JPH0810098B2 - 製氷装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、蓄氷槽の水又は水溶液
を循環させて過冷却したのちその過冷却状態を解消させ
てスラリ―状の氷化物にするようにした製氷装置におい
て、製氷運転制御に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の製氷装置は、冷媒回路に
介設される熱交換器と蓄氷槽との間で蓄氷槽の水を循環
させる水循環路を設け、冷媒回路の冷媒との熱交換によ
り蓄氷槽の水等をスラリ―状の氷にするものである。そ
して、過冷却状態を解消する場所は水循環路の凍結を避
けるために水循環路を出てから行うものとしていた。例
えば、特開昭６３―２１７１７１号公報に開示された技
術では、水循環路の出口付近を傾斜させた上蓄氷槽の上
方に配置しておき、この傾斜部分で過冷却状態の解消を
行い、蓄氷槽内に落下させるものである。また、実開平
１―１１２３４５製公報に開示された技術では、水循環
路の出口端前方に邪魔板を有する傾斜樋を設置してお
き、この邪魔板に過冷却水を衝突させ、傾斜樋上を流下
させて蓄氷槽内に落下させるものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記技
術のうち前者のものでは、傾斜部分に相当の高低差を持
たせる必要があり、設計上の制約が大きい。また、大気
に晒される時間が長いので熱損失が大きいという問題が
ある。

【０００４】一方、後者のものでは、過冷却解消部を蓄
氷槽の上方に設けたために、熱交換器と過冷却解消部ま
での距離が長いとその間の配管で過冷却状態が解消して
しまう事態を避ける上で、熱交換器を蓄氷槽の近くに設
けなければならない等、設計上の制約が大きいという問
題がある。

【０００５】そこで、水循環路の途中で製氷を行い、流
動可能なスラリ―状に保ったまま循環路内を蓄氷槽まで
送る試みが考えられる。その場合、過冷却状態の解消部
位では生成した氷が管壁に付着し、それが着氷層をつく
って管壁を凍結させるために製氷効率を低下させ、さら
には管路を閉塞させて製氷運転をできなくしまうという
問題がある。そこで、上記試案では、過冷却解消部の周
囲を加熱する凍結防止部を設け、管壁に結着した部分を
融解することによって着氷層を剥離することが提案され
ている。

【０００６】しかしながら、単に凍結防止部の加熱操作
を継続するのみでは、加熱温度が高すぎると、せっかく
過冷却状態にまで冷却した水又は水溶液を昇温させ、製
氷量を著しく低下させてしまう。また、冷却によって過
冷却状態を解消する場合には、過冷却防止部に近接する
凍結防止部の高い温度に影響され、過冷却解消部の冷却
面温度が十分に下がらないために過冷却状態の解消が困
難になってしまう。したがって、加熱温度が高すぎる
と、製氷能力を低下させてしまうという問題が生じる。
他方、加熱温度が低すぎると、過冷却解消部の凍結防
止、管路の閉塞防止といった凍結防止部の機能が十分に
果たせない。

【０００７】また、凍結防止部に供給される高温冷媒の
流量や温度が十分でなければ、その温度制御を自在に行
なうことができない。

【０００８】本発明は斯かる点に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、製氷運転を行う上で、製氷能力が安
定し、かつ管路内において凍結、閉塞などのない、した
がって、信頼性の高い製氷運転を可能にし、このような
製氷運転を円滑、確実に行ないうるようにすることにあ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明が講じた手段は、凍結防止部の加熱面温度の
温度制御性を高くすると共に、過冷却水や過冷却解消部
を昇温させることなく凍結を防止できる最適の温度に、
加熱面温度を制御するものである。

【００１０】具体的には、本発明の第１の解決手段は、
図１（Ａ）に示すように、水又は水溶液のスラリ―状の
氷化物を貯溜するための蓄氷槽（５）と、冷却装置に接
続され、水又は水溶液を過冷却するための主熱交換器
（２２）と、上記主熱交換器（２２）と蓄氷槽（５）と
の間で水又は水溶液を強制循環させるための水循環路
（５１）と、上記主熱交換器（２２）下流側の水循環路
（５１）に設けられ、主熱交換器（２２）で過冷却され
た水又は水溶液の過冷却状態を解消してスラリ―状の氷
を生成するための過冷却解消部（８）と該過冷却解消部
（８）に近接して設けられ、過冷却解消部（８）により
生じた管壁の着氷を加熱することによって剥離する凍結
防止部（９）とを備えた製氷装置を前提とする。

【００１１】さらに、凍結防止部（９）が、冷却装置の
冷媒回路の冷媒との熱交換により管壁を加熱するように
上記冷媒回路と接続され、冷媒回路における凝縮器出口
からの高温液冷媒と、該高温液冷媒を２次熱交換器によ
り冷却した低温液冷媒とを混合して凍結防止部（９）に
供給する冷媒供給手段（Ｇ１）を設ける構成としたもの
である。

【００１２】第２の解決手段は、図１（Ｂ）に示すよう
に、上記製氷装置に加えて、凍結防止部（９）が、冷却
装置の冷媒回路の冷媒との熱交換により管壁を加熱する
ように上記冷媒回路と接続され、冷媒回路における凝縮
器出口からの高温液冷媒を温度制御して凍結防止部
（９）に供給する冷媒供給手段（Ｇ２）を設ける構成と
したものである。

【００１３】第３の解決手段は、上記製氷装置に加え
て、凍結防止部（９）の加熱面温度Ｔh を検出する加熱
面温度検出手段（Ａ）と、該加熱面温度検出手段（Ａ）
からの加熱面温度信号を受けて、該加熱面温度Ｔh を、
凝固点Ｔg よりも高い所定温度の目標凍結防止温度と比
較し、上記加熱面温度が目標凍結防止温度になるように
凍結防止部（９）の加熱能力を制御する加熱面温度制御
手段（Ｂ１）とを設ける構成としたものである。

【００１４】第４の解決手段は、上記製氷装置に加え
て、凍結防止部（９）の加熱面温度Ｔh を検出する加熱
面温度検出手段（Ａ）と、上記凍結防止部（９）配設箇
所における流れの流速を検出する流速検出手段（Ｃ）
と、該流速検出手段（Ｃ）からの流速信号を受けて、現
在の流速に適した目標凍結防止温度を設定する最適値設
定手段（Ｄ）と、該加熱面温度検出手段（Ａ）からの加
熱面温度信号と、上記最適値設定手段（Ｄ）からの目標
凍結防止温度信号とを受け、両温度を比較し、上記加熱
面温度が目標凍結防止温度になるように凍結防止部
（９）の加熱能力を制御する加熱面温度制御手段（Ｂ
２）とを設ける構成としたものである。

【００１５】第５の解決手段は、上記第３又は第４の解
決手段において、過冷却解消部（８）による氷の生成を
検出する氷生成検出手段（Ｅ）と、該氷生成検出手段
（Ｅ）からの氷生成信号を受けると、上記凍結防止部
（９）に冷媒を供給する冷媒供給制御手段（Ｆ）とを設
ける構成としたものである。

【００１６】第６の解決手段は、上記第３ないし第５の
いずれかの１の解決手段において、加熱面温度制御手段
（Ｂ）の目標凍結防止温度は、凝固点Ｔg よりも低い着
氷前の加熱面温度Ｔhpであって、着氷後に凝固点Ｔg よ
りも高い所定温度になる、該着氷前の加熱面温度Ｔhp
と、凝固点Ｔgとの間において設定される構成としたも
のである。

【００１７】

【作用】以上の構成により、蓄氷槽（５）と主熱交換器
（２２）との間において水又は水溶液を循環させてお
り、主熱交換器（２２）下流側の過冷却解消部（８）に
より過冷却状態を解消してスラリー状の氷を生成すると
共に、凍結防止部（９）により過冷却解消部（８）近傍
の管壁を加熱して着氷を剥離している。この製氷運転に
おいて、請求項１の発明では、凍結防止部（９）が、冷
媒回路の冷媒との熱交換により管壁を加熱するように上
記凍結防止部（９）と冷媒回路とを接続し、冷媒回路に
おける凝縮器出口からの高温液冷媒と、該高温液冷媒を
２次熱交換器により冷却した低温液冷媒とを混合して凍
結防止部（９）に供給する冷媒供給手段（Ｇ１）を備え
ている。したがって、２本の冷媒流路から凍結防止部
（９）へ高温液冷媒が供給されることになり、加熱面温
度Ｔh を制御するために必要な冷媒流量が十分に確保さ
れる。

【００１８】請求項２の発明では、上記製氷運転におい
て、凍結防止部（９）が、上記冷媒回路（１）の冷媒と
の熱交換により管壁を加熱するように上記凍結防止部
（９）と冷媒回路とを接続し、冷媒回路における凝縮器
出口からの高温液冷媒を温度制御して凍結防止部（９）
に供給する冷媒供給手段（Ｇ２）を備えている。したが
って、高温の熱源から冷媒が供給されることとなり、温
度制御範囲が拡がる。また、供給される液冷媒が高温ほ
ど凍結防止部の加熱面温度Ｔh との温度差が大きくなる
ので、凍結防止部（９）を加熱するのに必要な高温液冷
媒の量は減少する。

【００１９】請求項３の発明では、上記製氷運転におい
て、加熱面温度検出手段（Ａ）により凍結防止部（９）
の加熱面温度Ｔh が検出され、加熱面温度制御手段（Ｂ
１）が、加熱面温度検出手段（Ａ）からの加熱面温度信
号を受けて、該加熱面温度Ｔh を、凝固点Ｔg よりも高
い所定温度の目標凍結防止温度と比較し、上記加熱面温
度が目標凍結防止温度になるように凍結防止部（９）の
加熱能力を制御する。したがって、凍結防止部（９）の
加熱面温度Ｔh は、最適の解消温度として設定された目
標凍結防止温度に制御される。したがって、氷が管壁に
結着した部分を融解して着氷を剥離すると一方、過冷却
水や過冷却解消部（８）を昇温させることがない。

【００２０】請求項４の発明では、上記製氷運転におい
て、流速検出手段（Ｃ）により流速が検出され、この流
速信号に基づいて、最適値設定手段（Ｄ）が、現在の流
速に適した目標凍結防止温度を設定する。そして、加熱
面温度制御手段（Ｂ２）により、冷却面温度検出手段
（Ａ）により検出された加熱面温度と最適値設定手段
（Ｄ）により設定された目標凍結防止温度とを比較し、
上記加熱面温度が目標凍結防止温度になるように凍結防
止部（９）の加熱能力が制御される。したがって、凍結
防止部（９）の配設箇所における流速が増減することに
より最適値が変動しても、目標凍結防止温度が現在の流
速にもっとも適した値になるように凍結防止部（９）の
加熱能力が制御される。

【００２１】請求項５の発明では、上記請求項３又は４
の発明に加えて、氷生成検出手段（Ｅ）により、過冷却
解消部（８）による氷の生成が検出され、冷媒供給制御
手段（Ｆ）が、氷生成検出手段（Ｅ）からの氷生成信号
を受けて、上記凍結防止部（９）に冷媒を供給する。し
たがって、氷が生成したときにだけ凍結防止部（９）が
作動される。

【００２２】請求項６の発明では、上記請求項３〜５の
いずれか１の発明において、加熱面温度制御手段（Ｂ）
の目標凍結防止温度は、凝固点Ｔg よりも低い着氷前の
加熱面温度Ｔhpであって、着氷後に凝固点Ｔg よりも高
い所定温度になる、該着氷前の加熱面温度Ｔhpと、凝固
点Ｔg との間において設定されている。したがって、加
熱面温度Ｔh が凝固点Ｔg より低温に保たれる（Ｔhp＜
Ｔh ＜Ｔg ）ので、過冷却水及び過冷却解消部（８）が
昇温されることがなく製氷能力が向上する。

【００２３】

【実施例】以下、本発明の実施例について、第２図以下
の図面に基づき説明する。

【００２４】第２図は請求項１及び３の発明に係る第１
実施例の空気調和装置の冷媒回路（１）の構成を示し、
（１１）は第１圧縮機、（１２）は該第１圧縮機（１
１）の吐出側に配置され、冷媒と室外空気との熱交換を
行う室外熱交換器、（１３）は該室外熱交換器（１２）
の冷媒流量を調節し、又は減圧を行う室外電動膨張弁で
あって、上記各機器（１１）〜（１３）は第１管路（１
４）中で直列に接続されている。

【００２５】また、（２１）は第２圧縮機、（２２）は
該第２圧縮機（２１）の吐出側に配置され、後述の蓄氷
槽（５）の水又は水溶液を過冷却するための主熱交換器
である水熱交換器、（２３）は該水熱交換器（２２）が
凝縮器として機能するときには冷媒流量を調節し、蒸発
器として機能するときには冷媒の減圧を行う水側電動膨
張弁であって、上記各機器（２１）〜（２３）は第２管
路（２４）及び後述する第３管路（３４）で直列に接続
されている。

【００２６】なお、（ＳＤ１），（ＳＤ２）はそれぞれ
各圧縮機（１１），（２１）の吐出管に設けられた油分
離器、（Ｃ１），（Ｃ２）は該各油分離器（ＳＤ１），
（ＳＤ２）から各圧縮機（１１），（２１）の吸入側に
それぞれ設けられた油戻し管（ＲＴ１），（ＲＴ２）に
それぞれ介設された減圧用キャピラリチュ―ブである。

【００２７】さらに、（３２），（３２）は各室内に配
置される室内熱交換器、（３３），（３３）は冷媒を減
圧する減圧弁としての室内電動膨張弁であって、上記各
機器（３２），（３３）は各々直列に接続され、かつそ
の各組が第３管路（３４）中で並列に接続されている。

【００２８】そして、上記第１管路（１４）及び第２管
路（２４）は第３管路（３４）に対して並列に接続され
ている。なお、（Ａｃ）は各圧縮機（１１），（２１）
の吸入側となる第３管路（３４）に設けられたアキュム
レ―タである。

【００２９】また、（２）は室外熱交換器（１２）のガ
ス管と室内熱交換器（３２），（３２）のガス管とを各
圧縮機（１１），（２１）の吐出側又は吸入側に交互に
連通させるよう切換える四路切換弁（２）であって、該
四路切換弁（２）が図中実線側に切換わったときには室
外熱交換器（１２）が凝縮器、室内熱交換器（３２），
（３２）が蒸発器として機能して室内で冷房運転を行う
一方、四路切換弁（２）が図中破線側に切換わったとき
には室外熱交換器（１２）が蒸発器、室内熱交換器（３
２），（３２）が凝縮器として機能して室内で暖房運転
を行うようになされている。

【００３０】さらに、該水熱交換器（２２）のガス管と
各圧縮機（１１），（２１）の吸入管とをバイパス接続
する分岐路（２５）と、水熱交換器（２２）のガス管を
上記第２圧縮機（２１）の吐出管と分岐路（２５）とに
交互に連通させる水側切換弁（２６）とが設けられてい
る。該水側切換弁（２６）は四路切換弁のうちの３つの
ポ―トを利用しており、水側切換弁（２６）が図中実線
側に切換わったときには水熱交換器（２２）のガス管が
分岐路（２５）側つまり各圧縮機（１１），（２１）の
吸入側に連通し、水熱交換器（２２）が蒸発器として機
能する一方、水側切換弁（２６）が図中破線側に切換わ
ったときには水熱交換器（２２）のガス管が第２圧縮機
（２１）の吐出管に連通し、水熱交換器（２２）が凝縮
器として機能するようになされている。なお、（Ｃ３）
は水側切換弁（２６）のデッドポ―ト側の配管に介設さ
れたキャピラリチュ―ブである。

【００３１】さらに、第１圧縮機（１１）及び第２圧縮
機（２１）の吐出管同士を接続するバイパス路（３）が
設けられていて、該バイパス路（３）には第２圧縮機
（２１）の吐出管側から第１圧縮機（１１）の吐出管側
への冷媒流通のみを許容する逆止弁（４）が介設されて
いる。

【００３２】すなわち、室外熱交換器（１２）及び水熱
交換器（２２）が凝縮器として機能する際、水熱交換器
（２２）における凝縮温度が高く圧力が高くなった場
合、第２圧縮機（２１）の吐出ガスを室外熱交換器（１
２）側に逃がすことにより、放熱量を分配しうるように
なされている。

【００３３】ここで、空気調和装置には、蓄熱媒体とし
ての水又は水溶液のスラリ―状の氷化物を貯溜するため
の蓄氷槽（５）が配置されていて、該蓄氷槽（５）と水
熱交換器（２２）との間は、水循環路（５１）により水
又は水溶液の循環可能に接続されている。該水循環路
（５１）は、蓄氷槽（５）の底部から水熱交換器（２
２）に水等を供給する往管路（５１Ａ）と、水熱交換器
（２２）から蓄氷槽（５）の上部に水等のスラリ―状の
氷化物を戻す復管路（５１Ｂ）とからなっており、往管
路（５１Ａ）に介設されたポンプ（５２）により、水循
環路（５１）内で蓄氷槽（５）の水又は水溶液を強制循
環させるようになされている。

【００３４】そして、水循環路（５１）の往管路（５１
Ａ）のポンプ（５２）の下流側には、水循環路（５１）
の水又は水溶液中の氷結物やゴミ等の固体物を除去する
ストレ―ナ（５３）が介設され、さらに、該ストレ―ナ
（５３）の下流側には、水熱交換器（２２）に供給され
る水等を予熱する予熱熱交換器（６）が介設されてい
る。

【００３５】さらに、上記水循環路（５１）の復管路
（５１Ｂ）において、水熱交換器（２２）の下流側に
は、復管路（５１Ｂ）の水等を冷却して水熱交換器（２
２）で過冷却された水等の過冷却状態を解消させる、過
冷却解消部としての再冷却器（８）が設けられている。
さらに、該再冷却器（８）上流側の近傍には、再冷却器
（８）の凍結を防止する、凍結防止部としての加熱器
（９）が設けられている。

【００３６】この空気調和装置の運転時において、室内
で冷房運転を行うときには、四路切換弁（２）が図中実
線側に切換えられる。そして、水側切換弁（２６）が図
中実線側に切換えられているときには、各圧縮機（１
１），（２１）からの吐出冷媒がいずれも室外熱交換器
（１２）で凝縮された後、各室内熱交換器（３２），
（３２）で蒸発することにより、室内の冷房を行う。ま
た、水側切換弁（２６）が図中破線側に切換えられてい
るときには、第１圧縮機（１１）の吐出冷媒が室外熱交
換器（１２）に流れる一方、第２圧縮機（２１）の吐出
冷媒は水熱交換器（２２）に流れ、それぞれ凝縮された
後各室内熱交換器（３２），（３２）で蒸発するように
循環する。

【００３７】また、夜間等の電力が安価なときには、蓄
氷槽（５）に冷熱を蓄える蓄冷熱運転が行われる。すな
わち、四路切換弁（２）及び水側切換弁（２６）を図中
実線側に切換え、各室内電動膨張弁（３３），（３３）
を閉じて、各圧縮機（１１），（２１）の吐出冷媒を室
外熱交換器（１２）で凝縮させる。しかるのち、水側電
動膨張弁（２３）で減圧して水熱交換器（２２）で蒸発
させる。これにより、蓄氷槽（５）の水又は水溶液を過
冷却する。そして，過冷却水等が再冷却器（８）で再冷
却され、その過冷却状態が解消されて、スラリ―状に氷
化する。他方、加熱器（９）に高温の液冷媒を流通させ
ることにより、水循環路（５１）の管壁を加熱し、着氷
を剥離する。そして、この氷化物を流動可能なスラリ―
状に保ったまま蓄氷槽（５）へ強制循環して貯溜し、昼
間の冷房運転時の冷熱として使用する。

【００３８】次に、本発明の特徴として、上記冷媒回路
（１）には、加熱器（９）に加熱用冷媒を供給するため
の冷媒供給手段（Ｇ１）が形成されている。この冷媒供
給手段（Ｇ１）は、予熱バイパス路（６１）と加熱バイ
パス路（７０）とから構成されている。まず、予熱バイ
パス路（６１）は、その始点と終点が冷媒回路（１）の
第３管路（３４）に設けられている。そして、室外熱交
換器（１２）出口から高温液冷媒の一部をバイパスさせ
て予熱熱交換器（６）に流通させ、この後冷媒を室外電
動膨脹弁（１３）下流側の第３管路（３４）に戻してい
る。該予熱バイパス路（６１）には、予熱熱交換器
（６）の下流側に、冷媒の流れを開閉制御する予熱電動
膨張弁（６２）が介設されている。

【００３９】さらに、予熱バイパス路（６１）には、加
熱バイパス路（７０）が設けられている。この加熱バイ
パス路（７０）は、高温通路（７０Ａ）、低温通路（７
０Ｂ）及び混合通路（７０Ｃ）から構成されている。高
温通路（７０Ａ）は、水熱交換器（２２）の製氷運転時
に予熱熱交換器（６）の上流側となるａ点から分岐し、
低温通路（７０Ｂ）は予熱熱交換器（６）の下流側のｂ
点から分岐している。これらの高低温の両通路（７０
Ａ），（７０Ｂ）は、合流して混合通路（７０Ｃ）とな
る。混合通路（７０Ｃ）は、加熱器（９）を経て、第３
管路（３４）の電動膨脹弁（２３）上流側に接続されて
いる。高低温の両通路（７０Ａ），（７０Ｂ）には、そ
れぞれ減圧機能と流量制御機能を有する電動膨脹弁（７
１Ａ），（７１Ｂ）が介設されている。

【００４０】この冷媒供給手段（Ｇ１）において、予熱
バイパス路（６１）内のａ点から高温通路（７０Ａ）に
分流した高温液冷媒は、電動膨脹弁（７１Ａ）により流
量が調節される。一方、予熱熱交換器（６）を通過して
やや低温になった低温液冷媒はｂ点から低温通路（７０
Ｂ）に分流し、電動膨脹弁（７１Ｂ）により流量が調節
される。高低温の両通路（７０Ａ），（７０Ｂ）中の液
冷媒は、混合通路（７０Ｃ）に流入すると合流して混合
され、加熱器（９）に供給される。この後、冷媒は第３
管路（３４）に戻される。

【００４１】また、本発明のもう一つの大きな特徴とし
て、加熱器（９）の加熱面温度制御がある。図３に示す
ように、加熱器（９）には、加熱器の加熱面温度Ｔh を
検出する、加熱面温度検出手段（Ａ）としての加熱器セ
ンサ（８１）が配設されている。

【００４２】そして、上記加熱面温度Ｔh はコントロー
ラ（１０）に入力され、該コントローラ（１０）によっ
て加熱器（９）の運転が制御されている。

【００４３】コントローラ（１０）は、上記加熱器セン
サ（８１）からの加熱面温度信号を受けて、該加熱面温
度Ｔh を、凝固点Ｔg よりも高い温度の目標凍結防止温
度と比較する。

【００４４】目標凍結防止温度は、凝固点Ｔg より一定
温度（例えば３℃）だけ高い所定値に設定されている。

【００４５】次に、この所定値と加熱面温度Ｔh の温度
差に対応する制御信号を、コントローラ（１０）から電
動膨脹弁（７１Ａ），（７１Ｂ）に送る。そして、電動
膨脹弁（７１Ａ），（７１Ｂ）は、混合割合を変化さ
せ、加熱器（９）の加熱面温度Ｔh が目標凍結防止温度
なるように調節する。

【００４６】凍結防止部（９）の加熱面温度Ｔh は、あ
らかじめ最適の解消温度として設定された目標凍結防止
温度に制御される。したがって、氷が管壁に結着した部
分を融解して着氷を剥離すると共に、過冷却水や過冷却
解消部（８）を昇温させることがない。

【００４７】コントローラ（１０）が制御することがで
きる温度制御範囲を、図２と図４のｐ−ｈ線図とを対応
させながら説明する。

【００４８】図中において、飽和液線、冷凍サイクルが
描かれており、飽和液線上で２本の加熱面温度の下限値
のＴhmin線が交わっている。図２のａ点における高圧高
温液冷媒は図４では、冷凍サイクルの凝縮過程の線上に
位置する。図２で高温通路（７０Ａ）に分流された高圧
高温液冷媒は電動膨脹弁（７１Ａ）で減圧冷却され図４
のｃ点に至る。一方、予熱バイパス路（６１）下流側に
位置する図２のｂ点における低温液冷媒は、予熱熱交換
器（６）により等圧冷却を受けているので、図４ではａ
点から等圧線上を左へ移動してｂ点に至る。そして、電
動膨脹弁（７１Ｂ）を通過した図２のｄ点では，減圧さ
れるが、飽和液線より左側の領域、つまり液相のままで
あるので、温度は下がらない。したがって、図４のｂ点
から真下に移動してｄ点に至る。さらに、高低温の両通
路（７０Ａ），（７０Ｂ）から混合バイパス路（７０
Ｃ）に流入して混合された後、図２のｅ点に至った液冷
媒は、高低温の両冷媒の中間温度になるので、図４では
等圧線上のｄ点とｃ点の中間のｅ点へ移動する。図２で
加熱器（９）を通過してｆ点に至った液冷媒は、図４で
は、加熱器（９）により等圧冷却されるので、左へ移動
してｆ点に至る。

【００４９】この図４の液冷媒の温度変化より、液冷媒
の温度制御範囲Ｒ1 の上限温度は、電動膨脹弁（７１
Ａ）を通過した後のｃ点の温度で決まる。また、下限温
度はｂ点又はｄ点の温度で決まる。したがって、高温用
低温用の２個の電動膨脹弁（７１Ａ），（７１Ｂ）の開
度を図２のａ点とｂ点との温度範囲内において設定する
ことができる。例えば、加熱面温度Ｔh を１℃にしたい
場合、高温液冷媒のａ点温度が３５℃であり、低温液冷
媒のｂ点温度が１５℃のときには、ｅ点温度が例えば２
０℃になるように、２個の電動膨脹弁（７１Ａ），（７
１Ｂ）の開度を制御する。また、加熱面温度Ｔh に応じ
て一方の電動膨脹弁を固定しておき、他方の電動膨脹弁
だけを制御できることはもちろんである。

【００５０】上記実施例においては、加熱器（９）の加
熱面温度Ｔh を、所定値に制御できる。したがって、氷
が管壁に結着した部分を融解して着氷を剥離できる一
方、過冷却水や過冷却解消部（８）を昇温させることが
なくなり、信頼性が高く、安定した製氷運転が可能にな
る。

【００５１】また、加熱器（９）には２本の通路（７０
Ａ），（７０Ｂ）から液冷媒が供給されるので、流量が
増大することとなり、加熱器（９）の温度制御性が向上
する。

【００５２】尚、上記実施例では、２個の電動膨脹弁
（７１Ａ），（７１Ｂ）を用いたが、高低温の液冷媒の
うちいずれか一方にだけ電動膨脹弁を設けて流量と温度
を制御するものであってもよい。また、２個の電動膨脹
弁（７１Ａ），（７１Ｂ）に代え、両バイパス路（７０
Ａ），（７０Ｂ）の合流点に三路切換弁を設けて一方の
流れだけを制御するものであってもよい。

【００５３】また、本実施例では、２次熱交換器として
予熱熱交換器（６）を利用するので、低温液冷媒を作る
ための熱源を別に用意する必要がなくなると共に、手段
熱交換器（２２）が氷の粒子が流入するのを防止すると
いう予熱機能を果たすことができる。しかし、予熱熱交
換器（６）を必ず２次熱交換器として利用しなければな
らないものではなく、予熱熱交換器（６）と２次熱交換
器とを別々に設けてもよいことはもちろんである。

【００５４】次に、請求項２及び４に係る第２実施例に
ついて説明する。この実施例は、加熱器（９）に室外熱
交換器（１２）出口からの高温液冷媒だけを供給すると
共に、加熱面温度制御において目標凍結防止温度を流速
に応じた最適値にするものである。

【００５５】この実施例の空気調和装置の冷媒回路
（１）の構成を図５に示す。この実施例の冷媒供給手段
（Ｇ２）は、第３管路（３４）に予熱バイパス路（６
１）が設けられ、さらに予熱バイパス路（６１）から加
熱バイパス路（７２）が分岐している。この加熱バイパ
ス路（７２）は、加熱器（９）を経て、電動膨脹弁（２
３）と主熱交換器（２２）との間の第３管路（３４）に
接続されている。加熱器（９）の上流側には電動膨脹弁
（７３）が介設されており、下流側にはキャピラリーチ
ューブ（７４）が介設されている。

【００５６】図３に示すように、復管路（５１Ｂ）内に
は、再冷却器（８）配設箇所における水又は水溶液の流
れの流速ｕを検出する、流速検出手段（Ｃ）としての流
速検出センサ（８２）が配置されている。他の構成は、
図２の冷媒回路（１）と同じである。

【００５７】そして、流速検出センサ（８２）が再冷却
器（８）配設箇所における流れの流速ｕを検出し、コン
トローラ（１０）に流速信号を送る。コントローラ（１
０）内の最適値設定手段（Ｄ）は、流速検出センサ（８
２）からの流速信号を受けて、現在の流速に適した所定
値に目標凍結防止温度を設定する。加熱面温度制御手段
（Ｂ２）が、加熱面温度検出手段（Ａ）からの加熱面温
度信号と、上記最適値設定手段（Ｄ）からの目標凍結防
止温度とを受け、両温度を比較する。

【００５８】次に、コントローラ（１０）が、この所定
値と加熱面温度Ｔh の温度差に対応する制御信号を、電
動膨脹弁（７３）に送る。電動膨脹弁（７３）は、冷媒
流量を変化させ、加熱器（９）の加熱面温度Ｔh が目標
凍結防止温度なるように調節する。

【００５９】次に、コントローラ（１０）が制御するこ
とができる温度制御範囲を、図５と図６のｐ−ｈ線図と
を対応させながら説明する。

【００６０】図中において、図２のａ点における高圧高
温液冷媒は、図６では、冷凍サイクルの凝縮過程の線上
に位置する。加熱バイパス路（７２）に分流された高圧
高温液冷媒は、電動膨脹弁（７３）で減圧冷却され、図
６のｇ1 点に至る。ｇ1 点では、飽和液線の右側にあ
り、高温液冷媒は気−液２相冷媒となっている。さら
に、図５で加熱器（９）を通過してｈ点に至った２相冷
媒は、加熱器（９）における水又は水溶液との熱交換に
より熱を奪われるが、相転移（気→液）の潜熱であるの
で、冷媒温度は変わらない。したがって、図６では、ｇ
1 点から等温線に沿って左へ移動してｈ点に至る。この
後、図５のキャピラリーチューブ（７４）を通過した後
のｅ点における冷媒は、キャピラリーチューブ（７４）
で減圧されので、膨脹冷却される。したがって、図６で
は、ｈ点から下方へ移動し、蒸発過程の冷凍サイクル上
のｉ点に至る。ｉ点を通過した冷媒は、第三管路（３
４）に戻される。ここで、電動膨脹弁（７３）の開度Ｅ
v は、最大開度（減圧膨脹の程度は最も小さい）のとき
に、図４のｇ2 点に移動する。一方、電動膨脹弁（７
３）の開度Ｅv が最小開度（減圧膨脹の程度は最も大き
い）のときに、図４のｇ3 点へ移動する。しかしなが
ら、ｇ3 点は加熱面温度の下限値Ｔhmin（ｇ4 点に相
当）より低温であるため、制御温度としては使用できな
い。

【００６１】したがって、液冷媒の温度制御範囲Ｒ2 の
上限温度は、電動膨脹弁（７３）の開度Ｅv が最大のと
きのｇ2 点の温度で決まる。また、下限温度は加熱面温
度の下限値Ｔhminとなる。したがって、電動膨脹弁（７
３）の開度は、図６のｇ2 点と加熱面温度の下限値Ｔhm
inとの温度範囲Ｒ2 において設定することができる。

【００６２】したがって、上記第２実施例においては、
凍結防止部（９）の配設箇所における流速が増減するこ
とにより最適値が変動しても、目標凍結防止温度が現在
の流速にもっとも適した値になるように、凍結防止部
（９）の加熱能力を制御することができる。

【００６３】さらに、高温の熱源から冷媒が供給される
こととなり、温度制御範囲が拡がる。また、供給される
液冷媒が高温ほど加熱器（９）の加熱面温度Ｔh との温
度差が大きくなるので、加熱器（９）を加熱するのに必
要な高温液冷媒の量は減少する。したがって、加熱器
（９）の温度制御性が向上する。

【００６４】ここで、予熱バイパス路（６１）の予熱熱
交換器（６）上流側の図５のａ点から高温液冷媒を加熱
器（９）に供給する構成としたので、図６の温度制御範
囲Ｒ2 を広くすることができる。つまり、予熱熱交換器
（６）下流側の図５のｂ点における低温液冷媒を加熱器
（９）の加熱に用いた場合には、予熱熱交換器（６）に
おいて低温の水又は水溶液（例えば、０℃〜１℃）と熱
交換されるため、ａ点の温度よりもかなり低下する。し
たがって、図６のｂ点は、ａ点よりも左へ大きく移動し
てしまい、その温度制御範囲Ｒ3 は狭いものとなる。

【００６５】また、加熱器（９）の前後の加熱バイパス
路（７２）に電動膨脹弁（７３）とキャピラリーチュー
ブ（７４）とを配設したのは、加熱器（９）内の冷媒流
路を所定の低圧状態に保持するためである。これによ
り、高圧高温の液冷媒がそのまま加熱器（９）に流入す
ることによって製氷能力が低下するのを防止できると共
に、加熱面温度Ｔh を目標凍結防止温度にする上で、加
熱器（９）内の冷媒流路を良好な圧力状態に保持するこ
とができる。

【００６６】また、加熱バイパス路（７２）に供給され
た冷媒を主熱交換器（２２）上流側の第三管路（３４）
に戻すこととしたので、主熱交換器（２２）に供給され
る冷媒量が減少せず、製氷能力を確保することができ
る。

【００６７】次に、請求項５に係る加熱面温度制御の第
１変形例を説明する。この変形例は、請求項３の発明に
加えて、氷生成検出手段（Ｅ）と、氷生成検出手段
（Ｅ）からの氷生成生成信号を受けて、上記凍結防止部
（９）に冷媒を供給する冷媒供給制御手段（Ｆ）を設け
たものである。これにより、必要なときにだけ加熱器
（９）を作動させることができので、省エネルギーにな
ると共に、過冷却水や過冷却解消部（８）の昇温を防止
して製氷能力を確保することができる。氷生成検出手段
（Ｅ）としては、図３に示すように、再冷却器（８）下
流側に配置した流体温度センサ（８３）により流体温度
Ｔw を検出する。そして、この流体温度Ｔw とその温度
勾配を氷生成条件として用い、氷の生成を判別してい
る。尚、氷生成条件としては、ほかに冷却面温度とその
温度勾配を用いてもよい。

【００６８】また、請求項４の発明について氷生成検出
手段（Ｅ）と冷媒供給制御手段（Ｆ）とを設けた場合に
ついても、請求項３の発明の場合と同様の効果を発揮す
ることができる。

【００６９】また、請求項６に係る加熱面温度制御の第
２変形例を説明する。この変形例は、請求項３〜５の発
明において、目標凍結防止温度を、加熱器（９）表面に
氷が付着する前は凝固点Ｔg より低い温度であるが、氷
が付着した後は凝固点Ｔg より高くなって付着した氷を
剥離できるような所定温度に設定しようとするものであ
る。

【００７０】すなわち、加熱器（９）に着氷が生じる前
においては、凝固点Ｔg よりも低い温度であるが、着氷
後には、その着氷（例えば、厚さ１mm）によって凝固点
Ｔg よりも高い所定温度（例えば、３℃）になる、着氷
前の加熱面温度Ｔhpを設定する。これは、着氷によって
加熱器（９）と水又は水溶液との熱交換が妨げられるた
め、加熱面温度Ｔh が上昇することを利用したものであ
る。

【００７１】そして、目標凍結防止温度を、この着氷前
の加熱面温度Ｔhpと凝固点Ｔg との間において設定する
ものである。具体的には、図７において、請求項３の発
明のごとく目標凍結防止温度をあらかじめ所定温度に設
定する場合には、目標凍結防止温度は、ある流速ｕ1 に
おける着氷前の加熱面温度Ｔhp1 と凝固点Ｔg との間に
設定することになる。

【００７２】また、着氷前の加熱面温度Ｔhpは、図７に
示すように、流速ｕによって変化する。図中において、
ｕ＝０のときは、着氷前の加熱面温度Ｔhpは凝固点Ｔg
に等しいが、流速ｕが増加するにしたがって低下し、し
だいに一定になる。流速ｕが大きい時の着氷前の加熱面
温度Ｔhpは、臨界解消温度ＴR に近づく。このため、着
氷前の加熱面温度Ｔhpを臨界解消温度ＴR に近い温度に
まで下げると過冷却状態を解消して氷化を起こすので、
着氷前の加熱面温度Ｔhpは臨界解消温度ＴR より高く設
定しておく必要がある。

【００７３】そして、請求項４の発明のごとく目標凍結
防止温度を流速に対応して変動させる場合には、目標凍
結防止温度は、図７の着氷前の加熱面温度のＴhp線と凝
固点Ｔg の等温線との間の領域に設定することになる。

【００７４】したがって、第２変形例では、加熱面温度
Ｔh が凝固点Ｔg より低温に保たれる（Ｔhp＜Ｔh ＜Ｔ
g ）ので、過冷却水及び過冷却解消部（８）が昇温され
ることがなく製氷能力が向上する。

【００７５】

【発明の効果】以上の構成により、請求項１の発明によ
れば、凍結防止部には、冷媒供給手段により２本の冷媒
流路から加熱用の液冷媒が供給されるので、加熱面温度
Ｔh を制御するために必要な冷媒流量が十分に確保され
る。したがって、凍結防止部の温度制御性が向上し、そ
の結果、製氷運転を円滑、確実に行なうことができる。

【００７６】請求項２の発明によれば、冷媒供給手段に
より冷媒回路における凝縮器出口からの高圧高温の液冷
媒が凍結防止部に供給されるので、温度制御範囲が拡が
ると共に、供給される液冷媒の温度と加熱面温度との差
が大きいので、凍結防止部の所要冷媒量は小さいものと
なる。したがって、凍結防止部の温度制御性が向上し、
請求項１と同様の効果を発揮することができる。

【００７７】請求項３の発明によれば、加熱面温度制御
手段が、加熱面温度検出手段からの加熱面温度信号を受
けて、該加熱面温度を、凝固点よりも高い所定温度の目
標凍結防止温度と比較し、上記加熱面温度が目標凍結防
止温度になるように凍結防止部の加熱能力を制御する。
したがって、凍結防止部の加熱面温度は、最適の解消温
度として設定された目標凍結防止温度に制御されので、
氷が管壁に結着した部分を融解して着氷を剥離すると一
方、過冷却水等や過冷却解消部を昇温させることがな
い。よって、製氷能力が安定し、信頼性の高い製氷運転
を行なうことができる。

【００７８】請求項４の発明によれば、流速検出手段に
より流速が検出され、この流速信号に基づいて、最適値
設定手段が、現在の流速に適した目標凍結防止温度を設
定する。そして、加熱面温度制御手段により、冷却面温
度検出手段により検出された加熱面温度と最適値設定手
段により設定された目標凍結防止温度とを比較し、上記
加熱面温度が目標凍結防止温度になるように凍結防止部
の加熱能力が制御される。したがって、目標凍結防止温
度を、温度凍結防止部の配設箇所における流速に合わせ
てつねに最適値に制御でき、請求項３の効果を一層強く
発揮することができる。

【００７９】請求項５の発明によれば、請求項３又は４
の発明に加えて、氷生成検出手段（Ｅ）と、氷生成検出
手段（Ｅ）からの氷生成生成信号を受けて、上記凍結防
止部（９）に冷媒を供給する冷媒供給制御手段（Ｆ）を
設けたものである。これにより、必要なときにだけ加熱
器（９）を作動させることができので、省エネルギーに
なると共に、過冷却水等や過冷却解消部（８）の昇温を
防止して製氷能力を確保することができる。

【００８０】請求項６の発明によれば、請求項３〜５の
発明において、目標凍結防止温度を、加熱器表面に氷が
付着する前は凝固点より低い温度であるが、氷が付着し
た後は凝固点Ｔg より高くなって付着した氷を剥離でき
るような、着氷前の加熱面温度に設定されている。した
がって、凍結防止部（９）を加熱している間であって
も、加熱面温度が凝固点より低温に保たれるので、過冷
却水等及び過冷却解消部（８）の昇温されることがな
い。よって、製氷能力を向上できると共に、より精度よ
く加熱面温度制御を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１（Ａ）は請求項１と請求項３以降の発明の
基本的な構成を示すブロック図であり、図１（Ｂ）は請
求項２と請求項３以降の発明の基本的な構成を示すブロ
ック図である。

【図２】第１実施例を示し、空気調和装置の構成を示す
冷媒配管系統図である。

【図３】第１実施例及び第２実施例を示し、循環路内の
各種センサの配置を示す縦断面図である。

【図４】第１実施例を示し、加熱面温度の温度制御範囲
を示すｐ−ｈ線図である。

【図５】第２実施例を示し、空気調和装置の構成を示す
冷媒配管系統図である。

【図６】第２実施例を示し、加熱面温度の温度制御範囲
を示すｐ−ｈ線図である。

【図７】第２変形例を示し、加熱面温度と流速との関係
を示す特性図である。

【符号の説明】

１ 冷媒回路 ５ 蓄氷槽 ６ 予熱熱交換器（２次熱交換器） ８ 再冷却器（過冷却解消部） ９ 加熱器（凍結防止部） １０ コントローラ ２２ 水熱交換器（主熱交換器） ５１ 水循環路 Ａ 加熱面温度検出手段 Ｂ 加熱面温度制御手段 Ｃ 流速検出手段 Ｄ 最適値設定手段 Ｅ 氷生成検出手段 Ｆ 冷媒供給制御手段 Ｇ１ 冷媒供給手段 Ｇ２ 冷媒供給手段 Ｔh 加熱面温度 Ｔg 凝固点

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 実開 平４−11375（ＪＰ，Ｕ) 実開 平４−8025（ＪＰ，Ｕ)

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水又は水溶液のスラリ―状の氷化物を貯
   溜するための蓄氷槽（５）と、冷却装置に接続され、水
   又は水溶液を過冷却するための主熱交換器（２２）と、
   上記主熱交換器（２２）と蓄氷槽（５）との間で水又は
   水溶液を強制循環させるための水循環路（５１）と、上
   記主熱交換器（２２）下流側の水循環路（５１）に設け
   られ、主熱交換器（２２）で過冷却された水又は水溶液
   の過冷却状態を解消してスラリ―状の氷を生成するため
   の過冷却解消部（８）と、該過冷却解消部（８）に近接
   して設けられ、過冷却解消部（８）により生じた管壁の
   着氷を加熱することによって剥離する凍結防止部（９）
   とを備えた製氷装置であって、上記凍結防止部（９）
   が、冷却装置の冷媒回路の冷媒との熱交換により管壁を
   加熱するように上記冷媒回路と接続され、冷媒回路にお
   ける凝縮器出口からの高温液冷媒と、該高温液冷媒を２
   次熱交換器により冷却した低温液冷媒とを混合して凍結
   防止部（９）に供給する冷媒供給手段（Ｇ１）を備えて
   いることを特徴とする製氷装置。
2. 【請求項２】 水又は水溶液のスラリ―状の氷化物を貯
   溜するための蓄氷槽（５）と、冷却装置に接続され、水
   又は水溶液を過冷却するための主熱交換器（２２）と、
   上記主熱交換器（２２）と蓄氷槽（５）との間で水又
   は水溶液を強制循環させるための水循環路（５１）と、
   上記主熱交換器（２２）下流側の水循環路（５１）に設
   けられ、主熱交換器（２２）で過冷却された水又は水溶
   液の過冷却状態を解消してスラリ―状の氷を生成するた
   めの過冷却解消部（８）と、該過冷却解消部（８）に近
   接して設けられ、過冷却解消部（８）により生じた管壁
   の着氷を加熱することによって剥離する凍結防止部
   （９）とを備えた製氷装置であって、上記凍結防止部
   （９）が、冷却装置の冷媒回路の冷媒との熱交換により
   管壁を加熱するように上記冷媒回路と接続され、冷媒回
   路における凝縮器出口からの高温液冷媒を温度制御して
   凍結防止部（９）に供給する冷媒供給手段（Ｇ２）を備
   えていることを特徴とする製氷装置。
3. 【請求項３】 水又は水溶液のスラリ―状の氷化物を貯
   溜するための蓄氷槽（５）と、冷却装置に接続され、水
   又は水溶液を過冷却するための主熱交換器（２２）と、
   上記主熱交換器（２２）と蓄氷槽（５）との間で水又
   は水溶液を強制循環させるための水循環路（５１）と、
   上記主熱交換器（２２）下流側の水循環路（５１）に設
   けられ、主熱交換器（２２）で過冷却された水又は水溶
   液の過冷却状態を解消してスラリ―状の氷を生成するた
   めの過冷却解消部（８）と、該過冷却解消部（８）に近
   接して設けられ、過冷却解消部（８）により生じた管壁
   の着氷を加熱することによって剥離する凍結防止部
   （９）とを備えた製氷装置であって、凍結防止部（９）
   の加熱面温度Ｔh を検出する加熱面温度検出手段（Ａ）
   と、該加熱面温度検出手段（Ａ）からの加熱面温度信号
   を受けて、該加熱面温度Ｔh を、凝固点Ｔg よりも高い
   所定温度の目標凍結防止温度と比較し、上記加熱面温度
   が目標凍結防止温度になるように凍結防止部（９）の加
   熱能力を制御する加熱面温度制御手段（Ｂ１）とを備え
   たことを特徴とする製氷装置。
4. 【請求項４】 凍結防止部（９）の加熱面温度Ｔh を検
   出する加熱面温度検出手段（Ａ）と、上記凍結防止部
   （９）配設箇所における流れの流速を検出する流速検出
   手段（Ｃ）と、該流速検出手段（Ｃ）からの流速信号を
   受けて、現在の流速に適した目標凍結防止温度を設定す
   る最適値設定手段（Ｄ）と、該加熱面温度検出手段
   （Ａ）からの加熱面温度信号と、上記最適値設定手段
   （Ｄ）からの目標凍結防止温度信号とを受け、両温度を
   比較し、上記加熱面温度が目標凍結防止温度になるよう
   に凍結防止部（９）の加熱能力を制御する加熱面温度制
   御手段（Ｂ２）とを備えたことを特徴とする製氷装置。
5. 【請求項５】 上記過冷却解消部（８）による氷の生成
   を検出する氷生成検出手段（Ｅ）と、該氷生成検出手段
   （Ｅ）からの氷生成信号を受けて、上記凍結防止部
   （９）に冷媒を供給する冷媒供給制御手段（Ｆ）とを備
   えたことを特徴とする請求項３又は４記載の製氷装置。
6. 【請求項６】 加熱面温度制御手段（Ｂ）の目標凍結防
   止温度は、凝固点Ｔg よりも低い着氷前の加熱面温度Ｔ
   hpであって、着氷後に凝固点Ｔgよりも高い所定温度に
   なる、該着氷前の加熱面温度Ｔhpと、凝固点Ｔg との間
   において設定されていることを特徴とする請求項３〜５
   のいずれか１記載の製氷装置。