JP2021092337A - 製氷機及び製氷機を備えた冷蔵庫 - Google Patents
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Abstract
Description
冷媒が流れる流路を有するヒートシンクと、
金属製の棒状部材が基端部から先端部にかけて下側に延びるように取り付けられた金属板と
を有し、前記ヒートシンクにより前記棒状部材が冷却される冷却部と、
液体を貯蔵可能な液体容器と、
前記液体容器に液体を供給する液体供給部と、
前記液体容器内に残留する液体を除去する液体除去部と、
前記液体供給部及び前記液体除去部を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部の制御により実施される製氷工程において、
前記液体供給部が前記液体容器内に液体を供給するステップ1と、
所定の時間、前記棒状部材の前記先端部から所定の領域が前記液体容器に供給された液体に浸かった状態にするステップ2と、
前記所定の時間経過後、前記液体除去部が前記液体容器内に残留する液体を除去するステップ3と、
を行う製氷プロセスを複数回繰り返すことを特徴とする。
冷媒が流れる流路を有するヒートシンクと、
金属製の棒状部材が基端部から先端部にかけて下側に延びるように取り付けられた金属板と
を有し、前記ヒートシンクにより前記棒状部材が冷却される冷却部と、
液体を貯蔵可能な液体容器と、
前記液体容器に液体を供給する液体供給部と、
前記液体容器内に残留する液体を除去する液体除去部と、
前記液体供給部及び前記液体除去部を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部の制御により実施される製氷工程において、
Nを2以上の整数とし、nを1以上N以下の整数とした場合、製氷プロセス(1)から製氷プロセス(N)までを繰り返し、
製氷プロセス(n)において、
前記液体供給部が前記液体容器内に製氷プロセス(n)に対応した液体を供給するステップ1と、
製氷プロセス(n)に対応した時間T、前記棒状部材の前記先端部から所定の領域が前記液体容器に供給された液体に浸かった状態にするステップ2と、
前記時間Tが経過後、前記液体除去部が前記液体容器内に残留する液体を除去するステップ3と、
を実施することを特徴とする。
前記ペルチェ素子の前記ヒートシンクと接する側が放熱側となり、前記金属板と接する側が吸熱側となるように、前記ペルチェ素子に電力を供給することにより前記棒状部材の更なる冷却を行うことを特徴とする。
前記冷却部及び前記液体容器を相対的に移動させる移動機構を備え、
前記制御部の制御により、
前記製氷工程の後、
前記移動機構が、前記棒状部材の下側に前記液体容器が存在しないように、前記冷却部及び前記液体容器を相対的に移動させる移動工程と、
前記移動工程の後、前記ペルチェ素子の前記ヒートシンクと接する側が吸熱側となり、前記金属板と接する側が放熱側となるように、前記ペルチェ素子に電力を供給する離氷工程と、
を行うことを特徴とする。
上記の製氷機を備え、
庫内を冷却するための冷却システムから分岐して、冷媒を前記製氷機の前記ヒートシンクへ供給することを特徴とする。
図1は、本発明の1つの実施形態に係る製氷機2を模式的に示す斜視図である。図2は、
本発明の1つの実施形態に係る製氷機2を模式的に示す側面断面図である。図3は、図2の矢印A−Aから見たヒートシンク10の平面形状及びヒートシンク10に接続された冷却システム80を模式的に示す図である。はじめに、図1から図3を参照しながら、本発明の1つの実施形態に係る製氷機2の概要を説明する。
冷却部40は、上側から下側にかけて、順にヒートシンク10、ペルチェ素子30、及び金属板20を備える。金属板20は、板状のベース部22の下側の面に複数の棒状部材24が取り付けられている。ペルチェ素子30は、ヒートシンク10と、金属板20との間に配置され、一方の面(上面)がヒートシンク10の面(下面)と接し、他方の面(下面)が金属板20の棒状部材24が取り付けられた面と反対側の面(上面)に接するようになっている。
ただし、冷却部40は、上記の構成に限られるものではなく、たとえば冷却部40が、ペルチェ素子30を有さず、ヒートシンク10及び金属板20だけで構成され、ヒートシンク10により金属板20が冷却される場合もあり得る。
ヒートシンク10は、平板状の形状を有し、アルミ、銅のような熱伝導率の高い金属から形成される。ヒートシンク10は、内部に液状または霧状の冷媒が流れる流路12が設けられている。図3では、冷媒の流れを点線の矢印で示してある。図3には、平面視で3つの折り返し部を有する略M字形の流路12が示されているが、これに限られるものではない。ヒートシンク10の大きさに応じて、1つの折り返し部を有する流路や、3つより多い折り返し部を有する流路を用いることもできる。流路12の両端には、接続管14A,14Bが取り付けられている。
ヒートシンク10の構造として、金属板に溝状の流路が形成されているものや、金属薄板に流路となる冷却パイプが接合されているものを例示できる。後者の場合、金属薄板の片面に冷却パイプが接合されている場合も、冷却パイプの周囲を覆うよう金属薄板が接合されている場合もあり得る。熱伝導を考慮すると、冷却パイプ及び金属薄板が面で接触することが好ましい。金属薄板の厚みとして1〜20mm程度を例示できる。ヒートシンク10の平面寸法は、後述する金属板20の平面寸法と同様である。
ペルチェ素子30は、異なる2種類の金属または半導体を接合して電流を流すと、接合点で熱の吸収・放出が起こるペルチェ効果を利用した素子である。ペルチェ素子30に対して、所定の方向に電流を流すと、一方の面が吸熱側となり、他方の面が放熱側となる。そして、ペルチェ素子30に対して、逆の方向に電流を流すと、吸熱側となる面及び放熱側となる面が逆転する。本実施形態では、既知の任意のペルチェ素子を用いることができる。
本実施形態に係るペルチェ素子30の幅、奥行き寸法として、20〜100m程度を例示でき、厚みとして2〜20mm程度を例示できる。ヒートシンク1や金属板20の大きさに合わせて、複数のペルチェ素子30を配置することもできる。図1では、2つのペルチェ素子30が配置されている場合を示す。
金属板20は、アルミ、銅のような熱伝導率の高い金属から形成される。金属板20は、平板状のベース部22、及びベース部22に取り付けられた複数の金属製の棒状部材24を有する。棒状部材24は、基端部24Aから先端部24Bにかけて下側に延びるようにベース部22の下面に取り付けられている。
本実施形態に係る冷却部40は、ペルチェ素子30の両面がヒートシンク10の面及び金属板20の面と密着するような固定構造を有する。例えば、ペルチェ素子30を挟み込むように配置されたヒートシンク10及び金属板20を、ボルトナットのような締結部材を用いて互いに固定することができる。ボルト軸に引張応力がかかるように締結することにより、ヒートシンク10の下面及びペルチェ素子30の上面を密着させ、ペルチェ素子30の下面及び金属板20の上面を密着させることができる。ただし、この固定方法に限られるものではなく、その他の任意の固定手段を用いて、冷却部40の固定構造を形成することができる。
液体容器50は、例えば、樹脂材料から形成され、やや扁平な略直方体の外形を有する。液体容器50は、底面と底面を囲む4つの側面から構成された液体貯蔵領域を有する。液体貯蔵領域の上方は開口しており、金属板20の棒状部材24は、この開口を介して、先端部から所定の領域が液体容器50の液体貯蔵領域内に配置されるようになっている。液体の中に浸かった棒状部材24の先端部から所定の領域に、氷が生成される。所定の領域として、棒状部材24の先端部から8〜40mm程度を例示することができる。
移動機構60は、冷却部40及び液体容器50を相対的に移動させるように構成されている。本実施形態に係る移動機構60では、液体容器50が連結部50Aを介して、移動機構60に連結されており、図2の矢印Cで示す点を中心に回転可能になっている(一点鎖線の両矢印参照)。矢印Cで示す点を中心に90度以上時計回りに回転すると、図7に示すように、金属板20の棒状部材24の下側に液体容器50が存在しない状態になる。これにより、棒状部材24の周囲に生成された氷を落下させた場合、液体容器50と干渉することなく、下方に配置された氷収納容器54に納めることができる。
一方、その状態から、液体容器50を矢印Cで示す点を中心に反時計回りに回転させることにより、図2に示すような液体容器50内に液体を貯蔵可能な状態に戻すことができる。
液体容器50に液体を供給する液体供給部70は、液体を貯蔵する貯蔵容器74と、貯蔵容器74内の液体を液体容器50に供給する給除液ポンプ72とを備える。液体容器50の底面には、給除液口52が設けられており、給除液流路76を介して、給除液ポンプ72の入出ポートと接続されている。給除液ポンプ72の回転軸は両方向に回転可能であり、貯蔵容器74内の液体を液体容器50に供給することもできるし、液体容器50内の液体を貯蔵容器74に戻すこともできる。
更に、移動機構60を液体除去部70’として機能させて、液体容器50を傾けるときに、液体容器50内の液体を外部へ流出させることもできる。その場合には、液体容器50から流出した液体を受けて、所定の場所へ流すドレン流路を設けることが好ましい。
図4は、本発明の1つの実施形態に係る製氷機2の制御構成を示すブロック線図である。次に、図4を参照しながら、制御部90を含む本実施形態に係る製氷機2の制御構成の説明を行う。制御部90は、ペルチェ素子30に供給する電力の方向及び大きさを制御することにより、一方の面が吸熱側となり、他方の面が放熱側となるように両面間での温度差を形成することができる。また制御部90は、移動機構60のモータの駆動制御により、液体容器50を回転させて、製氷位置(図5A〜5C,図6A〜6C参照)及び離氷位置(図7参照)の間を移動させることができる。
次に、制御部90による制御処理の説明を行う。制御部90により、氷を生成する製氷工程、液体容器50を移動する移動工程、及び生成された氷を取り外す離氷工程を実施する。製氷工程は、液体容器50内に液体を供給するステップ1と、液体容器50内で氷を生成するステップ2と、液体容器50内に残留する液体を除去するステップ3と、を行う製氷プロセスを複数回繰り返す。
はじめに、ステップ1からステップ3を行う製氷プロセスを複数回行う製氷工程の説明を行う。
<製氷プロセス(1)>
[ステップ1(給液)]
図5Aは、本発明の1つの実施形態に係る製氷機2で実施される製氷プロセス(1)におけるステップ1(給液)を模式的に示す側面断面図である。図5Aでは、液体の流れを点線の矢印で示してある。図5Aを参照しながら、液体供給部70により、液体容器50の液体貯蔵領域に液体を供給するステップ1の説明を行う。
図5Bは、本発明の1つの実施形態に係る製氷機2で実施される製氷プロセス(1)におけるステップ2(製氷)を模式的に示す側面断面図である。図5Bを参照しながら、金属板20の棒状部材24の周囲に氷を生成する1回目の製氷プロセス(1)におけるステップ2(製氷)の説明を行う。
図5Cは、本発明の1つの実施形態に係る製氷機2で実施される製氷プロセス(1)におけるステップ3(除液)を模式的に示す側面断面図である。図5Cでは、液体の流れを点線の矢印で示してある。図5Cを参照しながら、液体容器50内に残留する液体を除去するステップ3(除液)の説明を行う。
このようなステップ3(除液)により、液体容器50に新たな液体を供給して、次の製氷プロセスを速やかに開始することができる。
このような製氷プロセスを複数回繰り返す。図6Aから図6Cは、本発明の1つの実施形態に係る製氷機2で実施される製氷プロセス(n)を模式的に示す側面断面図である。図6Aはステップ1(給液)を示し、図6Bはステップ2(製氷)を示し、図6Cは、ステップ3(除液)を示す。図6A〜図6Cでは、n=4の場合、つまり4層目の氷を生成するプロセス(4)の場合を一例として示している。
時間Tの経過ではなく、光センサ、撮像センサ、接触式センサ等を用いて、制御部90が生成された氷の大きさを把握して、ペルチェ素子30への電力供給を停止させることもできる。
図7は、本発明の1つの実施形態に係る製氷機2で実施される移動工程を模式的に示す側面断面図である。図7を参照しながら、製氷工程で氷が生成された後、金属板20の棒状部材24の下側に液体容器50が存在しないように、液体容器50を移動させる移動工程の説明を行う。
制御部90の制御により、移動機構60のモータを駆動させて、金属板20の棒状部材24の下側に液体容器50が存在しない離氷位置まで、液体容器50を時計回りに回転させる(一点鎖線の矢印参照)。このとき、金属板20の棒状部材24の下方には、落下した氷を受ける氷収納容器54が配置されている。
図8は、本発明の1つの実施形態に係る製氷機で実施される離氷工程を模式的に示す側面断面図である。図8を参照しながら、移動工程の後、金属板20の棒状部材24の周囲に生成された氷を棒状部材24から外して、氷収納容器54に収納する離氷工程の説明を行う。
ペルチェ素子30への電量供給は、タイマの計時により所定の時間が経過したときに停止することもできるし、氷収納容器54の下側に荷重センサ等を設けて、センサで氷収納容器54に氷が収納されたことを検出したときに停止することもできる。
仮に、ヒートシンク10及び金属板20のみで構成された冷却部40を用いる場合には、ヒートシンク10内を流れる冷媒の温度を変えたり、棒状部材24に振動を加えたりすることにより、離氷工程を実施できる。
を行う製氷プロセスを複数回繰り返す。
これにより、繰り返し行われる各ステップにおいて、可溶物または不溶物の含有が少ない液体が凍結するので、白濁化が抑制された氷を生成できる。よって、白濁化が抑制された氷を生成することができる製氷機を提供できる。特に、ヒートシンク10による冷却に加え、ペルチェ素子30による冷却も行う場合には、白濁化が抑制された氷をより短時間に生成することができる。
図9Aは、本発明の1つの実施形態に係る製氷機2を製作して、実際に製氷を行った実施例を示す図(写真)である。図9Bは、実際に製氷された氷を示す図(写真)である。図9A及び図9Bを参照しながら、下記に示すような仕様の製氷機2を製作して、実際に製氷を行った実施例の説明を行う。
(a)高木製作所製 P−200S
(b)サイズ:120x120mm,厚さ10mm
(c)推奨流量:2〜5L/min
(2)ペルチェ素子(下記のペルチェ素子を2個使用)
(a)サイズ:40x40mm,厚さ4mm
(b)最大吸熱量(Qcmax):51W
(c)最大温度差(ΔTmax):66℃
(3)金属板
(a)材質:アルミ合金
(b)棒状部材の本数:6本
(c)棒状部材サイズ:外径8mm、長さが40mm
(4)製氷する液体:水
下記のステップ1からステップ3を行う製氷プロセス(n)を製氷プロセス(1)から製氷プロセス(5)までを繰り返し行った。
製氷プロセス(n)(nは、1以上5以下の整数)
(a)ステップ1(給液)
(b)ステップ2(製氷):ペルチェ素子30への通電時間T=5分
(c)ステップ3(除液)
以上のように、上記の実施形態に係る製氷機2により、白濁化が抑制された氷を短時間に生成することができることが実証された。
図10は、本発明のその他の実施形態に係る製氷機2で実施される製氷プロセス(n)におけるステップ2(製氷)を模式的に示す側面断面図である。本実施形態に係る製氷機2では、繰り返し行われる製氷プロセス(n)のステップ2において、製氷プロセス(n)ごとに異なる液体を液体容器50に供給することができる点で、上記の1つの実施形態と異なる。
各製氷プロセス(n)のステップ1において、各製氷プロセス(n)に対応した種別液体容器92(n)に収容された液体が、制御部90で制御された切り替え弁93により、液体容器50に供給される。本実施形態では、液体は、重力により、給液路94内を流下して、上方から液体容器50に流入する。ただし、これに限られるものではなく、例えば、ポンプで供給するようにすることもできる。
ただし、これに限られるものではなく、ポンプにより、液体容器50内に残留する液を除去することもできる。その場合、フィルタを介して、元の種別液体容器92(n)に戻すこともできる。これにより、可溶物または不溶物が除去された液体を再利用することもできる。
図11は、本発明の1つの実施形態に係る冷蔵庫100を模式的に示す側面断面図である。図11では、冷媒の流れを点線の矢印で示す。図11を参照しながら、本発明の1つの実施形態に係る冷蔵庫100の説明を行う。冷蔵庫100は、上記の実施形態に係る製氷機2を備えている。
三方弁160での切り替えを行わずに、常に、直接、蒸発器140に流入する冷媒の流れと、ヒートシンク10を経てから蒸発器140に流入する冷媒の流れとが生じるようにすることもできる。
ダンパ180が閉の状態では、圧縮器110及びファン170が駆動すると、冷凍室102A内の気体が流動し、蒸発器140を通過した冷気が仕切板106に設けられた吹出口106Aから、冷凍室102A内に流入する。図11の一点鎖線の矢印に示すように、流入した気体は、冷凍室102A内を循環して、再び、入側流路104A内の蒸発器140の下側に戻る。このような蒸発器140を通過して冷却された気体の循環により、冷凍室102A内を冷却することができる。ダンパ180が開の状態では、冷蔵室102B側にも冷気が循環する。
製氷機2では、製氷機2の制御部90により、液体容器50内に液体を供給するステップ1と、所定の時間T、棒状部材24の周囲に氷を生成するステップ2と、液体容器50内に残留する液体を除去するステップ3と、を行う製氷プロセスを複数回繰り返すので、各製氷プロセスにおいて、常に可溶物または不溶物の含有が少ない液体が凍結し、白濁化が抑制された氷を生成できる。
特に、冷蔵庫100の冷却システム150を利用したヒートシンク10による冷却に加え、ペルチェ素子30による冷却も加わる場合には、冷媒だけを用いた場合の温度よりも更に低い温度で冷却でき、金属板20の棒状部材24の周囲に短時間に氷を生成することができる。また、製氷後は、ペルチェ素子30への通電方向を逆転させることにより、金属板20の棒状部材24の温度を上げて、速やかに離氷することができる。これにより、短い製氷サイクルを実現できる。
以上のように、白濁化が抑制された氷を生成することができる製氷機を備えた冷蔵庫2を提供できる。
10 ヒートシンク
12 流路
14A,14B 接続管
20 金属板
22 ベース部
24 棒状部材
24A 基端部
24B 先端部
30 ペルチェ素子
40 冷却部
50 液体容器
50A 連結部
52 給除液口
54 氷収納容器
60 移動機構
70 液体供給部
70’ 液体除去部
72 給除液ポンプ
74 貯蔵容器
76 給除液流路
78 フィルタ
80 冷却システム
82 圧縮器
84 凝縮器
86 乾燥器
90 制御部
92(n) 種別液体容器
93 切り替え弁
94 給液路
95 除液路
96 オンオフ弁
97 受液容器
100 冷蔵庫
102A 冷凍室
102B 冷蔵室
104A,B 入側流路
106 仕切板
106A 吹出口
110 圧縮器
120 凝縮器
130 乾燥器
140 蒸発器
150 冷却システム
160 三方弁
170 ファン
180 ダンパ
E 液体供給部
F 液体除去部
Claims (5)
- 冷媒が流れる流路を有するヒートシンクと、
金属製の棒状部材が基端部から先端部にかけて下側に延びるように取り付けられた金属板と
を有し、前記ヒートシンクにより前記棒状部材が冷却される冷却部と、
液体を貯蔵可能な液体容器と、
前記液体容器に液体を供給する液体供給部と、
前記液体容器内に残留する液体を除去する液体除去部と、
前記液体供給部及び前記液体除去部を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部の制御により実施される製氷工程において、
前記液体供給部が前記液体容器内に液体を供給するステップと、
所定の時間、前記棒状部材の前記先端部から所定の領域が前記液体容器に供給された液体に浸かった状態にするステップと、
前記所定の時間経過後、前記液体除去部が前記液体容器内に残留する液体を除去するステップと、
を行う製氷プロセスを複数回繰り返すことを特徴とする製氷機。
- 冷媒が流れる流路を有するヒートシンクと、
金属製の棒状部材が基端部から先端部にかけて下側に延びるように取り付けられた金属板と
を有し、前記ヒートシンクにより前記棒状部材が冷却される冷却部と、
液体を貯蔵可能な液体容器と、
前記液体容器に液体を供給する液体供給部と、
前記液体容器内に残留する液体を除去する液体除去部と、
前記液体供給部及び前記液体除去部を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部の制御により実施される製氷工程において、
Nを2以上の整数とし、nを1以上N以下の整数とした場合、製氷プロセス(1)から製氷プロセス(N)までを繰り返し、
製氷プロセス(n)において、
前記液体供給部が前記液体容器内に製氷プロセス(n)に対応した液体を供給するステップと、
製氷プロセス(n)に対応した時間T、前記棒状部材の前記先端部から所定の領域が前記液体容器に供給された液体に浸かった状態にするステップと、
前記時間Tが経過後、前記液体除去部が前記液体容器内に残留する液体を除去するステップと、
を実施することを特徴とする製氷機。
- 前記ヒートシンク及び前記金属板の間に配置され、一方の面が前記ヒートシンクの面と接し、他方の面が前記金属板の前記棒状部材が取り付けられた面と反対側の面に接するペルチェ素子を更に備え、
前記ペルチェ素子の前記ヒートシンクと接する側が放熱側となり、前記金属板と接する側が吸熱側となるように、前記ペルチェ素子に電力を供給することにより前記棒状部材の更なる冷却を行うことを特徴とする請求項1または2に記載の製氷機。
- 前記冷却部及び前記液体容器を相対的に移動させる移動機構を備え、
前記制御部の制御により、
前記製氷工程の後、
前記移動機構が、前記棒状部材の下側に前記液体容器が存在しないように、前記冷却部及び前記液体容器を相対的に移動させる移動工程と、
前記移動工程の後、前記ペルチェ素子の前記ヒートシンクと接する側が吸熱側となり、前記金属板と接する側が放熱側となるように、前記ペルチェ素子に電力を供給する離氷工程と、
を行うことを特徴とする請求項3に記載の製氷機。
- 請求項1から4の何れか1項に記載の製氷機を備え、
庫内を冷却するための冷却システムから分岐して、冷媒を前記製氷機の前記ヒートシンクへ供給することを特徴とする冷蔵庫。
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