JPH0437347B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、製氷技術の分野おいて利用され、特
に氷流製造装置に関するものである。

（従来の技術及び問題点） 粉体と微量の水とを均一に混合するとき、アイ
スプラステイングをするとき、隙間等を冷却する
とき、さらには飲料を冷らすとき等、氷粒は多く
の場合に使用されている。

かかる氷粒の製法としては、従来いくつかの方
法が知られている。

先ず、機械的手法によつて氷塊を砕いたり削つ
たりして氷粒を得ることが通常行われてはいる
が、微粒の氷粒子の製造の場合には歩留まりが悪
く不向きであり、また氷粒も球状化のものを得ら
れない等の問題点がある。

次に、水から直接氷粒を作る方法もある。これ
には三つの方法が知られている。

第一には、水を０℃以下の冷気中に噴霧する手
法である。この方法では、水滴と周囲の冷気との
間の熱好感が、液体と気体の間の熱伝達に基づく
ため、以下で述べる液体同士の熱交換の場合と比
較して効率が悪い。また微粒子を製造しやすい反
面、大径（例えば５mm前後）の氷粒が製造しにく
いこと、水の噴霧によつて冷却装置の熱交換器に
霜がつきやすく冷却効率が低下しやすいこと、装
置が大型化すること等の問題がある。

第二には、冷却された金属等の表面に水滴を滴
下させ、金属表面で水滴を凍結させる手法であ
る。この方法では、氷粒の製造効率が悪い上に、
金属表面に水滴を付着させるので球状の氷粒が作
れない等の問題がある。

第三としては、水が溶けにくい冷温液体中へ水
を注入し氷粒を製造する手法であり、熱交換の観
点からはきわめて有効である。この方法は液体の
冷却方法により、さらに二つの方法に大別でき
る。すなわち、液体の冷却を別の冷熱源（冷凍機
など）により行う方法と、液体の冷却を蒸発潜熱
により行う方法である。

前者、すなわち液体の冷却を別の冷熱源で行う
場合、この液体に要求される性能としては固化点
が低く、毒性の少ないもので水が溶けないことが
必要であり、灯油や流動パラフイン、ヘキサンな
どの有機液体が用いられている。これらの液体は
一般に比重が水より小さく、水滴及び氷粒は溶液
の沈下し容器の底にたまる。したがつて氷粒を取
り出すためにはスラリーポンプなどで液体と共に
氷粒を取り出し、遠心分離機などで液体と氷粒を
分離することが必要になる。しかし液体は完全に
は除去できず、氷粒表面に若干残留することは避
けられない。一般にこれらの液体は有機系溶剤で
毒性を有しており、氷粒の利用上極めて大きい障
害になる。

また、液体中で水滴が氷結する際に発生する潜
熱で、液体を昇温してしまうので、他の冷熱源
（例えば冷凍機）によりこれらを冷却して液体の
温度を一定の低温度に保持する必要がある。

この製氷方法において、氷粒を液体の上部より
取り出すためには、液体として比重が水より重い
ものを使用すればよいが、このような液体は一般
に有機塩素系の溶剤（例えば四塩化炭素、トリク
ロルエチレン）のようなものとなり、毒性は極め
て大きく、氷粒製造には適当でない。

次に、上記第三の手法における後者の場合、す
なわち、液体の冷却を蒸発潜熱で行う場合には、
この液体としては液体の蒸発温度が０℃以下のも
のを用いればよく、液体を購入することにより特
に冷凍装置は不要である。一般には入手が容易な
液体窒素や液体酸素が用いられる。これらの液体
を用いると前出の例の場合のごとく毒性のある有
機溶剤が氷粒表面に残留するという欠点はなくな
る。しかし、液体窒素は爆発などの危険を有して
おり、そのため安全な液体窒素（LN₂）が用いら
れることが多いが、温度は低いため取り扱いが難
しいし、またLN₂も比重は水より小さく、氷粒は
容器の底にたまり連続的に氷粒を取り出すために
は前述のようなポンプなどが必要という問題点を
残している。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、上述の各種の氷粒製造装置の問題点
を解決し、特に液体の蒸発潜熱を利用して水から
直接氷粒を効果的に得ることができる形式におい
て改良された装置を提供することを目的とするも
のである。

本発明は、上記目的の達成のために、 液体炭酸ガスを収容せる容器の底部に注水口を
設け、 上記容器の上部には横方向に延出する枝管を接
続し、 枝管は、内部には上記液体炭酸ガス溢流防止用
の堰が設けられてると共に、容器内で発生した炭
酸ガスの放出のための放出弁が取付けられ、 上記液体炭酸ガスの上面レベルを堰の近傍に維
持するレベル制御手段を有し、 上記注水口に接続される注水手段は、注水され
る水を上記液体炭酸ガスの蒸気圧以上に加圧して
注水可能となつており、 上記放出弁は液体炭酸ガスの蒸気圧で作動する
ように設定されている、 ことによつて構成される。

（作用） かかる構成になる本発明によるならば、 容器内の液体炭酸ガスは一定条件範囲内におい
て水よりも比重が大きいために、底部の注入口よ
り供給された水は液体炭酸ガス中を上昇し冷却さ
れて氷となつていく。その際、水は表面張力によ
つて球状化されて氷となる。そして水の注水口の
口径や注入流速を加減することによつて氷粒の径
を調整可能である。

上昇した氷粒は流体炭酸ガスの上面にまで達す
るが、該液体炭酸ガスの上面レベルは枝管内の堰
近傍に維持されているため、上記氷粒のみが堰を
越えて溢出することとなる。かくして、氷粒を液
体炭酸ガスから分離して得ることができる。

また、上記水の氷粒化の際、その潜熱によつて
液体炭酸ガスはその分だけ蒸発することとなる
が、これは枝管に設けられた放出弁を経て放出さ
れる。そして、蒸発により減少した液体炭酸ガス
はその量だけ、レベル制御手段によつて常時補給
され、液体炭酸ガスの上面レベルは堰近傍に維持
されて、浮上する氷粒が堰を越えて溢出するのに
支障がない。

（実施例） 以下、添付図面にもとづいて本発明の一実施例
を説明する。

第１図において１は縦長の筒状の容器で内部に
は液体炭酸ガス２が充填されている。

容器１の底部には、水Ｗを適宜量だけ供給する
ためのノズル（図示せず）を有する注水口３が設
けられている。なお、該水Ｗは、容器１の内部の
液体炭酸ガスの圧力に抗して容器内に入れるよう
に、図示しないポンプによつて加圧されながら注
入される。なお、注入口３の近傍には、水がここ
えで凍結して注水口を閉塞しないようにヒータ
（図示せず）も設けられている。さらに、上記容
器１の底部には、容器内の液体炭酸ガスの上面を
後述の一定レベルに維持すべく液体炭酸ガスの補
給口４も設けられている。

容器１の上端部には、内圧を監視する圧力計
５、安全性を図る安全弁６そして破裂式安全弁７
が設けられている。

上記容器１の上部には、横方向に延出する枝管
８が接続されている。該枝管８内には堰９が設け
られていて、前述の液体炭酸ガス２の上面レベル
がこの堰９の近傍となるように、レベル制御手段
（図示せず）によつて上記補給口４から液体炭酸
ガスが補給されるようになつている。

枝管８の上部には、堰９を越えた位置に、蒸発
した炭酸ガスを放出する放出弁１０が設けられて
いる。上記枝管８は先方にて下り勾配に曲がつて
いる、弁１１を経て氷粒貯蔵器１２に接続されて
いる。該氷粒貯蔵器１２には、上部に圧力抜き用
の弁１３そして下部には氷粒取り出し用の弁１４
が設けつけけれている。

なお、容器１の中間部及び上部に設けられてい
る窓１５，１６は監視用のためのものであるが、
これは必ずしも必要ない。

以上のごとくの本発明の実施例装置における氷
粒の製造の要領について、次に説明する。

先ず、補給口４を通じて液体炭酸ガス２を容
器１内に、その上面レベルが枝管８の堰９の近
傍となるように窓１６から監視しながら注入す
る。その際、例えば液体炭酸ガスの容器内圧力
を、−25℃の蒸発温度に相当する17.14Kg／cm²に
調整する。この場合、放出弁１０の放出圧力も
約17.14Kg／cm²に設定する。

かかる状態で、ポンプ等の注水手段（図示せ
ず）により上記圧力以上に加圧された水を注水
口３からノズル（図示せず）を経て連続的に容
器１内に注水する。注水された水は液体炭酸ガ
ス内で小さな水滴となり、また液体炭酸ガスの
方が上記の温度と圧力において水よりも比重が
大であるため、上記水滴は周囲の液体炭酸ガス
を蒸発させて蒸発潜熱をうばいながら氷結しつ
つ液体炭酸ガスの上面にまで浮上する。

上記の作用で多数の水滴が次々と氷粒化し
て液体炭酸ガスの上面に蓄積される。この氷粒
数がある程度多くなると、これらは堰９を越え
て溢出し、弁１１を経て氷粒貯蔵器１２にたま
ることとなる。

一方、蒸発によつて生じた炭酸ガスは放出弁
１０を通じて外部に放出される。この放出によ
つて容器内の圧力は低下し、低下した圧力に相
当する温度まで液体炭酸ガスは蒸発しその潜熱
によつて温度が一定に保たれる。なお、上記放
出弁１０は、堰９の先方位置に設けるなばら、
放出ガスの流れによつて氷粒が堰９を越え易く
することとなる。

かくして製造され、氷粒貯蔵器１２にある程
度たまつた際に弁１１を閉じた後に弁１３を開
いせ圧力抜きをし、しかる後に弁１４を開放し
て常圧下で氷粒を製品として取り出すことがで
きる。

本発明によれば以上のごとく球状の氷粒が効率
よく製造できるが、その他単に純粋な氷のみなら
ず他の物質をも含めた氷粒が作れる。

一般に水に他の物質（例えば、砂糖など）を溶
かして凍らせると、氷の結晶が不純物を排除する
性質があるため、上記他の物質を溶液と同じ濃度
で均一に氷の注に閉じ込めることが難しい。これ
は凍結速度が遅くなる程顕著であり、凍結速度が
速くなる程、均一に閉じ込められやすい。本発明
の氷粒製造法による装置によれば、水は瞬時に凍
結するので、砂糖等の他の物質が均一に混合した
氷粒を得ることができる。

さらには、内部と外部で異なつた物質を含有す
るような氷粒を製造できる。例えば、すなわち最
初に内部に相当する氷粒を本発明により製造し、
次に外部となる他の物質の溶液に上述の氷粒を混
ぜて、本装置に注入することにより、二重構造の
氷粒を製造することができる。

（発明の効果） 本発明は、以上のごとく、上面が堰の近傍で一
定レベルに制御されている液体炭酸ガスの中へ水
を注入することにより、直接的にしかも急速に冷
却して製氷し浮上した氷粒を上記堰を越して得る
こととしたので、次のような効果を得ることがで
きる。

連続的に氷粒を製造できるのできわめて生産
性が高い。

冷却用の液体が液体炭酸ガスであるために製
造コストの低減化を図れると共に、毒性に関し
全く心配のない氷粒が得られる。

液体内で製氷されるので容易に球状の氷粒を
得られる。

注水口のノズル径や注入流速を変えることに
より、氷粒の直径を自在に制御できる。

氷は急激に凍結して作られるので、他の物質
を均一に含有させることができ、しかも多重構
造の氷粒とすることも可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例装置の縦断面図であ
る。 １……容器、２……液体炭酸ガス、３……注水
口、８……枝管、９……堰。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 液体炭酸ガスを収容せる容器の底部に注水口
   を設け、 上記容器の上部には略横方向に延出する枝管を
   接続し、 枝管は、内部に上記液体炭酸ガス溢流防止用の
   堰が設けられていると共に、容器内で発生した炭
   酸ガスの放出のための放出弁が取付けられ、 上記液体炭酸ガスの上面レベルを堰の近傍に維
   持するレベル制御手段を有し、 上記注水口に接続される注水手段は、注水され
   る水を上記液体炭酸ガスの蒸気圧以上に加圧して
   注水可能となつており、 上記放出弁は液体炭酸ガスの蒸気圧で作動する
   ように設定されている、 こととする氷粒製造装置。