(57)【要約】【課題】氷と水の界面から気泡が離れず氷内に閉じ込まれる、装置が大がかりになり大幅なコストアップに繋がる、家庭用冷蔵庫や業務用冷凍庫では容器内に製氷する必要があり、氷筍のようにならない等の課題があった。【解決手段】給水タンク６を備えた冷蔵室７の下に製氷室１を設け、その製氷室１を冷却板２で仕切って２個の空間１６，１７をつくり、上部空間を冷蔵空間１７、下部空間を冷凍空間１６とし、製氷容器３を冷却板２上に配置し、前記製氷容器３の開口部へ間欠的に給水して製氷する製氷装置。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
０℃よりも高い温度に保持された空間Ａが、０℃よりも低い温度に保持された空間Ｂの上になるように、冷却板で分離して隣接され、
前記冷却板上の製氷容器に給水するための給水ノズルが前記空間Ａに配置され、
前記製氷容器内に間欠的に給水して製氷する製氷装置。
【請求項２】
請求項１に記載の製氷装置と、冷蔵室とを備えた冷蔵庫であって、
前記空間Ａの上に前記冷蔵室が配置され、
前記製氷容器と前記給水ノズルは、金属容器内に配置され、
前記金属容器の外側の温度が前記冷蔵室の温度となるように前記空間Ａと前記冷蔵室を仕切る領域に窓が設けられている冷蔵庫。
【請求項３】
請求項１に記載の製氷装置と、冷蔵室とを備えた冷蔵庫であって、
前記製氷容器の底部および上部に温度検知手段と、
前記製氷容器の底部温度が所定の温度よりも低くなったとき、前記間欠給水を開始し、所定の時間給水した後給水を停止し、前記製氷容器の上部温度が所定の温度よりも低くなったとき、離氷を開始する制御手段とを備えた冷蔵庫。
【請求項４】
前記冷蔵室には給水タンクが配置され、給水ポンプによって前記給水が行われる請求項２記載の冷蔵庫。
【請求項５】
前記冷蔵室には給水タンクが配置され、
また、前記金属容器内の空気を吸引する真空ポンプが設けられており、
前記給水タンクから前記給水ノズルの間の所定の部位に電磁弁が設けられ、
前記電磁弁をオンオフすることによって前記製氷容器内に間欠的に給水して製氷する請求項２記載の冷蔵庫。
【請求項６】
前記冷却板は開閉可能であり、
前記製氷容器の底部および上部に温度検知手段が設けられ、
前記冷却板による開閉動作を検知する開閉検知手段を有し、
制御手段によって、前記冷却板が閉のとき、前記電磁弁を閉にして真空引きを開始し、前記製氷容器の底部の温度が所定の温度よりも低い温度となったときに、前記電磁弁を所定時間オンにして給水し、所定時間経過後オフにして給水を停止することを繰り返すことによって間欠給水し、所定時間給水した後給水を停止し、前記製氷容器の上部の温度が所定の温度よりも低い温度となったときに真空引きを停止して、離氷を開始する請求項５記載の冷蔵庫。
【請求項７】
前記空間Ａと空間Ｂにはそれぞれ冷気の吹き出し口が設けられている請求項２〜６のいずれかに記載の冷蔵庫。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、家庭用冷蔵庫における透明氷の製氷に関する製氷装置並びに冷蔵庫に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、家庭用冷蔵庫における透明氷の製氷は、製氷皿に給水後、製氷皿を振動させて、凍結に伴い発生した気泡が氷の中に混入するのを防いだり、製氷する前に空気などの溶存ガスを脱気した水を用いて製氷する方法が採られていた。また、給水後、製氷皿の上部を加熱して製氷皿の上下に温度差を付けて、凍結の際に発生した気泡が氷の中に混入するのを防いでいた。また、業務用製氷機では、水を凍結させるための製氷皿を下に向けて噴水状に給水し、製氷皿の側面から徐々に凍らせていく方法が採られていた。更に、天然の氷筍に倣って単結晶氷の育成方法などがあった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このように、透明氷を製氷する場合の大きな課題は、凍結時に発生する気泡を如何に氷の中に取り込まれないようにするかである。また、硬度の高い井戸水やミネラル水などに存在する硬度イオン成分そのものの析出や硬度イオン成分が核となって発生する気泡を防ぐことである。
【０００４】
一般に水道水には、硬度イオン成分が１５〜３０ｐｐｍ、溶存ガスが２０ｐｐｍ程度含まれている。水が結晶化して氷となる場合には、水が結晶化する速度と結晶化した氷から不純物を排出しようとする速度の兼ね合いによって、透明氷になったり、不透明氷になったりする。特に、溶存空気による不透明氷の生成には、水中における空気の拡散が大きく関わっており、氷と水の界面移動速度が速い場合に、溶存空気が氷内に閉じこめられる。
【０００５】
しかし、界面移動速度が遅い場合には、氷内に入り込めない空気分子が、界面近傍の水内に溜まり、空気分子濃度の過剰な領域が形成される。このような過剰空気の分子数は、氷の成長とともに次第に多くなり、ある限界を越えると巨視的な空気の泡となり、最終的に進行してきた氷内に閉じこめられる。製氷皿に物理的に振動を与えて、水が結晶化する際に発生した気泡が氷内に閉じ込まれるのを防ぐ方法は、ある程度の透明度はあるが、発生した気泡が小さい場合には、氷と水の界面から気泡が離れず氷内に閉じ込まれるという課題があった。
【０００６】
また、結晶化する前に予め脱気してガス成分を除去する方法は、透明氷を作成する上で有効であるが、装置が大がかりになり大幅なコストアップに繋がるだけでなく、製氷に時間がかかると脱気水に再び空気が溶け込み、結晶化するときに気泡が発生して、透明度の高い氷は得られない課題があった。
【０００７】
更に、容器のない平坦な部分に水滴を落下させて透明度の高い単結晶氷を製氷する方法があるが、家庭用冷蔵庫や業務用冷凍庫では容器内に製氷する必要があり、氷筍のようにならない課題があった。
【０００８】
本発明は、このような従来の製氷装置の課題を考慮し、比較的短時間で透明度の高い氷を製氷することが可能である製氷装置などを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
第１の本発明は、０℃よりも高い温度に保持された空間Ａが、０℃よりも低い温度に保持された空間Ｂの上になるように、冷却板で分離して隣接され、
前記冷却板上の製氷容器に給水するための給水ノズルが前記空間Ａに配置され、
前記製氷容器内に間欠的に給水して製氷する製氷装置である。
【００１０】
第２の本発明は、第１の本発明に記載の製氷装置と、冷蔵室とを備えた冷蔵庫であって、
前記空間Ａの上に前記冷蔵室が配置され、
前記製氷容器と前記給水ノズルは、金属容器内に配置され、
前記金属容器の外側の温度が前記冷蔵室の温度となるように前記空間Ａと前記冷蔵室を仕切る領域に窓が設けられている冷蔵庫である。
【００１１】
第３の本発明は、第１の本発明に記載の製氷装置と、冷蔵室とを備えた冷蔵庫であって、
前記製氷容器の底部および上部に温度検知手段と、
前記製氷容器の底部温度が所定の温度よりも低くなったとき、前記間欠給水を開始し、所定の時間給水した後給水を停止し、前記製氷容器の上部温度が所定の温度よりも低くなったとき、離氷を開始する制御手段とを備えた冷蔵庫である。
【００１２】
第４の本発明は、前記冷蔵室には給水タンクが配置され、給水ポンプによって前記給水が行われる第２の本発明の冷蔵庫である。
【００１３】
第５の本発明は、前記冷蔵室には給水タンクが配置され、
また、前記金属容器内の空気を吸引する真空ポンプが設けられており、
前記給水タンクから前記給水ノズルの間の所定の部位に電磁弁が設けられ、
前記電磁弁をオンオフすることによって前記製氷容器内に間欠的に給水して製氷する第２の本発明の冷蔵庫である。
【００１４】
第６の本発明は、前記冷却板は開閉可能であり、
前記製氷容器の底部および上部に温度検知手段が設けられ、
前記冷却板による開閉動作を検知する開閉検知手段を有し、
制御手段によって、前記冷却板が閉のとき、前記電磁弁を閉にして真空引きを開始し、前記製氷容器の底部の温度が所定の温度よりも低い温度となったときに、前記電磁弁を所定時間オンにして給水し、所定時間経過後オフにして給水を停止することを繰り返すことによって間欠給水し、所定時間給水した後給水を停止し、前記製氷容器の上部の温度が所定の温度よりも低い温度となったときに真空引きを停止して、離氷を開始する第５の本発明の冷蔵庫である。
【００１５】
第７の本発明は、前記空間Ａと空間Ｂにはそれぞれ冷気の吹き出し口が設けられている第２〜６の本発明のいずれかの冷蔵庫である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明を、図面を参照して以下に説明する。
【００１７】
（実施の形態１）
透明氷を製氷するための製氷装置を図１に示す。製氷室１は、断熱材１１を含む仕切と、仕切に設けられた窓を塞ぐパッキン９、冷却板２を介して、０℃よりも低い温度に保持された空間Ｂ（以下冷凍空間１６という）と、０℃よりも高い温度に保持された空間Ａ（以下冷蔵空間１７という）に分けられている。
【００１８】
従来の製氷と大きく異なる点の一つは、製氷は冷凍空間１６で行うのではなく冷蔵空間１７で行い、製氷された氷を貯氷するのに冷凍空間１６を使用することである。例えばＰＰ（ポリプロピレン）からなる製氷容器（以下製氷皿３という）は冷却板２上に配置するので冷蔵空間１７側にある。冷却板２は、熱伝導のよいＡｌやＣｕなどの金属を使用する。
【００１９】
また、図２に示すように、冷蔵室７を、製氷室１の上に隣接して配置し、給水用の水は、冷蔵室７の中に設置した給水タンク６の中に入れて予め冷やしておき、給水ポンプ１３（たとえばギアポンプや圧電ポンプなど）を介して給水ノズル５から製氷皿３に間欠的に給水する。
【００２０】
製氷皿３と給水ノズル５は、例えばＡｌなどの金属容器１４の中に配置して、金属容器１４が冷蔵室７と同じ温度（＞５℃）となるように製氷室１の冷蔵空間１７と冷蔵室７は通気孔１２で連通しており、冷蔵空間１７が常に冷凍空間１６よりも高い温度に保持できるようになっている。ここで、金属容器１４内に製氷皿３と給水ノズル５を配置しているのは、冷蔵室７に置かれた食品の臭いが氷の中に入り不快な臭いが付くのを防ぐためである。
【００２１】
このように配置すると、製氷皿３の底面は氷点下となり上部は２〜３℃となって底面と上部では温度差が発生し、底面から徐々に凍結する。
【００２２】
製氷皿３の底部と上部に温度検知手段として例えばサーミスター１９，２０をそれぞれ設置して、製氷皿３の底部に設置したサーミスター１９の温度が−１８℃以下になったときに、給水ポンプ１３を動作させて間欠給水する。例えば、１回の給水量を０．２ｍｌとし、２分間隔で１時間４５分給水して、給水を停止する（制御手段は図示していない）。サーミスター２０の温度が、−５℃以下になったときアクチュエーター１０を動作させて離氷を行う。
【００２３】
ここでは、温度検知手段としてサーミスターを用いて説明したが、クロメルアルメルのような熱電対を使用してもよい。０．２ｍｌの水が底面から凍る場合に潜熱を放出して、サーミスター１９の温度が僅かに上昇するのが検知されると共に給水した水の製氷皿３底面から少し上の部分から凍結と共に非常に小さな気泡が発生する。
【００２４】
給水した水が全て凍結すると、発生した気泡は氷の中に閉じ込められて白濁の原因となるが、少し水の部分を残した状態で、次の給水が始まるので、発生した気泡が氷の中に閉じ込められずに給水した水の中に拡散し、また凍り始める。これを順次繰り返すことで気泡を含まない透明な氷が製氷できる。また、硬度５０程度の水道水では、気泡の核となる硬度イオン成分や溶存シリカなどが含まれているが気泡となる前に、次の給水が始まるので、気泡発生の核とはならず、僅かに氷の中に含まれ、大半が氷の外部に出されて氷の表面や製氷皿に付着するようになり、氷の透明度を損なうことはない。
【００２５】
また、給水タンクをはじめ給水ポンプや給水ノズルが全て０℃よりも高い温度に保持された冷蔵空間側にあるので、凍結防止のための加熱ヒーターなどを必要とせず、冷蔵庫で設定された製氷室−２０℃、冷蔵室５℃がそのまま使用可能である。
【００２６】
上記説明では、冷蔵空間１７の温度を冷蔵室７の温度となるように通気孔１２を設けていたが、図４に示すように、冷気の吹き出し口４１を冷蔵空間１７に設置することで、冷蔵室７の臭気を防ぐための金属容器１４は不要となり構造が簡素化される。
【００２７】
（実施の形態２）
次に透明氷を製氷するための第２の実施の形態について図３を用いて詳細に説明する。実施の形態１と異なる点は、給水ポンプ１３の代わりに電磁弁３１を使用し、さらに、金属容器１４の中の圧力を下げて、給水された水を脱気するための真空ポンプ３２が金属容器１４に連結されていることである。
【００２８】
金属容器１４の容積はできるだけ小さくなるようにして真空ポンプ３２の負担を小さくしている。水に溶け込む溶存ガスの濃度は、ヘンリー（Ｈｅｎｒｙ）の法則から気相中の濃度と比例関係になることが知られている。従って、気相中の空気濃度を低くすることで水の中に溶け込む溶存ガス濃度を小さくすることができ、凍結する際の気泡発生を抑制することが可能となる。しかし、ここで注意しなければならいないことは、０℃における水の蒸気圧は４．５８ｍｍＨｇなので、真空度はこれよりも高くすると、供給した水が蒸発してなくなってしまうことである。従って、金属容器１４内の圧力は、０．１気圧即ち７６ｍｍＨｇから０．０１気圧即ち７．６ｍｍＨｇの範囲を使用することによって、水の蒸発を抑制しつつ水中の溶存ガスを脱気でき、真空ポンプ３２への負担も軽減できる。
【００２９】
８個のセルからなる製氷皿３に、電磁弁３１を開にすることで、給水タンク６と金属容器１４内との圧力差で製氷皿３に給水ができ、それぞれ０．２ｍｌ給水すると合計１．６ｍｌの水が給水されることになる。前述したように氷が白濁するのは、水の中に溶け込んでいる溶存空気が主たる要因であるので、溶存空気の濃度を１／１０〜１／１００にすると溶存空気濃度に応じて氷の中に取り込まれる気泡量が少なくなり透明度が増す。
【００３０】
本実施の形態では、１セルを考えた場合、０．２ｍｌの水が金属容器１４内に入った瞬間から脱気が始まり、製氷皿３に給水され、凍結温度に達した時点から凍結が開始されるが、気泡はほどんど発生することなく、次の給水が開始される。硬度５０の水道水を使用した場合でも、気泡の核となる硬度イオン成分や溶存シリカなどが含まれているが、気泡が発生することなく次の給水が始まり、気泡発生の核とはならず、硬度イオン成分や溶存シリカは僅かに氷の中に含まれ、大半が氷の外部に出されて氷の表面や製氷皿表面に付着することになり、氷の透明度を損なうことはない。製氷皿３にＰＰを使用した場合、１０ｍｌの水を約２時間で透明度が１００％に近い透明氷が得られ、Ａｌなどの金属を使用した場合、１０ｍｌの水を約１時間で透明度が９０％程度の透明氷が得られた。また、給水タンク６をはじめ電磁弁３１や給水ノズル５が全て０℃よりも高い温度に保持された冷蔵空間側にあるので、凍結防止のための加熱ヒーターなどを必要とせず、冷蔵庫で設定された製氷室の温度−２０℃、冷蔵室の温度５℃がそのまま使用可能である。
【００３１】
尚本実施の形態においても、製氷皿３の底部と上部に温度検知手段としてそれぞれサーミスターを設置して（図示していない）、実施の形態１と同様な動作ができることはいうまでもない。
【００３２】
また、本実施の形態においても、図５に示すように、冷蔵空間１７と冷蔵室７の通気孔１２を設置しなくても、冷蔵空間１７に吹き出し口５１を設置することは可能であるが、真空引きが必要なので、金属容器１４は必要であり、実施の形態１のようには簡素化されない。しかし、冷蔵空間１７の温度を独自に制御できるので、非常に透明度の高い氷の製氷が可能となった。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば次のような効果を得ることができる。
【００３４】
これまでの製氷容器に溜めて製氷するのではなく製氷容器に間欠的に給水することによって、比較的短時間で透明度の高い氷を製氷することが可能となった。
【００３５】
また、給水した水を脱気しながら製氷するので、白濁の主な原因である気泡の発生が全くなく非常に透明度の高い氷を製氷することができ、短時間でも常時透明度が９０％以上の製氷が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示す製氷装置の断面図
【図２】本発明の一実施の形態を示す冷蔵庫の正面図
【図３】本発明の一実施の形態を示す製氷装置の断面図
【図４】本発明の一実施の形態を示す製氷装置の断面図
【図５】本発明の一実施の形態を示す製氷装置の断面図
【符号の説明】
１　製氷室
２　冷却板
３　製氷皿
５　給水ノズル
６　給水タンク
７　冷蔵室
８　貯氷庫
９　パッキン
１１　断熱材
１２　通気孔
１３　給水ポンプ
１４　金属容器
１９、２０　サーミスター
３１　電磁弁
３２　真空ポンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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