JP2003232587A

JP2003232587A - 製氷装置

Info

Publication number: JP2003232587A
Application number: JP2002032074A
Authority: JP
Inventors: Yasuhito Takahashi; 康仁高橋
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-02-08
Filing date: 2002-02-08
Publication date: 2003-08-22

Abstract

(57)【要約】【課題】短時間で透明氷を製氷する家庭用冷蔵庫にお
ける製氷装置や業務用製氷装置を提供する。【解決手段】冷凍空間内に上部に加熱手段を底部に冷
却手段を有する容器を設置し、間欠給水と共に製氷容器
を揺動し、給水量に応じて加熱を制御することによっ
て、迅速に透明氷を製氷する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は家庭用冷蔵庫ならび
に業務用冷凍庫における透明氷の製氷装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、家庭用冷蔵庫における透明氷の製
氷は、製氷皿に給水後、製氷皿を揺動させて、水の凍結
に伴い発生した気泡が氷の中に混入するのを防いだり、
製氷する前に空気などの溶存ガスを脱気した水を用いて
製氷する方法が採られていた。また、気泡だけでなくカ
ルシウムイオンなどの硬度イオン成分が氷の中で析出し
て白濁するのを防止するために、業務用製氷庫では、水
を凍結するために製氷皿の開口部を下に向けて噴水状に
給水し、製氷容器の側面から徐々に凍らせていく方法が
採られていた。更に、天然の氷筍に倣って単結晶を育成
する方法などがあった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】透明製氷する場合の大
きな課題は、凍結時に発生する気泡が氷の中に取り込ま
れて不透明領域が発生し製氷速度を速くできないことで
ある。更に、硬度の高い井戸水やミネラル水などに存在
する硬度イオン成分そのものの析出によっても不透明に
なるためできるだけゆっくりと製氷する必要がある。詳
細に説明すると、一般の水道水には、硬度イオン成分が
１５〜３０ｐｐｍ、溶存ガスが２０ｐｐｍ程度含まれて
いる。水が凍結して氷となる場合、氷と水の固液界面に
おける界面移動速度と結晶化することによって排出され
た不純物の拡散速度の兼ね合いによって、結晶に取り込
まれず透明になったり、結晶の中に取り込まれて不透明
になったりするので、透明製氷する場合には、できるだ
け時間をかけて製氷することが重要であり、製氷時間を
短くしようと思ってもできないという課題があった。ま
た、静固液界面で液相から固相へ相変化した時に生じる
潜熱によって、固液界面温度が上昇することも製氷速度
を低下させる原因であった。製氷容器に一度で給水し
て、製氷容器を揺動させ、氷へ気泡が混入するのを防止
する場合でも一度に凍結する水の量が多いので、それに
含まれる溶存ガスや硬度イオン成分の量が多く、製氷後
の氷の表面には硬度イオン成分が溜まり白濁する場合が
あった。天然の氷筍の原理に従って製氷する場合は、非
常に品質のよい単結晶氷が製氷できるが、製氷速度が非
常に遅く何日も要するという課題があった。また、製氷
皿の開口部を下に向けて水を噴水状に供給する方法は、
装置が大きくなり家庭用に不向きであった。

【０００４】そこで本発明の目的は、家庭用冷蔵庫で
も、製氷時間が短くしかも透明度が非常に高い氷の製氷
を可能にする製氷装置を提供することにある。

【０００５】

【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、上部側面に加熱手段と第１の温度検知手段
と、底部に上部側面よりも低温に保持するための冷却手
段と第２の温度検知手段を具備した上部に開口部を有す
る容器を設置し、前記製氷容器の開口部より間欠給水と
製氷容器の揺動をする手段を具備したことを特徴とし、
請求項１に記載の手段によれば、第１および第２の温度
検知手段により検出した温度と予め設定された第１およ
び第２の所定温度とを比較して、前記第１の検出温度が
前記第１の所定温度以下で且つ前記第２の検出温度が前
記第２の所定温度以上になったとき、前記容器の開口部
より間欠給水と前記容器の揺動を開始し、所定時間経過
後間欠給水と容器の揺動および加熱を停止し、前記第１
の検出手段の検出温度が第３の所定温度以下になったと
き製氷終了と判断し、離氷動作を開始し、離氷終了後再
び加熱手段による加熱が開始される。

【０００６】請求項２に記載の手段によれば、第１およ
び第２の温度検知手段により検出した温度と予め設定さ
れた第１および第２の所定温度とを比較して、前記第１
の検出温度が前記第１の所定温度以下で且つ前記第２の
検出温度が前記第２の所定温度以上になったとき、前記
容器の開口部より間欠給水と前記容器の揺動を開始し、
給水量が所定量に達したとき前記加熱を停止し、前記間
欠給水と容器の揺動開始後所定時間経過した後間欠給水
と容器の揺動を停止し、前記第１の検出手段の検出温度
が第３の所定温度以下になったとき製氷終了と判断し、
離氷動作を開始し、離氷終了後再び加熱手段による加熱
が開始される。

【０００７】請求項３に記載の手段によれば、第１およ
び第２の温度検知手段により検出した温度と予め設定さ
れた第１および第２の所定温度とを比較して、前記第１
の検出温度が前記第１の所定温度以下で且つ前記第２の
検出温度が前記第２の所定温度以上になったとき、前記
容器の開口部より間欠給水と前記容器の揺動を開始し、
給水量に応じて加熱手段による加熱を制御し、所定時間
経過後間欠給水と容器の揺動を停止し、前記第１の検出
手段の検出温度が第３の所定温度以下になったとき製氷
終了と判断し、離氷動作を開始し、離氷終了後再び加熱
手段による加熱が開始される。

【０００８】請求項４に記載の加熱手段は絶縁膜で覆わ
れたヒーター線を熱伝導性のよい材料で挟まれた構造に
なっている。

【０００９】請求項５に記載の揺動動作は、容器を平行
移動させる。

【００１０】請求項６に記載の揺動動作は、容器の短い
辺の中点を中心として、所定の角度正反回転し揺動させ
る。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明を図面に基づいて詳細に説
明する。透明氷を製氷するための製造装置を図１に示
す。開閉可能な扉５を有する冷凍庫２内に、絶縁膜で被
服されたニクロム線などのヒーター線８を熱伝導のよい
金属膜たとえばアルミ箔で挟み、これを製氷容器１の上
部側面に巻き、底部には上部側面よりも低温に保持する
ための冷却手段たとえばアルミ板からなる冷凍板３を接
触させた製氷容器１を設置する。

【００１２】ヒータ線８を熱伝導性のよい金属膜等で挟
んだ構造にした理由は、製氷容器１の側面近傍の温度の
バラツキを押さえるのと、給水量が増えて固液界面およ
び液面が製氷容器１の上部近くになると加熱よりも冷却
しなければならず、ヒータ線８への通電を停止したとき
に、上部側面の温度を速やかに低下させるためである。
製氷容器１の材質はＰＰ（ポリプロピレン）やＰＥＴ
（ポリエチレンテレフタレート）などの樹脂でもアルミ
ニウムのような金属でもよい。製氷容器１と冷凍板３は
アクチュエーター７によって、平行もしくは回転による
揺動が可能な構成になっている。給水タンク１２は水１
３を予め室温よりも低温に保つために冷蔵庫（図示して
いない）内に設置されている。製氷容器１への給水は、
給水タンク１２から給水ポンプ１１を使って凍結を防ぐ
ために断熱材１４内を貫通している給水ノズル９を介し
て行われる。製氷容器１の上部側面および底部の温度
は、サーミスター１５および１６で検出される。製氷
後、できた氷は貯氷庫４に溜められる。図示していない
が、給水ポンプ１１やアクチュエータ７、ヒータ線８の
駆動回路、サーミスター１５、１６や製氷容器１の平行
位置検知センサ（図示していない）などが制御手段に接
続されていいる。図２の（ａ）（ｂ）は、それぞれ製
氷容器１を左右および回転によって揺動する様子を示し
たもである。例えば、図３の（ａ）に平行に揺動する場
合の左へ動かしたときの液面と固液界面の様子を示し、
同図（ｂ）に（ａ）に示す製氷容器１の側面Ａ−Ｂの温
度変化を示す。揺動する目的は、水が結晶化するときに
生じる気泡や不純物を氷の中に取り込まれないようにす
ると同時に、結晶化によって生じた潜熱を効果的に拡散
して製氷速度を速くすることにある。１回に給水量が少
ないと、揺動によって効果的に拡散でき、氷と水の固液
界面における温度上昇は少なく、液面が動いているの
で、水が過冷却状態にあっても液体内に放射状に氷が成
長するのではなく、固面に従って平面状に速く成長す
る。

【００１３】また、製氷容器１の側面温度は底部温度は
例えば図３の（ｂ）に示すように−１０℃であり、上部
温度は、ヒーター８によって０℃付近に保たれているの
で、底部中央から凍結を開始する。製氷容器１の側面温
度が製氷容器１の中央よりも温度が高いと、溶存ガスや
硬度イオン成分などが氷に取り込まれることなく製氷容
器側面付近に拡散し、非常に少ない量の不純物が容器側
面で析出するので、氷の中心部は非常に透明度の高いも
のとなる。

【００１４】次に、本実施の形態を図４〜図７に示す制
御フローチャートを用いて説明する。図４に示すよう
に、製氷装置における全体的な制御の流れは、電源投入
検知、イニシャライズ、製氷容器の水平位置出し、加
熱、製氷開始判定、給水動作、揺動動作、製氷完了判
定、離氷動作により構成されている。電源をオンして、
イニシャライズした後、製氷容器１が水平であるかどう
かを判断して、水平であれば、製氷容器１の上部側面の
ヒータ線８を通電して加熱を開始する。水平でなけれ
ば、アクチュエータ７に信号を送り水平になるようにす
る。

【００１５】（実施の形態１）実施の形態１について図
５に示す制御フローチャートを用いて説明する。図５に
示すように、製氷容器１の底部に設置されたサーミスタ
ー１６の温度が−１０℃以下なると次のステップに進
み、製氷容器１の上部側面に設置されたサーミスター１
５の温度が−１℃以上になるまで、ヒータ線８による加
熱を行う。製氷容器１の底部の温度が−１０℃以下、上
部側面温度が−１℃以上となったとき製氷可能と判断
し、給水ポンプ１１がオンになり、間欠給水が開始され
る。一回の給水量は、例えば０．２ｍｌであり、２分ご
とに給水する。また、給水と同時にゆっくりと平行ある
いは±３０度程度の回転動作によって製氷容器１を揺動
する。給水開始からたとえば１時間４５分になったとき
給水ポンプ１１、アクチュエータ７による揺動、ヒータ
線８による加熱をそれぞれ停止する。製氷容器１の上部
側面温度が−１０℃以下になったとき、製氷完了と判断
し、離氷動作たとえばアクチュエータ７による製氷容器
１のひねり動作によって離氷し、離氷した氷は貯氷庫４
にストックされる。離氷が完了すると再び製氷容器１を
水平に戻し、水平が確認されると、加熱がスタートして
次の製氷に移る。給水開始からたとえば１時間４５分後
の給水停止まで製氷容器１の上部側面は０℃近傍に加熱
されているので、凍結していない水量がやや多く製氷が
完了するまで、給水開始から離氷動作に移るまでに２時
間を要するが、非常に透明度の高い氷が得られる。

【００１６】（実施の形態２）次に、実施の形態２につ
いて、図６に示す制御フローチャートを用いて説明す
る。製氷容器１の底部と上部側面温度によって製氷開始
を判断し、給水ポンプ１１と製氷容器の揺動は、実施の
形態１と同様であるので説明を省くが、実施の形態１と
異なる点は、給水量がたとえば６ｍｌになったときに、
ヒータ線８による加熱を停止して、給水開始からたとえ
ば１時間４５分になるまで給水と揺動を続けていること
である。製氷途中でヒータ加熱を停止することで、製氷
時間を短縮することが可能である。製氷完了の判断は実
施の形態１と同じである。実施の形態１では２時間要し
たものが１時間５０分で製氷でき１０分短縮できた。こ
の場合には、氷の最上面には少し気泡が残るがあるが、
全体としては透明度の高い氷が得られる。

【００１７】（実施の形態３）次に、実施の形態３につ
いて、図７に示す制御フローチャートを用いて説明す
る。製氷容器１の底部と上部側面温度によって製氷開始
を判断し、給水ポンプ１１と製氷容器の揺動は、実施の
形態１と同様であるので説明を省くが、実施の形態１や
２と異なる点は、図８に示すように給水量によって製氷
容器１の上部側面の加熱を制御することである。製氷開
始判断をするときのヒータ線８への通電電力を基準にし
て、給水量が１ｍｌになったときにヒータ線８への通電
電力を１割減少させるようにする。また、給水量が２ｍ
ｌになったときに、更に通電を１割減少し、たとえば全
給水量が１０ｍｌなら、１０ｍｌになった時点で加熱は
停止され、同時に給水ポンプ１１、製氷容器の揺動も停
止される。製氷容器１の上部側面の温度は、必ずしも一
定には保たれないが、ヒータ加熱により発生した潜熱の
拡散が抑制されることなく効果的になされて、さらに製
氷時間を短くすることが可能となった。実施の形態１で
２時間要したものが、１時間４０分で製氷でき２０分も
短縮できた。この場合の製氷結果は、製氷容器１に接す
る面には、非常に小さな気泡が少し見られる場合がある
が、全体としては透明度の高い氷が得られる。

【００１８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば次
のような効果が得られる。請求項１に記載の製氷装置に
よれば、製氷時間が２時間を要するが非常に透明度の高
い氷が得られる。請求項２に記載の製氷装置によれば、
実施の形態１では２時間要したものが１時間５０分で製
氷でき１０分短縮できた。この場合には、氷の最上面に
は少し気泡が残るがあるが、全体としては透明度の高い
氷が得られる。請求項３に記載の製氷装置によれば、実
施の形態１で２時間要したものが、１時間４０分で製氷
でき２０分も短縮できた。この場合の製氷結果は、製氷
容器１に接する面には、非常に小さな気泡が少し見られ
る場合があるが、全体としては透明度の高い氷が得られ
る。このように非常に短い時間で透明氷が得られるよう
になった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の製氷装置の断面図

【図２】本発明の揺動動作の説明図で、（ａ）は製氷容器を左右に揺動させたときの図（ｂ）は製氷容器を回転させたときの図

【図３】（ａ）は本発明の製氷容器内における製氷と液
面状態を示す図（ｂ）はその製氷容器側面の温度を示す図

【図４】本発明の制御フローチャート

【図５】本発明の制御フローチャート

【図６】本発明の制御フローチャート

【図７】本発明の制御フローチャート

【図８】本発明の給水量とヒータ線への通電電力の関係
を示すグラフ

【符号の説明】

１製氷容器３冷凍板７アクチュエータ８ヒータ９給水ノズル１１給水ポンプ１２給水タンク１５，１６サーミスター３１回転軸

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】開閉可能な扉を有する冷凍空間内に、上部
側面に加熱手段と第１の温度検知手段と、底部に上部側
面よりも低温に保持するための冷却手段と第２の温度検
知手段を具備した上部に開口部を有する容器を設置し、
前記第１および第２の温度検知手段により検出した温度
と予め設定された第１および第２の所定温度とを比較し
て、前記第１の検出温度が前記第１の所定温度以下で且
つ前記第２の検出温度が前記第２の所定温度以上になっ
たとき、前記容器の開口部より間欠給水と前記容器の揺
動を開始し、所定時間経過後間欠給水と容器の揺動およ
び加熱を停止し、前記第１の検出手段の検出温度が第３
の所定温度以下になったとき製氷終了と判断し、離氷動
作を開始し、離氷終了後再び加熱手段による加熱が開始
される制御手段を具備したことを特徴とする製氷装置。
【請求項２】開閉可能な扉を有する冷凍空間内に、上部
側面に加熱手段と第１の温度検知手段と、底部に上部側
面よりも低温に保持するための冷却手段と第２の温度検
知手段を具備した上部に開口部を有する容器を設置し、
前記第１および第２の温度検知手段により検出した温度
と予め設定された第１および第２の所定温度とを比較し
て、前記第１の検出温度が前記第１の所定温度以下で且
つ前記第２の検出温度が前記第２の所定温度以上になっ
たとき、前記容器の開口部より間欠給水と前記容器の揺
動を開始し、給水量が所定量に達したとき前記加熱を停
止し、前記間欠給水と容器の揺動開始後所定時間経過し
た後間欠給水と容器の揺動を停止し、前記第１の検出手
段の検出温度が第３の所定温度以下になったとき製氷終
了と判断し、離氷動作を開始し、離氷終了後再び加熱手
段による加熱が開始される制御手段を具備したことを特
徴とする製氷装置。
【請求項３】開閉可能な扉を有する冷凍空間内に、上部
側面に加熱手段と第１の温度検知手段と、底部に上部側
面よりも低温に保持するための冷却手段と第２の温度検
知手段を具備した上部に開口部を有する容器を設置し、
前記第１および第２の温度検知手段により検出した温度
と予め設定された第１および第２の所定温度とを比較し
て、前記第１の検出温度が前記第１の所定温度以下で且
つ前記第２の検出温度が前記第２の所定温度以上になっ
たとき、前記容器の開口部より間欠給水と前記容器の揺
動を開始し、給水量に応じて加熱手段による加熱を制御
し、所定時間経過後間欠給水と容器の揺動を停止し、前
記第１の検出手段の検出温度が第３の所定温度以下にな
ったとき製氷終了と判断し、離氷動作を開始し、離氷終
了後再び加熱手段による加熱が開始される制御手段を具
備したことを特徴とする製氷装置。
【請求項４】請求項１〜３のいずれかに記載の製氷装置
の加熱手段は、絶縁膜で覆われたヒーター線を熱伝導性
のよい材料で挟まれた構造になっていることを特徴とす
る製氷装置。
【請求項５】請求項１〜３のいずれかに記載の製氷装置
の揺動動作は、容器を平行移動させることを特徴とする
製氷装置。
【請求項６】請求項１〜３のいずれかに記載の製氷装置
の揺動動作は、容器の短い辺の中点を中心として、所定
の角度正反回転し揺動させて製氷することを特徴とする
製氷装置。