JP5129021B2 - シャーベット氷製造装置およびシャーベット氷の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、タンク内の塩水を冷却してシャーベット氷を生成するシャーベット氷製造装置およびシャーベット氷の製造方法に関するものである。

近年、冷却用の塊状氷によって海水魚に傷が付いたり、塊状氷のために温度制御が不十分であるために海水魚の鮮度が落ちるのを防止するため、塩水から生成されたシャーベット状の氷を用いて海水魚を冷却する方法が実用化されつつある。

シャーベット氷は、貯氷タンク内の塩水を冷却することにより生成される。すなわち、貯氷タンク内の塩水を冷却していくと、その塩分濃度に応じた結氷開始温度で氷ができ始める。水が塩分を含んでおり、できた氷の結晶は粗大化せず、塩水はシャーベット状となる。塩水を冷却していくと、シャーベット氷の氷量、すなわちシャーベット氷における氷の全体に対する重量割合（ＩＰＦ：Ｉｃｅ Ｐａｃｋｉｎｇ Ｆａｃｔｏｒ）が増大するとともに、残余の塩水の塩分濃度が増大し、その塩水の製氷開始温度も低下する傾向が見られる。シャーベット氷の生成濃度（ＩＰＦ）により、シャーベット氷を攪拌するアジテーターのモータ電流値が変化することから、この電流値を検出して一定値に達したら、製氷を停止することでＩＰＦを制御することが示されている（例えば、特許文献１）。

特開２００７−３０６４号公報

しかし、従来のシャーベット氷生成方法では、所望の温度、所望の氷量（ＩＰＦ）のシャーベット氷を得ようとしても、塩分濃度の制約や、最大氷量の制約から、１回の製氷では、実現できるシャーベット氷の条件が狭い範囲に限られていた。例えば、シャーベット氷の温度が−１．５℃、氷量が３０％のシャーベット氷を１回の製氷で得ることができず、目標温度よりも低温で一旦製氷後、真水を追加することにより温度を上げて目標温度とするなどしていたが、手間がかかり、追加した真水のために氷量が小さくなるなどの問題があった。

また、従来の方法では、氷量が小さくなることを防止するために、真水を混合後、再製氷し、氷量を増やしたり、あるいは脱水によってシャーベット氷中の氷を残し、塩水のみを部分的に除去することで、所定値以上の氷量を確保する方法が採られていた。しかしこれらの方法のうち、再製氷する方法は制御が煩雑であり、また脱水する方法は脱水装置が必要でありコストアップになってしまう問題があった。また、これらの方法を採用すると仕上がりシャーベット氷の氷量の算定精度が落ちる欠点があった。さらに塩分濃度にばらつきがある場合、仕上がり氷量が目標値からずれて、氷量が足りなかったり、氷量が多過ぎて固まってしまい、装置に負荷が掛かるという問題があった。

この発明は、上記のような課題を解決する為になされたもので、比較的温度が高く、氷量が大きなシャーベット氷を少ない製氷回数で製造でき、氷量を精度良く求めることが可能なシャーベット氷製造装置およびシャーベット氷の製造方法を提供することを目的としている。

この発明に係わるシャーベット氷製造装置は、塩水が貯蔵されるタンク、上記タンク内の塩水を冷却して生成した氷を掻き取りシャーベット状とする製氷装置、上記タンク内に真水を導入する真水導入装置、上記タンク内の塩水を所定温度に保った状態で製氷できるように、上記真水導入装置によって導入する真水量を制御する制御装置を備え、上記所定温度は、上記タンク内に貯蔵される所定濃度の塩水に氷が生成し始める結氷開始温度であることを特徴とするものである。

また、この発明に係わるシャーベット氷の製造方法は、タンクに貯蔵された塩水を上記
塩水に氷が生成し始める結氷開始温度まで冷却するステップ、上記結氷開始温度を維持するように真水を上記タンク内に導入しつつシャーベット氷を製氷するステップ、上記タンク内に所定の氷量を確保した段階で、塩水冷却と真水導入を停止するステップを含むものである。

この発明のシャーベット氷製造装置によれば、制御装置が、真水導入装置によってタンク内に導入する真水量を制御し、タンク内の塩水を所定温度に保った状態で製氷できるため、追加導入した真水量の全部または一部を氷に変化させることができるという効果がある。

また、この発明のシャーベット氷の製造方法によれば、所定温度を維持するように真水をタンク内に導入しつつシャーベット氷を製氷するステップを含んでいるため、タンク内に導入された真水量の全部または一部を氷に変化させることができるという効果がある。

実施の形態１．
最初に、本発明のシャーベット氷の生成原理について説明する。
図１は結氷開始温度Ｔａ（℃）の塩分濃度Ｃ（％）依存性を示す図であり、細実線によって結氷曲線を示している。図１に示すように、塩分濃度Ｃが０％の真水は０℃で凍り始めるが、塩分濃度Ｃが増大するとそれに従って結氷開始温度Ｔａ（℃）は低下する。

例えば、塩分濃度Ｃ＝３％の塩水を冷却していった場合の結氷開始温度Ｔａ（℃）の塩分濃度Ｃ（％）依存性を、図２に太実線で示す。塩分濃度Ｃ＝３％の場合、図２のように約−２℃までは濃度の変化がなく冷却され、約−２℃で氷ができ始める。氷は真水のみで形成されるので、氷ができると、その分の真水が塩水から除去された状態となるため、残った塩水の塩分濃度Ｃが大きくなる。塩分濃度Ｃが上昇すると、結氷開始温度Ｔａが低下して、塩水の温度が結氷曲線に沿って低下する。

図３は、塩水の塩分濃度Ｃとシャーベット氷の氷量を変化させた場合における、塩水のエンタルピ減少量（エンタルピ×（−１））（ｋＣａｌ／ｋｇ）と塩水の実温度Ｔ（℃）との関係を示す図である。一定条件で冷却する場合、横軸のエンタルピの減少量は塩水の冷却時間に相当する。

図４は、この発明の実施の形態１によるシャーベット氷製造装置の構成を示す構成図である。図４において、このシャーベット氷製造装置は、所定量の塩水１（または海水）が注入されるとともに、その塩水１から生成されるシャーベット氷２（塩水混合シャーベット氷）を貯える貯氷タンク（タンク）３を備える。塩水１の塩分濃度Ｃは、たとえば２．５％に設定される。

貯氷タンク３内には、塩水１（あるいはシャーベット氷２）を攪拌するための攪拌機４が回転可能に設けられ、貯氷タンク３上には、攪拌機４を駆動するための駆動装置５が設けられている。シャーベット氷２を攪拌するのは、シャーベット氷２内の微細氷が浮いて、微細氷と塩水１が上下に分離するのを防止するためである。また、貯氷タンク３に真水を導入するための真水配管バルブ（真水導入装置）６、塩水または海水を導入するための
塩水配管バルブ７が設けられている。真水配管バルブ６は、配管装置と、その配管装置に取り付けられ、後述する制御装置３６からの制御信号を受けて流量を調節する制御弁を備えている。

また、貯氷タンク３の下部には、貯氷タンク３内の塩水１の温度を検出する温度計８、貯氷タンク３内の水位を検出する水位計９が設けられている。温度計８としては、例えば、測温抵抗体を用いられたものが使用される。また、貯氷タンク３の底部には、生成されたシャーベット氷２を外部に排出するための排出用配管１０と排出用ポンプ１１が接続されている。

また、このシャーベット氷製造装置は、貯氷タンク３内の塩水１の一部を凍らせて微細氷を生成する製氷装置１２を備えている。製氷装置１２は、外筒１３と外筒１３の内側に設けられた内筒１４と、内筒１４の内側に設けられた、回転円筒１６を含む。回転円筒１６と内筒１４の間には、塩水１またはシャーベット氷２を流すための塩水側通路１７が形成され、内筒１４と外筒１３の間には冷媒を流すための冷媒用通路１８が形成されている。回転円筒１６の外周面には、内筒１４の内周面に付着した微細氷を塩水側通路１７に掻き落とすための複数のスクレーパ１５が設けられている。また、製氷装置１２の上部には、回転円筒１６を回転させるための駆動モータ１９が設けられている。

例えば、塩水側通路１７の上端部と貯氷タンク３の上端部は、往流塩水配管２０で接続され、貯氷タンク３の下端部と塩水側通路１７の下端部は還流塩水配管２１で接続されている。還流塩水配管２１には、貯氷タンク３側から製氷装置１２に向って、順番に、シャーベット配管用バルブ２２、循環ポンプ２３、圧力センサ２４が設けられている。シャーベット配管用バルブ２２を開けて循環ポンプ２３を駆動させると、塩水１あるいはシャーベット氷２は、貯氷タンク３、還流塩水配管２１、塩水側通路１７、往流塩水配管２０、貯氷タンク３の経路で循環される。循環ポンプ２３の出口の圧力を圧力センサ２４で検出し、検出した圧力が所定値を超えた場合には、配管２０、２１および通路１７に氷が詰まった恐れがあるので、ポンプ２３を停止させる。

また、このシャーベット氷製造装置は、製氷装置１２の冷媒側通路１８に冷媒を供給する冷凍機３０を備え、冷凍機３０は圧縮機３１および凝縮器３２を含む。冷媒側通路１８の上端部は冷媒ガス配管３３を介して圧縮器３１に接続され、圧縮機３１の出口は、凝縮器３２の入口に接続され、凝縮器３２の出口は、冷媒液配管３４および膨張弁３５を介して、冷媒側通路１８の下端部に接続されている。冷媒は、圧縮機３１で圧縮され、凝縮器３２で液化され、膨張弁３５を介して、冷媒側通路１８内に噴出され、内筒１４から気化熱を奪って、内筒１４を例えば−１２℃に冷却する。冷却された内筒１４の内周面には、塩水１中の真水分が凍って、微細氷が発生し、塩水中に拡散することによりシャーベット氷となる。

さらに、このシャーベット氷製造装置は、装置全体を制御するための制御装置３６を備えている。制御装置３６は、シャーベット氷の仕上がり状態の温度、製造量、氷量を与えると製造条件を計画し、自動的に初期塩水の注入と停止、製氷装置１２の運転、目標温度の制御、目標氷量に達したときの製氷装置１２の運転停止などを行うための演算処理を行い、制御信号を出力する。

次に、基本的な製氷方法について説明する。このシャーベット氷製造装置は、塩分濃度Ｃが２．５％以上、結氷開始温度Ｔａが−１．５℃以下において、製氷が可能である。そのため、塩分濃度Ｃが２．５％以上の塩水を使って製氷できる範囲が、魚種毎に異なる幅広い温度と氷量の範囲をカバーしておらず、製氷後の真水混合などの操作が必要な場合がある。

まずは、本発明の実施の形態１との比較のために、塩分濃度Ｃが２．５％のときの従来の製氷方法について図４を引用して説明する。貯氷タンク３に塩分濃度Ｃが２．５％の塩水を投入（導入）し、循環ポンプ２３、製氷装置１２の駆動モータ１９、冷凍機３０を運転し、製氷を開始する。塩水の温度が次第に下がっていき、塩分濃度Ｃが２．５％の結氷温度まで低下すると、氷が生成し始める。図３において示したシャーベット状態線図においては、太実線で示すように、０℃からポイントＡ（塩分濃度Ｃ＝２．５％、温度：約−１．５℃）に到達した状態である。その後、少しずつ温度が下がりながら、氷量が増えていき、氷量として最大３５％（ＩＰＦ＝３５％）のポイントＢまで冷却することができる。ポイントＢのシャーベット氷温度は、−２．３℃であり、製氷停止条件は、シャーベット氷温度が目標温度である−２．３℃に達したときに製氷を停止することとなる。

なお、シャーベット氷の限界氷量３５％は、循環可能なシャーベット氷濃度の上限値である。塩分濃度Ｃが２．５％以上であれば製氷可能であるので、従来の製氷方法での製氷可能領域は、ポイントＡ、ポイントＢよりも下の領域で、かつ太実線で示す氷濃度限界線より左側の領域である。

上記製氷範囲外のうち、温度の高いシャーベット氷を得る従来の方法について説明する。上記のような手順で製氷完了後、貯氷タンク３中に真水（液体であり、温度０℃以上。）を投入すると、塩分濃度Ｃと結氷温度Ｔａのバランスと熱エネルギーバランスを保ちながら、温度上昇する。図３のように、例えば所望の温度が−１．０℃のときには０℃の真水を導入することで、ポイントＢから真水の導入量が増すことで塩分濃度Ｃが減少するとともにシャーベット氷の温度が上昇し、温度−１．０℃を達成するポイントＣに到達すると、氷量（ＩＰＦ）２０％程度のシャーベット氷を得ることになる。

次に、塩分濃度Ｃが２．５％の場合での本発明の実施の形態１による製氷方法について図５のフローチャートを用いて説明する。従来の製氷方法では、最初に貯氷タンク３に導入した塩水を目標温度（製氷時の目標温度であって、出来上がりシャーベット氷温度よりも低い温度。）まで冷却し、製氷に伴ってシャーベット氷温度の低下、塩水の塩分濃度の増大の傾向が見られたが、実施の形態１では、貯氷タンク３内の塩水を所定温度に保った状態で目標とする氷量を得られるよう、シャーベット氷製造装置に、真水導入装置を設け、制御装置３６による制御で、塩水が所定温度より低下することを抑制するように、例えば０℃の真水を流量を制御しつつ導入する方法で製氷を行う。この実施の形態１では、所定温度が結氷温度に相当しており、導入した真水分の全量を氷にすることができる。

まず、図５のステップＳ１に示すように、制御装置３６において、製氷温度（−１．５℃）と目標となるＩＰＦの数値（３５％）を設定する。この数値設定の段階で、塩分濃度Ｃが決定していれば、制御装置３６に設けられた水位算出部（図示せず。）において、後の工程で導入する真水量を計算し、製氷が完了する水位（所定レベル）を算出することができる。
次に、ステップＳ２に示すように、貯氷タンク３に塩分濃度Ｃが２．５％である塩水を注入する。その後、ステップＳ３に示すように、循環ポンプ２３、製氷装置１２の駆動モータ１９、冷凍機３０を運転し、必要に応じて攪拌機４を駆動させ、製氷を開始する。

次に、ステップＳ４に示すように、塩水１の温度が製氷温度に達したかどうかを、制御装置３６が温度計８の出力値から判断する。塩水１の温度が次第に低下し、塩分濃度Ｃが２．５％の結氷温度（−１．５℃）まで低下すると、氷が生成し始める。製氷温度まで塩水１の温度が低下していない場合はさらに冷却を続け、製氷温度に達した場合はステップＳ５に進む。
ここで、冷凍機３０の運転（製氷）が継続されているため、塩水１が維持温度の−１．
５℃に達した状態からさらに低下しようとするが、ステップＳ５では、その設定温度（−１．５℃）からの低下を防ぐように真水配管バルブ６が開き、例えば０℃（設定温度よりも高い温度）の真水が貯氷タンク３に導入される。制御装置３６によって制御される真水配管バルブ６が制御装置３６からの制御信号を受けて真水の導入量（流量）を調節し、貯氷タンク３内のシャーベット氷温度が所定温度に維持される。

次に、ステップＳ６に示すように、貯氷タンク３への真水投入量が製氷が完了する量に達し、水位が所定レベル（Ｓ１において、数値設定した段階で算出された値）に達してＩＰＦ＝３５％となったかどうかを判定する。水位が所定レベルに達していない場合は温度を維持しつつさらに真水量が増加するように真水導入を行い、水位が所定レベルに達した場合はステップＳ７に示すように製氷を停止する。

ここで、実施の形態１のシャーベット状態線図を図６に示す。図６において太実線で示すように、０℃からポイントＡ（塩水温度＝−１．５℃）に到達した状態で氷が生成し始め、それ以降、冷凍機３０の運転を継続しつつ、真水が導入され、塩水温度（−１．５℃）が維持される区間がポイントＡからポイントＢ（ポイントＢでのＩＰＦ＝３５％）に向う区間である。図６中のポイントＢにおいて、氷濃度限界（ＩＰＦ＝３５％）に達するので、それ以上製氷を続けることは装置に負荷がかかり過ぎるため困難となる。

次に、上述の説明において、製氷停止を決めるのはシャーベット氷の量が所定レベル（水位）に達したかどうかによることについて述べたが、水位制御について、図７のシャーベット氷製造装置模式図を用いて説明する。最初、塩分濃度Ｃ＝２．５％の塩水を、塩分投入レベルＬ１まで入れておく。その後、製氷を開始する。シャーベット維持温度をあらかじめ所定温度に設定しておけば、所定温度を維持するように、温度計８からの出力信号を受けて制御装置３６によって必要となる真水量を算出し、真水配管バルブ６を開閉して、所定温度を維持する。塩水１の温度が一定になるように真水を加えながら製氷を進めた場合、加えた真水分が氷となる。なぜならば、真水を加えても貯氷タンク３内に存在する塩分量は一定で、氷には塩分が全く含まれておらず、かつ、シャーベット氷２の状態、すなわち氷と塩水が共存する状態では、塩水１（シャーベット氷２）の温度は塩分濃度に依存した結氷開始温度になるため、温度が一定になるように真水を加える制御を行うと、塩分濃度を保つために、結氷開始後に追加した真水量相当の真水分は、全て氷となる。

以上のように、貯氷タンク３に投入した真水の量を計測することで、氷の量がわかり、氷量を算出することができるため、塩水投入レベルと目標の氷量が分かっていれば、製氷完了レベルＬ２を制御装置３６において算出することができる。制御装置３６では、図７に示すように、水位計９からの出力信号を受け、水位が製氷完了レベルＬ２に達したこと、すなわち、タンク内に所定の氷量を確保したことを検知して、冷凍機３０に停止信号を送って運転を停止し、真水配管バルブ６を閉止する。この実施の形態１の製氷方法によれば、シャーベット氷温度を−１．５℃に維持しながら、限界氷量３５％までＩＰＦを大きくすることが可能である。すなわち、所望のシャーベット氷温度が−１．５℃であれば、氷量３５％までの範囲のシャーベットを、１回の製氷操作によって実現することが可能である。

なお、制御装置３６には、温度計８の出力値を入力して演算処理を行う温度計出力値制御演算部、水位計９の出力値を入力して演算処理を行う水位計出力値制御演算部、これらの出力値および設定値等を加味して制御装置３６に接続された各装置への制御信号を算出する様々な機能を持つ演算部（図示せず。）が設けられている。

次に、この実施の形態１の製氷方法を用いて、製氷温度限界以上の温度であるシャーベット氷を製造する場合について説明する。図６のシャーベット氷特性図に照らして見ると、ポイントＢすなわち、温度−１．５℃、氷量３５％のシャーベット氷に０℃の真水を導入して昇温させ、ポイントＣの−１．０℃のシャーベット氷を製造する。この場合の製造フローは、図５のステップＳ７より後の工程（Ｓ８〜Ｓ１０）に相当する。図５のステップＳ８に示すように、真水を貯氷タンク３内に導入し、ステップ９に示すようにシャーベット氷２が目標温度となる−１．０℃まで昇温したかどうかを判定し、−１．０℃よりも低い温度である場合はさらに真水の注入を続け、−１．０℃まで昇温した場合は目標温度のシャーベット氷が完成したと判断し、ステップＳ１０に進み、真水注水を停止する。

このように、従来の製氷方法では、同じ温度（−１．０℃）のシャーベット氷を製造するとき、製氷時の塩分濃度が次第に増大し、それに伴って塩水温度が低下する状態での製氷であるため氷量が約２０％以下の範囲のものしか実現できなかったが、本発明の実施の形態１の製氷方法では、製氷温度を維持するように真水をタンク内に導入しつつシャーベット氷２を製造するため、製氷完了時の塩水温度が従来の場合よりも高くなり、目標温度に達するまでに追加する真水量が少なくて済み、氷量を２６％（図６のポイントＣのＩＰＦ値）まで増大させることができ、出来上がりシャーベット氷２の条件範囲を拡大することが可能となった。

なお、出来上がりシャーベット氷２の温度は、シャーベット氷２内に保存する魚類や、処理方法（調理の初期段階での冷やし込みや輸送の状態等）によって異なる適温があり、およそ−１．７℃〜−０．８℃の範囲に調整する場合が多いことが分かっている。なお、上述の製氷方法で、最初に貯氷タンク３に導入する塩水量が同じで、出来上がり温度が−０．８℃のシャーベット氷と−１．７℃のシャーベット氷を比較すると、−１．７℃のシャーベット氷の方が追加導入する真水量が少なく、ＩＰＦをより大きな値とすることが可能であることは言うまでもない。

実施の形態２．
上述の実施の形態１では、製氷維持温度が結氷開始温度になるような塩分濃度の塩水をあらかじめ準備する必要があった。しかし、水道水などの真水に塩を溶かして塩分濃度を管理する場合には正確な塩分濃度に調整できるが、海水を汲み上げて利用する場合、海水の塩分濃度は３．５％程度で、採水場所や時間帯等によってバラツキがあり、２．５％に調整するには真水等を加えて濃度を小さくする処理が必要となるが、初期の塩分濃度を正確に検出できていないと、調整した塩水の塩分濃度にもバラツキが生じてしまい実際の塩水の結氷開始温度と所定濃度の塩水が結氷する所定温度に差が生じてしまい、結果、出来上がりシャーベット氷の条件が理想の値からずれてしまうという問題があった。現実に、塩分濃度を厳しく管理することは、製造現場での実現が困難な場合があった。

そこで、この実施の形態２では、製氷に用いる塩水の塩分濃度Ｃに若干の誤差（±０．３％程度を想定。）がある場合、つまり、理想とする塩分濃度より大きい場合と小さい場合についてそれぞれ考察する。なお、ここでは、製氷温度限界の塩分濃度２．５％（この塩分濃度での結氷開始温度は−１．５℃。）以下の塩水にて製氷を始めると、塩分濃度が小さくなる方向にバラツキが生じた場合には、比較的高い温度で氷が生成し始め、硬い氷が生成して装置にかかる負荷が大きくなり、装置の破損に繋がることも考えられるため、製氷維持温度を−１．８℃（結氷開始温度が−１．８℃の塩水は、塩分濃度が３．０％である。）と、実施の形態１の例よりも低く設定するものとして考察する。

塩分濃度Ｃが、結氷開始温度−１．８℃に相当する塩分濃度３．０％よりも小さかった場合について説明する。図８のシャーベット氷の特性グラフに太実線および破線で示すように、製氷開始後、理想的な塩分濃度（３．０％）であれば、ポイントＤまで冷却された段階において、凍り始めるはずであるが、塩分濃度Ｃが３．０％より小さいためにポイン
トＡ（ポイントＤよりも高い温度）まで冷却された段階で凍り始める。つまり、氷の生成タイミングが、所定の製氷温度に達するタイミングより早くなる。真水の投入制御としては、設定温度に達していないために、真水の投入は行われない。製氷が進むと氷分が増え始め、塩分濃度が理想の値となるまで塩水の温度が低下し、ポイントＥにおいて設定温度（−１．８℃）に達する。その後も、冷凍機３０の運転が継続され、さらに冷やし込みが行われシャーベット温度が低下しようとするが、設定温度からの低下を防ぐように真水配管バルブ（真水導入装置）６が開いて、真水（例えば温度０℃。）が貯氷タンク３に導入され、シャーベット氷２の温度が設定温度に維持される。

製氷停止条件について、次に説明する。初期の塩分濃度Ｃが目標とする塩分濃度よりも小さかった場合、製氷維持温度に達する前に氷が生成し始めるため、氷分は真水追加前に生成された氷分と追加導入した真水量の和となる。真水追加前に生成された氷分（氷量）は、図８に示すシャーベット氷の特性図により読み取ることができる。すなわち、図８のポイントＥの氷量（図中ではＩＰＦ）と最初に貯氷タンク３に投入された塩水の量の積となる。製氷維持温度（所定温度）に達するまでに生成された氷量の算出は、制御装置３６内に設けられた氷量推定部（図示せず。）において行うものであり、氷量推定部で、例えば貯氷タンク３内の塩水に氷が生成しはじめる結氷開始温度と、理想とする所定温度の塩水が結氷し始める所定温度との差がある場合に、上述のように、所定温度に達するまでに生成された氷量を推定することができる。

一方、製氷維持温度に達した後に生成される氷の量は、真水追加量に相当する量であり、初期の塩水量（塩水投入レベルＬ１）と、真水追加前に生成された氷分（氷量推定部で算出。）と、最終的に得ようとするＩＰＦ値から、真水追加量を算出することができ、その値に従って製氷完了レベルＬ２を算出して設定することができる。このような追加真水量の算出は、制御装置３６内に設けられた追加真水量算出部（図示せず。）において行うものであり、製氷完了レベルＬ２の算出や設定は、制御装置３６内に設けられた水位算出部（図示せず）において行うものである。

このように、塩分濃度Ｃが、設定値よりも小さくなる側にずれた場合は、製氷維持温度に達するまでに、初期投入された塩水１の一部がすでに氷に変化した状態となるため、追加導入する真水の量は製氷維持温度に達するまでに生成された氷分を差し引いた量でよい。従って、理想的な塩分濃度の塩水を用いる実施の形態１の場合と比較して、シャーベット氷の全量が少なくなってしまうことは当然で、その対応が必要になる可能性が出てくることは言うまでもない。

次に、塩分濃度Ｃが目標とする３．０％よりも大きい場合について説明する。この場合、図９に示すように、製氷開始後、製氷維持温度に設定している−１．８℃になっても氷ができない。製氷は継続しているので、その後も温度が下がり、その設定温度からの低下を防ぐように真水配管バルブ６が開き、貯氷タンク３に真水が導入される。これを継続しているうちに真水の追加量が増し、塩分濃度が小さくなって所定（目標）濃度に達し、製氷維持温度での結氷が生じはじめる。この過程は、図９において、太実線で示すように、ポイントＡ上の動作であり、ポイントＡに到達すると真水投入が始まり、Ａ地点のまま温度一定で塩分濃度がだんだんと小さくなり、所定濃度となるまでポイントＡからずれることはない。それ以降、製氷を継続するとポイントＡからポイントＢの方向に進む状態となる。

製氷停止条件について、次に説明する。初期の塩分濃度Ｃが目標とする塩分濃度よりも大きかった場合、理想と実際の結氷温度に差があり、製氷維持温度まで冷却されても氷ができ始める前に真水を投入することになるため、真水の投入量が氷分に等しくなく、真水の投入量の一部が氷となる。従って、氷ができ始めるタイミングと、そのタイミングまで
に導入された真水量を計算するとともに、水位を求め、それ以降に追加した真水分を氷分とみなすことになる。すなわち、氷ができ始めるタイミングの貯氷タンク３内の塩水レベルを求めておき、目標の氷量から計算により、これ以降に追加導入する追加真水量を求め、製氷完了レベルＬ２を設定すればよい。ここで、水位の計算に必要となる、氷ができ始めるまでに貯氷タンク３に導入される真水量は、制御装置３６内に設けられた真水量算出部（図示せず）において算出する。
なお、水位Ｌ１、Ｌ２に依存せず、塩水１の最初の投入量と、バルブ６の流量との計算に基づいて、製氷完了のタイミングを判断することも可能である。

このとき、当初の目標製造量よりもでき上がるシャーベット氷の全量が増えてしまうことは当然で、貯氷タンク３の容量や必要な製氷時間が増えてしまうことになる。貯氷タンク３の容量の限界を超えない範囲では、目標のシャーベット氷量を変更することも可能であるが、容量に限界がある場合は、シャーベット氷完成時のＩＰＦ値を変更して目標よりも小さい値とすることで真水分の追加を限定することが考えられる。また、対策の一つとして、例えば、製氷過程において塩水の一部を排出する、つまり、結氷が開始され、塩水が所定濃度となった段階で、それまでに導入された真水分だけ塩水を排出し、図７の真水投入レベルＬ１相当まで水位を下げて、でき上がりシャーベット氷の量を目標値（Ｌ２）とできるように処理を行う等の処理を行うこともできる。

次に、この実施の形態２の製氷方法のフロー図を図１０、図１１に示して説明する。
上述したように、シャーベット氷２の原料となる塩水１は、その実際の塩分濃度と目標とする濃度との若干の誤差が生じる場合が想定される。この塩分濃度バラツキが生じた場合の製氷タイミングのずれを利用して、それぞれのタイミングでの温度、水位等のデータから正確に当初の塩水の塩分濃度を検知し、目標とするシャーベット氷の条件（製氷温度およびＩＰＦ）を満たす製氷方法を次に示す。
まず、図１０のステップＳ１１に示すように、制御装置３６に仕上がりのシャーベット氷の数値設定を行い、製氷温度（−１．８℃）、ＩＰＦ（３５％）を入力する。
次に、ステップＳ１２に示すように、貯氷タンク３の塩水投入レベルＬ１まで塩分濃度３％の塩水を注入する。この段階での塩水の塩分濃度にはバラツキがあるものとする。
その後、ステップＳ１３に示すように製氷を行う。

次に、ステップＳ１４およびステップＳ１６に進む。ステップＳ１４では、製氷温度である−１．８℃まで冷却されたかどうかを判定する。まだ製氷温度に達していない場合はさらにステップＳ１３の製氷を継続し、所定時間を経て再度ステップＳ１４に進み、製氷温度まで冷却されたかどうかを判定する。製氷温度に達したと判断された場合、ステップＳ１５に進み、塩水温度が製氷温度に到達した時間（時刻Ａ）を記録するとともに、製氷を継続した状態で、真水を投入して温度を製氷温度である−１．８℃に維持する。

また、ステップＳ１４と平行して、ステップＳ１６の処理がなされる。ステップＳ１６では、氷が生成し始めたかどうかを判定する。まだ氷が生成されていなければステップＳ１３の製氷を継続し、所定時間を経て再度ステップＳ１６に進み、氷が生成し始めたがどうかを判定する。氷が生成し始めた場合は、ステップＳ１７に進み、氷ができ始めた時間（時刻Ｂ）を記録するとともに、氷のでき始め温度の記録を行う。
ステップ１５またはステップ１７において、時刻Ａまたは時刻Ｂを記録したら、次はステップＳ１８に進み、時刻Ａと時刻Ｂはどちらが早かったかを判定する。

上記のステップＳ１８の判定結果で、時刻Ａが時刻Ｂよりも早い場合は、図１１に示すステップＳ１９に進む。ステップＳ１９では、所定温度での製氷を継続し、氷ができ始めた瞬間の水位を検出する。このステップ１９では、塩水の温度を−１．８℃に維持しているため、製氷（冷却）しながら真水を投入（昇温）している状態であって、はじめは目標
としていた塩分濃度３％よりも最初の塩水濃度が大きいために結氷がなされず、塩分濃度が３％まで減少し、水位が増した（塩水１の全量が増えた）段階で氷ができ始める。さらに、所定のＩＰＦ（３５％）となるときの水位を計算し、製氷停止の水位を制御装置３６において設定する。その後、ステップＳ２１に進む。

また、上記のステップＳ１８の判定結果で、時刻Ｂが時刻Ａよりも早い場合は、図１１に示すステップ２０に進む。ステップ２０では、製氷を継続し、制御装置３６において氷のでき始めた温度と、図８のシャーベット氷特性図により、ポイントＡからポイントＥに進むまでのＩＰＦを予測する。さらに、予測されたＩＰＦから得られる氷の量から、所定ＩＰＦ（３５％）となるときの水位を計算し、製氷停止の水位を設定する。その後、ステップＳ２１に進む。

次に、ステップＳ２１に進み、真水投入量が所定レベルに達して、所定のＩＰＦ（３５％）になったかどうかを判定し、所定のＩＰＦとなった段階で、次のステップＳ２２に進み、冷凍機３０を停止させることで製氷を停止する。製氷温度（−１．８℃）よりも仕上がりシャーベット氷温度（−１．０℃）が高い場合は、次のステップＳ２３に進み、シャーベット氷２よりも高い温度の真水を注入する。ステップＳ２４で、シャーベット氷２の温度が目標温度に達したかどうかを判定し、目標温度に達した場合は、ステップＳ２５に進んで真水注入を停止する（−１．０℃のシャーベット氷が完成）。

このような製造方法を実施する場合、氷ができ始めるタイミングを検出することが重要であるが、その検出方法について説明する。製氷時の冷却速度が一定とすれば、塩水のみの（氷が生成されていない）場合の温度の変化率は、シャーベット氷生成時の温度の変化率よりも大きい。その温度の変化率は、氷が生成し始める瞬間に突然変化するため、温度変化率の違いを検知すればよい。図１２（ａ）に、塩水を一定の冷却速度で冷却した場合の温度（℃）の時間依存性を示す。この図１２（ａ）で時間が早い方から５個目の計測点まで（ｔ１まで）と、それ以降（ｔ１以降）の計測点とでは、温度の変化率が異なっており、ｔ１までの方が温度の低下率が大きくなっていることが分かり、時間ｔ１において氷が生成し始めていることが分かる。

さらに、図１２（ａ）のデータを見易くするために、図１２（ｂ）に、縦軸を温度ではなく、温度の一次差分（単位時間当たりの塩水温度の変化率）の値としたグラフを示す。図１２（ｂ）から分かるように、グラフ中の計測点は、凍結開始前の変化率（低下率）が大きい範囲Ａと、凍結開始後の変化率（低下率）が小さい範囲Ｂの二つの範囲にほぼ二分されることが分かる。範囲Ａから計測点が外れた時間ｔ１が凍結開始時間であると考えられる。なお、温度の変化率から結氷開始時刻ｔ１を検出することは、制御装置３６において行うものであり、温度計８の計測結果を時間のデータと組み合わせて演算処理することで得られるものである。

また、氷が生成し始めると、製氷装置１２の内筒１４内で回転する回転円筒１６に取り付けられたスクレーパ１５が、内筒１４に固着した氷を掻き取るようになるため、回転円筒１６を駆動させる駆動モータ１９の電流値が大きくなるので、その電流値の変化を見ることで、結氷開始タイミングおよびその時の温度を検出することができる。

なお、実施の形態１および２において、シャーベット氷に導入する真水は、厳密に蒸留水等の純水を用いる必要はなく（蒸留水が豊富にある場合は用いること問題はない。）、若干のミネラルや塩分等、水溶液の濃度に大きな影響を与えない範囲での真水という意味であり、水道水以外にも井戸水、涌き水等の天然水を用いることが可能である。また、鮮魚保存用のシャーベット氷の原料として、食品の安全性確保のために、人体の害のないものを用いる必要があることは言うまでもない。

本発明の説明に必要な、結氷開始温度Ｔａ（℃）の塩分濃度Ｃ（％）依存性を示す図である。 本発明の説明に必要な、塩水冷却時の、結氷開始温度Ｔａ（℃）の塩分濃度Ｃ（％）依存性を太実線で示した図である。 本発明の説明に必要な、シャーベット氷の特性を示す図である。 本発明の実施の形態１のシャーベット氷製造装置の構成を示す図である。 本発明の実施の形態１のシャーベット氷の製造方法を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１のシャーベット氷の製造方法によってシャーベット氷を製造した場合の変化を太実線で示す、シャーベット氷の特性を示す図である。 本発明の実施の形態１のシャーベット氷製造装置の貯氷タンク内の水位を示すための構成図である。 本発明の実施の形態２のシャーベット氷の製造方法によってシャーベット氷を製造した場合の変化を太実線で示す、シャーベット氷の特性を示す図である。 本発明の実施の形態２のシャーベット氷の製造方法によってシャーベット氷を製造した場合の変化を太実線で示す、シャーベット氷の特性を示す図である。 本発明の実施の形態２のシャーベット氷の製造方法を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２のシャーベット氷の製造方法を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２の結氷開始時間を検出するための、塩水温度の冷却時間依存性と、塩水温度の一次差分の冷却時間依存性を示す図である。

符号の説明

１ 塩水 ２ シャーベット氷、
３ 貯氷タンク ４ 攪拌機、
５ 駆動装置 ６ 真水配管バルブ、
７ 塩水配管バルブ ８ 温度計、
９ 水位計 １０ 排出用配管、
１１ 排出用ポンプ １２ 製氷装置、
１３ 外筒 １４ 内筒、
１５ スクレーパ １６ 回転円筒、
１７ 塩水側通路 １８ 冷却側通路、
１９ 駆動モータ ２０ 往流シャーベット配管、
２１ 還流シャーベット配管 ２２ シャーベット配管用バルブ、
２３ 循環ポンプ ２４ 圧力センサー、
３０ 冷凍機 ３１ 圧縮機、
３２ 凝縮機 ３３ 冷媒ガス配管、
３４ 冷媒液配管 ３５ 膨張弁、
３６ 制御装置。

Claims (10)

1. 塩水が貯蔵されるタンク、上記タンク内の塩水を冷却して生成した氷を掻き取りシャーベット状とする製氷装置、上記タンク内に真水を導入する真水導入装置、上記タンク内の塩水を所定温度に保った状態で製氷できるように、上記真水導入装置によって導入する真水量を制御する制御装置を備え、上記所定温度は、上記タンク内に貯蔵される所定濃度の塩水に氷が生成し始める結氷開始温度であることを特徴とするシャーベット氷製造装置。
2. 上記真水導入装置は、上記タンク内に真水を導入するための配管装置、上記配管装置に取り付けられ、上記制御装置からの制御信号を受けて流量を調節する制御弁を備えたことを特徴とする請求項１記載のシャーベット氷製造装置。
3. 上記制御装置は、上記タンク内の塩水に氷が生成し始める結氷開始温度と、所定濃度の塩水が結氷し始める所定温度との差がある場合に、上記所定温度に達するまでに生成された氷量を推定する氷量推定部を備えたことを特徴とする請求項１記載のシャーベット氷製造装置。
4. 上記制御装置は、所定温度まで冷却された上記タンク内の塩水に氷が生成し始めるまでに導入された真水量を算出する真水量算出部を備えたことを特徴とする請求項１記載のシャーベット氷製造装置。
5. 上記制御装置は、所定温度まで冷却された上記タンク内の塩水に氷が生成し始めてから所定の氷量が得られるまでに上記タンク内に追加導入される真水量を求める追加真水量算出部を備えたことを特徴とする請求項３または請求項４記載のシャーベット氷製造装置。
6. 上記制御装置は、上記タンク内に導入される上記真水量から、所定の氷量が得られる上記タンク内の塩水の水位を算出する水位算出部を備えたことを特徴とする請求項１、請求項４、請求項５のいずれか一項記載のシャーベット氷製造装置。
7. 上記制御装置において、上記タンク内の塩水温度の変化率または上記製氷装置に設けられた駆動モータの電流値の変化から、塩水に氷が生成し始めたことを検知することを特徴
   とする請求項１、請求項３〜５のいずれか一項記載のシャーベット氷製造装置。
8. タンクに貯蔵された塩水を上記塩水に氷が生成し始める結氷開始温度まで冷却するステップ、上記結氷開始温度を維持するように真水を上記タンク内に導入しつつシャーベット氷を製氷するステップ、上記タンク内に所定の氷量を確保した段階で、塩水冷却と真水導入を停止するステップを含むことを特徴とするシャーベット氷の製造方法。
9. 上記タンク内の塩水の水位が所定値に達したことによって、上記タンク内に所定の氷量を確保したことを検知することを特徴とする請求項８記載のシャーベット氷の製造方法。
10. 上記タンク内に所定の氷量を確保した後、上記タンク内に真水を追加して上記タンク内の塩水温度を調整するステップを含むことを特徴とする請求項８記載のシャーベット氷の製造方法。

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