JP2020106237A - 製氷システム、及び、製氷方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製氷機内の溶液の状態に応じて冷却温度を調整し、効率よく製氷を行うことができる製氷システムを提供することを目的とする。【解決手段】製氷用の溶液を循環させる循環回路７０と、溶液の流入口１６及び排出口１７を有しかつ内部に溶液を流動させる冷却室１２、及び、冷却室１２の内面で生成された氷を掻き取る掻き取り機構１５を含み、循環回路７０中に設けられる製氷機１と、冷却室１２内の溶液を冷却する冷却機構６０と、冷却室１２の流入口１６における氷核の有無を検知する第１検知装置と、第１検知装置の検知結果に応じて溶液の冷却温度を調整する調整装置と、を備えている。【選択図】図１

Description

本開示は、製氷システム、及び、製氷方法に関する。

製氷用溶液を流通させる冷却室と、冷媒を流通させる冷媒室とを有し、冷却室内の溶液と冷媒室内の冷媒とを熱交換することによって製氷する製氷機を複数備えた製氷システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１記載の製氷システムにおいては、複数の製氷機の冷却室が製氷用溶液管によって直列に接続され、複数の製氷機の冷媒室がガス側支管及び液側支管によって並列に接続される。また、ガス側支管が圧縮機の吸入側に接続され、液側支管が凝縮器の冷媒排出端に接続され、さらに凝縮器の冷媒流入端が圧縮機の吐出側に接続されている。

特開平３−２０４５７５号公報

一般に、製氷システムは、運転を開始してから製氷機において実際に氷が生成されるまで、製氷機内では溶液の温度が氷結温度よりも低い過冷却状態となる。そして、製氷機において過冷却状態が解消されることで溶液温度が氷結温度となり、製氷が開始する。

製氷機の冷却室内には、冷却室の内面に付着した氷を掻き取る回転ブレードが設けられる。そして、溶液の過冷却状態が解消することによって製氷室の内面で急速に氷が生成されると、氷に回転ブレードが引っ掛かり回転ブレードに過負荷がかかる現象（以下、この現象を「アイスロック」ともいう）が生じることがある。このアイスロックは、製氷機における溶液の冷却温度（冷媒の蒸発温度）が低いほど発生する可能性が高いので、製氷システムは、アイスロックが生じない一定の冷却温度でしか製氷を行っていない。

本開示は、製氷機内の溶液の状態に応じて冷却温度を調整し、効率よく製氷を行うことができる製氷システム及び製氷方法を提供することを目的とする。

（１）本開示の製氷システムは、
製氷用の溶液を循環させる循環回路と、
溶液の流入口及び排出口を有しかつ内部に溶液を流動させる冷却室、及び、前記冷却室の内面で生成された氷を掻き取る掻き取り機構を含み、前記循環回路中に設けられる製氷機と、
前記冷却室内の溶液を冷却する冷却機構と、
前記冷却室の流入口における氷核の有無を検知する第１検知装置と、
前記第１検知装置の検知結果に応じて前記溶液の冷却温度を調整する調整装置と、を備えている。

冷却室内において、掻き取り機構にアイスロックを発生させない冷却温度の下限（アイスロック限界温度）は、冷却室に流入する氷核の有無によって異なることが知られている。具体的には、冷却室に流入する氷核がある場合とない場合とでは、前者の方が前記冷却温度の下限が低くなる。上記構成の製氷システムは、第１検知装置によって冷却室の流入口における氷核の有無を検知し、その検知結果に応じて調整装置が溶液の冷却温度を調整する。そのため、第１検知装置によって冷却室に流入する氷核があることが検知された場合には、アイスロックを発生させない範囲でより冷却温度を下げることが可能となり、製氷能力を高め、効率よく製氷を行うことができる。

（２）好ましくは、前記循環回路中に複数の前記製氷機が直列に設けられ、
前記第１検知装置が、前記各製氷機の前記冷却室の流入口における氷核の有無をそれぞれ検知し、
前記調整装置が、前記第１検知装置の検出結果に応じて前記冷却機構を制御し、前記各製氷機の前記冷却室における溶液の冷却温度を個別に調整する。
このような構成によって、各製氷機の冷却室に流入する氷核の有無を検知し、各製氷機ごとに冷却温度を調整して、各製氷機の製氷能力を効率よく高めることができる。

（３）好ましくは、前記冷却機構は、複数の前記製氷機に対応して複数系統の冷媒回路を備え、
前記各冷媒回路は、それぞれ蒸気圧縮式の冷凍サイクルによって、対応する前記製氷機に個別に冷媒を供給し、
前記各冷媒回路には、それぞれ前記調整装置によって制御される可変容量型の圧縮機が設けられる。
この構成によれば、調整装置が各冷媒回路の圧縮機の容量を制御することによって、各製氷機に供給される冷媒の蒸発温度（すなわち、冷却温度）を調整することができる。

（４）好ましくは、前記冷却機構は、複数の前記製氷機を並列に接続する１系統の冷媒回路を備え、
前記冷媒回路は、蒸気圧縮式の冷凍サイクルによって複数の前記製氷機のそれぞれに冷媒を供給し、
前記冷媒回路は、前記調整装置によって制御され少なくとも溶液流方向の上流側の前記製氷機を通過して蒸発するガス状冷媒の流量を調整する流量調整弁と、前記流量調整弁を経たガス状冷媒を吸引する圧縮機と、を備えている。
この構成によれば、調整装置が流量調整弁を制御することによって各製氷機を通過するガス状冷媒の流量を調整し、各製氷機に供給される冷媒の蒸発温度（すなわち、冷却温度）を個別に調整することができる。

（５）好ましくは、前記第１検知装置は、一定時間、前記冷却室の流入口における溶液温度が０度未満かつ溶液の温度変化量が所定値未満であることを氷核有の条件とする。
この構成によれば、第１検知装置によって、冷却室に流入する氷核の有無を検知することができる。

（６）好ましくは、前記第１検知装置は、さらに、一定時間、前記冷却室の流入口と排出口との溶液の温度差が所定値未満であることを氷核有の条件とする。
この構成によれば、第１検知装置によって、冷却室に流入する氷核の有無をより正確に検知することができる。

（７）好ましくは、製氷システムが、前記冷却室の排出口における過冷却の解消を検知する第２検知装置を備え、
前記第１検知装置は、さらに前記第２検知装置により過冷却の解消が検知されてから一定時間経過したことを氷核有の条件とする。
この構成によれば、第２検知装置を併用することによって、冷却室に流入する氷核の有無をより正確に検知することができる。

（８）好ましくは、前記第２検知装置は、一定時間、前記冷却室の排出口における溶液温度が０度未満かつ溶液の温度変化量が所定値未満であることを過冷却の解消の条件とする。
この構成によれば、第２検知装置によって、冷却室の排出口付近における過冷却状態を検知することができる。

（９）本開示の製氷方法は、
循環回路を循環する溶液を製氷機の冷却室内で冷却し製氷を行う方法であって、
前記冷却室の流入口における氷核の有無を検知する工程と、
氷核の有無に応じて、前記冷却室における溶液の冷却温度を制御する工程と、を含む。

第１の実施形態に係る製氷システムの概略構成図である。 製氷機の側面説明図である。 製氷機の横断面を概略的に示す説明図である。 アイスロックを生じさせない蒸発温度の下限を海水の濃度との関係で示すグラフである。 内管の流入口及び排出口における海水の温度変化を示すグラフである。 第２の実施形態に係る製氷システムの概略構成図である。

以下、図面を参照しつつ、本開示の実施形態の詳細を説明する。
＜第１の実施形態＞
［製氷システムの全体構成］
図１は、第１の実施形態に係る製氷システムの概略構成図である。
本実施形態の製氷システム５０は、海水タンク８に貯めた海水（製氷用の溶液）を原料として製氷機（アイスジェネレータ）１Ｕ，１Ｌにより氷スラリーを連続的に生成し、生成した氷スラリーを海水タンク８に戻すシステムである。

本実施形態の製氷機１Ｕ，１Ｌは、例えば二重管式製氷機よりなる。本実施形態の製氷システム５０は、複数（図示例では２つ）の製氷機１Ｕ，１Ｌを備えている。
なお、本実施形態において、複数の製氷機を総称する場合は参照符号「１」を用い、それらを区別する場合は参照符号「１Ｕ」及び「１Ｌ」を用いる。「冷媒回路」についても同様である。

氷スラリーとは、水または水溶液に微細な氷が混濁したシャーベット状の氷のことをいう。氷スラリーは、アイススラリー、スラリーアイス、スラッシュアイス、リキッドアイスとも呼ばれる。
本実施形態の製氷システム５０は、海水をベースとした氷スラリーを連続的に生成可能である。このため、本実施形態の製氷システム５０は、例えば漁船や漁港などに設置され、海水タンク８に戻された氷スラリーは鮮魚の保冷などに利用される。

図１に示すように、製氷システム５０は、蒸気圧縮式の冷凍サイクルを行う冷媒回路６０と、海水タンク８と製氷機１Ｕ，１Ｌとの間で冷却対象である海水を循環させる循環回路７０と、を備える。本実施形態の製氷システム５０は、複数の製氷機１Ｕ，１Ｌに対応して、複数系統の冷媒回路６０Ｕ，６０Ｌを備えている。この冷媒回路６０Ｕ，６０Ｌは、製氷機１内の海水を冷却する冷却機構として機能する。
製氷システム５０は、更に、当該製氷システム５０に含まれる各機器の動作を制御する制御装置（コントローラ）８０を備える。

［冷媒回路６０の構成］
各冷媒回路６０は、製氷機１、圧縮機２、熱源側熱交換器３、四路切換弁４、第１膨張弁５、第２膨張弁１１、及びレシーバ７等を備える。冷媒回路６０は、これらの各機器を冷媒配管で接続することにより構成されている。

製氷機１は、冷媒回路６０の利用側熱交換器として機能する。
圧縮機２は、冷媒を圧縮し、冷媒回路６０内で冷媒を循環させる。また、本実施形態の圧縮機２は、可変容量型（能力可変型）である。具体的に、圧縮機２は、内蔵されているモータをインバータ制御することによって、運転周波数を段階的又は連続的に変更することができる。圧縮機２の運転周波数を制御することによって製氷機１に供給される冷媒の蒸発温度を調整することが可能である。

四路切換弁４は、圧縮機２の吐出側に接続されている。四路切換弁４は、圧縮機２から吐出された冷媒を熱源側熱交換器３側及び製氷機１側のいずれかに切り換えて流す機能を有する。この四路切換弁４によって、製氷運転と解氷運転とが切り換えられる。

第１膨張弁５は、利用側の膨張弁であり、制御信号に応じて開度の調整が可能な電子膨張弁よりなる。第２膨張弁１１は、熱源側の膨張弁であり、制御信号に応じて開度の調整が可能な電子膨張弁よりなる。

送風ファン１０は、熱源側熱交換器３を空冷する。送風ファン１０は、インバータ制御によって運転回転数が段階的又は連続的に変更されるモータを備えている。

［循環回路７０の構成］
循環回路７０は、製氷機１、海水タンク８、及びポンプ９などを備える。循環回路７０は、これらの各機器を海水配管で接続することにより構成されている。

ポンプ９は、海水タンク８から海水を吸い込んで製氷機１の冷却室１２に海水を圧送する。冷却室１２で生成された氷スラリーは、ポンプ圧によって海水とともに海水タンク８に戻される。

循環回路７０において、複数の製氷機１Ｕ，１Ｌは、海水配管によって直列に接続されている。したがって、ポンプ９から圧送された海水は、当該海水の流れ方向の上流側の製氷機１Ｕに供給された後に下流側の製氷機１Ｌに供給され、その後、海水タンク８に戻される。各製氷機１Ｕ，１Ｌに供給された海水は冷却されることによって氷スラリーとして各製氷機１Ｕ，１Ｌから排出される。

［製氷機１の構成］
図２は、製氷機１の側面説明図である。図３は、製氷機の横断面を概略的に示す説明図である。
本実施形態の製氷機１は、二重管式製氷機により構成されている。この製氷機１は、円筒形状に形成された内管１２と外管１３と、掻き取り機構１５とを備える。内管１２は、外管１３よりも外径が小さく、外管１３内に外管１３と同心状に配置されている。また、内管１２は、外管１３から軸方向両側に突出している。本実施形態の製氷機１は、横置き型であり、内管１２及び外管１３の軸心が水平に配置されている。

内管１２は、内部を被冷却媒体である海水が流動し通過する要素である。内管１２は、海水を冷却する「冷却室」を構成している。また、内管１２の「内周面」は、冷却室の「内面」を構成している。内管１２は、金属材料で形成されている。内管１２の軸心方向の両端は閉止されている。

内管１２の軸方向一端側（図２において右側）には、海水の流入口１６が設けられている。海水は、流入口１６から内管１２内に供給される。内管１２の軸方向他端側（図２において左側）には、海水の排出口１７が設けられている。内管１２内の海水は、排出口１７から排出される。

内管１２には掻き取り機構１５が配設されている。掻き取り機構１５は、内管１２の内周面に生成された氷を掻き取り、内管１２内に分散させる。
本実施形態の掻き取り機構１５は、掻き取り用のブレード２２を有するブレード機構である。このブレード機構１５は、ブレード２２のほか、回転軸２０と、支持バー２１と、駆動部２４とを備えている。回転軸２０は、内管１２と同心状に内管１２内に回転自在に支持されている。回転軸２０は、内管１２の軸方向一端に設けられたフランジ２３から外部に突出し、駆動部としてのモータ２４に接続されている。

支持バー２１は、回転軸２０の外周面から径方向外側に突出する棒状部材よりなる。支持バー２１は、回転軸２０の軸方向に所定間隔おきに設けられている。ブレード２２は支持バー２１の先端に固定されている。ブレード２２は例えば樹脂製又は金属製の帯板部材よりなる。ブレード２２の回転方向の前方側の側縁は鋭利な先細り形状とされている。

外管１３は、内管１２の径方向外側において当該内管１２と同心状に設けられている。外管１３は、金属材料で形成されている。外管１３の下部には１又は複数（本実施形態では３つ）の冷媒入口１８が設けられている。外管１３の上部には１又は複数（本実施形態では２つ）の冷媒出口１９が設けられている。外管１３の内周面と内管１２の外周面との間の環状スペース１４は、海水との間で熱交換を行う冷媒が流入する冷媒室となる領域である。冷媒入口１８から供給された冷媒は、環状スペース１４を通過して冷媒出口１９から排出される。

［制御装置８０の構成］
図１に示すように、製氷システム５０は、制御装置８０を備えている。制御装置８０は、ＣＰＵとメモリとを備える。メモリには、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ等が含まれる。
制御装置８０は、メモリに格納されたコンピュータプログラムをＣＰＵが実行することにより、製氷システム５０の運転に関する各種の制御を実現する。

具体的に、制御装置８０は、利用側膨張弁５、熱源側膨張弁１１の開度を制御する。また、制御装置８０は、圧縮機２及び送風ファン１０の運転周波数を制御する。また、制御装置８０は、ブレード機構１５の駆動部２４及びポンプ９の動作を制御する。なお、制御装置８０は、製氷機１側と、熱源側熱交換器３側とに分けて設けられていてもよい。この場合、例えば、熱源側膨張弁１１、送風ファン１０、圧縮機２の動作制御を熱源側熱交換器３側の制御装置で行い、利用側膨張弁５、駆動部２４、ポンプ９の動作制御を製氷機１側の制御装置で行うことができる。

また、制御装置８０は、後述するように内管１２内における過冷却の解消を検知するための検知装置（第２の検知装置）、内管１２内における氷核の有無を検知するための検知装置（第１の検知装置）、及び、圧縮機２の運転周波数を制御し、蒸発温度を調整する調整装置の一構成要素にもなる。

製氷システム５０には、複数のセンサが設けられている。具体的には、図１に示すように、圧縮機２の冷媒吸入配管には、冷媒の圧力を検出する圧力センサ３１が設けられている。各製氷機１における内管１２の流入口１６には、海水（及び氷スラリー）の温度を検出する温度センサ３２と、海水の塩分濃度を計測する濃度センサ３４とが設けられている。製氷機１の内管１２の排出口１７には、海水（及び氷スラリー）の温度を検出する温度センサ３３が設けられている。流入口１６に設けられた温度センサ３２及び濃度センサ３４の検出値は、内管１２内に流入する海水の温度及び濃度と実質的に等しい。また、排出口１７に設けられた温度センサ３３の検出値は、内管１２から排出される海水の温度と実質的に等しい。

圧力センサ３１、温度センサ３２，３３、及び、濃度センサ３４の検出信号は制御装置８０に入力され、各種の制御のために利用される。特に、本実施形態では、製氷機１における海水の冷却温度（冷媒の蒸発温度）の制御を行うためにセンサの検出信号が用いられる。

［製氷システム５０の動作］
（製氷運転）
製氷運転を行う場合、各冷媒回路６０の四路切換弁４が、図１において実線で示される状態に維持される。圧縮機２から吐出された高温高圧のガス冷媒は四路切換弁４を経て凝縮器として機能する熱源側熱交換器３に流入し、送風ファン１０の作動により空気と熱交換して凝縮・液化する。液化した冷媒は、全開状態の熱源側膨張弁１１を通り、レシーバ７を経て利用側膨張弁５に流れる。

冷媒は、利用側膨張弁５により所定の低圧に減圧され、気液二相冷媒となり、製氷機１の冷媒入口１８（図２参照）から当該製氷機１を構成する内管１２と外管１３との間の環状スペース（冷媒室）１４内に供給される。環状スペース１４内に供給された冷媒は、ポンプ９により内管１２内に流入した海水と熱交換して蒸発する。このときの冷媒の飽和温度（蒸発温度）は、海水を冷却する冷却温度となる。製氷機１で蒸発した冷媒は、圧縮機２に吸い込まれる。

ポンプ９は、タンク８から海水を吸い込んで各製氷機１の内管１２内に海水を圧送する。海水が内管１２内で冷却されることによって、内管１２の内面及びその近傍に氷粒子が生成される。生成された氷粒子は、ブレード機構１５により掻き取られ、内管１２内で海水と混合して氷スラリーとなる。生成された氷スラリーは、ポンプ圧によって内管１２の排出口１７から排出されて海水タンク８に戻される。タンク８に戻された氷スラリーは、タンク８内で浮力によって上昇し、タンク８の上部に集積された状態となる。

（解氷運転）
以上のような製氷運転を行った結果、内管１２の内周面に氷が固まって付着し、ブレード機構１５のブレード２２が氷に引っ掛かって回転負荷が大きくなる現象（この現象を「アイスロック」ともいう）が生じることがある。また、内管１２内に氷スラリーが蓄積され、内管１２内の海水の流れが滞る現象（この現象を「アイスアキュームレーション」ともいう）が生じることがある。これらの現象が生じると、製氷機１を継続して運転することが困難となるので、内管１２内の氷を溶かすために解氷運転が行われる。

制御装置８０は、上記のようなアイスロックやアイスアキュームレーションが生じていることを検知すると、各冷媒回路６０の四路切換弁４を、図１において点線で示される状態に切り替える。圧縮機２から吐出された高温のガス冷媒は、四路切換弁４を経て製氷機１の内管１２と外管１３との間の環状スペース１４内に流入し、内管１２内の氷を含む海水と熱交換して凝縮・液化する。このとき、内管１２内の氷は冷媒によって加熱され解氷される。製氷機１から排出された液冷媒は、全開状態の利用側膨張弁５を通過し、レシーバ７を経て熱源側膨張弁１１に流入する。液冷媒は熱源側膨張弁１１よって減圧された後、熱源側熱交換器３において蒸発し、圧縮機２に吸い込まれる。

［氷核の有無に応じた蒸発温度の調整］
以上のような製氷運転を行うために製氷システム５０を稼働した場合、稼働直後は、タンク８内には氷が存在しておらず、タンク８内の海水の温度は海水の氷結温度よりも高い状態になる。そして、ポンプ９によってタンク８内の海水が各製氷機１に送られ、冷却されることによって海水の温度は次第に低下する。海水は、通常、氷結温度になってもすぐには氷にはならず、氷結温度よりも低温の過冷却状態となる。そして、海水の過冷却が解消されることで氷の生成が開始する。しかし、海水の過冷却が解消されたときの潜熱により内管１２の内面で急速に氷が生成されるので、前述したアイスロックが生じやすくなる。

また、アイスロックは、内管１２内に氷核と呼ばれる氷の粒子があるか無いかによって発生のしやすさが異なる。内管１２内に氷核が無い場合は、前述したように海水が氷結温度よりも低温の過冷却状態となり、過冷却状態が解消されることでアイスロックが生じやすくなる。一方、内管１２内に氷核があると、海水は過冷却されず、氷結温度まで低下することによって氷が生成される。

図４は、アイスロックを生じさせない蒸発温度（冷却温度）の下限（アイスロック限界温度）を海水の濃度との関係で示すグラフである。図４においては、内管１２内に氷核がない場合のアイスロック限界温度がＬ１で示され、氷核がある場合のアイスロック限界温度がＬ２で示されている。内管１２内に氷核が無い場合とある場合とでは、海水の濃度に拘らず前者の方が後者よりもアイスロック限界温度が高くなっている。そのため、内管１２内に氷核がある場合は、アイスロックが生じ難いので、より蒸発温度を下げて氷の生成を促進させることができる。内管１２内に氷核が無い場合は、氷核がある場合よりも蒸発温度を高くしなければアイスロックを生じる可能性が高くなるので、より蒸発温度を上げなければならず、製氷に時間がかかる。

したがって、本実施形態の製氷システム５０は、各製氷機１について内管１２内における氷核の有無を検知し、氷核が無い場合には、蒸発温度を高めてアイスロックの発生を防止する一方、氷核がある場合には、蒸発温度を低下させて氷の生成を促進し、製氷システム５０全体として効率よく製氷を行うことができるように構成されている。

以下、具体的な制御について説明する。
本実施形態の製氷システム５０は、製氷運転の際に制御装置８０が次の（ａ）、（ｂ）に示す２段階の処理を行う。
（ａ）内管１２の排出口１７における過冷却解消の検知
（ｂ）内管１２の流入口１６における氷核有無の検知

図５は、内管の流入口及び排出口における海水の温度変化を示すグラフである。
製氷システム５０が製氷運転を開始すると、流入口１６から内管１２内に流入した海水は、排出口１７に向かうに従い徐々に温度が低下する。したがって、内管１２の排出口１７における海水の温度は、流入口１６における海水の温度よりも低温となる。また、上流側の製氷機１Ｕの内管１２から排出される海水は、略同じ温度で下流側の製氷機１Ｌの内管１２に流入する。

図５に示すように、各製氷機１において、内管１２の排出口１７における温度Ｔ２は、時間の経過に伴って徐々に低下し、時間ｔ１において氷結温度を過ぎて過冷却状態となる。一方、内管１２の流入口１６における温度Ｔ１は、排出口１７における温度Ｔ２よりも遅れて徐々に低下する。また、内管１２の排出口１７における温度Ｔ２は、過冷却が解消されることによって時間ｔ２において氷結温度まで上昇する。これにより内管１２内で氷の生成が開始される。

本実施形態の制御装置８０は、上記の処理（ａ）において、過冷却が確実に解消されたことを検知するため、海水が氷結温度に上昇して安定した時点ｔ３で過冷却が解消したと判別するようにしている。一方、内管１２の流入口１６においては、海水の温度Ｔ１は次第に氷結温度に近づき安定する。したがって、制御装置８０は、上記の処理（ｂ）において、海水が氷結温度となり、温度が安定した時点ｔ５で氷核が存在していると判別するようにしている。

上記（ａ）における過冷却解消の検知は、次の条件１〜３が成立するか否かを制御装置８０が判別することによりを行われる。
（条件１）製氷システム５０の運転時間が所定時間以上経過していること
（条件２）各内管１２の排出口１７における海水温度が一定時間０℃未満であること
（条件３）各内管１２の排出口１７における海水温度の変化量が一定時間所定値未満であること

上記（ｂ）における氷核有無の検知は、次の条件４〜７が成立するか否かを制御装置８０が判別することにより行われる。
（条件４）各内管１２の流入口１６における海水温度が一定時間０℃未満であること
（条件５）各内管１２の流入口１６における海水温度の変化量が一定時間所定値未満であること
（条件６）各内管１２の流入口１６と排出口１７との海水の温度差が一定時間所定値未満であること
（条件７）各内管１２の排出口１７において過冷却が解消してから一定時間経過していること

以上の各条件において、内管１２の流入口１６における温度Ｔ１は、図１に示す温度センサ３２によって検出される。内管１２の排出口１７における温度Ｔ２は、温度センサ３３によって検出される。したがって、これらの温度センサ３２，３３は、過冷却の解消を検知するための検知装置（第２の検知装置）又は氷核の有無を検知するための検知装置（第１の検知装置）の一構成要素となる。

（過冷却解消の検知処理）
制御装置８０は、上記（ａ）における過冷却解消の検知を行うための「条件１」として、製氷システム５０が運転を開始してから所定時間以上経過しているか否かを判別する。内管１２内の海水の温度は、ある程度の時間が経過しないと低下せず、過冷却状態を経て過冷却が解消することもないからである。この条件１の運転時間は、例えば、２０分とすることができる。

また、過冷却解消の検知を行うための「条件２」として、制御装置８０は、各内管１２の排出口１７における海水の温度Ｔ２が一定時間０℃未満であるか否かを判別する。運転開始後、海水の温度Ｔ２が低下していく過程で一時的に０℃になることがあり、また、過冷却状態から過冷却が解消されて氷結温度になるまで、常に０℃未満となるからである。条件２では、一定時間として、例えば、１５分間０℃未満が継続することを条件とすることができる。

制御装置８０は、「条件３」として、内管１２の排出口１７における海水の温度Ｔ２の変化量が一定時間所定値未満であるか否かを判別する。図５に示すように、時間ｔ２において温度Ｔ２が過冷却状態から氷結温度まで上昇すると、一応は、過冷却状態が解消されたということができる。しかしながら、温度センサ３３の故障やその他の要因による誤検知も考えられるため、本実施形態では、過冷却が確実に解消されたことを検知できるよう条件３を設定している。具体的には、現在の排出口１７における海水の現在の温度をＴ２とし、それよりも所定時間だけ前（例えば、１５分前）の温度をＴ２’としたとき、次式（１）で示す状態が一定時間（図５におけるΔｔａ；例えば、１５分間）時間継続するか否かを判別する。
｜Ｔ２−Ｔ２’｜＜α … （１）

式（１）は、現在の温度Ｔ２と所定時間前の温度Ｔ２’との変化量が所定値αよりも小さい状態が一定時間継続することを条件としている。所定値αは、例えば０．４℃とすることができる。したがって、式（１）は、海水の温度Ｔ２がほとんど変化せずに安定していることを条件としている。
制御装置８０は、以上の条件１〜３が成立したときに、内管１２の排出口１７において過冷却が解消されたことを検知する。

（氷核有無の検知）
制御装置８０は、上記（ｂ）における氷核有無の検知を行うための「条件４」として、各内管１２の流入口１６における温度Ｔ１が一定時間（例えば、１５分間）、０℃未満であることを判別する。流入口１６における海水の温度が０℃以上である場合、流入口１６に氷核がある可能性が極めて低いからである。

制御装置８０は、氷核有無の検知を行うための「条件５」として、各内管１２の流入口１６における海水温度Ｔ１の変化量が一定時間所定値未満であることを判別する。図５に示すように、流入口１６における海水の温度Ｔ１は、時間ｔ４において０℃を切り、その後も低下して氷結温度に到る。そして、氷結温度にある状態が一定時間継続すれば、流入口１６において氷核があり、氷の生成が行われていると判断することができる。したがって、この条件５では、現在の流入口１６における海水の現在の温度をＴ１とし、それよりも所定時間だけ前（例えば、１５分前）の温度をＴ１’としたとき、次式（２）で示す状態が一定時間（図５におけるΔｔｂ；例えば、１５分間）継続するか否かを判別する。
｜Ｔ１−Ｔ１’｜＜β … （２）

式（２）は、現在の温度Ｔ１と所定時間前の温度Ｔ１’との変化量が所定値βよりも小さいことを示している。所定値βは、例えば０．４℃とすることができる。したがって、式（２）は、海水の温度Ｔ１がほとんど変化せずに安定していることを条件としている。

制御装置８０は、氷核有無の検知を行うための「条件６」として、各内管１２の流入口１６と排出口１７との冷媒の温度差が一定時間所定値未満であることを判別する。図５に示すように、流入口１６において海水の温度Ｔ１が氷結温度付近で安定すると、排出口１７における海水の温度Ｔ２との温度差が小さくなる。したがって、この条件５では、流入口１６における海水の温度Ｔ１と、排出口１７における海水の温度Ｔ２とを比較し、次式（３）で示す状態が一定時間（図５におけるΔｔｂ；例えば、１５分間）継続するか否かを判別する。
｜Ｔ１−Ｔ２｜＜γ … （３）

式（３）は、流入口１６の温度Ｔ１と排出口１７の温度Ｔ２との差が所定値γよりも小さいことを示している。所定値γは、例えば０．４℃とすることができる。したがって、式（３）は、内管１２内の全体の海水の温度がほぼ一定になることを条件としている。

制御装置８０は、氷核有無の検知を行うための「条件７」として、各内管１２の排出口１７において過冷却が解消してから一定時間（例えば、１５分間）経過していることを判別する。内管１２の排出口１７において過冷却が解消していることの検知は、前述した条件１〜３の判別により行われる。

制御装置８０は、以上の条件４〜７が成立したときに、内管１２の流入口１６において氷核があることを検知する。

［蒸発温度の調整］
制御装置８０は、以上の処理によって製氷機１の内管１２における流入口１６に氷核があることを検知すると、当該製氷機１が設けられた冷媒回路６０の圧縮機２を制御し、冷媒の蒸発温度を調整する。具体的に、制御装置８０は、当該製氷機１に流入する海水の濃度（濃度センサ３４で検出された濃度）から、図４に示すアイスロック限界温度Ｌ２を下限として目標蒸発温度を設定する。そして、制御装置８０は、当該製氷機１が設けられた冷媒回路６０において、冷媒の蒸発温度が目標蒸発温度となるように、圧縮機２の運転周波数を制御する。例えば、制御装置８０は、圧力センサ３１によって検出される低圧圧力が、目標蒸発温度に対応する目標蒸発圧力となるように圧縮機２の運転周波数を制御する。これにより、氷の生成を促進し、効率よく製氷を行うことができる。

本実施形態の製氷システム５０は、複数の製氷機１Ｕ，１Ｌと、各製氷機１Ｕ，１Ｌに対応して設けられた複数の冷媒回路６０Ｕ，６０Ｌとを備えており、製氷機１Ｕ，１Ｌごとに氷核の有無を検知し、その検知結果に基づいてそれぞれの製氷機１Ｕ，１Ｌに対応する冷媒回路６０Ｕ，６０Ｌの冷媒の蒸発温度を制御している。

各製氷機１Ｕ，１Ｌにおいて、流入口１６から内管１２内に流入する海水は、排出口１７へ向けて流れることによって徐々に温度が低下するので、流入口１６側よりも排出口１７側の方が温度が低下し、より温度が低い排出口１７側から過冷却状態となり、同排出口１７側から過冷却が解消されて製氷が始まる。上流側の製氷機１Ｕにおいて、排出口１７側で過冷却が解消されて氷核が生成されると、その氷核は排出口１７から排出され、すぐに下流側の製氷機１Ｌの内管１２に流入する。したがって、下流側の製氷機１Ｌでは、比較的早期に内管１２の流入口１６に氷核が存在する状態となる。これに対して、下流側の製氷機１Ｌの排出口１７側で生成された氷核は、排出口１７から排出されたあとタンク８まで戻されるので、その後タンク８から上流側の製氷機１Ｕの内管１２に氷核が流入するまでには時間がかかる。したがって、通常は、下流側の製氷機１で先に内管１２の流入口１６に氷核がある状態となり、当該製氷機１に供給される冷媒の蒸発温度が低くなるように制御され、氷の生成が促進されることになる。

＜第２の実施形態＞
図６は、第２の実施形態に係る製氷システムの概略構成図である。
本実施形態の製氷システム５０は、複数の製氷機１を備えている点で第１の実施形態と同様であるが、複数の製氷機１のそれぞれに対応して複数の冷媒回路６０を備えるのではなく、複数の製氷機１に対応する１系統の冷媒回路６０を備えている。この冷媒回路６０において、複数の製氷機１は並列に接続され、各製氷機１に対応して膨張弁５Ｕ，５Ｌが設けられている。また、上流側の製氷機１Ｕと四路切換弁４との間の冷媒配管には、製氷機１Ｕから排出されたガス冷媒の流量を調整する流量調整弁３５が設けられている。

本実施形態の制御装置８０は、第１の実施形態と同様に、各製氷機１の内管１２の排出口１７における過冷却の解消の検知と、内管１２の流入口１６における氷核の有無の検知とを行う。そして、下流側の製氷機１Ｌにおいて先に氷核の存在が検知された場合、制御装置８０は、圧縮機２の運転周波数を制御して冷媒の蒸発温度を低下させる。

ここで、下流側の製氷機１Ｌについては氷核があるために蒸発温度を低下させてもアイスロックが発生せず、氷の生成を促進することができるが、上流側の製氷機１Ｕにおいては、氷核が無い状態であるので、蒸発温度を低下させるとアイスロックが生じやすい状態となる。そのため、本実施形態では、制御装置８０が、上流側の製氷機１Ｕから排出されるガス冷媒の流量を低下させるように流量調整弁３５を閉じる方向に制御し、製氷機１Ｕにおける冷媒の蒸発圧力を高め、蒸発温度が低下しないように調整する。これによって、上流側の製氷機１Ｕについてはアイスロックを発生させない高めの蒸発温度により製氷運転を行うことができる。

なお、第２の実施形態の製氷システム５０は、下流側の製氷機１Ｌから排出されたガス冷媒の流量を調整する流量調整弁を備えていてもよく、当該流量調整弁によって下流側の製氷機１Ｌに供給される冷媒の蒸発温度を調整してもよい。

＜その他の実施形態＞
上述の実施形態では、製氷機１の内管１２の流入口１６における氷核の有無の検知のために、条件４〜７の判別を行っていたが、このうちの１又は複数の条件のみを採用することもできる。例えば、氷核の有無の検知のために条件４及び５のみを採用することができる。また、条件４及び５に加えて、条件６又は条件７を採用することもできる。また、上述の実施形態では、製氷機１の内管１２の排出口１７における過冷却の解消の検知のために、条件１〜３の判別を行っていたが、例えば、条件１及び２のみの判別を行ってよい。

上述の実施形態では、「横型」の二重管式製氷機よりなる製氷機１を例示しているが、製氷機１は「縦型」或いは「傾斜型」の二重管式製氷機であってもよい。
上述の実施形態では、製氷機１を２台備えた製氷システム５０を例示したが、製氷機１は１台であってもよいし、３台以上であってもよい。

上述の実施形態では、冷却対象である溶液が「海水」である製氷システム５０を例示したが、冷却対象は海水に限定されるものではなく、エチレングリコール等の他の溶液であってもよい。

上述の実施形態の掻き取り機構１５は、内管１２の中心回りに回転するブレード２２を備えたブレード機構であったが、他の形式の掻き取り機構、例えばスクリューを有するオーガ式の掻き取り機構であってもよい。

上述の実施形態では、過冷却の解消の検知又は氷核の有無の検知を行うための式（１）〜（３）で用いられる所定値α、β、γを０．４℃としたが、これに限定されるものではなく、適宜変更することが可能である。

＜実施形態の作用効果＞
（１）上記各実施形態の製氷システム５０は、製氷用の溶液（海水）を循環させる循環回路７０と、溶液の流入口１６及び排出口１７を有しかつ内部に溶液を流動させる冷却室（内管）１２、及び、冷却室１２の内面で生成された氷を掻き取る掻き取り機構（ブレード機構）１５を含み、循環回路７０中に設けられる製氷機１と、冷却室１２内の海水を冷却する冷却機構（冷媒回路）６０と、内管１２の流入口１６における氷核の有無を検知する第１検知装置（温度センサ３２，３３、制御装置８０）と、第１検知装置の検知結果に応じて海水の冷却温度（冷媒の蒸発温度）を調整する調整装置（制御装置８０）と、を備える。

上記構成の製氷システム５０は、第１検知装置によって冷却室１２の流入口１６における氷核の有無を検知し、その検知結果に応じて調整装置が冷却機構６０を制御して溶液の冷却温度を調整する。そのため、第１検知装置によって冷却室１２に流入する氷核があることが検知された場合には、アイスロックを発生させない範囲でより冷却温度を下げることが可能となり、製氷能力を高め、効率よく製氷を行うことができる。

（２）上記各実施形態では、循環回路７０中に複数の製氷機１Ｕ，１Ｌが直列に設けられ、第１検知装置が、各製氷機１Ｕ，１Ｌの冷却室１２の流入口１６における氷核の有無をそれぞれ検知し、調整装置が、第１検知装置の検出結果に応じて冷却機構６０を制御し、各製氷機１Ｕ，１Ｌの冷却室１２における溶液の冷却温度を個別に調整している。
そのため、各製氷機１Ｕ，１Ｌの冷却室１２に流入する氷核の有無を検知し、各製氷機１Ｕ，１Ｌごとに冷却温度を調整して、各製氷機１Ｕ，１Ｌの製氷能力を効率よく高めることができる。

（３）上記第１の実施形態では、冷却機構６０が、複数の製氷機１Ｕ，１Ｌに対応して複数系統の冷媒回路６０Ｕ，６０Ｌを備え、各冷媒回路６０Ｕ，６０Ｌは、蒸気圧縮式の冷凍サイクルによって、対応する製氷機１Ｕ，１Ｌに個別に冷媒を供給し、各冷媒回路６０Ｕ，６０Ｌには、それぞれ調整装置によって制御される可変容量型の圧縮機２が設けられている。
この構成によれば、調整装置が各冷媒回路６０Ｕ，６０Ｌの圧縮機２の容量を制御することによって、各製氷機１Ｕ，１Ｌに供給される冷媒の蒸発温度（すなわち、冷却温度）を調整することができる。

（４）上記第２の実施形態では、冷却機構６０が、複数の製氷機１Ｕ，１Ｌを並列に接続する１系統の冷媒回路６０を備え、蒸気圧縮式の冷凍サイクルによって複数の製氷機１Ｕ，１Ｌのそれぞれに冷媒を供給し、冷媒回路６０は、調整装置によって制御され少なくとも溶液流方向の上流側の製氷機１Ｕを通過して蒸発するガス状冷媒の流量を調整する流量調整弁３５と、流量調整弁３５を経たガス状冷媒を吸引する圧縮機２とを備えている。
この構成によれば、調整装置が流量調整弁３５を制御することによって少なくとも上流側の製氷機１Ｕを通過するガス状冷媒の流量を調整し、当該製氷機１Ｕに供給される冷媒の蒸発温度（すなわち、冷却温度）を調整することができる。

（５）上記各実施形態では、第１検知装置が、一定時間、冷却室１２の流入口１６における溶液温度が０度未満かつ溶液の温度変化量が所定値未満であることを氷核有の条件とする。そのため、第１検知装置によって、冷却室１２に流入する氷核の有無を検知することができる。

（６）上記各実施形態では、第１検知装置が、さらに、一定時間、冷却室１２の流入口１６と排出口１７との溶液の温度差が所定値未満であることを氷核有の条件とする。
そのため、第１検知装置によって、冷却室１２に流入する氷核の有無をより正確に検知することができる。

（７）上記各実施形態では、製氷システム５０が、冷却室１２の排出口１７における過冷却の解消を検知する第２検知装置（温度センサ３３、制御装置８０）を備え、第１検知装置は、さらに第２検知装置により過冷却の解消が検知されたことを氷核有の条件とする。
この構成によれば、第２検知装置を併用することによって、冷却室１２に流入する氷核の有無をより正確に検知することができる。

（８）上記各実施形態では、第２検知装置が、一定時間、冷却室１２の排出口１７における溶液温度が０度未満かつ溶液の温度変化量が所定値未満であることを過冷却の解消の条件とする。
そのため、第２検知装置によって、冷却室１２の排出口１７における過冷却の解消を検知することができる。

なお、今回開示した実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではない。本開示の権利範囲は、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれる。

１，１Ｌ，１Ｕ：製氷機
２：圧縮機
１２：内管（冷却室）
１５：掻き取り機構
１６：流入口
１７：排出口
３２：温度センサ
３３：温度センサ
３５：流量調整弁
５０：製氷システム
６０，６０Ｌ，６０Ｕ：冷媒回路（冷却機構）
７０：循環回路
８０：制御装置（検知装置、供給装置）

Claims (9)

1. 製氷用の溶液を循環させる循環回路（７０）と、
   溶液の流入口（１６）及び排出口（１７）を有しかつ内部に溶液を流動させる冷却室（１２）、及び、前記冷却室（１２）の内面で生成された氷を掻き取る掻き取り機構（１５）を含み、前記循環回路（７０）中に設けられる製氷機（１）と、
   前記冷却室（１２）内の溶液を冷却する冷却機構（６０）と、
   前記冷却室（１２）の流入口（１６）における氷核の有無を検知する第１検知装置と、
   前記第１検知装置の検知結果に応じて前記溶液の冷却温度を調整する調整装置と、を備えている、製氷システム。
2. 前記循環回路（７０）中に複数の前記製氷機（１Ｕ，１Ｌ）が直列に設けられ、
   前記第１検知装置が、前記各製氷機（１Ｕ，１Ｌ）の前記冷却室（１２）の流入口（１６）における氷核の有無をそれぞれ検知し、
   前記調整装置が、前記第１検知装置の検出結果に応じて前記冷却機構（６０）を制御し、前記各製氷機（１Ｕ，１Ｌ）の前記冷却室（１２）における溶液の冷却温度を個別に調整する、請求項１に記載の製氷システム。
3. 前記冷却機構（６０）は、複数の前記製氷機（１Ｕ，１Ｌ）に対応して複数系統の冷媒回路（６０Ｕ，６０Ｌ）を備え、
   前記各冷媒回路（６０Ｕ，６０Ｌ）は、蒸気圧縮式の冷凍サイクルによって、対応する前記製氷機（１Ｕ，１Ｌ）に個別に冷媒を供給し、
   前記各冷媒回路（６０Ｕ，６０Ｌ）には、それぞれ前記調整装置によって制御される可変容量型の圧縮機（２）が設けられる、請求項２に記載の製氷システム。
4. 前記冷却機構（６０）は、複数の前記製氷機（１Ｕ，１Ｌ）を並列に接続する１系統の冷媒回路を備え、
   前記冷媒回路は、蒸気圧縮式の冷凍サイクルによって複数の前記製氷機（１Ｕ，１Ｌ）に冷媒を供給し、
   前記冷媒回路は、前記調整装置によって制御され少なくとも溶液流方向の上流側の前記製氷機（１Ｕ）を通過して蒸発するガス状冷媒の流量を調整する流量調整弁（３５）と、前記流量調整弁（３５）を経たガス状冷媒を吸引する圧縮機（２）と、を備えている、請求項２に記載の製氷システム。
5. 前記第１検知装置は、一定時間、前記冷却室（１２）の流入口（１６）における溶液温度が０度未満かつ溶液の温度変化量が所定値未満であることを氷核有の条件とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の製氷システム。
6. 前記第１検知装置は、一定時間、前記冷却室（１２）の流入口（１６）と排出口（１７）との溶液の温度差が所定値未満であることを氷核有の条件とする、請求項５に記載の製氷システム。
7. 前記冷却室（１２）の排出口（１７）における過冷却の解消を検知する第２検知装置を備え、
   前記第１検知装置は、さらに前記第２検知装置により過冷却の解消が検知されてから一定時間経過したことを氷核有の条件とする、請求項５又は６に記載の製氷システム。
8. 前記第２検知装置は、一定時間、前記冷却室（１２）の排出口（１７）における溶液温度が０度未満かつ溶液の温度変化量が所定値未満であることを過冷却の解消の条件とする、請求項７に記載の製氷システム。
9. 循環回路（７０）を循環する溶液を製氷機（１）の冷却室（１２）内で冷却し製氷を行う方法であって、
   前記冷却室（１２）の流入口（１６）における氷核の有無を検知する工程と、
   氷核の有無に応じて、前記冷却室（１２）における溶液の冷却温度を制御する工程と、を含む、製氷方法。
   

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