(57)【要約】【課題】  本発明に係る溶存ガス含有氷製造装置では、溶存ガス含有氷における溶存ガスの溶存濃度を増加させる。【解決手段】  所定のガスをファインバブル発生器により原水にバブリングして溶存ガス含有水を生成し、溶存ガス含有水を供給する溶存ガス含有水供給部と、複数の製氷板を有し、各製氷板の外側に流される溶存ガス含有水と各製氷板の内側に流される冷媒との熱交換により溶存ガス含有水を凍結させる製氷機とを備える溶存ガス含有氷製造装置において、冷媒は、製氷板に液相の状態で流入し、製氷板の内部において一部が気化することで製氷板から気液混合状態で流出する構成とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定のガスをファインバブル発生器により原水にバブリングして溶存ガス含有水を生成し、当該溶存ガス含有水を供給する溶存ガス含有水供給部と、
複数の製氷板を有し、当該各製氷板の外側に流される前記溶存ガス含有水と当該各製氷板の内側に流される冷媒との熱交換により、前記溶存ガス含有水を凍結させる製氷機と、
を備える溶存ガス含有氷製造装置であって、
前記冷媒は、前記製氷板に液相の状態で流入し、当該製氷板の内部において一部が気化することで当該製氷板から気液混合状態で流出する、
ことを特徴とする溶存ガス含有氷製造装置。
【請求項２】
前記製氷機は、
前記製氷板から流出した前記気液混合状態の冷媒が案内され、当該冷媒を気相と液相とに分離する気液分離部と、
前記気液分離部における気相の冷媒を圧縮機及び凝縮器を経て液相に変化させ、当該液相となった冷媒を前記気液分離部に戻す液化部と、
前記気液分離部における液相の冷媒をポンプにより前記製氷板に供給する冷媒供給部と、
を含む、
請求項１に記載の溶存ガス含有氷製造装置。
【請求項３】
前記製氷機は、
前記製氷板に前記気液分離部から供給される場合より高温である冷媒を供給し、前記溶存ガス含有水が前記製氷板で凍結してなる溶存ガス含有氷を前記製氷板から離脱させる高温冷媒供給部と、
前記製氷板から離脱した前記溶存ガス含有氷、及び、前記溶存ガス含有水であって前記製氷板で凍結しなかった又は前記溶存ガス含有氷が溶解してなる溶融水を受ける貯留部と、
前記貯留部における前記溶融水を前記原水として戻す帰還部と、
を含む、
請求項１又は２に記載の溶存ガス含有氷製造装置。
【請求項４】
前記帰還部において、前記溶融水を前記原水として戻す過程において、当該溶融水と前記製氷板に放出される前の前記溶存ガス含有水とで熱交換させる、
請求項３に記載の溶存ガス含有氷製造装置。
【請求項５】
前記溶存ガス含有水供給部は、１種類の原料から前記所定のガスとしての複数種類のガスを生成すると共に、前記複数種類のガスをファインバブル発生器により個別の前記原水にバブリングして、溶存ガスの種類が異なる複数種類の溶存ガス含有水を生成し、
前記複数の製氷板を前記溶存ガス含有水の種類数に応じて区分けし、区分けされた製氷板ごとに種類の異なる溶存ガス含有水を供給する、
請求項１〜４のいずれか一項に記載の溶存ガス含有氷製造装置。
【請求項６】
前記所定のガスは、水素、酸素、窒素及びオゾンからなる群より選択される少なくとも一種類を含む、
請求項１〜５のいずれか一項に記載の溶存ガス含有氷製造装置。
【請求項７】
前記原料が水であり、前記複数種類のガスが水の電気分解により発生する水素と酸素とである、
請求項５に記載の溶存ガス含有氷製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定のガスを溶存させた水を凍結させて溶存ガス含有氷を製造する装置に関し、詳しくは、所定のガスを高濃度で含む溶存ガス含有氷を製造する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来において、溶存ガス含有氷を製造する技術としては、水素を含有する氷を製造する技術や、窒素を含有する氷を製造する技術（例えば下記特許文献１）やオゾンを含有する氷を製造する技術（例えば下記特許文献２）が知られている。各種の従来の技術では、所定のガスを原水にバブリングして溶存ガス含有水を生成し、当該溶存ガス含有水を製氷板の表面で凍らせることによって、溶存ガス含有氷を製造している。製氷板の冷却において、製氷板の内部に形成される冷媒通路に液相の冷媒を供給して製氷板との熱交換により気相となった冷媒を回収する冷却態様や、冷媒通路に液相の冷媒を供給して製氷板との熱交換により昇温した液相の冷媒を回収する冷却態様が採用されている。このような冷却態様であれば、製氷板と熱交換した後の単一相（気相又は液相）の冷媒を所定の温度の液相の冷媒に戻せばよいために、冷却媒体を循環させる機構が簡素化できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１６３３１２号公報
【特許文献２】特開２００７−１７０７１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の溶存ガス含有氷の製造において、冷媒の循環を簡素な構成で実現できるものの、製氷板と冷媒との熱交換の効率が低いために製氷速度が遅くなり、その結果、溶存させたガスが製氷過程で抜け出し易くなっており、溶存ガス含有氷に含有するガスの濃度に関して更なる改良の余地があった。
【０００５】
そこで、本発明においては、高い濃度で所望のガスを含有する溶存ガス含有氷を製造できる装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、本発明に係る溶存ガス含有氷製造装置は、
所定のガスをファインバブル発生器により原水にバブリングして溶存ガス含有水を生成し、当該溶存ガス含有水を供給する溶存ガス含有水供給部と、
複数の製氷板を有し、当該各製氷板の外側に流される前記溶存ガス含有水と当該各製氷板の内側に流される冷媒との熱交換により、前記溶存ガス含有水を凍結させる製氷機と、
を備える溶存ガス含有氷製造装置であって、
前記冷媒は、前記製氷板に液相の状態で流入し、当該製氷板の内部において一部が気化することで当該製氷板から気液混合状態で流出する、
ことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係る溶存ガス含有氷製造装置であれば、冷媒の一部のみが製氷板との熱交換により気化するように構成されているために、製氷板の内部における冷媒の進行経路上のいずれの場所においても、液相の冷媒と接触できると共に冷媒の気化が発生することとなり、製氷板と冷媒との熱交換を効率よく行うことができる。これによって、従来のように冷媒の全部が製氷板との熱交換で気化する場合や冷媒が製氷板との熱交換では気化しない場合に比べて高速で製氷でき、その結果、製氷過程で所定のガスが抜け出すことを抑制できる。したがって、所定のガスを高い濃度で含む溶存ガス含有氷を高い生産効率で製造できることとなる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態１に係るハーベスト型製氷装置の構造を模式的に表す概念図
【図２】ハーベスト型製氷装置の構造の他の一例を模式的に表す概念図
【図３】実施形態２に係るハーベスト型製氷装置の構造を模式的に表す概念図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明に係る溶存ガス含有氷製造装置について説明する。なお、溶存ガス含有氷製造装置の概念的な構成について説明した後に、具体的な構成について説明する。
【００１０】
本発明に係る溶存ガス含有氷製造装置は、
所定のガスをファインバブル発生器により原水にバブリングして溶存ガス含有水を生成し、当該溶存ガス含有水を供給する溶存ガス含有水供給部と、
複数の製氷板を有し、当該各製氷板の外側に流される前記溶存ガス含有水と当該各製氷板の内側に流される冷媒との熱交換により、前記溶存ガス含有水を凍結させる製氷機と、
を備える溶存ガス含有氷製造装置であって、
前記冷媒は、前記製氷板に液相の状態で流入し、当該製氷板の内部において一部が気化することで当該製氷板から気液混合状態で流出する、
ことであることを特徴（以下において「特徴構成Ａ」と称す）としている。
【００１１】
上記において、「所定のガス」としては、特定の機能を有するガス、例えば、活性酸素の働きを抑制する作用を有する水素、生命を維持する作用を有する酸素、抗菌作用を有するオゾン、酸化を抑制する作用を有する窒素が挙げられる。
【００１２】
また、「ファインバブル発生器」とは、球相当直径が１００μｍ以下の気泡を生成する機器である。なお、「ファインバブル」には、球相当直径が１〜１００μｍの気泡である「マイクロバブル」や球相当直径が１μｍ以下の気泡である「ウルトラファインバブル」を含意する。また、水に所定のガスを溶存させて溶存ガス含有水を生成する方法としては、マイクロナノバブル製法等の公知のいかなる技術を採用してもよい。
【００１３】
また、上記において、「原水」とは、水を主成分とする液体を意味し、「原水」としては、単なる水に限らず、水に所定の物質が溶解していたり混合していたりしているものも含意する。
【００１４】
上記の特徴構成Ａを有する溶存ガス含有氷製造装置であれば、冷媒の一部のみが製氷板との熱交換により気化するように構成されているために、冷媒の進行経路上のいずれの場所においても、製氷板と液相の冷媒とが接触できて冷媒の気化が発生することとなり、従来のように冷媒の全部が製氷板との熱交換で気化する場合や冷媒が製氷板との熱交換では気化しない場合に比べて、製氷板と冷媒との熱交換を効率よく行うことができる。これによって、製氷に要する時間を短縮でき、その結果、製氷過程で溶存ガスが抜け出すことを抑制できる。したがって、最大溶存濃度に近い高濃度を維持した溶存ガス含有氷を高い生産効率で製造できることとなる。
【００１５】
また、原水に所定のガスを溶存させるに際してファインバブル発生器によるバブリング法を適用しているために、溶存ガス含有氷に、原水に溶存する水素ガスに加えて、所定のガスのファインバブルを閉じ込めることもできる。更に、従来のように冷媒を循環させる場合に比べて、製氷に要する時間を短縮できるために、製氷過程で抜け出すファインバブルの量も抑制でき、所定のガスをファインバブルの状態でも多量に含む溶存ガス含有氷を製造できることとなる。特に、ウルトラファインバブルによるバブリング法を適用すれば、ウルトラファインバブルには、ほとんど浮上せず、水中に比較的長時間、安定して存在する性質があるため、さらに多量のバブルを含ませることができる。
【００１６】
また、上述のように、冷媒の進行経路上のいずれの場所においても、製氷板と液相の冷媒とが接触できて冷媒の気化が発生することとなるために、従来のように冷媒を循環させる場合に比べて、製氷板における温度分布の均一性を向上させることもできる。これによって、製氷板の全面における製氷速度の均一性が向上し、溶存ガス含有氷における所定のガスの濃度の均一性が向上することともなる。
【００１７】
また、上述のように製氷板と冷媒との熱交換が効率よく行えることによって、製氷の際に採用できる冷媒の温度を溶存ガス含有水の凝固点に近い温度となるように高く設定したり、溶存ガス含有水を製氷する際に採用できる冷媒の流量を少なく設定したりすることもでき、冷媒の循環に係るエネルギー効率も高めることができる。
【００１８】
上記の特徴構成Ａを有する溶存ガス含有氷製造装置において、
前記製氷機は、
前記製氷板から流出した前記気液混合状態の冷媒が案内され、当該冷媒を気相と液相とに分離する気液分離部と、
前記気液分離部における気相の冷媒を圧縮機及び凝縮器を経て液相に変化させ、当該液相となった冷媒を前記気液分離部に戻す液化部と、
前記気液分離部における液相の冷媒をポンプにより前記製氷板に供給する冷媒供給部と、
を含む、
構成（以下において「特徴構成Ｂ」と称す）であることが好ましい。
【００１９】
上記の特徴構成Ｂを有する溶存ガス含有氷製造装置であれば、製氷板を通過した冷媒が気液混合状態であっても、一旦、当該冷媒を気相と液相とに分離することによって、気相の冷媒のみを圧縮機及び凝縮器を通して所望の温度の液相の冷媒に戻すことができる。これによって、冷媒を循環させる構成を大幅に複雑化することなく、冷媒を好適に循環させることができる。また、液相の冷媒が圧縮機に案内されてしまうことを好適に抑制できる。
【００２０】
上記の特徴構成Ａ〜Ｂを有する溶存ガス含有氷製造装置において、
前記製氷機は、
前記製氷板に前記気液分離部から供給される場合より高温である冷媒を供給し、前記溶存ガス含有水が前記製氷板で凍結してなる溶存ガス含有氷を前記製氷板から離脱させる高温冷媒供給部と、
前記製氷板から離脱した前記溶存ガス含有氷、及び、前記溶存ガス含有水であって前記製氷板で凍結しなかった又は前記溶存ガス含有氷が溶解してなる溶融水を受ける貯留部と、
前記貯留部における前記溶融水を前記原水として戻す帰還部と、
を含む、
構成（以下において「特徴構成Ｃ」と称す）であることが好ましい。
【００２１】
上記の特徴構成Ｃを有する溶存ガス含有氷製造装置であれば、貯留部における溶融水は、製氷板を通して低温となった溶存ガス含有水を起源としているために、その温度は、溶存ガス含有水の凝固点に近い低温となっており、当該溶融水が原水に戻された場合に原水の温度も低下することとなる。原水の温度が低ければガスの溶存量は増加するために、溶存ガス含有水を高い濃度で生成することができる。更に、貯留部における溶融水は、溶存ガス含有水を起源としているために、製氷板に供給される際より濃度は低下しているものの、所定のガスが溶存されていたり、ファインバブルの状態で含まれていたりするために、溶存ガス含有水を効率よく生成できることとなる。
【００２２】
上記の特徴構成Ａ〜Ｃを有する溶存ガス含有氷製造装置において、
前記帰還部において、前記溶融水を前記原水として戻す過程において、当該溶融水と前記製氷板に導入される前の前記溶存ガス含有水とで熱交換させる、
構成（以下において「特徴構成Ｄ」と称す）とすることが好ましい。
【００２３】
上記の特徴構成Ｄを有する溶存ガス含有氷製造装置であれば、原水として戻される溶融水は、製氷板を通して低温となった溶存ガス含有水を起源としているために、その温度は溶存ガス含有水の凝固点に近い低温となっており、当該溶融水との熱交換によって製氷板に流される溶存ガス含有水の温度を低下させたりその温度の上昇を抑制したりすることができ、製氷に要する時間を更に短縮することができる。これによって、溶存ガス含有氷に含まれるガスの溶存濃度やファインバブルの含有量を増加させることができる。また、溶融水は溶存ガス含有水の凝固点に近い低温になっているが凝固点以下にはならないために、製氷板に流される溶存ガス含有水の温度を自己整合的に凝固以下にならない範囲で低下させることができる。また、原水に戻す過程の凝固点に近い低温の溶融水を援用するために、新たに冷却装置を設ける等によって構造を複雑化することなく、製氷板に流される溶存ガス含有水の温度を好適に調節できる。
【００２４】
上記の特徴構成Ａ〜Ｄを有する溶存ガス含有氷製造装置において、
前記溶存ガス含有水供給部は、１種類の原料から前記所定のガスとしての複数種類のガスを生成すると共に、前記複数種類のガスをファインバブル発生器により個別の前記原水にバブリングして、溶存ガスの種類が異なる複数種類の溶存ガス含有水を生成し、
前記複数の製氷板を前記溶存ガス含有水の種類数に応じて区分けし、区分けされた製氷板ごとに種類の異なる溶存ガス含有水を供給する、
構成（以下において「特徴構成Ｅ」と称す）であることが好ましい。
【００２５】
上記の特徴構成Ｅを有する溶存ガス含有氷製造装置であれば、１種類の原料から生成される異なる種類のガスを用いて、種類の異なるガスを溶存させた複数種類の溶存ガス含有水を同時に生成することができる。これによって、最終的に、複数種類の溶存ガス含有氷を同時に製造することができる。
【００２６】
なお、各種類の溶存ガス含有水において溶存ガスの種類が一部でも異なっていればよく、例えば、原料から第１種類のガス及び第２種類のガスが生成される場合に、「複数種類の溶存ガス含有水」としては、第１種類のガスを溶存させた溶存ガス含有水と第２ガスを溶存させた溶存ガス含有水との組み合わせのみならず、第１種類の溶存ガス及び第２種類の溶存ガスの一方を溶存させた溶存ガス含有水と、第１種類の溶存ガスと第２種類の溶存ガスの双方を溶存させた溶存ガス含有水との組み合わせの場合等も含意している。
【００２７】
上記の特徴構成Ａ〜Ｅを有する溶存ガス含有氷製造装置において、
前記所定のガスは、水素、酸素、窒素及びオゾンからなる群より選択される少なくとも一種類を含む、
構成（以下において「特徴構成Ｆ」と称す）であることが好ましい。
【００２８】
上記の特徴構成Ｆを有する溶存ガス含有氷製造装置であれば、機能性飲料、機能性食品、機能性保冷剤等を製造できる。具体的には、水素を含有する氷であれば、水素が抜けないように水素水を保存することができ、また、酸素やオゾンや窒素を含有する氷であれば、鮮度の劣化を抑制しつつ生鮮食品を保存できる。
【００２９】
上記の特徴構成Ｅを有する溶存ガス含有氷製造装置において、
前記原料が水であり、前記複数種類のガスが水の電気分解により発生する水素と酸素とである、
構成（以下において「特徴構成Ｇ」と称す）であることが好ましい。
【００３０】
上記の特徴構成Ｇを有する溶存ガス含有氷製造装置であれば、水から同時に生成される水素と酸素を利用して、水素水及び酸素水を同時に生成することができる。また、原料としての水と原水としての水とを共通化することもできるために、それらを供給する構造の一部を共通化し、溶存ガス含有氷製造装置の構造を原料と原水とを異ならせる場合よりも簡素化できる。
【００３１】
以下において、溶存ガス含有氷製造装置の具体的な構成について説明する。
【００３２】
〔実施形態１〕
図１は、実施形態１に係るハーベスト型製氷装置１の構造を模式的に表す概念図である。ハーベスト型製氷装置１は、図１に示されたように、水源１１から供給される水（概念的な構成における「原水」に相当）と水素源１２から供給される水素とに基づいて、水に水素を溶存させた水素水１３（概念的な構成における「溶存ガス含有水」に相当）を生成して、水素水１３を供給する水素水供給部２０（概念的な構成における「溶存ガス含有水供給部」に相当）と、水素水供給部２０から供給される水素水１３を凍結させる製氷部３０（概念的な構成における「製氷機」の一部に相当）と、製氷部３０と熱交換する冷媒５１を循環させる冷媒循環部５０（概念的な構成における「製氷機」の一部に相当）とを備えている。
【００３３】
水源１１から供給される水として、真水を利用し、水素源１２から供給される水素として、水素ボンベから供給される水素を利用している。
【００３４】
水素水供給部２０は、図１に示されたように、水を供給する配管２１と、水素を供給する配管２２と、ポンプ２３（概念的な構成における「ファインバブル発生器」の一部に相当）と、放出器２４（概念的な構成における「ファインバブル発生器」の一部に相当）と、貯留槽２５とを備えている。配管２１と配管２２とは水に水素を合流できるようにポンプ２３の上流側において接続されており、ポンプ２３による吸引によって水と水素とを混合すると共に、放出器２４によってポンプ２３から放出される水素水に含まれる水素をファインバブル化して、水素を溶存させた水素水１３を生成する。なお、このように水素ガスを原水にバブリングするバブリング法を適用した場合には、水素水１３には、溶存した水素のみならず、水素をファインバブルの状態で含有させることができる。生成された水素水１３は、貯留槽２５に貯留される。また、水素水供給部２０は、貯留槽２５に貯留された水素水を製氷部３０に送出するポンプ２６と、貯留槽２５とを接続する配管２７と、ポンプ４１と製氷部３０とを接続する配管２８とを備えており、ポンプ４１の動作を制御することによって、製氷部３０への水素水１３の供給を制御できる。
【００３５】
更に、水素水供給部２０は、貯留槽２５内において水素水１３から抜け出した水素を、水素水１３の生成に再利用するために、配管２２に戻す配管２９を備えている。
【００３６】
製氷部３０は、筐体（図示せず）に垂設された複数の製氷板３１（図１においては４枚の凝固板を図示）と、水素水供給部２０から供給される水素水１３を各製氷板３１の外側に散布する複数のノズル３２とを備えている。ノズル３２から散布された水素水１３は、製氷板３１に沿って流下することとなる。各製氷板３１は、熱伝導率の高いアルミニウム合金を押出成形することによって製造され、各製氷板３１の内側には垂直方向に延びる複数の冷媒通路３３（図１において各製氷板３１に１本の通路を図示）が形成されている。各冷媒通路３３は、単純な円柱形の空洞ではなく、冷媒通路３３の中心側へ突出し垂直方向に延びる多数の凹凸を有する形状の空洞となっており、製氷板３１と冷媒通路３３を流れる冷媒５１との接触面積を増大させている。
【００３７】
冷媒循環部５０は、冷媒５１を液相と気相とに分離して貯蔵するフラッシュタンク５２（概念的な構成における「気液分離部」に相当）と、フラッシュタンク５２に貯留されている液相の冷媒５１を、各製氷板３１を通して循環させるためのポンプ５３（概念的な構成における「冷媒供給部」に相当）と、フラッシュタンク５２から各製氷板３１への冷媒５１の流れを制御する駆動弁５４Ａと、各製氷板３１からフラッシュタンク５２への冷媒５１の流れを制御する駆動弁５４Ｂと、それらを接続する各種の配管８１〜８５とを備えている。また、冷媒循環部５０は、フラッシュタンク５２に貯留されている気相の冷媒５１を断熱圧縮して高温高圧とする圧縮機５５（概念的な構成における「液化部」の一部に相当）と、圧縮機５５で改質された気相の冷媒５１を凝縮する凝縮器５６（概念的な構成における「液化部」の一部に相当）と、凝縮器５６で改質された気相の冷媒５１をフラッシュタンク５２に戻す際に断熱膨張させて、低温低圧の気相の冷媒５１と低温低圧の液相の冷媒５１とに変化させる膨張弁５７（概念的な構成における「液化部」の一部に相当）と、それらを接続する各種の配管８６〜８９を備えている。フラッシュタンク５２に貯留されている液相の冷媒５１を配管８１、配管８２及び配管８３を通して各製氷板３１に供給し、各製氷板３１の冷媒通路３３を通過した冷媒を配管８４及び配管８５を通してフラッシュタンク５２に帰還させた場合には、製氷板３１を水素水１３の凝固点以下の所定の温度に維持することができる。
【００３８】
また、冷媒循環部５０は、圧縮機５５で改質された気相の冷媒５１を各製氷板３１の冷媒通路３３に案内するための配管９１及び配管９２（概念的な構成における「高温冷媒循環部」の一部に相当）と、配管９１と配管９２との間に設けられ、圧縮機５６から製氷板３１への気相の冷媒の流れを制御する駆動弁５８Ａ（概念的な構成における「高温冷媒循環部」の一部に相当）と、各製氷板３１からフラッシュタンク５２へ気相の冷媒５１を案内するための各種の配管９３，９４，９５（概念的な構成における「高温冷媒循環部」の一部に相当）と、各製氷板３１からフラッシュタンク５２への気相の冷媒の流れを制御する駆動弁５９（概念的な構成における「高温冷媒循環部」の一部に相当）と、気相の冷媒をフラッシュタンク５２に戻す際に断熱膨張させて低温低圧の気相の冷媒５１と低温低圧の液相の冷媒５１とに変化させる膨張弁６０（概念的な構成における「高温冷媒循環部」の一部に相当）とを備えている。配管９１は配管８７から分岐するように接続され、配管９２は配管８４に合流するように接続され、また、配管９３は配管８３から分岐するように接続されており、各製氷板３１の冷媒通路３３に流れる冷媒５１を各種の駆動弁５４Ａ、５４Ｂ、５８Ａ、５８Ｂの制御によって変化させることができる。圧縮機５６から放出される気相の冷媒５１を配管９１、配管９２及び配管８４を通して製氷板３１に供給し、製氷板３１の冷媒通路３３を通過した冷媒５１を配管８３、配管９３、配管９４及び配管９５を通してフラッシュタンク５２に帰還させた場合には、各製氷板３１を水の凝固点を超える所定の温度に上昇させることができる。なお、冷媒循環部５０は、各製氷板３１の表面に成長した水素氷の厚みを測定する厚み測定器（図示せず）を備えている。
【００３９】
また、ハーベスト型製氷装置１は、更に、複数の製氷板３１の下方に設けられ、製氷板３１から離脱した水素氷を受容して一時的に貯留する貯留槽６１（概念的な構成における「貯留部」に相当）を備えている。なお、貯留槽６１に貯留された水素氷は、所定のタイミングで保管場所（図示せず）へ移動させられることとなる。
【００４０】
貯留槽６１には、水素氷のみならず、水素水１３を起源とする液体（概念的な構成における「溶融水」に相当）も貯留されることとなる。これは、製氷モードでの動作時であってもノズル３２から散布された水素水１３の一部が凍ることなく貯留槽６１に滴下したり、脱氷モードでの動作時に水素氷の一部が融解して貯留槽６１に滴下したり、また、貯留槽６１内で水素氷の一部が融解したりするためである。
【００４１】
また、ハーベスト型製氷装置１は、貯留槽６１に貯留されている液体を、水素水１３を生成するための水として再利用するために、水を供給する配管２１に戻す水循環部７０（概念的な構成における「帰還部」に相当）を備えており、具体的には、貯留槽６１に貯留されている液体を移送するポンプ７１と、ポンプ７１と貯留槽６１とを接続する配管７２と、ポンプ７１と配管２１とを接続する配管７３とを備えている。
【００４２】
ここで、ハーベスト型製氷装置１の動作について説明する。ハーベスト型製氷装置１は、製氷板３１を水素水１３の凝固点以下の温度に下降させ、ノズル３２から散布される水素水１３を凍らせて水素氷を成長させる製氷モードと、製氷板３１を水素水１３の凝固点以上の温度に上昇させ、水素氷の一部を融解して水素氷を製氷板３１の表面から離脱させる脱氷モードとを繰り返すことによって、水素氷を製造する。以下において、製氷モードでの動作と脱氷モードでの動作を順次に説明する。なお、製氷モード及び脱氷モードに関わらず、水素水１３は、水素水供給部２０において常時生成され、また、製氷部３０においてノズル３２を通して常時散布される。
【００４３】
（製氷モード）
各製氷板３１の製氷モードにおいて、駆動弁５４Ａ及び駆動弁５４Ｂは開状態となり、一方、駆動弁５８Ａ及び駆動弁５８Ｂは閉状態となっており、フラッシュタンク５２に貯留された液相の冷媒５１が製氷板３１の冷媒通路３３に流入する。フラッシュタンク５２から放出される冷媒５１の温度は約−５℃であるために、製氷板３１は実質的に冷媒５１の温度と同一の温度である約−５℃にまで冷却されることとなる。冷媒５１は冷媒通路３３において下方側（重力方向の下方側）から上方側（重力方向の上方側）へと流れ、冷媒５１の一部のみが冷媒通路３３の途中で気化するように設定されており、冷媒通路３３を通過した冷媒５１は液相と気相とが混合された気液混合状態となる。このように設定されていることによって、冷媒通路３３の上方部位においても製氷板３１と液体の冷媒５１とが接触でき、冷媒通路３３の実質的に全壁面で好適な熱交換が可能となる。
【００４４】
なお、ハーベスト型製氷装置１とは異なり、冷媒通路３３において通過する液体の冷媒を全て気化させる構成であれば、冷媒通路３３の上方部分で好適な熱交換ができないために、冷媒５１の温度を約−２５℃まで下げる必要が生じて冷媒５１を循環させるためのエネルギー効率が低下し、また、製氷板３１における温度分布（特に冷媒の進行方向に沿う温度分布）の均一性も低下する。
【００４５】
冷媒通路３３を通過した気液混合状態の冷媒５１は、フラッシュタンク５２へ戻され、液相の冷媒５１と気相の冷媒５１とに分離される。気相の冷媒５１は、圧縮機５５、凝縮器５６及び膨張弁５７を経て、約−５℃の液相の冷媒５１へと戻され、繰り返し製氷板３１へ向けて送出されることとなる。
【００４６】
製氷板３１においては、ノズル３２から散布される水素水１３を製氷板３１の表面で凍結させ、水素氷が所定の厚さとなるまで成長させる。水素氷の厚さは、適宜、厚み測定器によって監視されており、厚み測定器が所定の厚さであることを検知した場合に、製氷モードから脱氷モードへの切り替えが自動的に行われる。具体的には、駆動弁５４Ａ及び駆動弁５４Ｂが開状態から閉状態へと変更され、一方、駆動弁５８Ａ及び駆動弁５８Ｂが閉状態から開状態へと変更される。
【００４７】
（脱氷モード）
各製氷板３１の脱氷モードにおいて、駆動弁５８Ａ及び駆動弁５８Ｂは開状態であり、一方、駆動弁５４Ａ及び駆動弁５４Ｂは閉状態であるために、凝縮機５５から放出された高温高圧の気相の冷媒が製氷板３１の冷媒通路３３に流入する。これによって、製氷板３１が暖められ、製氷板３１の表面近傍における水素氷が融解し、水素氷が自重によって貯留槽６１へと落下する。各製氷板３１の表面近傍における水素氷を融解するためには、各製氷板３１の温度を０度以上としなければならないが、製氷モードにおける製氷板３１の温度が約−５℃であるために、５℃程度だけ温度を上昇させればよく、脱氷モードに切り替えてから水素氷を落下させるまでの時間が短時間となる。
【００４８】
なお、上述のように、ハーベスト型製氷装置１とは異なり、冷媒通路３３において通過する冷媒５１を全て気化させる構成であれば、製氷モードでの製氷板の最低温度が約−２５℃であるために、水素氷を落下させるためには、製氷板３１の温度を２５度も上昇させなければならず、脱氷モードに切り替えてから水素氷を落下させるまでの時間が大幅に長くなる。
【００４９】
脱氷モードにおいても、厚み測定器は、水素氷の厚みを監視しており、水素氷の落下によってその厚みが「０」となったことを検知した場合に、脱氷モードから製氷モードへの切り替えが自動的に行われる。具体的には、駆動弁５８Ａ及び駆動弁５８Ｂが開状態から閉状態へと変更され、一方、駆動弁５４Ａ及び駆動弁５４Ｂが閉状態から開状態へと変更される。
【００５０】
上記においては、１つの製氷板３１に対する製氷モードと脱氷モードの切り替えについて説明したが、すべての製氷板３１が同時に切り替えられるのではなく、一部の製氷板３１（本形態では１つの製氷板３１）のみが脱氷モードとなるように制御されており、脱氷モードとなる製氷板３１を順次に変更している。これは、フラッシュタンク５２における気相の冷媒５１と液相の冷媒５１とのバランスを好適に維持するためである。
【００５１】
ハーベスト型製氷装置１であれば、冷媒５１の一部のみが製氷板３１との熱交換により気化するように構成されているために、冷媒通路３３上のいずれの部位においても、製氷板３１と液相の冷媒５１とが接触できて液相の冷媒５１の気化が発生することとなり、ハーベスト型製氷装置１とは異なり冷媒の全部が製氷板との熱交換で気化する場合や冷媒が製氷板との熱交換では気化しない場合に比べて、製氷板３１と冷媒５１との熱交換を効率よく行うことができる。これによって、製氷に要する時間を短縮でき、その結果、製氷過程で溶存ガスが抜け出すことを抑制できる。したがって、最大溶存濃度に近い高濃度を維持した溶存ガス含有氷を高い生産効率で製造できることとなる。
【００５２】
また、水に水素を溶存させるに際してバブリング法を適用しているために、水素氷に、溶存する水素ガスに加えて、水素ガスのファインバブルを閉じ込めることもできる。更に、ハーベスト型製氷装置１とは異なる態様で冷媒５１を循環させる場合に比べて、製氷に要する時間を短縮できるために、製氷過程で抜け出す水素ガスのファインバブルの量も抑制でき、水素ガスをファインバブルの状態でも多量に含む溶存ガス含有氷を製造できることとなる。
【００５３】
また、冷媒通路３３上のいずれの部位においても、製氷板３１と液相の冷媒５１とが接触でき、冷媒５１の気化が発生することとなるために、ハーベスト型製氷装置１とは異なる態様で冷媒５１を循環させる場合に比べて、製氷板３１における温度分布の均一性を向上させることもできる。これによって、製氷板３１の全面における製氷速度の均一性が向上し、水素氷における溶存濃度やファインバブルの含有率の均一性が向上することともなる。
【００５４】
また、上述のように製氷板３１と冷媒５１との熱交換が効率よく行えることによって、製氷の際に採用できる冷媒５１の温度を水素水の凝固点に近い温度となるように高く設定したり、溶存ガス含有水を製氷する際に採用できる冷媒の流量を少なく設定したりすることもでき、冷媒５１の循環に係るエネルギー効率も高めることができる。
【００５５】
また、ハーベスト型製氷装置１であれば、製氷板３１を通過した冷媒５１が気液混合状態であっても、この気液混合状態の冷媒を気相と液相とに分離することによって、気相の冷媒５１のみを圧縮機及び凝縮器を通して所望の温度の液相の冷媒５１に戻すことができる。これによって、冷媒５１を循環させる構成を複雑化することなく、冷媒５１を製氷板３１に好適に循環させることができる。また、液相の冷媒５１が圧縮機５５に案内されてしまうことを好適に防止できる。
【００５６】
また、ハーベスト型製氷装置１であれば、貯留部６１に貯留される液体は、製氷板３１を経由した水素水を起源としているために、その温度は水素水の凝固点に近い低温となっており、当該液体が水素水を生成するための水として再利用された場合には、水素ガスをバブリングする際の水の温度が低下することとなる。これによって、水素ガスをバブリングする際の水の温度が低ければ、水素の溶存量は増加するために、溶存ガス含有水を高い濃度で生成することができる。更に、貯留部６１に貯留される液体は、水素水を起源としているために、製氷板３１に供給される際より濃度は低下していたとしても、水素ガスが溶存されていたりファインバブルの状態で含まれていたりするために、水素水を効率よく生成できることとなる。
【００５７】
更に、貯留槽６１に貯留されることとなる液体を循環させる際に、当該水を用いて配管４３内の水素水１３の温度を低下させれば、更に水素ガスの溶存濃度やファインバブルの含有率の高い水素氷を生成できる。
【００５８】
ここで、図２を参照して、貯留槽６１に貯留されることとなる液体を循環させる際に、当該液体を用いて配管２８内の水素水１３の温度を低下させる構成について説明する。ハーベスト型製氷製造装置２は、図２に示されたように、貯留槽６１に貯留された液体を配管２１に戻す前に一時的に貯留する貯留槽７４を設け、配管４３の少なくとも一部を貯留槽７４に貯留された水に浸漬する構成である。なお、貯留槽７４に貯留された液体は、ポンプ７５によって、配管７５を通して配管２１に戻される。
【００５９】
ハーベスト型製氷装置２であれば、貯留部６１に貯留される液体は、製氷板３１を経由した水素水１３を起源としているために、その温度は水素水１３の凝固点に近い低温となっており、水素水１３を生成するための水として当該液体を再利用する過程で当該液体と製氷板３１に供給される前の水素水１３と熱交換させた場合には、熱交換によって製氷板３１に散布される水素水１３の温度を低下させることができ、製氷に要する時間を更に短縮することができる。これによって、水素氷に含まれるガスの溶存濃度やファインバブルの含有量を増加させることができる。また、当該液体は水素水１３の凝固点に近い低温になっているが凝固点以下にはならないために、製氷板３１に流される水素水１３の温度を自己整合的に凝固以下にならない範囲で低下させることができ、新たに冷却装置を設ける等によって構造を複雑化することなく、製氷板３１に流される水素水１３の温度を好適に調節できる。
【００６０】
上記においては、貯留部６１から移送された液体を貯留槽７４に貯留し、貯留槽７４に配管４３の一部を浸漬することによって、当該液体と水素水１３との熱交換を行ったが、他の態様で当該液体と水素水１３との熱交換を行う構成であってもよい。
【００６１】
〔実施形態２〕
実施形態２に係るハーベスト型製氷装置３は、水素からなるファインバブルを含有する水素氷と、酸素からなるファインバブルを含有する酸素氷とを同時に製造できるものである。以下においては、上記のハーベスト型製氷装置１との相違部分についてのみ詳細に説明する。なお、上記の水素氷製造装置１と実質的に同一の構成については同一の参照符号を付すこととする。
【００６２】
ハーベスト型製氷装置３は、図３に示されたように、更に、水を電気分解することによって水素と酸素とを生成する電解槽１２’を更に備えている。また、水素水供給部２０と同様の構成の酸素水供給部２０’を更に備えている。酸素水供給部２０’は、水を供給する配管２１’と、酸素を供給する配管２２’と、ポンプ２３’と、放出器２４’と、貯留槽２５’とを備えている。また、貯留槽６１と同様に、酸素氷を貯留する貯留槽６１’を備えている。
【００６３】
水素水供給部２０で生成された水素水１３は、複数の製氷板３１の一部（図３においては左側の２枚）に散布され、酸素水供給部２０’で生成された酸素水は、複数の製氷板３１の一部（図３においては右側の２枚）に散布され、水素氷と酸素氷とを同時に生成する。水素水１３の凝固点と酸素水１３’の凝固点とは、実質的に同一であるために、各製氷板３１の温度調節については、上記の実施形態１及び実施形態２と同様にして共通化させている。
【００６４】
ハーベスト型製氷装置３であれば、水の電気分解によって同時に生成される水素と酸素との双方を無駄にすることなく、水素氷と酸素氷を製造できる。また、各製氷板３１の温度調節を共通化できるために、装置構成を簡素化できる。
【００６５】
上記においては、水の電気分解により生成される水素と酸素とを個別に含む氷を製造したが、水の電気分解により生成される水素を含む水素氷と、水素と同時に生成される酸素をオゾン化処理して生成されるオゾンを含むオゾン氷を同時に製造する構成とすることもできる。
【００６６】
また、上記においては水の電気分解によって発生する水素と酸素とを用いる場合について説明したが、電気分解に限らず、同一の材料から実質的に同時に生成される物質を用いる構成とすることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
保冷剤、機能性飲料、機能性食品等の製造に利用可能である。
【符号の説明】
【００６８】
１，２，３：ハーベスト型製氷装置
１１：水源
１２：水素源
１２’：電解槽
１３：水素水
２０：水素水供給部
２０’：酸素水供給部
２３：ポンプ
２４：放出器
２５：貯留槽
２６：ポンプ
３０：製氷部
３１：製氷板
３２：ノズル
３３：冷媒通路
５０：冷媒循環部
５１：冷媒
５２：フラッシュタンク
５３：ポンプ
５４Ａ，５４Ｂ：駆動弁
５５：圧縮機
５６：凝縮器
５７：膨張弁
５８Ａ，５８Ｂ：駆動弁
５９：膨張弁
６１，６１’：貯留槽
７１：ポンプ
７４：貯留槽
【図１】
2018132209.tif 000003
【図２】
2018132209.tif 000004
【図３】
2018132209.tif 000005