JP2007170714A

JP2007170714A - 有用ガス含有氷の製造装置

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Publication number: JP2007170714A
Application number: JP2005366161A
Authority: JP
Inventors: Noboru Sakano; 昇阪野
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-12-20
Filing date: 2005-12-20
Publication date: 2007-07-05

Abstract

【課題】ガス溶解水を十分に予備冷却して製氷機での製氷時間を大幅に短縮することで有用ガスの含有濃度を高めると共に、設備コストの上昇を抑えて、高濃度の有用ガス含有氷を安価に製造することができるようにする。
【解決手段】原料水中にオゾンガスを溶解させてオゾン水を生成するガス溶解部１と、これにより得られたオゾン水を凍結させて製氷を行う製氷機５１と、ガス溶解部１で得られたオゾン水を製氷機に送る給送経路途中に設けられた予備冷却部２とを有し、この予備冷却部に、円筒状のケーシング４３の内部の流路中に複数の抵抗体が配設されると共に、ケーシングの外周に冷媒体が流通可能なジャケット４４が設けられて、オゾン水を攪拌しつつ冷却する熱交換機能を有する静止型混合器４１を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、オゾンガスなどの有用ガスを含有する氷を製造する製造装置に関するものである。

鮮魚や野菜などの生鮮食料品の保管や輸送の際に鮮度を保持する用途などで、オゾン氷が用いられている。このオゾン氷は、オゾンガスを水に溶解して得られるオゾン水を製氷したもので、氷自体の有する低温の作用と共にオゾン氷が融解することで徐々に放出されるオゾンの作用で細菌の繁殖を抑制して、生鮮食料品の鮮度を長期間に渡って保持することができ、このようなオゾン氷の有用性を高めるためにオゾン氷に含まれるオゾン濃度を高める種々の技術が発案されている。

オゾンを高濃度に含有するオゾン氷を製造するには、まずオゾンを高濃度に含有するオゾン水を生成する必要があり、このような観点から、オゾンガスを水と接触させてオゾン水を生成するガス溶解工程で、オゾンガスと原料水とを静止型混合器で攪拌混合する技術（特許文献１参照）が知られている。

また高濃度のオゾン水を用いても、オゾン水からオゾン氷を生成する製氷工程でオゾンが分離放出されると、オゾンを高濃度に含むオゾン氷を得ることはできないため、このような観点から、製氷工程でのオゾンの分離放出を抑制するため、オゾン水を急速冷却する技術（特許文献２・３参照）、オゾン水を製氷機の前段で予備冷却する技術（特許文献２参照）、並びにオゾン水を密閉容器内で加圧冷却する技術が知られている（特許文献４参照）。
特開平１０−１２８３４２号公報特開平１０−１８５３７５号公報特開平１０−２６７４７６号公報特開２００５−７７０４０号公報

しかしながら、前記のオゾン水を急速冷却する技術は、製氷時のオゾンの分離放出を抑制して高濃度のオゾン氷を製造する上で有効であるものの、製氷機に高い冷却能力が要求され、汎用的な製氷機を用いることができないため、設備コストが嵩む難点がある。また前記のオゾン水を加圧状態で冷却する技術では、連続処理ができないため、高い製造能力を実現するために設備が大型化し、また汎用的な製氷機を用いることができないため、設備コストが嵩む難点がある。

一方、オゾン水を製氷機の前段で予備冷却する技術は、製氷機での製氷時間を短縮することができることから、高濃度のオゾン氷を製造する上で有効であるものの、前記のように単にオゾン水をタンク内で冷却するだけでは、オゾン水を製氷機に安定給送する都合から予備冷却をオゾン水が凍結しない温度以上に保持する必要があり、オゾン水の冷却温度が制限される不都合がある。

本発明は、このような従来技術の問題点を解消するべく案出されたものであり、その主な目的は、ガス溶解水を十分に予備冷却して製氷機での製氷時間を大幅に短縮することで有用ガスの含有濃度を高めると共に、設備コストの上昇を抑えて、高濃度の有用ガス含有氷を安価に製造することができるように構成された有用ガス含有氷の製造装置を提供することにある。

このような課題を解決するために、本発明による有用ガス含有氷の製造装置においては、請求項１に示すとおり、原料水中に有用ガスを溶解させてガス溶解水を生成するガス溶解部と、これにより得られたガス溶解水を凍結させて製氷を行う製氷機と、前記ガス溶解部で得られたガス溶解水を前記製氷機に送る給送経路途中に設けられた予備冷却部とを有し、この予備冷却部が、円筒状のケーシングの内部の流路中に複数の抵抗体が配設されると共に、前記ケーシングの外周に冷媒体が流通可能なジャケットが設けられて、ガス溶解水を攪拌しつつ冷却する熱交換機能を有する静止型混合器を備えたものとした。

これによると、熱交換機能を有する静止型混合器においてガス溶解水が冷却と同時に攪拌されるため、ガス溶解水が氷点まで冷却されても、十分な流動性を保持したシャーベット状態で目詰まりすることなく安定して製氷機に給送することができる。このため、製氷機に送るガス溶解水を氷点まで冷却することができ、汎用的な製氷機でも極めて短時間で製氷することが可能になり、製氷時の有用ガスの分離放出を大幅に抑制することができる。しかも、静止型混合器は連続処理が可能なため、小型の設備で高い処理能力を実現することができる。このため、有用ガスの含有濃度を大幅に高めると共に設備コストの上昇を抑えて、高濃度の有用ガス含有氷を安価に製造することが可能になる。

その上、静止型混合器においてガス溶解水に含まれる有用ガスの気泡の微細化が促進され、さらにガス溶解水がシャーベット状態で製氷機に送られることから、ガス溶解水に含まれる有用ガスの微細気泡の粗大化が抑制されるため、有用ガスの含有率が高く且つ有用ガスの微細気泡が均一に分散した有用ガス含有氷を製造することが可能になる。

前記有用ガス含有氷の製造装置においては、請求項２に示すとおり、前記ガス溶解部が、ガス溶解水を貯留する貯槽と、この貯槽からガス溶解水を引き抜いて有用ガスを注入した後に前記貯槽に戻す循環経路と、この循環経路途中の有用ガス注入点の下流側に設けられた静止型混合器と、前記循環経路を流通するガス溶解水を冷却する冷却回路とを備えた構成とすることができる。

これによると、ガス溶解水が貯槽と静止型混合器との間を循環するため、高濃度のガス溶解水を生成することができる。しかも、ガス溶解の過程でガス溶解水が冷却されるため、予備冷却部での冷却負荷が軽減され、予備冷却部での冷却制御が容易になる。例えばガス溶解部でガス溶解水の温度を一定化することで、予備冷却部での冷却温度を精密に制御することができる。

この場合、ガス溶解部の静止型混合器を、予備冷却部の静止型混合器と同様に、円筒状のケーシングの内部の流路中に複数の抵抗体が配設されると共に、前記ケーシングの外周に冷媒体が流通可能なジャケットが設けられて、有用ガスとガス溶解水との混合物を攪拌混合しつつ冷却する熱交換機能を有するものとすると良く、これによりガス溶解部での冷却効率を高めることができる。

前記有用ガス含有氷の製造装置においては、請求項３に示すとおり、前記静止型混合器における前記複数の抵抗体が、共に内周面側から中心部に向けて板状に突出され、下流側に傾斜した状態で互いに接触しないように軸線方向に所定の間隔をおき、かつ周方向に順次所定角度ずつずらして設けられた構成とすることができる。

これによると、静止型混合器に所要の圧力及び流速で流体が導入されることで、内部に強力な乱流が発生して流体が激しく攪拌されるため、氷点近傍の温度状態でシャーベット化されたガス溶解水の流動性を高めてより一層安定した給送が可能になる。

また同様の構成をガス溶解部の静止型混合器に適用すれば、有用ガスの気泡が細かく破砕されて微細気泡が高密度で大量に生成し、このガス溶解水中に生成した微細気泡が貯槽において持続し、ここで液中への有用ガス成分の溶解が進行するため、気液接触効率が大幅に高められるため、より一層高濃度のガス溶解水を生成することができる。

前記静止型混合器においては特に、一対の抵抗体が概ねハ字形状をなすように筒状体の互いに対向する内周面から舌状に突出され、かつその一方の抵抗体が筒状体の中心線と交差するように他方より長尺に形成された抵抗体エレメントを有し、この抵抗体エレメントは、複数のものが周方向に順次所定角度ずつずらしながら軸線方向に列べて内部に挿設された構成とすると良い。

これによると、抵抗体が舌状をなすことから、抵抗体に衝突した流れは抵抗体の周囲に多方向に分散され、抵抗体の背面側で巻き込みによる渦流（伴流）が生じ、この抵抗体による流通流体の衝突、分散並びに巻き込みが次々と繰り返されることで、強力な乱流が発生して流通流体が激しく撹拌される。さらに、抵抗体エレメントを流れ方向に沿って周方向に所定角度ずつずらしながら配置することで、筒状体の中心線と交差するように長尺に形成された抵抗体が全体として螺旋状に配置され、その作用によって流通流体に筒状体の中心線を中心とした旋回流が発生し、下流部で継続して撹拌が行われる。

このように本発明によれば、熱交換機能を有する静止型混合器により、氷点まで予備冷却してもガス溶解水を安定して製氷機に給送することができることから、汎用的な製氷機でも極めて短時間で製氷することが可能になり、しかも小型の設備で高い処理能力を実現することができるため、有用ガスの含有濃度を大幅に高めると共に設備コストの上昇を抑えて、高濃度の有用ガス含有氷を安価に製造することが可能になる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明によるオゾン氷製造装置の概略構成を示す模式図である。このオゾン氷製造装置は、オゾンガスを高濃度に含有するオゾン氷を製造するものであり、原料水にオゾンを溶解してオゾン水を生成するガス溶解部１と、このガス溶解部１で生成したオゾン水を冷却する予備冷却部２と、この予備冷却部２を流通したオゾン水を凍結してオゾン氷を生成する製氷部３とを有している。

ガス溶解部１は、オゾンガスを生成するオゾン発生器（ガス供給部）１１と、このオゾン発生器１１で生成したオゾンガスと水とを攪拌混合する静止型混合器１２と、この静止型混合器１２を流通した気液混合物を滞留させて液中へのオゾンの溶解を進行させるホールドタンク（貯槽）１３とを有している。

ホールドタンク１３の上部には、原料水をホールドタンク１３内に導入するための原料水導入部１４が設けられ、ボールタップにより所定の水位に保持される。またホールドタンク１３の上部には、ホールドタンク１３の気相中に放散されたオゾンガスを回収するための排ガス回収部１５が設けられており、ここから回収された排ガスは排ガス分解器１６を経て大気中に放出される。

ホールドタンク１３の下部には、生成したオゾン水を引き抜くためのオゾン水回収部１７が設けられている。またホールドタンク１３の下部には、ホールドタンク１３内の水を引き抜いて静止型混合器１２に導くための出口部１８と、静止型混合器１２を流通した水をホールドタンク１３に戻すための入口部１９とが設けられており、出口部１８と静止型混合器１２とを結ぶ配管途中には、ホールドタンク１３と静止型混合器１２との間で水を循環圧送するためのポンプ２０が設けられている。

オゾン発生器１１で生成したオゾンガスは、静止型混合器１２の上流側で水中に注入され、特にここでは、オゾン発生器１１がポンプ２０の吐出圧より高い圧力（例えば３０Ｐａ）でオゾンガスを発生可能なものであり、オゾンガスがポンプ２０の下流側で注入される。なお、オゾン発生器のオゾンガスが比較的低圧の場合には、ポンプの上流側でオゾンガスを水中に注入する構成とし、この場合、気体の吸入量を増大させても吸込不能を起こすことがない特性のポンプを用いると良い。また、気体をケーシング内に直接導入する構成のポンプを用いるようにしても良い。

ホールドタンク１３には、オゾン水のオゾン濃度を検出する濃度センサ２１及びオゾン濃度計２２が設けられ、このオゾン濃度計２２が出力する濃度信号が制御盤（制御部）２３に入力されており、制御盤２３においては、オゾン濃度計２２の検出結果に基づいてオゾン発生器１１並びにポンプ２０などの動作を制御して、ホールドタンク１３内のオゾン水を所要の濃度範囲に保持するようになっている。

またホールドタンク１３には、オゾン水の水位を検出するレベルスイッチ２４が設けられ、このレベルスイッチ２４が出力する水位信号が制御盤２３に入力されており、制御盤２３においては、レベルスイッチ２４の検出結果に基づいてホールドタンク１３内のオゾン水の水位を監視するようになっている。

ガス溶解部１はさらに、冷媒体との熱交換によりオゾン水を冷却する冷却回路３１が設けられており、ここでは、チラー３２で冷却された冷媒体が、ホールドタンク１３内に設けられた伝熱管３３を流通してホールドタンク１３内のオゾン水を冷却する。また、ホールドタンク１３の出口部１８と静止型混合器１２とを結ぶ配管Ｌ１、並びに静止型混合器１２とホールドタンク１３の入口部１９とを結ぶ配管Ｌ２はそれぞれ、外管内を流通する冷媒体で内管内を流通する水を冷却する二重管構造をなしている。

静止型混合器１２は、熱交換機能を有し、円筒状のケーシング３４の内部の流路中に複数の抵抗体が配設されると共に、ケーシング３４の外周に冷媒体が流通可能なジャケット３５が設けられており、ジャケット３５内を流通する冷媒体でケーシング３４内を流通するオゾン水が冷却される。

このように構成されたガス溶解部１においては、オゾン発生器１１及びポンプ２０を起動させることでガス溶解処理が開始され、ホールドタンク１３内のオゾン濃度が所定値に達すると、ガス溶解処理を停止する。そしてホールドタンク１３のオゾン水回収部１７から適宜にオゾン水が引き抜かれて予備冷却部２を介して製氷部３に送られる。一方、ホールドタンク１３に原料水が供給されるのに伴ってオゾン水の濃度が低下すると、ガス溶解処理が再開される。

また、このようにしてガス溶解処理が行われる一方で、冷却回路３１によりオゾン水が所要の温度に冷却される。すなわちチラー３２から送り出される冷媒体が、ホールドタンク１３内の伝熱管３３、配管Ｌ１の外管、静止型混合器１２のジャケット、並びに配管Ｌ２の外管を順次流通して、ホールドタンク１３に滞留するオゾン水、配管Ｌ１・Ｌ２並びに静止型混合器１２を流通するオゾン水が冷却される。

チラー３２は、ホールドタンク１３内のオゾン水の温度を検出する温度計３６の検出温度に基づいて、ホールドタンク１３内のオゾン水の温度を所定の温度範囲に保持するように自動運転され、このとき、ホールドタンク１３内でのオゾン水の対流混合を促進するため、オゾン水が凍結しないように氷点より高い温度に調整される。

予備冷却部２には、ガス溶解部１で生成したオゾン水を攪拌しつつ冷却する熱交換機能を有する静止型混合器４１が設けられており、ポンプ４２にてホールドタンク１３から引き抜かれて圧送されるオゾン水が静止型混合器４１に導入される。

静止型混合器４１は、後に詳しく説明するように、円筒状のケーシング４３の内部の流路中に複数の抵抗体が配設されると共に、ケーシング４３の外周に冷媒体が流通可能なジャケット４４が設けられたものであり、チラー４５で冷却された冷媒体がジャケット４４内を流通することで、ケーシング４３内を流通するオゾン水が攪拌されつつ冷却される。

チラー４５は、冷媒体をオゾン水の氷点に保持するように自動運転され、これによりオゾン水が氷点まで冷却され、オゾン水が小片状に一部凍結したシャーベット状態となる。

製氷部３には、オゾン水を冷却して製氷する製氷機５１が設けられている。この製氷機５１は、プレート型製氷機であり、内部に冷媒体が流通する熱交換プレートの表面にオゾン水を流下させることでオゾン水が冷却凍結してオゾン氷が生成する。

なお、製氷機は、内部に冷媒体が流通する熱交換部材を貯槽に浸漬して貯槽内の水を凍結させる浸漬型製氷機なども可能である。

製氷機５１の上流側には、予備冷却部２から送られてくるオゾン水を一時的に貯溜する密閉タンク５２が設けられており、この密閉タンク５２では、オゾン水中のオゾンの分解放出が抑制されるようにオゾン水が密閉貯溜され、そのオゾン水がポンプ５３にて引き抜かれて製氷機５１に定量供給される。なお、この密閉タンク５２を介さずに、予備冷却部２の静止型混合器４１からオゾン水を製氷機５１に直接送るようにしても良い。

製氷機５１で生成したオゾン氷は、オゾン氷貯留槽５４に貯留されて適宜に搬出される。オゾン氷貯留槽５４では、オゾン氷の融解により生じた水がポンプ５５にて引き抜かれてガス溶解部１のホールドタンク１３に返送される。

なお、ガス溶解部１におけるホールドタンク１３、配管Ｌ１・Ｌ２、及び静止型混合器１２のジャケット３５、ホールドタンク１３と予備冷却部２とを結ぶ配管Ｌ３、並びに静止型混合器４１のジャケット４４などには、適宜に保冷のためのラギングが設けられる。

図２は、図１に示した予備冷却部２の静止型混合器４１を示す側面図である。この静止型混合器４１には、ケーシング４３の外周に冷媒体が流通可能なジャケット４４が設けられている。このジャケット４４では、ケーシング４３の外周を覆うように外筒部６０が配置され、内部に導入された冷媒体からの伝熱でケーシング４３並びに後に詳述する抵抗体エレメント６１が冷却される。

なお、熱交換特性を向上させるために、外筒部６０の内面やケーシング４３の外周面にフィンを設けるようにしても良い。

また、ガス溶解部１の静止型混合器１２も、この予備冷却部２の静止型混合器４１と同様の構成をなしている。

図３は、図２に示した静止型混合器４１の要部を示す斜視図である。この静止型混合器４１は、円筒状のケーシング４３内に多数の抵抗体エレメント６１を挿設してなっている。この抵抗体エレメント６１は、円形断面をなす筒状体６２の互いに対向する内周面から第１・第２の一対の抵抗体６３・６４がそれぞれ中心部に向けて舌状に突出されたものであり、筒状体６２が連続して流路を形成する。

抵抗体６３・６４は、共に下流側に向けて傾斜した状態でハ字形状に配置されており、両抵抗体６３・６４間に所要の間隔が確保されるように軸線方向にずらして設けられている。図４及び図５に併せて示すように、上流側の第１の抵抗体６３は筒状体６２の中心線と交差しないように短尺に、下流側の第２の抵抗体６４は筒状体６２の中心線と交差するように長尺に形成されている。

筒状体６２の軸線方向の端部には、隣接するものに対して４５度ずつずらして結合されるように凹凸が形成されている。また、軸線方向に沿った分割線により一対の抵抗体６３・６４がそれぞれ形成された２つの分割体６２ａ・６２ｂに分割可能になっており、これにより製造を容易にすると共に、表面に付着した障害物を簡単に除去することができる。

このようにしてなる抵抗体エレメント６１は、ケーシング４３内に挿設するにあたり、図６中に想像線で示す直前の抵抗体エレメント６１に対して周方向に４５度ずらして配置される。以下、後続の抵抗体エレメント６１もそれぞれ、直前のものに対して４５度ずつ同一方向にずらして配置され、最初の抵抗体エレメント６１に対してはそれぞれ、周方向に４５度、９０度、１３５度、１８０度といった角度位置となる。したがって、全体として見ると、ハ字形状に対をなす抵抗体６３・６４がそれぞれ、抵抗体エレメント６１のずらし角度に応じたリード角をもって螺旋を描くように配置される。

このため、流体が内部に導入されると、最初の抵抗体エレメント６１の抵抗体６３・６４に相対する流れはこれらの抵抗体６３・６４に衝突して周囲に分散され、これらの抵抗体６３・６４に相対しない流れもショートパスすることなく下流側の抵抗体エレメント６１の抵抗体６３・６４のいずれかに衝突して多方向に分散され、これが繰り返されることで内部に強力な乱流が発生する。

このようにして、予備冷却部２の静止型混合器４１では、これに導入されたオゾン水が激しく攪拌されるため、氷点まで冷却されてシャーベット化したオゾン水が十分な流動性を保持した状態で目詰まりすることなく安定して製氷部３に給送される。しかも静止型混合器４１にてオゾン水中のオゾンガスの気泡の微細化が促進され、さらにオゾン水がシャーベット状態で製氷部３に送られるため、オゾン水中のオゾンガスの微細気泡の粗大化が抑制され、オゾンの含有率が高く且つオゾンガスの微細気泡が均一に分散したオゾン氷を製造することができる。

また、同様の構成をなすガス溶解部１の静止型混合器１２では、これに導入されたオゾンガスと水との気液混合物に激しい乱流が発生し、この乱流による撹拌作用でオゾンガスの微細気泡が高密度で生成し、この微細気泡が粗大化することなく持続する。このため、ホールドタンク１３での水とオゾンガスとの気液接触効率が大幅に高められ、さらに配管内でも持続する微細気泡により水中へのオゾンの溶解が進行し、高濃度のオゾン水を得ることができる。

以上、オゾン氷の製造装置について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば有用ガスを塩素ガスとして塩素氷を製造する構成も可能である。また、原料水は真水の他に塩水（海水）なども可能である。

本発明にかかる有用ガス含有氷の製造装置は、オゾンなどの有用ガスを高濃度に含有する氷を安価に製造する効果を有し、生鮮食料品の保管や輸送を始めとして種々の用途で用いられる有用ガス含有氷の製造装置として有用である。

本発明によるオゾン氷製造装置の概略構成を示す模式図である。図１に示した静止型混合器を示す側面図である。図２に示した静止型混合器の要部を示す斜視図である。図３に示した抵抗体エレメントを示す断面図である。図３に示した抵抗体エレメントを上流側から見た正面図である。図３に示した抵抗体エレメント相互の配置状況を説明するための図５と同様な正面図である。

符号の説明

１ガス溶解部
２予備冷却部
３製氷部
１１オゾン発生器
１２静止型混合器
１３ホールドタンク（貯槽）
２０ポンプ
３１冷却回路
３２チラー
３３伝熱管
３４ケーシング
３５ジャケット
４１静止型混合器
４２ポンプ
４３ケーシング
４４ジャケット
４５チラー
５１製氷機
６１抵抗体エレメント
６２筒状体
６３・６４抵抗体

Claims

原料水中に有用ガスを溶解させてガス溶解水を生成するガス溶解部と、これにより得られたガス溶解水を凍結させて製氷を行う製氷機と、前記ガス溶解部で得られたガス溶解水を前記製氷機に送る給送経路途中に設けられた予備冷却部とを有し、
この予備冷却部が、円筒状のケーシングの内部の流路中に複数の抵抗体が配設されると共に、前記ケーシングの外周に冷媒体が流通可能なジャケットが設けられて、ガス溶解水を攪拌しつつ冷却する熱交換機能を有する静止型混合器を備えたことを特徴とする有用ガス含有氷の製造装置。
前記ガス溶解部が、ガス溶解水を貯留する貯槽と、この貯槽からガス溶解水を引き抜いて有用ガスを注入した後に前記貯槽に戻す循環経路と、この循環経路途中の有用ガス注入点の下流側に設けられた静止型混合器と、前記循環経路を流通するガス溶解水を冷却する冷却回路とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の有用ガス含有氷の製造装置。
前記静止型混合器における前記複数の抵抗体が、共に内周面側から中心部に向けて板状に突出され、下流側に傾斜した状態で互いに接触しないように軸線方向に所定の間隔をおき、かつ周方向に順次所定角度ずつずらして設けられたことを特徴とすることを特徴とする請求項１若しくは請求項２に記載の有用ガス含有氷の製造装置。