JP6480103B2 - 貯氷タンク、製氷システム、及び製氷方法 - Google Patents
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来技術では、氷粒子が製氷システムに流入することを防ぐため、製氷中に撹拌することができなかった。これに対し、本発明に係る貯氷タンクによれば、氷粒子が製氷システム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、本発明によれば、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、貯氷の際の氷充填率(IPF:Ice Packing Factor)の値を30%程度に抑える必要があった。一方、本発明では、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。
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。
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。
また、本発明は、製氷方法の側面から捉えることもできる。例えば、本発明は、塩水と真水とのうち少なくとも何れか一方を含む水を過冷却状態にし、過冷却状態の水を解除し、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、供給する供給工程と、を備え、前記供給工程では、前記シャーベット氷を撹拌する撹拌部と、前記シャーベット氷を前記撹拌部側の領域に収容するとともに水が通過自在な仕切り部と、前記仕切り部を境にして、前記撹拌部とは反対側の領域に設けられ、前記水を送り出す水送出口と、を含む貯氷タンクに、シャーベット氷を貯氷する、シャーベット
氷の製氷方法であってもよい。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
予熱量=過冷却水流量×(TSC−in−Ttank−out)×Cpw×ρw×t・・・式2
IPF=積算生成熱量/(タンク水量×ρw×L)・・・式3
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。
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。
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。
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。
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。
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 (8)
- 塩水と真水とのうち少なくとも何れか一方を含む水を過冷却状態にしてから解除することにより製氷されたシャーベット氷を貯氷する貯氷タンクであって、
前記シャーベット氷を、前記貯氷タンクの蓋部から鉛直下向きの軸に設けられた上段羽と下段羽で撹拌する撹拌部と、
前記シャーベット氷を前記撹拌部側の領域に収容するとともに水が通過自在な仕切り部と、
前記仕切り部を境にして、前記撹拌部とは反対側の領域に設けられ、前記水を送り出す水送出口と、
を備え、
前記仕切り部は、前記軸の下端にある前記下段羽付近で前記下段羽に接しない高さであり且つ前記水送出口の近傍上側の高さにおいて板面が前記軸に垂直な状態で配置されることにより、前記板面に堆積するシャーベット氷が前記板面に沿って、前記貯氷タンクの側壁において前記板面と平行な方向で且つ前記水送出口と異なる方向へ開口する氷送出口の方へ移送される、孔の径が0.3〜2.0mm、開口率が20〜30%のパンチング板である
貯氷タンク。 - 塩水と真水とのうち少なくとも何れか一方を含む水を過冷却状態にしてから解除することにより製氷されたシャーベット氷を貯氷する貯氷タンクであって、
前記シャーベット氷を、前記貯氷タンクの蓋部から鉛直下向きの軸に設けられた上段羽と下段羽で撹拌する撹拌部と、
前記シャーベット氷を前記撹拌部側の領域に収容するとともに水が通過自在な仕切り部と、
前記仕切り部を境にして、前記撹拌部とは反対側の領域に設けられ、前記水を送り出す水送出口と、
を備え、
前記仕切り部では、前記軸の下端にある前記下段羽付近で前記下段羽に接しない高さであり且つ前記水送出口の近傍上側の高さにおいて板面が前記軸に垂直な状態で配置されることにより、前記板面に堆積するシャーベット氷が前記板面に沿って、前記貯氷タンクの側壁において前記板面と平行な方向で且つ前記水送出口と異なる方向へ開口する氷送出口
の方へ移送され、前記撹拌部の領域にある水が、水を過冷却状態にしてから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に設けられた予熱器及びフィルタで除去可能な氷粒子と共に、前記製氷装置に繋がる前記水送出口がある領域へ通過自在である、
貯氷タンク。 - 塩水と真水とのうち少なくとも何れか一方を含む水を過冷却状態にし、過冷却状態の水を解除し、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、供給する供給装置と、を備え、
前記供給装置は、前記シャーベット氷を貯氷する貯氷タンクを有し、
前記貯氷タンクは、
前記シャーベット氷を、前記貯氷タンクの蓋部から鉛直下向きの軸に設けられた上段羽と下段羽で撹拌する撹拌部と、
前記シャーベット氷を前記撹拌部側の領域に収容するとともに水が通過自在な仕切り部と、
前記仕切り部を境にして、前記撹拌部とは反対側の領域に設けられ、前記水を送り出す水送出口と、を含み、
前記仕切り部は、前記軸の下端にある前記下段羽付近で前記下段羽に接しない高さであり且つ前記水送出口の近傍上側の高さにおいて板面が前記軸に垂直な状態で配置されることにより、前記板面に堆積するシャーベット氷が前記板面に沿って、前記貯氷タンクの側壁において前記板面と平行な方向で且つ前記水送出口と異なる方向へ開口する氷送出口の方へ移送される、孔の径が0.3〜2.0mm、開口率が20〜30%のパンチング板である
シャーベット氷の製氷システム。 - 塩水と真水とのうち少なくとも何れか一方を含む水を過冷却状態にし、過冷却状態の水を解除し、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、供給する供給装置と、を備え、
前記供給装置は、前記シャーベット氷を貯氷する貯氷タンクを有し、
前記貯氷タンクは、
前記シャーベット氷を、前記貯氷タンクの蓋部から鉛直下向きの軸に設けられた上段羽と下段羽で撹拌する撹拌部と、
前記シャーベット氷を前記撹拌部側の領域に収容するとともに水が通過自在な仕切り部と、
前記仕切り部を境にして、前記撹拌部とは反対側の領域に設けられ、前記水を送り出す水送出口と、を含み、
前記仕切り部では、前記軸の下端にある前記下段羽付近で前記下段羽に接しない高さであり且つ前記水送出口の近傍上側の高さにおいて板面が前記軸に垂直な状態で配置されることにより、前記板面に堆積するシャーベット氷が前記板面に沿って、前記貯氷タンクの側壁において前記板面と平行な方向で且つ前記水送出口と異なる方向へ開口する氷送出口の方へ移送され、前記撹拌部の領域にある水が、水を過冷却状態にしてから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に設けられた予熱器及びフィルタで除去可能な氷粒子と共に、前記製氷装置に繋がる前記水送出口がある領域へ通過自在である、
シャーベット氷の製氷システム。 - 前記仕切り部を通過し前記水送出口から送出される水が前記製氷装置に供給される、
請求項3に記載のシャーベット氷の製氷システム。 - 塩水と真水とのうち少なくとも何れか一方を含む水を過冷却状態にし、過冷却状態の水を解除し、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、供給する供給工程と、を備え、
前記供給工程では、前記シャーベット氷を、貯氷タンクの蓋部から鉛直下向きの軸に設けられた上段羽と下段羽で撹拌する撹拌部と、前記シャーベット氷を前記撹拌部側の領域に収容するとともに水が通過自在な仕切り部と、前記仕切り部を境にして、前記撹拌部とは反対側の領域に設けられ、前記水を送り出す水送出口と、を含み、前記仕切り部は、前記軸の下端にある前記下段羽付近で前記下段羽に接しない高さであり且つ前記水送出口の近傍上側の高さにおいて板面が前記軸に垂直な状態で配置されることにより、前記板面に堆積するシャーベット氷が前記板面に沿って、前記貯氷タンクの側壁において前記板面と平行な方向で且つ前記水送出口と異なる方向へ開口する氷送出口の方へ移送される、孔の径が0.3〜2.0mm、開口率が20〜30%のパンチング板である貯氷タンクに、シャーベット氷を貯氷する、
シャーベット氷の製氷方法。 - 塩水と真水とのうち少なくとも何れか一方を含む水を過冷却状態にし、過冷却状態の水を解除し、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、供給する供給工程と、を備え、
前記供給工程では、前記シャーベット氷を、前記貯氷タンクの蓋部から鉛直下向きの軸に設けられた上段羽と下段羽で撹拌する撹拌部と、前記シャーベット氷を前記撹拌部側の領域に収容するとともに水が通過自在な仕切り部と、前記仕切り部を境にして、前記撹拌部とは反対側の領域に設けられ、前記水を送り出す水送出口と、を含み、前記仕切り部では、前記軸の下端にある前記下段羽付近で前記下段羽に接しない高さであり且つ前記水送出口の近傍上側の高さにおいて板面が前記軸に垂直な状態で配置されることにより、前記板面に堆積するシャーベット氷が前記板面に沿って、前記貯氷タンクの側壁において前記板面と平行な方向で且つ前記水送出口と異なる方向へ開口する氷送出口の方へ移送され、前記撹拌部の領域にある水が、水を過冷却状態にしてから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に設けられた予熱器及びフィルタで除去可能な氷粒子と共に、前記製氷装置に繋がる前記水送出口がある領域へ通過自在な貯氷タンクに、シャーベット氷を貯氷する、
シャーベット氷の製氷方法。 - 前記仕切り部を通過し前記水送出口から送出される水が前記製氷工程に供給される、
請求項6に記載のシャーベット氷の製氷方法。
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