JP6236614B2 - 窒素置換角氷製造システム及び製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、窒素置換角氷製造システム及び製造方法に関する。

特許文献１には、窒素ガスを含む水を凍らせた窒素ガス封入氷で魚艙の水面を覆い、窒素ガス封入氷が融けることにより魚艙内の水の溶存酸素量を減少させることで、魚の鮮度を維持する技術が開示されている。

特許文献２には、生鮮食品の加工漬けの漬け汁に窒素ガスを溶解させて製氷機で凍らせて、その氷を漬け汁タンクに戻して水面を覆い、その氷が融けることにより漬け汁タンク内の水の溶存酸素量を減少させることで、生鮮食品の酸化、腐敗の防止効果を向上させる技術が開示されている。

一方、一般的に市販されている氷の中で最大のものは、３６貫（１３５ｋｇ）の角氷であり、縦２８０ｍｍ×横５５０ｍｍ×高さ１０８０ｍｍの柱状の氷である。

このような大サイズの角氷の製造方法は、所定の大きさのアイス缶に原料の水を充填し、アイス缶をブライン槽に浸漬することにより、アイス缶の周囲がブラインで囲まれるようにする。ブラインは、例えば塩化カルシウム等の溶液であり、−８℃〜−１２℃程度に維持されている。ブラインにより冷却されることによりアイス缶内の水が凍結する。凍結するまでの間、水中にエアーパイプを入れエアーを吹き出して水を撹拌させることにより、冷却効率を高めるとともに水中に存在する気泡及び不純物を上昇させ空気中に放出させることを促進する。また、凍結は、通常、３６〜７２時間かけて行う。これにより透明度の高い角氷が得られる。

特開２００７−１５５１７２号公報 特開２００７−２８２５５０号公報

従来の窒素置換氷は、直径数ｃｍ程度のブロック氷や、厚さ数ｃｍ程度の板状氷を砕いたものであった。３６貫の大サイズの角氷において、従来通りの透明度を保持しかつ溶存酸素量が低濃度の角氷を製造する技術は、まだ提示されていない。

従来の角氷製造において行っているエアレーションは、撹拌とエアー上昇流により水中の気泡を追い出す働きがあるが、従来のエアレーションを単に窒素ガスの噴出に置き換えただけでは、充分な窒素置換状態（酸素の替わりに窒素が溶存した状態）の角氷を得ることはできない。

そこで、本発明は、充分な窒素置換状態の３６貫の角氷を得るための製造システム及び製造方法を実現することを目的とする。

上記課題を解決すべく、本発明は、以下の構成を有する。
本発明の第１の態様は、窒素置換した３６貫の角氷を製造するためのシステムであって、
（ａ）窒素ガスを所定の圧力にて供給するための手段を具備する窒素ガス供給部と、
（ｂ）窒素水を生成するべく、原料の水を貯留するための受水槽と、前記受水槽に貯留した水を冷却するための冷却手段と、前記窒素ガス供給部から供給される窒素ガスを前記受水槽に貯留した水に注入するための窒素ガス注入手段と、を具備する冷却窒素水生成部と、
（ｃ）水の凍結可能温度に維持されたブライン槽内に浸漬された複数のアイス缶と、前記冷却窒素水生成部から供給される窒素水を前記アイス缶の各々にそれぞれ充填するための充填手段と、充填した前記窒素水の凍結中に、前記窒素ガス供給部から供給される窒素ガスを前記窒素水の未凍結部分にそれぞれ注入するためのガス注入手段と、を具備する窒素置換角氷生成部と、を有し、
前記ガス注入手段が、前記窒素ガス供給部から供給される窒素ガスにさらに空気を加えて混合した混合ガスを前記窒素水の未凍結部分にそれぞれ注入することを特徴とする。

上記態様において、窒素水を前記アイス缶の各々にそれぞれ充填するための充填手段が、前記冷却窒素水生成部から供給される窒素水を貯留するための注水槽と、前記アイス缶の各々に対応するように前記注水槽の底面に形成された複数の注水口と、を具備し、前記注水口の各々を通して前記アイス缶の各々に窒素水が充填される。

本発明の第２の態様は、窒素置換した３６貫の角氷を製造する方法であって、
貯留した原料の水に窒素ガスを注入しつつ前記水を冷却することにより、冷却された窒素水を生成する第１工程と、
水の凍結可能温度に維持されたアイス缶に前記冷却された窒素水を充填し、前記窒素水の凍結開始から凍結完了までの時間の少なくとも一部において未凍結部分に窒素ガスを注入しつつ前記窒素水を凍結させる第２工程と、を有し、前記第２工程においては窒素ガスにさらに空気を加えて混合した混合ガスを注入しつつ前記窒素水を凍結させることを特徴とする。

上記態様において、前記窒素水の凍結開始から凍結完了までの時間のうち、凍結開始から途中までは前記窒素水の未凍結部分に窒素ガス又は混合ガスを注入しつつ凍結を行い、その後凍結完了までは窒素ガス又は混合ガスの注入を停止して凍結を行うことを特徴とする。また、この態様において、前記窒素水の凍結開始から凍結完了までの時間が４８時間であることを特徴とする。

本発明では、先ず原料の水を冷却しつつ窒素ガスを注入して冷却された窒素水を生成し、生成した窒素水に対しさらに窒素ガス又は混合ガス（窒素ガスと空気の混合ガス）を注入しつつ凍結を行うので、酸素溶存量を通常よりも十分に低下させた低酸素溶存量の３６貫の角氷を得ることができる。

窒素置換角氷は、小さいサイズの窒素氷と同様に、種々の生鮮品や食品等の保存に利用され、それらの鮮度の保持に寄与する。例えば、生鮮食品の酸化劣化を防止抑制し、雑菌増殖を抑制することができる。これに加えて、３６貫の角氷には、小サイズの氷には無い多様な利用方法がある。例えば、氷室などに保管することにより、それ自体が冷気源としての役割を果たすことができる。その場合も、溶存酸素量が少なくことにより、融解したときに酸素による周囲（例えば氷室に保存されている生鮮品等）への悪影響を通常の氷に比べて低減することができる。

図１は、本発明による窒素置換角氷製造システムの概略構成を示した図である。 図２は、図１に示した窒素供給部の構成例を概略的に示した図である。 図３は、図１に示した冷却窒素水生成部の構成例を概略的に示した図である。 図４は、図１に示した窒素置換角氷生成部の構成例を概略的に示した図である。 図５は、図１に示した窒素置換角氷生成部の別の構成例を概略的に示した図である。 図６は、図１〜図４に示した製造システムを用いて窒素置換角氷を製造する工程の好適例を示したフロー図である。

以下、本発明の実施形態の一例を示した図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
一般的に市販されている氷の中で最大のものは、３６貫（１３５ｋｇ）の角氷であり、縦２８０ｍｍ×横５５０ｍｍ×高さ１０８０ｍｍの透明度の高い柱状の氷である。本明細書中で単に「角氷」と称する場合は、この３６貫の角氷を意味する。

図１は、本発明による窒素置換角氷製造システムの概略構成を示した図である。図中の白矢印はガスの流れを示し、黒矢印は液体の流れを示す（以下の図においても同じ）。窒素置換角氷製造システムは、窒素ガス供給部１０と、冷却窒素水生成部２０と、窒素置換角氷生成部３０とを有する。窒素ガス供給部１０は、窒素ガスを所定の圧力にて供給するための手段を具備する。冷却窒素水生成部２０は、原料の水と、窒素ガス供給１０から供給される窒素ガスとを用いて、冷却された窒素水を生成するように構成されている。窒素置換角氷生成部３０は、冷却窒素水生成部２０から供給される冷却された窒素水と、窒素ガス供給部１０から供給される窒素ガスとを用いて、酸素溶存量を十分に低下させた低酸素溶存量の角氷を生成するように構成されている。

本明細書中において、水の「窒素置換」とは、大気圧下において温度により決まる水の通常の酸素溶存量を低下させかつ酸素溶存量の低下分を窒素で置換することを意味する。また、「窒素水」とは、窒素置換された水を意味する。また、「窒素置換角氷」とは、窒素水をその低酸素溶存状態を維持したまま凍結した角氷を意味する。

図２は、図１に示した窒素ガス供給部１０の構成例を概略的に示した図である。窒素供給部１０は、大気を圧縮するエアコンプレッサ１１と、圧縮空気から窒素ガスを抽出する窒素ガス生成装置１２と、抽出した窒素ガスを貯留する窒素ガスタンク１３とから構成されている。エアコンプレッサ１１は、例えば(株)日立産機システムのオイルフリーベビコン（登録商標）を用いることができる。供給エア圧力が０．５から０．９メガパスカルのものを用いる。

窒素ガス生成装置１２は、ポリイミド中空糸膜からなる窒素分離膜を設けた圧力容器の一端に圧縮空気を取り込み、横の口から酸素をパージ（排出）し、圧力容器の他端から窒素ガスを取出すものである。気体の種類により膜の透過速度が異なることを利用したものであり、例えば(株)片山化学工業研究所の脱気装置「リプレル」（登録商標）を用いることができる。

窒素ガスタンク１３は、窒素ガスを貯留し、所定の圧力で供給するように調整手段を具備する。窒素ガスタンク１３は、冷却窒素水生成部２０及び窒素置換角氷生成部３０に対してそれぞれ窒素ガスを供給可能である。各供給ライン１４、１５上に設けた適宜のバルブにより、窒素ガスの供給と停止をそれぞれ切り替えることができる。

図３は、図１に示した冷却窒素水生成部２０の構成例を概略的に示した図である。冷却窒素水生成部２０は、原料の水を供給ライン２５を介して供給されて貯留する受水槽２１と、受水槽２１内の水Ｗを循環ライン２９とポンプ２３により循環させて冷却する水冷却装置２２と、窒素ガス供給部１０から供給ライン２７を通して供給される窒素ガスを水に注入するための窒素ガス注入パイプ２８とから構成されている。

窒素ガス注入パイプ２８は、例えば受水槽２１内で水平方向に延在する長尺の管であり、管壁には窒素ガスを噴出するための多数の孔が形成されている。高圧で水中に噴射される窒素ガスは、水に溶け込むと同時に、溶存酸素及び気泡を上昇させて空気中に放出させる作用がある。このようにして、受水槽２１内の水Ｗの溶存酸素量を低下させ溶存窒素量を高める。これにより、窒素水が得られる。

水冷却装置２２により、受水槽２１内の水Ｗの温度を正の０℃近傍温度まで冷却することが好ましい。これにより、その後の窒素置換角氷生成部３０における凍結工程を効率的に開始することができる。また、窒素ガスを注入しながら水Ｗの温度を０℃近傍まで冷却することにより、通常であれば低温になるほど溶存酸素が増加するが、通常の場合よりも溶存酸素を抑制し、溶存窒素を増加させることができる。

受水槽２１内の冷却された窒素水は、供給ライン２６及びポンプ２４により、窒素置換角氷生成部３０へ供給される。

図４は、図１に示した窒素置換角氷生成部３０の構成例を概略的に示した図である。窒素置換角氷生成部３０は、冷却窒素水生成部２０より供給ライン３４を介して移送される冷却された窒素水を一時的に貯留するための注水槽３１と、冷却された窒素水を充填するための複数のアイス缶３２と、複数のアイス缶３２を浸漬するためのブライン槽３３とを具備する。

注水槽３１は、アイス缶３２の各々に対応するようにその底面に形成された複数の注水口３５を具備する。各注水口３５は、各アイス缶３２の上面開口の直上に位置する。注水口３５は、注水槽３１に窒素水を貯留しているときは閉じており、注水槽３１から各アイス缶３２に窒素水を充填する際に開くように制御される。

各アイス缶３２は、１つの角氷の製造のために形成された所定の形状及び大きさの容器である。各アイス缶３２は、ブライン槽３３内に浸漬されている。ブライン槽３３は、例えば塩化カルシウム水溶液であるブラインが充填されたタンクである。ブラインは外部の冷却装置（図示せず）により所定の温度に冷却される。ブラインの温度は、アイス缶３２内の窒素水を凍結させて良質の角氷とするために適した温度に設定される。

さらに、各アイス缶３２内には、窒素ガス供給部１０から供給ライン３６を通して供給される窒素ガスを水に注入するための注入パイプ３７が設けられている。注入パイプ３７は、例えばアイス缶３２内で鉛直方向に延在する長尺の管であり、管壁には窒素ガスを噴出するための多数の孔が形成されている。このようにして、アイス缶３２内の窒素水の凍結中に、未凍結部分における溶存酸素量をさらに低下させ溶存窒素量をさらに高めるようにする。また、アイス缶３２内での窒素ガスの噴射により、水中の気泡を上昇させて空気中に放出させ、気泡及び不純物が角氷に取り込まれないようにすることで、透明度の高い角氷が得られる。また、適度な撹拌効果により冷却効率も向上する。

図５は、窒素置換角氷生成部３０の別の構成例を概略的に示した図である。
図５の構成例では、各アイス缶３２に供給するガスが、図４の構成例とは異なっている。図５では、空気を所定の圧力で供給するためのブロアポンプ３８を設けている。この場合、窒素ガス供給部１０から供給される窒素ガスを、ブロアポンプ３８から供給ライン４０を通して供給される空気と混合し、窒素ガスと空気の混合ガスとする。窒素ガスと空気の混合割合は、好適には、体積比で窒素ガスが９０〜９５％であり、残余が空気となるようにする。しかしながらこの範囲に限定するものではない。

この混合ガスを供給ライン３６を通してアイス缶３２内の注入パイプ３７に供給する。注入パイプ３７からは、混合ガスが噴射される。これにより、水中の気泡を上昇させて空気中に放出させ、気泡及び不純物が角氷に取り込まれないようにすることで、透明度の高い角氷が得られる。また、適度な撹拌効果により冷却効率も向上する。

なお、ブロアポンプ３８が外部から取り入れる空気は、フィルタ３９を通すことにより塵埃等を除去している。また、供給ライン４０上に設けた適宜のバルブにより、ブロアポンプ３８からの空気の供給と停止を切り替えることができる。空気の供給を停止した場合は、図４と同じ構成となる。

窒素ガスと空気を混合した混合ガスは、通常の空気（窒素約８０％、酸素約２０％を含む）よりも低酸素濃度となっている。この低酸素濃度の混合ガスを供給した場合は、図４に示した窒素ガスのみを供給する場合に比べて窒素置換の程度は低くなるが、より透明度の高い角氷を生成できるという利点があることが判明した。

図６は、図１〜図３及び図４（又は図５）に示した製造システムを用いて窒素置換角氷を製造する工程の好適例を示したフロー図である。

先ず、受水槽に原料の水を供給し、充填する（ステップＳ０１）。充填した後に、数時間から数十時間放置して水中に含まれる気泡を自然に上昇させて空気中に放出させることにより、低減してもよい。

次に、受水槽内の水に窒素ガスを注入しつつ、水を０℃近傍（０℃より高い温度）に冷却する（ステップＳ０２）。水の量に応じて適宜の時間をかけて行う。これにより、冷却された窒素水を生成する。

続いて、受水槽内の冷却された窒素水を注水槽に移送し、注水槽を充填する（ステップＳ０３）。注水槽の充填後、注水槽の注水口を開き、下方に位置する各アイス缶に冷却された窒素水を充填する（ステップＳ０４）。窒素水の充填の際には、ブライン槽に浸漬された各アイス缶は既に適切な冷却温度すなわち水の凍結可能温度に維持されている。水の凍結可能温度は、例えば−１２℃である。

その後、各アイス缶内の窒素水の未凍結部分に窒素ガス、又は、窒素ガスと空気との混合ガス（以下、「窒素ガス等」という）を注入しつつ、窒素水の凍結を行う。凍結を完了するまで、ブライン槽は一定の温度に維持される。好適例では、アイス缶に窒素水を充填した凍結の開始から完了までを４８時間かけて行う。最初から所定の時点までは窒素ガス等を注入しつつ窒素水の凍結を進行させる（ステップＳ０５）。好適には、凍結完了間近まで窒素ガス等を注入する。窒素ガス等の注入を停止するとき、各アイス缶から注入パイプを取り出しておくことが好ましい。窒素ガス等の注入を停止した後、窒素水の凍結を完了させる。凍結完了後、各アイス缶から窒素置換角氷を取り出す（ステップＳ０７）。

上記の好適例における水の凍結可能温度、全凍結時間、並びに、窒素ガス等の注入時間及び停止時間によれば、十分に窒素置換されかつ透明度の高い良質の角氷を得ることができる。

但し、本発明は、上記好適例に限定されるものではなく、ブラインの温度は必要に応じて適宜変更してもよい。また、凍結開始から凍結完了までの時間、凍結開始から窒素ガスを注入しつつ凍結を行う時間、及び、その後の凍結完了までの窒素ガスの注入を停止して凍結を行う時間についても、必要に応じてそれぞれ適宜変更してもよい。例えば、全凍結時間を４８時間、ブラインの温度を−１０℃とし、前半の２４時間は窒素ガスを注入し後半の２４時間は窒素ガスを停止する。また、例えば、全凍結時間を７２時間、ブラインの温度を−８℃とし、開始から３６時間は窒素ガスを注入しその後の１２時間は窒素ガスを停止する。

１０ 窒素ガス供給部
１１ エアコンプレッサ
１２ 窒素ガス生成装置
１３ 窒素ガスタンク
１４、１５ 窒素ガス供給ライン
２０ 冷却窒素水生成部
２１ 受水槽
２２ 水冷却装置
２３、２４ ポンプ
２５ 水供給ライン
２６ 窒素水供給ライン
２７ 窒素ガス供給ライン
２８ 窒素ガス注入パイプ
２９ 水循環ライン
３０ 窒素置換角氷生成部
３１ 注水槽
３２ ブライン槽
３３ アイス缶
３４ 窒素水供給ライン
３５ 注水口
３６ 窒素ガス供給ライン
３７ 窒素ガス注入パイプ

Claims (5)

1. 窒素置換した３６貫の角氷を製造するためのシステムであって、
   （ａ）窒素ガスを所定の圧力にて供給するための手段を具備する窒素ガス供給部と、
   （ｂ）窒素水を生成するべく、原料の水を貯留するための受水槽と、前記受水槽に貯留した水を冷却するための冷却手段と、前記窒素ガス供給部から供給される窒素ガスを前記受水槽に貯留した水に注入するための窒素ガス注入手段と、を具備する冷却窒素水生成部と、
   （ｃ）水の凍結可能温度に維持されたブライン槽内に浸漬された複数のアイス缶と、前記冷却窒素水生成部から供給される窒素水を前記アイス缶の各々にそれぞれ充填するための充填手段と、充填した前記窒素水の凍結中に、前記窒素ガス供給部から供給される窒素ガスを前記窒素水の未凍結部分にそれぞれ注入するためのガス注入手段と、を具備する窒素置換角氷生成部と、を有し、
   前記ガス注入手段が、前記窒素ガス供給部から供給される窒素ガスにさらに空気を加えて混合した混合ガスを前記窒素水の未凍結部分にそれぞれ注入することを特徴とする窒素置換角氷製造システム。
2. 窒素水を前記アイス缶の各々にそれぞれ充填するための充填手段が、前記冷却窒素水生成部から供給される窒素水を貯留するための注水槽と、前記アイス缶の各々に対応するように前記注水槽の底面に形成された複数の注水口と、を具備し、前記注水口の各々を通して前記アイス缶の各々に窒素水が充填されることを特徴とする
   請求項１に記載の窒素置換角氷製造システム。
3. 窒素置換した３６貫の角氷を製造する方法であって、
   貯留した原料の水に窒素ガスを注入しつつ前記水を冷却することにより、冷却された窒素水を生成する第１工程と、
   水の凍結可能温度に維持されたアイス缶に前記冷却された窒素水を充填し、前記窒素水の凍結開始から凍結完了までの時間の少なくとも一部において未凍結部分に窒素ガスを注入しつつ前記窒素水を凍結させる第２工程と、を有し、
   前記第２工程において、窒素ガスにさらに空気を加えて混合した混合ガスを注入しつつ前記窒素水を凍結させることを特徴とする窒素置換角氷製造方法。
4. 前記窒素水の凍結開始から凍結完了までの時間のうち、凍結開始から途中までは前記窒素水の未凍結部分に窒素ガス又は混合ガスを注入しつつ凍結を行い、その後凍結完了までは窒素ガス又は混合ガスの注入を停止して凍結を行うことを特徴とする請求項３に記載の窒素置換角氷製造方法。
5. 前記窒素水の凍結開始から凍結完了までの時間が４８時間であることを特徴とする請求項４に記載の窒素置換角氷製造方法。

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