JP7144963B2

JP7144963B2 - 製氷機

Info

Publication number: JP7144963B2
Application number: JP2018084748A
Authority: JP
Inventors: 静馬門脇; 賢二高橋
Original assignee: HOSHIZAKI KABUSHIKI KAISHA
Current assignee: HOSHIZAKI KABUSHIKI KAISHA
Priority date: 2018-04-26
Filing date: 2018-04-26
Publication date: 2022-09-30
Anticipated expiration: 2038-04-26
Also published as: JP2019190751A

Description

本発明は、製氷部の下向きに開口する多数の製氷小室を水皿により閉じた状態で各製氷小室内で氷を製造する製氷機に関する。

特許文献１には、下向きに開口する多数の製氷小室を有した製氷部と、製氷部の各製氷小室へ供給する製氷水を貯留する製氷水タンクと、製氷水タンク内の製氷水を製氷小室に噴射送出させる送水ポンプと、製氷部を冷却及び加温する冷凍装置とを備えた製氷機が開示されている。この製氷機の冷凍装置は、冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮機から圧送された冷媒を冷却して液化させる凝縮器と、凝縮器にて液化させた液化冷媒を膨張させる電子膨張弁と、電子膨張弁により膨張させた液化冷媒を気化させて製氷部を冷却する蒸発器と、圧縮機から蒸発器にホットガスを送出するホットガス経路と、ホットガス経路に介装されたホットガス弁とを有している。

この製氷機で製氷運転をするときには、圧縮機から圧送された冷媒が凝縮器にて冷却されて液化され、液化冷媒は電子膨張弁にて膨張された状態で蒸発器にて気化され、製氷部は蒸発器で気化した冷媒の気化熱によって冷却されている。製氷部の製氷小室内に送水ポンプによって噴射送出された製氷水は製氷小室内で冷却され、未凍結の製氷水が製氷水タンクに回収され、製氷水は製氷水タンクと製氷小室とを循環しながら冷却されて漸次凍結して氷となる。また、冷凍装置の電子膨張弁は、蒸発器の出口部と入口部とに設けた出口部温度センサと入口部温度センサとの温度差に基づいて制御され、温度差が大きくなると開度を大きくし、温度差が小さくなると開度を小さくなるように制御されている。

特開平１０－３３９５３３号公報

上記の特許文献１の製氷機では、冷凍装置の電子膨張弁は蒸発器の出口部と入口部とに設けた出口部温度センサと入口部温度センサとの温度差に基づいて制御され、温度差が大きくなると開度を大きくし、温度差が小さくなると開度を小さくなるように制御されている。出口部温度センサと入口部温度センサとの温度差を例えば５℃～１０℃で一定となるように電子膨張弁の開度を制御したときに、蒸発器の入口部が配置される製氷小室内と蒸発器の出口部が配置される製氷小室内との間で温度差が生じ、製氷小室内で成長する氷の下部に生じる凹みの大きさが蒸発器の入口部と出口部とが配置される位置で異なることがあった。

特許文献１の製氷機は、製氷部の下向きに開口する多数の製氷小室に製氷水タンク内の製氷水を噴射送出し、製氷小室内で製氷水を凍結させて氷を製造するものであり、この種の製氷機は、製氷小室の下部の開口を開放させた状態で氷を製造する所謂オープンセルタイプの製氷機と、製氷小室の下部の開口を水皿によって閉じた状態で氷を製造する所謂クローズセルタイプの製氷機がある。オープンセルタイプの製氷機であれば、製氷小室の下部の開口が閉止されていないため、図６（ａ）に示したように製氷小室内で成長した氷の下部の形状が一定でなく、製氷小室内の下部に生じる凹みの大きさの違いが問題とならなかった。

これに対し、クローズセルタイプの製氷機では、製氷小室の下部の開口が水皿によって閉止されているため、図６（ｂ）に示したように製氷小室内で成長した氷の下部形状が一定であり、製氷小室内で成長した氷の下部に生じる凹みの大きさの違いが品質上の問題となっていた。出口部温度センサと入口部温度センサとの温度差を例えば５℃より低くなるように電子膨張弁の開度を制御すれば、製氷小室内で成長する氷の下部に生じる凹みの大きさの違いを蒸発器の入口部と出口部とが配置される位置で小さくすることができる。しかし、出口部温度センサと入口部温度センサとの温度差を低く設定して電子膨張弁の開度を制御すると、蒸発器に過剰な冷媒が供給されることがあり、蒸発器で蒸発しきれなかった冷媒が圧縮機に戻る所謂、液バックが生じるおそれがあった。また、出口部温度センサと入口部温度センサとの温度差により電子膨張弁の開度を制御したときには、液バックが生じているか判別しにくく、冷凍装置を循環する冷媒が不足したり、圧縮機が所謂液バックにより故障したりするおそれがあった。本発明は、下向きに開口する多数の製氷小室を水皿により閉じた状態で各製氷小室内で氷を製造する製氷機で、蒸発器で蒸発しきれなかった冷媒が圧縮機に戻らないようにしつつ、各製氷小室内で成長する氷の下部に生じる凹みの大きさの違いを小さくすることを目的とする。

本発明は上記課題を解決するため、下向きに開口する多数の製氷小室を有した製氷部と、製氷部の下側に配設されて、製氷小室の下部の開口を開閉自在に閉じる水皿と、製氷部の各製氷小室へ供給する製氷水を貯留する製氷水タンクと、製氷水タンク内の製氷水を製氷小室に噴射送出させる送水ポンプと、製氷部を冷却及び加温する冷凍装置と、送水ポンプ及び冷凍装置の作動を制御する制御装置とを備え、冷凍装置は、冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮機から圧送された冷媒を冷却して液化させる凝縮器と、凝縮器にて液化させた液化冷媒を膨張させる電子膨張弁と、電子膨張弁により膨張させた液化冷媒を気化させて製氷部を冷却する蒸発器とを有し、製氷部で氷を製造する製氷運転では、圧縮機から圧送されて凝縮器にて液化させた液化冷媒を、制御装置によって開度を制御した電子膨張弁にて膨張させ、膨張させた液化冷媒を蒸発器にて気化させた気化熱により製氷部を冷却し、製氷小室内に送水ポンプによって噴射送出された製氷水を製氷小室内で冷却させつつ未凍結の製氷水を製氷水タンクで回収し、製氷水を製氷小室内で漸次凍結させて氷を製造する製氷機であって、製氷部の温度を検出する温度センサを設け、制御装置は、製氷部の温度に対応して設定された電子膨張弁の開度として、製氷部の温度低下に応じた開度減少率となるように設定され、開度減少率は製氷部の温度範囲に応じて３段階以上で変わるように設定された電子膨張弁の開度となるように、温度センサの検出温度に基づいて電子膨張弁の開度を制御したことを特徴とする製氷機を提供するものである。

上記のように構成した製氷機においては、製氷部の温度を検出する温度センサを設け、制御装置は、製氷部の温度に対応して設定された電子膨張弁の開度として、製氷部の温度低下に応じた開度減少率となるように設定され、開度減少率は製氷部の温度範囲に応じて３段階以上で変わるように設定された電子膨張弁の開度となるように、温度センサの検出温度に基づいて電子膨張弁の開度を制御している。蒸発器から圧縮機に冷媒が液化状態で戻らないようにするとともに、製氷小室内で成長する氷の下部に生じる凹みの大きさの違いを蒸発器の入口部と出口部とが配置される位置で小さくなるように、製氷部の温度に対応して設定された電子膨張弁の開度として、製氷部の温度低下に応じた開度減少率となるように設定され、開度減少率は製氷部の温度範囲に応じて３段階以上で変わるように設定しておいて、製氷部の温度に基づいて電子膨張弁の開度を制御することにより、凝縮器から圧縮機に冷媒が液化状態で戻らないようにするとともに、製氷小室内で成長する氷の下部に生じる凹みの大きさの違いを蒸発器の入口部と出口部とが配置される位置で小さくすることができた。特に、製氷部における蒸発器の出口部と入口部との温度差に基づいて電子膨張弁の開度を制御するものでないので、蒸発器の出口部と入口部との温度を検出するときのタイムラグによる影響を受けることなく、圧縮機に冷媒が液化状態で戻るのを防ぐ効果と、各製氷小室で成長する氷の下部に生じる凹みの大きさの違いを小さくする効果を確実に得ることができた。上記のように構成した製氷機においては、温度センサは製氷部における蒸発器の冷媒の出口部の温度を検出するのが好ましい。

上記のように構成した製氷機においては、製氷部の温度範囲は、製氷小室内に噴射送出される製氷水を製氷小室内で凍結前に冷却する冷却段階の温度範囲と、製氷小室内で製氷水が凍結し始める凍結開始段階での温度範囲と、製氷小室内で氷を成長させていく氷成長段階での温度範囲とを含むようにするのが好ましい。製氷部の温度低下に応じた開度減少率を、製氷水の状態に応じて変えるようにしているので、製氷部に製氷水の状態に応じた冷媒を送るようにすることができた。

また、製氷水は製氷小室内で凍結し始めるときに過冷却等の現象を伴うため、製氷部の温度が一時的に上昇することがある。製氷部の温度が一時的に上昇することで、蒸発器の出口部と入口部の温度差も大きくなり、電子膨張弁の開度を大きくするように制御したときに、蒸発器の出口部と入口部の温度差が小さくなり、電子膨張弁の開度を再び小さくするように制御しても、蒸発器の出口部の温度が電子膨張弁の開度を小さくしたことによって変わるまでに時間がかかっているので、冷媒が蒸発器から圧縮機に液化状態で戻ることになる。冷媒が圧縮機に液化状態で戻ったことで冷却能力が低下するとともに、電子膨張弁の開度を再び小さくするように制御しているために、蒸発器の出口部と入口部の温度差が再び大きくなる。このように、電子膨張弁の開度を大きくするのと小さくするのを繰り返すことで、蒸発器の出口部と入口部との温度差の上下動が徐々に大きくなり、製氷部を冷却できなくなるおそれがあった。

これに対し、上記のように構成した製氷機においては、制御装置は、温度センサの検出温度が上昇したときには電子膨張弁の開度を変更せずに維持し、温度センサの検出温度が開度を変更せずに維持したときの電子膨張弁の開度と対応する温度まで再び低下したときに、製氷部の温度に対応して設定された電子膨張弁の開度となる制御を再開するのが好ましい。このようにしたときには、製氷水が製氷小室内で凍結し始めるときのように、製氷部の温度が上昇するのを伴って温度変動が始まると、電子膨張弁の開度を変更せずに維持することで、無用な電子膨張弁の開度の調整を防ぐことができ、冷媒が蒸発器から圧縮機に液化状態で戻るのを防ぐことができるようになった。また、温度センサの検出温度が開度を変更せずに維持したときの電子膨張弁の開度と対応する温度となったときに、温度センサの検出温度に対応して設定された電子膨張弁の開度となる制御を再開しているので、製氷部の温度変動が終わった後で、製氷部の温度に対応して設定された電子膨張弁の開度となるように、温度センサの検出温度に基づいて電子膨張弁の開度を制御することができるようなった。

本発明による製氷機の概略図である。制御装置のブロック図である。製氷部の温度と電子膨張弁の開度の関係を示したグラフである。製氷運転を実行しているときの製氷部の温度変化を示すグラフである。他の実施形態の製氷機の概略図である。オープンセルタイプの製氷小室で製造される氷の形状の概略図（ａ）と、クローズセルタイプの製氷小室で製造される氷の形状の概略図（ｂ）である。

以下に、本発明の製氷機の一実施形態を図面を用いて説明する。図１に示したように、製氷機１０は、製氷部１１に設けた下向きに開口する多数の製氷小室１３を水皿２２により開閉自在に閉成し、水皿２２から各製氷小室１３へ製氷水を噴射供給して氷を製造する所謂クローズドセルタイプの製氷機である。この製氷機１０は、製氷部１１にて製氷水を凍結させる製氷運転と、製氷部１１にて凍結させた氷を製氷部１１から除く除氷運転を交互に実行して氷を製造するものである。この製氷機１０は、冷凍装置３０の膨張弁には制御装置４０の制御によって開度を調整可能にした電子膨張弁３３を採用したものであり、電子膨張弁３３の開度を適切に制御することで、蒸発器３４で蒸発しきれなかった冷媒が圧縮機３１に戻らないようにしつつ、各製氷小室１３内で成長する氷の下部に生じる凹みの大きさの違いをできるだけ小さくするようにしたものである。

製氷部１１は、水平に配置されて下側が開口した浅い箱形をし、仕切部材１２によって下向きに開口する多数の製氷小室１３が形成されている。また、製氷部１１の下方には各製氷小室１３にて製造した氷を貯える貯氷庫１４が設けられている。

製氷機１０は製氷部１１に製氷水を送出する送水部２０を備えている。送水部２０は製氷水タンク２１を下部に一体的に備えた水皿２２を備えている。水皿２２は製氷部１１の下側に接近して製氷小室１３の下部の開口を閉止する閉止位置と、製氷部１１の下側から離間して製氷小室１３の下部の開口を開放する開放位置との間で傾動可能に支持されている。水皿２２には閉止位置と開放位置との間で傾動させる開閉機構２３が設けられており、水皿２２は開閉機構２３によって製氷部１１の製氷小室１３の下部の開口を開閉している。開閉機構２３はアクチュエータモータ２３ａを備え、アクチュエータモータ２３ａの駆動により水皿２２を閉止位置と開放位置との間で傾動させるものである。

送水部２０には製氷水タンク２１に製氷水を供給する給水手段２４と、製氷水タンク２１内の製氷水を製氷小室１３に噴射送出させる送水ポンプ２５が設けられている。給水手段２４は製氷水タンク２１に接続された給水管２４ａと、給水管２４ａに介装された給水弁２４ｂとを備え、給水管２４ａから送られる製氷水は給水弁２４ｂの開放によって製氷水タンク２１に供給される。また、製氷水タンク２１に供給された製氷水は送水ポンプ２５により製氷小室１３に噴射送出される。

図１に示したように、製氷機１０は、製氷部１１を冷却及び加温する冷凍装置３０を備えている。冷凍装置３０は、冷媒を圧縮する圧縮機３１と、圧縮機３１から圧送された冷媒を冷却して液化させる凝縮器３２と、凝縮器３２にて液化させた液化冷媒を膨張させて低圧の液化冷媒とする電子膨張弁３３と、電子膨張弁３３により膨張させた液化冷媒を気化させて製氷部１１を冷却する蒸発器３４とを備えている。冷凍装置３０は圧縮機３１、凝縮器３２、電子膨張弁３３及び蒸発器３４を接続管３５（３５ａ～３５ｄ）によって環状に接続させて冷凍回路を構成させている。電子膨張弁３３は後述する制御装置４０の制御信号によって開度を調整可能としたものである。蒸発器３４は銅管等の熱導電性の高い管材を用いたものであり、製氷部１１の上面に蛇行配置されている。製氷部１１は蒸発器３４を通過する液化冷媒が気化するときの気化熱によって冷却される。接続管３５は、圧縮機３１と凝縮器３２とを接続する接続管路３５ａと、凝縮器３２と電子膨張弁３３とを接続する接続管路（第１接続管路）３５ｂと、電子膨張弁３３と蒸発器３４とを接続する接続管路３５ｃと、蒸発器３４と圧縮機３１とを接続する接続管路（第２接続管路）３５ｄとから構成されている。凝縮器３２と電子膨張弁３３とを接続する接続管路（第１接続管路）３５ｂの熱交換部３５ｂ１と蒸発器３４と圧縮機３１とを接続する接続管路（第２接続管路）３５ｄの熱交換部３５ｄ１とは接触させることで熱交換可能な状態で配置されている。

また、冷凍装置３０は除氷運転をするときに蒸発器３４にホットガスを供給するホットガス管（ホットガス経路）３６を備えている。ホットガス管３６は圧縮機３１の下流と蒸発器３４の上流とを接続して、圧縮機３１からのホットガスを蒸発器３４に導くようにしている。ホットガス管３６にはホットガス弁３７が介装されており、圧縮機３１から送られるホットガスはホットガス弁３７の開放によってホットガス管３６を通って蒸発器３４に導かれる。除氷運転時に、ホットガスがホットガス弁３７の開放によって蒸発器３４に導かれると、製氷部１１の製氷小室１３内はホットガスにより加温され、製氷小室１３内で凍結した氷が除氷される。

製氷部１１には蒸発器３４の冷媒の出口部３４ａに出口部温度センサ（温度センサ）３８が設けられており、出口部温度センサ３８は製氷部１１における蒸発器３４の冷媒の出口部３４ａの温度を検出する。出口部温度センサ３８は主として製氷運転をするときに電子膨張弁３３の開度を調整する制御に用いられるだけでなく、製氷運転をするときの製氷の完了及び除氷運転をするときの除氷の完了を検知するのに用いられる。
製氷機１０は制御装置４０を備えており、図２に示したように、この制御装置４０は、開閉機構２３のアクチュエータモータ２３ａ、給水弁２４ｂ、送水ポンプ２５、冷凍装置３０の圧縮機３１と、ホットガス弁３７と、出口部温度センサ３８に接続されている。制御装置４０はマイクロコンピュータ（図示省略）を有しており、マイクロコンピュータは、バスを介してそれぞれ接続されたＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ及びタイマ（いずれも図示省略）を備えている。制御装置４０は製氷部１１にて製氷水を凍結させて氷を製造する製氷運転と、製氷運転により製氷部１１にて凍結させた氷を除氷する除氷運転とを繰り返し実行する製氷プログラムを有している。

図３に示したように、製氷プログラムの製氷運転をするときには、制御装置４０は、蒸発器３４の冷媒の出口部３４ａ（製氷部１１の温度）の温度に対応して設定された電子膨張弁３３の開度となるように、出口部温度センサ３８の検出温度に基づいて電子膨張弁３３の開度を制御している。蒸発器３４の冷媒の出口部３４ａの温度に対応して予め設定されている電子膨張弁３３の開度は、蒸発器３４の冷媒の出口部３４ａの温度低下に応じた開度減少率となるように設定されている。この実施形態では、蒸発器３４の冷媒の出口部３４ａの温度低下に応じた開度減少率は蒸発器３４の冷媒の出口部３４ａの温度範囲に応じて３段階で変わるように設定されている。

設定されている温度範囲は、製氷水の冷却段階に応じて変わるようになっている。この実施形態では、温度範囲は第１～第３温度範囲に分けられ、第１温度範囲は、製氷小室１３内に噴射送出される製氷水を製氷小室１３内で凍結前に冷却する冷却段階の温度範囲であり、第２温度範囲は、製氷小室１３内で製氷水が凍結し始める凍結開始段階での温度範囲であり、第３温度範囲は、製氷小室１３内で氷が成長していく氷成長段階での温度範囲となっている。

第１温度範囲は、製氷水タンク２１内に供給された常温の水を製氷小室１３内で凍結できるように冷却するときの温度範囲であり、第１温度範囲のときには製氷水の温度を低下させるために多量の冷媒を必要とする。このため、第１温度範囲は、蒸発器３４の出口部３４ａの温度がｔ１℃以上の範囲と設定され、第１温度範囲のときには電子膨張弁３３の開度をａ１として高い状態（例えば７０～９０％）で一定に維持するようにしている。

第２温度範囲は、冷却段階で冷却した製氷水が製氷小室１３内で凍結し始めるときの温度範囲であり、第２温度範囲のときには第１温度範囲のときよりは多量の冷媒を必要としないものの、製氷水が凍結し始めると冷媒の流量を少なくする必要がある。このため、第２温度範囲は、蒸発器３４の出口部３４ａの温度がｔ２～ｔ１℃の範囲と設定され、第２温度範囲のときには電子膨張弁３３の開度をａ１からａ２に徐々に小さくなるようにしている。

第３温度範囲は、製氷小室１３内で凍結し始めた氷を成長させるときの温度範囲であり、第３温度範囲のときには第２温度範囲のときよりも冷媒の流量を穏やかに少なくしていく必要がある。このため、第３温度範囲は、蒸発器３４の出口部３４ａの温度がｔ３～ｔ２℃の範囲と設定され、第３温度範囲のときには第２温度範囲のときよりも電子膨張弁３３の開度ａ２からａ３に穏やかに小さくなるようにしている。

第２及び第３温度範囲で設定されている蒸発器３４の出口部３４ａの温度ｔ２のときの電子膨張弁３３の開度ａ２を基準としたときに、第１及び２温度範囲で設定されている蒸発器３４の出口部３４ａの温度ｔ１のときの電子膨張弁３３の開度ａ１はａ２の１．５倍以上であり、第３温度範囲で設定されている蒸発器３４の出口部３４ａの温度ｔ３のときの電子膨張弁３３の開度ａ３はａ２の０．５倍以下に設定されている。

次に、製氷機１０の製氷プログラムについて説明する。製氷機１０の始動時には予備的に除氷運転を実行し、製氷部１１の製氷小室１３内に氷が必ず残っていない状態とする。除氷運転では、圧縮機３１を作動させた状態でホットガス弁３７を開放するとともに、開閉機構２３のアクチュエータモータ２３ａにより水皿２２を開放位置に傾動させる。圧縮機３１から送出されるホットガスはホットガス管３６を通って蒸発器３４に導かれて製氷部１１の各製氷小室１３を加温する。出口部温度センサ３８の検出温度が除氷が完了したことを検知する所定温度として５℃以上となると、制御装置４０は、製氷部１１の製氷小室１３に氷が残ってない、即ち除氷が完了していると検知して、ホットガス弁３７を閉止して除氷運転を終了する。

製氷部１１にて予め除氷運転を実行した後で、制御装置４０は、製氷部１１にて製氷運転と除氷運転を繰り返し実行する。製氷運転では、制御装置４０は、開閉機構２３のアクチュエータモータ２３ａにより水皿２２を閉止位置に傾動させるとともに、給水弁２４ｂを所定時間開放することで製氷水タンク２１に製氷水を供給する。次に、制御装置４０は所定時間経過後に給水弁２４ｂを閉止して給水を終了し、送水ポンプ２５を駆動させて製氷水タンク２１内の製氷水を製氷部１１の各製氷小室１３に噴射送出させる。

また、給水管２４ａから製氷水タンク２１への給水とともに、除氷運転の終了の際にホットガス弁３７を閉止させたことにより、製氷部１１は冷凍装置３０により冷却される。具体的には、圧縮機３１から圧送された冷媒が凝縮器３２により液化されて液化冷媒となり、液化冷媒は出口部温度センサ３８の検出温度に基づいて制御装置４０によって開度が調整された電子膨張弁３３により膨張して低圧の液化冷媒となり、低圧の液化冷媒は蒸発器３４で気化することにより製氷部１１を冷却する。送水ポンプ２５により製氷小室１３に噴射送出される製氷水は製氷小室１３内で冷却されるとともに凍結し、製氷水タンク２１内の製氷水が徐々に減少する。製氷運転をするときには、制御装置４０は上述したように、蒸発器３４の冷媒の出口部３４ａの温度に対応して設定された電子膨張弁３３の開度となるように、出口部温度センサ３８の検出温度に基づいて電子膨張弁３３の開度を制御している。

製氷運転後の除氷運転では、制御装置４０は、圧縮機３１を作動させた状態でホットガス弁３７を開放するとともに、開閉機構２３のアクチュエータモータ２３ａにより水皿２２を開放位置に傾動させる。圧縮機３１から送出されるホットガスはホットガス管３６を通って蒸発器３４に導かれて製氷部１１の各製氷小室１３を加温する。製氷完了時の製氷部１１の温度は約－２０℃となっているが、製氷部１１の温度が徐々に上昇しながら、製氷小室１３内から氷が離脱する。出口部温度センサ３８の検出温度が除氷が完了したことを検知する所定温度として５℃以上となると、制御装置４０は、製氷部１１の製氷小室１３に氷が残ってない、即ち除氷が完了していると検知して、ホットガス弁３７を閉止して除氷運転を終了して再び上述したように製氷運転を実行する。この製氷機１０ではこのような制御装置４０による製氷運転と除氷運転を繰り返し実行させることで製氷部１１にてブロック形の氷を製造される。

上記のように構成した製氷機１０においては、製氷部１１の温度、特に製氷部１１における蒸発器３４の冷媒の出口部３４ａの温度を検出する出口部温度センサ３８を設け、制御装置４０は、製氷部１１における蒸発器３４の冷媒の出口部３４ａの温度に対応して設定された電子膨張弁３３の開度となるように、出口部温度センサ３８の検出温度に基づいて電子膨張弁３３の開度を制御した。

冷媒の出口部３４ａの温度に対応して設定された電子膨張弁３３の開度は、蒸発器３４から圧縮機３１に冷媒が液化状態で戻らないようにしつつ、蒸発器３４の出口部３４ａで液化冷媒が不足しないようにして、蒸発器３４の出口部３４ａが配置される製氷小室１３も十分に冷却するようにし、製氷小室１３で成長する氷の下部に生じる凹みの大きさの違いを蒸発器３４の入口部と出口部３４ａとが配置される位置で小さくするようにしている。このように予め設定した開度となるように、出口部温度センサ３８の検出温度に基づいて電子膨張弁３３の開度を制御することで、蒸発器３４から圧縮機３１に冷媒が液化状態で戻るのを確実に防ぎつつ、各製氷小室１３で成長する氷の下部形状をできるだけ均一とすることができた。特に、製氷部１１における蒸発器３４の入口部と出口部３４ａとの温度差に基づいて電子膨張弁３３の開度を制御するものでないので、蒸発器３４の入口部と出口部３４ａとで温度を検出するときのタイムラグによる影響を受けることなく、圧縮機３１に冷媒が液化状態で戻るのを防ぐのと、各製氷小室１３で成長する氷の下部形状を均一にする効果を確実に得ることができた。

また、蒸発器３４の出口部３４ａの温度に対応して設定された電子膨張弁３３の開度は、蒸発器３４の出口部３４ａの温度低下に応じた開度減少率となるように設定され、開度減少率は蒸発器３４の出口部３４ａの温度範囲に応じて３段階（３段階以上）で変わるように設定されている。開度減少率を変えるよう設定されている温度範囲は、製氷小室１３内に噴射送出される製氷水を製氷小室１３内で凍結前に冷却する冷却段階の第１温度範囲と、製氷小室１３内で製氷水が凍結し始める凍結開始段階での第２温度範囲と、製氷小室１３内で氷を成長させていく氷成長段階での第３温度範囲とに分けられている。

第１温度範囲のときには製氷水の温度を低下させるために多量の冷媒を必要とするので、電子膨張弁３３の開度は高い状態で一定に維持されている。なお、この場合には開度減少率は０となっているが、これに限られるものでなく、きわめて低い開度減少率で開度を低くさせるようにしてもよい。第２温度範囲のときには製氷小室１３内で製氷水が凍結し始めるときであるので徐々に冷媒の流量を少なくする必要があり、電子膨張弁３３の開度を徐々に低くしている。第３温度範囲のときには製氷小室１３内で氷を成長させるときであるので、時間をかけて電子膨張弁３３の開度を小さくしていく必要があり、電子膨張弁３３の開度を第２温度範囲のときよりも穏やかに低くするようにしている。この実施形態では、第３温度範囲のときの開度減少率は第２温度範囲のときの開度減少率の１／５（製氷機の機種に応じて１／３～１／６とするのが好ましい）に設定されている。蒸発器３４の出口部３４ａ（製氷部１１）の温度低下に応じた電子膨張弁３３の開度減少率を、製氷水の状態（製氷水が凍結する前、製氷水が凍結開始するとき、製氷水が氷となって成長するとき等）によって変えるようにしているので、製氷部１１に製氷水の状態に応じた冷媒を送るようにすることができた。この実施形態では、開度減少率を蒸発器３４の出口部３４ａの温度範囲に応じて３段階で変わるように設定しているが、これに限られるものでなく、開度減少率を蒸発器３４の出口部３４ａの温度範囲に応じて３段階以上で変わるように設定したものであってもよい。

また、図４の２点鎖線に示したように、製氷水は製氷小室１３内で凍結しはじめるときに過冷却等の現象を伴うため、製氷部１１の温度が一時的に上昇することがある。製氷部１１の温度が一時的に上昇することで、蒸発器３４の出口部３４ａと入口部との温度差も一時的に大きくなり、電子膨張弁３３の開度を大きくするように制御したときに、蒸発器３４の出口部３４ａと入口部の温度差が小さくなる。このとき、電子膨張弁３３の開度を再び小さくするように制御しても、蒸発器３４の出口部３４ａの温度が電子膨張弁３３の開度を小さくしたことによって変わるまでに時間がかかっているので、冷媒が蒸発器３４から圧縮機３１に液化状態で戻ることがある。冷媒が圧縮機３１に液化状態で戻ったことで冷却能力が低下するとともに、電子膨張弁３３の開度を再び小さくするように制御しているために、蒸発器３４の出口部３４ａと入口部の温度差が大きくなる。電子膨張弁３３の開度を大きくするのと小さくするのを繰り返すことで、蒸発器３４の出口部３４ａと入口部との温度差の上下動が徐々に大きくなり、製氷部１１を冷却できなくなるおそれがあった。

これに対し、この製氷機１０においては、図４の実線に示したように、制御装置４０は、出口部温度センサ３８の検出温度が上昇したときには電子膨張弁３３の開度を変更せずに維持し、出口部温度センサ３８の検出温度が開度を変更せずに維持したときの電子膨張弁３３の開度と対応する温度まで再び低下したときに、上述した蒸発器３４の出口部３４ａ（製氷部１１）の温度に対応して設定された電子膨張弁３３の開度となるように制御した。これによって、製氷水が製氷小室１３内で凍結し始めるときのように、製氷部１１の温度が上昇するのを伴って温度変動が始まると、電子膨張弁３３の開度を変更せずに維持することで、無用な電子膨張弁３３の開度の調整を防ぐことで、冷媒が蒸発器３４から圧縮機３１に液化状態で戻るのを防ぐことができるようになる。また、出口部温度センサ３８の検出温度が変更せずに維持したときの電子膨張弁３３の開度と対応する温度となったときに、蒸発器３４の出口部３４ａ（製氷部１１）の温度に対応して設定された電子膨張弁３３の開度となる制御を再開しているので、製氷部１１の温度変動が終わった後でも、圧縮機３１に冷媒が液化状態で戻るのを防ぐのと、各製氷小室１３で成長する氷の下部形状を均一にする効果を得ることができた。

上記の実施形態の製氷機１０は、製氷部１１として蒸発器３４の出口部３４ａの温度を検出する出口部温度センサ３８を設け、制御装置４０は、製氷部１１の温度に対応して設定された電子膨張弁３３の開度となるように、出口部温度センサ３８の検出温度に基づいて電子膨張弁３３の開度を制御したものである。次に説明する図５に示した実施形態の製氷機１０Ａは、電子膨張弁３３の入口部温度を検出する電子膨張弁温度センサ３９を設け、制御装置４０は、電子膨張弁温度センサ３９の検出温度に基づいて電子膨張弁３３の開度を制御するようにしている。

上述したように、凝縮器３２と電子膨張弁３３とを接続する接続管路（第１接続管路）３５ｂの熱交換部３５ｂ１と蒸発器３４と圧縮機３１とを接続する接続管路（第２接続管路）３５ｄの熱交換部３５ｄ１とは接触させることで熱交換可能な状態で配置されている。製氷機１０の製氷運転を実行しているときに、冷媒が蒸発器３４で蒸発しきらないときに、冷媒は接続管路（第２接続管路）３５ｄを通って液化状態で圧縮機３１に戻る。接続管路（第２接続管路）３５ｄを通る液化状態の冷媒は接続管路（第１接続管路）３５ｂを通過する冷媒を冷却し、電子膨張弁温度センサ３９の検出温度が低下する。

この実施形態では、制御装置４０は、電子膨張弁温度センサ３９の検出温度に基づいて電子膨張弁３３の開度を制御するようにしている。電子膨張弁３３の開度Ｘ（％）は一例として次式により算出される。
Ｘ（％）＝Ｔ１^２×Ｋ１＋Ｋ２
Ｔ１：電子膨張弁温度センサ３９の検出温度（℃）
Ｋ１：定数（製氷機の機種ごとに異なり、この実施形態では０．０５である）
Ｋ２：定数（製氷機の機種ごとに異なり、この実施形態では５である）
製氷運転を開始したときのように、蒸発器３４で温度の高い製氷水を冷却したときには、接続管路（第２接続管路）３５ｄを通って圧縮機３１に戻る冷媒の温度も高く、接続管路（第１接続管路）３５ｂを通る冷媒の温度も高くなる。この場合に、電子膨張弁温度センサ３９の検出温度が４０℃であれば、電子膨張弁３３の開度は８５％と算出される。
これに対し、製氷運転の終わりに近づいたときのように、蒸発器３４での冷却負荷も低下したときには、接続管路（第２接続管路）３５ｄを通って圧縮機３１に戻る冷媒の温度も低く、接続管路（第１接続管路）３５ｂを通る冷媒の温度も低くなる。この場合に、電子膨張弁温度センサ３９の検出温度が１０℃であれば、電子膨張弁３３の開度は１０％と算出される。

製氷運転を実行しているときに、冷媒が蒸発器３４から圧縮機３１に液化状態で戻ると、接続管路（第１接続管路）３５ｂを通る冷媒は接続管路（第２接続管路）３５ｄを通って圧縮機３１に戻る液化冷媒により急激に冷却される。この場合に、電子膨張弁温度センサ３９の検出温度が例えば２０℃に低下すると、上記の式から電子膨張弁３３の開度は２５％と算出される。電子膨張弁３３の開度を２５％と絞ることにより、蒸発器３４に供給される液化冷媒の量が減少し、蒸発器３４に供給された液化冷媒が製氷水と熱交換されずに圧縮機３１に戻らないようになり、冷媒が蒸発器３４から圧縮機３１に液化状態で戻るのを解消することができるようになった。

また、この実施形態では、制御装置４０は、電子膨張弁温度センサ３９の検出温度と出口部温度センサ３８の検出温度とに基づいて電子膨張弁３３の開度を制御するようにしてもよい。この場合の電子膨張弁３３の開度Ｘ（％）は一例として次式により算出される。
Ｘ（％）＝Ｔ１×（Ｔ２＋Ｋ３）×Ｋ４＋Ｋ５
Ｔ１：電子膨張弁温度センサ３９の検出温度（℃）
Ｔ２：出口部温度センサ３８の検出温度（℃）
Ｋ３：定数（製氷機の機種ごとに異なり、この実施形態では２０である）
Ｋ４：定数（製氷機の機種ごとに異なり、この実施形態では０．０４である）
Ｋ５：定数（製氷機の機種ごとに異なり、この実施形態では２０である）
製氷運転を開始したときのように、蒸発器３４で温度の高い製氷水を冷却したときには、接続管路（第２接続管路）３５ｄを通って圧縮機３１に戻る冷媒の温度も高く、接続管路（第１接続管路）３５ｂを通る冷媒の温度も高くなる。この場合に、電子膨張弁温度センサ３９の検出温度が４０℃であり、出口部温度センサ３８の検出温度が２０℃であれば、電子膨張弁３３の開度は８４％と算出される。

これに対し、製氷運転の終わりに近づいたときのように、蒸発器３４での冷却負荷も低下したときには、接続管路（第２接続管路）３５ｄを通って圧縮機３１に戻る冷媒の温度も低く、接続管路（第１接続管路）３５ｂを通る冷媒の温度も低くなる。この場合に、電子膨張弁温度センサ３９の検出温度が１０℃であり、出口部温度センサ３８の検出温度が－２０℃であれば、電子膨張弁３３の開度は２０％と算出される。この電子膨張弁温度センサ３９の検出温度と出口部温度センサ３８の検出温度とに基づいて電子膨張弁３３の開度を制御するようにしたときには、電子膨張弁温度センサ３９の検出温度だけに基づいて電子膨張弁３３の開度を制御したときよりも穏やかな電子膨張弁３３の開度となるよう制御することができる。

また、製氷運転で電子膨張弁温度センサ３９の検出温度と出口部温度センサ３８の検出温度とに基づいて電子膨張弁３３の開度を制御しているときでも、電子膨張弁３３の開度を絞るようにして、蒸発器３４に供給される液化冷媒の量を減少させ、蒸発器３４に供給された液化冷媒が製氷水と熱交換されずに圧縮機３１に戻らないようにして、冷媒が蒸発器３４から圧縮機３１に液化状態で戻るのを解消することができるようになった。

上記のように構成した製氷機においては、製氷部１１の温度を検出する温度センサとして蒸発器３４の出口部３４ａの温度を検出する出口部温度センサ３８を採用したが、本発明はこれに限られるものでなく、製氷部１１の中央部の温度を検出するようにしたものであったり、蒸発器３４の入口部の温度を検出するようにしたものであってもよい。

１０…製氷機、１１…製氷部、１３…製氷小室、２１…製氷水タンク、２２…水皿、２５…送水ポンプ、３０…冷凍装置、３１…圧縮機、３２…凝縮器、３３…電子膨張弁、３４…蒸発器、３８…温度センサ（出口部温度センサ）、３９…電子膨張弁温度センサ、４０…制御装置。

Claims

下向きに開口する多数の製氷小室を有した製氷部と、
前記製氷部の下側に配設されて、前記製氷小室の下部の開口を開閉自在に閉じる水皿と、
前記製氷小室へ供給する製氷水を貯留する製氷水タンクと、
前記製氷水タンク内の製氷水を前記製氷小室に下側から噴射送出させる送水ポンプと、
前記製氷部を冷却する冷凍装置と、
前記送水ポンプ及び前記冷凍装置の作動を制御する制御装置とを備え、
前記冷凍装置は、冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機から圧送された冷媒を冷却して液化させる凝縮器と、前記凝縮器にて液化させた液化冷媒を膨張させる電子膨張弁と、前記電子膨張弁により膨張させた液化冷媒を気化させて前記製氷部を冷却する蒸発器とを有し、
前記製氷部で氷を製造する製氷運転では、前記圧縮機から圧送されて前記凝縮器にて液化させた液化冷媒を、前記制御装置によって開度を制御した前記電子膨張弁にて膨張させ、膨張させた液化冷媒を前記蒸発器にて気化させた気化熱により前記製氷部を冷却し、
前記製氷小室内に前記送水ポンプによって噴射送出された製氷水を前記製氷小室内で冷却させつつ未凍結の製氷水を前記製氷水タンクで回収し、製氷水を前記製氷水タンクと前記製氷小室との間で循環させながら漸次凍結させて氷を製造する製氷機であって、
前記製氷部の温度を検出する温度センサを設け、
前記制御装置は、前記製氷部の温度に対応して設定された前記電子膨張弁の開度として、前記製氷部の温度低下に応じた開度減少率となるように設定され、前記開度減少率は前記製氷部の温度範囲に応じて３段階以上で変わるように設定された前記電子膨張弁の開度となるように、前記温度センサの検出温度に基づいて前記電子膨張弁の開度を制御したことを特徴とする製氷機。
請求項１に記載の製氷機において
前記温度センサは前記製氷部における前記蒸発器の冷媒の出口部の温度を検出するようにしたことを特徴とする製氷機。
請求項１または２に記載の製氷機において、
前記製氷部の温度範囲は、前記製氷小室内に噴射送出される製氷水を前記製氷小室内で凍結前に冷却する冷却段階の温度範囲と、前記製氷小室内で製氷水が凍結し始める凍結開始段階での温度範囲と、前記製氷小室内で氷を成長させていく氷成長段階での温度範囲とを含むことを特徴とする製氷機。
請求項１～３の何れか１項に記載の製氷機において、
前記制御装置は、前記温度センサの検出温度が上昇したときには前記電子膨張弁の開度を変更せずに維持し、前記温度センサの検出温度が開度を変更せずに維持したときの前記電子膨張弁の開度と対応する温度まで再び低下したときに、前記製氷部の温度に対応して設定された電子膨張弁の開度となる制御を再開するようにしたことを特徴とする製氷機。