(57)【要約】      （修正有）【課題】氷充填率を制御するための専用センサを省略することができる製氷機の運転制御方法を提供する。【解決手段】冷媒との熱交換により被冷却媒体を冷却して氷を生成する製氷機１の運転制御方法。前記製氷機１の入口における被冷却媒体の温度を検知し、検知された被冷却媒体の温度から所定の式に従い算出される循環被冷却媒体の濃度と、製氷開始時における初期の被冷却媒体の濃度とから算出される氷充填率に基づいて前記製氷機１の運転のオンオフを行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒との熱交換により被冷却媒体を冷却して氷を生成する製氷機（１）の運転制御方法であって、
前記製氷機（１）の入口における被冷却媒体の温度を検知し、検知された被冷却媒体の温度から所定の式に従い算出される循環被冷却媒体の濃度と、製氷開始時における初期の被冷却媒体の濃度とから算出される氷充填率に基づいて前記製氷機（１）の運転のオンオフを行う、製氷機（１）の運転制御方法。
【請求項２】
算出される氷充填率が所定の上限値に達したときに製氷機（１）の運転を停止し、算出される氷充填率が所定の下限値に達したときに製氷機（１）の運転を再開する、請求項１に記載の制御方法。
【請求項３】
前記被冷却媒体は海水であり、前記所定の式は、前記検知された被冷却媒体の温度をＴｉ（℃）、前記循環被冷却媒体の濃度をＣ（ｗｔ％）とすると、
Ｔｉ＝−３７００×Ｃ／{５８．５×（１００−Ｃ）}
である、請求項１又は請求項２に記載の制御方法。
【請求項４】
前記製氷機（１）は、外管（１３）と当該外管（１３）内に設けられる内管（１２）とを有しており、前記内管（１２）内に被冷却媒体を流し、前記内管（１２）と外管（１３）との間のスペース（１４）に冷媒を流す二重管式の製氷機（１）である、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は製氷機の運転制御方法に関する。さらに詳しくは、シャーベット状の氷スラリーを製造する製氷機の運転制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
魚等を冷蔵するためにシャーベット状の氷スラリーを用いる場合がある。かかる氷スラリーを製造する装置として、従来、例えば内管と外管とを備えた二重管式製氷機が知られている（例えば、特許文献１参照）。かかる製氷機を備えた製氷システムは、海水等の被冷却媒体を収容するタンクを有しており、当該タンクから製氷機の内管に供給された被冷却媒体は、当該製氷機の外管と内管との環状スペースに供給される冷媒との熱交換により氷スラリーを生成し、生成された氷スラリーはタンクに戻される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３８８８７８９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記のような製氷機を備えた製氷システムにおいて、タンク内に収容される氷の割合（氷／（氷＋被冷却媒体））である氷充填率ＩＰＦ（Ｉｃｅ  Ｐａｃｋｉｎｇ  Ｆａｃｔｏｒ）が多くなりすぎると、当該製氷システムの配管に詰まりが生じたり、また、製氷効率が低下したりするので、タンク内の氷充填率を一定範囲内に収めることが行われている。このため、従来、タンク内の製氷量を当該タンクに設けた水位センサや超音波センサ等の専用センサを用いて推定していた。なお、本明細書において「専用センサ」とは、従来の製氷システムにおいて用いられていた水位センサや超音波センサ等の、ＩＰＦ制御のための専用のセンサのことをいい、後述する本開示の実施形態における温度を検知する手段である温度センサは含まない。
【０００５】
しかし、前述した水位センサや超音波センサは高価であり、特に漁船等の小規模の製氷システムでは、当該センサのコスト比率が大きく、その対策が望まれている。
【０００６】
本開示は、氷充填率を制御するための専用センサを省略することができる製氷機の運転制御方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の製氷機の運転制御方法（以下、単に「運転制御方法」ともいう）は、
（１）冷媒との熱交換により被冷却媒体を冷却して氷を生成する製氷機の運転制御方法であって、
前記製氷機の入口における被冷却媒体の温度を検知し、検知された被冷却媒体の温度から所定の式に従い算出される循環被冷却媒体の濃度と、製氷開始時における初期の被冷却媒体の濃度とから算出される氷充填率に基づいて前記製氷機の運転のオンオフを行う。
【０００８】
本開示の運転制御方法では、製氷機の入口における被冷却媒体の温度を検知することで、当該温度から算出される循環被冷却媒体の濃度と、予め求めておいた初期の被冷却媒体の濃度とから氷充填率を算出することができ、この算出された氷充填率に基づいて製氷機の運転の停止又は再開をしている。製氷機の入口における被冷却媒体の温度を検知する手段（例えば、温度センサ）は、冷媒の蒸発温度の制御を含む製氷機の運転制御を行うために、従来の製氷機においても設けられていることから、ＩＰＦ制御のための専用センサを設けることなく、本開示の運転制御方法を実行することができる。換言すれば、従来の製氷システムにおいて用いられていた水位センサや超音波センサ等の、ＩＰＦ制御のための専用センサを省略することができる。
【０００９】
（２）前記（１）の運転制御方法において、算出される氷充填率が所定の上限値に達したときに製氷機の運転を停止し、算出される氷充填率が所定の下限値に達したときに製氷機の運転を再開することができる。この場合、予め設定した氷充填率の範囲内に収まるように製氷機を運転することができる。
【００１０】
（３）前記（１）又は（２）の運転制御方法において、前記被冷却媒体は海水であり、前記所定の式は、前記検知された被冷却媒体の温度をＴｉ（℃）、前記循環被冷却媒体の濃度をＣ（ｗｔ％）とすると、
Ｔｉ＝−３７００×Ｃ／{５８．５×（１００−Ｃ）}
とすることができる。この場合、所定の式にしたがって、被冷却媒体（海水）の温度から循環被冷却媒体の濃度を算出することができる。
【００１１】
（４）前記（１）〜（３）の運転制御方法において、前記製氷機は、外管と当該外管内に設けられる内管とを有しており、前記内管内に被冷却媒体を流し、前記内管と外管との間のスペースに冷媒を流す二重管式の製氷機とすることができる。この場合、氷充填率算出のための専用センサを省略して、氷充填率の制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本開示の一実施形態に係る運転制御方法が適用される製氷機を備えた製氷システムの一例の概略構成図である。
【図２】図１に示される製氷機の側面説明図である。
【図３】図２に示される製氷機におけるブレード機構の断面説明図である。
【図４】氷充填率と海水濃度との関係を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照しつつ、本開示の運転制御方法を詳細に説明する。なお、本開示はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００１４】
〔製氷システム〕
まず、本開示の運転制御方法が適用される製氷機を備えた製氷システムの一例について説明する。
図１は、本開示の一実施形態に係る運転制御方法が適用される製氷機１を備えた製氷システムＡの概略構成図であり、図２は、図１に示される製氷機１の側面説明図である。製氷システムＡは、後述する海水タンクに貯めた海水を原料として製氷機１で氷スラリーを連続的に生成し、生成した氷スラリーを海水タンクに戻すシステムである。氷スラリーとは、水又は水溶液に微細な氷が混濁したシャーベット状の氷のことをいい、スラリー氷、アイススラリー、スラリーアイス、スラッフアイス、リキッドアイスとも呼ばれる。製氷システムＡは、海水をベースとした氷スラリーを連続的に生成可能である。このため、製氷システムＡは、例えば漁船や漁港等に設置され、海水タンクに戻された氷スラリーは鮮魚の保冷等に利用される。
【００１５】
製氷システムＡは海水を被冷却媒体としており、利用側熱交換器を構成する製氷機１以外に、圧縮機２、熱源側熱交換器３、四路切換弁４、利用側膨張弁５、熱源側膨張弁６、過熱器７、レシーバ８、海水タンク（貯留タンク）９、及びポンプ１０を備えている。製氷機１、圧縮機２、熱源側熱交換器３、四路切換弁４、利用側膨張弁５、熱源側膨張弁６、過熱器７、及びレシーバ８により冷凍装置が構成され、これらの機器又は部材は配管により接続されて冷媒回路を構成している。また、製氷機１、海水タンク９、及びポンプ１０も同じく配管により接続されて海水循環路を構成している。
【００１６】
また、製氷システムＡは制御装置３０を備えている。制御装置３０は、ＣＰＵと、ＲＡＭ、ＲＯＭ等のメモリとを備えている。制御装置３０は、メモリに格納されたコンピュータプログラムをＣＰＵが実行することにより、本開示の運転制御を含む、製氷システムＡの運転に関する各種の制御を実現する。
【００１７】
通常の製氷運転時には、四路切換弁４が、図１において実線で示される状態に保持される。圧縮機２から吐出された高温高圧のガス状冷媒は四路切換弁４を経て凝縮器として機能する熱源側熱交換器３に流入し、送風ファン１１の作動により空気と熱交換して凝縮・液化する。液化した冷媒は、全開状態の熱源側膨張弁６及びレシーバ８を経て利用側膨張弁５に流入する。冷媒は、利用側膨張弁５により所定の低圧に減圧され、後述する冷媒入口管から当該製氷機１の蒸発器Ｅを構成する内管１２と外管１３との間の環状スペース１４内に供給される。
【００１８】
環状スペース１４内に噴出された冷媒は、ポンプ１０により内管１２内に流入された海水と熱交換して蒸発する。冷媒の蒸発により冷却された海水は、内管１２から流出して海水タンク８に戻る。製氷機１で蒸発して気化した冷媒は圧縮機２に吸い込まれる。その際、製氷機１で蒸発しきれずに液体を含んだ状態の冷媒が圧縮機２に入ると、急激な圧縮機シリンダー内部圧力上昇（液圧縮）や冷凍機油の粘度低下により圧縮機２が故障する原因となることから、当該圧縮機２を保護するために製氷機１を出た冷媒は、過熱器７により加熱して圧縮機２に戻すようにしている。過熱器７は二重管式であり、製氷機１を出た冷媒は、過熱器７の内管と外管との間のスペースを通る間に過熱され、圧縮機２に戻る。
【００１９】
また、製氷機１の内管１２内の海水の流れが滞り、内管１２内に氷が蓄積される（アイスアキュームレーション）と、当該製氷機１が運転できなくなる。この場合、内管１２内の氷を溶かすためにデフロスト運転（暖房運転）が行われる。このとき、四路切換弁４は、図１において破線で示される状態に保持される。圧縮機２から吐出された高温高圧のガス状冷媒は四路切換弁４を経て製氷機１の内管１２と外管１３との間の環状スペース１４内に流入し、内管１２内の氷を含む海水と熱交換して凝縮・液化する。液化した冷媒は、全開状態の利用側膨張弁５及びレシーバ８を経て熱源側膨張弁６に流入し、当該熱源側膨張弁６により所定の低圧に減圧され、蒸発器として機能する熱源側熱交換器３に流入する。デフロスト運転時には蒸発器として機能する熱源側熱交換器３に流入した冷媒は送風ファン１１の作動により空気と熱交換して気化し、圧縮機２に吸い込まれる。
【００２０】
製氷機１は、内管１２と外管１３とからなる蒸発器Ｅと、後述するブレード機構とを備えており、内管１２及び外管１３の各軸が水平になるように配置される横置き型の二重管式製氷機である。蒸発器Ｅは、内管１２と外管１３との間の環状スペース１４の大部分が液冷媒とされる満液式蒸発器であり、冷媒と海水との熱交換効率を高めることができる。また、環状スペース１４の大部分を液冷媒とすることによって、満液式蒸発器内の冷凍機油を当該満液式蒸発器から排出させやすくすることができ、排出された冷凍機油を圧縮機２に戻すことによって当該圧縮機２の潤滑不足を抑制し、信頼性を高めることができる。
【００２１】
内管１２は、内部を被冷却媒体である海水が通過する要素であり、ステンレスや鉄等の金属材料で作製されている。内管１２は円筒形状を呈しており、外管１３内に配設される。内管１２の両端は閉止されており、その内部には当該内管１２の内周面に生成されたシャーベット状の氷スラリーを掻き上げて内管１２内に分散させるブレード機構１５が配設されている。内管１２の軸方向一端側（図２において右側）に海水が当該内管１２内に供給される海水入口管１６が設けられており、内管１２の軸方向他端側（図２において左側）に内管１２から海水が排出される海水出口管１７が設けられている。海水入口管１６における内管１２との接続部の近傍には、当該内管１２内に供給される海水の温度を検知する温度センサ３１が設けられている。なお、この温度センサ３１は、蒸発器Ｅにおいて冷媒と熱交換される前の海水の温度を検知することができればよく、例えば図２において一点鎖線で示される箇所Ｓ（内管１２の内部）に設けることもできる。
【００２２】
外管１３は円筒形状を呈しており、内管１２と同様にステンレスや鉄等の金属材料で作製されている。外管１３の下部には複数の（本実施形態では３つ）冷媒入口管１８が設けられており、外管１３の上部には複数の（本実施形態では２つ）の冷媒出口管１９が設けられている。冷媒入口管１８の上端に環状スペース１４内に冷媒を供給する冷媒供給口２０が形成され、冷媒出口管１９の下端に環状スペース１４内の冷媒が排出される冷媒排出口２１が形成されている。
【００２３】
ブレード機構１５は、図２〜３に示されるように、回転軸２２と、支持バー２３と、ブレード２４と、モータ２６とを備えている。回転軸２２の軸方向の他端は内管１２の軸方向他端に設けられたフランジ２５から外部に延びて設けられ、回転軸２２を駆動させる駆動部を構成するモータ２６に接続されている。回転軸２２の周面には所定間隔で支持バー２３が立設されており、この支持バー２３の先端にブレード２４が取り付けられている。ブレード２４は、例えば合成樹脂で作製された帯板状の部材からなり、回転方向の前方側の側縁は先細形状とされている。
【００２４】
内管１２の外周面と外管１３の内周面との間に形成される環状のスペース１４により、当該外管１３の下部に形成された冷媒供給口２０から、当該外管１３の上部に形成された冷媒排出口２１に至る冷媒の経路が構成される。
【００２５】
〔運転制御方法〕
つぎに前述した製氷システムＡにおける製氷機１の運転制御方法について説明する。より詳細には、海水タンク９内の氷充填率に基づいて製氷機１の運転の停止又は再開を行う運転制御方法について説明する。
本開示の運転制御方法で用いる「氷充填率」は、ＩＰＦ（Ｉｃｅ  Ｐａｃｋｉｎｇ  Ｆａｃｔｏｒ）とも称され、海水タンク９内の水位が一定であるとすると、製氷量（ｋｇ）をｍｉとし、供給海水量（ｋｇ）をｍ０とすると
氷充填率ＩＰＦ＝ｍｉ／ｍ０
で表される。なお、供給海水量は、製氷前の初期状態の海水タンク内に供給されている海水量のことである。
【００２６】
図４は、氷充填率と海水濃度との関係を説明するための模式図であり、左側が初期状態（製氷前）の海水タンク、右側が製氷中の海水タンクを示している。初期状態の海水の質量はｍ０（ｋｇ）であり、海水の塩分濃度はＣ０である。このＣ０（ｗｔ％）は予め測定しておくことができる。また、海水濃度に大きな変動がない場合には、定数としておくこともできる。
製氷中の氷の質量をｍｉ（ｋｇ）とし、そのときの海水タンク９内の海水の塩分濃度をＣ（ｗｔ％）とすると、製氷前後の塩の量は等しいので、
ｍ０・Ｃ０／１００＝（ｍ０−ｍｉ）・Ｃ／１００
である。これを変形すると、
ｍ０・Ｃ０＝ｍ０・Ｃ−ｍｉ・Ｃ
（ｍｉ／ｍ０）・Ｃ＝Ｃ−Ｃ０    ・・・・・・（１）
となる。ＩＰＦ＝ｍｉ／ｍ０であるので、式（１）の両辺をＣで除すると、
ＩＰＦ＝（Ｃ−Ｃ０）／Ｃ＝１−Ｃ０／Ｃ    ・・・・・・（２）
となり、氷充填率ＩＰＦは、初期の供給海水濃度と、製氷中の海水濃度（循環海水濃度）とが分かれば、式（２）より推定することができる。
【００２７】
また、製氷機１にて氷が生成された後の当該製氷機１の入口海水温度、すなわち、本実施形態において海水入口管１６に設けられた温度センサ３１で検知される海水温度（氷結温度）と、循環海水濃度との間には以下の相関式が成り立つことから、温度センサ３１で検知される海水温度（℃）から循環海水濃度（ｗｔ％）を算出することができる。
氷結温度＝−３７００×循環海水濃度／{５８．５×（１００−循環海水濃度）}
・・・・・・（３）
【００２８】
循環海水濃度が分かれば、この循環海水濃度と、予め分かっている初期の供給海水濃度とから、式（２）よりＩＰＦを求めることができる。
換言すれば、初期の供給海水濃度を予め求めておけば、目標とするＩＰＦになるときの氷結温度、すなわち製氷機１の入口海水温度を求めることができる。例えば、ＩＰＦが０．５で製氷機の運転を停止し、ＩＰＦが０．３で製氷機の運転を再開するとした場合、供給海水濃度が３．５ｗｔ％であるとすると、それぞれのＩＰＦに相当する氷結温度は、−４．８℃、及び−３．３℃となる。
したがって、海水入口管１６に設けられた温度センサ３１で海水温度を検知し、この温度が−４．８℃より低くなったときに製氷機の運転を停止し、前記温度が−３．３℃より高くなったときに製氷機の運転を再開することで、海水タンクにＩＰＦ制御のための専用センサを設けなくても、ＩＰＦを制御することができる。  
【００２９】
製氷機１の入口海水温度を検知する温度センサは、冷媒の蒸発温度の制御を含む製氷機１の運転制御に用いるために、従来の製氷機においても設けられていることから、ＩＰＦ制御のための専用センサを設けることなく、本実施形態に係る運転制御方法を実行することができる。また、海水温度でＩＰＦを制御することができるので、温度設定の機能を有する、冷凍空調装置の一般的なリモコンを利用することができる。この場合、予め分かっている初期の海水濃度と、目標とするＩＰＦの値とから算出される温度（氷結温度）をリモコンにて、上限温度及び下限温度として設定する。
【００３０】
〔その他の変形例〕
本開示は前述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内において種々の変更が可能である。
例えば、前述した実施形態では、被冷却媒体である海水を冷却して氷を生成する製氷機として、内管と外管とを備えた、いわゆるかき取り方式の二重管式製氷機を例示しているが、本開示は、かかる二重管式製氷機以外に、例えば過冷却方式の二重管式製氷機や、ハーベスト方式の製氷機にも適用することができる。
【００３１】
また、前述した実施形態では、ＩＰＦの上限値及び下限値として、それぞれ０．５及び０．３としているが、これらの値は適宜変更することができ、本開示において特に限定されるものではない。
また、前述した実施形態では、被冷却媒体として海水を用いているが、これに限らず、エチレングリコールやブライン等を被冷却媒体とすることもできる。
【符号の説明】
【００３２】
１  ：  製氷機
２  ：  圧縮機
３  ：  熱源側熱交換器
４  ：  四路切換弁
５  ：  利用側膨張弁
６  ：  熱源側膨張弁
７  ：  過熱器
８  ：  レシーバ
９  ：  海水タンク
１０  ：  ポンプ
１１  ：  送風ファン
１２  ：  内管
１３  ：  外管
１４  ：  環状スペース
１５  ：  ブレード機構
１６  ：  海水入口管
１７  ：  海水出口管
１８  ：  冷媒入口管
１９  ：  冷媒出口管
２０  ：  冷媒供給口
２１  ：  冷媒排出口
２２  ：  回転軸
２３  ：  支持バー
２４  ：  ブレード
２５  ：  フランジ
２６  ：  モータ
３０  ：  制御装置
３１  ：  温度センサ
Ａ  ：  製氷システム
Ｅ  ：  蒸発器
【図１】
2020026924.tif 000003
【図２】
2020026924.tif 000004
【図３】
2020026924.tif 000005
【図４】
2020026924.tif 000006