JP2008530497A - Method and apparatus for detecting and manufacturing ice - Google Patents

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Abstract

氷を製造し感知するための方法および装置を提供する。さらに、物質の相変化を感知するための装置および方法を提供する。一実施例では、液体状態から固体状態への相変化等の相転移を受ける水等の物質の最も近くにフリンジ効果キャパシタを配置する。この変化中、物質の誘電率が変化し、これによってフリンジ効果キャパシタの導体間の電束が変化する。さらに、フリンジ効果キャパシタでないキャパシタを使用する、上文中に説明した装置および方法を提供する。
【選択図】図22
Methods and apparatus for making and sensing ice are provided. In addition, an apparatus and method for sensing a phase change in a material is provided. In one embodiment, a fringe effect capacitor is placed closest to a substance such as water that undergoes a phase transition, such as a phase change from a liquid state to a solid state. During this change, the dielectric constant of the material changes, thereby changing the electrical flux between the conductors of the fringe effect capacitor. Furthermore, the apparatus and method described above is provided that uses a capacitor that is not a fringe effect capacitor.
[Selection] Figure 22

Description

関連出願への相互参照Cross-reference to related applications

本願は、2005年2月15日に出願された米国仮特許出願第60/653,194号、および2005年12月6日に出願された米国仮特許出願第60/742,730号の優先権を主張するものである。仮特許出願は両方とも、この明細書に参考として組み入れられる。   This application is a priority of US Provisional Patent Application No. 60 / 653,194, filed February 15, 2005, and US Provisional Patent Application No. 60 / 742,730, filed December 6, 2005. Is an insistence. Both provisional patent applications are incorporated herein by reference.

本発明は、氷の形成中および製造中に使用されるセンサを含む容量性センサの改良に関し、さらに、任意の種類のセンサを使用する製氷方法、および霜または氷または他の凝結物の形成を検出するための方法に関する。   The present invention relates to improvements in capacitive sensors, including sensors used during ice formation and manufacturing, and further includes an ice making method using any type of sensor, and the formation of frost or ice or other condensate. It relates to a method for detecting.

製氷機の代表的な作動は、商業的なものであっても個人用のものであっても、容器を水で満たすことと、水から熱を取り去ることと、氷キューブを排出することとを含む。氷キューブの一つの製造方法は、多数の隔室を持つ容器を充填することと、すべての隔室から熱を取り去ることとを含む。氷キューブを製造する別の方法は、閉鎖端が水浴中に吊り下げられた多数のフィンガを備えた蒸発器を使用する。製氷作業の進行に従って、蒸発器チューブのフィンガ内の冷媒が、各フィンガを取り囲む水を冷却して凍結し、徐々に増大する壁を形成する。結果的に得られた氷キューブの全体形状は、シンブル(thimble) 状と言える。代表的には、蒸発器は、氷キューブを完全に凍結させるのに十分な期間にわたって水を冷却する。完全に凍結した氷キューブを取り出し、取り出し後に製氷機の別のサイクルを開始する。   The typical operation of an ice machine, whether commercial or personal, is to fill the container with water, remove heat from the water, and drain the ice cube. Including. One method of making an ice cube involves filling a container with multiple compartments and removing heat from all compartments. Another method of manufacturing ice cubes uses an evaporator with a number of fingers with closed ends suspended in a water bath. As the ice making operation proceeds, the refrigerant in the fingers of the evaporator tube cools and freezes the water surrounding each finger, forming gradually increasing walls. The overall shape of the resulting ice cube can be said to be a thimble. Typically, the evaporator cools the water for a period of time sufficient to completely freeze the ice cube. Remove the fully frozen ice cube and start another cycle of the ice machine after removal.

使用されるサイクル時間が、より短い製氷機が必要とされている。さらに、氷キューブの状態を実時間で決定するための装置および方法が必要とされている。本発明のいくつかの実施例では、これらの問題点の両方を新規でありかつ進歩性のある方法で解決する。   There is a need for ice makers with shorter cycle times used. Furthermore, there is a need for an apparatus and method for determining ice cube status in real time. Some embodiments of the present invention solve both of these problems in a novel and inventive manner.

本発明の一実施例は、水の静電容量を感知し、水の静電容量に対応する信号を提供するための手段と、信号に応じて作動する制御装置とを含む、製氷装置に関する。
いくつかの実施例では、制御装置は、冷凍システムを作動し、前記信号を使用して水が部分的に凍結したときを感知し、冷凍ユニットを作動して部分的に凍結した氷キューブを排出する。
One embodiment of the present invention relates to an ice making device that includes means for sensing the capacitance of water and providing a signal corresponding to the capacitance of the water and a controller that operates in response to the signal.
In some embodiments, the controller activates the refrigeration system, senses when the water is partially frozen using the signal, and activates the refrigeration unit to discharge the partially frozen ice cube. To do.

いくつかの実施例では、感知手段は、フリンジ効果キャパシタである。別の実施例では、フリンジ効果キャパシタは少なくとも二つの電極を有し、水はこれらの二つの電極に対する誘電体である。   In some embodiments, the sensing means is a fringe effect capacitor. In another embodiment, the fringe effect capacitor has at least two electrodes and water is the dielectric for these two electrodes.

さらに別の実施例では、感知手段は、少なくとも二つの電極を持つキャパシタであり、容器内の水が、これらの二つの電極間の誘電体である。他の実施例では、キャパシタの一方の電極は、冷凍ユニットの部分である。   In yet another embodiment, the sensing means is a capacitor having at least two electrodes, and the water in the container is the dielectric between these two electrodes. In another embodiment, one electrode of the capacitor is part of the refrigeration unit.

さらに別の実施例では、制御装置は、メモリを備えたデジタル式制御装置であり、メモリには、容器内の氷の所定の厚さと、水の静電容量とを関係付けるデータが入っている。
本発明の一実施例は、冷凍ユニットを含む、水の静電容量を感知するための装置に関する。冷凍ユニットは、冷凍ユニットの作動により物質が相を変える位置に最も近く配置された導電性第1部材と、同じ位置に最も近く配置された導電性第2部材とを含み、第1部材は第2部材から電気的に絶縁されておりかつ第2部材から離間されている。冷凍ユニットは、さらに、第1部材および第2部材に電気的に接続された回路を含み、この回路は、物質の静電容量に対応する信号を発生する。
In yet another embodiment, the controller is a digital controller with a memory that contains data relating a predetermined thickness of ice in the container to the capacitance of the water. .
One embodiment of the invention relates to an apparatus for sensing the capacitance of water, including a refrigeration unit. The refrigeration unit includes a conductive first member disposed closest to a position where the substance changes phase by the operation of the refrigeration unit, and a conductive second member disposed closest to the same position. The two members are electrically insulated and spaced from the second member. The refrigeration unit further includes a circuit electrically connected to the first member and the second member, the circuit generating a signal corresponding to the capacitance of the substance.

いくつかの実施例では、第1部材は蒸発器チューブである。他の実施例では、第1部材は、水に浸漬した第1の形体(shape)を有し、第2部材は、水に浸漬した第1の形体に対応する第2の形体を有する。   In some embodiments, the first member is an evaporator tube. In another embodiment, the first member has a first shape immersed in water and the second member has a second feature corresponding to the first feature immersed in water.

他の実施例は、水を保持するための容器を含み、冷凍ユニットは容器から熱を取り去ることができ、容器は所定の形状を有し、第2部材は、容器の形状に対応する所定の形状を有する。   Another embodiment includes a container for holding water, the refrigeration unit can remove heat from the container, the container has a predetermined shape, and the second member has a predetermined shape corresponding to the shape of the container. Has a shape.

本発明の別の実施例は、第1の相の物質の静電容量の第1の計測値を得ることと、物質に含まれる熱含量を変えて、物質の幾らかを第2の相に変えることと、両方の相を持つ物質の静電容量の第2の計測値を得ることと、第1の計測値を第2の計測値と比較することとを含む、物質の相転移を検出するための方法に関する。   Another embodiment of the present invention is to obtain a first measurement of the capacitance of the first phase material and change the heat content contained in the material to convert some of the material into the second phase. Detecting a phase transition of the substance, including changing, obtaining a second measured value of the capacitance of the substance having both phases, and comparing the first measured value to the second measured value On how to do.

本発明の一実施例では、比較することは、第1の計測値または第2の計測値の一方を第1の計測値または第2の計測値の他方で除することを含む。別の実施例では、比較することは、第2の計測値または第1の計測値の一方を第2の計測値または第1の計測値の他方から差し引くことを含む。   In one embodiment of the invention, the comparing includes dividing one of the first measurement value or the second measurement value by the other of the first measurement value or the second measurement value. In another example, the comparing includes subtracting one of the second measurement value or the first measurement value from the other of the second measurement value or the first measurement value.

他の実施例は、若干量の氷が製造されたかどうかを比較することによって決定することを含む。さらに他の実施例は、決定することの後、熱を取り去ることを停止することを含む。   Other examples include determining by comparing whether a certain amount of ice has been produced. Yet another embodiment includes stopping removing heat after determining.

別の実施例では、方法は、第1の計測値を得るため、および第2の計測値を得るためのキャパシタを含み、相が変化する物質の少なくとも幾分かが、キャパシタの誘電体として作用する。   In another embodiment, the method includes a capacitor for obtaining a first measurement value and a second measurement value, wherein at least some of the material that changes phase acts as a dielectric for the capacitor. To do.

他の実施例では、第1部材は、水に浸漬した第1の形体を有し、第2部材は、第1の形体に対応する第2の形体を有する。さらに別の実施例は、水を保持する容器を含み、冷凍ユニットは容器から熱を取り去ることができ、容器は所定の形状を有し、第2部材は、容器の形状に対応する所定の形状を有する。   In another embodiment, the first member has a first feature immersed in water and the second member has a second feature corresponding to the first feature. Yet another embodiment includes a container for holding water, the refrigeration unit can remove heat from the container, the container has a predetermined shape, and the second member has a predetermined shape corresponding to the shape of the container. Have

本発明の別の実施例は、製氷装置に関する。この装置は、複数の容器を含み、これらの容器のおのおのは、内部容積部分を規定する複数の側部を有する。各容器は、水を導入し氷を排出するための開口部を有する。水の存在によって静電容量が影響されるフリンジ効果キャパシタが容器の一つの側部に設けられている。   Another embodiment of the invention relates to an ice making device. The device includes a plurality of containers, each of which has a plurality of sides that define an interior volume. Each container has an opening for introducing water and discharging ice. A fringe effect capacitor whose capacitance is affected by the presence of water is provided on one side of the container.

別の実施例では、キャパシタはフリンジ効果キャパシタではなく、少なくとも二つの容量性エレメントおよびこれらのエレメント間の隙間を含む。キャパシタは、隙間が容積部分の中央に最も近い一方の側部に配置されるようになっておりかつそのように形成されている。   In another embodiment, the capacitor is not a fringe effect capacitor but includes at least two capacitive elements and a gap between these elements. The capacitor is so formed that the gap is arranged on one side closest to the center of the volume portion.

本発明の別の実施例は、キャパシタに関する。この実施例は、第1および第2の向かい合う側部とこれらの間の表面を含む基板を有する。この実施例は、さらに、第1側部に最も近い表面に取り付けられた第1電極を含み、この第1電極は、第2側部に向かって延びる第1フィンガを有し、第1フィンガは可変の幅を有する。この実施例は、さらに、第2側部に最も近い表面に取り付けられた第2電極を含み、この第2電極は、第1側部に向かって延びる第2フィンガを有し、第2フィンガは可変の幅を有し、可変の隙間によって第1フィンガから離間されている。   Another embodiment of the invention relates to a capacitor. This embodiment has a substrate that includes first and second opposing sides and a surface therebetween. The embodiment further includes a first electrode attached to a surface closest to the first side, the first electrode having a first finger extending toward the second side, wherein the first finger is It has a variable width. The embodiment further includes a second electrode attached to the surface closest to the second side, the second electrode having a second finger extending toward the first side, the second finger being It has a variable width and is spaced from the first finger by a variable gap.

別の態様では、表面が第1表面であり、基板は、第1表面とは反対側の第2表面を有し、電気シールドが第2表面に設けられた、実施例を提供する。さらに別の態様として、表面が第1表面であり、基板は、第1表面とは反対側の第2表面を有し、第2表面が電気的にシールドされていない実施例を提供する。   In another aspect, an example is provided wherein the surface is a first surface, the substrate has a second surface opposite the first surface, and an electrical shield is provided on the second surface. As yet another aspect, an embodiment is provided wherein the surface is a first surface, the substrate has a second surface opposite the first surface, and the second surface is not electrically shielded.

本願のこの部分並びにその他の部分に記載したさまざまな装置および方法は、多数のさまざまな組み合わせとして説明したものであるということは理解されよう。これらの有用な、新規な、そして発明的な組み合わせはすべて、本明細書中で考えられているものであり、これらの無数の組み合わせのおのおのを十分に言い尽くすように説明することは、余分であって、不必要である。   It will be understood that the various apparatus and methods described in this and other portions of the application have been described as many different combinations. All these useful, novel and inventive combinations are contemplated herein, and it is redundant to describe each of these myriad combinations in full It is unnecessary.

本発明のさまざまな実施例のこれらのおよび他の特徴は、特許請求の範囲、本明細書、および添付図面から明らかになるであろう。   These and other features of various embodiments of the invention will be apparent from the claims, the specification, and the accompanying drawings.

次に、本発明の原理の理解を促す目的のため、添付図面に示す実施例を参照し、具体的な用語を使用してこれを説明する。それにも関わらず、本発明の範囲をこれによって限定しようとするものではなく、例示の装置の変形および変更、並びにここに例示した本発明の原理のこの他の用途は、本発明の技術分野の当業者が通常思いつくことであると考えられる。   For the purposes of promoting an understanding of the principles of the invention, reference will now be made to the embodiments illustrated in the accompanying drawings and specific language will be used to describe the same. Nevertheless, the scope of the present invention is not intended to be limited thereby, and variations and modifications of the illustrated apparatus, as well as other uses of the inventive principles illustrated herein, are contemplated by the technical field of the present invention. It is considered that the person skilled in the art usually comes up with.

2004年7月26日に出願された「エンジンのラジエータ用の改竄防止コネクタ」という表題の米国特許出願第10/898,842号、2001年11月6日に発行された米国特許第6,311,503号、2002年8月27日に発行された米国特許第6,438,976号、1988年8月23日に発行された米国特許第4,766,369号、2001年5月29日に発行された米国特許第6,239,601号、1998年12月に刊行されたソリッドステート回路のIEEE誌の第33巻第12号の「フラクタルキャパシタ」は、本願に参考として組み入れられる。さらに、2005年1月11日にマッキントッシュに付与された米国特許第6,842,018号は、本願に参考として組み入れられる。さらに、2006年2月15日に同出願人が出願した、「容量性雨センサ」という表題の、代理人の事件番号第31142−38号の特許出願は、本願に参考として組み入れられる。   US patent application Ser. No. 10 / 898,842, filed Jul. 26, 2004 and entitled “Anti-Tamper Connector for Engine Radiators”, U.S. Pat. No. 6,311 issued on Nov. 6, 2001. , 503, U.S. Pat. No. 6,438,976 issued on Aug. 27, 2002, U.S. Pat. No. 4,766,369 issued on Aug. 23, 1988, May 29, 2001. US Pat. No. 6,239,601 issued to the US, Vol. 33, No. 12, “Fractal Capacitor” of IEEE Journal of Solid State Circuits published in December 1998, is incorporated herein by reference. In addition, US Pat. No. 6,842,018, granted to Macintosh on January 11, 2005, is incorporated herein by reference. In addition, the patent application filed by the same applicant on February 15, 2006, entitled “Capacitive Rain Sensor”, with case number 31142-38 of representative, is incorporated herein by reference.

本発明のいくつかの実施例は、完全に液体の状態から、部分的に凍結したまたは完全に凍結した氷キューブまでの氷の形成の進行の計測に関する。いくつかの実施例では、この計測は、製氷速度を高めるのに使用できる。このような実施例では、氷キューブは、氷キューブの中心部が凍結しておらず、未だ液体であっても取り出される。部分的に凍結した氷キューブは、壁が十分に厚い場合には、排出することができ、その構造的一体性を維持する。部分的に凍結した氷キューブを凍結温度以下のビンに置くことにより、凝固プロセスが続行され、ビン内で完了する。しかしながら、最初の氷キューブの凝固が進行しているとき、液体容器をプロセスの始めに戻し、液体の水で再充填し、第2の氷キューブの形成を開始することができる。このような実施例では、第1および第2の組の氷キューブの凍結に要する時間が重なり、かくして製氷速度が全体として上昇する。   Some embodiments of the invention relate to measuring the progress of ice formation from a fully liquid state to a partially frozen or fully frozen ice cube. In some embodiments, this measurement can be used to increase the ice making rate. In such an embodiment, the ice cube is removed even though the center of the ice cube is not frozen and is still liquid. A partially frozen ice cube can be drained and maintain its structural integrity if the wall is sufficiently thick. By placing the partially frozen ice cube in a bin below the freezing temperature, the coagulation process is continued and completed in the bin. However, when solidification of the first ice cube is in progress, the liquid container can be returned to the beginning of the process and refilled with liquid water to initiate the formation of the second ice cube. In such an embodiment, the time required for freezing the first and second sets of ice cubes overlaps, thus increasing the ice making speed as a whole.

本発明のいくつかの実施例は、容量性技術を使用して、好ましくはセンサ電極を水試料の近くに配置して氷の形成を検出する方法を含む。好ましくは、水の誘電率によりセンサの静電容量に影響が及ぼされるように、水試料を電極の十分近くに配置する。液体の水の誘電率は約80であるのに対し、氷の誘電率は約3である。本発明のいくつかの実施例では、センサは、液体の水の量の変化およびセンサ電極に最も近い氷の厚さの変化に応じて静電容量が変化するようになっており、そのように形成されている。静電容量のこの26変化率を、4アームブリッジ回路を含む多くの方法で計測できる。   Some embodiments of the present invention include a method of detecting ice formation using capacitive techniques, preferably placing a sensor electrode near a water sample. Preferably, the water sample is placed close enough to the electrode so that the dielectric constant of the water affects the capacitance of the sensor. Liquid water has a dielectric constant of about 80, whereas ice has a dielectric constant of about 3. In some embodiments of the present invention, the sensor is adapted to change capacitance in response to changes in the amount of liquid water and the change in ice thickness closest to the sensor electrode. Is formed. This 26 rate of change in capacitance can be measured in a number of ways, including a 4-arm bridge circuit.

いくつかの実施例では、キャパシタの作動原理は、横方向フラックスキャパシタ(lateral flux capacitor)、またはフリンジ効果キャパシタ(fringe-effect capacitor) のそれに対応する。いくつかの実施例では、電極は、平行なプレート型キャパシタとは対照的に、基板上で互いに対して横方向に(例えば、米国特許第4,766,369号に示すように)配置してある。   In some embodiments, the operating principle of the capacitor corresponds to that of a lateral flux capacitor, or fringe-effect capacitor. In some embodiments, the electrodes are arranged laterally with respect to each other on the substrate as opposed to parallel plate capacitors (eg, as shown in US Pat. No. 4,766,369). is there.

米国特許第4,766,369号および米国特許第6,239,601号に記載されているように、より薄い氷層を検出するため、より小さい電極幅およびより小さい電極隙間を使用してもよい。さらに、より厚い氷層を検出するため、隙間がより大きい、より大きな電極を使用してもよい。より小さいパターンは、薄い氷層に迅速に応答するが、このパターンは、厚さの増大による出力の変化がほとんどない所定の点に達する。より大きいパターンに関し、これは、より小さい氷の厚さにはあまり応答しないが、より小さいパターンではもはや検出できないより厚い層に応答できる。次いで、中間隙間によって離間された中間電極幅は、中程度の厚さの氷層に応答する。電極の幅および間隔を別個に変化させることができるけれども、これらを連続的に変化させることもできる。本発明のいくつかの実施例では、氷の厚さに連続的に応答できるセンサを提供する。   As described in US Pat. No. 4,766,369 and US Pat. No. 6,239,601, smaller electrode widths and smaller electrode gaps can be used to detect thinner ice layers. Good. In addition, larger electrodes with larger gaps may be used to detect thicker ice layers. The smaller pattern responds quickly to a thin ice layer, but this pattern reaches a predetermined point where there is little change in power with increasing thickness. For larger patterns, this is less responsive to smaller ice thicknesses, but can respond to thicker layers that are no longer detectable with smaller patterns. The width of the intermediate electrode separated by the intermediate gap then responds to the medium thickness ice layer. Although the width and spacing of the electrodes can be varied separately, they can also be varied continuously. Some embodiments of the present invention provide a sensor that can continuously respond to ice thickness.

本発明の一実施例は、電極幅が可変で電極隙間が可変の、すなわち可変の隙間および可変の幅を組み合わせたフリンジ効果キャパシタに関する。一実施例では、電極の幅が電極の長さに沿って滑らかに変化する。別の実施例では、電極間の隙間が電極の長さに沿って滑らかに変化する。さらに別の実施例では、電極間の隙間および電極の幅の両方がセンサ基板にわたって直線的に変化する。好ましい実施例では、電極間の隙間は、電極の幅が小さい場合には小さく、電極の幅が大きい場合には大きい。   One embodiment of the present invention relates to a fringe effect capacitor having a variable electrode width and a variable electrode gap, that is, a combination of a variable gap and a variable width. In one embodiment, the width of the electrode varies smoothly along the length of the electrode. In another embodiment, the gap between the electrodes varies smoothly along the length of the electrodes. In yet another embodiment, both the gap between the electrodes and the width of the electrodes vary linearly across the sensor substrate. In a preferred embodiment, the gap between the electrodes is small when the electrode width is small and large when the electrode width is large.

一実施例では、センサは、互いに組み合わせた逆の極性の複数のフィンガを含む。フィンガの幅および隣接したフィンガ間の隙間は、センサ基板の表面に沿って直線的に変化する。しかしながら、本発明は、このような直線的関係に限定されない。別の実施例では、各電極は、基板の表面に螺旋状パターンをなして取り付けられた一つまたはそれ以上のフィンガを含む。さらに別の実施例では、電極は、円のパターンをなして配置される。   In one embodiment, the sensor includes a plurality of fingers of opposite polarity combined with each other. The width of the fingers and the gap between adjacent fingers varies linearly along the surface of the sensor substrate. However, the present invention is not limited to such a linear relationship. In another embodiment, each electrode includes one or more fingers attached in a spiral pattern to the surface of the substrate. In yet another embodiment, the electrodes are arranged in a circular pattern.

好ましくは、電極の幅は、隣接した電極間の隙間に対応し、広幅の電極は大きな隙間によって離間されており、狭幅の電極は狭い隙間によって離間されている。一実施例では、電極の幅および隣接した電極間の隙間は、電極の長さに沿って非常に滑らかに変化する。しかしながら、本発明は、隣接した電極間の隙間が電極の長さに沿って別個に(段階的に)変化する実施例、および電極の幅が電極の長さに沿って別個に(段階的に)変化する実施例も考えている。   Preferably, the width of the electrodes corresponds to the gap between adjacent electrodes, wide electrodes are separated by large gaps, and narrow electrodes are separated by narrow gaps. In one example, the electrode width and the gap between adjacent electrodes vary very smoothly along the length of the electrode. However, the present invention provides an embodiment in which the gap between adjacent electrodes varies separately (stepwise) along the length of the electrode, and the width of the electrode separately (stepwise) along the length of the electrode. ) We also consider changing embodiments.

図1は、本発明の一実施例による氷センサ20を示す。このセンサ20は、基板26の表面28に配置された第1電極22および第2電極24を含む。第1電極22は、表面28上をセンサ20の第1側30から反対側31に向かって延びる複数の第1フィンガ34を含む。第2電極24は、表面28上をセンサ20の第2側31から反対側30に向かって延びる複数の第2フィンガ36を含む。電極22およびフィンガ34は、回路(図33参照)に第1の極性で接続されている。第2電極24およびフィンガ36は、検出回路に第2の極性で相互接続されている。基板26およびフィンガ34および36は、横方向フリンジキャパシタまたはフリンジ効果キャパシタとして作動するようになっており、そのように形成されている。いくつかの実施例では、導電性シールド(図示せず)を基板26の下面(表面28とは反対側の表面)に置く。導電性シールドを備えた実施例では、センサ20は、フリンジ効果が表面28からのみ働き、片側のみである。シールドが設けられていないセンサ20の実施例では、フリンジ効果は、基板の両方の平らな側部に作用する。   FIG. 1 illustrates an ice sensor 20 according to one embodiment of the present invention. The sensor 20 includes a first electrode 22 and a second electrode 24 disposed on the surface 28 of the substrate 26. The first electrode 22 includes a plurality of first fingers 34 extending on the surface 28 from the first side 30 of the sensor 20 toward the opposite side 31. The second electrode 24 includes a plurality of second fingers 36 that extend on the surface 28 from the second side 31 of the sensor 20 toward the opposite side 30. The electrode 22 and the finger 34 are connected to the circuit (see FIG. 33) with a first polarity. The second electrode 24 and the finger 36 are interconnected with a second polarity to the detection circuit. Substrate 26 and fingers 34 and 36 are adapted to operate as lateral fringe capacitors or fringe effect capacitors and are thus formed. In some embodiments, a conductive shield (not shown) is placed on the lower surface of the substrate 26 (the surface opposite the surface 28). In the embodiment with a conductive shield, the sensor 20 has a fringe effect only from the surface 28 and only on one side. In the embodiment of sensor 20 where no shield is provided, the fringe effect acts on both flat sides of the substrate.

図32は、本発明のいくつかの実施例で使用される回路50の一例を示す。回路50は、センサ20および基準キャパシタ53に入力を提供する発振器51を含む。これらの二つのキャパシタの出力は、クワッドダイオードリング(quad diode ring)52の向き合った箇所に供給される。リング52の一つの中間点には基準電圧が提供される。リング52の他方の中間点は、基準キャパシタ53に対するセンサ20の比を表す直流出力を提供するアナログバッファに送出される。一実施例では、センサ20は、約0pFないし約200pFの任意の静電容量を提供する。回路50は、無線周波数位相弁別器と同様であり、クワッドダイオードリング52に供給される信号の位相差と比例した直流信号を提供する。この一般的な種類の回路に対する別の参考が、米国特許第3,869,676号に記載されている。この特許はこの明細書に参考として組み入れられる。いくつかの実施例では、使用される部品が少なく、直流オフセットでなく直流出力を直接提供するため、回路50が好ましい。   FIG. 32 shows an example of a circuit 50 used in some embodiments of the present invention. Circuit 50 includes an oscillator 51 that provides input to sensor 20 and reference capacitor 53. The outputs of these two capacitors are supplied to the opposite locations of a quad diode ring 52. One intermediate point of the ring 52 is provided with a reference voltage. The other midpoint of the ring 52 is sent to an analog buffer that provides a DC output representing the ratio of the sensor 20 to the reference capacitor 53. In one embodiment, sensor 20 provides any capacitance from about 0 pF to about 200 pF. The circuit 50 is similar to a radio frequency phase discriminator and provides a direct current signal proportional to the phase difference of the signal supplied to the quad diode ring 52. Another reference to this general type of circuit is described in US Pat. No. 3,869,676. This patent is incorporated herein by reference. In some embodiments, circuit 50 is preferred because it uses fewer components and provides a direct output rather than a direct current offset.

回路50のいくつかの実施例は、10kHzまたは100kHzのいずれかの入力を提供する発振器51で作動するが、本発明のいくつかの実施例における回路50の基本的挙動は、数百ヘルツないしメガヘルツ領域で観察できる。本発明のいくつかの実施例では、発振器51は固定周波数で作動する。さらに別の実施例では、発振器51は、センサ20の静電容量が変化するに従って出力周波数が変化する弛張発振器である。本発明の一実施例では、約120kHzで作動する弛張発振器を使用する。   While some embodiments of the circuit 50 operate with an oscillator 51 that provides an input of either 10 kHz or 100 kHz, the basic behavior of the circuit 50 in some embodiments of the present invention is several hundred hertz to megahertz. It can be observed in the area. In some embodiments of the present invention, the oscillator 51 operates at a fixed frequency. In yet another embodiment, the oscillator 51 is a relaxation oscillator whose output frequency changes as the capacitance of the sensor 20 changes. One embodiment of the present invention uses a relaxation oscillator operating at about 120 kHz.

周波数は、物質(氷および液体の水等)の導電性および静電容量が周波数によらない所定の範囲内にあるように選択される。これにより、氷および水の作用を分けることができ、真の静電容量を決定できる効果が得られる。図示のいくつかの実施例では、電極間の距離は、約0.1mm程度と小さく、これによってこの大きさの液滴に対する感受性を提供する。図17は、図16の装置についての静電容量比を氷の厚さの関数として示すグラフである。図17には、実験室で得られたさまざまな計測値に基づく滑らかな曲線17−1が描いてある。   The frequency is selected such that the conductivity and capacitance of the material (such as ice and liquid water) are within a predetermined range that is independent of frequency. Thereby, the effect | action which can isolate | separate the effect | action of ice and water and can determine a true electrostatic capacitance is acquired. In some of the illustrated embodiments, the distance between the electrodes is as small as about 0.1 mm, thereby providing sensitivity to droplets of this size. FIG. 17 is a graph showing the capacitance ratio as a function of ice thickness for the apparatus of FIG. FIG. 17 depicts a smooth curve 17-1 based on various measured values obtained in the laboratory.

図18Aおよび図18Bは、試験中に得た静電容量の計測値を示す。図18Aは、静電容量を時間の関数として示す曲線18A−1および温度を時間の関数として示す曲線18A−2を含む。曲線18A−1および曲線18A−2の中央部分は、特性が比較的一定であり、これは、水の溶解の潜熱を示す。   18A and 18B show the capacitance measurements obtained during the test. FIG. 18A includes curve 18A-1 showing capacitance as a function of time and curve 18A-2 showing temperature as a function of time. The central portion of curve 18A-1 and curve 18A-2 is relatively constant in nature, indicating the latent heat of water dissolution.

図1は、本発明の一実施例による容量性センサの上面の実質的に平らな写真から書き起こしたものである。図1は、それ自体は、ほぼ一定の縮尺比で示してある。電極22および24の垂直部分間の距離(すなわち、容量性「はしご」の「側レール」間の距離)は、約5.08cm(2インチ)である。   FIG. 1 is a transcript from a substantially flat photograph of the top surface of a capacitive sensor according to one embodiment of the present invention. FIG. 1 itself is shown at a substantially constant scale ratio. The distance between the vertical portions of the electrodes 22 and 24 (ie, the distance between the “side rails” of the capacitive “ladder”) is about 2 inches.

センサ20は、基板26上で3.5回繰り返した、互いに入り込む四つのフィンガからなる繰り返しパターンを含む。電極22は、基板26にわたって延びる隣接したフィンガ34.1および34.2を含む。フィンガ31の幅は、側部30からセンサの中心線32に向かって単調に減少した後、電極24に近づくに従って単調に増大する。フィンガ34.2の幅は、側部30からセンサの中心線32に向かって単調に減少した後、フィンガが電極24に近づくに従って単調に減少する。隣接したフィンガ34.1および34.2は、好ましくは、一定の隙間42によって離間されている。   The sensor 20 includes a repeating pattern of four fingers interleaving on the substrate 26 repeated 3.5 times. Electrode 22 includes adjacent fingers 34.1 and 34.2 extending across substrate 26. The width of the finger 31 monotonously decreases from the side 30 toward the center line 32 of the sensor, and then monotonously increases as the electrode 24 is approached. The width of the finger 34.2 decreases monotonically from the side 30 toward the sensor centerline 32 and then decreases monotonically as the finger approaches the electrode 24. Adjacent fingers 34.1 and 34.2 are preferably separated by a constant gap 42.

電極24は、基板26の表面28の上を側部31から側部30に向かって延びるフィンガ36.1および36.2を含む。フィンガ36.1は、フィンガ34.1と隣接して延びており、向き合ったフィンガ34.1の縁部から可変の隙間40.1によって離間されている。一実施例では、フィンガ36.1の幅は、表面28にわたって、フィンガ34.1と鏡像をなして変化する。   Electrode 24 includes fingers 36.1 and 36.2 extending from side 31 toward side 30 over surface 28 of substrate 26. Finger 36.1 extends adjacent to finger 34.1 and is separated from the edge of the opposing finger 34.1 by a variable gap 40.1. In one embodiment, the width of finger 36.1 varies across surface 28 in a mirror image with finger 34.1.

電極24の第2フィンガ36.2は、電極22のフィンガ34.2と隣接して配置される。フィンガ36.2およびフィンガ34.2の向き合った縁部は、好ましくは、センサ20の中心線32に向かって大きくなりかつこれらのフィンガが中心線からいずれかの側部に向かって延びるに従って減少する可変の隙間40.5によって離間されている。   The second finger 36.2 of the electrode 24 is arranged adjacent to the finger 34.2 of the electrode 22. The opposing edges of fingers 36.2 and fingers 34.2 preferably increase toward the centerline 32 of the sensor 20 and decrease as these fingers extend from the centerline to either side. They are separated by a variable gap 40.5.

図2、図3、および図4は、四つのフィンガ34.1、34.2、36.1、および36.2の間のいくつかの幾何学的関係を示すグラフである。図2は、電極のフィンガの幅と中心線からの距離(距離ゼロは中心線32である)との間の関係72を示す。線Aは、電極34.1および36.1の幅を表し、中心線からの距離が増大するに従って増大する。線Bは、フィンガ34.2および36.2の幅を表し、フィンガが中心線から遠ざかるにつれて減少する。   2, 3 and 4 are graphs showing some geometric relationships between the four fingers 34.1, 34.2, 36.1, and 36.2. FIG. 2 shows the relationship 72 between the width of the electrode fingers and the distance from the centerline (the distance zero is the centerline 32). Line A represents the width of electrodes 34.1 and 36.1 and increases as the distance from the center line increases. Line B represents the width of fingers 34.2 and 36.2 and decreases as the fingers move away from the centerline.

図3は、フィンガ間の隙間とセンサ中心線からの距離との間の関係74を示す。線Cは、フィンガ34.1と36.1との間の隙間を示し、フィンガが中心線から遠ざかるに従って増大する。線Dは、フィンガ34.2と36.2との間の隙間を示しフィンガが中心線から遠ざかるに従って減少する。   FIG. 3 shows the relationship 74 between the gap between the fingers and the distance from the sensor centerline. Line C shows the gap between fingers 34.1 and 36.1 and increases as the fingers move away from the centerline. Line D shows the gap between fingers 34.2 and 36.2 and decreases as the fingers move away from the centerline.

図4は、隣接した逆の極性のフィンガについてのフィンガ隙間とフィンガ幅との間の関係76を示す。好ましくは、フィンガ対34.1および36.1は、フィンガ対34.2および36.2と同様の関係を共有する。一実施例では、線Gが示すように、フィンガの幅が小さい場所では、逆の極性のフィンガ間の隙間は、好ましくは、小さい。フィンガの幅が増大するに従って、同様に、逆の極性のフィンガの向き合った縁部間の隙間が、同様に増大する。   FIG. 4 shows the relationship 76 between the finger gap and the finger width for adjacent opposite polarity fingers. Preferably, finger pairs 34.1 and 36.1 share a similar relationship with finger pairs 34.2 and 36.2. In one embodiment, as indicated by line G, where the finger width is small, the gap between the opposite polarity fingers is preferably small. As the finger width increases, the gap between opposite edges of opposite polarity fingers likewise increases as well.

線A、B、C、D、およびGで示す関係は、逆の極性の隣接したフィンガについてである。しかしながら、いくつかの実施例では、フィンガは、逆の極性の隣接していない追加の対を形成するようになっておりかつそのように形成されている。例えば、フィンガ36.1およびフィンガ34.2は、可変の隙間によって離間された逆の極性の別の電極対を構成する。図3の線Eは、隣接していないフィンガ間のこの隙間40.3を示す。線Eは、線Cと同じ傾きを持っているが、平行な隙間42を表すオフセットがある。同様に、線Fは、逆の極性の隣接していないフィンガ36.2と34.1との間の可変の隙間を示す。この隙間40.4は、線Fによって表され、これは線Dと同じ傾きを持っているが、平行な隙間42によってオフセットされている。   The relationship indicated by lines A, B, C, D, and G is for adjacent fingers of opposite polarity. However, in some embodiments, the fingers are configured to form additional pairs of opposite polarity that are not adjacent. For example, finger 36.1 and finger 34.2 constitute another pair of opposite polarity electrodes separated by a variable gap. Line E in FIG. 3 shows this gap 40.3 between non-adjacent fingers. Line E has the same slope as line C, but with an offset representing a parallel gap 42. Similarly, line F shows a variable gap between non-adjacent fingers 36.2 and 34.1 of opposite polarity. This gap 40.4 is represented by line F, which has the same slope as line D, but is offset by a parallel gap 42.

以下の説明において、エレメントの番号(NXX)の先頭にNシリーズ(series)接頭語を使用して、この接頭語を含まないエレメント(XX)と、示されるまたは記載される違いを除いて、同じである。   In the following description, the element number (NXX) is prefixed with an N series prefix and is the same as an element (XX) that does not include this prefix, except for the differences shown or described It is.

図10および図11は、可変の隙間および可変の幅のフリンジ効果キャパシタの変形例を示す。図10は、基板326の表面328に取り付けられた一対の電極322および324を持つセンサ320を示す。電極322は、螺旋状フィンガ334を含む。このフィンガ334は、電極322のフィンガ336と隣接しており、基板326およびフィンガ334および336は、横方向フリンジ電極をなし、そのように形成されている。各フィンガ334および336の幅は、フィンガがセンサ320の中心に向かって螺旋をなすにつれて減少する。さらに、フィンガ334および336の向き合った縁部間の隙間340は、フィンガがセンサ320の中心に向かって螺旋をなすにつれて減少する。センサ320は、電極の幅338.1が、より大きい場所で、電極間に、より大きな隙間340.1を含み、電極の幅338.2が、より小さい場所で、電極間に、より小さな隙間340.2を含む。このようにして、フィンガ334および336は、全体として、図4の線Gが表す関係76を持つ。   10 and 11 show a variation of a fringe effect capacitor with variable gap and variable width. FIG. 10 shows a sensor 320 having a pair of electrodes 322 and 324 attached to the surface 328 of the substrate 326. The electrode 322 includes a helical finger 334. The finger 334 is adjacent to the finger 336 of the electrode 322, and the substrate 326 and the fingers 334 and 336 form a lateral fringe electrode and are so formed. The width of each finger 334 and 336 decreases as the fingers spiral toward the center of sensor 320. Further, the gap 340 between the opposing edges of fingers 334 and 336 decreases as the fingers spiral toward the center of sensor 320. The sensor 320 includes a larger gap 340.1 between the electrodes where the electrode width 338.1 is larger and a smaller gap between the electrodes where the electrode width 338.2 is smaller. 340.2 included. In this way, fingers 334 and 336 generally have a relationship 76 represented by line G in FIG.

図11は、逆の極性の一対の電極422および424が基板426の表面428に配置されたセンサ420を示す。電極422および424のおのおのは、基板426の長さに沿って延びるフィンガ434および436を夫々含む。センサ420のフィンガ434および436は、線Gに示す基本的関係76を示すが、図4の線Hが示すように、別個のすなわち階段状である。線Hが示すように、比較的大きな電極幅438.1は、比較的大きな隙間440.1によって離間されている。電極幅438.2が減少すると、隙間440.2もまた減少する。   FIG. 11 shows a sensor 420 with a pair of opposite polarity electrodes 422 and 424 disposed on the surface 428 of the substrate 426. Each of the electrodes 422 and 424 includes fingers 434 and 436, respectively, extending along the length of the substrate 426. Fingers 434 and 436 of sensor 420 show the basic relationship 76 shown in line G, but are discrete or stepped, as shown by line H in FIG. As indicated by line H, the relatively large electrode width 438.1 is separated by a relatively large gap 440.1. As the electrode width 438.2 decreases, the gap 440.2 also decreases.

互いに入り込む電極の繰り返しパターンを持つセンサ20を示しかつ説明したけれども、本発明は、これに限定されない。本発明の他の実施例は、幅が可変でありかつ間の隙間が可変である一対の電極を考えている。一例として、このようなセンサは、フィンガ36.1の半分と隣接したフィンガ34.1の半分を含む。他の実施例は、フィンガ36.2の半分と隣接したフィンガ34.2の半分を含む。さらに、本発明は、隣接した電極間に平行な隙間を持たない実施例を考えている。   Although the sensor 20 has been shown and described with a repeating pattern of interdigitated electrodes, the present invention is not limited thereto. Another embodiment of the invention contemplates a pair of electrodes having a variable width and a variable gap therebetween. As an example, such a sensor includes half of finger 36.1 and half of finger 34.1 adjacent. Another embodiment includes a half of finger 36.2 and a half of adjacent finger 34.2. Furthermore, the present invention contemplates embodiments in which there are no parallel gaps between adjacent electrodes.

図19は、本発明の別の実施例による容量性センサ620を示す。このセンサ620は、四対の電極しか備えておらず、この形状は、センサ20についての図1に示す電極パターンの部分集合と考えることができる。さらに、本発明の別の実施例によるさらに別のパターンは、一対の逆の極性の電極を含むことが考えられる。これらの電極は幅が一定でなく、一定でない隙間によって離間されており、例えば一方の電極の幅が、電極間の隙間が増大するのと同じ方向で増大する。さらに、図19では、本発明のさまざまな実施例は、中心線632を中心とした対称性を備えていないということがわかる。   FIG. 19 illustrates a capacitive sensor 620 according to another embodiment of the present invention. The sensor 620 includes only four pairs of electrodes, and this shape can be considered as a subset of the electrode pattern shown in FIG. Furthermore, yet another pattern according to another embodiment of the present invention may include a pair of opposite polarity electrodes. These electrodes are not constant in width and are separated by a non-constant gap, for example, the width of one electrode increases in the same direction as the gap between the electrodes increases. Furthermore, it can be seen in FIG. 19 that various embodiments of the present invention do not have symmetry about the center line 632.

図5および図6は、センサ520の試験結果を示す。センサ520を、若干量の液体の水に最も近く配置した。図5は、センサ520の全静電容量66を、若干量の水を凍結温度に露呈した時間の関数として示す。線68は、水温を時間の関数として示す。水は、約20℃から約0℃まで直線的に減少した後、若干量の液体の水の融解潜熱に対応する期間70にわたって0℃を維持するということに着目されたい。期間70の終了時にすべての水が凍結して固体になり、温度線68は、水が露呈されてきた周囲温度まで急激に下降する。   5 and 6 show the test results of the sensor 520. FIG. The sensor 520 was placed closest to some amount of liquid water. FIG. 5 shows the total capacitance 66 of the sensor 520 as a function of the time that some amount of water was exposed to the freezing temperature. Line 68 shows the water temperature as a function of time. Note that the water maintains 0 ° C. over a period 70 corresponding to the latent heat of fusion of some amount of liquid water after linearly decreasing from about 20 ° C. to about 0 ° C. At the end of period 70, all water freezes and becomes a solid, and the temperature line 68 drops rapidly to the ambient temperature where the water has been exposed.

図6は、センサ520の静電容量を水の温度の関数としてプロットしたグラフである。センサ520の全静電容量66は、約500pFから、固体の氷についての10pFよりも小さい値まで変化するということに着目されたい。センサ520は、水が凍結し始めるとき(すなわち、期間70の開始時)から、最後の水が完全に凍結するとき(期間70の終了時)まで均等に変化する静電容量を与える。   FIG. 6 is a graph plotting the capacitance of sensor 520 as a function of water temperature. Note that the total capacitance 66 of sensor 520 varies from approximately 500 pF to a value less than 10 pF for solid ice. Sensor 520 provides a capacitance that varies evenly from when the water begins to freeze (ie, at the beginning of period 70) until when the last water is completely frozen (at the end of period 70).

センサ20、520、および620は、薄い氷の形成(より小さな隙間によって離間された、より狭い幅の電極によって検出できる)に敏感であり、これに応じて静電容量を変化させ、さらに、表面28からの、より大きな距離のところの厚い氷に応答して(より大きな隙間によって離間された、より広い幅の電極に最も近い氷の形成に応じて)静電容量を変化させる。センサ20および620の電極の幅および隙間が大きい状態から小さい状態まで滑らかに変化するため、これらのセンサもまた、さまざまな厚さの氷の形成に敏感であり、これに応じて静電容量を変化させる。これらのセンサが氷の形成に対して均等に応答するため、計測した静電容量から、水の物理的混合状態(一部が液体で一部が固体である)を、静電容量の関数として推測できる。   Sensors 20, 520, and 620 are sensitive to the formation of thin ice (which can be detected by a narrower width electrode spaced by a smaller gap) and change the capacitance accordingly, In response to thick ice at a greater distance from 28, the capacitance is changed (in response to the formation of ice closest to a wider electrode spaced by a larger gap). Because the width and gap of the electrodes of sensors 20 and 620 smoothly change from a large state to a small state, these sensors are also sensitive to the formation of ice of various thicknesses, and the capacitance can be reduced accordingly. Change. Because these sensors respond equally to ice formation, from the measured capacitance, the physical mixing of water (partially liquid and part solid) as a function of capacitance I can guess.

図21は、パッケージ済みの本発明の一実施例によるセンサアッセンブリの平面図、側面図、および底面図を示す。いくつかの実施例では、このセンサアッセンブリは、比較的薄い氷層を検出するうえで適当である。センサアッセンブリ57は、冷凍ユニットの表面等の表面に取り付けるためのスプライン加工された機械式コネクタ57.2を持つハウジング57.1を含む。電気コネクタ57.3は、ハウジング57.1内に配置された回路50に入力励起および出力励起を提供する。一実施例では、センサ620は、水が凍結して氷になる冷凍ユニットの位置に最も近くなるように、ハウジング57.1の表面に取り付けられている。図21のパッケージ済みのセンサアッセンブリ57は一定の縮尺比で図示してあり、一実施例では、パッケージの長さは、図21A、図21B、および図21Cでわかるように、約40mmである。同じ実施例において、パッケージの幅は、図21A、図21B、および図21Cでわかるように、約25mmである。   FIG. 21 shows a top view, a side view, and a bottom view of a sensor assembly according to one embodiment of the present invention that has been packaged. In some embodiments, the sensor assembly is suitable for detecting a relatively thin ice layer. Sensor assembly 57 includes a housing 57.1 having a splined mechanical connector 57.2 for attachment to a surface, such as the surface of a refrigeration unit. Electrical connector 57.3 provides input and output excitation to circuit 50 located within housing 57.1. In one embodiment, sensor 620 is mounted on the surface of housing 57.1 so that it is closest to the position of the refrigeration unit where water freezes and becomes ice. The packaged sensor assembly 57 of FIG. 21 is illustrated at a constant scale, and in one embodiment, the package length is approximately 40 mm, as can be seen in FIGS. 21A, 21B, and 21C. In the same example, the width of the package is about 25 mm, as can be seen in FIGS. 21A, 21B, and 21C.

液体から固体に状態が変化する水が存在する状態で静電容量が変化するセンサを図示しかつ説明したが、本発明はこれに限定されない。本発明は、一つの状態から別の状態に変化する際に誘電率が変化する任意の物質の物理的状態を推測することを考えている。さらに、本発明は、センサからの距離によって変化する材料の誘電率等の材料の特性および特徴の計測値を計算する。   Although a sensor whose capacitance changes in a state where there is water whose state changes from a liquid to a solid is shown and described, the present invention is not limited to this. The present invention contemplates inferring the physical state of any substance whose dielectric constant changes as it changes from one state to another. Furthermore, the present invention calculates measurements of material properties and features, such as the dielectric constant of the material, which varies with distance from the sensor.

図16は、従来技術で公知の平らなキャパシタの上面図である。キャパシタ10は、比較的大きな形状の第1電極11と、比較的小さな形状の第3電極13とを含む。中間電極12は、第1電極11および第3電極13の両方と適合する形状を備えている。   FIG. 16 is a top view of a flat capacitor known in the prior art. The capacitor 10 includes a first electrode 11 having a relatively large shape and a third electrode 13 having a relatively small shape. The intermediate electrode 12 has a shape compatible with both the first electrode 11 and the third electrode 13.

図7は、本発明の一実施例による製氷機の概略図である。製氷システム80は、氷点下の環境に配置された個々の容器84を備えた可動アッセンブリ82を含む。各容器84には、水供給源86から水が供給される。モータ89が一つまたはそれ以上のプーリを回転させることにより、アッセンブリ82を貯蔵ビン90に向かって搬送する。電子式制御装置88は、水供給源86およびモータ89の作動を制御する。   FIG. 7 is a schematic view of an ice making machine according to an embodiment of the present invention. The ice making system 80 includes a movable assembly 82 with individual containers 84 positioned in a sub-freezing environment. Water is supplied to each container 84 from a water supply source 86. A motor 89 carries the assembly 82 toward the storage bin 90 by rotating one or more pulleys. The electronic control device 88 controls the operation of the water supply source 86 and the motor 89.

制御装置88は、隣接した容器内の水の物理的状態を示す信号を、一つまたはそれより多いセンサ20または620から受け取る。一実施例では、センサ20.1は、容器84.1内の水の誘電率が変化するに従って静電容量が変化し、これによってセンサ20.1のフリンジ電界に影響を及ぼす。いくつかの実施例では、第2容器84.2に最も近く第2センサ20.2が配置されている。制御装置88は、センサ20.1およびセンサ20.2の静電容量の変化に基づいてモータ89(いくつかの実施例では、容器加熱回路または他の特徴(図示せず))を作動させ、部分的に凍結した氷キューブを容器84.1からビン90に落下させる。好ましくは、ビン90もまた氷点下の環境に露呈されており、放出された氷キューブはビン90内で熱を失い、完全に凍結する。部分的に凍結した氷キューブを排出することによって、凍結サイクルを容器84のアッセンブリ82と、ビン90とに分ける。凍結サイクルの完了が収集ビン90内で行われるため、容器84内での氷キューブの滞留時間が短くなる。かくして、所与の時間内に大量の氷を形成できる。別の態様では、少数の容器で所与の量の氷を形成できる。センサ20は、さらに、製氷機の速度を上げ、および/または効率を向上する他の態様に適合できる。   The controller 88 receives signals from one or more sensors 20 or 620 that indicate the physical state of the water in the adjacent container. In one example, the sensor 20.1 changes capacitance as the dielectric constant of the water in the container 84.1 changes, thereby affecting the fringe field of the sensor 20.1. In some embodiments, the second sensor 20.2 is located closest to the second container 84.2. The controller 88 activates a motor 89 (in some embodiments, a container heating circuit or other feature (not shown)) based on the change in capacitance of the sensors 20.1 and 20.2, The partially frozen ice cube is dropped from the container 84.1 into the bottle 90. Preferably, the bottle 90 is also exposed to a sub-freezing environment and the released ice cube loses heat in the bottle 90 and freezes completely. By discharging the partially frozen ice cube, the freezing cycle is divided into the assembly 82 of the container 84 and the bottle 90. Since the freezing cycle is completed in the collection bin 90, the residence time of the ice cube in the container 84 is shortened. Thus, a large amount of ice can be formed within a given time. In another embodiment, a small amount of containers can form a given amount of ice. The sensor 20 can further be adapted to other aspects that increase the speed and / or increase efficiency of the ice machine.

図8および図9は、本発明の他の実施例を示す。製氷機180は、特定の容器184の壁に組み込んだ一つまたはそれ以上の氷センサ120を含む。第1氷センサ120.1は、容器184.1および184.3が共有する壁に配置してある。第1センサ120.2は、容器184.2および184.4が共有する壁に配置してある。   8 and 9 show another embodiment of the present invention. The ice maker 180 includes one or more ice sensors 120 built into the walls of a particular container 184. The first ice sensor 120.1 is located on the wall shared by the containers 184.1 and 184.3. The first sensor 120.2 is arranged on the wall shared by the containers 184.2 and 184.4.

各センサ120は、基板120の後面129に導電性シールドが設けられていないことを除くと、センサ20と同じである。従って、基板126の誘電率が低いため、電極122および124のフリンジ電界が、上面128および反対側の後面129の両方から延びる。従って、センサ120.1の静電容量は、隔室184.1内の水の状態および隔室184.3内の水の物理的状態と関連して変化する。   Each sensor 120 is the same as the sensor 20 except that the conductive shield is not provided on the rear surface 129 of the substrate 120. Thus, because the dielectric constant of substrate 126 is low, the fringe field of electrodes 122 and 124 extends from both top surface 128 and opposite back surface 129. Thus, the capacitance of sensor 120.1 varies in relation to the state of water in compartment 184.1 and the physical state of water in compartment 184.3.

トレーの容器のアレイ内で氷キューブを形成する製氷機では、一つのトレーが別のトレーと隣接しており、本発明は、両容器内での氷の形成に応答するように配置されたセンサ120を考えている。いくつかの実施例では、これによりセンサの容量性出力が倍になる。さらに、センサをこのように構成することにより、二つの量の水の物理的状態をアナログで平均する。いくつかのこのような用途では、基板の導電性シールドをなくすことにより、センサは双方向的に作動できる。   In an ice maker that forms ice cubes in an array of tray containers, one tray is adjacent to another tray, and the present invention is a sensor arranged to respond to ice formation in both containers. 120 is considered. In some embodiments, this doubles the capacitive output of the sensor. Furthermore, by configuring the sensor in this way, the physical state of two quantities of water is averaged in an analogy. In some such applications, the sensor can operate bidirectionally by eliminating the conductive shield of the substrate.

本発明のいくつかの実施例では、平行でありかつ幅が一定の電極を持つ共有センサが設けられる。隙間および幅は、二つの隣接した氷キューブが、十分な構造的一体性を持って貯蔵ビン内に放出されるような氷の厚さに応答するようになっており、そのように形成されている。別の実施例では、放出手順は、所定の厚さが形成された後に、調時された放出作業と関連して、氷の厚さに応答するセンサを含む。本発明の別の実施例は、氷キューブ間の隙間を埋めるのに使用できる非常に厚い電極を考えている。別の態様では、本発明の他の実施例は、薄いストックから曲げられ、または形成される電極であって、各容器のすぐ近くにあるが、単一の電気接点しか提供しない電極を考えている。   In some embodiments of the present invention, a shared sensor is provided having electrodes that are parallel and of constant width. The gap and width are such that two adjacent ice cubes are so responsive to the thickness of ice that they are released into the storage bin with sufficient structural integrity. Yes. In another embodiment, the discharge procedure includes a sensor that responds to ice thickness in conjunction with a timed discharge operation after a predetermined thickness has been formed. Another embodiment of the invention contemplates a very thick electrode that can be used to fill the gaps between ice cubes. In another aspect, another embodiment of the present invention contemplates an electrode that is bent or formed from a thin stock that is proximate to each container but provides only a single electrical contact. Yes.

図9は、本発明の別の実施例による容器284のアッセンブリ282を示す。アッセンブリ282は、側部と側部とを向き合わせて配置された複数の容器284を含む。センサ220は、各センサが、側方の容器と共有する壁に配置されていることを除くと、センサ120と同じである。   FIG. 9 shows an assembly 282 of a container 284 according to another embodiment of the present invention. The assembly 282 includes a plurality of containers 284 that are arranged with the sides facing each other. The sensor 220 is the same as the sensor 120 except that each sensor is disposed on a wall shared with the side container.

本発明のいくつかの実施例は、互いに組み合わせたフィンガがフラクタルパターンに従って配置されたセンサを含む。フラクタルパターンにより、基板の単位面積当たりの静電容量が高くなり、さらに、幅および隙間間隔が変化する電極を提供する。さらに、電極は、擬似フラクタルパターンで形成してもよい。さらに、本発明の別の実施例では、ヒルベルトカーブ(Hilbert Curve) 等の空間充填フラクタルを考えている。   Some embodiments of the present invention include sensors in which fingers combined with each other are arranged according to a fractal pattern. The fractal pattern provides an electrode having a high capacitance per unit area of the substrate, and further varying the width and gap spacing. Furthermore, the electrode may be formed with a pseudo-fractal pattern. Furthermore, another embodiment of the present invention contemplates a space-filling fractal such as a Hilbert curve.

以上、図示しかつ説明されたハチは、容量性センサを使用して氷を製造するための方法であるが、本発明はこれに限定されない。本発明の他の実施例は、以下のことに対応する信号、または、以下のことを推測できる信号を発する任意の種類のセンサを含む。すなわち、以下のこととは、氷キューブの物理的状態、および/または氷キューブの壁の厚さ、および/または容器から放出する上で十分な構造的一体性を持つ部分的に凍結した氷を放出し、元の容器とは別の場所で凍結プロセスを続行し完了する性能である。   The bee shown and described above is a method for producing ice using a capacitive sensor, but the present invention is not limited to this. Other embodiments of the invention include any type of sensor that emits signals that correspond to or can be inferred to: That is, the following refers to partially frozen ice that has sufficient physical integrity to discharge from the physical state of the ice cube, and / or the wall thickness of the ice cube, and / or from the container. The ability to discharge and continue and complete the freezing process at a location separate from the original container.

本発明の別の実施例は、製氷方法に関する。この実施例は、液体の水の供給源と、容器と、センサとを提供することを含む。この実施例は、さらに、若干量の液体の水を容器に入れることと、容器を、水または凍結温度よりも低い温度にさらすこととを含む。センサは、若干量の第1部分の凍結を検出し、若干量の第2部分が液体であることを検出する。若干量の水は、前記検出後に放出される。変形例として、この実施例は、前記放出後に第2部分を凍結することを含む。別の態様では、実施例は、第2の量の液体の水を、前記放出後におよび前記凍結前に容器に入れることを含む。別の態様では、この実施例は、前記放出後、放出された若干量の水を水の凍結温度よりも低い温度にさらすことを含む。   Another embodiment of the present invention relates to an ice making method. This embodiment includes providing a source of liquid water, a container, and a sensor. This example further includes placing some amount of liquid water in the container and exposing the container to water or a temperature below the freezing temperature. The sensor detects a certain amount of freezing of the first portion and detects that a small amount of the second portion is liquid. Some amount of water is released after the detection. As a variant, this embodiment comprises freezing the second part after said release. In another aspect, an example includes placing a second amount of liquid water in a container after the release and before the freezing. In another aspect, this example includes exposing the released amount of water to a temperature below the freezing temperature of water after said release.

本発明のさらに別の実施例は、製氷装置に関する。この実施例は、水供給源を含む。この実施例は、さらに、壁を共有する第1容器および第2容器を含み、前記第1および第2容器を水の凍結温度よりも低い所定の温度にさらす。この実施例は、さらに、共有された壁の最も近くに配置された電子式センサを含み、このセンサは、前記第1容器内の部分的に凍結した氷の第1の量、および前記第2容器内の部分的に凍結した氷の第2の量に対応する信号を発生する。別の態様では、この実施例では、センサの静電容量が水の物理的状態と関連して変化する。   Yet another embodiment of the present invention relates to an ice making device. This embodiment includes a water source. This embodiment further includes a first container and a second container sharing a wall, and subjecting the first and second containers to a predetermined temperature lower than the freezing temperature of water. This embodiment further includes an electronic sensor disposed proximate to the shared wall, the sensor comprising a first amount of partially frozen ice in the first container, and the second A signal corresponding to a second amount of partially frozen ice in the container is generated. In another aspect, in this embodiment, the capacitance of the sensor changes in relation to the physical state of the water.

本発明の別の実施例はキャパシタに関する。この実施例は、第1および第2の向かい合う側部およびこれらの間の表面を持つ基板を含む。この実施例は、さらに、第1側部に最も近い表面に取り付けられた第1電極を有し、この第1電極は、第2側部に向かって延びる、可変の幅を持つ第1フィンガを有する。この実施例は、さらに、第2側部に最も近い表面に取り付けられた第2電極を有し、この第2電極は、第1側部に向かって延びる、可変の幅を持つ第2フィンガを有する。前記第2フィンガは、前記第1フィンガから可変の幅によって間隔が隔てられている。別の態様では、この実施例は、第1表面である表面を有し、前記基板は、前記第1表面とは反対側の第2表面を有し、この第2表面には、さらに、電気シールドが設けられている。別の変形例として、この実施例は、第1表面である表面を有し、前記基板は、前記第1表面とは反対側の第2表面を有し、この第2表面には、電気シールドが設けられていない。   Another embodiment of the invention relates to a capacitor. This embodiment includes a substrate having first and second opposing sides and a surface therebetween. The embodiment further includes a first electrode attached to the surface closest to the first side, the first electrode having a first finger having a variable width extending toward the second side. Have. This embodiment further includes a second electrode attached to the surface closest to the second side, the second electrode having a second finger having a variable width extending toward the first side. Have. The second finger is spaced from the first finger by a variable width. In another aspect, this embodiment has a surface that is a first surface, and the substrate has a second surface opposite to the first surface, and the second surface further includes an electrical surface. A shield is provided. As another variation, this embodiment has a surface that is a first surface, and the substrate has a second surface opposite the first surface, the second surface having an electrical shield Is not provided.

本発明の別の実施例は、製氷方法に関する。この実施例は、液体の水の供給源と、第1容器と、第2容器と、センサとを提供することを含む。この実施例は、さらに、第1の量の液体の水を第1容器に入れることと、第2の量の液体の水を第2容器に入れることとを含む。第1容器および第2容器を、水の凍結温度よりも低い温度にさらす。この実施例は、さらに、水の第1の量の第1部分が凍結し、水の第1の量の第2部分が液体であることをセンサで検出することを含む。水の第2の量は、前記検出後に放出される。別の態様では、この実施例は、第1の量の静電容量を感知することによって前記検出を行うことを含む。   Another embodiment of the present invention relates to an ice making method. This embodiment includes providing a source of liquid water, a first container, a second container, and a sensor. This embodiment further includes placing a first amount of liquid water into the first container and placing a second amount of liquid water into the second container. The first container and the second container are exposed to a temperature below the freezing temperature of water. This embodiment further includes detecting with a sensor that the first portion of the first amount of water is frozen and the second portion of the first amount of water is liquid. A second amount of water is released after the detection. In another aspect, this embodiment includes performing the detection by sensing a first amount of capacitance.

本発明の別の実施例は、氷を感知するための装置に関する。この実施例は、第1および第2の向かい合った側部とこれらの間の表面を持つ基板を含む。この実施例は、さらに、表面に取り付けられた第1電極と、表面に取り付けられた第2電極とを含み、前記第1および第2の電極は、互いに実質的に平行であり、前記第1電極および前記第2電極は、フラクタルパターンまたは擬似フラクタルパターンで形成されており、前記パターンは、約2.54mmないし7.62mm(約1/10インチないし3/10インチ)の厚さの氷に最も近いときに可変の容量性応答を提供するようになっておりかつそのように形成されている。別の態様では、この実施例は、ヒルベルトカーブのパターンを含む。   Another embodiment of the invention relates to an apparatus for sensing ice. This embodiment includes a substrate having first and second opposing sides and a surface therebetween. The embodiment further includes a first electrode attached to the surface and a second electrode attached to the surface, wherein the first and second electrodes are substantially parallel to each other, the first electrode The electrode and the second electrode are formed in a fractal pattern or a pseudo-fractal pattern, and the pattern is formed on ice having a thickness of about 2.54 mm to 7.62 mm (about 1/10 inch to 3/10 inch). It is designed to provide a variable capacitive response when it is closest. In another aspect, this example includes a Hilbert curve pattern.

図12は、本発明の別の実施例による氷センサ520を示す。センサ520は、第1電極522と、第2電極524とを含む。これらの電極は、夫々、基板526の表面528に配置されている。第1電極522は、第1容量性エレメント534に電気的に接続されており、第2電極524は、第2容量性エレメント536に電気的に接続されている。これらの容量性エレメント534および536は、湾曲した形状を備えており、エレメント536はエレメント534から実質的に均等な隙間540.3によって離間されている。エレメント534および436は、フリンジ効果静電容量を持つ電極として作用するようになっておりかつそのように形成されている。   FIG. 12 illustrates an ice sensor 520 according to another embodiment of the present invention. The sensor 520 includes a first electrode 522 and a second electrode 524. Each of these electrodes is disposed on a surface 528 of the substrate 526. The first electrode 522 is electrically connected to the first capacitive element 534, and the second electrode 524 is electrically connected to the second capacitive element 536. These capacitive elements 534 and 536 have a curved shape, and element 536 is spaced from element 534 by a substantially uniform gap 540.3. Elements 534 and 436 are adapted to act as electrodes having fringe effect capacitance and are so formed.

図12の実施例では、容量性エレメント536および534は、全体に半球形状である。好ましくは、各容量性エレメント534および536は、夫々の幅538.4および538.3が均等である。さらに、これらの二つの容量性エレメントは、好ましくは、幅が実質的に均等な隙間540.3によって離間されている。図12を参照すると、この図は写真であり、および従ってほぼ等縮尺であり、エレメント534の外半径が約2.54cm(約1インチ)である。電極の幅540.3および538.3は、おのおの、ほぼ6.35mm(1/4インチ)である。隙間540.3は、ほぼ6.35mm(1/4インチ)である。   In the example of FIG. 12, capacitive elements 536 and 534 are generally hemispherical. Preferably, each capacitive element 534 and 536 has an equal width 538.4 and 538.3 respectively. Furthermore, these two capacitive elements are preferably separated by a gap 540.3 having a substantially uniform width. Referring to FIG. 12, this figure is a photograph and is therefore approximately isometric, with the outer radius of element 534 being about 1 inch. The electrode widths 540.3 and 538.3 are each approximately ¼ inch. The gap 540.3 is approximately 6.35 mm (1/4 inch).

幅が均等な隙間によって離間された幅が均等な容量性エレメントを持つセンサを図示しかつ説明したけれども、本発明は、これに限定されない。本発明は、さらに、湾曲した容量性エレメントが、上文中に説明したように、可変の幅を持ち、電極間の隙間の幅が、上文中に説明したように、可変である実施例を考えている。   Although a sensor having capacitive elements of uniform width separated by gaps of uniform width is illustrated and described, the present invention is not limited thereto. The present invention further contemplates embodiments in which the curved capacitive element has a variable width as described above, and the width of the gap between the electrodes is variable as described above. ing.

図13Aおよび図13Bは、本発明の別の実施例を示す。この実施例では、センサ520は、製氷用の容器584.1に装着されるようになっておりかつそのように形成されている。好ましくは、容量性エレメント534および536は、氷容器584.1の全体形状に従っており、隙間540.3は、容器584.1の縁部から遠ざかる方向に配置されており、容器の内容積に向かって配置されている。隙間をこのように配置することによって、センサは、容器584.1内の水の相が変化するとき、静電容量の計測可能な変化を提供するということがわかった。   13A and 13B show another embodiment of the present invention. In this embodiment, the sensor 520 is configured to be mounted in an ice making container 584.1. Preferably, the capacitive elements 534 and 536 follow the overall shape of the ice container 584.1 and the gap 540.3 is arranged away from the edge of the container 584.1 and towards the inner volume of the container. Are arranged. By arranging the gap in this way, it has been found that the sensor provides a measurable change in capacitance when the phase of water in the container 584.1 changes.

図14Aおよび図14Bは、変形例のセンサ520.2を組み込んだ氷容器584.2を示す。センサ520.2は、容量性エレメントの全体に半円形形状が、半球形の円弧よりも小さいということを除くと、センサ520と同じである。本発明は、さらに、氷容器の形状が図13Aおよび図14Aに示すような半球でない実施例を考えている。例えば、本発明は、さらに、容器が任意の形状であり、フリンジ効果容量性エレメントセンサが容器の一つの表面に取り付けられた実施例を考えている。好ましくは、これらの変型例では、隣接した容量性エレメント間の隙間の少なくとも一部を、水の相変化が緩慢な、またはさらに好ましくは、水の相変化が最も緩慢な容器の内部部分に対応する容器の位置に配置する。   14A and 14B show an ice container 584.2 incorporating a modified sensor 520.2. Sensor 520.2 is the same as sensor 520 except that the overall capacitive element has a semicircular shape that is smaller than a hemispherical arc. The present invention further contemplates embodiments in which the shape of the ice container is not a hemisphere as shown in FIGS. 13A and 14A. For example, the present invention further contemplates embodiments in which the container is arbitrarily shaped and a fringe effect capacitive element sensor is attached to one surface of the container. Preferably, in these variants, at least part of the gap between adjacent capacitive elements corresponds to the inner part of the vessel where the water phase change is slow, or more preferably the water phase change is slowest Place in the position of the container to be used.

本発明の別の実施例は、製氷装置に関する。この装置は複数の容器を含み、これらの容器のおのおのは、内部容積を形成する複数の側部を備えている。各容器は、水を導入し、氷を排出するための開口部を有する。容器の一方の側部にはフリンジ効果キャパシタが設けられている。別の実施例では、キャパシタは、少なくとも二つの容量性エレメントおよびこれらのエレメント間の隙間を含む。キャパシタは、隙間が、容積の中央部に最も近い一方の側部に配置されるようになっておりかつそのように形成されている。   Another embodiment of the invention relates to an ice making device. The apparatus includes a plurality of containers, each of which includes a plurality of sides that define an internal volume. Each container has an opening for introducing water and discharging ice. A fringe effect capacitor is provided on one side of the container. In another embodiment, the capacitor includes at least two capacitive elements and a gap between these elements. The capacitor is so formed that the gap is arranged on one side closest to the center of the volume.

図15および図17ないし図21は、本発明のさまざまな実施例のさまざまな特徴に関する。一例として、図19は、フリンジ効果霜センサ用の電極についての一つのパターンを示す。   15 and FIGS. 17-21 relate to various features of various embodiments of the present invention. As an example, FIG. 19 shows one pattern for an electrode for a fringe effect frost sensor.

図15は、フリンジ効果キャパシタの電界と相互作用する一層の物質の効果を概略に示す。図15Aは、基板26に置いたセンサ20を示す。電極22および24は、電束場(electric flux field) 21a1を支持する。基板26には、第1の比較的小さい電束場21b1が、基板26の外側にある。図15Bは、電極22および24に最も近い物質19(水等)の薄い層の効果を示す。外側電束場21b2が、物質19の存在によって拡大し、これによってセンサ20の静電容量が増大する。図15は、電極22および24および基板26の上に物質19の厚い層があるセンサ20を示す。外側電束場21b3は大きいけれども、センサ20の静電容量の更なる変化を示す。図15の三つの図のすべてにおいて、束線21a1、21a2、および21a3は、少なくとも第1次の近似としては、物質19による変化を実質的に受けない。   FIG. 15 schematically illustrates the effect of one layer of material interacting with the electric field of the fringe effect capacitor. FIG. 15A shows the sensor 20 placed on the substrate 26. Electrodes 22 and 24 support an electric flux field 21a1. The substrate 26 has a first relatively small electric flux field 21 b 1 outside the substrate 26. FIG. 15B shows the effect of a thin layer of material 19 (such as water) closest to electrodes 22 and 24. The outer electric flux field 21b2 expands due to the presence of the substance 19, thereby increasing the capacitance of the sensor 20. FIG. 15 shows sensor 20 with a thick layer of material 19 on electrodes 22 and 24 and substrate 26. Although the outer flux field 21b3 is large, it indicates a further change in the capacitance of the sensor 20. In all three views of FIG. 15, the bundles 21a1, 21a2, and 21a3 are substantially unaffected by the material 19, at least as a first order approximation.

図15を再度参照すると、電束場21b2および21b3は、物質との接触によって増大する。物質19が氷である実施例では、誘電率は約3であり、センサ20は、1から3までのその誘電率の一部の変化に応答するということは理解されよう。センサが、空気に露呈された後に液体の水と接触した状態に置かれる実施例では、センサは、その誘電率の少なくとも部分を1から80まで変化するように、さらに強く応答するということは理解されよう。   Referring to FIG. 15 again, the electric flux fields 21b2 and 21b3 are increased by contact with the substance. It will be appreciated that in embodiments where the material 19 is ice, the dielectric constant is about 3 and the sensor 20 responds to some change in its dielectric constant from 1 to 3. It is understood that in embodiments where the sensor is placed in contact with liquid water after being exposed to air, the sensor responds more strongly to change at least a portion of its dielectric constant from 1 to 80. Let's do it.

従って、本発明のいくつかの実施例による容量性センサは、表面上の霜の有無および/または厚さ、または氷キューブ製造を行うための固体の氷の存在を計測できる。いくつかの実施例は、固体の氷、空気や水を捕捉した氷、または軟氷を区別できる。いくつかの実施例は、センサの形態および霜または氷のさまざまな厚さを計測するための回路の特性に関して予備設定を行うことができる。さらに、本明細書中に記載した方法および装置により、氷キューブを、単にその氷キューブの所定のモデルに基づくのでなく、特定の氷キューブの実際の状態に基づいて製造できる。   Accordingly, capacitive sensors according to some embodiments of the present invention can measure the presence and / or thickness of frost on the surface, or the presence of solid ice for making ice cubes. Some embodiments can distinguish between solid ice, ice trapped in air or water, or soft ice. Some embodiments can be pre-configured with respect to sensor configuration and circuit characteristics for measuring various frost or ice thicknesses. Furthermore, the methods and apparatus described herein allow ice cubes to be manufactured based on the actual state of a particular ice cube, rather than simply based on a predetermined model of the ice cube.

図20は、基板に設けた隣接した電極対の概略図である。第1電極対は、逆の極性を持つ電極34.01および36.01を含む。基板に設けられた隣接した第2電極対は、第1対に対応する極性を持つ電極34.02および36.02を含む。同様に、本発明のいくつかの実施例は、隣接した第3電極対および第4電極対を含み、これらの電極対もまた、交互の極性を備えている。   FIG. 20 is a schematic view of adjacent electrode pairs provided on the substrate. The first electrode pair includes electrodes 34.01 and 36.01 having opposite polarities. The adjacent second electrode pair provided on the substrate includes electrodes 34.02 and 36.02 having polarities corresponding to the first pair. Similarly, some embodiments of the present invention include adjacent third and fourth electrode pairs, which also have alternating polarities.

単一の電極(図20の電極34.01)の応答に、逆の極性を持つ複数の電極(図20の電極36.01、36.02、36.03、および36.04)が共有する電束場によって、影響を及ぼすことができるということが、分析により決定された。曲線20−1は、隣接した導体間の束線を示す。電極34.01および36.01の近くに比較的少量の水が存在すると、システムの静電容量に「局所的」作用が及ぼされる。少量の水(表面張力によって制限される水、少量の氷や雪の粒子等)は、水が局所的にしか存在しないため、他の電極に影響を及ぼさない。しかしながら、比較的多量の水が電極34.01から第2対の電極36.02まで延びていると(比較的多量の水滴や比較的多量の霜の発生により生じる)、束線が、電極34.01と、隣接していない電極36.02とによって共有される。曲線20−3および20−4は、電極の表面上の水や氷の量が徐々に増えるに従って、第1極性の第1電極34.01からの束線が、第2の逆の極性の電極36.01、36.02、36.03、および36.04と共有されることになるということを示す。隣接していない電極までの離間距離が大きくなればなる程、信号全体に対する束の寄与が小さくなるということは理解されよう。   Multiple electrodes with opposite polarity (electrodes 36.01, 36.02, 36.03, and 36.04 in FIG. 20) share the response of a single electrode (electrode 34.01 in FIG. 20) It was determined by analysis that it can be influenced by the electric flux field. A curved line 20-1 shows a bundle line between adjacent conductors. The presence of a relatively small amount of water near the electrodes 34.01 and 36.01 has a “local” effect on the capacitance of the system. A small amount of water (water limited by surface tension, a small amount of ice or snow particles, etc.) does not affect other electrodes because the water is only present locally. However, when a relatively large amount of water extends from the electrode 34.01 to the second pair of electrodes 36.02 (caused by the generation of a relatively large amount of water droplets and a relatively large amount of frost), the bundled wire is .01 and non-adjacent electrodes 36.02. Curves 20-3 and 20-4 indicate that as the amount of water or ice on the surface of the electrode gradually increases, the bundle line from the first electrode 34.01 of the first polarity is the electrode of the second opposite polarity. Indicates that it will be shared with 36.01, 36.02, 36.03, and 36.04. It will be appreciated that the greater the separation distance to non-adjacent electrodes, the smaller the contribution of the bundle to the overall signal.

図22ないし図31は、製氷を行うための本発明のさらに別の実施例に関する。以下の説明において、エレメントの番号(1YXX)の先頭に数1Y列の接頭語を使用する置くが、これは、変更が示されもしくは記載されている場合を除いて、1000の接頭語を有するエレメント(10XX)と同じ物を指す。   22 to 31 relate to yet another embodiment of the present invention for making ice. In the following description, the prefix of the number 1Y column is used at the beginning of the element number (1YXX), which is the element with 1000 prefixes unless a change is shown or described. The same thing as (10XX) is pointed out.

本発明のいくつかの実施例は、液体の状態から固体の状態までの水の状態変化を検出するための容量性センサの使用に関する。本発明は、水に限定されず、液体の状態と固体の状態で容量的特性が異なる任意の物質に適用できる。   Some embodiments of the present invention relate to the use of capacitive sensors to detect water state changes from a liquid state to a solid state. The present invention is not limited to water, and can be applied to any substance having different capacitive characteristics between a liquid state and a solid state.

本発明の一実施例は、製氷装置の一部を容量性センサの一体の部分として使用することに関する。以下に論じるように、氷の近くに蒸発器チューブを備えた製氷機は、チューブを二電極キャパシタの一方の電極として使用できる。しかしながら、本発明は、冷媒蒸発器チューブを一方の容量性電極として使用することに限定されない。本発明は、さらに、製氷装置の他の部分を容量性センサの一方の電極として使用する実施例を考えている。好ましくは、容量性電極として選択された製氷機の部分は、導電性が良好でなければならず、氷が形成される少なくとも一つの位置に最も近く配置されていなければならない。   One embodiment of the present invention relates to the use of a portion of an ice making device as an integral part of a capacitive sensor. As discussed below, an ice maker with an evaporator tube near the ice can use the tube as one electrode of a two-electrode capacitor. However, the present invention is not limited to using the refrigerant evaporator tube as one capacitive electrode. The present invention further contemplates embodiments in which other parts of the ice making device are used as one electrode of a capacitive sensor. Preferably, the portion of the ice maker selected as the capacitive electrode must be of good electrical conductivity and be located closest to at least one location where ice is formed.

本発明のいくつかの実施例では、容量性氷センサの第2電極は、製氷容器内に、形成される氷の位置および形状に対応するパターンで配置された導体である。一例として、第二電極は、ワイヤ、箔、チューブ、または他の断面形状を備えていてもよく、製氷容器内に吊り下げられ、容器の壁または他の構造に埋め込まれ、容器に接着され、容器の表面上にコーティングされ、または他の方法で氷の形成に対応する位置に配置される。しかしながら、本発明の他の実施例は、第2電極をここに説明したように使用することに限定されない。本発明は、さらに、第2電極が、容器の壁または他の構造、水入口、または他の構成要素等の製氷アッセンブリの第2部分である、実施例を考えている。好ましくは、第2電極は、凍結される水の静電容量場(capacitive field)を除くと、第1電極と電気的に通じていない。   In some embodiments of the present invention, the second electrode of the capacitive ice sensor is a conductor arranged in a pattern corresponding to the position and shape of the ice formed in the ice making container. As an example, the second electrode may comprise a wire, foil, tube, or other cross-sectional shape, suspended in an ice making container, embedded in a container wall or other structure, and bonded to the container, Coated on the surface of the container, or otherwise placed at a location corresponding to ice formation. However, other embodiments of the present invention are not limited to using the second electrode as described herein. The present invention further contemplates embodiments in which the second electrode is a second portion of an ice making assembly, such as a vessel wall or other structure, a water inlet, or other component. Preferably, the second electrode is not in electrical communication with the first electrode except for a capacitive field of water to be frozen.

本発明のいくつかの実施例では、氷は、冷凍ユニットの蒸発器の最も近くに形成される。蒸発器は、液体の水の浴内に吊り下げられる。氷の壁の厚さは、低温の冷媒が蒸発器を通して圧送されるため、増大し続ける。蒸発器が、下方に垂下した複数のフィンガを持つ実施例では、氷が個々のフィンガの周囲で形成し、これらの個々の氷形体(ice shape) の壁の厚さは、氷点下の蒸発器で経時的に増大し続ける。   In some embodiments of the invention, the ice is formed closest to the evaporator of the refrigeration unit. The evaporator is suspended in a liquid water bath. The thickness of the ice wall continues to increase as cold refrigerant is pumped through the evaporator. In an embodiment where the evaporator has a plurality of fingers depending downwardly, ice forms around the individual fingers, and the wall thickness of these individual ice shapes is determined by the evaporator below the freezing point. Continues to increase over time.

形成される氷の壁の厚さを容量性センサで監視することによって、計測された氷の壁の厚さ(静電容量の変化から推測される)が所定範囲内にあるときに製氷プロセスを終了できる。そのとき、蒸発器チューブの氷点下の温度を、冷凍ユニットの電子式制御装置の作動によって終了し、蒸発器チューブを温めることにより、氷形体をフィンガから外すことができる。   By monitoring the thickness of the formed ice wall with a capacitive sensor, the ice-making process can be performed when the measured ice wall thickness (estimated from the change in capacitance) is within a predetermined range. It can be finished. At that time, the temperature below the freezing point of the evaporator tube is terminated by the operation of the electronic controller of the refrigeration unit, and the ice shape can be removed from the finger by warming the evaporator tube.

本発明の方法によるこの作動は、氷形体の壁の厚さを、蒸発器が氷点下の温度にあった時間から推測する現在の作動方法とは全く異なっている。時間に基づいたこの作動方法には、隣接したフィンガの氷が互いに繋がって、一つまたはそれ以上の過大な氷形体となる可能性がある。この種の不適切な作動は、調時式製氷機が第1サイクルで中断し、続いて行われる第2サイクルで氷点下のフィンガのところで時間を掛け過ぎた場合に生じる。   This operation according to the method of the present invention is quite different from the current method of operation in which the wall thickness of the ice form is inferred from the time the evaporator was at a temperature below freezing. This time-based method of operation can cause adjacent finger ices to join together into one or more excessive ice shapes. This type of improper operation occurs when the timed ice maker is interrupted in the first cycle and over time is taken at a sub-freezing finger in the subsequent second cycle.

本発明のさらに別の実施例では、大きさおよび形状が最終的な氷キューブに対応する複数の個々の容器に水を配置する。容器全体を氷点下の容積部分に置く。このような実施例では、容量性氷センサを使用して壁の厚さを推測し、これは、部分的に凍結した氷キューブの壁内に含まれる未凍結の水の容積部分とも対応する。   In yet another embodiment of the invention, water is placed in a plurality of individual containers that correspond in size and shape to the final ice cube. Place the entire container in a volume below the freezing point. In such an embodiment, a capacitive ice sensor is used to infer the wall thickness, which also corresponds to the volume of unfrozen water contained within the wall of the partially frozen ice cube.

以上、図示し説明した実施例は、製氷機での氷の形成を検出するための容量性センサに関するが、本発明はこれに限定されない。本発明の他の実施例は、道路上、航空機の翼前縁、エンジンの入口、および氷の形成を検出するのが望ましい他の位置での氷の形成を検出するための装置および方法に関する。   Although the embodiment shown and described above relates to a capacitive sensor for detecting the formation of ice in an ice making machine, the present invention is not limited to this. Another embodiment of the invention relates to an apparatus and method for detecting ice formation on roads, aircraft wing leading edges, engine inlets, and other locations where it is desirable to detect ice formation.

本発明の一実施例を図22に示す。製氷システム1020は、容量性氷センサの二つの電極のうちの一方として、冷凍システムのフィンガ型蒸発器を使用する。フィンガ型蒸発器は、氷キューブを形成する製氷機1020の一体の部分である。   An embodiment of the present invention is shown in FIG. The ice making system 1020 uses a finger evaporator of the refrigeration system as one of the two electrodes of the capacitive ice sensor. The finger evaporator is an integral part of the ice making machine 1020 that forms an ice cube.

氷キューブを形成するための一つの方法は、多フィンガ(一般的には、フィンガの数は12個である)蒸発器を使用することである。この蒸発器では、閉鎖端フィンガ1032が容器1024の水浴内に吊り下げられている。図22ないし図28を参照すると、フィンガ1032は、U字形状の共通の蒸発器チューブアッセンブリ1030から延びている。図32は、本発明の一実施例による製氷機120の部分の写真から書き起こした図である。閉鎖端フィンガ1032は、蒸発器チューブ1030から下方に垂下していることがわかる。容器1024は、フィンガ1032から遠ざかるように下方に部分的に回転させた状態で示してある。低温の冷媒が凝縮器チューブの入口1030aを通って導入される。温められた冷媒がチューブ1030の出口1030bを通って出る。製氷アッセンブリで一般的であるように、冷媒は、凍結プロセス中に個々のフィンガ1032を取り囲む水から熱を取り去るときに温められる。フィンガを持つU字形状蒸発器チューブを図示しかつ説明したが、本発明はこれに限定されず、直線状、円形、および螺旋状を含む任意の形状の蒸発器チューブを使用することを考えている。   One way to form an ice cube is to use a multi-finger (generally 12 fingers) evaporator. In this evaporator, closed end finger 1032 is suspended in a water bath of container 1024. Referring to FIGS. 22-28, the finger 1032 extends from a common evaporator tube assembly 1030 that is U-shaped. FIG. 32 is a drawing created from a photograph of a portion of the ice making machine 120 according to one embodiment of the present invention. It can be seen that the closed end finger 1032 depends downwardly from the evaporator tube 1030. Container 1024 is shown in a partially rotated downward direction away from finger 1032. Cold refrigerant is introduced through the condenser tube inlet 1030a. The warmed refrigerant exits through the outlet 1030b of the tube 1030. As is common in ice making assemblies, the refrigerant is warmed as it removes heat from the water surrounding the individual fingers 1032 during the freezing process. Although a U-shaped evaporator tube with fingers has been illustrated and described, the present invention is not so limited, and it is contemplated to use any shape of evaporator tube including linear, circular, and helical. Yes.

製氷作業が進行するに従って、蒸発器チューブのフィンガ内の冷媒は、各フィンガを取り囲む水を冷却してこれを凍結し、増大する厚い壁を形成する。結果的に得られた氷キューブ1026の全体形状は、シンブル形状を持つと説明できる。図23Aおよび図23Bは、夫々、製氷システム1020で形成した氷キューブ1026の側面図および平面図である。氷キューブ1026は、対応するフィンガ1032の周囲に形成されたポケット1027を含む。ここに図示しかつ説明したのは、蒸発器チューブのフィンガの周囲に形成したシンブル形状の氷キューブであるが、本発明はこれに限定されず、例えば立方体やシート等の任意の形状の氷の形成が考えられる。   As the ice making operation proceeds, the refrigerant in the evaporator tube fingers cools and freezes the water surrounding each finger, forming an increasing thick wall. The overall shape of the resulting ice cube 1026 can be described as having a thimble shape. 23A and 23B are a side view and a plan view, respectively, of an ice cube 1026 formed by the ice making system 1020. Ice cube 1026 includes pockets 1027 formed around corresponding fingers 1032. Although shown and described here is a thimble-shaped ice cube formed around the fingers of the evaporator tube, the present invention is not limited to this, for example, ice of any shape such as a cube or a sheet. Formation is conceivable.

図24は、図22の製氷機の一部の概略平面図である。フィンガ1032の2×2のアレイを示す。フィンガに対応する氷キューブ1026が形成された状態で示してある。一実施例では、形成されたチューブの壁は8.89mmないし10.16mm(約0.35インチないし0.4インチ)であり、隣接した氷キューブの壁間に2.54mmないし5.08mm(0.1インチないし0.2インチ)の隙間が残っている。蒸発器のフィンガの直径は、約10.16mmないし12.7mm(約0.4インチないし0.5インチ)である。これらの寸法は単なる例であって、本発明の任意の実施例を限定しようとするものではない。   24 is a schematic plan view of a part of the ice making machine of FIG. A 2 × 2 array of fingers 1032 is shown. An ice cube 1026 corresponding to the finger is formed. In one embodiment, the tube wall formed is between about 8.35 mm and 10.16 mm (about 0.35 inch to 0.4 inch), and between the walls of adjacent ice cubes is 2.54 mm to 5.08 mm ( A gap of 0.1 inches to 0.2 inches remains. The diameter of the evaporator fingers is about 0.4 to 0.5 inches (about 10.16 mm to 12.7 mm). These dimensions are merely examples and are not intended to limit any embodiment of the present invention.

図22を再び参照すると、製氷システム1020は、第1電極1034および第2電極1040から形成された容量性センサを含む。第1電極1034は、複数のフィンガ1032を持つ凝縮器チューブアッセンブリ1030に電気的に接続されている。上文中に論じたように、この第1電極は、製氷システムの凝縮器チューブに限定されず、形成された氷キューブに近接した製氷システムの別の導電性部分であってもよい。   Referring again to FIG. 22, the ice making system 1020 includes a capacitive sensor formed from a first electrode 1034 and a second electrode 1040. The first electrode 1034 is electrically connected to a condenser tube assembly 1030 having a plurality of fingers 1032. As discussed above, this first electrode is not limited to the condenser tube of the ice making system, but may be another conductive part of the ice making system proximate to the formed ice cube.

第2電極1040は、製氷容器1024内の、氷が形成される製氷システム1020の領域に配置されている(または容器1024内に埋設されている)。システム1020の第2電極1040は、二枚の導体ストリップ1040a1および1040a2を含む。蒸発器チューブ1030およびその複数のフィンガ1032は、容量性センサのこの第2電極対間でU字形状をなしている。第2電極1040について、多くのさまざまな形態が可能である。第2電極は、第1電極から物理的に離間されておりかつ第1電極から電気的に絶縁されている。第2電極1040についての一つの形態の一例は、図25に示すループであり、第2電極が第1電極のすべてのフィンガを水浴の壁に従って取り囲んでいる。位置についてのこの他の例は、容器1124の内壁1124a、容器1124の外壁1124b、または容器1124の壁内に成形することである。内壁に設けた(図25参照)場合に良好なセンサ性能が得られた。これは、上文中に言及した他の二つの形態の容器のプラスチック壁またはプラスチック壁の部分がないためである。   The second electrode 1040 is arranged in an area of the ice making system 1020 in which ice is formed in the ice making container 1024 (or embedded in the container 1024). The second electrode 1040 of the system 1020 includes two conductor strips 1040a1 and 1040a2. The evaporator tube 1030 and its plurality of fingers 1032 are U-shaped between this second pair of electrodes of the capacitive sensor. Many different forms of the second electrode 1040 are possible. The second electrode is physically separated from the first electrode and electrically insulated from the first electrode. An example of one form for the second electrode 1040 is the loop shown in FIG. 25, where the second electrode surrounds all fingers of the first electrode according to the wall of the water bath. Another example of location is molding into the inner wall 1124a of the container 1124, the outer wall 1124b of the container 1124, or the wall of the container 1124. Good sensor performance was obtained when it was provided on the inner wall (see FIG. 25). This is because there are no plastic walls or plastic wall portions of the other two forms of containers mentioned above.

図22は、本発明の一実施例による製氷システム1020を示す。製氷システム1020は容量性氷センサを備えており、このセンサの第1電極は、蒸発器チューブ1030およびそのフィンガ1032である。リードワイヤ1034が蒸発器チューブ1030に電気的に接続されており、さらに容量性計測回路に電気的に接続されている。容量性氷センサの第2電極は、二枚の導体ストリップ1040a1および1040a2を含む。空間的に離間されたこれらの導体は、容量性氷センサの単一の電極として作用するように電気的に接続されている。   FIG. 22 illustrates an ice making system 1020 according to one embodiment of the present invention. The ice making system 1020 includes a capacitive ice sensor, the first electrode of which is the evaporator tube 1030 and its fingers 1032. A lead wire 1034 is electrically connected to the evaporator tube 1030 and is further electrically connected to the capacitive measurement circuit. The second electrode of the capacitive ice sensor includes two conductor strips 1040a1 and 1040a2. These spatially spaced conductors are electrically connected to act as a single electrode for the capacitive ice sensor.

図25は、本発明の一実施例による製氷システム1120を示す。製氷システム1120は、容量性氷センサを備えており、このセンサの第1電極は、蒸発器チューブ1130およびそのフィンガ1132である。リードワイヤ1134が蒸発器チューブ1130に電気的に接続されており、さらに容量性計測回路に電気的に接続されている。容量性氷センサの第2電極は、蒸発器フィンガ1132の周囲でループをなす導電性電極1140bを含む。リードワイヤ(図示せず)が電極1140bを容量性計測回路に電気的に接続する。   FIG. 25 illustrates an ice making system 1120 according to one embodiment of the present invention. The ice making system 1120 includes a capacitive ice sensor, the first electrode of which is the evaporator tube 1130 and its fingers 1132. A lead wire 1134 is electrically connected to the evaporator tube 1130 and is further electrically connected to the capacitive measurement circuit. The second electrode of the capacitive ice sensor includes a conductive electrode 1140 b that loops around the evaporator finger 1132. A lead wire (not shown) electrically connects the electrode 1140b to the capacitive measurement circuit.

図26は、本発明の一実施例による製氷システム1220を示す。製氷システム1220は、容量性氷センサを備えており、このセンサの第1電極は、蒸発器チューブ1230およびそのフィンガ1232である。リードワイヤ1234が蒸発器チューブ1230に電気的に接続されており、さらに容量性計測回路に電気的に接続されている。容量性氷センサの第2電極は、スカラップパターンに形成された導体1240cを含む。これらのスカラップは、全体として、製造された氷キューブの最終形状に対応する。リードワイヤ(図示せず)が導体1240cを容量性計測回路に電気的に接続する。スカラップ形状を図示しかつ説明したが、本発明の他の実施例は、矩形の氷キューブ等のさまざまな形状の氷キューブと全体に対応する電極形状を含む。   FIG. 26 illustrates an ice making system 1220 according to one embodiment of the present invention. The ice making system 1220 includes a capacitive ice sensor, the first electrode of which is the evaporator tube 1230 and its fingers 1232. A lead wire 1234 is electrically connected to the evaporator tube 1230 and is further electrically connected to the capacitive measurement circuit. The second electrode of the capacitive ice sensor includes a conductor 1240c formed in a scalloped pattern. These scallops generally correspond to the final shape of the produced ice cube. A lead wire (not shown) electrically connects the conductor 1240c to the capacitive measurement circuit. Although a scalloped shape has been illustrated and described, other embodiments of the present invention include various shapes of ice cubes, such as rectangular ice cubes, and corresponding electrode shapes overall.

図27は、本発明の一実施例による製氷システム1320を示す。製氷システム1320は、容量性氷センサを備えており、このセンサの第1電極は、蒸発器チューブ1330およびそのフィンガ1332である。リードワイヤ1334が蒸発器チューブ1330に電気的に接続されており、さらに容量性計測回路に電気的に接続されている。容量性氷センサの第2電極は、U字形状蒸発器チューブ1330内および容器1324内の中央に配置された導体アッセンブリ1340d0を含む。この導体アッセンブリ1340d0は、下方に(すなわち、図27でみて紙面内に)垂下した七本のピン1340d2を含み、これらのピンは、蒸発器フィンガ1332の高さの少なくとも部分に沿って延びる。ピン1340d2は、ワイヤ1340d1によって相互接続されている。導体アッセンブリ1340d0は、容量性計測回路に電気的に接続されている。一実施例では、ピン1340d2は、フィンガの2×6のアレイが、図27に示すように七本のピンを持つように、フィンガのいずれかの側部に沿って設けられている。しかしながら、本発明は、氷キューブが形成されるべき領域の最も近くに配置されたピンが一本と少数であることを考えている。   FIG. 27 illustrates an ice making system 1320 according to one embodiment of the present invention. The ice making system 1320 includes a capacitive ice sensor, the first electrode of which is the evaporator tube 1330 and its fingers 1332. A lead wire 1334 is electrically connected to the evaporator tube 1330 and is further electrically connected to the capacitive measurement circuit. The second electrode of the capacitive ice sensor includes a conductor assembly 1340d0 disposed centrally within the U-shaped evaporator tube 1330 and the container 1324. The conductor assembly 1340d0 includes seven pins 1340d2 depending downward (ie, in the plane of the paper as viewed in FIG. 27), which extend along at least a portion of the height of the evaporator finger 1332. Pins 1340d2 are interconnected by wire 1340d1. The conductor assembly 1340d0 is electrically connected to the capacitive measurement circuit. In one embodiment, pins 1340d2 are provided along either side of the finger so that a 2 × 6 array of fingers has seven pins as shown in FIG. However, the present invention contemplates that only one and a few pins are located closest to the area where the ice cube is to be formed.

図28は、本発明の一実施例による製氷システム1420を示す。製氷システム1420は、容量性氷センサを備えており、このセンサの第1電極は、蒸発器チューブ1430およびそのフィンガ1432である。リードワイヤ1434が蒸発器チューブ1430に電気的に接続されており、さらに容量性計測回路に電気的に接続されている。容量性氷センサの第2電極は、U字形状蒸発器チューブ1430内および容器1424内の中央に配置された導体アッセンブリ1440e0を含む。一実施例では、導体アッセンブリ1440e0は、導体1440e1によって相互接続された五個の菱形形状の構造1440e2を形成するように構成された導体ループを含む。別の実施例では、菱形形状の構造1440e2’のおのおのは、菱形の一つの点から、隣接した菱形の最も近い点まで単一の導体1440e1’によって相互接続されている。好ましくは、菱形形状の構造1440e2は、全蒸発器アッセンブリの2×2の部分の四つの隣接したフィンガ間の中央に配置される。   FIG. 28 illustrates an ice making system 1420 according to one embodiment of the present invention. The ice making system 1420 includes a capacitive ice sensor, the first electrode of which is the evaporator tube 1430 and its fingers 1432. A lead wire 1434 is electrically connected to the evaporator tube 1430 and further electrically connected to the capacitive measurement circuit. The second electrode of the capacitive ice sensor includes a conductor assembly 1440e0 disposed centrally within the U-shaped evaporator tube 1430 and the container 1424. In one example, conductor assembly 1440e0 includes a conductor loop configured to form five rhombus-shaped structures 1440e2 interconnected by conductors 1440e1. In another embodiment, each of the diamond-shaped structures 1440e2 'is interconnected by a single conductor 1440e1' from one point of the diamond to the closest point of the adjacent diamond. Preferably, the diamond-shaped structure 1440e2 is centrally located between four adjacent fingers of the 2x2 portion of the total evaporator assembly.

下方に垂下した複数のフィンガを持つU字形状蒸発器チューブに対応する形状を持つ第2電極を図示しかつ説明した。上文中に論じたように、本発明は任意の形状の蒸発器チューブを考えている。好ましくは、第2電極は、蒸発器チューブの形状、取り出し完了状態の氷キューブの形状、製氷機の容器の形状、個々の氷キューブ用の容器の形状、またはこれらの形状を組み合わせた形状と全体に対応する形状を備えている。   A second electrode having a shape corresponding to a U-shaped evaporator tube having a plurality of fingers depending downwardly is shown and described. As discussed above, the present invention contemplates any shape of evaporator tube. Preferably, the second electrode has a shape of an evaporator tube, a shape of an ice cube that has been taken out, a shape of a container of an ice making machine, a shape of a container for individual ice cubes, or a combination of these shapes and the whole It has a shape corresponding to.

本発明のいくつかの実施例では、第1電極は、製氷機内の現存の構造の部分である。これは、費用に優れた方法である。図22ないし図28に示す実施例では、蒸発器と計測回路との間に電気的接続がなされている。これらの図面のうちの任意の図面を参照すると、この接続は、蒸発器に直接接続することによって、または冷凍システム内の等価の点、例えば、蒸発器に供給する液体ラインに接続することによって行うことができる。   In some embodiments of the invention, the first electrode is part of an existing structure in the ice machine. This is an expensive method. In the embodiment shown in FIGS. 22 to 28, an electrical connection is made between the evaporator and the measuring circuit. Referring to any of these drawings, this connection is made by connecting directly to the evaporator or by connecting to an equivalent point in the refrigeration system, for example, a liquid line that feeds the evaporator. be able to.

二つの電極間の誘電率が変化して静電容量を変化する。この静電容量の変化は、計測回路によって計測できる。この場合には、液体の水の浴が開始誘電体を提供する。固体状態の氷への状態変化中に液体の水から熱が奪われるに従って、同じ容積の水の誘電率が、水と関連した誘電率から、氷と関連した誘電率まで変化する。水の誘電率は約80であり、氷と関連した誘電率は約3である。従って、誘電率の変化は、27:1である。しかしながら、本発明は、誘電率の変化が27:1の物質に限定されず、状態変化を受ける物質の誘電率の変化が5:1と低い実施例も考えている。   The dielectric constant between the two electrodes changes to change the capacitance. This change in capacitance can be measured by a measurement circuit. In this case, a liquid water bath provides the starting dielectric. As heat is removed from liquid water during a change of state to solid state ice, the dielectric constant of the same volume of water changes from the dielectric constant associated with water to the dielectric constant associated with ice. The dielectric constant of water is about 80, and the dielectric constant associated with ice is about 3. Accordingly, the change in dielectric constant is 27: 1. However, the present invention contemplates embodiments in which the change in permittivity is not limited to 27: 1 materials, and the change in permittivity of materials undergoing state changes is as low as 5: 1.

本発明のいくつかの実施例では、容量性氷センサの第1および第2の電極は、好ましくは、デジタル式制御装置である制御装置に設けられている。別の実施例では、制御装置は、製氷機の容器内の温度に対応する信号を受け取る。好ましくは、制御装置は、第1および第2の電極間の静電容量を計測し、いくつかの実施例では、温度信号に基づいて計測値を補正する。   In some embodiments of the present invention, the first and second electrodes of the capacitive ice sensor are provided on a controller, preferably a digital controller. In another embodiment, the controller receives a signal corresponding to the temperature in the ice machine container. Preferably, the controller measures the capacitance between the first and second electrodes, and in some embodiments, corrects the measured value based on the temperature signal.

均質な水浴から内部で氷キューブが形成されている水浴までのこの状態変化は、区分的積分としてモデル化できる。この状況は、多くのキャパシタが直列に接続されているため、近似的にモデル化でき、これらの直列のキャパシタエレメントの各一つの変化を分析により考慮する。分析で使用されたキャパシタの数は、結果的に得られた関数の滑らかさと関連する。妥当な結果を得るため、20個のエレメントを使用できる。   This state change from a homogeneous bath to a bath in which ice cubes are formed can be modeled as a piecewise integral. This situation can be modeled approximately because many capacitors are connected in series, and each one change in these series capacitor elements is taken into account by analysis. The number of capacitors used in the analysis is related to the smoothness of the resulting function. Twenty elements can be used for reasonable results.

本発明の一実施例の分析を行う上での初期状態は、均質な水浴であり、考慮されるすべてのピースの誘電率が80と高い。これは、随意の初期静電容量値に合わせて設定した直列のキャパシタによってモデル化される。直列キャパシタネットワークの総静電容量値を計算し、記録する。各フィンガ1031で氷が形成され始まると、氷は、最初は非常に薄く、次いで徐々に厚くなる。進行は、別個のエレメントによって分けられて分析される。初期状態後の第1工程は、第1一体化エレメントが、水から氷まで完全に変化し、このエレメントについての対応する誘電率が80から3に変化する工程である。モデルでは、第1エレメントは、初期値を誘電率の比、すなわち約80/3で除した静電容量の値まで変化する。直列キャパシタネットワークの総静電容量値を計算し、記録する。次のキャパシタを同じファクタで修正し、水から氷への次の水浴セグメントの完全な変化をモデル化する。直列キャパシタネットワークの総静電容量値を計算し、記録する。これを、すべての水浴が水から氷へ状態変化するまで続行する。このモデルは、本発明のいくつかの実施例によるフィンガ型蒸発器を使用して氷キューブを実際に製造する場合よりも長いということに着目されたい。これは、いくつかの実施例では、水浴全体が固体の氷になる前に氷キューブが取り出されるためである。このように早期に排出することにより、製氷機の総生産量を高くできる。これは、取り出された部分的に凍結している氷キューブが、冷凍領域の別の容器で完全凍結状態に状態変化し続けるとき、製氷機を使用して次の世代(next generation) の氷キューブの製造を開始できるためである。   The initial state for performing an analysis of one embodiment of the present invention is a homogeneous water bath, with all pieces being considered having a high dielectric constant of 80. This is modeled by a series capacitor set to an arbitrary initial capacitance value. Calculate and record the total capacitance value of the series capacitor network. As ice begins to form on each finger 1031, the ice is initially very thin and then gradually thickens. Progress is analyzed separated by separate elements. The first step after the initial state is a step in which the first integrated element changes completely from water to ice and the corresponding dielectric constant for this element changes from 80 to 3. In the model, the first element changes to an initial value divided by a dielectric constant ratio, ie, a value of capacitance divided by about 80/3. Calculate and record the total capacitance value of the series capacitor network. The next capacitor is modified by the same factor to model the complete change of the next water bath segment from water to ice. Calculate and record the total capacitance value of the series capacitor network. This is continued until all baths change state from water to ice. It should be noted that this model is longer than if an ice cube was actually manufactured using a finger evaporator according to some embodiments of the present invention. This is because, in some embodiments, the ice cubes are removed before the entire water bath becomes solid ice. By discharging early in this way, the total production amount of the ice making machine can be increased. This is because when a partially frozen ice cube that has been removed continues to change state to a fully frozen state in another container in the freezing area, the ice cube is used to create the next generation ice cube. This is because the manufacture of can be started.

図29は、本発明の一実施例による容量性氷センサの正規化静電容量を、水が液体状態から固体状態に変化するときの、センサに最も近い水の状態の関数として示すグラフである。正規化静電容量と氷の凍結状態の%との間のこの関係1099を使用し、いくつかの場合において完全に固体状態に状態変化する前の推測された壁厚が所定値のとき、第1世代の氷キューブの取り出しを開始できる。例えば、電子式制御装置は、容量性氷センサから信号を受け取る。液体の水を容器1024に導入したときに静電容量の第1の計測値を得る。凍結サイクルを開始すると、制御装置は、氷センサの静電容量を定期的に計測する。この瞬間的静電容量を初期静電容量で正規化し、凍結サイクル中に静電容量がどれ程変化したのかを決定する。例えば、静電容量の90%の低下は、約35%が凍結した氷キューブを示す。静電容量の95%の低下は、約70%ないし80%が凍結した氷キューブを示す。   FIG. 29 is a graph showing the normalized capacitance of a capacitive ice sensor according to one embodiment of the present invention as a function of the water state closest to the sensor as the water changes from a liquid state to a solid state. . Using this relationship 1099 between normalized capacitance and% of ice frozen state, in some cases, when the estimated wall thickness before changing to a completely solid state is a predetermined value, You can start taking out a 1st generation ice cube. For example, an electronic controller receives a signal from a capacitive ice sensor. A first measured value of capacitance is obtained when liquid water is introduced into the container 1024. When the freezing cycle is started, the control device periodically measures the capacitance of the ice sensor. This instantaneous capacitance is normalized with the initial capacitance to determine how much the capacitance has changed during the freeze cycle. For example, a 90% decrease in capacitance indicates an ice cube that is about 35% frozen. A 95% decrease in capacitance is indicative of ice cubes that are about 70% to 80% frozen.

図30は、氷キューブ1026(図23Aおよび図23B参照)の半径方向壁厚に関する計測データの3つのクラスタを、キューブの重量の関数として示す。例えば、半径方向壁厚を約8.89mmないし9.652mm(0.35インチないし0.38インチ)にするのが望ましい場合には、キューブの対応する重量は、約10.5gないし11.5gの範囲内にある。   FIG. 30 shows three clusters of measured data regarding the radial wall thickness of ice cube 1026 (see FIGS. 23A and 23B) as a function of the weight of the cube. For example, if it is desirable to have a radial wall thickness of about 0.35 inch to 0.38 inch, the corresponding weight of the cube is about 10.5 g to 11.5 g. It is in the range.

図31は、さまざまな形態の第2電極についての、時間に対する氷センサの静電容量に関する。曲線1196は、図25に示すループ電極1140bについての、時間に対する静電容量に関する。曲線1296は、図26に示すスカラップの第2電極1240bについての、時間に対する静電容量を示す。図27に示すのと同様の五本のピンを含む電極アレイについての、時間の関数としての静電容量に関する3つの曲線1396が示してある。図27は、フィンガ1332とほぼ平行に延びかつ導体1340d1によって相互接続された七本のピン1340d2を含む第2電極1340を示す。   FIG. 31 relates to ice sensor capacitance versus time for various forms of second electrodes. Curve 1196 relates to the capacitance with respect to time for the loop electrode 1140b shown in FIG. Curve 1296 shows the capacitance versus time for the scalloped second electrode 1240b shown in FIG. Three curves 1396 with respect to capacitance as a function of time are shown for an electrode array containing five pins similar to that shown in FIG. FIG. 27 shows a second electrode 1340 that includes seven pins 1340d2 that extend generally parallel to finger 1332 and interconnected by conductors 1340d1.

図34は、本発明の別の実施例による蒸発器アッセンブリ1050を示す。蒸発器アッセンブリ1050は、熱交換器をなして構成されておりかつ複数のU字形状屈曲部1053を持つ一つまたはそれ以上のチューブ1052を含む。複数のフィン1051が一つまたはそれ以上のチューブ1052と伝熱接触している。冷媒すなわちクーラントをチューブ1052を通して圧送する。このクーラントがチューブから熱を奪い、フィンとの伝熱接触によりフィンを冷却する。空気が蒸発器1050を通過し、これによって冷却され、次いで、冷凍または冷却で使用される。いくつかの用途では、フィンは、約10mmまたは5mm離してある。フィンの代表的な厚さは約0.3mmである。   FIG. 34 illustrates an evaporator assembly 1050 according to another embodiment of the present invention. The evaporator assembly 1050 is configured as a heat exchanger and includes one or more tubes 1052 having a plurality of U-shaped bends 1053. A plurality of fins 1051 are in heat transfer contact with one or more tubes 1052. Refrigerant or coolant is pumped through tube 1052. This coolant removes heat from the tube and cools the fins by heat transfer contact with the fins. Air passes through the evaporator 1050 and is thereby cooled and then used in refrigeration or cooling. In some applications, the fins are about 10 mm or 5 mm apart. A typical thickness of the fin is about 0.3 mm.

多くの場合、蒸発器1050によって冷却される空気は水分を含んでおり、この水分が霜としてフィン1051およびチューブ1052に付着する。本明細書中上文中に説明した種類のセンサを蒸発器1050に追加し、霜の形成を示す信号を提供してもよい。本発明のいくつかの実施例では、霜センサ20’をチューブの屈曲部1053に配置する。他の実施例では、センサ57’等のセンサを隣接したフィン1051間にチューブ1052の一部の最も近くに配置する。57’および20’についてのプライム表示(’)の使用は、蒸発器アッセンブリに取り付けられるようになっておりかつそのように形成されていることを除くと、上文中に説明したセンサ57または20の夫々を示す。   In many cases, the air cooled by the evaporator 1050 contains moisture, and this moisture adheres to the fins 1051 and the tubes 1052 as frost. A sensor of the type described hereinabove may be added to the evaporator 1050 to provide a signal indicating frost formation. In some embodiments of the present invention, the frost sensor 20 'is positioned at the bend 1053 of the tube. In other embodiments, a sensor, such as sensor 57 ', is positioned closest to a portion of tube 1052 between adjacent fins 1051. The use of the prime indication (') for 57' and 20 'is that of sensor 57 or 20 described above, except that it is adapted to be attached to the evaporator assembly and so formed. Showing each one.

本発明のさらに別の実施例では、センサ20、520、620、または本明細書中に説明した他の本発明のセンサを、蒸発器に溜まった霜を取るために使用する。上文中に論じたように、周囲空気を蒸発器に吹き付けると、霜が蒸発器に形成され、センサ20が蒸発器に最も近い実施例では、キャパシタにも霜が形成される。これによりキャパシタの電極に最も近く霜が溜まり、束線が変化する。これは、霜の誘電率が空気と異なっており、その結果、センサの容量的応答を変化させてしまうためである。静電容量の計測された変化は、オペレータに提供でき(静電容量の変化により「霜ライト」を点灯する実施例の場合)、または電子式制御装置によって使用でき、蒸発器の霜取りサイクルを作動させる。   In yet another embodiment of the present invention, sensors 20, 520, 620, or other inventive sensors described herein are used to remove frost that has accumulated in the evaporator. As discussed above, when ambient air is blown onto the evaporator, frost is formed in the evaporator, and in embodiments where the sensor 20 is closest to the evaporator, frost is also formed in the capacitor. As a result, frost accumulates closest to the capacitor electrode, and the bundle changes. This is because the dielectric constant of frost is different from air and as a result changes the capacitive response of the sensor. The measured change in capacitance can be provided to the operator (in the case of an embodiment where the “frost light” is turned on by a change in capacitance) or can be used by an electronic controller to activate the evaporator defrost cycle Let

霜取り作動中に一般的に行われているように、加熱した流体を蒸発器に流すことにより蒸発器および容量性センサを加熱する。霜が最初に液体の水に変化するとき、センサの静電容量が増大する。これは、液体の水の誘電率が凍結した水よりも高いためである。次いで、熱を加え続けることにより、液体の水を蒸発させ、その結果、センサの静電容量が減少する。静電容量のこれらの変化(液相に向かって増大し、蒸発後に減少する)を使用し、霜取りサイクルの完了をオペレータに知らせる。同様に、静電容量の増大および減少を感知した電子式制御装置が、蒸発器への熱源を切る。   The evaporator and capacitive sensor are heated by flowing heated fluid through the evaporator, as is commonly done during defrosting operations. When the frost first changes to liquid water, the capacitance of the sensor increases. This is because the dielectric constant of liquid water is higher than that of frozen water. Then, by continuing to apply heat, liquid water is evaporated, resulting in a decrease in the capacitance of the sensor. These changes in capacitance (increasing towards the liquid phase and decreasing after evaporation) are used to inform the operator that the defrost cycle is complete. Similarly, an electronic controller that senses capacitance increases and decreases turns off the heat source to the evaporator.

一般的には、本発明の一実施例による計測回路は、製氷機の制御システムまたは霜制御システムに容易に一体化できる容量性入力および出力を提供する。共通の出力は、蒸発器のフィンガ上での氷の形成に応じて変化するアナログ電圧、パルス幅モジュレーション出力、またはデジタル出力フォーマットである。   In general, a measurement circuit according to one embodiment of the present invention provides a capacitive input and output that can be easily integrated into an ice machine control system or frost control system. Common outputs are analog voltage, pulse width modulation output, or digital output format that varies with ice formation on the evaporator fingers.

本発明の一実施例は、液体の水を保持するための容器と、容器内の水から熱を取り去るための冷凍ユニットと、容器内の水の静電容量を感知し、水の静電容量に対応する信号を提供するための手段と、前記冷凍ユニットに動作可能に接続された制御装置とを含む製氷装置に関し、前記制御装置は、前記冷凍ユニットを前記信号に応じて作動する。   One embodiment of the present invention includes a container for holding liquid water, a refrigeration unit for removing heat from the water in the container, and a capacitance of the water by sensing the capacitance of the water in the container. The ice making apparatus includes means for providing a signal corresponding to the refrigeration unit and a control device operably connected to the refrigeration unit, wherein the control device operates the refrigeration unit in response to the signal.

いくつかの実施例では、前記感知手段は、フリンジ効果キャパシタである。他の実施例では、前記フリンジ効果キャパシタは、少なくとも二つの電極を有し、容器内の水は、二つの電極に対して誘電体である。さらに別の実施例では、前記感知手段は、二つの電極を持つキャパシタであり、容器内の水は、二つの電極に対して誘電体である。他の実施例では、前記キャパシタの一方の電極が、前記冷凍ユニットの部分である。さらに他の実施例では、前記制御装置は、メモリを持つデジタル式の制御装置であり、メモリには、水の静電容量を、前記容器内の氷の所定の厚さと関連するデータが入っている。   In some embodiments, the sensing means is a fringe effect capacitor. In another embodiment, the fringe effect capacitor has at least two electrodes, and the water in the container is a dielectric for the two electrodes. In yet another embodiment, the sensing means is a capacitor having two electrodes, and the water in the container is a dielectric for the two electrodes. In another embodiment, one electrode of the capacitor is part of the refrigeration unit. In yet another embodiment, the control device is a digital control device having a memory that contains data relating to the capacitance of water and the predetermined thickness of ice in the container. Yes.

本発明の一実施例は、水から熱を取り去るための冷凍ユニットを含み、前記冷凍ユニットは液体の水が氷に状態変化する位置に最も近く配置された導電性第1部材と、液体の水が氷に状態変化する位置に最も近く配置された導電性第2部材とを有し、前記第1部材は、前記第2部材から電気的に絶縁されておりかつ前記第2部材から間隔が隔てられており、さらに、前記第1部材および前記第2部材に電気的に接続された回路を含み、この回路は、前記第1部材と前記第2部材との間の水の静電容量に対応する信号を発生する、水の静電容量を感知するための装置に関する。   An embodiment of the present invention includes a refrigeration unit for removing heat from water, the refrigeration unit being disposed closest to a position where liquid water changes to ice, and liquid water. A conductive second member disposed closest to the position where the state of the ice changes to ice, wherein the first member is electrically insulated from the second member and spaced from the second member. And a circuit electrically connected to the first member and the second member, the circuit corresponding to a capacitance of water between the first member and the second member The present invention relates to a device for sensing the capacitance of water, which generates a signal to perform.

いくつかの実施例では、前記第1部材は、蒸発器チューブである。別の実施例では、前記第1部材は、水に浸漬された第1の形体を有し、前記第2部材は、前記第1の形体に対応する第2の形体を有する。さらに別の実施例は、水を保持するための容器を含み、前記冷凍ユニットは、前記容器から熱を取り去ることができ、前記容器は所定の形状を有し、前記第2部材は、前記容器の形状に対応する形状を有する。   In some embodiments, the first member is an evaporator tube. In another embodiment, the first member has a first feature immersed in water, and the second member has a second feature corresponding to the first feature. Yet another embodiment includes a container for holding water, wherein the refrigeration unit can remove heat from the container, the container has a predetermined shape, and the second member includes the container It has a shape corresponding to the shape.

本発明の別の実施例は、液体の水を保持する容器を提供することと、水の静電容量の第1の計測値を得ることと、水から熱を奪い、液体の水の幾らかを状態変化して氷にすることと、熱を奪った後に水の静電容量の第2の計測値を得ることと、第1の計測値を第2の計測値と比較することと、を含む製氷方法に関する。   Another embodiment of the present invention provides a container for holding liquid water, obtaining a first measurement of the capacitance of the water, removing heat from the water, and some of the liquid water Changing the state to ice, obtaining the second measured value of the water capacitance after depriving of heat, and comparing the first measured value with the second measured value. It relates to an ice making method.

本発明の一実施例では、前記比較することは、第2の計測値を第1の計測値で除することである。別の実施例では、前記比較することは、第2の計測値または第1の計測値の一方を第2の計測値または第1の計測値の他方から差し引くことを含む。さらに別の実施例は、前記比較することにより、若干量の氷が形成されたかどうかを決定することを含む。他の実施例は、前記決定することの後、前記熱を取り去ることを停止することを含む。さらに他の実施例では、前記提供することは、前記第1の計測値を得るおよび前記第2の計測値を得るためのキャパシタを含み、状態が変化する水の少なくとも幾らかは、キャパシタの誘電体である。その他の実施例では、前記第1部材は、水に浸漬された第1の形体を有し、前記第2部材は、前記第1の形体に対応する第2の形体を有する。さらにその他の実施例は、水を保持するための容器を含み、前記冷凍ユニットは前記容器から熱を取り去ることができ、前記容器は所定の形状を有し、前記第2部材は、前記容器の形状に対応する形状を有する。   In one embodiment of the invention, the comparing is dividing the second measured value by the first measured value. In another embodiment, the comparing includes subtracting one of the second measurement value or the first measurement value from the other of the second measurement value or the first measurement value. Yet another embodiment includes determining whether a certain amount of ice has been formed by the comparison. Another embodiment includes stopping removing the heat after the determination. In yet another embodiment, the providing includes a capacitor for obtaining the first measurement value and obtaining the second measurement value, wherein at least some of the state changing water is a dielectric of the capacitor. Is the body. In another embodiment, the first member has a first feature immersed in water and the second member has a second feature corresponding to the first feature. Yet another embodiment includes a container for holding water, wherein the refrigeration unit is capable of removing heat from the container, the container has a predetermined shape, and the second member is disposed on the container. It has a shape corresponding to the shape.

本発明を添付図面に例示し、以上の説明で詳細に説明したが、これは例示であると考えられるべきであって、限定ではなく、単に好ましい実施例を図示しかつ説明したものであるということは理解されよう。本発明の精神に含まれるすべての変型および変更が保護されることが望まれる。   While the invention has been illustrated in the accompanying drawings and described in detail in the foregoing description, it is to be considered as illustrative and not as restrictive but merely as illustrated and described in preferred embodiments. It will be understood. It is desirable to protect all variations and modifications that fall within the spirit of the invention.

図1は、本発明の一実施例による容量性センサの上面図である。FIG. 1 is a top view of a capacitive sensor according to an embodiment of the present invention. 図2は、図1の装置についてのセンサ中心線からの距離に対する電極の幅を示すグラフである。FIG. 2 is a graph showing electrode width versus distance from the sensor centerline for the apparatus of FIG. 図3は、図1の装置についてのセンサ中心線からの距離に対する電極の隙間を示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing electrode gap versus distance from the sensor centerline for the apparatus of FIG. 図4は、図1の装置についてのセンサ中心線からの電極幅に対する電極の隙間を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing the electrode gap with respect to the electrode width from the sensor centerline for the apparatus of FIG. 図5は、図1の装置についての静電容量および温度を時間の関数として示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing capacitance and temperature for the apparatus of FIG. 1 as a function of time. 図6は、図1の装置についての静電容量を温度の関数として示すグラフである。FIG. 6 is a graph showing the capacitance as a function of temperature for the apparatus of FIG. 図7は、本発明の一実施例による製氷機の概略図である。FIG. 7 is a schematic view of an ice making machine according to an embodiment of the present invention. 図8は、本発明の別の実施例による製氷機の概略図である。FIG. 8 is a schematic view of an ice making machine according to another embodiment of the present invention. 図9は、本発明の別の実施例による製氷機の概略図である。FIG. 9 is a schematic view of an ice making machine according to another embodiment of the present invention. 図10は、本発明の別の実施例によるセンサの上面図である。FIG. 10 is a top view of a sensor according to another embodiment of the present invention. 図11は、本発明の別の実施例によるセンサの上面図である。FIG. 11 is a top view of a sensor according to another embodiment of the present invention. 図12は、本発明の別の実施例によるセンサの上面図である。FIG. 12 is a top view of a sensor according to another embodiment of the present invention. 図13Aは、本発明の一実施例による氷容器の側面図である。FIG. 13A is a side view of an ice container according to one embodiment of the present invention. 図13Bは、図13Aの装置の端面図である。FIG. 13B is an end view of the apparatus of FIG. 13A. 図14Aは、本発明の別の実施例による氷容器の側面図である。FIG. 14A is a side view of an ice container according to another embodiment of the present invention. 図14Bは、図14Aの装置の端面図である。FIG. 14B is an end view of the apparatus of FIG. 14A. 図15Aは、乾燥した表面上の一対の表面導体間のフリンジ電束を示す概略図である。FIG. 15A is a schematic diagram showing the fringe flux between a pair of surface conductors on a dry surface. 図15Bは、薄い氷層と接触した一対の表面導体間のフリンジ電束を示す概略図である。FIG. 15B is a schematic diagram showing the fringe flux between a pair of surface conductors in contact with a thin ice layer. 図15Cは、厚い氷層と接触した一対の表面導体間のフリンジ電束を示す概略図である。FIG. 15C is a schematic diagram showing the fringe flux between a pair of surface conductors in contact with a thick ice layer. 図16は、三つの導体を絶縁表面上に配置した従来技術の形態を示す平面図である。FIG. 16 is a plan view showing a prior art form in which three conductors are arranged on an insulating surface. 図17は、図16の装置についての氷の厚さに対する静電容量比の関係を示すグラフである。FIG. 17 is a graph showing the relationship of capacitance ratio to ice thickness for the apparatus of FIG. 図18Aは、本発明の一実施例によるフリンジ効果キャパシタと接触した若干量の氷の静電容量を示すグラフである。FIG. 18A is a graph illustrating the capacitance of some ice in contact with a fringe effect capacitor according to one embodiment of the present invention. 図18Bは、若干量の水の静電容量をその温度の関数として示す、図18Aのプロセスのグラフである。FIG. 18B is a graph of the process of FIG. 18A showing some amount of water capacitance as a function of its temperature. 図19は、本発明の別の実施例によるフリンジ効果キャパシタの上面図である。FIG. 19 is a top view of a fringe effect capacitor according to another embodiment of the present invention. 図20は、電極と接触した物質の相転移を感知するための、隣接していない電極の効果を示す、対をなした電極の概略図である。FIG. 20 is a schematic diagram of paired electrodes showing the effect of non-adjacent electrodes for sensing the phase transition of a substance in contact with the electrodes. 図21Aは、本発明の一実施例によるパッケージ済み霜センサの上面図である。FIG. 21A is a top view of a packaged frost sensor according to one embodiment of the present invention. 図21Bは、図21Aのセンサの側面図である。FIG. 21B is a side view of the sensor of FIG. 21A. 図21Cは、図21Aのセンサの底面図である。FIG. 21C is a bottom view of the sensor of FIG. 21A. 図22は、上から写真にとった本発明の別の実施例による製氷機を示す。FIG. 22 shows an ice making machine according to another embodiment of the present invention taken from above. 図23Aは、氷キューブの側面図である。FIG. 23A is a side view of an ice cube. 図23Bは、図23Aの氷キューブの上面図である。FIG. 23B is a top view of the ice cube of FIG. 23A. 図24は、図22の装置の一部の概略図である。24 is a schematic diagram of a portion of the apparatus of FIG. 図25は、上から示す本発明の別の実施例による製氷機を示す。FIG. 25 shows an ice making machine according to another embodiment of the present invention from above. 図26は、上から示す本発明の別の実施例による製氷機を示す。FIG. 26 shows an ice making machine according to another embodiment of the invention shown from above. 図27は、上から写真にとった本発明の別の実施例による製氷機を示す。FIG. 27 shows an ice making machine according to another embodiment of the present invention taken from above. 図28は、上から示す本発明の別の実施例による製氷機を示す。FIG. 28 shows an ice making machine according to another embodiment of the present invention from above. 図29は、水の正規化静電容量を水の液体状態または固体状態の関数として示すグラフである。FIG. 29 is a graph showing the normalized capacitance of water as a function of the liquid or solid state of water. 図30は、氷キューブの半径方向壁厚をキューブの重量に対して示すグラフである。FIG. 30 is a graph showing ice cube radial wall thickness versus cube weight. 図31は、さまざまな氷センサの静電容量を時間の関数として示すグラフである。FIG. 31 is a graph showing the capacitance of various ice sensors as a function of time. 図32は、本発明の一実施例による製氷機の一部の斜視図である。FIG. 32 is a perspective view of a part of an ice making machine according to an embodiment of the present invention. 図33は、本発明の一実施例による回路の概略図である。FIG. 33 is a schematic diagram of a circuit according to one embodiment of the present invention. 図34は、本発明の一実施例による蒸発器の一例の写真から部分的に描いた斜視図である。FIG. 34 is a perspective view partially drawn from a photograph of an example of an evaporator according to an embodiment of the present invention.

Claims (43)

製氷装置において、
液体の水を保持するための容器と、
前記容器内の水から熱を取り去るための冷凍ユニットと、
前記容器内の水の静電容量を感知し、前記水の静電容量に対応する信号を提供するための手段と、
前記冷凍ユニットに動作可能に接続されており、前記冷凍ユニットを前記信号に応じて作動させる制御装置とを含む、装置。
In ice making equipment,
A container for holding liquid water;
A refrigeration unit for removing heat from the water in the container;
Means for sensing the capacitance of water in the container and providing a signal corresponding to the capacitance of the water;
A control device operably connected to the refrigeration unit and operating the refrigeration unit in response to the signal.
請求項1に記載の装置において、
前記感知手段は、フリンジ効果キャパシタである、装置。
The apparatus of claim 1.
The apparatus, wherein the sensing means is a fringe effect capacitor.
請求項2に記載の装置において、
前記フリンジ効果キャパシタは、少なくとも二つの電極を有し、前記容器内の水は、前記二つの電極に対して誘電体である、装置。
The apparatus of claim 2.
The apparatus, wherein the fringe effect capacitor has at least two electrodes, and the water in the container is a dielectric for the two electrodes.
請求項1に記載の装置において、
前記感知手段は、少なくとも二つの電極を持つキャパシタであり、前記容器内の水は、前記二つの電極間の誘電体である、装置。
The apparatus of claim 1.
The sensing device is a capacitor having at least two electrodes, and the water in the container is a dielectric between the two electrodes.
請求項4に記載の装置において、
前記冷凍ユニットは、少なくとも一つのチューブを持つ蒸発器を含み、前記電極の一方は前記チューブである、装置。
The apparatus according to claim 4.
The refrigeration unit includes an evaporator having at least one tube, and one of the electrodes is the tube.
請求項4に記載の装置において、
前記制御装置は、メモリを持つデジタル式制御装置であり、前記メモリには、前記水の静電容量を前記容器内の氷の所定の厚さに関係付けるデータが入っている、装置。
The apparatus according to claim 4.
The control device is a digital control device having a memory, wherein the memory contains data relating the capacitance of the water to a predetermined thickness of ice in the container.
水の静電容量を感知するための装置において、
液体の水が氷に転移する位置の最も近くに配置された導電性第1部材を含む、水から熱を取り去るための冷凍ユニットと、
液体の水が氷に相変化する位置の最も近くに配置された導電性第2部材であって、前記第1部材は、前記第2部材から電気的に絶縁されておりかつ前記第2部材から離間されている、導電性第2部材と、
前記第1部材および前記第2部材に最も近い水の静電容量に対応する信号を発生する、前記第1部材および前記第2部材に電気的に通じている回路とを有する、装置。
In a device for sensing the capacitance of water,
A refrigeration unit for removing heat from the water, comprising a conductive first member located closest to the location where liquid water is transferred to ice;
A conductive second member disposed closest to a position where liquid water changes to ice, wherein the first member is electrically insulated from the second member and from the second member A conductive second member spaced apart; and
And a circuit in electrical communication with the first member and the second member for generating a signal corresponding to a capacitance of water closest to the first member and the second member.
請求項7に記載の装置において、
前記第1部材は蒸発器チューブである、装置。
The apparatus of claim 7.
The apparatus, wherein the first member is an evaporator tube.
請求項7に記載の装置において、
前記第1部材は、水に浸漬した第1の形体を有し、前記第2部材は、水に浸漬した、前記第1の形体に対応する第2の形体を有する、装置。
The apparatus of claim 7.
The first member has a first feature immersed in water and the second member has a second feature corresponding to the first feature immersed in water.
請求項7に記載の装置において、さらに、
水を保持するための容器を含み、前記冷凍ユニットは前記容器から熱を取り去ることができ、前記容器は所定の形状を有し、前記第2部材は前記容器の前記形状に対応する形状を備えている、装置。
The apparatus of claim 7, further comprising:
A container for holding water, wherein the refrigeration unit can remove heat from the container, the container has a predetermined shape, and the second member has a shape corresponding to the shape of the container. The device.
請求項7に記載の装置において、
前記導電性第1部材は複数の第1フィンガを有し、
前記導電性第2部材は複数の第2フィンガを有し、
前記第1フィンガは、前記第2フィンガと互いに組み合っている、装置。
The apparatus of claim 7.
The conductive first member has a plurality of first fingers,
The conductive second member has a plurality of second fingers,
The apparatus, wherein the first finger is combined with the second finger.
製氷方法において、
液体の水を保持する容器を提供することと、
前記水の静電容量の第1の計測値を得ることと、
前記水から熱を奪い、液体の水の幾分かを氷にすることと、
前記奪った後に前記水の静電容量の第2の計測値を得ることと、
前記第1の計測値を前記第2の計測値と比較することとを含む、方法。
In the ice making method,
Providing a container for holding liquid water;
Obtaining a first measurement of the capacitance of the water;
Removing heat from the water and turning some of the liquid water into ice;
Obtaining a second measurement of the capacitance of the water after the deprivation;
Comparing the first measurement value with the second measurement value.
請求項13に記載の方法において、
前記比較することは、前記第2の計測値を前記第1の計測値で除することである、方法。
The method of claim 13, wherein
The comparing is a method of dividing the second measured value by the first measured value.
請求項12に記載の方法において、
前記比較することは、前記第2の計測値または前記第1の計測値の一方を、前記第2の計測値または前記第1の計測値の他方から差し引くことである、方法。
The method of claim 12, wherein
The comparing includes subtracting one of the second measurement value or the first measurement value from the other of the second measurement value or the first measurement value.
請求項12に記載の方法において、さらに、
前記比較することにより、若干量の氷が製造されたかどうかを決定することと、
前記決定することの後、前記取り去ることを停止することとを含む、方法。
The method of claim 12, further comprising:
Determining whether a certain amount of ice has been produced by said comparison;
Stopping said removal after said determining.
請求項12に記載の方法において、
前記提供することは、前記第1の計測値を得ることおよび前記第2の計測値を得ることのためのキャパシタを含み、前記変化する水の少なくとも幾分かが前記キャパシタの誘電体である、方法。
The method of claim 12, wherein
The providing includes a capacitor for obtaining the first measurement value and obtaining the second measurement value, wherein at least some of the changing water is a dielectric of the capacitor; Method.
請求項12に記載の方法において、さらに、
前記比較することによって、前記容器の中央に最も近い前記水が、部分的に形成された氷キューブ内に包囲された液体の水であることを決定することと、
前記部分的に形成されたキューブを前記容器から排出することとを含む、方法。
The method of claim 12, further comprising:
Determining by the comparison that the water closest to the center of the container is liquid water enclosed in a partially formed ice cube;
Draining the partially formed cube from the container.
物質の相変化を検出するための方法において、
第1の物理的状態の若干量の物質を含む容器を提供することと、
前記物質の静電容量の第1の計測値を得ることと、
前記物質の熱含量を変化させ、前記物質の少なくとも一部を前記第1の相と異なる第2の相に転移させることと、
前記変化することの後の部分を含む前記物質の静電容量の第2の計測値を得ることと、
第1の計測値を第2の計測値と比較することとを含む、方法。
In a method for detecting a phase change of a substance,
Providing a container containing a quantity of material in a first physical state;
Obtaining a first measurement of the capacitance of the substance;
Changing the heat content of the material and transferring at least a portion of the material to a second phase different from the first phase;
Obtaining a second measurement of the capacitance of the substance including the portion after the change;
Comparing the first measurement value with the second measurement value.
請求項18に記載の方法において、
前記比較することは、前記第2の計測値を前記第1の計測値で除することである、方法。
The method of claim 18, wherein
The comparing is a method of dividing the second measured value by the first measured value.
請求項18に記載の方法において、
前記比較することは、前記第2の計測値または前記第1の計測値の一方を、前記第2の計測値または前記第1の計測値の他方から差し引くことである、方法。
The method of claim 18, wherein
The comparing includes subtracting one of the second measurement value or the first measurement value from the other of the second measurement value or the first measurement value.
請求項18に記載の方法において、さらに、
前記比較することにより、前記若干量の所定の部分が転移したかどうかを決定することと、
前記決定することの後に、前記変化することを停止することとを含む、方法。
The method of claim 18, further comprising:
Determining whether said certain amount of the predetermined portion has transferred by said comparing;
Stopping said changing after said determining.
請求項18に記載の方法において、
前記提供することは、前記第1の計測値を得ることおよび前記第2の計測値を得ることのためのキャパシタを含み、前記転移した物質の少なくとも幾分かが前記キャパシタのための誘電体である、方法。
The method of claim 18, wherein
The providing includes a capacitor for obtaining the first measurement value and obtaining the second measurement value, wherein at least some of the transferred material is a dielectric for the capacitor. There is a way.
請求項22に記載の方法において、
前記キャパシタは、前記転移した物質が前記キャパシタのフリンジ電界を変化するようになっておりかつそのように形成されたフリンジ効果キャパシタである、方法。
23. The method of claim 22, wherein
The capacitor is a fringe effect capacitor, wherein the transferred material is adapted to change the fringe electric field of the capacitor and so formed.
請求項18に記載の方法において、
前記熱含量を変化させることは、前記物質から熱を取り去ることによる、方法。
The method of claim 18, wherein
Changing the heat content is by removing heat from the material.
請求項18に記載の方法において、
前記熱含量を変化させることは、前記物質に熱を加えることによる、方法。
The method of claim 18, wherein
Changing the heat content is by applying heat to the material.
請求項18に記載の方法において、さらに、
前記比較することに基づいて、前記熱含量を変化させることを停止することを含む、方法。
The method of claim 18, further comprising:
Stopping changing the heat content based on the comparing.
請求項26に記載の方法において、
前記提供することは、前記容器内の前記物質の前記熱含量を変化させるための熱交換器を含み、
前記比較することに基づいて、前記容器から前記部分を排出することをさらに含む、方法。
27. The method of claim 26.
The providing includes a heat exchanger for changing the heat content of the material in the container;
Evacuating the portion from the container based on the comparing.
請求項26に記載の方法において、
前記第1の物理的状態および前記第2の物理的状態の一方が固体状態であり、他方が、気体状態または液体状態のいずれかであり、前記固相の前記物質内に包囲された前記液相または前記気相の前記若干量を排出することをさらに含む、方法。
27. The method of claim 26.
One of the first physical state and the second physical state is a solid state, the other is either a gas state or a liquid state, and the liquid is enclosed in the substance of the solid phase Discharging the phase or the some amount of the gas phase.
熱交換装置において、
少なくとも一つのチューブおよび該チューブの外側に取り付けられた複数のフィンを持ち、前記フィンは、前記チューブ内を流れる流体と熱交換するように配置されかつそのように形成されている、蒸発器と、
前記チューブまたは前記フィンの一つに熱的に連結されており、平らな第1電極を有し、前記第1電極が隙間によって平らな第2電極から離間されており、前記第1電極は長さおよび幅を有し、前記隙間または前記幅のうちの一方が前記長さに沿って変化する、キャパシタとを含み、
前記第1電極および前記第2電極は、これらの電極間での霜の形成に応じてこれらの電極間の静電容量を変化するようになっておりかつそのように形成されている、装置。
In the heat exchange device,
An evaporator having at least one tube and a plurality of fins attached to the outside of the tube, the fins arranged and configured to exchange heat with a fluid flowing in the tube;
Thermally connected to one of the tube or the fin, having a flat first electrode, the first electrode being separated from the flat second electrode by a gap, the first electrode being long A capacitor having a thickness and a width, wherein one of the gap or the width varies along the length;
The device wherein the first electrode and the second electrode are adapted to change the capacitance between these electrodes in response to the formation of frost between these electrodes and are so formed.
請求項29に記載の装置において、
前記幅は、前記長さに沿って、第1方向で増大する、装置。
30. The apparatus of claim 29.
The apparatus, wherein the width increases in the first direction along the length.
請求項30に記載の装置において、
前記第1電極と前記第2電極との間の前記隙間は、前記長さに沿って、同じ方向で増大する、装置。
The apparatus of claim 30, wherein
The apparatus, wherein the gap between the first electrode and the second electrode increases in the same direction along the length.
流体から熱を伝達する、冷凍システム用の蒸発器において、
内腔を規定する外壁を持ち、前記内腔はそれを通る冷媒の流れのためのものであり、前記冷媒への熱の流れを促進するようになっておりかつそのように形成されたチューブと、
前記チューブと熱的に連通した容量性センサであって、第1電極を含み、前記第1電極が隙間によって第2電極から離間されており、前記第1電極の第1長さが、前記第2電極の第2長さと電気的に通じ、前記第1長さと前記第2長さとの間の前記隙間は、前記第1長さに沿って一定でない、容量性センサとを含み、
前記流体から物質が、前記熱の流れによって、前記隙間の最も近くに凝結し、凝結した物質が、前記第1長さと前記第2長さとの間の電束を変化させる、蒸発器。
In an evaporator for a refrigeration system that transfers heat from a fluid,
Having an outer wall defining a lumen, said lumen being for the flow of refrigerant therethrough, adapted to facilitate the flow of heat to said refrigerant and a tube so formed; ,
A capacitive sensor in thermal communication with the tube, comprising a first electrode, wherein the first electrode is separated from the second electrode by a gap, and the first length of the first electrode is A capacitive sensor in electrical communication with a second length of two electrodes, wherein the gap between the first length and the second length is not constant along the first length;
An evaporator, wherein a substance from the fluid condenses in the vicinity of the gap by the heat flow, and the condensed substance changes an electric flux between the first length and the second length.
請求項32に記載の装置において、
前記隙間は、前記第1長さに沿った方向で単調に増大する、装置。
The apparatus of claim 32.
The apparatus, wherein the gap monotonously increases in a direction along the first length.
請求項33に記載の装置において、
前記第1電極は可変の幅を有し、この幅は、前記方向で単調に増大する、装置。
34. The apparatus of claim 33.
The device, wherein the first electrode has a variable width, the width monotonically increasing in the direction.
請求項32に記載の装置において、
前記第1電極は第1の可変の幅を有し、この第1幅は、前記第1長さに沿った方向で単調に増大する、装置。
The apparatus of claim 32.
The apparatus, wherein the first electrode has a first variable width, the first width monotonically increasing in a direction along the first length.
請求項35に記載の装置において、
前記第2電極は第2の可変の幅を有し、この第2幅は、前記方向で単調に増大する、装置。
36. The apparatus of claim 35.
The apparatus, wherein the second electrode has a second variable width, the second width monotonically increasing in the direction.
請求項32に記載の装置において、
前記流体は空気であり、前記凝結した物質は霜である、装置。
The apparatus of claim 32.
The apparatus wherein the fluid is air and the condensed material is frost.
請求項32に記載の装置において、
前記第1電極は第1の極性にあり、前記第2電極は第2の極性にあり、さらに、前記第1電極と前記第2電極との間の前記隙間に、前記第2極性の第3電極を含む、装置。
The apparatus of claim 32.
The first electrode is in a first polarity, the second electrode is in a second polarity, and a third of the second polarity is inserted in the gap between the first electrode and the second electrode. A device comprising an electrode.
請求項32に記載の装置において、さらに、
入力電極および出力電極を持つ基準キャパシタを含む電気回路と、
発振電圧源と、
4アームブリッジをなして配置された少なくとも4つのダイオードとを有し、
前記第1電極または前記第2電極の一方および前記基準キャパシタの前記入力が前記電圧源から入力を受け取り、
前記第1電極または前記第2電極の他方および前記基準キャパシタの前記出力が、前記ブリッジの反対側のアームに別個に設けられている、装置。
The device of claim 32, further comprising:
An electrical circuit including a reference capacitor having an input electrode and an output electrode;
An oscillation voltage source;
Having at least four diodes arranged in a four-arm bridge,
One of the first electrode or the second electrode and the input of the reference capacitor receive an input from the voltage source;
The apparatus, wherein the other of the first electrode or the second electrode and the output of the reference capacitor are separately provided on an arm on the opposite side of the bridge.
熱交換器の霜取りを行うための方法において、
熱交換器およびキャパシタを提供することであって、前記熱交換器および前記キャパシタの両方において、外側に霜が少なくとも部分的に形成される、ことと、
前記霜がついた前記キャパシタの静電容量の第1の計測値を得ることと、
前記熱交換器および前記キャパシタを加熱することと、
前記加熱期間の後、前記キャパシタの静電容量の第2の計測値を得ることと、
第1の計測値を第2の計測値と比較することと、
前記比較することに応じて前記加熱することを停止することとを含む、方法。
In a method for defrosting a heat exchanger,
Providing a heat exchanger and a capacitor, wherein frost is at least partially formed on the outside in both the heat exchanger and the capacitor;
Obtaining a first measured value of the capacitance of the frosted capacitor;
Heating the heat exchanger and the capacitor;
After the heating period, obtaining a second measurement of the capacitance of the capacitor;
Comparing the first measurement value to the second measurement value;
Stopping said heating in response to said comparing.
請求項40に記載の方法において、
前記キャパシタは、フリンジ効果キャパシタである、方法。
41. The method of claim 40, wherein
The method, wherein the capacitor is a fringe effect capacitor.
請求項40に記載の方法において、
前記熱交換器は、冷凍システムの蒸発器である、方法。
41. The method of claim 40, wherein
The method, wherein the heat exchanger is an evaporator of a refrigeration system.
請求項40に記載の方法において、
前記比較することは、溶解した霜と蒸発した霜とを区別することを含む、方法。
41. The method of claim 40, wherein
The comparing includes distinguishing between melted frost and evaporated frost.
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