JP3397582B2 - 人工結晶雪製造装置 - Google Patents

人工結晶雪製造装置

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光雄 関
功一 梅澤
育秀 太田
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25CPRODUCING, WORKING OR HANDLING ICE
    • F25C2303/00Special arrangements or features for producing ice or snow for winter sports or similar recreational purposes, e.g. for sporting installations; Special arrangements or features for producing artificial snow
    • F25C2303/042Snow making by using solid ice, e.g. ice crushing

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  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明の人工結晶雪製造装置
は、人工雪を利用して各種機械部品の試験(環境試験)
をする分野、自然の降雪情景を利用するイベント、展示
館、体験ドームなどの降雪体験用などに利用する。
【0002】
【従来の技術とその問題点】凍結粒子を堆積して雪状の
ものにする方法は、噴霧水滴を利用することやその微粒
子を集合させて効率的に降雪させる方法などがある(例
えば、特願平1ー277182号、実開昭58−162
478号、特開平3−236575号等)。微粒子は基
本的に雪結晶と違うためその挙動に違いがあり、環境試
験により評価が異なることが考えられる。
【0003】冷却板を利用してその表面に霜を成長させ
る方法が各種提示されているが(例えば実開昭61−4
0652号、特開平2−103360号、実開平3−1
18483号等)、その結晶性の如何に関わらず、水蒸
気を多量に供給できる状態にないため、その成長量に制
限がある。また、冷却板のため温度勾配が生じ、温度分
布の違いによる結晶形状を異にし、大量に単一結晶をつ
くるには問題がある。
【0004】霜を生成するもう一つの方法では、気流中
に霜を成長させる担体を設け、その担体に所定の温度と
水蒸気を供給して霜を成長させる方法がある(例えば、
実開平2−28057号、特開平2−230074号
等)。
【0005】この方法は気流中に担体を大量に設置する
方法であるが、水蒸気は非常に希薄なため、大量に設置
しても霜はそれほど成長しない。また、霜の成長と剥離
を間欠的に実施しなければならず、したがって連続的に
大量の造雪はできない。
【0006】結晶雪をつくる方法として気流中で作る方
法もある(例えば、特開昭61−165566号、特開
昭62−255770号等)。この方法は上昇気流中に
水蒸気を供給し、浮遊状態で霜を成長をさせ、次いで降
雪させる。
【0007】気流中の成長のため結晶形状はよいが、水
蒸気の供給法としての風速に制約があり、霜の大量成長
は望めない。また、上昇気流を均一につくるには風洞が
必要で、ために大量に広域の降雪ができない。
【0008】結晶雪の気流中での霜の成長に制約がある
ため、捕捉体に氷晶を捕捉して、捕捉体上で霜を成長を
させる方法もある(例えば特開平3−152368
号)。この方法では装置はコンパクトにはなるが、氷晶
は捕捉体上で重なる確率が高く、霜の安定した大量成長
は望み得ず、また広域の降雪もできない。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は上記問
題点を解決するため、単一結晶の結晶雪を連続的に広域
に大量に造雪し、降らせることである。
【0010】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明の人工結晶雪製造装置は、空気を氷点下の温
に冷却する冷却器と、この冷却器からの冷風を氷飽和
以上の空気湿度にする加湿装置とを備え、膜体が細かい
メッシュの通気性を有する織物状に構成された回転通気
膜装置を所要の間隔で多数配設した造雪室内へ前記加湿
装置からの氷飽和以上の湿度の冷風が送風機により供給
されて前記膜体を透過し、この膜体の表面に霜が生成
し、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せられて、そ
の落下霜にて降下雪が形成される構成のものとし、前記
加湿装置から造雪室内へ供給される氷飽和以上の湿度の
冷風は、回転通気膜装置を透過して冷却器により再冷却
された後、加湿装置にて氷飽和以上の湿度の冷風となっ
て再び造雪室に供給されるようにしてあり、また前記
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、加湿パンは蒸発面以外を断熱した流水
式として、造雪室内に供給される冷風の温度にむらが生
じないようにした構成のものとしてある。
【0011】
【作用】本発明によれば回転通気膜体の面に霜を大量に
成長させることができ、また、水蒸気の供給量を気流中
の場合のように制約されることはなく、かなり速い気流
速度を設定でき、大量の水蒸気を送れて大量の造雪がで
きる。
【0012】また、フラットな回転通気膜体に一方向の
気流の水蒸気を供給して大量に霜を成長させるため、常
に成長状態にある霜に大量に良好な水蒸気を供給でき
る。
【0013】さらに、回転通気膜体を所定間隔で設置
し、下端に成長した霜の除去手段を設けたため、膜体か
ら除去された霜を雪として広域に亙り連続的に安定して
降らせることができる。
【0014】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図1の人工降雪装置は、断熱された造雪機械室1
内に設置された冷却器2により、所定温度に冷却された
空気を送風機3により加湿装置4に送る。
【0015】加湿装置では、低湿度の空気を霜が成長で
きるように氷飽和以上の空気湿度にするために水蒸気の
供給を行う。この条件に最も適している加湿装置は加湿
パンで、特に水温を通常の空調に利用するような沸騰型
の加湿ではなく、低温度の水温、特に40℃以下の水温
設定をした低温加湿パンである。
【0016】また、流路全体を均一に氷飽和以上にする
ためには、流路全体に少しずつ加湿するよう図4のよう
に加湿パン5を多段に設け、タンク7の水をポンプPに
て送りヘッダ6aから各加湿パンへ給水し、加湿パンか
らの水は戻りヘッダ6bよりタンク7に戻されるように
する。
【0017】さらに重要なのは加湿水温を一定に保つこ
とである。加湿水温は空気の顕熱上昇にもなるため、水
温を一定にしておかないと、空気温度にも分布むらがで
きて温度の違う条件の霜が成長してしまうからである。
そのため加湿器は、図4のシステムに示すように流水型
の加湿パン5とし、加湿水温の制御はタンク7に配した
ヒータ8により行う。なお、加湿器の加湿面以外の面も
空気の顕熱負荷になるため、その面も断熱することが必
要である。
【0018】その他の加湿方法でも上記のように氷飽和
以上の条件をつくることができれば採用できる。例えば
超音波加湿器である。超音波加湿器においても、上記に
示したように流路に均一に加湿するように配置すること
が必要であることはいうまでもない。加湿装置からの空
気は送りダクトD1 から造雪ユニット内へ送り込まれ
る。
【0019】造雪ユニットは、下部が開口する造雪室9
内に所定間隔に設けられた回転通気膜装置10で構成し
てある。同装置10は、上下一対の回転体11a、11
bへ通気膜体12を掛け渡したものとしてあり、上下い
ずれかの回転体を駆動用とし、他は従動用としてある。
【0020】膜体はなるべくフラットな膜が好ましく、
その膜の密度はなるべく細かい方がよい。例えば合成樹
脂繊維の平織り膜で、通気用の網目が5〜300メッシ
ュ程度のものが好ましい。また、膜の回転数は霜の成長
時間にあわせて決められるが、0.2〜5rph位が好
適である。
【0021】膜体の最下部に当たる箇所には霜Mを除去
する装置13を設けてあり、霜Mを膜体から落下させ、
その落下霜が降下雪Sとなる。霜除去装置13には種々
の手段のものがあるので、特に限定はしないが、例えば
スクレーパ、回転ブラシなどの機械的なものでもよく、
あるいはエアを吹き付けて霜を吹き飛ばすものでもよ
い。
【0022】膜体12表面の霜は霜除去装置13を通過
した後に成長を始め、膜体12の回転により上方へ移動
し、回転体11aに達し、さらに回転体11bまで下降
する。膜体が回転する間に霜Mは加湿空気から常に氷飽
和以上の水蒸気が供給されて次第に成長し、再下段に達
して最も大きく成長した状態で霜除去装置13により落
下させられる。
【0023】最下段で落下せずに残った霜は回転上昇に
移り、水蒸気を与えられて成長を始め、一回転して同様
の操作を繰り返す。回転通気膜装置を通過した空気は戻
りダクトD2 から送風機3により冷却器、加湿装置、送
りダクトD1 を経て造雪ユニットへ再び送り込まれる。
【0024】本発明の回転通気膜装置のメリットは、膜
のどの部分でも霜が良好な状態の水蒸気の供給を受ける
ことができる点であり、膜が通気状態でフラット面状態
であることでもある。
【0025】また、気流中の浮遊状態で霜を成長させる
場合には、気流の風速が1m/s以下に制限されるが、
本発明の装置では膜面で霜を成長させるので、かなり高
風速(2〜3m/s)の状態で通気ができ、それだけ水
蒸気を大量に送ることができ、したがって大量の霜を成
長させることができる。さらに、膜の後流側の湿度雰囲
気は氷飽和以下の条件になるため、膜後流側の構成部品
に、他の方法の場合のように着霜するというようなこと
はない。また、本発明では気流温度が同一であるから、
結晶習性的に結晶の形状が同じで、単一の結晶の造雪が
でき、科学的に実験研究する分野ではその利用価値が大
きい。
【0026】本装置の温度・水蒸気の状態を図5の空気
線図で説明する。気流は回転通気膜装置10の前後の膜
体間に入り、膜面を通過した後、前後の膜体間より流出
する流れである。
【0027】同図の空気線図に示されるように、流入部
の空気はのように充分水蒸気を持っている。その水蒸
気は、膜面で霜の成長に使用されると、昇華潜熱によっ
て空気の温度上昇とともに水蒸気レベルが下がり、の
ように氷飽和程度まで水蒸気は低下する。さらに造雪機
械室内では、外部顕熱負荷によりのようにさらに顕熱
上昇し、完全に未飽和雰囲気の状態になる。さらに送風
機での状態まで顕熱上昇し、冷却器にてまで冷却さ
れる。その後、加湿器にてほぼ水飽和まで加湿される。
【0028】したがって、霜の成長範囲は、加湿器以降
膜面までであり、霜を成長させる他の方法のように、構
成部各所に霜が成長するというようなことはない。
【0029】表1に空気温度−15℃の水飽和条件下に
おける樹枝状結晶の霜の造雪量を示す。造雪量は気流速
度にかなり影響する。気流中に浮遊する結晶の場合は本
発明による0.5m/sの相当する程度であるから、3
00g/m2h程度の造雪量しかない。しかし、本発明の
場合は気流速度を上げられるため、表1のようにかなり
造雪が可能である。例えば気流速度を2.5m/s程度
にすれば、1560g/m2hと5倍以上の造雪が可能に
なる。
【0030】
【表1】
【0031】
【発明の効果】本発明を実施することにより、今まで困
難であった単一の結晶雪を大量に広域に、しかも連続的
に造雪することができるようになった。このことによ
り、使用用途も広がり、通常の環境試験用に限らず、雪
の降雪情景を利用する分野であるイベント等にも利用で
きる。また、雪の結晶性を論じられる科学館などの展示
にも有効利用できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る人工結晶雪製造装置の実施例を示
す縦断面図。
【図2】回転通気膜体の表面から結晶雪が剥離される状
態を示す回転通気膜体下部の拡大縦断面図。
【図3】図1のIII-III 線矢視図。
【図4】加湿装置の具体例を示す構成図。
【図5】本発明に係る装置の温度・水蒸気の状態を示す
空気線図。
【符号の説明】
1 造雪機械室 2 冷却器 3 送風機 4 加湿装置 5 加湿パン 6a 加湿水の送りヘッダ 6b 加湿水の戻りヘッダ 7 加湿水タンク 8 ヒータ 9 造雪室 10 回転通気膜装置 11a、11b 回転体 12 通気膜体 13 霜除去装置 D1 送りダクト D2 戻りダクト M 霜 S 降下雪 P 加湿水ポンプ
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−152368(JP,A) 特開 平3−236575(JP,A) 実開 平5−40775(JP,U) 実開 昭56−34220(JP,U) 実開 平5−42946(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F25C 1/00 - 1/12 F25C 1/16 - 5/18 F24F 6/00 - 6/18

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】空気を氷点下の温度に冷却する冷却器と、
    この冷却器からの冷風を氷飽和以上の空気湿度にする
    湿装置とを備え、膜体が細かいメッシュの通気性を有す
    織物状に構成された回転通気膜装置を所要の間隔で
    数配設した造雪室内へ前記加湿装置からの氷飽和以上の
    湿度の冷風が送風機により供給されて前記膜体を透過
    し、この膜体の表面に霜が生成し、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
    去装置にて落下させられて、その落下霜にて降下雪が形
    成される人工結晶雪製造装置。
  2. 【請求項2】前記加湿装置から造雪室内へ供給される氷
    飽和以上の湿度の冷風は、回転通気膜装置を透過して冷
    却器により再冷却された後、加湿装置にて氷飽和以上の
    湿度の冷風となって再び造雪室に供給されるようにした
    請求項1に記載の人工結晶雪製造装置
  3. 【請求項3】 前記 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、加湿パンは蒸発面
    以外を断熱した流水式として、造雪室内に供給される冷
    風の温度および湿度にむらが生じないようにした請求項
    1に記載の人工結晶雪製造装置。
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