(57)【要約】【課題】シリンダ内の氷がオーガと共に回転する「共回り現象」を解消する制御を行うオーガ式製氷機を提供する。【解決手段】オーガ式製氷機１００は、オーガ５を駆動するギャードモータ９の回転数を検出するパルスエンコーダ１４と、エバポレータ２の出口２ｂの温度を検出する温度検出器５０と、圧縮機３の回転数を制御するインバータ２８と、これらを制御する制御部２９とを備える。ギャードモータ９の回転数が所定の値より大きく、かつエバポレータ出口２ｂの温度が所定の値より低い場合、制御部２９は共回りが発生していると判断し、圧縮機３の回転数を下げるようインバータ２８を制御する。【選択図】図１
2006336931.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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所定部分における温度を検出する温度検出手段と、
オーガを駆動するモータと、
前記モータの回転数を検出する回転数検出手段と、
前記温度検出手段によって検出される前記温度と、前記回転数検出手段によって検出される前記回転数とに基づいて、前記圧縮機の回転数を制御する制御手段と
を備えたオーガ式製氷機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。エバポレータは圧縮機とともに冷凍回路に含まれる。
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、ギャー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。
【０００３】
オーガ式製氷機では、シリンダ内部において氷の過成長があると、ギャードモータの過負荷によるハンチングを発生し、ギャードモータ内のギヤの破損、あるいはオーガの折損などのトラブルを発生する可能性があった。
そこで、このようなハンチングを回避するために、エバポレータの出口における温度を検出し、過冷却と判断された場合に圧縮機の回転数を調節するインバータ回路を有するオーガ式製氷機が考案されている。このようなオーガ式製氷機の例は、特許文献１に示される。
また、ギャードモータの負荷電流を検出し、過負荷と判断された場合に圧縮機の回転数を調節するものも考案されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平８―１７８４８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述したようなオーガ式製氷機においては、内部の氷詰まり現象の一つである「共回り」が発生した場合に、これを解消できないという問題があった。
共回りとは、オーガと一体に回転する螺旋刃と、固定された圧縮通路との間で、螺旋刃に付着した氷と圧縮通路内の氷とが分離してしまい、螺旋刃に付着した氷がオーガと一体に回転して上部に搬送されなくなる現象である。
【０００６】
共回りが発生すると、シリンダ内の氷が排出されず、シリンダに水が供給されなくなるため、エバポレータおよびシリンダ内の温度は下降してゆく。この状態が続くと、やがてシリンダ内で過成長した氷によってオーガのロックすなわち回転停止が発生し、オーガを駆動するギャードモータに過負荷がかかる。これによって、たとえば、ギャードモータ内のギヤの破損や、オーガの折損などのトラブルが発生する可能性がある。
【０００７】
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、共回りを解消する制御を行うオーガ式製氷機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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、圧縮機およびエバポレータを含む冷凍回路と、エバポレータの所定部分における温度を検出する温度検出手段と、オーガを駆動するモータと、モータの回転数を検出する回転数検出手段と、温度検出手段によって検出される温度と、回転数検出手段によって検出される回転数とに基づいて、圧縮機の回転数を制御する制御手段とを備える。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、エバポレータの所定部分における温度と、ギャードモータの回転数とに基づき、共回りを検出して圧縮機の回転数を下げる制御を行うので、共回りを解消できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
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および凝縮器４が接続されている。
【００１１】
エバポレータ２、圧縮機３、凝縮器４、および膨張弁１５を含む冷凍回路の内部を、矢印（ａ）の方向に冷媒が循環する。エバポレータ２の両端部のうち、冷媒が凝縮器４からエバポレータ２に流入する側がエバポレータ入口２ａであり、冷媒がエバポレータ２から圧縮機３へと流出する側がエバポレータ出口２ｂである。エバポレータ出口２ｂの近傍には、エバポレータ出口２ｂの温度（以下、「出口温度」と称する）を検出する温度検出手段として、温度検出器５０が取り付けられる。
なお、温度検出器５０が取り付けられる位置は、エバポレータ出口２ｂに限らず、冷凍回路のうち、冷媒が膨張弁１５を通った後、圧縮機３に到達するまでのいずれかの部分であればよい。また、エバポレータ入口２ａであってもよい。
【００１２】
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５が設けられている。このオーガ５の外周面には、螺旋刃６が設けられている。シリンダ１の上方には、圧縮通路７ａを有する押圧頭７が設けられている。押圧頭７の上方には固定刃８が設けられている。シリンダ１の下方には、オーガ５を駆動するモータであるギャードモータ９が設けられている。ギャードモータ９はモータ部１０および減速部１１を備える。オーガ５の下端は減速部１１を介してモータ部１０に接続している。モータ部１０はロータ１２を有している。ロータ１２は出力軸１３を備えている。
【００１３】
出力軸１３には、ロータ１２の回転数検出手段として、後述するパルスエンコーダ１４が設けられている。ギャードモータ９にはギャードモータ電源１６が接続され、電力を供給する。また、圧縮機３には、インバータ２８を介して圧縮機電源１８が接続され、電力を供給する。
インバータ２８には、制御手段としての制御部２９が接続されている。この制御部２９が、インバータ２８の周波数を制御し、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２９は間接的に圧縮機３の回転数を制御する。インバータ２８の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２９は、パルスエンコーダ１４および温度検出器５０からの信号を受け取り、これに基づいてインバータ２８の周波数制御を行う。また、制御部２９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。
【００１４】
図２に、螺旋刃６の上部および圧縮通路７ａを含む拡大図を示す。共回りは、螺旋刃６の上端（圧縮通路７ａ側の端）と、圧縮通路７ａの下端（螺旋刃６側の端）との間、すなわちＢ部分周辺で氷が分離することによって発生する。
【００１５】
図３および図４を用いてパルスエンコーダ１４について説明する。パルスエンコーダ１４はホールＩＣ２０と回転磁石２１とを備えている。ホールＩＣ２０は回転磁石２１に対向する位置に固定されている。ホールＩＣ２０はホールＩＣ電源２２および制御部２９に接続されている。回転磁石２１はロータ１２と一体に回転する出力軸１３に取り付けられ、出力軸１３と一体に回転する。図４に、回転磁石の磁極の構成を含む平面図を示す。図４に示される回転磁石２１は４極のものであるが、これは４極のものでなくともよい。
【００１６】
ホールＩＣ２０は磁気センサ部を有している。磁気センサ部は回転磁石２１の磁気を感知することで出力軸１３の回転数を検知する。例えば、４極の回転磁石を使用する場合、ホールＩＣ２０に対向する位置の極、例えばＮ極、を磁気センサ部で感知する。回転磁石２１は出力軸１３と共に回転するので、ホールＩＣ２０に対向する回転磁石２１の極は回転に伴い変化する。そのため、Ｎ極を最初に検知した磁気センサは、次にＳ極を感知する。その後も同様にＮ極、Ｓ極というように感知する。４極の回転磁石を使用しているため、磁気センサがＮ極およびＳ極をそれぞれ２回ずつ検知すれば出力軸１３が１回転したことになる。このようにして制御部２９は出力軸１３の回転数を検出する。
【００１７】
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、矢印（ａ）で示すように、エバポレータ２から圧縮機３へ、圧縮機３から凝縮器４へ、凝縮器４からエバポレータ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ャードモータ９によって回転するオーガ５の螺旋刃６で削り取られる。氷結片はねじ送り作用により螺旋刃６でシリンダ１上方の圧縮通路７ａまで掻き上げられる。圧縮通路７ａで氷結片は圧縮され、固定刃８で裁断されてチップ状の氷が製氷される。
【００１８】
ギャードモータ９は、モータ部１０のロータ１２の回転を、出力軸１３および減速部１１を介してオーガ５に伝達し、オーガ５を回転させる。ロータ１２の回転数、すなわち出力軸１３および回転磁石２１の回転数は、パルスエンコーダ１４によって検出される。検出された回転数は、パルスエンコーダ１４から制御部２９へ信号として入力される。なお、減速部１１の減速比は一定であるので、出力軸１３の回転数に基づく制御は、オーガ５の回転数に基づく制御と同一である。
【００１９】
制御部２９はこの信号に基づいてインバータ２８を制御する。この制御は、出口温度が低すぎない場合には、圧縮機３の回転数を一定に保つように行われ、出口温度が低すぎ、かつギャードモータ９の回転数が正常より大きい場合には、圧縮機３の回転数を下げるように行われる。この制御の詳細は以下のようになる。
【００２０】
制御部２９には、出口温度の閾値Ｔ１およびＴ２と、ギャードモータ９の目標回転数の下限Ｒ１および上限Ｒ２と、インバータ２８の周波数Ｆ１〜Ｆ４とがあらかじめ設定されている。
ここで、出口温度について、Ｔ１≦Ｔ２であり、Ｔ１は共回り発生の判断基準となる閾値であり、Ｔ２は製氷能力の過不足に関する判断基準となる閾値である。また、インバータ２８の周波数について、Ｆ１≦Ｆ２≦Ｆ３≦Ｆ４であり、Ｆ１は共回りを解消するために圧縮機３の回転数を極めて低くする制御に対応する設定値であり、Ｆ２は製氷能力過多の場合に圧縮機３の回転数をやや小さくする制御に対応する設定値であり、Ｆ３は製氷能力が適正の場合に圧縮機３の回転数を標準に維持する制御に対応する設定値であり、Ｆ４は製氷能力不足の場合に圧縮機３の回転数をやや大きくする制御に対応する設定値である。
各パラメータの具体値は、たとえば、Ｔ１＝−２５（℃）、Ｔ２＝−１８（℃）、Ｒ１＝１７２０（ｒｐｍ）、Ｒ２＝１７４０（ｒｐｍ）である。また、Ｆ１〜Ｆ４は、たとえば圧縮機３を１８００ｒｐｍで運転するインバータ２８の周波数またはその近傍の周波数からそれぞれ選ばれる値である。Ｔ１、Ｔ２、Ｒ１、Ｒ２、Ｆ１〜Ｆ４の値は変更可能であってもよい。
【００２１】
図５のフローチャートを用いて、制御部２９による制御の流れを示す。
制御部２９は、パルスエンコーダ１４によって検出されるギャードモータ９の回転数Ｒと、目標回転数の下限Ｒ１および上限Ｒ２とを比較する（ステップＳ１）。Ｒ＜Ｒ１である場合には、制御部２９はインバータ２８の周波数をＦ２とし（ステップＳ２）、その後ステップＳ１に戻る。これは、通常運転時、製氷能力が過多である場合の調節に相当する。この調節によって、圧縮機３が低回転となるので、冷凍回路の冷凍能力が低くなり、シリンダ１の内周面における着氷量が減少し、ギャードモータ９の負荷が小さくなって回転数Ｒが増加し、目標回転数の下限Ｒ１より大きくなる。
【００２２】
ステップＳ１においてＲ１≦Ｒ≦Ｒ２である場合には、制御部２９はインバータ２８の周波数をＦ３とし（ステップＳ３）、その後ステップＳ１に戻る。これは、通常運転時、製氷能力が適正である場合の調節に相当する。この調節によって、圧縮機３が標準の回転数となるので、冷凍回路の冷凍能力が標準に保たれ、シリンダ１の内周面における着氷量が維持され、ギャードモータ９の負荷は変化しないので、Ｒが一定に保たれる。
【００２３】
ステップＳ１においてＲ>Ｒ２である場合には、制御部２９は、温度検出器５０によって検出される出口温度Ｔと、出口温度の閾値Ｔ１およびＴ２とを比較する（ステップＳ４）。
ステップＳ４において、Ｔ>Ｔ２である場合には、インバータ２８の周波数をＦ４とし（ステップＳ５）、その後ステップＳ１に戻る。これは、通常運転時、製氷能力が不足している場合の調節に相当する。この調節によって圧縮機３が高回転となるので、冷凍回路の冷凍能力が高くなり、シリンダ１の内周面における着氷量が増加し、ギャードモータ９の負荷が大きくなって回転数Ｒが減少し、目標回転数の上限Ｒ２より小さくなる。
【００２４】
ステップＳ４において、Ｔ１≦Ｔ≦Ｔ２である場合には、インバータ２８の周波数をＦ３とし（ステップＳ６）、その後ステップＳ１に戻る。これは、シリンダ１の外周面からエバポレータ２が剥がれる、パイプ剥がれと呼ばれる異常状態に対応する調節に相当する。この調節によって、圧縮機３が標準の回転数となるので、冷凍能力は低くならず、パイプ剥がれが発生していても製氷能力が維持される。
【００２５】
ステップＳ４において、Ｔ＜Ｔ１である場合、制御部２９は、インバータ２８の周波数をＦ１とし（ステップＳ７）、その後ステップＳ１に戻る。これは、共回りが発生している異常状態に対応する調節に相当する。この調節によって、圧縮機３が極めて低回転となるので、冷凍回路の冷凍能力が極めて低くなり、冷凍能力過多の状態が解消される。こうして共回りが解消される。
【００２６】
このように、オーガ式製氷機１００は、ギャードモータ９の回転数と出口温度とを検出し、検出された値に基づいてインバータ２８を制御し、圧縮機３の回転数を調整する。
基本的には、ギャードモータ９の回転数低下を氷の過成長と判断し、所定の回転数に近づける方向に圧縮機３の回転数を調整する。すなわち、ギャードモータ回転数が所定値よりも高い場合には、軽負荷と判断して圧縮機３の回転数を上げ、ギャードモータ回転数が所定値よりも低い場合には、過負荷と判断して圧縮機３の回転数を下げる。ただし、ギャードモータ回転数が所定値よりも高く、かつ出口温度が所定の閾値より低い状態を検出すると、共回りが発生していると判断し、圧縮機の回転数を下げるよう調節する。
【００２７】
したがって、オーガ式製氷機１００は、共回りを解消できる。またこれによって、共回りに伴って発生する問題、たとえば、氷詰まりによる氷の供給停止、ギャードモータ９のハンチングによるギャードモータ９の破損、ギャードモータ９のハンチングによるオーガ５の折損等も解消できる。
また、圧縮機３の冷凍能力を制御できるので、氷の過成長によって異常音が発生する頻度を低減できる。
【００２８】
オーガ式製氷機１００は、上記の効果に加えて、従来のオーガ式製氷機に対して、以下のような有利な効果を得ることができる。
オーガ式製氷機１００における圧縮機３の制御は、パルスエンコーダ１４によって直接検出されるギャードモータ９の回転数に基づくので、出口温度に基づく制御や、ギャードモータ９に流れる負荷電流に基づく従来の制御に比較して応答性が良い。これによって、氷の過成長を未然に防ぐことができる。また、ギャードモータ９の回転数のばらつきは、ギャードモータ９の電圧変動による負荷電流の変化や、異なるギャードモータ９間の個体差による負荷電流の差に比較して小さいので、閾値の設定が容易である。
【００２９】
また、従来のオーガ式製氷機では、上述のように応答性が比較的低いので、冷凍能力過多の状態を解消するのが遅れ、温度検出器５０が長時間低温にさらされる。このため、たとえば、−２０℃での連続使用に耐えられる、低温用の特別なサーミスタが必要であった。これに対し、実施の形態１に係るオーガ式製氷機１００では、上述のように応答性が良いので、従来のような特別なサーミスタを不要にできる。
【００３０】
また、一般にオーガ式製氷機において、通常運転中に出口温度はそれほど大きく変化しない。すなわち、通常運転中に適正な冷凍能力で運転されている場合と、通常運転中に冷凍能力過多となった場合とで、出口温度の差は比較的小さい。よって、出口温度のみに基づく制御を行う従来のものでは、通常運転時に多段階に渡る圧縮機回転数の制御が困難である。これに対し、実施の形態１に係るオーガ式製氷機１００は、出口温度とギャードモータ９の回転数とに基づく制御を行うので、通常運転時に上述のＦ２〜Ｆ４のような多段階に渡るインバータ２８の周波数制御が可能であり、よりきめ細かい冷凍能力の調節を行うことができる。
【００３１】
また、一般に、パイプ剥がれが発生すると、エバポレータにおける熱交換の効率が落ち、冷凍能力は低くなり、出口温度も下がる。出口温度のみに基づく制御を行う従来のものでは、出口温度が下がったことを検出して冷凍能力過多と判断し、圧縮機の回転数を下げる制御を行ってしまい、結果として製氷能力が非常に小さくなる。これに対し、実施の形態１に係るオーガ式製氷機１００は、出口温度とギャードモータ９の回転数とに基づく制御を行うので、パイプ剥がれの状態を検出できる。よって、パイプ剥がれが発生しても、これに対応する制御を的確に行うことができ、製氷能力を維持できる。
【００３２】
上述の実施の形態１において、回転数検出手段は、回転磁石２１の回転によって発生する磁界の変動を検出するパルスエンコーダ１４であるが、これは他のものであってもよい。たとえば、スリットを有する回転盤、発光素子、および受光素子を備えたロータリエンコーダであってもよい。このようなロータリエンコーダでは、回転盤の回転に伴ってスリットが発光素子と受光素子との間を通過し、スリットが発光素子と受光素子との間に存在する間だけ、受光素子がスリットを通して発光素子からの光を受ける。この受光回数をカウントすることにより、回転盤の回転数すなわちロータ１２の回転数を検出する。
【００３３】
また、共回りを解消するためのインバータ２８の周波数の設定値Ｆ１は、ゼロであってもよい。すなわち、図５のステップＳ６において、圧縮機３の運転を停止させる制御を行ってもよい。こうすることにより、より早期に共回りを解消することができる。
【００３４】
また、実施の形態１において、ヒータを取り付ける構成としてもよい。このヒータは、たとえば固定刃８またはその近傍に取り付けられる。この構成において、制御部２９は、共回りが発生したと判断した場合、圧縮機３の回転数を下げることに代えて、またはこれに加えて、ヒータを発熱させてもよい。これによって、シリンダ１冷凍能力過多の状態をより確実に解消することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】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２】図１のオーガ式製氷機１００の螺旋刃６の上部および圧縮通路７ａを含む拡大図を示す図である。
【図３】図１のオーガ式製氷機１００におけるパルスエンコーダ１４を模式的に示す図である。
【図４】図３のパルスエンコーダ１４の一部を示す平面図である。
【図５】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。
【符号の説明】
【００３６】
２  エバポレータ、３  圧縮機、９  モータ（ギャードモータ）、１４  回転数検出手段（パルスエンコーダ）、２９  制御手段（制御部）５０  温度検出手段（温度検出器）、１００  オーガ式製氷機。
【図１】
2006336931.tif 000003
【図２】
2006336931.tif 000004
【図３】
2006336931.tif 000005
【図４】
2006336931.tif 000006
【図５】
2006336931.tif 000007