フレーク状氷の製造装置
【課題】 フレーク状氷内に磁性流体の有害成分が含ませず、磁性流体への付与する磁力を制御することによって連続的かつ効率的にフレーク状氷を生成し、小型で持ち運びも可能にするフレーク状氷の製造装置を提供すること。
【解決手段】 水溶液を貯留する貯留槽２と、この貯留槽２の内壁２１，２２において前記水溶液に接してフレーク状氷Ｆを生成する氷生成面３１を備え、この氷生成面３１の裏側に空隙３２を隔てて磁性流体層３３を備えている冷却部３と、前記磁性流体層３３を冷却する冷却手段４と、この冷却手段４によって冷却された前記磁性流体層３３に磁力を付与または停止することにより前記氷生成面３１の裏側に前記磁性流体層３３を接触させる磁力制御手段５とを有し、磁力制御によって前記磁性流体層３３を氷生成面３１の裏面に接触または離間させてフレーク状氷Ｆを連続的に供給する。
【解決手段】 水溶液を貯留する貯留槽２と、この貯留槽２の内壁２１，２２において前記水溶液に接してフレーク状氷Ｆを生成する氷生成面３１を備え、この氷生成面３１の裏側に空隙３２を隔てて磁性流体層３３を備えている冷却部３と、前記磁性流体層３３を冷却する冷却手段４と、この冷却手段４によって冷却された前記磁性流体層３３に磁力を付与または停止することにより前記氷生成面３１の裏側に前記磁性流体層３３を接触させる磁力制御手段５とを有し、磁力制御によって前記磁性流体層３３を氷生成面３１の裏面に接触または離間させてフレーク状氷Ｆを連続的に供給する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生鮮食品の冷却や潜熱蓄熱システム等で使用されるリキッドアイスの素となるフレーク状氷の製造装置に関し、特に、磁性流体を冷熱伝達媒体として利用することにより冷熱供給タイミングを制御し、フレーク状氷の生成と剥離のタイミングを制御可能とするフレーク状氷の製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、リキッドアイスの連続的製造方法やフレーク状氷の製造装置がいくつか提案されている。例えば、特開２０００−１４０８２４号公報や特開平９−４２８１１号公報には、冷却ドラム内に薄片氷を生成し、この薄片氷を螺旋状の掻取刃や回転ブレード等を用いて削り取る構造の製氷機が記載されている（特許文献１，特許文献２）。また、特開平１０−１７０１１１号公報には、熱伝導率が低く、接触面が滑らかな冷却層を用いて不凍剤を含んだ水溶液によって接触面に発生した氷結晶を浮力によって自然に冷却層から離脱させる製氷装置が記載されている（特許文献３）。
【０００３】
一方、本発明者は、実験室レベルではあるが、氷生成面上に磁性流体を敷設し、この磁性流体に接触する水を直接冷却することでフレーク状氷を生成し、磁性流体を振動させることで生成したフレーク状氷を剥離させる技術を提案している。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１４０８２４号公報
【特許文献２】特開平９−４２８１１号公報
【特許文献３】特開平１０−１７０１１１号公報
【発明の開示】
【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および特許文献２に記載された発明においては、ドラム内に製造された薄片氷を剥ぎ取るための動力や螺旋状の掻取刃、回転ブレードを回転させる動力が必要である。また、製氷効率を高めるために大型円形ドラムを使用しているが、製氷のための供給冷熱損失が大きくなってしまうという問題を有している。
【０００６】
また、特許文献３に記載された発明においては、冷却接触面に氷結晶を上方向へ三次元的に成長させて浮力を大きくし、この浮力を利用して冷却接触面から自然に剥離させる仕組みである。このため、冷却部の近傍に不凍剤からなる過冷却層を形成する必要がある。また、氷と冷却接触面との摩擦を小さくして離脱しやすくするために、熱伝導率の小さな氷生成面を使用し、氷結晶が冷却接触面の横方向ではなく、上方向へ成長させるようになっている。いわば敢えて熱伝導率を悪くしてロスを設けていることになる。したがって、冷熱供給熱流束を大きくすることができず、非効率的であるし、氷の生成速度も遅い。もちろん浮力に任せる自然剥離であるから、フレーク状氷の大きさや生成速度などを能動的に制御することはできない。
【０００７】
一方、磁性流体を用いた製氷方法は、磁性流体に氷を直接接触させて生成するためフレーク状氷内に磁性流体成分の有害物質が含まれてしまう。したがって、生鮮食品に使用することはできないし、蓄熱システムに使用する場合にも環境対策が必要となり、実用的ではない。また、磁性流体がフレーク状氷の製造に奪われて減少してしまうため逐次補充しなければならず手間がかかる。
【０００８】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、フレーク状氷内に磁性流体の有害成分が含まれないようにしつつ、冷熱供給タイミングを磁性流体への磁力付与により制御することによって連続的かつ効率的にフレーク状氷を生成するとともに、小型で持ち運びも可能にできるフレーク状氷の製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係るフレーク状氷の製造装置の特徴は、所定の水溶液を貯留する貯留槽と、この貯留槽の内壁において前記水溶液に接してフレーク状氷を生成する氷生成面を備えているとともに、この氷生成面の裏側に空隙を隔てて磁性流体層を備えている冷却部と、前記磁性流体層を冷却する冷却手段と、この冷却手段によって冷却された前記磁性流体層に磁力を付与または停止することにより前記氷生成面の裏側に前記磁性流体層を接触させる磁力制御手段とを有する点にある。
【００１０】
また、本発明において、前記氷生成面は、熱伝導率が大きく、かつ、滑らかな面に形成することが好ましく、これにより氷の生成と剥離を制御しやすく効率的に製造することができる。
【００１１】
さらに、本発明において、前記磁力制御手段による磁力の付与と停止との切り換え制御によって、前記氷生成面の裏面に対する前記磁性流体層の接触状態と離間状態とを切り換え、前記氷生成面に生成されるフレーク状氷の生成と剥離とを選択的に行うことができる。
【００１２】
また、本発明において、前記冷却部を前記貯留槽の底壁部に設けて前記氷生成面の下方に前記磁性流体層を配置し、この磁性流体層の下方から前記磁力制御手段によって磁力による斥力を付与することにより、前記磁性流体層を隆起させて前記氷生成面の裏側に接触させてその氷生成面にフレーク状氷を生成するとともに、前記磁力の付与を停止することによって前記磁性流体層を前記氷生成面の裏面から離間させてその氷生成面からフレーク状氷を剥離させるようにしてもよい。
【００１３】
さらに、本発明において、前記冷却部を前記貯留槽の側壁部に設けて前記氷生成面の外側に前記磁性流体層を配置し、前記磁力制御手段による磁力の付与を停止することにより前記磁性流体層を前記氷生成面の裏面に接触させてその氷生成面にフレーク状氷を生成するとともに、前記磁力制御手段によって側方から磁力による引力を付与することにより、前記磁性流体層を前記氷生成面の裏面から離間させてその氷生成面からフレーク状氷を剥離させるようにしてもよい。
【００１４】
また、本発明において、前記磁力制御手段は、前記磁性流体層に対する磁力の付与と停止とを所定の周期をもって繰り返すことによって前記氷生成面におけるフレーク状氷を連続的に生成するようにすれば、リキッドアイスを供給し続けることができて実用性がより高められる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、以下のような効果を奏することができる。
１．冷熱供給タイミングを磁性流体への磁力付与により制御できるため、連続的なフレーク状氷の生成が可能となる。
２．フレーク状氷の原料である水溶液に磁性流体が直接接触しないのでフレーク状氷内に磁性流体の有害成分が含まれることがなく、実用的である。
３．従来、氷生成面に熱伝導率の小さな材料を使用することで冷熱供給熱流束の大きさを制限し、厚い氷層が生成される前に浮力によって受動的（自然的に）にフレーク状氷を剥離させる仕組みが取られていたが、本発明では冷熱供給タイミングを能動的に制御するため、冷熱供給熱流束を大きくすることができ、フレーク状氷を迅速にかつ連続的に生成し、効率的に製造できる。
４．小型化および省電力化が実現されるため、携帯して長時間の運搬が可能となり、生鮮食品の保冷技術はもちろんのこと、移植用臓器の運搬等のような医療分野への応用も期待できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明に係るフレーク状氷の製造装置１Ａの第１実施形態について図面を用いて説明する。図１は、第１実施形態のフレーク状氷の製造装置１Ａを示す全体模式図である。
【００１７】
図１に示すように、第１実施形態のフレーク状氷の製造装置１Ａは、フレーク状氷Ｆの原料となる水溶液を貯留する貯留槽２と、この貯留槽２の底壁部２１から水溶液を冷却するための冷却部３と、この冷却部３内に形成された磁性流体層３３を冷却する冷却手段４と、磁性流体層３３に磁力を付与または停止する磁力制御手段５とを有している。
【００１８】
貯留槽２は、断熱性の高い材料により形成されており、その内部には、所定の水溶液が貯留されている。貯留する水溶液は、水道水や塩水等のように、冷却されてフレーク状氷Ｆを生成するものであればよいが、氷結温度が低いほど省電力化が図れる。
【００１９】
冷却部３は、貯留槽２の底壁部２１の中央部に設けられている。もちろん必要に応じて底壁部２１全面を冷却部３に形成してもよいし、底壁部２１を区分けして複数の冷却部３を配置してもよい。冷却部３は、水溶液に接してフレーク状氷Ｆを生成する氷生成面３１と、この氷生成面３１の下方に空隙３２を隔てて配置される磁性流体層３３とから構成されている。前記空隙３２は空気層であるが、アルゴン等の他の特別な気体層であってもよいし、条件次第では磁性流体よりも比重の小さい液体層であってもよい。また、氷生成面３１は、フレーク状氷Ｆの生成と剥離を迅速かつ効率的に行うために、熱伝導率が大きく、かつ、水溶液との接触面が滑らかな薄板によって形成されていることが好ましく、本第１実施形態では、ステンレス製の薄板を用いている。また、図１に示すように、磁性流体層３３は、氷生成面３１と同種同形状のステンレス製の底板３４により保持されており、氷生成面３１との間に空隙３２を形成する。空隙３２の厚さや磁性流体層３３の量などは、フレーク状氷Ｆを効果的に生成し、剥離させる条件、冷却対象などに合わせて任意に決定される。
【００２０】
また、磁性流体層３３は、磁性微粒子を所定の溶媒に分散させた磁性流体により構成されており、磁性体としての性質と液体の性質とを兼ね備えている。したがって、磁性流体に磁力が付与されていない場合、重力に従ってその水面は略水平な状態を保持する一方、磁力による斥力や引力が付与されると、その磁力によって形態が変化する。本第１実施形態では、磁性流体層３３が下方からの斥力により中心部が隆起し底板３４の裏面に接触するようになっている。なお、磁性流体としては、イソパラフィン系マグネタイトやアルキルナフタリン系マグネタイト等を使用することができる。
【００２１】
冷却手段４は、磁性流体層３３を冷却するために前記冷却部３の底板３４と接触するように供給される冷却ブライン４１と、この冷却ブライン４１を流入するためのブライン流入漕４２と、冷却ブライン４１を冷却するための冷却機４３と、この冷却機４３とブライン流入漕４２との間で冷却ブライン４１を循環させる循環ポンプ４４とから構成されている。冷却ブライン４１は、不凍液により構成されており、冷却機４３によって水溶液の氷結温度よりも低温に冷却されている。ブライン流入漕４２は、貯留槽２の下方に設けられており、循環ポンプ４４により流動される冷却ブライン４１が循環パイプ４５を介して流入するようになっている。なお、本第１実施形態では、冷却ブライン４１としてエチレングリコールを使用している。
【００２２】
磁力制御手段５は、底板３４の下方に設けられており、通電されたときだけ磁力を発生する電磁石５１と、この電磁石５１に通電するための電磁石電源５２とから構成されている。そして、本第１実施形態において、磁力制御手段５は、磁性流体層３３に対して斥力を付与する磁力を発生させるようになっている。したがって、電磁石電源５２をオンにして電磁石５１に通電すると磁力が発生するため、この磁力による斥力によって磁性流体層３３が隆起して氷生成面３１の裏面に接触する。つまり、電磁石電源５２のオン／オフを切り換え制御することで、氷生成面３１の裏面に対する磁性流体層３３の接触状態と離間状態とを切り換えられるようになっている。
【００２３】
つぎに、本第１実施形態におけるフレーク状氷の製造装置１Ａによる作用を説明する。
【００２４】
まず、本第１実施形態のフレーク状氷の製造装置１Ａによって、フレーク状氷Ｆを製造する場合、貯留槽２に所定の水溶液を貯留しておく。サンマなどの鮮魚をリキッドアイスによって保冷する場合などは海水に近い塩水を水溶液として貯留することになる。そして、冷却機４３により充分に冷却された冷却ブライン４１を循環ポンプ４４によってブライン流入漕４２へと流入させる。これにより、冷却ブライン４１が底板３４を介して磁性流体層３３を冷却するため、この磁性流体層３３は水溶液の氷結温度よりも低い温度にまで冷却される。
【００２５】
図示しない温度センサにより、磁性流体層３３が適当な温度にまで冷却されたことを確認した後、電磁石電源５２をオンにして通電する。これにより、電磁石５１は磁力を発生し、底板３４を挟んで上方に保持された磁性流体層３３に磁力による斥力を付与する。このため、図２（ａ）に示すように、磁性流体層３３は、磁力による斥力を受けて隆起し氷生成面３１の裏面に接触する。そして、氷生成面３１は、裏面に接触した磁性流体層３３から冷熱が供給されるため、その氷生成面３１に接触している水溶液を氷結させる。このとき、氷生成面３１として熱伝導率が大きい薄板を使用しているため、氷生成面３１に沿って氷結晶が成長し、迅速にフレーク状氷Ｆが生成される。
【００２６】
その後、図２（ｂ）に示すように、所望の形状よりもやや大きめのフレーク状氷Ｆが形成されたところで、電磁石電源５２をオフにして通電を停止する。これにより、電磁石５１への通電が遮断されて磁力が消滅するため、図２（ｃ）に示すように、磁性流体層３３は重力により下方へ移動して氷生成面３１の裏面から離間する。磁性流体層３３が離間すると、氷生成面３１は水溶液や空隙３２の空気層から熱を吸収し、フレーク状氷Ｆとの接触面を融解する。これにより氷生成面３１に対するフレーク状氷Ｆの固着力が弱まって、この固着力に浮力が勝ったとき、フレーク状氷Ｆは前記氷生成面３１から剥離し、水溶液の浮力によって水面へと浮上する。このとき、氷生成面３１は、熱伝導率が大きい薄板により形成されているため融解熱を周囲から素早く効率的に吸収することができる。また、氷生成面３１は滑らかな面に形成されており、引っ掛かる部分が少ないため氷結による固着力が弱く、接触面がわずかに融解するだけでもフレーク状氷Ｆが剥離しやすくなる。
【００２７】
以上のように、磁力制御手段５によって磁力の発生と停止とを能動的に切り換えることにより、磁性流体層３３が氷生成面３１の裏面に接触する状態と離間する状態とに切り換わるため、氷生成面３１に生成されるフレーク状氷Ｆの生成と剥離のタイミングを選択的に制御できるようになっている。したがって、フレーク状氷Ｆが所望の大きさに成長するまでの間、磁力を発生させ続けるとともに、フレーク状氷Ｆが氷生成面３１から剥離するまでの間、磁力を停止させるという一連の処理を１周期とし、この周期をもって、磁力制御手段５による磁力の発生と停止とを繰り返すことにより、所望の大きさのフレーク状氷Ｆを連続的に生成し続けることができる。
【００２８】
また、フレーク状氷Ｆは、磁性流体層３３に直接接触することがないため、前記フレーク状氷Ｆの内部に磁性流体の有害成分が含まれることもなく、人体に摂取されるような生鮮食品の保冷等に使用しても安全である。
【００２９】
さらに、熱伝導率の高い氷生成面３１を使用するため、従来に比べて格段に大きな冷熱供給熱流束を供給することができ、フレーク状氷Ｆを迅速に生成させられるし、逆に水溶液や空隙３２からの熱を吸収しやすいため、冷熱供給を遮断すると短時間でフレーク状氷Ｆの接着面を融解する。このため、フレーク状氷Ｆを迅速かつ連続的に供給することができる。
【００３０】
また、上記のように単位時間あたりのフレーク状氷Ｆの供給量が大きく、効率的な熱供給が可能であるため、従来のものと比較して消費電力量を抑制できるメリットもある。
【００３１】
つぎに、本発明に係るフレーク状氷の製造装置１Ｂの第２実施形態について図面を用いて説明する。図３は、第２実施形態のフレーク状氷の製造装置１Ｂを示す全体模式図である。なお、本第２実施形態の構成のうち、上述した第１実施形態の構成と同一若しくは相当する構成については同一の符号を付して再度の説明を省略する。
【００３２】
本第２実施形態の特徴は、図３に示すように、冷却手段４として、熱電冷却素子４６と、この熱電冷却素子４６に通電を行う熱電素子電源４７を使用している点にある。熱電冷却素子４６は、電流を流すことにより一方の面が吸熱を行う冷却面として作用するとともに、他方の面が放熱を行う加熱面として作用するものである。したがって、前記冷却面が底板３４と接触するように熱電冷却素子４６を設け、熱電素子電源４７によって通電することにより、磁性流体層３３を冷却するようになっている。なお、本第２実施形態では、熱電冷却素子４６として、ペルチェ素子を使用している。また、熱電素子電源４７は、電磁石電源５２と兼用するようにしてもよい。
【００３３】
本第２実施形態のフレーク状氷の製造装置１Ｂにより、フレーク状氷Ｆを製造する場合、熱電素子電源４７から熱電冷却素子４６へと電流を流し、磁性流体層３３が水溶液の氷点よりも低くなるまで充分に冷却する。そして、第１実施形態と同様に、磁力制御手段５によって磁力の発生と停止とを能動的に切り換えることにより、磁性流体層３３が氷生成面３１の裏面に接触する状態と離間する状態とを切り換え、氷生成面３１に生成されるフレーク状氷Ｆの生成と剥離とを選択的に制御する。
【００３４】
以上のような本第２実施形態によれば、冷却機４３や循環ポンプ４４等のような携行しにくい機器を使用することなく、磁性流体層３３を冷却することができるため、これらの駆動用電力が不要となって省電力化できるとともに、装置全体をより小型化することができる。したがって、生鮮食品を運送する場合の保冷に適用できる他、臓器等を輸送する際の運搬装置として実用化することができる。この場合、臓器輸送に使用されるクーラーバックに比べて、長時間に渡って安定的に保冷することができることから、より長距離の輸送にも適している。
【００３５】
つぎに、本発明に係るフレーク状氷の製造装置１Ｃの第３実施形態について図面を用いて説明する。図４は、第３実施形態のフレーク状氷の製造装置１Ｃを示す全体模式図である。なお、本第３実施形態の構成のうち、上述した第１実施形態および第２実施形態の構成と同一若しくは相当する構成については同一の符号を付して再度の説明を省略する。
【００３６】
本第３実施形態の特徴は、図４に示すように、冷却部３を貯留槽２の側壁部２２に設けている点にある。そして、冷却部３の配置位置に合わせて、冷却手段４および磁力制御手段５も側壁部２２の外側に配置されている。本第３実施形態において、磁力制御手段５は、磁性流体層３３との間に引力が生じるような磁力を発生させるようになっている。したがって、磁性流体層３３に磁力が付与されていない場合は、図４に示すように、重力によって氷生成面３１と底板３４の双方に接触した状態を保持する一方、磁力による引力が付与されると、磁性流体が底板３４側に引き付けられるため、氷生成面３１との間に空隙３２による空気層が形成されるようになっている。
【００３７】
本第３実施形態のフレーク状氷の製造装置１Ｃにより、フレーク状氷Ｆを製造する場合、冷却手段４によって磁性流体層３３を水溶液の氷点よりも低くなるまで充分に冷却する。そして、フレーク状氷Ｆを生成する場合、磁力制御手段５を制御して磁力の発生を停止する。これにより、図５（ａ）に示すように、磁性流体層３３が重力によって冷却部３の下方に移動して溜まり、その横面が氷生成面３１の裏面に接触するため、氷生成面３１が冷却されて表面で水溶液が氷結する。一方、生成したフレーク状氷Ｆを剥離する場合、磁力制御手段５を制御して磁力による引力を付与すると、図５（ｂ）に示すように、磁性流体層３３が引力により底板（側板）３４に引き付けられて氷生成面３１の裏面から離間する。これにより、氷生成面３１が水溶液や空隙３２から熱を吸収し、フレーク状氷Ｆの固着部分を融解する。そして、フレーク状氷Ｆの固着力よりも浮力が勝ると、前記フレーク状氷Ｆは氷生成面３１から離脱し、浮力によって水面に供給される。
【００３８】
以上のような本第３実施形態によれば、前述した実施形態１および実施形態２の効果に加えて、側壁部２２にも冷却部３を配置することができる。この場合、条件にもよるが、側壁部２２に生成されたフレーク状氷Ｆの方が浮力によって固着状態から剥離しやすいことが考えられる。また、磁性流体層３３を引き付けるための磁力がどの程度必要かにもよるが、フレーク状氷Ｆの生成時間に比べて剥離時間が相当に短ければ、冷却部３を側壁部２２に設ける方がトータル的な消費電力量を低減できる場合もある。
【実施例】
【００３９】
つぎに、上記第１実施形態のフレーク状氷の製造装置１Ａを使って実際にフレーク状氷Ｆを生成し、磁性流体温度の違いに対するフレーク状氷Ｆの大きさおよびその生成時間、剥離時間を測定する実験を行った。
【００４０】
実験条件は、水溶液として２重量％の塩化ナトリウム水溶液を使用し、磁性流体層３３にはイソパラフィン系マグネタイトを使用した。磁性流体層３３は、冷却ブライン４１によって−８℃、−１０℃、および−１５℃に冷却したものを使用し、これに磁力を付与して氷生成面３の裏面に３０秒接触させた後、磁力の付与を停止して氷生成面３の裏面から離間させた。これら一連の処理においてフレーク状氷Ｆの直径を測定するとともに、離脱点の時間を測定した。なお、フレーク状氷Ｆは円形状に成長するものではないため、その直径はある程度、疑似的な円形として測定している。
【００４１】
図６は、本実施例の結果を示すものであり、磁性流体層３３の各温度において経過時間に対するフレーク状氷Ｆの直径の関係を示すグラフである。図６に示すように、磁性流体層３３が−８℃の場合、フレーク状氷Ｆが氷結し始めてから３０秒後には、直径が約２３ｍｍにまで成長していた。その後、磁力の付与を停止すると、約８秒後にフレーク状氷Ｆが氷生成面３１から離脱した。離脱時の直径は約２１ｍｍであった。つぎに、磁性流体層３３が−１０℃の場合、フレーク状氷Ｆが氷結し始めてから３０秒後に直径が約２７ｍｍにまで成長していた。その後、磁力の付与を停止すると、約９秒後にフレーク状氷Ｆが氷生成面３１から離脱した。離脱時の直径は約２５ｍｍに減少していた。また、磁性流体層３３が−１５℃の場合、フレーク状氷Ｆが氷結し始めてから３０秒後に直径が約３３ｍｍにまで成長していた。その後、磁力の付与を停止すると、約１４秒後にフレーク状氷Ｆが氷生成面３１から離脱した。離脱時の直径は約３１ｍｍに減少していた。離脱時に直径が減少するのはフレーク状氷Ｆがわずかに融解してから浮上していることと、浮上中にもわずかに水溶液から熱を吸収していることによるものと考えられる。
【００４２】
以上の結果より、フレーク状氷Ｆの直径は時間経過に対して直線的に成長することがわかる。この場合、磁性流体層３３が低温であるほど、フレーク状氷Ｆの成長速度が早まりことがわかる。また、生成されたフレーク状氷Ｆが大きいほど剥離するまでの時間がかかる。このようにフレーク状氷Ｆの大きさおよび離脱に要する時間は、磁性流体層３３の温度と冷却時間に比例するため、任意に必要なフレーク状氷Ｆを連続的に生成し、供給することが可能となる。つまり、供給したいフレーク状氷Ｆの大きさが決まれば、それに合わせて磁性流体層３３の温度と冷却時間が決定するため、これに必要な冷却温度と磁力の付与および停止の制御周期を設定すれば、所望のフレーク状氷Ｆを連続的かつ継続的に供給することができる。
【００４３】
なお、本発明に係るフレーク状氷の製造装置は、前述した各実施形態に限定されるものではなく、適宜変更することができる。
【００４４】
例えば、上述した実施形態では、フレーク状氷Ｆの生成と剥離のタイミング制御を電磁石５１への通電制御により行っていたが、これに限るものではなく、機械的に磁石を磁性流体層３３に対して近接と離間とを繰り返す構成にしてもよい。例えば、正逆回転制御可能なピニオンと噛合するラックの先端に磁石を固定し、ピニオンを回転させることで磁石を磁性流層３３に対して往復運動させるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明に係るフレーク状氷の製造装置の第１実施形態を示す図である。
【図２】第１実施形態のフレーク状氷の製造装置において、（ａ）フレーク状氷を生成する場合、（ｂ）フレーク状氷が所望の大きさに成長した場合、および（ｃ）フレーク状氷を剥離する場合の状態を示す図である。
【図３】本発明に係るフレーク状氷の製造装置の第２実施形態を示す図である。
【図４】本発明に係るフレーク状氷の製造装置の第３実施形態を示す図である。
【図５】第３実施形態のフレーク状氷の製造装置において、（ａ）フレーク状氷を生成する場合（ｂ）フレーク状氷を剥離する場合の状態を示す図である。
【図６】本実施例において、磁性流体層の冷却温度を変化させた場合における経過時間に対するフレーク状氷の直径の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４６】
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ フレーク状氷の製造装置
２ 貯留槽
３ 冷却部
４ 冷却手段
５ 磁力制御手段
２１ 底壁部
２２ 側壁部
３１ 氷生成面
３２ 空隙（空気層）
３３ 磁性流体層
３４ 底板（側板）
４１ 冷却ブライン
４２ ブライン流入漕
４３ 冷却機
４４ 循環ポンプ
４５ 循環パイプ
４６ 熱電冷却素子
４７ 熱電素子電源
５１ 電磁石
５２ 電磁石電源
Ｆ フレーク状氷
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生鮮食品の冷却や潜熱蓄熱システム等で使用されるリキッドアイスの素となるフレーク状氷の製造装置に関し、特に、磁性流体を冷熱伝達媒体として利用することにより冷熱供給タイミングを制御し、フレーク状氷の生成と剥離のタイミングを制御可能とするフレーク状氷の製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、リキッドアイスの連続的製造方法やフレーク状氷の製造装置がいくつか提案されている。例えば、特開２０００−１４０８２４号公報や特開平９−４２８１１号公報には、冷却ドラム内に薄片氷を生成し、この薄片氷を螺旋状の掻取刃や回転ブレード等を用いて削り取る構造の製氷機が記載されている（特許文献１，特許文献２）。また、特開平１０−１７０１１１号公報には、熱伝導率が低く、接触面が滑らかな冷却層を用いて不凍剤を含んだ水溶液によって接触面に発生した氷結晶を浮力によって自然に冷却層から離脱させる製氷装置が記載されている（特許文献３）。
【０００３】
一方、本発明者は、実験室レベルではあるが、氷生成面上に磁性流体を敷設し、この磁性流体に接触する水を直接冷却することでフレーク状氷を生成し、磁性流体を振動させることで生成したフレーク状氷を剥離させる技術を提案している。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１４０８２４号公報
【特許文献２】特開平９−４２８１１号公報
【特許文献３】特開平１０−１７０１１１号公報
【発明の開示】
【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および特許文献２に記載された発明においては、ドラム内に製造された薄片氷を剥ぎ取るための動力や螺旋状の掻取刃、回転ブレードを回転させる動力が必要である。また、製氷効率を高めるために大型円形ドラムを使用しているが、製氷のための供給冷熱損失が大きくなってしまうという問題を有している。
【０００６】
また、特許文献３に記載された発明においては、冷却接触面に氷結晶を上方向へ三次元的に成長させて浮力を大きくし、この浮力を利用して冷却接触面から自然に剥離させる仕組みである。このため、冷却部の近傍に不凍剤からなる過冷却層を形成する必要がある。また、氷と冷却接触面との摩擦を小さくして離脱しやすくするために、熱伝導率の小さな氷生成面を使用し、氷結晶が冷却接触面の横方向ではなく、上方向へ成長させるようになっている。いわば敢えて熱伝導率を悪くしてロスを設けていることになる。したがって、冷熱供給熱流束を大きくすることができず、非効率的であるし、氷の生成速度も遅い。もちろん浮力に任せる自然剥離であるから、フレーク状氷の大きさや生成速度などを能動的に制御することはできない。
【０００７】
一方、磁性流体を用いた製氷方法は、磁性流体に氷を直接接触させて生成するためフレーク状氷内に磁性流体成分の有害物質が含まれてしまう。したがって、生鮮食品に使用することはできないし、蓄熱システムに使用する場合にも環境対策が必要となり、実用的ではない。また、磁性流体がフレーク状氷の製造に奪われて減少してしまうため逐次補充しなければならず手間がかかる。
【０００８】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、フレーク状氷内に磁性流体の有害成分が含まれないようにしつつ、冷熱供給タイミングを磁性流体への磁力付与により制御することによって連続的かつ効率的にフレーク状氷を生成するとともに、小型で持ち運びも可能にできるフレーク状氷の製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係るフレーク状氷の製造装置の特徴は、所定の水溶液を貯留する貯留槽と、この貯留槽の内壁において前記水溶液に接してフレーク状氷を生成する氷生成面を備えているとともに、この氷生成面の裏側に空隙を隔てて磁性流体層を備えている冷却部と、前記磁性流体層を冷却する冷却手段と、この冷却手段によって冷却された前記磁性流体層に磁力を付与または停止することにより前記氷生成面の裏側に前記磁性流体層を接触させる磁力制御手段とを有する点にある。
【００１０】
また、本発明において、前記氷生成面は、熱伝導率が大きく、かつ、滑らかな面に形成することが好ましく、これにより氷の生成と剥離を制御しやすく効率的に製造することができる。
【００１１】
さらに、本発明において、前記磁力制御手段による磁力の付与と停止との切り換え制御によって、前記氷生成面の裏面に対する前記磁性流体層の接触状態と離間状態とを切り換え、前記氷生成面に生成されるフレーク状氷の生成と剥離とを選択的に行うことができる。
【００１２】
また、本発明において、前記冷却部を前記貯留槽の底壁部に設けて前記氷生成面の下方に前記磁性流体層を配置し、この磁性流体層の下方から前記磁力制御手段によって磁力による斥力を付与することにより、前記磁性流体層を隆起させて前記氷生成面の裏側に接触させてその氷生成面にフレーク状氷を生成するとともに、前記磁力の付与を停止することによって前記磁性流体層を前記氷生成面の裏面から離間させてその氷生成面からフレーク状氷を剥離させるようにしてもよい。
【００１３】
さらに、本発明において、前記冷却部を前記貯留槽の側壁部に設けて前記氷生成面の外側に前記磁性流体層を配置し、前記磁力制御手段による磁力の付与を停止することにより前記磁性流体層を前記氷生成面の裏面に接触させてその氷生成面にフレーク状氷を生成するとともに、前記磁力制御手段によって側方から磁力による引力を付与することにより、前記磁性流体層を前記氷生成面の裏面から離間させてその氷生成面からフレーク状氷を剥離させるようにしてもよい。
【００１４】
また、本発明において、前記磁力制御手段は、前記磁性流体層に対する磁力の付与と停止とを所定の周期をもって繰り返すことによって前記氷生成面におけるフレーク状氷を連続的に生成するようにすれば、リキッドアイスを供給し続けることができて実用性がより高められる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、以下のような効果を奏することができる。
１．冷熱供給タイミングを磁性流体への磁力付与により制御できるため、連続的なフレーク状氷の生成が可能となる。
２．フレーク状氷の原料である水溶液に磁性流体が直接接触しないのでフレーク状氷内に磁性流体の有害成分が含まれることがなく、実用的である。
３．従来、氷生成面に熱伝導率の小さな材料を使用することで冷熱供給熱流束の大きさを制限し、厚い氷層が生成される前に浮力によって受動的（自然的に）にフレーク状氷を剥離させる仕組みが取られていたが、本発明では冷熱供給タイミングを能動的に制御するため、冷熱供給熱流束を大きくすることができ、フレーク状氷を迅速にかつ連続的に生成し、効率的に製造できる。
４．小型化および省電力化が実現されるため、携帯して長時間の運搬が可能となり、生鮮食品の保冷技術はもちろんのこと、移植用臓器の運搬等のような医療分野への応用も期待できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明に係るフレーク状氷の製造装置１Ａの第１実施形態について図面を用いて説明する。図１は、第１実施形態のフレーク状氷の製造装置１Ａを示す全体模式図である。
【００１７】
図１に示すように、第１実施形態のフレーク状氷の製造装置１Ａは、フレーク状氷Ｆの原料となる水溶液を貯留する貯留槽２と、この貯留槽２の底壁部２１から水溶液を冷却するための冷却部３と、この冷却部３内に形成された磁性流体層３３を冷却する冷却手段４と、磁性流体層３３に磁力を付与または停止する磁力制御手段５とを有している。
【００１８】
貯留槽２は、断熱性の高い材料により形成されており、その内部には、所定の水溶液が貯留されている。貯留する水溶液は、水道水や塩水等のように、冷却されてフレーク状氷Ｆを生成するものであればよいが、氷結温度が低いほど省電力化が図れる。
【００１９】
冷却部３は、貯留槽２の底壁部２１の中央部に設けられている。もちろん必要に応じて底壁部２１全面を冷却部３に形成してもよいし、底壁部２１を区分けして複数の冷却部３を配置してもよい。冷却部３は、水溶液に接してフレーク状氷Ｆを生成する氷生成面３１と、この氷生成面３１の下方に空隙３２を隔てて配置される磁性流体層３３とから構成されている。前記空隙３２は空気層であるが、アルゴン等の他の特別な気体層であってもよいし、条件次第では磁性流体よりも比重の小さい液体層であってもよい。また、氷生成面３１は、フレーク状氷Ｆの生成と剥離を迅速かつ効率的に行うために、熱伝導率が大きく、かつ、水溶液との接触面が滑らかな薄板によって形成されていることが好ましく、本第１実施形態では、ステンレス製の薄板を用いている。また、図１に示すように、磁性流体層３３は、氷生成面３１と同種同形状のステンレス製の底板３４により保持されており、氷生成面３１との間に空隙３２を形成する。空隙３２の厚さや磁性流体層３３の量などは、フレーク状氷Ｆを効果的に生成し、剥離させる条件、冷却対象などに合わせて任意に決定される。
【００２０】
また、磁性流体層３３は、磁性微粒子を所定の溶媒に分散させた磁性流体により構成されており、磁性体としての性質と液体の性質とを兼ね備えている。したがって、磁性流体に磁力が付与されていない場合、重力に従ってその水面は略水平な状態を保持する一方、磁力による斥力や引力が付与されると、その磁力によって形態が変化する。本第１実施形態では、磁性流体層３３が下方からの斥力により中心部が隆起し底板３４の裏面に接触するようになっている。なお、磁性流体としては、イソパラフィン系マグネタイトやアルキルナフタリン系マグネタイト等を使用することができる。
【００２１】
冷却手段４は、磁性流体層３３を冷却するために前記冷却部３の底板３４と接触するように供給される冷却ブライン４１と、この冷却ブライン４１を流入するためのブライン流入漕４２と、冷却ブライン４１を冷却するための冷却機４３と、この冷却機４３とブライン流入漕４２との間で冷却ブライン４１を循環させる循環ポンプ４４とから構成されている。冷却ブライン４１は、不凍液により構成されており、冷却機４３によって水溶液の氷結温度よりも低温に冷却されている。ブライン流入漕４２は、貯留槽２の下方に設けられており、循環ポンプ４４により流動される冷却ブライン４１が循環パイプ４５を介して流入するようになっている。なお、本第１実施形態では、冷却ブライン４１としてエチレングリコールを使用している。
【００２２】
磁力制御手段５は、底板３４の下方に設けられており、通電されたときだけ磁力を発生する電磁石５１と、この電磁石５１に通電するための電磁石電源５２とから構成されている。そして、本第１実施形態において、磁力制御手段５は、磁性流体層３３に対して斥力を付与する磁力を発生させるようになっている。したがって、電磁石電源５２をオンにして電磁石５１に通電すると磁力が発生するため、この磁力による斥力によって磁性流体層３３が隆起して氷生成面３１の裏面に接触する。つまり、電磁石電源５２のオン／オフを切り換え制御することで、氷生成面３１の裏面に対する磁性流体層３３の接触状態と離間状態とを切り換えられるようになっている。
【００２３】
つぎに、本第１実施形態におけるフレーク状氷の製造装置１Ａによる作用を説明する。
【００２４】
まず、本第１実施形態のフレーク状氷の製造装置１Ａによって、フレーク状氷Ｆを製造する場合、貯留槽２に所定の水溶液を貯留しておく。サンマなどの鮮魚をリキッドアイスによって保冷する場合などは海水に近い塩水を水溶液として貯留することになる。そして、冷却機４３により充分に冷却された冷却ブライン４１を循環ポンプ４４によってブライン流入漕４２へと流入させる。これにより、冷却ブライン４１が底板３４を介して磁性流体層３３を冷却するため、この磁性流体層３３は水溶液の氷結温度よりも低い温度にまで冷却される。
【００２５】
図示しない温度センサにより、磁性流体層３３が適当な温度にまで冷却されたことを確認した後、電磁石電源５２をオンにして通電する。これにより、電磁石５１は磁力を発生し、底板３４を挟んで上方に保持された磁性流体層３３に磁力による斥力を付与する。このため、図２（ａ）に示すように、磁性流体層３３は、磁力による斥力を受けて隆起し氷生成面３１の裏面に接触する。そして、氷生成面３１は、裏面に接触した磁性流体層３３から冷熱が供給されるため、その氷生成面３１に接触している水溶液を氷結させる。このとき、氷生成面３１として熱伝導率が大きい薄板を使用しているため、氷生成面３１に沿って氷結晶が成長し、迅速にフレーク状氷Ｆが生成される。
【００２６】
その後、図２（ｂ）に示すように、所望の形状よりもやや大きめのフレーク状氷Ｆが形成されたところで、電磁石電源５２をオフにして通電を停止する。これにより、電磁石５１への通電が遮断されて磁力が消滅するため、図２（ｃ）に示すように、磁性流体層３３は重力により下方へ移動して氷生成面３１の裏面から離間する。磁性流体層３３が離間すると、氷生成面３１は水溶液や空隙３２の空気層から熱を吸収し、フレーク状氷Ｆとの接触面を融解する。これにより氷生成面３１に対するフレーク状氷Ｆの固着力が弱まって、この固着力に浮力が勝ったとき、フレーク状氷Ｆは前記氷生成面３１から剥離し、水溶液の浮力によって水面へと浮上する。このとき、氷生成面３１は、熱伝導率が大きい薄板により形成されているため融解熱を周囲から素早く効率的に吸収することができる。また、氷生成面３１は滑らかな面に形成されており、引っ掛かる部分が少ないため氷結による固着力が弱く、接触面がわずかに融解するだけでもフレーク状氷Ｆが剥離しやすくなる。
【００２７】
以上のように、磁力制御手段５によって磁力の発生と停止とを能動的に切り換えることにより、磁性流体層３３が氷生成面３１の裏面に接触する状態と離間する状態とに切り換わるため、氷生成面３１に生成されるフレーク状氷Ｆの生成と剥離のタイミングを選択的に制御できるようになっている。したがって、フレーク状氷Ｆが所望の大きさに成長するまでの間、磁力を発生させ続けるとともに、フレーク状氷Ｆが氷生成面３１から剥離するまでの間、磁力を停止させるという一連の処理を１周期とし、この周期をもって、磁力制御手段５による磁力の発生と停止とを繰り返すことにより、所望の大きさのフレーク状氷Ｆを連続的に生成し続けることができる。
【００２８】
また、フレーク状氷Ｆは、磁性流体層３３に直接接触することがないため、前記フレーク状氷Ｆの内部に磁性流体の有害成分が含まれることもなく、人体に摂取されるような生鮮食品の保冷等に使用しても安全である。
【００２９】
さらに、熱伝導率の高い氷生成面３１を使用するため、従来に比べて格段に大きな冷熱供給熱流束を供給することができ、フレーク状氷Ｆを迅速に生成させられるし、逆に水溶液や空隙３２からの熱を吸収しやすいため、冷熱供給を遮断すると短時間でフレーク状氷Ｆの接着面を融解する。このため、フレーク状氷Ｆを迅速かつ連続的に供給することができる。
【００３０】
また、上記のように単位時間あたりのフレーク状氷Ｆの供給量が大きく、効率的な熱供給が可能であるため、従来のものと比較して消費電力量を抑制できるメリットもある。
【００３１】
つぎに、本発明に係るフレーク状氷の製造装置１Ｂの第２実施形態について図面を用いて説明する。図３は、第２実施形態のフレーク状氷の製造装置１Ｂを示す全体模式図である。なお、本第２実施形態の構成のうち、上述した第１実施形態の構成と同一若しくは相当する構成については同一の符号を付して再度の説明を省略する。
【００３２】
本第２実施形態の特徴は、図３に示すように、冷却手段４として、熱電冷却素子４６と、この熱電冷却素子４６に通電を行う熱電素子電源４７を使用している点にある。熱電冷却素子４６は、電流を流すことにより一方の面が吸熱を行う冷却面として作用するとともに、他方の面が放熱を行う加熱面として作用するものである。したがって、前記冷却面が底板３４と接触するように熱電冷却素子４６を設け、熱電素子電源４７によって通電することにより、磁性流体層３３を冷却するようになっている。なお、本第２実施形態では、熱電冷却素子４６として、ペルチェ素子を使用している。また、熱電素子電源４７は、電磁石電源５２と兼用するようにしてもよい。
【００３３】
本第２実施形態のフレーク状氷の製造装置１Ｂにより、フレーク状氷Ｆを製造する場合、熱電素子電源４７から熱電冷却素子４６へと電流を流し、磁性流体層３３が水溶液の氷点よりも低くなるまで充分に冷却する。そして、第１実施形態と同様に、磁力制御手段５によって磁力の発生と停止とを能動的に切り換えることにより、磁性流体層３３が氷生成面３１の裏面に接触する状態と離間する状態とを切り換え、氷生成面３１に生成されるフレーク状氷Ｆの生成と剥離とを選択的に制御する。
【００３４】
以上のような本第２実施形態によれば、冷却機４３や循環ポンプ４４等のような携行しにくい機器を使用することなく、磁性流体層３３を冷却することができるため、これらの駆動用電力が不要となって省電力化できるとともに、装置全体をより小型化することができる。したがって、生鮮食品を運送する場合の保冷に適用できる他、臓器等を輸送する際の運搬装置として実用化することができる。この場合、臓器輸送に使用されるクーラーバックに比べて、長時間に渡って安定的に保冷することができることから、より長距離の輸送にも適している。
【００３５】
つぎに、本発明に係るフレーク状氷の製造装置１Ｃの第３実施形態について図面を用いて説明する。図４は、第３実施形態のフレーク状氷の製造装置１Ｃを示す全体模式図である。なお、本第３実施形態の構成のうち、上述した第１実施形態および第２実施形態の構成と同一若しくは相当する構成については同一の符号を付して再度の説明を省略する。
【００３６】
本第３実施形態の特徴は、図４に示すように、冷却部３を貯留槽２の側壁部２２に設けている点にある。そして、冷却部３の配置位置に合わせて、冷却手段４および磁力制御手段５も側壁部２２の外側に配置されている。本第３実施形態において、磁力制御手段５は、磁性流体層３３との間に引力が生じるような磁力を発生させるようになっている。したがって、磁性流体層３３に磁力が付与されていない場合は、図４に示すように、重力によって氷生成面３１と底板３４の双方に接触した状態を保持する一方、磁力による引力が付与されると、磁性流体が底板３４側に引き付けられるため、氷生成面３１との間に空隙３２による空気層が形成されるようになっている。
【００３７】
本第３実施形態のフレーク状氷の製造装置１Ｃにより、フレーク状氷Ｆを製造する場合、冷却手段４によって磁性流体層３３を水溶液の氷点よりも低くなるまで充分に冷却する。そして、フレーク状氷Ｆを生成する場合、磁力制御手段５を制御して磁力の発生を停止する。これにより、図５（ａ）に示すように、磁性流体層３３が重力によって冷却部３の下方に移動して溜まり、その横面が氷生成面３１の裏面に接触するため、氷生成面３１が冷却されて表面で水溶液が氷結する。一方、生成したフレーク状氷Ｆを剥離する場合、磁力制御手段５を制御して磁力による引力を付与すると、図５（ｂ）に示すように、磁性流体層３３が引力により底板（側板）３４に引き付けられて氷生成面３１の裏面から離間する。これにより、氷生成面３１が水溶液や空隙３２から熱を吸収し、フレーク状氷Ｆの固着部分を融解する。そして、フレーク状氷Ｆの固着力よりも浮力が勝ると、前記フレーク状氷Ｆは氷生成面３１から離脱し、浮力によって水面に供給される。
【００３８】
以上のような本第３実施形態によれば、前述した実施形態１および実施形態２の効果に加えて、側壁部２２にも冷却部３を配置することができる。この場合、条件にもよるが、側壁部２２に生成されたフレーク状氷Ｆの方が浮力によって固着状態から剥離しやすいことが考えられる。また、磁性流体層３３を引き付けるための磁力がどの程度必要かにもよるが、フレーク状氷Ｆの生成時間に比べて剥離時間が相当に短ければ、冷却部３を側壁部２２に設ける方がトータル的な消費電力量を低減できる場合もある。
【実施例】
【００３９】
つぎに、上記第１実施形態のフレーク状氷の製造装置１Ａを使って実際にフレーク状氷Ｆを生成し、磁性流体温度の違いに対するフレーク状氷Ｆの大きさおよびその生成時間、剥離時間を測定する実験を行った。
【００４０】
実験条件は、水溶液として２重量％の塩化ナトリウム水溶液を使用し、磁性流体層３３にはイソパラフィン系マグネタイトを使用した。磁性流体層３３は、冷却ブライン４１によって−８℃、−１０℃、および−１５℃に冷却したものを使用し、これに磁力を付与して氷生成面３の裏面に３０秒接触させた後、磁力の付与を停止して氷生成面３の裏面から離間させた。これら一連の処理においてフレーク状氷Ｆの直径を測定するとともに、離脱点の時間を測定した。なお、フレーク状氷Ｆは円形状に成長するものではないため、その直径はある程度、疑似的な円形として測定している。
【００４１】
図６は、本実施例の結果を示すものであり、磁性流体層３３の各温度において経過時間に対するフレーク状氷Ｆの直径の関係を示すグラフである。図６に示すように、磁性流体層３３が−８℃の場合、フレーク状氷Ｆが氷結し始めてから３０秒後には、直径が約２３ｍｍにまで成長していた。その後、磁力の付与を停止すると、約８秒後にフレーク状氷Ｆが氷生成面３１から離脱した。離脱時の直径は約２１ｍｍであった。つぎに、磁性流体層３３が−１０℃の場合、フレーク状氷Ｆが氷結し始めてから３０秒後に直径が約２７ｍｍにまで成長していた。その後、磁力の付与を停止すると、約９秒後にフレーク状氷Ｆが氷生成面３１から離脱した。離脱時の直径は約２５ｍｍに減少していた。また、磁性流体層３３が−１５℃の場合、フレーク状氷Ｆが氷結し始めてから３０秒後に直径が約３３ｍｍにまで成長していた。その後、磁力の付与を停止すると、約１４秒後にフレーク状氷Ｆが氷生成面３１から離脱した。離脱時の直径は約３１ｍｍに減少していた。離脱時に直径が減少するのはフレーク状氷Ｆがわずかに融解してから浮上していることと、浮上中にもわずかに水溶液から熱を吸収していることによるものと考えられる。
【００４２】
以上の結果より、フレーク状氷Ｆの直径は時間経過に対して直線的に成長することがわかる。この場合、磁性流体層３３が低温であるほど、フレーク状氷Ｆの成長速度が早まりことがわかる。また、生成されたフレーク状氷Ｆが大きいほど剥離するまでの時間がかかる。このようにフレーク状氷Ｆの大きさおよび離脱に要する時間は、磁性流体層３３の温度と冷却時間に比例するため、任意に必要なフレーク状氷Ｆを連続的に生成し、供給することが可能となる。つまり、供給したいフレーク状氷Ｆの大きさが決まれば、それに合わせて磁性流体層３３の温度と冷却時間が決定するため、これに必要な冷却温度と磁力の付与および停止の制御周期を設定すれば、所望のフレーク状氷Ｆを連続的かつ継続的に供給することができる。
【００４３】
なお、本発明に係るフレーク状氷の製造装置は、前述した各実施形態に限定されるものではなく、適宜変更することができる。
【００４４】
例えば、上述した実施形態では、フレーク状氷Ｆの生成と剥離のタイミング制御を電磁石５１への通電制御により行っていたが、これに限るものではなく、機械的に磁石を磁性流体層３３に対して近接と離間とを繰り返す構成にしてもよい。例えば、正逆回転制御可能なピニオンと噛合するラックの先端に磁石を固定し、ピニオンを回転させることで磁石を磁性流層３３に対して往復運動させるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明に係るフレーク状氷の製造装置の第１実施形態を示す図である。
【図２】第１実施形態のフレーク状氷の製造装置において、（ａ）フレーク状氷を生成する場合、（ｂ）フレーク状氷が所望の大きさに成長した場合、および（ｃ）フレーク状氷を剥離する場合の状態を示す図である。
【図３】本発明に係るフレーク状氷の製造装置の第２実施形態を示す図である。
【図４】本発明に係るフレーク状氷の製造装置の第３実施形態を示す図である。
【図５】第３実施形態のフレーク状氷の製造装置において、（ａ）フレーク状氷を生成する場合（ｂ）フレーク状氷を剥離する場合の状態を示す図である。
【図６】本実施例において、磁性流体層の冷却温度を変化させた場合における経過時間に対するフレーク状氷の直径の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４６】
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ フレーク状氷の製造装置
２ 貯留槽
３ 冷却部
４ 冷却手段
５ 磁力制御手段
２１ 底壁部
２２ 側壁部
３１ 氷生成面
３２ 空隙（空気層）
３３ 磁性流体層
３４ 底板（側板）
４１ 冷却ブライン
４２ ブライン流入漕
４３ 冷却機
４４ 循環ポンプ
４５ 循環パイプ
４６ 熱電冷却素子
４７ 熱電素子電源
５１ 電磁石
５２ 電磁石電源
Ｆ フレーク状氷
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の水溶液を貯留する貯留槽と、
この貯留槽の内壁において前記水溶液に接してフレーク状氷を生成する氷生成面を備えているとともに、この氷生成面の裏側に空隙を隔てて磁性流体層を備えている冷却部と、
前記磁性流体層を冷却する冷却手段と、
この冷却手段によって冷却された前記磁性流体層に磁力を付与または停止することにより前記氷生成面の裏側に前記磁性流体層を接触させる磁力制御手段と
を有することを特徴とするフレーク状氷の製造装置。
【請求項２】
請求項１において、前記氷生成面は、熱伝導率が大きく、かつ、滑らかな面であることを特徴とするフレーク状氷の製造装置。
【請求項３】
請求項１において、前記磁力制御手段による磁力の付与と停止との切り換え制御によって、前記氷生成面の裏面に対する前記磁性流体層の接触状態と離間状態とを切り換え、前記氷生成面に生成されるフレーク状氷の生成と剥離とを選択的に行うことを特徴とするフレーク状氷の製造装置。
【請求項４】
請求項１において、前記冷却部を前記貯留槽の底壁部に設けて前記氷生成面の下方に前記磁性流体層を配置し、この磁性流体層の下方から前記磁力制御手段によって磁力による斥力を付与することにより、前記磁性流体層を隆起させて前記氷生成面の裏側に接触させてその氷生成面にフレーク状氷を生成するとともに、前記磁力の付与を停止することによって前記磁性流体層を前記氷生成面の裏面から離間させてその氷生成面からフレーク状氷を剥離させることを特徴とするフレーク状氷の製造装置。
【請求項５】
請求項１において、前記冷却部を前記貯留槽の側壁部に設けて前記氷生成面の外側に前記磁性流体層を配置し、前記磁力制御手段による磁力の付与を停止することにより前記磁性流体層を前記氷生成面の裏面に接触させてその氷生成面にフレーク状氷を生成するとともに、前記磁力制御手段によって側方から磁力による引力を付与することにより、前記磁性流体層を前記氷生成面の裏面から離間させてその氷生成面からフレーク状氷を剥離させることを特徴とするフレーク状氷の製造装置。
【請求項６】
請求項１において、前記磁力制御手段は、前記磁性流体層に対する磁力の付与と停止とを所定の周期をもって繰り返すことによって前記氷生成面におけるフレーク状氷を連続的に生成することを特徴とするフレーク状氷の製造装置。
【請求項１】
所定の水溶液を貯留する貯留槽と、
この貯留槽の内壁において前記水溶液に接してフレーク状氷を生成する氷生成面を備えているとともに、この氷生成面の裏側に空隙を隔てて磁性流体層を備えている冷却部と、
前記磁性流体層を冷却する冷却手段と、
この冷却手段によって冷却された前記磁性流体層に磁力を付与または停止することにより前記氷生成面の裏側に前記磁性流体層を接触させる磁力制御手段と
を有することを特徴とするフレーク状氷の製造装置。
【請求項２】
請求項１において、前記氷生成面は、熱伝導率が大きく、かつ、滑らかな面であることを特徴とするフレーク状氷の製造装置。
【請求項３】
請求項１において、前記磁力制御手段による磁力の付与と停止との切り換え制御によって、前記氷生成面の裏面に対する前記磁性流体層の接触状態と離間状態とを切り換え、前記氷生成面に生成されるフレーク状氷の生成と剥離とを選択的に行うことを特徴とするフレーク状氷の製造装置。
【請求項４】
請求項１において、前記冷却部を前記貯留槽の底壁部に設けて前記氷生成面の下方に前記磁性流体層を配置し、この磁性流体層の下方から前記磁力制御手段によって磁力による斥力を付与することにより、前記磁性流体層を隆起させて前記氷生成面の裏側に接触させてその氷生成面にフレーク状氷を生成するとともに、前記磁力の付与を停止することによって前記磁性流体層を前記氷生成面の裏面から離間させてその氷生成面からフレーク状氷を剥離させることを特徴とするフレーク状氷の製造装置。
【請求項５】
請求項１において、前記冷却部を前記貯留槽の側壁部に設けて前記氷生成面の外側に前記磁性流体層を配置し、前記磁力制御手段による磁力の付与を停止することにより前記磁性流体層を前記氷生成面の裏面に接触させてその氷生成面にフレーク状氷を生成するとともに、前記磁力制御手段によって側方から磁力による引力を付与することにより、前記磁性流体層を前記氷生成面の裏面から離間させてその氷生成面からフレーク状氷を剥離させることを特徴とするフレーク状氷の製造装置。
【請求項６】
請求項１において、前記磁力制御手段は、前記磁性流体層に対する磁力の付与と停止とを所定の周期をもって繰り返すことによって前記氷生成面におけるフレーク状氷を連続的に生成することを特徴とするフレーク状氷の製造装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００６−１７７６３５（Ｐ２００６−１７７６３５Ａ）
【公開日】平成１８年７月６日（２００６．７．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３７３２５７（Ｐ２００４−３７３２５７）
【出願日】平成１６年１２月２４日（２００４．１２．２４）
【出願人】（５０４２３７０５０）独立行政法人国立高等専門学校機構 (656)
【公開日】平成１８年７月６日（２００６．７．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１２月２４日（２００４．１２．２４）
【出願人】（５０４２３７０５０）独立行政法人国立高等専門学校機構 (656)
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