(57)【要約】【課題】従来、製氷ケースから迅速に氷を取り出すためには、例えばケース外表面を加熱することが考えられるが、同時に製氷表面も溶解して最終氷製品に影響する。また、製氷前に製氷ケース内周面に氷剥離剤などを塗布することも考えられるが氷表面に隔離成分が付着して食用氷には不適であり、製氷作業も煩雑となり採用できない技術であった。【解決手段】本発明は、製氷装置の構造に一定の工夫を施すと共に、製氷ケースとなる製氷管の内周面には主成分として炭素元素からなる非晶質組織を有する摩擦低減層を形成することにより製氷管から製氷を迅速に取り出すことが可能となり、上記の課題を容易にしかも安価に解決することができる製氷装置を提供せんとするものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体窒素収容槽中に複数の製氷管を立設すると共に、
前記製氷管の上端開口部には開閉自在の上部蓋体を設け、
前記製氷管の下端開口部は液体窒素収容槽の底部から槽外下方に露出状態とし、しかも、前記下端開口部には槽外下方において下部蓋体を開閉自在に設け、
前記製氷管は下方拡開状のテーパーとし、その内周面には主成分として炭素元素からなる非晶質組織を有する摩擦低減層を形成したことを特徴とする製氷装置。
【請求項２】
液体窒素収容槽の周壁には、ジャケットを形成し、ジャケットは内部を真空とした断熱壁としたことを特徴とする請求項１に記載の製氷装置。
【請求項３】
上部蓋体には、炭酸ガス注入孔と、水注入孔と、排圧用孔とを形成したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の製氷装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、製氷装置、詳細には炭酸氷の連続製氷装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、製氷装置は液体窒素収容槽中に製氷ケースを収納することにより容易に製氷を形成することができる構成となっている。
【０００３】
しかし、製氷を使用する用途によって製氷当初からその目的に対応した製氷技術が適用されるのが通常である。
【０００４】
例えば、所定の味や風味や食感を提供する氷菓子にあっては製氷時にかかる目的に適合した呈味成分やその他の食材成分を混入するためにかかる初期条件に適合する製氷手法が採用される。
【０００５】
特に氷菓子の中にあって炭酸気泡を混入することにより食する時に口中で炭酸気泡が破裂する刺激的な食感を付与することを目的とした氷菓子製法の開発がなされており、本出願人は国際出願ＰＣＴ／ＪＰ２０１４／０７６７７２において極小炭酸気泡を製氷中に容易に万遍なく混入させる技術の開発を行い特許出願を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２０１６／０５６０５９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このように製氷技術は製氷後の氷の用途に応じて種々の工夫がなされていることが分かる。
【０００８】
しかし、特に炭酸気泡を混入する氷菓子にあっては水が凍結して製氷された後に迅速に製氷ケースから氷を取り出さなければならない。
【０００９】
なぜならば、炭酸ガスが抜けてしまわない内に製氷塊を取り出さないと氷の保形が充分にできないと共に表面ガスが消失して炭酸気泡混入率が低下し最終氷製品の目的を達成できない。
【００１０】
製氷ケースから迅速に氷を取り出すために例えばケース外表面を加熱することが考えられるが、同時に製氷表面も溶解して最終氷製品に影響するばかりか歩留まりを悪くする。
【００１１】
また、製氷前に製氷ケース内周面に氷剥離剤などを塗布することも考えられるが氷表面に隔離成分が付着して食用氷には不適であり、製氷作業も煩雑となり採用できない技術であった。
【００１２】
この発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであって、製氷装置の構造に一定の工夫を施すと共に、製氷ケースとなる製氷管の内周面には主成分として炭素元素からなる非晶質組織を有する摩擦低減層を形成することにより製氷管から製氷を迅速に取り出すことが可能となり、上記の課題を容易にしかも安価に解決することができる製氷装置を提供せんとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明は、液体窒素収容槽中に複数の製氷管を立設すると共に、前記製氷管の上端開口部には開閉自在の上部蓋体を設け、前記製氷管の下端開口部は液体窒素収容槽の底部から槽外下方に露出状態とし、しかも、前記下端開口部には槽外下方において下部蓋体を開閉自在に設け、前記製氷管は下方拡開状のテーパーとし、その内周面には主成分として炭素元素からなる非晶質組織を有する摩擦低減層を形成したことを特徴とする製氷装置を提供せんとするものである。
【００１４】
また、液体窒素収容槽の周壁には、ジャケットを形成し、ジャケットは内部を真空とした断熱壁としたことを特徴とする。
【００１５】
また、上部蓋体には、炭酸ガス注入孔と、水注入孔と、排圧用孔とを形成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１の発明によれば、液体窒素収容槽中に複数の製氷管を立設すると共に、前記製氷管の上端開口部には開閉自在の上部蓋体を設け、前記製氷管の下端開口部は液体窒素収容槽の底部から槽外下方に露出状態とし、しかも、前記下端開口部には槽外下方において下部蓋体を開閉自在に設け、前記製氷管は下方拡開状のテーパーとしたことにより、製氷管が液体窒素収容槽中で冷却されて収納水が製氷されると、製氷管内の製氷は液体窒素収容槽の底部外下方に露出状態の下端開口部から取り出されるため複数の製氷管を液体窒素収容槽外から取り出す必要もなく容易に製氷のみを脱氷することが可能となり、ケースからの脱氷作業が迅速容易に行える効果がある。更には、製氷管の内周面には主成分として炭素元素からなる非晶質組織を有する摩擦低減層を形成したことにより、製氷管の下方拡開状のテーパー形状と相俟って迅速容易に製氷を取り出すことが可能となる効果がある。
【００１７】
請求項２の発明によれば、液体窒素収容槽の周壁には、ジャケットを形成し、ジャケットは内部を真空とした断熱壁としたことにより、液体窒素収容槽の保冷効果を充分に得ることができ製氷管の製氷効率を向上して効率よく迅速に製氷作業が行える効果がある。
【００１８】
請求項３の発明によれば、製氷管の上部蓋体には、炭酸ガス注入孔と、水注入孔と、排圧用孔とを形成したことにより、製氷管内で炭酸気泡を確実に迅速に製造することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施例１に係る製氷装置に関する全体模式図である。
【図２】実施例１に係る製氷装置の構成を示す平面図である。
【図３】実施例１に係る製氷装置の構成を示す側断面図である。
【図４】実施例１に係る製氷装置の製氷管の構成を示す側断面図である。
【図５】実施例１に係る製氷装置の上部蓋体の閉塞過程の側断面図である。
【図６】実施例１に係る製氷装置の機能孔と機能性ノズルの連結状態を示す側断面図である。
【図７】実施例１に係る製氷装置の機能孔と機能性ノズルの連結状態を示す側断面図である。
【図８】実施例１に係る製氷装置の機能性ノズルの耐圧逆止構造を示す側断面図である。
【図９】実施例１に係る製氷装置における製氷の脱氷状態を示す側断面図である。
【図１０】実施例２に係る製氷装置の構成を示す平面図である。
【図１１】実施例２に係る製氷装置の構成を示す側断面図である。
【図１２】実施例２に係る製氷装置における製氷の脱氷状態を示す側断面図である。
【図１３】実施例３に係る製氷装置の構成を示す側断面図である。
【図１４】本発明に係る製氷装置を用いた炭酸氷の製造工程を示すフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の要旨は、液体窒素収容槽中に複数の製氷管を立設すると共に、前記製氷管の上端開口部には開閉自在の上部蓋体を設け、前記製氷管の下端開口部は液体窒素収容槽の底部から槽外下方に露出状態とし、しかも、前記下端開口部には槽外下方において下部蓋体を開閉自在に設け、前記製氷管は下方拡開状のテーパーとし、その内周面には主成分として炭素元素からなる非晶質組織を有する摩擦低減層を形成したことにあり、また、液体窒素収容槽の周壁には、ジャケットを形成し、ジャケットは内部を真空とした断熱壁としたことにあり、また、上部蓋体には、炭酸ガス注入孔と、水注入孔と、排圧用孔とを形成していることにある。
【００２１】
一般的に、水（純水）を製氷する場合に比べて気体や甘味料、香料などが溶解した水溶液（以下、単に原料水とも言う。）を製氷する場合には、水の凝固点よりも氷結温度が降下した凝固点降下が生起し、冷却温度を０℃より低くしなければ製氷することができない。
【００２２】
すなわち、従来技術のように冷凍庫内で原料水である炭酸水を冷凍して製氷する場合には、炭酸水は凝固点降下の温度に達するまで凍結凝固せず製氷に時間がかかり、製氷過程で炭酸水に溶解させた二酸化炭素（炭酸ガス）が抜け出る。その結果、製氷後の炭酸氷菓子は独特の優れた発泡食感を失わせてしまう。
【００２３】
そこで、冷却溶媒として液体窒素を採用することにより、極零下温度（約-196℃）下での炭酸水の即冷却・即冷凍を行う短時間製氷を可能とし、炭酸ガスのガス抜けを可及的防止して一定の二酸化炭素溶存率（炭酸飽和度）を有した炭酸氷を安定して生成できる。
【００２４】
しかしながら、製氷ケース内の製氷は、氷結過程で体積を膨張させて製氷ケースを内方から外方に向けて押圧したり、極零下で製氷されることから製氷ケース部材表面への着氷を強固にしたりすることにより、製氷ケースから脱氷することを困難とする問題があった。
【００２５】
すなわち、製氷ケース内に充填された原料水はケース外の液体窒素によりケース内周壁側から中心部へかけて漸次氷結されていくのであるが、この氷結凝固過程において中心部にある未氷結状態の原料水が氷結する際に既に氷結したケース内周壁側の氷を体積増加により外方に押圧することで製氷ケースを内側から圧迫する。
【００２６】
さらには、製氷ケース内周面にはミクロの疵や凹みがあり、これらの疵や凹み部分に入り込んだ原料水が氷結することで製氷とケース内周面との接合界面における着氷が生起してせん断付着強度が増し、製氷と内周面との摺動摩擦抵抗が増加する。この理は、製氷ケースの繰り返し使用、すなわち製氷とケース内周面との繰り替えし摺動により、疵や凹みが助長されて顕著となる。
【００２７】
このような問題に対し、本発明は、炭酸ガスの抜けを可及的防止しつつ短時間で製氷可能な極零下の環境であっても、製氷の膨張圧や着氷の製氷管に対する影響を可及的低減化し、脱氷作業の効率化を向上させて連続的な製氷製造を可能とする装置構成としている。
【００２８】
〔１．実施例１〕
以下、この発明に係る実施例１を図面に基づき詳細に説明する。図１は本実施例に係る製氷装置Ａに関する全体模式図である。また、図２は製氷装置の平面図、図３は製氷装置の側断面図、図４は製氷管の構成を示す斜視図及び周壁断面の拡大図、図５は上部蓋体の閉塞過程の側断面図、図６及び図７は機能性ノズルと上部蓋体の機能孔との側断面図、図８は機能性ノズル内の耐圧逆止構造を示す側断面図、図９は製氷装置における製氷の脱氷状態を示す側断面図である。
【００２９】
図１〜図３に示すように、製氷装置Ａは、液体窒素収容槽１と、その中に立設した複数の製氷管２とよりなり、製氷管２の下端開口部３は液体窒素収容槽１の底部から槽外下方に露出状態としており、更に製氷管２は下方拡開状のテーパーとしている。
【００３０】
液体窒素収容槽１は、図１に示すように、液体窒素タンク１００から送られてくる液体窒素Ｎを所定容量貯溜できる有底筒状の金属製容器であり、その一側壁下部で液体窒素供給管１１０を介して液体窒素タンク１００と連通連設している。
【００３１】
液体窒素収容槽１の底部には、図３に示すように、製氷管２を立設するための立設孔１０が所定間隔を隔てて複数貫設されている。
【００３２】
立設孔１０は平面視において液体窒素収容槽１の底面略中央部から放射状に一定間隔で複数設けられ、同立設孔１０に製氷管２が挿貫固定される。
【００３３】
立設孔１０は、製氷管２の外形に沿って下方拡開状に形成されており、製氷管２中途部の外周面と当接する。また、立設孔１０の内径は製氷管２の下端開口部３の内径よりも短くしている。
【００３４】
すなわち、図２に示すように、複数の製氷管２は立設孔１０により液体窒素収容槽１の底面略中央部から一定間隔を隔てて放射状に配置されることとなり、それぞれの製氷管２がその外周面で液体窒素収容槽１内に貯溜された液体窒素Ｎと満遍なく接触することで吸熱される熱伝導面積を一定とし、液体窒素Ｎの冷却効果を均一に受けることを可能としている。
【００３５】
なお、製氷管２の数は、液体窒素収容槽１の底面略中央部から一定間隔を隔てて放射状に配置されていれば特に限定されることはなく、本実施形態では４本の製氷管２を配設している。
【００３６】
製氷管２は、その内部に炭酸水を収納して氷結することで炭酸氷を生成する耐圧性容器であり、図１及び図３に示すように、上下方向に伸延した筒状とし、上端開口部４から下端開口部３にかけて漸次拡開するテーパー状に形成している。すなわち、製氷管２は、周壁を上端から下端にかけて拡開傾斜させた細長錐台形状としている。
【００３７】
このように製氷管２を下方拡開のテーパー状に形成することで、製氷管２内部の炭酸水、特に、製氷管２の軸中心にある炭酸水の凝固に伴う体積の膨張方向を製氷管２周壁のテーパー面に沿った傾斜方向とし、氷結膨張に伴う押圧力を上下方向に逃がして、製氷に伴う膨張圧を製氷管２内周面に直接的に作用させにくくする。
【００３８】
その結果、製氷管２に対する製氷の膨張負荷を可及的低減化すると共に、拡開開口側の下端開口部３から製氷を迅速容易に取り出すことを可能としている。
【００３９】
製氷管２の形状は、錘台形状であれば特に限定されることはないが、円錐台形状であれば耐圧性を高めると共に、氷結に伴う炭酸水の体積膨張による影響を周面に沿って分散させ、氷着による摩擦抵抗を可及的低減化する上で好ましい。なお、本実施形態における製氷管２は、内部容積を約1.3Ｌとするように形成している。
【００４０】
また、製氷管２の素材は、特に限定されることはないが高熱伝導性、高耐圧性を有した素材であれることが好ましい。本実施形態に係る製氷管２の素材はステンレスを採用している。
【００４１】
製氷管２の下端開口部３は内径を上端開口部４の内径よりも長くなるように形成しており、より具体的には上端開口部４の内径は約60〜70ｍｍ、下端開口部３の内径は約70〜80ｍｍとしている。なお、本実施形態においては上端開口部４の内径は約65ｍｍ、下端開口部３の内径は約75ｍｍとなるように形成している。
【００４２】
製氷管２上下方向中途部の外周面には管固定用フランジ２１が外方に向けて水平に突出形成されており、液体窒素収容槽１底部にボルト１３を介して固定することで製氷管２を立設をしている。
【００４３】
より具体的には、図３に示すように、液体窒素収容槽１底部の立設孔１０近傍の内外底面には平面視環状の製氷管取付座１１を同立設孔１０を囲うように設けており、この液体窒素収容槽１の底部表裏面の製氷管取付座１１に製氷管２上下方向中途部に設けた２つの管固定用フランジ２１をボルト１３により固定している。
【００４４】
このような構成により、液体窒素収容槽１底部からの製氷管２の強固な立設状態を保持すると共に下端開口部３を液体窒素収容槽１の底部から槽外下方に向けて露出状態とし、下端開口部３への下部蓋体７の着脱作業を容易とすると共に露出した製氷管２下部に直接的な液体窒素の冷却効果を及ばせることなく脱氷時には外気温の影響を受けて製氷の下部周面を溶解させやすくし、脱氷効率を向上をさせている。
【００４５】
また、液体窒素収容槽１の周壁１２には、図１及び図３に示すように、ジャケット５を形成し、ジャケット５は内部を真空とした断熱壁５ａとしている。より具体的には、ジャケット５は、液体窒素収容槽１の外壁１２ａと、同外壁１２ａと相似形の内壁１２ｂとで入れ子状とし、内外壁同士の間に外気と遮断された真空の断熱空間を有するようにして形成している。
【００４６】
このような構成により、断熱壁５ａにより貯溜された液体窒素Ｎの冷却効果が液体窒素収容槽１外部へ散失してしまうことを防止すると共に体窒素収容槽１の外壁に不用意に接触することによる製氷作業時の低温火傷事故を防止している。
【００４７】
また、製氷管２の上端開口部４に開閉自在に設けた上部蓋体６を設け、上部蓋体６には、後述する機能孔９として炭酸ガス注入孔９４と、水注入孔９２と、排圧用孔９３とを形成し、製氷管２の下端開口部３には槽外下方において下部蓋体７を開閉自在に設けている。
【００４８】
製氷管２の上端開口部４と下端開口部３の周端縁には、図３に示すように、上部蓋用フランジ６０と下部蓋用フランジ７０とがそれぞれ外方に向けて略水平に突出形成されている。上部蓋用フランジ６０と下部蓋用フランジ７０とは、それぞれ外周縁端に向けて漸次尖鋭状としたテーパー面を形成している。
【００４９】
そして、上下端開口部４、３は、上部蓋体６と下部蓋体７とをシーリング構造８を介して上部蓋用フランジ６０と下部蓋用フランジ７０とにそれぞれ着脱自在に固定することにより開閉自在としている。
【００５０】
上部蓋体６は、上面略央部から外周縁端にかけて漸次尖鋭状に形成し、外周側面をテーパー面とした側面視略台形皿状の金属板である。
【００５１】
より具体的には、上部蓋体６は、上部蓋用フランジ６０面と当接する幅広水平面状の底面と、底面より小さく且つ上端開口部４の内径と略同じ外径の上面と、底面外周縁から上面外周縁に向けて狭窄するテーパ面と、を有する。
【００５２】
シーリング構造８は、図４（ａ）に示すように、上下部蓋体６、７と上下部蓋用フランジ６０、７０とを互いに重ね合わせたそれぞれの外周側縁に外嵌するクランプ８０と、上下部蓋体６、７と上下部蓋用フランジ６０、７０との当接面同士の間に介在するガスケットと、で構築している。
【００５３】
クランプ８０は、蓋用フランジ６０、７０と蓋体６、７とを締結して上下端開口部４、３を開閉自在とする締結具であり、図２及び図４（ａ）に示すように、平面視略Ω形状のクランプ帯板８１と、同クランプ帯板８１の中途部に設けられて上下部蓋体６、７と上下部蓋用フランジ６０、７０との近接・離反操作を行うための開閉操作用ボルト８３と、を備える。
【００５４】
クランプ帯板８１の内周面には、図５（ａ）に示すように、略中央部に沿って上端開口部４と上部蓋体６との周端縁部同士に嵌合する溝部８２が形成されており、開閉操作用ボルト８３を閉方向へ絞ってクランプ板体８１を縮径することにより、図５（ｂ）に示すように、上部蓋体６と上部蓋用フランジ６０のテーパー面がクランプ板体８１の内周端縁に摺動して周端縁溝部８２奥側に進入する。
【００５５】
このテーパー面の周端縁溝部８２奥側への摺動進入に伴って溝部８２における上部蓋体６と上部蓋用フランジ６０との肉厚が増すことにより、上部蓋体６と上部蓋用フランジ６０とが互いに上下方向で近接密着し、シーリングを堅実とした上端開口部４の閉塞作業を行うことを可能としている。
【００５６】
さらには、上部蓋体６と上部蓋用フランジ６０との当接面同士の間に図示しないガスケットを介在させることで、上部蓋体６と上部蓋用フランジ６０との密着性を高め、上端開口部４の閉塞時における製氷管２の気密性、耐圧性をより堅実としている。
【００５７】
なお、ガスケットの形状は特に限定されることはないが、例えば、Оリング状、シート状のものを採用することができる。また、ガスケットの素材は、耐低温性、耐高圧性を有した素材であればよく、樹脂等の軟質素材、金属からなるセミメタル材、銅、ステンレス、アルミ等の金属からなるメタル材であることが好ましい。
【００５８】
また、下部蓋体７は、上部蓋体６と相似形で下端開口部３の径に合わせて形成した側面視略台形皿状の金属板であり、上部蓋体６と同様に、下部蓋用フランジ７０にシーリング構造８を介して着脱自在に固定されて下端開口部３を閉塞する。
【００５９】
また、上部蓋体６には、図２及び図４（ａ）に示すように、平面視中央部から放射状に所定間隔を隔てて複数の機能孔９が形成されている。
【００６０】
機能孔９は、図６（ａ）に示すように、側断面視で上部蓋体６の上面側から底面側にかけて貫通する孔であり、水や炭素ガスなどの原料を供給する金属シリンジや製氷管２の内部環境を検出する金属棒などの機能性ノズル９０を着脱自在とし、同機能性ノズル９０を介して製氷管２の気密性を保持したまま製氷管２内外の連絡を可能としている。
【００６１】
より具体的には、機能性ノズル９０外周の軸方向所定位置には雄ネジ部９０ａが螺刻されていると共に、機能孔９内周には機能性ノズル９０外周の雄ネジ部９０ａに螺合可能な雌ネジ部９ａが螺刻され、機能性ノズル９０と機能孔９とは互いに螺合可能に構成されている。
【００６２】
なお機能孔９の直径は、上部蓋体６の耐圧強度が保持できれば特に限定されることはない。本実施形態の機能孔９の直径は、10ｍｍ〜20ｍｍとしている。
【００６３】
このような構成により図６（ｂ）に示すように、機能性ノズル９０と機能孔９との密着を堅実とすると共に製氷管２の気密性を保持した状態で機能性ノズル９０の機能孔９への装着を可能とし、製氷管２内圧により上部蓋体６の機能孔９から機能性ノズル９０が不用意に脱落することを防止している。
【００６４】
また、機能孔９や機能性ノズル９０は、図７に示すように、側断面視で上部蓋体６の上面側から底面側にかけて狭窄するテーパー穴として形成すると共に、機能孔９に対応する機能性ノズル９０外周を逆テーパー状に形成することで、互いの密着性及び耐圧性を向上することもできる。すなわち、互いに嵌合する機能孔９と機能性ノズル９０のそれぞれのテーパー面に互いに螺合可能なネジ部９ａ、９０ａを形成することも可能である。
【００６５】
機能孔９は、上部蓋体６の平面視において、上部蓋体６の中央位置に形成した脱氷用押圧ノズル差込孔９１と、同脱氷用押圧ノズル差込孔９１を中心とした略十字状に沿って一定間隔を隔てた位置に形成した炭酸ガス注入孔９４と、水注入孔９２と、排圧用孔９３と、予備の孔９５と、の５つの孔よりなる。
【００６６】
脱氷用押圧ノズル差込孔９１は、脱氷用押圧ノズルを挿入するための孔であり、脱氷用ノズルの押圧操作により製氷の略軸中心に下方向の押圧力を作用させて製氷の脱氷作業を効果的に実施することを可能としている。なお、脱氷用押圧ノズル差込孔９１は、製氷過程においては閉塞ネジを螺合して閉塞している。
【００６７】
水注入孔９２は、製氷管２内に原料水を供給するため原料水タンクと一端で連通連結し、他端を開口した水注入ノズルを挿入するための孔であり、水注入ノズルを介して製氷管２と原料水タンクとを連通させることを可能としている。
【００６８】
排圧用孔９３は、排圧用ノズルを挿入するための孔であり、排圧用ノズルを介して脱気することにより、製氷管２内圧の異常な高まりによる製氷管２の破損を防止すると共に炭酸氷を製氷管２から脱氷する際に製氷管２内圧を大気圧まで戻すことにより脱氷作業の効率化を図ることを可能としている。
【００６９】
炭酸ガス注入孔９４は、炭酸ガス注入ノズルを挿入するための孔であり、炭酸ガス注入ノズルを介して製氷管２と炭酸ガス供給タンクとを連通させることを可能としている。なお、炭酸ガスタンクと炭酸ガス注入ノズルとの連通路の中途部に炭酸ガス圧送用の加圧ポンプを介在させてもよい。
【００７０】
予備の孔９５は、二酸化炭素濃度計測器や温圧測定器などのセンサノズルを挿入するための孔であり、製氷管２内の二酸化炭素濃度や内圧や温度を検知することにより、原料水、二酸化炭素、液体窒素の供給調整や排圧調整など一定条件の下で製氷工程を安定して行うことを可能としている。
【００７１】
また、機能孔９に螺合又は挿入される機能性ノズル９０は、炭酸ガス注入孔９４に挿入され、製氷管２内に炭酸ガスを供給するため炭酸ガスタンクと一端で連通連結し、他端を開口した炭酸ガス注入ノズルと、製氷管２内に原料水を供給するため原料水タンクと一端で連通連結し、他端を開口した水注入ノズルと、製氷管２内における余分な炭素ガスを製氷管２外へ排気するための排圧用ノズルと、製氷後に製氷管２の下端開口部３から炭酸氷を脱氷する際に炭酸氷を上から押圧する押圧脱氷手段としての脱氷用押圧ノズルと、二酸化炭素濃度計測器や温圧測定器などのセンサノズルと、の５つのノズルからなる。
【００７２】
これら機能性ノズルのうち水注入ノズルは、液体を霧状に吐出する吐出口を有した噴霧ノズルとして形成すれば、製氷管２内でミスト状に充填される原料水と、予め製氷管２内に収納された炭酸ガスとの接触面積が可及的大となり原料水に対して炭酸ガスを効果的に溶解させて炭酸水を生成することができる。
【００７３】
また炭酸ガス注入ノズル、水注入ノズルなどの気液の輸送を行う円筒状の気液輸送ノズル９６と機能孔９とは、その間に耐圧逆止構造３０を介在して連通する。
【００７４】
耐圧逆止構造３０は、製氷管２外から内部への気液流入時には開放状態とし気液流入終了後は流路を閉塞する構造であればよく、例えば、手動開閉式バルブなどの仕切弁構造や、スイング式逆止弁、ボール式逆止弁などを有した逆止弁構造を採用することができる。
【００７５】
仕切弁構造を採用した場合には気液流入前の製氷管２の内圧より高い圧力で気液を流入させて閉操作することにより流路を閉塞することにより、また、逆止弁構造を採用した場合には製氷管２外から内部への気液流入方向に対しては開放状態とし逆流方向に対しては閉塞状態とすることにより、それぞれ気液流入後の製氷管２内圧を保持することができる。
【００７６】
耐圧逆止構造３０の配設位置は、機能性ノズル９０と機能孔９との連通路中途部に介設されていればよく、例えば機能性ノズル９０内部に設けてもよいし、耐圧逆止構造３０を有して機能孔９と機能性ノズル９０に連結可能な逆止ユニットを付設することとしてもよい。
【００７７】
本実施形態に係る耐圧逆止構造３０は逆止弁構造であり、図８（ａ）に示すように、円筒状の気液輸送ノズル９６（機能性ノズル９０）内周壁に設けた支軸３１を介してノズルの軸方向に沿うように上下揺動自在に設けた弁支持アーム３２と、同弁支持アーム３２先端に一体的に設けられた弁本体３３と、弁本体３３より上流側の気液輸送ノズル９６内周壁から弁本体３３と当接可能に突出形成したドーナツ状の弁座３４と、により構築している。
【００７８】
支軸３１は気液輸送ノズル内壁に横架されており、弁支持アーム３２の基端を回動自在に軸支している。また、支軸３１と弁支持アーム３２との軸着部分には弁支持アーム３２を気液輸送ノズル９６の上流側に向かって常時付勢するねじりバネ３５を配設している。
【００７９】
弁座３４は、気液輸送ノズル９６の内径と同じ外径とし、その中央部に気液の流通孔３６を有したドーナツ形状の円盤であって、気液輸送ノズル９６内において弁本体３３より上流側の周壁から軸芯方向に直交する方向に突設している。
【００８０】
弁本体３３は流通孔３６の直径より大きく且つ気液輸送ノズル９６の直径より小さい円盤であり、弁本体３３の周端縁部が気液輸送ノズル９６の弁本体３３より下流側の弁座３４に当接するように弁支持アーム３２先端に連設されている。また、弁本体３３と弁座３４との当接面同士の間には、Ｏリング３７を介設している。
【００８１】
このような構成により、気液流通状態において弁本体３３は流通する原料水や炭酸ガスなどの気液により上流側から下流側へ付勢されて弁座３４から回動離隔して弁座３４の流通孔３６を開口状態とし、ノズル内流路を気液が流通可能な状態にして製氷管２内への気液輸送を可能としている。
【００８２】
一方で、気液流通停止状態においては、ねじりバネ３５の付勢応力と製氷管２内部へ圧入され逆流する気液の逆流付勢力とにより弁本体３３が下流側から上流側へ付勢されて弁座３４に当接密着して弁座３４の流通孔３６を閉塞状態とし、ノズル内流路における気液の逆流現象を防止することが可能となる。
【００８３】
また、図４（ｂ）に示すように、製氷管２内周面には主成分として炭素元素からなる非晶質組織を有する摩擦低減層２０を形成している。
【００８４】
ここで、「炭素元素を主成分とする非晶質組織」とは、炭素同士の結合構造としてＳＰ３結合による立方晶構造とＳＰ２結合による六方晶構造とが混在する非結晶構造を有したアモルファスカーボンを意図する。
【００８５】
より具体的には、炭素元素のみで組成されるテトラヘドラルアモルファスカーボン、水素を含有する水素化アモルファスカーボン、その他ケイ素、ニッケルクロム、タングステン、チタン、モリブデンなどの元素を含有するアモルファスカーボンが挙げられ、本実施形態においてはいずれのアモルファスカーボンであってもよい。
【００８６】
非晶質組織における立方晶構造と六方晶構造との比率は、立方晶構造が多いほど高硬度・低靭性を示し、六方晶構造の比率が多いほど低硬度・高靭性を示す。本実施形態における製氷管２内周面には、立方晶構造の比率を六方晶構造の比率より多くした高硬度・低靭性の摩擦低減層２０を形成している。
【００８７】
かかる摩擦低減層２０の形成方法は、製氷管２内周表面の略全域にわたって摩擦低減層を形成できれば特に限定されることはなく、例えば、熱CVD、プラズマCVDなどの化学的蒸着法、スパッタ法、真空蒸着法、イオンプレーティング法、レーザーアブレーション法、イオン注入法等の物理的蒸着法を採用することができる。なお、本実施形態では、物理的蒸着法のうち真空蒸着を採用している。
【００８８】
このような構成により、凸部表面に蒸着された炭素元素を主成分とする非晶質組織蒸着部分を製氷とスポット的に接触する接触面部とし、凹部を製氷管２内圧の高まりや製氷の膨張に伴う膨張応力の応力逃し部とし、摩擦低減層２０のき裂や剥離などの損耗を可及的防止でき、耐久性を向上することができる。
【００８９】
摩擦低減層２０の厚みは約0.5〜100μmとしている。摩擦低減層２０の厚みが0.5μm未満だと膜厚が不足して製氷管２の繰り返し使用により摩擦低減層２０が剥離、摩滅するといった耐久性の問題が生じる。
【００９０】
また、100μmを超える厚みの摩擦低減層２０を製氷管２内周面に均一厚みで形成することは困難であり却って生産性を低下させるばかりか層の形成に要する費用を高価にしてコスト的に不利となる。
【００９１】
従って、摩擦低減層２０は、厚みを約0.5〜100μmとすることで、耐久性と低摩擦性を製氷管２内周面に対して均一に付与すると共に生産コストを可及的低減化できる。
【００９２】
また、摩擦低減層２０の硬さ（ビッカース硬度）を1500Hv未満とすると、製氷の膨張圧により摩擦低減層２０の塑性変形が生起しやすくなり、内周面に微小な凹凸を生起したり摩耗しやすくなるなど耐久性や耐摩耗性が低くなる。
【００９３】
一方、摩擦低減層２０の硬さを7000Hvより超える硬さにすると、製氷の膨張圧に伴う製氷管２の弾性変形に合わせた摩擦低減層２０の靭性（弾性）が不足することとなり、摩擦低減層２０にき裂や剥離が生起して耐久性の問題が生じる。
【００９４】
従って、摩擦低減層２０の硬さを約1500〜7000Hvとすることで耐久性や耐摩耗性を備えた製氷管２とすることができる。
【００９５】
上述のような厚み、硬度で形成した摩擦低減層２０は摩擦係数を約0.05〜0.15とし、滑り性を良好としている。
【００９６】
なお、本実施形態の摩擦低減層２０は厚みを約1μmで形成することで、摩擦係数（ボールオンディスク法による計測値より算出）を約0.1、ビッカース硬度（インデンテーション法による計測値より算出）を約2000Hvとしている。
【００９７】
また、他の実施例として製氷管２の内周面全域に粗面加工を施すことで微細な凹凸表面を整然に形成し、この凹凸表面に摩擦低減層２０を上記形成方法により形成することとしてもよい。
【００９８】
すなわち、摩擦低減層２０は、製氷管２内周面に満遍なく点在露出する凸状の製氷接触部と、製氷管２内圧や製氷の膨張圧による応力に応じて製氷管２全域の弾性変形を促す凹状の弾性変形部を有することとしてもよい。
【００９９】
なお、製氷管２の内周面全域に粗面加工を施すにあたっては、電解研磨法、バフ研磨法、化学研磨法を採用することができる。
【０１００】
製氷管２の内周面は、最大高さ粗さRzが0.05μm未満だと製氷接触部が形成されない一方、Rzが10μmを超えると形成される摩擦低減層２０の摩擦係数が大きくなる。従って、製氷管２の内周面の最大高さ粗さRzは0.05〜10μmとすることが好ましい。
【０１０１】
このように製氷管２内周表面の略全域に形成した摩擦低減層２０により、液体窒素を冷媒とする極零下（約-196℃）であっても、製氷と製氷管２内周面との接合界面において、内周面への炭酸氷の着氷を可及的抑制することで製氷のせん断付着強度を下げると共に製氷と内周面との摺動摩擦抵抗を低下させることができる。
【０１０２】
特に、摩擦低減層２０は、製氷管２の下方拡開のテーパー形状と相俟って、炭酸水の凝固に伴う体積の膨張方向を製氷管２周壁のテーパー面に沿った傾斜方向へ促し、製氷管２に対する製氷の膨張圧負荷を可及的低減化することに寄与する。
【０１０３】
しかも、ミクロの視点でみれば高内圧条件（1Mpa〜2Mpa)の下で脱氷時に極零下-195℃付近から零下-70℃〜-20℃付近まで温度上昇するに伴い摩擦低減層２０が撓んで肉薄状となり摩擦低減層２０と製氷との間に間隙を形成し、製氷と製氷管内周面との周面摩擦抵抗の低下を助長している。
【０１０４】
すなわち、上下閉塞状態の製氷管２において、製氷管２特有のテーパー形状により、気液注入後の製氷管２内圧は製氷過程での製氷膨張圧の影響も相俟って製氷管２上部の方が製氷管２下部よりも高く、製氷管２周壁への圧力負荷は上部側の方が大きくなる。
【０１０５】
換言すれば、製氷管２周壁の上部から下部にかけて製氷管２軸芯から外方に向けてかかる圧力負荷の影響が低くなり、製氷管２及び摩擦低減層２０の撓み現象は製氷との接触面積が小さい上部側程大きく、製氷との接触面積が大きい下部側程低くなる。
【０１０６】
その結果、比較的厚みが変化しない摩擦低減層２０の下部側領域において、極零下における製氷は、厚みが一定の摩擦低減層２０を型枠として形成されることとなる。
【０１０７】
そして、製氷後に極零下（-196℃）から-70℃〜-20℃付近まで温度を上昇するに伴い摩擦低減層２０のヤング率が低くなることにより摩擦低減層２０にひずみが生じやすくなり、製氷管２内部の内圧付勢力により下部側の摩擦低減層２０の厚みが薄くなる。
【０１０８】
すなわち、製氷管２上部から下部にかけて極零下では膜厚が変化しない一方、極零下以上の温度にすることにより製氷管２内圧の影響を受けて膜厚を肉薄にする摩擦低減層２０を形成していることから、製氷管２内周面において製氷との接触面積が大きい上部側から下部側にかけて摩擦低減層２０と製氷との間にミクロな間隙を形成するできる。
【０１０９】
その結果、製氷の脱氷作業の際には、図９に示すように、製氷管２上部、すなわち上端開口部４の脱氷用押圧ノズル差込孔９１から脱氷用押圧ノズルにより下方押圧力を製氷管２内部の製氷に付与するだけで、製氷外周面を製氷管２内周面上で滑動させて製氷を下端開口部３から容易に抜き出すことができ、脱氷作業の手間を省略することができる。
【０１１０】
なお、押圧脱氷手段として脱氷用押圧ノズルの他に、炭酸ガスや窒素ガスなどのガスを使用してもよい。すなわち、製氷管２内の製氷上面と上部蓋体６との間に形成された後述の与圧空間へ炭酸ガスを加圧気味に充填することで、そのガス圧力により製氷を下方押圧して脱氷することとしてもよい。
【０１１１】
〔２．実施例２〕
以下、本発明に係る製氷装置の実施例２について詳説する。図１０は本実施例２に係る製氷装置Ｂの構成を示す平面図、図１１は製氷装置Ｂの構成を示す側断面図、図９は、製氷装置Ｂにおける脱氷工程を示す側断面図である。なお、以下において実施例１と構成を同じくする説明を省略する。
【０１１２】
実施例２に係る製氷装置Ｂは、実施例１に係る製氷装置Ａとは上下部蓋体６、７及びシーリング構造８を変形した点で異なる。すなわち、図１１に示すように、上下部蓋体６、７は、その一側端縁で液体窒素収容槽１に回動自在に枢支されると共に製氷管２の上下端開口部４、３を覆う平板で形成されている。
【０１１３】
また、本実施例に係る製氷装置Ｂにおける製氷管２は、図１０に示すように、液体窒素収容槽１の底面略中央部から一定間隔を隔てて放射状に１２本配置されている。
【０１１４】
これら複数の製氷管２において、上端開口部４には平面視で略中央部から所定間隔を隔てて放射状に形成された機能孔９を有する上部蓋用フランジ６０が同開口部４を略閉塞するように水平状に形成されている。
【０１１５】
すなわち、図１０及び図１１に示すように、上部蓋用フランジ６０は、製氷管２の上端開口部４を略閉塞状態としつつ複数のフランジ上面によりなす仮想水平面を形成し、上部蓋体６により各フランジに形成された機能孔９が完全閉塞される構成としている。また、上部蓋体６には、上部蓋用フランジ６０の機能孔９に対応する位置に図示しないガスケットが付設されている。
【０１１６】
また、図１１に示すように、下部蓋体７には複数の製氷管２の下端開口部３に対応する凸形状の閉塞突部７１が複数形成されている。この閉塞突部７１の頂部端面には、上部蓋体６と同様に図示しないガスケットが付設されている。
【０１１７】
また、上下部蓋体６、７の上下方には押圧シリンダー６１、７２がそれぞれ上下方向に作動するように設けられており、上下部蓋体６、７を閉塞した状態で押圧作動することで下端開口部３や上端の機能孔９の閉塞状態を堅実とするように構成している。
【０１１８】
なお、押圧シリンダーの数は特に限定されることはないが、各製氷管２の数に合わせて複数の押圧シリンダー６１、７２を設けることにより、製氷管２の軸線上で上下部蓋体６、７に鉛直方向の押圧力を作用させ、上下部蓋体６、７を下端開口部３や上部蓋用フランジ６０に密着させることにより下端開口部３や機能孔９を気密状に閉塞することを可能としている。
【０１１９】
また、原料水や炭酸ガスを製氷管２に注入する際には、図１２（ａ）に示すように、上部蓋体６を開操作して上部蓋用フランジ６０の機能孔９を露出させた状態で機能性ノズル９０を機能孔９に挿入して充填する。
【０１２０】
このような構成により、複数の製氷管２の上下端開口部４、３の開閉作業を短縮化することができる。また、製氷後は液体窒素収容槽１の一側下端縁に枢支されている下部蓋体７を解除レバー７ａを開操作し、下端開口部３を開状態とすることにより、図１２（ｂ）に示すように、製氷の製氷管２からの脱氷を行うと共に下部蓋体７を製氷のシューターとして機能させて後工程に搬送させることで脱氷直後の製氷への接触による低温火傷事故を防止している。
【０１２１】
〔３．実施例３〕
次に、本発明に係る製氷装置の実施例３について詳説する。図１３は本実施例３に係る製氷装置Ｃの構成を示す側断面図である。なお、以下において上述の実施例と構成を同じくする説明を省略する。
【０１２２】
実施例３に係る製氷装置Ｃにおいて、図１３に示すように、シーリング構造８は、
上下部蓋体６、７を製氷管２の上下方に配置されて回転しながら同一軸芯上で互いに近接離隔する上下ロッド６２、７２とし、製氷管２上下端部に上下方向に伸延形成し、上下ロッド先端部６３、７３と密着可能な上下連結部２４、２５として構築している。
【０１２３】
上下ロッド６２、７２は、上下部蓋体６、７及び炭酸ガスや原料水の流路として機能し、製氷管２の上下方で基端を回転上下動する駆動部に連結し、互いに軸芯周りに回転しながら上下方向に移動する。
【０１２４】
上下ロッド先端部６３、７３は、製氷管２の螺合部２４、２５に螺合外嵌され、内周面にそれぞれ雌ネジ部６２ａ、７２ａが螺刻された側面視凹状の螺合溝部としている。すなわち上下ロッド先端部６３、７３は内周面に雌ネジ部６２ａ、７２ａを形成した筒形状としている。
【０１２５】
また上ロッド６２内部には軸方向に沿って気液流路部６４が貫通形成されており、螺合溝部底面６２ｂには気液流路部６４の吐出口６５が開口形成されている。
【０１２６】
気液流路部６４は、その基端で炭酸ガスタンクや原料水タンクと接続しており、気液流路部６４中途に配設した耐圧逆止構造８０を介して上ロッド先端面６２ｂに形成した他端開口の吐出口６３から炭酸ガスや原料水などの気液を吐出可能としている。なお、このような気液流路部６４の数は限定されることはない。
【０１２７】
また、製氷管２の上下端開口部４、３近傍の外周面には上下ロッドの雌ネジ部６２ａ、７２ａとそれぞれ螺合可能な雄ねじ部２４ａ、２５ａを有した上下連結部２４、２５を形成している。
【０１２８】
すなわち、製氷管２は製氷の型枠部分であって下方拡開するテーパー部２３と、同テーパー部２３の上下端縁からそれぞれ上下方向に伸延形成し、その外周面に雄ネジ部２４ａ、２５ａが螺刻された筒状の上下連結部２４、２５と、を有している。
【０１２９】
なお、製氷管２の上下端部内周面に雌ネジ部を形成すると共に上下ロッド先端部６３、７３の外周面に雄ネジ部を形成することも可能であるが、製氷管２の外周面にネジ部を形成することで食品衛生に配慮した製氷を可能とした装置構成を実現できる。
【０１３０】
このような構成により上下ロッド先端部６３、７３と製氷管２の上下連結部２４、２５とが螺合して製氷管２の上下端開口部４、３をシーリングしつつ製氷管２内圧に抗した確実な閉塞をすることができると共に製氷管２内部と製氷管２外の炭酸ガスタンクや原料水タンクとの連通を可能とし、製氷工程における蓋体の開閉作業の手間を省略することができる。
【０１３１】
〔４．炭酸氷の製造方法〕
以下、本実施形態に係る製氷装置を使用した炭酸氷の製造方法について詳説する。図１４は、炭酸氷の製造工程を示すフローチャート図である。
【０１３２】
〔工程１〕
工程１は、製氷装置Ａにおいて液体窒素収容槽１に複数立設する製氷管２の上下端開口部４、３をそれぞれ上下部蓋体６、７によりクランプ８０を介して閉塞する閉塞工程Ｓ１１である。このように上下端開口部４、３が閉塞された製氷管２内部は気密状態が保持されている。
【０１３３】
〔工程２〕
工程２は、上下端開口部３閉塞状態の製氷管２内へ製氷の原料水の充填を行う原料水充填工程Ｓ１２である。原料水充填工程Ｓ１２では、上部蓋体６の水注入孔９２に水注入ノズルを挿入し、製氷管２内で所定の上部空間を形成する量の原料水を注入する。なお、本実施形態において原料水は約1.0〜1.2L充填する。
【０１３４】
かかる上部空間は、後述するパージ処理工程Ｓ１４において、炭酸水から溶存二酸化炭素がガス抜けしないように不活性ガスや炭酸ガスを充満させる与圧空間として機能すると共に、冷却工程Ｓ１５において炭酸水の凍結に伴う体積増加した製氷の逃し空間として機能する。
【０１３５】
原料水は、凍結後に炭酸氷となる液体であり、飲用水（水）だけでなく、一定の二酸化炭素が溶解した炭酸水を採用することができる。原料水として炭酸水を採用した場合には、後述する炭酸ガス圧入工程Ｓ１３でガス充填量を少なくすることができるが、所望とする炭酸飽和度への調整のし易さから原料水は飲用水（水）であることが好ましい。
【０１３６】
また、原料水は飲用水や炭酸水に呈味成分が混入されたものを採用することができる。呈味成分としては甘味料、酸味料、果汁、着色料、香料などを採用することができる。
【０１３７】
また、原料水の温度は特に限定されることはないが、約0℃〜10℃、好ましくは3〜7℃とすることにより炭酸ガスの溶存効率を向上することができる。
【０１３８】
〔工程３〕
工程３は、一定圧力下で炭酸ガスを製氷管２に圧入することにより炭酸水を生成する炭酸ガス圧入工程Ｓ１３である。炭酸ガス圧入工程Ｓ１３では、上部蓋体６の炭酸ガス注入孔９４に炭酸ガス注入ノズルを挿入して製氷管２内部に炭酸ガスを一定圧力で充填することにより、原料水に炭酸ガスを強制的に溶解させて炭酸水を生成する。
【０１３９】
炭酸ガスのガス充填圧は、生成する炭酸水における所望の炭酸飽和度に応じて適宜変更することが可能であるが、好ましくは0.7〜1.7Mpa、より好ましくは0.9〜1.2Mpaとすることにより炭酸氷における独特の発泡食感が得られる炭酸水を生成することができる。
【０１４０】
また、原料水充填工程Ｓ１２と炭酸ガス圧入工程Ｓ１３とは入れ替えること、すなわち密閉された製氷管２内に予め炭酸ガスを充満させた後、原料水を圧入充填することで炭酸水を生成することも可能である。
【０１４１】
水注入ノズルとして噴霧ノズルを採用した場合には、製氷管２内でミスト状に充填される原料水と炭酸ガスとの接触面積が可及的大となり原料水に対して炭酸ガスを効果的に溶解させて炭酸水を生成することができる。
【０１４２】
〔工程４〕
工程４は、与圧空間の外界空気を製氷管２外へ排気し、炭酸ガスや窒素ガスを充満させるパージ処理工程Ｓ１４である。パージ処理工程Ｓ１４では、与圧空間に炭酸ガス圧入工程Ｓ１３と略同程度の圧力0.7〜1.7Mpaで炭酸ガスを圧入することにより炭酸水をその上方から与圧すると共に製氷管２内圧を一定にすることができる。
【０１４３】
すなわち、与圧空間の外界空気を製氷管２外へ排気し一定圧力の炭酸ガスで充満させると共に炭酸水と炭酸ガスの気液平衡を維持する炭酸ガス圧力により製氷管２内圧を一定とし、所望とする炭酸水の炭酸飽和度を維持することができる。
【０１４４】
特に本発明では、冷却溶媒として液体窒素を採用していることから、炭酸ガスにより炭酸水を与圧することとしても、炭酸水に与圧用の炭酸ガスが溶解してしまう前に炭酸水が凍結する。
【０１４５】
その結果、製氷管２内圧を一定に維持した状態で炭酸水からの炭酸ガスのガス抜けを可及的抑制しつつガス圧を可及的低減化することができると共に不活性ガスに切り替える手間を省略することができる。なお、パージ処理工程Ｓ１４では、炭酸ガスに替えて不活性ガス、例えば窒素ガスにより炭酸水を与圧することができるのは勿論である。
【０１４６】
〔工程５〕
工程５は、液体窒素収容槽１内に液体窒素Ｎを貯溜して製氷管２内部の炭酸水を冷却工程Ｓ１５である。冷却工程Ｓ１５では、液体窒素タンク１００から液体窒素収容槽１へ液体窒素Ｎを供給して貯溜し、所定時間、冷却することで製氷管２内の炭酸水を冷凍して炭酸氷を生成する。
【０１４７】
特に、本実施形態に係る製氷装置Ａにおいて、液体窒素収容槽１の周壁には、ジャケット５を形成し、ジャケット５は内部を真空とした断熱壁としているため、液体窒素の保冷効果を集中的に製氷管２へ伝えることができ、冷却効果の散失による液体窒素のロスを可及的抑制して製氷効率を向上させることができる。
【０１４８】
液体窒素収容槽１内への液体窒素Ｎの貯溜量は、製氷管２内の炭酸水が凍結すれば特に限定されることはないが、製氷管２の外周面略全域を覆うよう量であることが好ましい。また、冷却時間は、所望とする原料水の種類、炭酸飽和度、容量により異なるが、概ね10〜15分の静置で完全に氷結凝固した炭酸氷が得られる。
【０１４９】
〔工程６〕
工程６は、炭酸氷を製氷管２から取出すための脱氷工程Ｓ１６である。脱氷工程Ｓ１６では、製氷管２内上部の与圧空間を常圧に戻し、液体窒素収容槽１の底部から槽外下方で露出状態の下端開口部３を開放して、製氷管２から炭酸氷の脱氷を行う。
【０１５０】
また、下端開口部３開放状態の製氷管２において、上端開口部４を開放状態にして又は上部蓋体６の脱氷用押圧ノズル差込孔９１に挿入した脱氷用押圧ノズルにより、又は製氷管２内の与圧空間に炭酸ガスや窒素ガスを圧入することにより、下向きの押圧力を炭酸氷に付与して下端開口部３から炭酸氷を容易に抜き出すことができる。
【０１５１】
特に本発明に係る製氷装置Ａの製氷管２は、下方拡開状のテーパー形状としていることから、製氷管の耐圧性を高めると共に、炭酸水の凝固に伴う体積膨張の影響、すなわち製氷の製氷管２の軸線方向と直交する方向へ膨張する押圧力が製氷管２内周面に作用しにくくなり、内周面のテーパー形状に沿った体積膨張を助長して製氷管２に対する負荷を可及的低減化している。
【０１５２】
その結果、製氷管２内の炭酸氷は液体窒素収容槽１の底部外下方に露出状態の下端開口部３から取り出されるため複数の製氷管２を液体窒素収容槽１外から取り出す必要もなく、容易に炭酸氷のみを脱氷することが可能となり、ケースからの脱氷作業が迅速容易に行える。
【０１５３】
更には、製氷管２の内周面には主成分として炭素元素からなる非晶質組織を有する摩擦低減層２０を形成していることから、製氷管２の下方拡開状のテーパー形状と相俟って迅速容易に製氷を取り出すことを可能としている。
【０１５４】
なお、脱氷直後の炭酸氷は温度約-75℃の錘台形状の氷塊であり、高硬度を有する。従って、炭酸氷を氷菓子の製品形態である氷薄片状とするため破砕機に供する場合には、破砕機の破砕刃が破損しないように保管庫で約一昼夜保管することで温度を約-25℃付近まで上昇させた炭酸氷を用いる。
【０１５５】
このように本発明に係る製氷装置によれば、製氷装置の構造に一定の工夫を施すと共に、製氷ケースとなる製氷管の内周面には主成分として炭素元素からなる非晶質組織を有する摩擦低減層を形成することにより製氷管から製氷を迅速に取り出すことが可能となる。
【０１５６】
すなわち本発明に係る製氷装置は、従来技術に比して構造的にシンプルで比較的安価に製造できるばかりか製氷時間を短縮することができるため、製氷装置を複数設置することで連続バッジ式による製氷を可能とし、炭酸氷の大量生産をすることができる。
【０１５７】
最後に、上述した各実施の形態の説明は本発明の一例であり、本発明は上述の実施の形態に限定されることはなく、各実施の形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。
【符号の説明】
【０１５８】
Ａ  製氷装置
１  液体窒素収容槽
２  製氷管
３  下端開口部
４  上端開口部
５  ジャケット
６  上部蓋体
７  下部蓋体
【図１】
2019007658.tif 000003
【図２】
2019007658.tif 000004
【図３】
2019007658.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2019007658.tif 000009
【図８】
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【図９】
2019007658.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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