JP2005156139A - 冷蔵庫用製氷器 - Google Patents

Abstract

【課題】 製氷器と氷の界面全体に均一にもれなく熱を加え、容易に氷を取り出すことが可能な製氷器を提供する。
【解決手段】 誘導加熱方式によって製氷器の全体外面に均一に加熱されるようにすることで、製氷器内部の氷が迅速に製氷器の内側面で分離するようにする。
【選択図】 図４

Description

本発明は冷蔵庫の製氷器に関する。より詳細には、製氷器の内部で製氷された氷と前記製氷器との界面を均一に加熱して、製氷器内に製氷された氷をより迅速に分離することができる冷蔵庫用製氷器に関することである。

図１は一般的な冷蔵庫を説明する図面である。
図１を参照すると、冷蔵庫は冷凍室及び冷蔵室を区画する隔壁１と、前記冷凍室及び冷蔵室を低温で維持させるための冷却サイクル装置が装着された本体２と、前記冷凍室を開閉するために前記本体２に回動可能に取り付けられた冷凍室ドア４と、前記冷蔵室を開閉するために前記本体２に回動可能に取り付けられた冷蔵室ドア６が含まれる。

前記冷蔵庫に適用される前記冷却サイクル装置は低温低圧の気体冷媒を圧縮する圧縮機(未図示)と、前記圧縮機で圧縮された高圧の冷媒が外部空気に放熱して凝縮する凝縮機(未図示)と、前記凝縮機で凝縮された冷媒を減圧する膨脹装置(未図示)と、前記膨脹装置で断熱膨脹された冷媒が冷凍室及び冷蔵室の熱を奪って蒸発する蒸発機(未図示)で構成される。

一方、このごろは、冷凍室の冷気を利用して氷を製氷した後便利に取り出しすることができる自動製氷装置が装着されて、消費者の便利性を考慮した製品も多数開示されている。
前記自動製氷装置は前記冷凍室の内側上部に装着され冷凍室内の冷気が給水された水を製氷する製氷器７と、前記製氷器７で製氷され、製氷器から分離された氷が入るように前記冷凍室に装着されたアイスバンク２０と、前記冷凍室ドア４の開閉なしに氷を外部に取り出すように前記冷凍室ドア４に形成されたディスペンサー３０と、前記アイスバンク２０に入つた氷が前記ディスペンサー３０に落下されるように案内するアイスシュート４０で構成される。

また、製氷器の作動を順次に説明すれば、適正の水が供給される過程、供給された水を凍らせるように冷気を供給する過程、冷気によって製氷された氷が製氷器７で分離する過程で成り立つ。このような製氷の過程で、適正の水が供給されて製氷器内で水があふれないようにする課題、製氷器内で氷が迅速に凍るように適当な冷気が供給されるようにする課題、氷が分離される時に製氷器と氷の界面が容易に分離するようにする課題、氷がアイスバンク２０に容易に落ちるようにする課題等が主な技術的な問題となつている。

特に、水が氷にすべて製氷された後に、氷が製氷器で容易に分離するようにするために適正の熱を加えるための構成に対する研究が多く行われている。このために一般的には、製氷器の外側面に所定の間隔で電熱線を形成して、前記電熱線でジュールの法則によって発生する熱を伝導し、製氷器と氷が触れる一部分で氷がとけて分離するようにしている。本発明の譲渡人がアメリカ特許登録番号６，７０５，０９１号において提案した製氷器には、そのような構成が開示されている。

しかし、相互に間隔をあけて設置される電熱線で発生されるジュール熱によって製氷器と氷の界面を分離する方案は、次のような問題点がある。
第１に、製氷器と氷が触れる面を全体的に加熱せず、局所的に熱が加えられる。それゆえに、多量の熱が加えられなければ、製氷された氷の界面が製氷器と分離しない。第２に、多量の熱を発生するための多量の電力が消耗される短所がある。第３に、氷と製氷器との分離に多くの時間が消耗されるので、１回の製氷のための製氷器のサイクル時間が長くなる短所がある。第４に、局所的に熱が加えられて氷がとけるから、製氷された氷の形状が均一にならない短所がある。

前記のような問題点を解消するために考案された本発明は、製氷器と氷の界面全体に均一にもれなく熱が加えられるようにする構成を提案することを目的とする。また、もれなく熱が加えられることで、氷の形状が均一に維持されるようにする製氷器を提案することを目的とする。また、製氷器と氷の界面が迅速に分離するように製氷器を提案する。また、迅速に氷が分離することで、製氷時間が早くなる製氷器を提案することを目的とする。

本発明の１つの形態に係る冷蔵庫用製氷器は、供給された水及び製氷された氷を収容する氷収容部と、前記氷収容部の上側に回転可能に設けられ、製氷された氷を分離させるための延長突起部が形成された排出部と、前記排出部を回転させるモーターと、前記氷収容部を囲むように配置され前記氷収容部を均一に加熱することにより、前記氷収容部と前記氷の間の界面を分離させる加熱器本体と、及び前記加熱器本体に誘導起電力によって熱を発生させるために、前記加熱器本体に誘導起電力を発生させる加熱コイルと、を備える。

本発明の他の形態に係る製氷器は、冷凍された氷を収容する氷収容部と、前記氷収容部と前記氷の固着する面を均一に加熱するために、外部から加えられる誘導起電力による誘導加熱方式によって、前記氷収容部を全体的に均一に加熱するヒーターと、を備える。

本発明のさらなる他の形態に係る製氷器は、収容された水が冷凍されて氷に状態変化して氷が製作される氷収容部と、及び誘導加熱によって前記氷収容部全体面を加熱して、前記氷と前記氷収容部の間の固着した界面を分離するヒーターを備える。

本発明によって消費エネルギーを低減しつつ冷蔵庫で迅速に氷を製氷することができる。氷の形状が均一になることも勿論である。

以下では図面を参照して本発明の望ましい実施形態を詳細に説明する。ただ、本発明の思想が提示される実施例に制限されるものではなく、本発明の思想を理解する当業者には、同じ思想の範囲内で他の実施例を容易に提案することができるはずである。
図２は、本発明による製氷器の斜視図であり、図３は本発明による製氷器の部分切開斜視図である。

図２と図３を参照すると、前記製氷器１０は、給水ホース(未図示)を通じて供給された水が入った後正常に水を貯えるコップ１１と、前記コップ１１で供給された水が入って冷凍室内の冷気によって製氷される氷収容部としての円弧形状の製氷器モールド１２と、前記製氷器モールド１２に装着されて氷を取り出す時製氷器モールド１２と氷を分離させることができるように前記製氷器モールド１２を加熱するヒーター１３０と、前記製氷器モールド１２上側に回動可能に配置され製氷された氷をすくい上げる排出部１４と、前記排出部１４を回転させる駆動力を発生するモーター(未図示)と、前記排出部１４によってすくい上げられた氷を前記アイスバンク２０の内部へ案内するスライダー１６と、前記アイスバンク２０が氷で満杯であることを感知する満氷感知レバー１７と、前記製氷器モールド１２の温度と前記アイスバンク２０が満杯であるか否かによって前記ヒーター１３０及びモーターを制御して、前記コップ１１に供給される水を断続する給水バルブ(未図示)を制御する製氷制御部１８が含まれる。

また、前記製氷器モールド１２の内部には水が氷結する製氷空間が形成されて、前記製氷空間には複数個の氷２１が分離生成されるように製氷空間を分ける複数個の区画突起１２１が形成される。そして、前記製氷器モールド１２には前記冷凍室の上側背面に製氷器１０が固定されるようにするための連結部１２２が形成される。
また、前記排出部１４は、モーターと連動して回転して氷を分離するため、製氷空間の上側に形成される軸１４１と、前記軸１４１の側面の一方に延ばされた多数個の延長突起１４２が含まれる。前記延長突起１４２は前記区画突起１２１によって複数個に区画された製氷空間の個数と同数形成されて、それぞれの延長突起１４２がそれぞれの製氷空間内部に置かれる氷をすくい上げるようにする。

また、前記モーターは前記製氷器モールド１２の１つの側面に設置された製氷制御部１８内側に装着されて軸１４１と結合されている。そして、前記製氷制御部１８には前記製氷器モールド１２の温度を感知する温度センサー(未図示)と、前記満氷感知レバー１７の回動位置を検出して前記アイスバンク２０が満杯であるか否かを感知する満氷感知センサー(未図示)が具備される。

また、前記ヒーター１３０は、製氷器モールド１２を均一に加熱できるようにするために誘導加熱方式が利用される。
前記構成を参照して、本発明による製氷器の作動を簡単に説明する。前記コップ１１を通じて供給される水は、製氷器モールド１２に入った状態で冷凍される。氷が全部冷凍された後には、誘導加熱方式が適用されるヒーター１３０によって氷の外側面が均一に加熱されることで氷２１と製氷器モールド１２の界面が分離される。この後に排出部１４が回転して延長突起１４２によって氷２１が押し上げられ、スライダー１６に沿って落ちることによりアイスバンク２０に積もるようになる。

図４は図２のＡ-Ａ'の断面図である。
図４には、製氷器モールド１２と、排出部１４と、スライダー１６が示されており、前記製氷器モールド１２の下側には誘導加熱方式によって加熱されるヒーター１３０が形成される。

詳しくは、前記ヒーター１３０には、外部で供給される高周波電流によって渦電流を発生させて電気エネルギーを熱エネルギーに変換するための加熱コイル１３２と、前記加熱コイル１３２を内挿され、かつモールド部１２の外周面を囲むように円弧形状に設置される加熱器本体１３４と、を備える。前記加熱器本体１３４は、前記加熱コイル１３２から誘導された誘導エネルギーを利用して、製氷器モールド１２に固着した氷２１を、誘導加熱方式によって製氷器モールド１２との境界面を分離する。

誘導加熱の原理を簡単に説明する。
図５は誘導加熱の原理を現わしたものであり、図６は誘導加熱によるヒステリシスループを現わしたものである。
図５を参照すると、交流(高周波)電流が流れるコイルの中に位置した金属等の導電体は渦電流損失とヒステリシス損失(磁性体の場合)によって熱が発生する。この熱を利用して被加熱物質を加熱することを誘導加熱というが、特に高周波電流を利用した場合に高周波誘導加熱という。

ここで、図５に示すように、交流(高周波)電流(ｉ１)が流れるコイルの中には交流電流による交番磁束(高周波磁束)が発生して、この磁界の中に置かれた導電体には誘導電流（誘導起電力）が発生する。特に、この起電力によって発生する電流を渦電流という。前記渦電流が所定抵抗を持った導電体、すなわち、被加熱体内を流れればその導電体にジュール熱が発生する。これを渦電流損、又は渦電流損失といい、誘導加熱時の主発熱源になる。前記の渦電流損を「抵抗がある導体に電流が流れれば熱が発生してその熱量は流れる電流値の二乗と導体の抵抗及び電流が流れる時間に比例する。」というジュールの法則による式で示せば、
Ｗｅ＝ｎｅｆ² Ｂｍ²
となる。ここに、ｎｅは定数であり、ｆは、周波数であり、Ｂｍは、磁束密度である。

この式で見るように、渦電流損失は周波数の二乗に比例するのでヒステリシス損失よりもっと大きく周波数に影響を受けるようになる。したがって、前述のように周波数が低いとき、加熱は主にヒステリシス損により実現され、周波数が１００ｋＨｚ以上に高くなれば主に渦電流損によって実現されるようになる。

また、被加熱体が磁性体であるとき、前記磁性体に加熱コイルを巻いて交流電流を印加させれば前記磁性体は磁化される。ここで、磁界強度を徐々に増加させると、磁束密度（Ｂ）の変化を現わす曲線と磁界強度（Ｈ）を現わす曲線は一致せず、図６に示すように、環状の曲線を成すようになる。このような現象をヒスデリシス現象といって、その曲線をヒステリシスループという。
特に、ヒステリシスループで囲んだ面積が大きければ大きいほどヒステリシス損失が大きい、すなわち、高周波誘導加熱の加熱効率が高まる。これを式に示せば、
Ｗｈ＝ｎｈ f Ｂｍ^1.6 (wb/m²)
となる。ここに、ｎｈは鉄心の種類によるヒステリシス定数であり、ｆは使用周波数であり、Ｂｍは磁束密度(wb/m2)である。

しかし、使用周波数が５０ｋＨｚ以上に高くなれば周波数の２乗に比例する渦電流損失の方がずっと大きくなるので、ヒステリシス損失は相対的に少なくなり、周波数がさらに高くなれば殆ど無視できるようになる。勿論、銅やアルミニウムのような非磁性体や磁性体の場合でも、温度を高めて自分の変態点以上に加熱すれば、ヒステリシス損失は消えて、その時点からは渦電流だけにより加熱されるようになる。

本発明では加熱コイル１３２に交流電流が流れてコイルの役割が遂行されると、加熱器本体１３４に誘導電流が流れて、加熱器本体１３４は、前記導電体としての機能を果たす。
前記ヒーター１３０による、前記モールド部１２内に製氷された氷の分離過程を説明すれば次のようになる。

図７と図８は本発明のヒーターによる製氷器内の製氷された氷が分離する過程を説明する図面である。図７は排出部１４の作動が始まる前のヒーター１３０による加熱過程を示し、図８は氷２１と製氷器モールド１２が分離された後に、排出部によって氷が排出される状態を図示している。

図７と図８を参照すると、製氷器モールド１２内における氷２１の製氷が完了すると、製氷器モールド１２の内部表面と氷２１は相互に固着される。それゆえ、前記氷２１を製氷器モールド１２と分離させるために製氷器モールド１２の外周面を囲むように設置されたヒーター１３０に電源を印加する。

そして、前記ヒーター１３０に電源が印加されれば、前記ヒーター１３０の加熱コイル１３２によって渦電流が発生する。前記渦電流が所定の抵抗を持った導電体、すなわち、加熱器本体１３４を流れると電気エネルギーが熱エネルギーに変換されて、前記加熱器本体１３４にジュール熱が発生する。このとき渦電流は加熱器本体１３４の全体領域を通じて流れるので、加熱器本体１３４には全体領域を通じて均一に発熱する。

このように加熱器本体１３４の全体領域で均一に発生した熱によって製氷器モールド１２が均一に加熱されると、図７に示すように、前記モールド部１２内面と氷２１が固着される部位において、氷２１はすべての界面部位が全体的に均一にとけて相互の界面の分離が容易になる。このように、誘導加熱方式によって前記製氷器モールド１２を均一に加熱すると、より迅速に氷２１と製氷器モールド１２の固着された部分が分離するようになる。

そして、誘導加熱方式を通じて界面の分離が容易になった状態で、図８に示すように、モーターと連動する排出部１４、詳細には延長突起１４２を回して、氷２１を押し上げる作動によって、氷２１をアイスバンク２０の方に取り出させるようになる。

一方、本発明では誘導加熱方式が適用されるために、加熱コイル１３２が加熱器本体１３４に内挿された状態に形成されているが、本発明はこれに制限されるわけではなく、加熱コイル１３２が加熱器本体１３４の外側面に均一に形成されても本発明の効果には大きい差がない。しかしながら、好ましくは、加熱器本体１３４が、ある程度の抵抗がある金属を材質にして通電可能に形成され、かつ加熱コイル１３２は、加熱器本体１３４の全体領域にわたって均等な間隔で配置される線を有する所定パターンに形成される。また、前記加熱器本体１３４は、製氷器モールド１２の底部の外周形状に対応する同一の形状に形成され、熱伝導が迅速に起きるようにすることがまた望ましい。

一方、氷が固着される製氷器モールド１２自体が不導体であるプラスチックではなく、抵抗がある導電体である金属に形成される場合には、加熱器本体１３４から製氷器モールド１２へ熱を伝導する過程が不必要なので、誘導加熱による熱を直接氷に伝逹することができ、より迅速に氷を製造することができるはずである。この場合には製氷器モールド１２の外面上に直接誘導加熱コイルを形成することがより望ましいはずである。

以上のように構成された冷蔵庫用製氷器は本発明から実施例で適用したサイドバイサイドタイプの冷蔵庫だけではなく、冷凍室が上端に位置して冷蔵室が下端に位置したトップ型タイプの冷蔵庫、及び冷蔵室が上端に位置して冷凍室ーが下端に位置したボトムタイプの冷蔵庫にも適用可能である。

本発明によって、製氷器の内部で氷が固着される面と氷との接触面が全体的に均一に加熱されることができるから、氷がより迅速に分離することができる。また、製氷器の全体界面に対して加熱が起きるから、氷の形状が均一に維持される長所がある。
そのうえ、氷が分離する間に加えられる電力消耗を減らすことが可能であり、製氷のために所要する時間をより減らすことが可能となり、迅速に氷を製造することができる長所がある。

一般的な冷蔵庫を説明する図面である。 本発明による製氷器の斜視図である。 本発明による製氷器の部分切開斜視図である。 図２のＡ―Ａ'の断面図である。 誘導加熱の原理を説明する図面である。 誘導加熱によるヒステリシスループである。 本発明のヒーターにより、製氷器内の製氷された氷を製氷器から分離する過程を説明する図面である。 本発明のヒーターにより、製氷器内の製氷された氷を製氷器から分離する過程を説明する図面である。

符号の説明

１０ 製氷器
１１ コップ
１２ 製氷器モールド
１４ 排出部
１６ スライダー
１７ 満氷感知レバー
１８ 製氷制御部
２０ アイスバンク
２１ 氷
１２１ 区画突起
１２２ 連結部
１３０ ヒーター
１３２ 加熱コイル
１３４ 加熱器本体
１４１ 軸
１４２ 延長突起

Claims (9)

1. 供給された水及び製氷された氷を収容する氷収容部と、前記氷収容部上に回転可能に設けられ製氷された氷を分離させるための排出部と、前記排出部を回転させるモーターと、を備える製氷器において、
   前記氷収容部を囲むように配置され、前記氷収容部を均一に加熱することにより、前記氷収容部と前記氷の間の界面を分離させる加熱器本体と、
   前記加熱器本体に誘導起電力によって熱を発生させるために、前記加熱器本体に誘導起電力を発生させる加熱コイルと、
   を備えることを特徴とする冷蔵庫用製氷器。
2. 前記加熱コイルは前記加熱器本体の内部に形成されることを特徴とする請求項１に記載の冷蔵庫用製氷器。
3. 前記誘導加熱コイルは前記氷収容部の１つの面に形成されることを特徴とする請求項１に記載の冷蔵庫用製氷器。
4. 前記加熱器本体は通電性の金属であることを特徴とする請求項１に記載の冷臧庫用製氷器。
5. 供給された水及び製氷された氷を収容する氷収容部と、前記氷収容部上に設置され製氷された氷を分離させるための排出部と、を備える製氷器において、
   前記氷収容部に固着する前記氷の、前記氷収容部と前記氷とが固着する面を均一に加熱するために、外部から加えられる誘導起電力による誘導加熱方式によって、前記氷受容部全体を均一に加熱するヒーターを備えることを特徴とする冷蔵庫用製氷器。
6. 前記ヒーターは、
   熱を発生する加熱器本体と、
   前記加熱器本体に誘導起電力を発生させるために前記加熱器本体内に挿入される誘導加熱コイルと、
   を備えることを特徴とする請求項５に記載の冷蔵庫用製氷器。
7. 前記ヒーターは、
   前記氷収容部の外面と同様な形状に形成され、その全体領域に均一に熱を発生する加熱器本体と、
   前記加熱器本体に誘導起電力を印加する誘導加熱コイルと、
   を備えることを特徴とする請求項５に記載の冷蔵庫用製氷器。
8. 前記ヒーターは、
   導電性の加熱器本体と、
   前記加熱器本体に誘導起電力を印加する誘導加熱コイルと、
   を備えることを特徴とする請求項５に記載の冷蔵庫用製氷器。
9. 前記ヒーターは、誘導加熱コイルを備えることを特徴とする請求項５に記載の冷蔵庫用製氷器。

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