また、扉開閉機構３５を駆動して氷搬出扉３６を開いて貯氷室３１に貯蔵している氷片を氷搬出口３４から搬出して氷搬出シュート３７を滑り落としてカップ式自動販売機１の販売口に載置したカップＣに供給する。

係る構成の製氷動作制御を説明する。貯氷室３１に貯蔵している氷片が減少して氷量検知板３９が貯氷量下限位置に降下すると、製氷開始スイッチ４０が製氷開始信号を制御部９０に出力する。制御部９０は製氷開始信号を受けると、冷凍サイクル装置５０と駆動モータ２２を駆動し、給水タンク１０から給水管Ｔ１を通流して水入口２７から製氷筒２４に供給される飲用水は蒸発パイプ５４の冷媒蒸発熱で冷却されている製氷筒２４内で冷やされて製氷筒２４内壁面に薄氷が着氷し、回転するオーガ２３により薄氷が掻きとられて氷圧縮用の押出しヘッド２５方向へ押し上げられる。押し上げられたフレーク状の氷は押出しヘッド２５で圧縮されてその上方に柱状に固まった状態で突き出し、この突き出した氷は押出しヘッド２５の先端部で切断されてチップ状の氷片となり、簀の子３３上に貯蔵される。オーガ２３と連動して回転するアジテータ３２が貯氷室３１内に貯蔵されている氷片を攪拌して氷片同士が固着して大きな氷塊になるのを防ぐ。

製氷動作により貯氷量が増えて氷量検知板３９が貯氷量上限位置まで押し上げられると製氷停止スイッチ４１が製氷停止信号を制御部９０に出力すると、制御部９０は駆動モータ２２および冷凍サイクル装置５０を停止して製氷動作を停止する。カップ式自動販売機１の販売動作に連係して氷片搬出指令が与えられると、駆動モータ２２が駆動してアジテータ３２を回転しつつ、同時に制御部９０が扉開閉機構３５を駆動して氷搬出扉３６を所定時間開き、アジテータ３２の回転で氷搬出口３４から搬出された氷片は氷搬出シュート３７を滑り落ちてカップ式自動販売機１の販売口に載置しているカップＣに供給される。そして、貯氷量が減少して氷量検知板３９が貯氷量下限位置に下がると、製氷開始スイッチ４０が製氷開始信号を制御部９０に出力して製氷動作を開始する。

図４は、オーガ式製氷機２０の貯氷量を推定するフローチャート図である。オーガ式製氷機２０の製氷量は、給水タンク１０に貯留している飲用水の温度を検知する水温センサ９３が出力する水温と、オーガ式製氷機２０の周囲の空気温度を検知する空気温度センサ９４が出力する空気温度に基づいて、オーガ式製氷機２０の製氷量を推定することができる。これは予め、製氷に使用する飲用水の温度およびオーガ式製氷機２０の周囲の空気温度と製氷量（製氷能力）の関係をデータベース化し、このデータベースを用いることによりオーガ式製氷機２０の製氷量を推定することができる。

氷融解量はオーガ式製氷機２０周囲の空気温度により氷片の融解速度が変化するので、周囲空気温度との関係をデータベース化し、このデータベースを用いることにより氷融解量を推定することができる。
また、氷搬出量は、扉開閉機構３５を駆動して氷搬出扉３６を開閉する開閉回数と開閉時間から得ることができる。また、開閉時間だけでは氷の状態による搬出バラツキが大きいため、光センサ等を用いて氷の通過量を推定し、開閉時間と合わせて氷搬出バラツキを抑えるようにしてもよい。

そして、この製氷量から氷融解量および氷搬出量を差し引くことで貯氷量を推定することができる。
また、図５のオーガ式製氷機２０の貯氷量を推定するフローチャート図に示しているように、給水タンク１０に貯留している飲用水の水位の変動に伴って上下動するフロート１１が降下して給水開始スイッチ１２が給水開始信号を制御部９０に出力する回数からオーガ式製氷機２０に供給される給水量を推定し、この給水タンク１０からオーガ式製氷機２０への給水量から氷融解量および氷搬出量を差し引くことでも貯氷量を推定することができる。

これらにより貯氷室３１に貯蔵されている氷量を推定し、貯氷室３１の貯氷空間容積に対する氷量の比率（以下「氷占積率」という）が６０％を超えた場合には、以後の製氷を所定時間停止する、または氷占積率が所定値（例えば５０％）まで下がったと推定されるまで製氷を停止して氷を自然融解させることでシャーベット状になった氷片同士が固着して大きな氷塊となり氷搬出口３４から搬出されなくなったり、シャーベット状になった氷が氷搬出口３４から搬出されて氷搬出シュート３７を滑り落ちるときに表面張力でシュート内に止まりカップＣに供給されなくなることを防ぐことが可能となる。

また、製氷水の水質が悪くなると壊れやすい脆い氷ができ、氷の隙間に入り込み、シャーベット氷に繋がる可能性がある。この場合にも、氷占積率が６０％を超えた場合は、製氷筒２４に溜った不純物の多い飲用水（製氷水）を排水してから新しい飲用水を供給して製氷を開始することで、このような不具合の発生を防ぐことができる。
図６は、貯氷量の時間推移を示す図である。製氷開始時点は氷片がないため、氷量検知板３９が貯氷量上限位置まで押し上げられて製氷停止スイッチ４１が製氷停止信号を制御部９０に出力するまで製氷が行われる。製造された氷は扇型断面をした氷片（チップアイス）であり、氷間に隙間が生じるので、氷占積率は通常略５０〜５５％となる。製氷停止スイッチ４１が製氷停止信号を出力すると、駆動モータ２２と冷凍サイクル装置５０が停止し、製氷が停止する。その後、氷の融解や搬出が行われることで、氷量が減り、製氷開始スイッチ４０が製氷開始信号を製氷制御部９０に出力すると駆動モータ２２と冷凍サイクル装置５０が駆動されて製氷動作が開始されて製氷され、貯氷室３１に貯蔵されることとなる。通常はこの繰り返しで、５５％の氷占積率を超えることがないように製氷が制御されているが、例えば、氷片が砕けたりすると、その粒が氷片の隙間に入りこみ、空隙が減るため、氷占積率が上がってくる。これは、製氷によって氷片が増えて氷量検知板３９が貯氷量上限位置まで押し上げられて製氷停止スイッチ４１が製氷停止信号を制御部９０に出力して製氷を停止するまでに、水質や環境が悪いとアジテータ３２で攪拌された氷片が周囲の氷片とぶつかり、その氷片を破壊し潰れた粒状の氷がその隙間に入り込んでしまうため、製氷停止が遅くなり必要以上に氷片を作ってしまうためである。氷占積率が６０％を超えると隙間が埋められだし、６６％を超えると全体的にシャーベット状の氷で埋め尽くされ、氷搬出口３４から氷が出られなくなるためである。従って、貯氷部３０の貯氷量を推定し、氷占積率が６０％を超えないように製氷を制御することで、シャーベット氷の発生を防止し、安定した氷の供給が可能となる。

以上により、貯氷室３１内の氷占積率が６０％を超えないように製氷を制御することで、シャーベット氷の発生を未然に防ぎ、品質の安定した氷片を供給することが可能なオーガ式製氷機２０を提供することができる。

本発明の実施の形態であるオーガ式製氷機を搭載するカップ式自動販売機の水回路図である。本発明の実施の形態であるオーガ式製氷機の一部破断側面図である。図２に示したオーガ式製氷機の制御系を示したブロック図である図２に示したオーガ式製氷機の貯氷量を推定するフローチャート図である。図２に示したオーガ式製氷機の貯氷量を推定するフローチャート図である。図２に示したオーガ式製氷機の貯氷量の時間推移を示す図である。

符号の説明

１カップ式自動販売機
１０給水タンク
１１フロート
１２給水開始スイッチ（給水量検知手段）
１３給水停止スイッチ
２０オーガ式製氷機
２１製氷部
２２駆動モータ
２３オーガ（螺旋状回転刃）
２４製氷筒
３０貯氷部
３１貯氷室
３２アジテータ
３３簀の子
３４氷搬出口
３５扉開閉機構（氷搬出量検知手段）
４０製氷開始スイッチ
４１製氷停止スイッチ
５０冷凍サイクル装置
５４蒸発パイプ
９０制御部（制御手段）
９３水温センサ
９４空気温度センサ（氷溶解量検知手段）

Claims

外周面に冷凍サイクル装置の蒸発パイプが巻装された製氷筒の内壁面に給水タンクから供給された飲用水を着氷させた薄氷を螺旋状回転刃の回転で掻き上げて氷片を製造する製氷部と、当該製造された氷片を貯蔵し、氷搬出指示に基づいて氷搬出口を開いて氷片を搬出する貯氷部と、を有するオーガ式製氷機において、
前記給水タンクに貯留している飲用水温度と前記オーガ式製氷機周囲の空気温度から推定した製氷量と、前記オーガ式製氷機周囲の空気温度から推定した氷融解量と、前記氷搬出口の氷搬出扉開閉回数から推定した氷搬出量とに基づいて前記貯氷部の貯氷量を推定し、満氷後に氷占積率が所定の比率を超えないように製氷を制御する制御手段を備えたことを特徴とするオーガ式製氷機。
前記氷占積率を６０％以下とすることを特徴とする請求項１に記載のオーガ式製氷機。
氷占積率が許容値を超えると、所定時間経過または所定の氷占積率に下がるまで製氷を停止することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のオーガ式製氷機。
氷占積率が許容値を超えると、前記製氷部の飲用水を入れ替えた後に製氷を開始することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のオーガ式製氷機。