JP2002514295A - 氷室システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 検出状態に基づいて冷凍装置の圧縮機１６を連続的に繰り返してオン／オフするために氷室１０で使用される冷凍システムの制御装置である。このシステムは、冷凍装置の蒸発コイル１４から第１距離を隔てて配置された第１温度プローブ１２０と、その冷凍装置の蒸発コイル１４から第２の一層長い距離を隔てて配置された第２温度プローブ１２２とを含む。プログラム可能な制御装置１３０が第１および第２温度プローブ１２０，１２２からの温度出力を監視し、第１および第２プローブ１２０，１２２の検出温度間の温度差の変化率に基づいて冷凍装置の圧縮機１６をオン／オフする。

Description

【発明の詳細な説明】 氷室システム関連出願 本願は何れも名称が氷室システム（Ice Bank System）である、１９９７年５ 月３０日付けで出願された米国仮特許出願第６０／０４８１３８号および１９９ 7年６月１６日付けで出願された第６０／０４８９４２号の優先権を主張して１ ９９８年５月２８日付けで米国特許および商標局に出願された。発明の分野 本発明は、氷室で冷却されるソフトドリンクなどの液体が凍結するのを防止す るための氷室制御システム（ice bank control system）に関する。背景技術 氷室に関する代表的な先行技術の特許は、米国特許第５１６３２９８号、同第 ４９３４１５０号、同第４８４３８３０号、同第４８２３５５６号、同第５５０ ２９７７号、同第５３９９３００号、同第４４９７１７９号、同第２４５９３３ ７号、同第５０２２２３３号、および公告されたＥＰＯ特許出願第０３１５４３ ９号である。 飲料自動販売機用の氷室は、圧縮機、凝縮器および蒸発器を含む完全な冷凍シ ステムを含んで成り、これらの構成機器のすべては該システムを通して冷媒を導 くための流体導管で相互連結されている。 飲料を自動販売する代表的な先行技術の氷室では、一例に並べられた多数のさ まざまな飲料の配給装置を含んでおり、消費者またはレストラン従業員が適当な 配給装置を選んで、その選んだソフトドリンクのような冷えた飲料をカップに充 填させることができるようになされている。氷室ハウジングは蒸発コイル構造を 取り囲み、この蒸発コイル構造はソフトドリンクシロップの配給管を取り囲んで いる。ソフトドリンク配給管および蒸発器は共に水浴槽内に沈められており、浴 槽水から蒸発器へ至る熱伝達を高めて、その浴槽水を冷却してソフトドリンク配 給管を冷却するようになされている。発明の概要 本発明は、検出状態に基づいて冷凍装置の圧縮機を連続的に繰り返してオン／ オフするために氷室で使用する制御方法および装置を採用した冷凍システムに関 する。このシステムは、冷凍装置の蒸発コイルから第１距離を隔てて配置された 第１温度プローブと、その冷凍装置の蒸発コイルから第２の一層長い距離を隔て て配置された第２温度プローブとを含む。プログラム可能な制御装置が第１およ び第２温度プローブからの温度出力を監視し、両プローブの検出温度間の温度差 の変化に基づいて冷凍装置の圧縮機をオン／オフする。 飲料配給氷室は、完全な冷凍システムを含んで成る。蒸発コイルは水浴槽内に 沈められており、同様に水浴槽を通して配管されている配給管内を流れる飲料を 浴槽水が冷却する。２つの温度検出プローブは蒸発コイルの直ぐ近くに取付けら れ、その蒸発コイルに付着成長した氷を検出する。この情報は圧縮機のオン／オ フ制御に用いられる。開示した方法の１つの目的は、飲料配給装置へ至る飲料供 給コイルに氷が付着成長するのを許すことなく、蒸発コイルと浴槽水との間の効 率的な熱伝達を可能にすることである。蒸発コイルに多量の氷が付着成長するの を許すと、飲料配給コイルに氷が接触してそれらのコイル内の液体に凍結を生じ ることになる。この凍結は飲料配給コイルを破裂させることになり、これは氷室 の高価な修理を必要とする。蒸発コイルに付着成長する氷を監視することで、本 発明は氷室を損傷させずに効率的な氷室作動を達成する。 本発明のこれらおよびその他の目的、利点、および特徴は、添付図面と関連し て記載される本発明の好ましい実施例の説明を読むことで一層良好に理解されよ う。図面の簡単な説明 図１は冷凍機の構成部材を示す分解斜視図であり、 図２は冷凍機の外部の分解斜視図であり、 図３は冷凍機からソフトドリンクシロップを配給するための多数のシロップコ イルの代表的な斜視図であり、 図４はシロップ配給コイルおよびそのシロップ配給コイルを取り囲む蒸発コイ ルの間隙を示す頂面図。 図５は蒸発コイルに関する温度検出プローブの間隙を示す拡大図であり、 図６は蒸発コイルで検出された関数として、また蒸発コイルから間隔を隔てら れている２つの温度検出センサーで測定された関数として温度を示すグラフ。で あり、 図７は蒸発コイルの内側に支持されているシロップ配給チューブに氷が形成さ れるのを防止するために、蒸発コイルの除霜制御の制御アルゴリズムであり、 図８は検出状態を監視して、圧縮機のモーターをオン／オフするために継電コ イルを制御するための回路の概略図である。発明を実施する最良の態様 図１および図２は氷室１０を示しており、この氷室はその蒸発コイル１４上に 氷が形成されるのを制御するための制御回路１２（図８）を含んでいる。蒸発コ イル１４は冷凍システムの一部をなしており、この冷凍システムには高温の圧縮 された冷媒を閉ループ冷凍系を通して流すための圧縮機１６が含まれる。圧縮さ れた液体冷媒が蒸発コイル１４に送られて該コイルを通過するとき、その冷媒は 周囲環境によって加熱されて膨張され、気体状態となる。冷媒が熱を集める（奪 う）ので、コイルの周辺領域は冷却される。 蒸発コイル１４は配列されたコイル２０（図３）を取り囲んでおり、これらの コイル２０はそれを通して炭酸水およびソフトドリンクシロップを氷室１０の前 部に位置されている液体配給領域２２へ導く。氷室１０の前に立ち、その自動販 売機の前部に配置されたカップへ氷室から１種のソフトドリンクを配給させるた めに、多数の配給装置のうちの選定した１つの配給装置に対して使用者が作用す ることで、ソフトドリンクが配給される。炭酸水およびシロップのコイル２０と 、蒸発コイル１４とは、何れも水浴槽内に沈められている。 水浴槽が冷却されるとき、氷が蒸発コイル１４の外面に形成される。多量の氷 が付着成長して、その氷が内方へ延在して炭酸水およびシロップのコイル２０に 接触するのを防止するために、圧縮機は定期的に消勢される。 図１を参照すれば、氷室１０と、水浴槽の領域２４内で浴槽水を冷却する冷凍 システムとを構成している各種の構成部材が見られる。図１に示された構成部材 （蒸発コイル１４を除く）は水浴槽の上方に取付けられ、底板２６で支持されて いる。底板２６は絶縁体２８によって浴槽水から隔てられている。 撹拌モーター組立体３０が底板２６に取付けられており、該モーター組立体３ ０の出力シャフト３２は水浴槽内へ延在され、撹拌翼３４を回転させて水浴槽内 の温度の均等化を即させるように浴槽水を撹拌するようになされている。冷凍圧 縮機１６、および熱交換器４４を有する凝縮器４２は導管によって相互連結され ており、それらの導管は氷室の水浴槽内で底板２６の下方に支持されている配列 された蒸発コイル１４を含んで成る。氷室の制御ユニット５０は、蒸発コイルの 直ぐ近くで検出された温度に基づいて圧縮機をオン／オフするための制御回路１ ２を内蔵している。シュラウド５４内に収められ、ブラケット５８に取付けられ たモーター５６によって駆動されるファン５２を氷室１０は支持している。ファ ン５２は凝縮器のコイル４４を横断して空気を流し、凝縮器コイルの中を流れる 冷媒とコイルを横断して流れる空気との間の熱伝達を損傷する。圧縮機の下流側 に備えられた膨張弁は高温の圧縮された冷媒を受入れ、その冷媒が蒸発コイル内 に送り込まれるときに膨張させる。 開示した氷室は１２０ボルトの交流電流として導かれるＡＣ電力によって作動 する。氷室に対するＡＣ電力の入力は底板で支持された変圧器６２によって電圧 を段階的に下げられた後、電源回路（図示せず）によって調整される。制御回路 １２を付勢するために電源回路は５ボルト程度の低電圧ＤＣ信号を供給し、また 圧縮機モーターの継電器６４（図８）を作動させるために１２ボルトのＤＣ信号 を与える。 氷室キャビネット（図２）は、図１に示された冷凍システムの構成部材を包囲 する頂部組立体７２を含む。この頂部組立体７２は、蒸発コイル１４およびシロ ップコイル２０を包囲する水浴槽組立体７４の上方に配置される。氷室１０の前 部側には、配給コイル２０を通して送られる炭酸水および個別のコイルを通して 送られるシロップ（ソフトドリンクの場合）を混合する配給制御弁７６の配列が 支持されて、コイル２０を通して送られて冷却され、混合弁で混合された飲料を この配給制御弁７６が配給するのであり、飲料はドリップ受け７８の上方に配置 された支持台７６の上に載せられているカップ（図示せず）に供給される。図２ の分解斜視図には、基部８２、弁取付け板８４、ドリップ受けスカート８６、お よび飛沫止め板８８も含まれている。 図５は、浴槽水を冷却するためにその浴槽水から熱を奪うための冷凍システム の蒸発コイル１４に対する２つの温度検出プローブ１２０，１２２の相対位置を 示している。温度検出プローブ１２０，１２２は上方から絶縁体２８を通って、 蒸発コイル１４とシロップコイル２０との間隔領域内で浴槽水中へ延在している 。これらのプローブはアナログ信号を発し、この信号は蒸発コイル１４の上に形 成される氷を制限するためにプログラム可能な制御装置１３０で使用される。過 大量の氷が形成されると、蒸発コイル１４の定める範囲（図３）内に位置するシ ロップコイル２０に氷が接触して、破裂を生じることになる。 氷室制御回路１２は制御装置１３０（図８）を含み、制御装置１３０はマイク ロプロセッサとされ、そのマイクロプロセッサにより演算するために温度検出プ ローブ１２０，１２２のアナログ出力をデジタル値に変換する適当なインターフ ェースを有するのが最も好ましい。この制御装置は、飲料自動販売機内部の氷室 の蒸発コイル上に形成される氷の程度を制御する。最も好ましいこれら２つのプ ローブ１２０，１２２は、氷室の作動時の氷の厚さを検出するために圧縮機の運 転時に十分に限定された温度特性を示す感温サーミスタである。制御装置が実行 する技術は、温度検出プローブ１２０，１２２の読取りを行うこと、および先行 技術の電気機械装置よりもユニット効率を良好に制御するアルゴリズムにそれら の読み取り値を取り入れることを含む。 代表的な制御回路１２の概略図が図８に示されている。プログラム可能な制御 装置１３０（部品番号Zilog Z86C08）は、消去可能ＲＯＭ回路１３２から取り込 んだ重要な作動データを保存するために２キロバイトのＲＯＭメモリーを含み、 これは制御回路１２の電力が消滅される毎にそのデータを保存する。電力の中断 間隔に関係なく電力を再投入することで、それらの値は消去可能ＲＯＭから制御 装置１３０へ読み込まれる。制御装置１３０からの出力１３４は切換えトランジ スタ１４０に伝えられ、そのトランジスタをオンにし、これにより圧縮機の接点 １４４を閉結する継電器コイル１４２を作動させる。接点１４４が閉結されると 圧縮機モーターが付勢され、また接点１４４が開離されると圧縮機は消勢される 。 図７は、プログラム可能な制御装置によって実行される制御プログラム作動シ ステムのフローチャートである。電力がプログラム可能な制御装置１３０に供給 されると、初期化段階２００〜２０２が実行され、制御装置は両温度検出プロー ブ１２０，１２２の検出した温度が４．５℃（４０°Ｆ）未満であるかどうかを ボックス２０３でチェックする。両プローブの検出した温度が４．５℃（４０° Ｆ）未満であると、制御装置はボックス２０４で較正データをチェックし、その 較正が誤っていればシステムは警報を作動させる。 開示した設計では、第１温度検出プローブ１２０が蒸発コイル１４から僅かな 距離しか離れていない位置に配置され、第２温度検出プローブ１２２が第１プロ ーブ１２０から約１２．７ｍｍ（０．５インチ）の距離を隔てた位置に配置され ている。氷の層が蒸発コイル１４の周囲に付着成長した後、その氷の層が内側プ ローブより内方へ決して縮小せず、また外側プローブより外方へ決して拡大しな いように制御された時間間隔で、制御回路１２が圧縮機をオフにする。第１回のサイクル 第１回の作動サイクルの間、水の凍結温度と、遮断温度差が決定される。電力 を供給した後両プローブが４．５℃（４０°Ｆ）以上の温度で、また両プローブ が取付けられ且つ機能しているならば、制御装置は分岐ライン２１０に沿って進 んで第１回の作動サイクル２１２を実行する。 較正する、すなわち圧縮機の付勢の前に１分間にわたってプローブ温度を測定 することで、制御装置の作動は開始される。圧縮機が付勢される前は、第１サイ クル２１２の運転時に氷が存在していてはならない。また、プローブはほぼ同じ 温度になければならない。プローブの温度が測定され、較正のために保存された 後、圧縮機がオンにされる。 水の凍結温度は、水の種類、および水がソフトドリンクシロップのような他の 内容物を含有するかどうかによって変化する。制御装置は凍結温度を、内側のプ ローブ上に氷が形成された後に蒸発コイル１４から最も離れて位置したプローブ １２２が検出する温度に定める。 第１回のサイクル時には、内側プローブ上に氷が存在する一方で外側プローブ 上に氷が存在しないために２つのプローブ温度が離隔したピーク点の後、温度測 定プローブ間の温度差の変化率がゼロに下がったときにのみ、圧縮機をオフにす る。図６は両プローブならびに蒸発コイルの検出温度を時間の関数として示して いる。圧縮機が運転を開始されるとき、両プローブは実質的に同じ温度である。 膨張コイル上に氷が形成され始めると、２つのプローブの温度は安定する一方、 膨張コイルの温度は連続して低下する。氷が蒸発コイルに近い方のプローブ上に 形成されたならば、２つのプローブ１２０，１２２間には温度差が生じる。図６ に見られるように、両プローブの温度が変化すると、次第に値が減少するような 温度差の急激な変化率がしじる。外側プローブ１２２上に氷が形成を始めると、 このプローブの温度は低下を始め、２つのプローブ間の温度差が一定に保たれる 。この温度差の変化率はゼロに減少し、その時点で圧縮機がオフとされる。オンサイクル 圧縮機をオンに戻すべき時点を決定するために、制御装置には２つのやり方が ある。この２つのやり方は時間または温度のいずれかに基づく。熱負荷が作用す ると（飲料が注入されると）、最も外側のプローブは温度の上昇を検出するので 、この温度上昇に基づいて制御装置は圧縮機をオンにする。この圧縮機を作動さ せるために要求される上昇温度は、１°〜約１．５°に調整される。 外側プローブの温度を上昇させるための熱負荷が全く検出されないならば、制 御装置は時間ルーチンに基づいて圧縮機をオンに戻す。この時間ルーチンは、制 御装置の最新の前回の圧縮機のオン／オフサイクル時に、どれだけの時間にわた りユニットがオンであったか、ならびにどれだけの時間にわたりオフであったか を基にする。代表的な関係式は、以下の通りである。すなわち、 Ｔオフ（新規）＝Ｔオフ（前回）−Ｋ＊（Ｔオン（希望）−Ｔオン（前回）） ここで、Ｋは経験的な定数である。 検出時間または温度の基準に関係なく、制御装置は５分間のロックアウト時間 にわたって圧縮機をオン状態に戻すことはしない。温度に基づいてオンにするの は、第１回の圧縮機の運転サイクル時に決定された水の凍結温度を基にして行わ れる。プローブ１２０，１２２のいずれかがこの凍結温度よりも１°〜約１．５ °、またはそれ以上の閾値となる上昇温度を検出したならば、制御装置は５分間 のロックアウト時間の経過後に圧縮機をオンに戻す。 制御装置は圧縮機の運転時間における時間継続を監視する。圧縮機が前回のサ イクルで長時間にわたってオンとされたのであれば、（温度の上昇がない状態で ）このユニットは短時間にわたって圧縮機をオフとする。何故なら、制御装置が 熱負荷を受けたのと同様だからである。圧縮機が前回のサイクルで短時間にわた ってオンとされたのであれば、制御装置は比較的長い時間にわたって圧縮機をオ フに保持する。何故なら、熱負荷がなさそうだからであり、また温度上昇が生じ なければそのような負荷が依然としてなさそうだからである。引き続くサイクルのオフ 第１回のサイクルを除く毎回のサイクルにおいて、制御装置は第１回のサイク ル時のユニットのオフ時から温度差を監視し（最大ΔＴ）、それを圧縮機をオフ にする時点のゲージとして使用する。このオフにする温度基準は、第１回のサイ クルでオフにした温度差の典型的に６０〜７０％である。 図６を参照すれば、圧縮機が運転されているとき、内側のプローブに氷が付着 成長してなければ、両プローブは０℃（３２°Ｆ）より高く、温度差はほぼ０° で、温度差の変化率は０°／時間である。２つのプローブ間に氷が形成されたが 蒸発コイルから最も遠いプローブまで氷が達していないとき、内側プローブの温 度は０℃（３２°Ｆ）より低く、外側プローブの温度は０℃（３２°Ｆ）以上と なる。温度差は０°より大きくなり、氷が第２すなわち外側のプローブに達した ときに、摂氏で約６．１°〜８．４°（華氏で１１°〜１５°）の最大の温度差 に達する。温度差のこの変化率はゼロよりも大きい。両プローブが氷で覆われる と、両プローブは０℃（３２°Ｆ）より低くなり、温度差はゼロより大きくなり （典型的には摂氏で約６．１°〜８．４°（華氏で１１°〜１５°））、温度差 の変化率はゼロに近づく。 第１回のサイクルの後、圧縮機が運転されていなければ、或る観察が行われる 。重負荷の状態の下では、水温の顕著な上昇が注目される。軽負荷の下では、た とえ蒸発コイルを取り囲む氷は溶けるとしても、シロップコイルを取り囲む浴槽 水は融点温度を保持する。最終的に蒸発コイルに最も近いプローブは、圧縮機が 停止された１０分間のうちに浴槽水の温度より摂氏で０．５６°（華氏で１°） まで温度が上昇する。 本発明は特定の温度で説明されたが、本発明が添付の請求の範囲に記載された 精神および範囲に含まれる変更および代替を包含することを意図している。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 ０９／０８６，３３４ (32)優先日 平成10年５月28日(1998．5．28) (33)優先権主張国 米国（ＵＳ） (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＡＵ，ＪＰ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 1. 冷凍装置の圧縮機のオン／オフを検出状態に基づいて連続的に繰り返すた めの冷凍システム制御装置において、 ａ） 冷凍装置の熱交換器から第１距離を隔てて配置された第１温度検出プロ ーブ、 ｂ） 冷凍装置の熱交換器から第１温度検出プローブよりも長い第２距離を隔 てて配置された第２温度検出プローブ、および ｃ） 第１および第２温度検出プローブからの温度出力値を監視し、それらの 第１および第２プローブの検出温度間の温度差に基づいて冷凍装置の圧縮機をオ ン／オフする制御装置、 を含んで成る冷凍システム制御装置。 2. 請求項１に記載された制御システムであって、制御装置が検出された温度 差の変化率に基づいて冷凍装置の圧縮機をオン／オフする制御システム。 3. 請求項１に記載された制御システムであって、付加的に氷室を含み、配給 口へ飲料を導く導管を収容している水浴槽の水を冷凍装置の熱交換器が冷却し、 また第１温度測定プローブは熱交換器のコイルから第１距離を隔てて取付けられ 、第２温度測定プローブは熱交換器からより長い第２距離を隔てて取付けられ、 また氷の付着成長が第２温度測定プローブで検出されたときに制御装置が圧縮機 をオフにする制御システム。 4. 請求項３に記載された制御システムであって、第１および第２温度測定プ ローブは熱交換器のコイルと氷室を通して飲料を流すための配給導管との間の領 域内に配置されている制御システム。 5. 請求項１に記載された制御システムであって、制御装置が温度検出プロー ブの一方または両方の検出温度に基づいて冷凍装置の圧縮機を付加的にオン／オ フする制御システム。 6. 請求項１に記載された制御システムであって、制御装置が冷凍装置の圧縮 機をその時間間隔を定めた一連の作動に基づいて付加的にオン／オフさせる制御 システム。 7. 冷凍システムの制御装置において、検出された状態に基づいて冷凍装置の 圧縮機のオン／オフを連続的に繰り返す方法であって、 ａ） 冷凍装置の熱交換器から第１距離を隔てた位置に第１温度検出プローブ を位置決めする段階、 ｂ） 冷凍装置の熱交換器から第１温度検出プローブよりも長い第２距離を隔 てた位置に第２温度検出プローブを位置決めする段階、および ｃ） 第１および第２温度検出プローブからの温度出力値を監視し、それらの 第１および第２プローブの検出した温度間の温度差に基づいて冷凍装置の圧縮機 をオン／オフする段階、 を含んで成る方法。 8. 請求項７に記載された制御システムの方法であって、冷凍装置の熱交換器 が氷室の浴槽水を冷却して飲料を冷却し、また制御された冷凍装置の圧縮機のオ ン／オフの切り換えが、浴槽水中の飲料配給導管に氷が付着成長するのを避ける ために行われる制御システムの方法。 9. 請求項７に記載された制御システムの方法であって、温度プローブの一方 または両方の検出された温度に基づいて冷却装置の圧縮機をオン／オフさせる段 階を付加的に含む制御システムの方法。 10．請求項７に記載された制御システムの方法であって、冷凍装置の圧縮機の オン／オフ切換え段階が、第１および第２温度検出プローブの間の検出された温 度差の変化率に基づいて行われる制御システムの方法。 11．請求項１０に記載された制御システムの方法であって、冷凍装置の熱交換 器が氷室の浴槽水を冷却して飲料を冷却し、また冷却装置の圧縮機が定期的な時 間間隔でオフとされて、浴槽水中の飲料配給導管に氷が付着成長するのを防止す る制御システムの方法。 12．請求項１１に記載された制御システムの方法であって、２つの温度検出プ ローブの変化率が監視され、その変化率が小さい値に落ちたときに両プローブに 氷が形成されたとみなして、圧縮機がオフされる制御システムの方法。 13．請求項７に記載された制御システムの方法であって、冷凍装置の圧縮機を その時間間隔を定めた一連の作動に基づいてオン／オフさせる段階を付加的に含 む制御システムの方法。