(57)【要約】【課題】短時間で透明氷を製氷する家庭用冷蔵庫における製氷装置や業務用製氷装置を提供する。【解決手段】冷凍温度に冷却される空間内に配置され、上面側を開口した複数の凹部を有する製氷容器１と、製氷時に製氷容器１の凹部内が製氷容器１の上面側から冷却されないように製氷容器１の上面を覆う断熱性の蓋体１４と、蓋体１４を貫通し、複数の凹部のそれぞれに対向するように配置された複数の給水ノズル９と、製氷時に製氷容器１を揺動させる揺動手段とを備え、複数の凹部での製氷に必要な量の水を複数回に分けて間欠的に、給水ノズル９から給水させる間欠給水手段１１とを備えた製氷装置。【選択図】　図１
2004003755.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷凍温度に冷却される空間内に配置され、上面側を開口した複数の凹部を有する製氷容器と、製氷時に前記製氷容器の前記凹部内が前記製氷容器の上面側から冷却されないように前記製氷容器の上面を覆う断熱性の蓋体と、前記蓋体を貫通し、前記複数の凹部のそれぞれに対向するように配置された複数の給水ノズルと、製氷時に前記製氷容器を揺動させる揺動手段とを備え、
前記複数の凹部での製氷に必要な量の水を複数回に分けて間欠的に、前記給水ノズルから給水させる間欠給水手段とを備えた製氷装置。
【請求項２】
前記製氷容器の凹部の上部の温度を検知する第１の温度検知手段手段と、前記凹部の底部の温度を検知する第２の温度検知手段と、前記第１または第２の温度検知手段により検知した温度に基づいて前記間欠給水手段と前記揺動手段とを制御する制御手段と、を備えた請求項１記載の製氷装置。
【請求項３】
製氷時に前記製氷容器の凹部の上部側を加熱する加熱手段を備えた請求項１または２記載の製氷装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記第１または第２の温度検知手段により検知した温度に基づいて、前記間欠給水手段と前記揺動手段と前記加熱手段とを制御する請求項３記載の製氷装置。
【請求項５】
冷凍温度に冷却される空間内に配置された上面側を開口した複数の凹部を有する製氷容器と、製氷時に前記製氷容器の凹部の上部側を加熱する加熱手段と、前記製氷容器の凹部の上部の温度を検知する第１の温度検知手段手段と、前記凹部の底部の温度を検知する第２の温度検知手段と、前記第１および第２の温度検知手段により検出した温度と予め設定された第１および第２の所定温度とを比較して、前記第１の検出温度が前記第１の所定温度以上で且つ前記第２の検出温度が前記第２の所定温度以下になったとき、前記容器の開口部より間欠給水と前記容器の揺動を開始し、所定時間経過後間欠給水と容器の揺動および加熱を停止し、前記第１の温度検知手段の検知温度が第３の所定温度以下になったとき製氷終了と判断し、離氷動作を開始し、離氷終了後再び前記加熱手段による加熱を開始させる制御手段と、を備えた製氷装置。
【請求項６】
冷凍温度に冷却される空間内に配置された上面側を開口した複数の凹部を有する製氷容器と、製氷時に前記製氷容器の凹部の上部側を加熱する加熱手段と、前記製氷容器の凹部の上部の温度を検知する第１の温度検知手段手段と、前記凹部の底部の温度を検知する第２の温度検知手段と、前記第１および第２の温度検知手段により検出した温度と予め設定された第１および第２の所定温度とを比較して、前記第１の検出温度が前記第１の所定温度以上で且つ前記第２の検出温度が前記第２の所定温度以下になったとき、前記容器の開口部より間欠給水と前記容器の揺動を開始し、給水量が所定量に達したとき前記加熱を停止し、前記間欠給水と容器の揺動開始後所定時間経過した後間欠給水と容器の揺動を停止し、前記第１の温度検知手段の検知温度が第３の所定温度以下になったとき製氷終了と判断し、離氷動作を開始し、離氷終了後再び前記加熱手段による加熱を開始させる制御手段と、を備えた製氷装置。
【請求項７】
冷凍温度に冷却される空間内に配置された上面側を開口した複数の凹部を有する製氷容器と、製氷時に前記製氷容器の凹部の上部側を加熱する加熱手段と、前記製氷容器の凹部の上部の温度を検知する第１の温度検知手段手段と、前記凹部の底部の温度を検知する第２の温度検知手段と、前記第１および第２の温度検知手段により検出した温度と予め設定された第１および第２の所定温度とを比較して、前記第１の検出温度が前記第１の所定温度以上で且つ前記第２の検出温度が前記第２の所定温度以下になったとき、前記容器の開口部より間欠給水と前記容器の揺動を開始し、給水量に応じて前記加熱手段による加熱を制御し、所定時間経過後間欠給水と容器の揺動を停止し、前記第１の検知手段の検知温度が第３の所定温度以下になったとき製氷終了と判断し、離氷動作を開始し、離氷終了後再び前記加熱手段による加熱を開始させる制御手段とを、備えた製氷装置。
【請求項８】
前記加熱手段は、絶縁膜で覆われたヒーター線を熱伝導性のよい材料で挟まれた構造になっている請求項１〜３のいずれかに記載の製氷装置。
【請求項９】
前記製氷装置の揺動動作は、容器を平行移動させる請求項１〜３のいずれかに記載の製氷装置。
【請求項１０】
前記製氷装置の揺動動作は、容器の短い辺の中点を中心として、所定の角度正反回転し揺動させて製氷する請求項１〜３のいずれかに製氷装置。
【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ならびに業務用冷凍庫における透明氷の製氷装置に関する。
【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、製氷皿を揺動させて、水の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、気泡だけでなくカルシウムイオンなどの硬度イオン成分が氷の中で析出して白濁するのを防止するために、業務用製氷庫では、水を凍結するためにの製氷皿の開口部を下に向けて噴水状に給水し、製氷容器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を育成する方法などがあった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
透明製氷する場合の大きな課題は、凍結時に発生する気泡が氷の中に取り込まれて不透明領域が発生し製氷速度を速くできないことである。更に、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によっても不透明になるためできるだけゆっくりと製氷する必要がある。詳細に説明すると、一般の水道水には、硬度イオン成分が１５〜３０ｐｐｍ、溶存ガスが２０ｐｐｍ程度含まれている。水が凍結して氷となる場合、氷と水の固液界面における界面移動速度と結晶化することによって排出された不純物の拡散速度の兼ね合いによって、結晶に取り込まれず透明になったり、結晶の中に取り込まれて不透明になったりするので、透明製氷する場合には、できるだけ時間をかけて製氷することが重要であり、製氷時間を短くしようと思ってもできないという課題があった。また、静固液界面で液相から固相へ相変化した時に生じる潜熱によって、固液界面温度が上昇することも製氷速度を低下させる原因であった。製氷容器に一度で給水して、製氷容器を揺動させ、氷へ気泡が混入するのを防止する場合でも一度に凍結する水の量が多いので、それに含まれる溶存ガスや硬度イオン成分の量が多く、製氷後の氷の表面には硬度イオン成分が溜まり白濁する場合があった。天然の氷筍の原理に従って製氷する場合は、非常に品質のよい単結晶氷が製氷できるが、製氷速度が非常に遅く何日も要するという課題があった。また、製氷皿の開口部を下に向けて水を噴水状に供給する方法は、装置が大きくなり家庭用に不向きであった。
【０００４】
そこで本発明は、家庭用冷蔵庫でも、製氷時間が短くしかも透明度が非常に高い氷の製氷を可能にする製氷装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
第１の本発明は、冷凍温度に冷却される空間内に配置され、上面側を開口した複数の凹部を有する製氷容器と、製氷時に前記製氷容器の前記凹部内が前記製氷容器の上面側から冷却されないように前記製氷容器の上面を覆う断熱性の蓋体と、前記蓋体を貫通し、前記複数の凹部のそれぞれに対向するように配置された複数の給水ノズルと、製氷時に前記製氷容器を揺動させる揺動手段とを備え、
前記複数の凹部での製氷に必要な量の水を複数回に分けて間欠的に、前記給水ノズルから給水させる間欠給水手段とを備えた製氷装置である。
【０００６】
第２の本発明は、前記製氷容器の凹部の上部の温度を検知する第１の温度検知手段手段と、前記凹部の底部の温度を検知する第２の温度検知手段と、前記第１または第２の温度検知手段により検知した温度に基づいて前記間欠給水手段と前記揺動手段とを制御する制御手段と、を備えた第１の本発明の製氷装置である。
【０００７】
第３の本発明は、製氷時に前記製氷容器の凹部の上部側を加熱する加熱手段を備えた第１または２の本発明の製氷装置である。
【０００８】
第４の本発明は、前記制御手段は、前記第１または第２の温度検知手段により検知した温度に基づいて、前記間欠給水手段と前記揺動手段と前記加熱手段とを制御する第３の本発明の製氷装置である。
【０００９】
第５の本発明は、冷凍温度に冷却される空間内に配置された上面側を開口した複数の凹部を有する製氷容器と、製氷時に前記製氷容器の凹部の上部側を加熱する加熱手段と、前記製氷容器の凹部の上部の温度を検知する第１の温度検知手段手段と、前記凹部の底部の温度を検知する第２の温度検知手段と、前記第１および第２の温度検知手段により検出した温度と予め設定された第１および第２の所定温度とを比較して、前記第１の検出温度が前記第１の所定温度以上で且つ前記第２の検出温度が前記第２の所定温度以下になったとき、前記容器の開口部より間欠給水と前記容器の揺動を開始し、所定時間経過後間欠給水と容器の揺動および加熱を停止し、前記第１の温度検知手段の検知温度が第３の所定温度以下になったとき製氷終了と判断し、離氷動作を開始し、離氷終了後再び前記加熱手段による加熱を開始させる制御手段と、を備えた製氷装置である。
【００１０】
第６の本発明は、冷凍温度に冷却される空間内に配置された上面側を開口した複数の凹部を有する製氷容器と、製氷時に前記製氷容器の凹部の上部側を加熱する加熱手段と、前記製氷容器の凹部の上部の温度を検知する第１の温度検知手段手段と、前記凹部の底部の温度を検知する第２の温度検知手段と、前記第１および第２の温度検知手段により検出した温度と予め設定された第１および第２の所定温度とを比較して、前記第１の検出温度が前記第１の所定温度以上で且つ前記第２の検出温度が前記第２の所定温度以下になったとき、前記容器の開口部より間欠給水と前記容器の揺動を開始し、給水量が所定量に達したとき前記加熱を停止し、前記間欠給水と容器の揺動開始後所定時間経過した後間欠給水と容器の揺動を停止し、前記第１の温度検知手段の検知温度が第３の所定温度以下になったとき製氷終了と判断し、離氷動作を開始し、離氷終了後再び前記加熱手段による加熱を開始させる制御手段と、を備えた製氷装置である。
【００１１】
第７の本発明は、冷凍温度に冷却される空間内に配置された上面側を開口した複数の凹部を有する製氷容器と、製氷時に前記製氷容器の凹部の上部側を加熱する加熱手段と、前記製氷容器の凹部の上部の温度を検知する第１の温度検知手段手段と、前記凹部の底部の温度を検知する第２の温度検知手段と、前記第１および第２の温度検知手段により検出した温度と予め設定された第１および第２の所定温度とを比較して、前記第１の検出温度が前記第１の所定温度以上で且つ前記第２の検出温度が前記第２の所定温度以下になったとき、前記容器の開口部より間欠給水と前記容器の揺動を開始し、給水量に応じて前記加熱手段による加熱を制御し、所定時間経過後間欠給水と容器の揺動を停止し、前記第１の検知手段の検知温度が第３の所定温度以下になったとき製氷終了と判断し、離氷動作を開始し、離氷終了後再び前記加熱手段による加熱を開始させる制御手段とを、備えた製氷装置である。
【００１２】
第８の本発明は、前記加熱手段は、絶縁膜で覆われたヒーター線を熱伝導性のよい材料で挟まれた構造になっている第１〜３のいずれかの本発明の製氷装置である。
【００１３】
第９の本発明は、前記製氷装置の揺動動作は、容器を平行移動させる第１〜３のいずれかの本発明の製氷装置である。
【００１４】
第１０の本発明は、前記製氷装置の揺動動作は、容器の短い辺の中点を中心として、所定の角度正反回転し揺動させて製氷する第１〜３のいずれかの本発明の製氷装置である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明を添付する図面に基づいて詳細に説明する。
【００１６】
透明氷を製氷するための製造装置を図１に示す。開閉可能な扉５を有する冷凍庫２内に製氷容器１を設ける。絶縁膜で被覆されたニクロム線などの、本発明の加熱手段の一例としてのヒーター線８を熱伝導のよい金属膜たとえばアルミ箔で挟み、これを製氷容器１の上部側面に巻き、底部には上部側面よりも低温に保持するための冷却手段たとえばアルミ板からなる冷凍板３を接触させた製氷容器１を設置する。また、冷却板３を使用しない場合、製氷容器１の底面を通過する冷気の風流を増加すると良い。
【００１７】
ヒータ線８を熱伝導性のよい金属膜等で挟んだ構造にした理由は、製氷容器１の側面近傍の温度のバラツキを押さえるのと、給水量が増えて固液界面および液面が製氷容器１の上部近くになると加熱よりも冷却しなければならず、ヒータ線８への通電を停止したときに、上部側面の温度を速やかに低下させるためである。
【００１８】
製氷容器１の材質はＰＰ（ポリプロピレン）やＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）などの樹脂でもアルミニウムのような金属でもよい。製氷容器１と冷凍板３はアクチュエーター７によって、平行もしくは回転による揺動が可能な構成になっている。給水タンク１２は水１３を予め室温よりも低温に保つために冷蔵庫（図示していない）内に設置されている。
【００１９】
製氷容器１への給水は、給水タンク１２から給水ポンプ１１を使って凍結を防ぐために断熱材１４内を貫通している給水ノズル９を介して行われる。製氷容器１の上部側面および底部の温度は、本発明の第１の温度検知手段の一例としてのサーミスター１５および本発明の第２の温度検知手段の一例としての１６で検知される。
【００２０】
製氷後、できた氷は貯氷庫４に溜められる。図示していないが、給水ポンプ１１やアクチュエータ７、ヒータ線８の駆動回路、サーミスター１５、１６や製氷容器１の平行位置検知センサ（図示していない）などが制御手段に接続されていいる。
【００２１】
図２の（ａ）、（ｂ）は、それぞれ製氷容器１を左右および回転によって揺動する様子を示したもである。例えば、図３の（ａ）に平行に揺動する場合の左へ動かしたときの液面と固液界面の様子を示し、同図（ｂ）に（ａ）に示す製氷容器１の側面Ａ−Ｂの温度変化を示す。揺動する目的は、水が結晶化するときに生じる気泡や不純物を氷の中に取り込まれないようにすると同時に、結晶化によって生じた潜熱を効果的に拡散して製氷速度を速くすることにある。
【００２２】
１回に給水量が少ないと、揺動によって効果的に拡散でき、氷と水の固液界面における温度上昇は少なく、液面が動いているので、水が過冷却状態にあっても液体内に放射状に氷が成長するのではなく、固面に従って平面状に速く成長する。
【００２３】
また、製氷容器１の側面温度は底部温度は例えば図３の（ｂ）に示すように−１０℃であり、上部温度は、ヒーター８によって０℃付近に保たれているので、底部中央から凍結を開始する。製氷容器１の側面温度が製氷容器１の中央よりも温度が高いと、溶存ガスや硬度イオン成分などが氷に取り込まれることなく製氷容器側面付近に拡散し、非常に少ない量の不純物が容器側面で析出するので、氷の中心部は非常に透明度の高いものとなる。
【００２４】
次に、本実施の形態を図４〜図７に示す制御フローチャートを用いて説明する。図４に示すように、製氷装置における全体的な制御の流れは、電源投入検知、イニシャライズ、製氷容器の水平位置出し、加熱、製氷開始判定、給水動作、揺動動作、製氷完了判定、離氷動作により構成されている。電源をオンして、イニシャライズした後、製氷容器１が水平であるかどうかを判断して、水平であれば、製氷容器１の上部側面のヒータ線８を通電して加熱を開始する。水平でなければ、アクチュエータ７に信号を送り水平になるようにする。
【００２５】
（実施の形態１）
実施の形態１について図５に示す制御フローチャートを用いて説明する。図５に示すように、製氷容器１の底部に設置されたサーミスター１６の温度が−１０℃以下なると次のステップに進み、製氷容器１の上部側面に設置されたサーミスター１５の温度が−１℃以上になるまで、ヒータ線８による加熱を行う。製氷容器１の底部の温度が−１０℃以下、上部側面温度が−１℃以上となったとき製氷可能と判断し、給水ポンプ１１がオンになり、間欠給水が開始される。
【００２６】
一回の給水量は、例えば０．２ｍｌであり、２分ごとに給水する。また、給水と同時にゆっくりと平行あるいは±３０度程度の回転動作によって製氷容器１を揺動する。給水開始からたとえば１時間４５分になったとき給水ポンプ１１、アクチュエータ７による揺動、ヒータ線８による加熱をそれぞれ停止する。
【００２７】
製氷容器１の上部側面温度が−１０℃以下になったとき、製氷完了と判断し、離氷動作たとえばアクチュエータ７による製氷容器１のひねり動作によって離氷し、離氷した氷は貯氷庫４にストックされる。離氷が完了すると再び製氷容器１を水平に戻し、水平が確認されると、加熱がスタートして次の製氷に移る。
【００２８】
給水開始からたとえば１時間４５分後の給水停止まで製氷容器１の上部側面は０℃近傍に加熱されているので、凍結していない水量がやや多く製氷が完了するまで、給水開始から離氷動作に移るまでに２時間を要するが、非常に透明度の高い氷が得られる。
【００２９】
（実施の形態２）
次に、実施の形態２について、図６に示す制御フローチャートを用いて説明する。製氷容器１の底部と上部側面温度によって製氷開始を判断し、給水ポンプ１１と製氷容器の揺動は、実施の形態１と同様であるので説明を省くが、実施の形態１と異なる点は、給水量がたとえば６ｍｌになったときに、ヒータ線８による加熱を停止して、給水開始からたとえば１時間４５分になるまで給水と揺動を続けていることである。製氷途中でヒータ加熱を停止することで、製氷時間を短縮することが可能である。製氷完了の判断は実施の形態１と同じである。実施の形態１では２時間要したものが１時間５０分で製氷でき１０分短縮できた。この場合には、氷の最上面には少し気泡が残るがあるが、全体としては透明度の高い氷が得られる。
【００３０】
（実施の形態３）
次に、実施の形態３について、図７に示す制御フローチャートを用いて説明する。製氷容器１の底部と上部側面温度によって製氷開始を判断し、給水ポンプ１１と製氷容器の揺動は、実施の形態１と同様であるので説明を省くが、実施の形態１や２と異なる点は、図８に示すように給水量によって製氷容器１の上部側面の加熱を制御することである。
【００３１】
製氷開始判断をするときのヒータ線８への通電電力を基準にして、給水量が１ｍｌになったときにヒータ線８への通電電力を１割減少させるようにする。また、給水量が２ｍｌになったときに、更に通電を１割減少し、たとえば全給水量が１０ｍｌなら、１０ｍｌになった時点で加熱は停止され、同時に給水ポンプ１１、製氷容器の揺動も停止される。製氷容器１の上部側面の温度は、必ずしも一定には保たれないが、ヒータ加熱により発生した潜熱の拡散が抑制されることなく効果的になされて、さらに製氷時間を短くすることが可能となった。実施の形態１で２時間要したものが、１時間４０分で製氷でき２０分も短縮できた。この場合の製氷結果は、製氷容器１に接する面には、非常に小さな気泡が少し見られる場合があるが、全体としては透明度の高い氷が得られる。
【００３２】
【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が得られる。製氷に必要な量の水を複数回に分けて間欠的に給水するので製氷時間は、一度にセルが満たされるように給水するより短くなる。
【００３３】
請求項１に記載の製氷装置によれば、製氷時間が２時間を要するが非常に透明度の高い氷が得られる。
【００３４】
請求項２に記載の製氷装置によれば、実施の形態１では２時間要したものが１時間５０分で製氷でき１０分短縮できた。この場合には、氷の最上面には少し気泡が残る場合があるが、全体としては透明度の高い氷が得られる。
【００３５】
請求項３に記載の製氷装置によれば、実施の形態１で２時間要したものが、１時間４０分で製氷でき２０分も短縮できた。この場合の製氷結果は、製氷容器１に接する面には、非常に小さな気泡が少し見られる場合があるが、全体としては透明度の高い氷が得られる。このように非常に短い時間で透明氷が得られるようになった。また、製氷容器の温度検知手段と揺動手段と間欠給水手段とを制御する制御手段より、短時間で最適な条件を見出して非常に透明度の高い氷が得られるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態にかかる製氷装置の断面図
【図２】本発明の一実施の形態にかかる揺動動作の説明図
【図３】本発明の一実施の形態にかかる製氷容器内における製氷と液面状態および製氷容器側面の温度
【図４】本発明の一実施の形態における制御フローチャート
【図５】本発明の一実施の形態における制御フローチャート
【図６】本発明の一実施の形態における制御フローチャート
【図７】本発明の一実施の形態における制御フローチャート
【図８】本発明の給水量とヒータ線への通電電力の関係を示すグラフ
【符号の説明】
１　製氷容器
３　冷却板
７　アクチュエータ
８　ヒータ
９　給水ノズル
１１　給水ポンプ
１２　給水タンク
１５、１６　サーミスター
３１　回転軸
【図１】
2004003755.tif 000003
【図２】
2004003755.tif 000004
【図３】
2004003755.tif 000005
【図４】
2004003755.tif 000006
【図５】
2004003755.tif 000007
【図６】
2004003755.tif 000008
【図７】
2004003755.tif 000009
【図８】
2004003755.tif 000010