JPH0510642A

JPH0510642A - 製氷機及びフアジイ推論による製氷機の制御方法

Info

Publication number: JPH0510642A
Application number: JP16581491A
Authority: JP
Inventors: Kichiji Abe; 吉治阿部; Kazuhiro Takahashi; 和弘高橋
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1991-07-05
Filing date: 1991-07-05
Publication date: 1993-01-19

Abstract

(57)【要約】【目的】ファジイ推論による離氷用水の給水時間の制
御によって、常に的確な給水制御を行う。【構成】製氷機１の離氷用水の給水時間ＫＴを制御部
２５によって制御する。制御部２５は外気温度センサー
２８及び水温センサー２９により外気温度ＡＴと離氷用
水温度ＷＴを検出する。制御部２５はＡＴとＷＴを入力
変数とするファジイ推論によって給水時間ＫＴを決定す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、製氷機に関し、特にフ
ァジイ推論によって離氷用水の給水時間の決定を行う製
氷機及びその制御方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来この種製氷機においては、例えば特
開平１−２００１６８号公報に示されるように、裏面に
冷凍サイクルの冷却パイプを備えた製氷部材の表面であ
る製氷面に製氷用水を循環し、氷塊を成長させ、成長し
た氷塊は冷却パイプにホットガスを流して離氷を行うと
共に、給水電磁弁から離氷用水を裏面に流して離氷を促
進させ、この離氷用水は貯水タンクに貯めて、次回の製
氷用水として用いる構成がとられている。

【０００３】製氷機は以上の製氷行程と離氷行程を繰り
返すものであるが、特に離氷用水の給水は時間制御によ
って行われている。この場合、氷塊は外気温度が高いほ
ど容易に離脱するものであるから、給水時間を従来では
外気温度によって例えば３０秒と５分の２段階で切り換
え制御していた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような従来の制御
方式では、離氷用水自体の温度を考慮しておらず、水温
が高く離氷が進んで氷塊が落下しているにも係わらず、
給水時間が長く続き、使用水量が多くなると云う問題が
あった。本発明は、係る課題を解決し、ファジイ推論に
より離氷用水の給水時間を制御することにより、適正な
量だけ給水を行って使用水量の節約を可能とした製氷機
及びその制御方法を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の製氷機は、製氷
手段と、離氷手段と、離氷用水を供給する給水手段と、
製氷手段により氷塊を形成する製氷行程と離氷手段によ
り製氷手段から氷塊を離脱させる離氷行程とを交互に繰
り返し実行すると共に、離氷行程中に給水手段により所
定の給水時間に渡って製氷手段に離氷用水を供給して離
氷を促進させる制御手段とを備え、この制御手段におけ
る前記給水時間の決定に際して、外気温度に基づき変化
する値と、離氷用水の温度に基づき変化する値を入力変
数としたファジイ推論を用いるものである。

【０００６】更に、本発明の製氷機の制御方法は、外気
温度を第１の入力変数とし、離氷用水の温度を第２の入
力変数として複数の推論規則の両入力変数に対応するメ
ンバ−シップ関数から両入力変数に応じたメンバ−シッ
プ値を求めた後、当該推論規則の出力変数をファジイ合
成し、その重心をとることにより推論結果を得て、これ
を離氷用水給水時間の決定に利用するものである。

【０００７】

【作用】本発明によれば、製氷機周囲の外気温度や供給
される離氷用水温の変動に対して的確に離氷用水の給水
時間を決定でき、適切な量の離氷用水の供給を行うこと
ができる。

【０００８】

【実施例】次に図面において実施例を説明する。図１は
本発明の製氷機１の制御手段としての制御装置Ｃのブロ
ック図であり、図２は製氷機１のシステム構成図、図３
は製氷機１の要部斜視図である。図２及び図３におい
て、製氷機１は独立した多数の氷塊２を製造するための
流下式の製氷機であり、表面に製氷面３Ａを有する製氷
手段としての製氷部材３、３はステンレス板を折曲加工
して、水平方向に延びる凹部４及び凸部５とを交合に複
数形成されており、それぞれ裏面を相対向し、間隔を存
して結合されると共に、各製氷部材３、３の裏面には蛇
行状に形成された冷却器としての冷却パイプ６が凹部４
の裏面に接触して配設されている。

【０００９】即ち、所定の間隔を存する冷却パイプ６の
垂直部分６Ａは、凹部４及び凸部５と交差関係を成し、
この内凹部４の裏面と対応する部分を、該凹部４の裏面
にハンダ付け等によって固定し、冷却パイプ６のベンド
部分６Ｂは凹部４の裏面に接触することなく、凸部５の
裏面と間隔を存して対向する。係る冷却パイプ６は電動
圧縮機７、凝縮器９、キャピラリチューブ１０等と共に
環状に接続されて冷凍サイクルが構成され、その付加的
装置として、凝縮器９をバイパスするバイパス管１１
と、該バイパス管１１に接続したホットガス電磁弁１２
を備えている。また、凝縮器９は送風機８によって強制
冷却される。

【００１０】次に、水系統について説明する。一方の製
氷部材３の上端は他方の製氷部材３の上端に覆い被さり
上部水案内部１４を構成さており、この上部水案内部１
４の上方に製氷水散水器１３が配設され、その長手方向
には水案内部１４を介して製氷面３Ａに製氷用水を流下
せしめる多数の散水孔１３Ａを所定間隔を存して形成し
ている。この散水器１３の端部から延出する導水管１５
は、貯水タンク１６に配設した循環ポンプ１７に接続さ
れている。これら散水器１３及び循環ポンプ１７によっ
て散水手段が構成される。また、貯水タンク１６は凸部
５の下端の下部水案内部１８、１８から落下する未凍結
水を回収する桶１９と連通している。

【００１１】一方、製氷面３Ａの裏面上方部位には離氷
用散水器２０が配設され、その長手方向には製氷面３Ａ
の裏面に離氷用水を散水せしめる多数の散水孔２０Ａを
所定間隔で形成している。この散水器２０は給水手段と
しての給水電磁弁２１を介して水道管に接続されてい
る。更に、図１において制御装置Ｃは基本的にはマイク
ロコンピュータからなる制御部２５から構成され、この
制御部２５の入力には、凝縮器９の冷媒出口側部分に取
り付けられた外気温度センサー２８の出力と、散水器２
０に取り付けられた水温センサー２９の出力が入力さ
れ、出力には電動圧縮機７、循環ポンプ１７のポンプモ
ーター１７Ｍ、ホットガス電磁弁１２、送風機８及び給
水電磁弁２１が接続されている。

【００１２】次に、制御装置Ｃの制御動作を説明する。
制御部２５は、先ず電源が投入されると給水電磁弁２１
を開いて貯水タンク１６へ給水動作を開始する。この場
合、離氷水散水器２０の散水孔２０Ａから製氷面３Ａ、
３Ａの裏面上部に散水された水は凹部４の裏面、凸部５
の裏面に沿って流下し、下部案内部１８から桶１９に落
下し、貯水タンク１６に定量給水されると給水電磁弁２
１が閉じて給水動作を終了する。

【００１３】この給水動作の終了と同時に、電動圧縮機
７を起動し、冷却パイプ６に低温冷媒を循環し、同時に
循環ポンプ１７のモーター１７Ｍを動作させて製氷動作
を開始する。貯水タンク１６内の製氷用水はこの循環ポ
ンプ１７の作動によって導水管１５を通り製氷水散水器
１３に圧送され、該散水器１３の散水孔１３Ａから上部
水案内部１４に散水された製氷用水は、製氷面３Ａを流
下する。製氷面３Ａを流下する製氷用水は下部水案内部
１８から桶１９に落下して貯水タンク１６に戻され、再
び製氷面３Ａへと循環される。

【００１４】この時、冷却パイプ６の垂直部分６Ａに沿
って製氷用水は流下するため、この循環を繰り返す過程
で冷却パイプ６の温度低下に合わせて製氷用水の温度は
徐々に低下して行く。更に製氷動作が続行されると、氷
塊２は更に成長して行く。この製氷動作が所定時間継続
して行われ、凹部４内に所定の氷塊２が形成されると、
電動圧縮機７は運転したまま送風機８のみを停止し、同
時に循環ポンプ１７も停止して製氷行程を終了する。

【００１５】このような制御によって製氷動作が終了す
ると、制御部２５はホットガス電磁弁１２を開いてバイ
パス管１１を通し、運転している電動圧縮機７から高温
高圧の冷媒ガス（ホットガス）を冷却パイプ６に導き、
製氷部材３を加熱して離氷動作を開始する。同時に給水
電磁弁２１を開いて離氷用散水器２０の散水孔２０Ａか
ら製氷面３Ａ、３Ａの裏側に制御部２５によって決定さ
れる給水時間だけ離氷用水を散水する。この離氷用水
は、凹部４の裏面、凸部５の裏面を流れ、前記ホットガ
スによる加熱と合わせて製氷部材３、３の温度を上昇さ
せ、氷塊２と製氷面３Ａの密着を解除する。これによっ
て凹部４から離脱した氷塊２は下方に位置した図示しな
い貯氷庫に落下することになる。

【００１６】このホットガスによる離氷行程は、製氷行
程の終了から所定時間で終了し、その後再び製氷動作が
開始される。ここで、離氷促進に必要とされる離氷用水
の給水時間ＫＴは経験的に外気温度ＡＴと給水電磁弁２
１から供給される離氷用水の温度ＷＴとによって変化す
ることが分かっている。即ち、外気温度ＡＴが高く、離
氷用水の温度ＷＴが高いほど給水時間は短くて良く、外
気温度ＡＴが低く、離氷用水の温度ＷＴが低いほど給水
を長くする必要がある。

【００１７】即ち、これらをＡＴ、ＷＴと給水時間ＫＴ
の関係で考えると、「ＡＴが高く、ＷＴが高ければ、Ｋ
Ｔは短くする」、「ＡＴが低く、ＷＴが低ければ、ＫＴ
は長くする」と云う関係になることが分かる。制御部２
５においては前記給水時間ＫＴを決定するに当たり、外
気温度センサー２８及び水温センサー２９の出力から外
気温度ＡＴ及び離氷用水の温度ＷＴを検知し、以上のよ
うな経験則を利用して実験的に予め定めたルールによる
ファジイ推論を用いて前記給水時間ＫＴの長さを決定す
る。以下、制御部２５において実行されるファジイ制御
につき説明する。

【００１８】ファジイ推論に用いる入力、即ちル−ルの
条件部の変数（ファジイ変数）としては前記ＡＴを第１
の入力変数とし、前記ＷＴを第２の入力変数とする。出
力、即ちル−ルの結論部の出力変数としては、前記ＫＴ
をとる。ファジイラベルとしてはＰＢ（かなり高い、或
いはかなり長く）、ＰＳ（少し高い、或いは少し長
く）、ＺＯ（普通）、ＮＳ（少し低い、或いは少し短
く）及びＮＢ（かなり低い、或いはかなり短く）の５つ
を用いる。また、各入力変数ＡＴ、ＷＴ及び出力変数Ｋ
Ｔのファジイラベルに与えるメンバシップ関数を連続関
数として表現したものを図４から図６に示す。即ち、入
力変数ＡＴ及びＷＴのファジイラベルは０℃以上＋４０
℃以下の規格化した台集合上で規定し、出力変数ＫＴの
ファジイラベルは０分以上４分以下の規格化した台集合
で規定する。このような「かなり」と云ったあいまいな
量を定量化することにより、ファジイ推論を行うことが
できるようになる。

【００１９】更に、ファジイ推論に用いるルールとして
は、この種製氷機の制御における経験則より表１に示す
１１のル−ルの組み合わせが考えられる。

【００２０】

【表１】

【００２１】表１は入力変数ＡＴのラベルを横に、入力
変数ＷＴのラベルを縦にとり、マトリックスによって組
み合わせを表したもので、マトリックスの交差部に結論
部としての出力変数ＫＴのラベルが示されている。これ
らのルールは、実験により実際に製氷機１を種々の外気
温度ＡＴ及び水温ＷＴ条件下にて動作させ、必要にして
充分な給水が行われるように各変数ＡＴ、ＷＴ、ＫＴの
ラベルを組み合わせて構成されたものである。

【００２２】表１の各ル−ルについて詳述すると、先ず
ル−ル「Ｉｆ入力変数ＡＴ＝ＮＢａｎｄ入力変数ＷＴ＝
ＮＢｔｈｅｎＫＴ＝ＰＢ」は、「外気温度ＡＴがかなり
低く、離氷用水の温度ＷＴもかなり低い時は、給水時間
ＫＴをかなり長くする」と云う条件の成立度を示す。ル−ル「Ｉｆ入力変数ＡＴ＝ＺＯａｎｄ入力変数ＷＴ＝
ＮＢｔｈｅｎＫＴ＝ＰＳ」は、「外気温度ＡＴが普通
で、離氷用水の温度ＷＴがかなり低い時は、給水時間Ｋ
Ｔを少し長くする」と云う条件の成立度を示す。

【００２３】ル−ル「Ｉｆ入力変数ＡＴ＝ＮＳａｎｄ入
力変数ＷＴ＝ＮＳｔｈｅｎＫＴ＝ＰＳ」は、「外気温度
ＡＴが少し低く、離氷用水の温度ＷＴも少し低い時は、
給水時間ＫＴを少し長くする」と云う条件の成立度を示
す。ル−ル「Ｉｆ入力変数ＡＴ＝ＰＳａｎｄ入力変数ＷＴ＝
ＮＳｔｈｅｎＫＴ＝ＺＯ」は、「外気温度ＡＴが少し高
く、離氷用水の温度ＷＴが少し低い時は、給水時間ＫＴ
を普通にする」と云う条件の成立度を示す。

【００２４】ル−ル「Ｉｆ入力変数ＡＴ＝ＮＢａｎｄ入
力変数ＷＴ＝ＺＯｔｈｅｎＫＴ＝ＰＳ」は、「外気温度
ＡＴがかなり低く、離氷用水の温度ＷＴが普通の時は、
給水時間ＫＴを少し長くする」と云う条件の成立度を示
す。ル−ル「Ｉｆ入力変数ＡＴ＝ＺＯａｎｄ入力変数ＷＴ＝
ＺＯｔｈｅｎＫＴ＝ＺＯ」は、「外気温度ＡＴが普通
で、離氷用水の温度ＷＴも普通の時は、給水時間ＫＴを
普通にする」と云う条件の成立度を示す。

【００２５】ル−ル「Ｉｆ入力変数ＡＴ＝ＰＢａｎｄ入
力変数ＷＴ＝ＺＯｔｈｅｎＫＴ＝ＮＳ」は、「外気温度
ＡＴがかなり高く、離氷用水の温度ＷＴが普通の時は、
給水時間ＫＴを少し短くする」と云う条件の成立度を示
す。ル−ル「Ｉｆ入力変数ＡＴ＝ＮＳａｎｄ入力変数ＷＴ＝
ＰＳｔｈｅｎＫＴ＝ＺＯ」は、「外気温度ＡＴが少し低
く、離氷用水の温度ＷＴが少し高い時は、給水時間ＫＴ
を普通とする」と云う条件の成立度を示す。

【００２６】ル−ル「Ｉｆ入力変数ＡＴ＝ＰＳａｎｄ入
力変数ＷＴ＝ＰＳｔｈｅｎＫＴ＝ＮＳ」は、「外気温度
ＡＴが少し高く、離氷用水の温度ＷＴも少し高い時は、
給水時間ＫＴを少し短くする」と云う条件の成立度を示
す。ル−ル「Ｉｆ入力変数ＡＴ＝ＺＯａｎｄ入力変数ＷＴ＝
ＰＢｔｈｅｎＫＴ＝ＮＳ」は、「外気温度ＡＴが普通
で、離氷用水の温度ＷＴがかなり高い時は、給水時間Ｋ
Ｔを少し短くする」と云う条件の成立度を示す。

【００２７】ル−ル「Ｉｆ入力変数ＡＴ＝ＰＢａｎｄ入
力変数ＷＴ＝ＰＢｔｈｅｎＫＴ＝ＮＢ」は、「外気温度
ＡＴがかなり高く、離氷用水の温度ＷＴもかなり高い時
は、給水時間ＫＴをかなり短くする」と云う条件の成立
度を示す。実際のファジイ推論においてはこれらのファジイルール
を全て若しくは選択的に使用し、外気温度センサー２８
及び水温センサー２９で温度ＡＴ及びＷＴを測定してこ
れらを各ルールにそれぞれ代入することによって入力変
数ＡＴに応じたメンバーシップ値及び入力変数ＷＴに応
じたメンバーシップ値を求め、両メンバ−シップ値の最
小値、即ち小さい方のメンバ−シップ値をそのルールの
成立度として選択する。結論部においては、この成立度
より下方のＫＴのメンバ−シップ関数（台集合）の面積
を各ルール毎にもとめ、求められた全面積を加重平均に
よりファジイ合成し、その重心を求めて推論結果として
の出力変数ＫＴを決定する。

【００２８】次に、図７において実際の状況を想定して
前記動作を実行してみる。例として今、ル−ル１「Ｉｆ
入力変数ＡＴ＝ＰＳａｎｄ入力変数ＷＴ＝ＮＳｔｈｅｎ
ＫＴ＝ＺＯ」及びルール２「Ｉｆ入力変数ＡＴ＝ＺＯａ
ｎｄ入力変数ＷＴ＝ＮＢｔｈｅｎＫＴ＝ＰＳ」を用い、
外気温度センサー２８によって得られた外気温度ＡＴが
＋２３℃、水温センサー２９によって得られた離氷用水
の温度ＷＴが＋６℃であったものとすると、図７のＡＴ
の入力値は＋２３、ＷＴの入力値は＋６となる。この場
合、ルール１のＡＴではメンバーシップ値０．３、ＷＴ
ではメンバーシップ値０．６でヒットし、ルール２のＡ
Ｔではメンバーシップ値０．７、ＷＴではメンバーシッ
プ値０．４でヒットする。

【００２９】各ルールで得られたメンバーシップ値の小
さい方の値を成立度として選択し、ルール１では結論部
のＫＴのメンバーシップ関数の０．３より下方の面積を
求め、ルール２では結論部のＫＴのメンバーシップ関数
の０．４より下方の面積を求めて各面積を図中矢印の如
く重ね合わせ、その重心を求めると３分が得られる。こ
れによってＫＴ＝３分が決定される。即ち、外気温度Ａ
Ｔが＋２３℃で離氷用水温度ＷＴが＋６℃の時は給水時
間ＫＴは３分となる。

【００３０】ここで、外気温度ＡＴが少し低い時（Ｎ
Ｓ）でも、離氷用水の温度ＷＴが少し高い時（ＰＳ）
は、表１からも明らかなように、給水時間ＫＴは普通
（ＺＯ）とする方向に制御されるので、従来のように不
必要に長く給水が行われることも解消できる。即ち、Ａ
Ｔ、ＷＴの変動に応じてＫＴの長さを調節するので、状
況に応じて適正な給水時間を決定することができるよう
になる。

【００３１】尚、給水動作が極端に早く終了した場合
は、貯水タンク１６に定量給水されないことがあるの
で、この点を考慮し、水位検出装置等によって貯水タン
ク１６の定量給水を補償する必要がある。また、前述の
ファジイ制御において、実施例では凝縮器９の冷媒出口
側温度と散水器２０の温度から外気温度及び離氷用水の
温度を直接的に検出したが、それに限らず、冷却パイプ
６の冷媒出口側温度の推移が、外気温度及び離氷用水の
温度によって変化することに着目し、そこにセンサーを
設けて温度の推移時間から外気温度及び離氷用水の温度
を間接的に検知しても良い。それによればセンサーを１
個にすることができる。また、実施例では２個のルール
を用いて推論を行ったが、全て若しくは更に多くのルー
ルを用いて推論を行えば、あらゆる状況に応じて的確な
推論結果が得られることは云うまでもない。

【００３２】

【発明の効果】以上の如く本発明によれば、外気温度と
供給される離氷用水の温度によって変化する値を入力変
数としてファジイ推論により離氷用水の給水時間を決定
するので、外気温度や離氷用水の温度の変動に対して的
確な給水時間を設定でき、それによって無駄な離氷用水
の給水を行わずに使用水量を節約することができる。

【００３３】特に、実験的に決定されたル−ルに基づい
て制御されるので、定性的な関係だけを決定すれば良
く、数式モデルが不要となる利点もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】制御装置のブロック図である。

【図２】製氷機のシステム構成図である。

【図３】製氷機の要部斜視図である。

【図４】入力変数Ｔ１のメンバシップ関数を表す図であ
る。

【図５】入力変数Ｔ２のメンバシップ関数を表す図であ
る。

【図６】出力変数Ｔ３のメンバシップ関数を表す図であ
る。

【図７】ファジイ推論の手法を説明する図である。

【符号の説明】

１製氷機３製氷部材６冷却パイプ９凝縮器１２ホットガス電磁弁２０離氷用水散水器２１給水電磁弁２５制御部２８外気温度センサー２９水温センサー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】製氷手段と、離氷手段と、離氷用水を供
給する給水手段と、前記製氷手段により氷塊を形成する
製氷行程と前記離氷手段により前記製氷手段から氷塊を
離脱させる離氷行程とを交互に繰り返し実行すると共
に、前記離氷行程中に前記給水手段により所定の給水時
間に渡って前記製氷手段に離氷用水を供給して離氷を促
進させる制御手段とを備え、該制御手段における前記給
水時間の決定に際して、外気温度に基づき変化する値
と、離氷用水の温度に基づき変化する値を入力変数とし
たファジイ推論を用いることを特徴とする製氷機。
【請求項２】外気温度を第１の入力変数とし、離氷用
水の温度を第２の入力変数として複数の推論規則の両入
力変数に対応するメンバ−シップ関数から両入力変数に
応じたメンバ−シップ値を求めた後、当該推論規則の出
力変数をファジイ合成し、その重心をとることにより推
論結果を得て、これを離氷用水給水時間の決定に利用す
ることを特徴とするファジイ推論による製氷機の制御方
法。