(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器に入れた深層海水を、氷結が始まるまでの冷却初期は、冷却媒体の温度を海水の共晶点に近い低温度に維持して冷却し、氷結が始まった後は、冷却媒体の温度を共晶点近傍温度から逐次上昇させて緩慢凍結をし、凍結終期には、冷却媒体温度を所要凍結率に相当する濃縮溶液の凍結温度までさらに上昇させ、これを一定時間保持することを特徴とする深層海水脱塩凍結氷の製造方法。
【請求項２】
請求項１において、凍結終期の冷却媒体温度を凍結率が４０から８０％に相当する濃縮溶液の凍結温度まで上昇させ、これを一定時間保持することを特徴とする深層海水脱塩凍結氷の製造方法。
【請求項３】
請求項１において、凍結終期の冷却媒体温度を凍結率が６０から８０％に相当する濃縮溶液の凍結温度まで上昇させ、これを一定時間保持することを特徴とする深層海水脱塩凍結氷の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は深層海水を脱塩された氷に凍結し、その凍結氷を融解して低塩分水を得ることができるようにした深層海水の脱塩凍結氷の製造方法に関する。
【０００２】
【発明の背景】
深層海水はミネラル分を豊富に含有しているので、汲み上げた深層海水は飲料水、化粧水原料等多用途への利用が可能である。
【０００３】
しかし用途によっては塩分濃度を低減する必要があり、塩分濃度を低減させる一手法として凍結脱塩法がある。
【０００４】
【従来の技術】
凍結脱塩法は、深層海水を部分的に凍結することにより、塩分濃度が希薄な氷結部と塩分が濃縮された溶液部に分離し、塩分濃度が希薄な氷結部は融解して低塩分液として飲料水や化粧水原液として、また、塩分濃度の大なる濃縮溶液は魚類の塩蔵材料用等に利用する。
【０００５】
凍結脱塩法は脱塩操作による品質低下がなく有用であるが、従来の凍結脱塩法は冷却媒体の温度を一定とし、あるいは成り行きに任せて凍結しており、これといった特別な制御は行われない。
【０００６】
ところで凍結進行に伴う氷内への塩分取り込み量は、溶液濃度が比較的希薄な凍結初期段階では少なく、凍結が進むに従い未凍結の溶液部分に塩分が濃縮されて図４のように溶液濃度が急激に大となり、氷内へ取り込まれる塩分量も相対的に図５のように大となる。
【０００７】
凍結進行過程における氷内への塩分取り込み量は、緩慢凍結、すなわち冷却媒体温度を上げて凍結することにより最小限に抑えることができるので、従来の凍結脱塩法では、冷却媒体温度を凍結初期から終期まで例えば−１０℃と高く設定して、凍結進行過程終期での氷内への塩分取り込み量を最小限に抑えるようにしているが、冷却温度が高いため最終凍結までには長時間を要し、生産性が低いという問題があった。
【０００８】
さらに、凍結が始まるまでの冷却初期において、冷却媒体温度が比較的高い温度で冷却される緩慢冷却では、溶液が液体から固体への相転移（凍結）が起こるはずの温度（海水では約−２℃）以下に冷却されても凍結が起こらず、そのままの液相を保っている過冷却状態を引き起こす。
【０００９】
また、過冷却の程度を数値的に表現するところの凍結が起こるはずの温度と過冷却液の温度との温度差である過冷却度も大となり、その結果、過冷却状態が解除される際の急激な凍結による氷内への塩分取り込み量が多くなるという問題があった。
【００１０】
さらに、凍結終期において、被凍結溶液の初期温度や処理量の変化により、あるいは、例えば多数の容器でバッチ凍結処理する場合には、冷却媒体の流量、温度分布の変動から、各容器内の深層海水を均一な凍結率にすることは難しい。
【００１１】
図５において、平均的な最終凍結率を４０％程度以下に抑えれば、各容器内の深層海水の凍結率が例えば３０％から５０％までばらついても、氷内に取り込まれる塩分量は各容器のもので大きな差異はないが、生産性が悪いというデメリットがある。
【００１２】
一方、平均的な最終凍結率を例えば７０％程度以上にすると、生産性は向上する。しかし、各容器の深層海水の凍結率が例えば６０％から８０％までばらつくと、氷内に取り込まれる塩分量が急激に増加するものがあり、その結果、各容器で生成した氷を融解混合して得られた溶液の濃度が高くなるという問題があった。
本発明はこれらの課題を解決するためになされたものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係る深層海水脱塩凍結氷の製造方法は、容器に入れた深層海水を、氷ができ始めるまでの冷却初期は冷却媒体の温度を海水の共晶点に近い低温度に維持して冷却することにより過冷却を防止して、氷ができ始めるときの氷内への塩分混入を抑え、次いで氷が成長する冷却中期（凍結進行過程）には冷却媒体の温度を共晶点近傍温度から逐次上昇させて緩慢凍結をすることにより氷内への塩分取り込み量を最小限に抑えるとともに生産性を上げ、凍結終期には目的とする凍結率に相当する濃縮溶液の凍結温度まで冷却媒体温度をさらに上昇させ、これを一定時間保持することにより各容器の深層海水の凍結むらをなくして目的とする凍結率の氷が得られるように凍結せしめるようにしてある。
【００１４】
【実施例】
以下本発明の実施例を図２に一例を示す凍結装置を参照して説明する。
同図において符号１は凍結庫を示し、同凍結庫内には冷却器２、送風機３を備え、冷却器によって冷却された冷却媒体たる冷却風は送風機により凍結室４内へ循環され、凍結室内の車輪５付きの移動ラック６に載せてある容器７内の深層海水８を冷却する。
【００１５】
冷却器からの冷却風循環路には加熱器９も設けてあり、冷却風の温度を上げるときには加熱器を作動させることにより短時間で温度を上昇させ、所定温度になったら加熱器は停止し、以後は冷却器により冷却風の温度を維持せしめて冷却する。
【００１６】
本発明は上述した一例の凍結装置にて深層海水を脱塩凍結せしめるが、その工程を図１に示す温度制御の一例に基づいて説明する。また、図３は各工程の凍結状態を模式的に示したものである。
【００１７】
本発明は深層海水を初期冷却、中期冷却、終期冷却の３工程で冷却せしめる。初期冷却は、冷却器２により深層海水の共晶点（約−２１℃）に近い温度（例えば−２２℃）に冷却された冷却器からの冷却媒体たる冷却風を図２の凍結室１へ送って容器７内の深層海水８を図１のように急速冷却する。
【００１８】
この急速冷却により、溶液の過冷却を防ぎ、過冷却が解除されて氷ができ始めるときの急激な凍結による氷内への塩分混入を抑えて、容器内の深層海水の表面に図３のように氷膜１０を形成せしめ、以後の工程においてはこの氷膜を核として氷を成長させる。
【００１９】
氷膜１０が形成された後は加熱器９を作動させることにより冷却風の温度を例えば約−１７℃まで上昇させて急速冷却を終了し、その後加熱器の作動は停止させる反面、冷却器２を作動させて冷却風の温度を約−１７℃に維持し、中期冷却に入る。
【００２０】
この中期冷却は凍結進行期であり、溶液濃度に見合った緩慢凍結により氷内への塩分取り込み量を最小限に抑え、かつ生産性を上げるために、例えば１次、２次、３次と冷却媒体である冷却風の温度を順次上昇させて３段階の冷却制御をする。
【００２１】
中期１次冷却では、溶液の塩分濃度が希薄であるので、急速に冷却しても氷内への塩分取り込み量は中期２次、３次冷却に比べ、相対的に少ない。
したがって、中期１次冷却では冷却器からの冷風を例えば中期２次、３次冷却に比べ低温度の約−１７℃に設定して急速に冷却することにより、生産性を向上することができる。
【００２２】
次いで、未凍結溶液の塩分濃度が上昇してくるのに合わせ、氷内への塩分取り込み量が相対的に上昇してくることから緩慢凍結の度合いを上げて氷内への塩分取り込み量を抑えるために、中期１次冷却を終了して２次冷却に入るが、これは冷却器による冷却は一時停止し、加熱器を作動させて冷却風の温度を上昇させ、例えば約−１３℃になったところで加熱器の作動は停止させ、以後冷却器により冷却風を約−１３℃に維持せしめて冷却をする。
【００２３】
同様に中期２次冷却後は冷却器の作動を一時停止し、加熱器により例えば約−１０℃まで冷却風の温度を上昇させ、以後は加熱器は停止させ、冷却器にて約−１０℃に維持して中期３次冷却をする。
【００２４】
この中期冷却の１次、２次、３次と冷却媒体温度を段階的に上昇させることにより、氷内への塩分取り込み量を最小限に抑えながら生産性の高い凍結操作が可能となる。
【００２５】
ここで、容器内の深層海水はラック６に載せてある位置によって、例えば冷却風の上流側にあるか下流側にあるか、ラックの下段にあるか上段にあるか、冷却風のよく当たる箇所か余り当たらない箇所にあるか等によって凍結進行度（凍結率）を異にするが、その一例としてラックの冷却風入口側の容器７ａの深層海水とラックの冷却風出口側の容器７ｂの深層海水の凍結進行度を図３の例で説明する。
【００２６】
この例では中期１次冷却による容器７ａ内の深層海水の凍結率は３０％であるが、容器７ｂ内の深層海水の凍結率は約２６％である。
また、中期２次冷却では容器７ａ内の深層海水は約６０％凍結し、容器７ｂ内の深層海水は約５２％凍結する。
【００２７】
かくして中期３次冷却では、容器７ａ、７ｂ内の各深層海水の凍結率は約８０％、約６５％と凍結率にむらがあり、これを目標とする凍結率例えば７５％に均一化するために終期冷却を行なう。
【００２８】
終期冷却は冷却器の作動を一時停止し、加熱器にて冷却風を約−６℃に上げたところで加熱器を停止させ、以後冷却器にて約−６℃に冷却風を維持せしめて冷却を行なう。
【００２９】
図６に凍結率による未凍結深層海水の凍結温度を示したが、この終期冷却における約−６℃の冷却風温度は、塩分含有率が希薄な凍結氷の部分を効率よく生成するための氷の凍結率（約７５％）に対応するいわば限界凍結温度である。
【００３０】
しかしてこの終期冷却で、冷却風温度を約−６℃に維持することにより、凍結し過ぎていた容器７ａ内の氷は若干融解し、反面凍結が足りなかった容器７ｂ内の氷はさらに凍結して、両容器内の海水はほぼ同じ凍結率（約７５％）に調整され、凍結むらのない氷１１となる。
【００３１】
低塩分凍結氷とするには、本発明の終期冷却に相当する約−１０〜−６℃の一定温度で最初から冷却するとか、あるいは初期の急速冷却を行なうとしても、その後は−１０〜−６℃の一定温度で冷却すればよいわけであるが、それでは時間が掛かり過ぎて生産性が低い。
【００３２】
本発明は約−６℃による終期冷却の前に、−６℃よりも低い温度で数段階に分けた中期冷却を行なうので、この中期冷却は緩慢冷却とはいっても−１０〜−６℃で全工程を緩慢冷却するばあいよりもはるかに凍結時間を短縮でき、しかも塩分含有量の低い凍結氷を製造できる。
【００３３】
また、中期冷却においては凍結率が低い段階では未凍結海水部分の塩分濃度がさほど高くないので、凍結氷内に取り込まれる塩分量も少ないが、凍結率が高くなって６０％を超えると図４に示されるように未凍結海水部分の塩分濃度が急激に高くなる。
【００３４】
本発明では凍結率が６０％以下である中期１次冷却および同２次冷却においては冷却風の温度を比較的低く維持して凍結に掛かる時間をできるだけ短縮させ、中期３次冷却においては凍結氷内に取り込まれる塩分量を低く抑えることができるように約−１０℃と比較的高い温度に維持して凍結を進める。
【００３５】
したがって、本発明では中期冷却においても１次、２次、３次と段階的に冷却温度を上昇させるので、凍結氷内に取り込まれる塩分量を低く抑え、しかも凍結時間を短縮できる。
【００３６】
以上のようにして低塩分の凍結氷を製造するが、製造された氷は移動ラックで凍結庫外（または凍結庫内）の砕氷作業場へ移動し、凍結氷を容器から砕氷台上に載せて砕き、砕氷と未凍結の塩水とに分離し、砕氷は融解して真水に近い低塩分水として使用し、未凍結の塩水は例えば魚の塩蔵水用に使用する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による温度制御の実施例を示す図。
【図２】凍結装置の具体例を示す図。
【図３】本発明による凍結状態の一例を示す表。
【図４】凍結率による未凍結深層海水中の塩分濃度変化を示すグラフ。
【図５】凍結率による凍結氷中の塩分濃度変化を示すグラフ。
【図６】凍結率による未凍結深層海水の凍結温度変化を示すグラフ。
【符号の説明】
１  凍結庫
２  冷却器
３  送風機
４  凍結室
５  車輪
６  移動ラック
７  容器
８  海水
９  加熱器
１０  氷膜
１１  凍結氷
【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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