JP2003028546A - 水溶液の製氷若しくは濃縮方法とその装置と該装置の運転方法と脱氷方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 水溶液の物理的処理において、熱変性を抑え
効率良く、安価で且つ簡便な方法で、水溶液中に含まれ
る真水を対象にした真氷の生成、或いは高効率な凍結濃
縮を行い、真氷生成の過程で溶質の取込みを完全に防止
した製氷若しくは濃縮方法とその装置と運転方法と脱氷
方法とを提供する。 【構成】 本発明の水溶液の製氷装置は、製氷／濃縮部
２０と、駆動源１７と、冷温熱源２１と、濃縮排出部２
３と、真氷取り出し部２４とより構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、外部より真水の供
給をうけることなく水溶液より真氷の生成若しくは濃縮
する製氷／濃縮方法とその装置、及びその運転方法と脱
氷方法に関するもので、特に凍結界面での氷結晶の生成
に際して溶質の取込みを排除した水溶液の製氷若しくは
濃縮方法とその装置と該装置の運転方法と脱氷方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】生活排水や産業排水を含む水溶液から有
機物や無機物を除去する手段には、物理処理の他に化学
処理、生物処理又はこれらの手段を組み合わせた処理手
段も使用されている。

【０００３】上記物理処理手段には凍結濃縮法があり、
凍結濃縮法には、熱伝面である冷却面からの氷結晶のデ
ンドライト（樹枝状）成長による層状凍結と、溶液撹拌
による氷結晶の粒状成長によるサスペンジョン凍結があ
る。後者のサスペンジョン凍結は懸濁結晶法とも言わ
れ、多数の微細な氷結晶を再結晶槽において成長させて
から氷と溶液を分離する懸濁結晶法になっており、この
方式では氷結晶のサイズがそれほど大きくないため、濃
縮母液と氷結晶との間の固液分離が困難で、装置が複雑
化し高コスト化の原因となっている。一方前者の氷結晶
のデンドライト（樹枝状）成長による層状凍結は、凍結
濃縮容器の冷却面から層状の氷を厚み方向に成長させる
ことにより、凍結界面の進行とともに溶質分が固液界面
から溶液側に排除させつつ濃縮させる現象を利用して凍
結濃縮を行うようにしたもので、固液分離が極めて容易
で凍結コストを低く抑えるという利点を持っている。

【０００４】前記固液分離は、氷結晶へ付着する濃縮
液、又は多氷結晶間に存在する濃縮液の除去に関するも
ので、前記付着液の氷結晶表面からの分離方法としては
圧搾、遠心分離、洗浄等の方法があるが、圧搾法では付
着液の分離が不十分で、また、遠心分離法は濃縮液が多
量の空気と接触するため、低沸点物質（芳香成分）が散
逸する問題があり、液体食品濃縮の場合には多量の水を
使用する洗浄方法がその主流を占めている状況である。

【０００５】則ち、効率的固液分離を行うには溶質を内
部に取り込んでいない大きな氷塊の析出を可能にする方
法が強く要望されている。ところで、水は液体である限
り、各種の気体、液体、固体を溶解又は混合するが、氷
晶生成時の状態を分子レベルで観察すると、全ての溶質
や混合質が排除される中で純粋な水分子のみが結晶構造
の中に取り込まれ、単結晶氷が成長する。しかし、氷塊
レベルの大きさでは、氷分子の結晶と結晶の間に、水に
包含されている溶質、混合物が取り込まれ純氷だけを結
晶として析出させ大きく成長させることは、技術的に難
しく、高価な装置となる問題がある。

【０００６】そのため、上記問題の解決のため従来より
種々提案されているが、最近の提案に、特開平１０−２
６７４７７号公報に開示されている純氷製氷装置があ
る。上記提案では、図４に見るように、排水の水溶液５
１ａが収容されている槽５１と、該槽５１内に外部から
空気をエアポンプ５３により供給させ、水溶液５１ａ中
に気泡５４を散気管５２を介して発生させる構成にし、
一方、内部に設けた冷媒液注入管５８、冷媒液抽出管６
０を介して、冷媒液５６を循環させて外周に冷却用熱伝
面を形成する回転ドラム５５を、前記気泡５４の充満し
た水溶液５１ａ中に一部を没するように設ける構成とす
る。そして、前記冷却熱伝面へ種氷の基になる気泡５４
の飛沫を接触させ、回転する前記ドラム５５の表面に氷
結晶を形成させ純氷５９の氷塊を成長させる。前記ドラ
ム上に形成された純氷の氷塊５９を温風ヒータ６２によ
り暖め、氷塊表面の不純物を融解水により洗浄するとと
もにドラム表面より融解して分離スロープ６４へ純氷の
氷塊６３を排出する構成にしたものである。

【０００７】則ち本提案においては、前記水溶液中に気
泡を供給することにより回転ドラム上に種氷を形成さ
せ、該種氷により形成された氷結晶の生成界面へは前記
気泡の衝突により不純物や混合物の接近を排除し、氷結
晶生成の際の溶質の取込を防止して純粋な氷塊を形成す
るようにしている。上記純粋な氷塊形成のためには、前
記気泡の割れによる種氷の生成と純氷の生成界面より不
純物や混合物等の溶質の接近の絶対排除が必要である。

【０００８】また、別の提案として、特開２０００−３
３４２０４号公報に開示されている凍結濃縮晶析方法が
ある。この提案は、溶液を冷却し、溶液中の水分を凍結
させることにより濃縮し、溶液中の溶質の結晶化させる
凍結濃縮晶析方法に関するもので、則ち、凍結により生
成される氷結晶を熱伝面上に張りついた状態で熱伝面か
ら成長、巨大化させることで、氷結晶と溶液の分離を容
易としたもので、そのためには、冷却面上の層状の氷を
厚み方向に成長させることによって、凍結界面の進行と
ともに溶質成分が固液界面から溶液側に排除されること
が必要である。

【０００９】ところで、熱伝面からの冷却により被凍結
水溶液中の水分が凍結していくが、この際氷と濃縮され
る液の凍結界面に十分な物質移動が行われるように、あ
る程度の撹拌又は溶液の循環が必要であり、これが不十
分であると氷側への溶質成分の取り込みを増大させる原
因を形成する。そのため、この提案では、撹拌の条件に
ついては凍結界面と撹拌羽根の距離や羽根形にもよる
が、その回転数や凍結界面における断面平均循環線速、
及び氷成分の成長速度も規制している。また、製氷速度
も溶質成分の取り込みに対し重要な因子を形成してい
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、水溶液の物
理的処理において、熱変性を抑え効率良く、安価で且つ
簡便な方法で、水溶液中に含まれる真水を対象にした真
氷の生成、或いは高効率の凍結濃縮を行い、真氷生成の
過程で溶質の取込みを完全に防止した製氷若しくは濃縮
方法とその装置と運転方法と脱氷方法の提供を目的とす
るものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明の水溶液
の製氷若しくは濃縮方法は、冷媒を内筒に供給し内筒表
面の熱伝面よりの製氷用冷熱の供給を外筒に充填させた
被凍結水溶液に授受させながら該水溶液の製氷若しくは
濃縮を行う二重管式製氷方法において、外筒に充填した
被凍結水溶液に熱伝面に沿う回転流を形成させ、発生し
た遠心力により凍結界面から溶質を後退させ、溶質の氷
結晶への取込を防止する中で、前記熱伝面上から層状の
厚み方向の成長による真氷の生成を行いながら一方で前
記溶質部の濃縮を行うことを特徴とする。

【００１２】前記請求項１記載の発明は、本発明の製氷
方法の基本概念について記載したもので、二重管式の内
筒内に冷媒を貫通循環させて内筒表面に熱伝面を形成さ
せ、該熱伝面上に沿う被凍結水溶液の回転流に起因する
前記熱伝面に沿っての物質移動により、層状の氷を厚み
方向に成長させる界面前進凍結法による製氷方法を構成
するとともに、前記層状氷の成長の際氷晶内へ被凍結水
溶液の溶質の取り込みを皆無とするため、固液界面に、
該界面に沿っての前記溶液の回転流による遠心力場を形
成させ、該遠心力により高濃度領域の拡散に留まらず高
速裡にラジアル方向に後退させるようにしたものであ
る。そのため、熱伝面上には氷結晶のデンドライト成長
による層状の厚み方向の真氷（溶質を含まない純氷）の
生成を可能とするとともに、当該被凍結水溶液からは濃
度と粘度を高めながら所定の濃縮液を得て溶質の完全回
収を可能にしている。

【００１３】また、請求項１記載において、所定の濃縮
若しくは真氷の生成後は、濃縮液を取り出し、その後前
記熱伝面に温熱を付与して脱氷を行うことが好ましい。

【００１４】前記二重管式の製氷若しくは濃縮方法にお
いて、熱伝面上への真氷の生成が所定厚さに達した時
は、前記内筒への冷熱の供給を断ち温熱を供給し前記熱
伝面を加熱し、該熱伝面上の凍結界面を融解剥離させ、
熱伝面上に形成された筒状の真氷を分離脱氷する方法を
記載したものである。

【００１５】また、請求項１記載の被凍結水溶液の回転
流は、真氷の生成により被凍結水溶液中の溶質濃度の変
化に対応して可変させることが好ましい。

【００１６】前記外筒に充填した被凍結水溶液の回転流
は、凍結濃縮の進行と真氷の成長につれ被凍結水溶液の
残留溶液の濃縮と粘度の暫増に対応するため、回転速度
を変更可能の構成にしたものである。

【００１７】また、請求項１記載の被凍結水溶液には、
好ましくは、排液若しくは果汁を使用し、これらの濃縮
を図るようにするのがよい。

【００１８】なお、請求項１記載の本発明の製氷或いは
濃縮方法は、真氷の生成の一方排液や果汁の凍結濃縮方
法にも効率的に適用できるもので、則ち、従来の凍結濃
縮装置において、高濃度の排液を使用する場合は、凍結
界面での濃度上昇に対して溶質の拡散が不十分で、高濃
度溶液が凍結境界面にたむろし、溶質の氷への取り込み
が生じ、溶液中の水分による真氷の成長が阻害され溶質
分の濃縮は困難であった。

【００１９】そして、本発明の第２の発明である、前記
請求項１〜請求項４記載の水溶液の製氷方法を使用した
好適な水溶液の製氷或いは濃縮装置は、冷温熱源より冷
温熱の直接／間接冷却をうける熱伝面を具えた内筒と、
該内筒表面の熱伝面を介して凍結用冷熱の授受をうける
被凍結水溶液を収容するドラム状外筒とよりなる二重管
式の水溶液の製氷若しくは濃縮装置において、内部を貫
流する冷温熱源からの冷媒により形成された熱伝面を具
えた内筒と、該内筒と一体構造のドラム状外筒とを備
え、該ドラム状外筒に被凍結用水溶液を充填するととも
に回転流を形成させ、遠心力場での凍結界面を前記熱伝
面に形成させて真氷を生成濃縮する回転二重管構造体
と、前記冷温熱源とからなることを特徴とする。

【００２０】上記製氷或いは濃縮装置は、本発明の第１
の発明である水溶液の製氷或いは濃縮方法を使用した好
適な製氷或いは濃縮装置の構成について記載したもので
ある。その構成は、製氷及び脱氷に使用する冷温熱源
と、前記冷温熱源より冷媒を貫流循環させる内筒と、該
内筒の表面に冷温熱の直接／間接冷却面を形成された熱
伝面と、該熱伝面に沿い流動する被凍結水溶液を収納す
るドラム状外筒とより構成したもので、前記熱伝面を具
えた内筒とドラム状外筒は一体構造の回転可能な回転二
重管構造体を構成し、該回転二重管構造体の回転により
ドラム状外筒に収容されている被凍結水溶液に回転流を
形成させるとともに、該回転流により遠心力場を形成さ
せ、該遠心力場のもとに前記内筒表面に対し遅れ回転速
度で流動し、内筒表面の熱伝面より凍結用冷熱の授受を
うける構成にしたものである。

【００２１】また、前記請求項５記載の内筒には、熱伝
面に脱氷用温熱を導入する構成とするとともに、外筒ド
ラムは底面に脱氷受けを設ける構成とすることが好まし
い。

【００２２】前記製氷或いは濃縮装置による製氷／濃縮
の何れの運転の場合も製氷や濃縮終了時には、前記内筒
表面の熱伝面に形成された真氷を回転二重構造体より取
り出す必要があり、そのために、前記熱伝面上に生成さ
れた筒状の真氷を剥離し排出しなければならず、そのた
め、脱氷用温熱を内筒へ導入して熱伝面上より前記筒状
の真氷を剥離させ、剥離した真氷の取出しを行うように
した開閉自在の脱氷受けをドラム状外筒に設ける構成に
したものである。

【００２３】また、前記請求項５記載の被凍結水溶液の
回転流は、好ましくは、前記水溶液を収容するドラム状
外筒と冷媒の冷熱を熱伝面を介して被凍結水溶液に与え
る内筒との一体構造とよりなる二重管構造体の内筒軸芯
を回転軸芯とする回転により形成させることが好まし
い。

【００２４】上記被凍結水溶液の回転流は、記熱伝面を
外周に持つ内筒と被凍結水溶液を収容するドラム状外筒
とを一体構造とした回転可能の二重管構造体に形成し、
この一体構造体を回転させドラム状外筒と内筒との空間
に収容する前記被凍結水溶液に回転により形成させたも
のである。なお、この回転流によって被凍結水溶液は前
記内筒の熱伝面に対し一定の遅れを持つ流動状態を形成
するとともに、流動する水溶液は回転流による遠心力場
に置かれることになる。

【００２５】また、前記請求項５記載のドラム状外筒に
は、好ましくは、前記外筒の内壁より軸芯に向け放射状
に植設した、複数の板状突起を設ける構成とするのがよ
い。

【００２６】前記複数の板状突起を、ドラム状外筒の内
周に軸芯に向け放射状に植設することにより、ドラム状
外筒に収容した被凍結水溶液の回転流の形成は、大きな
促進効果をうけることになる。

【００２７】また、前記請求項５記載の冷温熱源は、好
ましくは、前記熱伝面に蒸発面を形成する直膨膨張方式
の冷凍サイクルにより構成させるのがよい。

【００２８】上記冷温熱源は、直膨式冷凍サイクルで構
成し、該サイクルにより形成された冷媒を前記内筒内の
熱伝面に向け蒸発させ、蒸発潜熱を前記熱伝面を介して
被凍結水溶液に授受して直接冷却を行うようにしたもの
である。この場合使用される冷媒はアンモニアガスに限
定されるため、アンモニアガスの漏洩に対する除害対策
の確立が必要となる。

【００２９】また、前記請求項５記載の冷温熱源は、好
ましくは、前記熱伝面を介してブラインによる間接冷却
を行うようにしたブラインクーラにより構成させるのが
よい。

【００３０】前記冷温熱源はブラインクーラより構成
し、前記熱伝面を介して冷／温ブラインにより間接的に
熱の授受を行うようにしたものである。この場合は冷温
熱の温度調整は細かく精度よく行うことができ、製氷／
濃縮操作を正確に且つ安全に行うことができる。

【００３１】また、前記請求項５記載の回転二重管構造
体を、好ましくは、複数列に正多角形状に配設し、その
中央に設けた動力源によりそれぞれ同方向に回転させる
構成にしてもよい。

【００３２】上記正多角形状複数列配設の回転二重管構
造体の形成により、一つの動力源により複数列の並行運
転を可能とする構成としたものである。

【００３３】そして、本発明の第３の発明である請求項
５記載の製氷若しくは濃縮装置の運転方法は、冷媒を内
筒に供給し内筒表面の熱伝面より凍結用冷熱の授受をド
ラム状外筒に充填させた水溶液にさせ、遠心力場での製
氷若しくは濃縮をする回転二重管式製氷装置において、
熱伝面への凍結界面形成前に水溶液の回転により、遠心
力による熱伝面上で溶質分離を先行させた後、熱伝面を
氷点以下に下降させ凍結を開始するようにしたことを特
徴とする。

【００３４】前記運転方法は、請求項５記載の製氷若し
くは濃縮装置に対する好適な運転方法を記載したもの
で、特に凍結開始に先立ち氷点以上の温度での水溶液の
回転流動を起動させ、遠心力により凍結面である熱伝面
上から溶質部を後退させ、その後に内筒に冷熱を供給
し、凍結開始を行うようにしたもので、従来の製氷機に
見る、熱伝面に真水を使用して予め真氷層を作る前処理
を必要としない構成にしたものである。

【００３５】また、本発明の第４の発明である請求項５
記載の製氷若しくは濃縮装置の脱氷方法は、冷媒を内筒
に供給し内筒表面の熱伝面より凍結用冷熱の供給を、ド
ラム状外筒に充填させた水溶液に授受させ遠心力場での
製氷若しくは濃縮を行う回転二重管式の脱氷受け付き製
氷若しくは濃縮装置において、所定製氷厚さが得られた
ドラム状外筒より残留する濃縮溶液を排出した後、冷熱
の内筒への供給を遮断するとともに温熱を供給して熱伝
面より生成氷を剥離脱氷させ、ついで、脱氷受けを開放
して脱氷した筒状氷を脱氷容器に収容することを特徴と
したものである。

【００３６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例の形態を、
図示例と共に説明する。ただし、この実施例に記載され
ている構成部品の寸法、形状、その相対的位置等は特に
特定的な記載がないかぎりは、この発明の範囲をそれに
限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。以下
図面に基づいて本発明の詳細を説明する。図１は、本発
明の水溶液の製氷若しくは濃縮装置の概略の構成を示す
図で、図２は図１のII−II視図で、図３は図１の別の実
施例の伝導部位の概略構成を示す上下破断図である。

【００３７】図１に示すように、本発明の水溶液の製氷
装置は、製氷／濃縮部２０と、駆動源１７と、冷温熱源
２１と、濃縮排出部２３と、真氷取り出し部２４とより
構成し、製氷／濃縮部２０に冷温熱源２１より凍結用冷
熱を供給し、前記製氷／濃縮部２０内に充填した被凍結
水溶液１４を製氷／濃縮させ、真氷は真氷取り出し部２
４を介して外部へ取出し、濃縮された濃縮液は濃縮排出
部２３より排出する構成にしたものである。なお、製氷
／濃縮に際しては前記駆動部１７により前記被凍結水溶
液に回転流を与える構成にしてある。

【００３８】前記製氷／濃縮部２０は、内筒１０と回転
二重管構造体２２とより構成し、前記内筒１０は、ボー
ルベアリング１６を内蔵するベアリングハウジング１０
ｂと固定内筒１０ａとより構成し外部構造体に固設す
る。回転二重管構造体２２は、有底可動内筒１０ｃと該
可動内筒に一体構造とした同芯状のドラム状外筒１２と
より構成し、前記内筒１０を軸芯としてボールベアリン
グ１６を介して回動自在に構成する。前記固定内筒１０
ａと有底可動内筒１０ｃは矢印Ａ方向の密閉流路を形成
し外部の冷温熱源２１よりの冷温熱を導入循環させ、前
記有底可動内筒１０ｃの表面に熱伝面を形成させる構造
にしてある。

【００３９】前記有底可動内筒１０ｃと一体二重管構造
のドラム状外筒１２には、従動歯車１７ｃを設け、機側
に設けた可変速モータ１７ａにより駆動される駆動歯車
１７ｂよりなる駆動源１７に歯車結合をして、適宜可変
速制御による回転をさせ、内部に充填させた被凍結水溶
液１４に回転流を形成させるとともに遠心力場を形成さ
せる。なお、図２に示す図１のII−II視図に見るよう
に、ドラム状外筒１２の内面には複数の板状突起２５を
軸芯に向け放射状に植設し、ドラム状外筒内に収容し充
填させた被凍結水溶液１４への回転流の形成をより確実
に促進できるようにしてある。なお、前記ドラム状外筒
１２と有底可動内筒１０ｃとの間の空間への被凍結水溶
液１４の充填は、液タンク１４ａよりバルブ１４ｂを介
して導入充填する。

【００４０】なお、前記ドラム状外筒１２の下面には、
密閉閉鎖可能で且つ矢印Ｂ方向に開閉可能の蝶番１２ｂ
と蝶螺子１２ｃよりなる真氷受け１２ａを設けるとも
に、その下方には、真氷排出用コンベア２６と図示して
いない脱氷容器よりなる真氷取り出し部２４を設け、前
記熱伝面上に晶出した氷結晶の層状成長により形成され
た筒状氷１５を取出し可能にした構造にしてある。

【００４１】前記冷温熱源２１は、冷熱源２１ａと温熱
源２１ｂとバルブ１０ｄ、１０ｅ等のバルブ群より構成
し、前記したように製氷／濃縮時には前記冷熱源２１ａ
とバルブ１０ｄを介して、また、脱氷時には温熱源２１
ｂとバルブ１０ｅを介して、前記製氷／濃縮部２０の固
定内筒１０ａと有底可動内筒１０ｃよりなる流路に矢印
Ａ方向に導入し前記熱伝面を直接／間接冷却する構成に
してある。上記直接冷却は前記冷熱源２１ａに一次冷媒
（例えばアンモニアガス）使用の直膨式冷凍サイクルを
用意し、前記熱伝面上に蒸発面を形成し蒸発潜熱により
凍結用冷熱を被凍結水溶液１４に直接授受するようにし
たものであるが、凍結の温度制御は、圧縮機の発停や蒸
発圧力調整弁により行われ、間接式のような高精度の制
御性が得られず、又アンモニアガス使用の場合は漏洩時
の除害対策が必要である。また、間接冷却の場合は前記
冷熱源２１ａにはブライン冷却器を設け、該装置で二次
ブラインを冷却し、ポンプで前記製氷／濃縮部２０へ強
制的に循環させ、前記熱伝面を介して被凍結水溶液１４
に間接的に熱の授受を行わせている。そのため、一次冷
媒サイクルと二次冷媒（ブライン）サイクルの二つによ
り構成し、高精度の温度制御と自動運転を可能にしてい
る。なお、前記温熱源には、前記直接／間接を問わず一
次冷媒サイクルにおける凝縮熱を使用する構成にしてあ
る。

【００４２】上記構成であるので、前記有底可動内筒１
０ｃと一体構造のドラム状外筒１２よりなる回転二重管
構造体２２は、前記駆動源１７により所定回転速度で回
転する構成にしてあるため、ドラム状外筒１２に充填さ
れている被凍結水溶液１４も回動を始め回転流動状態に
移行し、遠心力場を形成する。そのため、前記回転流動
状態にある被凍結水溶液１４は、熱伝面の回転周辺速度
より稍遅い速度で熱伝面に沿い流動し冷却面である前記
熱伝面上に氷結晶を形成し、前記熱伝面に張りついた状
態で熱伝面より層状の氷を厚み方向に成長させる。上記
層状氷の厚み方向の成長により凍結界面はラジアル方向
に進行するが、進行とともに溶質成分が固液界面から溶
液側に後退濃縮され、前記溶質成分は前記遠心力により
ラジアル方向に速やかに移動させられて、凍結界面の溶
質濃度を溶液濃度と同等又はそれ以下にすることがで
き、生成される氷への溶質の取り込みを完全に排除で
き、被凍結水溶液の水分を取り出し真氷を生成するとと
もに、溶液側は溶質損失を伴うことなく効率的濃縮を行
うことが出来る。なお、前記駆動源１７に使用する駆動
モータ１７ａには変速モータを使用し溶液濃度の変化に
対応して回転速度を変速できる構成にしてある。

【００４３】上記構成のもとに、本発明の水溶液の製氷
若しくは濃縮装置における好適な運転方法は、以下の手
順に基づき行うようにしてある。 ａ、濃縮排出部２３の真空ポンプ１８ａで抜気しながら
被凍結水溶液１４を液タンク１４ａよりバルブ１４ｂを
介して充填する。 ｂ、有底可動内筒１０ｃの熱伝面の温度を氷点以上にし
た状態でドラム状外筒１２を駆動源１７を介して回転さ
せる。 ｃ、遠心力により溶質分離を完了してから熱伝面の温度
を、バルブ１０ｄを介しての冷熱の導入により氷点以下
にする。 ｄ、所定の結氷量確認後、バルブ１０ｄを介して冷熱の
供給を停止する。ドラム状外筒１２の底部バルブ１８を
開け、濃縮溶液を取出す。 ｅ、ついで、バルブ１０ｅを介して内筒１０内へ温熱の
供給をして、前記熱伝面の温度を高温にして熱伝面より
筒状真氷の剥離脱氷をする。 上記運転方法の使用により、従来例に見るように、予め
熱伝面に真水を使用した真氷層を作る前処理は不必要と
なる。

【００４４】そして、前記したように、凍結界面はラジ
アル方向に進行するが、進行とともに溶質成分が固液界
面から溶液側に後退濃縮されるが、前記溶質成分は前記
遠心力によりラジアル方向に速やかに移動させられ、凍
結界面の溶質濃度を溶液濃度と同等又はそれ以下にする
ことができ、生成される氷への溶質の取り込みを完全に
排除するとともに溶質損失を殆ど無くした濃縮を行うこ
とができる。そのため、従来の凍結濃縮装置において、
高濃度の排液を使用する場合は、凍結界面での濃度上昇
に対して溶質の拡散が不十分で、高濃度の境界面が形成
され溶質の氷への取り込みが生じ、溶液中の水分による
真氷の成長が阻害され、効率的凍結濃縮は困難であった
が、前記遠心力場の創出により、高濃度排液に対しても
凍結濃縮を行うことができる。

【００４５】また、本発明の第４の発明である、図１に
示す製氷若しくは濃縮装置の脱氷方法に付き、下記手順
により示す。 ａ、所定製氷厚さが得られたドラム状外筒１２より残留
する濃縮溶液をバルブ１８を介して排出する。 ｂ、ついで、冷熱源２１ａよりバルブ１０ｄを介して内
筒１２への冷熱の供給を遮断するとともに温熱源２１ｂ
よりバルブ１０ｅを介して温熱を供給して熱伝面より生
成筒状氷１５を剥離脱氷させる。 ｃ、ついで、真氷取り出し部２４の脱氷受け１２ａを開
放して脱氷した筒状氷１５をコンベア２６を介して図示
していない脱氷容器に収容する。

【００４６】図３には、図１の別の実施例の伝導部位の
概略構成を示す上下破断図である。図に見るように、こ
の場合は、４本の回転二重管構造体（上下破断）２２を
並設し、中央に設けた駆動モータ１９と歯車１９ａ、１
９ｂよりなる歯車連を含む直立状伝導系に歯車結合をさ
せ、１個の伝導系により複数の（この場合は４個）回転
二重管構造体２２よりなる製氷／濃縮部を連動させたも
のである。

【００４７】

【発明の効果】本発明は、上記構成により、水溶液の物
理的処理において、熱変性を抑え効率良く、安価で且つ
簡便な方法で、水溶液中に含まれる真水を対象にして真
氷を生成し、生成の過程で溶質の取込みを完全に防止し
た製氷を行うとともに、溶質損失の少ない効率的濃縮を
可能とする製氷或いは濃縮方法とその装置を提供でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の水溶液の製氷若しくは濃縮装置の概
略の構成を示す図である。

【図２】 図１のII−II視図である。

【図３】 図１の別の実施例の伝動部位の概略構成を示
す、上下破断図である。

【図４】 従来の純氷の製氷装置の概略構成を示す側面
図である。

【符号の説明】

１０ 内筒 １０ａ 固定内筒 １０ｃ 有底可動内筒 １０ｂ ベアリングハウジング １２ ドラム状外筒 １３ 冷媒 １４ 被凍結水溶液 １５ 筒状氷 １７ 駆動源 ２０ 製氷／濃縮部 ２１ 冷温熱源 ２２ 回転二重管構造体 ２３ 濃縮排出部 ２４ 真氷取り出し部 ２５ 板状突起 ２６ 真氷排出用コンベア

───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｆ２５Ｃ 5/04 ５１１ Ｆ２５Ｃ 5/04 ５１１ (72)発明者 藤間 克己 東京都江東区牡丹２丁目13番１号 株式会 社前川製作所内 (72)発明者 松田 潤二 東京都江東区牡丹２丁目13番１号 株式会 社前川製作所内 (72)発明者 石倉 公 東京都江東区牡丹２丁目13番１号 株式会 社前川製作所内 (72)発明者 大平 浩康 東京都江東区牡丹２丁目13番１号 株式会 社前川製作所内 Ｆターム(参考） 4B017 LG04 LP02 LP14 LT05 4D037 AA11 BA21

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷媒を内筒に供給し内筒表面の熱伝面よ
   りの製氷用冷熱の供給を外筒に充填させた被凍結水溶液
   に授受させながら該水溶液の製氷若しくは濃縮を行う二
   重管式製氷方法において、 外筒に充填した被凍結水溶液に熱伝面に沿う回転流を形
   成させ、発生した遠心力により凍結界面より溶質を後退
   させ、溶質の氷結晶への取込を防止する中で、前記熱伝
   面上から層状の厚み方向の成長による真氷の生成を行い
   ながら一方で前記溶質部の濃縮を行うことを特徴とする
   水溶液の製氷若しくは濃縮方法。
2. 【請求項２】 所定の濃縮若しくは真氷の生成後、濃縮
   液を取り出し、その後前記熱伝面に温熱を付与して脱氷
   を行うことを特徴とする水溶液の製氷若しくは濃縮方
   法。
3. 【請求項３】 前記被凍結水溶液の回転流は、真氷の生
   成により被凍結水溶液中の溶質濃度の変化に対応して可
   変させることを特徴とする請求項１記載の水溶液の製氷
   若しくは濃縮方法。
4. 【請求項４】 前記被凍結水溶液は、排液若しくは果汁
   を使用し、これらの濃縮を図ることを特徴とする請求項
   １記載の水溶液の製氷若しくは濃縮方法。
5. 【請求項５】 冷温熱源より冷温熱の直接／間接冷却を
   うける熱伝面を具えた内筒と、該内筒表面の熱伝面を介
   して冷温熱の授受をうける被凍結水溶液を収容するドラ
   ム状外筒とよりなる二重管式の水溶液の製氷若しくは濃
   縮装置において、 内部を貫流する冷温熱源よりの冷媒により形成された熱
   伝面を具えた内筒と、該内筒と一体構造のドラム状外筒
   とを備え、該ドラム状外筒に被凍結用水溶液を充填する
   とともに回転流を形成させ、遠心力場での凍結界面を前
   記熱伝面に形成させて真氷を生成濃縮する回転二重管構
   造体と、前記冷温熱源とからなることを特徴とする水溶
   液の製氷若しくは濃縮装置。
6. 【請求項６】 前記内筒は、熱伝面に脱氷用温熱導入を
   する構成とするとともに、外筒ドラムは底面に脱氷受け
   を設ける構成とすることを特徴とする請求項５記載の水
   溶液の製氷若しくは濃縮装置。
7. 【請求項７】 前記被凍結水溶液の回転流は、前記水溶
   液を収容するドラム状外筒と冷媒の冷熱を熱伝面を介し
   て被凍結水溶液に与える内筒との一体構造よりなる二重
   管構造体の内筒軸芯を回転軸芯とし回転により形成させ
   ることを特徴とする請求項５記載の水溶液の製氷若しく
   は濃縮装置。
8. 【請求項８】 前記ドラム状外筒は、該外筒の内壁より
   軸芯に向け配設した複数の回転方向に直角の直立板状突
   起を設けたことを特徴とする請求項５記載の水溶液の製
   氷若しくは濃縮装置。
9. 【請求項９】 前記冷温熱源は、前記熱伝面を介して蒸
   発面を形成する直膨膨張方式の冷凍サイクルによりなる
   ことを特徴とする請求項５記載の水溶液の製氷若しくは
   濃縮装置。
10. 【請求項１０】 前記冷温熱源は、前記熱伝面を介して
    ブラインによる間接冷却を行うようにしたブラインクー
    ラより構成したことを特徴とする請求項５記載の水溶液
    の製氷若しくは濃縮装置。
11. 【請求項１１】 前記回転二重管構造体の複数列を正多
    角形状に配設し、中央に設けた動力源によりそれぞれ同
    方向に回転させる構成としたことを特徴とする請求項５
    記載の水溶液の製氷若しくは濃縮装置。
12. 【請求項１２】 冷媒を内筒に供給し内筒表面の熱伝面
    よりドラム状外筒に充填させた水溶液に凍結用冷熱の授
    受をさせ、遠心力場での製氷若しくは濃縮をする回転二
    重管式製氷装置において、 熱伝面への凍結界面形成前に水溶液の回転により、遠心
    力による熱伝面上で溶質分離を先行させた後、熱伝面を
    氷点以下に下降させ凍結を開始するようにしたことを特
    徴とする回転二重管式の水溶液の製氷若しくは濃縮装置
    の運転方法。
13. 【請求項１３】 冷媒を内筒に供給し内筒表面の熱伝面
    より凍結用冷熱の供給を、ドラム状外筒に充填させた水
    溶液に授受させ遠心力場での製氷若しくは濃縮を行う回
    転二重管式の脱氷受け付き製氷装置において、 所定製氷厚さが得られたドラム状外筒より残留する濃縮
    溶液を排出した後、冷熱の内筒への供給を遮断するとと
    もに温熱を供給して熱伝面より生成氷を剥離脱氷させ、
    ついで、脱氷受けを開放して脱氷した氷を脱氷容器に収
    容することを特徴とする回転二重管式の水溶液の製氷若
    しくは濃縮装置の脱氷方法。