JP7392981B2 - 製氷機及び製氷機を備えた冷蔵庫 - Google Patents
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Description
また、縦横に並んだ冷却突起に応じてトレーの内容積も大きくなるので、多量の液体をトレーに供給する必要がある。トレー内に収容される液体の量が多いと、迅速な効率的な製氷が困難となる。
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、
上方が開口した液体貯蔵領域内に液体を収容可能な液体容器と、
給液管により前記液体容器内に液体を供給する液体供給部と、
を備え、
複数の前記棒状部材及び前記給液管が略一列に配置され、
前記開口から挿入された複数の前記棒状部材及び前記給液管の先端部が前記液体貯蔵領域内に位置し、
前記液体容器が、複数の前記棒状部材及び前記給液管が並んだ列に沿って延びた形状を有し、
前記列に沿った方向から見た断面視において、前記液体貯蔵領域が前記棒状部材の外側に生成される氷の外形に沿った形状を有することを特徴とする。
また、液体貯蔵領域が生成される氷の外形に沿った形状を有するので、液体貯蔵領域の内容積も生成する氷の外形に合わせて小さくできる。このため、製氷のために液体容器に供給する液体の量も少なくできる。トレーの内容積も小さくできるので、液体貯蔵領域内に収容された液体を迅速に冷却して、短時間に効率的に製氷することができる。
これにより、省スペースであり、かつ製氷のために供給する液体の量が少なく、迅速で効率的な製氷が可能な製氷機を提供できる。
前記液体貯蔵領域の側方において前記列に沿って延びた軸を回転軸として、前記液体容器を回転移動させる移動機構を更に備え、
前記移動機構により、前記液体容器が、前記開口が上方を向き前記液体貯蔵領域内に液体を貯蔵可能な製氷位置と、前記開口が側方を向き前記棒状部材の下側に前記液体容器が存在しない退避位置との間を回転移動することを特徴とする
前記液体容器が前記退避位置にある状態で、前記液体容器及び前記移動機構が取り付けられたフレームを、複数の前記棒状部材及び前記給液管に対して、前記列に沿った方向に引き出し可能に構成されていることを特徴とする。
前記液体供給部及び前記移動機構を制御する制御部を更に備え、
前記制御部の制御により、
前記液体供給部が、前記製氷位置にある前記液体容器に液体を供給する給液工程と、
前記給液工程の後、所定の時間、氷点下にした前記棒状部材の前記先端部から所定の領域が前記液体貯蔵領域に収容された液体に浸かった状態にする製氷工程と、
前記製氷工程の後、前記移動機構が、前記液体容器を前記製氷位置から前記退避位置まで回転移動させる退避工程と、
前記退避工程の後、前記棒状部材を氷点より高い離氷温度にして、前記棒状部材の周囲に生成された氷を前記棒状部材から落下させる離氷工程と、
を行うことを特徴とする。
上記の製氷機を備え、
前記製氷機の前記列が庫内の前後方向に沿うように配置され、
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1Aは、本発明の1つの実施形態に係る製氷機2を斜め上方前側から見た斜視図である。図1Bは、図1Aに示す製氷機2において、前面のカバー6を取り外した状態を示す斜視図である。図1Cは、図1Bに示す製氷機2を斜め上方後側から見た斜視図である。図2Aは、1つの実施形態に係る製氷機2の冷却部40、液体容器50、移動機構60及び給除液管70を斜め上側から見た斜視図である。図2Bは、1つの実施形態に係る製氷機2の冷却部40、液体容器50、移動機構60及び給除液管70を斜め下側から見た斜視図である。図3は、図2AのA-A断面図であって、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4は、図3と同じ断面を示す図であって、本発明の1つの実施形態に係る製氷機2の変形例を模式的に示す側面断面図である。図5は、本発明の1つの実施形態に係るヒートシンク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を模式的に示す図である。図6は、図2Aの矢印B-Bから見た図であって、製氷位置にある液体容器50と、冷却部40及び給除液管70との位置関係を示す側面図である。図6Bは、図2Aの矢印B-Bから見た図であって、退避位置にある液体容器50と、冷却部40及び給除液管70との位置関係を示す側面図である。図1Cでは、内部構造を視認できるように、一方の接続管14Bを取り外した状態で示してある。
はじめに、図1A、図1B、図1C、図2A、図2B、図3、図4、図5、図6A及び図6B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、ピン42を介して製氷機2の本体に固定されている。給除液管70も、製氷機2の本体に固定されている。一方、液体容器50及び移動機構60は、保持部4Aを介して製氷機2の本体に着脱可能に構成されたフレーム4に取り付けられている。
凍結させて氷を生成する液体として、飲料水をはじめとする任意の液体を用いることができる。
冷却部40は、図3に示す1つの実施形態及び図4に示す1つの実施形態の変形例によって、構成部材が異なる。
[1つの実施形態]
1つの実施形態では、冷却部40は、上側から下側にかけて、ヒートシンク10及び金属板20を備え、ヒートシンク10の下面と金属板20の上面が接合されている。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。
[変形例]
変形例では、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。
何れの場合においても、複数の棒状部材24が略一列に並んで配置されている。ここでは、6本の棒状部材24が備えられた場合を示すが、これに限られるものではない。棒状部材24の個数として、2以上の任意の数を採用することができる。
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5では、冷媒の流れを点線の矢印で示してある。図5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。
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。
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10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。
ペルチェ素子30を備えない場合には、ヒートシンク10の下面及び金属板20の上面と密着するように、例えば、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。
一方、ペルチェ素子30を備える場合には、ペルチェ素子30の両面がヒートシンク10の面下及び金属板20の上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、弾性を有する樹脂材料から形成される。液体容器50は、底面部50Aと底面部50Aから立設した側壁部50Bとに囲まれた液体貯蔵領域Rを有する。液体貯蔵領域Rの上方は開口している。金属板20の棒状部材24は、この開口Sを介して、液体貯蔵領域R内に挿入され、棒状部材24の先端部24Bから所定の領域が液体貯蔵領域R内に配置されるようになっている。後述する給除液管70も、この開口Sを介して、液体貯蔵領域R内に挿入される。
更に、ペルチェ素子30を備える場合には、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ので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。
本実施形態では、液体容器50を構成する側壁部50Bと繋がり、上方の開口Sを一部覆うリブ50Cが設けられている。
図2A,2Bに示すように、液体容器50には、液体貯蔵領域Rの延在方向に沿って延びたシャフト部52が設けられている。液体容器50のシャフト部52の一方の端部は、後述する移動機構60の駆動軸に連結されている。一方、液体容器50のシャフト部52の他方の端部は、製氷機2のフレーム4に取り付けられた軸受部62に回転自在に支持されている。移動機構60もフレーム4に取り付けられている。
つまり、本実施形態に係る製氷機2では、液体容器50の液体貯蔵領域Rの側方において、複数の棒状部材24が並んだ列に沿って延びた軸Cを回転軸として、液体容器50を回転移動させる移動機構60を備えている。
移動機構60は、液体容器50を回転移動させるように構成されている。移動機構60の駆動モータが起動して駆動軸が回転すると、液体容器50は点Cを回転中心として回転する。移動機構60は、例えば、駆動モータの駆動力により、液体容器50を時計回り・反時計回りに回転移動させることができる(図2Bの両矢印参照)。
移動機構60により、液体容器50を製氷位置から軸Cを回転軸として回転させ、図2A、図2B及び図6Bに示すような、液体容器50の液体貯蔵領域Rの開口Sが側方を向いて、金属板20の棒状部材24の下側に液体容器50が存在しない位置まで回転させることができる。この液体容器50の位置を退避位置と称する。製氷位置及び退避位置の間の液体容器50の回転角度は、主に、金属板20の棒状部材24及び液体容器50の位置関係、並びに回転中心となる点Cの位置によって異なるが、70度から120度の範囲が適切であると考えられる。
本実施形態では、液体容器50内に液体を供給する液体供給部72、及び液体容器50内から液体を排出する液体除去部74を兼用した機構を有する。この液体供給部72及び液体除去部74の兼用機構は、主に、液体を貯蔵する貯蔵容器と、吸引方向及び吐出方向を逆転可能な給除液ポンプと、給除液管70と、それらを接続する給除液流路とから構成される。液体供給部72及び液体除去部74を兼用することにより、部品点数を減らし、特に、給除液管70だけが液体容器50内に挿入されるので、液体容器50周りの省スペースが図れる。
制御部90の制御により、給除液ポンプ除液側に駆動すると、液体容器50内の液体が給除液管70の先端開口70Aから吸い込まれ、給除液流路を介して、給除液管70から給排液ポンプを流れて貯蔵容器内に流入する。このとき、戻りの液体を貯蔵容器内に流入させる前に、フィルタを通過させることが好ましい。フィルタの濾過機能により、貯蔵容器内の液体の可溶物または不溶物の濃度上昇を抑えて、高品質な氷の生成が実現できる。
ただし、液体供給部72及び液体除去部74を兼用する機構は一例であって、液体供給部72及び液体除去部74ごとに、個別の給液ポンプ及び除液ポンプ、並びに個別の給液管及び除液管を備えることもできる。
液体容器50は、シャフト部52により移動機構60の駆動軸及び軸受部62に回転自在に取り付けられ、移動機構60の駆動軸及び軸受部62はフレーム4に取り付けられている。液体容器50が製氷位置にいるとき、棒状部材24及び給除液管70は液体容器50の液体貯蔵領域R内に挿入されている。しかし、移動機構60により、液体容器50を退避位置まで回転移動させると、棒状部材24及び給除液管70は液体容器50の外側に位置し、棒状部材24及び給除液管70の下方には、液体容器50が存在しない状態になる。よって、液体容器50及び移動機構60を、複数の棒状部材24及び給除液管70が並んだ列に沿った方向に移動させても、互いに干渉しない。
つまり、液体容器50が退避位置にある状態で、液体容器50及び移動機構60が取り付けられたフレーム4を、複数の棒状部材24及び給除液管70に対して、複数の棒状部材24及び給除液管70が並んだ列に沿った方向に引き出し可能に構成されている。これにより、液体容器50及び移動機構60を製氷機2から外に取り外すことができる。
これにより、省スペースであり、かつ製氷のために供給する液体の量が少なく、迅速で効率的な製氷が可能な製氷機2を提供できる。
図7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7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。ここでは、ペルチェ素子30を含む制御構成を例にとって説明する。
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、製氷位置及び退避位置の間を回転移動させるとともに、液体容器50を捻って離氷を行うことができる。
次に、制御部90による制御処理の説明を行う。図8Aから図8Eは、本発明の1つの実施形態に係る製氷機2で実施される各工程を模式的に示す側面断面図であって、図8Aは給液工程を示し、図8Bは製氷工程を示し、図8Cは除液工程を示し、図8Dは退避工程を示し、図8Eは、離氷工程を示す。
液体容器50が製氷位置にあり、液体容器50内に液体が貯蔵されていない初期状態から開始する場合を例にとって説明する。ここでは、液体容器50に液体を供給する給液工程、棒状部材24の周囲に氷を生成する製氷工程、液体容器50を製氷位置から退避位置へ回転移動させる退避工程、棒状部材24から生成された氷を落下させる離氷工程を詳細に説明する。
液体供給部72が、製氷位置において上方が開口した液体容器50に液体を供給する。具体的には、制御部90の制御により、液体供給部72の給除液ポンプの駆動モータを給液方向に駆動させる。これにより、給除液ポンプは、貯蔵容器内の液体を吸い上げ、給除液流路及び給除液管70を介して、液体容器50に液体を供給する。制御部90は、液面センサからの信号またはタイマの計時により、液体容器50内の液体の高さが所定の高さに達したと判別したとき、給除液ポンプの稼働を停止する。給液工程により、金属板20の棒状部材24の先端部24Bから所定の領域Lが液体容器50内の液体に浸かった状態となる。
上記の給液工程の後、所定の時間、製氷温度にした金属板20の棒状部材24の先端部24Bから所定の領域Lが液体容器50に収容された液体に浸かった状態にする製氷工程を行う。具体的には、制御部90の制御により、冷却システム80で低温になった冷媒をヒートシンク10に流す。内部の流路12を流れる冷媒の蒸発により氷点下の温度になったヒートシンク10による冷却で、金属板20の棒状部材24が氷点下の製氷温度になる。
つまり、ペルチェ素子30により、棒状部材24を有する金属板20側から吸熱して、ヒートシンク10側に放熱するので、低温の冷媒が流れる流路を有するヒートシンクによる冷却に加えて、ペルチェ素子30による冷却が加わり、金属板20の棒状部材24の温度を、冷媒だけを用いた場合の温度よりも更に低い温度にすることができる。これにより、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。
上記の製氷工程の後、制御部90の制御により、液体除去部74が液体容器50内に残留する液体を除去する。具体的には、制御部90の制御により、給除液ポンプを除液方向に駆動させる。これにより、給除液ポンプは、給除液管70及び給除液流路を介して、液体容器50内の液体を吸い出して、貯蔵容器に戻す。このとき、貯蔵容器に戻る液体は、貯蔵容器の戻り経路入口に配置されたフィルタにより濾過された後、貯蔵容器に流入する。
上記の製氷工程の後、制御部90の制御により、移動機構60が、残留した液体を液体容器50内に貯蔵したまま、液体容器50を製氷位置から金属板20の棒状部材24の下側に液体容器50が存在しない退避位置まで回転移動させる。移動機構60の駆動モータを駆動させることにより、製氷位置から退避位置まで、液体容器50を70度から120度の範囲で回転させる。このような移動回転角度により、後述する離氷工程で金属板20の棒状部材24から生成された氷Gを落下させても、液体容器50と干渉する虞がない。
退避工程の後、制御部90の制御により、金属板20の棒状部材24を離氷温度にして、棒状部材の周囲に生成された氷Gを棒状部材24から落下させる。落下した氷Gは、下方に配置された氷収納容器56に収納される。
金属板20の棒状部材24を離氷温度にするには、ペルチェ素子30を備えない場合には、低温の冷媒の代わりに、圧縮器82を出た直後の高温の冷媒をヒートシンク10に流すことにより、ヒートシンク10の温度を上昇させ、熱伝導で金属板20の棒状部材24の温度を上昇させて、氷点より高い離氷温度にすることができる。
以上のような制御処理により、少ない液体の供給量で、短時間に効率的に複数の氷を生成することができる。
図9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9では、冷媒の流れを点線の矢印で示す。図9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9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。
また、製氷機2がペルチェ素子30を備える場合には、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ので、冷媒だけを用いた場合よりも、棒状部材24の製氷温度を更に低下させることができる。
また、製氷機2がペルチェ素子30を備える場合には、冷却システム150から低温の冷媒をヒートシンク10へ供給する状態のまま、ペルチェ素子30への通電方向を製氷時と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。
また、離氷工程では、三方弁160を切り替えて、冷媒がヒートシンク10に供給されないようにすることもできる。
仮に、平面視において同様な専有面積を有するが、前後方向の寸法は小さく、幅方向の寸法が大きいように、製氷機2を庫内に配置した場合を考える。この場合、庫内における製氷機2の幅方向の占有領域が大きくなるので、貯蔵スペースが制限される。一方、庫内の製氷機の前後方向にスペースが生じる可能性はある。しかし、製氷機の後側のスペースは、食品等の出し入れが困難であり、製氷機の前側のスペースは、食品等を置くと、製氷機で生成した氷を取り出すのが困難になる。よって、庫内の有効収納領域が減少する。
特に、液体容器50及び移動機構60が取り付けられたフレーム4を、製氷機2の本体から着脱可能になっている。よって、冷蔵庫100の前側の開口から、フレーム4を容易に出し入れすることができ、液体容器50や移動機構60のメンテナンスを容易に行うことができる。
4 フレーム
4A 保持部
4B 後壁部
6 カバー
8 切り欠き
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
42 ピン
50 液体容器
50A 底面部
50B 側壁部
50C リブ
52 シャフト部
54 突起
56 氷収納容器
60 移動機構
62 軸受部
70 給除液管
70A 先端開口
72 液体供給部
74 液体除去部
80 冷却システム
82 圧縮器
84 凝縮器
86 乾燥器
90 制御部
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
R 液体貯蔵領域
S 開口
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、
上方が開口した液体貯蔵領域内に液体を収容可能な液体容器と、
給液管により前記液体容器内に液体を供給する液体供給部と、
を備え、
複数の前記棒状部材及び前記給液管が略一列に配置され、
前記開口から挿入された複数の前記棒状部材及び前記給液管の先端部が前記液体貯蔵領域内に位置し、
前記液体容器が、複数の前記棒状部材及び前記給液管が並んだ列に沿って延びた形状を有し、
前記列に沿った方向から見た断面視において、前記液体貯蔵領域が前記棒状部材の外側に生成される氷の外形に沿った形状を有することを特徴とする製氷機。
- 前記液体貯蔵領域の側方において前記列に沿って延びた軸を回転軸として、前記液体容器を回転移動させる移動機構を更に備え、
前記移動機構により、前記液体容器が、前記開口が上方を向き前記液体貯蔵領域内に液体を貯蔵可能な製氷位置と、前記開口が側方を向き前記棒状部材の下側に前記液体容器が存在しない退避位置との間を回転移動することを特徴とする請求項1に記載の製氷機。
- 前記液体容器が前記退避位置にある状態で、前記液体容器及び前記移動機構が取り付けられたフレームを、複数の前記棒状部材及び前記給液管に対して、前記列に沿った方向に引き出し可能に構成されていることを特徴とする請求項2に記載の製氷機。
- 前記液体供給部及び前記移動機構を制御する制御部を更に備え、
前記制御部の制御により、
前記液体供給部が、前記製氷位置にある前記液体容器に液体を供給する給液工程と、
前記給液工程の後、所定の時間、氷点下にした前記棒状部材の前記先端部から所定の領域が前記液体貯蔵領域に収容された液体に浸かった状態にする製氷工程と、
前記製氷工程の後、前記移動機構が、前記液体容器を前記製氷位置から前記退避位置まで回転移動させる退避工程と、
前記退避工程の後、前記棒状部材を氷点より高い離氷温度にして、前記棒状部材の周囲に生成された氷を前記棒状部材から落下させる離氷工程と、
を行うことを特徴とする請求項2または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、
前記製氷機の前記列が庫内の前後方向に沿うように配置され、
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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