JPH0810100B2 - 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号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―状に保ったまま閉管内を蓄氷槽まで送
る試みが考えられる。

【０００６】しかしながら、単に過冷却状態の解消操作
を継続するのみでは、過冷却解消部の冷却面温度と過冷
却水の温度との差が大きすぎると、氷の粒子が粗大化し
ていき、管壁に着氷層をつくって過冷却解消部位を含む
管壁を凍結させてしまう。このため、製氷効率が低下
し、着氷層がさらに厚くなっていけば、管路を閉塞する
おそれも生じてくる。また、解消能力が小さすぎると、
過冷却状態の解消が過冷却解消部位において起こらない
で下流の管路で起こり、管路を閉塞するという不測の事
態もありうる。

【０００７】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、過冷却解消部
位において過冷却状態の解消を確実になし、しかも過冷
却状態の解消によって生じる氷化が過度に進行すること
を防止し、もって信頼性が高く、高効率の製氷運転を可
能することにある。

【０００８】

【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、過冷却状態の解消が確実に
起こり、かつ管路の凍結などが起こらない最適の温度
に、過冷却解消部の冷却温度を制御するものであり、さ
らに制御の目標値や制御量に影響を与える外因をも考慮
した製氷運転制御を行なうものである。具体的には、本
発明の第１の解決手段は、第１図に示すように、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（２
２）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、上記熱交換器（２２）
下流側の水循環路（５１）に設けられ、主熱交換器（２
２）で過冷却された水又は水溶液を冷却することにより
過冷却状態を解消してスラリ―状の氷を生成する、能力
可変の過冷却解消部（８）とを備えた製氷装置を前提と
する。

【０００９】さらに、過冷却解消部（８）の冷却面温度
を検出する冷却面温度検出手段（Ａ）と、冷却面温度検
出手段（Ａ）からの冷却面温度信号を受けて、該冷却面
温度を所定の目標解消温度と比較し、冷却面温度が目標
解消温度になるように過冷却解消部（８）の解消能力を
制御する冷却面温度制御手段（Ｂ１）とを設ける構成と
したものである。

【００１０】第２の解決手段は、上記製氷装置に加え
て、上記過冷却解消部（８）の冷却面温度を検出する冷
却面温度検出手段（Ａ）と、上記過冷却解消部（８）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解消温度を設定する最適値
設定手段（Ｄ）と、上記冷却面温度検出手段（Ａ）から
の冷却面温度信号と、上記最適値設定手段（Ｄ）と、上
記冷却面温度検出手段（Ａ）からの冷却面温度信号と、
上記最適値設定手段（Ｄ）からの目標解消温度信号とを
受け、両温度を比較し、冷却面温度が目標解消温度にな
るように過冷却解消部（８）の解消能力を制御する冷却
面温度制御手段（Ｂ２）とを設ける構成としたものであ
る。

【００１１】第３の解決手段は、上記製氷装置に加え
て、上記過冷却解消部（８）の冷却面温度を検出する冷
却面温度検出手段（Ａ）と、該冷却面温度検出手段
（Ａ）からの冷却面温度信号を受けて、該冷却面温度と
所定の目標解消温度とを比較し、冷却面温度が目標解消
温度になるように過冷却解消部（８）の解消能力を制御
する冷却面温度制御手段（Ｂ１）と上記過冷却解消部
（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、過冷却解消部（８）の解消能力を低下させる冷却能
力低減手段（Ｆ）とを設ける構成としたものである。

【００１２】第４の解決手段は、上記製氷装置に加え
て、上記過冷却解消部（８）の冷却面温度を検出する冷
却面温度検出手段（Ａ）と、上記過冷却解消部（８）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、該流速検出手段からの流速信号を受けて、現
在の流速に適した目標解消温度を設定する最適値設定手
段（Ｄ）と、冷却面温度検出手段（Ａ）からの冷却面温
度信号と、最適値設定手段（Ｄ）からの最適値信号とを
受け、両温度を比較し、冷却面温度が目標解消温度にな
るように過冷却解消部（８）の解消能力を制御する冷却
面温度制御手段（Ｂ２）と、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、上記過
冷却解消部（８）の解消能力を低下させる冷却能力低減
手段（Ｆ）とを設ける構成としたものである。

【００１３】

【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ると共
に、水循環路（５１）の途中で過冷却解消部（８）によ
り過冷却状態を解消して、スラリー状の氷を生成してい
る。この製氷運転において、請求項１の発明では、冷却
面温度検出手段（Ａ）により、過冷却解消部（８）の冷
却面温度の信号が検出されると、冷却面温度制御手段
（Ｂ１）により、この冷却面温度と目標解消温度とが比
較され、その偏差を修正し目標解消温度になるように過
冷却解消部（８）の解消能力を制御される。したがっ
て，過冷却解消部（８）の冷却面温度は、あらかじめ最
適の解消温度として設定された目標解消温度につねに制
御される。

【００１４】請求項２の発明では、上記製氷運転におい
て、流速検出手段（Ｃ）により流速を検出し、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
に適した目標解消温度を設定する。そして、冷却面温度
制御手段（Ｂ２）により、冷却面温度検出手段（Ａ）に
より検出された冷却面温度と最適値設定手段（Ｄ）によ
り設定された目標解消温度とを比較し、冷却面温度が目
標解消温度になるように過冷却解消部（８）の解消能力
を制御される。したがって、過冷却解消部（８）の配設
箇所における流速が増減することにより、目標解消温度
が変動した場合にも、現在の流速にもっとも適した目標
解消温度になるように過冷却解消部（８）の解消能力を
制御される。

【００１５】また、上記製氷運転において、氷化が開始
されると、それまで過冷却状態を解消するための温度衝
撃として使われていた大きな冷熱が、過冷却解消部
（８）の冷却に使われはじめる。また、過冷却解消部
（８）の冷却面に付着した氷が成長すると、氷が過冷却
解消部（８）と流体との熱交換を妨げるために過冷却解
消部（８）は、冷却されるようになる。これらの現象に
より、氷の生成後は、図５に示すように、過冷却解消部
（８）の冷却面温度Ｔc は下降傾向になる。そのため、
過冷却解消部（８）から氷が剥がれにくくったり氷の粒
子が大きくなりすぎたりして、管路を閉塞するといった
不都合が生じる。そこで、請求項３の発明では、上記請
求項１の発明に加えて、氷生成検出手段（Ｅ）と解消能
力低減手段（Ｆ）とを設けている。そして、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
を検出する。この氷生成信号に基づいて、解消能力低減
手段（Ｆ）により、過冷却解消部（８）の解消能力を低
下させるようにしているので、氷の生成が及ぼす悪影響
が打ち消される。

【００１６】請求項４の発明では、流速検出手段（Ｃ）
と最適値設定手段（Ｄ）とにより流速に対応する最適値
が設定されると共に、氷が生成した場合には、氷生成検
出手段（Ｅ）と解消能力手段（Ｆ）とにより冷却面温度
の下降傾向が打ち消されるので、流速の変化や流体の相
状態の変化に対応した製氷運転制御が行われる。

【００１７】

【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。

【００１８】第２図は本発明に係る一実施例の空気調和
装置の冷媒回路（１）の構成を示す。図中、（１１）は
第１圧縮機、（１２）は該第１圧縮機（１１）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（１４）中で直列
に接続されている。

【００１９】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）中で直列に接続されている。

【００２０】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。

【００２１】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。

【００２２】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。

【００２３】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。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】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。

【００２７】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。

【００２８】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。一方、冷媒回路（１）の液ラインには、液冷媒の一
部を水側電動膨張弁（２３）をバイパスさせて予熱熱交
換器（６）に流通させる予熱バイパス路（６１）が設け
られいて、該予熱バイパス路（６１）の予熱熱交換器
（６）の下流側には、冷媒の減圧機能及び流量制御機能
を有する予熱電動膨張弁（６２）が介設されている。該
予熱電動膨張弁（６２）と水側電動膨張弁（２３）とに
より、予熱バイパス路（６１）の冷媒流量を調節すると
ともに、水熱交換器（２２）の製氷運転時における冷媒
の減圧をも行うようになされている。

【００２９】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、さらに、
該再冷却器（８）と水熱交換器（２２）との間には、復
管路（５１Ｂ）の凍結が水熱交換器（２２）まで進展す
るのを阻止するための凍結進展防止部としての保温熱交
換器（７）が設けられている。また、上記冷媒回路
（１）の液ラインから保温熱交換器（７）に、液冷媒を
流通させる保温通路（３６）が設けられている。さら
に、水熱交換器（２２）の製氷運転時に上記保温通路
（３６）の下流側となる液ラインからは、再冷却バイパ
ス路（３７）が分岐している。該再冷却バイパス路（３
７）は、再冷却器（８）を経て圧縮機（１１），（２
１）の吸入側となる分岐路（２５）に接続されていると
共に、再冷却器（８）の上流側には、冷媒の減圧機能及
び流量制御機能を有する電動膨張弁（７２）が介設され
ている。

【００３０】すなわち、再冷却器（８）において、電動
膨張弁（７２）で減圧された冷媒との熱交換により、水
熱交換器（２２）で過冷却された水等を再冷却し、その
過冷却状態を解消させてスラリ―状に氷化させ、復管路
（５１Ｂ）を介してスラリ―状の氷化物を蓄氷槽（５）
まで循環させる。また、保温熱交換器（７）において配
管外周から加熱することにより、着氷によって生じた管
壁の凍結が水熱交換器（２２）にまで進展するのを防止
する。

【００３１】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。

【００３２】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）で凝縮させた後水側電動膨張弁（２
３）（又は予熱電動膨張弁（６２））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（過冷却解消部）（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。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。

【００３３】一方、本発明の特徴として、図３に示すよ
うに、再冷却器（８）には、再冷却器の冷却面温度Ｔc
を検出する再冷却器センサ（８１）が配設されている。
また、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
検出センサ（８２）と、再冷却器（８）の下流側に流体
温度Ｔw を検出する流体温度センサー（７０）が配置さ
れている。

【００３４】そして、上記冷却面温度Ｔc および流体温
度Ｔw 、流速ｕの検出信号はコントローラ（１０）に入
力され、該コントローラ（１０）によって過冷却解消部
（８）の運転が制御されている。

【００３５】この製氷運転の制御内容を図４のフローチ
ャートに基づき説明する。

【００３６】まず、ステップＳ１において、再冷却器セ
ンサ（８１）により検出された冷却面温度Ｔc と、流速
検出センサ（８２）により検出された流速ｕと、流体温
度センサー（７０）により検出された流体温度Ｔw とを
読み込む。この後、ステップＳ２に移り、目標解消温度
である、現在の流速ｕに対応する臨界解消温度ＴRcを、
後述するＴRc線（図６）に基づいて演算する。同時に、
今回の流体温度Ｔw 値と前回の流体温度Ｔwp値とに基づ
き、温度差△Ｔw と温度勾配τ（△Ｔw ／△ｔ）を演算
する。

【００３７】続いて、ステップＳ３に移り、氷生成条件
を判断し、つまり、上記表面温度Ｔw が、流体の凝固点
Ｔg （０℃）から所定の値Ａh １（例えば０。５℃程度
の値）を差し引いた値（Ｔg −Ａh １）以上の値か否か
判別する。そして、Ｔw ≧（Ｔg −Ａh １）の場合には
氷が生成したと判断して、ステップＳ４に移る。

【００３８】一方、上記ステップＳ３の判定がＮＯのと
きには、ステップＳ５に移り、温度勾配τが所定の設定
値Ａh ２以上か否か判別する。τ≧Ａh２のときには、
判定がＹＥＳとなり、流体温度Ｔw が凝固点Ｔg よりも
低温であっても、氷が生成したと判断して上記ステップ
Ｓ４に進む。

【００３９】このステップＳ４では、冷却面温度Ｔc が
凝固点Ｔg より低温か否かを判別する。Ｔc ＜Ｔg の場
合には、ステップＳ６に移り、冷却面温度Ｔc が臨界解
消温度ＴRcより高温か否かを判別する。Ｔc ＞ＴRcの場
合には、電動膨脹弁の開度Ｅv をそのままにして、つま
り、冷却面温度Ｔc をその温度に保ったままステップＳ
１に戻る。一方、冷却面温度Ｔc が臨界解消温度ＴRc以
下の場合には、ステップＳ７に移る。ステップＳ７で
は、電動膨脹弁（７２）の開度Ｅvを、現在の冷却面温
度Ｔc が臨界解消温度ＴRcから外れた温度差分（ＴRc−
Ｔc ）だけ大きくする。Ｋ2 は温度差を開度に変えるた
めの定数である。

【００４０】次に、ステップＳ８に移り、今回の検出温
度Ｔw を前回の検出温度Ｔwpにセットして、ステップＳ
９に移り、タイマのカウントを開始してから、ステップ
Ｓ１０に移り、カウントが所定の所定のサンプリングタ
イムにカウントしたか否か判別する。サンプリングタイ
ムに達していない場合には、カウントを続ける一方、カ
ウントがサンプリングタイムになるとステップＳ１に戻
る。

【００４１】また、ステップＳ４において、冷却面温度
Ｔc が凝固点Ｔg より高い場合には、ステップＳ１１に
移り、電動膨脹弁（７２）の開度Ｅv を、現在の冷却面
温度Ｔc が凝固点Ｔg より高い温度差分（Ｔg −Ｔc ）
だけ小さくし、冷却面温度Ｔc を下げる。Ｋ1 は温度差
を開度に変えるための定数である。この後、ステップＳ
８に移り、今回の検出温度Ｔw を前回の検出温度Ｔwpに
セットし、さらに、ステップＳ９，Ｓ１０においてサン
プリングタイムをカウントした後、ステップＳ１に戻
る。

【００４２】また、ステップＳ５において、温度勾配τ
が設定値Ａh ２より低い場合には、氷が生成していない
と判断してステップＳ１２に移り、冷却面温度Ｔc が臨
界解消温度ＴRcより低いか否か判別する。Ｔc ＜ＴRcの
場合には、電動膨脹弁（７２）の開度Ｅv をそのままに
して、つまり、冷却面温度Ｔc をその温度に保ったまま
ステップＳ１に戻る。一方、現在の冷却面温度Ｔc が臨
界解消温度ＴRc以上の場合には、ステップＳ１３に移
る。ステップＳ１３では、冷却面温度Ｔc が臨界解消温
度ＴRcから外れた温度差分（Ｔc −ＴRc）だけ電動膨脹
弁（７２）の開度Ｅv を小さくし、冷却面温度Ｔc を下
げる。Ｋ3 は温度差を開度に変えるための定数である。
この後、ステップＳ８に移り、今回の検出温度Ｔw を前
回の検出温度Ｔwpにセットし、さらに、ステップＳ９，
Ｓ１０においてサンプリングタイムをカウントした後、
ステップＳ１に戻る。

【００４３】上記製氷運転において、流体温度Ｔw とそ
の温度勾配τとを氷生成条件とした。流体温度Ｔw につ
いては、図５に示すように、流体温度Ｔw は過冷却状態
では凝固点Ｔg よりも低温であるが、過冷却状態を解消
すると凝固点（０℃）まで上昇する。したがって、流体
温度Ｔw が凝固点Ｔg になったかどうかを測定すれば氷
の生成を検出できることになる。また、温度勾配τにつ
いては、氷化が急速に進むほど流体温度Ｔw が急上昇す
るので、温度勾配τの傾きの変化を測定すれば氷の生成
を検出することができることになる。

【００４４】上記実施例の制御フローにおいて、請求項
１の発明における冷却面温度制御手段（Ｂ１）は、ステ
ップＳ１２，Ｓ１３により構成されている。

【００４５】そして、冷却面温度検出手段（Ａ）として
の再冷却器センサ（８１）により、冷却面温度Ｔc を検
出し、冷却面温度制御手段（Ｂ１）が冷却面温度信号を
受けると、該冷却面温度と目標解消温度を比較する。

【００４６】目標解消温度は、図６に示すように、所定
の流速ｕ1 に対応する臨界解消温度ＴRc1 に設定されて
いる。この臨界解消温度ＴRc１は、過冷却状態の解消が
容易に起こり始める温度である。この臨界解消温度ＴRc
と凝固点Ｔg との間の温度では過冷却状態は安定してお
り、氷化しにくい。一方、臨界解消温度ＴRcより低い温
度領域では過冷却状態は不安定であるため、水又は水溶
液はこの状態を解消して氷になりやすい。そこで、臨界
解消温度ＴRcを目標解消温度に設定したものである。臨
界解消温度ＴRcより低い温度を目標解消温度にしなかっ
たのは、冷却面温度Ｔc が低くなるほど、再冷却器
（８）に着氷が発生しやすく、管壁が凍結すれば製氷効
率の低下を招き、着氷層がさらに厚くなっていけば再冷
却器（８）で閉塞を起こし、着氷が剥がれて下流に流れ
ると下流の管路において閉塞を起こす等の弊害が生じる
ためである。

【００４７】次に、この臨界解消温度ＴRcと冷却面温度
Ｔc の温度差に対応する制御信号を、コントローラ（１
０）から電動膨脹弁（７２）に送る。電動膨脹弁（７
２）は、冷媒流量を変化させ、再冷却器（８）の冷却面
温度Ｔc が目標解消温度、すなわち、臨界解消温度ＴRc
1 になるように調節される。

【００４８】したがって，冷却面温度Ｔc が最適の過冷
却状態の解消温度に制御されることとなり、過冷却状態
の解消を確実になし、しかも管路の凍結を防止すること
ができる。

【００４９】次に、上記実施例の制御フローにおいて、
請求項２の発明における目標値設定手段（Ｄ）は、ステ
ップＳ１，Ｓ２により構成されている。

【００５０】解消能力制御手段（Ｂ２）は、ステップＳ
１２，Ｓ１３により構成されている。

【００５１】請求項２の発明では、流速検出手段（Ｃ）
としての流速検出センサ（８２）により流速ｕを検出
し、流速信号に基づいて最適値設定手段（Ｄ）により、
目標解消温度を設定するものとしている。

【００５２】目標解消温度は、請求項１と同様に臨界解
消温度ＴRcに設定される。ところが、臨界解消温度ＴRc
は、流速に比例して上昇し、図６に示すように、ＴRc線
が描かれる。このＴRc線と凝固点Ｔg の等温線で囲まれ
た領域では過冷却状態が安定（過冷却安定領域）してお
り、氷化しにくい。一方、凝固点Ｔg より比較的低い温
度領域では過冷却状態は不安定（過冷却不安定領域）で
あるため、水又は水溶液は過冷却状態を解消して氷化し
やすい。そこで、本請求項では、目標解消温度を流速に
対応して変動するものとし、上記ＴRc線に沿った制御が
できるようにしたものである。臨界解消温度ＴRcより低
い過冷却不安定領域を目標解消温度にしなかったのは、
請求項１の発明において説明したのと同様に、冷却面温
度Ｔc が低くなるほど、再冷却器（８）に着氷が発生し
やすく、管壁の凍結に伴う製氷効率の低下、管路の閉塞
等の弊害が生じるためである。

【００５３】そして、上記冷却面温度制御手段（Ｂ２）
により、冷却面温度Ｔc と目標解消温度、つまり、臨界
解消温度ＴRcとを比較し、その偏差に対応する制御信号
を電動膨脹弁（７２）に送り、冷却面温度Ｔc を臨界解
消温度ＴRcになるように過冷却解消部（８）の解消能力
を制御している。

【００５４】具体的には、図４の制御フローにおいて、
ステップＳ１２において冷却面温度Ｔc が臨界解消温度
ＴRcより高い過冷却安定領域では、電動膨脹弁（７２）
の開度Ｅv を絞り、冷却面温度Ｔc を下げる。一方、冷
却面温度Ｔc が臨界解消温度ＴRcより低い過冷却不安定
領域では、ステップＳ１３からステップＳ１に戻り、電
動膨脹弁（７２）の開度Ｅv をそのまま維持し、冷却面
温度Ｔc を現在の温度に保つ。つまり、氷生成前のメイ
ン制御運転のように、冷却面温度Ｔc がＴRc線より高温
の過冷却安定領域にある場合には、過冷却状態を解消す
るために冷却してやる必要がある。また、この場合、冷
熱は過冷却状態を解消するための温度衝撃として使われ
ているので、冷却面温度Ｔc がＴRc線より低温の過冷却
安定領域にある場合でも、冷却面温度Ｔc はＴRc線より
大きく低下することはなく、ＴRc線の近傍に位置してい
る。したがって、冷却面温度Ｔc を下げなくても支障は
ない。

【００５５】したがって、過冷却解消部（８）の配設箇
所における流速が増減することにより臨界解消温度ＴRc
が変動した場合にも、目標解消温度を現在の流速にもっ
とも適した臨界解消温度ＴRcに設定することができる。

【００５６】次に、上記制御フローにおいて、請求項３
の発明における氷生成検出手段（Ｅ）は、ステップＳ１
〜Ｓ５により構成されている。

【００５７】解消能力低減手段（Ｆ）は、ステップＳ
４，Ｓ６，Ｓ７により構成されている。

【００５８】そして、請求項３の発明では、請求項１の
発明の冷却面温度検出手段（Ａ）と冷却面温度制御手段
（Ｂ１）に加えて、氷生成検出手段（Ｅ）である流体温
度センサ（７０）により氷の生成を検出し、この氷生成
信号に基づいて、解消能力低減手段（Ｆ）により、冷却
面温度制御手段（Ｂ１）の冷却能力を低下させる。

【００５９】具体的には、図４の制御フローにおいて、
ステップＳ４において冷却面温度Ｔc が凝固点Ｔg より
低く、かつステップＳ６において冷却面温度Ｔc が臨界
解消温度ＴRcより低い過冷却不安定領域では、電動膨脹
弁（７２）の開度Ｅv を増し、冷却面温度Ｔc を上昇さ
せる。一方、冷却面温度Ｔc が臨界解消温度ＴRcより高
い過冷却不安定領域では、ステップＳ６からステップＳ
１に戻り、冷却面温度Ｔc を現在の温度に保つ。

【００６０】つまり、氷化が開始されと、それまで過冷
却状態を解消するための温度衝撃として使われていた大
きな冷熱が、過冷却解消部（８）の冷却に使われはじめ
る。その後、過冷却解消部（８）の冷却面に付着した氷
が成長すると、氷が過冷却解消部（８）と流体との熱交
換を妨げるために過冷却解消部（８）は、冷却されるよ
うになる。これらの現象により、氷の生成後は、図５に
示すように、過冷却解消部（８）の冷却面温度Ｔc は下
降傾向になる。

【００６１】したがって，このような冷却面温度Ｔc の
下降傾向を打ち消すため、ＴRc線より低温の過冷却不安
定領域では、冷却面温度Ｔc を上昇させるのである。一
方、冷却面温度Ｔc がＴRc線より高温の過冷却安定領域
にある場合には、現在の冷却面温度Ｔc で十分ＴRc線ま
で低下させることができるので、その温度を保てばよい
ことになる。

【００６２】したがって，本請求項では、氷の生成がお
よぼす悪影響を打ち消すことができる。つまり、本請求
項は、氷生成という外乱を検出することにより、冷却面
温度Ｔc がＴRc線から外れるという悪影響が現れる前
に、その影響を打ち消すものであって、いわばフィード
フォーワード制御を行なうものである。

【００６３】ところで、氷が生成すると冷却面温度Ｔc
が下降傾向になるという、氷生成が及ぼす悪影響を修正
する制御として、フィードフォーワード制御のほかに、
冷却面温度Ｔc をフィードバック制御することが考えら
れる。しかし、フィードバック制御は、氷の生成によっ
て冷却面温度Ｔc が臨界解消温度ＴRcより大きく下回る
ようになってから、冷却面温度Ｔc を臨界解消温度ＴRc
に回復させようとするものであるため、制御の修正が遅
くなりがちである。このため、冷却面温度Ｔc が臨界解
消温度ＴRcに到達せず、恒常的な誤差が生じるおそれが
ある。これに対して、本請求項のフィードフォーワード
制御では、氷生成による悪影響が冷却面温度Ｔc に現れ
る前に制御を修正するので、冷却面温度Ｔc を目標解消
温度に一致させることができ、精度のよい制御が可能に
なる。

【００６４】次に、請求項４の発明では、流速検出手段
（Ｃ）と最適値設定手段（Ｄ）とにより、目標解消温度
を流速に対応する臨界解消温度ＴRcに設定することがで
きると共に、氷が生成した場合には、氷生成検出手段
（Ｅ）と解消能力手段（Ｆ）とにより冷却面温度の下降
傾向を打ち消すことができる。したがって，流速の変化
や流体の状態の変化に対応した製氷運転制御ができ、一
層精度のよい制御を行なうことができる。

【００６５】

【発明の効果】以上の構成により、請求項１の発明によ
れば、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
る製氷装置において、冷却面温度制御手段（Ｂ１）によ
り、冷却面温度検出手段（Ａ）からの冷却面温度信号を
受けると、該冷却面温度信号と目標解消温度を比較し、
冷却面温度が目標解消温度になるように過冷却解消部
（８）の解消能力を制御するものとしている。したがっ
て，冷却面温度Ｔc を目標解消温度、つまり最適の過冷
却状態の解消温度に制御できることとなり、過冷却状態
の解消を確実になし、しかも管路の凍結を防止すること
ができる。

【００６６】請求項２の発明によれば、流速検出手段
（Ｃ）により流速を検出し、この流速信号に基づいて最
適値設定手段（Ｄ）により、目標解消温度を流速の変動
に対応した最適の値に設定し、この最適値になるように
過冷却解消部（８）の解消能力を、冷却面温度制御手段
（Ｂ２）により、冷却面温度を制御する構成としている
ので、装置を据え付けた際の設計流速からの誤差や製氷
運転中の流速の変化等に即応でき、つねに冷却面温度を
最適値に保つことができる。

【００６７】請求項３の発明によれば、氷生成検出手段
（Ｅ）により氷の生成を検出し、この氷生成信号に基づ
いて、冷却能力低減手段（Ｆ）により、過冷却解消部
（８）の冷却能力を低下させる構成としているので、氷
の生成がおよぼす悪影響を打ち消すことができる。ま
た、氷の生成に基づくフィードフォーワード制御を行な
うものであるため、精度のよい制御を行なうことができ
る。

【００６８】請求項４の発明によれば、目標解消温度を
流速に対応する臨界解消温度ＴRcに設定すると共に、氷
が生成した場合には、冷却面温度の下降傾向を打ち消す
ことができるので、流速の変化や流体の状態の変化に対
応した製氷運転制御ができ、一層精度の高い制御を行な
うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】発明の基本的な構成を示すブロック図である。

【図２】空気調和装置の構成を示す冷媒配管系統図であ
る。

【図３】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】製氷運転制御を示すフローチャート図である。

【図５】氷生成時点における流体温度及び再冷却器の冷
却面温度の時間変化を示す特性図である。

【図６】氷生成時点における氷の状態を示す縦断面図で
ある。

【符号の説明】

１ 冷媒回路 ５ 蓄氷槽 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 冷却面温度検出手段 Ｂ 冷却面温度制御手段 Ｃ 流速検出手段 Ｄ 最適値設定手段 Ｅ 氷生成検出手段 Ｆ 解消能力低減手段

Claims (4)

【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
   を冷却することにより過冷却状態を解消してスラリ―状
   の氷を生成する、能力可変の過冷却解消部（８）とを備
   えた製氷装置であって、該過冷却解消部（８）の冷却面
   温度を検出する冷却面温度検出手段（Ａ）と、冷却面温
   度検出手段（Ａ）からの冷却面温度信号を受けると、該
   冷却面温度を所定の目標解消温度と比較し、冷却面温度
   が目標解消温度になるように過冷却解消部（８）の解消
   能力を制御する冷却面温度制御手段（Ｂ１）とを備えた
   ことを特徴とする製氷装置。
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
   を冷却することにより過冷却状態を解消してスラリ―状
   の氷を生成する、能力可変の過冷却解消部（８）とを備
   えた製氷装置であって、上記過冷却解消部（８）の冷却
   面温度を検出する冷却面温度検出手段（Ａ）と、 上記
   過冷却解消部（８）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解消温度
   を設定する最適値設定手段（Ｄ）と、上記冷却面温度検
   出手段（Ａ）からの冷却面温度信号と、上記最適値設定
   手段（Ｄ）からの目標解消温度信号とを受け、両温度を
   比較し、冷却面温度が目標解消温度になるように過冷却
   解消部（８）の解消能力を制御する冷却面温度制御手段
   （Ｂ２）とを備えたことを特徴とする製氷装置。
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
   を冷却することにより過冷却状態を解消してスラリ―状
   の氷を生成する、能力可変の過冷却解消部（８）とを備
   えた製氷装置であって、上記過冷却解消部（８）の冷却
   面温度を検出する冷却面温度検出手段（Ａ）と、 該冷
   却面温度検出手段（Ａ）からの冷却面温度信号を受け
   て、該冷却面温度を所定の目標解消温度と比較し、冷却
   面温度が目標解消温度になるように過冷却解消部（８）
   の解消能力を制御する冷却面温度制御手段（Ｂ１）と、
   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
   生成信号を受けると、上記過冷却解消部（８）の解消能
   力を低下させる冷却能力低減手段（Ｆ）とを備えたこと
   を特徴とする製氷装置。
4. 【請求項４】 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
   を冷却することにより過冷却状態を解消してスラリ―状
   の氷を生成する、能力可変の過冷却解消部（８）とを備
   えた製氷装置であって、上記過冷却解消部（８）の冷却
   面温度を検出する冷却面温度検出手段（Ａ）と、 上記
   過冷却解消部（８）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、該流速検出手段からの流速
   信号を受けて、現在の流速に適した目標解消温度を設定
   する最適値設定手段（Ｄ）と、冷却面温度検出手段
   （Ａ）からの冷却面温度信号と、最適値設定手段（Ｄ）
   からの最適値信号とを受け、両温度を比較し、冷却面温
   度が目標解消温度になるように過冷却解消部（８）の解
   消能力を制御する冷却面温度制御手段（Ｂ２）と、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、上記過冷却解消部（８）の解消能力を低
   下させる冷却能力低減手段（Ｆ）とを備えたことを特徴
   とする製氷装置。