製氷装置
【課題】装置自体の消費エネルギー、及び、スペースを極めて削減，縮小しつつ、凍結体を連続して効率よく生成可能な製氷装置を提供する。
【解決手段】凍結対象となる液体を収容した液体収容槽と、液体収容槽の上方において液体の液面に接しながら一方向に移動する搬送ベルトと、搬送ベルトにおける液体収容槽側の内表面と接する冷却板とを備え、搬送ベルトにより当該搬送ベルトにおける液体収容槽側の外表面において凍結した凍結体を一方向に搬送する構成とした。
【解決手段】凍結対象となる液体を収容した液体収容槽と、液体収容槽の上方において液体の液面に接しながら一方向に移動する搬送ベルトと、搬送ベルトにおける液体収容槽側の内表面と接する冷却板とを備え、搬送ベルトにより当該搬送ベルトにおける液体収容槽側の外表面において凍結した凍結体を一方向に搬送する構成とした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、製氷装置に関し、特に、少ないエネルギーで凍結体を連続して効率的に得ることが可能な製氷装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、氷を連続して生成し得る製氷装置としては、傾斜して設けられたベルトコンベアにおける内周側のベルト表面に対して冷却板を摺接可能に配置し、さらにベルトコンベアの上方から凍結対象となる水等の液体を外周側のベルト表面に対して吐出，噴射することにより、ベルト表面を流下する液体をベルト上において凍結させ、凍結した氷をベルトの反転部において剥離する構成の装置が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−１２３５３３号公報
【特許文献２】特開２０００−２６６４３２号公報
【特許文献３】特開２００８−３０９４０３号公報
【０００４】
この種の製氷装置は、従来のいわゆるバッチ式の製氷装置と比較すると、凍結と脱型を繰り返す必要がないために、動作期間中において連続して氷を得ることができる点で優位性が認められるものの、上方から液体を吐出，噴射してベルト表面上を流下させる構成であるため、ベルト表面上において凍結しきれない液体を下流側にて回収するタンクや、回収した液体を上流側に循環させるための付帯設備が必要となり、装置の消費エネルギーの削減や小型化への障害となっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本願発明は上記課題を解決するため、装置自体の消費エネルギー、及び、スペースを極めて削減，縮小しつつ、凍結体を連続して効率的に生成可能な製氷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】
上記課題を解決するための製氷装置の構成として、凍結対象となる液体を収容した液体収容槽と、液体収容槽の上方において液体の液面に接しながら一方向に移動する搬送ベルトと、搬送ベルトにおける液体収容槽側の内表面と接する冷却板とを備え、搬送ベルトにより当該搬送ベルトにおける液体収容槽側の外表面において凍結した凍結体を一方向に搬送する構成とした。
本構成によれば、従来の製氷装置と比較して液体収容槽内に静的に収容された液体が、搬送ベルトにおける内表面と接する冷却板によって徐々に冷却されて凍結するとともに、生成された凍結体が搬送ベルトにおける液体収容槽側の外表面に付着して一方向に搬送されることから、凍結体の生成過程において液体が外部に排出されることがなく、液体回収装置や循環装置等の付帯設備を設置する必要がなくなるため、消費エネルギー及びスペースを極めて抑制しつつ、凍結体を連続して効率的に得ることが可能となる。
また、製氷装置の他の構成として、搬送ベルトにより液体収容槽の上方開口部を閉塞し、液体収容槽及び搬送ベルトを凍結体の搬送方向に向かって上傾して設け、搬送ベルトにより搬送される凍結体を液体収容槽の搬送方向端部において搬送ベルトと水平な液面との間に形成される空隙部から液体収容槽の外部に搬送する構成とした。
本構成によれば、上記構成から生じる効果に加えて、上方の開口部が搬送ベルトによって閉塞された液体収容槽が、凍結体の搬送方向に向かって上傾して設けられたことにより、内部に収容された液体の液面を常に搬送ベルトの外表面に接する状態とすることができ、より一層凍結体を連続して効率よく得ることが可能となる。
また、凍結体を搬送方向端部において搬送ベルトと水平な液面との間に空隙部が形成されたことにより、凍結体を液体収容槽の内部から連続的に外部に排出することが可能となる。
また、製氷装置の他の構成として、液体収容槽と連通する液面維持装置をさらに備え、液体収容槽の液面が搬送ベルトにおける液体収容槽側の外表面に接する高さに維持される構成とした。
本構成によれば、上記構成から生じる効果に加え、液面維持装置により液体収容槽内の液面の高さが搬送ベルトにおける液体収容槽側の外表面に接する高さに維持されるため、凍結体が生成されることによって液体収容槽内の液体の量が減った場合であっても、液体収容槽内の液体の液面の高さが変わることがなく、より一層凍結体を効率よく連続して生成することができる。
また、製氷装置の他の構成として、冷却板を搬送ベルトの幅方向に沿って複数設けた構成とした。
本構成によれば、上記構成から生じる効果に加え、冷却板と搬送ベルトとの接触面積を自在に調整することができ、生成される凍結体の幅方向における厚さを自在に制御することが可能となる。より具体的には、凍結体の幅方向における厚さを局所的に変更することが可能となる。
また、製氷装置の他の構成として、液体収容槽の外部に設置され、搬送ベルトにより搬送される凍結体を所定の長さに分割する分割手段を備える構成とした。
本構成によれば、上記構成から生じる効果に加え、分割手段が凍結体の長さを所定の長さに分割することにより、所定の長さを有する複数の凍結体を連続的に得ることが可能となる。
また、製氷装置の他の構成として、液体収容槽、搬送ベルト及び冷却板をインキュベーター内に格納した構成とした。
本構成によれば、上記構成から生じる効果に加え、液体を収容する液体収容槽、凍結体を搬送する搬送ベルト、及び、液体を冷却する冷却板を一定の温度に保つことができ、より一層凍結体を効率よく生成することが可能となる。
なお、前記発明の概要は、本発明の必要な全ての特徴を列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となり得る。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】製氷装置の概略図である。
【図２】製氷装置の要部拡大図である。
【図３】凍結体の厚さ及び生成量を示す図である。
【図４】他の実施形態に係る冷却板を示す拡大図である。
【図５】他の実施形態に係る冷却板を示す拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、実施の形態を通じて本発明を詳説するが、以下の実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものでなく、また、実施の形態の中で説明される特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【０００９】
図１は、本発明に係る製氷装置１の概略図、図２は、製氷装置１の要部拡大図を示す。
以下、同図を用いて製氷装置１の構造及び凍結体３０の生成方法について説明する。図１において製氷装置１は、概略、液体収容槽２、液面維持装置３、搬送ベルト５及び一対の回転ローラー６によって構成されるベルトコンベア１０、冷却板７、恒温槽８、逆流防止弁１２、回収板１３、回収容器１４、及び、液面維持装置３、恒温槽８以外の機器を格納するインキュベーター１５を備える。
上記構成からなる製氷装置１は、液体収容槽２に収容された凍結対象となる液体２０を冷却板７によって冷却することにより凍結させ、生成された凍結体３０を一定速度で回転する搬送ベルト５によって矢印で示す一方向に連続的に搬送する装置である。以下、各部の詳細について説明する。
なお、本明細書においては、生成された凍結体３０が搬送される矢印で示す方向を下流側とし、下流側と反対方向を上流側という場合がある。
【００１０】
図１において液体収容槽２は、上方が開口した箱型の収容容器であり、液体収容槽２内には凍結対象となる液体２０が収容される。また、液体収容槽２における搬送方向に沿って長尺な矩形状の開口部２Ａは、下流側の一部を除いて搬送ベルト５によって閉塞されている。また、液体収容槽２は、搬送ベルト５によって凍結体３０（図２参照）が搬送される方向に向かって上方に傾斜した状態で設置される。
液体収容槽２内に収容される液体２０としては、水道水や蒸留水の他、冷却によって凝固する液体であればその種類は問わない。また、液体２０の量は、液体収容槽２の最大収容量よりも僅かに少ない量となるように設定され、液体収容槽２が傾斜することによって搬送ベルト５と接する液面の領域Ｒ１と、搬送ベルト５と接することがない水平な領域Ｒ２とが形成される。また、液体２０の水平な液面の高さは、液面維持装置３により仮想線Ｌ１の位置に保たれる。
【００１１】
液面維持装置３は、上方が開口した収容容器３Ａと、当該収容容器３Ａ内において下方が開口した筒状タンク３Ｂとから構成される。収容容器３Ａ及び筒状タンク３Ｂ内には液体収容槽２と同一の液体２０が収容されており、当該液体２０が液体収容槽２内に逐次供給される。収容容器３Ａの底部には、中空状の供給チューブ４の一端部が接続される。また、供給チューブ４の他端部は、液体収容槽２の底部に密栓を介して接続される。つまり、液面維持装置３と、液体収容槽２とは供給チューブ４を介して連通する。
また、水面維持装置３は、図外の昇降機構によって上下方向に昇降可能であり、昇降機構を動作させることにより収容容器３Ａに収容される液体２０の液面と、液体収容槽２に収容される液体２０の領域Ｒ２の液面とが仮想線Ｌ１で示すとおり同一の高さとなるように調整される。
つまり、液面維持装置３は、収容容器３Ａと液体収容槽２との間の水頭を調整するものであって、後述の凍結体３０が連続的に生成され、液体収容槽２内の液体２０が減少した場合であっても、収容容器３Ａから液体収容槽２に対して液体２０が逐次供給されるため、液体収容槽２の液面の高さが変化することはなく、常に一定に保たれる。
【００１２】
チューブ４は、液体収容槽２と液面維持装置３との間において、巻取り機構４Ａによって十分に長い長さに巻き取られた状態でインキュベーター１５内に格納される。そして、液面維持装置３から液体収容槽２に供給される液体２０は、インキュベーター１５内の温度まで徐々に冷却される。これにより、液体２０がインキュベーター１５の外部に設置される液面維持装置３から液体収容槽２に対して大量に供給されたような場合であっても、液体収容槽２に収容される液体２０の温度が急激に上昇することを防ぐことができる。
【００１３】
図１に示すように、傾斜して設置された液体収容槽２の上方には、ベルトコンベア１０が設置される。ベルトコンベア１０は、一対のローラー６及び当該ローラー６に架け渡された搬送ベルト５とから構成される。搬送ベルト５は、例えばステンレス等の金属を環状にして形成された無端状のベルトであって、一対のローラー６を形成する駆動ローラー６Ａ，従動ローラー６Ｂ間に強く張られた状態で架け渡される。
また、搬送ベルト５の幅寸法は、液体収容槽２の開口部２Ａの幅寸法と同一又は広く設定され、開口部２Ａを閉塞する。また、その厚みは例えば０．１ｍｍ程度の箔状である。なお、搬送ベルト５の材質や厚さはこれに限られない。例えば、ステンレスよりもより熱伝導率の高い銀や銅、アルミニウムなどであってもよい。また、搬送ベルト５の厚さを０．１ｍｍよりも薄くすることにより、冷却熱の伝達速度をさらに向上可能である。
【００１４】
図１に示すように、ローラー６は、液体収容槽２の延長方向に沿って互いに離間して設けられる駆動ローラー６Ａと従動ローラー６Ｂとからなる。本実施形態において下流側の駆動ローラー６Ａは、従動ローラー６Ｂよりも上方に設けられる。そして、高さが互いに異なる駆動ローラー６Ａ及び従動ローラー６Ｂ間に架け渡された搬送ベルト５は、下方に設置された液体収容槽２の傾斜角度と対応した傾斜角度を以って回転する。つまり、ベルトコンベア１０の搬送ベルト５は、液体収容槽２と同様に、凍結体３０の搬送方向に向かって上傾して設けられる。より詳細には、搬送ベルト５の傾斜角度と液体収容槽２の傾斜角度とは、互いに平行となるように設置される。なお、ここで上傾とは、垂直方向をも含み、例えば搬送ベルト５及び液体収容槽２を垂直方向に立てて設置してもよい。
【００１５】
上記構成からなるベルトコンベア１０の駆動ローラー６Ａが矢印で示す方向に一定速度で回転すると、搬送ベルト５における液体収容槽２と対向し、搬送方向に沿って上傾する領域（搬送ベルト５の下側半部）は、開口部２Ａと摺接しつつ液体収容槽２上において矢印で示す方向に移動し、図２（ａ）に示す凍結体３０を下流側に搬送する。なお、本実施形態において、駆動ローラー６Ａは、モーター等の駆動手段により一定の回転速度に維持され、搬送ベルト５を一定の速度で移動させる。
【００１６】
また、図２（ａ）に示すように、ベルトコンベア１０の搬送ベルト５における搬送方向に沿って上傾する下側半部は、下方に位置する液体収容槽２の開口部２Ａを閉塞し、かつ、液体２０の液面と領域Ｒ１の範囲で接した状態で移動する。よって、液体収容槽２に収容された液体２０は、開口部２Ａから漏れ出すことはなく、さらに領域Ｒ１の範囲において、搬送ベルト５の外表面５Ｂと液体２０の液面とは常に接した状態に維持される。
【００１７】
次に、図１，図２（ａ）を参照し、環状の搬送ベルト５の内周側に設置される冷却板７について説明する。冷却板７は、内部に供給される冷却媒体を保持可能な銅製の箱体であって、搬送ベルト５の幅方向寸法と略対応する幅を有する矩形状である。冷却板７は、搬送ベルト５における液体２０の液面と接する領域Ｒ１の範囲に位置し、搬送ベルト５の下側半部の内表面５Ａと接するように設けられる。具体的には、冷却板７の下面７Ａが内表面５Ａと直接接する。よって、駆動ローラー６Ａの回転により搬送ベルト５の下側半部が一方向に移動すると、搬送ベルト５の内表面５Ａは、上方に位置する冷却板７の下面７Ａと摺接することとなる。
【００１８】
冷却板７の内部にはチューブ等の供給路９を介して冷却媒体が循環供給される。内部に供給される冷却媒体としては、例えば塩化ナトリウムや塩化カルシウムを水に溶解させたブラインが用いられる。冷却媒体は、任意の温度に設定可能であり、本実施形態における冷却媒体は、例えば−１５．０℃に設定されている。
なお、冷却媒体としては、上述したものに限られず、冷却板７を冷却可能な不凍液であればよい。
【００１９】
また、冷却板７に供給される冷却媒体の温度は、恒温槽８によって維持される。恒温槽８は、冷却媒体を貯留，循環させる装置であって、貯留した冷却媒体の温度を自在に変化又は維持することが可能である。恒温槽８から供給された冷却媒体は、供給路９を介して冷却板７に開設された図外の注入口から供給され、銅製の冷却板７全体を冷却するとともに、冷却板７内を図外の排出口方向へと流下し、供給路９を介して再び恒温槽８へと戻る。つまり、冷却媒体は、冷却板７及び恒温槽８間を循環する。
【００２０】
次に、図２（ａ）を参照して、上記構成からなる液体収容槽２、搬送ベルト５及び冷却板７によって生成される凍結体３０について説明する。上述の冷却板７内に冷却媒体が継続して供給され、搬送ベルト５が一定速度で一方向に移動すると、冷却板７から生じる冷却熱は、冷却板７の下面７Ａと接する搬送ベルト５の内表面５Ａ、搬送ベルトの外表面５Ｂへと徐々に伝わり、最終的に搬送ベルト５の外表面５Ｂと接する液面を介して液体２０を冷却する。そして、液体２０が冷却熱によって冷却され、凝固点に達すると外表面５Ｂと接する液面が凍結し始めるとともに、凍結した凍結体３０が外表面５Ｂに付着し、次第に厚みを増しながら下流側に搬送される。
つまり、図２（ａ）に示す通り、凍結体３０は、搬送ベルト５が冷却板７の下面７Ａを通過する過程において徐々に厚みを増しながら生成され、搬送ベルト５が冷却板７の下面７Ａを通過すると、搬送ベルト５の外表面５Ｂには、搬送ベルト５の延長方向に沿って、凍結体３０が付着し、下流側に連続的に搬送されることとなる。また、本発明に係る製氷装置１により生成される凍結体３０の生成過程においては、液体２０が液体収容槽２の外部に排出されることがないため、液体回収装置や循環装置等の付帯設備を設置する必要がなく、装置全体としての消費エネルギー及びスペースを極めて抑制しつつ、凍結体３０を連続して効率的に得ることが可能である。
【００２１】
また、上記製氷装置１によって生成される凍結体３０は、従来の製氷装置によって生成される氷と比して、凍結体３０の全域に渡って厚さのムラが生じ難い。即ち、従来の製氷装置は、凍結対象となる液体を上方から吐出，噴射して、液体の流下中に凍結させる構成であるため、吐出，噴射された液体がベルト表面上において不均一に飛散，拡散することに起因して、得られた氷の各部における厚さにムラが生じ易くなる。
一方で、本発明に係る製氷装置１は、搬送ベルト５の外表面５Ｂが液体２０の液面と常に接し、当該液面と接する外表面５Ｂが冷却板７によって冷却されることにより凍結体３０を得る構成である。よって、従来の製氷装置と比して、液体収容槽２内に静的に収容された液体２０に対して冷却板７からの冷却熱を一定の割合で付与することができるため、搬送ベルト５の延長方向に沿って厚さのムラが少ない凍結体３０を得ることが可能となる。つまり、本発明に係る製氷装置１によれば、従来の製氷装置によって得られる氷よりも厚さのムラが少ない、全域に渡って比較的均一な厚さを有する凍結体３０を得ることが可能である。
また、詳細については後述するが、液体２０が静的な状態で冷却されることから、搬送ベルト５の移動速度を制御することにより、生成される凍結体３０の厚さや、単位時間当たりの生成量を自在に制御することも可能となる。なお、冷却媒体の温度設定によっても凍結体３０の厚さや、単位時間当たりの生成量を自在に制御することが可能であることは言うまでもない。
また、本実施形態における搬送ベルト５の移動速度は、例えば約６ｍｍ／ｍｉｎから約１３０ｍｍ／ｍｉｎの間で適宜設定可能であり、また、製氷装置１全体の規模によってその移動速度の範囲を適宜設定可能である。
【００２２】
図２（ｂ）を参照し、冷却板７によって生成された凍結体３０を回収する方法について説明する。
図２（ｂ）は、冷却板７よりも下流側に形成された空隙部１１を示す拡大図である。上述のとおり、液体収容槽２は、凍結体３０の搬送方向に沿って上傾して設置されており、搬送ベルト５の下流側端部の下方の領域Ｒ２の液面は水平な液面となる。空隙部１１は、領域Ｒ２の水平な液面と、開口部２Ａを閉塞する搬送ベルト５との間に形成される液体２０が存在しない空間であって、液体収容槽２に設けられた排出口Ｑを介して外部と連通する空間である。
【００２３】
排出口Ｑは、液体収容槽２における下流側の壁部２Ｂと搬送ベルト５との間に設けられる間隙である。排出口Ｑは、壁部２Ｂの高さが当該壁部２Ｂと対向する上流側の壁部２Ｃの高さよりも、生成される凍結体３０の厚さ分僅かに低く設定することにより形成される。また、排出口Ｑを形成する壁部２Ｂには、内周面に沿って逆流防止弁１２が配設される。逆流防止弁１２は、例えば軟質樹脂やゴムからなる部材であって、上方に向かうに従って先細となる剣先状の先端部を有し、当該先端部が排出口Ｑの縁部よりも僅かに上方に突出するように配設される。
【００２４】
冷却板７によって生成され、下流側に連続的に搬送される凍結体３０は、上述の空隙部１１、逆流防止弁１２及び排出口Ｑを経て、液体収容槽２の外部に排出される。凍結体３０が逆流防止弁１２上に到達すると、凍結体３０の下面に逆流防止弁１２の先端部が引っ掛かり、上流側への逆流が防止されるとともに、先端部により凍結体３０の下面に付着した未凍結の液体２０が拭い取られる。即ち、逆流防止弁１２は、液体収容槽２内の液体２０を外部に漏えいさせないワイパーとしても機能する。
また、凍結体３０が排出口Ｑを通過して液体収容槽２の外部に排出されると、凍結体３０は、搬送ベルト５が駆動ローラー６Ａにおいて反転することにより外表面５Ｂから引き剥がされ、液体収容槽２の外部に設置された回収容器１４内に回収される。
【００２５】
図１に示すように、回収容器１４は、上方開口の容器であって、内部空間内に搬送ベルト５によって連続的に搬送されてくる凍結体３０を積層した状態で貯留する。
また、回収容器１４の下流側の壁部１４Ａの先端部からは、液体収容槽２方向へと延在する分割手段としての回収板１３が配設される。回収板１３は、下流側から上流側に向かって上傾するように配設される板状であって、回収板１３の下面１３Ａが上流側から下流側に向かって上傾した状態で搬送される凍結体３０を受け止めて下向きの力を与えることにより、凍結体３０を一定の長さに分割し、回収容器１４内に落下させる。
また、このとき凍結体３０は、前述した逆流防止弁１２の先端部を支点として折れることとなるため、回収容器１４内に積層される各凍結体３０の長さは一定な長さとなる。つまり、逆流防止弁１２は、回収される凍結体３０の長さを均一なものとする機構としても機能する。また、長さの調整は、支点となる逆流防止弁１２と回収板１３との距離を調整すれば容易に可能である。なお、回収板１３を設けずに、凍結体３０の自重により落下させる構成としても、支点となる逆流防止弁１２を境界として一定な長さを有する凍結体３０を得ることが可能である。また、回収板１３の形状は図示のものに限られず、一方向に搬送される凍結体３０に対して落下方向への力を付与できるものであればよい。
【００２６】
インキュベーター１５は、液体収容槽２、ベルトコンベア１０、冷却板７、回収板１３及び回収容器１４等が格納されるいわゆる恒温室である。インキュベーター１５の内部は、図外の冷却機等によって一定の温度に維持される。本実施形態におけるインキュベーター１５内の温度は、例えば０℃に設定される。このように、凍結体３０の生成に寄与する機器の外気温が一定に保たれるので、液体収容槽２内の液体２０の温度を略一定に保つことができ、凍結体３０を効率良く生成することができる。
【００２７】
図３は、本実施形態に係る製氷装置１を用いて、凍結体３０を生成したときの実験結果である。生成条件は、以下のとおりである。
生成条件
液体２０：水道水
搬送ベルト５の移動速度：６．２８，１８．８５，６２．８３，１２５．６６ （ｍｍ／ｍｉｎ）
液体２０の温度：１．０ （℃）
ブラインの温度：−１５．０ （℃）
インキュベーター１５内の温度：０．０ （℃）
【００２８】
図３（ａ）は、上記生成条件下における搬送ベルト５の移動速度と生成された凍結体３０の厚さとの関係を示す。同図から明らかなように、凍結体３０の厚さは、搬送ベルト５の移動速度が上昇するにつれて減少する。これは、搬送ベルト５の移動速度の上昇につれて、冷却板７の下面７Ａと搬送ベルト５の内表面５Ａとの接触時間が短くなり、搬送ベルト５の外表面５Ｂに付着した凍結体３０に対して冷却板７から与えられる熱量が減少することに起因する。
このことから、凍結体３０の厚さは、搬送ベルト５と下面７Ａとの接触時間、換言すれば搬送ベルト５の移動速度に依存するものであり、本実施形態に係る製氷装置１によれば、駆動ローラー６Ａの回転速度を制御することにより搬送ベルト５の移動速度を調整し、凍結体３０の厚さを自在に制御することができる。
【００２９】
図３（ｂ）は、上記生成条件下における搬送ベルト５の移動速度と、凍結体３０の生成量及び搬送ベルト５と冷却板７との接触熱抵抗の関係を示す。ここで、接触熱抵抗とは、冷却板７から搬送ベルト５に対する熱の伝わりにくさを示す数値であり、接触熱抵抗の値が低いほど冷却板７から搬送ベルト５に対して熱が伝わり易いことを示し、本装置においてはその実用上、接触熱抵抗を十分小さくすることが出来ることがわかる。
また、同図から明らかなように、１時間当たりの凍結体３０の生成量は、搬送ベルト５の移動速度が上昇するにつれて増加することがわかる。これは、熱抵抗が、凍結体３０の厚さが減少するに伴い低下したことに起因している。つまり、本実施形態に係る製氷装置１によれば、搬送ベルト５の移動速度を増加すればする程、単位時間当たりに生成される凍結体３０の生成量が増加することとなり、搬送ベルト５の移動速度を制御することにより、厚さのみならず凍結体３０の生成量についても自在に制御することが可能である。
【００３０】
以上の結果から、本実施形態に係る製氷装置１によれば、搬送ベルト５の移動速度を相対的に遅く設定することにより、一定程度以上の厚さを有する凍結体３０を連続的に得ることができる。一方、搬送ベルト５の移動速度を相対的に速く設定することにより、厚さは薄くなるものの、厚さの薄い凍結体３０を早く連続的に得ることにより、単位時間当りに得られる凍結体３０の量を増大させることが可能となる。
【００３１】
以下、冷却板７の変形例について説明する。
図４（ａ）は、上述の実施形態に係る搬送ベルト５及び凍結体３０の幅方向断面を示す拡大図である。上述のとおり、製氷装置１は、冷却板７の下面７Ａに搬送ベルト５の内表面５Ａが摺接し、冷却板７から生じる冷却熱を搬送ベルト５を介して液体２０に伝達することにより、従来の製氷装置と比べて厚さムラの少ない比較的均一な厚さの凍結体３０を連続的に効率よく得る構成である。
しかし、同図に示すとおり、搬送ベルト５と冷却板７との間には、搬送ベルト５が冷却板７の幅方向に沿って僅かに下方に撓んだ状態となることに起因して、微小な空隙Ｓが形成され、当該空隙Ｓは、冷却板７の幅方向中心Ｐに向かうにつれて大きくなり、幅方向中心Ｐにおいて最大となる。そして、幅方向中心Ｐにおいて最大となる空隙Ｓの存在は、幅方向における冷却板７と搬送ベルト５との間の接触熱抵抗の差として表れ、生成される凍結体３０の幅方向の厚さにムラを生じさせる要因となる。
具体的には同図に示すように、凍結体３０の下面３０Ａは、接触熱抵抗が増大することに起因して幅方向中心Ｐに向かうにつれて上方に窪んだ形状となり、幅方向中心Ｐ近傍の厚さが幅方向両端部の厚さに対して僅かに薄く形成される。図４（ｂ）及び（ｃ）は、上述した凍結体３０の幅方向に生じる厚さのムラをより一層低減するための変形例である。
【００３２】
図４（ｂ）に示す他の実施形態は、冷却板７が搬送ベルト５の幅方向に沿って分割して設置された点で、上記実施形態と異なる。本実施形態における冷却板７は、搬送ベルト５の幅方向に沿って、３つに分割して設置されている。また、中央の冷却板７を除く両側の冷却板７は、搬送ベルト５の幅方向外側に僅かに傾斜するように設けられる。本実施形態によれば、上述の実施形態と比較して、個々の冷却板７の下面７Ａに対して下方に撓みやすい搬送ベルト５の内表面５Ａが密着し易くなり、接触面積が増大する。つまり、接触熱抵抗を増大させる要因となる図４（ａ）に示す空隙Ｓの大きさを減少させることができ、凍結体３０の下面３０Ａの幅方向に生じる厚さのムラを効果的に低減することが可能となる。なお、冷却板７の数はこれに限定されるものではなく、搬送ベルト５の幅方向寸法に対応して増加させることにより、接触熱抵抗の差をさらに減少させることが可能である。また、単一の冷却板７の下面７Ａにおける幅方向両側を予め幅方向外側に傾斜させた状態となるように形成してもよい。
【００３３】
図４（ｃ）に示す他の実施形態は、冷却板７の下面７Ａが可撓性部材により形成された点で、上記各実施形態と異なる。本実施形態における冷却板７の下面７Ａは、例えば上述の実施形態に係る下面７Ａの厚さよりも薄い肉厚を有する金属箔から形成される。そして、冷却板７の内部に冷却媒体が供給されると、仮想線で示す下面７Ａは、その圧力により搬送ベルト５側に向かって撓み、搬送ベルト５に生じる撓みに沿って密着することとなる。
つまり、本実施形態は、冷却板７の下面７Ａを可撓性を有する部材で形成することにより、下面７Ａの外表面を撓んだ状態の搬送ベルト５の内表面５Ａに対して密着させ、空隙Ｓが生じることを防止する形態である。
そして、空隙Ｓが生じない本実施形態によれば、冷却板７、搬送ベルト５間に生じる接触熱抵抗が幅方向に渡ってほぼ均一なものとなるため、凍結体３０の下面の幅方向に生じる厚さのムラをより効果的に低減することが可能となる。なお、可撓性部材を用いることなく、冷却板７の下面７Ａを下方に撓んだ形状となるように形成しておいてもよい。
【００３４】
図５に示す他の実施形態は、冷却板７を搬送ベルト５上において幅方向に２分割して設置した点で、上述の実施形態と異なる。本実施形態における冷却板７は、搬送ベルト５の幅方向両側に設置されており、各冷却板７は所定の距離離間した状態で設けられる。冷却板７をこのように設置した場合、冷却板７からの距離が遠い搬送ベルト５の幅方向中心Ｐには、他の部分に比べて厚さが薄い凍結体３０が形成される。このように、凍結体３０の幅方向中心Ｐにおける厚さを他の部分よりも意図的に薄く形成することにより、生成された凍結体３０は、回収容器１４への落下の際に生じる衝撃により、幅方向中心Ｐを境界として割れ易くなる。つまり、本実施形態によれば、搬送ベルト５の幅寸法の２分の１の幅寸法を有する凍結体３０を連続的に容易に得ることが可能となる。なお、複数の冷却板７の数や離間距離を適宜変更することにより、得られる凍結体３０の幅方向寸法を自在に設定可能であることは言うまでもない。
【００３５】
以上、本発明を複数の実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は前記実施の形態に記載の範囲には限定されない。前記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者にも明らかである。そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲から明らかである。
【００３６】
例えば、上述の実施形態においては、搬送ベルト５の移動速度を一定として一方向に回転させることにより、凍結体３０を連続的に得るものとしたが、搬送ベルト５の移動速度を周期的、或いは、不規則に増減させることや、一定区間だけ逆方向に回転させること等により、凍結体３０の延長方向の厚さを周期的、或いは、不規則に変化させることも可能である。また、複数の冷却板７を搬送ベルト５の延長方向に沿って複数分離した状態で設け、凍結体３０の幅方向に渡って延長する厚さが薄い箔肉部を形成することにより、凍結体３０を箔肉部を境界として容易に分割できる構成としてもよい。
また、液体２０を水道水や蒸留水として説明したが、オゾンや窒素などの気体を溶解、或いは、マイクロバブルの状態にして含有させた水を用いてもよい。このように、オゾンを含有させた場合には、オゾンが持つ高い酸化作用や殺菌作用を有する氷を生成することが可能となる。また、窒素を含有させた場合には、耐酸化性の高い氷を生成することが可能となる。
加えて、水より比重の重い水溶性または非水溶性不純物を含有した水を液体２０とした場合、不純物の希薄な凍結体３０と不純物が濃縮された液体２０が得られる。そして、凍結体３０を融解することによって、不純物が希薄化された水を得ることができる。
【００３７】
１ 製氷装置、２ 液体収容槽、３ 液面維持装置、５ 搬送ベルト、７ 冷却板、
８ 恒温槽、１１ 空隙部、１２ 逆流防止弁、１３ 回収板、
１５ インキュベーター、２０ 液体、３０ 凍結体、
Ｐ 幅方向中心、Ｑ 排出口、Ｒ１，Ｒ２ 領域、Ｓ 空隙。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、製氷装置に関し、特に、少ないエネルギーで凍結体を連続して効率的に得ることが可能な製氷装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、氷を連続して生成し得る製氷装置としては、傾斜して設けられたベルトコンベアにおける内周側のベルト表面に対して冷却板を摺接可能に配置し、さらにベルトコンベアの上方から凍結対象となる水等の液体を外周側のベルト表面に対して吐出，噴射することにより、ベルト表面を流下する液体をベルト上において凍結させ、凍結した氷をベルトの反転部において剥離する構成の装置が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−１２３５３３号公報
【特許文献２】特開２０００−２６６４３２号公報
【特許文献３】特開２００８−３０９４０３号公報
【０００４】
この種の製氷装置は、従来のいわゆるバッチ式の製氷装置と比較すると、凍結と脱型を繰り返す必要がないために、動作期間中において連続して氷を得ることができる点で優位性が認められるものの、上方から液体を吐出，噴射してベルト表面上を流下させる構成であるため、ベルト表面上において凍結しきれない液体を下流側にて回収するタンクや、回収した液体を上流側に循環させるための付帯設備が必要となり、装置の消費エネルギーの削減や小型化への障害となっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本願発明は上記課題を解決するため、装置自体の消費エネルギー、及び、スペースを極めて削減，縮小しつつ、凍結体を連続して効率的に生成可能な製氷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】
上記課題を解決するための製氷装置の構成として、凍結対象となる液体を収容した液体収容槽と、液体収容槽の上方において液体の液面に接しながら一方向に移動する搬送ベルトと、搬送ベルトにおける液体収容槽側の内表面と接する冷却板とを備え、搬送ベルトにより当該搬送ベルトにおける液体収容槽側の外表面において凍結した凍結体を一方向に搬送する構成とした。
本構成によれば、従来の製氷装置と比較して液体収容槽内に静的に収容された液体が、搬送ベルトにおける内表面と接する冷却板によって徐々に冷却されて凍結するとともに、生成された凍結体が搬送ベルトにおける液体収容槽側の外表面に付着して一方向に搬送されることから、凍結体の生成過程において液体が外部に排出されることがなく、液体回収装置や循環装置等の付帯設備を設置する必要がなくなるため、消費エネルギー及びスペースを極めて抑制しつつ、凍結体を連続して効率的に得ることが可能となる。
また、製氷装置の他の構成として、搬送ベルトにより液体収容槽の上方開口部を閉塞し、液体収容槽及び搬送ベルトを凍結体の搬送方向に向かって上傾して設け、搬送ベルトにより搬送される凍結体を液体収容槽の搬送方向端部において搬送ベルトと水平な液面との間に形成される空隙部から液体収容槽の外部に搬送する構成とした。
本構成によれば、上記構成から生じる効果に加えて、上方の開口部が搬送ベルトによって閉塞された液体収容槽が、凍結体の搬送方向に向かって上傾して設けられたことにより、内部に収容された液体の液面を常に搬送ベルトの外表面に接する状態とすることができ、より一層凍結体を連続して効率よく得ることが可能となる。
また、凍結体を搬送方向端部において搬送ベルトと水平な液面との間に空隙部が形成されたことにより、凍結体を液体収容槽の内部から連続的に外部に排出することが可能となる。
また、製氷装置の他の構成として、液体収容槽と連通する液面維持装置をさらに備え、液体収容槽の液面が搬送ベルトにおける液体収容槽側の外表面に接する高さに維持される構成とした。
本構成によれば、上記構成から生じる効果に加え、液面維持装置により液体収容槽内の液面の高さが搬送ベルトにおける液体収容槽側の外表面に接する高さに維持されるため、凍結体が生成されることによって液体収容槽内の液体の量が減った場合であっても、液体収容槽内の液体の液面の高さが変わることがなく、より一層凍結体を効率よく連続して生成することができる。
また、製氷装置の他の構成として、冷却板を搬送ベルトの幅方向に沿って複数設けた構成とした。
本構成によれば、上記構成から生じる効果に加え、冷却板と搬送ベルトとの接触面積を自在に調整することができ、生成される凍結体の幅方向における厚さを自在に制御することが可能となる。より具体的には、凍結体の幅方向における厚さを局所的に変更することが可能となる。
また、製氷装置の他の構成として、液体収容槽の外部に設置され、搬送ベルトにより搬送される凍結体を所定の長さに分割する分割手段を備える構成とした。
本構成によれば、上記構成から生じる効果に加え、分割手段が凍結体の長さを所定の長さに分割することにより、所定の長さを有する複数の凍結体を連続的に得ることが可能となる。
また、製氷装置の他の構成として、液体収容槽、搬送ベルト及び冷却板をインキュベーター内に格納した構成とした。
本構成によれば、上記構成から生じる効果に加え、液体を収容する液体収容槽、凍結体を搬送する搬送ベルト、及び、液体を冷却する冷却板を一定の温度に保つことができ、より一層凍結体を効率よく生成することが可能となる。
なお、前記発明の概要は、本発明の必要な全ての特徴を列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となり得る。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】製氷装置の概略図である。
【図２】製氷装置の要部拡大図である。
【図３】凍結体の厚さ及び生成量を示す図である。
【図４】他の実施形態に係る冷却板を示す拡大図である。
【図５】他の実施形態に係る冷却板を示す拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、実施の形態を通じて本発明を詳説するが、以下の実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものでなく、また、実施の形態の中で説明される特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【０００９】
図１は、本発明に係る製氷装置１の概略図、図２は、製氷装置１の要部拡大図を示す。
以下、同図を用いて製氷装置１の構造及び凍結体３０の生成方法について説明する。図１において製氷装置１は、概略、液体収容槽２、液面維持装置３、搬送ベルト５及び一対の回転ローラー６によって構成されるベルトコンベア１０、冷却板７、恒温槽８、逆流防止弁１２、回収板１３、回収容器１４、及び、液面維持装置３、恒温槽８以外の機器を格納するインキュベーター１５を備える。
上記構成からなる製氷装置１は、液体収容槽２に収容された凍結対象となる液体２０を冷却板７によって冷却することにより凍結させ、生成された凍結体３０を一定速度で回転する搬送ベルト５によって矢印で示す一方向に連続的に搬送する装置である。以下、各部の詳細について説明する。
なお、本明細書においては、生成された凍結体３０が搬送される矢印で示す方向を下流側とし、下流側と反対方向を上流側という場合がある。
【００１０】
図１において液体収容槽２は、上方が開口した箱型の収容容器であり、液体収容槽２内には凍結対象となる液体２０が収容される。また、液体収容槽２における搬送方向に沿って長尺な矩形状の開口部２Ａは、下流側の一部を除いて搬送ベルト５によって閉塞されている。また、液体収容槽２は、搬送ベルト５によって凍結体３０（図２参照）が搬送される方向に向かって上方に傾斜した状態で設置される。
液体収容槽２内に収容される液体２０としては、水道水や蒸留水の他、冷却によって凝固する液体であればその種類は問わない。また、液体２０の量は、液体収容槽２の最大収容量よりも僅かに少ない量となるように設定され、液体収容槽２が傾斜することによって搬送ベルト５と接する液面の領域Ｒ１と、搬送ベルト５と接することがない水平な領域Ｒ２とが形成される。また、液体２０の水平な液面の高さは、液面維持装置３により仮想線Ｌ１の位置に保たれる。
【００１１】
液面維持装置３は、上方が開口した収容容器３Ａと、当該収容容器３Ａ内において下方が開口した筒状タンク３Ｂとから構成される。収容容器３Ａ及び筒状タンク３Ｂ内には液体収容槽２と同一の液体２０が収容されており、当該液体２０が液体収容槽２内に逐次供給される。収容容器３Ａの底部には、中空状の供給チューブ４の一端部が接続される。また、供給チューブ４の他端部は、液体収容槽２の底部に密栓を介して接続される。つまり、液面維持装置３と、液体収容槽２とは供給チューブ４を介して連通する。
また、水面維持装置３は、図外の昇降機構によって上下方向に昇降可能であり、昇降機構を動作させることにより収容容器３Ａに収容される液体２０の液面と、液体収容槽２に収容される液体２０の領域Ｒ２の液面とが仮想線Ｌ１で示すとおり同一の高さとなるように調整される。
つまり、液面維持装置３は、収容容器３Ａと液体収容槽２との間の水頭を調整するものであって、後述の凍結体３０が連続的に生成され、液体収容槽２内の液体２０が減少した場合であっても、収容容器３Ａから液体収容槽２に対して液体２０が逐次供給されるため、液体収容槽２の液面の高さが変化することはなく、常に一定に保たれる。
【００１２】
チューブ４は、液体収容槽２と液面維持装置３との間において、巻取り機構４Ａによって十分に長い長さに巻き取られた状態でインキュベーター１５内に格納される。そして、液面維持装置３から液体収容槽２に供給される液体２０は、インキュベーター１５内の温度まで徐々に冷却される。これにより、液体２０がインキュベーター１５の外部に設置される液面維持装置３から液体収容槽２に対して大量に供給されたような場合であっても、液体収容槽２に収容される液体２０の温度が急激に上昇することを防ぐことができる。
【００１３】
図１に示すように、傾斜して設置された液体収容槽２の上方には、ベルトコンベア１０が設置される。ベルトコンベア１０は、一対のローラー６及び当該ローラー６に架け渡された搬送ベルト５とから構成される。搬送ベルト５は、例えばステンレス等の金属を環状にして形成された無端状のベルトであって、一対のローラー６を形成する駆動ローラー６Ａ，従動ローラー６Ｂ間に強く張られた状態で架け渡される。
また、搬送ベルト５の幅寸法は、液体収容槽２の開口部２Ａの幅寸法と同一又は広く設定され、開口部２Ａを閉塞する。また、その厚みは例えば０．１ｍｍ程度の箔状である。なお、搬送ベルト５の材質や厚さはこれに限られない。例えば、ステンレスよりもより熱伝導率の高い銀や銅、アルミニウムなどであってもよい。また、搬送ベルト５の厚さを０．１ｍｍよりも薄くすることにより、冷却熱の伝達速度をさらに向上可能である。
【００１４】
図１に示すように、ローラー６は、液体収容槽２の延長方向に沿って互いに離間して設けられる駆動ローラー６Ａと従動ローラー６Ｂとからなる。本実施形態において下流側の駆動ローラー６Ａは、従動ローラー６Ｂよりも上方に設けられる。そして、高さが互いに異なる駆動ローラー６Ａ及び従動ローラー６Ｂ間に架け渡された搬送ベルト５は、下方に設置された液体収容槽２の傾斜角度と対応した傾斜角度を以って回転する。つまり、ベルトコンベア１０の搬送ベルト５は、液体収容槽２と同様に、凍結体３０の搬送方向に向かって上傾して設けられる。より詳細には、搬送ベルト５の傾斜角度と液体収容槽２の傾斜角度とは、互いに平行となるように設置される。なお、ここで上傾とは、垂直方向をも含み、例えば搬送ベルト５及び液体収容槽２を垂直方向に立てて設置してもよい。
【００１５】
上記構成からなるベルトコンベア１０の駆動ローラー６Ａが矢印で示す方向に一定速度で回転すると、搬送ベルト５における液体収容槽２と対向し、搬送方向に沿って上傾する領域（搬送ベルト５の下側半部）は、開口部２Ａと摺接しつつ液体収容槽２上において矢印で示す方向に移動し、図２（ａ）に示す凍結体３０を下流側に搬送する。なお、本実施形態において、駆動ローラー６Ａは、モーター等の駆動手段により一定の回転速度に維持され、搬送ベルト５を一定の速度で移動させる。
【００１６】
また、図２（ａ）に示すように、ベルトコンベア１０の搬送ベルト５における搬送方向に沿って上傾する下側半部は、下方に位置する液体収容槽２の開口部２Ａを閉塞し、かつ、液体２０の液面と領域Ｒ１の範囲で接した状態で移動する。よって、液体収容槽２に収容された液体２０は、開口部２Ａから漏れ出すことはなく、さらに領域Ｒ１の範囲において、搬送ベルト５の外表面５Ｂと液体２０の液面とは常に接した状態に維持される。
【００１７】
次に、図１，図２（ａ）を参照し、環状の搬送ベルト５の内周側に設置される冷却板７について説明する。冷却板７は、内部に供給される冷却媒体を保持可能な銅製の箱体であって、搬送ベルト５の幅方向寸法と略対応する幅を有する矩形状である。冷却板７は、搬送ベルト５における液体２０の液面と接する領域Ｒ１の範囲に位置し、搬送ベルト５の下側半部の内表面５Ａと接するように設けられる。具体的には、冷却板７の下面７Ａが内表面５Ａと直接接する。よって、駆動ローラー６Ａの回転により搬送ベルト５の下側半部が一方向に移動すると、搬送ベルト５の内表面５Ａは、上方に位置する冷却板７の下面７Ａと摺接することとなる。
【００１８】
冷却板７の内部にはチューブ等の供給路９を介して冷却媒体が循環供給される。内部に供給される冷却媒体としては、例えば塩化ナトリウムや塩化カルシウムを水に溶解させたブラインが用いられる。冷却媒体は、任意の温度に設定可能であり、本実施形態における冷却媒体は、例えば−１５．０℃に設定されている。
なお、冷却媒体としては、上述したものに限られず、冷却板７を冷却可能な不凍液であればよい。
【００１９】
また、冷却板７に供給される冷却媒体の温度は、恒温槽８によって維持される。恒温槽８は、冷却媒体を貯留，循環させる装置であって、貯留した冷却媒体の温度を自在に変化又は維持することが可能である。恒温槽８から供給された冷却媒体は、供給路９を介して冷却板７に開設された図外の注入口から供給され、銅製の冷却板７全体を冷却するとともに、冷却板７内を図外の排出口方向へと流下し、供給路９を介して再び恒温槽８へと戻る。つまり、冷却媒体は、冷却板７及び恒温槽８間を循環する。
【００２０】
次に、図２（ａ）を参照して、上記構成からなる液体収容槽２、搬送ベルト５及び冷却板７によって生成される凍結体３０について説明する。上述の冷却板７内に冷却媒体が継続して供給され、搬送ベルト５が一定速度で一方向に移動すると、冷却板７から生じる冷却熱は、冷却板７の下面７Ａと接する搬送ベルト５の内表面５Ａ、搬送ベルトの外表面５Ｂへと徐々に伝わり、最終的に搬送ベルト５の外表面５Ｂと接する液面を介して液体２０を冷却する。そして、液体２０が冷却熱によって冷却され、凝固点に達すると外表面５Ｂと接する液面が凍結し始めるとともに、凍結した凍結体３０が外表面５Ｂに付着し、次第に厚みを増しながら下流側に搬送される。
つまり、図２（ａ）に示す通り、凍結体３０は、搬送ベルト５が冷却板７の下面７Ａを通過する過程において徐々に厚みを増しながら生成され、搬送ベルト５が冷却板７の下面７Ａを通過すると、搬送ベルト５の外表面５Ｂには、搬送ベルト５の延長方向に沿って、凍結体３０が付着し、下流側に連続的に搬送されることとなる。また、本発明に係る製氷装置１により生成される凍結体３０の生成過程においては、液体２０が液体収容槽２の外部に排出されることがないため、液体回収装置や循環装置等の付帯設備を設置する必要がなく、装置全体としての消費エネルギー及びスペースを極めて抑制しつつ、凍結体３０を連続して効率的に得ることが可能である。
【００２１】
また、上記製氷装置１によって生成される凍結体３０は、従来の製氷装置によって生成される氷と比して、凍結体３０の全域に渡って厚さのムラが生じ難い。即ち、従来の製氷装置は、凍結対象となる液体を上方から吐出，噴射して、液体の流下中に凍結させる構成であるため、吐出，噴射された液体がベルト表面上において不均一に飛散，拡散することに起因して、得られた氷の各部における厚さにムラが生じ易くなる。
一方で、本発明に係る製氷装置１は、搬送ベルト５の外表面５Ｂが液体２０の液面と常に接し、当該液面と接する外表面５Ｂが冷却板７によって冷却されることにより凍結体３０を得る構成である。よって、従来の製氷装置と比して、液体収容槽２内に静的に収容された液体２０に対して冷却板７からの冷却熱を一定の割合で付与することができるため、搬送ベルト５の延長方向に沿って厚さのムラが少ない凍結体３０を得ることが可能となる。つまり、本発明に係る製氷装置１によれば、従来の製氷装置によって得られる氷よりも厚さのムラが少ない、全域に渡って比較的均一な厚さを有する凍結体３０を得ることが可能である。
また、詳細については後述するが、液体２０が静的な状態で冷却されることから、搬送ベルト５の移動速度を制御することにより、生成される凍結体３０の厚さや、単位時間当たりの生成量を自在に制御することも可能となる。なお、冷却媒体の温度設定によっても凍結体３０の厚さや、単位時間当たりの生成量を自在に制御することが可能であることは言うまでもない。
また、本実施形態における搬送ベルト５の移動速度は、例えば約６ｍｍ／ｍｉｎから約１３０ｍｍ／ｍｉｎの間で適宜設定可能であり、また、製氷装置１全体の規模によってその移動速度の範囲を適宜設定可能である。
【００２２】
図２（ｂ）を参照し、冷却板７によって生成された凍結体３０を回収する方法について説明する。
図２（ｂ）は、冷却板７よりも下流側に形成された空隙部１１を示す拡大図である。上述のとおり、液体収容槽２は、凍結体３０の搬送方向に沿って上傾して設置されており、搬送ベルト５の下流側端部の下方の領域Ｒ２の液面は水平な液面となる。空隙部１１は、領域Ｒ２の水平な液面と、開口部２Ａを閉塞する搬送ベルト５との間に形成される液体２０が存在しない空間であって、液体収容槽２に設けられた排出口Ｑを介して外部と連通する空間である。
【００２３】
排出口Ｑは、液体収容槽２における下流側の壁部２Ｂと搬送ベルト５との間に設けられる間隙である。排出口Ｑは、壁部２Ｂの高さが当該壁部２Ｂと対向する上流側の壁部２Ｃの高さよりも、生成される凍結体３０の厚さ分僅かに低く設定することにより形成される。また、排出口Ｑを形成する壁部２Ｂには、内周面に沿って逆流防止弁１２が配設される。逆流防止弁１２は、例えば軟質樹脂やゴムからなる部材であって、上方に向かうに従って先細となる剣先状の先端部を有し、当該先端部が排出口Ｑの縁部よりも僅かに上方に突出するように配設される。
【００２４】
冷却板７によって生成され、下流側に連続的に搬送される凍結体３０は、上述の空隙部１１、逆流防止弁１２及び排出口Ｑを経て、液体収容槽２の外部に排出される。凍結体３０が逆流防止弁１２上に到達すると、凍結体３０の下面に逆流防止弁１２の先端部が引っ掛かり、上流側への逆流が防止されるとともに、先端部により凍結体３０の下面に付着した未凍結の液体２０が拭い取られる。即ち、逆流防止弁１２は、液体収容槽２内の液体２０を外部に漏えいさせないワイパーとしても機能する。
また、凍結体３０が排出口Ｑを通過して液体収容槽２の外部に排出されると、凍結体３０は、搬送ベルト５が駆動ローラー６Ａにおいて反転することにより外表面５Ｂから引き剥がされ、液体収容槽２の外部に設置された回収容器１４内に回収される。
【００２５】
図１に示すように、回収容器１４は、上方開口の容器であって、内部空間内に搬送ベルト５によって連続的に搬送されてくる凍結体３０を積層した状態で貯留する。
また、回収容器１４の下流側の壁部１４Ａの先端部からは、液体収容槽２方向へと延在する分割手段としての回収板１３が配設される。回収板１３は、下流側から上流側に向かって上傾するように配設される板状であって、回収板１３の下面１３Ａが上流側から下流側に向かって上傾した状態で搬送される凍結体３０を受け止めて下向きの力を与えることにより、凍結体３０を一定の長さに分割し、回収容器１４内に落下させる。
また、このとき凍結体３０は、前述した逆流防止弁１２の先端部を支点として折れることとなるため、回収容器１４内に積層される各凍結体３０の長さは一定な長さとなる。つまり、逆流防止弁１２は、回収される凍結体３０の長さを均一なものとする機構としても機能する。また、長さの調整は、支点となる逆流防止弁１２と回収板１３との距離を調整すれば容易に可能である。なお、回収板１３を設けずに、凍結体３０の自重により落下させる構成としても、支点となる逆流防止弁１２を境界として一定な長さを有する凍結体３０を得ることが可能である。また、回収板１３の形状は図示のものに限られず、一方向に搬送される凍結体３０に対して落下方向への力を付与できるものであればよい。
【００２６】
インキュベーター１５は、液体収容槽２、ベルトコンベア１０、冷却板７、回収板１３及び回収容器１４等が格納されるいわゆる恒温室である。インキュベーター１５の内部は、図外の冷却機等によって一定の温度に維持される。本実施形態におけるインキュベーター１５内の温度は、例えば０℃に設定される。このように、凍結体３０の生成に寄与する機器の外気温が一定に保たれるので、液体収容槽２内の液体２０の温度を略一定に保つことができ、凍結体３０を効率良く生成することができる。
【００２７】
図３は、本実施形態に係る製氷装置１を用いて、凍結体３０を生成したときの実験結果である。生成条件は、以下のとおりである。
生成条件
液体２０：水道水
搬送ベルト５の移動速度：６．２８，１８．８５，６２．８３，１２５．６６ （ｍｍ／ｍｉｎ）
液体２０の温度：１．０ （℃）
ブラインの温度：−１５．０ （℃）
インキュベーター１５内の温度：０．０ （℃）
【００２８】
図３（ａ）は、上記生成条件下における搬送ベルト５の移動速度と生成された凍結体３０の厚さとの関係を示す。同図から明らかなように、凍結体３０の厚さは、搬送ベルト５の移動速度が上昇するにつれて減少する。これは、搬送ベルト５の移動速度の上昇につれて、冷却板７の下面７Ａと搬送ベルト５の内表面５Ａとの接触時間が短くなり、搬送ベルト５の外表面５Ｂに付着した凍結体３０に対して冷却板７から与えられる熱量が減少することに起因する。
このことから、凍結体３０の厚さは、搬送ベルト５と下面７Ａとの接触時間、換言すれば搬送ベルト５の移動速度に依存するものであり、本実施形態に係る製氷装置１によれば、駆動ローラー６Ａの回転速度を制御することにより搬送ベルト５の移動速度を調整し、凍結体３０の厚さを自在に制御することができる。
【００２９】
図３（ｂ）は、上記生成条件下における搬送ベルト５の移動速度と、凍結体３０の生成量及び搬送ベルト５と冷却板７との接触熱抵抗の関係を示す。ここで、接触熱抵抗とは、冷却板７から搬送ベルト５に対する熱の伝わりにくさを示す数値であり、接触熱抵抗の値が低いほど冷却板７から搬送ベルト５に対して熱が伝わり易いことを示し、本装置においてはその実用上、接触熱抵抗を十分小さくすることが出来ることがわかる。
また、同図から明らかなように、１時間当たりの凍結体３０の生成量は、搬送ベルト５の移動速度が上昇するにつれて増加することがわかる。これは、熱抵抗が、凍結体３０の厚さが減少するに伴い低下したことに起因している。つまり、本実施形態に係る製氷装置１によれば、搬送ベルト５の移動速度を増加すればする程、単位時間当たりに生成される凍結体３０の生成量が増加することとなり、搬送ベルト５の移動速度を制御することにより、厚さのみならず凍結体３０の生成量についても自在に制御することが可能である。
【００３０】
以上の結果から、本実施形態に係る製氷装置１によれば、搬送ベルト５の移動速度を相対的に遅く設定することにより、一定程度以上の厚さを有する凍結体３０を連続的に得ることができる。一方、搬送ベルト５の移動速度を相対的に速く設定することにより、厚さは薄くなるものの、厚さの薄い凍結体３０を早く連続的に得ることにより、単位時間当りに得られる凍結体３０の量を増大させることが可能となる。
【００３１】
以下、冷却板７の変形例について説明する。
図４（ａ）は、上述の実施形態に係る搬送ベルト５及び凍結体３０の幅方向断面を示す拡大図である。上述のとおり、製氷装置１は、冷却板７の下面７Ａに搬送ベルト５の内表面５Ａが摺接し、冷却板７から生じる冷却熱を搬送ベルト５を介して液体２０に伝達することにより、従来の製氷装置と比べて厚さムラの少ない比較的均一な厚さの凍結体３０を連続的に効率よく得る構成である。
しかし、同図に示すとおり、搬送ベルト５と冷却板７との間には、搬送ベルト５が冷却板７の幅方向に沿って僅かに下方に撓んだ状態となることに起因して、微小な空隙Ｓが形成され、当該空隙Ｓは、冷却板７の幅方向中心Ｐに向かうにつれて大きくなり、幅方向中心Ｐにおいて最大となる。そして、幅方向中心Ｐにおいて最大となる空隙Ｓの存在は、幅方向における冷却板７と搬送ベルト５との間の接触熱抵抗の差として表れ、生成される凍結体３０の幅方向の厚さにムラを生じさせる要因となる。
具体的には同図に示すように、凍結体３０の下面３０Ａは、接触熱抵抗が増大することに起因して幅方向中心Ｐに向かうにつれて上方に窪んだ形状となり、幅方向中心Ｐ近傍の厚さが幅方向両端部の厚さに対して僅かに薄く形成される。図４（ｂ）及び（ｃ）は、上述した凍結体３０の幅方向に生じる厚さのムラをより一層低減するための変形例である。
【００３２】
図４（ｂ）に示す他の実施形態は、冷却板７が搬送ベルト５の幅方向に沿って分割して設置された点で、上記実施形態と異なる。本実施形態における冷却板７は、搬送ベルト５の幅方向に沿って、３つに分割して設置されている。また、中央の冷却板７を除く両側の冷却板７は、搬送ベルト５の幅方向外側に僅かに傾斜するように設けられる。本実施形態によれば、上述の実施形態と比較して、個々の冷却板７の下面７Ａに対して下方に撓みやすい搬送ベルト５の内表面５Ａが密着し易くなり、接触面積が増大する。つまり、接触熱抵抗を増大させる要因となる図４（ａ）に示す空隙Ｓの大きさを減少させることができ、凍結体３０の下面３０Ａの幅方向に生じる厚さのムラを効果的に低減することが可能となる。なお、冷却板７の数はこれに限定されるものではなく、搬送ベルト５の幅方向寸法に対応して増加させることにより、接触熱抵抗の差をさらに減少させることが可能である。また、単一の冷却板７の下面７Ａにおける幅方向両側を予め幅方向外側に傾斜させた状態となるように形成してもよい。
【００３３】
図４（ｃ）に示す他の実施形態は、冷却板７の下面７Ａが可撓性部材により形成された点で、上記各実施形態と異なる。本実施形態における冷却板７の下面７Ａは、例えば上述の実施形態に係る下面７Ａの厚さよりも薄い肉厚を有する金属箔から形成される。そして、冷却板７の内部に冷却媒体が供給されると、仮想線で示す下面７Ａは、その圧力により搬送ベルト５側に向かって撓み、搬送ベルト５に生じる撓みに沿って密着することとなる。
つまり、本実施形態は、冷却板７の下面７Ａを可撓性を有する部材で形成することにより、下面７Ａの外表面を撓んだ状態の搬送ベルト５の内表面５Ａに対して密着させ、空隙Ｓが生じることを防止する形態である。
そして、空隙Ｓが生じない本実施形態によれば、冷却板７、搬送ベルト５間に生じる接触熱抵抗が幅方向に渡ってほぼ均一なものとなるため、凍結体３０の下面の幅方向に生じる厚さのムラをより効果的に低減することが可能となる。なお、可撓性部材を用いることなく、冷却板７の下面７Ａを下方に撓んだ形状となるように形成しておいてもよい。
【００３４】
図５に示す他の実施形態は、冷却板７を搬送ベルト５上において幅方向に２分割して設置した点で、上述の実施形態と異なる。本実施形態における冷却板７は、搬送ベルト５の幅方向両側に設置されており、各冷却板７は所定の距離離間した状態で設けられる。冷却板７をこのように設置した場合、冷却板７からの距離が遠い搬送ベルト５の幅方向中心Ｐには、他の部分に比べて厚さが薄い凍結体３０が形成される。このように、凍結体３０の幅方向中心Ｐにおける厚さを他の部分よりも意図的に薄く形成することにより、生成された凍結体３０は、回収容器１４への落下の際に生じる衝撃により、幅方向中心Ｐを境界として割れ易くなる。つまり、本実施形態によれば、搬送ベルト５の幅寸法の２分の１の幅寸法を有する凍結体３０を連続的に容易に得ることが可能となる。なお、複数の冷却板７の数や離間距離を適宜変更することにより、得られる凍結体３０の幅方向寸法を自在に設定可能であることは言うまでもない。
【００３５】
以上、本発明を複数の実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は前記実施の形態に記載の範囲には限定されない。前記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者にも明らかである。そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲から明らかである。
【００３６】
例えば、上述の実施形態においては、搬送ベルト５の移動速度を一定として一方向に回転させることにより、凍結体３０を連続的に得るものとしたが、搬送ベルト５の移動速度を周期的、或いは、不規則に増減させることや、一定区間だけ逆方向に回転させること等により、凍結体３０の延長方向の厚さを周期的、或いは、不規則に変化させることも可能である。また、複数の冷却板７を搬送ベルト５の延長方向に沿って複数分離した状態で設け、凍結体３０の幅方向に渡って延長する厚さが薄い箔肉部を形成することにより、凍結体３０を箔肉部を境界として容易に分割できる構成としてもよい。
また、液体２０を水道水や蒸留水として説明したが、オゾンや窒素などの気体を溶解、或いは、マイクロバブルの状態にして含有させた水を用いてもよい。このように、オゾンを含有させた場合には、オゾンが持つ高い酸化作用や殺菌作用を有する氷を生成することが可能となる。また、窒素を含有させた場合には、耐酸化性の高い氷を生成することが可能となる。
加えて、水より比重の重い水溶性または非水溶性不純物を含有した水を液体２０とした場合、不純物の希薄な凍結体３０と不純物が濃縮された液体２０が得られる。そして、凍結体３０を融解することによって、不純物が希薄化された水を得ることができる。
【００３７】
１ 製氷装置、２ 液体収容槽、３ 液面維持装置、５ 搬送ベルト、７ 冷却板、
８ 恒温槽、１１ 空隙部、１２ 逆流防止弁、１３ 回収板、
１５ インキュベーター、２０ 液体、３０ 凍結体、
Ｐ 幅方向中心、Ｑ 排出口、Ｒ１，Ｒ２ 領域、Ｓ 空隙。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
凍結対象となる液体を収容した液体収容槽と、
前記液体収容槽の上方において液体の液面に接しながら一方向に移動する搬送ベルトと、
前記搬送ベルトにおける液体収容槽側の内表面と接する冷却板とを備え、
前記搬送ベルトが、当該搬送ベルトにおける液体収容槽側の外表面において凍結した凍結体を一方向に搬送する製氷装置。
【請求項２】
前記搬送ベルトが前記液体収容槽の上方開口部を閉塞し、
前記液体収容槽及び搬送ベルトが凍結体の搬送方向に向かって上傾して設けられ、
前記搬送ベルトにより搬送される凍結体が、
前記液体収容槽の搬送方向端部において前記搬送ベルトと水平な液面との間に形成された空隙部から前記液体収容槽の外部に搬送される請求項１記載の製氷装置。
【請求項３】
前記液体収容槽と連通する液面維持装置をさらに備え、
前記液体収容槽の液面が前記搬送ベルトにおける液体収容槽側の外表面に接する高さに維持される請求項１又は請求項２に記載の製氷装置。
【請求項４】
前記冷却板が前記搬送ベルトの幅方向に沿って複数設けられた請求項１乃至請求項３いずれかに記載の製氷装置。
【請求項５】
前記液体収容槽の外部に設置され、搬送ベルトにより搬送される凍結体を所定の長さに分割する分割手段をさらに備えた請求項１乃至請求項４いずれかに記載の製氷装置。
【請求項６】
前記液体収容槽、搬送ベルト及び冷却板がインキュベーター内に格納された請求項１乃至請求項５いずれかに記載の製氷装置。
【請求項１】
凍結対象となる液体を収容した液体収容槽と、
前記液体収容槽の上方において液体の液面に接しながら一方向に移動する搬送ベルトと、
前記搬送ベルトにおける液体収容槽側の内表面と接する冷却板とを備え、
前記搬送ベルトが、当該搬送ベルトにおける液体収容槽側の外表面において凍結した凍結体を一方向に搬送する製氷装置。
【請求項２】
前記搬送ベルトが前記液体収容槽の上方開口部を閉塞し、
前記液体収容槽及び搬送ベルトが凍結体の搬送方向に向かって上傾して設けられ、
前記搬送ベルトにより搬送される凍結体が、
前記液体収容槽の搬送方向端部において前記搬送ベルトと水平な液面との間に形成された空隙部から前記液体収容槽の外部に搬送される請求項１記載の製氷装置。
【請求項３】
前記液体収容槽と連通する液面維持装置をさらに備え、
前記液体収容槽の液面が前記搬送ベルトにおける液体収容槽側の外表面に接する高さに維持される請求項１又は請求項２に記載の製氷装置。
【請求項４】
前記冷却板が前記搬送ベルトの幅方向に沿って複数設けられた請求項１乃至請求項３いずれかに記載の製氷装置。
【請求項５】
前記液体収容槽の外部に設置され、搬送ベルトにより搬送される凍結体を所定の長さに分割する分割手段をさらに備えた請求項１乃至請求項４いずれかに記載の製氷装置。
【請求項６】
前記液体収容槽、搬送ベルト及び冷却板がインキュベーター内に格納された請求項１乃至請求項５いずれかに記載の製氷装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−１５２６５（Ｐ２０１３−１５２６５Ａ）
【公開日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４８４８３（Ｐ２０１１−１４８４８３）
【出願日】平成２３年７月４日（２０１１．７．４）
【出願人】（５９９０１１６８７）学校法人 中央大学 (110)
【公開日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月４日（２０１１．７．４）
【出願人】（５９９０１１６８７）学校法人 中央大学 (110)
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