JP4657738B2 - 自動製氷装置 - Google Patents

Description

本発明は，給水・製氷・排氷の動作を自動で行う製氷装置に関するもので，冷凍庫内に備えられ所定のシーケンスに従って製氷を繰り返し実行する自動製氷装置における凍結判定方法に関する。

給水・製氷・排氷の動作を予め定めらられたシーケンスに従って自動で行う家庭用冷蔵庫の冷凍室又は，冷凍庫に備え付けて使用する自動製氷装置の製氷皿には一般的に，製氷皿に注がれた水が凍結したこを検知するためにサーミスタ等の温度センサが取り付けられている。このような自動製氷装置では，特許文献１の例のように，製氷皿に取り付けられた温度センサで検出した製氷皿の温度が予め定められた所定の温度以下であり，かつ予め定められた所定の時間経過した場合に，製氷皿に注がれた水が完全に凍結したと判断していることが多い。
特開平０５−２９６６２５号

しかしながら，製氷皿の底部に取り付けられた温度センサが検出する温度は，冷凍庫の冷気温度や温度センサの取り付け具合によってばらついてしまうので，これらのばらつきを許容できる様に余裕を持たなければならず，結果として凍結判定となる時間は実際に凍結した時間の２倍程度となってしまう。

本発明は，製氷皿の各々の氷室内で充填された水に対し氷室の開口面側から凍結が進行し氷室の底側近傍で凍結が完了する温度分布を積極的に形成する手段を備えることによって，凍結完了直前の氷が氷室の底側近傍に残った気泡を破裂させた際に，氷内部にある凍結していない僅かな水が吐出することによって発生する一時的な製氷皿の温度変化を検出して凍結判定を行うことができるようにしたことを主な特徴とするものである。

本発明を用いる事で，冷気温度や温度センサの取り付け具合によるばらつきを許容できる様に余裕を持って定められた所定の凍結判定温度と凍結判定時間により，実際に凍結した時間の２倍程度の時間をかけて凍結判定するのではなく，凍結が完了した時の温度変化を検出して凍結判定を行うので，凍結判定時間に余裕を持たせる必要がなくなり，製氷能力を向上させることができる。

本発明は，製氷皿の各々の氷室で開口部側から氷結が進行し製氷皿の底側近傍で氷結が完了する温度分布を積極的に形成し，凍結完了直前の氷が氷室の底側近傍に残った気泡を破裂させることで，氷内部のまだ凍りきっていない水を吐出させた時の温度変化を検出して凍結判定を行うことを特徴とする。

以下，添付された図面を参照して本発明を詳述する。図１は本発明による自動製氷装置の一形態を示す。同図において１０１が製氷皿，１０２が氷室，１０３が外箱，１０４−１が製氷皿の底部に設けられた温度センサＡ，１０４−２が製氷皿の開口面近傍に設けられた（製氷皿近傍の温度を検出できる位置なら良い）温度センサＢ，１０５が空気層，１０６が給水ボックス，１０７が回転軸，１０８が排氷爪，１０９が自動製氷装置のコントロールボックス，を示す。この自動製氷装置は，製氷皿１０１の側壁の一部に設けられたブラケット（図示せず）を冷凍庫内部予め設けられた結合ぶへ固定し，冷凍庫内部の冷気によって氷室１０２内に充填された水を凍結させ，凍結が完了した氷を回転軸１０７に設けられた排氷爪１０８で掻き出しながら貯氷箱（図示せず）へ落下させる構成となっている。

コントロールボックス１０９の内部には回転軸１０７を駆動させるためのモータ及びギヤ（図示せず）と，温度センサＡ １０４−１及び温度センサＢ １０４−２によって絶えず検出される製氷皿１０１の温度によって自動製氷装置の動作を制御するための制御回路が設けられている。図2はコントロールボックス１０９に内蔵される制御回路の主な制御ブロック図を示す。図2において，２０１がＡＤコンバータ内蔵マイクロプロセッサ，２０２が氷排出用モータを駆動させるためのモータ駆動回路，２０３が注水用ソレノイドバルブを駆動させるためのバルブ駆動回路，２０４が貯氷箱に所定量以上の氷が貯まったことを検出するための満氷検出センサ，２０５が氷排出用モータ，２０６が注水用ソレノイドバルブ，を示す。この状態で製氷を開始するにあたり，マイクロプロセッサ２０１からの制御信号によりバルブ駆動回路２０３を経て，注水用ソレノイドバルブ２０６が開き，給水ボックス１０６を経て所定量の水が各氷室に注がれ，製氷が開始される。注水量は注水用ソレノイドバルブ２０６が開いている時間で管理する。

図３は，温度センサＡ １０４−１及び，温度センサＢ １０４−２が検出する製氷皿１０１の温度と，温度センサA １０４−１及び，温度センサＢ １０４−２が検出する温度の温度差を示す。図３において，３０１が温度センサＡ １０４−１により検出される製氷皿１０１の温度，３０２が温度センサＢ １０４−２により検出される製氷皿の開口面近傍の温度，３０３が製氷皿１０１の開口面付近の温度と，製氷皿１０１の底部の温度との温度差，を示す。水が製氷皿１０１の各氷室に注がれると製氷皿１０１の温度が上昇する。製氷皿１０１は外箱１０３が装着されており，製氷皿１０１は冷凍庫の冷気に対して空気層１０５で遮断されているため，温度センサＢ １０４−２で検出する冷凍庫の冷気が直接当たる製氷皿１０１の開口面近傍の温度が，温度センサＡ １０４−１で検出する製氷皿１０１の底部の温度と比較して低くなる。マイクロプロセッサ２０１は温度センサＡ １０４−１と温度センサＢ １０４−２が検出する温度の信号電圧を逐次読み込みＡＤ変換し，製氷皿１０１の底部と製氷皿１０１の開口面近傍の温度，及び製氷皿１０１の底部と製氷皿１０１の開口面付近の温度差を求める。注水後は，冷凍庫内の冷気によって製氷皿１０１が冷やされることにより，製氷皿１０１の温度が下がり，水が凍り始め，水の凝固熱を吸収している間は製氷皿１０１の底部と開口面近傍の温度はほぼ一定となる。尚，空気層１０５は発砲材のような多孔質材を充填しても良い。

図４〜図６は，製氷皿１０１の各氷室に注がれた水の製氷過程を説明するための図であり，製氷皿１０１の氷室の１つを拡大し，水の凍結が完了するまでの製氷過程の詳細を説明している。図４〜図６において，４０１が氷，４０２が注水された水，を示す。ここで，図４は，氷室に注水された水が凍り始めた時の状態を示す。製氷皿１０１は外箱１０３が装着されており，製氷皿１０１は冷凍庫の冷気に対して空気層１０５で遮断されているために，製氷皿１０１に注水された水は冷凍庫の冷気が直接当たる製氷皿１０１の開口面と製氷皿１０１の氷室の内壁に接している部分が始めに凍り水４０２を囲うように氷４０１が発生する。

続いて図５で時間が経過し，前記の状態から凍結が進んだ状態を説明する。図５において５０１が水が凍結する際に水に含まれる空気が氷から追い出されることで発生した気泡，を示す。製氷皿１０１は外箱１０３により冷凍庫の冷気に対して空気層１０５で遮断されているために，氷４０１は製氷皿１０１の開口面から底部に向かって凍結が進み，水が凍結する際に氷４０１から追い出された空気が製氷皿１０１の底側近傍に在る凍っていない水４０２内に集まり，気泡５０１が発生する。この状態から凍結が進むと，発生した気泡５０１は，凍結する際に氷４０１が膨張し，且つ凍結が開口面から進行するために製氷皿１０１の底側近傍で圧縮される。

続いて図６で凍結が完了したときの状態を説明する。更に時間が経過し，水の凍結がほぼ完了となると，気泡５０１を取り巻く氷４０１は特に製氷皿１０１の底側近傍で圧縮に耐えきれず，気泡５０１が破裂して，まだ凍りきっていない僅かな水４０２が氷４０１から製氷皿１０１の底側に向かって吐出される。氷４０１から吐出された水４０２が製氷皿１０１に接触すると，製氷皿１０１の底部の温度が一時的に変化し，温度センサＡ １０４−１が検出する製氷皿１０１の底部の温度は，３０１−Ａに示すように変化する。さらに，気泡５０１の破裂力は極めて大きく，氷４０１と製氷皿１０１の間の密着を解放し，氷室内で自由に動ける状態となる。

この時，マイクロプロセッサ２０１で求められている製氷皿１０１の底部の温度を検出する温度センサＡ １０４−１と，製氷皿１０１の開口面近傍の温度を検出する温度センサＢ １０４−２のそれぞれによって検出される温度の差３０３の変化は，３０３−Ａのように変化する。この時の温度差の変化をマイクロプロセッサ２０１が検知することで凍結が完了したことを判定する。このように製氷皿１０１に取り付けた２つの温度センサそれぞれが検出する温度の差３０３の変化３０３−Ａで凍結完了を判定することにより，冷凍庫の霜取り動作等による冷凍庫内の温度変化の影響を受けずに凍結が完了したことを確実に判定することができる。

マイクロプロセッサ２０１が凍結完了を判定するとマイクロプロセッサ２０１からの制御信号により，モータ駆動回路２０２を経て，氷排出用モータ２０５を駆動させ，氷排出モータ２０５が回転軸１０７を回転させることにより，排氷爪１０８を回動させて氷を掻き出し，貯氷箱（図示せず）へ氷を落下させた後，排氷爪１０８を所定の位置で停止させ一連の製氷サイクルが完了する。このサイクルを続けて行うと，排出した氷を貯蔵する貯氷箱（図示せず）に氷がたまり，氷が所定量になったことを満氷検出用センサ２０４が検出し，マイクロプロセッサ２０１が満氷検出用センサ２０４からの信号を検知すると製氷サイクルを一時停止させる。使用者により貯氷箱から氷が取り出され，貯氷箱の氷が所定量より少なくなったことを満氷検出用センサ２０４が検出し，マイクロプロセッサ２０１がこれを検知すると製氷サイクルを再開する。上記，一連の製氷サイクルの間，マイクロプロセッサ２０１は製氷皿１０１の底部の温度を検出する温度センサＡ １０４−１と，製氷皿１０１の開口面近傍の温度を検出する温度センサＢ １０４−２の出力信号を逐次読み込みＡＤ変換し，それらの温度を監視し，自動製氷装置の動作中にドアが開放されるなどの動作が行われた結果，温度が本来あるべき値と異なると，異常と判断しその工程毎に予め決められた異常事態処理を行う。尚，この実施例では，温度センサＢ １０４−２を製氷皿の開口部近傍に設けているが，製氷皿近傍の温度を検出できる位置なら良い。

本発明は，製氷皿の各々の氷室で開口部側から氷結が進行し製氷皿の底側近傍で凍結が完了する温度分布を形成するために製氷皿１０１の開口面に冷風が当たるようにしても前述と同様に可能でありその一実施例として，図７を示す。図７において７０１が製氷皿に冷風を当てるためのファン，７０２がファン７０１を固定するための留め具を示す。その他の構成物は実施例１で詳述した機能と同じ働きを担う。尚，ファン７０１のＯＮ・ＯＦＦはコントロールボックス１０９で制御が可能であり，凍結が完了した氷を排氷する際にはファン７０１をＯＦＦする。また，実施例では１つのファンを使用しているが複数のファンもしくは，製氷皿の開口面に冷風が当たるように冷凍庫の送風口を設けても良い。

冷凍庫の一画に備えることが可能で，所定の製氷サイクルで自動的に氷を作る自動製氷装置に適用できる。

本発明の自動製氷装置の実施方法を示した説明図である。（実施例１） 本発明の一実施例のシステムブロック図を示したものである。 本発明の自動製氷装置の一実施例における製氷皿の温度変化を示した説明図である。 本発明の自動製氷装置による水の凍結過程（凍り始め）の説明図である。 本発明の自動製氷装置による水の凍結過程（気泡発生）の説明図である。 本発明の自動製氷装置による水の凍結過程（凍結完了）の説明図である。 本発明の自動製氷装置の実施方法を示した説明図である（実施例２）

符号の説明

１０１ 製氷皿
１０２ 氷室
１０３ 外箱
１０４−１ 温度センサＡ（製氷皿の底部の温度を検出）
１０４−２ 温度センサＢ（製氷皿の開口面付近の温度を検出）
１０５ 空気層
１０６ 給水ボックス
１０７ 回転軸
１０８ 排氷爪
１０９ コントロールボックス
２０１ ＡＤコンバータ内蔵マイクロプロセッサ
２０２ 氷排出用モータを駆動させるためのモータ駆動回路
２０３ 注水用ソレノイドバルブを駆動させるためのバルブ駆動回路
２０４ 貯氷箱が満氷になったことを検出するための満氷検出センサ
２０５ 氷排出用モータ
２０６ 注水用ソレノイドバルブ
３０１ 温度センサＡで検出した製氷皿の底部の温度
３０１−Ａ 凍結完了時の温度変化
３０２ 温度センサBで検出した製氷皿の開口面近傍の温度
３０３ 温度センサＡと温度センサＢで検出した製氷皿の温度の差
３０３−Ａ 凍結完了時の温度差の変化
４０１ 氷
４０２ 水
５０１ 気泡
７０１ ファン
７０２ 留め具（ファン固定用）

Claims (2)

1. 冷凍庫の一画に備えることが可能な自動で氷を作り排氷することができる装置であって、製氷皿の各々の氷室において製氷皿の開口面と氷室の内壁に接している部分が始めに凍りその後は開口面側から凍結が進行して製氷皿の底側近傍で凍結が完了する温度分布を積極的に形成する手段を備えた自動製氷装置において、
   製氷皿の温度を連続的に検出できるセンサと、該センサによる検出温度を監視し凍結完了直前の氷が氷室の底側近傍に残った気泡を破裂させた際に氷内部の凍結していない僅かな水が吐出することによって発生する一時的な製氷皿の温度変化を検出する検出回路とを備え、該検出回路による製氷皿の温度変化の検出により水の凍結判定を行うことを特徴とする自動製氷装置。
2. 前記製氷皿の温度を検出するセンサ以外に、前記製氷皿近傍の周囲温度を連続的に検出するセンサを備え、前記検出回路は、前記両センサのそれぞれの検出温度の温度差から前記製氷皿の温度変化を検出することを特徴とする請求項１に記載の自動製氷装置。