JP2002136279A - 保冷材及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 融解温度（氷結温度）をマイナス２度Ｃ以
下の任意の温度にすることが容易で衛生安全性に優れた
保冷材を提供するにある。 【解決手段】 海洋深層水をそのままあるいは淡水化プ
ロセスにおける逆浸透ＲＯ膜処理法とＮＦ膜処理法の２
段階処理により、濃縮して塩分濃度３．６％〜２０％と
した保冷材（蓄冷材）を製造する。また高吸水性樹脂に
海洋深層水を吸収させて、ゲル状の保冷材を製造する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主に食品の鮮度を
保持するために使用する保冷材（蓄冷材）に関する。

【０００２】

【従来技術】従来において生鮮食品の鮮度保持に使用さ
れる保冷材には、真水氷や海水氷（表層海水を使用）そ
のもの、真水氷や海水氷を合成樹脂製フィルムの袋に詰
めたもの、あるいは低温保持時間を長くするために、吸
水性性樹脂などに氷や海水を詰めて吸水させ、ゲル状に
したものを冷却して使用するものがある。いずれも水や
海水等の蓄冷材を凍らせて、氷の融解する際の融解温度
（氷結温度に近い）を保持するという原理を利用してい
るものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来技術は次
に述べるような課題があった。 （１）低温温度を保持する融解（氷結）温度は保冷材に
真水を使用した場合は０℃であり、十分低い低温が得ら
れない課題があった。食料品の貯蔵に用いられる保冷材
は、マイナス２℃以下の低温をできるだけ長時間維持す
るものが望まれる。また、食料品の種類によっては最適
保冷温度がマイナス７℃、マイナス５℃等相違するため
保冷温度特性の異なる保冷材が求められる。しかし、上
記のような従来の真水を保冷材としたものでは、これら
の要請に十分応えることができなかった。

【０００４】（２）また、従来の保冷材に使用されてい
る真水や海水には、多くの雑菌が存在する。このため、
カビや雑菌の増殖を防止するため防腐剤を添加してい
る。一般の保冷材は合成樹脂の袋に収納されており、通
常は生鮮食料品に直接触れることはないが、万一、袋が
破れた場合は前記の防腐剤が生鮮食料品に接触すること
になる。防腐剤のなかには有害なものもあり、防腐剤の
使用は、衛生上好ましくない。 （３）また、魚介類の保冷材に使用されるバラ状の海水
（袋詰しない）は表層海水が使用されているため水温が
高く、（場所にもよるが年平均約２１℃）、製氷コスト
が高かった。

【０００５】（４）一方、現状の海水の淡水化において
回収淡水(純水)とともに分離されて発生する濃縮塩水は
海中に捨てられている。したがって、保冷材の製造にお
いてこの濃縮塩水を有効活用すれば回収淡水のコストを
下げるとともに保冷材のコスト削減を図ることにつなが
る。海水淡水化技術には蒸発法、逆浸透膜法（ＲＯ
法）、電気侵透法等があるが、エネルギーコストの高い
わが国では、専ら逆浸透膜法（ＲＯ法）が採用されてい
る。このＲＯ法による海水淡水化によって得られる淡水
の回収率は通常、約４０％で残り約６０％の濃縮海水は
海中に捨てられている。この時の濃縮塩水の濃度は約
５．３％である。現状の技術では得られる淡水回収率は
最高６０％で、濃縮塩水濃度は約８．８％となってい
る。これは、ＲＯ膜の耐圧強度１０Ｍｐａ内で浸透圧を
制限するため、これ以上高濃度にできないという事情に
よる。濃縮塩水を保冷材として製造するにあたって、あ
まり低温特性を要しない場合は塩水濃度８．８％以内の
ものでもよいが、さらに保冷材の低温特性の良好なもの
を得ようとすると濃縮度をさらに高める手段を加えるこ
とが必要になり、この高濃縮化の手段が課題であった。

【０００６】本発明は以上のような従来技術の持つ問題
点に鑑みてなされたものであって、その目的は、 融
解温度（氷結温度）をマイナス２℃以下の任意の温度に
することが容易な保冷材、 保冷能力が高く、 氷
結温度をマイナス２℃以下の任意の温度にすることが容
易で、 衛生安全性に優れた保冷材を提供するにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】以上の目的を達成するた
めに本発明は次に述べるようになっている。 ＜請求項１記載の発明＞本発明の保冷材は、海洋深層水
からなる塩分濃度３．６％から２０％の塩水を使用して
なることを特徴とする。 ＜請求項２記載の発明＞請求項１記載の保冷材は、塩水
を高吸水性樹脂に吸水させてゲル状にしてなることを特
徴とする。 ＜請求項３記載の発明＞本発明の保冷剤は 塩水が海洋
深層水の淡水化の過程で生成される濃縮海水であること
を特徴とする。 ＜請求項４記載の発明＞本発明の保冷材の製造方法は、
海洋深層水を逆浸透膜（ＲＯ）法により濃縮して塩水を
生成し、塩水の一部又は全部をナノフィルター膜（Ｎ
Ｆ）法によりさらに濃縮して高濃縮塩水を生成し、前記
低濃縮塩水及び高濃縮塩水の両方または一方のみを保冷
材として用いることを特徴とする。

【０００８】上記のように、課題を解決するための本発
明のポイントは、以下の通りとした。 保冷材に使用する海水は、雑菌の少ない海洋深層水
を使用することによって有害な防腐剤の添加を止め、又
は使用量を減らして、万一、保冷材の袋が破れても衛生
安全性を確保し、あわせて防腐剤処理の経費を削減し
た。 水の融解(氷結)温度および低温維持能力（保持時
間）は塩分濃度に依存することから、３．６％〜２０％
の塩分濃度とした海水を保冷材として使用し、マイナス
２℃以下の低温域の融解温度と低温維持時間を長くした
低温特性に優れた保冷剤を得た。なお、この塩分濃度を
適宜設定することによって食料品に最適な保冷温度に適
合した所望の融解温度の保冷剤を得ることとした。ま
た、保冷材は高吸水製樹脂に吸水させてゲル化したもの
として低温維持時間を長くした。

【０００９】 上記の保冷材用の濃縮塩水を製造する
にあたり、濃縮塩水を保冷剤専用に製造するとコスト高
になる。したがって、海水淡水化の過程で得られる淡水
（純水）を飲用水や農業、工業用水等に用い、同時に生
成される濃縮塩水を本発明の保冷材に利用するようにし
た。従来、この濃縮塩水は海中に捨てられていたもので
あり、これを無償で得ることになるため極めて経済的で
ある。また、濃縮塩水を海中に放水しないため周辺海域
の環境にやさしい。 保冷材に用いる塩水は塩分濃度が高いほど低温特性
がよくなるため濃縮度をあげる方がよい。しかし、現状
の逆浸透膜分離を使用した海水淡水化ではＲＯ膜の耐圧
強度から濃縮塩水の濃度は８．８％が限界となってい
る。本発明では逆浸透膜を多段として濃縮度を高めるこ
ととしている。しかも、この逆浸透膜は１段目にＲＯ
膜、２段目にＮＦ膜を使用することとして、比較的低い
浸透圧によって最大２０％の高濃度の濃縮水を製造する
ことを可能とした。この結果、ＲＯ逆浸透膜のみで３．
６％〜８．８％の塩分濃度、ＲＯ膜とＮＦ膜の組合わせ
によって８．８％超〜２０％の濃縮塩水を得ることを可
能とし、所望の低温特性に応じた濃縮度の濃縮塩水の製
造を可能とした。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。図１は本発明に係る保冷材に用いる海洋深層水の
淡水化の過程で得られる濃縮海水の製造プロセスフロー
図である。水深約３００Ｍ以深より汲み上げた海洋深層
水をスクリーンやフィルターでゴミ等の固形分を除去す
る前処理を行なった後、逆浸透膜（ＲＯ膜）装置に通し
８〜９Ｍｐａの高圧をかけて約６０％の処理水（塩分濃
度０．０２％の純水）と約４０％の濃縮塩水（塩分濃度
約８．８％）を得る。あまり低温特性が厳しくない場合
はこの段階の濃縮塩水（塩分濃度３．６％〜８．８％）
を使用することができるが、さらに低温特性の厳しい
（融解温度が低く、低温維持時間が長い）高濃度の濃縮
塩水（８．８％超〜２０％）を得ようとする場合は、前
記のＲＯ膜処理で得た濃縮塩水（塩分濃度８．８％以
下）を逆浸透ナノフィルター（ＮＦ膜）装置にかける。
そしてＲＯ膜とはぼ同等の約１０Ｍｐａの圧力をかけて
塩分濃度約０．２８％の処理水（かん水）と塩分濃度最
大２０％の高濃度な濃縮塩水を得る。

【００１１】濃縮塩水及び高濃縮塩水は保冷材に使用さ
れ、ＲＯ膜処理、ＮＦ膜処理で得られた処理水（淡水）
は、飲用水、農業用水、工業用水などに使用される。な
お、上記ＲＯ膜とＮＦ膜の２段処理による淡水化プロセ
スにおいて、塩分濃度の異なる濃縮塩水を得ようとする
場合は、ＮＦ膜処理で得られた高濃度塩水とかん水をブ
レンドする。上記のように、濃縮した海洋深層水は、海
洋深層水から真水を得る淡水化の工程で生成される。従
来は、淡水化の過程で生成される濃縮海洋深層水は、利
用用途がなく棄てられている場合が多いものであったの
で、原材料は安価に製造できる。得られた濃縮塩水は、
高分子樹脂などに含水させ、包装袋に密封し、あるいは
そのまま凍結させて保冷材を製造する。

【００１２】保冷剤の製造において高吸水性樹脂に吸水
させて用いる場合、海洋深層水を吸水できる高吸水性樹
脂の選定を行なう必要があり、塩分濃度の異なる深層水
を高吸水性樹脂に吸水させたものを用いて保冷材（蓄冷
材）を製作し、その性能を評価した。高吸水性樹脂は、
ほとんどがアクリル酸系のものであるが、水中の塩分濃
度が高くなると吸水量が極端に落ちる。そこで、塩分濃
度が高くてもある程度の吸水性を維持すると言われてい
る三洋化成工業（株）のＡＴ３１、ＡＴ０４並びに昭和
電工（株）のＮＡ０１０Ｇ、ＮＡ１５０Ｇを使用し、海
洋深層水の吸収性能を比較した。また、一般に水に使用
される三洋化成工業（株）のアクリル酸系の高吸水性樹
脂ＳＴ５００Ｄも比較のため使用した。

【００１３】（ゲル状保冷材を生成するための高吸水性
樹脂の選定）表１において、それぞれの樹脂を使用した
ときの水及び塩分濃度の異なる海洋深層水の吸水率を示
した。吸水率は樹脂１ｇあたりの吸水された水の重量
（ｇ）である。

【表１】 水に使用されるＳＴ５００Ｄは海洋深層水を使用するこ
とにより、極端に吸水性能が落ちることがよくわかる。
ＡＴ３１もＳＴ５００Ｄと同様の傾向を示す。ＡＴ０
４，ＮＡ０１０Ｇ，ＮＡ１５０Ｇは塩分濃度に関係な
く、ほぼ同一の吸収率を示す。この中でも量も吸水率の
高いものはＮＡ１５０Ｇであった。したがって、保冷材
の吸水性樹脂としては、ＮＡ１５０Ｇを使用することが
望ましい。この吸水性樹脂の成分は、ＮＡ１５０Ｇは非
イオン系のポリＮ−ビニルアセトアミドである。

【００１４】（高吸水性樹脂の吸水時間）図２に示すグ
ラフは、前記ＮＡ１５０Ｇを用いた樹脂の吸水速度であ
る。ＮＡ１５０Ｇの吸水速度は塩分濃度に関係なく一定
であり、約６時間でほぼ飽和している。高吸水性樹脂の
吸水速度は樹脂の粒度が小さければ小さいほど速くなる
ため、さらに粒度の細かいものを使用すれば、これより
速い吸水速度が得られる。

【００１５】（保冷材の性能評価方法）保冷材の塩分濃
度と、吸水性樹脂の有無による冷却性能を評価した。

【表２】 表２において、使用した保冷材は６種類であり、幅１６
ｃｍ、長さ１１ｃｍのビニル袋に封入し、充分時間を経
過させ、吸水が完了したものを使用した。樹脂の使用量
は、ＳＴ５００Ｄについては水の吸収率が１００倍、Ｎ
Ａ１５０Ｇについては深層水の吸収率が３０倍と最大吸
収率以下になるようにしてある。こうすることによっ
て、保冷材は適度な固さを持つようになり、型くずれを
起こさなくなる。性能評価は、まず、保冷材を完全に凍
結させるまでの冷却時間を調べるためにマイナス３４℃
の恒温槽に入れ、保冷材の温度を測定した。保冷材の低
温維持性能は同様にマイナス３４℃に十分保冷材を保持
し、完全に凍結が完了してから２０℃の恒温槽に移し、
保冷材の温度上昇を測定して行った。温度の測定は、保
冷材中央表面に熱伝対を貼り、さらにその貼りつけ面を
下にし、保冷材と同じ大きさで厚さ１ｃｍの発泡スチロ
ールの上に載せて行った。

【００１６】（保冷材の冷却特性）図３は、吸水性樹脂
なしの保冷材の冷却特性データーであって、比較例の真
水の場合、０℃で氷ができ始め、全部氷になるまで０℃
を保持し、それ以後温度が下がっていく。塩分を含む深
層水は凝固点降下が起こり、３．６％ではマイナス２℃
で氷ができ始めるが、真水の場合とは異なり、氷ができ
る間、一定の温度を示さない。氷ができた分だけ、塩分
が濃厚になるため、凝固点は徐々に低くなり、結果的に
はゆるやかな曲線を描きながら温度が低下していく。最
終的にはマイナス２４℃で水と塩分の共晶点での大きな
凝固熱に伴い、温度が高くなる部分がある。８．５％の
塩分濃度になると、初期の凝固点降下はさらに大きく、
マイナス６℃程度までになり、３．６％の場合と同様に
曲線を描きなが温度が低下して行く。また、塩分濃度が
高いほど、この凝固熱が大きくなるため、保冷材が一定
温度まで冷却されるまでの必要時間は、比較例の真水に
較べて塩水濃度が高くなる程長くなる。次に、吸水性樹
脂に吸水させてゲル化したものについても性能評価を行
なったが、上記の結果と殆ど変化はなかった。

【００１７】（低温維持性能）図４に示すグラフは、真
水、３．６％深層水、８．５％深層水の保冷材の低温維
持性能を示したものである。冷却特性で測定したのと同
じように水の場合は、一気に温度が高くなり、氷が０℃
で融け始め、氷が融けている間０℃を保持する。これに
対し、塩分を有する場合は明確な融解点を示さず、徐々
に温度が高くなっていく。表３は、一定温度以下の保持
時間を示した。

【表３】 ０℃以上では真水、３．６％深層水、８．５％深層水の
間に相違はないが、塩分濃度が高くなるにつれ、低温域
の温度保持効果が大きくなることがわかる。また、図５
に示すグラフ、図６に示すグラフには、塩分濃度３．６
％、８．５％の深層水に高吸水性樹脂を加え、ゲル化さ
せたときの低温維持特性の変化を示した。いずれも、低
温維持時間が長くなることがわかる。以上、塩分濃度
３．６％と８．５％（比較例として真水・塩分０％）の
データを示したが、さらに塩分濃度を高くした方が融解
点を低くでき、低温維持時間を長くできる。しかし塩分
濃度には上限があり、本発明ではこの上限２０％を限界
濃度とした。

【００１８】（まとめ）海洋深層水を使用することによ
って、水を使用したときより、０℃以下の温度を維持す
る時間を長くすることができ、また、高吸水性樹脂を加
え、ゲル化することによって、低温維持効果を高めるこ
とかできることが確かめられた。また、海洋深層水の塩
分濃度を調整することにより、望みの低温温度維持領域
を任意に得ることができる。高濃度の深層海水をうるた
めに、逆浸透膜（ＲＯ）とナノフィルターろ過膜（Ｎ
Ｆ）による２段ろ過方式を採用した。

【００１９】

【発明の効果】本発明は以上述べたことから以下の効果
を奏する。 保冷材に使用する海水は、雑菌の少ない海洋深層水
を使用しているため有害な防腐剤の添加の必要がなく、
又は使用量を減らすことができるため防腐剤処理の経費
を削減できる。また、万一、保冷材の袋が破れても衛生
安全性を確保できる。 ３．６％〜２０％の塩分濃度とした海水を保冷材と
して使用しているため、マイナス２℃以下の低温域の融
解温度と低温維持時間を長くした低温維持特性に優れた
保冷剤を得ることができる。また、この塩分濃度を適宜
設定することによって食料品に最適な保冷温度に適合し
た所望の低温特性の保冷剤を得ることができる。また、
保冷材は高吸水性樹脂に吸水させてゲル化することによ
って低温維持時間を長くできる。

【００２０】 保冷材の製造方法において、従来の淡
水化ではＲＯ膜の耐圧強度から濃縮塩水の濃度は８．８
％が限界となっていたが、本発明では逆浸透膜ＮＦ膜と
組み合わせ多段として比較的低い浸透圧によって最大２
０％の高濃度の濃縮水を得ることを可能とした。この結
果、ＲＯ逆浸透膜のみで３．６％〜８．８％の塩分濃
度、ＲＯ膜とＮＦ膜の組み合わせによって８．８超％〜
２０％の濃縮塩水を得ることを可能とし、所望の低温特
性に応じた濃縮度の濃縮塩水の製造を可能とした。塩分
濃度を５％以上とすることで、氷結点（融解温度）をマ
イナス２℃以下にすることができる。上記の保冷材用の
濃縮塩水を得るにあたり、海水淡水化の過程で得られる
（従来、海中に棄てられていた）濃縮塩水を使用するた
め、回収淡水のコスト低減とともに保冷剤の製造コスト
を低くでき極めて経済的である。 また、魚介類の保冷剤に使用されるバラ海氷の製氷
では表層海水に比べて約１０℃も低い水温の深層水を用
いることによって製氷エネルギーを小さくでき、経済的
となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る保冷材に用いる海洋深層水の淡水
化の過程で得られる濃縮海水の製造プロセスフロー図で
ある。

【図２】本発明の実施の形態に使用する高吸水性樹脂の
吸水速度を示すグラフである。

【図３】吸水性樹脂なしの保冷材の冷却特性データであ
る。

【図４】本発明の実施の形態の保冷材の低温維持性能を
示す比較グラフである。

【図５】本発明の実施の形態の塩分濃度３．６％海洋深
層水保冷材のゲル化したものの低温維持性能の向上状態
を示す比較グラフである。

【図６】本発明の実施の形態の塩分濃度８．５％海洋深
層水保冷材のゲル化したものの低温維持性能の向上状態
を示す比較グラフである。

【符号の説明】

Ａ・・・・・海洋深層水 Ｂ・・・・・前処理 Ｃ・・・・・濃縮水 Ｄ・・・・・処理水（純水） Ｅ・・・・・高濃縮水 Ｆ・・・・・処理水（かん水） １・・・・・前処理工程 ２・・・・・逆浸透法工程（ＲＯ） ３・・・・・ナノフィルター膜法工程（ＮＦ）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ２５Ｄ 3/00 Ｆ２５Ｄ 3/00 Ａ (72)発明者 九曜 英雄 富山県東砺波郡福野町岩武新35番１号 富 山県工業技術センター内 (72)発明者 尾間 忠則 富山県高岡市二上町150番地 富山県工業 技術センター内 (72)発明者 木村 春男 東京都千代田区大手町２−６−３ 新日本 製鐵株式会社内 (72)発明者 中野 收 富山県高岡市今泉新76番地 株式会社エイ ト内 Ｆターム(参考） 3L044 AA04 DC03 KA01 KA03 4B022 LB05 LF12 LP08 4D006 GA03 GA06 KA12 KA52 KA54 KA57 PA03 PB03 PC11

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 海洋深層水からなる塩分濃度３．６％か
   ら２０％の塩水を使用してなることを特徴とする保冷
   材。
2. 【請求項２】 塩水を高吸水性樹脂に吸水させてゲル状
   にしてなることを特徴とする請求項１記載の保冷材。
3. 【請求項３】 塩水が海洋深層水の淡水化の過程で生成
   される濃縮海水であることを特徴とする請求項１又は２
   記載の保冷材。
4. 【請求項４】 海洋深層水を逆浸透膜（ＲＯ）法により
   濃縮して塩水を生成し、塩水の一部又は全部をナノフィ
   ルター膜（ＮＦ）法によりさらに濃縮して高濃縮塩水を
   生成し、前記濃縮塩水及び高濃縮塩水の両方または一方
   のみを保冷材として用いることを特徴とする保冷材の製
   造方法。