JP2004003755A - 製氷装置 - Google Patents
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Abstract
【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】冷凍温度に冷却される空間内に配置され、上面側を開口した複数の凹部を有する製氷容器1と、製氷時に製氷容器1の凹部内が製氷容器1の上面側から冷却されないように製氷容器1の上面を覆う断熱性の蓋体14と、蓋体14を貫通し、複数の凹部のそれぞれに対向するように配置された複数の給水ノズル9と、製氷時に製氷容器1を揺動させる揺動手段とを備え、複数の凹部での製氷に必要な量の水を複数回に分けて間欠的に、給水ノズル9から給水させる間欠給水手段11とを備えた製氷装置。
【選択図】 図1
【解決手段】冷凍温度に冷却される空間内に配置され、上面側を開口した複数の凹部を有する製氷容器1と、製氷時に製氷容器1の凹部内が製氷容器1の上面側から冷却されないように製氷容器1の上面を覆う断熱性の蓋体14と、蓋体14を貫通し、複数の凹部のそれぞれに対向するように配置された複数の給水ノズル9と、製氷時に製氷容器1を揺動させる揺動手段とを備え、複数の凹部での製氷に必要な量の水を複数回に分けて間欠的に、給水ノズル9から給水させる間欠給水手段11とを備えた製氷装置。
【選択図】 図1
Description
【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の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を目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
第1の本発明は、冷凍温度に冷却される空間内に配置され、上面側を開口した複数の凹部を有する製氷容器と、製氷時に前記製氷容器の前記凹部内が前記製氷容器の上面側から冷却されないように前記製氷容器の上面を覆う断熱性の蓋体と、前記蓋体を貫通し、前記複数の凹部のそれぞれに対向するように配置された複数の給水ノズルと、製氷時に前記製氷容器を揺動させる揺動手段とを備え、
前記複数の凹部での製氷に必要な量の水を複数回に分けて間欠的に、前記給水ノズルから給水させる間欠給水手段とを備えた製氷装置である。
【0006】
第2の本発明は、前記製氷容器の凹部の上部の温度を検知する第1の温度検知手段手段と、前記凹部の底部の温度を検知する第2の温度検知手段と、前記第1または第2の温度検知手段により検知した温度に基づいて前記間欠給水手段と前記揺動手段とを制御する制御手段と、を備えた第1の本発明の製氷装置である。
【0007】
第3の本発明は、製氷時に前記製氷容器の凹部の上部側を加熱する加熱手段を備えた第1または2の本発明の製氷装置である。
【0008】
第4の本発明は、前記制御手段は、前記第1または第2の温度検知手段により検知した温度に基づいて、前記間欠給水手段と前記揺動手段と前記加熱手段とを制御する第3の本発明の製氷装置である。
【0009】
第5の本発明は、冷凍温度に冷却される空間内に配置された上面側を開口した複数の凹部を有する製氷容器と、製氷時に前記製氷容器の凹部の上部側を加熱する加熱手段と、前記製氷容器の凹部の上部の温度を検知する第1の温度検知手段手段と、前記凹部の底部の温度を検知する第2の温度検知手段と、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の所定温度以上で且つ前記第2の検出温度が前記第2の所定温度以下になったとき、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の温度検知手段の検知温度が第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、離氷終了後再び前記加熱手段による加熱を開始させる制御手段と、を備えた製氷装置である。
【0010】
第6の本発明は、冷凍温度に冷却される空間内に配置された上面側を開口した複数の凹部を有する製氷容器と、製氷時に前記製氷容器の凹部の上部側を加熱する加熱手段と、前記製氷容器の凹部の上部の温度を検知する第1の温度検知手段手段と、前記凹部の底部の温度を検知する第2の温度検知手段と、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の所定温度以上で且つ前記第2の検出温度が前記第2の所定温度以下になったとき、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の温度検知手段の検知温度が第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、離氷終了後再び前記加熱手段による加熱を開始させる制御手段と、を備えた製氷装置である。
【0011】
第7の本発明は、冷凍温度に冷却される空間内に配置された上面側を開口した複数の凹部を有する製氷容器と、製氷時に前記製氷容器の凹部の上部側を加熱する加熱手段と、前記製氷容器の凹部の上部の温度を検知する第1の温度検知手段手段と、前記凹部の底部の温度を検知する第2の温度検知手段と、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の所定温度以上で且つ前記第2の検出温度が前記第2の所定温度以下になったとき、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、給水量に応じて前記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の検知手段の検知温度が第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、離氷終了後再び前記加熱手段による加熱を開始させる制御手段とを、備えた製氷装置である。
【0012】
第8の本発明は、前記加熱手段は、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第1〜3のいずれかの本発明の製氷装置である。
【0013】
第9の本発明は、前記製氷装置の揺動動作は、容器を平行移動させる第1〜3のいずれかの本発明の製氷装置である。
【0014】
第10の本発明は、前記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第1〜3のいずれかの本発明の製氷装置である。
【0015】
【発明の実施の形態】
本発明を添付する図面に基づいて詳細に説明する。
【0016】
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内に製氷容器1を設ける。絶縁膜で被覆されたニクロム線などの、本発明の加熱手段の一例としてのヒーター線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。また、冷却板3を使用しない場合、製氷容器1の底面を通過する冷気の風流を増加すると良い。
【0017】
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。
【0018】
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13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。
【0019】
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、本発明の第1の温度検知手段の一例としてのサーミスター15および本発明の第2の温度検知手段の一例としての16で検知される。
【0020】
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。
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
(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15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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
(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。
【0030】
(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。
【0031】
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2ml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。
【0032】
【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。製氷に必要な量の水を複数回に分けて間欠的に給水するので製氷時間は、一度にセルが満たされるように給水するより短くなる。
【0033】
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。
【0034】
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場合があるが、全体としては透明度の高い氷が得られる。
【0035】
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。また、製氷容器の温度検知手段と揺動手段と間欠給水手段とを制御する制御手段より、短時間で最適な条件を見出して非常に透明度の高い氷が得られるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態にかかる製氷装置の断面図
【図2】本発明の一実施の形態にかかる揺動動作の説明図
【図3】本発明の一実施の形態にかかる製氷容器内における製氷と液面状態および製氷容器側面の温度
【図4】本発明の一実施の形態における制御フローチャート
【図5】本発明の一実施の形態における制御フローチャート
【図6】本発明の一実施の形態における制御フローチャート
【図7】本発明の一実施の形態における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 冷却板
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
【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の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を目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
第1の本発明は、冷凍温度に冷却される空間内に配置され、上面側を開口した複数の凹部を有する製氷容器と、製氷時に前記製氷容器の前記凹部内が前記製氷容器の上面側から冷却されないように前記製氷容器の上面を覆う断熱性の蓋体と、前記蓋体を貫通し、前記複数の凹部のそれぞれに対向するように配置された複数の給水ノズルと、製氷時に前記製氷容器を揺動させる揺動手段とを備え、
前記複数の凹部での製氷に必要な量の水を複数回に分けて間欠的に、前記給水ノズルから給水させる間欠給水手段とを備えた製氷装置である。
【0006】
第2の本発明は、前記製氷容器の凹部の上部の温度を検知する第1の温度検知手段手段と、前記凹部の底部の温度を検知する第2の温度検知手段と、前記第1または第2の温度検知手段により検知した温度に基づいて前記間欠給水手段と前記揺動手段とを制御する制御手段と、を備えた第1の本発明の製氷装置である。
【0007】
第3の本発明は、製氷時に前記製氷容器の凹部の上部側を加熱する加熱手段を備えた第1または2の本発明の製氷装置である。
【0008】
第4の本発明は、前記制御手段は、前記第1または第2の温度検知手段により検知した温度に基づいて、前記間欠給水手段と前記揺動手段と前記加熱手段とを制御する第3の本発明の製氷装置である。
【0009】
第5の本発明は、冷凍温度に冷却される空間内に配置された上面側を開口した複数の凹部を有する製氷容器と、製氷時に前記製氷容器の凹部の上部側を加熱する加熱手段と、前記製氷容器の凹部の上部の温度を検知する第1の温度検知手段手段と、前記凹部の底部の温度を検知する第2の温度検知手段と、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の所定温度以上で且つ前記第2の検出温度が前記第2の所定温度以下になったとき、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の温度検知手段の検知温度が第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、離氷終了後再び前記加熱手段による加熱を開始させる制御手段と、を備えた製氷装置である。
【0010】
第6の本発明は、冷凍温度に冷却される空間内に配置された上面側を開口した複数の凹部を有する製氷容器と、製氷時に前記製氷容器の凹部の上部側を加熱する加熱手段と、前記製氷容器の凹部の上部の温度を検知する第1の温度検知手段手段と、前記凹部の底部の温度を検知する第2の温度検知手段と、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の所定温度以上で且つ前記第2の検出温度が前記第2の所定温度以下になったとき、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の温度検知手段の検知温度が第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、離氷終了後再び前記加熱手段による加熱を開始させる制御手段と、を備えた製氷装置である。
【0011】
第7の本発明は、冷凍温度に冷却される空間内に配置された上面側を開口した複数の凹部を有する製氷容器と、製氷時に前記製氷容器の凹部の上部側を加熱する加熱手段と、前記製氷容器の凹部の上部の温度を検知する第1の温度検知手段手段と、前記凹部の底部の温度を検知する第2の温度検知手段と、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の所定温度以上で且つ前記第2の検出温度が前記第2の所定温度以下になったとき、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、給水量に応じて前記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の検知手段の検知温度が第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、離氷終了後再び前記加熱手段による加熱を開始させる制御手段とを、備えた製氷装置である。
【0012】
第8の本発明は、前記加熱手段は、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第1〜3のいずれかの本発明の製氷装置である。
【0013】
第9の本発明は、前記製氷装置の揺動動作は、容器を平行移動させる第1〜3のいずれかの本発明の製氷装置である。
【0014】
第10の本発明は、前記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第1〜3のいずれかの本発明の製氷装置である。
【0015】
【発明の実施の形態】
本発明を添付する図面に基づいて詳細に説明する。
【0016】
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内に製氷容器1を設ける。絶縁膜で被覆されたニクロム線などの、本発明の加熱手段の一例としてのヒーター線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。また、冷却板3を使用しない場合、製氷容器1の底面を通過する冷気の風流を増加すると良い。
【0017】
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。
【0018】
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13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。
【0019】
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、本発明の第1の温度検知手段の一例としてのサーミスター15および本発明の第2の温度検知手段の一例としての16で検知される。
【0020】
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。
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
(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15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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
(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。
【0030】
(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。
【0031】
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2ml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。
【0032】
【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。製氷に必要な量の水を複数回に分けて間欠的に給水するので製氷時間は、一度にセルが満たされるように給水するより短くなる。
【0033】
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。
【0034】
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場合があるが、全体としては透明度の高い氷が得られる。
【0035】
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。また、製氷容器の温度検知手段と揺動手段と間欠給水手段とを制御する制御手段より、短時間で最適な条件を見出して非常に透明度の高い氷が得られるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態にかかる製氷装置の断面図
【図2】本発明の一実施の形態にかかる揺動動作の説明図
【図3】本発明の一実施の形態にかかる製氷容器内における製氷と液面状態および製氷容器側面の温度
【図4】本発明の一実施の形態における制御フローチャート
【図5】本発明の一実施の形態における制御フローチャート
【図6】本発明の一実施の形態における制御フローチャート
【図7】本発明の一実施の形態における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 冷却板
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 (10)
- 冷凍温度に冷却される空間内に配置され、上面側を開口した複数の凹部を有する製氷容器と、製氷時に前記製氷容器の前記凹部内が前記製氷容器の上面側から冷却されないように前記製氷容器の上面を覆う断熱性の蓋体と、前記蓋体を貫通し、前記複数の凹部のそれぞれに対向するように配置された複数の給水ノズルと、製氷時に前記製氷容器を揺動させる揺動手段とを備え、
前記複数の凹部での製氷に必要な量の水を複数回に分けて間欠的に、前記給水ノズルから給水させる間欠給水手段とを備えた製氷装置。 - 前記製氷容器の凹部の上部の温度を検知する第1の温度検知手段手段と、前記凹部の底部の温度を検知する第2の温度検知手段と、前記第1または第2の温度検知手段により検知した温度に基づいて前記間欠給水手段と前記揺動手段とを制御する制御手段と、を備えた請求項1記載の製氷装置。
- 製氷時に前記製氷容器の凹部の上部側を加熱する加熱手段を備えた請求項1または2記載の製氷装置。
- 前記制御手段は、前記第1または第2の温度検知手段により検知した温度に基づいて、前記間欠給水手段と前記揺動手段と前記加熱手段とを制御する請求項3記載の製氷装置。
- 冷凍温度に冷却される空間内に配置された上面側を開口した複数の凹部を有する製氷容器と、製氷時に前記製氷容器の凹部の上部側を加熱する加熱手段と、前記製氷容器の凹部の上部の温度を検知する第1の温度検知手段手段と、前記凹部の底部の温度を検知する第2の温度検知手段と、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の所定温度以上で且つ前記第2の検出温度が前記第2の所定温度以下になったとき、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の温度検知手段の検知温度が第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、離氷終了後再び前記加熱手段による加熱を開始させる制御手段と、を備えた製氷装置。
- 冷凍温度に冷却される空間内に配置された上面側を開口した複数の凹部を有する製氷容器と、製氷時に前記製氷容器の凹部の上部側を加熱する加熱手段と、前記製氷容器の凹部の上部の温度を検知する第1の温度検知手段手段と、前記凹部の底部の温度を検知する第2の温度検知手段と、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の所定温度以上で且つ前記第2の検出温度が前記第2の所定温度以下になったとき、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の温度検知手段の検知温度が第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、離氷終了後再び前記加熱手段による加熱を開始させる制御手段と、を備えた製氷装置。
- 冷凍温度に冷却される空間内に配置された上面側を開口した複数の凹部を有する製氷容器と、製氷時に前記製氷容器の凹部の上部側を加熱する加熱手段と、前記製氷容器の凹部の上部の温度を検知する第1の温度検知手段手段と、前記凹部の底部の温度を検知する第2の温度検知手段と、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の所定温度以上で且つ前記第2の検出温度が前記第2の所定温度以下になったとき、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、給水量に応じて前記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の検知手段の検知温度が第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、離氷終了後再び前記加熱手段による加熱を開始させる制御手段とを、備えた製氷装置。
- 前記加熱手段は、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請求項1〜3のいずれかに記載の製氷装置。
- 前記製氷装置の揺動動作は、容器を平行移動させる請求項1〜3のいずれかに記載の製氷装置。
- 前記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請求項1〜3のいずれかに製氷装置。
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2002
- 2002-05-31 JP JP2002160347A patent/JP2004003755A/ja not_active Withdrawn
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