JP2024003723A - フローアイス製造装置及びフローアイス製造システム - Google Patents

Abstract

【課題】微細な粒径を含む氷粒子を、高い氷濃度（ＩＰＦ）で含むフローアイスを効率的かつ容易に製造することを可能とする。【解決手段】原料処理液の凍結が行われるドラム状部材２１の内周面を、氷の膜が形成されるような過剰な低温にすることなく必要かつ十分な冷却温度に維持するとともに、ドラム状部材２１の内周面に摺接するスクレーパー状部材２８の回転軸を、必要かつ十分な程度の高速で回転させる構成によって、ドラム状部材２１の内周面に、より小さい粒子径の氷粒子を生成するとともに、氷の膜が形成される前の氷粒子をスクレーパー状部材２８によって掻き取る構成を採用したものである。【選択図】図２

Description

本発明は、微細な氷粒子を生成するフローアイス製造装置及びフローアイス製造システムに関する。

一般に、微細な氷粒子を含むフローアイス（シャーベットアイス等とも呼ばれる）は、魚などの魚介類を初めとする生鮮食料品の鮮度を維持するために使用されるほか、氷菓子等の食品としても広く利用されているが、これらの目的に用いられるフローアイスは、氷粒径が小さく、かつ高い氷濃度（ＩＰＦ）を有するものが望ましい。そのため従来から、例えば下記の特許文献１又は２のように、竪型ドラム内に原料処理液を供給して過冷却状態とし、その竪型ドラム内に配置された回転ブレードの過冷却解除作用や掻き取り作用によって、微細な氷粒子を得ようとする装置が提案されている。

特許第６５８９１２３号公報 特許第６２９４４０３号公報

しかしながら、上記特許文献１及び２に開示された装置では、竪型ドラムの冷却面が、極めて低い温度、例えば原料処理液の凝固点より１５℃～２５℃低い温度まで冷却され、しかも回転ブレードの回転数の上限が、比較的低い回転数、例えば１５０ｒｐｍまでに限定されている。そのため、一般に用いられている塩分濃度が１％から３．５％の海水を使用して実際に氷粒子を製造してみると、上記条件では竪型ドラムの冷却面に氷の膜が形成され、生成される氷粒子が期待された外径よりも拡大する傾向を生じて微細な粒子を良好に得ることができない場合がある。また、拡大した氷粒子によって回転ブレードがロック状態になるなど、円滑に回転されなくなることも考えられる。

さらに、原料処理液として海水を使用した場合には、海水の塩分濃度が１％のときよりも３．５％の海水の方が、氷の膜が形成され易くなることから、それに対処するためには回転ブレードの回転数を１５０ｒｐｍ以上に上げる必要がある。従って、従来のように回転ブレードの回転数に上限があると、フローアイスの良好な製造が困難になり、特に、氷濃度（ＩＰＦ）が５０％以上のような高い濃度のフローアイスを効率的に製造することが難しいという問題がある。

そこで、本発明は、微細な氷粒子を、高い氷濃度（ＩＰＦ）で含むフローアイスを効率的に製造することができるようにしたフローアイス製造装置及びフローアイス製造システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため請求項１にかかる発明では、原料処理液を貯留する貯留タンクと、前記貯留タンクから循環的に供給される原料処理液を、冷凍機から循環的に供給される冷媒により冷却して氷粒子を生成する製氷機とを備えたものであって、前記製氷機が、前記冷凍機からの冷媒により冷却される内周面を有するドラム状部材と、前記ドラム状部材の中心軸に沿って配置された回転軸と、前記回転軸から半径方向の外方に向かって延出して前記ドラム状部材の内周面に摺接した状態に配置され、前記回転軸とともに回転されるスクレーパー状部材とを有するフローアイス製造装置において、前記ドラム状部材の内周面が－８℃～－１０℃の温度に維持され、かつ前記スクレーパー状部材の回転軸が１７０ｒｐｍ～１９０ｒｐｍで回転される構成が採用されている。

このような構成を備えた発明によれば、原料処理液の凍結が行われるドラム状部材の内周面に氷の膜が形成されるような過剰な低温になされることがなく必要かつ十分な冷却温度にドラム状部材の内周面が維持されることから、当該ドラム状部材の内周面に生成される氷粒子の粒径が従来よりも小さくなる。しかも、ドラム状部材の内周面に生成される氷粒子が氷の膜を形成する前に、必要かつ十分な高速で回転されるスクレーパー状部材によって氷粒子の掻き取りが行われることから、通常用いられる塩分濃度１％から３．５％の海水を原料処理液に使用した場合でも、塩分濃度の相違（１％～３．５％）による氷点の温度差はあるが、例えば０．０５ｍｍ～０．１ｍｍ程度の微細な粒径の氷粒子を含むフローアイスが問題なく製造されるとともに、例えば５０％以上の高い氷濃度（ＩＰＦ）を備えたフローアイスを効率的かつ容易に製造することも可能となる。

このとき、請求項２にかかる発明のように、前記貯留タンクから前記製氷機のドラム状部材へ供給される原料処理液が、前記ドラム状部材の単位体積当たり毎分１００リットル～１５０リットルの循環量とされていることが望ましい。

このような構成を有する発明によれば、ドラム状部材の容量の大きさにかかわらず、好適な粒径及び氷濃度（ＩＰＦ）を有するフローアイスが安定的に製造される。

また、請求項３にかかる発明のように、前記スクレーパー状部材は、当該スクレーパー状部材を前記ドラム状部材の内周面に押圧する付勢部材を備えていることが望ましい。

このような構成を有する発明によれば、ドラム状部材の内周面に対してスクレーパー状部材が、好適な接触圧で確実に摺接される。

さらに、請求項４にかかる発明のように、前記スクレーパー状部材が、前記回転軸に対して着脱される管状部材に取り付けられ、前記管状部材が、前記回転軸に対して着脱されることによって前記スクレーパー状部材が交換可能な構成になされていることが望ましい、

このような構成を有する発明によれば、スクレーパー状部材が摩耗又は破損した場合における交換作業が効率的に行われる。

さらにまた、請求項５にかかる発明のように、前記スクレーパー状部材が、樹脂材からなることが望ましい。

このような構成を有する発明によれば、ドラム状部材の内周面に対してスクレーパー状部材がより密接に摺接されるとともに、ドラム状部材の内周面における摩耗や破損が起きにくくなる。

一方、請求項６にかかる発明のように、前記貯留タンクには、当該貯留タンク内の原料処理液を予め冷却しておく予冷却手段が付設されていることが望ましい。

このような構成を有する発明によれば、貯留タンクから製氷機に供給される原料供給液が、予冷却手段によって供給前から事前に適宜の低温状態になされることから、製氷機における冷却が効率的かつ安定的に低コストで行われる。

さらに、請求項７にかかる発明のように、請求項１記載のフローアイス製造装置におけるプロセス状態量を操作・調整するプロセス制御手段を有するフローアイス製造システムであって、前記プロセス制御手段が、前記ドラム状部材の内周面を－８℃～－１０℃の温度に維持する温度調整手段と、前記スクレーパー状部材の回転軸を１７０ｒｐｍ～１９０ｒｐｍで回転させる回転駆動調整手段と、前記貯留タンクから前記製氷機のドラム状部材へ供給される原料処理液を、前記ドラム状部材の単位体積当たり毎分１００リットル～１５０リットルの循環量に維持する液循環調整手段と、を備えた構成とすることが望ましい。

このような構成を備えた発明によれば、請求項１に係る発明の作用・効果が確実に得られる。

以上のように、本発明にかかるフローアイス製造装置及びフローアイス製造システムは、原料処理液を予冷し、原料処理液の凍結が行われるドラム状部材の内周面を、氷の膜が形成されるような過剰な低温にすることなく必要かつ十分な冷却温度に維持するとともに、ドラム状部材の内周面に摺接するスクレーパー状部材の回転軸を、必要かつ十分な高速で回転させる構成によって、ドラム状部材の内周面に、より小さい粒径の氷粒子を生成させるとともに、氷の膜が形成される前の氷粒子をスクレーパー状部材によって掻き取る構成を採用したものであり、例えば０．０５ｍｍ～０．１ｍｍ程度の微細な粒径を有する氷粒子を、例えば塩分濃度差（１％から３．５％）及び又は５０％以上の高い氷濃度（ＩＰＦ）で含むフローアイスを効率的又は低コストで、かつ容易に製造することができる。

本発明の一実施形態にかかるフローアイス製造装置を含むシステム構成を表した模式的説明図である。 図１に示したフローアイス製造装置に用いられている製氷機の構造を表した縦断面説明図である。 図２中のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿った断面を拡大して表した横断面説明図である。 図３に示した製氷機のスクレーパー状部材における掻き爪部分の構造を更に拡大して表した平面説明図である。 図１に示したフローアイス製造システムに用いられているプロセス制御手段の構成を表したブロック図である。

以下、本発明かかるフローアイス製造装置及びフローアイス製造システムの実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

［全体構成について］
図１に示されているフローアイス製造装置を備えたフローアイス製造システムは、上方開口部を有する貯留タンク１を有しており、その貯留タンク１の内部に、氷粒子を生成するための原料処理液が貯留されている。本実施形態における原料処理液としては、塩水や海水などの塩分を含んだ水の他、純水や淡水などの塩分の含有量が極めて低い水など、塩分の有無や塩分濃度の大小にかかわらず、多種多様な原料処理液が好適に用いられる。

上述した貯留タンク１の上方位置には、氷粒子を生成する製氷機２が配設されているとともに、当該貯留タンク１の下方位置から送液管３が延出しており、当該送液管３の延出端部分が、製氷機２の上方位置に連結されている。前記送液管３の途中位置には循環ポンプ４が設置されており、その循環ポンプ４の駆動によって前記貯留タンク１内の原料処理液が、製氷機２の上方位置から当該製氷機２の内部に循環的に供給されるようになっている。

前記製氷機２には冷凍機５が付設されており、当該冷凍機５から送出される冷媒が、冷媒管６を通して製氷機２に循環的に供給されている。冷凍機５は、冷媒ガスを高温高圧に圧縮する圧縮機（図示せず）と、当該圧縮機によって圧縮された冷媒ガスを冷却水等により熱交換させて凝縮液化して冷媒液とする凝縮器（図示せず）とを備えている。本実施形態における冷媒としては、例えばフレオンＲ－２２が使用されており、気化された冷媒（冷媒ガス）を液状の冷媒（冷媒液）に相変化させ、その冷媒液によって製氷機２内の原料処理液の冷却が行われる。

このような冷凍機５から供給される冷媒の冷却作用で、製氷機２内に供給された原料処理液が冷却されることによって、後述のように微細な氷粒子からなるフローアイスが製氷機２内に生成されることとなるが、その生成されたフローアイスは、製氷機２の下端部分に設けられた排出口（図２中の符号２１ｃを参照）から落下されていき、製氷機２の下方に配置されている貯留タンク１の内部に受けられる。貯留タンク１内に受けられたフローアイスは、原料処理液に浮上した状態で保持される。これらの製氷機２及び貯留タンク１の詳細な構成については後述する。

［製氷機について］
次に、図２，図３及び図４を参照して、製氷機２の詳細について説明する。製氷機２は、中空状の円筒体からなるドラム状部材としての内筒体２１と、その内筒体（ドラム状部材）２１の外周に周設された同じく中空状の円筒体からなる外筒体２２とを備えている。また、前記外筒体２２には、当該外筒体２２の外周面に密着する状態で発泡樹脂材等からなる断熱材２３が装着されており、更にその断熱材２３の外方部分が、略円筒状をなす外側パネル２４により覆われている。

上述した内筒体（ドラム状部材）２１の内周面は、縦長に延在する略円柱形状の空洞部分を形成しており、その縦長円柱状の空洞部分が、原料処理液を流動させる液下流路２１ａとなっている。また、内筒体２１の上端部分には、上蓋部材２５が着脱自在に取り付けられており、その上蓋部材２５の直下位置、すなわち前記液下流路２１ａの上端部分に、原料処理液を送給するリング状の空間からなる液供給路２１ｂが形成されている。さらに、前記内筒体２１の下端部分には、下方に向かって開口する排出口２１ｃが設けられている。

このような内筒体（ドラム状部材）２１の構成部分のうちの液供給路２１ｂは、内筒体２１の上端部分に配置された円盤状の仕切板２１ｄと、その仕切板２１ｄの直上位置に対向配置された上蓋部材２５との間に形成されたリング状の空間部分からなるものであって、当該液供給路２１ｂにおける中心寄りの位置に装着されたシールリング２１ｅから半径方向の外方寄りの円環状の空間部分が、原料処理液が流動する液供給路２１ｂになされている。このとき、仕切板２１ｄの外周縁部には、複数の切欠き穴２１ｆが貫通形成されており、それらの切欠き穴２１ｆを通して液供給路２１ｂが、内筒体２１の内部の液下流路２１ａに連通されている。

一方、上述したリング状の空間からなる液供給路２１ｂには、上蓋部材２５に形成された２箇所の貫通穴を介して、前述した送液管３（図示しない）の端部が二股状をなして連結されている。そして、その送液管３を通して原料処理液が液供給路２１ｂに供給されると、当該液供給路２１ｂにおける半径方向の外端部分の切欠き穴２１ｆから液下流路２１ａに向かって、原料処理液が吐出されるようになっている。このようにして液供給路２１ｂから液下流路２１ａに送り込まれた原料処理液は、内筒体（ドラム状部材）２１の内周面に沿って、上方から下方に向かって流動していくこととなる。

また、上述した内筒体（ドラム状部材）２１と外筒体２２とで挟まれた間部分には、内筒体２１を外方から螺旋状に取り巻く冷媒流路２６が形成されている。この冷媒流路２６は、断面略矩形状をなす長尺状の通路から形成されており、製氷機２の下端部分に開口している冷媒流路２６の入口部２６ａから、製氷機２の上端部分に開口している冷媒流路２６の出口部２６ｂまで連続的に延在している。

その冷媒流路２６は、上述した冷媒管６の配管経路の途中部分に配置された構成になされており、当該冷媒流路２６おける入口部２６ａ及び出口部２６ｂに、冷媒管６の開口端部がそれぞれ連結されている。そして、冷凍機５から冷媒管６に送出された冷媒は、冷媒流路２６の入口部２６ａから冷媒流路２６内に送り込まれ、内筒体（ドラム状部材）２１の外方を螺旋状に流動した後に、冷媒流路２６の出口部２６ｂから、再び冷媒管６に流入して冷凍機５に戻されるようになっている。このようにして冷媒の循環が行われることで、製氷機２内の原料処理液の冷却が行われ、それによって、後述するような微細な氷粒子からなるフローアイスが製氷機２内に生成される。

ここで、冷凍機５による原料処理液の冷却作用について説明しておくと、まず、冷凍機５から供給される高圧の冷媒液は、膨張により低圧化された状態で製氷機２の冷媒流路２６内へ流入する。その冷媒流路２６へ流入した冷媒液は、内筒体（ドラム状部材）２１の周囲を螺旋状に上方へ向けて流動していくが、その際に、内筒体２１の内周面を流動する原料処理液を、内筒体２１越しに冷却し、原料処理液を過冷却状態とする。

このように本実施形態における冷媒流路２６は、内筒体（ドラム状部材）２１の周囲に螺旋状に形成されているので、例えば、直線状の経路を形成した場合に比べて、冷媒流路２６の経路長さが大きくなっており、それによって冷媒の通過時間が長期化され、冷媒による原料処理液の冷却効率が向上される。この冷媒流路２６を通過する冷媒液は、液下流路２１ａ内の原料処理液との間で熱交換して原料処理液を冷却することによって気化される。

気化された冷媒ガスは、冷媒流路２６を通過した後に冷媒管６を経て、冷凍機５へ送り戻される。この冷凍機５は、圧縮機によって冷媒ガスを高温高圧に圧縮した後、その高温高圧の冷媒ガスを凝縮器により凝縮液化して冷媒液に戻し、再び冷媒管６へ供給する。この一連の冷媒の循環によって、製氷機２の液下流路２１ａを通過する原料処理液は過冷却されるが、冷媒流路２６内を流動する冷媒は、上述した断熱材２３及び外側パネル２４によって、外気との熱交換が防止される。後述する貯留タンク１に付設された「予冷却手段」としての冷却管１２による冷却も同様に行われる。

また、前述したように製氷機２の内筒体（ドラム状部材）２１における下端部分には、下方に向かって開口する排出口２１ｃが設けられており、製氷機２内に生成された微細な氷粒子からなるフローアイスは、排出口２１ｃを通して落下されて貯留タンク１内に受けられるようになっている。

［スクレーパー状部材について］
一方、前述した内筒体（ドラム状部材）２１の液下流路２１ａの内部には、内筒体２１の中心軸に沿って延在する長尺状のドラム軸２７が配設されている。このドラム軸２７は、本発明で言う「回転軸」をなすものであり、長手方向（図２の上下方向）の両端部分に設けられた上部軸受け２７ａ及び下部軸受け２７ｂを介して回転自在に支持されている。

このときの上部軸受け２７ａは、前述した上蓋部材２５に固着されたベアリング部材から構成されており、上蓋部材２５と一体的に長手方向（図２の上下方向）に着脱される。これに対して、下部軸受け２７ｂは、内筒体（ドラム状部材）２１の一部に装着された滑り軸受けから構成されており、当該下部軸受け２７ｂからドラム軸（回転軸）２７が上方に離脱可能になされている。従って、前述した上蓋部材２５を製氷機２から取り外して上方に持ち上げると、その上蓋部材２５と一体をなしてドラム軸２７が上方に抜き出される構成になされている。

また、上述したドラム軸（回転軸）２７には、掻き爪構造をなすスクレーパー状部材２８が取り付けられており、そのスクレーパー状部材２８がドラム軸２７とともに回転することによって、後述するように内筒体（ドラム状部材）２１の内周面に付着する氷膜が、内筒体２１の長手方向のほぼ全域にわたって掻き取られるようになっている。

すなわち、本実施形態におけるスクレーパー状部材２８は、ドラム軸（回転軸）２７の外周に着脱可能に装着された管状部材（スリーブ）２８ａに沿って、軸方向（図２の上下方向）に３体のものが並列するように配置されている。このときの管状部材２８ａは、ドラム軸２７に対して固定ボルト２８ｄにより固定状態になされており、ドラム軸２７と一体的に回転される構成になされている。一方、この管状部材２８ａは、固定ボルト２８ｄを取り外すことにより、ドラム軸２７に沿って軸方向に抜き出すようにして容易に取り外される構成になされている。

また、特に図３に示されているように、上述した管状部材（スリーブ）２８ａの外周には、リング状部材からなる回転支持板２８ｂが嵌着されているとともに、その回転支持板２８ｂの外周縁に、略等角間隔（略１２０度間隔）で３体の掻き爪２８ｃが取着されている。

それらの各掻き爪２８ｃは、特に図４に示されているように、ブラケット状をなす回転支持板２８ｂから内筒体（ドラム状部材）２１の内周面に向かってブレード状に突出する樹脂材から形成されている。それらの掻き爪２８ｃは、回転支持板２８ｂに対して、半径方向に往復移動可能に装着されているとともに、当該掻き爪２８ｃの後端部分（半径方向の内端部分）には、回転支持板２８ｂとの間に付勢手段としてのコイルバネ２８ｅが配置されており、当該コイルバネ（付勢手段）２８ｅの付勢力によって、掻き爪２８ｃが半径方向外方に向かって突出しする状態に維持されている。

すなわち、上述したコイルバネ（付勢手段）２８ｅの付勢力によって掻き爪２８ｃの先端縁は、内筒体（ドラム状部材）２１の内周面に対して、常時、接触する摺接状態に維持されることとなるが、このときの掻き爪２８ｃの先端縁は、いわゆるエッジ構造になされており、当該掻き爪２８ｃの先端エッジ部の摺擦作用が、内筒体２１の内周面に対して常時付与されるようになっている。また、その掻き爪２８ｃの先端エッジ部は、ドラム軸（回転軸）２７の中心から半径方向に延びる線上に配置されており、当該掻き爪２８ｃの先端エッジ部の摺擦作用が、内筒体２１の内周面に対して効率的に付与される構成になされている。

このような構成を備えた各スクレーパー状部材２８は、上述したようにドラム軸（回転軸）２７の軸方向（図２の上下方向）に沿って３体にわたって並列されているが、軸方向（図２の上下方向）に隣り合う一対の掻き爪２８ｃ，２８ｃ同士は、回転方向において略６０度の位相ズレを有するように配置されている。

一方、特に図２に示されているように、前述した内筒体（ドラム状部材）２１の上方に配置されている上蓋部材２５には、ドラム軸（回転軸）２７の一端部（上端部）が連結される減速機２９ａに出力軸が連結される駆動モータ２９が取り付けられている。当該駆動モータ２９は、その出力軸を回転させることにより回転力を、ギヤ機構を有する減速機２９ａに伝達する駆動装置であり、減速機２９ａにより減速された駆動モータ２９の出力軸の回転力によってドラム軸２７が回転駆動され、上述したスクレーパー状部材２８の回転掻き取り作用が行われるようになっている。

［貯留タンクについて］
次に、前述した貯留タンク１は、製氷機２へ供給される原料処理液、及び製氷機２により生成されるフローアイスを貯留するための貯留空間を有しており、その貯留空間内に、原料処理液及びフローアイスを攪拌するための攪拌機１１が設置されている。

上記攪拌機１１の上方部分には、駆動モータ１１ａが取り付けられており、その駆動モータ１１ａの出力軸に、貯留タンク１の上部から下部へ垂下される回転軸１１ｂが連設されている。当該回転軸１１ｂには、その軸方向（図１の上下方向）に間隔を隔てて一対のプロペラ状の攪拌羽根１１ｃ，１１ｃが取着されている。それらの攪拌羽根１１ｃ，１１ｃは、駆動モータ１１ａの回転駆動によって回転軸１１ｂが回転されると、その回転に伴って貯留タンク１内で旋回され、この旋回により貯留タンク１内の原料処理液及びフローアイスを攪拌する。このような攪拌羽根１１ｃ，１１ｃの攪拌作用によって、貯留タンク１内に貯留される原料処理液及びフローアイスからなる流動氷中の氷粒の成長が抑制されるとともに、流動氷の流動性の低下が抑制される。

また、貯留タンク１の下部には、貯留空間と連通した開口である流出口（図示省略）が形成されており、その流出口に、前述した送液管３の端部が連通するように接続されている。すなわち、原料処理液及びフローアイスを含む流動氷が、貯留タンク１の貯留空間から、循環ポンプ４が配設された送液管３を通して、製氷機２の液下流路２１ａに至り、再び貯留タンク１の貯留空間に戻るという循環経路が形成されている。

一方、前述した冷凍機５からは、製氷機２への冷媒管６とは別個の冷媒管７が分岐する状態で延出しており、当該冷媒管７が、貯留タンク１の内壁面に沿って蛇行する状態に配設された冷却管１２に連結されている。この冷却管１２は、貯留タンク１の貯留空間内の原料処理液及びフローアイスを含む流動氷を事前に冷却しておく「予冷却手段」を構成するものであって、ステンレス等の耐腐蝕性を有する材料で形成されたフラット状の配管から形成されている。通常、予冷する場合は、海水チラーユニットが別置きとなり、別途に冷却装置が必要となるが、チラーユニットの冷却温度帯は、３℃～５℃までしか冷却できない。本貯留タンク１においては、製氷可能温度帯まで冷却できる。本発明のように貯留タンク１を四角形に形成することによりフラット状の冷却管が使用でき、イニシャルコスト及び予冷をすることによるランニングコストを低く抑えることができる。

そして、冷凍機５から冷媒管７を通して冷却管１２に循環的に供給された冷媒によって、上述したように貯留タンク１内に収容されている原料処理液及びフローアイスが、供給前の段階から事前に予冷却されることによって所望の温度に維持される。このように、貯留タンク１から製氷機２に供給される原料供給液が、予冷却手段により供給前から事前に適宜の低温状態になされていることで、製氷機２における冷却が効率的、安定的かつ低コストで行われる。

このとき、前述した送液管３及び冷媒管６，７には、適宜の機能を有する止め弁８ａ、逆止弁９、電磁弁１０及び手動弁１０ａが配設されており、それらの弁動作によって原料処理液を含む流動氷、及び冷媒の流動状態が適宜に調整されるようになっている。

［プロセス制御手段について］
このような構成からなる貯留タンク１、製氷機２、及び冷凍機５を備えたフローアイス製造装置には、例えば図５に示されているようなフローアイス製造システムが付設されており、そのフローアイス製造システムの「プロセス制御手段（コントローラ）」１００から出力される指令信号に基づいて、必要な動作制御が行われるようになっている。

本実施形態にかかるフローアイス製造システムを構成しているプロセス制御手段（コントローラ）１００においては、所望の状態量を有するフローアイスを製造する際における各種の駆動モータ及びアクチュエータの動作制御を実行する制御プログラムが、ＲＯＭ１０１に記憶・格納されているとともに、フローアイス製造装置の各部における温度、流量及び回転数等の各種プロセス状態量を検知する温度センサ、流量センサ、回転センサ等の各種センサ１０２を備えている。そして、各種制御動作に必要なデータを揮発性メモリ１０３又は不揮発性メモリ１０４に記憶させながら、ＣＰＵ（中央演算装置）１０５が必要な制御プログラムを実行し、それによってフローアイス製造装置全体の動作が好適に司られる構成になされている。

上述したＣＰＵ（中央演算装置）１０５は、適宜のインターフェース（Ｉ／Ｏ）１０６を介してフローアイスの製造に関与する各種駆動モータのモータドライバ１０７、及びバルブソレノイドを含む各種アクチュエータ１０８にパス接続されている。そして、操作制御盤（コントロールパネル）１０９を通して、フローアイスを製造するための条件に対応した制御動作値が設定される一方、各種の外部機器を接続するネットワークから転送された動作信号が転送されることによって、所望の状態量を有するフローアイスの製造に必要とされる製造動作が実行される構成になされている。

ここで、上述したＲＯＭ１０５に格納された制御プログラムは、製氷機２に設けられた内筒体（ドラム状部材）２１の内周面を必要な温度範囲に維持する温度調整手段を有している。この温度調整手段は、後述する液循環調整手段と協働して、貯留タンク１と製氷機２との間に配置された循環ポンプ４による原料処理液の循環量と、冷凍機５から送出される冷媒の温度及び流量等を、必要な状態にバランスさせるように制御するものであり、本実施形態においては、製氷機２における内筒体（ドラム状部材）２１の内周面を、－８℃～－１０℃の温度範囲に維持する制御機能を備えている。

また、上述したＲＯＭ１０１における制御プログラムは、製氷機２の内筒体（ドラム状部材）２１内に配置されたスクレーパー状部材２８のドラム軸（回転軸）２７を、必要な回転量に維持する回転駆動調整手段を有している。この回転駆動調整手段は、スクレーパー状部材２８のドラム軸２７が連結されている駆動モータ２９の駆動ドライバを、必要な状態に制御するものであり、本実施形態においては、スクレーパー状部材２８のドラム軸２７を、１７０ｒｐｍ～１９０ｒｐｍの範囲で回転駆動させる制御機能を備えている。

さらに、上述したＲＯＭ１０１における制御プログラムは、前述した貯留タンク１から製氷機２の内筒体（ドラム状部材）２１に供給される原料処理液を必要な供給量に維持する液循環調整手段を有しており、当該液循環調整手段によって、前述した循環ポンプ４による原料処理液の循環量を、製氷機２の内筒体２１の単位体積当たり、毎分１００リットル～１５０リットルに維持する制御動作が実行されるようになっている。

さらにまた、上述したＲＯＭ１０１における制御プログラムは、貯留タンク１の原料処理液を予め冷やしておく予冷調整手段を有しており、当該予冷調整手段によって、製氷機２の冷却を効率的に行わせる制御動作が実行されることで、装置全体の冷却負荷が軽減されるようになっている。

以上の構成を有する本実施形態にかかるフローアイス製造装置を備えたフローアイス製造システムの動作について説明する。まず、循環ポンプ４が稼動されると、その循環ポンプ４の吸引力によって、貯留タンク１の貯留空間における下部から、予冷却で適宜の低温状態になされている原料処理液が吸引され、その吸引された原料処理液が、送液管３を経て製氷機２の上部から液供給路２１ｂ内へ流入する。液供給路２１ｂへ流入した原料処理液は、内筒体（ドラム状部材）２１の内周面に沿って、上方から下方へ向けて流動し、その流動中に冷凍機５が供給する冷媒によって冷却される。この冷却された原料処理液は、凝固温度以下に冷却されて過冷却状態となる。

過冷却状態になされた原料処理液は、内筒体（ドラム状部材）２１の内周面や原料処理液中に対する衝撃で過冷却状態が解除されるが、原料処理液の過冷却状態が解除されると、原料処理液中に微細氷粒が生じるとともに、内筒体２１の内周面に結晶氷が付着して析出される。このとき、原料処理液の凍結が行われる製氷機２の内筒体２１の内周面が、氷の膜が形成されるような過剰な低温になされることなく必要かつ十分な冷却温度に維持されるため、そこに生成される氷粒子の粒径は従来より小さくなる。

内筒体（ドラム状部材）２１の内周面に付着した結晶氷は、スクレーパー状部材２８の摺擦作用によって掻き取られる。このときの氷粒子の掻き取りは、内筒体２１の内周面に生成される氷粒子が氷の膜を形成する前に、必要かつ十分な程度の高速で回転されるスクレーパー状部材２８の摺擦作用により行われる。従って、従来の装置では出来なかった微細な粒径の氷粒子を含むフローアイスが、スクレーパー状部材２８をロック状態等に陥らせることなく効率的かつ容易に製造される。

このように、スクレーパー状部材２８によって掻き取られた結晶氷は、微細氷粒を含むフローアイスとなって下方に落下していき、貯留タンク１内に受けられる。貯留タンク１内に受けられたフローアイスは、原料処理液の水面に浮遊した状態で貯留される。

その後、製氷機２の稼動を継続すると、貯留タンク１内に貯留されている原料処理液は、送液管３を通して製氷機２での冷却処理を経ることによって、逐次フローアイスに変化し、貯留タンク１へ送り戻されて貯留される。この処理を繰り返し継続すると、貯留タンク１内の上部から底部に達するまでの量のフローアイスが蓄積される。

以上説明した通り、本実施形態にかかるフローアイス製造装置を備えたフローアイス製造システムによれば、原料処理液の凍結が行われる製氷機２の内筒体（ドラム状部材）２１の内周面が、氷の膜が形成されるような過剰な低温になされることなく必要かつ十分な冷却温度に維持されるため、そこに生成される氷粒子の粒径が従来より小さくなる。しかも、製氷機２の内筒体２１の内周面に生成される氷粒子の膜が形成される前に、必要かつ十分な程度の高速で回転されるスクレーパー状部材２８によって氷粒子が掻き取られる結果、従来の装置では出来なかった微細な粒径、例えば０．０５ｍｍ～０．１ｍｍ程度の氷粒子を含むフローアイスが、例えば５０％以上の高い氷濃度（ＩＰＦ）で効率的かつ容易に製造される。

特に、本実施形態においては、貯留タンク１から製氷機２の内筒体（ドラム状部材）２１へ供給される原料処理液が、予定された範囲（内筒体２１の単位体積当たり毎分１００リットル～１５０リットル）の循環量とされていることから、内筒体２１の容量の大きさにかかわらず、好適な粒径及び氷濃度（ＩＰＦ）を有するフローアイスが安定的に製造される。

また、本実施形態にかかる製氷機２では、スクレーパー状部材２８の掻き爪２８ｃの先端エッジ部が、コイルバネ（付勢手段）２８ｅの付勢力によって内筒体（ドラム状部材）２１の内周面に好適な接触圧で確実に摺接されていることから、微細な粒径を有するフローアイスが確実に得られる。さらに、そのスクレーパー状部材２８の掻き爪２８ｃが樹脂材からなることから、内筒体２１の内周面に対してスクレーパー状部材２８がより密接に摺接され、かつ内筒体２１の内周面の摩耗や破損が起きにくくなる。

さらに、本実施形態では、スクレーパー状部材２８が取り付けられている管状部材（スリーブ）２８ａが、ドラム軸（回転軸）２７に対して着脱される構造になされているため、スクレーパー状部材２８の交換が容易に行われ、スクレーパー状部材２８の摩耗又は破損時における作業が効率的に行われる。

加えて、本実施形態では、貯留タンク１に付設された「予冷却手段」として冷却管１２により、当該貯留タンク１内の原料処理液が、予め適宜に低温化された状態で製氷機２に供給されることから、製氷機２において効率的、低コストで、かつ安定的な冷却が行われ、微細氷粒子を含む高濃度なフローアイスの製造を実現しつつ、その生産性も向上させることが可能となっている。

以上、本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本実施形態は上述した各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能であるというのはいうまでもない。

本発明は、生鮮食料品の鮮度を維持する冷却材や、氷菓子等の食品等の多種多様な分野で使用されるフローアイスの製造装置に関して広く適用することが可能である。

１ 貯留タンク
１１ 攪拌機
１１ａ 駆動モータ
１１ｂ 回転軸
１１ｃ 攪拌羽根
１２ 冷却管（予冷却手段）
２ 製氷機
２１ 内筒体（ドラム状部材）
２１ａ 液下流路
２１ｂ 液供給路
２１ｃ 排出口
２１ｄ 仕切板
２１ｅ シールリング
２１ｆ 切欠き穴
２２ 外筒体
２３ 断熱材
２４ 外側パネル
２５ 上蓋部材
２６ 冷媒流路
２６ａ 入口部
２６ｂ 出口部
２７ ドラム軸
２７ａ 上部軸受け
２７ｂ 下部軸受け
２８ スクレーパー状部材
２８ａ 管状部材（スリーブ）
２８ｂ 回転支持板
２８ｃ 掻き爪
２８ｄ 固定ボルト
２８ｅ コイルバネ（付勢手段）
２９ 駆動モータ
２９ａ 減速機
３ 送液管
４ 循環ポンプ
５ 冷凍機
６ 冷媒管
７ 冷媒管
８ 止め弁
９ 逆止弁
１０ 電磁弁
１０ａ 手動弁
１００ プロセス制御手段
１０１ ＲＯＭ
１０２ センサ
１０３ 揮発性メモリ
１０４ 不揮発性メモリ
１０５ ＣＰＵ（中央演算装置）
１０６ インターフェース（Ｉ／Ｏ）
１０７ モータドライバ
１０８ アクチュエータ
１０９ 操作制御盤（コントロールパネル）

上記目的を達成するため請求項１にかかる発明では、原料処理液を貯留する貯留タンクと、前記貯留タンクから循環的に供給される原料処理液を、冷凍機から循環的に供給される冷媒により冷却して氷粒子を生成する製氷機と、を備えたものであって、前記製氷機が、前記冷凍機からの冷媒により冷却される内周面を有するドラム状部材と、前記ドラム状部材の中心軸に沿って配置された回転軸と、前記回転軸から半径方向の外方に向かって延出して前記ドラム状部材の内周面に摺接した状態に配置され、前記回転軸とともに回転されるスクレーパー状部材とを有するフローアイス製造装置において、前記原料処理液は、塩分濃度が１％から３．５％の海水、又は当該海水の塩分と質量モル濃度が同範囲にある溶質を含む水溶液からなり、前記ドラム状部材の内周面が－８℃～－１０℃の温度に維持され、かつ前記スクレーパー状部材の回転軸が１７０ｒｐｍ～１９０ｒｐｍで回転されることにより、前記ドラム状部材の内周面に氷粒子の膜が形成される前における氷粒子の掻き取りを行う構成が採用されている。

このような構成を備えた発明によれば、原料処理液の凍結が行われるドラム状部材の内周面に氷の膜が形成されるような過剰な低温になされることがなく必要かつ十分な冷却温度にドラム状部材の内周面が維持されることから、当該ドラム状部材の内周面に生成される氷粒子の粒径が従来よりも小さくなる。しかも、ドラム状部材の内周面に生成される氷粒子が氷の膜を形成する前に、必要かつ十分な高速で回転されるスクレーパー状部材によって氷粒子の掻き取りが行われることから、通常用いられる塩分濃度１％から３．５％の海水、又は当該海水と同等の凝固温度を有する水溶液を原料処理液に使用した場合には、塩分濃度の相違（１％～３．５％）や溶質濃度による氷点の温度差はあるが、例えば０．０５ｍｍ～０．１ｍｍ程度の微細な粒径の氷粒子を含むフローアイスが問題なく製造されるとともに、例えば５０％以上の高い氷濃度（ＩＰＦ）を備えたフローアイスを効率的かつ容易に製造することも可能となる。

上記目的を達成するため請求項１にかかる発明では、原料処理液を貯留する貯留タンクと、前記貯留タンクから循環的に供給される原料処理液を、冷凍機から循環的に供給される冷媒により冷却して氷粒子を生成する製氷機と、を備えたものであって、前記製氷機が、前記冷凍機からの冷媒により冷却される内周面を有するドラム状部材と、前記ドラム状部材の中心軸に沿って配置された回転軸と、前記回転軸から半径方向の外方に向かって延出して前記ドラム状部材の内周面に摺接した状態に配置され、前記回転軸とともに回転されるスクレーパー状部材と、を有するフローアイス製造装置において、前記原料処理液は、塩分濃度が１％から３．５％の海水からなり、前記ドラム状部材の内周面が－１０℃の温度に維持され、かつ、前記スクレーパー状部材の回転軸が１９０ｒｐｍで回転されることにより、前記ドラム状部材の内周面に氷粒子の膜が形成される前における０．０５ｍｍの粒径の氷粒子の掻き取りを行う構成が採用されている。

このような構成を備えた発明によれば、原料処理液の凍結が行われるドラム状部材の内周面に氷の膜が形成されるような過剰な低温になされることがなく必要かつ十分な冷却温度にドラム状部材の内周面が維持されることから、当該ドラム状部材の内周面に生成される氷粒子の粒径が従来よりも小さくなる。しかも、ドラム状部材の内周面に生成される氷粒子が氷の膜を形成する前に、必要かつ十分な高速で回転されるスクレーパー状部材によって氷粒子の掻き取りが行われることから、通常用いられる塩分濃度１％から３．５％の海水を原料処理液に使用した場合でも、塩分濃度の相違（１％～３．５％）による氷点の温度差はあるが、０．０５ｍｍの微細な粒径の氷粒子を含むフローアイスが問題なく製造されるとともに、例えば５０％以上の高い氷濃度（ＩＰＦ）を備えたフローアイスを効率的かつ容易に製造することも可能となる。

さらに、請求項７にかかる発明のように、請求項１記載のフローアイス製造装置におけるプロセス状態量を操作・調整するプロセス制御手段を有するフローアイス製造システムであって、前記プロセス制御手段が、前記ドラム状部材の内周面を－１０℃の温度に維持する温度調整手段と、前記スクレーパー状部材の回転軸を１９０ｒｐｍで回転させる回転駆動調整手段と、前記貯留タンクから前記製氷機のドラム状部材へ供給される原料処理液を、前記ドラム状部材の単位体積当たり毎分１００リットル～１５０リットルの循環量に維持する液循環調整手段と、を備えた構成とすることが望ましい。

以上のように、本発明にかかるフローアイス製造装置及びフローアイス製造システムは、原料処理液を予冷し、原料処理液の凍結が行われるドラム状部材の内周面を、氷の膜が形成されるような過剰な低温にすることなく必要かつ十分な冷却温度に維持するとともに、ドラム状部材の内周面に摺接するスクレーパー状部材の回転軸を、必要かつ十分な高速で回転させる構成によって、ドラム状部材の内周面に、より小さい粒径の氷粒子を生成させるとともに、氷の膜が形成される前の氷粒子をスクレーパー状部材によって掻き取る構成を採用したものであり、０．０５ｍｍの微細な粒径を有する氷粒子を、例えば塩分濃度差（１％から３．５％）及び又は５０％以上の高い氷濃度（ＩＰＦ）で含むフローアイスを効率的又は低コストで、かつ容易に製造することができる。

以上説明した通り、本実施形態にかかるフローアイス製造装置を備えたフローアイス製造システムによれば、原料処理液の凍結が行われる製氷機２の内筒体（ドラム状部材）２１の内周面が、氷の膜が形成されるような過剰な低温になされることなく必要かつ十分な冷却温度に維持されるため、そこに生成される氷粒子の粒径が従来より小さくなる。しかも、製氷機２の内筒体２１の内周面に生成される氷粒子の膜が形成される前に、必要かつ十分な程度の高速で回転されるスクレーパー状部材２８によって氷粒子が掻き取られる結果、従来の装置では出来なかった微細な粒径、具体的には０．０５ｍｍの氷粒子を含むフローアイスが、例えば５０％以上の高い氷濃度（ＩＰＦ）で効率的かつ容易に製造される。

Claims (7)

1. 原料処理液を貯留する貯留タンクと、
   前記貯留タンクから循環的に供給される原料処理液を、冷凍機から循環的に供給される冷媒により冷却して氷粒子を生成する製氷機と、を備えたものであって、
   前記製氷機が、
   前記冷凍機からの冷媒により冷却される内周面を有するドラム状部材と、
   前記ドラム状部材の中心軸に沿って配置された回転軸と、
   前記回転軸から半径方向の外方に向かって延出して前記ドラム状部材の内周面に摺接した状態に配置され、前記回転軸とともに回転されるスクレーパー状部材と、
   を有するフローアイス製造装置において、
   前記ドラム状部材の内周面が、－８℃～－１０℃の温度に維持され、かつ、
   前記スクレーパー状部材の回転軸が、１７０ｒｐｍ～１９０ｒｐｍで回転されることを特徴とするフローアイス製造装置。
2. 前記貯留タンクから前記製氷機のドラム状部材へ供給される原料処理液が、前記ドラム状部材の単位体積当たり毎分１００リットル～１５０リットルの循環量とされていることを特徴とする請求項１記載のフローアイス製造装置。
3. 前記スクレーパー状部材は、当該スクレーパー状部材を前記ドラム状部材の内周面に押圧する付勢部材を備えていることを特徴とする請求項１記載のフローアイス製造装置。
4. 前記スクレーパー状部材が、前記回転軸に対して着脱される管状部材に取り付けられ、
   前記管状部材が、前記回転軸に対して着脱されることによって前記スクレーパー状部材が交換可能な構成になされていることを特徴とする請求項１記載のフローアイス製造装置。
5. 前記スクレーパー状部材が、樹脂材からなることを特徴とする請求項１記載のフローアイス製造装置。
6. 前記貯留タンクには、当該貯留タンク内の原料処理液を予め冷却しておく予冷却手段が付設されていることを特徴とする請求項１記載のフローアイス製造装置。
7. 請求項１記載のフローアイス製造装置におけるプロセス状態量を操作・調整するプロセス制御手段を有するフローアイス製造システムであって、
   前記プロセス制御手段が、
   前記ドラム状部材の内周面を－８℃～－１０℃の温度に維持する温度調整手段と、
   前記スクレーパー状部材の回転軸を１７０ｒｐｍ～１９０ｒｐｍで回転させる回転駆動調整手段と、
   前記貯留タンクから前記製氷機のドラム状部材へ供給される原料処理液を、前記ドラム状部材の単位体積当たり毎分１００リットル～１５０リットルの循環量に維持する液循環調整手段と、
   を備えていることを特徴とするフローアイス製造システム。

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