(57)【要約】      （修正有）【課題】窒素氷を効率的かつ大量に製造できる窒素氷製造装置及び冷却機器を提供する。【解決手段】水中の溶存酸素を窒素ガス置換した水を凍らせた窒素氷を生産する装置であって、周囲の大気からの気体の侵入を遮断する気密性を持つ水タンク３０と、通過する水に対して窒素ガスを注入する窒素ガス注入器２８と、大気中から窒素ガスを抽出し、抽出した窒素ガスを窒素ガス注入器に対して供給する窒素ガス抽出器１４と、水タンク内の水を窒素ガス置換した水とするために、水タンクから水を取り出し、窒素ガス注入器を通過させ、水タンクに戻すように水を循環させる水循環手段３１，２０，３２，２２と、水タンクから取り出された窒素ガス置換した水を凍らせて窒素氷を製造する製氷機４０と、を備える。【選択図】図１
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
水中の溶存酸素を窒素ガス置換した水を凍らせた氷である窒素氷を製造するための窒素氷製造装置であって、
周囲の大気からの気体の侵入を遮断する気密性を持つ水タンク(30)と、
通過する水に対して窒素ガスを注入する窒素ガス注入器(28)と、
大気中から窒素ガスを抽出し、抽出した窒素ガスを前記窒素ガス注入器(28)に対して供給する窒素ガス抽出器(14)と、
前記水タンク(30)内の水を窒素ガス置換した水とするために、前記水タンク(30)から水を取り出し、前記窒素ガス注入器(28)を通過させ、前記水タンク(30)に戻すように水を循環させる水循環手段(31,20,32,22)と、
前記水タンク(30)から取り出された窒素ガス置換した水を凍らせて窒素氷を製造する製氷機(40)と、を備えたことを特徴とする窒素氷製造装置。
【請求項２】
請求項１に記載した窒素氷製造装置であって、前記水タンク(30)内の水を冷却する冷却装置を設けたことを特徴とする窒素氷製造装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載した窒素氷製造装置であって、前記製氷機(40)に対して窒素ガスを送り込む手段を備え、前記製氷機(40)における製氷過程において、窒素ガスを送り込みつつ、製氷を行うことを特徴とする窒素氷製造装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載した窒素氷製造装置であって、
前記水タンク(30)が同様の機能をもつ２槽からなり、各槽と窒素ガス注入器(28)との間での水の循環が可能であり、かつ、各槽から窒素ガス置換した水を取り出して前記製氷機(40)にて窒素氷を製造可能であることを特徴とする窒素氷製造装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載した窒素氷製造装置であって、
前記製氷機(40)が製造した窒素氷を砕く砕氷機(50)と、
窒素氷を貯蔵する貯氷室（60）と、
前記貯氷室に貯蔵された窒素氷を掻き均す掻き均し器と、
前記掻き均し器によって掻き取られた窒素氷を計量する計量器（70）と、
前記計量器によって計量された窒素氷を出荷する出荷装置（80）とを、さらに備えたことを特徴とする窒素氷製造装置。
【請求項６】
業務用又は家庭用の冷凍庫、冷蔵庫又は冷凍冷蔵庫である冷却機器であって、請求項１〜４のいずれかに記載した窒素氷製造装置を、製氷装置として組み込んだことを特徴とする冷却機器。
【請求項７】
請求項６に記載の冷却機器において、冷凍室、貯氷室、冷蔵室、チルド室及び野菜室のうちの１又は複数の室と、前記１又は複数の室の各々を真空引きする減圧手段と、前記１又は複数の室の各々に対して窒素ガスを送り込む窒素ガス供給手段とを備え、前記１又は複数の室の各々の密閉時に前記減圧手段により減圧した後、前記窒素ガス供給手段により窒素ガスを供給することにより、前記１又は複数の室内の大気を窒素置換することを特徴とする冷却機器。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、窒素水（水中の溶存酸素を窒素ガス置換した水）を凍らせた氷、窒素氷を製造する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、陸上におけるプラントとしてのシャーベット氷製造システムが開示されている。
特許文献２には、窒素ガス封入氷製造装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１６９３２２号公報
【特許文献２】特開２００７−１５５１７２号公報
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献２の窒素ガス封入氷製造装置は、特に漁船内で窒素氷を製造し、魚の鮮度を保つのに有用な考案である。窒素氷を陸上装置において製造する場合には、製造場所と使用場所との距離および時間の隔たりがある得るという事情を踏まえて、適切な装置を構成する必要がある。
本考案が解決しようとする課題は、窒素氷を陸上において製造するのに適切な構成を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決すべく、本考案の窒素氷製造装置は、以下の構成を有する。
本考案の第１の態様は、水中の溶存酸素を窒素ガス置換した水を凍らせた氷である窒素氷を製造するための窒素氷製造装置であって、周囲の大気からの気体の侵入を遮断する気密性を持つ水タンク(30)と、通過する水に対して窒素ガスを注入する窒素ガス注入器(28)と、大気中から窒素ガスを抽出し、抽出した窒素ガスを前記窒素ガス注入器(28)に対して供給する窒素ガス抽出器(14)と、前記水タンク(30)内の水を窒素ガス置換した水とするために、前記水タンク(30)から水を取り出し、前記窒素ガス注入器(28)を通過させ、前記水タンク(30)に戻すように水を循環させる水循環手段(31,20,32,22)と、前記水タンク(30)から取り出された窒素ガス置換した水を凍らせて窒素氷を製造する製氷機(40)と、を備えたことを特徴とする。
【０００６】
さらに、上記窒素氷製造装置において、前記水タンク(30)内の水を冷却する冷却装置を設けたことが、好適である。
さらに、上記窒素氷製造装置において、前記製氷機(40)に対して窒素ガスを送り込む手段を備え、前記製氷機(40)における製氷過程において、窒素ガスを送り込みつつ、製氷を行うことが、好適である。
さらに、上記窒素氷製造装置において、前記水タンク(30)が同様の機能をもつ２槽からなり、各槽と窒素ガス注入器(28)との間での水の循環が可能であり、かつ、各槽から窒素ガス置換した水を取り出して前記製氷機(40)にて窒素氷を製造可能であることが、好適である。
【０００７】
さらに、上記窒素氷製造装置において、前記製氷機(40)が製造した窒素氷を砕く砕氷機(50)と、窒素氷を貯蔵する貯氷室（60）と、前記貯氷室に貯蔵された窒素氷を掻き均す掻き均し器と、前記掻き均し器によって掻き取られた窒素氷を計量する計量器（70）と、前記計量器によって計量された窒素氷を出荷する出荷装置（80）とを備えたことが好適である。
【０００８】
本考案の第２の態様は、業務用又は家庭用の冷凍庫、冷蔵庫又は冷凍冷蔵庫である冷却機器であって、上記いずれかの窒素氷製造装置を、製氷装置として組み込んだことを特徴とする。
さらに、上記冷却機器において、冷凍室、貯氷室、冷蔵室、チルド室及び野菜室のうちの１又は複数の室と、前記１又は複数の室の各々を真空引きする減圧手段と、前記１又は複数の室の各々に対して窒素ガスを送り込む窒素ガス供給手段とを備え、前記１又は複数の室の各々の密閉時に前記減圧手段により減圧した後、前記窒素ガス供給手段により窒素ガスを供給することにより、前記１又は複数の室内の大気を窒素置換することを特徴とする。
【考案の効果】
【０００９】
この窒素氷製造装置の運転の仕方（作用）を概説すると、次のとおりである。
まず、水タンクに水（水道水、地下水、海水、人工味付水、人工海水など）をほぼ満タンに近い状態まで入れる。次に、循環ポンプを運転し、水タンク内の水を窒素ガス注入器を通して元の水タンクに戻す循環をさせる。そして、エアコンプレッサーを運転して周囲の大気を窒素ガス抽出器に送り込む。すると窒素ガス抽出器は、酸素を横の口から放出し、窒素ガスに富んだ気体を窒素ガス注入器の注入ノズルを介して、前記循環する水に溶かし込む。水タンク内の水が循環ポンプにより循環し、窒素ガス注入器を通るときに窒素ガスを溶かし込まれるので、水タンク内の水は、徐々に窒素ガスが多く溶け込んだ水となる。水の中に窒素ガスが溶け込むので、それまで水に溶けていた酸素は、追い出されて、水タンクの上部の空間にたまる。タンク上部にたまった酸素は、気体放出口から放出される。この気体放出口は、外部からの侵入を許さない構造であり、大気中の酸素がタンク内の水に溶け込むことがない。１０時間程度運転し続けると、２０トンの水を９９パーセント窒素が溶け込んだ水にすることが可能である。
こうして、水タンク内の水は、窒素を多く含む水となる。必要に応じて水タンク内の水は冷却される。たとえば、摂氏５度程度に冷却される。水は温度が低いほど気体を多く溶け込ませることが知られている。水タンクには、温度計と溶存酸素計とが取り付けられており、これらの計器の指針を読むことにより、水タンク内の窒素水がどれほど窒素を含んだ水となったかを知ることができる。
【００１０】
次に、窒素を多く含有する水が、製氷機まで運ばれて窒素氷を製造する。この製氷機は、瞬時に水を凍らせるタイプのものを用いることが望ましい。たとえば、鉛直に立てた金属プレートに冷却装置とヒータとの双方を仕込んだものを用い、その金属プレートをマイナス２５度まで冷却した状態で、上から窒素水を垂らす。水を垂らす速度を調整して、水が下に落ちるまでにすべて凍結するようにする。２０分程度この操作を続けると適度な厚さの板上の氷ができる。そこで、窒素水を垂らすのをやめ、金属プレートを冷却するのをやめる。そして、逆にヒータを作動させると、板状の氷は金属プレートからはがれて落下する。落下の衝撃で砕けた窒素氷をさらにベルトコンベアで砕氷機まで運び、適度の大きさにさらに砕く。砕かれた窒素氷を貯氷室まで運ぶ。
貯氷室では、適度な大きさの氷が大気中において、山のように貯蔵されており、氷を貯蔵するのに適切な温度管理がなされる。山状に積まれた氷は、熊手の形のレーキにより掻き均される。レーキにより掻き取られた窒素氷は、計量器で計量されて、出荷装置により出荷される。トラックの荷台への出荷の際には、計量した窒素氷がそのままトラックの荷台まで運ばれる。袋詰めの出荷の場合には、たとえば２０キログラム入りの袋に袋詰めされて出荷される。
【００１１】
本考案の窒素氷製造装置は、このような構成をもち、上述のように作用するから、窒素を多く含む氷を短時間で大量に製造できる。
窒素氷は、酸素を含まないため、酸化を防止し、鮮度を保つのに有用な氷である。
前記水タンク、前記製氷機、前記貯氷室をいずれも一つの筐体に収めることで店舗用、家庭用で用いる窒素氷製造装置を構成できる。
また、氷製造の際には窒素を多く含有する氷を短時間で急激に冷却して製造するが、保存、貯蔵の際には大気中で作業がなされるため、事後的にくっつくことが知られる。しかし通常の氷（窒素を含まない水を凍らせた氷）が事後的にくっついた部分を離しづらいのと比べると、窒素氷の場合は事後的にくっついた部分が離れやすく、扱いやすい。これが窒素氷の特徴の一つである。事後的に凍る部分（外部）は氷の結晶構造が酸素を含むものとなり、内部の窒素を含む結晶構造とは異なるものとなるのが理由だと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、窒素氷製造装置の全体構成を示す図である。
【考案を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照しつつ本考案の実施形態を説明する。
図１は、窒素氷製造装置の全体構成を示す図である。エアコンプレッサー１０は、大気を圧縮して圧縮空気送りパイプ１１を介して窒素ガス抽出器１４に送るエアコンプレッサーである。たとえば株式会社日立産機システムのオイルフリーベビコン（登録商標）を用いることができる。供給エア圧力が０．５から０．９メガパスカルのものを用いる。
【００１４】
窒素ガス抽出器１４は、ポリイミド中空糸膜からなる窒素分離膜を設けた圧力容器の一端に圧縮空気を取り込み、横の口から酸素をパージ（排出）し、圧力容器の多端から窒素ガスを取出すものである。気体の種類により膜の透過速度が異なることを利用したものであり、たとえば、大阪市東淀川区の株式会社片山化学工業研究所が製造する脱気装置「リプレル」（登録商標）を用いることができる。この脱気装置は、窒素ガス抽出器１４と窒素ガス送りパイプ１５と窒素ガス注入器２８とを一体的に構成した装置として提供されている。窒素ガス送りパイプ１５は、０．８メガパスカルの窒素ガスの圧力に耐えられる構造をもつ管である。
【００１５】
窒素ガス注入器２８は、１時間あたり２トン（２立方メートル）の水を通過させることにより処理し、１リットルあたり１．０ミリグラムの溶存酸素量まで酸素を追い出す能力をもっている。窒素ガス送りパイプ１５が窒素ガス注入器２８に結合する部分には、注入ノズルが設けられており、高圧の窒素ガスが水の中に注入される。この注入ノズルは、注入する窒素ガスの粒子を細かくできるものほど、窒素置換が有効である。水タンク３０、水取出し口３１、窒素水投入口３２、循環ポンプ２０、窒素ガス注入器２８、循環パイプ２１、２２、２３は、水および気体に対して閉じた構造となっており（気密状態）、０．５メガパスカルの圧力に耐えられる強度を有する。循環ポンプ２０は、０．５メガパスカルの圧力で循環パイプ２１，２２，２３内の水を水タンク３０から取出して窒素ガス注入器２８を通過させ、水タンク３０へと戻す。水取出し口３１、窒素水投入口３２、循環ポンプ２０及び循環パイプ２１、２２、２３は、水タンク２０と窒素ガス注入器２８との間の水循環手段を構成する。
【００１６】
水タンク３０は、図１においては、煩雑をさけるために１槽であるかのように描かれているが、実際には、同じものを２槽並列的に設け、水取出し口３１、窒素水投入口３２、気体放出口３３、温度計３５、溶存酸素計３６を二つの槽にそれぞれ設ける。通常運転の際には、２槽を同時に用いるが、メンテナンス（掃除、部品交換など）の際には、１槽のみをとめて、他の１槽は運転し続けることが可能となる。水取出し口３１、窒素水投入口３２には図示を省略したバルブを設けて、二つの槽から取出した水を合流させて循環パイプ２１につなぐ。また、循環パイプ２２から水タンクへ投入する窒素水は、二つの槽に分けて投入する。
【００１７】
１０トンの水タンクを２槽（Ａ槽とＢ槽）、並列的に設ける場合に、Ａ槽の窒素水を先に行い目的の溶存酸素量（たとえば１リットルあたり１．０ミリグラム）まで下がった時点で、製氷機４０へＡ槽の窒素水を送り、窒素氷の製造工程をはじめる。その間にＢ槽の窒素水製造工程を行うという利用も可能である。２０トンすべてを窒素水にするには１０時間かかるが、１０トンであれば５時間で完了する。
【００１８】
水タンク３０の上部には、気体放出口３３が設けられている。この気体放出口３３は、水タンク３０の気密性を保持すべく、必要な逆止弁が設けられており、水タンクの内部にたまった酸素（原水に含まれていた溶存酸素であって、窒素水の内部から追い出された酸素）を外に出す役割を果たす。水タンク３０内には、さらに温度計３５、溶存酸素計３６が設けられ、その指針が外側から見やすい位置に設けられる。水温を調整するために、水タンク３０には、冷却装置を取り付けるのが望ましい。水温が低いほど溶け込む気体の量が増える。すなわち、置換する水を冷却するほど窒素置換が有効である。摂氏５度に管理されるのが望ましい。
【００１９】
水タンクの２槽のうちの一つが、所望の溶存酸素量に達したのを確認して、製氷用送水パイプ３４を介して窒素水を製氷機４０に送る。製氷用送水パイプ３４は、２槽の水タンクのそれぞれ最下部から製氷機４０にいたるまでの間に設けられており、必要があれば温度を保つべく保冷措置が講じられる。製氷用送水パイプ３４は、循環パイプ２１，２２，２３ほどには、耐圧構造を持つ必要はない。製氷、砕氷、貯氷、計量、出荷の工程は、一実施例においては大気中において行われる。製氷、砕氷、貯氷については、窒素ガス雰囲気中で行ってもよい。
【００２０】
製氷機４０は短時間で製氷が可能なものを選定する。窒素水に多く含まれる窒素ガスをそのまま氷の中に閉じ込めるためである。製氷機４０としては、たとえば次のようなものを用いる。鉛直に立てた金属プレートに冷却装置とヒータとの双方を仕込んだものを用い、その金属プレートをマイナス２５度まで冷却した状態で、上から窒素水を垂らす。水を垂らす速度を調整して、水が下に落ちるまでにすべて凍結するようにする。２０分程度この操作を続けると適度な厚さの板上の氷ができる。そこで、窒素水を垂らすのをやめ、金属プレートを冷却するのをやめる。そして、逆にヒータを作動させると、板状の氷は金属プレートからはがれて落下する。落下の衝撃で砕けた窒素氷をさらにベルトコンベアで砕氷機５０まで運び、適度の大きさにさらに砕く。砕かれた窒素氷を貯氷室６０まで運ぶ。
【００２１】
貯氷室６０では、適度な大きさの氷が大気中において、ベルトコンベアから落ちた場所を頂点とする山を形成して貯蔵されている。適切な冷却設備が設けられて、氷を貯蔵するのに適切な温度管理がなされる。山状に積まれた氷は、電動式の熊手の形のレーキにより掻き均される。レーキにより掻き取られた窒素氷は、計量器で計量されて、出荷装置により出荷される。トラックの荷台への出荷の際には、計量した窒素氷がそのままトラックの荷台まで運ばれる。袋詰めの出荷の場合には、たとえば２０キログラム入りの袋に袋詰めされて出荷される。
【実施例１】
【００２２】
大気からの窒素分離の手法として、実施形態ではポリイミド中空糸膜を用いるものを用いたが、窒素ガスの抽出のほかの方法として、ほかに分子篩炭を利用する手法も知られている。
【実施例２】
【００２３】
水タンク満杯の窒素水を製氷機４０まで送る際に、水タンクの水量が減っていく。そのときに空いたスペースに窒素ガスを送り込むことが望ましい。大気そのものを入れたのでは、大気中の酸素が溶け込むおそれがあるからである。
【実施例３】
【００２４】
水タンクに入れる水を味付水とすることで、氷菓の製造をすることが可能である。その場合、実施形態の製氷機を氷菓製造装置に置き換えて用いる。
【実施例４】
【００２５】
産業用角氷製造の場合には、従来から氷の白濁を防ぎ、透明な角氷を造る目的で、アイス缶の中にエアーパイプを入れて、製氷過程において、空気を注入することがなされている。本考案の窒素水を用いて角氷を造る場合には、アイス缶に窒素水を入れて凍らせる製氷過程において、空気を注入する代わりに窒素ガスを注入することにより、窒素置換をさらに継続して行い、窒素ガス封入氷を製造する。角氷製造は、48時間程度かけて行うものであり、その間の空中からの酸素の溶け込みを防止するためである。
【実施例５】
【００２６】
実施形態では、大型のプラントを前提に説明した。業務用又は家庭用の冷凍庫、冷蔵庫又は冷凍冷蔵庫である冷却機器に組み込まれる製氷装置として本考案に係る窒素氷製造装置を適用することも可能である。これにより、業務用又は家庭用の冷却機器において、自動的に窒素氷を作ることができる。既に、業務用又は家庭用の冷却機器において、自動的に製氷する機能をもつものはある。既存の製氷機能における水タンク及び製氷機はそのまま本考案の窒素氷製造装置の水タンク及び製氷機として利用する。貯氷室もそのまま利用できる。その他の本考案独自の構成要素、すなわち、循環パイプ、循環ポンプ、窒素ガス注入器等を接続することにより実現可能である。このような、窒素氷製造装置を製氷装置として組み込んだ業務用又は家庭用の冷却機器もまた、本考案の範囲に含まれるものとする。
【実施例６】
【００２７】
実施例５における、窒素氷製造装置を製氷装置として組み込んだ業務用又は家庭用の冷却機器において、当該冷却機器が備える１又は複数の室の大気を窒素置換することがさらに好適である。冷却機器には、通常、冷凍室、貯氷室、冷蔵室、チルド室及び野菜室等の種々の室が設けられている。このような冷却機器において、各室を真空引きする減圧手段と、各室に対して窒素ガスを送り込む窒素ガス供給手段とを設ける。各室は、食品等の収容物を取り出す際にのみ開けられ、通常は密閉されている。そこで、各室の密閉時に減圧手段により真空引きして減圧した後、窒素ガス供給手段により窒素ガスを供給することにより、各室内の大気を窒素置換することができる。これにより、冷却機器の各室の収容物の酸化を防止し、鮮度を保持する効果が得られる。減圧手段としては真空引きポンプ等があり、また、窒素ガス供給手段としては、窒素氷製造に用いる窒素ガス抽出器を併用してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
陸上、海上を問わず、製氷装置に利用可能である。水タンクに入れる水を味付水とすることで氷菓の製造装置にも利用可能である。氷の種類としては、角氷、ブロック氷、プレート氷、フレーク氷、シャーベット氷など、さまざまな氷の製造装置に利用可能である。店舗用、家庭用の製氷装置にも利用可能である。
【符号の説明】
【００２９】
１０  エアコンプレッサー
１１  圧縮空気送りパイプ
１４  窒素ガス抽出器
１５  窒素ガス送りパイプ
２１，２２，２３  循環パイプ
２０  循環ポンプ
２８  窒素ガス注入器
３０  水タンク
３１  水取出し口
３２  窒素水投入口
３３  気体放出口
３４  製氷用送水パイプ
３５  温度計
３６  溶存酸素計
４０  製氷機
５０  砕氷機
６０  貯氷室
７０  計量器
８０  出荷装置
【図１】
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