JP2002213848A - 製氷容器および製氷装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 透明氷の製造に関して、厳密な温度管理や速
度管理を必要とせず、簡易にかつ高速に透明な氷を形成
させる製氷容器および製造装置を提供することを目的と
する。 【解決手段】 底部を良伝熱性材料で構成された単一ま
たは複数の凹部を有する皿状体と、前記皿状体の各凹部
に対応して小穴を開設した断熱性材料もしくは断熱構造
体からなる蓋体とで構成されたことを特徴とする製氷容
器である。また、冷凍空間内に前記製氷容器を配し、少
なくとも前記皿状体の各凹部底面もしくは形成された氷
層の全面を覆うに十分な水量を、前記蓋体に開設された
小穴から間欠的に注入し氷結させることを特徴とする製
氷装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、製氷容器および製
氷装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】氷の製造は家庭でも一般的に行われてお
り、家庭用冷蔵庫の冷凍室内に水を入れた容器を静置し
て氷結させることで容易に製氷ができる。

【０００３】一方、氷晶中に気泡等を含まない透明な氷
を得る方法としては、過冷却水中に種結晶を入れて単結
晶を形成させる方法（過冷却法）や、種結晶を徐々に水
中から引き上げながら単結晶を成長させる方法（ブリッ
ジマン法）、あるいは特開平１１−２３６２９５に示さ
れるような低温部に水滴を滴下して単結晶を成長させる
方法（氷筍法）などが知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の方法では、
家庭用冷蔵庫で急速製氷した場合には、氷結晶中に気泡
が取り残され、氷塊中央部に大きな白濁部分が残される
ことが避けられないものであった。一方、従来の透明な
単結晶製造方法においては、大きな氷結晶が得られない
（過冷却法）、あるいは厳密な温度管理や速度管理が必
要で、生成速度が極めて遅い（ブリッジマン法、氷筍
法）などの制約条件があり、家庭用冷蔵庫で簡易にかつ
速く透明氷を生成させるのが困難であった。

【０００５】本発明はかかる従来の欠点を解消し、厳密
な温度管理や速度管理を必要とせず、簡易にかつ高速に
透明な氷を形成させる製氷容器および製造装置を提供す
ることを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、少なくとも底部を良伝熱性材料で構成され
た単一または複数の凹部を有する皿状体と、前記皿状体
の各凹部に対応して小穴を開設した断熱性材料もしくは
断熱構造体からなる蓋体とで構成されたことを特徴とす
る製氷容器である。

【０００７】また、本発明は、冷凍空間内に前記製氷容
器を配し、少なくとも前記皿状体の各凹部底面もしくは
形成された氷層の全面を覆うに十分な水量を、前記蓋体
に開設された小穴から間欠的に注入し氷結させることを
特徴とする製氷装置である。

【０００８】また、本発明は、前記蓋体に開設された小
穴に連通する注水経路を配置するとともに、前記冷凍空
間外の非氷結温度域内に設置された給水容器と、前記給
水容器から前記注水経路に水を送出する手段を備えたこ
とを特徴とするものである。

【０００９】また、本発明は、前記製氷容器の皿状体の
底面に接して、良熱伝導性の伝熱板を配置したことを特
徴とするものである。

【００１０】また、本発明は、良伝熱性材料からなる上
下可動の平面板と、前記平面板直下部に配置された貯水
容器を備え、前記貯水容器に水を供給すると同時に前記
平面板を降下動作させて水面に接触させ、その後前記貯
水容器から水を退避除去させるとともに前記平面板を上
昇動作させて冷凍空間内で氷結させる操作を、複数回繰
り返して氷の層を成長させることを特徴とする製氷装置
である。

【００１１】また、本発明は、前記貯水容器を前記冷凍
空間の外部に配置するとともに、前記貯水容器と前記冷
凍空間を隔離する可動壁を備え、前記平面板降下動作時
に前記可動壁を開放して前記貯水容器と前記冷凍空間を
連通させることを特徴とするものである。

【００１２】また、本発明は、前記平面板上部に接し
て、良熱伝導性の伝熱板を配置したことを特徴とするも
のである。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明を、添付する図面に示す具
体的実施例に基づいて詳細に説明する。

【００１４】（実施の形態１）図１は、本発明の製氷容
器および製氷装置の実施の形態１における要部構成の断
面図である。図１において、１は冷凍空間で、２は冷媒
蒸発部、３は送風機、４は循環冷気の給気口、５は排気
口である。６は冷凍空間１の底部に敷設されたアルミニ
ウム製の伝熱板で、この伝熱板６上に製氷容器７が載置
されている。

【００１５】製氷容器７は、小区画された凹部８を複数
備えたアルミニウム製の皿状体９と、これに冠装される
発泡プラスチック板からなる蓋体１０とからなり、各凹
部８内は略密閉構造となっている。また蓋体１０には、
各凹部８に対応して小径の注水口１７が開設されてい
る。

【００１６】次に、本実施の形態での操作と作用につい
て説明する。製氷容器７は冷凍空間１内の伝熱板６上に
載置され、主に皿状体９の凹部８から伝熱板６への放熱
によって冷却される。皿状体９の上面には蓋体１０が冠
装されており、ここに開設された注水口１７から凹部８
に常温の水が適宜量注入される。

【００１７】冷凍空間１内は、冷媒蒸発部２で熱交換さ
れ約−２０℃に冷却された冷気が、送風機３により圧送
されて給気口４から流入（実線矢印で示す）し、排気口
５から排出（破線矢印で示す）される間、この冷気によ
って十分冷却され、伝熱板６を含む室内壁および空間内
の気体は冷気とほぼ同じ約−２０℃に冷却されている。
ここに製氷容器７が配置されると、熱伝導性の良好なア
ルミニウムからなる下部の皿状体９では急速に冷却が進
み、凹部８の底から氷結が始まる。

【００１８】一方製氷容器７の上部は断熱性能の高い蓋
体１０で覆われ、かつ略密閉構造となっているため、凹
部８に注入された水の表面に低温の冷気が流入すること
もなく、温度の低下は十分遅くなる。かくして凹部８内
の水は、内部に容存空気などによる気泡が混入していて
も、従来のように上下両面の氷結によって内部に閉じこ
められることなく、高温で未氷結の上部に発散すること
が可能になり、水は緻密な単結晶または多結晶状態で下
部から順次氷結して、透明な氷を形成することが可能に
なる。

【００１９】製氷容器７の構造は、図１に示すような凹
部８を多数形成した方が、製氷後の使用には便利である
が、凹部８の容積を小さくしすぎると底面に加えて側面
からの冷却氷結も促進されることになり、気泡が十分抜
けきらない場合も生ずる。したがって凹部８の底面積を
十分大きくするか、あるいは隣接する凹部８間の側面間
にも断熱材を充填し、側面からの氷結を抑制すればなお
効果的である。

【００２０】ここで皿状体９の側の冷却を促進するため
には、上記のように皿状体９の材質をアルミニウム等の
良伝熱性材料で構成することが有効であるが、加えてこ
の皿状体９に接触する冷凍空間１の底部に、良伝熱性材
料の伝熱板６を配置すれば、ここからの熱放散は一層加
速される。伝熱板６は予め冷凍空間１内で冷却されてい
るから、蓄冷材としての作用もあり、厚さが大なるほど
急速冷却の効果はあるが、水（または氷）の熱伝達係数
に比べてアルミニウムの熱伝達係数ははるかに大きいこ
とから明らかなように、厚さ０．５〜１ｍｍ程度のアル
ミニウム板を用いることで十分な速度の氷結を行うこと
ができる。凹部８内の水層の深さを１０ｍｍとした時、
２０分程度で全体が氷結し、内部気泡がほとんど見られ
ない透明な氷を生成することができた。

【００２１】（実施の形態２）本発明の第２の実施例に
ついて説明する。本実施例は、基本的な構成および作用
等は実施の形態１と同様であるが、皿状体９へ初期に全
量注水するのではなく、逐次間欠的に注水する点が異な
る。したがって、この相違点を中心に本実施の形態を説
明する。

【００２２】図２は本発明の製氷装置の実施の形態２に
おける要部断面図である。図２において、室温雰囲気に
設置された給水タンク１１から製氷容器７の各凹部８に
連通する注水経路１２が備えられ、その途中には注水ポ
ンプ１３が配置されている。冷凍空間１内に設置された
製氷容器７の上部から、少量の水を所定間時間隔毎に注
水ポンプ１３を動作させて注水し、氷結させる構成とな
っている。

【００２３】この構成とすることにより、都度の氷結作
用時の未氷結の水の層は十分薄くでき、下部から冷却さ
れて氷結が進む間、水層内部の気泡は容易に上部へ抜け
出ることができ、氷結した氷の透明度をより向上させる
ことができる。

【００２４】また、冷凍空間１内の温度に比べて十分高
温の水が供給されることにより、既に氷結していた皿状
体９内の氷の表面を一時的に融解する作用もあり、表面
近傍にあって抜け切れずに氷内部に捕捉されていた気泡
を再度自由状態にして、上部に除去できるようにする効
果もあり、氷の透明度をさらに向上させることができ
る。

【００２５】注水量やその間隔は、皿状体９の大きさや
冷凍空間１内の温度、送風機３からの送風量等によって
も変化するが、１回の注水によって（初期の注水では）
凹部８の底面全体を覆う量、以降の注水では既に形成さ
れている氷の全上面を覆うに足る量を供給することによ
って、上記のように固液界面を再溶解して気泡除去と氷
結晶の連続的成長させることができ、また熱伝達や温度
分布を均一化するためにもが好ましい。

【００２６】なお、注水経路１２は、注水の度に冷凍空
間１内に進退するよう構成することも可能であるが、注
水後に注水ポンプ１３を逆駆動して、冷凍空間１内に暴
露されて温度低下する部分の水を退避させておく方法で
もよく、いずれの手段を用いても上記効果を発揮するに
問題はない。

【００２７】（実施の形態３）本発明の第３の実施例に
ついて説明する。本実施例は、低温の冷凍空間１内にお
ける水の氷結を、極めて薄い膜状の水として結晶化成長
させる点に特徴がある。この点を中心に本実施の形態を
説明する。

【００２８】図３は本発明の製氷装置の実施の形態３に
おける要部断面図である。図３において、２６はアルミ
ニウム製の伝熱板で、上下動する可動軸２７に連接して
いる。２９は下方の凸部２８底面に平面部を有する平面
板で、アルミニウム素材で構成され、伝熱板２６に密着
装備されている。２１は冷凍空間１（図示せず）内の平
面板２９直下に備えられた貯水容器で、給水ポンプ２３
に連通する導入流路２４を上部に、排水流路２５を底部
に備えている。

【００２９】この構成で、給水ポンプ２３を動作させて
貯水容器２１に水を供給すると同時に、可動軸２７を動
作させて伝熱板２６およびこれに密着装備される平面板
２９を降下させて、貯水容器２１内の水に平面板２９の
凸部２８を浸漬させる。その後給水ポンプ２３を逆動作
して排水流路２５を介して貯水容器２１内の水を除去す
ると同時に、可動軸２７を上昇操作して平面板２９を上
昇させ、冷凍空間１（図示せず）内の冷気中に暴露すれ
ば、凸部２８の下部平面部分に付着した薄い水の膜が即
時に氷結することになる。

【００３０】この水の膜は極めて薄く、単分子塗膜に近
い状態となるからこの水膜中に溶存空気などの気泡は混
入されず、形成された氷は透明な結晶状態となし得る。
この動作を繰り返すことによって、凸部２８下面に形成
された氷の層に新たな氷の層が積層されて、全体が透明
な氷の積層体として成長することになる。

【００３１】凸部２８（もしくはその底面に形成された
氷層）に付着する水の量が微量であることから、１回の
氷結に要する時間は数十秒程度であり、１分前後の間隔
で伝熱板２９の上下動作を行い得るが、貯水容器２１へ
の給水および排水は、必ずしも都度行う必要はなく、水
温が降下しすぎてここで氷結を生じない範囲で数回の平
面板２９の上下動作に対して１度の給排水を行うことも
可能である。その間隔は供給される水温や冷凍容器１内
の温度によっても変わり、上記動作が完全に行われる範
囲で任意に設定可能である。

【００３２】この手段を用いれば、水の供給量や水温、
雰囲気温度等の精密な制御を行うことなく、極めて容易
に水の薄膜を形成し、したがって気泡を含まない氷結状
態を実現し得るもので、使用条件が種々異なる家庭用冷
蔵庫に適用する際にも、容易かつ確実に透明な氷を生成
できる。

【００３３】（実施の形態４）本発明の第４の実施例に
ついて説明する。本実施例は、基本的な構成および作用
は実施の形態３と同様であるが、貯水容器２１を冷凍空
間１の外部に設けて内部の水が凍結しない状態に保持
し、平面板２９を降下させて凸部２８を貯水容器２１内
の水面に接触させる時にのみ、冷凍空間１と貯水容器２
１を隔離する可動壁を開閉操作した点が異なる。この相
違点を中心に本実施の形態を説明する。

【００３４】図４は本発明の製氷装置の実施の形態４に
おける要部断面図である。図４において、一体構成され
て上下動する可動軸２７、伝熱板２６、および凸部２８
を有する平面板２９の直下に位置する冷凍空間１外に、
水の導入流路２４および排水流路２５を備えた貯水容器
２１を配置しており、両者の接続部分には摺動動作する
可動壁３０を備えている。

【００３５】上記構成で、貯水容器２１に注入された水
は、通常は冷凍空間１に暴露されることなく冷却作用を
うけないから、ここでの氷結を考慮する必要がなく、水
量が不足した時にのみ導入流路２４から水を供給すれば
よく、また通常は排水流路２５から水を退避させる必要
もなく、長期間使用しない時にのみ水の変質防止のため
に排水除去するだけでよくなる。

【００３６】一方、上下動する平面板２９が降下して貯
水容器２１内の水に接触しようとする時には、冷凍空間
１の側面位置に備えられた可動壁３０を動作させ、冷凍
空間１と貯水容器２１との隔壁を除くことによって、冷
凍空間１内の冷気を逃すことなく、また貯水容器１内の
水を過剰に冷却することもなく、凸部２８下面に水の薄
膜を接触形成させることができ、平面板２９を上昇させ
た時には可動壁３０を元に戻して再度貯水容器１上面を
閉鎖隔離することができる。

【００３７】かくして貯水容器への給水や排水を頻繁に
行うことなく、透明氷の形成成長を繰り返すことが可能
になる。なお可動壁３０の動作は、本実施の形態に図示
するように側部への摺動動作でも、あるいは回転動作で
もよく、その構成次第によって上記降下を損なうもので
はない。

【００３８】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明の製氷
容器および製氷装置は、高精度の温度や流量等の制御操
作を必要とせず、簡便な構成と簡易な操作のみによっ
て、容易かつ高速の透明氷生成が可能となり、設置条件
や使用条件が変化しやすい家庭用冷蔵庫を用いても確実
に透明氷を生成し、提供することが可能になるものであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の製氷容器および製氷装置の実施の形態
１における要部構成の断面図

【図２】本発明の製氷装置の実施の形態２における要部
断面図

【図３】本発明の製氷装置の実施の形態３における要部
断面図

【図４】本発明の製氷装置の実施の形態４における要部
断面図

【符号の説明】

１ 冷凍空間 ２ 冷媒蒸発部 ３ 送風機 ４ 給気口 ５ 廃棄口 ６，２６ 伝熱板 ７ 製氷容器 ８ 凹部 ９ 皿状体 １０ 蓋体 １１ 給水容器 １２ 注水経路 １３ 注水ポンプ １７ 注水口 ２１ 貯水容器 ２３ 給水ポンプ ２４ 導入流路 ２５ 排水流路 ２７ 可動軸 ２８ 凸部 ２９ 平面板 ３０ 可動壁

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも底部を良伝熱性材料で構成さ
   れた単一または複数の凹部を有する皿状体と、前記皿状
   体の各凹部に対応して小穴を開設した断熱性材料もしく
   は断熱構造体からなる蓋体とで構成されたことを特徴と
   する製氷容器。
2. 【請求項２】 冷凍空間内に前記製氷容器を配し、少な
   くとも前記皿状体の各凹部底面もしくは形成された氷層
   の全面を覆うに十分な水量を、前記蓋体に開設された小
   穴から間欠的に注入し氷結させることを特徴とする製氷
   装置。
3. 【請求項３】 前記蓋体に開設された小穴に連通する注
   水経路を配置するとともに、前記冷凍空間外の非氷結温
   度域内に設置された給水容器と、前記給水容器から前記
   注水経路に水を送出する手段を備えたことを特徴とする
   請求項２記載の製氷装置。
4. 【請求項４】 前記製氷容器の皿状体の底面に接して、
   良熱伝導性の伝熱板を配置したことを特徴とする請求項
   ２あるいは３記載の製氷装置。
5. 【請求項５】 良伝熱性材料からなる上下可動の平面板
   と、前記平面板直下部に配置された貯水容器を備え、前
   記貯水容器に水を供給すると同時に前記平面板を降下動
   作させて水面に接触させ、その後前記貯水容器から水を
   退避除去させるとともに前記平面板を上昇動作させて冷
   凍空間内で氷結させる操作を、複数回繰り返して氷の層
   を成長させることを特徴とする製氷装置。
6. 【請求項６】 前記貯水容器を前記冷凍空間の外部に配
   置するとともに、前記貯水容器と前記冷凍空間を隔離す
   る可動壁を備え、前記平面板降下動作時に前記可動壁を
   開放して前記貯水容器と前記冷凍空間を連通させること
   を特徴とする請求項５記載の製氷装置。
7. 【請求項７】 前記平面板上部に接して、良熱伝導性の
   伝熱板を配置したことを特徴とする請求項５あるいは６
   記載の製氷装置。