JP2014196876A

JP2014196876A - 結晶型降雪用空気の作製方法

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Publication number: JP2014196876A
Application number: JP2013072994A
Authority: JP
Inventors: 暢規伊藤; Nobuki Ito; 日野原　昌信; Masanobu Hinohara; 昌信日野原
Original assignee: Taikisha Ltd
Current assignee: Taikisha Ltd
Priority date: 2013-03-29
Filing date: 2013-03-29
Publication date: 2014-10-16
Anticipated expiration: 2033-03-29
Also published as: JP6204045B2

Abstract

【課題】雪結晶の品質に優れ、降雪装置に供給する水の量を大幅に削減でき、制御が容易で、省エネである、結晶型降雪用空気の作製方法を提供する。【解決手段】外部から外気１０を導入し、外気１０の温度や湿度に応じて、外気１０を加温又は冷却、及び／若しくは加湿又は減湿９し、必要により降雪後空気の一部を外気１０に循環８させ、降雪後空気の少なくとも一部を循環冷却７して冷却用空気２とし、結晶用湿度空気１と冷却用空気２を混合冷却５して結晶型降雪用空気３を作製する。結晶型降雪用空気３を結晶作製器６に送り、人工雪を生成させる。生成した人工雪は降雪１１として分離し、残余の空気である降雪後空気は、その一部を排気し、他の一部を循環冷却７して冷却用空気２として用いる。【選択図】図４

Description

本発明は、人工雪の製造に関し、より詳細には、雪結晶の品質に優れ、降雪装置に供給する水の量を大幅に削減でき、制御が容易で、省エネである、結晶型降雪用空気の作製方法に関する。

降雪装置で製造される人工雪は、自動車等各種機械製品、建材、構造物などの耐久試験等を行う環境試験室や、観察、イベントを目的とした博物館等の体験学習等に利用されている。人工雪には、結晶型だけでなく氷結粒子のような非結晶型のものがある。非結晶型の人工雪は、低温空気に水噴霧するなどして製造され、前記用途などに使用されている。しかし、非結晶型人工雪の降雪は、自然状態の降雪性状と差異があり、特に環境試験用途においては、地吹雪や粉雪の環境を再現したに過ぎない。また、観察用途においては、非結晶型人工雪は、擬似的にでも自然体験したとは言い難い。

一方、結晶型の人工雪は、形状が自然雪結晶そのもの又はそれに準じたものである。そのような結晶型人工雪を降らせることにより、ほぼ自然状態に近い降雪、新雪の積雪の環境を再現できる。非特許文献１には、結晶型人工雪を造る方法が開示されており、結晶が成長している場所の気温と過飽和度との組み合わせによって、成長する雪の結晶の形がどのように変化するかを示した図（ナカヤ・ダイヤグラム）が記載されている。また、人工雪の結晶形状として、樹枝状、扇形−角板、厚角板等があることが記載されている。

従来の降雪方法を加湿方法で分類すると、二流体ノズルや超音波等で微水滴を噴霧して加湿する方法と、加湿パン等の温水によって加湿する方法等が挙げられる。微水滴を噴霧して加湿する方法としては、例えば、特許文献１に開示された人工降雪方法が挙げられる。この人工降雪方法では、超音波発生装置の振動子に冷水を流出させて水滴にし、それに高圧空気を噴出して水滴を０℃以下の低温空間に噴霧し、高圧空気の断熱膨張を利用して過冷却を破ることにより水滴を凍結させて雪を造っている。また、特許文献２に開示された人工降雪装置は、空中に微小氷塊を生成する手段を備え、この手段が水と圧縮空気とにより微小水滴を低温域に噴霧する二流体ノズルである。この人工降雪装置では、二流体ノズルから噴霧される微小水滴は、低温域で断熱膨張し、ノズル放出口の近距離内で微小氷塊になる。そして、落下するその微小氷塊を回転ブラシで下から受け取り、それをブラシ接触体で圧縮凝結して粒子径を大きくし、それをブラシ回転駆動体で降下させ、降雪させる。

加湿パン等の温水によって加湿する方法については、例えば、特許文献３に開示された人工結晶雪製造装置がある。この人工結晶雪製造装置は、所定氷点下の温度をつくる冷却器と、氷飽和以上の飽和雰囲気をつくり出す加湿装置と、回転通気膜装置と、霜除去装置とからなる。この加湿装置は、低水温の蒸発による低温加湿パンを多段に配設したものとし、加湿パンが蒸発面以外を断熱した流水式としている。この人工結晶雪製造装置では、空気を氷点下の温度に冷却し、その冷風を低温加湿パンの水面に流して氷飽和以上の空気湿度にし、その氷飽和以上の湿度の冷風を細かいメッシュの通気性を有する織物状膜体に透過させてこの膜体の表面に霜を生成させ、その霜に前記冷風中の水蒸気が供給されて成長し、成長した霜の一部が霜除去装置にて落下され、降下雪が形成される。また、特許文献４に開示された加湿パンは、氷点下の空気が流通する空気通路内に設けられ、降雪装置等の造雪部に供給する氷点下の空気を加湿する。

特開平６−２５７９１６号公報特許第２６３２１２９号明細書特許第３３９７５８２号明細書特開２００９−２１６３６２号公報

中谷宇吉郎著、「雪」岩波書店、１９９４年１０月１７日、ｐ．１７６

非特許文献１に記載の結晶型人工雪の作製方法は、毛の先に結晶を成長させるものであり、人工雪の大量製造には向かない。

特許文献１や２に記載されている、微水滴を噴霧する方法は、水滴が空気中に飛散している状態を作り出せる。しかし、飽和していない状態の空気に水滴を飛ばすと、水滴を飛ばしながら周りに水蒸気を与えることになり、空気を飽和状態まで加湿するのに時間がかかる。そのため、水滴が凍結して直接氷になり、結晶型雪にならないと考えられる。また、噴霧する水滴の小ささには限界があり、粒径が大きすぎると人工雪の性状に影響を及ぼすので、このような人工雪による降雪は、例えば嵩密度が高いなど環境試験用の品質が得られないと考えられる。

また、特許文献３や４に記載されている、加湿パン等の温水によって加湿する方法は、前記の微水滴を噴霧する方法と違い、空気に水蒸気を投入でき、空気が過飽和蒸気で満たされ、かつ空気中で水蒸気を凝集させるのでより小さな水滴が得られる。しかし、加湿パン等の凍結防止などのため、空気に投入する水分量以上の流量の温水を循環流水させて加湿装置に投入しなければならない。また、加湿量は、空気の温度・流速と、温水の温度又は加湿水面の面積に依存するので、水温をある程度高くするか、温水の表面積（加湿面積）を大きくしなければならない。そして、水温を高くすると加湿前の投入空気の温度をより低くしなければ、結晶型人工雪を作製するための空気温度条件を満たすことができない。また、温水全体の温度を維持するための熱量が必要であり省エネでなく、制御も難しい。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その課題は、雪結晶の品質に優れ、降雪装置に供給する水の量を大幅に削減でき、制御が容易で、省エネである、結晶型降雪用空気の作製方法を提供することにある。

本発明者は、前記課題を解決するため鋭意検討し、常温外気が含有する水分量が水飽和湿度の低温空気中の水分量に比べて多いことに着目し、外気を低温空気と混合して冷却すれば、外気が含有していた水分を利用して、結晶型降雪用空気として適する水分量と温度の空気が得られることを見出した。本発明者は更に検討を進め、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、以下の態様を含む。
（１）結晶型降雪用空気の作製方法であって、湿度が水飽和以下の結晶用湿度空気を、前記結晶用湿度空気より低温の冷却用空気と混合して冷却することを含み、前記結晶型降雪用空気は、氷点下であり、過冷却微水滴が飛散し、かつ氷飽和以上の過飽和蒸気を含む空気である、結晶型降雪用空気の作製方法。
（２）前記結晶用湿度空気は、外気若しくは加温又は冷却、及び／若しくは加湿又は減湿した外気を含む、前記（１）に記載の結晶型降雪用空気の作製方法。
（３）前記結晶型降雪用空気中で結晶型人工雪を生成させ、結晶型人工雪と、残余の結晶型降雪用空気である降雪後空気とを分離し、分離した降雪後空気の少なくとも一部を、前記冷却用空気として使用する、前記（１）又は（２）に記載の結晶型降雪用空気の作製方法。
（４）前記結晶型降雪用空気の温度が−１７〜−１４℃の範囲にあり、結晶型降雪用空気の氷に対する過飽和度が１０７％以上である、前記（１）〜（３）のいずれか１つに記載の結晶型降雪用空気の作製方法。
（５）前記結晶用湿度空気の温度がｔ１℃であり、前記結晶型降雪用空気の温度をｔ３℃と設定したときに、湿り空気線図（ｈ−ｘ線図）上で、結晶用湿度空気の状態点と結晶型降雪用空気の状態点を結び、低温側に延長して、その線と飽和線と交差する状態点の温度を前記冷却用空気の初期設定温度ｔ２の設定値とし、結晶用湿度空気と冷却用空気の初期風量比を、結晶用湿度空気：冷却用空気で、ｔ３−ｔ２：ｔ１−ｔ３とする、前記（１）〜（４）のいずれか１つに記載の結晶型降雪用空気の作製方法。

本発明の結晶型降雪用空気の作製方法によれば、空気に含まれる湿度（蒸気）を冷却凝縮し水滴を発生させるので、水を直接噴霧した粒径（通常２〜４０μｍ又はそれ以上である。）よりも微水滴（１μｍ程度又はそれ以下である。）が得られ、作製する雪結晶の品質が向上する。また、本発明の結晶型降雪用空気の作製方法は、結晶用湿度空気として外気を導入すると、外気の含有する水分を利用できるので、降雪装置に供給する水量を大幅に削減でき（絶対湿度量で０．０１ｋｇ／ｋｇ（ＤＡ）程度の供給量である。）、省エネできる。

本発明の一実施形態に係る混合冷却の空気状態挙動を示した湿り空気線図である。冷却用空気の初期設定温度、結晶用湿度空気と冷却用空気との初期風量比を演算する方法の概念図である。結晶型降雪用空気の温度を、降雪後空気の温度及び湿度から演算推測する方法の概念図である。本発明の一実施形態に係る降雪空気の作製方法のフローを示す概念図である。本発明の一実施形態に係る給気口の側面図である。本発明の一実施形態に係る給気口の空気の流れ方向の下流側から見た正面図である。本発明の一実施形態に係る結晶用湿度空気の給気口の斜視図である。

本発明の結晶型降雪用空気の作製方法は、湿度が水飽和以下の結晶用湿度空気を、前記結晶用湿度空気より低温の冷却用空気と混合して冷却することを含み、前記結晶型降雪用空気は、氷点下であり、過冷却微水滴が飛散し、かつ氷飽和以上の過飽和蒸気を含む空気である。

本発明に係る結晶型降雪用空気は、氷点下であり、過冷却微水滴が飛散（分散）し、かつ氷飽和以上の過飽和蒸気を含む空気である。ここで、氷点下とは、常圧で０℃以下をいう。本発明に係る結晶型降雪用空気は、人工雪の形状が自然界の雪結晶そのものや、それに準じた結晶型の人工雪の生成に用いられる。この結晶型人工雪を降らせることにより、ほぼ自然状態に近い降雪、新雪の積雪を再現できる。この結晶型人工雪を作り出すためには、特殊な空気状態にしなければならない。結晶型人工雪を作るための空気（結晶型降雪用空気）の状態は、氷点下であり、氷飽和以上の過飽和蒸気を含み、かつ過冷却微水滴が飛散している状態であり、定常的には存在しない状態である。このような過渡的な状態を保った空気で、結晶を生成させることが、結晶型人工雪の降雪に必要である。

人工雪の結晶性状は、この結晶型降雪用空気の温度と含水量（過飽和蒸気＋過冷却微水滴）によって変化させることができる。例えば、非特許文献１には、空気及び氷に対する過飽和度（％）を所定の範囲にすることにより、所望の形状の人工雪の結晶性状が得られることが記載されている。ここで、氷に対する過飽和度（％）とは、含水量の氷飽和水蒸気密度に対する比である。

結晶型降雪用空気の温度及び氷に対する過飽和度（％）は、所望の形状の結晶型人工雪が得られる所定の範囲に維持することが好ましい。結晶型降雪用空気の温度及び氷に対する過飽和度（％）を所定の範囲に維持すると、得られる結晶型人工雪の形状が均一となり、降雪品質が向上する。ここで、所望の形状の結晶型人工雪が得られる温度範囲は、結晶型人工雪を成長させる際の条件によりシフトするが、例えば、雪結晶を空中に浮かべて成長させる場合、樹枝状の結晶型人工雪を得たいときには、結晶型降雪用空気を温度−１７〜−１４℃かつ氷に対する過飽和度を１０７％以上にすることが好ましく、扇形、角板、又は厚角板状の結晶状雪を得たいときには、前記の樹枝状の結晶状雪の場合の範囲を除き、結晶型降雪用空気を温度−２０〜−１０℃かつ氷に対する過飽和度を１００％以上にすることが好ましく、針状の結晶型人工雪を得たいときには、結晶型降雪用空気を温度−７〜−４℃かつ氷に対する過飽和度を１０８％以上にすることが好ましく、針異型の結晶型人工雪を得たいときには、結晶型降雪用空気を温度−６〜−１℃かつ氷に対する過飽和度を１０７％以上にすることが好ましい。結晶型人工雪を担体上で成長させる場合には、これらの好ましい温度範囲は、２〜３℃程度高温側にシフトすることがある。

降雪品質の指標には、例えば嵩密度（ｋｇ／ｍ^３）がある。嵩密度が小さいほど降雪の品質が良いことを示す。例えば、自然界の新雪は、嵩密度が３０〜１５０ｋｇ／ｍ^３である。この品質を達成するためには、結晶型人工雪の形状を樹枝状にすることが最も望ましい。また、樹枝状の結晶形状は、結晶生成速度が速い点でも好ましい。例えば、結晶型降雪用空気を、−１６℃近辺（±２℃程度）で、かつ氷に対する過飽和度が１０７％以上にすると、生成する人工雪の結晶形状が樹枝状になる。

本発明に係る結晶型降雪用空気中に飛散している過冷却微水滴は、粒径がより小さい水滴が望ましい。具体的には、１μｍ程度又はそれ以下であると好ましい。

本発明に係る結晶用湿度空気は、湿度が水飽和以下の空気である。結晶用湿度空気は、外気、若しくは加温又は冷却、及び／若しくは加湿又は減湿した外気を含むことが好ましい。結晶用湿度空気として外気を導入すると、外気の含有する水分を利用できるので、降雪装置に供給する水量を大幅に削減でき（絶対湿度量で０．０１ｋｇ／ｋｇ（ＤＡ）程度の供給量である。）、省エネできる。これは、外気を加湿又は減湿した場合も同様である。結晶用湿度空気の温度及び湿度は通常の計測手段で測定できる。

本発明に係る結晶用湿度空気の温度は特に限定されないが、結晶用湿度空気として外気を導入する場合、外気温度が高いとき（夏季等）は、外気由来の結晶用湿度空気と冷却空気との温度差が大きくなり、両者を混合して結晶型降雪用空気にする際に生成した凝縮水滴が、結晶生成前に空気中で過冷却解除する可能性が高まり、氷結するので、降雪品質が低下する恐れがある。従って、外気を冷却器や後述する降雪後空気などにより冷却し、結晶用湿度空気の温度を下げて用いることが好ましい。なお、外気温度が高いときとは、具体的には気温が２５℃以上や３０℃以上のときをいう。

また、結晶用湿度空気として外気を導入する場合、外気温度が低いとき（冬季等）は、外気由来の結晶用湿度空気の湿度（水含有量）が、結晶型降雪用空気を作成するには足りない場合がある。また、その外気温が低い（特に氷点下の）ときは、必要な湿度量に加湿できない場合もある。従って、必要により外気に加温してから加湿して結晶用湿度空気として導入する。なお、外気温度が低いときとは、具体的には気温が１０℃以下のときをいう。

本発明に係る冷却用空気は、結晶用湿度空気より低温の空気である。冷却用空気の温度は、結晶用湿度空気より低温であれば特に限定されないが、具体的には、温度が−２７３℃〜０℃の範囲にあり、好ましくは−３０℃〜−１０℃の範囲にあり、より好ましくは−２５℃〜−１５℃の範囲にあり、特に好ましくは−２５℃〜−２０℃の範囲である。また、湿度は特に限定されないが、氷飽和湿度以下であると好ましい。冷却用空気の湿度が氷飽和以下であると、冷却用空気に冷却する冷却器の結露、凍結がおきにくい。冷却用空気の温度及び湿度は通常の計測手段で測定できる。冷却用空気は、例えば、後述する結晶作製器から循環された空気を、冷却器で冷却して低温にする。

本発明の結晶型降雪用空気の作製方法は、結晶用湿度空気を冷却用空気と混合して冷却することを含む。以下に、混合冷却について図を参照しながら説明する。図１は、湿り空気線図上に、本発明の結晶型降雪用空気の作製方法における、結晶用湿度空気を冷却用空気と混合して冷却する際の空気の状態の挙動を示している。この湿り空気線図は、全圧が１０１．３２５ｋＰａに等しい空気における湿り空気線図（ｈ−ｘ線図）であり、斜交軸の横軸に比エンタルピｈ（ｋＪ／ｋｇ（ＤＡ））、縦軸に絶対湿度ｘ（ｋｇ／ｋｇ（ＤＡ））を基準座標軸にとり、乾球温度ＤＢ（℃）、湿球温度ＷＢ（℃）、相対湿度φ（％）、比容積ｖ（ｍ^３／ｋｇ（ＤＡ））の状態値が示してある。なお、ｋｇ（ＤＡ）は、乾き空気の質量を示す。

水飽和以下の湿度の結晶用湿度空気１（状態点ＳＰ１）を、低温の冷却用空気２（状態点ＳＰ２）で混合冷却していくと、結晶用湿度空気が冷却される。図１では、状態点ＳＰ１と状態点ＳＰ２を結んだ直線上を左側に状態点が移動していく（矢印方向）。この直線と水飽和線が交わるまでは、結晶用湿度空気の湿度は水飽和以下である。水飽和線との交点を過ぎると、湿度が飽和を超え過飽和になった後、空気中に含まれる水分が凝縮し、小さな粒径の過冷却水滴が飛散した状態となる。更に混合冷却が進むと、所望の結晶形状の結晶型人工雪をつくるために最適な、結晶型降雪用空気３の温湿度条件（状態点ＳＰ３）となる。なお、状態点ＳＰ３は、湿度１００％の氷飽和線より上方にあり、定常的には存在せず、過渡的な状態点であるが、縦軸の絶対湿度の数値は、その温度における空気の含水量（過飽和蒸気＋過冷却微水滴）を示している。

結晶用湿度空気と冷却用空気を混合する際、混ざり具合に斑があると、結晶型降雪用空気の空気状態が安定せず、また凝縮水滴の形成（粒径など）にも影響する。また、混ぜたときや、混ぜた後の空気と、結晶型降雪用空気から人工雪を生成させる結晶作製部の間に構造物があると、その部分で過冷却解除が起こりやすくなり、そこで結晶が生成して、湿度投入量に対して結晶生成量が少なく、損失量が多くなる。よって、結晶用湿度空気及び冷却用空気の供給口の形状や配置を、均等に混合できる形状や配置にすることが好ましい。

本発明の結晶型降雪用空気の作製方法では、結晶型降雪用空気から生成させる結晶型人工雪の品質を一定に保つために、結晶型降雪用空気の状態を一定に保つことが好ましい。結晶型降雪用空気の状態を一定に保つ制御方法は特に限定されないが、例えば、１）結晶型降雪用空気の温度の現在値が設定温度より高い場合には、結晶用湿度空気及び／又は冷却用空気の温度を下げ、並びに／若しくは結晶用湿度空気の風量を減らし及び／又は冷却用空気の風量を増やし、２）結晶型降雪用空気の温度の現在値が設定温度より低い場合には、冷却用空気及び／又は結晶用湿度空気の温度を上げ、並びに／若しくは結晶用湿度空気の風量を増やし及び／又は冷却用空気の風量を減らし、また、３）結晶型降雪用空気の湿度の現在値が設定湿度より高い場合には、結晶用湿度空気を減湿し及び／又は風量を減らし、４）結晶型降雪用空気の湿度の現在値が設定湿度より低い場合には、結晶用湿度空気を加湿し及び／又は風量を増やす、方法で制御することが好ましい。

結晶型降雪用空気の計測温度としては、直接、人工雪が生成している近傍で測定した値を使用できる。しかし、結晶型降雪用空気は、過飽和以上の空気であるので、温度センサ部に着霜し、理論的に実際の温度より高い温度で計測され、正確な測定はできない。そのため、人工雪が生成している近傍で測定した値を、固定値又は湿度量から決定した値で補正して計測値として使用することが好ましい。また、センサへの着霜による積層を、センサ駆体に震動を与えるなどして防止することが好ましい。

また、結晶型降雪用空気の計測温度としては、結晶型降雪用空気から結晶雪が生成した後の空気、つまり、降雪後空気の温度及び湿度を測定し（飽和線上かその近辺の状態となる）、その計測値から演算推測した値を用いることができる。この演算推測する方法としては、結晶型降雪用空気の水分が、凍結潜熱と昇華潜熱を空気に放出し空気の温度を上げて、結晶生成するとして、結晶型降雪用空気の温度を計算する方法が挙げられる。より詳細に図３を用いて説明する。図３には、結晶型降雪用空気３の状態、すなわち、過飽和蒸気に過冷却水滴が飛散している状態点ＳＰ３から、結晶型人工雪が生成し、全て氷結晶となった状態点への過程を矢印で示してある。状態点ＳＰ３の湿度（ｈｕ３）は計測値である。まず、結晶型降雪用空気の氷飽和以上の全水分から結晶雪が生成すると仮定する。結晶型降雪用空気のうち、水飽和線以上の水分は、飽和空気に過冷却水滴が飛散している状態であり、水飽和線までは水滴が氷になる領域である。水滴が氷になる領域では凍結潜熱で空気温度が上昇しながら、水飽和線上に到達する（状態点ＳＰ４）。水飽和線と氷飽和線の間は、過飽和蒸気が氷となる領域であり、昇華潜熱で空気温度が上昇し氷飽和線上に到達する（状態点ＳＰ５）。結晶型降雪用空気から二つの温度上昇分を経て、降雪後空気に至るとして、計測した降雪後空気の温度から温度上昇分を引いた値を結晶型降雪用空気の温度（ｔ３）とする。このようにして、氷飽和線以上となる結晶型降雪用空気の温度を、降雪後空気での計測値から、湿度量（水分量）と熱量、温度の関係により推測することができる。

結晶型降雪用空気３の湿度は、飽和以上では直接的には計測できないが、その空気の一部を取り出す経路を設け、その空気を加温することにより飽和以下の空気にしてその湿度を測定し、その測定値から求めることが好ましい。

冷却用空気２の初期設定温度は、湿り空気線図（ｈ−ｘ線図）を用いて決定することが好ましい。具体的には、図２に示すように、結晶用湿度空気１の温度及び湿度を計測して状態点ＳＰ１とし、結晶型降雪用空気３の設定空気条件を状態点ＳＰ３とし、状態点ＳＰ１と状態点ＳＰ３とを直線で結び、その直線を低温側に延長して、水飽和線と交差する点を冷却用空気２の状態点ＳＰ２とし、その状態点ＳＰ２の温度を冷却用空気の初期設定温度にする。また、結晶用湿度空気と冷却用空気の初期風量比は、湿り空気線図（ｈ−ｘ線図）を用いて決定することが好ましい。具体的には、結晶用湿度空気と冷却用空気の初期風量比を、結晶用湿度空気：冷却用空気で、前記の湿り空気線図（ｈ−ｘ線図）上の状態点ＳＰ３と状態点ＳＰ２との間の長さ（Ｑ１）：状態点ＳＰ１と状態点ＳＰ３との間の長さ（Ｑ２）とする。Ｑ１とＱ２の比は、ｔ３−ｔ２とｔ１−ｔ３の比に等しい。これらの決定は、演算処理で決定することができる。また、結晶用湿度空気と冷却用空気の総流量は、所望の降雪量及び結晶型降雪用空気からの人工雪の生成速度に応じて任意に設定できる。

本発明に係る降雪後空気は、結晶型降雪用空気中で結晶型人工雪を生成させた後の空気である。降雪後空気は、結晶作製器で結晶型人工雪と分離し、その少なくとも一部を、冷却用空気として循環させて使用することが好ましい。通常、降雪後空気の一部を排気する。その排気量は、特に限定されないが、通常、結晶用湿度空気と同じ量である。降雪後空気は、冷却して冷却用空気として使用する他、湿度が水飽和以下となる範囲で、結晶用湿度空気と混合して冷却、減湿、加湿に使用できる。

本発明の結晶型降雪用空気の作製方法を、図４を参照しながら更に説明する。図４は、本発明の降雪空気の作製方法のフローを示す概念図である。図４中、Ｈは湿度センサ、Ｔは温度センサを示す。まず、結晶用湿度空気１として外部から外気１０を導入する。外気１０の温度及び湿度は通常の計測手段で計測する。外気の温度や湿度に応じて、必要により外気１０を加温又は冷却、及び／若しくは加湿又は減湿し（結晶用湿度空気調整９）、また、必要により降雪後空気の一部を外気１０に循環８させる。降雪後空気の少なくとも一部を循環冷却７して冷却用空気２とする。結晶用湿度空気１の湿度並びに冷却用空気２の温度及び湿度は混合前に通常の計測手段で計測する。次に、結晶用湿度空気１と冷却用空気２を混合冷却５して結晶型降雪用空気３を作製する。結晶型降雪用空気３を結晶作製器６に送り、人工雪を生成させる。生成した人工雪は降雪１１として分離する。残余の空気である降雪後空気は、その一部を排気１２し、他の一部を循環冷却７して冷却用空気２として用いる。降雪後空気の温度及び湿度は通常の計測手段で計測する。

前記の結晶作製器６は、結晶型降雪用空気３で生じた結晶型人工雪を降雪に変え、降雪後空気を分離することができれば特に限定されないが、例えば、１）頂部を下にした円錐状の通気膜の外部から円錐内に結晶型降雪用空気を透過させて、霜を膜上に成長させ、霜が所定の大きさに成長したら通気膜を振動や変形させて、霜を落下させて降雪とするものや、２）特許文献２に記載されている、回転ブラシ、ブラシ接触体、及びブラシ回転駆動体を備え、落下する結晶型人工雪を回転ブラシで受け取って、それをブラシ接触体で圧縮凝結して粒子経を大きくし、それをブラシ回転駆動体で降下させるものや、３）引用文献３に記載されているような、膜体が細かいメッシュの織物状で、所定間隔で設置された多数の回転通気膜装置と、その膜体の一端に設けたスクレーパーなどの霜除去装置とを備え、通気膜状で霜を成長させ、その成長した霜を霜除去装置で膜から除去するもの、などを用いることができる。

本発明の一実施形態に係る結晶用湿度空気と冷却用空気の混合冷却の一実施形態について図を参照して説明する。図５Ａは、本発明に係る結晶用湿度空気１及び冷却用空気２の給気口の配置の側面図であり、図５Ｂは、それらの給気口の配置を空気の流れ方向の下流側から見た正面図である。図中の矢印は空気の流れを示している。結晶用湿度空気１の給気口を中心にして、その周りに冷却用空気２の給気口を四方に配置し、結晶用湿度空気１と冷却用空気２とが空気中で均等に混ざるようにしている。
また、図５Ｃは、本発明に係る結晶用湿度空気の給気口の形状の一態様を示した斜視図である。吹き出し口１３の前面に板１５を設け、横に３６０度噴出するようになっている。より具体的には、円筒状給気管の一端の吹き出し口１３に、その周縁に設けられ、管の軸方向に延びた複数のピン１４を介して、給気管の内径よりを大きい径の円板１５が、管の軸方向に垂直にして設けてある。結晶用湿度空気１は、図５Ａの左側から右側へ、中心の給気管内を流れ、吹き出し口前面の板にぶつかる。そして、結晶用湿度空気１は、円周方向に吹き出す。冷却用空気２は、周りの給気管から図５Ａの左側から右側へ給気管内を流れ、給気管の開口部から吹き出し、前記の円周方向に吹き出した結晶用湿度空気１と衝突混合し、結晶型降雪用空気３となる。この結晶型降雪用空気は、結晶作製器に導入される。なお、この図は、本発明に係る混合の一態様を示すものであり、結晶用湿度空気と冷却用空気が混合できるものであれば特に限定されないが、結晶用湿度空気と冷却用空気とが均等に混ざるものが好ましい。混合を適度な範囲内とすると、結晶型降雪用空気３に含まれる微水滴の過冷却解除が起きないので好ましい。

本発明の結晶型降雪用空気３の作製方法は、例えば、結晶用湿度空気１として外部から外気１０を導入する外気導入手段と、降雪後空気の少なくとも一部を循環冷却７して冷却用空気２とする冷却用空気調整手段と、結晶用湿度空気１と冷却用空気２を混合冷却５して結晶型降雪用空気３を生成する混合手段と、結晶型降雪用空気３から結晶型人工雪を生成６し、結晶型人工雪を降雪１１させて降雪後空気を分離する結晶作製手段と、降雪後空気の一部を排気１２する排気手段と、必要により降雪後空気の一部を外気１０に循環８させる循環手段と、必要により外気１０を加温又は冷却、及び／若しくは加湿又は減湿（結晶用湿度空気調整９）する結晶用湿度空気調整手段と、を備える結晶型降雪装置で実施することができる。

１：結晶用湿度空気、２：冷却用空気、３：結晶型降雪用空気
４：降雪装置、５：混合冷却、６：結晶作製器、７：循環冷却、８：循環、９：結晶用湿度空気調整
１０：外気、１１：降雪、１２：排気
１３：吹き出し口、１４：ピン、１５：板
ＳＰ１：結晶用湿度空気１の状態点、ＳＰ２：冷却用空気２の状態点、ＳＰ３：結晶型降雪用空気３の状態点
ＳＰ４：結晶型降雪用空気３中の全水滴が氷になったと仮定した状態点、ＳＰ５：降雪後空気の状態点
ｔ１：結晶用湿度空気１の温度、ｔ２：冷却用空気２の初期設定温度、ｔ３：結晶型降雪用空気３の設定温度
Ｑ１：結晶用湿度空気の初期設定風量、Ｑ２：冷却用空気の初期設定風量
ｈｕ３：結晶型降雪用空気３（結晶雪生成前）の湿度
Ｔ：温度センサ、Ｈ：湿度センサ

Claims

結晶型降雪用空気の作製方法であって、
湿度が水飽和以下の結晶用湿度空気を、前記結晶用湿度空気より低温の冷却用空気と混合して冷却することを含み、
前記結晶型降雪用空気は、氷点下であり、過冷却微水滴が飛散し、かつ氷飽和以上の過飽和蒸気を含む空気である、結晶型降雪用空気の作製方法。
前記結晶用湿度空気は、外気若しくは加温又は冷却、及び／若しくは加湿又は減湿した外気を含む、請求項１に記載の結晶型降雪用空気の作製方法。
前記結晶型降雪用空気中で結晶型人工雪を生成させ、結晶型人工雪と、残余の結晶型降雪用空気である降雪後空気とを分離し、分離した降雪後空気の少なくとも一部を、前記冷却用空気として使用する、請求項１又は２に記載の結晶型降雪用空気の作製方法。
前記結晶型降雪用空気の温度が−１７〜−１４℃の範囲にあり、結晶型降雪用空気の氷に対する過飽和度が１０７％以上である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の結晶型降雪用空気の作製方法。
前記結晶用湿度空気の温度がｔ１℃であり、前記結晶型降雪用空気の温度をｔ３℃と設定したときに、湿り空気線図（ｈ−ｘ線図）上で、結晶用湿度空気の状態点と結晶型降雪用空気の状態点を結び、低温側に延長して、その線と飽和線と交差する状態点の温度を前記冷却用空気の初期設定温度ｔ２の設定値とし、結晶用湿度空気と冷却用空気の初期風量比を、結晶用湿度空気：冷却用空気で、ｔ３−ｔ２：ｔ１−ｔ３とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の結晶型降雪用空気の作製方法。