(57)【要約】【課題】被凍結液体をシャーベット状に凍結させたスラリーアイスを簡易かつ廉価な設備で製造することができるスラリーアイス製造装置および方法を提供する。【解決手段】本発明に係るスラリーアイス製造装置１は、水をシャーベット状に凍結させてスラリーアイスを製造するものであって、水を貯留する水槽３と、水槽３内に配設されて水よりも比重の小さい液体窒素を吐出するLN2ノズル５と、LN2ノズル５を囲い、かつ水槽３に貯留されている水の液面よりも上方に突出するように水槽３内に配設されると共に、下部に水を導入するための導入口７ａを、上部に開口部７ｂを有するエアリフト管７と、エアリフト管７内で生成されたスラリーアイスをエアリフトさせる気体窒素を供給するGN2供給部９と、エアリフト管７の開口部７ｂに設けられて、開口部７ｂから取り出されたスラリーアイスと水を分離する固液分離部１１を備えたことを特徴とするものである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被凍結液体をシャーベット状に凍結させてスラリーアイスを製造するスラリーアイス製造装置であって、
前記スラリーアイスの原料となる被凍結液体を貯留する貯留槽と、
該貯留槽内に配設されて、前記被凍結液体よりも比重の小さい低温液化ガスを吐出する低温液化ガスノズルと、
該低温液化ガスノズルを囲い、かつ前記貯留槽に貯留されている被凍結液体の液面よりも上方に突出するように前記貯留槽内に配設されると共に、下部に前記被凍結液体を導入するための導入口と、上部に開口部とをそれぞれ有する筒状体と、
該筒状体内で生成したスラリーアイスと前記被凍結液体をエアリフトさせるエアリフトガスを供給するエアリフトガス供給部と、
前記筒状体の開口部の近傍に設けられて、該開口部から取り出された前記スラリーアイスと前記被凍結液体を分離してスラリーアイスを取り出すための固液分離部とを備えたことを特徴とするスラリーアイス製造装置。
【請求項２】
前記低温液化ガスノズルの先端に、凍結防止用のノズル加熱手段を設けていることを特徴とする請求項１記載のスラリーアイス製造装置。
【請求項３】
前記筒状体の内壁を加熱する管壁加熱手段を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載のスラリーアイス製造装置。
【請求項４】
前記低温液化ガスノズルに供給する低温液化ガスの供給量を調整する低温液化ガス供給量調整手段と、前記エアリフトガス供給部に供給するエアリフトガスの供給量を調整するエアリフトガス供給量調整手段とを備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のスラリーアイス製造装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載のスラリーアイス製造装置を用いて前記被凍結液体をシャーベット状に凍結させてスラリーアイスを製造するスラリーアイス製造方法であって、
前記筒状体に導入された被凍結液体中に、該凍結液体よりも比重の小さい低温液化ガスを吐出するとともにエアリフトガスを供給し、前記筒状体内で生成したスラリーアイスと前記被凍結液体をエアリフトさせ、
前記筒状体の開口部から取り出された前記スラリーアイスと前記被凍結液体を前記固液分離部で分離し、前記スラリーアイスを取り出すことを特徴とするスラリーアイス製造方法。
【請求項６】
前記低温液化ガスは、液体窒素であり、前記エアリフトガスは、気体窒素であることを特徴とする請求項５記載のスラリーアイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被凍結液体をシャーベット状に凍結させたスラリーアイスを製造するスラリーアイス製造装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、いくつかのスラリーアイスの製造方法が示されている。
例えば、特許文献１には、液体と低温冷媒を二重配管の金属管壁を介して熱交換させ、その管壁に付着した氷をスクレーパ（またはスクレバー等、複数の表現がある）によって掻き取ることでスラリーアイスを製造する技術が開示されている。
また、特許文献２には、容器内に被冷却媒体を封入するとともに冷却媒体を流通させる冷却媒体流路を設け、前記被冷却媒体内に複数の小物体を封入して該被冷却媒体を流動攪拌させて前記小物体を前記冷却媒体流路の表面に衝突させることにより、前記冷却媒体流路の表面に付着した氷をかきとってスラリーアイスを生成する方法が開示されている。
さらに、特許文献３には、器（うつわ）内の液体を過冷却状態とし、それを解除してスラリーアイス（シャーベット状の氷水）を製造する製氷方法が開示されている。
また、特許文献４には、冷水を過冷却器で過冷却した後、蓄熱タンクに貯留された冷水の液面上に噴射して氷を生成させ、蓄熱タンクの下部の冷水をエアリフトさせて上方に導くことで液面上に生成した氷を下方に移動させてスラリーアイス（ダイナミック氷）を製造して蓄熱する技術が開示されている。
これらの特許文献１乃至４に開示されている技術は、フロン冷凍機を用いて製氷するものであるが、低温液化ガスを用いて製氷する技術も示されている。
例えば、特許文献５には、エアリフトポンプを用いて循環させながら流路を流れる低温液化ガス中に液滴等の被凍結物を投入して連続的に凍結させる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２６６６３９号公報
【特許文献２】特開平１０−１６０２０８号公報
【特許文献３】特開平５−１７２４４４号公報
【特許文献４】特開平１０−１４８３６７号公報
【特許文献５】特開平７−８２４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１乃至４に開示されている技術は、前述のとおり、フロン冷凍機を用いた製氷、蓄熱技術であり、主に大規模な設備を対象としており、長期間の稼働では十分な経済性を確保する一方で、短期間に簡易な製氷方法としては設備コスト負担が過大で経済的ではなく、少量製造には適さないものであった。
また、特許文献５に開示されている技術は、エアリフトポンプにより低温液化ガスを循環させるので、電力等の動力を必要とせず経済的な運転が行えるものであるが、シャーベット状に凍結したスラリーアイスを製造するものではない。
【０００５】
そこで、本発明者らは、低温液化ガスを用いたスラリーアイスを製造する方法を提案した（特願２０１６−１６４６１３号公報）。当該方法は、低温液化ガスを、容器に貯留された被凍結液体（例えば、水など）の液面の上方から液面に噴射させ、該噴射した液化ガスが前記被凍結液体中で浮沈及び揺動して該被凍結液体をスラリー状（シャーベット状）に凍結させるものであるが、被凍結液体よりも比重が大きい液化ガスを用いるのに好適なものであった。
そのため、被凍結液体よりも比重が小さい液化ガス（例えば、液体窒素）を用いた場合でも、効率的かつ安定してスラリーアイスを簡易な設備で製造することができるスラリーアイス製造装置および方法が望まれていた。
【０００６】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、被凍結液体をシャーベット状に凍結させたスラリーアイスを容易かつ廉価な設備コストで製造することができるスラリーアイス製造装置および方法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】
【０００７】
（１）本発明に係るスラリーアイス製造装置は、被凍結液体をシャーベット状に凍結させてスラリーアイスを製造するものであって、前記スラリーアイスの原料となる被凍結液体を貯留する貯留槽と、該貯留槽内に配設されて、前記被凍結液体よりも比重の小さい低温液化ガスを吐出する低温液化ガスノズルと、該低温液化ガスノズルを囲い、かつ前記貯留槽に貯留されている被凍結液体の液面よりも上方に突出するように前記貯留槽内に配設されると共に、下部に前記被凍結液体を導入するための導入口と、上部に開口部とをそれぞれ有する筒状体と、該筒状体内で生成したスラリーアイスと前記被凍結液体をエアリフトさせるエアリフトガスを供給するエアリフトガス供給部と、前記筒状体の開口部の近傍に設けられて、該開口部から取り出された前記スラリーアイスと前記被凍結液体を分離してスラリーアイスを取り出すための固液分離部とを備えたことを特徴とするものである。
【０００８】
（２）上記（１）に記載のものにおいて、前記低温液化ガスノズルの先端に、凍結防止用のノズル加熱手段を設けていることを特徴とするものである。
【０００９】
（３）上記（１）又は（２）に記載のものにおいて、前記筒状体の内壁を加熱する管壁加熱手段を設けたことを特徴とするものである。
【００１０】
（４）上記（１）乃至（３）のいずれかに記載のものにおいて、前記低温液化ガスノズルに供給する低温液化ガスの供給量を調整する低温液化ガス供給量調整手段と、前記エアリフトガス供給部に供給するエアリフトガスの供給量を調整するエアリフトガス供給量調整手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００１１】
（５）本発明に係るスラリーアイス製造方法は、上記（１）乃至（４）のいずれかに記載のスラリーアイス製造装置を用いて前記被凍結液体をシャーベット状に凍結させてスラリーアイスを製造するものであって、前記筒状体に導入された被凍結液体中に、該凍結液体よりも比重の小さい低温液化ガスを吐出するとともにエアリフトガスを供給し、前記筒状体内で生成したスラリーアイスと前記被凍結液体をエアリフトさせ、前記筒状体の開口部から取り出された前記スラリーアイスと前記被凍結液体を前記固液分離部で分離し、前記スラリーアイスを取り出すことを特徴とするものである。
【００１２】
（６）上記（５）に記載のものにおいて、前記低温液化ガスは、液体窒素であり、前記エアリフトガスは、気体窒素であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明においては、被凍結液体をシャーベット状に凍結させてスラリーアイスを製造するものであって、前記スラリーアイスの原料となる被凍結液体を貯留する貯留槽と、該貯留槽内に配設されて、前記被凍結液体よりも比重の小さい低温液化ガスを吐出する低温液化ガスノズルと、該低温液化ガスノズルを囲い、かつ前記貯留槽に貯留されている被凍結液体の液面よりも上方に突出するように前記貯留槽内に配設されると共に、下部に前記被凍結液体を導入するための導入口を、上部に開口部をそれぞれ有する筒状体と、該筒状体内で生成したスラリーアイスと前記被凍結液体をエアリフトさせるエアリフトガスを供給するエアリフトガス供給部と、前記筒状体の開口部の近傍に設けられて、該開口部から取り出された前記スラリーアイスと前記被凍結液体を分離してスラリーアイスを取り出すための固液分離部とを備えたことにより、簡易な設備で安価かつ容易にスラリーアイスを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施の形態に係るスラリーアイス製造装置および方法を説明するための概略図である。
【図２】本実施の形態に係るスラリーアイス製造装置および方法の他の態様を説明するための図である。
【図３】本実施の形態に係るスラリーアイス製造装置および方法の他の態様に用いられるLN2ノズルを説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の実施の形態に係るスラリーアイス製造装置１は、被凍結液体をシャーベット状に凍結させてスラリーアイスを製造するものであって、図１に示すように、水槽３と、LN2ノズル５と、エアリフト管７と、GN2供給部９と、固液分離部１１とを備えたものである。
以下、スラリーアイス製造装置１の各構成要素について説明する。なお、本実施の形態では、被凍結液体には水を、低温液化ガスには液体窒素（LN2）を、エアリフトガスには気体窒素（GN2）を用いた場合について説明する。なお、被凍結液体として用いる水は、淡水又は海水のいずれであってもよい。
【００１６】
＜水槽＞
水槽３は、スラリーアイスの原料となる水を貯留する貯留槽である。
図１に示す水槽３は、後述するように、水槽３内の水温度を調節するための水温度調節手段１３が設置されている。
【００１７】
＜LN2ノズル＞
LN2ノズル５は、水槽３内に配設されて、水よりも比重の小さいLN2を吐出するものであり、図１においては、先端側が水槽３内に挿入され、後端側がLN2供給タンク１５内の液相側とLN2供給流路１７を介して連通している。
【００１８】
LN2ノズル５は、水との接触時間が十分取れる水深（図１のhs）の中間程度に先端が位置するように配設すればよい。さらに、LN2ノズル５は、図１に示すように、水槽３内において水没されている先端が水により凍結して閉塞するのを防止するため、ヒーター１９などのノズル加熱手段を前記先端に設置し、氷の成長を抑止することが望ましい。この場合、ヒーター１９により設定される温度は、5℃程度以上であれば十分である。
【００１９】
＜エアリフト管＞
エアリフト管７は、本発明の筒状体に相当するものであり、LN2ノズル５を囲い、かつ水槽３に貯留されている水の液面よりも上方に突出するように水槽３内に配設されると共に、下部に水を導入するための導入口７ａを、上部に開口部７ｂをそれぞれ有するものである。
【００２０】
導入口７ａは、エアリフト管７内に外部（水槽３）より供給される水を導入するために、水槽３の水面より下に位置する。また、導入口７ａは、GN2供給部９により供給されたGN2がエアリフト管７の外部の液層に出ていくのを抑えるため、適度な開口サイズとすることが望ましい。
【００２１】
エアリフト管７内においては、図１に示すように、LN2ノズル５から吐出されたLN2が複数の略球形状となり、水の持つ熱によって気化されて水中を揺動しながら浮上することにより水がシャーベット状に凍結し、スラリーアイスが生成される。そして、エアリフト管７内で生成したスラリーアイスを取り出すため、エアリフト管７は、開口部７ｂが水槽３内における液面よりも上方に位置するように配設されている。この場合、水槽３の水面から開口部７ｂまでの高さ（図１のht）が、スラリーアイス製造装置１における揚程となる。
【００２２】
なお、エアリフト管７は、LN2ノズル５と同様、内壁に水が凍結、閉塞するのを防ぐために、ヒーター２１等の管壁加熱手段を設備し、エアリフト管７の内壁に氷が付着、成長するのを防止することが望ましい。この場合、ヒーター２１により設定される温度は、5℃程度以上であれば十分である。
【００２３】
＜GN2供給部＞
GN2供給部９は、エアリフト管７内で生成したスラリーアイスとエアリフト管７内に導入された水とをエアリフトさせるGN2を供給するエアリフトガス供給部であり、エアリフト管７内の下部に設置されている。GN2供給部９は、図１に示すように、LN2供給タンク１５内の気相側とGN2供給流路２３を介して連通し、LN2供給タンク１５内の気体窒素（GN2）がエアリフトガスとして供給される。
【００２４】
GN2供給部９は、LN2と水が接触した後の水とスラリーアイスの混合物を、下から押し上げられる位置に設置されていればよく、図１においては、水槽３の最下層部（底面）に設けられている。この場合、水深hsは、図１に示すように、GN2供給部９が設置されている水槽３の底面から水面までの高さとなる。
【００２５】
もっとも、GN2供給部９は、水槽３の最下層部に設けるものに限定されるわけではなく、LN2ノズル５のLN2吐出口より下側で、エアリフト管７の導入口７ａよりも上方に位置するように設けてもよい。この場合、水深hsは、GN2が水と最初に接触する位置であるGN2供給部９の位置から水面までの高さとなる。
【００２６】
＜固液分離部＞
固液分離部１１は、エアリフト管７の開口部７ｂ近傍に設けられて、エアリフト管７内でエアリフトされて開口部７ｂから排出されたスラリーアイスと水の混合物から該スラリーアイスを分離して取り出すものであり、固液分離部１１には、固液分離設備である金網やパンチングメタルなどを用いることができる。
【００２７】
図１において、固液分離部１１は、下方に向かって傾斜するようにエアリフト管７の開口部７ｂに設置されている。これにより、エアリフト管７の開口部７ｂから排出されたスラリーアイスと水の混合物は、固液分離部１１上を滑落しながらスラリーアイスと水に分離され、該分離されたスラリーアイスを容器２５に取り出すことができる。一方、固液分離部１１にて分離された余剰の水は、固液分離部１１から水槽３に滴下し、再度、エアリフト管７内に導入させることができる。
【００２８】
以上、本実施の形態に係るスラリーアイス製造装置１によれば、被凍結液体の比重が低温液化ガスよりも重い系において、エアリフト管７内にLN2が吐出されることによりスラリーアイスを生成するとともに、エアリフト管７内にGN2を供給してスラリーアイスと水の混合物をエアリフトさせて開口部７ｂから排出させ、該混合物からスラリーアイスを分離して取り出すことにより、簡易な設備で安価かつ容易にスラリーアイスを一定時間連続的に製造することができる。さらに、スラリーアイス製造装置１によれば、スラリーアイスの製造条件に適合するLN2と水の接触頻度および接触時間の範囲が広く、小規模であっても簡易に少量のスラリーアイスを製造することができる。
【００２９】
なお、本実施の形態に係るスラリーアイス製造装置１には、図１に示すように、水補給部２７と水温度調節手段１３がさらに設置されている。
【００３０】
水補給部２７は、水槽３に水を補給するものであり、スラリーアイスとして取り出された量に相当する水を補強することで、水槽３内における液面位置、すなわち、揚程（図１のht）を一定に保ってスラリーアイスの生成および取り出しができる。
【００３１】
水温度調節手段１３は、図１に示すように、ヒーター２９と、水温検出端３１と、温度調節機構３３とを備えてなるものであり、水温検出端３１により検出した水温度に基づいて温度調節機構３３によりヒーター２９の出力を制御して、水槽３内の水温度を一定に調節するものである。
【００３２】
前述のように、スラリーアイス製造装置１は、スラリーアイスにならなかった余剰の水を固液分離部１１で分離して水槽３に滴下させて循環利用するものであるが、分離した水を循環利用するにつれて水槽３内の水温度が下がり過ぎて全てが氷になる恐れがある。そのため、水温度調節手段１３により水槽３内の水温度を調整することにより、比較的長時間使用する場合においても、水槽３内の水温度の下がり過ぎを防止することができ、長時間連続してスラリーアイスの生成と取り出しを行うことができる。
【００３３】
さらに、本実施に係るスラリーアイス製造装置１は、エアリフト管７に供給する低温液化ガス量を制御する低温液化ガス供給量調整手段（図示なし）と、エアリフト管７に供給するエアリフトガス量を制御するエアリフトガス供給量調整手段（図示なし）を備えることが好ましい。
【００３４】
図１に示すスラリーアイス製造装置１において、前記低温液化ガス供給量調整手段は、例えば、LN2供給タンク１５の液相側とLN2ノズル５とを連通させるLN2供給流路１７に設けることができ、また、前記エアリフトガス供給量調整手段は、例えば、LN2供給タンク１５の気相側とGN2供給部９とを連通させるGN2供給流路２３に設けることができる。
【００３５】
そして、前記低温液化ガス供給量調整手段と前記エアリフトガス供給量調整手段により、水槽３に設置されたエアリフト管７内に供給するLN2量およびGN2量を調整し、また、リフト高さ（揚程）に応じてLN2量とGN2量の比率を調整することで、一定時間連続的に稼動させることができる。
【００３６】
このように、水温度調節手段１３、前記低温液化ガス供給量調整手段および前記エアリフトガス供給量調整手段を備えたスラリーアイス製造装置１においては、水温度調節手段１３が有効に作用して水槽３内の水温度が一定に調節されることにより、エアリフト管７における揚程（図１のht）と、エアリフト管７に供給するGN2量およびLN2量やこれらの比率を制御することができるので、スラリーアイス製造装置１を稼動させながらスラリーアイスの製造条件を最適値に近づけることが可能である。
【００３７】
ただし、図１に示すスラリーアイス製造装置１は、水槽３に貯留した水の初期水温が高い場合や、LN2やGN2の初期温度が高い場合には、エアリフト管７に供給するLN2量やGN2量の調整だけでなく、揚程を徐々に最適な高さに変更する必要が生じる場合もある。
【００３８】
エアリフト管７に供給する最適なLN2量およびGN2量に関しては、前述のとおり、LN2供給タンク１５に連結する前記低温液化ガス供給量調整手段と前記エアリフトガス供給量調整手段により容易に調整することが可能である。
【００３９】
低温液化ガス供給量調整手段およびエアリフトガス供給量調整手段としては、流量調整弁などの絞りを可変に調整できる弁を用いることができるが、上流（LN2供給タンク１５）と下流（水槽３）の圧力条件がおよそ一定であれば、孔径が一定の絞り（オリフィス）などを用いることも可能ある。そして、オリフィスなどを用いる場合においては、その条件（適した孔径など）は、あらかじめ試験して決定することができる。
【００４０】
なお、LN2供給タンク１５中では外気温等の侵入熱により、LN2の一部が気化している状態となっているため、適度に密閉されているLN2供給タンク１５内は気化により気相（GN2）および液相（LN2）ともに圧力を持っているので、この自圧によってGN2、LN2ともに水槽３に供給可能となる。ただし、単なる圧力差でLN2およびGN2を供給すると、配管抵抗にもよるが、過剰な供給になる恐れがあるので、前記低温液化ガス供給量調整手段やエアリフトガス供給量調整手段を設けることが好ましい。
【００４１】
一方、揚程に関しては、図１に示すようにエアリフト管７が水槽３の底面に固定して設置されている場合、スラリーアイス製造装置１の稼動中に最適な高さに制御することは困難である。
【００４２】
そこで、本発明に係るスラリーアイス製造装置の他の態様として、図１に示すように特別に設計された水槽３を用いるものではなく、図２に示すように、有底筒状のエアリフト管４３と、エアリフト管４３の上端開口部４３ａに取り付けられた固液分離部としての平板状の固液分離金網４５と、エアリフト管４３に挿入可能なLN2ノズル４７及びGN2導入管４９によって構成されるスラリーアイス製造ユニット４１を汎用水槽に配設する態様であってもよい。
【００４３】
エアリフト管４３は、上部に上端開口部４３ａを、下部に導入口４３ｂをそれぞれ有している点は、図１と同様であるが、有底である点で図１のものと異なる。有底にすることで、汎用水槽に配設して、GN2導入管４９から下方に向けてGN2を吹き出すように供給することができる。
【００４４】
固液分離金網４５は、エアリフト管４３の上端開口部４３ａの周囲を囲んで張り出すように、かつ傾斜させた状態でエアリフト管４３に溶接等により固定されている。もっとも、固液分離金網４５はエアリフト管４３に固定されていなくても、例えば、固液分離金網４５にエアリフト管４３を挿入できる開口部を設けると共に、エアリフト管４３の上端開口部４３ａにフランジ部等を設け、前記開口部に挿入したエアリフト管４３が固液分離金網４５の開口縁部で支持されるようにしてもよい。
【００４５】
エアリフト管４３の上端開口部４３ａに固液分離金網４５を上記のように取り付けることで、固液分離金網４５を汎用水槽の縁部に載置し、エアリフト管４３を汎用水槽内の被凍結液体中に浸漬させた状態で支持することができる。
【００４６】
LN2ノズル４７は、エアリフト管４３内に低温液化ガスとしてLN2を吐出する低温液化ガスノズルであり、図３に示すように、内部に真空断熱層５１ａが形成された真空断熱管部５１を有し、真空断熱管部５１の内部には、LN2が上から下に流れる導入流路５３と、導入流路５３の下端で導入流路５３に連通してLN2が上方に向かって流れる吐出流路５５が形成されている。そして、吐出流路５５の上端にLN2出口５５ａが設けられ、導入流路５３の上端は、真空断熱管部５１からさらに上方に延出した導入管５７と連通している。さらに、導入管５７の上端部には、LN2を供給するLN2供給管（図示なし）と連結するための連結部５７ａが設けられている。
LN2出口５５ａと導入管５７には、これらを加熱するヒーター５９が設けられている。
【００４７】
GN2導入管４９は、エアリフト管４３内にエアリフトガスとしてGN2を供給するエアリフトガス供給部であり、図２に示すように、エアリフト管４３内に挿入されてLN2ノズル４７と隣接して配置され、上端にGN2入口４９ａが、下端にGN2出口４９ｂが設けられている。
凍結によるエアリフト管４３内の流路の閉塞を防止するために、GN2導入管４９は、隣接配置されているLN2出口５５ａ近傍よりも上方の部位にはヒーター６１等の加熱手段が設けられている。
なお、図２においてGN2出口４９ｂは、エアリフト管４３の導入口４３ｂよりも下方に位置しているが、導入口４３ｂよりも上方に設けたものであってもよい。
【００４８】
上記の各構成を備えたスラリーアイス製造ユニット４１を汎用水槽に配設する場合、エアリフト管４３の下部を汎用水槽に貯留された水に浸水させて導入口４３ｂから水を導入させるとともに、連結部５７ａ、GN2入口４９ａおよび固液分離金網４５が水面の上方に位置するようにエアリフト管４３の上部を水面から上方に突出させて設置する。これにより、装置の稼動中であっても、スラリーアイス製造ユニット４１の高さ方向位置を変えることで、水面から上端開口部４３ａまでの高さ（揚程）を変更することが可能となり、容易に最適な揚程に調節することができる。
【００４９】
なお、スラリーアイス製造ユニット４１を汎用水槽に配設した場合において、水面から上端開口部４３ａまでの高さを揚程ht、GN2出口４９ｂから水面までの高さを水深hsとすると、σ＝hs／（hs＋ht）で表されるσの値が大きいほど、揚程量および揚圧を高くすることができるが、スラリーアイス製造ユニット４１のような簡易の設備で水深hsを大きくとることは難しい場合が多く、また、水深hsが深いと低温液化ガスと水との接触時間が長くなってスラリーアイス製氷量が増加するかわりに、GN2供給量をいくら多くしてもリフトアップできない限界が予想される。このような場合、水深hsに最適なGN2量を試運転調整時などで見出し、当該最適なGN2量を供給してスラリーアイス製造ユニット４１を稼動すればよい。
【００５０】
次に、本発明に係るスラリーアイス製造方法について説明する。
本実施の形態に係るスラリーアイス製造方法は、図１に示すスラリーアイス製造装置１を用いて被凍結液体をシャーベット状に凍結させてスラリーアイスを製造するものである。以下、図１に示すスラリーアイス製造装置１の動作とともに本実施の形態に係るスラリーアイス製造方法を詳細に説明する。
【００５１】
まず、エアリフト管７に導入された水中に、被凍結液体として水よりも比重の小さい液体窒素(LN2)を吐出するとともに、エアリフトガスとして気体窒素（GN2）を供給する。エアリフト管７内にLN2を吐出してスラリーアイスを生成し、該生成したスラリーアイスと水をエアリフトさせてエアリフト管７上部の開口部７ｂから排出する。そして、取り出したスラリーアイスと水を固液分離部１１で分離する。
【００５２】
分離したスラリーアイスは、傾斜して設けられた固液分離部１１上を滑落させ、容器２５に取り出す。一方、固液分離部１１で分離された水は、水槽３へと滴下し、再度、エアリフト管７下部の導入口７ａからエアリフト管７内に導入する。また、スラリーアイスとして生成した量に相当する水は、水補給部２７から補給水として水槽３に供給してもよい。
【００５３】
以上、本実施の形態に係るスラリーアイス製造方法によれば、簡易な設備で安価かつ容易にスラリーアイスを生成することができ、さらに、生成したスラリーアイスの取り出しが容易であり、調整作業等がなくても一定時間連続的にスラリーアイスを製造することができる。
また、本発明に係るスラリーアイス製造方法は、スラリーアイスの製造条件に適合するLN2と水の接触頻度および接触時間の範囲が広く、供給するLN2量とGN2量を調整することで、スラリーアイスの製造に最適な条件に設定することができる。
さらに、本発明に係るスラリーアイス製造方法は、図２に示すスラリーアイス製造ユニット４１のようにユニット化したものを用いることで、スラリーアイスの製造中においても揚程高さを調整することができ、スラリーアイスを製造するのにさらに最適な条件に設定することができる。
【００５４】
なお、本発明に係るスラリーアイス製造装置および方法の上記の説明は、被凍結液体として水を、低温液化ガスとして液体窒素を用いたものであったが、被凍結液体および低温液化ガスは、これらに限られるものではなく、低温液化ガスは、被凍結液体よりも比重が小さいものであればよく、被凍結液体の種類に応じて適宜選択することができる。
【００５５】
また、上記の説明は、低温液化ガスである液体窒素が気化した気体窒素(GN2)をエアリフトガスとして用いるものであったが、エアリフトガスのガス種はこれに限定するものではなく、低温液化ガスと異なるガス種を用いてもよい。もっとも、低温液化ガスが気化したガスをエアリフトガスとして用いると、エアリフトガスを別途用意する必要がないので好ましい。
【実施例】
【００５６】
本発明に係るスラリーアイス製造装置および方法による作用効果について確認するための具体的な実験を行ったので、その結果について以下に説明する。
【００５７】
実験は、図２に示すスラリーアイス製造ユニット４１を汎用水槽に設置し、低温液化ガスとして液体窒素（LN2）と、エアリフトガスとして気体窒素（GN2）を用いて、前記汎用水槽に貯留された水をシャーベット状に凍結させてスラリーアイスを製造した。そして、スラリーアイスの製造条件である揚程、LN2量、GN2量を変更したときのスラリーアイス製造量を測定した。ここで、スラリーアイス製造ユニット４１は、水面から開口部４３ｂまでの高さを一定（ht=0.3m）としたまま、エアリフト管４３内における水深（hs+ht）を変更して実験を行った。そのため、本実施例では、エアリフト管４３の全長が異なる２種類のスラリーアイス製造ユニット４１を用いた。この場合、水深hsは、GN2が水と最初に接触する位置（GN2出口４９ｂ）から水面までの高さである。
表１に、スラリーアイス製造条件と、スラリーアイス製造量の実験結果を示す。
【００５８】
【表１】
2019007641.tif 000003
【００５９】
表１において、スラリーアイス製造量は、固液分離金網４５により余剰の水を分離して得られたスラリーアイスの量である。
また、表１において、条件１、条件２、条件４および条件５は、LN2とGN2をエアリフト管４３に供給した場合のものであり、本発明の範囲内である。なお、条件４および５は、汎用水槽に貯留した水の水位を変更することで水深hsのみを変更したものである。
これに対し、条件３は、GN2を供給せずにLN2のみをエアリフト管４３に供給したものであり、本発明の範囲外である。
【００６０】
表１より、本発明の範囲内である条件１、条件２、条件４および条件５においては、エアリフト管４３内で生成したスラリーアイスを取り出すことができたのに対し、本発明の範囲外である条件３においては、スラリーアイスを取り出すことができなかった。
条件３においてスラリーアイスを取り出すことができなかった理由としては、エアリフト管４３内にてLN2が気化したガスだけでは、エアリフト管４３内で生成したスラリーアイスを開口部４３ｂまで押し上げることができなかったためであった。
【００６１】
次に、GN2量およびLN2量を変更した条件１、条件２、条件４および条件５それぞれについて検討する。
条件１は、揚程1.3mにおいてGN2量とLN2量の供給比率が最適条件に近く、スラリーアイス製造量は1.1kg/分であり、期待された量のスラリーアイスを製造することができた。
【００６２】
条件２は、条件１と揚程が同じであるが、LN2量が少ないため、水を凍結させるための十分な冷却時間と接触頻度が得られず、スラリーアイス製造量は0.4kg/分となり、条件１よりも減少する結果となった。
【００６３】
条件４は、条件１および条件２に比べて水深hsを小さくしたものであり、LN2と水の接触時間や冷却時間が不足して熱交換の時間が短くなったためにスラリーアイスができにくくなり、スラリーアイス製造量は0.2kg/分となって条件２よりも減少した。
【００６４】
条件５は、条件４と同様に条件１および条件２に比べて水深hsを小さくしたものであり、さらに、条件４よりもLN2量およびGN2量を少なくしたものであるため、スラリーアイス製造量は0.1kg/分となり、条件４よりもさらに減少する結果となった。
【００６５】
以上、本発明に係るスラリーアイス製造装置および方法によれば、スラリーアイスを容易に製造、取り出しができ、さらに、揚程高さや、被凍結液体を凍結させるLN2量とエアリフトガスであるGN2量やこれらの供給比率を変えることで、スラリーアイスを製造するのに最適な条件に設定できることが確認された。
【符号の説明】
【００６６】
１  スラリーアイス製造装置
３  水槽
５  LN2ノズル
７  エアリフト管
７ａ  導入口
７ｂ  開口部
９  GN2供給部
１１  固液分離部
１３  水温度調節手段
１５  LN2供給タンク
１７  LN2供給流路
１９  ヒーター
２１  ヒーター
２３  GN2供給流路
２５  容器
２７  水補給部
２９  ヒーター
３１  水温検出端
３３  温度調節機構
４１  スラリーアイス製造ユニット
４３  エアリフト管
４３ａ  上端開口部
４３ｂ  導入口
４５  固液分離金網
４７  LN2ノズル
４９  GN2導入管
４９ａ  GN2入口
４９ｂ  GN2出口
５１  真空断熱管部
５１ａ  真空断熱層
５３  導入流路
５５  吐出流路
５５ａ  LN2出口
５７  導入管
５７ａ  連結部
５９  ヒーター
６１  ヒーター
【図１】
2019007641.tif 000004
【図２】
2019007641.tif 000005
【図３】
2019007641.tif 000006