JP2007139398A

JP2007139398A - 透明氷の製造装置および製造方法

Info

Publication number: JP2007139398A
Application number: JP2005358247A
Authority: JP
Inventors: Koji Fumoto; 耕二麓
Original assignee: Institute of National Colleges of Technologies Japan
Current assignee: Institute of National Colleges of Technologies Japan
Priority date: 2005-11-14
Filing date: 2005-11-14
Publication date: 2007-06-07

Abstract

【課題】製氷缶を用いることなく、製氷時間が短く、設置面積を減らすことができる透明氷の製造装置を提供する。
【解決手段】所定の水２を貯留する貯水槽４と、貯水槽４の下壁において水に接して透明氷を生成する金属製円筒６からなる製氷部を備えており、製氷部の内側に冷却ブライン１１を噴射し、製氷部表面を冷却する噴射孔を有する円筒７によって金属製円筒６外側に同心円状の氷３を生成するとともに、透明氷を生成部内側のヒータ８により氷層接触面を加熱融解することにより金属製円筒６面から製造された氷３を離脱させる手段を有する透明氷の製造装置。前記の透明氷の製造装置を用い、製氷および融解に伴う氷自身の浮力による離脱浮上過程を所定の周期で繰り返すことによって同心円状の氷を連続的に生成する透明氷の製造方法。
【選択図】図１

Description

発明の詳細な説明

本発明は、透明氷の製造装置および製造方法に関する。

従来、透明氷の製造方法は、カングリット法と言われるアイス缶を冷却ブライン槽内に浸し、その内側に透明氷を生成する方法（特許文献１、特許文献２）、さらに溶存酸素の含有量を可及的小ならしめた原料水を用いたカングリット法よる透明氷生成方法（特許文献３）がある。一方、良熱伝導体からなる無端状ベルト体をベルト搬送方向に沿って所定角度傾斜させた状態で、該ベルト体の背面側に冷凍負荷を付与しつつ、該ベルト体の上面側より清水を供給し、該清水をベルト体表面に沿って流下させながら所定厚の板状透明氷を製造する方法（特許文献４）がある。さらに、家庭用冷蔵庫で透明氷を製造する方法（特許文献５）が知られている。

特開平６−１０１９４３号公報特開平５−１６４４４２号公報特開２０００−３０４３９３号公報特開平６−１２３５３３号公報特開２００４−５３０３６号公報

従来のカングリット法による透明氷の製造方法および装置は、アイス缶の中心部に常にエアーを供給し、不純物や気泡を取り除く必要がある。さらに、最終段階において未凍結溶液を取り除き、代わりに奪気した原料水を注入する必要があるなど、製氷工程が煩雑となるとともに約４８時間という長時間の温度制御を含む生産管理が必要であった。流水法においても冷却面上に生成された氷層を剥離させるため、回転ベルト方式による徐氷方法が試みられているが、装置の大型化を避けることは出来ない。

本発明の目的は、上に述べた問題点を解決し、製氷缶を用いることなく、製氷時間が短く、設置面積を減らすことができる、透明氷の製造装置および製造方法を提供することにある。

すなわち、本発明は、所定の水を貯留する貯水槽と、この貯水槽の下壁において水に接して透明氷を生成する円筒製氷部を備えているとともに、この製氷部の内側に冷却ブラインを噴射し、製氷部表面を冷却する冷却手段と、この冷却手段によって製氷部外側に同心円状の氷を生成するとともに透明氷を生成部内側のヒータにより氷接触面を加熱融解することにより前記氷生成面と製造された氷を離脱させる手段を有することを特徴とする透明氷の製造装置である。

前記の透明氷の製造装置において、製氷部は、円筒形を有し、熱伝導率が大きく、かつ滑らかな表面性状を有するものであることがよい。

また、本発明は、前記の透明氷の製造装置を用い、製氷および融解に伴う氷自身の浮力による離脱浮上過程を所定の周期で繰り返すことによって同心円状の氷を連続的に生成することを特徴とする透明氷の製造方法である。

前記の透明氷の製造方法において、製氷量の制御は、円筒製氷部の内側に噴射する冷却ブライン温度および製氷時間を調整することによって行うことがよい。

本発明によれば、供給ブライン温度に応じた製氷速度が得られるため、生成氷の成長速度を容易に設定することが可能である。さらに、本装置を用いて生成される氷は、同心円形状（ドーナッツ状）となるが、氷成長に合わせた冷熱供給条件および製氷時間を設定することにより、生成する透明氷の氷層サイズを自由に設定できる。

また、本発明によれば、比較的氷点近傍の高い冷熱を長時間利用するような製氷装置、例えば冬季間の自然冷熱を利用した透明氷の製氷装置が可能となる。

図面を参考にしながら本発明の実施の形態を説明する。図１に本発明の透明氷の製造装置（以下、製氷装置というこがある）の概略構成を模式的に示す。図２に冷却部５の概略構成を模式的に示す。本発明の製氷装置１の主な構成は、内部に水２および製造された同心円状氷３を保持可能な保持槽４と、この保持槽４の底壁に冷却部５を備えている。冷却部５は、金属製円筒６の内部に噴射孔を有する小径円筒７が配してある二重構造となっており、金属製円筒６表面は噴射する冷却ブライン温度を調整することにより設定している。また、冷却部５内には生成完了した氷層を融解離脱させるため、シースヒータ８を設置している。

保持槽４は、断熱性の高い材料により形成されており、その内部には、所定の水２が貯留されている。貯留する水２は、水道水のように、冷却されて氷点近傍温度で凝固するものであればよいが、結氷温度が低いほど省電力化が図れる。

冷却部５は、保持槽４の底壁部に設けられている。もちろん必要に応じて底壁部に複数の冷却部を配置してもよい。冷却部５は水に接して同心円状氷３を生成する金属製円筒６と、この金属製円筒６の内部に噴射孔を有する小径円筒７が軸心を同じくするように二重構造で配置されている。また、金属製円筒６は、同心円状氷３の生成と剥離を迅速かつ効率的に行うために、真鍮、ステンレス等の熱伝導率が大きい材料で、水２との接触面が滑らかな薄肉円筒によって形成されていることが好ましい。

金属製円筒６を冷却するための冷却手段は、前記小径円筒７が保持槽４の底部と接触するように供給される冷却ブライン１１と、この冷却ブライン１１を冷却するための冷却液供給装置９と、この冷却液供給装置９と小径円筒７との間で冷却ブライン１１を循環させる循環ポンプ１０から構成されている。冷却ブライン１１は、不凍液により構成されており、冷却液供給装置９によって保持槽４内の水２の結氷温度よりも低温に冷却されている。もちろん、冷却ブラインの冷却には、冷却液供給装置９を使用せず、冬季の自然冷熱を利用して冷却してもよい。

つぎに、上記実施形態の製氷装置１による透明氷の製造方法および作用を説明する。

まず、保持槽４に所定の水２を貯留しておく。そして冷却液供給装置９により充分に冷却された冷却ブライン１１を循環ポンプによってブラインを小径内筒７へと流入させる。これにより、冷却ブライン１１が小径円筒７の噴射孔を介して金属製円筒６を冷却するため、この金属製円筒６は水２の結氷温度よりも低い温度まで冷却される。

水２が冷却され、結氷温度に達すると、図３（ａ）に示すように、金属製円筒６に接触している水２を結氷させる。このとき、金属製円筒６として熱伝導率が大きい円筒を使用しているため、金属製円筒６に沿って同心円状氷３が成長する。

その後、図２（ｂ）に示すように、同心円状氷３が成長すると、生成した氷３の熱抵抗が増大する。このため氷は形状が大きくなるほど成長速度が緩やかになる。もちろん同心円状氷３の形状が小さい場合にも、小径内筒７へ流入する冷却ブライン１１の温度を制御することにより、透明氷を生成するために必要とされる緩やかな成長速度条件を得ることができる。

同心円状氷３が所望する厚さになったところで、冷却ブライン１１の供給を停止し、冷却部５内に設置したシースヒータ８に通電し、金属製円筒６を加熱する。これにより、金属製円筒６と接している同心円状氷３の一部が融解する。これにより金属製円筒６の表面に対する同心円状氷３の固着力が弱まって、この固着力に浮力が勝ったとき、同心円状氷３は金属製円筒６から剥離し、水２の浮力によって水面へ浮上する。このとき、金属製円筒６は滑らかな面に形成されており、引っ掛かる部分が少ないため氷結による固着力が弱く、接触面がわずかに融解するだけでも同心円状氷３が剥離しやすくなる。

以上のように、金属製円筒６への冷熱供給と停止および加熱を能動的に切り換えることにより、金属製円筒６の外周に生成される同心円状氷３の生成と剥離のタイミングを選択的に制御できるようになっている。したがって、同心円状氷３が所望の大きさ大きさに成長させ、冷熱供給を停止した後、加熱し氷を剥離させるという一連の処理を１周期とし、この周期をもって同心円状氷３の生成と剥離を繰り返すことにより、所望の大きさの透明氷を連続的に生成し続けることができる。

また、冷却面に金属製円筒６を使用し、かつ円筒内側より冷却を実施するため、従来に比べて格段に氷３の生成過程が簡略化できる。さらに単位冷却面積あたりの氷の生成量が大きく、効率的な熱供給が可能であるため、従来のものと比較して消費電力量を抑制できるメリットもある。

つぎに、上記実施形態の製氷装置１を使って実際に同心円状の氷３を生成し、冷却ブライン１１の温度の違いに対する氷量およびその生成時間を測定する実験を行った。

実験条件は、水２として水温２℃一定の水道水を使用した。真鍮製の金属製円筒６は、冷却ブライン１１によって−５℃または−１５℃に冷却したものを使用し、冷却ブライン１１の供給開始から１時間間隔で氷量を測定した。なお、同心円状氷３の氷量は、上方より撮影した画像を基に拡大読取方法により直径を測定し、それに金属製円筒６の長さを掛けて体積を求めた後、氷の密度を掛けて求めている。

図４は、本実施例の結果を示すものであり、冷却ブライン１１の各温度において経過時間に対する氷量の関係を示すグラフである。図４に示すように、時間の経過とともに氷量が増大するのがわかる。冷却ブライン１１の供給開始から７時間後の各温度の氷量は、冷却ブライン１１温度が−１５℃では約７ｋｇ、−５℃では約３．１ｋｇとなることがわかった。

以上の結果より、同心円状氷３の量は時間経過に対して、対数的に成長することがわかる。さらに生成された氷の性状は、冷却用金属製円筒６の近傍において白濁した氷層となるが、外周部へ行くにしたがい透明な氷３となることが観察よりわかった。

なお、本発明に係る透明氷の製造装置１の供給ブライン温度は、前述した実施例に限定されるものではなく、所望する氷層成長速度に合わせて供給ブライン温度を適宜調整することができる。

本発明の製氷装置の概略構成を模式的に示す図面である。図１の冷却部の概略構成を模式的に示す拡大図面である。図１に示す製氷装置において、同心円状の透明氷が生成される状態を示す図面である。図の（ｃ）は、ヒータにより冷却面と接触している氷層が融解し、浮力の影響を受けて離脱する様子を表す。製氷時間と製氷量の関係を示すグラフである。

符号の説明

１：製氷装置、２：水、３：同心円状氷、４：保持槽、５：冷却部、６：金属製円柱、７：噴射孔を有する円筒、８：シースヒータ、９：冷却液供給装置、１０：循環ポンプ、１１：冷却ブライン

Claims

所定の水を貯留する貯水槽と、この貯水槽の下壁において水に接して透明氷を生成する円筒製氷部を備えているとともに、この製氷部の内側に冷却ブラインを噴射し、製氷部表面を冷却する冷却手段と、この冷却手段によって製氷部外側に同心円状の氷を生成するとともに透明氷を生成部内側のヒータにより氷層接触面を加熱融解することにより前記氷生成面と製造された氷を離脱させる手段を有することを特徴とする透明氷の製造装置。
前記製氷部は、円筒形を有し、熱伝導率が大きく、かつ滑らかな表面性状を有する請求項１に記載の透明氷の製造装置。
請求項１又は２に記載の透明氷の製造装置を用い、製氷および融解に伴う氷自身の浮力による離脱浮上過程を所定の周期で繰り返すことによって同心円状の氷を連続的に生成することを特徴とする透明氷の製造方法。
製氷量の制御は、円筒製氷部の内側に噴射する冷却ブライン温度および製氷時間を調整することによって行う請求項３に記載の透明氷の製造方法。