JP2010243141A - スラリーアイス製造方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】剥離手段としてより簡易でかつ確実性に優れるようにして、スラリーアイスを効率良く製造できるようにする。
【解決手段】外筒２及び内筒１からなる二重管部３を使用し、内筒１又は外筒２と内筒１との間に流通される水溶液を、外筒と内筒との間又は内筒に流通される冷媒で冷却して内筒表面に氷として晶析生成させ、かつその氷を内筒表面から剥離させるスラリーアイス製造方法であって、前記内筒表面に氷を晶析生成した後、その内筒を内部から加圧して膨張させることにより、内筒表面に付着していた氷を剥離することを特徴としている。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、内筒に流通される水溶液を外筒と内筒との間に通流される冷媒で冷却して、内筒内面に氷として晶析生成した後、その氷を内筒内面から剥離してシャーベット状の氷を作る、つまりスラリーアイス製造方法及びその装置に関する。

スラリーアイスは、省エネ型冷却つまり夜間電力で作られる氷蓄熱用、冷熱輸送用、食料保存用などとして製造される。また、例えば、特許文献１には、蒸発濃縮の予備濃縮方法として、凍結濃縮分離法によりフォトエッチング廃液中の水酸化テトラアルキルアンモニウムを回収する処理方法が開示されている。この凍結濃縮分離法は、水酸化テトラアルキルアンモニウムを含有する廃液を過冷却してスラリーアイスを生成し、析出した氷側には水酸化テトラアルキルアンモニウムを含まれない、つまり凝固点の違いにより不純物が少ない氷を生成し、氷と水酸化テトラアルキルアンモニウムに分離する。また、特許文献２には、廃液の凍結濃縮分離法として、写真処理廃液を冷却することにより該廃液の溶解物を析出分離することが開示されている。

以上の凍結濃縮分離法では、スラリーアイスを如何に効率よく作り出すかがポイントとなる。スラリーアイス製造方法としては、特許文献３に開示されているごとく外筒及び内筒からなる二重管部を使用し、内筒に流通される水溶液を外筒と内筒との間に通流される冷媒で冷却して、内筒内面に氷として晶析生成した後、その氷を内筒内面から剥離してスラリーアイスを作る構成がある。この構成では、冷却伝熱面である内筒から氷を剥がしたり除去する剥離手段として、内筒との間に所定間隔を保って配置した旋回式のフラッパを使用し、該フラッパと内筒との間に生じる渦流により内筒内面に析出した氷を剥離するようにしている。これ以外の剥離手段としては、冷却伝熱面に付着している氷をカッター等で削り取る構成、付着している氷を機械的な振動により崩壊させる構成などが知られている。

特開２００３−１６４８６２号公報 特開平３−４２０８９号公報 特開２００６−２９６０９号公報

上記した剥離手段として、旋回式フラッパと内筒との間に生じる渦流により氷を剥離する構成では、フラッパ用の空間と旋回機構及び動力が必要となり、しかも渦流による剥離作用が生成された氷の状態によって変動し易い。機械的に削り取ったり振動を加える構成では、内筒を損傷したり負荷によるトラブル要因となり易くメンテナンスに煩わされたり製造効率も悪くなる。

本発明の目的は、以上のような課題を解消するため、また、剥離手段としてより簡易でかつ確実性に優れるようにして、スラリーアイスを効率良く製造でき、しかも大規模製造は勿論、凍結濃縮分離法への適用として小規模製造にも好適なスラリーアイス製造方法及びその装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１の本発明は、外筒及び内筒からなる二重管部を使用し、前記内筒又は前記外筒と内筒との間に流通される水溶液を、前記外筒と内筒との間又は前記内筒に流通される冷媒で冷却して内筒表面に氷として晶析生成させ、かつその氷を内筒表面から剥離させるスラリーアイス製造方法であって、前記内筒表面に氷を晶析生成した後、その内筒を内部から加圧して膨張させることにより、前記内筒表面に付着していた氷を剥離することを特徴としている。

以上の発明において、内筒を不活性ガスの供給により加圧し膨張させることが好ましい（請求項２）。但し、技術的には不活性ガス以外の気体や液体などでも可能である。気体の場合は取扱性や内筒への導入性、制御性の点で好ましい。また、本発明において、内筒に流通せさる水溶液がフッ化水素を含有しているときも好適である（請求項３）。これは、本発明のスラリーアイス製造方法が上記した凍結濃縮分離法への適用例としても有用であることを示している。

これに対し、請求項４の発明は、以上の発明を装置として捉えたものであり、外筒及び内筒からなる二重管部を備え、前記内筒又は前記外筒と内筒との間に流通される水溶液を、前記外筒と内筒との間又は前記内筒に流通される冷媒で冷却して内筒表面に氷として晶析生成させ、かつその氷を内筒表面から剥離させるスラリーアイス製造装置であって、前記内筒は膨縮可能に形成されているとともに、その内筒を内部から加圧して膨張させる膨縮制御手段を有していることを特徴としている。

以上の本発明において、内筒は、膨縮可能にするため、少なくとも二重管部を構成している箇所を例えば、蛇腹やフレキシブル構成により形成される。膨縮制御手段としては、図１に例示されるごとく不活性ガス等の圧縮気体を内筒に導入することにより内筒を内部から加圧して膨張可能にする気体供給部で構成されたり、図２に例示されるごとく内筒に流通される水溶液の流量を間欠的に増大して内筒を膨張可能にする流量可変式ポンプ等の液移送手段で構成される。

請求項１と４の各発明では、スラリーアイス製造プロセスとして、過冷却工程、アイス核発生工程、アイス成長工程の各工程を、アイスジェネレーターとしての二重管部で行うとともに、内筒の容積変化により内筒表面に生成した凍結アイスを剥離するため、大規模製造、小規模製造に係わらず用途に応じた最適な方法及び装置を簡単に実施可能にする。具体的には、装置が稼働して、内筒表面に氷を晶析生成した後、その内筒を内部から加圧して膨張させることにより、内筒表面に付着していた氷を剥離することから、氷を効率よく、しかも簡易で確実に剥がすことができる。また、上記特許文献３の剥離手段に対して内筒の内側空間に制約されたり、旋回機構のごとく複雑な部材配置が不要となる。従来のカッターや振動を利用する剥離手段に対し内筒を損傷したり負荷によるトラブル要因を一掃でき、稼働率を向上できる。

請求項２の発明では、内筒を不活性ガスの供給により加圧し膨張させるため、内筒又は外筒と内筒との間に流通される水溶液に対する悪影響を及ぼすことなく、ガス供給量制御により内筒を膨縮制御して内筒表面に付着している氷を効率よく剥がすことができる。また、請求項３の発明では、内筒又は外筒と内筒との間にに流通させる水溶液がフッ化水素を含有しており、該水溶液を例えば特許文献１のように凍結濃縮した後に蒸発濃縮させて、処理対象である廃液などの水溶液を２段階で濃縮させる処理システムとして利用することも可能となる。

発明形態のスラリーアイス製造装置を模式的に示す構成図である。 上記製造装置の変形例１を模式的に示す構成図である。 上記製造装置の変形例２を模式的に示す構成図である。

以下、本発明を適用したスラリーアイス製造方法及びその装置として、図１に示した装置構造、その変形例１、変形例２、製造方法として実施例を挙げて本発明の有用性を明らかにする。

（装置構造）図１のスラリーアイス製造装置は、水溶液を冷却して氷を生成する箇所である外筒２及び内筒１からなる二重管部３と、二重管部３の内筒１で生成されて剥離された氷を含む水溶液を導入して該氷を分離回収する分離槽４とが主体となり、内筒１の一端と分離槽４の入口とを開閉弁Ｖ1を介して接続している配管部１０と、内筒１の他端と分離槽４の出口とを開閉弁Ｖ2を介して接続している配管部１１と、配管部１１に介在されて分離槽４で氷を分離した後の水溶液を二重管部３側へ移送するポンプＰと、濃縮したり凍結する水溶液を分離槽４ないしは配管部１０や１１に供給する水溶液供給部６と、二重管部３を構成している内筒１と外筒２との間に冷媒を循環式に送る冷媒供給部７と、内筒１を内部から加圧して膨張させる膨縮制御手段としての気体供給部８とを備えている。

ここで、二重管部３は、スラリーアイス製造プロセスにおいて、過冷却工程とアイス核発生工程及びアイス成長工程の各工程を行うアイスジェネレーターとして機能する。構造は、全体が螺旋状に形成されるとともに、同図の拡大部に示されるごとく、内筒１が樹脂製であり膨縮可能となるよう蛇腹ないしはフレキシブルチューブ状に形成され、外筒２が樹脂製であり内筒１より一回り径大となっている。なお、蛇腹ないしはフレキシブルチューブ又はフレキシブルホースは、通常、螺旋管と称されているもので柔軟で折り曲げ可能となっている。

詳述すると、内筒１は、耐食性及び耐摩耗性等に優れているＰＦＡ（フッ素樹脂）等の樹脂からなり、一端が配管部１０の対応端に接続されて、他端が配管部１１の対応端に接続されている。これに対し、外筒２は、耐食性及び耐熱性等に優れているＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）等の樹脂からなり、内筒１を内側に挿通した状態で、一端が接続具９ａを介して冷媒供給部７に通じている戻り側の配管部１３に連通可能に接続され、他端が接続具９ｂを介して冷媒供給部７に通じている導入側の配管部１４に連通可能に接続されている。つまり、外筒２は、内筒１を筒内に余裕を持って挿通した状態で、一端側において内筒１と外筒２との間の空間と配管部１３とを接続具９ａを介して連通し、他端側において内筒１と外筒２との間の空間と配管部１４とを接続具９ｂを介して連通している。なお、二重管部３は図示省略したが、必要に応じて外筒２が断熱材により被覆処理される。

分離槽４は、内蔵された濾過部材５などにより水溶液と剥離された氷との混相流を受け入れて、固液分離して氷を回収可能にする構成であればよい。分離槽４で氷を分離した後の水溶液は、分離槽４の下部からポンプＰ及び配管部１１並びに開閉弁Ｖ2などを介して二重管部３の内筒１へ循環されることになる。また、この例では、分離槽４に対し水溶液供給部６から配管部１２及び開閉弁Ｖ1などを介して濃縮したり凍結する水溶液が供給される。ところで、この構造は分離槽４が単一の例であるが、複数を並設しておき、配管部１０に対し各分離槽４が切換操作により交互に連通するよう構成してもよい。

冷媒供給部７は、市販されているフロンや低温ブラインなどの冷却用冷媒を、不図示の開閉弁及び配管部１３並びに配管部１４などを介して二重管部３を構成している内筒１と外筒２との間に所定温度と流量にて循環式に送る構成であればよい。なお、配管部１３，１４には必要に応じて断熱材により被覆処理される。

気体供給部８は、内筒１を内部から加圧して膨張させる膨縮制御手段を構成していて、空気や不活性ガスなどの圧縮気体を、開閉弁Ｖ4及び配管部１５並びに配管部１１などを介して二重管部３を構成している内筒１に所定流量にて供給する構成であればよい。なお、供給される圧縮気体は、予備試験にて、内筒１を加圧して膨張つまり、内筒を容積変化して内筒表面（内面）に生成された氷が的確に剥離される流量に設定される。

（変形例１）図２は以上のスラリーアイス製造装置を変更した一例である。この説明では、図１の装置と同じ部材及び部位に同一符号を付して重複した記載を極力省く。

図２のスラリーアイス製造装置は、図１の装置に対し、アイスジェネレーターである二重管部３Ａの形状を変更した点と、内筒１を内部から加圧して膨張させる膨縮制御手段として、気体供給部８とともに流量可変式ポンプＰにて構成した点で相違している。

すなわち、この二重管部３Ａでは、所定長さの直線となっているため、冷媒供給部７より冷却用冷媒を配管部１４及び接続具９ｂなどを介して導入する導入部と、接続部９ａ及び配管部１３などを介して戻す排出部との間の直線部分で過冷却、アイス核発生、アイス成長が行われることになる。

また、流量可変式ポンプＰは、内筒１に流通される水溶液の流量又は／及び流速を間欠的に増大することにより、内筒１を加圧して膨張可能にするものである。このため、スラリーアイス製造装置としては、図１と同様に気体供給部８のみ使用する構成、流量可変式ポンプＰのみ使用する構成、気体供給部８及び流量可変式ポンプＰを同時に使用する構成の何れであってもよい。

（変形例２）図３は図１のスラリーアイス製造装置を更に変更した例である。この説明でも、図１の装置と同じ部材及び部位に同一符号を付して重複した記載を極力省く。

図３のスラリーアイス製造装置は、図１の装置に対し、水溶液を冷却して氷を生成するアイスジェネレーターである二重管部３が、水溶液を外筒２と内筒１との間に流通させるとともに、冷媒を内筒１に流通させるようにした一例である。この構造では、二重管部３において、まず、内筒１が外筒２の内側に挿通された状態で、一端側が接続具９ｃを介して冷媒供給部７に通じている戻り側の配管部１３に連通可能に接続され、他端側が接続具９ｄを介して冷媒供給部７に通じている導入側の配管部１４に連通可能に接続されている。同時に、二重管部３の一端側は外筒２と内筒１との間の空間が接続具９ｃを介して配管部１０の対応端に接続され、他端側は外筒２と内筒１との間の空間が接続具９ｄを介して配管部１１の対応端に接続されている。

従って、水溶液用の循環通路は、配管部１０、分離槽４、配管部１１、外筒２と内筒１との間の空間により形成される。また、この構造では、上記した気体供給部８は内筒１を内部から加圧して膨張させる膨縮制御手段を構成しており、空気や不活性ガスなどの圧縮気体を、開閉弁Ｖ4及び配管部１５並びに配管部１４などを介して二重管部３を構成している内筒１に所定流量にて供給する。なお、供給される圧縮気体は、内筒１を加圧して膨張つまり、内筒を容積変化して内筒表面（外面）に生成された氷が的確に剥離される流量に設定される。

以下の実施例は、上記したスラリーアイス製造装置により被凍結用の水溶液としてフッ化水素（ＨＦ）溶液の濃縮又は精製を兼ねてスラリーアイスを製造したときの一例である。

ここで、実施例では図２のスラリーアイス製造装置を使用した。そのスラリーアイス製造装置において、二重管部３の長さは２．８ｍである。内筒１はＰＦＡ製のフレキシブルチューブ、直径が６．３５ｍｍである。外筒２はＰＶＣ製のチューブ、直径が１９．０５ｍｍである。配管部１０と１１はＰＦＡ製のチューブ、外径が１１ｍｍ、内径が８ｍｍである。分離槽４は市販品でストレーナ型である。ポンプＰは逆流されないダイヤフラム式である。冷媒供給部７で使用した冷媒はシバタ株式会社製のチラ−ユニット（型式５５１４−Ｔ３３０２）である。

使用したＨＦ溶液は、濃度が表１に示すように９種、つまり実施例１〜９の各ＨＦ溶液濃度となるよう関東化学株式会社製のフッ化試薬を純水で希釈し作成した。各実施例では、濃度調整されたＨＦ溶液（表１の左欄に記載された濃度のもの）として、液量（分離槽を含めた系内の総液量）は２８５ｍＬづつ使用した。冷媒の設定温度は−３℃、冷媒流量は２．２Ｌ／ｍｉｎである。循環系の開閉弁Ｖ1とＶ2は全開状態である。これは気体供給部８から圧縮空気を導入する加圧時も同様である。

操作は、実施例１〜９の各濃度のＨＦ溶液を全量供給し、装置を上記した条件で稼動して、各実施例のＨＦ溶液を循環しながら冷却した。なお、各実施例では、分離槽４の水温が０〜０．２℃を示したときの循環流量は１３８ｍＬ／ｍｉｎであり、循環流量は徐々に低下（溶液が時間経過に伴って内筒１の内面に凍結及び粘性が増しそれに起因して流動性が悪くなったため）した。各実施例では、循環流量が９６ｍＬ／ｍｉｎとなったとき、気体供給部８から０．４ＭＰａの圧縮空気を１３８ｍＬ／ｍｉｎで供給した。なお、各実施例において、内管１はその圧縮空気の供給により内部より加圧され膨張したことが目視観察により確認できた。また、分離槽４には、内管１の内面から剥離された氷が水溶液とともにスラリーアイスとして吐出された。その吐出されたスラリーアイス（１回のみの凍結−剥離）を固液分離し、氷である固相側の濃度を分析した。表１には、その分析結果とともに、ＩＰＦ（％）及び濃度達成率（％）を示した。

表１

なお、表１中、ＩＰＦは次の式１から算出した。
ＩＰＦ＝［（固相(氷)重量／(固相重量＋液相重量)）×１００］・・・式１

以上の表１において、例えば、濃縮達成率は、ＨＦ溶液濃度が０．１％以上（実施例４〜９）になると、濃縮達成率がかなり悪くなる。これは、ＩＰＦ値が高い、つまり凍らせすぎたためであり、ＨＦ液側も凍ってしまったためと考えられる。よって、本発明装置及び方法によりＨＦ溶液を濃縮したり精製する場合は、凍結剥離を複数回繰り返し実施することが好ましい。また、ＨＦ溶液濃度としては０．１％よりも低いとき、又は、ＩＰＦ値も５０％以下が好ましいと言える。

以上のように、本発明は請求項で特定される構成を実質的に備えておればよく、細部は形態例や変形例を参考にして更に変更可能なものである。

１…内筒
２…外筒
３…二重管部
４…分離槽
５…濾過部材
６…水溶液供給部
７…冷媒供給部
８…気体供給部（膨縮制御手段）
９ａ〜９ｄ…接続具
Ｖ1〜Ｖ4…開閉弁

Claims (4)

1. 外筒及び内筒からなる二重管部を使用し、前記内筒又は前記外筒と内筒との間に流通される水溶液を、前記外筒と内筒との間又は前記内筒に流通される冷媒で冷却して内筒表面に氷として晶析生成させ、かつその氷を内筒表面から剥離させるスラリーアイス製造方法であって、
   前記内筒表面に氷を晶析生成した後、その内筒を内部から加圧して膨張させることにより、前記内筒表面に付着していた氷を剥離することを特徴とするスラリーアイス製造方法。
2. 前記内筒を不活性ガスの供給により加圧し膨張させる請求項１に記載のスラリーアイス製造方法。
3. 前記水溶液はフッ化水素を含有している請求項１または２に記載のスラリーアイス製造方法。
4. 外筒及び内筒からなる二重管部を備え、前記内筒又は前記外筒と内筒との間に流通される水溶液を、前記外筒と内筒との間又は前記内筒に流通される冷媒で冷却して内筒表面に氷として晶析生成させ、かつその氷を内筒表面から剥離させるスラリーアイス製造装置であって、
   前記内筒は膨縮可能に形成されているとともに、その内筒を内部から加圧して膨張させる膨縮制御手段を有していることを特徴とするスラリーアイス製造装置。

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