(57)【要約】【課題】炭酸氷の製造を自動化して大量生産することが可能な炭酸氷製造装置及び製造方法を提供する。【解決手段】炭酸水を氷結させて炭酸氷を製造する炭酸氷製造装置１０であって、炭酸水を貯留する炭酸水用耐圧容器１１と、炭酸水用耐圧容器１１から供給される炭酸水を貯留して氷結させる耐圧製氷容器１２と、耐圧製氷容器１２を冷却する冷却手段４３及び加温する加温手段４４と、耐圧製氷容器１２内を真空にする真空ポンプ１５と、耐圧製氷容器１２内に炭酸ガスを送給する炭酸ガス送給手段１６と、設定水位まで炭酸水が注水された耐圧製氷容器１２内に不活性ガスを送給する不活性ガス送給手段１７と、耐圧製氷容器１２の下面に設けられた炭酸氷排出口に接続され、炭酸氷排出口と同じ若しくはそれを超える口径を有する電動ボール弁１４とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭酸水を氷結させて炭酸氷を製造する装置であって、
炭酸水を貯留する炭酸水用耐圧容器と、前記炭酸水用耐圧容器から供給される炭酸水を貯留して氷結させる耐圧製氷容器と、前記耐圧製氷容器を冷却する冷却手段及び加温する加温手段と、前記耐圧製氷容器内を真空にする真空ポンプと、前記耐圧製氷容器内に炭酸ガスを送給する炭酸ガス送給手段と、設定水位まで炭酸水が注水された前記耐圧製氷容器内に不活性ガスを送給する不活性ガス送給手段と、前記耐圧製氷容器の下面に設けられた炭酸氷排出口に接続され、前記炭酸氷排出口と同じ若しくはそれを超える口径を有する電動ボール弁とを備えることを特徴とする炭酸氷製造装置。
【請求項２】
請求項１記載の炭酸氷製造装置を用いた炭酸氷の製造方法であって、
前記真空ポンプを作動して前記耐圧製氷容器内を真空にする第１工程と、
真空にされた前記耐圧製氷容器内に、前記炭酸ガス送給手段により炭酸ガスを送給する第２工程と、
炭酸ガス雰囲気の前記耐圧製氷容器内に、前記炭酸水用耐圧容器から炭酸水を設定水位まで注水する第３工程と、
設定水位まで炭酸水が注水された前記耐圧製氷容器内に、前記不活性ガス送給手段により不活性ガスを送給して前記耐圧製氷容器内の炭酸水を加圧する第４工程と、
前記冷却手段により前記耐圧製氷容器を冷却して該耐圧製氷容器内の炭酸水を氷結させる第５工程と、
前記加温手段により前記耐圧製氷容器を加温して前記耐圧製氷容器の内面から炭酸氷を剥離させる第６工程と、
前記電動ボール弁を開いて前記炭酸氷排出口から炭酸氷を排出する第７工程とを備えることを特徴とする炭酸氷製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭酸水を氷結させて炭酸氷を製造する装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭酸水を氷結させて炭酸氷を得ることができれば、炭酸氷を適当な大きさに割って飲み物に入れたり、炭酸飲料に入れて炭酸の濃度を下げないようにしたり、そのまま食して新しい食感が得られることから大きな需要が期待できるが、炭酸氷の製造は困難とされている。なぜなら、炭酸水を氷結させようとすると、氷の結晶化が進むにつれて炭酸水に含まれている炭酸が大気中に放出されてしまうからである。
【０００３】
そこで、特許文献１では、炭酸ガス入りの製氷原水が注水される耐圧製氷容器と、加圧媒体が供給されることで膨脹し、耐圧製氷容器内に注水されている製氷原水面に接触するよう、耐圧製氷容器内に配装されている中空弾性加圧嚢と、耐圧製氷容器をその外部から冷却するブライン包覆部、同じく中心側から冷却する中央ブライン供給部からなる冷却手段とを備えたことを特徴とする炭酸入り氷の製造装置の発明が開示されている。
また、特許文献２では、製氷原水を耐圧容器に所定の位置まで注水し、前記製氷原水にアルコール類と炭酸ガスを溶解させて不溶性ガスにて加圧し、耐圧容器を冷却して前記製氷原水を凍結させることを特徴とする炭酸入り氷の製造方法の発明が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−１２０１２３号公報
【特許文献２】特開２０１４−２１９１９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１及び２の発明は、耐圧（製氷）容器の上蓋を外して耐圧（製氷）容器内に製氷原水を注水し、製氷後に再び耐圧（製氷）容器の上蓋を外して耐圧（製氷）容器内の炭酸氷を取り出さなければならないため、炭酸氷を大量に自動生産することができない。
【０００６】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、炭酸氷の製造を自動化して大量生産することが可能な炭酸氷製造装置及び製造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】
上記目的を達成するため、第１の発明は、炭酸水を氷結させて炭酸氷を製造する装置であって、
炭酸水を貯留する炭酸水用耐圧容器と、前記炭酸水用耐圧容器から供給される炭酸水を貯留して氷結させる耐圧製氷容器と、前記耐圧製氷容器を冷却する冷却手段及び加温する加温手段と、前記耐圧製氷容器内を真空にする真空ポンプと、前記耐圧製氷容器内に炭酸ガスを送給する炭酸ガス送給手段と、設定水位まで炭酸水が注水された前記耐圧製氷容器内に不活性ガスを送給する不活性ガス送給手段と、前記耐圧製氷容器の下面に設けられた炭酸氷排出口に接続され、前記炭酸氷排出口と同じ若しくはそれを超える口径を有する電動ボール弁とを備えることを特徴としている。
【０００８】
また、第２の発明は、第１の発明に係る炭酸氷製造装置を用いた炭酸氷の製造方法であって、以下の工程を備えることを特徴としている。
（１）前記真空ポンプを作動して前記耐圧製氷容器内を真空にする工程
（２）真空にされた前記耐圧製氷容器内に、前記炭酸ガス送給手段により炭酸ガスを送給する工程
（３）炭酸ガス雰囲気の前記耐圧製氷容器内に、前記炭酸水用耐圧容器から炭酸水を設定水位まで注水する工程
（４）設定水位まで炭酸水が注水された前記耐圧製氷容器内に、前記不活性ガス送給手段により不活性ガスを送給して前記耐圧製氷容器内の炭酸水を加圧する工程
（５）前記冷却手段により前記耐圧製氷容器を冷却して該耐圧製氷容器内の炭酸水を氷結させる工程
（６）前記加温手段により前記耐圧製氷容器を加温して前記耐圧製氷容器の内面から炭酸氷を剥離させる工程
（７）前記電動ボール弁を開いて前記炭酸氷排出口から炭酸氷を排出する工程
【０００９】
本発明では、炭酸水を貯留する炭酸水用耐圧容器から耐圧製氷容器に炭酸水を供給して耐圧製氷容器内の炭酸水を不活性ガスで加圧し、耐圧製氷容器を冷却して炭酸水を氷結させた後、耐圧製氷容器を加温して耐圧製氷容器の内面から炭酸氷を剥離させ、電動ボール弁を開いて炭酸氷排出口から炭酸氷を排出する一連の作業が自動化されている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る炭酸氷の製造装置及び製造方法では、炭酸氷の製造から排出までの一連の作業が自動化されているので、作業時間のロスがなく、炭酸氷を大量生産することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施の形態に係る炭酸氷製造装置の構成を示すブロック図である。
【図２】同炭酸氷製造装置を構成する耐圧製氷容器の斜視図である。
【図３】（Ａ）は電動ボール弁の平面図、（Ｂ）は電動ボール弁が開いたときの側断面図、（Ｃ）は電動ボール弁が閉じたときの側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態について説明し、本発明の理解に供する。
【００１３】
本発明の一実施の形態に係る炭酸氷製造装置１０の構成を図１に示す。
炭酸氷製造装置１０は、炭酸水の製造に使用され製造後の炭酸水を貯留する炭酸水用耐圧容器１１と、炭酸水用耐圧容器１１から供給される炭酸水を貯留して氷結させる耐圧製氷容器１２と、炭酸水用耐圧容器１１内及び耐圧製氷容器１２内を真空にする真空ポンプ１５と、炭酸水用耐圧容器１１内及び耐圧製氷容器１２内に炭酸ガスを送給する炭酸ガスボンベ（炭酸ガス送給手段）１６と、設定水位まで炭酸水が注水された耐圧製氷容器１２内に不活性ガスを送給する不活性ガスボンベ（不活性ガス送給手段）１７とを備えている。
【００１４】
真空ポンプ１５は、配管５１、５０を介して炭酸水用耐圧容器１１に接続され、配管５１、５４、５２を介して耐圧製氷容器１２に接続されている。配管５１の経路上には電動弁２３が、配管５４の経路上には電動弁２５がそれぞれ設置されている。
【００１５】
炭酸ガスボンベ１６から炭酸水用耐圧容器１１へは配管５２、５０を介して、炭酸ガスボンベ１６から耐圧製氷容器１２へは配管５２を介して、それぞれ炭酸ガスが送給される。配管５０の経路上には電動弁２６と逆止弁３６が、配管５２の経路上には電動弁２７と逆止弁３７がそれぞれ設置されている。
【００１６】
不活性ガスボンベ１７から耐圧製氷容器１２へは配管５３を介して不活性ガスが送給される。配管５３の経路上には電動弁２８が設置されている。
なお、不活性ガスには窒素やアルゴン等を使用することができる。
【００１７】
炭酸水用耐圧容器１１には、炭酸水用耐圧容器１１内に原料水を注水するための電動弁２１付きの配管４５と、原料水が設定水位になると作動して注水を停止させるレベル計３９が設置されている。
また、炭酸水用耐圧容器１１内の原料水を炭酸化させるため、炭酸水用耐圧容器１１には、炭酸水用耐圧容器１１内の原料水（炭酸水）を循環させる設備が設置されている。具体的には、炭酸水用耐圧容器１１内の原料水（炭酸水）を循環させる循環ポンプ１８と、循環させた原料水（炭酸水）を炭酸水用耐圧容器１１内に噴射するスプレーノズル３８と、循環ポンプ１８とスプレーノズル３８とを繋ぐ配管４６、４７及び三方弁３４が設置されている。
【００１８】
炭酸水用耐圧容器１１から耐圧製氷容器１２へ炭酸水を供給する際は、三方弁３４を切り替えて循環ポンプ１８を作動させ、配管４６、４８を介して耐圧製氷容器１２に炭酸水を供給する。配管４８の経路上には電動弁２２と逆止弁３５が設置されている。
その際、炭酸水用耐圧容器１１内の圧力と耐圧製氷容器１２内の圧力を同じレベルにするため、炭酸水用耐圧容器１１と耐圧製氷容器１２は、均圧弁３３を有する配管４９により接続されている。
【００１９】
耐圧製氷容器１２は竪型円筒状とされ、下面に設けられた炭酸氷排出口（図示省略）には炭酸氷排出口と同じ若しくはそれを超える口径を有する電動ボール弁１４が接続されている（図２参照）。
電動ボール弁１４は、炭酸氷排出口に接続される管体１４ａと、管体１４ａ内に嵌め込まれたボール１４ｃを回動軸１４ｄを介して回動させるアクチュエータ１４ｂとから構成されている（図３（Ａ）〜（Ｃ）参照）。ボール１４ｃの中央部には、炭酸氷排出口と同じ若しくはそれを超える口径を有する貫通孔が形成されており、回動軸１４ｄを±９０°回動させることにより電動ボール弁１４が開閉する。
【００２０】
一方、耐圧製氷容器１２の上面はフランジ１２ａで封止され、フランジ１２ａを貫通する配管５２、５３、５５を介して、炭酸ガスボンベ（炭酸ガス送給手段）１６、不活性ガスボンベ（不活性ガス送給手段）１７、排気用の電動弁２４及び圧力センサー４０にそれぞれ接続されている。
【００２１】
耐圧製氷容器１２を冷却及び加温するため、耐圧製氷容器１２の周壁１３は二重管構造とされ、二重管の内部をブラインが循環する。
耐圧製氷容器１２を冷却する際は、冷却用ブラインタンク（冷却手段）４３から配管５６を介して冷却用ブラインが耐圧製氷容器１２の周壁１３に流入する。耐圧製氷容器１２の周壁１３から流出した冷却用ブラインは配管５８を介して冷却用ブラインタンク４３に流入する。配管５６上には循環ポンプ１９と電動弁３１が、配管５８上には電動弁３０が設置されている。
一方、耐圧製氷容器１２を加温する際は、加温用ブラインタンク（加温手段）４４から配管５７を介して加温用ブラインが耐圧製氷容器１２の周壁１３に流入する。耐圧製氷容器１２の周壁１３から流出した加温用ブラインは配管５９を介して加温用ブラインタンク４４に流入する。配管５７上には循環ポンプ２０と電動弁３２が、配管５９上には電動弁２９が設置されている。
【００２２】
なお、上述した電動弁を含む各機器の制御には、図示していないＰＬＣ（プログラマブル・ロジック・コントローラ）が使用される。
【００２３】
次に、上記構成を有する炭酸氷製造装置１０を用いた炭酸氷の製造方法について説明する。
炭酸氷の製造方法は、大きく分けて、炭酸水の製造、炭酸水の耐圧製氷容器への注入、炭酸氷の製造の３つのプロセスから構成される。以下、順に説明する。
【００２４】
［炭酸水の製造］
（１）電動弁２３を開けて真空ポンプ１５を作動させ、炭酸水用耐圧容器１１内を真空にする。
（２）真空引きが完了した時点で電動弁２３を閉じ、真空ポンプ１５を停止する。
【００２５】
（３）電動弁２１を開き、原料水を炭酸水用耐圧容器１１に注入する。炭酸の溶解度を上げるため、原料水は、できるだけ０℃近い低温水が良い。
（４）原料水が設定水位になるとレベル計３９が作動し、電動弁２１が閉じる。
【００２６】
（５）電動弁２６を開き、炭酸ガスボンベ１６から炭酸水用耐圧容器１１へ炭酸ガスを送給する。注入圧力は、炭酸氷の炭酸濃度を予め想定し適宜決定する。概ね０．１５ＭＰａ〜１．０ＭＰａ程度である。
（６）炭酸ガスの送給が完了した時点で電動弁２６を閉じる。
【００２７】
（７）三方弁３４のＢ弁を閉じてＡ弁を開き、循環ポンプ１８を作動させる。これにより、スプレーノズル３８から炭酸水用耐圧容器１１内に原料水（炭酸水）が噴射され、炭酸水用耐圧容器１１内の原料水（炭酸水）が循環混合される。水量にもよるが３分〜３０分程度で炭酸水は最大濃度に達する。
（８）原料水の炭酸化作業が完了した時点で循環ポンプ１８を停止する。
【００２８】
［炭酸水の耐圧製氷容器への注入］
（１）電動弁２５を開け、電動ボール弁１４を閉じて真空ポンプ１５を作動させ、耐圧製氷容器１２内を真空にする。
（２）真空引きが完了した時点で電動弁２５を閉じ、真空ポンプ１５を停止する。
【００２９】
（３）電動弁２７を開き、炭酸ガスボンベ１６から耐圧製氷容器１２へ炭酸ガスを送給する。注入圧力は、前述したように、概ね０．１５ＭＰａ〜１．０ＭＰａ程度である。
（４）炭酸ガスの送給が完了した時点で電動弁２７を閉じる。
【００３０】
（５）電動弁２２と均圧弁３３を開くと共に、三方弁３４のＡ弁を閉じてＢ弁を開いて循環ポンプ１８を作動させ、炭酸水用耐圧容器１１から炭酸ガス雰囲気の耐圧製氷容器１２へ炭酸水を供給する。その際、炭酸水の凍結膨張による容器破壊を防止するため、炭酸水の体積の少なくとも２割以上の空間を耐圧製氷容器１２の上方に設ける。
（６）炭酸水用耐圧容器１１から耐圧製氷容器１２への炭酸水の供給が完了（設定水位まで注水）した時点で循環ポンプ１８を停止し、電動弁２２と均圧弁３３を閉じる。
【００３１】
［炭酸氷の製造］
（１）電動弁２８を開き、不活性ガスボンベ１７から耐圧製氷容器１２へ不活性ガスを送給して耐圧製氷容器１２内の炭酸水を加圧する。注入圧力は１．０ＭＰａ〜１．５ＭＰａ程度である。
（２）不活性ガスの送給が完了した時点で電動弁２８を閉じる。
【００３２】
（３）電動弁３１と電動弁３０を開き、循環ポンプ１９を作動させ、冷却用ブラインタンク４３からの冷却用ブラインにより耐圧製氷容器１２を冷却して製氷を開始する。冷却用ブラインの温度は−２０℃程度である。
（４）製氷が完了した時点で、電動弁３１と電動弁３０を閉じ、循環ポンプ１９を停止する。
【００３３】
（５）電動ボール弁１４と電動弁２４を開く。
（６）電動弁３２と電動弁２９を開き、循環ポンプ２０を作動させ、加温用ブラインタンク４４からの加温用ブラインにより耐圧製氷容器１２を加温して脱氷を開始する。加温用ブラインの温度は１０℃〜４０℃程度である。耐圧製氷容器１２の内面から炭酸氷が剥離すると、炭酸氷は自重により電動ボール弁１４から外部に排出される。
（７）脱氷が完了した時点で、電動弁３２と電動弁２９を閉じ、循環ポンプ２０を停止する。
【００３４】
以上、本発明の一実施の形態について説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。例えば、上記実施の形態では、炭酸水用耐圧容器及び耐圧製氷容器は各１個としているが、それぞれ複数個としてもよい。
【符号の説明】
【００３５】
１０：炭酸氷製造装置、１１：炭酸水用耐圧容器、１２：耐圧製氷容器、１２ａ：フランジ、１３：周壁、１４：電動ボール弁、１４ａ：管体、１４ｂ：アクチュエータ、１４ｃ：ボール、１４ｄ：回動軸、１５：真空ポンプ、１６：炭酸ガスボンベ（炭酸ガス送給手段）、１７：不活性ガスボンベ（不活性ガス送給手段）、１８〜２０：循環ポンプ、２１〜３２：電動弁、３３：均圧弁、３４：三方弁、３５〜３７：逆止弁、３８：スプレーノズル、３９：レベル計、４０：圧力センサー、４３：冷却用ブラインタンク（冷却手段）、４４：加温用ブラインタンク（加温手段）、４５〜５９：配管
【図１】
2019045101.tif 000003
【図２】
2019045101.tif 000004
【図３】
2019045101.tif 000005