(57)【要約】【課題】  コンパクトな構成で、かつ、十分な精度でＩＰＦを計測すること。【解決手段】  スラリーアイスの氷充填率を計測する装置１０は、スラリーアイスに計測光を照射する光源２１と、光源によって照射され、スラリーアイスを透過した計測光を受光する受光センサ２２と、スラリーアイスを透過した計測光の強度と氷充填率との相関関係を示す予め決定された相関関係情報と、受光センサによって受光された計測光の強度とに基づいて、氷充填率を演算する演算部２４とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スラリーアイスの氷充填率を計測する装置であって、
前記スラリーアイスに計測光を照射する光源と、
前記光源によって照射され、前記スラリーアイスを透過した前記計測光を受光する受光センサと、
前記スラリーアイスを透過した前記計測光の強度と前記氷充填率との相関関係を示す予め決定された相関関係情報と、前記受光センサによって受光された計測光の強度とに基づいて、前記氷充填率を演算する演算部と、
を備えた氷充填率計測装置。
【請求項２】
前記光源は、赤色ＬＥＤ、赤外光ＬＥＤ、または赤色レーザであり、
前記受光センサを、前記光源に対応するように、赤色ＬＥＤセンサ、赤外光ＬＥＤセンサ、またはフォトダイオードセンサとした、請求項１に記載の氷充填率計測装置。
【請求項３】
前記相関関係情報は、前記相関関係を示す相関式、または、前記相関関係を示すデータからなるデータテーブルである、請求項１または２に記載の氷充填率計測装置。
【請求項４】
スラリーアイスを製造する製造機であって、
前記スラリーアイスを製造するための製造槽と、
請求項１から請求項３のうち何れか１項に記載の氷充填率計測装置と、
を備えたスラリーアイス製造機。
【請求項５】
前記光源と前記受光センサを、前記製造槽の外側に配置し、
前記製造槽に、前記光源によって照射された前記計測光を、前記製造槽の内側へ導くための第１の透明窓と、前記製造槽内のスラリーアイスを透過した前記計測光を、前記製造槽の外側へ導くための第２の透明窓とを設けた、請求項４に記載のスラリーアイス製造機。
【請求項６】
前記光源を、前記製造槽の外側に配置し、前記受光センサを、前記製造槽の内側に配置し、
前記製造槽に、前記光源によって照射された前記計測光を、前記製造槽の内側へ導くための透明窓を設けた、請求項４に記載のスラリーアイス製造機。
【請求項７】
前記光源を、前記製造槽の内側に配置し、前記受光センサを、前記製造槽の外側に配置し、
前記製造槽に、前記光源によって照射され、前記製造槽内のスラリーアイスを透過した前記計測光を、前記製造槽の外側へ導くための透明窓を設けた、請求項４に記載のスラリーアイス製造機。
【請求項８】
前記光源と、前記受光センサとを、前記製造槽の内側に配置した、請求項４に記載のスラリーアイス製造機。
【請求項９】
前記光源と、前記受光センサとを、一体的に収納する収納ユニットと、
前記光源によって照射され、前記製造槽内のスラリーアイスを透過した前記計測光を、前記受光センサ側に反射させる反射部と、
をさらに備えた請求項４に記載のスラリーアイス製造機。
【請求項１０】
前記収納ユニットを、前記製造槽の内側に配置した、請求項９に記載のスラリーアイス製造機。
【請求項１１】
前記収納ユニットを、前記製造槽の外側に配置し、
前記製造槽に、前記光源によって照射された前記計測光を、前記製造槽の内側へ導き、前記製造槽内のスラリーアイスを透過した前記計測光を、前記製造槽の外側へ導くための透明窓を設けた、請求項９に記載のスラリーアイス製造機。
【請求項１２】
前記光源および前記受光センサのうち、少なくとも一方が、着脱可能に配置される、請求項４乃至１１のうち何れか１項に記載のスラリーアイス製造機。
【請求項１３】
前記製造槽に供給される塩水を貯液した塩水槽をさらに備え、
前記氷充填率計測装置はさらに、前記演算部によって演算された氷充填率に基づいて、前記製造槽に供給される塩水の供給流量を決定し、決定された供給流量に基づいて、前記塩水槽から前記製造槽への塩水の供給を制御する制御部を備えた、請求項４乃至１２のうち何れか１項に記載のスラリーアイス製造機。
【請求項１４】
スラリーアイスの氷充填率を計測する方法であって、
光源から、槽内のスラリーアイスへ計測光を照射し、
前記光源から照射され、前記槽内のスラリーアイスを透過した前記計測光を、受光センサによって受光し、
前記スラリーアイスを透過した前記計測光の強度と前記氷充填率との相関関係を示す予め決定された相関関係情報と、前記受光センサによって受光された計測光の強度とに基づいて、前記氷充填率を演算する、氷充填率計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スラリーアイスを製造するスラリーアイス製造機と、スラリーアイスの氷充填率（ＩＰＦ：Ice Packing Factor）を計測する氷充填率計測装置および氷充填率計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
スラリーアイスは、球状の氷と海水や真水や調味液等が混合された液状氷であり、主に、従来の氷では不可能であった生鮮食料品の鮮度保持のために使用されている。
【０００３】
このようなスラリーアイスは、直径約１００μｍの氷粒子が、希釈海水またはＮａＣｌ水溶液などの冷水（例えば、０℃〜−６℃）に混在している。その温度は、塩分濃度および、スラリーアイスの氷粒子の直径と、塩水の量の割合で決定され、例えば海水程度の塩分濃度だと、−１．５℃〜−３．５℃の間となる。
【０００４】
スラリーアイスは細かくて表面積が大きいという特徴を持つ。そのため、例えば、スラリーアイスを魚の鮮度保持のために使用した場合、魚体の熱をすばやく奪い、同時に浸透圧の差で出血を促し、魚体を絞めた瞬間から雑菌の繁殖による劣化をなくすことが可能である。つまりスラリーアイスを使用することにより、商品価値を高めることができる。また、細かい氷が、微小な隙間にも入り込むため、カニ、ウニ、貝類など冷却が困難な形状を持つ被冷却体にも適用可能である。
【０００５】
また、スラリーアイスは、ブロイラーのボイル後の急速冷却やブロッコリー等の収穫直後の急速冷却にも利用されており、従来の冷蔵庫における乾燥や氷取扱の重労働などの問題の解消にも寄与している。
【０００６】
さらには、スラリーアイスは、緩衝材と冷却材を兼ねた以上の性能を発揮することもできるので、これまで発送自体困難であった殻つきウニや傷つきやすい甘鯛、真ダラ等の輸送も可能となった。
【０００７】
スラリーアイスは、その用途に応じて、適切な氷充填率（以下、「ＩＰＦ」とも称する）を達成するように生成される。
【０００８】
従って、スラリーアイスのＩＰＦを計測するための計測技術が開発されている。
【０００９】
ＩＰＦの計測方法には、非特許文献１,４で開示されているように、静電容量や電気伝導率などの電気特性変化に基づく方法（以下、「第１の方法」と称する）や、非特許文献２で開示されているように、超音波を用い、その減衰率に基づく方法（以下、「第２の方法」と称する）や、非特許文献３で開示されているように、スラリーアイス製造機内の槽の水位から測定される氷量変化に基づく容積法と呼ばれる方法（以下、「第３の方法」と称する）など、様々な方法がある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】勝屋訓他著、「氷水輸送における管内ＩＰＦ計測装置に関する研究」、空気調和・衛生工学会学術講演会講演集、Ｖｏｌ．１９９７、Ｎｏ．Ｐｔ３、１１２５〜１１２８頁、（１９９７）
【非特許文献２】今井智将他著、「氷水搬送システムに関する基礎的研究（第３報）超音波を用いた管内ＩＰＦ計測手法の検討」、空気調和・衛生工学会学術講演会講演論文集、Ｖｏｌ．１９９７、Ｎｏ．Ｐｔ３、１１１７〜１１２０頁、（１９９７）
【非特許文献３】Jonathan D. WEST et al. “Performance of a Volumetric Method for Measuring State of Charge for Ice Storage System”, ASHRAE Trans (Am Soc Heat Refrig Air Cond Eng), Vol.105, No.Pt2, page 318-324, (1999)
【非特許文献４】堀部明彦他、「氷水スラリーの種々の氷充填率測定法」、日本機械学会中国四国支部総会・講演会講演論文集、Ｖｏｌ．３７、２２７〜２２８頁、（１９９９）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上述した第１および第３の方法は、計測精度が低いという問題があり、第２の方法は装置が大掛かりになるという問題がある。
【００１２】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、コンパクトな構成で、かつ、十分な精度でＩＰＦを計測することが可能な氷充填率計測装置および氷充填率計測方法、ならびに、このような氷充填率計測装置を備えたスラリーアイス製造機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の目的を達成するために、本発明では、以下のような手段を講じる。
【００１４】
すなわち、第１の発明は、スラリーアイスの氷充填率を計測する装置であって、スラリーアイスに計測光を照射する光源と、光源によって照射され、スラリーアイスを透過した計測光を受光する受光センサと、スラリーアイスを透過した計測光の強度と氷充填率との相関関係を示す予め決定された相関関係情報と、受光センサによる計測光の受光強度とに基づいて、氷充填率を演算する演算部とを備える。
【００１５】
第２の発明は、第１の発明の氷充填率計測装置において、光源は、赤色ＬＥＤ、赤外光ＬＥＤ、または赤色レーザであり、受光センサを、光源に対応するように、赤色ＬＥＤセンサ、赤外光ＬＥＤセンサ、またはフォトダイオードセンサとする。
【００１６】
第３の発明は、第１または第２の発明の氷充填率計測装置において、相関関係情報は、相関関係を示す相関式、または、相関関係を示すデータからなるデータテーブルである。
【００１７】
第４の発明は、スラリーアイスを製造する製造機であって、スラリーアイスを製造するための製造槽と、第１乃至第３のうち何れかの発明の氷充填率計測装置とを備える。
【００１８】
第５の発明は、第４の発明のスラリーアイス製造機において、光源と受光センサを、製造槽の外側に配置し、製造槽に、光源によって照射された計測光を、製造槽の内側へ導くための第１の透明窓と、製造槽内のスラリーアイスを透過した計測光を、製造槽の外側へ導くための第２の透明窓とを設けている。
【００１９】
第６の発明は、第４の発明のスラリーアイス製造機において、光源を、製造槽の外側に配置し、受光センサを、製造槽の内側に配置し、製造槽に、光源によって照射された計測光を、製造槽の内側へ導くための透明窓を設けている。
【００２０】
第７の発明は、第４の発明のスラリーアイス製造機において、光源を、製造槽の内側に配置し、受光センサを、製造槽の外側に配置し、製造槽に、光源によって照射され、製造槽内のスラリーアイスを透過した計測光を、製造槽の外側へ導くための透明窓を設けている。
【００２１】
第８の発明は、第４の発明のスラリーアイス製造機において、光源と、受光センサとを、製造槽の内側に配置している。
【００２２】
第９の発明は、第４の発明のスラリーアイス製造機において、光源と、受光センサとを、一体的に収納する収納ユニットと、光源によって照射され、製造槽内のスラリーアイスを透過した計測光を、受光センサ側に反射させる反射部とをさらに備えている。
【００２３】
第１０の発明は、第９の発明のスラリーアイス製造機において、収納ユニットを、製造槽の内側に配置している。
【００２４】
第１１の発明は、第９の発明のスラリーアイス製造機において、収納ユニットを、製造槽の外側に配置し、製造槽に、光源によって照射された計測光を、製造槽の内側へ導き、製造槽内のスラリーアイスを透過した計測光を、製造槽の外側へ導くための透明窓を設けている。
【００２５】
第１２の発明は、第４乃至第１１のうち何れかの発明のスラリーアイス製造機において、光源および受光センサのうち、少なくとも一方が、着脱可能に配置される。
【００２６】
第１３の発明は、第４乃至第１２のうち何れかの発明のスラリーアイス製造機において、製造槽に供給される塩水を貯液した塩水槽をさらに備え、氷充填率計測装置はさらに、演算部によって演算された氷充填率に基づいて、製造槽に供給される塩水の供給流量を決定し、決定された供給流量に基づいて、塩水槽から製造槽への塩水の供給を制御する制御部を備えている。
【００２７】
第１４の発明は、スラリーアイスの氷充填率を計測する方法であって、光源から、槽内のスラリーアイスへ計測光を照射し、光源から照射され、槽内のスラリーアイスを透過した計測光を、受光センサによって受光し、スラリーアイスを透過した計測光の強度と氷充填率との相関関係を示す予め決定された相関関係情報と、受光センサによって受光された計測光の強度とに基づいて、氷充填率を演算する。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、コンパクトな構成で、かつ、十分な精度でＩＰＦを計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本実施形態の氷充填率計測装置が適用されたスラリーアイス製造機の構成例を示す概念図である。
【図２Ａ】ＩＰＦが２０％の場合におけるスラリーアイス粒子の充填構造を例示する模式図である。
【図２Ｂ】ＩＰＦが３０％の場合におけるスラリーアイス粒子の充填構造を例示する模式図である。
【図２Ｃ】ＩＰＦが４０％の場合におけるスラリーアイス粒子の充填構造を例示する模式図である。
【図２Ｄ】ＩＰＦが５２％の場合におけるスラリーアイス粒子の充填構造を例示する模式図である。
【図３】図１における製造槽と光源および受光センサとの位置関係を示す端面図である。
【図４】光源として赤色（６６０ｎｍ）ＬＥＤ光源が使用され、受光センサとして赤色ＬＥＤセンサが使用された場合におけるセンサ強度とＩＰＦとの相関関係の一例を示す曲線である。
【図５】光源として赤外線（８５０ｎｍ）ＬＥＤ光源が使用され、受光センサとして赤外線ＬＥＤセンサが使用された場合におけるセンサ強度とＩＰＦとの相関関係の一例を示す曲線である。
【図６】本実施形態の氷充填率計測装置の動作例を示すフローチャートである。
【図７Ａ】変形例１における製造槽と光源および受光センサとの位置関係の一例を示す概念図である。
【図７Ｂ】図７Ａにおける光源および受光センサの高さにおける端面図である。
【図８Ａ】変形例１における製造槽と光源および受光センサとの位置関係の別の例を示す概念図である。
【図８Ｂ】図８Ａにおける光源および受光センサの高さにおける端面図である。
【図９Ａ】変形例２における製造槽と光源および受光センサとの位置関係の一例を示す概念図である。
【図９Ｂ】図９Ａにおける光源および受光センサの高さにおける端面図である。
【図１０Ａ】変形例２における製造槽と光源および受光センサとの位置関係の別の例を示す概念図である。
【図１０Ｂ】図１０Ａにおける光源および受光センサの高さにおける端面図である。
【図１１Ａ】変形例３における製造槽と光源および受光センサとの位置関係の一例を示す概念図である。
【図１１Ｂ】図１１Ａにおける光源および受光センサの高さにおける端面図である。
【図１２Ａ】変形例４における製造槽と光源および受光センサとの位置関係の一例を示す概念図である。
【図１２Ｂ】図１２Ａにおける光源および受光センサの高さにおける端面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下に、本発明の実施形態の氷充填率計測装置が適用されたスラリーアイス製造機を、図面を参照して説明する。
【００３１】
（実施形態）
図１は、本実施形態の氷充填率計測装置が適用されたスラリーアイス製造機の構成例を示す概念図である。
【００３２】
スラリーアイス製造機１０は、製造槽１１において、ＩＰＦ２５％前後のスラリーアイスを±１％程度の精度で、ワンパスで生成することを目標としている。
【００３３】
ＮａＣｌ槽１２は、製造槽１１に供給するためのＮａＣｌ水溶液を貯液する槽である。
【００３４】
ＮａＣｌ槽１２と製造槽１１との間には、ＮａＣｌ槽１２から製造槽１１へＮａＣｌ水溶液を供給するためのポンプ１３と、ポンプ１３によって供給されるＮａＣｌ水溶液の流量を測定するための流量計１４が設けられている。ポンプ１３の流量は、後述するように流量計１４による測定結果に基づいて制御部２５によって制御される。
【００３５】
製造槽１１に供給されたＮａＣｌ水溶液は、凝縮装置１５によって冷却パイプ１６内を流れる冷却材によって冷却されることによって氷となり、製造槽１１の内壁に付着する。
【００３６】
攪拌羽１７は、モータ１８からの駆動力によって、モータ軸１９を中心として、製造槽１１内で回転する。これにより攪拌羽１７は、製造槽１１の内壁に付着した氷を掻き落とす。掻き落とされた氷が、ＮａＣｌ溶液と混合共存することによって、製造槽１１内でスラリーアイスが生成される。
【００３７】
製造槽１１の外側には、攪拌羽１７の上端部よりも高い位置に、光源２１および受光センサ２２が同じ高さに配置されている。光源２１および受光センサ２２は、電流計２３、演算部２４、および制御部２５とともに本実施形態の氷充填率計測装置２０を構成する。氷充填率計測装置２０は、後述するように、製造槽１１において製造されたスラリーアイスのＩＰＦを計測する。
【００３８】
製造槽１１のさらに上部、すなわち、光源２１および受光センサ２２が配置されている高さよりも高い位置に、排出口３１が設けられている。スラリーアイスの製造中、製造槽１１の上端開口部は、モータ軸１９を通すための穴が開けられた蓋４０によって塞がれる。
【００３９】
氷充填率計測装置２０によって、スラリーアイスのＩＰＦが２５％（±１％）になったとの計測結果が得られると、スラリーアイスは、排出口３１から製造槽１１の外へ排出される。
【００４０】
図２Ａ〜図２Ｄは、スラリーアイス粒子（以降、「氷粒子」とも称する）の充填構造をＩＰＦ毎に例示する模式図である。
【００４１】
図２ＡはＩＰＦが２０％、図２Ｂは同３０％、図２Ｃは同４０％、図２Ｄは同５２％である場合における氷粒子の充填構造を示している。
【００４２】
氷粒子の直径は１００μｍであって、氷粒子が格子配列していると仮定する。この場合、最低粒子間距離ａは、図２Ａ〜図２Ｃに図示されるように、ＩＰＦが２０％である場合には１３８μｍ、同３０％である場合には１２０μｍ、同４０％である場合には１０９μｍとなる。さらにＩＰＦが増加し、５２％となると、図２Ｄに図示されるように、最低粒子間距離ａは、氷粒子の直径と等しい１００μｍとなり、氷粒子は、単純立方格子の充填構造を形成する。
【００４３】
氷充填率計測装置２０は、このような構造をしたスラリーアイスのＩＰＦを計測するための装置である。
【００４４】
図３は、製造槽１１と光源２１および受光センサ２２との位置関係を示す端面図であり、図１における製造槽１１の光源２１および受光センサ２２の高さにおける端面を示している。図３では簡略のために、製造槽１１の他には光源２１および受光センサ２２しか図示していない。
【００４５】
光源２１は、例えば、赤色ＬＥＤ光を照射する赤色ＬＥＤ光源、赤外ＬＥＤ光を照射する赤外光ＬＥＤ光源、または、Ｈｅ−Ｎｅレーザ（６３３ｎｍ）のような赤色レーザ光源である。
【００４６】
受光センサ２２は、光源に対応するように、赤色ＬＥＤセンサ、赤外光ＬＥＤセンサ、またはフォトダイオードセンサを使用する。すなわち、光源２１として赤色ＬＥＤ光源が使用される場合には、受光センサ２２として赤色ＬＥＤセンサを使用し、光源２１として赤外線ＬＥＤ光源が使用される場合には、受光センサ２２として赤外線ＬＥＤセンサを使用し、光源２１として赤色レーザ光源が使用される場合には、受光センサ２２としてフォトダイオードセンサを使用する。
【００４７】
光源２１によって照射された赤色ＬＥＤ光、赤外ＬＥＤ光、またはレーザ光（これらを総称して、以下「計測光」と称する）を、製造槽１１の内側へ導くことが可能なように、製造槽１１にはガラスまたはプラスチック等で構成された透明窓３２が設けられている。
【００４８】
また、光源２１によって照射され、製造槽１１の内側へ導かれ、製造槽１１内のスラリーアイスを透過した計測光を、製造槽１１の外側へ導くことが可能なように、製造槽１１にはガラスまたはプラスチック等で構成された透明窓３３が設けられている。
【００４９】
本実施形態では、光源２１および受光センサ２２は、製造槽１１の外側の透明窓３２および透明窓３２それぞれの近傍に配置される。そして、光源２１から照射された計測光が、透明窓３２を介して製造槽１１の内側へ入射し、製造槽１１内のスラリーアイスを透過した後、透明窓３３を介して製造槽１１の外側の受光センサ２２によって受光されるように、光源２１、透明窓３２、透明窓３３、および受光センサ２２は、同一光路Ｌ上に配置される。
【００５０】
なお、製造槽１１の中心には、モータ軸１９がある。そのため、光路Ｌは、モータ軸１９を回避するように決定される。
【００５１】
また、光源２１と受光センサ２２は、同一光路Ｌ上に配置されているのであれば、必ずしも製造槽１１の外側に配置される必要はなく、光源２１と受光センサ２２との何れか一方、または両方を、製造槽１１の内側に配置しても良い。
【００５２】
例えば、光源２１を、製造槽１１の外側に配置する一方、受光センサ２２を、製造槽１１の内側に配置しても良い。この場合、製造槽１１に透明窓３３を設けることは不要となる。逆に、受光センサ２２を、製造槽１１の外側に配置する一方、光源２１を、製造槽１１の内側に配置しても良い。この場合、製造槽１１に透明窓３２を設けることは不要となる。また、光源２１と受光センサ２２との両方を製造槽１１の内側に配置しても良い。この場合、製造槽１１に透明窓を設けることは不要となる。具体的な構成については、後述する変形例１〜４で説明する。
【００５３】
このように光源２１および受光センサ２２は、製造槽１１の内側に配置される場合も、製造槽１１の外側に配置される場合もあり得るが、何れの場合も着脱可能であり、スラリーアイスのＩＰＦを計測する場合にのみ配置し、そうでない場合には、配置しないようにしても良い。
【００５４】
受光センサ２２は、受光した計測光の強度に応じた電気的特性値を出力する。本実施形態では、電気的特性値として電流を想定するが、電圧であっても良い。
【００５５】
電流計２３は、受光センサ２２から出力された電流を計測し、計測した電流値を演算部２４へ出力する。この電流値は、計測光の強度に対応する。
【００５６】
演算部２４は、計測光の強度（ｘ）と、ＩＰＦ（ｙ）との相関関係を示す予め決定された相関関係情報を記憶している。相関関係情報は、以下の（１）式のような相関式であっても、また、相関関係を示すデータからなるデータテーブルであっても良い。
【００５７】
ｙ∝〔Ａ＋Ｂｅｘｐ（−Ｃｘ）〕３        （１）式
上記（１）式において、定数Ａ、Ｂ、Ｃは、少なくとも、光源２１と受光センサ２２との間の距離と、光源２１および受光センサ２２の能力とに基づいて個別に決定される。従って、光源２１と受光センサ２２との間の距離、および、光源２１および受光センサ２２の能力といった測定条件が異なる毎に、定数Ａ、Ｂ、Ｃの値を予め決定しておく必要がある。
【００５８】
なお、光源２１の能力とは、例えば、照射する計測光の強度や波長等を含み、受光センサ２２の能力とは、例えば計測光の受信特性等を含む。
【００５９】
具体的な定数Ａ、Ｂ、Ｃの値を予め決定しておくために、例えば、ＩＰＦ（ｙ）の値が既知であるスラリーアイスに対して、実際の測定条件（光源２１と受光センサ２２との間の距離、光源２１および受光センサ２２の能力）において、光源２１から、計測光を照射し、受光センサ２２によって受光された強度（ｘ）を得る。さらに、別のＩＰＦ（ｙ）の値を有するスラリーアイスに対しても、同様にして強度（ｘ）を得る。このようにして得られる複数の（ｘ、ｙ）の組から、近似曲線を求めることによって、この測定条件における定数Ａ、Ｂ、Ｃの値を決定する。このような定数Ａ、Ｂ、Ｃの値を決定する工程は、氷充填率計測装置２０の出荷時の初期設定段階、あるいは、計測前に実行しておく。
【００６０】
例えば、光源２１として６６０ｎｍの赤色ＬＥＤ光源が使用され、受光センサ２２として赤色ＬＥＤセンサが使用され、光源２１と受光センサ２２との間の距離と、光源２１および受光センサ２２の能力とがある値に規定された測定条件では、定数Ａ＝０．４２５、Ｂ＝０．３５８、Ｃ＝０．０２６となり、この場合、センサ強度とＩＰＦとの相関関係は、図４に示されるような式および曲線に従う。
【００６１】
また、光源２１として８５０ｎｍの赤外線ＬＥＤ光源が使用され、受光センサ２２として赤外線ＬＥＤセンサが使用され、光源２１と受光センサ２２との間の距離と、光源２１および受光センサ２２の能力とがある値に規定された測定条件では、定数Ａ＝０．４２５、Ｂ＝０．７５３、Ｃ＝０．０２８となり、この場合、センサ強度とＩＰＦとの相関関係は、図５に示されるような式および曲線に従う。
【００６２】
なお、図４、図５ともに、ｘ軸の単位は、計測光の強度に対応する任意の単位としている。
【００６３】
図１に示す演算部２４は、電流計２３から出力された電流値を強度（ｘ）として、測定条件毎に定数Ａ、Ｂ、Ｃの値が決定されている上記（１）式に代入することにより、ＩＰＦ（ｙ）を演算し、演算結果であるＩＰＦを、制御部２５へ出力する。演算部２４は、上記（１）式のような式の代替として、上述したデータテーブルを用いて、強度（ｘ）に対応するＩＰＦを求めても良い。
【００６４】
制御部２５は、演算部２４によって演算されたＩＰＦに基づいて、ＮａＣｌ槽１２から製造槽１１へ供給されるＮａＣｌ水溶液の供給流量を決定する。制御部２５は、演算されたＩＰＦが、目標値（例えば、２５％）よりも高いのであれば、現在の供給流量よりも高い供給流量とし、逆に目標値よりも低いのであれば、現在の供給流量よりも低い供給流量とする。そして、供給流量に従ってＮａＣｌ槽１２から製造槽１１へＮａＣｌ水溶液が供給されるようにポンプ１３の吐出量を制御する。
【００６５】
ポンプ１３は、制御部２５によって制御された吐出量で、ＮａＣｌ槽１２から製造槽１１へＮａＣｌ水溶液を供給する。
【００６６】
流量計１４は、ＮａＣｌ槽１２から製造槽１１へ供給されるＮａＣｌ水溶液の流量を測定し、測定結果を、制御部２５へ出力する。
【００６７】
これによって、制御部２５は、常に、現在の供給流量を把握することができる。
【００６８】
このようなＮａＣｌ水溶液の流量制御の結果、製造槽１１内のスラリーアイスのＩＰＦが目標値になるように調整され、目標値になったことが確認されると、スラリーアイスが、排出口３１から製造槽１１の外へ排出される。
【００６９】
次に、以上のように構成した本実施形態の氷充填率計測装置２０の動作について説明する。
【００７０】
図６は、本実施形態の氷充填率計測装置の動作例を示すフローチャートである。
【００７１】
製造槽１１の内部では、スラリーアイスが製造されている。
【００７２】
スラリーアイスのＩＰＦを計測するために、光源２１から、透明窓３２を介して、製造槽１１の内側へＬＥＤ光やレーザ光である計測光が照射される（Ｓ１）。
【００７３】
製造槽１１の内側へ導かれた計測光は、製造槽１１内のスラリーアイスを透過し、透明窓３３を介して受光センサ２２によって受光される（Ｓ２）。
【００７４】
受光センサ２２では、受光した計測光の強度に応じた電流が出力され、電流値が、電流計２３によって計測される（Ｓ３）。
【００７５】
計測された電流値は、電流計２３から演算部２４へ出力される。演算部２４では、出力された電流値が、強度（ｘ）として用いられ、予め決定された相関式またはデータテーブルに従ってＩＰＦが演算され、制御部２５へ出力される（Ｓ４）。
【００７６】
相関式（１）における定数Ａ、Ｂ、Ｃの値は、光源２１と受光センサ２２との間の距離、および、光源２１および受光センサ２２の能力といった測定条件に応じて個別に予め決定されている。従って、相関式（１）を用いることによって、高い精度でＩＰＦが演算される。
【００７７】
演算されたＩＰＦが目標値であれば（Ｓ５：Ｙｅｓ）、スラリーアイスが、排出口３１から製造槽１１の外へ排出される（Ｓ６）。
【００７８】
一方、演算されたＩＰＦが目標値でなければ（Ｓ５：Ｎｏ）、演算部２４から出力されたＩＰＦに基づいて、制御部２５において、ＮａＣｌ槽１２から製造槽１１へ供給されるＮａＣｌ水溶液の供給流量が決定される（Ｓ７）。
【００７９】
制御部２５ではさらに、決定された供給流量に従ってＮａＣｌ水溶液がＮａＣｌ槽１２から製造槽１１へ供給されるように、ポンプ１３の吐出量が決定される（Ｓ８）。
【００８０】
この吐出量でポンプ１３が動作することによって、ＮａＣｌ槽１２から製造槽１１へのＮａＣｌ水溶液の供給量が制御される（Ｓ９）。
【００８１】
なお、ＮａＣｌ槽１２から製造槽１１へ供給されるＮａＣｌ水溶液の流量は、流量計１４によって測定され、測定結果が、制御部２５へ出力され、これによって、制御部２５によって、常に現在の供給流量が把握される。
【００８２】
このようなＮａＣｌ水溶液の流量制御によって、製造槽１１内のスラリーアイスのＩＰＦが目標値になるように調整され、ステップＳ１の処理へ戻る。そして、ＩＰＦが目標値になったことが確認される（Ｓ５：Ｙｅｓ）と、スラリーアイスが、排出口３１から製造槽１１の外へ排出される（Ｓ６）。
【００８３】
上述したように、本実施形態の氷充填率計測装置２０によれば、例えば、従来技術で使用されている超音波測定法等に比べ、小型でかつ着脱可能な光源２１および受光センサ２２を用いることによって測定が可能であり、しかも、演算制御系も組み込み可能であることから、コンパクトな構成で、かつ、十分な精度でＩＰＦを計測することが可能となる。
【００８４】
（変形例１）
氷充填率計測装置２０の変形例１について説明する。
【００８５】
変形例１では、上述した実施形態と異なる点について説明する。
【００８６】
図７Ａおよび図８Ａは、変形例１における製造槽１１と光源２１および受光センサ２２との位置関係の例を示す概念図である。簡略のために、製造槽１１、光源２１、および受光センサ２２以外では、攪拌羽１７、モータ軸１９、排出口３１、および蓋４０のみを図示しており、その他の構成要素の図示は省略している。
【００８７】
変形例１では、攪拌羽１７の上端部よりも高く、排出口３１の下端部よりも低い、同じ高さにおいて、製造槽１１の壁面内部に光源２１および受光センサ２２を埋め込んでいる。この場合、光源２１および受光センサ２２は、製造槽１１からスラリーアイスが漏出しないように、製造槽１１に溶接等により接合される。製造槽１１には、透明窓は設けられない。また、光源２１から照射された計測光が受光センサ２２によって受光されるように、光源２１と受光センサ２２とを、同一光路Ｌ上に配置する。
【００８８】
図７Ａに示す例では、光源２１および受光センサ２２の先端が、製造槽１１の内側に突出しないように、光源２１および受光センサ２２が、製造槽１１の壁面の内部に埋め込まれている。
【００８９】
その結果、図７Ａにおける光源２１および受光センサ２２の高さにおける端面図は、図７Ｂに示す通りとなる。
【００９０】
一方、図８Ａに示す例では、光源２１および受光センサ２２の先端が、製造槽１１の内側に突出するように、光源２１および受光センサ２２が、製造槽１１の壁面の内部に埋め込まれている。
【００９１】
その結果、図８Ａにおける光源２１および受光センサ２２の高さにおける端面図は、図８Ｂに示す通りとなる。なお、光源２１および受光センサ２２がスラリーアイスと直接接触しないように、光源２１および受光センサ２２を、透明な密閉カバーの内部に収納しても良い。これによって、光源２１がスラリーアイスと直接接触することによる故障や、受光センサ２２の先端が、スラリーアイスと接触することによって、受光センサ２２に結露が発生し、受光感度が低下することを回避することができる。
【００９２】
このような変形例１の氷充填率計測装置によっても、定数Ａ、Ｂ、Ｃの値をあらかじめ決定しておくことによって、上記実施形態と同様に、コンパクトな構成で、かつ、十分な精度でＩＰＦを計測することが可能となる。
【００９３】
（変形例２）
氷充填率計測装置２０の変形例２について説明する。
【００９４】
変形例２でもまた、上述した実施形態と異なる点について説明する。
【００９５】
図９Ａおよび図１０Ａは、変形例２における製造槽１１と光源２１および受光センサ２２との位置関係の例を示す概念図である。ここでも、簡略のために、説明に関係のない構成要素の図示を省略している。
【００９６】
変形例２では、製造槽１１の内側に光源２１および受光センサ２２を配置する。具体的には、製造槽１１の内部の攪拌羽１７の上端部よりも高く、排出口３１の下端部よりも低い場所に、固定具３４および固定具３５を用いて、光源２１および受光センサ２２を固定する。また、光源２１から照射された計測光が、製造槽１１内のスラリーアイスを透過した後、受光センサ２２によって受光されるように、光源２１と受光センサ２２とを同一光路Ｌ上に配置する。製造槽１１に、透明窓は設けられない。また、光源２１および受光センサ２２がスラリーアイスと直接接触しないように、光源２１および受光センサ２２を透明な密閉カバーの内部に収納するようにしても良い。
【００９７】
図９Ａは、光源２１と受光センサ２２とが同じ高さに配置された例を示している。この場合、光路Ｌは水平方向となる。
【００９８】
その結果、図９Ａにおける光源２１および受光センサ２２の高さにおける端面図は、図９Ｂに示す通りとなる。
【００９９】
一方、図１０Ａは、光源２１と受光センサ２２とが上下に配置された例を示している。この場合、光路Ｌは上下方向となる。
【０１００】
その結果、図１０Ａにおける光源２１の高さにおける端面図は、図１０Ｂに示す通りとなる。
【０１０１】
このように、光源２１と受光センサ２２は必ずしも水平方向に配置される必要はなく、上下方向に配置されても良い。あるいは、図示していないが、光源２１と受光センサ２２とが斜め方向に配置されても良い。
【０１０２】
図９および図１０のいずれの場合であっても、固定具３４および固定具３５によって、光源２１および受光センサ２２を製造槽１１の内側に固定したり、固定されている光源２１および受光センサ２２を製造槽１１から取り外すことができるように、光源２１および受光センサ２２は、製造槽１１に対して着脱可能となっている。
【０１０３】
このような変形例２の氷充填率計測装置であっても、定数Ａ、Ｂ、Ｃの値を予め決定しておくことによって、上記実施形態と同様に、コンパクトな構成で、かつ、十分な精度でＩＰＦを計測することが可能となる。
【０１０４】
（変形例３）
氷充填率計測装置２０の変形例３について説明する。
【０１０５】
変形例３でもまた、上述した実施形態と異なる点について説明する。
【０１０６】
図１１Ａは、変形例３における製造槽１１と光源２１および受光センサ２２との位置関係の例を示す概念図である。ここでも、簡略のために、説明に関係のない構成要素の図示を省略している。
【０１０７】
変形例３でも、製造槽１１の内側に、光源２１および受光センサ２２を配置する。具体的には、固定部４１ａ、４１ｂによって、蓋４０の下面に支持部４２ａ、４２ｂを固定し、さらに、支持部４２ａに光源２１を、支持部４２ｂに受光センサ２２を固定する。また、光源２１から照射された計測光が、受光センサ２２によって受光されるように、光源２１と受光センサ２２とを同一光路Ｌ上に配置する。
【０１０８】
また、製造槽１１の上端開口部が蓋４０によって塞がれた場合、光源２１および受光センサ２２が、攪拌羽１７の上端部よりも高く、排出口３１の下端部よりも低い高さになるようにする。製造槽１１には、透明窓は設けられない。また、光源２１および受光センサ２２がスラリーアイスと直接接触しないように、光源２１および受光センサ２２を透明な密閉カバーの内部に収納するようにしても良い。
【０１０９】
図１１Ａは、光源２１と受光センサ２２とが、同じ高さにおいて、同一光路Ｌ上に配置された例を示している。この場合、光路Ｌは、水平方向となる。
【０１１０】
その結果、図１１Ａにおける光源２１および受光センサ２２の高さにおける端面図は、図１１Ｂに示す通りとなる。
【０１１１】
このような構成とすれば、製造槽１１の上端開口部を蓋４０で塞ぐことと同時に、光源２１および受光センサ２２も、製造槽１１の内側に配置され、計測可能な状態となる。
【０１１２】
そして、製造槽１１の上端開口部から蓋４０を取り外すことと同時に、光源２１および受光センサ２２の製造槽１１からの取り外しもなされる。
【０１１３】
このように、変形例３の氷充填率計測装置によれば、コンパクトな構成で、光源２１および受光センサ２２の着脱を極めて容易に行うことが可能となる。さらに、前述した実施形態と同様に、定数Ａ、Ｂ、Ｃの値を予め決定しておくことによって、十分な精度でＩＰＦを計測することが可能となる。
【０１１４】
（変形例４）
氷充填率計測装置２０の変形例４について説明する。
【０１１５】
変形例４でも、上述した実施形態と異なる点について説明する。
【０１１６】
図１２Ａは、変形例４における製造槽１１と光源２１および受光センサ２２との位置関係の例を示す概念図である。ここでも、簡略のために、説明に関係のない構成要素の図示を省略している。
【０１１７】
変形例４では、光源２１および受光センサ２２を一体的に収納した収納ユニット５０を、製造槽１１の外側に配置する。これに伴い、製造槽１１に、１つの透明窓３２を設けている。透明窓３２が設けられる高さは、攪拌羽１７の上端部よりも高く、排出口３１の下端部よりも低い位置とする。さらに、蓋４０の下面に、固定部４１によって支持部４２を固定し、支持部４２にミラー４３を固定する。固定されたミラー４３の中心高さは、透明窓３２の中心高さと同じになるようにし、透明窓３２と対向するようにミラー４３を配置する。その結果、図１２Ａにおけるミラー４３および収納ユニット５０の高さにおける端面図は、図１２Ｂに示す通りとなる。
【０１１８】
このように、ミラー４３は、光源２１によって照射され、スラリーアイスを透過した計測光を、受光センサ２２に向けて反射させる反射部として機能する。
【０１１９】
このような構成によれば、製造槽１１の上端開口部を蓋４０で塞いだ状態で、光源２１が、ＬＥＤ光やレーザ光のような計測光を照射すると、照射された計測光は、透明窓３２を介して製造槽１１の内側に入射し、スラリーアイスを透過した後、ミラー４３に到達する。この計測光は、ミラー４３によって反射され、透明窓３２を介して受光センサ２２によって受光される。
【０１２０】
このように、変形例４の氷充填率計測装置によれば、光源２１と受光センサ２２とが、収納ユニット５０内に一体的に収納されているので、装置全体の構成をさらにコンパクトすることができるのみならず、製造槽１１に設けられる透明窓３２も１つだけでよく、コスト的なインパクトも少なく抑えながら、前述した実施形態と同様に、定数Ａ、Ｂ、Ｃの値を予め決定しておくことによって、十分な精度でＩＰＦを計測することが可能となる。
【０１２１】
なお、上記説明では、固定されたミラー４３の中心高さが、透明窓３２の中心高さと同じであり、光路Ｌが水平になる例であるが、ミラー４３の傾斜角度を調節することによって、光源２１からミラー４３までの光路と、ミラー４３から受光センサ２２までの光路とを反対方向にすることができるのであれば、光路Ｌは水平に限定される必要はない。
【０１２２】
また、図示は省略するが、当業者であれば、収納ユニット５０を、製造槽１１の内側に配置することによって、透明窓３２を不要とした構成でも、同様な効果を奏することができることも容易に想到できるであろう。
【０１２３】
以上、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら説明したが、本発明はかかる構成に限定されず、例えば、光源２１および受光センサ２２を任意の場所に着脱可能に配置することができ、さらには、光源２１として、ＬＥＤのみならず、赤外線やレーザ光を用いることができるなど、特許請求の範囲の発明された技術的思想の範疇において、当業者であれば想到し得る各種の変更例及び修正例についても本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【０１２４】
１０・・スラリーアイス製造機、１１・・製造槽、１２・・ＮａＣｌ槽、１３・・ポンプ、１４・・流量計、１５・・凝縮装置、１６・・冷却パイプ、１７・・攪拌羽、１８・・モータ、１９・・モータ軸、２０・・氷充填率計測装置、２１・・光源、２２・・受光センサ、２３・・電流計、２４・・演算部、２５・・制御部、３１・・排出口、３２・・透明窓、３３・・透明窓、３４・・固定具、３５・・固定具、４０・・蓋、４１・・固定部、４２・・支持部、４３・・ミラー、５０・・収納ユニット。
【図１】
2020034394.tif 000003
【図２Ａ】
2020034394.tif 000004
【図２Ｂ】
2020034394.tif 000005
【図２Ｃ】
2020034394.tif 000006
【図２Ｄ】
2020034394.tif 000007
【図３】
2020034394.tif 000008
【図４】
2020034394.tif 000009
【図５】
2020034394.tif 000010
【図６】
2020034394.tif 000011
【図７Ａ】
2020034394.tif 000012
【図７Ｂ】
2020034394.tif 000013
【図８Ａ】
2020034394.tif 000014
【図８Ｂ】
2020034394.tif 000015
【図９Ａ】
2020034394.tif 000016
【図９Ｂ】
2020034394.tif 000017
【図１０Ａ】
2020034394.tif 000018
【図１０Ｂ】
2020034394.tif 000019
【図１１Ａ】
2020034394.tif 000020
【図１１Ｂ】
2020034394.tif 000021
【図１２Ａ】
2020034394.tif 000022
【図１２Ｂ】
2020034394.tif 000023