JP2000111218A

JP2000111218A - 自動製氷装置

Info

Publication number: JP2000111218A
Application number: JP10279506A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Ando; 仁安藤; Eiji Kuroda; 栄治黒田; Atsuo Nakayama; 厚男中山; Kentaro Yamane; 健太郎山根; Naoko Kakeida; 直子筧田; Kazufumi Yamashita; 和文山下; Koji Niwa; 康志丹羽
Original assignee: Nidec Servo Corp
Current assignee: Nidec Advanced Motor Corp
Priority date: 1998-10-01
Filing date: 1998-10-01
Publication date: 2000-04-18

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】家庭用冷蔵庫に使用される自動製氷において製
氷皿の温度と温度変化率を検出し水の凍結の判定。【解決手段】電子制御回路を用い信号処理部がＡＤコン
バータとマイクロプロセッサ又は相当機能を有する回路
で構成されるか、もしくはＡＤコンバータ内蔵のマイク
ロプロセッサもしくは相当機能を有する回路とする。製
氷皿の温度と温度変化率を検出し、注水状態、冷却途
上、皿からの氷剥離の過熱途上等と装置の動作行程を判
断し、複数回注水防止、ヒータのオーバヒート防止等の
安全制御を行い、ヒータ作動時の製氷皿の温度と温度変
化率を検出し、ヒータの省電力制御も行う。注水用電磁
弁、氷排出機構用モータ、皿からの氷剥離用電熱ヒータ
の内一つ以上が交流電源で動作するもので構成する。製
氷温度検出サーミスタ及び氷貯蔵バケットに氷が所定量
貯まったことを検出する氷貯まりセンサ用リミットスイ
ッチは直流を用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、家庭用冷蔵庫に使用さ
れる自動製氷装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の自動製氷装置では、第一の例とし
て水が凍結したことの判定を製氷皿に取り付けたサーモ
スタットにて、温度センサー機能と電熱ヒーターや氷排
出モータの通電スイッチ機能を兼ねて使用するものがあ
る。この方式の自動製氷装置では、サーモスタットの作
動温度をマイナス１０℃前後に設定するのが一般的であ
る。これは一般的に冷凍庫内部の冷気温度はマイナス２
５℃前後であり、製氷皿に注水された水よりも製氷皿の
温度が低くなる為に、水が確実に凍結する条件として実
験的に求めて設定されている。マイナス１０℃前後でサ
ーモスタットが作動すると、サーモスタットのスイッチ
接点が閉じて製氷皿に設けられた電熱ヒーターが通電さ
れ製氷皿を温め製氷皿に接している氷の表面を解かし、
氷を製氷皿から剥離する。氷排出機構に用いるモータも
サーモスタットのスイッチ機能で同時に通電されるが、
排出用の爪が氷に突き当たった状態で氷が製氷皿から剥
離するまで通電ロック状態となっており、氷が製氷皿か
ら剥離した時点でロック状態が解除され氷を製氷皿から
排出する。当然の事ながら氷排出モータは通電ロック状
態を許容した仕様のものが使用される。サーモスタット
の作動温度は、氷の剥離を確実なものとする為にヒステ
リシスを持たせてあり、マイナス１０℃前後でスイッチ
接点閉、プラス１０℃前後でスイッチ接点開となる。
電熱ヒーターへの通電はこのヒステリシスにより、製氷
皿の温度が上昇しプラス１０℃前後なった時点でサーモ
スタットのスイッチ接点が開となり切断される。また、
氷排出モータには２つのリミットスイッチを開閉するカ
ムが取り付けられており、この内の一方のリミットスイ
ッチにて注水電磁バルブの通電を投入、切断する様にな
っている。もう一方のリミットスイッチはサーモスタッ
トのスイッチ接点と並列に接続されており、サーモスタ
ットのスイッチ接点が開となっても、氷排出モータが回
転し続けられるようになっている。氷排出完了後、氷排
出モータは更に回転を続け、前述のカムとリミットスイ
ッチにより注水電磁バルブがモータの回転数とカム形状
で決まる所定時間通電され注水が行われ、その後に氷排
出モータの通電が切断され停止する。以上が、製氷の１
サイクルである。第二の例として水が凍結したことの判
定を製氷皿に取り付けたサーミスタを温度センサーとし
利用し、設定温度より高いか低いかをサーミスタ出力電
圧をコンパレータにて比較判定する制御方式のものがあ
る。この方式の自動製氷装置では、第一の例の自動製
氷装置に対し電熱ヒーターとモータのパワースイッチに
半導体スイッチが用いられる違いがあるが、基本的な動
作は同様である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】（１）前述の従来の
技術からなる自動製氷装置では、冷凍庫の冷気温度や温
度センサーの取付具合等のばらつきを考慮して、水が確
実に凍結する為の製氷皿の判定温度は大きな余裕を持た
せて低い温度に設定する必要がある。この為に、実際に
水が凍結した後、製氷皿の温度が温度センサーの作動す
る温度以下に低下するのに時間を要する為に、製氷時間
が長くなってしまう欠点があった。以下、この問題につ
いて詳細に説明する。図１に一般的な自動製氷装置の稼
働状態における製氷動作１サイクルの動作行程と製氷皿
の温度変化及び水の凍結状態を示す。先ず始めに製氷皿
に水が注水され冷凍庫内の冷気により製氷皿の温度が低
下する。水が凍り出すと凝固熱を吸収するので製氷皿の
温度はほぼ一定値となり完全に凍結するまでの間この状
態が続く。凍結が完了すると凝固熱の吸収は無くなるの
で更に温度は低下していく。温度センサーにより凍結し
たと判定すると電熱ヒーターが通電され温度が上昇し製
氷皿との接触面の氷が解け出し、氷が排出され製氷動作
の１サイクルが終了する。従来の技術からなる自動製氷
装置において製氷時間を短縮する為には、凍結判定温度
を実際の凍結温度になるべく近い値とすれば良いのであ
るが、水の凝固中にほぼ一定となる製氷皿温度の温度セ
ンサー出力値は冷凍庫の冷気温度や温度センサーの取付
具合によってばらついてしまうので、これらのばらつき
を許容できる様に余裕を持たなければならず、結果とし
て現在実用化されている自動製氷装置では、凍結判定と
なる時間は実際に凍結した時間の２倍程度となってしま
う。従来技術の第一の例で述べた様に、ヒーターへの通
電の切断もサーモスタットで行っているので、同様にヒ
ーターへの通電切断の設定温度に余裕を持たなければな
らず、実際に氷が剥離できた後にもヒーターへの通電が
続き無駄な電力を消費している。（２）前述の従来の技術からなる自動製氷装置では、
複数回注水による水の溢れや、注水状態、水冷却途上、
製氷皿から氷剥離の過熱途上等の各動作行程での異常停
止等の動作不具合が起こることがあった。また、製氷皿
から氷剥離の為に電熱ヒーターがオーバーヒートした際
には、温度ヒューズで通電切断している為に、その温度
ヒューズが切れてしまった場合には、温度ヒューズの修
理を要していた。

【０００４】

【課題を解決する為の手段】本発明による自動製氷装置
では、製氷皿の温度を連続的に検出できるセンサーと検
出回路を用いる事によって、全温度範囲にて逐次、温度
と温度変化率を検出できる様に構成している。

【０００５】

【作用】（１）本発明による自動製氷装置では、一
点の温度による凍結判定だけではなく、温度及び温度変
化率を検出し、凍結判定を行うので、凍結判定において
冷凍庫の冷気温度や温度センサーの取付具合による温度
センサー出力値のばらつきの影響を極めて少なくするこ
とができ、凝固中の温度変化率と凍結後の温度変化率の
違いを検出し凍結判定が行える。また、同様にヒーター
への通電の切断にても氷の剥離判定の精度が向上するの
で、実際の氷剥離からヒーターへの通電切断までの時間
が短縮できるので、消費電力を低減できる。（２）本発明による自動製氷装置では、製氷皿の温度
と温度変化率を検出できるので、実際の動作状態として
図１に示す動作行程の内のどの行程に在るのか、また、
異常状態にあるのかを装置自身で把握する事ができる。
例えば、温度が０℃以上で温度変化率が負であれば注水
後の冷却中、温度が０℃以下で温度変化が無ければ凝固
中といった様に、実際の動作状態を把握でき異常動作発
生時に適切な処置が行える。また、温度が過大であれば
異常過熱状態であることが判り、温度ヒューズが作動す
る前に停止することができる。

【０００６】

【実施例】以下図２、図３に示す一実施例により本発明
を具体的に説明する。図２は本発明からなる自動製氷装
置のシステムブロック図を示したものである。図３は本
発明からなる自動製氷装置の稼働状態における製氷動作
１サイクルの動作行程と製氷皿の温度変化及び水の凍結
状態を示したものである。図２において、１は製氷皿か
ら氷を剥離する為の製氷皿に設けられた電熱ヒーター、
２は氷排出用の単相交流モータ、３は注水用ソレノイド
バルブ、４は製氷皿温度を検出するサーミスタ、５は氷
貯蔵バケットに氷が所定量貯まったことを検出する氷貯
まりセンサー用リミットスイッチ、６はＡＤコンバータ
内蔵マイクロプロセッサ、７はトライアックのゲートド
ライブ回路、８は５Ｖ出力のＤＣ電源回路、９はトライ
アック、１０は製氷皿の過熱時に作動する温度ヒューズ
であり、これらは図示の如く接続される。先ず始めに、
６マイクロプロセッサからの制御信号により７ゲートド
ライブ回路を経て９トライアックがオンとなり３注水用
ソレノイドバルブが開き製氷皿に注水が始まる。注水量
は３注水用ソレノイドバルブの開いている時間で管理す
る。６マイクロプロセッサは４サーミスタの出力電圧を
逐次読み込みＡＤ変換し温度と温度変化率を求める。注
水後は、図３に示すように製氷皿の温度が低下してい
き、水が凍り始めると水の凝固熱を吸収している間は、
製氷皿の温度はほぼ一定値となるので、温度変化率は低
くなる。水が完全に凍結すると凝固熱吸収が無くなるの
で温度変化率が高くなり、６マイクロプロセッサはこの
温度変化率の変化を捉えて凍結したと判定する。６マイ
クロプロセッサは凍結判定の後、ヒーター制御信号とモ
ータ制御信号は、７ゲートドライブ回路を経て９トライ
アックをオンとし、１ヒーターと２氷排出用モータに通
電を行う。２氷排出用モータが回転し氷排出機構の爪が
氷に突き当たると、しばらくの間２氷排出用モータはロ
ック状態となる。１ヒーターにより製氷皿温度が上昇
し、製氷皿に接している部分の氷が解け始めて氷が製氷
皿から剥離すると、２氷排出用モータのロックが解放さ
れ氷が排出される。氷の排出が完了したら、１ヒーター
への通電を止めて、氷排出機構の爪を所定の位置で停止
し製氷動作の１サイクルが完了する。このサイクルを続
けて行うと、排出された氷を貯蔵するバケットに氷が貯
まり、氷が所定量になった時点で５氷貯まりセンサー用
リミットスイッチが作動し、６マイクロプロセッサは、
そのリミットスイッチが作動した事を検出し製氷サイク
ルを一時停止する。使用者によりバケットから氷が取り
出されると、５氷貯まりセンサー用リミットスイッチが
復帰し、６マイクロプロセッサはこれを検出し製氷サイ
クル再開する。上記、一連の製氷サイクルの間、６マイ
クロプロセッサは４サーミスタの出力電圧を逐次読み込
みＡＤ変換し、その温度と温度変化率を求めてどの行程
に在るのか把握し、また、自動製氷装置の動作中にドア
が開放される等の動作が行われ、その結果、温度もしく
は温度変化率が本来在るべき値と異なると、異常と判断
しその行程毎に予め決められた異常事態処理を行う。こ
の実施例では、温度センサーとしてサーミスタを使用し
ているが、連続的な温度変化を検出できるセンサーなら
何でも良い。

【０００７】

【発明の効果】本発明からなる自動製氷装置においては
以下のような効果がある。（１）実際に水が凍結した時点から凍結判定までの時
間を従来技術からなるものに比べ大幅に短縮することが
できるので、製氷時間を短縮することができる。また、
実際の氷剥離からヒーターへの通電の切断までの時間が
短縮できるので、ヒーターの消費電力を低減できる。（２）実際の動作状態を高精度に把握でき異常動作発
生時に適切な処置が行えるので、従来技術からなる自動
製氷装置における複数回注水による水の溢れや、注水状
態、水冷却途上、製氷皿から氷剥離の過熱行程異常停止
等の欠点を大幅に改善する事ができる。また、製氷皿か
ら氷剥離の過熱行程において異常過熱状態を検出した場
合には温度ヒューズが作動する前に停止することができ
るので、温度ヒューズ切れとなるケースが極めて少なく
なり、使用者からのクレームおよび保守サービスの頻度
を低減する事ができる。（３）注水機構に使用する電磁バルブ、氷排出機構に
使用する電動モータ、製氷皿からの氷剥離用電熱ヒータ
ーの動作に必要とされる電力は、電子制御回路の動作に
必要とされる電力の概略１００倍程度となるので、注水
機構に使用する電磁バルブ、氷排出機構に使用する電動
モータ、製氷皿からの氷剥離用電熱ヒーターを直流動作
するもので構成した場合には、大容量の直流電源装置が
必要となる。請求項５に記述の自動製氷装置において
は、注水機構に使用する電磁バルブ、氷排出機構に使用
する電動モータ、製氷皿からの氷剥離用電熱ヒーターの
内一つ以上が交流電源で動作するもので構成されるの
で、直流電源装置のコストを低減することができる。当
然ながら、注水機構に使用する電磁バルブ、氷排出機構
に使用する電動モータ、製氷皿からの氷剥離用電熱ヒー
ターの全てを交流電源で動作するもので構成した場合に
コスト低減効果が最大となる。（４）一方、請求項６に記述の自動製氷装置において
は、上記の直流電源のコストは高くなるが、直流電源の
入力電圧の許容範囲を、例えばＡＣ８５ＶからＡＣ２５
０Ｖの如く広範囲なものとすれば、世界各国間で異なる
交流電源仕様に対し共通の製品で対応できるメリットが
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は一般的な自動製氷装置の稼働状態におけ
る製氷動作１サイクルの動作行程と製氷皿の温度変化及
び水の凍結状態を示したものである。

【図２】図２は本発明の一実施例のシステムブロック図
を示したものである。

【符号の説明】

１：ヒーター２：氷排出モータ３：注水用ソレノイドバルブ４：サーミスタ５：氷貯まり検出センサー用リミットスイッチ６：マイクロプロセッサ７：トライアックのゲートドライブ回路８：５ＶＤＣ電源回路９：トライアック１０：温度ヒューズ

【図３】図３は本発明からなる自動製氷装置の稼働状態
における製氷動作１サイクルの動作行程と製氷皿の温度
変化及び水の凍結状態を示したものである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山根健太郎群馬県桐生市相生町３−93番地日本サーボ株式会社桐生工場内 (72)発明者筧田直子群馬県桐生市相生町３−93番地日本サーボ株式会社桐生工場内 (72)発明者山下和文群馬県桐生市相生町３−93番地日本サーボ株式会社桐生工場内 (72)発明者丹羽康志群馬県桐生市相生町３−93番地日本サーボ株式会社桐生工場内Ｆターム(参考） 3L110 AA07 AB00 AC00

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】注水機構、製氷皿、氷排出機構、氷剥離用
ヒーター、製氷皿の温度センサー、貯氷量検出機構と、
これらを制御する電子制御回路を有し、少なくも注水機
構以外の構成要素が冷凍庫内に設置される家庭用冷蔵庫
に使用される自動製氷装置において、製氷皿の温度を連
続的に検出できるセンサーと検出回路を備え、製氷皿の
温度と温度変化率を検出して随時、水の凍結判定を行う
ことができるようにしたことを特徴とする自動製氷装
置。
【請求項２】注水機構と共に電子制御回路が冷凍庫外に
設置されていること、を特徴とする請求項１に記載の自
動製氷装置。
【請求項３】電子制御回路の信号処理部が、ＡＤコンバ
ータとマイクロプロセッサもしくはＡＤコンバータ内蔵
のマイクロプロセッサを有する電子回路で構成されてい
ること、を特徴とする請求項１に記載の自動製氷装置。
【請求項４】電子制御回路の信号処理部が、製氷皿の温
度と温度変化率を検出する検出機能を備える電子回路で
構成されていること、を特徴とする請求項１に記載の自
動製氷装置。
【請求項５】注水機構に使用する電磁バルブ、氷排出機
構に使用する電動モータ、製氷皿から氷剥離用電熱ヒー
ターの内の少なくも一つが、交流電源で動作するもので
あること、を特徴とする請求項１〜４に記載の自動製氷
装置。
【請求項６】注水機構に使用する電磁バルブ、氷排出機
構に使用する電動モータ、製氷皿からの氷剥離用電熱ヒ
ーターが、いずれも直流電源で動作するものであるこ
と、を特徴とする請求項１〜４に記載の自動製氷装置。