JP2006266511A

JP2006266511A - 製氷装置

Info

Publication number: JP2006266511A
Application number: JP2005080955A
Authority: JP
Inventors: Yasuyuki Kanazawa; 靖之金澤
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-03-22
Filing date: 2005-03-22
Publication date: 2006-10-05

Abstract

【課題】水を凍らせて氷を作る製氷装置において、氷ができたか否かを判定する。
【解決手段】通信手段６にて第１の周波数の電磁波で無線タグ１と通信を試み、通信可能であるか否かに基づいて判定手段７により氷ができたか否かを判定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、氷を作る製氷装置に関し、特に、氷ができたか否かを判定する技術に関するものである。

従来、製氷装置で水を冷却して氷を作る際に、氷ができたか否かを判定するには、有線式の接触型温度計を用いて製氷皿の水または氷の温度を測定し、温度に基づいて判定していた。また、接触型温度計の代りに、赤外線センサを利用した非接触型温度計を用いる技術も提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
特開２００５−２４２０２号公報

しかしながら、製氷装置で凍らせる対象は純水とは限らず、果汁や糖分などの不純物を含んだ水溶液の場合もある。そして、水には、モル凝固点降下として知られる、不純物が混入すると、不純物のモル濃度に比例して凝固点が低下する性質があるため、氷ができる温度は一定ではない。また、理論上の凝固点より低い温度まで液体の水のまま温度が低下する、過冷却という現象も存在する。

このため、温度を測定するだけでは、氷ができたかどうかを正確に判定することはできない。こうした課題は、接触型温度計にも、特許文献１で提案されている非接触型温度計にも、同様に存在する。

更に、製氷皿の形状と冷却条件によっては、表面は凍って氷になっても、内部には凍っていない水が残っているという情況も発生し得る。接触型の温度計を用いる場合には、最後に凍る部分に温度計を配置しなければ全体が凍ったか否かの判定が困難であり、特許文献１で提案されている技術では、氷の表面温度を測定するので、内部に凍っていない水が残っている場合には氷ができたか否かを正しく判定できないという課題がある。

上記課題を解決するため、本発明の製氷装置は、製氷皿と、製氷皿に入った水を冷却して氷を作る製氷手段と、製氷皿に入った水または氷を通して第１の周波数の電磁波で無線タグと通信を試みる通信手段と、通信手段が無線タグと通信可能であるか否かに基づいて氷ができたか否かを判定する判定手段とを備えた構成としている。

本発明の製氷装置は、通信手段により製氷皿に入った水または氷を通して第１の周波数の電磁波で無線タグと通信を試み、判定手段により通信手段が無線タグと通信可能であるか否かに基づいて氷ができたか否かを判定する。

電磁波が水にどの程度吸収されどの程度透過するかは、水と氷では大きく変化するため、それに応じて通信手段が無線タグと通信可能であるか否かが急激に変化する。従って、通信手段が無線タグと通信可能であるか否かに基づいて、氷ができたか否かを良好に判定することができる。

また、電磁波がどの程度吸収されどの程度透過するかは、水が表面に存在するか氷に囲まれて内部に存在するかには依存しないので、水が表面から凍り始める場合でも、氷ができたか否かを正しく判定することができる。

第１の発明の製氷装置は、製氷皿と、製氷皿に入った水を冷却して氷を作る製氷手段と、製氷皿に入った水または氷を通して第１の周波数の電磁波で無線タグと通信を試みる通信手段と、通信手段が無線タグと通信可能であるか否かに基づいて氷ができたか否かを判定する判定手段とを備えた構成としている。電磁波が水にどの程度吸収されどの程度透過するかは、水と氷では大きく変化し、それに伴って通信手段が無線タグと通信可能であるか否かが急激に変化するので、通信手段が無線タグと通信可能であるか否かに基づいて、氷ができたか否かを良好に判定することができる。

第２の発明の製氷装置は、第１の発明において、第１の周波数の電磁波で通信する無線タグを製氷皿の底面に付し、通信手段を製氷皿の上側に位置するよう製氷装置内に配置した構成としている。このように配置することにより、第１の周波数の電磁波が、確実に製氷皿の水または氷の中を通過するので、氷ができたか否かを良好に判定することが可能となる。

第３の発明の製氷装置は、第１の発明において、通信手段は第１の周波数の電磁波および第１の周波数とは異なる第２の周波数の電磁波を用いて無線タグと通信を試み、判定手段は通信手段が第１の周波数の電磁波で無線タグと通信可能であるか否かと第２の周波数の電磁波で無線タグと通信可能であるか否かとに基づいて氷ができたか否かを判定する構成としている。電磁波が水や氷にどの程度吸収されどの程度透過するかは、電磁波の周波数によっても変化するので、水に吸収されやすい周波数の電磁波を第１の周波数の電磁波とし、水に吸収され難い周波数の電磁波を第２の周波数の電磁波として用い、無線タグを製氷皿と一緒に製氷装置の庫内に出し入れすることにより、第１の周波数の電磁波で無線タグと通信できない場合に、第１の周波数の電磁波が製氷皿の水に吸収されて通信できないのか製氷皿そのものが存在しないのかを、第２の周波数の電磁波で区別することができる。

第４の発明の製氷装置は、第３の発明において、第２の周波数の電磁波で通信する無線タグを製氷皿に付した構成としている。こうすることにより、第２の周波数の電磁波で通信する無線タグが製氷皿と共に確実に製氷装置の庫内に出し入れされるので、製氷皿が庫内に存在するか否かを第２の周波数の電磁波で容易に知ることができる。

第５の発明の製氷装置は、第４の発明において、判定手段は第２の周波数の電磁波で無線タグと通信不可能である場合に製氷皿が存在しないと判定する構成としている。そして、判定結果を用いて、ユーザが製氷皿を製氷装置から取り出したまま放置し、氷を作り忘れている場合に、氷ができないことをユーザに知らしめることができる。

第６の発明の製氷装置は、第３の発明において、通信手段は第２の周波数の電磁波で無線タグと通信可能である場合にのみ第１の周波数の電磁波で無線タグと通信を試みる構成としている。そして、第２の周波数の電磁波で無線タグと通信ができない場合には、第１の周波数の電磁波では無線タグと通信を試みないので、製氷装置の消費電力を低減することができる。

第７の発明の製氷装置は、通信手段は第１の周波数の電磁波としてマイクロ波帯の電磁波を用いる構成としている。マイクロ波帯の電磁波は、水には吸収されやすく、氷には吸収されにくいので、通信手段が無線タグと通信可能であるか否かに基づいて氷ができたか否かを良好に判定することが可能となる。

以下、本発明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、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における製氷装置の構成図である。

図１において、１〜２はパッシブ型の無線タグ、３は製氷皿、４は水であり、５はコンプレッサーにより実現され、水４を凍らせて氷を作る製氷手段、６は第１の周波数の電磁波Ｅ１で無線タグ１と通信を試みると共に第２の周波数の電磁波Ｅ２で無線タグ２と通信を試みる通信手段、７は氷ができたか否かを判定する判定手段、８は判定結果を報知する報知手段、１０は本発明の製氷装置である。

通信手段６は、第１の周波数の電磁波Ｅ１を送受信する片側接地された長さ３ｃｍの四分の一波長アンテナであるアンテナ６ａと、絶縁被覆された銅線を百回ループ状に巻いたコイル６ｂとを有している。

無線タグ１は、２．４５ＧＨｚ（ギガヘルツ）の周波数からなるマイクロ波である第１の周波数の電磁波Ｅ１が供給されると、その電磁波を電力源として動作し、第１の周波数の電磁波Ｅ１にて応答信号を返す。無線タグ２は、１２５ｋＨｚ（キロヘルツ）の周波数からなる第２の周波数の電磁波Ｅ２が供給されると、その電磁波を電力源として動作し、第２の周波数の電磁波Ｅ２にて応答信号を返す。

アンテナ６ａは、長さが３ｃｍであるので、その４倍の長さである１２ｃｍを波長とする電磁波、すなわち、周波数に換算して２．４５ＧＨｚの電磁波と共振する。通信手段６は、このアンテナ６ａを用い、周波数が２．４５ＧＨｚのマイクロ波からなる第１の周波数の電磁波Ｅ１で無線タグ１と通信を試みる。一方、第２の周波数の電磁波Ｅ２の波長は２４００ｍもあり、共振するアンテナが巨大なものとなってしまうため、通信手段６は、アンテナを用いる代りに、コイル６ｂに１２５ｋＨｚの交流電流を流すことによって、電磁誘導で第２の周波数の電磁波Ｅ２を発生し、無線タグ２と通信を試みる。

報知手段８は、液晶表示器（図示せず）を備えており、液晶表示器に表示することにより報知を行なう。

図２は、無線タグ１、無線タグ２、製氷皿３、水４、通信手段６、報知手段８の位置関係を説明する説明図である。

図２に示すように、通信手段６は製氷装置１０の庫内上面に配置されている。また、報知手段８は、製氷装置１０の外面に設けられている。製氷皿３は固定されておらず、自由に製氷装置１０から取り出したり製氷装置１０内に置いたりできる。無線タグ１と無線タグ２は、この製氷皿３の下面に付されており、製氷皿３と共に製氷装置１０から取り出され、また、製氷皿３と共に製氷装置１０内に置かれる。ユーザは、氷を作る際には、製氷皿３内に水４を入れた後、製氷皿３を製氷装置１０内に置くことになる。

図３（Ａ）〜（Ｂ）は、第１の周波数の電磁波Ｅ１と第２の周波数の電磁波Ｅ２が、水４をどの程度透過するかを示す説明図である。図３（Ａ）中５ａは凍っていない水、すなわち液体相の水であり、図３（Ｂ）中５ｂは氷、すなわち凍った水である。以下、凍っていない水であることを表わす場合には水４ａ、水４ａが凍ったものを表わす場合には氷４ｂと記し、水４ａと氷４ｂの両方の概念を含む場合には水４と記す。

また、図４は、製氷装置１０による氷４ｂができたか否かの判定動作を説明するフローチャートである。

製氷装置１０の動作、作用を説明するのに先だって、まず、図３（Ａ）〜（Ｂ）を用いて、第１の周波数の電磁波Ｅ１と第２の周波数の電磁波Ｅ２が、水４（水４ａと氷４ｂ）をどの程度透過するかを説明する。

水の分子は、極性を有するため、電磁波を照射されると回転や振動をして周囲の分子と衝突や摩擦を起こし、電磁波のエネルギーが熱に変換される。電磁波エネルギーがどの程度熱に変換されやすいかは、誘電率εと誘電体損失角tanδの積である損失係数という値で表わされる。当然のことながら、損失係数が大きければ電磁波は水４の中で減衰してしまってほとんど透過せず、損失係数が小さければ電磁波はあまり減衰することなく水４を透過する。

損失係数の大きさは、電磁波の周波数によって変化するので、まず、第１の周波数の電磁波Ｅ１がどの程度水４を透過するかを説明する。

水４ａに対する損失係数は、第１の周波数の電磁波Ｅ１がいわゆる電子レンジの加熱用電磁波として用いられていることからもわかるように、大きな値であり、図３（Ａ）に示すように、第１の周波数の電磁波Ｅ１は水４ａに大部分が吸収されて熱となり、ほとんど水４ａを透過しない。

一方、氷４ｂでは、水分子が結晶を構成しており自由に回転や振動をすることができないので、電磁波のエネルギーはあまり熱に変換されない。このため、第１の周波数の電磁波Ｅ１に対する氷４ｂの損失係数は、水４ａの損失係数の約１％程度しかなく、図３（Ｂ）に示すように、第１の周波数の電磁波Ｅ１はほとんど減衰することなく氷４ｂを透過する。

次に、第２の周波数の電磁波Ｅ２について述べる。

周波数が１２５ｋＨｚである第２の周波数の電磁波Ｅ２に対しては、水４ａ、氷４ｂのいずれも損失係数が非常に小さい。このため、図３（Ａ）〜（Ｂ）に示すように、第２の周波数の電磁波Ｅ２はほとんど減衰することなく、水４ａ、氷４ｂを透過する。

次に、製氷装置１０の動作、作用について説明する。

製氷装置１０の庫内には、製氷手段５から冷気が供給され、庫内温度がマイナス２０℃前後に保たれている。

通信手段６は、図４のステップＳ１において、コイル６ｂを用いて第２の周波数の電磁波Ｅ２を１秒間だけ送信し、無線タグ２と通信を試みる。

第２の周波数の電磁波Ｅ２は、図３（Ａ）〜（Ｂ）に示したように、水４ａ、氷４ｂのいずれにおいてもほとんど減衰することなく、無線タグ２へと到達する。すなわち、水４が、水４ａ、氷４ｂのいずれであるかには無関係に、無線タグ２へと到達する。

無線タグ２は、到達した第２の周波数の電磁波Ｅ２を電力源として動作し、通信手段６からの第２の周波数の電磁波Ｅ２が途切れたタイミングで、第２の周波数の電磁波Ｅ２を用いて応答信号を通信手段６へと送信する。

図４のステップＳ２に進んで、判定手段７は、通信手段６が第２の周波数の電磁波Ｅ２で所定の時間内に応答信号を受信したか否かを判定する。この所定の時間としては、高々１秒も設ければ十分である。

応答信号を受信しなかった場合（判定結果がＮＯの場合）には、ステップＳ３へと進み、応答信号を受信した場合（判定結果がＹＥＳの場合）には、ステップＳ４へと進む。

ステップＳ３では、判定手段７が製氷皿３が存在しないと判定してステップＳ８へと進む。

一方、ステップＳ４では、製氷装置１０の庫内に製氷皿３が存在するとみなして、通信手段６がアンテナ６ａを用いて第１の周波数の電磁波Ｅ１を１秒間だけ送信し、製氷皿３と水４を通して無線タグ１と通信を試みる。

このとき、水４が全て凍っている場合、すなわち、水４ａが存在せず氷４ｂしか存在しない場合には、図３（Ｂ）に示したように、第１の周波数の電磁波Ｅ１はほとんど減衰することなく水４を透過し、無線タグ１に到達する。従って、無線タグ１は第１の周波数の電磁波Ｅ１を電力源として動作し、通信手段６からの第１の周波数の電磁波Ｅ１が途切れたタイミングで、第１の周波数の電磁波Ｅ１で通信手段６へと応答信号を返す。

一方、水４が全く凍っていないか一部しか凍っていない場合、すなわち、水４ａが存在する場合には、図３（Ａ）に示したように、第１の周波数の電磁波Ｅ１は水４ａに吸収されてしまい無線タグ１にはほとんど到達しない。従って、無線タグ１は十分な動作電力を得ることができず、応答信号を返さない。

図４に戻り、ステップＳ５に進んで、判定手段７は、通信手段６が第１の周波数の電磁波Ｅ１で所定の時間内に応答信号を受信したか否かを判定する。この所定の時間としては、高々１秒も設ければ十分である。応答信号を受信した場合（判定結果がＹＥＳの場合）には、ステップＳ６へと進み、応答信号を受信しなかった場合（判定結果がＮＯの場合）には、ステップＳ７へと進む。

ステップＳ６では、判定手段７が、氷ができたと判定し、ステップＳ８へと進む。

一方、ステップＳ７では、氷ができていないと判定し、ステップＳ８へと進む。

ステップＳ８では、ステップＳ３、ステップＳ６、ステップＳ７で得られた判定結果を報知手段８に表示する。表示する文言は、ステップＳ６において氷ができたと判定された場合には「氷ができました」とし、ステップＳ７において氷ができていないとと判定された場合には「氷を作っています」とし、ステップＳ３において製氷皿３が存在しないと判定された場合には、「製氷皿が入っていません」とする。

この後、ステップＳ９へと進んで１０秒間待った後、ステップＳ１へと戻る。

本実施の形態によれば、製氷皿３内の水４が全て氷４ｂになったか水４ａとして残っているかを、水４を通して第１の周波数の電磁波Ｅ１で無線タグ１と、第２の周波数の電磁波Ｅ２で無線タグ２と通信を試み、応答信号を受信したか否かに基づいて、モル凝固点降下や過冷却の影響も加味して、温度や経過時間に頼ることなく判定することができる。

従って、例えば、レモン果汁と砂糖を水に溶かした水溶液を一旦凍らせた後、柔らかな食感を出すために凍った水溶液を細かく砕いてメレンゲ（卵の白身を泡立てたもの）を混ぜ、再び凍らせてシャーベットに似た氷菓子を作る場合のように、純水ではない水溶液を凍らせる場合でも、モル凝固点降下や過冷却の影響をそのまま反映して水溶液が凍ったか否かを正確に判定することができる。このとき、凍った水溶液中の氷の結晶が大きく成長してしまう前に、水溶液が凍った初期の段階で氷ができたことを報知するので、ユーザは凍った水溶液を容易に細かく砕くことができ、食感のよい氷菓子を作ることが可能となる。

また、水４の表面が内部より先に凍ってしまった場合でも、内部まで氷４ｂになった段階で、氷ができたと判定することができる。

また、無線タグ１を製氷皿３の底面に付し、判定手段７を製氷装置１０庫内上面に、製氷皿３の上側に位置するよう配置しているので、第１の周波数の電磁波Ｅ１が、確実に水４の中を通過するので、判定手段７は氷４ｂができたか否かを良好に判定することができる。

また、無線タグ２を製氷皿３に付し、第２の周波数の電磁波Ｅ２で無線タグ２と通信を試みて、無線タグ２と通信不可能であった場合には、製氷皿３が存在しないと判定し、判定結果を報知手段８にて報知するので、ユーザが製氷皿３を製氷装置１０から取り出したまま放置し、氷を作り忘れている場合に、氷４ｂができないことをユーザに知らしめることができる。

また、無線タグ２を製氷皿３に付し、第１の周波数の電磁波Ｅ１で無線タグ１と通信を試みると共に、第２の周波数の電磁波Ｅ２で無線タグ２と通信を試みるので、第１の周波数の電磁波Ｅ１で無線タグ１と通信できない場合に、第１の周波数の電磁波Ｅ１が水４ａに吸収されて通信できないのか製氷皿３が存在しないのかを、第２の周波数の電磁波Ｅ２で区別することができる。

また、通信手段６は、第２の周波数の電磁波Ｅ２で無線タグ２と通信可能である場合にのみ第１の周波数の電磁波Ｅ１で無線タグ１と通信を試み、無線タグ２と通信できない場合には第１の周波数の電磁波Ｅ１での通信を試みないので、製氷装置１０の消費電力を低減することができる。

また、第１の周波数の電磁波Ｅ１として、水４ａに吸収されやすく氷４ｂには吸収され難い２．４５ＧＨｚのマイクロ波を用いるので、氷４ｂができたか否かを良好に判定することができる。

なお、製氷装置１０の庫内に重量センサを設け、庫内に水４を入れた製氷皿３が置かれた場合にのみ製氷手段５を作動させるなどして、製氷装置１０の庫内に製氷皿３と水４が存在するか否かを別の方法で判定できる場合や、その判定をユーザに委ねてしまう場合には、無線タグ２、コイル６ｂと、図４のステップＳ１、Ｓ２、Ｓ３を排して、通信手段６は第１の周波数の電磁波Ｅ１で無線タグ１だけと通信を試み、判定手段７は通信手段６が無線タグ１と通信できたか否かだけに基づいて、氷４ｂができたか否かを判定しても構わない。

また、無線タグ１と無線タグ２は、物理的には単一のタグチップで構成し、第１の周波数の電磁波Ｅ１を送受信するアンテナと第２の周波数の電磁波Ｅ２を送受信するコイルとを、その単一のタグチップに接続することにより実現しても構わない。

また、製氷皿４は、慣用表現として「皿」と記したが、水を入れて凍らせる容器であれば、高さ方向に長く「皿」という印象を受けない形状であってもよい。

以上説明したように、本発明の製氷装置によれば、モル凝固点降下や過冷却などの影響を加味して、氷ができたか否かを正確に判定することができる。

なお、製氷装置のうち、判定手段、報知手段、及びそれらを制御する部分は、ハードウェア的には中央処理装置（いわゆるＣＰＵ）、メモリー、記憶装置、入出力装置を備えた汎用の情報処理装置として構成し、それらのハードウェア資源を協調動作させるプログラムによりソフトウェア的に実現しても勿論構わない。

本発明は、氷を作る専用の製氷装置や、冷蔵庫の製氷室など、水を凍らせて氷を作るあらゆる形態の装置に利用可能である。

本発明の実施の形態１における製氷装置を用いた製氷装置の構成図同構成要素の位置関係を説明する説明図同水中における第１の周波数の電磁波と第２の周波数の電磁波の透過度合いを説明する説明図同製氷装置の動作を説明するフローチャート

符号の説明

１、２無線タグ
３製氷皿
５製氷手段
６通信手段
７判定手段
１０製氷装置

Claims

製氷皿と、前記製氷皿に入った水を冷却して氷を作る製氷手段と、前記製氷皿に入った水または氷を通して第１の周波数の電磁波で無線タグと通信を試みる通信手段と、前記通信手段が前記無線タグと通信可能であるか否かに基づいて氷ができたか否かを判定する判定手段とを備えた製氷装置。
第１の周波数の電磁波で通信する無線タグを製氷皿の底面に付し、通信手段を前記製氷皿の上側に位置するよう製氷装置内に配置した請求項１記載の製氷装置。
通信手段は第１の周波数の電磁波および前記第１の周波数とは異なる第２の周波数の電磁波を用いて無線タグと通信を試み、判定手段は前記通信手段が前記第１の周波数の電磁波で前記無線タグと通信可能であるか否かと前記第２の周波数の電磁波で前記無線タグと通信可能であるか否かとに基づいて氷ができたか否かを判定する構成とした請求項１記載の製氷装置。
第２の周波数の電磁波で通信する無線タグを製氷皿に付した請求項３記載の製氷装置。
判定手段は第２の周波数の電磁波で無線タグと通信不可能である場合に製氷皿が存在しないと判定する構成とした請求項４記載の製氷装置。
通信手段は第２の周波数の電磁波で無線タグと通信可能である場合にのみ第１の周波数の電磁波で前記無線タグと通信を試みる構成とした請求項３記載の製氷装置。
通信手段は第１の周波数の電磁波としてマイクロ波帯の電磁波を用いる構成とした請求項１記載の製氷装置。