JP3812341B2

JP3812341B2 - 製氷装置および製氷方法

Info

Publication number: JP3812341B2
Application number: JP2001008476A
Authority: JP
Inventors: 良隆川崎; 康仁高橋
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-01-17
Filing date: 2001-01-17
Publication date: 2006-08-23
Anticipated expiration: 2021-01-17
Also published as: JP2002213848A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、製氷装置および製氷方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
氷の製造は家庭でも一般的に行われており、家庭用冷蔵庫の冷凍室内に水を入れた容器を静置して氷結させることで容易に製氷ができる。
【０００３】
一方、氷晶中に気泡等を含まない透明な氷を得る方法としては、過冷却水中に種結晶を入れて単結晶を形成させる方法（過冷却法）や、種結晶を徐々に水中から引き上げながら単結晶を成長させる方法（ブリッジマン法）、あるいは特開平１１−２３６２９５に示されるような低温部に水滴を滴下して単結晶を成長させる方法（氷筍法）などが知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の方法では、家庭用冷蔵庫で急速製氷した場合には、氷結晶中に気泡が取り残され、氷塊中央部に大きな白濁部分が残されることが避けられないものであった。一方、従来の透明な単結晶製造方法においては、大きな氷結晶が得られない（過冷却法）、あるいは厳密な温度管理や速度管理が必要で、生成速度が極めて遅い（ブリッジマン法、氷筍法）などの制約条件があり、家庭用冷蔵庫で簡易にかつ速く透明氷を生成させるのが困難であった。
【０００５】
本発明はかかる従来の欠点を解消し、厳密な温度管理や速度管理を必要とせず、簡易にかつ高速に透明な氷を形成させる製氷装置および製氷方法を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、良伝熱性材料からなる上下可動の平面板と、平面板の直下部に配置された貯水容器を備え、貯水容器に平面板を降下動作させて水面に接触または水に浸漬させ、その後平面板を上昇動作させて該平面板に付着した水を冷凍空間内で氷結させる操作を、複数回繰り返して平面板に氷の層を成長させることを特徴とする製氷装置である。
【０００７】
また、本発明の製氷装置においては、貯水容器内の水が氷結を生じない範囲で、貯水容器への給水および排水を行うことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の製氷装置においては、貯水容器と冷凍空間を隔離する可動壁を備え、平面板降下動作時に可動壁を開放して貯水容器と冷凍空間を連通させることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の製氷装置においては、平面板上部に接して、良熱伝導性の伝熱板を配置したことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、良伝熱性材料からなる平面板を、平面板の直下部に配置された貯水容器内の水面に接触または該貯水容器内の水に浸漬させ、その後平面板を冷凍空間内の冷気中に暴露して該平面板に付着した水を氷結させる操作を、複数回繰り返して平面板に氷の層を成長させる製氷方法である。
【００１１】
また、本発明の製氷方法においては、貯水容器内の水が氷結を生じない範囲で、貯水容器への給水および排水を行うことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の製氷方法においては、平面板を水面に接触または水に浸漬する時に冷凍空間を隔離する可動壁を開放して貯水容器と冷凍空間を連通させることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明を、添付する図面に示す具体的実施の形態および参考形態に基づいて詳細に説明する。
【００１４】
（参考形態１）
図１は、本発明の製氷装置の参考形態１における要部構成の断面図である。図１において、１は冷凍空間で、２は冷媒蒸発部、３は送風機、４は循環冷気の給気口、５は排気口である。６は冷凍空間１の底部に敷設されたアルミニウム製の伝熱板で、この伝熱板６上に製氷容器７が載置されている。
【００１５】
製氷容器７は、小区画された凹部８を複数備えたアルミニウム製の皿状体９と、これに冠装される発泡プラスチック板からなる蓋体１０とからなり、各凹部８内は略密閉構造となっている。また蓋体１０には、各凹部８に対応して小径の注水口１７が開設されている。
【００１６】
次に、本参考形態での操作と作用について説明する。製氷容器７は冷凍空間１内の伝熱板６上に載置され、主に皿状体９の凹部８から伝熱板６への放熱によって冷却される。皿状体９の上面には蓋体１０が冠装されており、ここに開設された注水口１７から凹部８に常温の水が適宜量注入される。
【００１７】
冷凍空間１内は、冷媒蒸発部２で熱交換され約−２０℃に冷却された冷気が、送風機３により圧送されて給気口４から流入（実線矢印で示す）し、排気口５から排出（破線矢印で示す）される間、この冷気によって十分冷却され、伝熱板６を含む室内壁および空間内の気体は冷気とほぼ同じ約−２０℃に冷却されている。ここに製氷容器７が配置されると、熱伝導性の良好なアルミニウムからなる下部の皿状体９では急速に冷却が進み、凹部８の底から氷結が始まる。
【００１８】
一方製氷容器７の上部は断熱性能の高い蓋体１０で覆われ、かつ略密閉構造となっているため、凹部８に注入された水の表面に低温の冷気が流入することもなく、温度の低下は十分遅くなる。かくして凹部８内の水は、内部に容存空気などによる気泡が混入していても、従来のように上下両面の氷結によって内部に閉じこめられることなく、高温で未氷結の上部に発散することが可能になり、水は緻密な単結晶または多結晶状態で下部から順次氷結して、透明な氷を形成することが可能になる。
【００１９】
製氷容器７の構造は、図１に示すような凹部８を多数形成した方が、製氷後の使用には便利であるが、凹部８の容積を小さくしすぎると底面に加えて側面からの冷却氷結も促進されることになり、気泡が十分抜けきらない場合も生ずる。したがって凹部８の底面積を十分大きくするか、あるいは隣接する凹部８間の側面間にも断熱材を充填し、側面からの氷結を抑制すればなお効果的である。
【００２０】
ここで皿状体９の側の冷却を促進するためには、上記のように皿状体９の材質をアルミニウム等の良伝熱性材料で構成することが有効であるが、加えてこの皿状体９に接触する冷凍空間１の底部に、良伝熱性材料の伝熱板６を配置すれば、ここからの熱放散は一層加速される。伝熱板６は予め冷凍空間１内で冷却されているから、蓄冷材としての作用もあり、厚さが大なるほど急速冷却の効果はあるが、水（または氷）の熱伝達係数に比べてアルミニウムの熱伝達係数ははるかに大きいことから明らかなように、厚さ０．５〜１ｍｍ程度のアルミニウム板を用いることで十分な速度の氷結を行うことができる。凹部８内の水層の深さを１０ｍｍとした時、２０分程度で全体が氷結し、内部気泡がほとんど見られない透明な氷を生成することができた。
【００２１】
（参考形態２）
本発明の参考形態２について説明する。本参考形態は、基本的な構成および作用等は参考形態１と同様であるが、皿状体９へ初期に全量注水するのではなく、逐次間欠的に注水する点が異なる。したがって、この相違点を中心に本参考形態を説明する。
【００２２】
図２は本発明の製氷装置の参考形態２における要部断面図である。図２において、室温雰囲気に設置された給水タンク１１から製氷容器７の各凹部８に連通する注水経路１２が備えられ、その途中には注水ポンプ１３が配置されている。冷凍空間１内に設置された製氷容器７の上部から、少量の水を所定間時間隔毎に注水ポンプ１３を動作させて注水し、氷結させる構成となっている。
【００２３】
この構成とすることにより、都度の氷結作用時の未氷結の水の層は十分薄くでき、下部から冷却されて氷結が進む間、水層内部の気泡は容易に上部へ抜け出ることができ、氷結した氷の透明度をより向上させることができる。
【００２４】
また、冷凍空間１内の温度に比べて十分高温の水が供給されることにより、既に氷結していた皿状体９内の氷の表面を一時的に融解する作用もあり、表面近傍にあって抜け切れずに氷内部に捕捉されていた気泡を再度自由状態にして、上部に除去できるようにする効果もあり、氷の透明度をさらに向上させることができる。
【００２５】
注水量やその間隔は、皿状体９の大きさや冷凍空間１内の温度、送風機３からの送風量等によっても変化するが、１回の注水によって（初期の注水では）凹部８の底面全体を覆う量、以降の注水では既に形成されている氷の全上面を覆うに足る量を供給することによって、上記のように固液界面を再溶解して気泡除去と氷結晶の連続的成長させることができ、また熱伝達や温度分布を均一化するためにもが好ましい。
【００２６】
なお、注水経路１２は、注水の度に冷凍空間１内に進退するよう構成することも可能であるが、注水後に注水ポンプ１３を逆駆動して、冷凍空間１内に暴露されて温度低下する部分の水を退避させておく方法でもよく、いずれの手段を用いても上記効果を発揮するに問題はない。
【００２７】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１について説明する。本実施の形態は、低温の冷凍空間１内における水の氷結を、極めて薄い膜状の水として結晶化成長させる点に特徴がある。この点を中心に本実施の形態を説明する。
【００２８】
図３は本発明の製氷装置の実施の形態１における要部断面図である。図３において、２６はアルミニウム製の伝熱板で、上下動する可動軸２７に連接している。２９は下方の凸部２８底面に平面部を有する平面板で、アルミニウム素材で構成され、伝熱板２６に密着装備されている。２１は冷凍空間１（図示せず）内の平面板２９直下に備えられた貯水容器で、給水ポンプ２３に連通する導入流路２４を上部に、排水流路２５を底部に備えている。
【００２９】
この構成で、給水ポンプ２３を動作させて貯水容器２１に水を供給すると同時に、可動軸２７を動作させて伝熱板２６およびこれに密着装備される平面板２９を降下させて、貯水容器２１内の水に平面板２９の凸部２８を浸漬させる。その後給水ポンプ２３を逆動作して排水流路２５を介して貯水容器２１内の水を除去すると同時に、可動軸２７を上昇操作して平面板２９を上昇させ、冷凍空間１（図示せず）内の冷気中に暴露すれば、凸部２８の下部平面部分に付着した薄い水の膜が即時に氷結することになる。
【００３０】
この水の膜は極めて薄く、単分子塗膜に近い状態となるからこの水膜中に溶存空気などの気泡は混入されず、形成された氷は透明な結晶状態となし得る。この動作を繰り返すことによって、凸部２８下面に形成された氷の層に新たな氷の層が積層されて、全体が透明な氷の積層体として成長することになる。
【００３１】
凸部２８（もしくはその底面に形成された氷層）に付着する水の量が微量であることから、１回の氷結に要する時間は数十秒程度であり、１分前後の間隔で伝熱板２９の上下動作を行い得るが、貯水容器２１への給水および排水は、必ずしも都度行う必要はなく、水温が降下しすぎてここで氷結を生じない範囲で数回の平面板２９の上下動作に対して１度の給排水を行うことも可能である。その間隔は供給される水温や冷凍容器１内の温度によっても変わり、上記動作が完全に行われる範囲で任意に設定可能である。
【００３２】
この手段を用いれば、水の供給量や水温、雰囲気温度等の精密な制御を行うことなく、極めて容易に水の薄膜を形成し、したがって気泡を含まない氷結状態を実現し得るもので、使用条件が種々異なる家庭用冷蔵庫に適用する際にも、容易かつ確実に透明な氷を生成できる。
【００３３】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態は、基本的な構成および作用は実施の形態１と同様であるが、貯水容器２１を冷凍空間１の外部に設けて内部の水が凍結しない状態に保持し、平面板２９を降下させて凸部２８を貯水容器２１内の水面に接触させる時にのみ、冷凍空間１と貯水容器２１を隔離する可動壁を開閉操作した点が異なる。この相違点を中心に本実施の形態を説明する。
【００３４】
図４は本発明の製氷装置の実施の形態２における要部断面図である。図４において、一体構成されて上下動する可動軸２７、伝熱板２６、および凸部２８を有する平面板２９の直下に位置する冷凍空間１外に、水の導入流路２４および排水流路２５を備えた貯水容器２１を配置しており、両者の接続部分には摺動動作する可動壁３０を備えている。
【００３５】
上記構成で、貯水容器２１に注入された水は、通常は冷凍空間１に暴露されることなく冷却作用をうけないから、ここでの氷結を考慮する必要がなく、水量が不足した時にのみ導入流路２４から水を供給すればよく、また通常は排水流路２５から水を退避させる必要もなく、長期間使用しない時にのみ水の変質防止のために排水除去するだけでよくなる。
【００３６】
一方、上下動する平面板２９が降下して貯水容器２１内の水に接触しようとする時には、冷凍空間１の側面位置に備えられた可動壁３０を動作させ、冷凍空間１と貯水容器２１との隔壁を除くことによって、冷凍空間１内の冷気を逃すことなく、また貯水容器１内の水を過剰に冷却することもなく、凸部２８下面に水の薄膜を接触形成させることができ、平面板２９を上昇させた時には可動壁３０を元に戻して再度貯水容器１上面を閉鎖隔離することができる。
【００３７】
かくして貯水容器への給水や排水を頻繁に行うことなく、透明氷の形成成長を繰り返すことが可能になる。なお可動壁３０の動作は、本実施の形態に図示するように側部への摺動動作でも、あるいは回転動作でもよく、その構成次第によって上記降下を損なうものではない。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明の製氷装置および製氷方法は、高精度の温度や流量等の制御操作を必要とせず、簡便な構成と簡易な操作のみによって、容易かつ高速の透明氷生成が可能となり、設置条件や使用条件が変化しやすい家庭用冷蔵庫を用いても確実に透明氷を生成し、提供することが可能になるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の製氷装置の参考形態１における要部構成の断面図
【図２】本発明の製氷装置の参考形態２における要部断面図
【図３】本発明の製氷装置の実施の形態１における要部断面図
【図４】本発明の製氷装置の実施の形態２における要部断面図
【符号の説明】
１冷凍空間
２冷媒蒸発部
３送風機
４給気口
５廃棄口
６，２６伝熱板
７製氷容器
８凹部
９皿状体
１０蓋体
１１給水容器
１２注水経路
１３注水ポンプ
１７注水口
２１貯水容器
２３給水ポンプ
２４導入流路
２５排水流路
２７可動軸
２８凸部
２９平面板
３０可動壁

Claims

良伝熱性材料からなる上下可動の平面板と、前記平面板の直下部に配置された貯水容器を備え、
前記貯水容器に前記平面板を降下動作させて水面に接触または水に浸漬させ、その後前記平面板を上昇動作させて該平面板に付着した水を冷凍空間内で氷結させる操作を、複数回繰り返して前記平面板に氷の層を成長させることを特徴とする製氷装置。
前記貯水容器内の水が氷結を生じない範囲で、前記貯水容器への給水および排水を行うことを特徴とする請求項１記載の製氷装置。
前記貯水容器と前記冷凍空間を隔離する可動壁を備え、
前記平面板降下動作時に前記可動壁を開放して前記貯水容器と前記冷凍空間を連通させることを特徴とする請求項１記載の製氷装置。
前記平面板上部に接して、良熱伝導性の伝熱版を配置したことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の製氷装置。
良伝熱性材料からなる平面板を、前記平面板の直下部に配置された貯水容器内の水面に接触または該貯水容器内の水に浸漬させ、その後前記平面板を冷凍空間内の冷気中に暴露して該平面板に付着した水を氷結させる操作を、複数回繰り返して前記平面板に氷の層を成長させることを特徴とする製氷方法。
前記貯水容器内の水が氷結を生じない範囲で、前記貯水容器への給水および排水を行うことを特徴とする請求項５記載の製氷方法。
前記平面板を水面に接触する時に冷凍空間を隔離する可動壁を開放して前記貯水容器と前記冷凍空間を連通させることを特徴とする請求項５記載の製氷方法。