(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排水が収容される槽と、この槽内に設置されて外部から空気等の気体が供給され、排水中に気泡を発生させる気泡発生装置と、前記槽内の排水中に一部分が没するように回転自在に枢支され、外周表面には前記気泡発生装置からの気泡が割れて付着される飛沫が氷結し、氷結した氷が純粋な氷塊に成長するように冷却手段によって冷却される回転ロールドラムと、このドラム外周表面に成長した純粋な氷塊表面の不純物等を暖めて洗浄する氷融解装置と、この装置で表面が洗浄された氷塊を前記回転ロールドラムから剥離選別する装置とを含む純氷製氷装置。
【請求項２】
前記冷却手段は、回転ロールドラム内に排水面より高く注入された冷媒液と、この冷媒液をドラム外部に導いて冷却循環させる冷凍機からなることを含む請求項１記載の純氷製氷装置。
【請求項３】
前記剥離選別する装置は、回転ロールドラム内外のいずれか一方に加熱体を設けたことを含む請求項１記載の純氷製氷装置。
【請求項４】
前記剥離選別する装置は、回転ロールドラムの外周表面に熱絶縁部材を形成したことを含む請求項１記載の純氷製氷装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、生活排水、産業排水等を水処理し、水中の有機物や無機物を物理処理により除去する手段を用いた純氷製氷装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
生活排水、産業排水等を水処理して、水中の有機物や無機物を除去する手段には、上述した物理処理の外に、化学処理、生物処理及びこれらを組み合わせた処理手段がある。これらの中で物理処理を用いて有機物や無機物を除去する手段は凍結融解法の一種で、この方法は排水をただ単に凍結して、その後、融解させるか、排水中で純氷を成長させるものである。
【０００３】
上記の凍結融解法は、排水をそのまま凍結し、その後、融解させて固液分離や脱水性がよい汚泥を作製することが目的の装置である。また、排水中に種氷を注入して、その種氷を核にして排水中で純氷を成長させる手段がある。この他、海水中で氷結晶のみを凍結して、その後、氷結晶だけを分離融解して淡水化する手段もある。しかし、排水を凍結して、連続的に大きな氷塊として純氷を析出させる安価な方法とその装置は未だ開発されていない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した各手段を用いて、排水中の固形物や溶解物等を分離し、水だけを大きな氷塊として純粋な氷に凍結する安価な方法及びその装置は前述のように未だ開発されていない。氷塊として、例えば、北極の海氷は、一部分は純氷であっても、大きな氷塊全体としては高濃度の塩水を内部に包含して凍結している。
【０００５】
すなわち、水は、液体でいる限り、各種の気体、液体、固体を十分に溶解し、また、各種の液体、固体と混合し、各物質を非常によく溶解または、混合するが、氷になるときに、分子レベルの大きさではすべての溶質、混合物を排除して、純粋な氷分子の結晶として成長する。しかし、氷塊のレベルの大きさでは、氷分子の結晶と結晶の間に、水に包含されていた溶質、混合物を内包している氷塊になり、純氷だけを結晶として大きく成長させることは極めて困難である。
【０００６】
なお、上記純氷だけを析出する方法の１例としては、例えば、半導体の製造方法で使用される、シリコン結晶を精製する帯域溶融法がある。図７はこの帯域溶融法を述べるための概略構成図で、この溶融法は、図７に示すような精製結晶７１の一部のある幅だけ加熱コイル７２を用いて溶融帯を作成し、その帯域をゆっくりと図示矢印方向に移動すると、結晶７１は不純物７３を溶融帯に残して、純度を上げて凝固するようになる方法である。７４は元の材料である。
【０００７】
上記のように、水を凍結して大きな氷塊として純氷に固化させるためには、これらの溶解物や混合物を排除して、純氷だけを析出するような方法は、技術的に難しく、かつ高価な装置になってしまう問題がある。
【０００８】
この発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、純氷を簡単に大きく成長させることができるとともに、連続的に一定形状の純氷を自動製氷できるようにした純氷製氷装置を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上記の課題を達成するために、第１発明は、排水が収容される槽と、この槽内に設置されて外部から空気等の気体が供給され、排水中に気泡を発生させる気泡発生装置と、前記槽内の排水中に一部分が没するように回転自在に枢支され、外周表面には前記気泡発生装置からの気泡が割れて付着される飛沫が氷結し、氷結した氷が純粋な氷塊に成長するように冷却手段によって冷却される回転ロールドラムと、このドラム外周表面に成長した純粋な氷塊表面の不純物等を暖めて洗浄する氷融解装置と、この装置で表面が洗浄された氷塊を前記回転ロールドラムから剥離選別する装置とを備えたものである。
【００１０】
第２発明は、前記冷却手段が、回転ロールドラム内に排水面より高く注入された冷媒液と、この冷媒液をドラム外部に導いて冷却循環させる冷凍機からなることを特徴とするものである。
【００１１】
第３発明は、前記剥離選別する装置が、回転ロールドラム内外のいずれか一方に加熱体が設けられたことを特徴とするものである。
【００１２】
第４発明は、前記剥離選別する装置が、回転ロールドラムの外周表面に熱絶縁部材が形成されたことを特徴とするものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１および図２は、この発明の実施の第１形態を述べるための概略構成断面図および側断面図で、図１および図２において、１１は排水等を収容する槽で、この槽１１の内底部に散気管１２を設置する。この散気管１２にはエアポンプ１３が接続されていて、このエアポンプ１３から散気管１２に空気等の気体が送風される。散気管１２には、小さい散気孔が穿設されているために、送風された気体はこの散気孔から細かい気泡１４となって槽１１内の排水中に散気される。排水中の気泡１４は、排水の表面まで達すると、気泡１４が割れて飛沫となって水滴が空気中に飛散する。
【００１４】
飛散された水滴は、槽１１の排水中に一部が没する回転ロールドラム１５の表面に付着する。回転ロールドラム１５の内部には、排水面より高くなるように冷媒液１６が外部の冷凍機１６から冷媒液注入管１８を介して注入されて、回転ロールドラム１５は、その表面が０℃以下に冷却され、その表面に付着した水滴が氷晶となって氷結し、種氷になって連続的にドラム表面に付着される。回転ロールドラム１５の表面に連続的に付着した種氷は、回転ロールドラム１５の回転とともに、排水中に水没し始める。
【００１５】
水没した種氷は、冷媒液で０℃以下に冷却された回転ロールドラム１５の表面で排水中の水を基にして、分子レベルで純粋な氷（純氷）１９として結晶成長を続けるようになる。このように分子レベルで純粋に結晶成長している純氷１９の表面には、さらに細かい気泡１４が吹き付けられ、純氷１９の表面付近にある不純物や混合物を常に排除して、０℃の冷水と純氷１９の表面とを直接接触させて、純氷１９を結晶化する条件が設定される。このような条件に設定することにより、排水中の不純物や混合物が氷内に内包されないようになる。
【００１６】
２０は冷媒液１６を冷凍機１７に戻す冷媒液抽出管、２１はリング軸受で、この軸受２１の中空部はシールされ、回転ロールドラム１５の回転軸、回転方向等とは独立して固定された構成になっている。なお、回転ロールドラム１５は図示しない電動機等により駆動されるように構成されているとともに、冷媒液１６と排水とが混合しないように、回転ロールドラム１５の内側、外側は完全に密封されている。
【００１７】
２２は温風ヒータで、このヒータ２２は、回転ロールドラム１５の表面に成長した純氷１９が大きな氷塊２３に連続的に成長した際に、その氷塊２３を暖めて融かし、表面に付着した不純物や混合物を洗浄する。表面が洗浄された大きな氷塊２３は、回転ロールドラム１５から連続的に剥離されて分離スロープ２４により一定の大きさに分離選別されて回収される。
【００１８】
上記のような構成により、回転ロールドラム１５の表面に分子レベルで純氷１９を成長させる際に、純氷１９の表面に細かい気泡が散気されると、排水中の不純物や混合物が内包されなくなる。しかし、０℃の冷水と純氷１９の表面とを直接接触させて、前述のように純氷１９を結晶化する条件を設定すると、冷水の過冷却度が大きく、かつ結晶成長面での温度勾配が大きい場合には、雪の六華の結晶のような樹枝状の結晶成長となり、その樹枝の間に排除すべき溶質や混合物が内包されるようになる。また、冷水の過冷却状態が急激に破れると、急激な結晶成長が始まり、結晶は樹枝状に成長し、その樹枝の間に排除すべき溶質や混合物、不純物を内包した氷の結晶が成長するようになる。
【００１９】
このために、前述のように排水中で細かい気泡を散気して純氷１９を得るようにするには、次のようにすれば良いことになる。
（１）常に過冷却状態を破ること、
（２）純氷表面から排除すべき溶質、混合物や不純物を排除すること、
（３）排水全体の温度を一様にして、０℃の冷水を連続的に供給すること、
（４）排水表面では種氷の基になる気泡の飛沫を飛散させること。
【００２０】
図３はこの発明の実施の第２形態を示す概略構成断面図で、この図３の第２形態は、回転ロールドラム１５の外表面に成長した純粋な大きな氷塊２３を、その表面を洗浄した後、回転ロールドラム１５から連続的に剥離するために、回転ロールドラム１５の内側に加熱体である固定ヒータ２５を予め設けておくことによって、剥離を容易にしたものである。
【００２１】
図４はこの発明の実施の第３形態を示す概略構成断面図で、この図４の第３形態も第２形態と同様に大きな氷塊２３を容易に剥離させる加熱体であるニクロム線ヒータ２６を回転ロールドラム１５の外表面に設けたものである。
【００２２】
図５はこの発明の実施の第４形態を示す概略構成断面図で、この図５の第４形態も第２形態と同様に大きな氷塊２３を容易に剥離させる複数の熱絶縁突起２７を回転ロールドラム１５の外周表面に設けたものである。
【００２３】
図６はこの発明の実施の第５形態を示す概略構成断面図で、この図６の第５形態も第４形態と同様に大きな氷塊２３を容易に剥離させる複数の熱絶縁物２８を回転ロールドラム１５の外周表面に設けたものである。なお、第２形態から第５形態において、第１形態と同一部分には同一符号を付して説明した。
【００２４】
【発明の効果】
以上述べたように、この発明によれば、簡単構成でありながら、一定の形状の純氷を連続的に自動製氷できる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の第１形態を示す概略構成断面図。
【図２】第１形態の概略構成側断面図。
【図３】この発明の実施の第２形態を示す概略構成断面図。
【図４】この発明の実施の第３形態を示す概略構成断面図。
【図５】この発明の実施の第４形態を示す概略構成断面図。
【図６】この発明の実施の第５形態を示す概略構成断面図。
【図７】半導体帯域溶融法を述べるための概略構成図。
【符号の説明】
１１…槽
１２…散気管
１３…エアポンプ
１４…気泡
１５…回転ロールドラム
１６…冷媒液
１７…冷凍機
１８…冷媒液注入管
１９…純氷
２０…冷媒液抽出管
２２…温風ヒータ
２３…氷塊
２４…分離スロープ
２５…固定ヒータ
２６…ニクロム線ヒータ
２７…熱絶縁突起
２８…熱絶縁物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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