專利名稱：制作清澈冰塊的設備、制作清澈冰塊的方法和冰箱的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種制作清澈冰塊的設備，以及用來在家用冰箱中制作清澈冰塊的制作清澈冰塊方法。
背景技術：
在傳統的家用冰箱中，為了制作出清澈的冰塊，在注入水之后振動制冰皿，從而阻止在凍結過程中所產生的氣泡殘留在制成的冰塊中，或者使用預先從其除去其所含的諸如空氣之類的溶解氣體的水。
或者，在水注入制冰皿后，加熱制冰皿的上部，以在制冰皿的上部與下部之間產生一溫度差，從而防止在凍結過程中所產生的氣泡殘留在制成的冰塊中。
或者，除了避免氣泡之外，還防止諸如鈣離子之類的硬質離子沉積在制成的冰塊中并因而導致冰塊渾濁，工業用冰箱采用這樣一種方法，其中，在其內放置所要凍結的水的制冰皿面向下，并且水是以進入其的一噴泉的形式來進給的，從而在制冰皿的側表面上逐漸結冰。
或者，有這樣一種產生單晶冰塊的方法，它是基于天然冰筍的生成方法來模制成的。
制作清澈冰塊的一大問題是如何來防止在凍結過程中產生的氣泡被捕獲在制成的冰塊中。另一個問題是如何防止包含在高硬度井水或礦質水中的硬質離子自身沉積，或者諸如硬質離子之類的雜質形成氣泡核并導致氣泡的產生。
具體地說，一般的自來水包含約百萬分之15-30的硬質離子和約百萬分之20的溶解氣體。當水結冰時，制成的冰塊是清澈還是渾濁的，取決于冰與水之間的固-液分界面的分界面轉變速率(水的結晶速率)以及從晶體中排出的雜質的擴散速率(雜質從冰中被排出的速率)。因此，為了使得冰塊清澈，重要的是盡可能慢地進行制冰，因此存在這樣一個問題，即，即使需要也無法縮短制冰所需的時間。
尤其是，當冰塊由于溶解空氣而變得渾濁時，就與水中的空氣擴散明顯相關。如果冰與水之間分界面的轉變速率快，則溶解空氣就殘留在冰塊中。但如果分界面的轉變速率慢，從冰塊中排出的空氣分子就聚集在靠近分界面的水中，從而形成一所包含的空氣分子濃度過高的區域。這樣的過多的空氣分子隨著冰的形成而增加，然后，當其量超過某一極限值時，諸分子就形成一肉眼可見的氣泡，該氣泡最終被捕獲在所形成的冰塊中。
此外，在靜態的固-液分界面處從液相向固相轉變時所產生的潛熱會增加在固-液分界面處的溫度，從而也使制冰速率降低。
即使在水立即注入制冰皿、并振動制冰皿以防止氣泡殘留在制成的冰塊中的情況下，當大量的水即刻凍結時，包含在水中的溶解氣體和硬質離子的量也是較大的。這樣，硬質離子可能會聚集在所制成冰塊的表面，并使得冰塊渾濁。
在基于天然冰筍的生成原理來制作冰塊的情況中，能夠制得透明度極高的單晶冰。但問題是，制冰的速率極其緩慢，它需要數天才能制得冰塊。
還有，將制冰皿的開口設置成面向下側、并以噴泉的形式向其中給水的方法會需要大體積的設備，因而不適合家庭使用。
實際振動制冰皿以防止在水結晶的過程中所產生的氣泡殘留在制成的冰塊中的方法能夠實現一定的透明度。但在所產生的氣泡較小的情況下，有一個問題，即沒有從冰與水之間的分界面分離的氣泡就被捕獲在冰塊中。
在水結晶之前從水中去除氣體的方法能有效地制出清澈的冰塊。但它需要大型的結構，致使成本顯著增加。此外，它還存在這樣一個問題，即如果制冰需要較長時間，那么空氣又會溶解到已去除氣體的水中，在結晶過程中就產生氣泡，從而無法獲得具有高透明度的冰塊。
此外，還有一種不使用器皿、而是通過在一平表面上滴下水滴來制得具有高透明度的單晶冰塊的方法。但這種方法的問題在于，對于家用和工業用冰箱來說，是需要將冰制作在一器皿中的，因而，與天然冰筍相似的冰是無法制成的。
如上所述，傳統的制冰設備所存在的問題是難于制得具有高透明度的冰塊。
發明內容
本發明的第1方面是提供一種制作清澈冰塊的設備，它包括一冷凍空間；一放置在所述冷凍空間中的器皿，且所述器皿在其底部處的溫度低于在其上部處的溫度；以及向所述器皿進給水的給水裝置，其中，以5微米/秒或更低的制冰速率制冰，在所述器皿中與大氣接觸的一液相部分的一部分水保持處于液相，直至制冰完成，以及在所述器皿中的所述液相部分的水的厚度等于或小于一預定的厚度。
本發明的第2方面是根據第1方面的制作清澈冰塊的設備，其特點在于，所述預定的厚度是一個大致使氣泡無法產生的厚度。
本發明的第3方面是根據第1或第2方面的制作清澈冰塊的設備，其特點在于，所述制冰速率等于或高于2微米/秒。
本發明的第4方面是根據第1至第3方面中任一方面的制作清澈冰塊的設備，其特點在于，所述給水裝置從所述器皿的頂部間歇地給水。
本發明的第5方面是根據第4方面的制作清澈冰塊的設備，其特點在于，所述給水裝置在已進給水的表面凍結之前開始后續的水進給，并且重復這樣的水進給直至冰達到一預定的厚度，以及當給水停止時，在所述器皿中與大氣接觸的所述液相部分的那部分水最后凍結。
本發明的第6方面是根據第4或5方面的制作清澈冰塊的設備，其特點在于，所述給水裝置的給水時間間隔適于防止在所述器皿中的全部的液相部分水過冷。
本發明的第7方面是根據第1至6方面中任一方面的制作清澈冰塊的設備，其特點在于，所述器皿的側表面溫度高于其低表面的溫度。
本發明的第8方面是使用一種制作清澈冰塊的設備來制作清澈冰塊的清澈冰塊制作方法，所述制作清澈冰塊的設備包括一冷凍空間、一放置在所述冷凍空間中且其在底部處的溫度低于在其上部處的溫度的器皿、以及向所述器皿進給水的給水裝置，其中，以5微米/秒或更低的制冰速率制冰，在所述器皿中與大氣接觸的一液相部分的一部分水保持處于液相，直至制冰完成，以及在所述器皿中的所述液相部分的水的厚度等于或小于一預定的厚度。
本發明的第9方面是一種制作清澈冰塊的設備，它包括一放置在一冷凍空間中的器皿，且所述冷凍空間有一能打開和關閉的門，所述器皿在上部處保持一較高的溫度且在其底部處保持一較低的溫度，并且具有一在其頂部處的開口；以及一給水系統，所述給水系統通過所述器皿的開口向其間歇地進給水，其中，所述給水系統有一給水箱和一泵，所述給水箱設置在一溫度保持低于室溫的空間中，所述泵用來從所述給水箱通過給水管向給水噴嘴進給水，以及所述給水噴嘴的尖端突伸入所述器皿的所述開口中。
本發明的第10方面是根據第9方面的制作清澈冰塊的設備，其特點在于，還包括溫度檢測裝置，用來檢測所述器皿底部的溫度；以及根據所述器皿底部的溫度控制給水時間間隔和給水量的控制裝置，所述控制裝置適于在所述器皿底部的溫度低于一第一預定溫度時開始進給水。
本發明的第11方面是根據第9方面的制作清澈冰塊的設備，其特點在于，所述給水噴嘴的尖端被處理成親水的。
本發明的第12方面是根據第9方面的制作清澈冰塊的設備，其特點在于，還包括用來檢測所述門是打開還是關閉的門打開/關閉檢測裝置和用來計時所述門打開時間的計時裝置，其中，基于從所述門打開/關閉檢測裝置和所述計時裝置接受到的信號在一預定的時間內改變給水的時間間隔。
本發明的第13方面是根據第9方面的制作清澈冰塊的設備，其特點在于，還包括使制冰開始的裝置。
本發明的第14方面是一種制作清澈冰塊的設備，其中，保持處于高于0攝氏度的溫度的一空間A位于保持處于低于0攝氏度的溫度的一區域B的上方并與之鄰接，所述空間B與所述空間A由一致冷板隔開，用來向所述致冷板上的一制冰皿進給水的給水噴嘴設置在所述空間A中，并且通過向所述制冰皿間歇地進給水來進行制冰。
本發明的第15方面是一種冰箱，它包括根據第14方面的一制作清澈冰塊的設備和一冷藏室，其中，所述冷藏室位于所述空間A的上方，所述制冰皿和所述給水噴嘴設置在一金屬器皿中，以及在分隔所述空間A與所述冷藏室的一區域中，設置一窗口，以使所述金屬器皿的外側溫度大致與所述冷藏室中的溫度相同。
本發明第16方面是一種冰箱，它包括根據第14方面的一制作清澈冰塊的設備和一冷藏室，還包括設在所述制冰皿的底部處和上部處的溫度檢測裝置；以及控制裝置，所述控制裝置在所述器皿底部的溫度低于一預定值時開始間歇地進給水，在經過一預定時間后停止給水，并在所述制冰皿的上部溫度低于一預定值時開始從制冰皿放出冰塊。
本發明第17方面是根據第15方面的冰箱，其特點在于，在所述冷藏室中設置一給水箱，并且所述水進給借助于一給水泵來進行。
本發明第18方面是根據第15方面的冰箱，其特點在于，在所述冷藏室中設置一給水箱，設置一真空泵以抽空在所述金屬器皿中的空氣，在所述給水箱和所述給水噴嘴之間的一預定位置處設置一電磁閥，以及所述電磁閥在打開和關閉狀態之間切換，以將水間歇地進給到所述制冰皿中以進行制冰。
本發明第19方面是根據第18方面的冰箱，其特點在于，所述致冷板能夠打開和關閉，溫度檢測裝置設在所述制冰皿的底部和上部處，提供檢測致冷板是打開還是關閉的打開/關閉檢測裝置，以及控制裝置，所述控制裝置在所述冷卻板關閉時關閉所述電磁閥并開始抽真空動作，在所述制冰皿的底部溫度低于一預定值時接通所述電磁閥以進行給水，保持接通狀態一預定的時間，經過一預定時間后斷開電磁閥以停止給水，重復這樣的打開和關閉動作以間歇地給水，在經過一預定時間后停止這樣的間歇給水，以及當所述制冰皿上部的溫度低于一預定值時停止抽空動作，以開始從制冰皿中放出冰塊。
本發明第20方面是根據第15至19方面中的任一方面的冰箱，其特點在于，在所述空間A和B中的每一個上設置一冷風出口。
本發明第21方面是一種制作清澈冰塊的設備，它包括一制冰皿，所述制冰皿放置在致冷到一凝固點并具有一向上開口的凹進部的一空間中；向凹進部給水的一給水噴嘴；在制冰過程中往復搖動所述制冰皿的往復搖動裝置；以及間歇給水裝置，所述間歇給水裝置從所述給水噴嘴分多次、間歇地將制冰所需的水量進給進入所述凹進部分中，其中所述制冰皿的上部溫度保持在約0攝氏度。
本發明第22方面是根據第21方面的制作清澈冰塊的設備，其特點在于，還包括檢測所述制冰皿的凹進部的上部溫度的第一溫度檢測裝置；檢測所述凹進部的底部溫度的第二溫度檢測裝置；以及控制裝置，所述控制裝置基于所述第一或第二溫度檢測裝置所檢測得的溫度來控制所述間歇給水裝置和所述往復搖動裝置。
本發明第23方面是根據第21或第22方面的制作清澈冰塊的設備，其特點在于，還包括在制冰過程中加熱所述制冰皿的凹進部的上部的加熱裝置。
本發明第24方面是根據第23方面的制作清澈冰塊的設備，其特點在于，所述控制裝置基于所述第一或第二溫度檢測裝置所檢測得的溫度，控制所述間歇給水裝置、所述往復搖動裝置以及所述加熱裝置。
本發明的第25方面是一種制作清澈冰塊的裝置，它包括一制冰皿，所述制冰皿放置在致冷到一凝固點并具有一向上開口的凹進部的一空間中；在制冰過程中加熱所述制冰皿的凹進部的上部的加熱裝置；
檢測所述制冰皿的凹進部的上部溫度的第一溫度檢測裝置；檢測所述凹進部的底部溫度的第二溫度檢測裝置；以及控制裝置，所述控制裝將所述第一和第二溫度檢測裝置所檢測得的溫度與第一和第二預定溫度比較，在所述第一檢測溫度等于或高于所述第一預定溫度且所述第二檢測溫度等于或低于所述第二預定溫度時開始從所述器皿的一開口間歇地給水以及往復搖動所述器皿，在經過一預定時間后停止對器皿的間歇給水和往復搖動以及加熱，在所述第一溫度檢測裝置所檢測得的溫度等于或低于一第三預定溫度時作出制冰完成的判斷，以開始從制冰皿中放出冰塊，并在完全放出冰塊之后再由所述加熱裝置開始加熱。
本發明第26方面是一種制作清澈冰塊的設備，它包括一制冰皿，所述制冰皿放置在致冷到一凝固點并具有一向上開口的凹進部的一空間中；在制冰過程中加熱所述制冰皿的凹進部的上部的加熱裝置；檢測所述制冰皿的凹進部的上部溫度的第一溫度檢測裝置；檢測所述凹進部的底部溫度的第二溫度檢測裝置；以及控制裝置，所述控制裝將所述第一和第二溫度檢測裝置所檢測得的溫度與第一和第二預定溫度比較，在所述第一檢測溫度等于或高于所述第一預定溫度且所述第二檢測溫度等于或低于所述第二預定溫度時開始從所述器皿的一開口間歇地給水以及往復搖動所述器皿，在已進給的水量達到一預定量后停止對器皿的加熱，在從所述間歇給水和器皿往復搖動開始經過一預定時間之后停止間歇給水和往復搖動器皿，在所述第一溫度檢測裝置所檢測得的溫度等于或低于一第三預定溫度時作出制冰完成的判斷，以開始從制冰皿中放出冰塊，并在完全放出冰塊之后再由所述加熱裝置開始加熱。
本發明第27方面是一種制作清澈冰塊的設備，它包括一制冰皿，所述制冰皿放置在致冷到一凝固點并具有一向上開口的凹進部的一空間中；在制冰過程中加熱所述制冰皿的凹進部的上部的加熱裝置；檢測所述制冰皿的凹進部的上部溫度的第一溫度檢測裝置；檢測所述凹進部的底部溫度的第二溫度檢測裝置；以及控制裝置，所述控制裝將所述第一和第二溫度檢測裝置所檢測得的溫度與第一和第二預定溫度比較，在所述第一檢測溫度等于或高于所述第一預定溫度且所述第二檢測溫度等于或低于所述第二預定溫度時開始從所述器皿的一開口間歇地給水以及往復搖動所述器皿，根據已進給的水量控制所述加熱裝置所進行的加熱，在經過一預定時間后停止間歇給水和器皿的往復搖動，在所述第一溫度檢測裝置所檢測得的溫度等于或低于一第三預定溫度時作出制冰完成的判斷，以開始從制冰皿中放出冰塊，并在完全放出冰塊之后再由所述加熱裝置開始加熱。
本發明的第28方面是根據第21至23方面中的任一方面的制作清澈冰塊的設備，其特點在于，所述加熱裝置是覆層有一絕緣薄層、并再覆層一高熱傳導性材料的加熱導線。
本發明的第29方面是根據第21至23方面中的任一方面的制作清澈冰塊的設備，其特點在于，所述制冰皿的往復搖動是其的平移。
本發明的第30方面是根據第21至23方面中的任一方面的制作清澈冰塊的設備，其特點在于，所述制冰皿的往復搖動是其的轉動，所述轉動經過圍繞器皿較短側中一中心點的一預定轉動角度。
附圖簡述
圖1是示出根據本發明一實施例，在一制冰皿中制冰的剖面圖；圖2是示出根據本發明一實施例的空氣分子濃度變化的曲線圖；圖3是示出根據本發明一實施例的氣泡直徑與氣泡內壓力之間關系的曲線圖；圖4是示出根據本發明一實施例的雜質擴散的剖面圖；圖5是示出根據本發明一實施例的硬度與透明度之間關系的曲線圖；圖6是示出根據本發明一實施例的制冰速率與透明度之間關系的曲線圖；圖7是示出本發明一實施例的一制冰設備的剖面圖；圖8是一冰箱的前視圖；圖9是示出在一制冰皿中的水的凍結的剖面圖；圖10是示出本發明一實施例的一制冰設備的剖面圖；
圖11是示出本發明一實施例的一制冰設備的剖面圖；圖12是示出根據本發明一實施例的溫度變化的曲線圖；圖13是示出本發明一實施例的一制冰設備的剖面圖；圖14是示出本發明一實施例的一冰箱的前視圖；圖15是示出本發明一實施例的一制冰設備的剖面圖；圖16是示出本發明一實施例的一制冰設備的剖面圖；圖17是示出本發明一實施例的一制冰設備的剖面圖；圖18是根據本發明一實施例的一制冰設備的剖面圖；圖19示出根據本發明一實施例的一制冰皿的振動；圖20示出根據本發明一實施例的在制冰皿中的冰、液體表面的狀況和制冰皿側表面的溫度；圖21是根據本發明一實施例的一控制流程圖；圖22是根據本發明一實施例的一控制流程圖；圖23是根據本發明一實施例的一控制流程圖；圖24是根據本發明一實施例的一控制流程圖；以及圖25是示出根據本發明一實施例的、給水量與施加在加熱導線上的功率比之間關系的曲線圖。
標號的名稱1 制冰皿2 水3 冰4 從冰中被趕出的溶解空氣41 雜質擴散方向5 釋放到大氣中的溶解空氣101制冰皿102冷凍間105門106給水箱
108給水泵109給水管110給水噴嘴111絕熱材料126開始制冰按鈕141加熱器151溫度傳感器201制冰室202致冷板203制冰皿205給水噴嘴206給水箱207冷藏室208貯冰間209填料211絕熱材料212通氣孔213給水泵214金屬器皿219，220 熱敏電阻231電磁閥232真空泵301制冰皿303致冷板307致動器308加熱器309給水噴嘴311給水泵312給水箱
315，316 熱敏電阻331回轉軸具體實施方式
在下文中，將參照附圖對本發明的實施例及其操作進行描述。
(實施例1)在傳統的制冰過程中，一個重要的需要考慮的問題是如何不讓自來水或井水中的硬質離子或溶解空氣仍留在制成的冰塊中，以保持冰塊的清澈。根據本實施例，通過阻止溶解空氣(在0攝氏度和1個大氣壓之下約百萬分之(ppm)40)殘留在制得的冰塊中和阻止氣泡核產生在液相層中以有效地去除氣體，以及通過捕獲、而非去除、在制得冰塊中(諸如晶界處)包括硬質離子的雜質。
首先，對通過間歇地從供水裝置(未圖示)供應水來有效地抑制氣泡產生的一機理進行描述。
參見圖1，在一制冰皿1中的部分水凍結成冰塊3，并且其余部分仍為水2。盡管未在圖1中示出，但為了保持制冰皿1的底部處于一較低的溫度，有更多的冷空氣吹到其上，或者設置一致冷板。此外，為了保持制冰皿1的上部處于較高的溫度，設置一加熱器或絕熱物。這樣，例如，制冰皿1的底部溫度設置在-10攝氏度，以及其上部的溫度設置在0攝氏度。而且，供水裝置間歇地從制冰皿1的頂部將水供應到制冰皿1中。當冰塊3達到一預定的厚度時，給水裝置停止給水，由于設置了這樣的溫度梯度，所以在器皿1中與大氣接觸的液相部分的那部分水2最后凍結。
極其高的制冰速率導致冰與水之間的固-液分界面處產生氣泡，這使得制得的冰塊渾濁。如果制冰速率等于或低于5微米/秒，那么溶解空氣4被趕入水中，而未被捕獲在冰塊3中，就不會形成氣泡，且將溶解在水3中，然后被排出到大氣中。
如圖2所示，從冰塊中被趕出的空氣分子不是立即擴散到整個液相層中的，而是在固-液分界面的水的一側上形成了一個包含過量的空氣分子的區域。如果制冰速率高，那么在該區域中的溶解空氣的過量分子就會超過一極限濃度，以致形成一氣泡核，并且在氣泡核附近的空氣分子流入它的內部，從而快速地形成一氣泡。但是，如果凍結速率等于或低于5微米/秒，那么，在該區域中空氣的過量分子就保持在極限濃度或低于極限濃度，因而不會有氣泡產生。
在下文中，將闡述為何不會產生氣泡的原因。假設在包含過量空氣分子的該區域中，由于某種原因，溶解空氣的分子聚集而產生了一直徑為b的小氣泡。在產生一氣泡瞬間，在氣泡與水之間形成了一分界面，最初的空氣分子釋放內能以迅速地膨脹，并且氣泡內壓P降低到一強度，在該強度處，氣泡的內壓與一液體靜壓加一表面張力之間達到平衡。這樣，下面的公式1就成立P＝P0+A(公式1)式中，P0表示一液體靜壓(大氣壓力+水的重力≤1個大氣壓)，以及Λ＝4γ/b(γ表面張力，71達因/厘米(dyn/cm))。
假設，在直徑為b的氣泡核和一表面區域S形成之后，一跟隨量、δn摩爾的空氣分子立即附加地從外圍流入氣泡核，以使空氣分子的數量增加δn摩爾，且氣泡的內壓保持在P，因此，氣泡的直徑增加δb。既然這樣，可以如下所述地確定系統能量的變化量δG。
亦即，從流入的空氣分子釋放出的能量和水的表面能量的增加可由如下的公式2表示(從流入的空氣分子釋放出的能量)＝-(δn)RT{ln(φ/P)}(公式2)；以及(水的表面能量的增加)＝(δs)γ (公式2)在氣泡中的平衡狀態為PV＝nRT，氣泡的體積可表示為V＝πb/6，氣泡的表面積可表示為s＝πb。它們的變化量可由如下的公式3表示δn＝(δV)P/RT＝(δb)πbP/2RT(公式3)；以及δs＝2πb(δb) (公式3)。
因此，系統能量的變化量δG由如下的公式4表示δG＝-(δb)π(b/2)PIn(φ/P)+2πbγ(δb)(公式4)；以及
δG/δb＝π(b/2)〔-PIn(φ/P)+4γ/b〕 (公式4)。
因為氣泡脹大，能量就需要在氣泡直徑增加時減少。亦即，要求如下的公式5成立δG/δb≤0 (公式5)。
因此，如下的公式6成立PIn(φ/P)≥4γ/b＝Λ (公式6)。
在氣泡中的最小壓力φmin可由如下的公式7表示φmin＝Pexp〔A/P〕 (公式7)。
圖3示出了氣泡直徑b與氣泡內壓φmin之間的關系。如可從圖3中所見，為了使直徑約為1微米的氣泡能由于某些原因(溶解的二氧化硅、硬質離子等等)而產生，就要求存在足夠量的過量空氣分子，該量要足以產生約7.9大氣壓的氣泡內壓。
換言之，空氣分子的濃度需要高達約八倍的空氣分子飽和濃度(約1個大氣壓)。但是，一旦氣泡核生成，空氣分子就流入氣泡核芯，致使氣泡的內壓迅速降低，從而在液相層中存在一穩定的氣泡。
因此，為了防止制得的冰塊由于氣泡的存在而變得渾濁，較佳地是盡可能地放慢制冰速率。但是，如果制冰速率過慢，就帶來在需要時，例如在夏天，無法獲得足夠量的冰塊。研究證實，當制冰速率定為2-5微米/秒時，能夠在1-2小時中獲得10毫升體積的清澈冰塊。
制冰速率與透明度之間的關系示于圖6中。制冰速率是通過在開始制冰后經過一段預定時間后所測得的冰塊厚度除以預定時間來確定的。圖6是示出制冰速率與所測得的制成冰塊的透明度之間的關系的曲線圖。如可從圖6所示，如果制冰速率等于或低于5微米/秒，所制得冰塊的透明度就等于或高于90％。
此外，也對制得的冰塊進行目視觀察，以檢驗其清澈度。因而，目視觀察證實，具有90％或更高透明度的冰塊具有足夠的清澈度。另一方面，已經證實，如果所制得的冰塊的透明度低于90％，目視觀察所見的冰塊透明度明顯的降低。
因此，可以這樣說，當制冰速率等于或低于5微米/秒時，可以制得清澈的冰塊。
如圖1所示，從冰塊3被趕出的溶解空氣以過量空氣的形式存在于水2中。但是，如果以每次約0.2-1毫升的量供應水，水層2的厚度就十分薄，具體地約為0.1-0.5毫米，并且過量空氣就從水2釋放到大氣中。這樣就無法獲得產生氣泡所需要的過量空氣濃度(約為飽和空氣濃度的八倍)。
換言之，如果水層2厚，空氣穿過水層2就需要時間，這樣在水2中的空氣濃度就顯著變高，從而產生氣泡。反之，如果水層2的厚度十分薄，具體地說約為0.1-0.5毫米，空氣就在其形成氣泡之前被釋放到大氣中。
但是，如果一次供應的水量如此之少，所供應的全部的水會易于過冷。因此，通過在全部的水2過冷之前進行后續的水進給，從而在保持靠近固-液分界面的部分水2過冷的同時，通過供水增加水2的上部分的溫度，以防止全部的水2過冷以及變成冰糕形的冰塊。
此外，由于是間歇地供水的，所以總有一個液相層表面與其上部的大氣接觸。這樣，過量的空氣分子就通過該液相層釋放到大氣中，而不會形成氣泡核。造成冰塊由于氣泡而變得渾濁的一個主要因素是，在制冰格中的水的上部凍結，因而過量的空氣分子就無法釋放到大氣中。但根據本實施例，部分的水的上部分是保持在一液相層中的，因此，過量的空氣分子不會被捕獲在制成的冰塊中。
除了氣泡之外，硬質離子的沉積也使制得的冰塊渾濁。在下文中，將對一種通過阻止諸如硬質離子之類的包含在自來水或井水中的雜質沉積來制取清澈冰塊的方法進行描述。一般來說，自來水除了包含由水(H2O)產生的氫離子(H+)和氫氧根離子(OH-)之外，還包括許多種類的離子，它們包括溶解空氣(O2、N2、CO2等等)、CO2分解所產生的碳酸氫根離子(HCO3-)、鈉離子(Na+)、鉀離子(K+)、鈣離子(Ca2+)、鎂離子(Mg2+)、氯離子(Cl-)、硝酸根離子(NO3-)、硫酸根離子(SO42-)、次氯酸根離子(OCl-)以及硅酸根離子(SiO44-)。
盡管純冰是高純度的晶體，并僅由氫鍵結合的H2O水構成且不包含雜質，但自來水中包含大量如上所述的雜質。陽離子和一些陰離子是無法去除的，除非進行特別的水處理。當水凍結時，它們被趕入未凍結的水中，并且濃縮沉積，從而使冰塊變得渾濁。
已經發現，如果以每次約0.2-1毫升的量供應水，并且制冰速度定為在2-5微米/秒的范圍內，那么，雜質離子就不會被趕入未凍結的水中，而是它們中的一些以離子的形式被捕獲在冰塊中，且其余的也以沉積物的形式被捕獲于其中，從而可以獲得透明度為90％或更高的冰塊。亦即，即使在冰塊中存在雜質，如果雜質的尺寸為1微米或更小并且不聚集，它們就不會被目視觀察到，從而獲得清澈的冰塊，盡管透明度會有所降低。
此外，如果制冰皿1在其側表面的溫度高于其底部的溫度，如圖4所示，那么雜質就易于向制冰皿的側表面廣泛地擴散。這樣，就可以從包含雜質的自來水或井水制得清澈的冰塊。
在傳統的制冰過程中，從六個方向對制冰格中的水進行致冷以使其凍結。因此，雜質向冰塊的中心擴散并在該處沉積，從而降低冰塊的透明度。但是，根據本發明，由于大多數雜質向冰塊的表面擴散，所以即使沉積，它們也是不顯著的，因而可以獲得具有高透明度的冰塊。
圖5示出了所使用的水的硬度與所制得的冰塊的透明度之間的關系。如可從該圖中所見，根據本發明，只要硬度大致低于80，就可以制得具有90％的透明度的冰塊。
如上所述，根據本實施例，可以提供如下的優點。
亦即，傳統上，如果在家用冰箱中要制得具有90％或更高的透明度的冰塊，通常需要四小時或更長的時間。但根據本發明，制作這樣的冰塊所需的時間可以明顯地減少；從供水到放出冰塊僅需一至二小時。此外，在硬度約為80的情況下，可以保證90％或更高的透明度，所以除了那些在特定區域中的冰塊之外，可以在家中容易地制得清澈的冰塊。
(實施例2)圖7中示出了一用于制作清澈冰塊的制冰設備。該制冰設備結合在一圖8所示的冰箱中。在圖8中，標號121標示一冷藏室，標號122標示一蔬果室，標號123標示一制冰室，標號124標示一冷凍室，標號125標示一控制面板，以及標號126標示一開始制冰按鈕。
一冷凍間102用作如上所示并示于圖7中的制冰設備的一冷凍空間，并保持處于水的結晶溫度，該冷凍間有一門105。在一制冰皿101的頂部設有一開口101a。
制冰皿101可以用諸如PP或PE之類的樹脂或者諸如鋁之類的金屬制成。如果制冰皿是用樹脂制成的，那么樹脂的厚度是在底部與上部之間變化的，且底部比上部薄，以在底部提供比上部更好的熱傳導，從而在制冰皿的上部與底部之間形成一溫度差。如果制冰皿是用諸如鋁之類的金屬制成的，那么一絕熱材料的厚度是變化的，且該絕熱材料在上部比在底部厚，從而在上部與底部之間形成一溫度差。
進給水容納在一安裝在冰箱(未圖示)中的給水箱106中，并預先地保持處于低溫。借助于一給水泵108，間歇地將進給水通過一給水噴嘴110供應到制冰皿101中。給水箱106、給水泵108、給水管109以及給水噴嘴110構成本發明的給水系統。
制冰皿101的頂部覆蓋有一絕熱材料111。上述的給水噴嘴110從外側穿透絕熱材料111，以出現在制冰皿101的頂部。在冷凍間102中的溫度變化量較佳地是盡可能的小，并且該溫度較佳地是保持在一恒定值。例如，將冷凍間102中的溫度設定為一15攝氏度，如圖7所示地安裝制冰皿101，關閉門105，按下圖8所示的開始制冰按鈕126，然后在經過約5分鐘之后，開始給水。這是因為，為了使所供給的水結成清澈的冰塊，需要在已經供給的水完全凍結之前(當冰131和水132共存時)，就進行后續的水供給，如圖9所示。盡管一次僅進給0.2毫升的水，但是當水凍結時，仍會生成少量的氣泡。但由于在所產生的氣泡被捕獲在冰塊中之前，后續的水供給就開始了，所以就防止氣泡被捕獲在冰塊中，并且水也繼續凍結。重復該過程能夠制得不含氣泡的清澈冰塊。
硬度約為50的自來水包括可能會形成氣泡核的硬質離子或溶解的二氧化硅。但由于后續的水供給在氣泡產生之前就開始了，所以在制得的冰塊中僅含有少部分的硬質離子或溶解的二氧化硅，它們不會形成氣泡核，而大部分的硬質離子或溶解的二氧化硅則被趕出冰塊，并存在于冰塊的表面或制冰皿的側表面上。這樣，它們就不會影響冰塊的透明度。
通過以這樣的方式間歇地供給水，就可能在2小時左右使10毫升水結成清澈的冰塊。
(實施例3)在下文中，將參照圖10對制作清澈冰塊的一第三實施例加以詳述。
第三實施例與實施例2的不同之處在于，在絕熱材料111中設有一加熱器141。在實施例2中，視所用的絕熱材料111的絕熱能力，高的絕熱能力會使制冰皿101的上部與底部之間的溫度差不能實現。因此，絕熱材料就必需具有稍差的絕熱能力。但在實施例3中，在絕熱材料111中設置了加熱器141，所以，即使絕熱材料111具有很高的絕熱能力，也可以在制冰皿101的上部和底部之間形成一溫度差。此外，當制冰完成后，需要清除在給水噴嘴110和給水管109中的水，且殘留于其中的少量水可能是凍結的，并致使給水噴嘴110堵塞。在這樣的情況下，加熱器141可以對給水噴嘴110進行加熱，從而防止它被凍結的水堵塞住。因此，即使在制冰完成時，給水噴嘴110中的水凍結了，加熱器141在下次制冰時使凍結的水融化，因而給水噴嘴不會發生堵塞。
該制冰的過程與實施例2中的過程相同。例如，將冷凍間102中的溫度設定為-15攝氏度，如圖7所示地安裝制冰皿101，關閉門105，按下圖8所示的開始制冰按鈕126，然后在經過約5分鐘之后，開始給水。這是因為，為了使所供給的水結成清澈的冰塊，需要在已經供給的水完全凍結之前(當冰131和水132共存時)，就進行后續的水供給，如圖9所示。盡管一次僅進給0.2毫升的水，但是當水凍結時，仍會生成少量的氣泡。但由于在所產生的氣泡被捕獲在冰塊中之前，后續的水供給就開始了，所以就防止氣泡被捕獲在冰塊中，并且水也繼續凍結。重復該過程能夠制得不含氣泡的清澈冰塊。
硬度約為50的自來水包括可能會形成氣泡核的硬質離子或溶解的二氧化硅。但由于后續的水供給在氣泡產生之前就開始了，所以在制得的冰塊中僅含有少部分的硬質離子或熔解的二氧化硅，它們不會形成氣泡核，而大部分的硬質離子或熔解的二氧化硅則被趕出冰塊，并存在于冰塊的表面或制冰皿的側表面上。這樣，它們就不會影響冰塊的透明度。
通過以這樣的方式間歇地供給水，就可能在2小時左右使10毫升水結成清澈的冰塊。
(實施例4)現將參照圖11對制作清澈冰塊的一第四實施例加以詳述。在實施例2中，是在制冰皿101安裝到冷凍間102中并按下開始制冰按鈕126之后五分鐘開始進給水的。但是，制冰皿101可能在五分鐘內未足夠地冷卻。因此，在本實施例4中，在制冰皿101的底部處設置了一溫度傳感器151，并且進給水的時間根據溫度的變化來確定。
當制冰皿101裝在冷凍間102中時，冷凍間102的內部溫度保持在-15攝氏度，如圖11所示，溫度傳感器151所測得的溫度如圖12所示地變化。當檢測得制冰皿101底部的溫度等于或低于-10攝氏度時，由箭頭161所示處，開始進給水。如果冷凍間102的門105長期不打開時，開始進給水的時間可以基于所經過的時間來確定，如實施例2中那樣。但是，如果門105打開較長時間，且冷凍間102中的溫度上升，較佳地就是基于制冰皿101底部的檢測到的溫度、而不是經過的時間來開始進給水。
當開始進給水，由于水的溫度和水變為冰時產生的潛熱，溫度傳感器151所示的溫度稍稍增加。當進一步進給水時，溫度傳感器151所示的溫度繼續上升，并在約-8攝氏度處停止上升。如果給水的時間間隔過長，或者一次進給的水量過少，溫度的上升就很小，因而，每次給水時，水就完全凍結，并且所產生的小氣泡就殘留在制得的冰塊中。反之，如果給水的時間間隔過短，或者一次進給的水量過大，溫度就繼續上升，致使太大量的水仍未凍結，因而致使所制得的冰塊，如同制冰皿首先充滿水的傳統制冰過程的情況一樣，包含許多氣泡。
因此，當后續的水進給在已進給水完全凍結之前就開始時，如參照實施例2所述，如果溫度增加過快，可以稍增加進給的水量，或者稍縮短給水的時間間隔。如果在給水后的溫度增加過慢，可以稍減少進給的水量，或者稍加長給水的時間間隔。當給水在箭頭162所示的點停止，溫度傳感器151測得的溫度(T1)開始如圖12所示地降低。通過檢測制冰皿101底部的溫度來最優地改變給水時間間隔和給水量，就可能總是制得透明度接近100％的冰塊。
(實施例5)
在圖13中示出了一用于制作清澈冰塊的制冰設備。一制冰室201由一分隔件分隔成一空間B(下文稱為冷凍空間216)和一空間A(下文稱為冷藏空間217)，所述冷凍空間216內部保持處于低于0攝氏度的溫度，所述冷藏空間217內部保持處于高于0攝氏度的溫度，所述分隔件包括一絕熱材料211、一填充形成在分隔件中的一窗口一填料209以及一致冷板202。
與傳統的制冰過程明顯不同的一點是，該制冰過程是在冷藏空間217、而不是冷凍區域216中進行的，并且冷凍區域216用來儲存制得的冰塊。例如，一用PP(聚丙烯)制成的制冰皿(下文稱為制冰皿203)放置在致冷板202上，因此，位于冷藏空間217一側。致冷板202用一種具有高熱傳導性的金屬制成，如鋁和銅。
此外，如圖14中所示，冷藏室207位于制冰室201的上方并與之相鄰，并且進給水容納在設置于冷藏室207中的一給水箱206中，致使進給水被預先冷卻，并借助于一給水泵213(例如，諸如齒輪泵和壓電泵之類)，間歇地通過一給水噴嘴205向制冰皿203進給。
制冰皿203和給水噴嘴205設置在一例如用鋁制成的金屬器皿214中。制冰室201的冷藏空間217與冷藏室207經由一通氣孔212相互連通，以使金屬器皿214保持在一與冷藏室207相同的溫度(＞5攝氏度)之下，所以冷藏空間217可以總是保持在一高于冷凍空間216的溫度之下。這里，制冰皿203和給水噴嘴205設置在金屬器皿214中，以防止冷藏室207中食物的異味吸附到冰塊上。
在這樣的一種結構布置中，制冰皿203底部的表面溫度低于凝固點，并且其上部的溫度為2-3攝氏度。以這樣的方式，就在底部表面與上部之間形成了一溫度差，因此，水從底部表面逐漸地凍結。
例如，用作測溫裝置的熱敏電阻219和220分別附接在制冰皿203的底部和上部上，并且，當附接在制冰皿的底部的熱敏電阻219所顯示的溫度等于或低于一18攝氏度時，致動給水泵213以開始間歇地供水。例如，每隔2分鐘一次進給0.2毫升水，并且這樣的間歇給水持續1小時45分鐘，然后停止(未示出控制裝置)。當熱敏電阻220所示的溫度等于或低于-5攝氏度時，一致動器210致動，以從制冰皿放出冰塊。
盡管上面將熱敏電阻作為溫度檢測裝置的一例子來進行了描述，但也可以使用諸如鉻鋁熱電偶之類的熱電偶。當0.2毫升的水從底部表面凍結時，它發出潛熱，因而，熱敏電阻219所示的測得溫度稍稍上升，并且隨著凍結、在所進給水的稍高于制冰皿203的底部表面的一區域處生成一極小的氣泡。
如果所進給的水完全凍結了，那么所產生的氣泡就被捕獲在冰塊中，并使得冰塊變得渾濁。但是，由于后續的水進給是在全部的所進給水凍結之間開始的，所以所產生的氣泡穿過新進給的水擴散，而不會被捕獲在冰塊中，并且新進給的水也開始凍結。重復這樣的過程可以產生不含氣泡的清澈冰塊。硬度約為50的自來水包括可能會構成氣泡核的硬質離子或溶解的二氧化硅。但由于后續的水供給在氣泡產生之前就開始了，所以在制得的冰塊中僅含有少部分的硬質離子或溶解的二氧化硅，它們不會形成氣泡核，而大部分的硬質離子或溶解的二氧化硅則被趕出冰塊，并沉積在冰塊或制冰皿的表面上。這樣，它們就不會影響冰塊的透明度。
此外，由于給水箱、給水管以及給水噴嘴都位于溫度保持在高于0攝氏度的冷藏空間一側，所以就無需加熱器等用來防止凍結的裝置，并且可以使用在冰箱中設定的-20攝氏度的制冰室溫度和5攝氏度的冷藏室溫度。
在上面的敘述中，設置通氣孔212以保持冷藏空間217中的溫度處于冷藏室207的溫度。但，如果如圖16所示地在冷藏空間217中設置一冷風出口241，就無需用來阻擋從冷藏室207傳來的異味的金屬器皿214，從而簡化了整體的結構。
(實施例6)在下文中，將參照圖15對制作清澈冰塊的一第六實施例加以詳述。本實施例6與實施例5的不同之處在于，使用一電磁閥231來替代給水泵213，并在一真空泵232連接至金屬器皿214，以降低金屬器皿214中的壓力，并對所進給的水進行氣體去除。
金屬器皿214有一最小的容積，以減輕真空泵232的一些負載。我們知道，根據亨利定律，在水中的溶解氣體濃度是與其在氣相下的濃度成正比的。因此，如果在氣相下的空氣濃度減小，在水中的溶解氣體濃度就能減小，并且就能抑制在凍結過程中的氣泡生成。但應予注意的是，由于水在0攝氏度下的汽化壓力是4.58毫米汞柱(mmHg)，所以，如果真空度超過了這一壓力，所進給的水就會汽化。因此，在金屬器皿214中的壓力設定為落入0.01大氣壓或7.6毫米汞柱至0.1大氣壓或76毫米汞柱的范圍之內的一值，籍此，可以去除在水中的溶解氣體，并同時阻止的水汽化以及減輕真空泵232的一些負載。
通過打開電磁閥231，可利用給水箱206與金屬器皿214的內部壓力差來將水進給到制冰皿203中，該制冰皿203包括八個小格。如果每一小格中進給0.2毫升的水，那么總共進給1.6毫升的水。如上所述，致使冰塊渾濁的一個主要的因素是水中的溶解氣體。因此，如果水中溶解氣體的濃度設定在1/10至1/100，那么被捕獲在冰塊中的氣泡量就會隨著溶解空氣的濃度而減少，冰塊的透明度也提高。
考慮一個小格，根據本發明，在0.2毫升的水進入金屬器皿214中時開始對水去除氣體，并且在水進給到制冰皿203中并達到其凝固點時，水開始凍結。在這樣的過程中，幾乎不產生氣泡，然后，開始后續的水進給。即便使用硬度為250、含有會構成氣泡核的硬質離子或溶解的二氧化硅的水，也不會產生氣泡，然后，開始后續的水進給。硬質離子或溶解的二氧化硅不形成氣泡核，并且它們中的小部分被包含在制成的冰塊中，而它們中的大部分則并被趕出冰塊，并沉積在冰塊或制冰皿的表面上。這樣，它們不會影響冰塊的透明度。
如果制冰皿是用PP制成的，那么10毫升的水可以在約2小時內結成透明度接近100％的清澈冰塊。如果制冰皿203是用諸如鋁之類的金屬制成的，那么10毫升的水可以在約1小時內結成透明度接近90％的清澈冰塊。此外，由于給水箱206、電磁閥231以及供水噴嘴205都位于溫度保持在高于0攝氏度的冷藏空間一側，所以就無需加熱器等用來防止凍結的裝置，并且可以使用在冰箱中設定的-20攝氏度的制冰室溫度和5攝氏度的冷藏室溫度。
當然，在本實施例中也可以在制冰皿203的底部和上部處設置用作溫度檢測裝置的熱敏電阻(未圖示)，從而實現與實施例5中相同的操作。
此外，在本實施例中也可以如圖17所示，不在冷藏空間217與冷藏室207之間設置通氣孔212，而是可以在冷藏空間217上設置一出氣口251。但由于在本實施例中需要排空，所以金屬器皿214是必需的，因此其結構無法簡化，這與實施例5不同。但由于可以獨立地控制冷藏空間217中的溫度，所以可以制得具有極高透明度的冰塊。
(實施例7)在圖18中示出了一用來制作清澈冰塊的制冰設備。一制冰皿301設置在帶有一可開門205的一冷凍間302中。作為本發明加熱裝置的一例子的諸如包復有一絕緣薄層的鎳鉻合金導線之類的一加熱導線308夾在具有高熱傳導性的金屬薄片(如鋁箔)之間。加熱導線308夾在具有高熱傳導性的金屬薄片之間，并卷繞在制冰皿301的上側表面上。制冰皿301的底部與一致冷板303接觸，該致冷板303包括諸如一鋁板之類的致冷裝置，該致冷裝置用來將制冰皿的底部保持在一低于其上側表面溫度的溫度。如果不適于致冷板303，可以加強沿著制冰皿的底部通過的冷氣流。
將加熱導線308夾在具有高熱傳導性的金屬薄片等之間的原因是，需要抑制制冰皿301的側表面附近的溫度變化；以及當所進給的水積聚，并且固-液分界面與水的表面接近制冰皿301時，就需要冷卻而非加熱，還有，當對加熱導線308的供電停止時，需要迅速地降低制冰皿上側表面的溫度。
制冰皿301可用諸如PP(聚丙烯)或PET(聚對苯二甲酸乙二醇酯)之類的樹脂制成，或者用諸如鋁之類的金屬制成。一致動器307可以水平或樞轉地往復搖動制冰皿301和致冷板303。一給水箱312放置在冰箱(未圖示)中，以預先使水313處于一低于室溫的溫度之下。
借助于給水泵311，從給水箱312通過一給水噴嘴309向制冰皿301供給水，該給水噴嘴309穿透用來防止水凍結的一絕熱材料314。制冰皿301的上側面和底部的溫度由一熱敏電阻315和一熱敏電阻316進行檢測，前者和后者分別是本發明第一溫度檢測裝置的一個例子和本發明第二溫度檢測裝置的一個例子。
當冰塊制成后，所制得的冰塊存放在一貯冰間304中。盡管未示出，但是給水泵311、致動器30以及加熱導線308的驅動電路、熱敏電阻315和316、以及用于制冰皿301的一水平位置的傳感器(未圖示)都連接到控制裝置。
圖19(a)和19(b)分別示出了制冰皿301的水平和樞轉的往復搖動。例如，圖20(a)示出了當向左水平地往復搖動制冰皿301時所獲得的水表面和固一液分界面，圖20(b)示出了圖20(a)所示的制冰皿301的側表面A-B的溫度變化。往復搖動是為了防止在水結晶時產生的氣泡或者雜質被捕獲在制得的冰塊中，并有效地發散在水結晶的過程中所產生的潛熱，從而加快制冰速率。
如果一次進給的水量小，那么就能有效地通過往復搖動來發散潛熱，這樣，在冰與水的固-液分界面處的溫度上升就較小。并且，由于水的表面保持運動，所以，即使水處于過冷狀態，冰也會沿著固定表面迅速地發展，而不是放射地在液體中發展。
此外，例如如圖20(b)所示，制冰皿301側表面的溫度在底部處為-10攝氏度，并在上部處由加熱器308保持在一接近0攝氏度的溫度。因此，水的凍結從底部的中心開始。如果制冰皿301的側表面溫度高于其中心處的溫度，溶解的氣體或硬質離子就不會被捕獲在冰塊中，并且擴散到制冰皿側表面的附近，以及，沉積在器皿側表面上的雜質量也極其少。因此，制得的冰塊在核心處極其透明。
在下文中，將參照圖21至24所示的控制流程圖來對本發明的實施例加以描述。如圖21所示，制冰設備中的一控制程序總地包括一檢測是否電源接通的步驟、一初始化的步驟、一將制冰皿放置在水平位置的步驟、一加熱的步驟、一判斷是否開始制冰的步驟、一給水的步驟、一往復搖動制冰皿的步驟、一判斷是否完成制冰的步驟、以及一從制冰皿中放出冰塊的步驟。在接通電源并初始化之后，判斷是否制冰皿301處于一水平的位置。然后，如果制冰皿301是處于一水平的位置，那么對制冰皿301上側表面上的加熱導線308供電，以開始加熱。如果制冰皿301未處于水平位置，則向致動器307傳輸一信號，以引起它使制冰皿處于一水平位置。
(實施例8)現將參照圖22所示的控制流程圖來描述實施例8。如圖22所示，當設置在制冰皿301底部處的熱敏電阻316所示出的溫度變為等于或低于-10攝氏度，該程序就開始后續的步驟。通過加熱導線308進行的加熱不斷進行，直至設在制冰皿301上側表面的熱敏電阻315所示出的溫度變為等于或高于-1攝氏度。當制冰皿301底部的溫度等于或低于-10攝氏度、且其上側表面的溫度等于或高于-1攝氏度時，就作出判斷可以進行制冰，并且開動給水泵311以開始間歇地給水。
例如一次的給水量為0.2毫升，及每隔2分鐘給一次水。在給水的同時，還水平地或轉動角約為±30度地轉動地以一低速往復搖動制冰皿301。例如，在從開始給水經過1小時45分鐘之后，給水泵311、致動器307產生的往復搖動以及加熱導線308所進行的加熱停止。
當制冰皿301上側表面的溫度等于或低于-10攝氏度時，作出判斷，制冰完成，例如，通過致動器307扭轉一下制冰皿301來將冰塊從制冰皿301中放出，并且放出的冰塊存放在貯冰間304中。當放出冰塊后，再次將制冰皿301放置在一水平位置，以及證實它是處于水平位置時，開始在后續制冰程序中的加熱步驟。
由于制冰皿301上側表面通過加熱，從開始給水至給水結束，例如1小時45分鐘，一直保持處于一接近0攝氏度的溫度。所以一些量的水保持不凍結，從給水開始到放出冰塊進行的過程需要2小時。可以制得具有極高透明度的冰塊。
(實施例9)現將參照圖23所示的控制流程圖對實施例9進行描述。基于制冰皿301的底部和上側表面的溫度來判斷是否開始制冰、給水泵311的運作和制冰皿的往復搖動與實施例8中相同，并且略去了對它們的描述。實施例9與實施例8的不同之處在于，例如，當給水量達到6毫升，就停止加熱導線308所進行的加熱，并且繼續給水和往復搖動制冰皿，直至例如從給水開始經過1小時45分鐘。由于加熱器的加熱在制冰的過程中就停止了，所以能夠減少制冰所需要的時間。對制冰是否結束的判斷與實施例8中的相同。在實施例8中完成制冰需要2小時，而在實施例9中完成制冰則只需1小時50分鐘。因此，制冰所需時間可減少10分鐘。這樣，制得的冰塊整體上來說是十分透明的，但在冰塊的上表面可能會殘留有很少的氣泡。
(實施例10)現將參照圖24所示的控制流程圖來描述實施例10。基于制冰皿301的底部和上側表面的溫度來判斷是否開始制冰、給水泵311的運作和制冰皿的往復搖動與實施例8中相同，并且略去了對它們的描述。實施例10與實施例8和9的不同之處在于，如圖25所示，基于給水量來控制對制冰皿301上側表面的加熱。
參照決定開始制冰時施加在加熱導線308上的供能功率，當給水量到達1毫升時，對加熱導線308的供能功率減少該值的10％，并且在給水量達到2毫升時，進一步減少該值的10％。例如，如果總給水量達到10毫升，加熱就在給水量達到10毫升時停止，并且與此同時，給水泵311的運轉和制冰皿的往復搖動也停止。盡管制冰皿301上側表面的溫度未必保持恒定，但是加熱器加熱所產生的潛熱能夠有效地發散、不受抑制，因此，制冰所需的施加進一步減少。在實施例8中制冰需要2小時，而在實施例9中則只需要1小時40分鐘。因此，制冰所需時間可減少20分鐘。這樣，制得的冰塊整體上來說是十分透明的，但在冰塊的與制冰皿301接觸的表面上可能會殘留有少量的氣泡。
如上所述，使用根據本發明的、實施例7所述的制冰裝置，盡管制冰需要2小時，但可以獲得透明度極高的冰塊。
此外，使用根據本發明的、實施例9所述的制冰裝置，制冰可以在1小時50分鐘內完成，而在實施例7中制冰則需要2小時。因此，制冰所需時間可減少10分鐘。這樣，制得的冰塊整體上來說是十分透明的，但在冰塊的上表面可能會殘留有很少的氣泡。
此外，使用根據本發明的、實施例10所述的制冰裝置，制冰可以在1小時40分鐘內完成，而在實施例7中則需要2小時。因此，制冰所需時間可減少20分鐘。這樣，制得的冰塊整體上來說是十分透明的，但在冰塊與制冰皿301接觸的表面上可能會殘留有少量的氣泡。以這樣的方式，就可以在相當短的時間那制得清澈的冰塊。此外，控制制冰皿的溫度檢測裝置、往復搖動裝置以及間歇給水裝置的控制裝置能在一短時間內實現一個最優的狀態，并且可以提供具有極高透明度的冰塊。
如從上面的描述中可明白的，本發明提供一種制作清澈冰塊的設備以及一種能制作出高透明度的冰塊的清澈冰塊制作方法。
根據本發明，可以相對較短的時間來制作出清澈的冰塊。
此外，如果使用給水噴嘴，那么即使裝置傾斜，也不會發生問題。
此外，如果檢測到在制冰皿底部的溫度變化，那么就可以提供一最優的制冰狀態，因而總是可以制得透明度為90％或更高的冰塊。
此外，如果在制冰的同時還去除所進給的水中的氣體，則完全不會產生氣泡，而氣泡正是導致制成的冰塊渾濁的一主要因素，并且可以制得透明度極高的冰塊。以及，即使在短時間內，也總是可以制得透明度為90％或更高的冰塊。
此外，如果制冰所需要的水被分開成多次、間歇地供應，那么，與所需要量的水一次性注入制冰格的情況相比，縮短了制冰所需要的時間。
權利要求
1.一種制作清澈冰塊的設備，它包括一冷凍空間；一放置在所述冷凍空間中的器皿，且所述器皿在其底部處的溫度低于在其上部處的溫度；以及向所述器皿進給水的給水裝置，其中，以5微米/秒或更低的制冰速率制冰，在所述器皿中與大氣接觸的一液相部分的一部分水保持處于液相，直至制冰完成，以及在所述器皿中的所述液相部分的水的厚度等于或小于一預定的厚度。
2.如權利要求1所述的制作清澈冰塊的設備，其特征在于，所述預定的厚度是一個大致使氣泡無法產生的厚度。
3.如權利要求1或2所述的制作清澈冰塊的設備，其特征在于，所述制冰速率等于或高于2微米/秒。
4.如權利要求1至3中任一項所述的制作清澈冰塊的設備，其特征在于，所述給水裝置從所述器皿的頂部間歇地給水。
5.如權利要求4所述的制作清澈冰塊的設備，其特征在于，所述給水裝置在已進給水的表面凍結之前開始后續的水進給，并且重復這樣的水進給直至冰達到一預定的厚度，以及當給水停止時，在所述器皿中與大氣接觸的所述液相部分的那部分水最后凍結。
6.如權利要求4或5所述的制作清澈冰塊的設備，其特征在于，所述給水裝置的給水時間間隔適于防止在所述器皿中的全部的液相部分水過冷。
7.如權利要求1至6中任一項所述的制作清澈冰塊的設備，其特征在于，所述器皿的側表面溫度高于其低表面的溫度。
8.使用制作清澈冰塊的設備來制作清澈冰塊的清澈冰塊制作方法，所述制作清澈冰塊的設備包括一冷凍空間、一放置在所述冷凍空間中且其在底部處的溫度低于在其上部處的溫度的器皿、以及向所述器皿進給水的給水裝置，其中，以5微米/秒或更低的制冰速率制冰，在所述器皿中與大氣接觸的一液相部分的一部分水保持處于液相，直至制冰完成，以及在所述器皿中的所述液相部分的水的厚度等于或小于一預定的厚度。
9.一種制作清澈冰塊的設備，它包括一放置在一冷凍空間中的器皿，且所述冷凍空間有一能打開和關閉的門，所述器皿在上部處保持一較高的溫度且在其底部處保持一較低的溫度，并且具有一在其頂部處的開口；以及一給水系統，所述給水系統通過所述器皿的開口向其間歇地進給水，其中，所述給水系統有一給水箱和一泵，所述給水箱設置在一溫度保持低于室溫的空間中，所述泵用來從所述給水箱通過給水管向給水噴嘴進給水，以及所述給水噴嘴的尖端突伸入所述器皿的所述開口中。
10.如權利要求9所述的制作清澈冰塊的設備，其特征在于，還包括溫度檢測裝置，用來檢測所述器皿底部的溫度；以及根據所述器皿底部的溫度控制給水時間間隔和給水量的控制裝置，所述控制裝置適于在所述器皿底部的溫度低于一第一預定溫度時開始進給水。
11.如權利要求9所述的制作清澈冰塊的設備，其特征在于，所述給水噴嘴的尖端被處理成親水的。
12.如權利要求9所述的制作清澈冰塊的設備，其特征在于，還包括用來檢測所述門是打開還是關閉的門打開/關閉檢測裝置和用來計時所述門打開時間的計時裝置，其中，基于從所述門打開/關閉檢測裝置和所述計時裝置接受到的信號在一預定的時間內改變給水的時間間隔。
13.如權利要求9所述的制作清澈冰塊的設備，其特征在于，還包括使制冰開始的裝置。
14.一種制作清澈冰塊的設備，其中，保持處于高于0攝氏度的溫度的一空間A位于保持處于低于0攝氏度的溫度的一區域B的上方并與之鄰接，所述空間B與所述空間A由一致冷板隔開，用來向所述致冷板上的一制冰皿進給水的給水噴嘴設置在所述空間A中，并且通過向所述制冰皿間歇地進給水來進行制冰。
15.一種冰箱，它包括如權利要求14所述的一制作清澈冰塊的設備和一冷藏室，其中，所述冷藏室位于所述空間A的上方，所述制冰皿和所述給水噴嘴設置在一金屬器皿中，以及在分隔所述空間A與所述冷藏室的一區域中，設置一窗口，以使所述金屬器皿的外側溫度大致與所述冷藏室中的溫度相同。
16.一種冰箱，它包括如權利要求14所述的一制作清澈冰塊的設備和一冷藏室，還包括設在所述制冰皿的底部處和上部處的溫度檢測裝置；以及控制裝置，所述控制裝置在所述器皿底部的溫度低于一預定值時開始間歇地進給水，在經過一預定時間后停止給水，并在所述制冰皿的上部溫度低于一預定值時開始從制冰皿放出冰塊。
17.如權利要求15所述的冰箱，其特征在于，在所述冷藏室中設置一給水箱，并且所述水進給借助于一給水泵來進行。
18.如權利要求15所述的冰箱，其特征在于，在所述冷藏室中設置一給水箱，設置一真空泵以抽空在所述金屬器皿中的空氣，在所述給水箱和所述給水噴嘴之間的一預定位置處設置一電磁閥，以及所述電磁閥在打開和關閉狀態之間切換，以將水間歇地進給到所述制冰皿中以進行制冰。
19.如權利要求18所述的冰箱，其特征在于，所述致冷板能夠打開和關閉，溫度檢測裝置設在所述制冰皿的底部和上部處，提供檢測致冷板是打開還是關閉的打開/關閉檢測裝置，以及控制裝置，所述控制裝置在所述冷卻板關閉時關閉所述電磁閥并開始抽真空動作，在所述制冰皿的底部溫度低于一預定值時接通所述電磁閥以進行給水，保持接通狀態一預定的時間，經過一預定時間后斷開電磁閥以停止給水，重復這樣的打開和關閉動作以間歇地給水，在經過一預定時間后停止這樣的間歇給水，以及當所述制冰皿上部的溫度低于一預定值時停止抽空動作，以開始從制冰皿中放出冰塊。
20.如權利要求15至19中任一項所述的冰箱，其特點在于，在所述空間A和B中的每一個上設置一冷風出口。
21.一種制作清澈冰塊的設備，它包括一制冰皿，所述制冰皿放置在致冷到一凝固點并具有一向上開口的凹進部的一空間中；向凹進部給水的一給水噴嘴；在制冰過程中往復搖動所述制冰皿的往復搖動裝置；以及間歇給水裝置，所述間歇給水裝置從所述給水噴嘴分多次、間歇地將制冰所需的水量進給進入所述凹進部分中，其中所述制冰皿的上部溫度保持在約0攝氏度。
22.如權利要求21所述的制作清澈冰塊的設備，其特征在于，還包括檢測所述制冰皿的凹進部的上部溫度的第一溫度檢測裝置；檢測所述凹進部的底部溫度的第二溫度檢測裝置；以及控制裝置，所述控制裝置基于所述第一或二溫度檢測裝置所檢測得的溫度來控制所述間歇給水裝置和所述往復搖動裝置。
23.如權利要求21或22所述的制作清澈冰塊的設備，其特征在于，還包括在制冰過程中加熱所述制冰皿的凹進部的上部的加熱裝置。
24.如權利要求23所述的制作清澈冰塊的設備，其特征在于，所述控制裝置基于所述第一或二溫度檢測裝置所檢測得的溫度，控制所述間歇給水裝置、所述往復搖動裝置以及所述加熱裝置。
25.一種制作清澈冰塊的裝置，它包括一制冰皿，所述制冰皿放置在致冷到一凝固點并具有一向上開口的凹進部的一空間中；在制冰過程中加熱所述制冰皿的凹進部的上部的加熱裝置；檢測所述制冰皿的凹進部的上部溫度的第一溫度檢測裝置；檢測所述凹進部的底部溫度的第二溫度檢測裝置；以及控制裝置，所述控制裝將所述第一和第二溫度檢測裝置所檢測得的溫度與第一和第二預定溫度比較，在所述第一檢測溫度等于或高于所述第一預定溫度且所述第二檢測溫度等于或低于所述第二預定溫度時開始從所述器皿的一開口間歇地給水以及往復搖動所述器皿，在經過一預定時間后停止對器皿的間歇給水和往復搖動以及加熱，在所述第一溫度檢測裝置所檢測得的溫度等于或低于一第三預定溫度時作出制冰完成的判斷，以開始從制冰皿中放出冰塊，并在完全放出冰塊之后再由所述加熱裝置開始加熱。
26.一種制作清澈冰塊的設備，它包括一制冰皿，所述制冰皿放置在致冷到一凝固點并具有一向上開口的凹進部的一空間中；在制冰過程中加熱所述制冰皿的凹進部的上部的加熱裝置；檢測所述制冰皿的凹進部的上部溫度的第一溫度檢測裝置；檢測所述凹進部的底部溫度的第二溫度檢測裝置；以及控制裝置，所述控制裝將所述第一和第二溫度檢測裝置所檢測得的溫度與第一和第二預定溫度比較，在所述第一檢測溫度等于或高于所述第一預定溫度且所述第二檢測溫度等于或低于所述第二預定溫度時開始從所述器皿的一開口間歇地給水以及往復搖動所述器皿，在已進給的水量達到一預定量后停止對器皿的加熱，在從所述間歇給水和器皿往復搖動開始經過一預定時間之后停止間歇給水和往復搖動器皿，在所述第一溫度檢測裝置所檢測得的溫度等于或低于一第三預定溫度時作出制冰完成的判斷，以開始從制冰皿中放出冰塊，并在完全放出冰塊之后再由所述加熱裝置開始加熱。
27.一種制作清澈冰塊的設備，它包括一制冰皿，所述制冰皿放置在致冷到一凝固點并具有一向上開口的凹進部的一空間中；在制冰過程中加熱所述制冰皿的凹進部的上部的加熱裝置；檢測所述制冰皿的凹進部的上部溫度的第一溫度檢測裝置；檢測所述凹進部的底部溫度的第二溫度檢測裝置；以及控制裝置，所述控制裝將所述第一和第二溫度檢測裝置所檢測得的溫度與第一和第二預定溫度比較，在所述第一檢測溫度等于或高于所述第一預定溫度且所述第二檢測溫度等于或低于所述第二預定溫度時開始從所述器皿的一開口間歇地給水及往復搖動所述器皿，根據已進給的水量控制所述加熱裝置所進行的加熱，在經過一預定時間后停止間歇給水和器皿的往復搖動，在所述第一溫度檢測裝置所檢測得的溫度等于或低于一第三預定溫度時作出制冰完成的判斷，以開始從制冰皿中放出冰塊，并在完全放出冰塊之后再由所述加熱裝置開始加熱。
28.如權利要求21至23中任一項所述的制作清澈冰塊的設備，其特征在于，所述加熱裝置是覆層有一絕緣薄層、并再覆層一高熱傳導性材料的加熱導線。
29.如權利要求21至23中任一項所述的制作清澈冰塊的設備，其特征在于，所述制冰皿的往復搖動是其的平移。
30.如權利要求21至23中任一項所述的制作清澈冰塊的設備，其特征在于，所述制冰皿的往復搖動是其的轉動，所述轉動經過圍繞器皿較短側中一中心點的一預定轉動角度。
全文摘要
一種制作清澈冰塊的設備，它包括一冷凍空間；一放置在所述冷凍空間中的器皿，且所述器皿在其底部處的溫度低于在其上部處的溫度；以及一從器皿頂部向其進給水的給水裝置，其中，以5微米/秒或更低的制冰速率制冰，在所述器皿中與大氣接觸的、一液相部分的一部分水凍結以完成制冰，該液相部分的水在制冰完成之前是不完全過冷的，并且在器皿中的該液相部分的水中，其空氣濃度等于或低于空氣的過量濃度。
文檔編號F25C5/08GK1461928SQ0313814
公開日2003年12月17日 申請日期2003年5月30日 優先權日2002年5月30日
發明者高橋康仁, 對馬勝年, 木田琢已, 石井裕子, 龍井洋, 濱田和幸 申請人:松下電器產業株式會社, 松下冷機株式會社