JP2004324903A

JP2004324903A - 製氷装置

Info

Publication number: JP2004324903A
Application number: JP2003115579A
Authority: JP
Inventors: Nobuo Shimomura; 信雄下村; Hiroshi Tatsui; 洋龍井
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-04-21
Filing date: 2003-04-21
Publication date: 2004-11-18
Anticipated expiration: 2023-04-21
Also published as: JP4333202B2

Abstract

【課題】透明度が高く、飲料液に入れてもミネラル分が浮遊するのが目立つことのない、官能的に好ましい高品位な氷をつくることのできる製氷装置を提供する。
【解決手段】冷却板３と氷・水界面位置４ｄとの距離が離れ、氷の成長速度は遅くなるので、氷上の水膜厚さを略一定に保つために水・空気界面位置４ｃと氷・水界面位置４ｄを時間により制御するもので、給水開始付近すなわち製氷初期の氷の成長速度が速い時は給水時間間隔を短くし、時間当たりの給水量を多くし、給水終了付近すなわち製氷後期の氷の成長速度が遅い時は給水時間間隔を長くし、時間当たりの給水量を少なくすることによって、氷上の水膜厚さを略一定に保つことができるため、氷の白濁の要因である空気を拡散させ、さらにミネラル分を製氷容器側面に拡散させながら凍結させる。
【選択図】図４

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、家庭用冷蔵庫おいて比較的透明な氷をつくる製氷装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、家庭用冷蔵庫において、見た目が良く高品位な透明氷を作る製氷装置が望まれており、製氷容器に水を給水して製氷を行う際、製氷容器を振動させたり製氷容器上面側の開口部から水面に向けて温風を吹き付けたりすることにより、水の凍結に伴い氷から吐き出されて発生した気泡が氷の中に混入することを防ぐ製氷装置が考案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
以下、図面を参照しながら上記従来の製氷装置を説明する。
【０００４】
図８は従来の冷蔵庫の断面図であり、図９は製氷装置の概略図である。
【０００５】
図８および図９において、冷蔵庫１４は、外箱１５と内箱１６とを有し、この間に断熱材が充填されてなる断熱構造体で、内箱１６には複数の断熱中仕切板１７が設けられて冷蔵室１８、冷凍室１９、野菜室２０等が形成されている。
【０００６】
冷蔵室１８には、氷を作るための水が貯留される給水タンク２１が設置されており、冷凍室１９には製氷装置２２および貯氷箱２３が設けられている。なお、貯氷箱２３は製氷装置２２の下方に配置され、製氷装置２２で作った氷を受けて蓄えるようになっている。
【０００７】
また、冷蔵庫１４には冷凍装置が収納されており、冷却器２４を通って庫内空気をファン２５により強制循環させながら庫内を冷却している。
【０００８】
一方、製氷装置２２は、給水タンク２１からの水を貯留する製氷容器２６、当該製氷容器２６に貯留された水に空気を吹き付けるブロー機構２７、製氷容器２６を反転させて当該製氷容器２６の氷を貯氷箱２３に移す脱氷機構２８等を有している。
【０００９】
製氷容器２６は、上面が開口して形成された合成樹脂製で、製氷容器２６の裏側に冷却器２４からファン２５により冷凍室１９に送られてきた冷気が送風されて、製氷容器２６を底部側から冷却して製氷が行われる。
【００１０】
ブロー機構２７は、空気を送風するポンプ２９、当該ポンプ２９により送風される空気を製氷容器２６の上方まで導く送風ダクト３０、送風ダクト３０により導かれた空気を加熱する空気加熱ヒータ３１、空気加熱ヒータ３１により加熱されて温風となった空気を製氷容器２６に貯留された水に吹き当てるノズル３２等から構成される。
【００１１】
以上のように構成された従来の製氷装置について、その動作を説明する。
【００１２】
給水タンク２１から製氷容器２６に供給され貯留された水は、冷却器２４により冷却された冷気が、ファン２５により製氷容器２６の裏側に送風されることにより凍結していくが、その際、ブロー機構２７から空気加熱ヒータ３１により加熱された温風が、製氷容器２６の上面に吹き付けられる。
【００１３】
このため、氷は製氷容器２６の底面側から成長していき、製氷容器２６の上面側の温風が吹き付けられる上面側が最後に凍結するため、水が凍結して氷になる際に未凍結の水に吐き出された空気が逃げるための逃げ口が製氷完了まで確保される。
【００１４】
更に、温風により製氷容器２６に貯留された水が攪拌され、氷と水との界面上で水が移動するため、氷と水の界面にある気泡が氷から離脱して浮上し、未凍結の水面から冷凍室１９中に脱気される。
【００１５】
このために、製氷される氷に含まれる気泡の量が少ない、高品位な透明氷を得ることが出来る。
【００１６】
従来の製氷装置では、図１０に示すように、氷は製氷容器の底面側からとともに側面側からも成長するため、氷は凹状の成長となり、凹状の氷の内側に残った未凍結の水中のミネラル分や空気の濃度が徐々に高くなっていく。
【００１７】
そのため、最後のほうに凍る氷の略中央部分から上側部分にかけて、ミネラル分やミネラル分を核とした気泡が可視できる大きさまで集まることにより白濁が集中してしまい、氷の透明度が劣化してしまう。
【００１８】
【特許文献１】
特開２００１−３５５９４６号公報
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の構成では、製氷容器の裏側に冷気が送風されて冷却を行うことにより、製氷容器底面からの凍結と同時に製氷容器側面からの凍結が生じてしまい、更に、水面の中央部近傍に温風を吹き付けているために、氷は製氷容器を垂直断面で見ると、中心部近傍での氷の高さが製氷容器側面近傍での氷の高さに比べ低い凹状に氷が成長していく。
【００２０】
ここで、水にもともと溶け込んでいたカルシウムやマグネシウムといったミネラル分や空気は、水が凍結する際に氷から未凍結の水中に追い出されるため、凹状に成長した氷の中にある未凍結の水の中の空気やミネラル分の濃度は徐々に高くなっていく。
【００２１】
空気は未凍結の水面から周辺の空間に、ある程度拡散されるが、ミネラル分は製氷容器外部へ逃げることが出来ないため、最後のほうに凍る氷の略中央部分から上側部分にかけて、ミネラル分やミネラル分を核とした気泡が可視できる大きさまで集まることにより白濁が集中してしまい、氷の透明度が劣化してしまう。
【００２２】
更に、集中したミネラル分は、氷を水等の飲料液に入れたときに氷から排出され、すぐに溶けることなく飲用液中を浮遊するが、製氷過程で容易に可視できる大きさにまで集まってしまうこともあるため、飲料液中で浮遊するのが観察され官能的に好ましい氷とならないことがある。
【００２３】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、氷の白濁が固まって目立つことがない透明度の高い氷で、飲料液に氷を入れてもミネラル分が浮遊するのが目立つことのない見た目に好ましい高品位な氷を提供すること目的としている。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載の製氷装置の発明は、冷却板の上部に製氷容器を備え、下面からの凍結進行に対応して前記製氷容器に製氷用の水を所定間隔で間欠給水する製氷装置において、前記間欠給水した際の未凍結の水が毎回略一定の厚さとなるように給水するものであり、前記製氷容器中の未凍結水の厚みが略一定の薄さとなることで氷の白濁要因である空気を拡散させ、ミネラル分を製氷容器側面に拡散させながら凍結が進行して透明度の高い氷を得ることができる、という作用を有する。
【００２５】
本発明の請求項２に記載の製氷装置の発明は、請求項１に記載の製氷装置の発明において、給水の前記所定間隔が、給水開始付近では短く、給水終了付近では長くすることを特徴とするもので、前記製氷容器中の未凍結の水の厚みが略一定の薄さとなるように給水することができるという作用を有する。
【００２６】
さらに、製氷容器内に給水されておらず製氷容器が過冷状態の製氷初期は連続的な給水を行うことにより急速な結氷を抑制することができ、さらに初期給水時の表面張力による水膜の偏り（水滴）を回避し均一な水膜にするという作用を有する。
【００２７】
本発明の請求項３に記載の製氷装置の発明は、請求項１に記載の製氷装置の発明において、給水の前記所定量が、給水開始付近では多く、給水終了付近では少なくするもので、前記製氷容器中の未凍結の水の厚みが略一定の薄さとなるように給水することができるという作用を有する。
【００２８】
さらに、製氷容器内に給水されておらず製氷容器が過冷状態の製氷初期は多量の給水を行うことにより急速な結氷を抑制することができ、さらに初期給水時の表面張力による水膜の偏り（水滴）を回避し均一な水膜にするという作用を有する。
【００２９】
本発明の請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれか一項に記載の製氷装置の発明において、前記冷却板の温度を制御する冷却板温度制御手段を備え、製氷初期は前記冷却板の温度が高く、製氷後期は低くなるように制御するもので、前記製氷容器中の未凍結の水の厚みが略一定の薄さとなるという作用を有する。
【００３０】
さらに、氷が薄く氷の熱抵抗が小さい場合は凍結速度を上昇させて製氷時間が短縮するという作用を有する。
【００３１】
本発明の請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれか一項に記載の製氷装置の発明において、冷却板と製氷容器と給水装置が、零度以上の空間に保持されるもので、製氷容器側面や上部より凍結せず有向温度差を氷の成長方向に必然的にとれるという作用を有する。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による冷蔵庫の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、同一構成の部分については重複を避けるため同一符号をつけて説明を省略する。
【００３３】
（実施の形態１）
図１は本発明による実施の形態１における製氷装置の側断面図であり、図２は同実施の形態の製氷装置の要部上面図、図３は同実施の形態の製氷装置の要部側断面図である。
【００３４】
図１から図３において、製氷装置１は、給水装置２と、冷却板３と、冷却板３上に設置されポリプロピレンで成形された製氷容器４により構成されており、給水装置２が配置された空間と、冷却板３と製氷容器４が配置された空間とは、区画壁５で区画され、それぞれの空間は約３度に保持されている。
【００３５】
給水装置２は、氷を作るための水を一時的に貯めておく給水タンク６と、給水タンク６内の水を所定量送り出すための給水ポンプ７と、給水ポンプ７から送り出された水を所定位置に導くための給水経路８から構成される。
【００３６】
冷却板３はアルミニウムで形成され、冷却板３の製氷容器４と接する面の反対面には、ペルチェ９の一方の面が密接するように固定されており、ペルチェ９の他方の面には、ヒートシンク１０が密接するように固定され、ファン１１から送風された風がヒートシンク１０に吹き付けられるようになっている。また、冷却板３の温度は、ペルチェ９への通電を制御することにより所定の温度に制御出来るようになっている。
【００３７】
また冷却板３上に固定された製氷容器４は、給水経路８の下方に位置するように配置されており、製氷容器４の底面略中央部には、冷却板３と密接している。
【００３８】
また、製氷容器４，冷却板３，ペルチェ９，ヒートシンク１０は、駆動軸１２により離氷メカ１３と結合され、離氷メカ１３により駆動軸１２を回転駆動させることにより反転される。
【００３９】
以上のように構成された製氷装置について、次にその動作を説明する。
【００４０】
冷却板３は、ペルチェ９に冷却板３と接する面が冷却される所定の方向に直流電流を通電し、さらにペルチェ９への通電を制御することにより、零度以下の所定の温度に保持される。その際、ペルチェ９のヒートシンク１０側の面は、ヒートシンク１０にファン１１からの風を吹き付けることにより放熱されている。
【００４１】
このとき、給水ポンプ７を所定時間駆動することにより、給水タンク６内の水が所定量だけ給水経路８から製氷容器４内に給水され、冷却板３からの冷却により製氷される。
【００４２】
製氷容器４の外面に設置された温度センサー（図示せず）が給水後一定時間経過した後、所定の温度以下に下がったのを検知すると製氷が完了したと判断し、離氷メカ１３により駆動軸１２を回転させて、冷却板３，ペルチェ９，ヒートシンク１０とともに製氷容器４を反転させ、同時にペルチェ９に製氷中と逆方向に通電することにより冷却板３を過熱して、製氷容器４内の氷と製氷容器４との接触面の氷を融かし、氷を自重により落下させることにより、製氷装置１の下方に設置された貯氷箱（図示せず）に貯氷する。
【００４３】
以下に、本実施例における製氷時の氷の成長の仕方について、図４を用いて説明する。
【００４４】
図４は、給水から所定時間経過後の、垂直断面で見た製氷容器４内の様子を示し、図５は、図４から所定時間経過した後の製氷容器４内の様子を示す。
【００４５】
一方、本実施の形態の製氷装置では、図４、図５に示すように、製氷容器４内に貯留された水４ａは、製氷容器４底面が冷却板３により冷却され、かつ上面が零度以上の空気と接しているために、下から上に向かって氷４ｂの成長が進む。
【００４６】
水が凍結する際、もともと水に溶け込んでいた空気や、カルシウムやマグネシウムなどのミネラル分は、凍結速度が十分ゆっくりであれば氷から未凍結の水の中に追い出され、水中の溶存空気は水の厚みが薄いため製氷容器４上側の開口部から周辺の空間に容易に拡散され、ミネラル分は図５に示す様に製氷容器４の側面温度が、底面温度より高いと、ミネラル分は製氷容器４の側面方向に広く拡散するので、ミネラル分が含まれていても可視できない大きさに拡散された状態で氷の中に閉じ込められるため、見た目上、透明な氷ができる。
【００４７】
一方、氷が成長していくにつれて、冷却板３と氷と水の界面との距離が離れていくために、凍結に対する冷却板３の影響は徐々に小さくなり、氷の成長速度は遅くなり、水・氷界面位置はノイマン解により時間の平方根に比例するようになる。
【００４８】
そこで、氷上の水膜厚さを略一定に保つためには、図６に示す様に水・空気界面位置４ｃと氷・水界面位置４ｄを時間により制御する。
【００４９】
給水開始付近すなわち製氷初期の氷の成長速度が速い時は給水時間間隔を短くし、時間当たりの給水量を多くし、給水終了付近すなわち製氷後期の氷の成長速度が遅い時は給水時間間隔を長くし、時間当たりの給水量を少なくすることによって、氷上の水膜厚さを略一定に保つことができる。
【００５０】
以上のように、本実施の形態の製氷装置は、製氷容器に貯留された水を下から上に成長させ、氷上の水膜厚さを略一定に保つように給水させることにより、氷の白濁の要因である空気を拡散させ、さらには、ミネラル分を製氷容器側面に拡散させながら凍結させることにより、見た目に高品位な透明度の高い氷で、飲用液体に溶かしても、ミネラル分が浮遊する所が目に付くことのない官能的に適した氷を提供することが出来る。
【００５１】
なお、本実施の形態においては、氷の成長速度が速い時は給水時間間隔を短くし時間当たりの給水量を多くしたが、直接給水量を増加させ、氷の成長速度が遅い時は時間当たりの給水量を少なくしたが、直接給水量を少なくすることによって、氷上の水膜厚さを略一定に保つことができる。
【００５２】
また、製氷初期では冷却板の温度を高くして氷の成長速度を遅くし、製氷後期では冷却板の温度を低くして氷の成長速度を早くなるように冷却板の温度を制御することによって、図７に示す様に氷の成長速度を略一定にし、給水量・給水間隔が一定であっても、氷上の水膜厚さを略一定に保つことができる。
【００５３】
また、なお、本実施の形態においては、冷却板の温度を制御するのにペルチェを用い、製氷容器内の氷を離氷するためにペルチェに冷却時と逆方向の電流を負荷することにより、氷と製氷容器内面の接触面の氷を溶かして離氷を行ったが、冷却板の温度制御はペルチェに限定されるものではなく、また、離氷の方法も、ペルチェを利用した融解に限定されるものではない。
【００５４】
例えば、冷却板にヒータを貼り付けておき、凍結完了後、ヒータに通電して離氷を行ってもよく、また、製氷容器を反転させる際に変形させることにより離氷を行っても良い。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１に記載の発明は、冷却板の上部に製氷容器を備え、下面からの凍結進行に対応して前記製氷容器に製氷用の水を所定間隔で間欠給水する製氷装置において、前記間欠給水した際の未凍結の水が毎回略一定の厚さとなるように給水することにより、水中の溶存空気は製氷容器上側の開口部から周辺の空間に容易に拡散させ、また製氷容器側面側にミネラル分を分散させ、比較的透明度が高く、水に溶かしてもミネラル分が浮遊することの無い官能的に好ましい氷を提供することができる。
【００５６】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１の発明において、給水の所定間隔が、給水開始付近では短く、給水終了付近では長くすることを特徴とするもので、前記製氷容器中の未凍結の水の厚みが略一定の薄さとなるように給水することができ、さらに、製氷容器内に給水されておらず製氷容器が過冷状態の製氷初期は連続的な給水を行うことにより急速な結氷を抑制することができる。
【００５７】
さらに初期給水時の表面張力による水膜の偏り（水滴）を回避し均一な水膜にすることにより水中の溶存空気は製氷容器上側の開口部から周辺の空間に容易に拡散させ、また製氷容器側面側にミネラル分を分散させ、比較的透明度が高く、水に溶かしてもミネラル分が浮遊することの無い官能的に好ましい氷を提供することができる。
【００５８】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１の発明において、給水の前記所定量が、給水開始付近では多く、給水終了付近では少なくするもので、製氷容器中の未凍結の水の厚みが略一定の薄さとなるように給水することができ、さらに、製氷容器内に給水されておらず製氷容器が過冷状態の製氷初期は多量の給水を行うことにより急速な結氷を抑制することができ、さらに初期給水時の表面張力による水膜の偏り（水滴）を回避し均一な水膜にすることにより、水中の溶存空気は製氷容器上側の開口部から周辺の空間に容易に拡散させ、また製氷容器側面側にミネラル分を分散させ、比較的透明度が高く、水に溶かしてもミネラル分が浮遊することの無い官能的に好ましい氷を提供することができる。
【００５９】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれかの発明において、製氷初期は前記冷却板の温度が高く、製氷後期は低くなるように制御するもので、前記製氷容器中の未凍結の水の厚みが略一定の薄さとなり、氷が薄く氷の熱抵抗が小さい場合は凍結速度を上昇させて製氷時間が短縮することができることにより、水中の溶存空気は製氷容器上側の開口部から周辺の空間に容易に拡散できる。
【００６０】
また製氷容器側面側にミネラル分を分散させ、比較的透明度が高く、水に溶かしてもミネラル分が浮遊することの無い官能的に好ましい氷を提供することができる。
【００６１】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれかの発明において、冷却板と製氷容器と給水装置が、零度以上の空間に保持されるもので、製氷容器側面や上部より凍結せず有向温度差を氷の成長方向に必然的にとることができることにより、水中の溶存空気は製氷容器上側の開口部から周辺の空間に容易に拡散させ、また製氷容器側面側にミネラル分を分散させ、比較的透明度が高く、水に溶かしてもミネラル分が浮遊することの無い官能的に好ましい氷を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の製氷装置の側断面図
【図２】同実施の形態の製氷装置の要部上面図
【図３】図２におけるＡ−Ａ断面図
【図４】本発明の実施の形態１における所定時間経過後の製氷容器の断面図
【図５】同実施の形態における所定時間経過後の製氷容器の断面図
【図６】本発明の実施の形態１の水・氷界面位置の時間変化図
【図７】本発明の実施の形態１の冷却板温度変化時の水・氷界面位置の時間変化図
【図８】従来の製氷装置を搭載した冷蔵庫の側断面図
【図９】従来の製氷装置の側断面図
【図１０】従来の製氷装置の製氷容器内での製氷の様子を示す断面図
【符号の説明】
１製氷装置
２給水装置
３冷却板
４製氷容器
４ａ水
４ｂ氷
４ｃ水・空気界面
４ｄ氷・水界面
５区画壁
６給水タンク
７給水ポンプ
８給水経路
９ペルチェ
１０ヒートシンク
１１ファン
１２駆動軸
１３離氷メカ

Claims

冷却板の上部に製氷容器を備え、下面からの凍結進行に対応して前記製氷容器に製氷用の水を所定間隔で間欠給水する製氷装置において、前記間欠給水した際の未凍結の水が毎回略一定の厚さとなるように給水することを特徴とする製氷装置。
間欠給水はその給水間隔が、給水開始時では短く、給水終了時では長くすることを特徴とする請求項１に記載の製氷装置。
給水量は、給水開始時では多く、給水終了時では少なくすることを特徴とする請求項１に記載の製氷装置。
冷却板の温度を制御する冷却板温度制御手段を備え、製氷初期では前記冷却板の温度が高く、製氷後期では低くなるように制御することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の製氷装置。
冷却板と製氷容器と給水装置が、０度以上の空間に保持されることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の製氷装置。