特開 2023-43424 氷スラリー製造装置及び氷スラリー製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023043424

(43)【公開日】2023-03-29

(54)【発明の名称】氷スラリー製造装置及び氷スラリー製造方法

(51)【国際特許分類】

   F25C 1/00 20060101AFI20230322BHJP

【ＦＩ】

F25C1/00 D

【審査請求】未請求

【請求項の数】15

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021151065

(22)【出願日】2021-09-16

(71)【出願人】

【識別番号】504229284

【氏名又は名称】国立大学法人弘前大学

(71)【出願人】

【識別番号】512292522

【氏名又は名称】カミテック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100108372

【弁理士】

【氏名又は名称】谷田 拓男

(72)【発明者】

【氏名】岡部 孝裕

(72)【発明者】

【氏名】上手 康弘

(57)【要約】      （修正有）

【課題】生理食塩水を用いて圧力と温度制御のみにより氷スラリーを生成する氷スラリー製造装置等において、作動流体への圧力をより高圧にでき、生成される氷スラリーのＩＰＦをより高くし、冷却性能を大幅に向上できる氷スラリー製造装置等を提供する。
【解決手段】固定部４０を外した状態で、シャットオフ弁５０を閉とした後、耐圧冷凍用容器２０内へ加圧棒３０を挿入し、外部から圧力Ｐを印加して、不凍液ＡＦを介して生理食塩水用容器１０内を所定の加圧状態とする。固定部４０により加圧棒３０の反発を固定した後、氷スラリー製造装置全体１００が外部の冷凍機構内に設置されることにより、不凍液ＡＦを介して生理食塩水用容器１０内を所定の温度まで冷却する。外部の冷凍機構から取り出された氷スラリー製造装置１００のシャットオフ弁５０を開として、不凍液ＡＦを介して生理食塩水用容器１０内を常圧へ減圧することにより、氷スラリーＩＳを生成する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

氷スラリー原液で満たされた原液容器と、該原液容器を内部の不凍液中に保持した外側容器と、該外側容器の一端側から水密性を保持しつつ該外側容器の内部へ挿入可能な加圧部と、該加圧部を前記外側容器側に固定可能な固定部と、該外側容器の他の一端側に設けられたバルブとを備えた氷スラリー製造装置であって、
前記バルブを閉とした後、前記外側容器内へ挿入された前記加圧部に外部から圧力を印加することにより、前記不凍液を介して前記原液容器内を所定の加圧状態とし、
前記固定部により前記加圧部の前記外側容器の外部への反発を固定した後、前記氷スラリー製造装置全体が外部の冷凍機構内に設置されることにより、前記不凍液を介して前記原液容器内を所定の温度まで冷却し、
外部の冷凍機構から取り出された前記氷スラリー製造装置のバルブを開として、前記不凍液を介して前記原液容器内を常圧へ減圧することにより、氷スラリーを生成することを特徴とする氷スラリー製造装置。

【請求項2】

請求項１記載の氷スラリー製造装置において、生成された氷スラリーを前記原液容器内から押出す所定の押出し具をさらに備え、
氷スラリーが生成された後に、前記固定部が前記外側容器側から取り外され、前記原液容器が前記外側容器内から取出され、前記所定の押出し具により、生成された氷スラリーを前記原液容器内から押出すことを特徴とする氷スラリー製造装置。

【請求項3】

請求項１又は２記載の氷スラリー製造装置において、前記原液容器及び前記外側容器は管状の形状を有し、該外側容器は該原液容器を不凍液を介して内部に収容可能な内径及び管長を有すると共に、前記加圧工程における所定の圧力に耐え得る耐圧性を有することを特徴とする氷スラリー製造装置。

【請求項4】

請求項３記載の氷スラリー製造装置において、前記加圧部は前記外側容器の内径より小さく且つ前記原液容器の外径と略同等の径を有する棒状の形状であり、該棒の表面に該外側容器の内径と略同等の径を有するＯリングが嵌め込まれたことを特徴とする氷スラリー製造装置。

【請求項5】

請求項４記載の氷スラリー製造装置において、前記外側容器の前記一端側に設けられた第一圧力受具と、第一圧力受具と対向させる第二圧力受具とを有する圧力受部をさらに備え、
前記原液容器内の加圧は、前記バルブを閉とした後、前記第一圧力受具を通して前記加圧部の一端側が前記外側容器内へ挿入され該加圧部の他端側に第二圧力受具が嵌め込まれた状態で、該第二圧力受具に外部から圧力を印加することにより、前記不凍液を介して前記原液容器内を所定の加圧状態とするものであり、
前記固定部は、前記圧力受部を固定する第一及び第二圧力固定具を有し、
前記固定部による固定は、第一圧力受具及び第二圧力受具の二側面側に第一圧力固定具及び第二圧力固定具が各々嵌め込まれることにより、前記加圧部の前記外側容器の外部への反発を固定するものであることを特徴とする氷スラリー製造装置。

【請求項6】

請求項５記載の氷スラリー製造装置において、第一圧力固定具と第二圧力固定具との間に差し込み可能な第三圧力固定具をさらに備え、
前記固定部よる固定後に、第二圧力受具に外部から印加された再圧力による第二圧力受具の前記外側容器側への移動によって生じた、第一圧力固定具と第二圧力固定具との間の空隙に第三圧力固定具を差し込むことにより、前記加圧部の前記外側容器の外部への反発を再固定することを特徴とする氷スラリー製造装置。

【請求項7】

請求項１乃至６のいずれかに記載の氷スラリー製造装置において、前記所定の圧力は少なくとも１００ＭＰａであることを特徴とする氷スラリー製造装置。

【請求項8】

請求項１乃至７のいずれかに記載の氷スラリー製造装置において、前記氷スラリー原液は低濃度の塩化ナトリウム水溶液であることを特徴とする氷スラリー製造装置。

【請求項9】

請求項１乃至８のいずれかに記載の氷スラリー製造装置において、前記不凍液は塩化ナトリウムの飽和水溶液であることを特徴とする氷スラリー製造装置。

【請求項10】

氷スラリー原液で満たされた原液容器と、該原液容器を内部の不凍液中に保持した外側容器と、該外側容器の一端側から水密性を保持しつつ該外側容器の内部へ挿入可能な加圧部と、該加圧部を前記外側容器側に固定可能な固定部と、該外側容器の他の一端側に設けられたバルブとを具備した氷スラリー製造装置を用いた氷スラリー製造方法であって、
前記バルブを閉とした後、前記加圧部を前記外側容器内へ挿入し、該加圧部に外部から圧力を印加することにより、前記不凍液を介して前記原液容器内を所定の加圧状態とする加圧工程と、
前記固定部により前記加圧部の前記外側容器の外部への反発を固定する固定工程と、
前記氷スラリー製造装置全体を外部の冷凍機構内に設置し、前記不凍液を介して前記原液容器内を所定の温度まで冷却する冷却工程と、
外部の冷凍機構から取り出された前記氷スラリー製造装置のバルブを開として、前記原液容器内を常圧へ減圧することにより、に氷スラリーを生成する氷スラリー生成工程とを備えたことを特徴とする氷スラリー製造方法。

【請求項11】

請求項１０記載の氷スラリー製造方法において、前記氷スラリー生成工程の後に、
前記固定部を取り外し、前記原液容器を前記外側容器内から取出す原液容器取り出し工程と、
前記原液容器取り出し工程で取り出された前記原液容器から、前記氷スラリー生成工程で生成された氷スラリーを所定の押出し具により押出す氷スラリー押出し工程とをさらに備えたことを特徴とする氷スラリー製造方法。

【請求項12】

請求項１０又は１１記載の氷スラリー製造方法において、前記原液容器及び前記外側容器は管状の形状を有し、該外側容器は該原液容器を不凍液を介して内部に収容可能な内径及び管長を有すると共に、前記加圧工程における所定の圧力に耐え得る耐圧性を有することを特徴とする氷スラリー製造方法。

【請求項13】

請求項１２記載の氷スラリー製造方法において、前記加圧部は前記外側容器の内径より小さく且つ前記原液容器の外径と略同等の径を有する棒状の形状であり、該棒の表面に該外側容器の内径と略同等の径を有するＯリングが嵌め込まれたことを特徴とする氷スラリー製造方法。

【請求項14】

請求項１３記載の氷スラリー製造方法において、
前記加圧部が挿入される前記外側容器の一端側に設けられた第一圧力受具と、第一圧力受具と対向させる第二圧力受具とを有する圧力受部をさらに備え、
前記加圧工程は、前記バルブを閉とした後、前記第一圧力受具を通して前記加圧部の一端側を前記外側容器内へ挿入し、該加圧部の他端側に嵌め込まれた第二圧力受部に外部から圧力を印加することにより、前記不凍液を介して前記原液容器内を所定の加圧状態とするものであり、
前記固定部は、前記圧力受部を固定する第一及び第二圧力固定具を有し、
前記固定工程は、第一圧力受具及び第二圧力受具の二側面側に第一圧力固定具及び第二圧力固定具を各々嵌め込むことにより、前記加圧部の前記外側容器の外部への反発を固定するものであることを特徴とする氷スラリー製造方法。

【請求項15】

請求項１４記載の氷スラリー製造方法において、前記固定工程後に、
第二圧力受具に外部から再圧力を印加する再印加工程と、
前記再印加工程による第二圧力受具の前記外側容器側への移動により生じた第一圧力固定具と第二圧力固定具との間の空隙に第三圧力固定具を差し込むことにより、前記加圧部の前記外側容器の外部への反発を再固定する再固定工程とをさらに備えたことを特徴とする氷スラリー製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は 氷スラリーを製造する氷スラリー製造装置及び氷スラリー製造方法に関し、特に低濃度の塩水ナトリウムから氷スラリーを製造することが可能な氷スラリー製造装置及び氷スラリー製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、水あるいは水溶液中に微細な氷を混濁したシャーベット状の氷、いわゆる氷スラリー(この他、アイススラリー、スラリーアイス、スラッシュアイス、リキッドアイスとも呼ばれる。)は、様々な分野において利用されている。例えば、氷スラリーは、冷熱密度が高く且つ高い流動性を有するのが特徴であるため、空調用冷熱源として利用されている。さらに氷スラリーは医療分野においても直接接触型の保冷剤として期待されている。特に腹腔内の冷却低温療法では、手術中の臓器の生体反応を抑制する目的から砕氷した氷片を利用している（非特許文献１参照）。これを氷片よりも高蓄熱、高流動性、高密着性である氷スラリーに代替することにより、高い冷却効果を期待することができる。

【0003】

従来、氷スラリーの生成方法に関しては、（１）冷却円筒内表面に薄い氷層を形成し、それらを掻き取る掻き取り方法（特許文献１参照）、（２）精密な温度制御の下、過冷却水を用いて生成する過冷却方法（特許文献２参照）、（３）生成した微細氷片の浮力を利用して連続的に生成する方法（非特許文献２参照）、（４）試験溶液を減圧し、蒸発潜熱を利用して氷スラリーを生成する方法（非特許文献３、４参照）、及び（５）水・油を混合したエマルション状態の機能性流体を攪拌・冷却することで生成する方法（非特許文献５参照）等、様々な生成方法及び装置が提案されている。

【0004】

上述した（１）の掻き取り方法には、氷片の掻き取りに要する大きな動力と掻き取り刃の摩耗による定期的なメンテナンスとが必要であるという問題があり、加えて小型化が困難であるという問題があった。上述した（２）の過冷却方法は比較的大きなプラントにおいて実用化されているが、過冷却状態を維持するため高精度の温度制御技術が必要である上、過冷却解除の制御が困難であるという問題があった。上述した（３）乃至（５）の従来方法によって生成される氷スラリーの多くは、グリコール系の不凍液(ブライン)、あるいは海水濃度程度の塩化ナトリウム水溶液を用いている。このため、これらの溶液で生成した氷スラリーを生体組織に直接接触するような医療用冷却剤として利用することはできないという問題があった。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

一方、医療分野への応用を考慮し圧力と温度制御のみによって氷スラリーを生成する技術が提案されている（特許文献３）。特許文献３では、低濃度塩化ナトリウム水溶液、いわゆる生理食塩水を用いることが可能な氷スラリー生成方法及び装置の開発を目的としている。但し、その装置の特性上、作動流体の圧力を２５ＭＰａ程度までしか上げることができないという問題があった。

【0006】

非特許文献６の図３では、水及び塩化ナトリウム水溶液（０．９ｗｔ％、３．０％）に対する付加圧力と凝固点降下との関係が示されている。当該図３より、特許文献３のように作動（対象）流体の圧力を２５ＭＰａ程度までしか昇圧ができない場合、生理食塩水（０．９ｗｔ％）を用いると、過冷却度は最大で２．５℃程度である。非特許文献６の図８では、塩化ナトリウム水溶液（０．９ｗｔ％、３．０％）に対する過冷却度と生成される氷スラリーのＩＰＦ（Ice-packing factor：氷充填率）との関係が示されている。当該図８で、「Ｅｑ．（３）」は同文献中の式３（定圧比熱、融解潜熱、過冷却度からＩＰＦを求めるための式）を示す。実験値の妥当性を示すために当該図８のグラフ中に書かれているということである。当該図８に示されるように、過冷却度とＩＰＦとは比例関係にある。当該図８より、特許文献３のように過冷却度が最大で２．５℃程度の場合、生成される氷スラリーのＩＰＦは最大で３ｗｔ％程度と低い。そのため、使用用途によっては冷却性能が不十分であるという問題があった。例えば、医療分野における腹腔鏡手術において氷スラリーで臓器を冷やす場合、臓器に氷スラリーを供給できる量が限られているため、特許文献３のように生成される氷スラリーのＩＰＦが低いと臓器への冷却性能が不十分であるという問題があった。

【0007】

そこで、本発明の目的は上記問題を解決するためになされたものであり、医療分野への応用を考慮し、作動（対象）流体として人体に無害な低濃度塩化ナトリウム水溶液、いわゆる生理食塩水を用いて圧力と温度制御のみにより氷スラリーを生成する氷スラリー製造装置及び製造方法において、当該作動（対象）流体への圧力をより高圧にしても保持することができ、従って生成される氷スラリーのＩＰＦをより高くすることができ、冷却性能を大幅に向上させることができる氷スラリー製造装置及び製造方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

この発明の氷スラリー製造装置は、氷スラリー原液で満たされた原液容器と、該原液容器を内部の不凍液中に保持した外側容器と、該外側容器の一端側から水密性を保持しつつ該外側容器の内部へ挿入可能な加圧部と、該加圧部を前記外側容器側に固定可能な固定部と、該外側容器の他の一端側に設けられたバルブとを備えた氷スラリー製造装置であって、前記バルブを閉とした後、前記外側容器内へ挿入された前記加圧部に外部から圧力を印加することにより、前記不凍液を介して前記原液容器内を所定の加圧状態とし、前記固定部により前記加圧部の前記外側容器の外部への反発を固定した後、前記氷スラリー製造装置全体が外部の冷凍機構内に設置されることにより、前記不凍液を介して前記原液容器内を所定の温度まで冷却し、外部の冷凍機構から取り出された前記氷スラリー製造装置のバルブを開として、前記不凍液を介して前記原液容器内を常圧へ減圧することにより、氷スラリーを生成することを特徴とする。

【0009】

ここで、この発明の氷スラリー製造装置において、生成された氷スラリーを前記原液容器内から押出す所定の押出し具をさらに備え、氷スラリーが生成された後に、前記固定部が前記外側容器側から取り外され、前記原液容器が前記外側容器内から取出され、前記所定の押出し具により、生成された氷スラリーを前記原液容器内から押出すことができる。

【0010】

ここで、この発明の氷スラリー製造装置において、前記原液容器及び前記外側容器は管状の形状を有し、該外側容器は該原液容器を不凍液を介して内部に収容可能な内径及び管長を有すると共に、前記加圧工程における所定の圧力に耐え得る耐圧性を有することができる。

【0011】

ここで、この発明の氷スラリー製造装置において、前記加圧部は前記外側容器の内径より小さく且つ前記原液容器の外径と略同等の径を有する棒状の形状であり、該棒の表面に該外側容器の内径と略同等の径を有するＯリングが嵌め込まれたものとすることができる。

【0012】

ここで、この発明の氷スラリー製造装置において、前記外側容器の前記一端側に設けられた第一圧力受具と、第一圧力受具と対向させる第二圧力受具とを有する圧力受部をさらに備え、前記原液容器内の加圧は、前記バルブを閉とした後、前記第一圧力受具を通して前記加圧部の一端側が前記外側容器内へ挿入され該加圧部の他端側に第二圧力受具が嵌め込まれた状態で、該第二圧力受具に外部から圧力を印加することにより、前記不凍液を介して前記原液容器内を所定の加圧状態とするものであり、前記固定部は、前記圧力受部を固定する第一及び第二圧力固定具を有し、前記固定部による固定は、第一圧力受具及び第二圧力受具の二側面側に第一圧力固定具及び第二圧力固定具が各々嵌め込まれることにより、前記加圧部の前記外側容器の外部への反発を固定することができる。

【0013】

ここで、この発明の氷スラリー製造装置において、第一圧力固定具と第二圧力固定具との間に差し込み可能な第三圧力固定具をさらに備え、前記固定部よる固定後に、第二圧力受具に外部から印加された再圧力による第二圧力受具の前記外側容器側への移動によって生じた、第一圧力固定具と第二圧力固定具との間の空隙に第三圧力固定具を差し込むことにより、前記加圧部の前記外側容器の外部への反発を再固定することができる。

【0014】

ここで、この発明の氷スラリー製造装置において、前記所定の圧力は少なくとも１００ＭＰａとすることができる。

【0015】

ここで、この発明の氷スラリー製造装置において、前記氷スラリー原液は低濃度の塩化ナトリウム水溶液とすることができる。

【0016】

ここで、この発明の氷スラリー製造装置において、前記不凍液は塩化ナトリウムの飽和水溶液とすることができる。

【0017】

この発明の氷スラリー製造方法は、氷スラリー原液で満たされた原液容器と、該原液容器を内部の不凍液中に保持した外側容器と、該外側容器の一端側から水密性を保持しつつ該外側容器の内部へ挿入可能な加圧部と、該加圧部を前記外側容器側に固定可能な固定部と、該外側容器の他の一端側に設けられたバルブとを具備した氷スラリー製造装置を用いた氷スラリー製造方法であって、前記バルブを閉とした後、前記加圧部を前記外側容器内へ挿入し、該加圧部に外部から圧力を印加することにより、前記不凍液を介して前記原液容器内を所定の加圧状態とする加圧工程と、前記固定部により前記加圧部の前記外側容器の外部への反発を固定する固定工程と、前記氷スラリー製造装置全体を外部の冷凍機構内に設置し、前記不凍液を介して前記原液容器内を所定の温度まで冷却する冷却工程と、外部の冷凍機構から取り出された前記氷スラリー製造装置のバルブを開として、前記原液容器内を常圧へ減圧することにより、に氷スラリーを生成する氷スラリー生成工程とを備えたことを特徴とする。

【0018】

ここで、この発明の氷スラリー製造方法において、前記氷スラリー生成工程の後に、前記固定部を取り外し、前記原液容器を前記外側容器内から取出す原液容器取り出し工程と、前記原液容器取り出し工程で取り出された前記原液容器から、前記氷スラリー生成工程で生成された氷スラリーを所定の押出し具により押出す氷スラリー押出し工程とをさらに備えることができる。

【0019】

ここで、この発明の氷スラリー製造方法において、前記原液容器及び前記外側容器は管状の形状を有し、該外側容器は該原液容器を不凍液を介して内部に収容可能な内径及び管長を有すると共に、前記加圧工程における所定の圧力に耐え得る耐圧性を有することができる。

【0020】

ここで、この発明の氷スラリー製造方法において、前記加圧部は前記外側容器の内径より小さく且つ前記原液容器の外径と略同等の径を有する棒状の形状であり、該棒の表面に該外側容器の内径と略同等の径を有するＯリングが嵌め込まれたものとすることができる。

【0021】

ここで、この発明の氷スラリー製造方法において、前記加圧部が挿入される前記外側容器の一端側に設けられた第一圧力受具と、第一圧力受具と対向させる第二圧力受具とを有する圧力受部をさらに備え、前記加圧工程は、前記バルブを閉とした後、前記第一圧力受具を通して前記加圧部の一端側を前記外側容器内へ挿入し、該加圧部の他端側に嵌め込まれた第二圧力受部に外部から圧力を印加することにより、前記不凍液を介して前記原液容器内を所定の加圧状態とするものであり、前記固定部は、前記圧力受部を固定する第一及び第二圧力固定具を有し、前記固定工程は、第一圧力受具及び第二圧力受具の二側面側に第一圧力固定具及び第二圧力固定具を各々嵌め込むことにより、前記加圧部の前記外側容器の外部への反発を固定することができる。

【0022】

ここで、この発明の氷スラリー製造方法において、前記固定工程後に、第二圧力受具に外部から再圧力を印加する再印加工程と、前記再印加工程による第二圧力受具の前記外側容器側への移動により生じた第一圧力固定具と第二圧力固定具との間の空隙に第三圧力固定具を差し込むことにより、前記加圧部の前記外側容器の外部への反発を再固定する再固定工程とをさらに備えることができる。

【発明の効果】

【0023】

本発明の氷スラリー製造装置及び製造方法によれば、固定部を外した状態で、シャットオフ弁を閉とした後、耐圧冷凍用容器内へ加圧棒を挿入し、挿入された加圧棒に外部から圧力を印加する。この圧力の印加により、不凍液を介して生理食塩水用容器内を所定の加圧状態とする。続いて、固定部により加圧棒の耐圧冷凍用容器の外部への反発を固定する。この後、氷スラリー製造装置全体が外部の冷凍機構内に設置されることにより、不凍液を介して生理食塩水用容器内を所定の温度まで冷却する。外部の冷凍機構から取り出された氷スラリー製造装置のシャットオフ弁を開として、不凍液を介して生理食塩水用容器内を常圧（大気圧）へ減圧することにより、氷スラリー原液から氷スラリーを生成することができる。即ち、本発明の氷スラリー製造装置及び製造方法は氷スラリー原液の周りを不凍液で覆い、この不凍液を加圧冷却し減圧することにより、即ち圧力と温度制御のみにより、氷スラリーを製造する点に特徴がある。耐圧冷凍用容器は耐圧性を高めたステンレス製ノズルにより作製したものであり、少なくとも１００Ｍｐａ程度の圧力に耐え得る耐圧性を有している。このため、耐圧冷凍用容器内を加圧した場合、少なくとも１００Ｍｐａ程度まで昇圧・保持が可能である。以上の結果、医療分野への応用を考慮し、作動（対象）流体として人体に無害な低濃度塩化ナトリウム水溶液、いわゆる生理食塩水を用いて圧力と温度制御のみにより氷スラリーを生成する氷スラリー製造装置及び製造方法において、当該作動（対象）流体への圧力をより高圧にしても保持することができ、従って生成される氷スラリーのＩＰＦをより高くすることができ、冷却性能を大幅に向上させることができる氷スラリー製造装置及び製造方法を提供することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】本発明の氷スラリー製造装置１００の概念図である。

【図2】本発明の氷スラリー製造装置１００の具体例を示す図である。

【図3】氷スラリー製造装置１００を示す写真である。

【図4】氷スラリー製造方法の工程１（組立工程１）を示す図である。

【図5】氷スラリー製造方法の工程２（組立工程２）を示す図である。

【図6】氷スラリー製造方法の工程３（組立工程３）を示す図である。

【図7】氷スラリー製造方法の工程４（加圧工程）を示す図である。

【図8】実験に用いたプレス機械Ｐａ（１５０ｔプレス機）を示す写真である。

【図9】プレス機械Ｐａに図７に示される氷スラリー製造装置１００をセットした状態を示す写真である。

【図10】氷スラリー製造方法の工程５（固定工程）を示す図である。

【図11】図１０に示された氷スラリー製造装置１００を写真で示す図である。

【図12】図１０に示された氷スラリー製造装置１００をプレス機械Ｐａにセットした状態で、第一圧力固定具４４ａ及び第二圧力固定具４４ｂ部分を拡大した写真である。

【図13】図１２に示された状態を左側面側から撮影した写真である。

【図14】氷スラリー製造方法の工程６（冷却工程）を示す図である。

【図15】氷スラリー製造方法の工程７（減圧、氷スラリー生成工程）及び工程８の１を示す図である。

【図16】氷スラリー製造方法の工程８の２を示す図である。

【図17】氷スラリー製造方法の工程９（氷スラリー押出し工程）を示す図である。

【図18】実施例２における圧力の再印加工程等を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

以下、まず、本発明の氷スラリー製造装置及び製造方法の概念について説明し、次に各実施例について図面を参照して詳細に説明する。

【0026】

本発明の氷スラリー製造装置の概念．
図１は、本発明の氷スラリー製造装置１００の概念図を示す。図１で符号１０は氷スラリー原液ＩＳｕｄで満たされた原液容器、２０は原液容器１０を内部の不凍液ＡＦ中に保持した外側容器、、３０は外側容器２０の一端側（図１では上部側）から水密性を保持しつつ外側容器２０の内部（図１では下方側）へ挿入可能な加圧部、４０は加圧部３０を外側容器２０側に固定可能な固定部、５０は外側容器２０の他の一端側（図１では下部側）に設けられたバルブである。

【0027】

本発明の氷スラリー製造方法の概念．
次に、図１を用いて本発明の氷スラリー製造方法の概念について説明する。まず、図１に示される固定部４０を外した状態で、バルブ５０を閉とした後、外側容器２０内へ加圧部３０を挿入し、挿入された加圧部３０に外部から圧力Ｐを印加する。圧力Ｐは図１に示される矢印のように加圧部３０の上方から印加する。この圧力Ｐの印加により、不凍液ＡＦを介して原液容器１０内を所定の加圧状態とする。続いて、固定部４０により加圧部３０の外側容器２０の外部（図１では上方）への反発を固定する。この後、氷スラリー製造装置１００全体が外部の冷凍機構（不図示）内に設置されることにより、不凍液ＡＦを介して原液容器１０内を所定の温度まで冷却する。外部の冷凍機構から取り出された氷スラリー製造装置１００のバルブ５０を開として、不凍液ＡＦを介して原液容器１０内を常圧（大気圧）へ減圧することにより、氷スラリー原液ＩＳｕｄから氷スラリーＩＳ（不図示）を生成する。以上のように、本発明の氷スラリー製造方法は氷スラリー原液ＩＳｕｄの周りに不凍液ＡＦを満たし、この不凍液ＡＦを加圧冷却し減圧することにより、即ち圧力と温度制御のみにより、氷スラリーＩＳを製造する点に特徴がある。以下、各実施例について図面を参照して詳細に説明する。

【実施例0028】

図２は、本発明の氷スラリー製造装置１００の具体例を示す。図２で図１と同じ符号を付した箇所は同じ要素を示すため、説明は省略する。図２で矢印で範囲を示した数値は各部のサイズ（ｍｍ）を示す。しかし、当該サイズはあくまでも一例であって、本発明の氷スラリー製造装置１００を限定するものではない。図２に示されるように、生理食塩水用容器１０（原液容器１０の具体例）は管状の形状であり、左右端に着脱可能な蓋１２ａ、１２ｂを備えている。生理食塩水用容器１０の管長は２０２ｍｍ、管径は内径が６ｍｍで外径が８ｍｍであり、内部に示された鎖線は空洞になっていることを示す。後述するように、生理食塩水用容器１０内には生理食塩水ＩＳｕｄ（氷スラリー原液ＩＳｕｄの具体例）が満たされる。

【0029】

図２に示されるように、耐圧冷凍用容器２０（外側容器２０の具体例）は管状の形状であり、管長は２５０ｍｍ、管径は内径が１０ｍｍで外径が２０ｍｍであり、内部に示された鎖線は空洞になっていることを示す。つまり、耐圧冷凍用容器２０は生理食塩水用容器１０を内部に収容可能な内径及び管長を有している。耐圧冷凍用容器２０は耐圧性を高めたステンレス製ノズルにより作製したものであり、少なくとも１００Ｍｐａ（所定の圧力）程度の圧力に耐え得る耐圧性を有している。このため、耐圧冷凍用容器２０内を加圧した場合、少なくとも１００Ｍｐａ程度まで昇圧・保持が可能である。後述するように、耐圧冷凍用容器２０内には生理食塩水用容器１０が収容され、両者の間には不凍液ＡＦが満たされる。

【0030】

図２に示されるように、加圧棒３０（加圧部３０の具体例）は耐圧冷凍用容器２０の内径（１０ｍｍ）より小さく且つ生理食塩水用容器１０の外径（８ｍｍ）と略同等の径を有する棒状の形状であり、棒の長さは５５ｍｍである。

【0031】

図２で、符号３２ａは耐圧冷凍用容器２０の一端Ｔ１側（加圧棒３０が挿入される側）に設けられた第一圧力受具であり、３２ｂは第一圧力受具３２ａと対向させる第二圧力受具である。各々、横幅は１０ｍｍで縦幅は４５ｍｍであり、第一圧力受具３２ａと第二圧力受具３２ｂとにより圧力受部３２を構成する。図２に示されるように、第一圧力受具３２ａを通して加圧棒３０の一端側（図２では左端側）が耐圧冷凍用容器２０内へ挿入され、加圧棒３０部の他端側（図２では右端側）に第二圧力受具３２ｂが嵌め込まれる。

【0032】

図２で、符号４４ａ、４４ｂは圧力受部３２を固定する第一固定具及び第二固定具（固定部４０の具体例）である。図面の都合上、第二固定具４４ｂは不図示となっており、符号４４ａ（４４ｂ）と表示してある。第一固定具４４ａ（及び第二固定具４４ｂ）は角型鋼管等を所望の厚さに切断した形状であり、外側の横幅が６８．５ｍｍで縦幅６７ｍｍであり、内側の横幅が４８．５ｍｍで縦幅４６．７ｍｍである。第一固定具４４ａ及び第二固定具４４ｂによる固定は、第一圧力受具３２ａ及び第二圧力受具３２ｂの二側面側に（図２では紙面表側及び裏側に）第一圧力固定具４４ａ及び第二圧力固定具４４ｂが各々嵌め込まれることにより行われる。

【0033】

図２で、符号５０は耐圧冷凍用容器２０の他の一端Ｔ２側に設けられたシャットオフ弁（バルブ５０の具体例）であり、５２はシャットオフ弁５０のハンドルである。シャットオフ弁５０は圧力の流れの開閉に用いられる２方弁であり、１つの弁５４ａ（点線円で示す。）は耐圧冷凍用容器２０側にあり、他の１つの弁５４ｂ（点線円で示す。）は反対側にある。点線円内の斜線は外部の器具と接続する際に用いられるネジの形状を示す。シャットオフ弁５０の横幅は６８ｍｍで縦幅は３５ｍｍである。符号５６はシャットオフ弁５０と耐圧冷凍用容器２０とを繋ぐ高圧ニップルであり、横幅は１０ｍｍである。

【0034】

生理食塩水用容器１０内の加圧は以下のように行われる。まず、生理食塩水ＩＳｕｄが満たされた生理食塩水用容器１０を、耐圧冷凍用容器２０内に不凍液ＡＦを介して保持する。ハンドル５２を回してシャットオフ弁５０を閉とした後、第一圧力受具３２ａを通して加圧棒３０の一端側が耐圧冷凍用容器２０内へ挿入され、加圧棒３０の他端側に第二圧力受具３２ｂが嵌め込まれる。この状態で、第二圧力受具３２ｂに（従って加圧棒３０に）外部から圧力を印加することにより、耐圧冷凍用容器２０内を（従って不凍液ＡＦを介して生理食塩水用容器１０内を）所定の加圧状態とすることができる。このように加圧された場合、第一固定具４４ａ及び第二固定具４４ｂによる上述した固定により、加圧棒３０が耐圧冷凍用容器２０の内部から外部へ（図２では右方向へ）反発することを固定することができる。

【0035】

図３は、上述した氷スラリー製造装置１００を写真で示す。図３で図２と同じ符号を付した個所は同じ要素を示すため、説明は省略する。図３では、第一固定具４４ａと第二固定具４４ｂとが分けて示されている。図３に示されるように、加圧棒３０の棒表面には耐圧冷凍用容器２０の内径と略同等の径を有するＯリング３４が嵌め込まれている。このＯリング３４により、耐圧冷凍用容器２０の一端Ｔ１側から水密性を保持しつつ耐圧冷凍用容器２０の内部へ加圧棒３０を挿入することができる。即ち、加圧棒３０を加圧した際、加圧棒３０を耐圧冷凍用容器２０内へ押し込むと同時に、耐圧冷凍用容器２０内から不凍液ＡＦが漏れ出ないようにする（水密性を保つ）ことができる。図３ではＯリング３４は２か所に設けられているが、２か所に限定されるものではない。図３で、符号７０は生成された氷スラリーを生理食塩水用容器１０内から押出す氷スラリー押出し具（所定の押出し具）である。詳しくは後述する。

【0036】

次に、氷スラリー製造装置１００を用いた本発明の氷スラリー製造方法について説明する。当該製造方法には氷スラリー製造装置１００の組立工程も含まれる。図４は、氷スラリー製造方法の工程１（組立工程１）を示す。図４で図２と同じ符号を付した個所は同じ要素を示すため、説明は省略する。図４に示されるように、生理食塩水用容器１０の内部に示された鎖線は内部が空洞になっていることを示す（以下同様であるため、生理食塩水用容器１０内の鎖線についての説明は省略する。）。図４で、符号Ｃｓは氷スラリー原液ＩＳｕｄを入れたスポイト等の容器である。氷スラリー原液ＩＳｕｄの具体例としては低濃度の塩化ナトリウム水溶液が好適である。より具体的には、塩化ナトリウムを０．９ｗｔ％含有する水溶液、つまり生理食塩水が好適である。これは、生体組織に直接接触するような医療用冷却剤として用いることができる氷スラリーを製造するという本発明の目的に合致するためである。但し、低濃度の程度は０．９ｗｔ％に限定されるものではなく、０．３ｗｔ％～３．０ｗｔ％程度であってもよい。図４に示されるように、蓋１２ａを外し、生理食塩水用容器１０内へ容器Ｃｓから生理食塩水ＩＳｕｄを入れて、生理食塩水用容器１０内を生理食塩水ＩＳｕｄで満たし、蓋１２ａで蓋をする。

【0037】

図５は、氷スラリー製造方法の工程２（組立工程２）を示す。図５で図２と同じ符号を付した個所は同じ要素を示すため、説明は省略する。図５に示されるように、耐圧冷凍用容器２０の内部に示された鎖線は内部が空洞になっていることを示す（以下同様であるため、耐圧冷凍用容器２０内の鎖線についての説明は省略する。）。図５で、符号Ｃｐは不凍液ＡＦを入れたボトル等の容器である。不凍液ＡＦの具体例としては塩化ナトリウムの飽和水溶液が好適である。図５に示されるように、ハンドル５２を回してシャットオフ弁５０を閉とする。耐圧冷凍用容器２０の一端Ｔ１側から、容器Ｃｐ内の不凍液ＡＦを耐圧冷凍用容器２０内に水位が約７０％程度になるまで注入する。但し、７０％というのは目安であってこの割合に限定されるものではない。

【0038】

図６は、氷スラリー製造方法の工程３（組立工程３）を示す。図６で図２及び図５と同じ符号を付した個所は同じ要素を示すため、説明は省略する。図６に示されるように、工程２で不凍液ＡＦを７０％程度満たした耐圧冷凍用容器２０内に、工程１で生理食塩水を満たした生理食塩水用容器１０を自重を利用して入れる。その後、耐圧冷凍用容器２０内を不凍液ＡＦで１００％になるまで満たす。

【0039】

図７は、氷スラリー製造方法の工程４（加圧工程）を示す。図７で図２と同じ符号を付した個所は同じ要素を示すため、説明は省略する。図７に示されるように、シャットオフ弁５０の弁５４ｂ側に圧力計６０を接続する。耐圧冷凍用容器２０の一端Ｔ１側から加圧棒３０を挿入し、第二圧力受具３２ｂを加圧棒３０の一端側（耐圧冷凍用容器２０への挿入側と反対側）に装着する。この後、外部の加圧機構（プレス機械等）Ｐａを用いて任意の圧力Ｐを第二圧力受具３２ｂにかける。プレス機械Ｐａは実際は図７に示されたサイズより大きいが、図面の都合上、概念的な加圧機構Ｐａとして示す。加圧された圧力Ｐは圧力計６０に表示される。以上により、圧力Ｐは第二圧力受具３２ｂ及び加圧棒３０を介して冷凍用容器２０内の不凍液ＡＦに印加され、生理食塩水用容器１０内の生理食塩水ＩＳｕｄに印加され、生理食塩水用容器１０内を所定の加圧状態とすることができる。即ち、シャットオフ弁５０を閉とした後、加圧棒３０の一端側を第一圧力受具３２ａを通して耐圧冷凍用容器２０内へ挿入し、加圧棒３０の他端側に嵌め込まれた第二圧力受具３２ｂに外部（加圧機構Ｐａ）から圧力Ｐを印加することにより、不凍液ＡＦを介して生理食塩水用容器１０内を所定の加圧状態とする（加圧工程）。上述したように、加圧棒３０の棒表面には耐圧冷凍用容器２０の内径と略同等の径を有するＯリング３４が嵌め込まれている。このＯリング３４により、耐圧冷凍用容器２０の一端Ｔ１側から水密性を保持しつつ耐圧冷凍用容器２０の内部へ加圧棒３０を挿入することができる。任意の圧力Ｐとしては１００ＭＰａ（所定の圧力）とした。但し、これはプレス機械Ｐａの性能上の数値であり、耐圧冷凍用容器２０にはより高圧をかけることも可能である。このため、任意の圧力Ｐとしては少なくとも１００ＭＰａとなる。なお、図７では、第一圧力固定具４４ａ及び４４ｂは、図３に示されるような平面的な状態から９０度回転させて（矢印方向で示す。）、第一圧力受具３２ａ及び第二圧力受具３２ｂへ嵌め込まれる直前の状態を示している。

【0040】

図８は、実験に用いたプレス機械Ｐａ（１５０ｔプレス機）を示す写真である。図９は、プレス機械Ｐａに図７に示される氷スラリー製造装置１００をセットした状態を示す写真である。図９で図７と同じ符号を付した個所は同じ要素を示すため、説明は省略する。

【0041】

図１０は、氷スラリー製造方法の工程５（固定工程）を示す。より具体的には、図１０は図７に示された氷スラリー製造装置１００において、第一圧力受具３２ａ及び第二圧力受具３２ｂが固定された状態を示す。図１０では図面の都合上、圧力計６０は省略してある。図１０に示されるように、第一圧力受具３２ａ及び第二圧力受具３２ｂの二側面側に（図１０では左右側面側に）第一圧力固定具４４ａ及び第二圧力固定具４４ｂが各々嵌め込まれ、第一圧力受具３２ａ及び第二圧力受具３２ｂが固定される。この固定により、加圧棒３０が耐圧冷凍用容器２０の内部から外部へ（図１０では上方向へ）反発することを固定することができる。即ち、固定部４０により加圧棒３０の耐圧冷凍用容器２０の外部への反発を固定する（固定工程）。

【0042】

図１１は、図１０に示された氷スラリー製造装置１００を写真で示す。図１１で図１０と同じ符号を付した個所は同じ要素を示すため、説明は省略する。図１１では図面の都合上、プレス機械Ｐａは省略している。図１２は、図１０に示された氷スラリー製造装置１００をプレス機械Ｐａにセットした状態で、第一圧力固定具４４ａ及び第二圧力固定具４４ｂ部分を拡大した写真を示す。図１２で図１０と同じ符号を付した個所は同じ要素を示すため、説明は省略する。図１３は、図１２に示された状態を左側面側から撮影した写真である。図１３で図１２と同じ符号を付した個所は同じ要素を示すため、説明は省略する。

【0043】

図１４は、氷スラリー製造方法の工程６（冷却工程）を示す。図１４で図１０と同じ符号を付した個所は同じ要素を示すため、説明は省略する。図１４に示されるように、図１０に示された氷スラリー製造装置１００全体を外部の冷凍機構Ｒｆ内に設置し、不凍液ＡＦを介して生理食塩水用容器１０内を所定の温度まで冷却する（冷却工程）。冷凍機構Ｒｆとしては適宜冷凍庫を用いればよい。所定の温度としては－１０℃が好適である。上述した非特許文献６の図３から推測すると、３．０ｗｔ％の場合、圧力１００ＭＰａで凝固点が約－８℃～－１０℃となる。生理食塩水（０．９ｗｔ％）の場合では圧力１００ＭＰａで凝固点が約－８℃程度と、ほぼ同程度の温度となる。このため、生理食塩水ＩＳｕｄに対する所定の温度（冷却温度）として－１０℃と設定した。

【0044】

図１５は、氷スラリー製造方法の工程７（減圧、氷スラリー生成工程）及び工程８の１を示す。図１５で図１４と同じ符号を付した個所は同じ要素を示すため、説明は省略する。図１５に示されるように、外部の冷凍機構Ｒｆから取り出された氷スラリー製造装置１００のシャットオフ弁５０を開として、耐圧冷凍用容器２０内を、従って生理食塩水用容器１０内を常圧（大気圧）へ減圧する（減圧工程）。この時、生理食塩水用容器１０内の生理食塩水ＩＳｕｄから氷スラリーＩＳが生成される（氷スラリー生成工程）。なお、上記固定工程（図１０）後は、第一固定具４４ａ及び第二固定具４４ｂは外れない状態となっている。しかし、シャットオフ弁５０を開とした後は第一固定具４４ａ及び第二固定具４４ｂが容易に取り外せる状態となっているため、減圧されたことを確認できる。

【0045】

図１５の一部（右下図）は、氷スラリー製造方法の工程８の１を示す。図１５に示されるように、減圧後であるため第一固定具４４ａ及び第二固定具４４ｂ（固定部４０）を取り外す。図１６は、氷スラリー製造方法の工程８の２を示す。図１６で図１５と同じ符号を付した個所は同じ要素を示すため、説明は省略する。図１６に示されるように、工程８－１で第一固定具４４ａ及び第二固定具４４ｂが取り外された耐圧冷凍用容器２０内から、生理食塩水用容器１０を取出す（原液容器取り出し工程）。

【0046】

図１７は、氷スラリー製造方法の工程９（氷スラリー押出し工程）を示す。図１７に示されるように、工程８の２で取出された生理食塩水用容器１０の蓋１２ａを開け、生理食塩水用容器１０内から工程７（氷スラリー生成工程）で生成された氷スラリーＩＳを氷スラリー押出し具７０（図３参照）により、容器Ｃｃへ押出す（氷スラリー押出し工程）。

【0047】

上述したように、生理食塩水の場合、圧力１００ＭＰａにおける凝固点は約－１０℃である。上述した非特許文献６の図３から推測すると、過冷却度は約８℃となる。従って非特許文献６の図８から推測すると、生成された氷スラリーＩＳのＩＰＦは約１０ｗｔ％になると考えられる。特許文献３のように過冷却度が最大で２．５℃程度の場合、生成される氷スラリーのＩＰＦは最大で３ｗｔ％程度と低い。そのため、使用用途によっては冷却性能が不十分であるという問題があった。一方、本発明の氷スラリー製造方法によれば、生成される氷スラリーのＩＰＦをより高く約１０ｗｔ％とすることができた。この結果、例えば医療分野における腹腔鏡手術において、冷却性能を大幅に向上させた氷スラリーＩＳで臓器を冷やすことが可能となる。なお、本明細書では氷スラリー原液ＩＳｕｄとして生理食塩水を用いたが、非特許文献６に記載されているような低濃度ではない塩化ナトリウム水溶液、エタノール水溶液又は真水を用いても同様に、ＩＰＦの高い氷スラリーを生成することは可能である。なお、真水を用いた氷スラリーは半導体の冷却等に対しても適用可能である。

【0048】

以上より、本発明の実施例１によれば、図１等に示される固定部４０を外した状態で、シャットオフ弁（バルブ）５０を閉とした後、耐圧冷凍用容器（外側容器）２０内へ加圧棒（加圧部）３０を挿入し、挿入された加圧棒３０に外部から圧力Ｐを印加する。この圧力Ｐの印加により、不凍液ＡＦを介して生理食塩水用容器（原液容器）１０内を所定の加圧状態とする。続いて、固定部４０により加圧棒３０の耐圧冷凍用容器２０の外部への反発を固定する。この後、氷スラリー製造装置全体１００が外部の冷凍機構Ｒｆ内に設置されることにより、不凍液ＡＦを介して生理食塩水用容器１０内を所定の温度まで冷却する。外部の冷凍機構Ｒｆから取り出された氷スラリー製造装置１００のシャットオフ弁５０を開として、不凍液ＡＦを介して生理食塩水用容器１０内を常圧（大気圧）へ減圧することにより、氷スラリー原液ＩＳｕｄから氷スラリーＩＳを生成する。以上のように、本発明の氷スラリー製造方法は氷スラリー原液ＩＳｕｄの周りに不凍液ＡＦを満たし、この不凍液ＡＦを加圧冷却し減圧することにより、即ち圧力と温度制御のみにより、氷スラリーＩＳを製造する点に特徴がある。耐圧冷凍用容器２０は耐圧性を高めたステンレス製ノズルにより作製したものであり、少なくとも１００Ｍｐａ（所定の圧力）程度の圧力に耐え得る耐圧性を有している。このため、耐圧冷凍用容器２０内を加圧した場合、少なくとも１００Ｍｐａ程度まで昇圧・保持が可能である。以上の結果、医療分野への応用を考慮し、作動（対象）流体として人体に無害な低濃度塩化ナトリウム水溶液、いわゆる生理食塩水を用いて圧力と温度制御のみにより氷スラリーを生成する氷スラリー製造装置及び製造方法において、当該作動（対象）流体への圧力をより高圧にしても保持することができ、従って生成される氷スラリーのＩＰＦをより高くすることができ、冷却性能を大幅に向上させることができる氷スラリー製造装置及び製造方法を提供することができる。

【実施例0049】

実施例２では、実施例１の図１０で示される工程５（固定工程）の後に、第二圧力受具３２ｂに外部から再圧力Ｐ’を印加する場合について説明する。図１８は、実施例２における圧力の再印加工程等を示す。図１８で図１０と同じ符号を付した個所は同じ要素を示すため、説明は省略する。図１８に示されるように、実施例１の図１０で示される工程５（固定工程）の後に、第二圧力受具３２ｂに外部から再圧力Ｐ’を印加する（再印加工程）。この再印加工程により、第二圧力受具３２ｂは耐圧冷凍用容器２０側へ移動する（図１８では第二圧力受具３２ｂから３２ｂ’への矢印で示す。）。この移動の結果、第一固定具４４ａと第二固定具４４ｂとの間に空隙Ｓが生じることになる。当該空隙Ｓに差し込み可能な第三固定具（第三圧力固定具）４６を差し込むことにより、加圧棒３２の耐圧冷凍用容器２０の外部への反発を再固定する（再固定工程）。なお、図１８では図面の都合上、空隙Ｓと第三固定具４６とを重ねて示した。

【0050】

以上より、本発明の実施例２によれば、実施例１の固定工程の後に、第二圧力受具３２ｂに外部から再圧力Ｐ’を印加することも可能である。この結果生じた第一固定具４４ａと第二固定具４４ｂとの間の空隙Ｓに第三固定具４６を差し込むことにより、加圧棒３２の耐圧冷凍用容器２０の外部への反発を再固定することができる。