JP6463399B2 - シャーベット氷の製氷システム及び製氷方法 - Google Patents

Description

本発明は、製氷システム、及び製氷方法に関する。

水産物などの鮮度保持に用いるシャーベット氷を製氷する技術がある。例えば、特許文献１には、流入する塩水を氷にして送出するアイスジェネレータと、一定シャーベット濃度のシャーベット氷を製氷するための小容量の製氷タンクと、製氷タンクとアイスジェネレータとによって製氷された一定シャーベット濃度のシャーベット氷を貯蔵するための製氷タンクより大きい容量の貯蔵タンクであって、一定シャーベット濃度のシャーベット氷を貯蔵初期から常時提供可能に貯蔵する貯蔵タンクとによってシャーベット氷を製氷するシャーベット氷製氷方法が開示されている。また、例えば、特許文献２には、過冷却器で製氷された氷・スラリーを氷蓄熱槽で蓄熱する技術が開示されている。

特許第５３２５５１０号公報 特開２００９−１６８３６９号公報

水産物などの鮮度保持に用いるシャーベット氷を製氷する技術として、冷却器内に供給された塩水を冷却材によって冷却し、冷却器の内壁面に生成された製氷層をスクレーバで剥離することにより氷を生成するアイスジェネレータがある（例えば、特許文献１）。しかしながら、この従来のアイスジェネレータでは、冷却器の内壁面に生成された製氷層をスクレーバで剥離することにより氷を生成するため、製氷されるシャーベット氷は、氷結晶粒の直径が０．２ｍｍ程であった。また、製氷層をスクレーバで剥離するため、氷結晶粒の形にばらつきが発生しやすかった。また、氷結晶粒同士が凝結し易く、肥大化しやすかった。一方、水産物などの鮮度保持に用いるシャーベット氷は、氷結晶粒の直径が小さく、氷結晶粒が揃っており、更に、肥大化しにくいことがより好ましい。

本発明は、上記の問題に鑑み、氷結晶粒の直径が従来よりも小さく、氷結晶粒が揃っており、肥大化しにくい塩水のシャーベット氷を製氷する技術を提供することを課題とする。

本発明は、上述した課題を解決するため、本出願人が空調用氷蓄熱で長年培った過冷却式製氷技術を応用して塩水のシャーベット氷を製氷することとした。

詳細には、本発明は、塩水を過冷却状態にし、過冷却状態の塩水を解除し、氷結晶粒の直径が０．０１〜０．１ｍｍのシャーベット氷を製氷する製氷装置と、前記製氷装置で製氷されたシャーベット氷を貯氷し、氷結晶粒の直径が０．０１〜０．１ｍｍのシャーベット氷を供給する供給装置と、を備える、シャーベット氷の製氷システムである。

本発明に係るシャーベット氷の製氷システムによれば、塩水を過冷却し、解除することで、製氷されるシャーベット氷の氷結晶粒の直径は、０．０１〜０．１ｍｍであり、氷結晶粒の直径を従来よりも小さくすることができる。氷結晶粒の直径とは、氷結晶粒が球形以外の場合は、最大径を意味する。また、本発明に係るシャーベット氷の製氷システムで
製氷されたシャーベット氷は、氷結晶粒の表面が曲面状で、粒が揃っており、氷結晶粒同士が凝結し難いため、肥大化しにくい。その結果、シャーベット氷の流動性が従来よりも優れている。そのため、配管等の詰まりも発生しにくく、また、従来よりも小さい動力でシャーベット氷を供給することができる。また、本発明に係るシャーベット氷の製氷システムによれば、貯氷の際の氷充填率（ＩＰＦ：Ｉｃｅ Ｐａｃｋｉｎｇ Ｆａｃｔｏｒ）の値を従来よりも大きくすることができる。具体的には、従来の冷却器の内壁面に生成された製氷層をスクレーバで剥離する技術では、ＩＰＦ２５〜３０％であるが、本発明に係るシャーベット氷の製氷システムでは、ＩＰＦ５０〜６０％とすることができる。そのため、従来よりも貯氷タンクを小型化することができる。また、本発明に係るシャーベット氷の製氷システムによれば、従来よりも低い塩分濃度のシャーベット氷を製氷することができる。具体的には、従来の冷却器の内壁面に生成された製氷層をスクレーバで剥離する技術では、対応塩分濃度１．０〜３．５％（３．５％は海水塩分濃度に対応）であった。これに対し、本発明に係るシャーベット氷の製氷システムでは、塩分濃度１％未満のシャーベット氷の製氷も可能であり、任意の塩分濃度のシャーベット氷を製氷することができる。また、従来の冷却器の内壁面に生成された製氷層をスクレーバで剥離する技術では、スクレーバの刃が破損するなど、剥離する際の負荷が原因と考えられる、アイスジェネレータの故障が発生しやすいことが懸念されていた。また、メンテナンスの手間も負担となっていた。これに対し、本発明に係るシャーベット氷の製氷システムでは、剥離する際の負荷も無いことから、システムの故障も少なく、また、メンテナンスも容易である。更に、本発明に係るシャーベット氷の製氷システムで製氷されたシャーベット氷を水産物などの鮮度保持に用いることで、水産物などの品質を従来よりも長く維持することができる。

シャーベット氷は、塩水での鮮度保持が必要とされる水産物に好適に用いることができる。水産物には、魚（サンマ、マグロ、アジ、サバなど）、甲殻類（カニ、エビなど）が例示される。これらは、一例であり、水産物は、これらに限定されない。

ここで、前記製氷装置は、海水を過冷却状態にし、過冷却状態の海水を解除するようにしてもよい。本発明によれば、海水を活用して、海水のシャーベット氷を製氷することができる。海水は、殺菌された海水であることが好ましい。また、海水は、塩分調整された殺菌海水であることがより好ましい。塩分調整は、海水に真水を混合することで調整することができる。塩分調整された殺菌海水の濃度は、水産物に応じて調整することができる。塩分調整された殺菌海水の濃度は、海水濃度（例えば、３．５％）よりも低い、例えば３％以下とすることができる。

また、前記製氷装置は、塩水が流れる往き配管と、前記往き配管と接続され、塩水を過冷却状態にする熱交換器と、前記過冷却状態の塩水が流れる還り配管と、前記還り配管と接続され、前記過冷却状態の塩水を解除する解除器と、を有し、前記供給装置は、前記製氷装置で製氷されたシャーベット氷を貯氷する貯氷タンクと、貯氷されたシャーベット氷を圧送するポンプと、前記貯氷タンク及び前記ポンプと接続され、前記シャーベット氷が流れる供給配管と、を有する構成とすることができる。

往き配管は、一端を貯氷タンクに接続し、他端を熱交換器に接続することができる。往き配管には、貯氷タンクからの塩水を流すことができる。貯氷タンクからの塩水は、原水が貯氷タンクによって温度低下したものである。往き配管には、貯氷タンク内の塩水を汲み上げ、熱交換器へ圧送する製氷装置のポンプ、貯氷タンクからの塩水に含まれる微細な氷を融解する予熱器、各種弁、温度計、流量計等のうち少なくとも何れか一つを更に設けるようにしてもよい。過冷却水のポンプは、熱交換器へ供給する流量を一定化するため、インバータ制御するようにしてもよい。

熱交換器は、冷凍機から供給される過冷却媒体（水やブラインなど）と塩水とを熱交換
し、塩水を過冷却状態とする。熱交換器には、プレート式、シェル・アンド・チューブ式を含む各種熱交換器を用いることができる。解除器は、例えば、超音波により過冷却状態を解除する。解除器は、過冷却状態を解除できるものであれば、上記に限定されない。還り配管は、一端を熱交換器に接続し、他端を解除器に接続することができる。還り配管には、各種弁、温度計、流量計等のうち少なくとも何れか一つを更に設けるようにしてもよい。

貯氷タンクは、製氷されたシャーベット氷を貯氷するもので、撹拌部を有する構成とすることができる。撹拌部を有することで、貯氷タンクは、シャーベット氷に含まれる氷の凝結を抑制して、シャーベット氷の流動性を維持することができる。本発明に係るシャーベット氷の製氷システムでは、貯氷タンクのＩＰＦは５０〜６０％とすることができる。撹拌部は、軸と、軸に接続された羽と、軸を回転させるモータとを含む構成とすることができる。貯氷タンクは、塩水（原水）を受け入れる原水受入口、原水を送り出す原水送出口、シャーベット氷を受け入れる氷受入口、シャーベット氷を送り出す氷送出口、残ったシャーベット氷を排出する氷排出口を含む構成とすることができる。また、貯氷タンクは、タンク内のシャーベット氷を氷送出口側の領域に収容するとともに塩水が通過自在な仕切り部（例えば、複数の孔が形成された板状の物、網状の物、これらの組合せなど）を含む構成とすることができる。仕切り部を有することで、貯氷タンクは、過冷却器に送られる塩水に氷が混入されるのを抑制することができる。

ポンプは、貯氷されたシャーベット氷を圧送する。本発明に係るシャーベット氷の製氷システムで製氷されたシャーベット氷は流動性に優れているため、本発明に係るポンプは、従来よりも小さい動力でシャーベット氷を供給することができる。また、本発明に係るポンプは、スラリー状の液体を圧送する専用のポンプである必要は無く、水を圧送する汎用のポンプを用いることができる。供給配管は、一端を解除器に接続し、他端を供給先に接続し、配管途中に貯氷タンクやポンプを設けることができる。供給配管は、一端を解除器に接続し、他端を貯氷タンクに接続する第一供給配管と、一端を貯水タンクに接続し、他端を供給先に接続する第二供給配管とを含む構成でもよい。供給配管には、各種弁、温度計、流量計等のうち少なくとも何れか一つを更に設けるようにしてもよい。

なお、本発明に係るシャーベット氷の製氷システムは、製氷装置、供給装置、製氷装置を構成する熱交換器や解除器、供給装置を構成する貯氷タンクやポンプ、各種弁等を制御する制御部を更に備える構成としてもよい。

なお、本発明は、上述した製氷装置として特定することもできる。また、本発明は、上述した供給装置として特定することもできる。

ここで、本発明は、シャーベット氷の製氷方法として特定することもできる。例えば、本発明は、塩水を過冷却状態にし、過冷却状態の塩水を解除し、氷結晶粒の直径が０．０１〜０．１ｍｍのシャーベット氷を製氷する製氷工程と、前記製氷工程で製氷されたシャーベット氷を貯氷し、氷結晶粒の直径が０．０１〜０．１ｍｍのシャーベット氷を供給する供給工程と、を備える、シャーベット氷の製氷方法である。

本発明に係るシャーベット氷の製氷方法によれば、氷結晶粒の直径を従来よりも小さくすることができる。また、本発明に係るシャーベット氷の製氷方法で製氷されたシャーベット氷は、氷結晶粒の形や大きさが揃っており、氷結晶粒同士が凝結し難いため、肥大化しにくい。その結果、シャーベット氷の流動性が従来よりも優れており、配管等の詰まりも発生しにくく、また、従来よりも小さい動力でシャーベット氷を供給することができる。また、貯氷の際の氷充填率（ＩＰＦ）の値を従来よりも大きくすることができる。また、従来よりも低い塩分濃度のシャーベット氷を製氷することができる。更に、本発明に係
るシャーベット氷の製氷方法で製氷されたシャーベット氷を水産物などの鮮度保持に用いることで、水産物などの品質を従来よりも長く維持することができる。なお、本発明に係るシャーベット氷の製氷方法は、単に、上述した製氷工程を備えるものでもよい。また、本発明に係るシャーベット氷の製氷方法は、単に、上述した供給工程を備えるものでもよい。

前記製氷工程では、海水を過冷却状態にし、過冷却状態の海水が解除されるようにしてもよい。本発明によれば、海水を活用して、海水のシャーベット氷を製氷することができる。海水は、殺菌された海水であることが好ましい。また、海水は、塩分調整された殺菌海水であることがより好ましい。塩分調整は、海水に真水を混合することで調整することができる。塩分調整された殺菌海水の濃度は、水産物に応じて調整することができる。塩分調整された殺菌海水の濃度は、海水濃度（例えば、３．５％）よりも低い、例えば３％以内とすることができる。

本発明によれば、氷結晶粒の直径が従来よりも小さく、氷結晶粒が揃っており、肥大化しにくい塩水のシャーベット氷を製氷する技術を提供することができる。

実施形態に係るシャーベット氷の製氷システムのブロック図を示す。 実施形態に係る貯氷タンクの拡大断面図を示す。 実施形態に係るシャーベット氷の製氷システムの動作フローを示す。 変形例に係るシャーベット氷の製氷システムのブロック図を示す。 実施形態に係るシャーベット氷の製氷システムで製氷されたシャーベット氷の撮影画像（倍率５００倍）を示す。 実施形態に係るシャーベット氷の製氷システムで製氷されたシャーベット氷の撮影画像（倍率１５０倍）を示す。 従来の掻き取り式の製氷方法を想定して製氷したシャーベット氷の撮影画像（倍率５００倍）を示す。 図７の右図の拡大図を示す。

次に、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。以下の説明では、実施形態に係るシャーベット氷の製氷システム１で製氷されたシャーベット氷を水産物などの鮮度保持に用いる場合を例に説明する。水産物には、魚（サンマ、マグロ、アジ、サバなど）、甲殻類（カニ、エビなど）が例示される。これらは、一例であり、水産物は、これらに限定されない。また、以下に説明する実施形態は例示にすぎず、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。

＜シャーベット氷の製氷システム＞
実施形態に係るシャーベット氷の製氷システム１は、海水を過冷却状態にし、過冷却状態の海水を解除し、氷結晶粒の直径が０．０１〜０．１ｍｍ（本実施形態では、０．０５ｍｍ程の氷結晶粒が多く含まれている）のシャーベット氷を製氷する製氷装置２と、製氷装置２で製氷されたシャーベット氷を貯氷し、氷結晶粒の直径が０．０１〜０．１ｍｍ（本実施形態では、０．０５ｍｍ程の氷結晶粒が多く含まれている）のシャーベット氷を供給する供給装置３と、製氷装置２及び供給装置３を制御する制御装置５と、を備える。なお、実施形態に係るシャーベット氷の製氷システム１は、冷凍機４を更に備える構成としてもよい。なお、氷結晶粒の直径とは、氷結晶粒が球形以外の場合（例えば、楕円体）は、最大径を意味する。

製氷装置２は、往き配管２１、還り配管２２、製氷装置のポンプ２３、予熱器２４、製氷装置のフィルタ２５、熱交換器２６、解除器２７を主な構成とする。供給装置３は、給水配管３１、供給配管３２（第一供給配管３２１、第二供給配管３２２）、貯氷タンク３３、供給装置のポンプ３４を主な構成とする。以下、海水の給水、過冷却、解除、シャーベット氷の供給の流れに沿って、上記各構成について説明する。

＜＜給水配管＞＞
給水配管３１は、一端が海水処理装置６に接続され、他端が貯氷タンク３３の上部に接続され、海水が流れる。海水処理装置６は、殺菌された海水と真水を混合し、０〜３％の塩分濃度の殺菌海水を生成する。海水処理装置６は、漁港等に設置されている既存の設備を用いることができる。海水処理装置６は、一例として、塩分濃度調整タンク、塩分濃度設定器、真水量調整バルブ、海水供給用のポンプ、固液分離フィルタを含む構成とすることができる。塩分濃度調整タンクに殺菌された海水が充填され、塩分濃度設定器によって設定された塩分濃度（０〜３％）に基づいて真水調整バルブが開放され、所定量の真水が導入される。これにより、海水濃度（例えば、３．５％）よりも低い、塩分濃度３％以下の殺菌海水が生成される。

また、給水配管３１には、海水の流れにおいて、上流側から順に、海水供給装置の自動弁３５、海水供給装置のフィルタ３６が設けられている。海水供給装置の自動弁３５は、制御装置５によって制御され、貯氷タンク３３に海水を充填する際、貯氷タンク３３の水位が低下すると、開状態となり、水位が上昇すると閉状態となる。貯氷タンク３３の水位は、後述する貯氷タンク３３に設けられた水位計によって取得することができる。海水供給装置のフィルタ３６は、例えば、濾過径２０μｍのフィルタによって構成され、海水に含まれる不純物を捕捉する。不純物とは、製氷において有害となり得る固形物で、換言すると、過冷却状態にある海水を解除するトリガとなり得るものである。不純物には、海藻の小片、砂が例示される。

＜＜貯氷タンク＞＞
貯氷タンク３３は、海水を受け入れるとともに、製氷されたシャーベット氷を貯氷する。ここで、図２は、実施形態に係る貯氷タンクの拡大断面図を示す。貯氷タンク３３は、筐体３３１、軸３３２、羽３３３、モータ３３４、パンチング板３３５、海水受入口３３６、海水送出口３３７、氷受入口３３８、氷送出口３３９、排出口３４０、水位計３４１を含む。軸３３２、羽３３３、モータ３３４は、本発明の撹拌部を構成する。筐体３３１は、円筒形の側壁３４２、円形の蓋部３４３及び底部３４４を有し、内部に海水とともにシャーベット氷を貯氷する。軸３３２は、蓋部３４３から鉛直下向きにパンチング板３３５に接触しない高さまで延びている。軸３３２は、撹拌性能を向上するため、筐体３３１の中心から偏芯した位置に設けられている。羽３３３は、シャーベット氷を撹拌する。羽３３３は、軸３３２を中心に左右一対の羽からなり、上下に２か所設けられている。下段の羽３３３は、パンチング板３３５の近傍に設けられている。ここで、貯氷タンク３３内の海水は、製氷装置のポンプ２３によって汲み上げられ、パンチング板３３５付近では、鉛直下向きの吸引力が作用している。そのため、パンチング板３３５の近傍にはシャーベット氷が堆積しやすく、下段の羽３３３の下端とパンチング板３３５との間隔が大きいと、十分に撹拌できないことが懸念される。本実施形態では、下段の羽３３３をパンチング板３３５の近傍に設けることで、シャーベット氷を十分に撹拌することができる。上段の羽３３３は、下段の羽３３３と蓋部３４３の中間付近に設けられている。なお、羽３３３の形状、大きさ、設置個数等は、上記に限定されるものではない。モータ３３４は、蓋部３４３に設けられ、軸３３２を回転させる。モータ３３４は、制御装置５によって、ＯＮ／ＯＦＦ、回転数が制御される。

パンチング板３３５は、本発明の仕切り部に相当し、貯氷タンク３３のシャーベット氷
を氷送出口３３９側の領域に収容するとともに、パンチング板３３５に形成された複数の孔により海水が通過自在である。パンチング板３３５は、筐体３３１の内径とほぼ同じ大きさの円形であり、孔の径が０．８ｍｍ、開口率が２４％である。なお、上記孔の径や開口率は、一例であり、例えば、孔の径は、０．３〜２．０ｍｍ、開口率は２０〜３０％とすることができる。パンチング板３３５は、底部３４４近傍に設けられた海水送出口３３７の上側近傍に設けられている。パンチング板３３５の位置は、上記に限定されないが、貯氷タンク３３内で、ＩＰＦ５０〜６０％を確保するためには、貯氷タンク３３の上下方向における中心よりも下方であることが好ましく、また、底部３４４近傍に設けられた海水送出口３３７よりも上側であることが好ましい。パンチング板３３５に代えて、網状構造体（例えば、メッシュ）を用いてもよい。網状構造体は、平面状のもの、立体的なもの、何れでもよい。立体的なものには、三次元網目構造体（例えば、焼結金属フィルターなど）が例示される。また、パンチング板３３５、網状構造体を適宜組み合わせて配置するようにしてもよい。

海水受入口３３６は、蓋部３４３に設けられ、給水配管３１と接続されて、海水を受け入れる。海水受入口３３６は、貯氷タンク３３の側壁３４２に設けてもよい。海水受入口３３６は、貯水タンク３３が満水時の水面よりも上側に設けられていればよく、設置位置は上記に限定されない。海水送出口３３７は、側壁３４２における底部３４４近傍に設けられ、往き配管２１と接続されて、海水を送り出す。氷受入口３３８は、側壁３４２における蓋部３４３近傍に設けられ、還り配管２２と接続されて、シャーベット氷を受け入れる。氷受入口３３８は、例えば、蓋部３４３に設けることもできる。氷送出口３３９は、パンチング板３３５の近傍上側に設けられ、供給配管３２（第二供給管３２２）と接続されて、氷結晶粒の直径が０．０１〜０．１ｍｍのシャーベット氷を送り出す。氷送出口３３９は、少なくともパンチング板３３５の近傍上側に設けられていればよく、複数設けられていてもよい。排出口３４０は、底部３４４に設けられ、排出配管３７と接続されて、貯氷タンク３３内の水やシャーベット氷を排出する。排出配管３７には、排出用の自動弁３８が設けられている。排出用の自動弁３８は、制御装置５によって制御され、海水受入前において開状態となり、貯氷タンク３３内の水やシャーベット氷を排出し、貯氷タンク３３内の水やシャーベット氷が全て排出されると閉状態となる。水位計３４１は、貯氷タンク３３内に設けられ、貯氷タンク３３内の海水の水位を計測する。水位計３４１には、水位センサなど、既存のセンサを適宜用いることができる。

＜＜往き配管＞＞
往き配管２１は、一端が貯氷タンク３３の海水送出口３３７に接続され、他端が熱交換器２６に接続され、貯氷タンク３３で冷却された海水が流れる。往き配管２１には、海水の流れにおいて、上流側から順に、製氷装置のポンプ２３、予熱器２４、製氷装置のフィルタ２５が設けられている。製氷装置のポンプ２３は、貯氷タンク３３から海水を汲み上げ熱交換器２６へ圧送する。製氷装置のポンプ２３は、ゲート弁を含み、熱交換器２６へ供給する海水の流量を一定化するため、制御装置５によるインバータ制御が可能である。制御装置５は、熱交換器２６と製氷装置のポンプ２３との間に設けられた流量計Ｍ１から取得される海水の流量情報に基づいて、熱交換器２６へ供給する海水の流量を一定化するよう、ゲート弁の開度やポンプの圧力を調整する。

予熱器２４は、貯氷タンク３３からの海水に含まれる微細な氷を融解する。予熱器２４は、ヒータで構成することができ、ＯＮ／ＯＦＦ及び加熱温度が制御装置５によって制御される。制御装置５は、熱交換器２６と予熱器２４との間に設けられた温度センサＴ３から取得される海水の温度情報に基づいて、熱交換器２６へ供給する海水の温度が既定温度（例えば、０℃）に維持されるよう予熱器２４を制御する。例えば、制御装置５は、海水の温度が既定温度より低い場合、予熱器２４の加熱温度を上げる。また、例えば、制御装置５は、海水の温度が既定温度より高い場合、予熱器２４の加熱温度を下げる。既定温度
は、海水の濃度等に応じて、実験などにより予め定めることができる。製氷装置のフィルタ２５は、凝結した氷や海水に含まれる不純物を補足する。不純物には、海藻の小片、砂、微細な氷粒子が例示される。

熱交換器２６は、貯氷タンク３３と接続される往き配管２１及び解除器２７と接続される還り配管２２、更に、冷凍機４と接続されるブライン往き配管４２及びブライン還り配管４３と接続され、冷凍機４から供給される過冷却媒体としてのブラインと海水とを熱交換し、海水を過冷却状態とする。熱交換器２６は、プレート式の熱交換器によって構成されている。熱交換器２６は、シェル・アンド・チューブ式の熱交換器など、既存の各種熱交換器を用いることができる。

＜＜冷凍機＞＞
冷凍機４は、ブラインを冷却する。ブラインの温度は、例えば、熱交換前が−６℃、熱交換後が−３℃である。冷凍機４は、制御装置５によって制御される。制御装置５は、後述する流量計Ｍ２で検知されるブラインの流量情報、後述する温度センサＴ１，Ｔ２で検知されるブラインの温度などに基づいて、ＯＮ／ＯＦＦ、冷却温度を調整する。ブラインの往き配管４２は、一端が冷凍機４に接続され、他端が熱交換器２６に接続され、冷凍機４で冷却され、かつ、熱交換前のブラインが流れる。ブラインの往き配管４２には、ブラインの流れにおいて上流側から順に、ブラインのポンプ４１、流量計Ｍ２、温度センサＴ１が設けられている。ブラインのポンプ４１は、冷凍機４で冷却されたブラインを熱交換器２６へ圧送する。ブラインのポンプ４１は、ゲート弁を含み、ブラインの流量を制御装置５によって制御することができる。流量計Ｍ２は、ブラインの往き配管４２を流れるブラインの流量を検知する。温度センサＴ１は、ブラインの往き配管４２を流れるブラインの温度を検知する。

ブラインの還り配管４３は、一端が熱交換器２６に接続され、他端が冷凍機４に接続され、熱交換後のブラインが流れる。ブラインの還り配管４３には、温度センサＴ２が設けられている。温度センサＴ２は、ブラインの還り配管４３を流れるブラインの温度を検知する。なお、上記流量計Ｍ１、温度センサＴ１，Ｔ２で検知されたブラインの流量、ブラインの温度に基づいて、ＩＰＦが算出される。

＜＜解除器＞＞
還り配管２２は、一端が熱交換器２６に接続され、他端が解除器２７に接続され、過冷却状態の海水が流れる。解除器２７は、超音波により過冷却状態を解除する。解除器２７は、過冷却状態を解除できるものであれば、上記に限定されない。

＜＜供給配管＞＞
供給配管３２は、第一供給配管３２１、及び第二供給配管３２２によって構成されている。第一供給配管３２１は、一端が解除器２７に接続され、他端が貯氷タンク３３に接続され、解除器２７で解除されたシャーベット氷が流れる。第二供給配管３２２は、一端が貯氷タンク３３に接続され、他端が供給先に接続され、貯氷タンク３３に貯氷されたＩＰＦ５０〜６０％のシャーベット氷が流れる。本実施形態の供給先は、水産物を鮮度保持するための船舶に設けられた水槽である。供給先は、水産物を鮮度保持するのに必要とされる箇所であればよく、上記に限定されない。第二供給配管３２２は、シャーベット氷の流れにおいて、上流側から順に、氷供給装置のポンプ３４、氷供給装置の自動弁３９が設けられている。

氷供給装置のポンプ３４は、貯氷タンク３３からシャーベット氷を汲み上げ供給先へ圧送する。氷供給装置のポンプ３４は、ゲート弁を含み、制御装置５による制御が可能である。制御装置５は、ゲート弁の開度やポンプの圧力を調整する。氷供給装置の自動弁３９
は、制御装置５によって制御され、貯氷タンク３３にシャーベット氷が充填された状態で供給開始の指示（スイッチＯＮ）になると、開状態となり、シャーベット氷が無くなるか、供給停止の指示（スイッチＯＦＦ）になると閉状態となる。

制御装置５は、シャーベット氷の製氷システムの各種装置、機器類を制御する。制御装置５は、ＣＰＵ（中央処理演算装置）、メモリ、操作部、表示部等を備え、ＣＰＵがメモリに格納された制御プログラムを実行することで、各種装置、機器類を制御する。制御装置５は、一例として、ＰＬＣ（ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｌｏｇｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）によって構成することができる。

＜動作＞
次に、実施形態に係るシャーベット氷の製氷システム１の動作について、制御装置５による制御処理も交えて説明する。図３は、実施形態に係るシャーベット氷の製氷システムの動作フローを示す。

＜＜海水の充填＞＞
ステップＳ０１では、貯氷タンク３３に海水が充填される。制御装置５は、排出用の自動弁３８を開状態とし、貯氷タンク３３の残海水を排出させる。これにより、繰り返し製氷を行うことで懸念される、海水の塩分濃度上昇を抑制することができる。制御装置５は、貯氷タンク３３の水位計３４１から水位情報を取得し、貯氷タンク３３内の海水の水位が所定水位以下（空状態）まで低下すると、排出用の自動弁３８を閉状態とする。次に、制御装置５は、海水供給装置の自動弁３５を開状態とする。貯氷タンク３３への海水は、海水処理装置６側に設けられた海水処理装置のポンプによって圧送することができる。これにより、０〜３％の塩分濃度の殺菌海水（例えば、２０℃）が圧送される。上記海水は、海水供給装置のフィルタ３６を通過することで、海水に含まれる不純物（例えば、海藻の小片や砂）が捕捉される。制御装置５は、貯氷タンク３３の水位計３４１から水位情報を取得し、貯氷タンク３３内の海水の水位が所定水位以上まで上昇すると、排出用の自動弁３８を閉状態とする。なお、貯氷タンク３３内の塩分濃度を取得してもよく、この場合には、制御装置５は、モータ３３４をＯＮにして羽３３３を回転させ、海水を撹拌するようにしてもよい。

＜＜製氷＞＞
ステップＳ０２では、シャーベット氷が製氷される。制御装置５は、製氷装置のポンプ２３をＯＮにし、貯氷タンク３３内の海水を汲み上げ、熱交換器２６へ圧送する。制御装置５は、熱交換器２６へ供給する海水の流量を一定化するため、流量計Ｍ１から取得される海水の流量情報に基づいて、熱交換器２６へ供給する海水の流量を一定化するよう、製氷装置のポンプ２３をインバータ制御する。また、制御装置５は、温度センサＴ３から取得される海水の温度情報に基づいて、熱交換器２６へ供給する海水の温度が既定温度（例えば、０度）に維持されるよう予熱器２４を制御する。制御装置５は、海水の温度が既定温度より低い場合、予熱器２４の加熱温度を上げる。また、例えば、制御装置５は、海水の温度が既定温度より高い場合、予熱器２４の加熱温度を下げる。海水は、製氷装置のフィルタ２５を通過することで、凝結した氷や海水に含まれる不純物が補足される。不純物には、海藻の小片、砂、微細な氷粒子が例示される。

製氷装置のフィルタ２５を通過した海水は、熱交換器２６によって、冷凍機４から供給されるブラインと熱交換され、過冷度約２ｄｅｇの過冷却状態まで冷却される。例えば、海水は、熱交換器２６によって、−２．５℃から−５℃に冷却される。過冷却状態の海水は、解除器２７の超音波により過冷却状態が解除される。なお、制御装置５は、冷凍機４及び解除器２７のＯＮ／ＯＦＦも行うことができる。

過冷却状態が解除されることで製氷されたシャーベット氷は、第一供給配管３２１を流れ、貯氷タンク３３に圧送される。制御装置５は、冷凍機４の生産熱量から貯氷タンク３３内のＩＰＦを演算し、ＩＰＦに応じてモータ３３４をＯＮにして羽３３３を回転させる。ＩＰＦは、以下の式１、式２、式３によって算出することができる。ＩＰＦの算出は、例えば、貯氷タンク３３から送り出される海水の温度が所定温度（０℃）になると開始される。まず、式１で積算生成熱量が算出される。式１において、流量は、ブラインの往き配管４２に設けられた流量計Ｍ１によって取得される。Ｔｂｒ−ｏｕｔは、ブラインの還り配管４３に設けられた温度センサＴ２によって取得される。Ｔｂｒ−ｉｎは、ブラインの往き配管４２に設けられた温度センサＴ１によって取得される。Ｃｐはブラインの定圧比熱、ρはブラインの密度であり、これらはブラインの物性値として取得される。ＳＣＰ発生動力は、製氷装置のポンプ２３の仕事率であり、ｔは、時間である。
積算生成熱量＝流量×（Ｔｂｒ−ｏｕｔ−Ｔｂｒ−ｉｎ）×Ｃｐ×ρ×ｔ−予熱量−ＳＣＰ発生動力×ｔ＋前回積算生成熱量・・・・式１

式１における予熱量は、式２によって算出される。式２において、ＴＳＣ−ｉｎは、往き配管２１の下流側（熱交換器２６側）に設けられた温度センサＴ３によって取得され、Ｔｔａｎｋ−ｏｕｔは、往き配管２１の上流側（貯氷タンク３３側）に設けられた温度センサＴ４によって取得される。Ｃｐｗは、水の定圧比熱、ρｗは、水の密度であり、これらは水の物性値として取得される。
予熱量＝過冷却水流量×（ＴＳＣ−ｉｎ−Ｔｔａｎｋ−ｏｕｔ）×Ｃｐｗ×ρｗ×ｔ・・・式２

式１、式２から算出された積算生成熱量に基づいて、ＩＰＦが算出される。式３において、タンク水量は、貯氷タンク３３の水量、ρｗは、水の定圧比熱、Ｌは、水の凝固潜熱（貯氷タンク３３の水が全て氷になる上で必要となる熱量）である。
ＩＰＦ＝積算生成熱量／（タンク水量×ρｗ×Ｌ）・・・式３

制御装置５は、算出したＩＰＦが所定値（例えば、５０％）になると、製氷を終了する。具体的には、制御装置５は、製氷装置のポンプ２３、冷凍機４、解除器２７をＯＦＦとし、製氷を終了する。

＜＜供給＞＞
ステップＳ０３では、シャーベット氷が供給される。制御装置５は、貯氷タンク３３にシャーベット氷が充填された状態で供給開始の指示（例えば、制御装置５の操作部に設けられたスイッチＯＮ）を受けると、氷供給装置の自動弁３９を開状態とする。その結果、ＩＰＦ５０〜６０％であり、氷結晶粒の直径が０．０１〜０．１ｍｍのシャーベット氷が第二供給配管３２２を流れて、供給先に圧送される。また、制御装置５は、水位計３４１から水位情報を取得し、貯氷タンク３３内の海水の水位が所定水位以下（空状態）になるか、供給停止の指示（例えば、制御装置の操作部に設けられたスイッチＯＦＦ）を受けると、氷供給装置の自動弁３９を閉状態とする。これにより、氷結晶粒の直径が０．０１〜０．１ｍｍのシャーベット氷の供給が完了する。ステップＳ０３の工程が完了すると、再度ステップＳ０１の工程が開始される。

＜効果＞
以上説明した実施形態に係るシャーベット氷の製氷システム１によれば、海水を過冷却し、解除することで、製氷されるシャーベット氷の氷結晶粒の直径が、０．０１〜０．１ｍｍとなり、氷結晶粒の直径を従来よりも小さくすることができる。また、実施形態に係るシャーベット氷の製氷システム１で製氷されたシャーベット氷は、氷結晶粒の表面が曲面状で、粒が揃っており、氷結晶粒同士が凝結し難いため、肥大化しにくい。その結果、シャーベット氷の流動性が従来よりも優れている。そのため、配管等の詰まりも発生しに
くく、また、従来よりも小さい動力でシャーベット氷を供給することができる。また、供給装置のポンプ３４は、スラリー状の液体を圧送する専用のポンプである必要は無く、水を圧送する汎用のポンプを用いることができる。また、実施形態に係るシャーベット氷の製氷システム１によれば、ＩＰＦの値を従来よりも大きくすることができる。具体的には、従来の冷却器の内壁面に生成された製氷層をスクレーバで剥離する技術では、ＩＰＦ２５〜３０％であるが、実施形態に係るシャーベット氷の製氷システム１では、ＩＰＦ５０〜６０％とすることができる。そのため、従来よりも貯氷タンク３３を小型化することができる。若しくは、従来よりも多くのシャーベット氷を貯氷することができる。

また、実施形態に係るシャーベット氷の製氷システム１によれば、従来よりも低い塩分濃度のシャーベット氷を製氷することができる。具体的には、従来の冷却器の内壁面に生成された製氷層をスクレーバで剥離する技術では、対応塩分濃度１．０〜３．５％（３．５％は海水塩分濃度に対応）であった。これに対し、実施形態に係るシャーベット氷の製氷システム１では、塩分濃度１％未満のシャーベット氷の製氷も可能であり、任意の塩分濃度のシャーベット氷を製氷することができる。また、従来の冷却器の内壁面に生成された製氷層をスクレーバで剥離する技術では、スクレーバの刃が破損するなど、剥離する際の負荷が原因と考えられる、アイスジェネレータの故障が発生しやすいことが懸念されていた。また、メンテナンスの手間も負担となっていた。これに対し、実施形態に係るシャーベット氷の製氷システム１では、剥離する際の負荷も無いことから、システムの故障も少なく、また、メンテナンスも容易である。更に、実施形態に係るシャーベット氷の製氷システム１で製氷されたシャーベット氷を水産物などの鮮度保持に用いることで、水産物などの品質を従来よりも長く維持することができる。

また、実施形態に係る貯氷タンク３３によれば、パンチング板３３５によってシャーベット氷を撹拌部（軸３３２、羽３３３、モータ３３４）側の領域に収容することで、氷粒子も撹拌部（軸３３２、羽３３３、モータ３３４）側の領域に収容することができる。その結果、氷粒子が製氷システム１に流入することを抑制することができ、熱交換器２６での凍結や配管（例えば、往き配管２１）内での閉塞の発生を抑えることができる。そのため、安定的な製氷を行うことができる。また、実施形態に係る貯氷タンク３３によれば、氷粒子が製氷システム１に流入することを抑制することができるため、製氷中も撹拌することができ、かつ、上記のように安定的な製氷を行うことができる。その結果、製氷の効率を向上することができる。また、製氷中に撹拌を中止し、シャーベット氷を供給する際に撹拌を開始する場合、撹拌開始の際の負荷が大きいことが懸念された。一方、実施形態に係る貯氷タンク３３によれば、撹拌開始の際に負荷が大きくなることもない。また、従来技術では、撹拌開始の際の負荷が大きくなることを回避するため、貯氷の際のＩＰＦの値を３０％程度に抑える必要があった。一方、本実施形態に係るシャーベット氷の製氷システム１では、ＩＰＦを５０〜６０％にすることができる。そのため、従来よりも貯氷タンクを小型化することができる。若しくは、従来よりも多くのシャーベット氷を貯氷することができる。

＜変形例＞
図４は、変形例に係るシャーベット氷の製氷システムのブロック図を示す。熱交換器２６まわりでは、配管の凍結や閉塞が起こり得る。そこで、変形例に係るシャーベット氷の製氷システム１は、熱交換器２６の近傍にバイパス配管６１が更に設けられ、還り配管２２を流れる流量とバイパス配管６１を流れる流量を検知し、これらの流量から凍結及び閉塞の検知を行う。そして、凍結が検知された場合、ヒータで加熱し、閉塞が検知された場合には、通水する。なお、実施形態と同様の構成については、同一符号を付し、説明は割愛する。

図４に示すように、バイパス配管６１が、熱交換器２６の近傍において、往き配管２１
と還り配管２２とを跨ぐように設けられている。また、バイパス配管６１に流量計Ｍ３が設けられている。更に、ブラインの往き配管４２にヒータ４５が設けられている。

制御装置５は、還り配管２２の熱交換器２６近傍の流量計Ｍ１から過冷却水主流量Ｇ１を取得し、バイパス配管６１の流量計Ｍ３からバイパス流量Ｇ２を取得する。制御装置５は、過冷却水主流量Ｇ１＜定格９０％、かつ、Ｇ２＞定格１２０％の場合、凍結が発生したと検知する。この場合、制御装置５は、冷凍機４及び製氷装置のポンプ２３をＯＦＦにし、ヒータ４５をＯＮにし、ヒータ４５で加熱されたブラインを熱交換器２６に通水させて、凍結部を融解させる。また、制御装置５は、過冷却水主流量Ｇ１＜定格１００％、かつ、Ｇ２＜定格９０％の場合、閉塞が発生したと検知する。この場合、制御装置５は、冷凍機４をＯＦＦにし、過冷却水を通水させて、閉塞部を洗い流す。

変形例に係るシャーベット氷の製氷システム１によれば、熱交換器２６まわりでの配管の凍結や閉塞を検知することができる。また、仮に、凍結や閉塞が検知された場合でも、凍結や閉塞を解消することができる。

＜実施例＞
実施形態に係るシャーベット氷の製氷システム１で製氷されたシャーベット氷の確認試験について説明する。確認試験では、塩分濃度２．５％の塩水を過冷却度２Ｋで冷却後、解除して出来たシャーベット氷を、マイクロスコープで観察、撮影し、撮影画像から氷結晶粒の直径を実測した。また、比較例として、従来の掻き取り式の製氷方法を想定して製氷したシャーベット氷を撮影した。具体的には、冷却した金属板に真水をかけて生成された氷を刃物で削り取り、塩水に投入してシャーベット状にしたものを、マイクロスコープで観察、撮影した。なお、本比較例では、冷却した金属板に真水をかけて氷を生成したが、真水をかけて生成された氷と、塩水をかけて生成された氷は、原理的には真水成分だけが氷になることに変わりは無く、同一条件とみて差支えないと考えられる。

ここで、図５は、実施形態に係るシャーベット氷の製氷システム１で製氷されたシャーベット氷の撮影画像（倍率５００倍）を示す。図６は、実施形態に係るシャーベット氷の製氷システム１で製氷されたシャーベット氷の撮影画像（倍率１５０倍）を示す。一方、図７は、従来の掻き取り式の製氷方法を想定して製氷したシャーベット氷の撮影画像（倍率５００倍）を示す。図７の左側は、掻き取り直後、図７の右側は、掻き取り撹拌後１０分経過後を示す。また、図８は、図７の右図の拡大図を示す。

図５に示すように、実施形態に係るシャーベット氷の製氷システム１によれば、何れも表面が曲面状で、氷結晶粒の直径が０．０１〜０．１ｍｍのシャーベット氷が製氷されることが確認された。また、図６に示すように、実施形態に係るシャーベット氷の製氷システム１によれば、直径が０．０１〜０．１ｍｍの氷結晶粒が均一に分散していることが確認された。一方、比較例では、図７の左図に示すように、従来の掻き取り式の製氷方法を想定して製氷したシャーベット氷の氷結晶粒は、直径が０．１〜０．２ｍｍであり、結晶粒が不均一に分散していることが確認された。また、図７の右図、図８に示すように、従来の掻き取り式の製氷方法を想定して製氷したシャーベット氷の氷結晶粒は、隣接する氷結晶粒同士が結合しやすく、肥大化しやすいことが確認された。以上より、実施形態に係るシャーベット氷の製氷システム１で製氷されたシャーベット氷の氷結晶粒は、従来の掻き取り式の製氷方法を想定して製氷したシャーベット氷の氷結晶粒と比較して、直径が小さく、粒が揃っており、表面の曲面も均一で滑らかであることが確認された。直径が小さく、粒が揃っており、表面の曲面も均一で滑らかであることが、氷結晶粒同士が凝結し難く、肥大化しにくい要因と考えられる。

なお、上記した種々の内容は、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲に於いて可能な限
り組合せることができる。例えば、上記実施形態では、製氷工程終了後に供給工程を行う例について説明したが、製氷工程を行いながら供給工程を行うようにしてもよい。運転のバリエーションが増え、利便性が向上する。また、例えば、上記実施形態では、海水からシャーベット氷を製氷し、水産物などの鮮度保持に用いる場合を例に説明したが、真水からシャーベット氷を製氷し、野菜などの鮮度保持に用いるようにしてもよい。

１・・・ 製氷システム
２・・・製氷装置
２６・・・熱交換器
２７・・・解除器
３・・・供給装置
３３・・・貯氷タンク
３３５・・・パンチング板
４・・・冷凍機
５・・・制御装置
６・・・海水処理装置

Claims (6)

1. 塩水と真水とのうち少なくとも何れか一方を含む水を熱交換器で過冷却状態にしてから超音波で過冷却状態を解除することによりシャーベット氷を製氷する製氷装置と、
   前記製氷装置で製氷されたシャーベット氷を貯氷タンクで貯氷しながら供給する供給装置と、
   前記製氷装置及び前記供給装置を制御する制御装置と、を備え、
   前記製氷装置は、往き配管を通じて前記貯氷タンクから流れる前記水を過冷却状態にする熱交換器と、前記往き配管から分岐して前記熱交換器をバイパスするバイパス配管と、を有し、
   前記制御装置は、前記往き配管から前記熱交換器へ流れる前記水の流量と、前記バイパス配管を流れる前記水の流量とに基づいて、前記熱交換器における前記水の凍結または前記製氷装置における前記水の流路の閉塞を検知する、
   シャーベット氷の製氷システム。
2. 塩水と真水とのうち少なくとも何れか一方を含む水を熱交換器で過冷却状態にしてから超音波で過冷却状態を解除することによりシャーベット氷を製氷する製氷装置と、
   前記製氷装置で製氷されたシャーベット氷を貯氷タンクで貯氷しながら供給する供給装置と、
   前記製氷装置及び前記供給装置を制御する制御装置と、を備え、
   前記製氷装置は、往き配管を通じて前記貯氷タンクからポンプによって流れる前記水を過冷却状態にする熱交換器と、前記熱交換器へ供給する過冷却媒体を冷却する冷凍機と、前記熱交換器と前記冷凍機との間を液体の状態で循環する前記過冷却媒体を加熱するヒータと、を有し、
   前記制御装置は、
   前記熱交換器における前記水の凍結を検知すると、前記冷凍機及び前記ポンプを停止すると共に、前記ヒータによる前記過冷却媒体の加熱を行い、
   前記製氷装置における前記水の流路の閉塞を検知すると、前記冷凍機を停止すると共に、前記ポンプによる前記水の通水で前記閉塞を水洗する、
   シャーベット氷の製氷システム。
3. 前記製氷装置は、海水を前記熱交換器で過冷却状態にしてから過冷却状態を解除するこ
   とによりシャーベット氷を製氷する、
   請求項１又は２に記載のシャーベット氷の製氷システム。
4. 海水に真水を加え、前記貯氷タンクに供給する水の塩分濃度を調整する塩分濃度調整手段を更に備える、
   請求項１から３の何れか一項に記載のシャーベット氷の製氷システム。
5. 塩水と真水とのうち少なくとも何れか一方を含む水を熱交換器で過冷却状態にしてから超音波で過冷却状態を解除することによりシャーベット氷を製氷する製氷工程と、
   前記製氷工程で製氷されたシャーベット氷を貯氷タンクで貯氷しながら供給する供給工程と、
   前記製氷工程及び前記供給工程を制御する制御工程と、を有し、
   前記製氷工程は、往き配管を通じて前記貯氷タンクから流れる前記水を過冷却状態にする熱交換器と、前記往き配管から分岐して前記熱交換器をバイパスするバイパス配管と、を有する製氷装置において行われ、
   前記制御工程では、前記往き配管から前記熱交換器へ流れる前記水の流量と、前記バイパス配管を流れる前記水の流量とに基づいて、前記熱交換器における前記水の凍結または前記製氷装置における前記水の流路の閉塞を検知する、
   シャーベット氷の製氷方法。
6. 塩水と真水とのうち少なくとも何れか一方を含む水を熱交換器で過冷却状態にしてから超音波で過冷却状態を解除することによりシャーベット氷を製氷する製氷工程と、
   前記製氷工程で製氷されたシャーベット氷を貯氷タンクで貯氷しながら供給する供給工程と、
   前記製氷工程及び前記供給工程を制御する制御工程と、を有し、
   前記製氷工程は、往き配管を通じて前記貯氷タンクからポンプによって流れる前記水を過冷却状態にする熱交換器と、前記熱交換器へ供給する過冷却媒体を冷却する冷凍機と、前記熱交換器と前記冷凍機との間を液体の状態で循環する前記過冷却媒体を加熱するヒータと、を有する製氷装置において行われ、
   前記制御工程では、
   前記熱交換器における前記水の凍結を検知すると、前記冷凍機及び前記ポンプを停止すると共に、前記ヒータによる前記過冷却媒体の加熱を行い、
   前記製氷装置における前記水の流路の閉塞を検知すると、前記冷凍機を停止すると共に、前記ポンプによる前記水の通水で前記閉塞を水洗する、
   シャーベット氷の製氷方法。