JP2007040632A - オーガ式製氷機 - Google Patents

Abstract

【課題】クズ氷の排出量を低減しつつ、他の不都合を発生させないオーガ式製氷機を提供することを目的とする。
【解決手段】オーガ式製氷機１００は、圧縮機３と、圧縮機３を制御するインバータ１２と、インバータ１２の運転周波数を制御する制御部３０とを備える。制御部３０は、圧縮機３の起動時にはインバータ１２の運転周波数を高く設定し、圧縮通路９ａが氷で満たされたと判定した後には、インバータ１２の運転周波数を低く設定する。
【選択図】図２

Description

この発明は、オーガ式製氷機に係り、とくに、圧縮機の制御に関するものである。

一般に、オーガ式製氷機は、内部の製氷水を冷却して氷にする、製氷用のシリンダを備える。このシリンダの外周面には、パイプ状である冷却用のエバポレータが巻き付けられ、シリンダの内部には、シリンダの長手軸線に同軸的かつ回転可能にオーガが設けられる。
このオーガの外周面には、螺旋刃が設けられる。シリンダ内に供給される製氷水は、エバポレータによって冷却され、シリンダ内周面に着氷する。シリンダ内周面で成長した氷は、ギヤドモータにより回転するオーガの螺旋刃で削り取られて剥離し、ねじ送り作用によりシリンダの上方に掻き上げられる。掻き上げられた氷結片はシリンダ上方に設けられた圧縮通路で圧縮され、固定刃で裁断されてチップ状の氷が製氷される。

オーガ式製氷機において、製氷開始時には製氷量が少ないため、圧縮通路で圧縮されることなく、クズ氷として排出されてしまう。時間が経過し、圧縮通路が氷で満たされればそこで氷の圧縮ができるようになり、クズ氷は排出されなくなる。
クズ氷は商品価値が劣り、また正常なチップアイスと比べて融解しやすく、融解水は他の氷に付着して再び凍ることにより貯氷庫内のアーチングを引き起こす。

このようなクズ氷への対策として、いくつかの技術が知られている。
特許文献１では、氷圧縮機構部が、氷導入口から氷排出口に向かってテーパ状に絞られる圧縮通路を有することにより、氷の圧縮度を高め、正常なチップアイスとする技術が開示されている。
特許文献２では、圧縮通路に押し込まれる氷をフレーク状に破砕する三角形の突片を設けることにより、圧縮通路における氷の圧縮度を高め、正常なチップアイスとする技術が開示されている。
特許文献３では、ギヤドモータを停止させた状態で冷凍装置を運転させ、一定時間後にギヤドモータを運転させることにより、シリンダの内面に一定以上の氷を製氷させ、氷の量を増加させることによりクズ氷の発生を防止する技術が開示されている。
特許文献４では、運転開始から所定時間が経過した後に冷媒回路の冷凍能力を低減させ、これによって氷詰まりを回避する技術が開示されている。

特開２００２−６２００３号公報 特開２００２−４８４４２号公報 特開２０００−５５５１７号公報 特開２００４−８５００７号公報

しかしながら、上述したような技術では、クズ氷の発生を十分に低減することができないか、または、クズ氷の発生を低減するために他の不都合が発生しやすくなるという問題があった。
特許文献１および２の技術では、氷圧縮機構部での氷の通過抵抗を増大させるので、これがシリンダでの氷詰まり等を引き起こす要因となる可能性がある。
特許文献３の技術では、ギヤドモータ停止中に成長した氷を、ギヤドモータ起動時に大量に剥離することになるため、ギヤドモータに過大な起動負荷がかかるおそれがある。あるいは、過大な起動負荷を避けるような設計とすると、期待される氷量が得られず、クズ氷の発生を十分に低減することができない。
特許文献４の技術は、氷詰まりの回避を目的とするものであり、クズ氷の排出を低減することを目的とするものではない。すなわち、冷凍能力を低減するまでの基準時間は、氷詰まりを回避することだけを考慮して設定されている。このため、クズ氷が排出されている間であっても冷凍能力が低減される可能性があり、クズ氷の排出を最小限にすることができない。

この発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、クズ氷の排出量を低減しつつ、他の不都合を発生させないオーガ式製氷機を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、この発明に係るオーガ式製氷機は、圧縮機を含む冷凍回路と、オーガを駆動するモータと、モータを駆動する電流の値を検出する電流検出手段と、圧縮機が起動された後、電流の値が所定値以上となるまでの間は、圧縮機の回転数を第１回転数に制御し、電流の値が所定値以上となった後は、回転数を、第１回転数より小さい第２回転数に制御する、制御手段とを備えたものである。

また、この発明に係るオーガ式製氷機は、圧縮機およびエバポレータを含む冷凍回路と、エバポレータの出口における冷媒の温度または圧力を検出する冷媒状態検出手段と、圧縮機が起動された後、温度が所定値以下となるか、または圧力が所定値以下となるまでの間は、圧縮機の回転数を第１回転数に制御し、温度が所定値以下となるか、または圧力が所定値以下となった後は、回転数を、第１回転数より小さい第２回転数に制御する、制御手段とを備えたものである。

さらに、この発明に係るオーガ式製氷機は、氷を圧縮する圧縮通路と、冷媒を圧縮する圧縮機を含む冷凍回路と、所定時間の値を記憶し、圧縮機が起動された後、所定時間が経過するまでの間は、圧縮機の回転数を第１回転数に制御し、所定時間が経過した後は、回転数を、第１回転数より小さい第２回転数に制御する、制御手段とを備え、所定時間は、圧縮機が起動された後、回転数が第１回転数に制御された場合に、圧縮通路が氷で満たされるまでの時間に基づいて決定され、制御手段があらかじめ記憶するものである。

この発明によれば、オーガ式製氷機は、圧縮通路が氷で満たされたと判定されるまでは、インバータの運転周波数を高くして製氷能力を向上させるので、クズ氷の排出量を低減しつつ、他の不都合を回避することができる。

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１に実施の形態１に係るオーガ式製氷機１００の構成を示す。シリンダ１の外周面に、冷却用のエバポレータ２が巻き付けられている。エバポレータ２には、圧縮機３およびコンデンサ４、ドライヤ５、膨張弁６が接続されている。エバポレータ２、圧縮機３、コンデンサ４、ドライヤ５、および膨張弁６を含む冷凍回路の内部を冷媒が循環する。

シリンダ１内に、シリンダ１の長手軸線と同軸かつ回転可能にオーガ７が設けられている。このオーガ７の外周面には、螺旋刃８が設けられている。シリンダ１の上方には、圧縮通路９ａを含む氷圧縮機構部９が設けられている。氷圧縮機構部９の上方には固定刃１０が設けられている。シリンダ１の下方には、オーガ７を駆動するモータであるギヤドモータ２０が設けられており、このギヤドモータ２０には、ギヤドモータ２０を駆動する電流の値を検出する、電流検出手段である電流計２１が取り付けられている。

圧縮機３には、インバータ１２を介して電源１３が接続され、電力を供給する。インバータ１２には、制御手段としての制御部３０が接続されている。この制御部３０が、インバータ１２の運転周波数を制御し、これによって圧縮機３の回転数が決定される。すなわち、制御部３０は間接的に圧縮機３の回転数を制御する。インバータ１２の運転周波数が高くなると圧縮機３の回転数が大きくなる。
制御部３０は、電流計２１からの出力である信号を入力として受け取り、これに基づいてインバータ１２の運転周波数制御を行う。また、制御部３０は、オーガ式製氷機１００の動作に関するその他の制御を行ってもよい。

次に、実施の形態１に係るオーガ式製氷機１００の動作について説明する。シリンダ１はエバポレータ２によって冷却される。エバポレータ２を冷却する冷媒は、エバポレータ２から圧縮機３へ、圧縮機３からコンデンサ４へ、コンデンサ４からドライヤ５および膨張弁６を介してエバポレータ２へと循環している。シリンダ１内に供給された製氷水は、冷却されて、シリンダ１の内周面に着氷する。着氷した氷結片はギヤドモータ２０によって回転するオーガ７の螺旋刃８で削り取られ、シリンダ１の内周面から剥離する。氷結片はねじ送り作用により螺旋刃８でシリンダ１上方の圧縮通路９ａまで掻き上げられる。圧縮通路９ａで氷結片は圧縮され、固定刃１０で裁断されてチップ状の氷が製氷される。

ここで、圧縮通路９ａが氷で満たされていない状態では、氷が十分に圧縮されないのでクズ氷が排出されることになる。圧縮通路９ａが氷で満たされた状態、すなわち、掻き上げられた氷結片によってその容積がすべて埋められた状態となると、氷が十分に圧縮され、クズ氷でなく正常なチップアイスが排出される。

図２は、オーガ式製氷機１００における制御部３０の処理の流れを示すフローチャートである。
まず制御部３０は、圧縮機３の電源を投入する（ステップＳ１）。すなわち、圧縮機３が起動される。その後、制御部３０は、インバータ１２の運転周波数を、第１周波数である起動時周波数に設定する（ステップＳ２）。この起動時周波数は、たとえば６０Ｈｚである。第１周波数に対応する圧縮機３の回転数は第１回転数となる。
その後、制御部３０は、電流計２１の出力を参照し、ギヤドモータ２０の電流値が所定値以上かどうかを判定する（ステップＳ３）。この所定値は、たとえば１．０Ａである。この判定は、圧縮通路９ａが氷で満たされたかどうかを判定することに相当する。

ステップＳ３において、電流値が所定値以上でない場合、処理はステップＳ２へと戻る。すなわち、インバータ１２の運転周波数は起動時周波数に保たれる。
電流値が所定値以上である場合、制御部３０は、インバータ１２の運転周波数を、第２周波数である通常運転時周波数に設定する（ステップＳ４）。この通常運転時周波数は、起動時周波数より小さい値であり、たとえば３０Ｈｚである。第２周波数に対応する圧縮機３の回転数は、第１回転数より小さい第２回転数となる。

図３は、このように制御されるオーガ式製氷機１００における、ギヤドモータ２０の電流値の経時変化を示すグラフである。
時刻０において圧縮機３の電源が投入される。この時点ではシリンダ１の内周面への着氷がなく、ギヤドモータ２０の負荷が小さいので電流値も低く、０．８Ａである。制御部３０はインバータ１２の運転周波数を比較的高い周波数である起動時周波数に設定する。これによって通常運転時よりも製氷能力が高くなる。
時刻Ｔ１において、シリンダ１の内周面に付着した氷が剥離しはじめる。氷が剥離する量が増加するにつれ、ギヤドモータ２０の負荷が増大し、これに伴って電流値も増加する。

時刻Ｔ２において、電流値が所定値である１．０Ａに達する。この時点で、制御部３０は圧縮通路９ａが氷で満たされたと判定し、インバータ１２の運転周波数を下げて通常運転時周波数に設定する。これによって製氷能力は通常運転時に相当するものとなる。
時刻０から時刻Ｔ２までの間、インバータ１２は通常運転周波数よりも高い起動時周波数に設定され、この間は冷凍回路の冷凍能力がより高いので、氷が剥離する量がより速く増加し、クズ氷の排出がより速く解消されて正常なチップアイスが排出されるようになる。
その後もしばらく電流値は増加を続けるが、時刻Ｔ３において、氷が剥離する量が一定となり、これに伴って電流値が１．１Ａで一定となる。

このように、実施の形態１に係るオーガ式製氷機１００は、圧縮機３の起動時にはインバータ１２の運転周波数を高くするので、製氷能力が高くなり、クズ氷の排出量を最小限に抑えることができる。また、これにより、圧縮機３の起動からチップアイスが排出されはじめるまでの時間を短縮することができる。
また、圧縮通路９ａが氷で満たされた後は、インバータ１２を、ギヤドモータ２０に過負荷がかからない運転周波数、すなわち通常運転時周波数に下げるので、ギヤドモータ２０への過負荷を回避することができる。

さらに、オーガ式製氷機１００は、圧縮通路９ａにおける氷の通過抵抗を増大させるものではないので、シリンダ１内の氷詰まりを発生させない。また、ギヤドモータ２０を停止させないので、ギヤドモータ起動時に過大な起動負荷がかかることを回避する。このように、オーガ式製氷機１００は、クズ氷の排出量を低減しつつ、他の不都合を回避することが可能となる。

図４は、従来の制御によるオーガ式製氷機と、本発明に係る制御によるオーガ式製氷機とで運転状況を比較する表である。なお、実施の形態１とは異なり、実験用として通常より小型のギヤドモータを備えたオーガ式製氷機を用いたので、ギヤドモータのサイズに合わせてインバータの運転周波数も低くし、通常運転時周波数および起動時周波数をそれぞれ１５Ｈｚおよび３０Ｈｚとした。

従来の制御では、図３における時間Ｐ１、すなわち圧縮機３が起動されてから氷の剥離が開始されるまでの時間は３０４秒であるが、本願に係る制御では、この時間が１８４秒に短縮される。このように、より短時間で氷の排出を開始することができる。
また、従来の制御では、図３における時間Ｐ２、すなわち氷の剥離が開始されてからギヤドモータ２０の電流値が安定するまでの時間は６４秒であるが、本願に係る制御では、この時間が３２秒に短縮される。このように、より短時間で氷の排出量を安定させることができる。
図３には示されないが、時間Ｐ３は目視によるクズ氷排出時間である。従来の制御ではクズ氷が６３秒間排出され続けるが、本願に係る制御ではこの時間が２１秒に短縮される。このように、クズ氷の排出量をより少なくすることができる。

上述の実施の形態１において、インバータ１２の起動時周波数は６０Ｈｚであり、通常運転時周波数は３０Ｈｚであるが、これらの値は冷凍回路の性能等に応じて適宜変更されてもよい。また、電流値の基準となる値は１．０Ａであるが、この値もギヤドモータ２０の性能等に応じて適宜変更されてもよい。

また、上述の実施の形態１においては、圧縮通路９ａが氷で満たされたかどうかの判定の基準として、ギヤドモータ２０の電流値が用いられている。これは他の基準が用いられてもよい。
たとえば、エバポレータ２の出口における冷媒の温度、すなわちシリンダ１を冷却した後に圧縮機３に戻る冷媒の温度を測定する冷媒状態検出手段である温度センサを設け、この温度を基準としてもよい。この温度センサは、たとえばエバポレータ２の出口において、エバポレータ２の外周面に接するように取り付けられる。
この場合、図２のステップＳ３において、制御部３０は、エバポレータ２の出口における冷媒の温度が所定値以下かどうかを判定すればよい。すなわち、エバポレータ２の出口における冷媒の温度が所定値以下である場合に、圧縮通路９ａが氷で満たされたと判定することになる。

また、たとえば、エバポレータ２の出口における冷媒の圧力を測定する冷媒状態検出手段である圧力センサを設け、この圧力を基準としてもよい。この圧力センサは、たとえばエバポレータ２の出口に取り付けられる。
この場合、図２のステップＳ３において、制御部３０は、エバポレータ２の出口における冷媒の圧力が所定値以下かどうかを判定すればよい。すなわち、エバポレータ２の出口における冷媒の圧力が所定値以下である場合に、圧縮通路９ａが氷で満たされたと判定することになる。

また、たとえば、圧縮機３が起動された時点からの経過時間を基準としてもよい。この場合、制御部３０は、この経過時間を測定する機能と、あらかじめ設定される基準となる時間の所定値を記憶する機能とを有するとともに、図２のステップＳ３において、経過時間が所定値以上かどうかを判定すればよい。すなわち、所定値以上の時間が経過している場合に、圧縮通路９ａが氷で満たされたと判定することになる。
この場合、基準となる時間は、あらかじめ実験または計算等において、圧縮機３の起動後に、インバータ１２の運転周波数を起動時周波数に設定して、圧縮通路９ａが氷で満たされるまでの時間を求め、この時間に基づいて決定されるものである。

ここで、圧縮通路９ａは、螺旋刃８によって搬送される氷が通過する容積空間のうち、搬送に伴って氷が圧縮される作用を有する部分であり、たとえば氷が搬送される方向に断面積が減少する形状を有する通路である。
こうすることにより、判定の基準となる経過時間の設定において、シリンダ内の氷詰まり等の不都合が発生しない範囲内としながら、クズ氷の排出量を最小限に抑える値の設定が可能となる。

本発明の実施の形態１に係るオーガ式製氷機１００の構成を示す図である。 図１の実施の形態１に係るオーガ式製氷機１００の制御の流れを示すフローチャートである。 図１の実施の形態１に係るオーガ式製氷機１００における、ギヤドモータ２０の電流値の経時変化を示すグラフである。 従来の制御によるオーガ式製氷機と、本願に係る制御によるオーガ式製氷機とを比較する図である。

符号の説明

２ エバポレータ、３ 圧縮機、４ コンデンサ、７ オーガ、９ａ 圧縮通路、２０ モータ（ギヤドモータ）、２１ 電流検出手段（電流計）、３０ 制御手段（制御部）、１００ オーガ式製氷機。

Claims (3)

1. オーガ式製氷機であって、
   圧縮機を含む冷凍回路と、
   オーガを駆動するモータと、
   前記モータを駆動する電流の値を検出する電流検出手段と、
   前記圧縮機が起動された後、前記電流の値が所定値以上となるまでの間は、前記圧縮機の回転数を第１回転数に制御し、前記電流の値が前記所定値以上となった後は、前記回転数を、前記第１回転数より小さい第２回転数に制御する、制御手段と
   を備えたオーガ式製氷機。
2. オーガ式製氷機であって、
   圧縮機およびエバポレータを含む冷凍回路と、
   前記エバポレータの出口における冷媒の温度または圧力を検出する冷媒状態検出手段と、
   前記圧縮機が起動された後、前記温度が所定値以下となるか、または前記圧力が所定値以下となるまでの間は、前記圧縮機の回転数を第１回転数に制御し、前記温度が前記所定値以下となるか、または前記圧力が所定値以下となった後は、前記回転数を、前記第１回転数より小さい第２回転数に制御する、制御手段と
   を備えたオーガ式製氷機。
3. オーガ式製氷機であって、
   氷を圧縮する圧縮通路と、
   冷媒を圧縮する圧縮機を含む冷凍回路と、
   所定時間の値を記憶し、前記圧縮機が起動された後、前記所定時間が経過するまでの間は、前記圧縮機の回転数を第１回転数に制御し、前記所定時間が経過した後は、前記回転数を、前記第１回転数より小さい第２回転数に制御する、制御手段と
   を備え、
   前記所定時間は、前記圧縮機が起動された後、前記回転数が前記第１回転数に制御された場合に、前記圧縮通路が前記氷で満たされるまでの時間に基づいて決定され、前記制御手段があらかじめ記憶する
   オーガ式製氷機。

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