漁港における雪氷熱利用に関する研究
Study on Utilization of Snow Ice Heat in Fishing Ports
後藤卓治*・広島基**・浅川典敬***

Takuji GOTO , Momoi HIROSHIMA and Noritaka ASAKAWA* （財）漁港漁場漁村技術研究所

第 1 調査研究部 主任研究員** （株）データ設計

代表取締役*** （独）水産総合研究センター水産工学研究所地域基盤研究チーム

チーム長

In fishing ports, cold energy is frequently used to keep freshness of fishery products. However, thecosts for electricity, etc. under the circumstances in which the prices of fishery products are slumping,etc. have become a big burden for fishing industries. In the meantime, an efficient utilization of naturalenergies in the agricultural and fishery sector is required.
Under such circumstances, a contribution to reduction in cold energy costs and to low carbonization
utilizing snow for an energy source is expected in the fishing ports in the snow-covered areas.
This study, in order to introduce cold energy producing system utilizing snow ices for fishing ports,
cooling system was established to exchange heat between snow melted water and sea water of deposit
curing drain boards in the Tomamai fishing port, and grasped its effects and problems.
Key words: fishing ports, markets, hygiene control, snow-ice energy, natural energy, cost reduction

1．はじめに漁港では，水産物の鮮度保持のため冷熱を利用することが多い．しかし，電気代など冷熱を生成するための費用は水産物の価格が低迷している状況下において漁業者にとって大きな負担となっている．一方で，低炭素社会の実現に向け，農林水産分野でも自然エネルギーの有効活用が求められている．
こうした中，積雪地域における漁港では，雪を冷熱源として活用し，冷熱費用の削減や低炭素化への貢献が期待される．
本研究では，漁港への雪氷熱を活用した冷熱生成システムの導入を図るため，苫前漁港（北海道）において，雪解け水と蓄養生簀の海水を熱交換する冷却システムを設置し，その効果及び課題を把握した．

写真-1 蓄養生簀

2.1 システム概要

2．実験概要

雪氷熱エネルギーを蓄養生簀内の海水に熱交換するシステムの概要を以下に示す．また，図-１にシステム概要
図を示す．

苫前漁港では，夏季に水温調整ユニットを使用しホタテ蓄養生簀を冷却している．本実験では雪氷冷熱エネル
ギーにより蓄養生簀内の海水を冷却するシステムを導入した．また，雪の保存には現在遊休施設となっている保冷庫を利用した．

① 雪を貯める貯雪庫を設け，貯蔵した雪面に水を散水し融雪水を得る．これを集水し冷水ピットに集める．
② 既設蓄養生簀海水循環設備の水温調整ユニットの直前にバイパス系統を設け，海水冷却用熱交換器を新設する．

91

図-1 雪氷冷熱エネルギー利用システム概略図
・ 冷水ピットの水温を調整するため，ピット天井に散水の為の配管を行いピットに流水する雪解け水の量をコントロールした．

③ 冷水ピットに貯留した冷水(融雪水)を 2 台のポンプで汲み上げ，一方は海水冷却用熱交換器に送水し，もう一方は貯雪庫の散水設備へ送水する．
④ 海水冷却用熱交換器系統の冷水は，熱交換器にて蓄用水槽の海水を冷却した後，冷水ピットへ戻る．
⑤ 既存水温調整ユニットは従来通りの機能を残し，雪氷冷熱エネルギーが利用できない場合のバックアップ運転を可能とした．
⑥ これらは 24 時間運転とする．

2.2 施設概要（1）貯雪庫写真-2 貯雪庫への雪カゴ設置状況

既存で遊休施設となっていた保冷庫を一部改良し利用した．主な改良は以下のとおりである．
・ 雪搬入の為の搬入口の設置：雪の搬入には農作物用のカゴを用い，フォークリフトで搬入することとした．また，搬入口にはシャッターを設置するが外側に取り外し可能な断熱用の発泡スチロールを設置した．
・ 雪解け水を集水させるため，底面に勾配を設けた．

（2）冷水ピット
貯雪庫に隣接して，雪解け水を貯水する為の冷水ピットを設けた．冷水ピットには蓄養施設への送水と貯雪庫への送水を行うためのポンプを設置した．
既存で遊休施設となっていた保冷庫を一部改良し利用した．主な改良は以下のとおりである．

92

熱交換器

・冷水ピット：1.5ｍW×1.5ｍL×1.5ｍH（3.4m3）
水深約 1.0ｍ （有効容積 2.3m3）
・仕様：壁及び底盤の外囲には断熱材(FP100mm)を施した．
上部開口は蓋(二つ割り，断熱材FP100mm)で覆った．
オーバーフロー配管を既設排水枡へ接続した．

写真-4 熱交換器と配管（4）ポンプ
冷水ピットに２基の水中ポンプを設置して，蓄養生簀及び貯雪庫への配水を行った．
①海水冷却熱交換器系統（冷水ピット→蓄養生簀）・水 中 型：自動フロート式
40φ×60ℓ /分×7.5ｍ×1φ×100V×250W
・水量設定：60 ℓ /分
②散水系統（冷水ピット→貯雪庫）
・水 中 型：自動フロート式
40φ×60ℓ /分×7.5ｍ×1φ×100V×250W
・水量設定：5.3 ℓ /分

写真-3 冷水ピット（3）熱交換器①既設水温調整ユニットの冷却能力は最大で約 3,000kcal/h である．このユニットが夏季の全ての負荷条件，海水設定温度条件の下でどのように稼働していたかは不明である．したがって，安全を見てその 3倍程度の能力を有する熱交換機を選定する．
②融雪水の温度は貯雪施設内で約 3℃と想定される．
熱交換器へはこの融雪水が冷水ピットに流入し，滞留している比較的高温の冷水と混合されるため，6℃まで上昇すると想定した．蓄養生簀の海水は，既存冷凍機による冷却設定温度が 13.5℃であることから，15℃流入→12℃流出とした．
・型
式：シェル＆チューブ型・材
質：チタン製
・設 置 数：1 基・交換熱量：10,800 kcal/h(＝60L/分×60 分/h×3℃×1kcal/kg/℃)
・温度条件：一次側 融雪水 6℃⇒9℃（⊿ｔ＝3℃ UP） 60ℓ /分
二次側 海水 15℃⇒12℃（⊿ｔ＝3℃ DOWN） 60ℓ /分・制御：冷水および海水の循環水量は変更しな
い．熱交換器部分にバイパス配管を置し，バルブの開閉により循環水量(交換熱量)を調整する．

3．実験結果3.1 実験期間
実証実験は以下の行程で実施した．
◆2009 年 7 月 24 日～2009 年 9 月 7 日 （46 日間）
・7 月 22 日 貯雪庫に雪を搬入(第 1 回目)
・7 月 23 日 試運転調整
・7 月 24 日 実証試験開始
実証試験期間① 7/24～8/4
・8 月 4 日

散水量調整

実証試験期間② 8/5～8/16
・8 月 14 日 実証試験中間視察会
・8 月 17 日 貯雪した雪が全て融雪したため，散水ポンプ・冷却循環ポンプ停止
・8 月 21 日 貯雪庫に雪を搬入(第 2 回目)
・8 月 22 日 実証試験再開
実証試験期間③ 8/23～9/2
・9 月 7 日 貯雪した雪が全て融雪したため，散水ポンプ・冷却循環ポンプ停止933.2 雪の搬入
本来であれば，苫前漁港周辺で夏季まで雪を貯蔵することが望ましいが，今回の実証試験においては，夏季まで雪を貯蔵している沼田町の雪山センターから雪を搬入した．
作業内容としては，予め運搬用トレーラーやトラックの荷台に雪カゴを積み，沼田町雪山センターにて上から雪を積み込み，苫前漁港に搬送した．貯雪庫へはフォークリフトで搬入し，貯雪庫内で 2 段積みした．
図-3 水温測定結果（8 月 15 日～9 月 5 日）
実証試験期間ごとの温度データおよび，想定冷却熱量を表 1 に示す．
表-1 水温測定結果及び冷却熱量のまとめ

写真-5 沼田町雪山センターでの雪積込み状況

3.3 実験結果

・実証試験期間①において，融雪水温度は 3℃～4℃の温度を維持している．また散水温度は 9.5℃～11℃の温度範囲を維持している．
冷水温度は 10℃前後の温度を維持し，海水温度を 12℃以下に保っており，適正な冷却効果が発揮されている．
水温調整ユニットは稼働を停止している．
融雪水の冷却熱量は，約 2,016 kcal/h である．それに対し熱交換器部における冷水の冷却熱量は約 1,756kcal/h であり，利用効率は 87.1％となる．
・図 2「Ａ」部において，融雪水の急激な温度降下がみられる．これは，融雪の進捗に伴い雪の塊が落下し融雪が瞬間的に促進されたためと考察される．
また，全実証試験期間において冷水および海水の急激な温度上昇がみられる．これは，蓄養槽にて海水の入れ替えあるいは，水産物の大量投入があったためと考察される．
・実証試験期間②において，散水流量を変更（減少）したため，融雪水温度は 6℃弱の高い温度となっており，その影響で，散水温度も 12.5℃近辺の高い温度となっている．海水温度も設定温度（13.5℃）以下を保てない状況であり，水温調整ユニットが稼働していると考えられる．しかし，冷水は海水入口温度よりも低い状
況にあり，水温調整ユニットの負荷を幾分縮減する効果は発揮されている．
融雪水の冷却熱量は，約 1,354 kcal/h である．それに対し熱交換器部における冷水の冷却熱量は約 1,590kcal/h であり，利用効率は 117.4％となる．

（1）流量測定結果◆実証試験期間①
融雪水量は 5.3 ℓ /分，冷水循環量は 60 ℓ /分，冷水循環量は配管弁類操作を行い，60ℓ /分に調整．
◆実証試験期間②
融雪水量は 実証試験期間①の 2/3 程度の3.5ℓ /分，冷水循環量は 60 ℓ /分であった．
◆実証試験期間③
融雪水量は 8.5 ℓ /分，冷水循環量は 60 ℓ /分であった．
（冷水循環量は配管の弁類操作を行い，60ℓ /分に調整．
）（2）温度測定(水温)結果
温度測定結果を図 2～3 に示す．

図-2 水温測定結果（7 月 24 日～8 月 14 日）

94

95

1,216,296 kcal÷80 kcal/kg÷1,000kg/ｔ＝15.2ｔ
実際の雪の搬入量は，33.6ｔ（１回目）+ 16.8ｔ（２回目）＝50.4ｔ
雪カゴの充填率を 0.8 として補正すると50.4×0.8＝40.32ｔ
よって，雪エネルギーの有効利用率は 37.7%となる．
15.2 ÷ 40.32 ＝ 0.377 （＝37.7％）（4）消費電力量測定結果
図 4 に消費電力の測定結果を示す．既設の蓄養施設には，水槽に空気を供給する空気圧縮機，海水循環ポンプ，海水の水温調整ユニットが設置されている．空気圧縮機と海水循環ポンプは 24 時間運転を実施している．水温調整ユニットは設定値（13.5℃）以下に海水温度を維持するように自動運転を実施している．したがって，設定値以上に水温が上昇すると冷却機が稼動する．
80

2470
19501440

外気温度（℃）

60

消費電力量（kWh）

93020410実証①0実証②停止

実証③

7月1日7月3日
7月5日
7月7日
7月9日
7月11日
7月13日
7月15日
7月17日
7月19日
7月21日
7月23日
7月25日
7月27日
7月29日
7月31日
8月2日
8月4日
8月6日
8月8日
8月10日
8月12日
8月14日
8月16日
8月18日
8月20日
8月22日
8月24日
8月26日
8月28日
8月30日
9月1日
9月3日
9月5日
9月7日
9月9日
9月11日
9月13日
9月15日
9月17日
9月19日

高効率になった原因は，水温調整ユニットの稼働分が付加されているからである．
この期間の水温調整ユニット消費電力量はＥモニター計測値より94.5kwh(8/6～8/16までの11日間)である．
これを熱量に換算すると約 308 kcal/h となる(P20 参照)．よって，融雪水の冷却熱量約 1,354 kcal/h に加えると 1,662 kcal/h となり，利用効率は 95.7％である．利用効率が非常に高い結果となっている．
・実証試験期間③において，融雪水温度は最初 4℃程度で，実証試験①と同様の数値であるが，1 週間経過後から急激に温度が上昇している．一方，散水温度は 9.5℃～11℃の温度範囲を維持している．海水温度は 12℃以下に保たれており，適正な冷却効果が発揮されている．
水温調整ユニットは稼働を停止していると思われる．
融雪水の冷却熱量は，約 2,424 kcal/h である．それに対し熱交換器部における冷水の冷却熱量は約 1,293kcal/h であり 利用効率は 53.3％となる．
利用効率の低下の原因としては，散水量が増加しているため，温度差がそれぞれ減少しており，それによる熱交換効率の低下などが考えられる．したがって，ここまで散水流量を増加させても得られる効果は低い．
（3）雪エネルギーの冷却能力①雪による冷却エネルギー総量・実証試験期間① 7/24～8/4 12 日間
冷却能力約 1,756 kcal/h(49kwh／日)・実証試験期間② 8/5～8/16 12 日間
冷却能力約 1,282 kcal/h(36kwh／日)（1,590 kcal/h－308 kcal/h＝1,282 kcal/h）・実証試験期間③ 8/23～9/2 11 日間
冷却能力約 1,293 kcal/h(36kwh／日)◆雪による冷却エネルギー総量＝12 日×24ｈ×1,756 kcal/h＋12 日×24ｈ×
1,282 kcal/h＋11 日×24ｈ×1,293 kcal/h＝ 1,216,296 kcal
冷却能力は，実証試験期間①が 49kwh／日，実証試験
期間②と③が 36kwh／日であった．
実証試験期間①は②，③と比べて冷却能力が高い．この原因としては，貯雪量，雪の性状，散水量などが考えられる．実証試験期
間①は，雪搬入直後であり貯雪量が多い．また，雪が固まった状態で密度が高く，かつ散水により融雪し易い状態であったものと考えられる．実証試験期間②は，雪が減少しており貯雪量が少なく，かつ氷の塊のような状態に近く隙間が増えた．また，散水量を絞ったことから融雪水量が少なかったものと思われる．実証試
験期間③は，沼田町雪山センターの貯蔵量が非常に少ない時期であり，氷塊が混じっているような状態であまり良い状態ではなかった．また，貯雪庫の雪カゴ設置数も半分にしたことから，散水量を増やしたものの融雪水量が少なかったものと思われる．
②雪の融解潜熱から逆算した雪の想定重量（ｔ）

電力量

-1

平均外気温度

図-4 消費電力量測定結果①電力量と外気温度を比較すると，実証試験期間以外の部分では良い一致をしていることが分かる．空気圧縮機と海水循環ポンプは24時間運転を実施しているため電力量は一定であるが，水温調整ユニットは冷却負荷により発停を繰り返す．冷却負荷は外気温度に大きく影響されていることが分かる．
②電力量は 7 月 16 日から測定を開始した．試運転は 7 月23 日に行っており，24 日から本格的に雪冷熱による冷却設備を稼働している．雪搬入前は電力量が変化しているが，雪冷却設備稼動後は一定値にて推移している．
前記の温度測定結果検証から，雪氷冷熱エネルギー利用実証施設稼動後は海水温度が冷凍機運転設定値（13.5℃）を超えていないため，水温調整ユニットが運転を停止しているためと思われる(実証試験期間①と③)．
③実証試験期間②では，実証試験を行っていない時期より消費電力量は少ないものの，実証試験期間①及び③と比べて消費電力量は多い．これは雪氷冷熱エネルギーのみでは海水温度を 13.5℃以下に保てなかったため，冷却機が稼動したことによる．冷却機が稼動していな
い実証試験期間①及び③の消費電力量の平均は26.4kWh／日(8/4 のデータは消費電力量が他の日と比べて低いので除外した)である．これは，蓄養生簀の循環ポンプと空気供給用の空気圧縮機が24時間稼動おり，これらの電力消費を示している．実証試験期間②では，一部の日を除いてこの値を上回っており，この差が冷却機の稼動による消費電力量と考えられる．8/6～8/16の冷却機消費電力量の合計は 94.5kWh／日であり，この時の冷却熱量供給量は 94.5kWh／日×860kcaL/kWh÷11日間÷24 時間/日＝308kcal／hr と計算される．
④前述のとおり，実証試験期間の②と③は同程度の雪エネルギー冷却能力を示していたが，実証試験期間②では冷却機が稼動し実証試験期間③では稼動していない．
これは，外気温の平均値が実証試験期間②では 21.5℃と実証試験期間③の 18.3℃より高かったことに起因すると考えられる．
(5) 熱収支表-1 のデータから試算した各実証試験期間の熱収支を図－5 に示す．実証試験期間②においては，冷却機の冷熱供給量を除いて示した．貯雪庫で生産される雪氷冷熱エ
ネルギーは冷水ピットを介して熱交換器に供給され，一部は海水側に移行される．残りは排水廃熱，冷水ピットや配管の放熱などとなる．

4,728 kWｈ/年×0.000588t CO2／kwh＝2.78t CO2／年◆電力料金削減額＝4,728 kWh／日×25 円/kWh＝118,200 円/年
10.12℃
10.20℃

A
2,016kcal/hr

雪カゴ

５.３L/分

６０L/分

B

蓄養
水槽
11.97℃

10.68℃
3.78℃

1,756
kcal/hrA－B
排水熱・放熱260kcal/hr
P

実証試験期間①7/24～8/4

P

冷水ピット
12.31℃
12.27℃

A
1,354kcal/hr

雪カゴ

３.５L/分

６０L/分

13.91℃
熱交換器

B

蓄養
水槽
14.25℃

12.71℃
5.86℃

1,282kcal/hr

冷却機稼動
熱量除くA－B
排水熱・放熱72kcal/hr
P

実証試験期間②
8/5～8/16

P

冷水ピット
10.24℃
10.24℃A
2,424
kcal/hr

雪カゴ

8.5L/分

６０L/分

12.12℃
熱交換器

B

蓄養水槽
12.38℃

10.60℃
5.48℃

1,293
kcal/hrA－B
排水熱・放熱1,131kcal/hr

3.4 効果検証

11.65℃
熱交換器

PP

実証試験期間③
8/23～9/2

冷水ピット

今回の実証試験では雪氷冷熱エネルギーを利用することで，電気エネルギーを使用せずに蓄養生簀を冷却することにあった．実証試験期間①，③などの試験結果から，この目標を達成することができた．この時の電力使用量の削減量は以下のとおり計算される．
実証試験の中で最も効率が良かった実証試験期間①では，雪氷冷熱エネルギーによる冷却エネルギー供給量は49kWh／日であった．一方，実証試験施設では，貯雪庫に散水を行う水中ポンプと熱交換器へ循環を行う水中ポンプを設置している．いずれも 0.25kW で 24 時間運転しており，負荷率を 0.8 とすると電力使用量は以下のとおり計算される．
◆実証試験施設の電力使用量＝0.25kW×2 台×24 時間/日×0.8＝9.6kWh／日
よって，省エネルギー効果としての電力削減量は，雪氷冷熱エネルギー利用システムにより冷却機を稼動しなくても済む期間が 120 日/年あると仮定すると，以下のように試算される．但し，冷却機を稼動しなくても済む期間は，環境条件に合せて今回の実証試験結果を精査する必要がある◆省エネルギー効果：
39.4kWｈ/日×120 日/年×＝4,728 kWｈ/年◆CO2 の削減効果：（2008 年度北海道電力実績より）

図-5 各実証試験期間の熱収支図

4．おわりに今回の実証試験により，雪の冷熱エネルギーを用いた水産物の衛生管理が十分可能であることが確認できた．
貯雪量が十分である場合には安定した冷却能力を発揮し，既設冷凍機の稼働を抑制して省エネルギーに貢献できると考える．
しかし，雪の冷却エネルギーの利用効率はそれほど高いものではなかった．その原因として，既存の水温調整ユニットの稼働状況等が不明であったため，雪による冷却設備が重厚となり，その結果エネルギーロスが生じたことが考えられる．また，冷水ピットが土中から受ける熱負荷，太陽日射による負荷などにより，冷水温度が高めに推移したことが効率低下に影響した可能性がある．
効率の改善策として，冷水ピットの二重化（冷水ピット内部に小型の冷水槽を新設）による断熱効果の改善が考えられる．また，循環ラインの海水冷却系統と散水系統を統合し，循環ポンプを 1 台として運転電力量を削減とともに，循環水量を抑え，熱交換器の一次側と二次側の温度差を大きくする方法も効果的であると考え，今後，検証の為の実証試験を行うことを予定している．

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