JP6663121B2 - シャーベットの生成噴射システム - Google Patents

Description

本発明は、シャーベットの生成噴射システムに関し、より詳細には、シャーベット製造装置の簡素化、コストダウンが可能で、シャーベット製造装置設置に対する必要スペースの低減が可能なシャーベットの生成噴射システムに関する。

従来から、車両等の耐雪テストにおいて、人工雪をシャーベット化して、雪道走行時にホイールやシャシー付近にシャーベット雪が付着する状況を模擬することが行われてきた。
このような用途に用いられるシャーベットの製造装置は、たとえば、特許文献１に開示されている。
このシャーベットの製造装置は、雪ユニットと水ユニットとを有し、雪ユニットは、雪ホッパーを備え、雪ホッパーの下部には雪供給手段であるフィーダを設けて、フィーダには先端に噴射混合ノズルを有する可撓性の雪用ホースを接続してあり、雪用ホースには、インバータにより送風量が制御される空気圧送手段であるブロワからの風によりフィーダ内の雪が送り込まれるようにしており、一方、水ユニットは、水タンクを備え、水タンク内の水がポンプによって給水管から噴射混合ノズルに供給されるようになっており、給水管には流量計を設け、噴射混合ノズルへの水の供給量はポンプを制御して調節するようにしている。

より詳細には、雪ユニットにおいて、製氷機により製造された氷片を砕氷機により砕氷して人工雪としたものを雪ホッパーに貯めるようにしてあるとともに、空気圧送手段による圧送空気を冷却するための圧送空気冷却用熱交換器が設けられる。
噴射混合ノズルは、雪用ホースを一端に接続した筒体の他端に、中心部に噴射孔を有するキャップが取り付けられ、筒体のキャップ側端部には水タンクからの水が供給される円環状の水ヘッダ部を内設するとともに、水ヘッダ部からキャップ側端面に抜ける水の吹出孔を円陣状に設け、キャップの内面は吹出孔から吹出された吹出水をキャップの軸線部方向へ反射させて水膜を生成するテーパー状に生成し、筒体からキャップ内に供給される雪が水膜を通過することによって水と混合してシャーベット雪となり、シャーベット雪がキャップの中心噴射孔から噴射される構造のものである。

このようなシャーベットの製造装置によれば、シャーベット雪を人工的に製造して噴射する際、雪と水の供給量を制御することにより、シャーベット雪を製造・噴射して物体の冷却テスト用や冷却用に広く利用でき、特に、自動車の耐雪テストに使用する場合には、自然現象の制約を受けることなく、温度、湿度、風速等を所要に設定できる環境試験室内においてテスト用自動車の被テスト箇所等にシャーベット雪を吹き付けてテストを行なうことができる。

一方、たとえば、海水魚を傷つけることなく鮮度を維持するために、塩水から生成されたシャーベット氷を用いる技術が、たとえば、特許文献２に開示されている。
このシャーベット氷生成装置は、貯氷タンク内の塩水を冷却する製氷装置および冷凍機と、塩水の温度を検出する温度計と、塩水の温度の低下速度に基づいて塩水の結氷開始温度を検出し、結氷開始温度検出値と塩水の温度検出値との差が予め定められた温度差に到達したことに応じて冷凍機を停止させる制御装置とを備え、温度計の検出値に誤差がある場合でも、所望の生成濃度（ＩＰＦ）のシャーベット氷を正確に生成できる。
このようなシャーベット氷生成装置によれば、水が塩分を含んでいるので、氷の結晶を粗大化させることなしに、所望の生成濃度のシャーベット氷を正確に生成することが可能である。
しかしながら、このような従来のシャーベットの製造装置、およびこのようなシャーベットの製造装置を用いたシャーベットの製造方法には、以下のような技術的問題点が存する。

第１に、シャーベット製造装置の大型複雑化に伴い、高コストであるとともに、シャーベット製造装置を設置するのに広いスペースが要求される点である。
より詳細には、大型の製氷機、砕氷機および圧送空気冷却用熱交換器が必要であるとともに、複雑な形状をした噴射混合ノズルは高価であり、雪ユニット全体として占めるスペースも広くなる。

第２に、単位時間当たりのシャーベット製造量が少なく、連続的にシャーベットを製造するのが困難な点である。
より詳細には、造雪工程と、造雪された雪を用いてのシャーベット製造工程とは、インラインでなくバッチ処理のために、一回でのシャーベット製造量は、貯雪する雪ホッパーの容積に制限されることから、連続的なシャーベットの製造は困難であるとともに、貯雪中に雪質が変質したり、雪ホッパーを別途冷却保持する必要がある一方、噴射混合ノズルにおいて、開放空間上で水と人工雪とを混合しながら噴射させることから、単位時間当たりのシャーベット製造量は、最大毎分数十キログラム程度と少ないものである。

第3に、所望の含水量のシャーベットを噴射することにより、シャーベット衝撃圧を増大することが困難な点である。
より詳細には、シャーベットの噴射には、噴射混合ノズルまで雪を圧送する圧送空気を利用していることから、シャーベット噴射により対象物に与えるシャーベット衝撃圧は、最大数キロパスカル程度であり、シャーベット衝撃圧を増大するためには、圧送空気の流量を増大することにより雪粒子の加速が必要となるところ、噴射混合ノズルにおいて混合する水の噴射ベクトルが調整可能でないことから、圧送空気の噴流が雪と水との十分な混合を阻害し、混合ムラの発生や、圧送空気の噴流に起因して水が混合部以外に飛散することにより、所望の含水量のシャーベットを生成することが困難であった。

第４に、シャーベットの原料である氷片または氷粒、および水に対する制約があり、用途に応じて、種々のシャーベットを生成するのが困難な点である。
より詳細には、特に、特許文献２において、氷結晶の粗大化を防止するために、塩水を利用しており、真水および真水氷によるシャーベットを生成するのが困難であり、たとえば、生成したシャーベットにより、塩分を含まない自然雪を模擬した環境試験を行うことができない。このため、質の高い環境試験を行うことができない。
また、用途に応じて、種々の不純物を含有するシャーベットを生成する必要性があり、特許文献２におけるシャーベットの生成装置では、このよう汎用性を確保するのが困難である。

特開２００２−１３０８８２号 特開２００９−１６２３９２号

以上の技術的問題点に鑑み、本発明の目的は、シャーベット製造装置の簡素化、コストダウンが可能で、シャーベット製造装置設置に対する必要スペースの低減が可能なシャーベットの生成噴射システムを提供することにある。
以上の技術的問題点に鑑み、本発明の目的は、単位時間当たりのシャーベット製造量を増大しつつ、連続的にシャーベットを製造可能なシャーベットの生成噴射システムを提供することにある。
以上の技術的問題点に鑑み、本発明の目的は、用途に応じて、所望の含水量のシャーベットを噴射しつつ、シャーベット衝撃圧を増大可能な汎用性のあるシャーベットの生成噴射システムを提供することにある。

上記課題を達成するために、本発明のシャーベットの生成噴射システムは、
氷片または氷粒を製造する製造部と、
該製造部により製造された氷片または氷粒を水に混合する混合部と、
該混合部に連通する密閉空間内に水が充満した状態において、インペラによる回転力により、密閉空間内に氷片または氷粒および水を吸引するとともに、氷片または氷粒を破砕しつつ、水と混合することによりシャーベットを生成する一方、インペラによる回転推進力により生成したシャーベットを密閉空間外へ噴射させることに利用可能な破砕ポンプと、
を有する、構成としている。

以上の構成を有するシャーベットの生成噴射システムによれば、破砕ポンプのインペラの回転力を利用することにより、密閉空間内に氷片または氷粒および水の吸引、氷片または氷粒を破砕しつつ、水と混合することによるシャーベットの生成、およびインペラによる回転推進力により生成したシャーベットの密閉空間外への噴射を行うことが可能であり、氷片または氷粒および水の搬送部、氷片または氷粒を破砕しつつ、水と混合することによるシャーベットの生成部、およびインペラによる回転推進力により生成したシャーベットの密閉空間外への噴射部それぞれを別個に設ける必要なく、シャーベット生成噴射システムの簡素化、コストダウンが可能で、シャーベット生成噴射システムに対する必要スペースの低減が可能であるとともに、破砕ポンプのインペラの回転数の調整により、従来のように、塩分を含有させる等原料である氷片または氷粒および水に対する制約を課すことなく、所望の粒径の氷片または氷粒を含有するシャーベットを生成噴射することが可能である。

さらに、氷片または氷粒、および/または水を密閉空間内に送る要求流量に応じて、インペラの回転速度を調整する回転速度調整部を有するのがよい。
さらに、氷片または氷粒の破砕された粒度分布の要求最頻度に応じて、インペラの回転速度を調整する回転速度調整部を有するのがよい。
さらに、シャーベットの要求衝撃圧に応じて、インペラの回転速度を調整する回転速度調整部を有するのがよい。
さらにまた、破砕された氷片または氷粒の大きさを１ミリないし３ミリ、シャーベットの含水率を６０％ないし１００％、シャーベットの噴射初速度を１４メートル／秒以下としつつ、シャーベット衝撃圧を１００キロパスカルまで達成するのがよい。

加えて、前記密閉空間を構成するケーシングには、氷片または氷粒の流入口、水の流入口、およびシャーベットの流出口が設けられ、
前記密閉空間内には、前記流入口から前記流出口に向かって延びる回転シャフトと、いずれも該回転シャフトを中心に回転可能なように該回転シャフトのまわりに固定された、氷片または氷粒破砕用インペラとシャーベット噴射用インペラとが設けられ、該シャーベット噴射用インペラは、該氷片または氷粒破砕用インペラから前記流出口側寄りに設けられるのがよい。
さらに、氷片または氷粒は、前記製造部において真水により製造され、前記混合部において真水と混合することにより、自然雪を模擬したシャ―ベットを生成するのがよい。

以下に本発明に係るシャーベットの生成噴射システムについて、車両等の耐雪テスト専用に用いる場合を例として、添付図面に示す第１実施形態により説明する。
図１に示すように、本実施形態においては、シャーベットの生成噴射システム１０は、氷片を製造する製氷機１２と、製氷機１２により製造される氷片を搬送する氷温安定化コンベア１４と、シャーベットの別の原料である水を供給する水ユニット１６と、製造、搬送された氷片と供給される水とを混合する混合部７５と、氷片と水とによりシャーベットを生成して、目的物である車両に向かって噴射する破砕ポンプ１８とから概略構成されている。

図２に示すように、氷片を製造する製氷機１２は、いわゆる従来既知のタイプのリーマ式製氷機１２であり、内周面を製氷面とする略円筒状の製氷シリンダ２０と、製氷シリンダ２０の内周面に向けて水を散水供給して、氷を形成する散水部と、製氷シリンダ２０の下側に配設されて、製氷シリンダ２０で凍結せずに流下した水を受止めて貯留する貯留部２２と、製氷シリンダ２０の内周面に沿って移動しつつ氷を割るリーマ２４とを備える。

製氷シリンダ２０は、伝熱性に優れた内壁と外部に対し断熱状態とされた外壁とを有する二重構造の略円筒体とされ、内壁と外壁の間には製氷用の冷媒流路２６が内蔵され、冷媒の働きにより冷却される内壁の内周面を製氷面とする。製氷シリンダ２０では、冷却された内周面に散水された水が付着して凍結することで、たとえば、厚さ２ｍｍ前後の薄い氷を生じさせることができる。

リーマ２４は、鉛直方向に延びる略円柱状の回動軸の周囲に刃先を螺旋状配置とされる割氷用の複数の刃１１２を一体に取付けられてなり、中心軸１１１から突出するリーマ支持部に回動自在に支持される。リーマ２４の刃１１２と製氷シリンダ２０の内周面との最小間隔は、たとえば、氷の厚さより小さい０．４ないし０．５ｍｍ程度に設定可能にしている。このように、リーマ２４は、製氷シリンダ２０の中心線を中心に公転しつつ、中心軸１１１を中心に自転しながら、製氷面に形成される薄氷層を剥離するようにしてある。なお、リーマ２４の、モーター１０３による公転軸１１５を中心とする公転による回転速度が、リーマによるフレーク状氷片の剥離サイクルを構成するが、従来既知の方法で、この回転速度を調整可能としている。
このリーマ２４の各刃１１２における刃形は、螺旋状の曲線に沿う単純な直刃形状とされ、リーマ２４における刃１１２の数を変えて刃１１２と氷との接触の間隔を調整することで、氷の大きさを粒状から塊状まで変化させることができる。

このように、本実施形態に係るリーマ式製氷機１２においては、冷却されると共に水の供給を受けて内周面に氷を生じさせる製氷シリンダ２０に対し、その内周面の近傍を移動するリーマ２４を配設し、リーマ２４で内周面の氷を割り、内周面から剥がすことにより、氷を割り剥がすリーマ２４と製氷シリンダ２０の内周面とを接触させずに、フレーク状氷片として製氷することが可能である。

次に、氷温安定化コンベア１４は、コンベア１４上で搬送するフレーク状氷片に対して気流を強制通風して、フレーク状氷片と空気との熱交換量を増大させることにより、フレーク状氷片の温度を強制通風の周囲空気温度に近くに維持するようにしている。

図１に示すように、水ユニット１６は、水タンク２８を備えており、タンク内の水がポンプ３０によって給水管３２から破砕ポンプ１８に供給されるようになっている。給水管には流量計３４を設け、破砕ポンプ１８への水の供給量はポンプ３０を制御して調節し、それにより、破砕ポンプ１８において生成されるシャーベットの水分含有率を制御するようにしている。後に説明するように、破砕ポンプ１８に送られる氷片および水は、破砕ポンプ１８のインペラ５２Ａ，Ｂによる回転により、密閉空間４９内に吸引されるようにしており、破砕ポンプ１８によりシャーベットを生成噴射する際、必ずしもポンプ３０を作動しておく必要はなく、バッチ式に、混合部７５に水を供給しておくのでもよいが、破砕ポンプ１８を作動する際、混合部７５内の氷片および水が、密閉空間４９内に吸引可能なように、予め、密閉空間４９に連通する混合部７５内に水が充満し、氷片が水中に混合しておくようにするのが好ましい。

変形例として、水の圧送をポンプではなく、圧縮空気で行い、密閉水タンク２８の気相部へ圧縮機（図示せず）から圧力空気を供給して水をノズルに送り、水の供給量調節は圧送用空気の圧力を調節して行なうのでもよい。
なお、各ユニットは台車に搭載してあり、各台車は車輪を有する可搬式としてあり、両ユニットを共通の台車に搭載する場合もある。

図３に示すように、破砕ポンプ１８は、ポンプ本体４０と、ポンプ本体４０を駆動する電動機４２とを着脱可能なカップリング４４で連結したものであって、これらをベース４６上に一体的に配置している。
ポンプ本体４０は、一端に吸引口４８が開口した略円筒形状のケーシング５０と、ケーシング５０内に配置されたインペラ５２Ａ，Ｂと、インペラ５２Ｂの外周に設けられた密閉空間４９と、密閉空間４９の上部周面に開口した吐出口５６と、インペラ５２Ａ，Ｂの駆動軸５８を回転可能に支持する軸受部材６０とを有している。また、ケーシング５０の周壁には、開閉可能なスクリュー点検口（図示せず）が設けられ、カップリング４４の周囲にはカバー４４ａが設けられている。

軸受部材６０は、２個のベアリング６２を介して駆動軸５８を回転可能に保持する軸受本体６４と、軸受本体６４のケーシング５０側に取り付けられたオイルシールケース（図示せず）と、軸受本体６４の電動機側に取り付けられたベアリング押さえ（図示せず）とを有している。
より詳細には、破砕ポンプ１８は、密閉空間４９を構成するケーシング５０には、吸引口４８に接続された氷片および水の流入口６７、およびシャーベットの流出口である吐出口５６が設けられ、密閉空間４９内には、流入口６７から延びる駆動軸５８と、いずれも駆動軸５８を中心に回転可能なように駆動軸５８のまわりに固定された、氷片破砕用インペラ５２Ａとシャーベット噴射用インペラ５２Ｂとが設けられ、シャーベット噴射用インペラ５２Ｂは、破砕用インペラ５２Ａから流出口側寄りに設けられる。
氷片および水の流入口６７を有する混合部７５の容積は、上述のように、破砕ポンプ１８を作動する際、混合部７５内の氷片および水が、密閉空間４９内に吸引できるように、予め、密閉空間４９に連通する混合部７５内に水が充満可能な観点を考慮するとよい。

破砕用インペラ５２Ａのまわりには、シュラウドリング５３が設けられるとともに、吸引口４８側から密閉空間４９内に向かって、切刃５１が設けられ、破砕用インペラ５２Ａに隣接して、カッタ格子６９が設置され、カッタ格子６９に隣接してシャーベット噴射用インペラ５２Ｂが設置されており、破砕用インペラ５２Ａ、シュラウドリング５３、カッタ格子６９およびシャーベット噴射用インペラ５２Ｂはいずれも、駆動軸５８の同心状に設けられる。
氷片破砕用インペラ５２Ａとシャーベット噴射用インペラ５２Ｂとは、従来既知の同様な構造であるが、図３に示すように、シャーベット噴射用インペラ５２Ｂは、駆動軸５８に貫通固定するための開口６３を有し、一方の表面に、周方向に所定の等角度間隔を隔てて、中心から螺旋状に延びる複数のスクリュー６５が設けられている。
なお、インペラ５２とケーシング５０との連結には任意の構造を採用することができるが、インペラ５２のメンテナンスや着脱交換を容易に行える構造とすることが好ましい。

図１に示すように、流出口にはホース７６が接続され、ホース７６の先端には先細のノズル状である噴射ノズル（図示せず）が設けられ、先端から所要の含水率のシャーベット雪として噴射するように構成されている。この場合、ホース７６の先端に設ける噴射ノズル内の下流側の噴出口面積を変えることにより、または、噴出口面積の異なる噴射ノズルを複数用意しておき、同じシャーベット流量で噴射速度を変化させ衝撃圧を調整してもよい。
前者の場合、噴射ノズルとして、可撓性を具備する内管と外管とからなる二重管構造をなし、内外管の間の環状スペースには、気体材料または液体材料または固体材料が密閉式に充填され、充填量を調整することにより、噴射口に相当する内管の口径を調整可能としてもよい。より詳細には、噴射口を絞りたい場合には、充填量を増大し、それにより、内管の口径を縮径化し、逆に、噴射口を広げたい場合には、充填量を減少し、それにより、内管の口径を拡径化すればよい。二重管の材質、特に、内管の材質は、このような縮径化および拡径化が可能なように可撓性を具備するもの、たとえば、樹脂製でもよい。
また、ホース７６自体をこのような2重管構造とすることにより、ホース７６内でシャーベットが詰まらないようにしつつ、シャーベットの吐出圧を調整することによりシャーベット流量を調整してもよい。

以上の構成を有する破砕ポンプ１８によれば、混合部７５から密閉空間４９内まで充満する水中に混合する氷片は、水とともに密閉空間４９内に吸引され、切刃５１と回転するカッティングインペラ５２Ａとにより荒切り（１次破砕）される。荒切り（１次破砕）された氷片は、回転するカッティングインペラ５２Ａの遠心力によりシュラウドリング５３に押し付けられ、シュラウドリング５３の刃に接触して２次破砕される。カッティングインペラ５２Ａ、シュラウドリング５３を通過した氷片は、カッタ格子６９により３次破砕されるとともに、カッタ格子６９を通過することにより、所望のサイズに破砕される。所望に破砕された氷片、すなわち生成されたシャーベットは、シャーベット噴射用インペラ５２Ｂによって揚水され、目的物に向かって噴射されるように構成されている。

なお、破砕ポンプ１８において、投入される氷片の大きさと投入量に応じて、カッティングインペラ５２により、投入された氷片を直接砕く場合もあれば、破砕ポンプ１８の密閉空間内において水中に混入している氷片が、カッティングインペラ５２の回転力により発生する遠心力により水流、場合により渦が発生し、それにより、氷片がケーシング５０の内周面に向かって押付けられながら、氷片同士が衝突を繰り返すことにより、あるいは、氷片がケーシング５０の内周面に押付けられることにより、投入される氷片が間接的に破砕される場合もある。
また、リーマ式製氷機１２により製氷される氷片を、たとえば、従来既知の破砕ローラー等を利用して、いったん粗破砕して大粒の氷粒として、それを破砕ポンプ１８に搬送して、微破砕する場合には、後者の間接的な破砕態様により微破砕されることが多いと予想され、カッタ格子６９を省略してもよい。

以上の構成を有するシャーベットの生成噴射システム１０について、その作用をシャーベットの生成方法とともに、図面を参照しながら以下に説明する。
この点、シャーベットの利用用途に応じて、要求されるシャーベットの諸元は異なるところ、車に対してシャーベットを吹き付けて試験を行う用途の場合には、時間当たりのシャーベットの製造量、目的物へのシャーベットの衝撃圧、シャーベットの含水率、および破砕された氷片の大きさに相当するシャーベットの粒径（氷片または氷粒の破砕された粒度分布の要求最頻度）が重要なパラメータである。
これらのパラメータの目標値を設定して、どのようにシャーベットを製造するかについて、図４を参照しながら以下に説明する。
まず、時間当たりのシャーベットの製造量を設定し、それに応じて、破砕ポンプ１８への氷片あるいは氷粒の流入量を定める。
次いで、目的物へのシャーベットの衝撃圧、およびシャーベットの含水率を設定し、それらに応じて、破砕ポンプ１８への水の流入量を定めるとともに、既に生成済のシャーベットが貯留されている場合には、生成済のシャーベットをどの程度利用するかに応じて、破砕ポンプ１８への水の流入量を定める。
次いで、シャーベットの粒径を設定して、それに応じて、破砕ポンプ１８の回転数を定めるとともに、定めた破砕ポンプ１８の回転数に応じて、設定した目的物へのシャーベットの衝撃圧を調整する。
以上により、時間当たりのシャーベットの製造量、目的物へのシャーベットの衝撃圧、シャーベットの含水率およびシャーベットの粒径を所望に達成するように、破砕ポンプ１８を用いて、シャーベットを製造し、目的物に吹き付けて試験を行うことが可能である。
要するに、既存の固形物破砕機構付ポンプをそのまま利用することにより、破砕対象である氷片を水に混合し、このような破砕ポンプ１８による吸引により、破砕ポンプ１８内でシャーベットが生成され、生成されたシャーベットを破砕ポンプ１８外へ噴射することが可能であり、特に、破砕ポンプ１８に供給する氷片、および水の流量、および破砕ポンプ１８のインペラ回転数を調整することにより、生成されるシャーベットの諸元を所望に調整することが可能である。
なお、氷片または氷粒を混合した水を破砕ポンプ１８内に吸引するのに要求されるインペラの回転数、破砕ポンプ１８の密閉空間内で氷片または氷粒を破砕して、シャーベットを生成するのに要求されるインペラの回転数、および生成したシャーベットを破砕ポンプ１８外に噴射するのに要求されるインペラの回転数のなかで、インペラの回転数を最も高い回転数に設定してもよく、たとえば、シャーベットの要求衝撃圧により必要なインペラの回転数が最も高い場合、ポンプ３０による水の供給量、および／または氷温安定化コンベア１４による氷片の搬送速度を調整することにより、氷片または氷粒を混合した水の吸引、および密閉空間内での氷片または氷粒の破砕を適宜調整することも可能である。

車両等の耐雪テストの場合、自然雪を模擬した状態で試験を行う一方、試験室内の限られたスペースにおいて、ホイール、シャシ、車輪付近等種々の箇所に所定の衝撃圧で吹き付ける必要があることから、図５に示すように、時間当たりのシャーベット製造量、目的物へのシャーベット衝撃圧、シャーベット含水率、シャーベット粒径、シャーベット製造の連続性、およびシャーベットの生成噴射システムの簡略化、コンパクト化が要望されるところ、本願発明によれば、これらのすべての要求を満たすことが可能である。特に、従来のように、氷粒の肥大化を抑制する観点から塩水によりシャーベットを生成する必要がなくなり、より自然雪に近い精度の高い環境試験を行うことが可能である。
消火装置用にシャーベットを用いる場合、特に降雪地での火災のときには、シャーベットの生成噴射システムを火災現場付近まで搬送して、付近の積雪をホッパー内へシャベルで投入するか、バキューム装置等の機械的手段で投入し、水は消防水を利用することによりノズルからシャーベット雪を吹き付けて消火用に利用する観点から、図５に示すように、時間当たりのシャーベット製造量、目的物へのシャーベット衝撃圧、およびシャーベットの生成噴射システムの簡略化、コンパクト化が要望されるところ、本願発明によれば、これらのすべての要求を満たすことが可能である。

食料品等の冷却用にシャーベットを用いる場合、たとえば、トロ箱内の鮮魚にノズルからシャーベット雪を吹き付けることにより、魚に吹き付けられたシャーベット雪に空隙が生じることなく魚と接触することで冷却効率を確保する一方、冷却後の保冷には含水率の少ないシャーベット雪が好ましいことから、図５に示すように、時間当たりのシャーベット製造量、シャーベット含水率、シャーベット粒径が要望されるところ、本願発明によれば、これらのすべての要求を満たすことが可能である。
イベント用の雪像または寒冷地建造物制作用にシャーベットを用いる場合、たとえば、雪祭りの会場に、雪や氷を使用して著名な建造物や動物などを模したいわゆる雪像を作成するのに、木材で枠組みを作り、この枠内に雪を詰め込んで固めたあと、木枠を外し建造物や動物などの細部を忠実に表現するために削り出しや表面仕上げの大掛かりな作業を行なう観点から、(a) 含水率を種々に設定することによりシャーベット雪の付着性の確保、(b) シャーベット雪を高い場所にも容易に散布できること、(c)シャーベット雪の噴射により、複雑な建造物を形成すること、以上が必要であることから、図５に示すように、時間当たりのシャーベット製造量、目的物へのシャーベット衝撃圧、およびシャーベット含水率が要望されるところ、本願発明によれば、これらのすべての要求を満たすことが可能である。

氷菓用にシャーベットを用いる場合、たとえば、コンベアに載置されて順次送られてくるカップ等の容器に、シロップが混合されたシャーベット雪をノズルから供給することによって冷却時間の掛からない氷菓用シャーベットの製造する観点から、図５に示すように、時間当たりのシャーベット製造量、シャーベット含水率、シャーベット粒径、およびシャーベット製造の連続性が要望されるところ、本願発明によれば、これらのすべての要求を満たすことが可能である。この場合、ノズルからのシャーベットの噴射速度を抑制しつつ、シャーベットを容器に供給可能であり、ノズルからのシャーベットの噴射速度を考慮して、容器とノズルとの間隔を離す必要がない。

以上の構成を有するシャーベットの生成噴射システムによれば、破砕ポンプのインペラの回転力を利用することにより、密閉空間内に氷片または氷粒および水の吸引、氷片または氷粒を破砕しつつ、水と混合することによるシャーベットの生成、およびインペラによる回転推進力により生成したシャーベットの密閉空間外への噴射を行うことが可能であり、氷片または氷粒および水の搬送部、氷片または氷粒を破砕しつつ、水と混合することによるシャーベットの生成部、およびインペラによる回転推進力により生成したシャーベットの密閉空間外への噴射部それぞれを別個に設ける必要なく、シャーベット生成噴射システムの簡素化、コストダウンが可能で、シャーベット生成噴射システムに対する必要スペースの低減が可能であるとともに、破砕ポンプのインペラの回転数の調整により、従来のように、塩分を含有させる等原料である氷片または氷粒および水に対する制約を課すことなく、所望の粒径の氷片または氷粒を含有するシャーベットを生成噴射することが可能である。さらに、上述のような種々の用途に応じて、所望の含水量のシャーベットを噴射しつつ、シャーベット衝撃圧を増大可能な汎用性のあるシャーベットの生成噴射システムを提供することが可能である。

以上の構成を有するシャーベットの生成方法によれば、氷片を混合した水の密閉空間内への吸引、および密閉空間内において、氷片の破砕と、破砕した氷片に対する含水と、含水させた氷片、すなわち、シャーベットの圧送、さらに生成したシャーベットの外部への噴射を、同じ駆動源である回転力を利用して行うことから、従来においては、氷片の破砕と、破砕した氷片に対する含水と、シャーベットの圧送とを、別々の駆動源により、別個に行っていたところ、シャーベットの生成噴射システムの簡素化、コストダウンが可能で、シャーベットの生成噴射システム設置に対する必要スペースの低減が可能である。
以上の構成を有するシャーベットの生成方法によれば、水と、含水させた氷片、すなわち、シャーベットの圧送を、遠心力による発生する水流を利用して、氷片同士の衝突、氷片の密閉空間を構成する内面への衝突、あるいは、水流による渦への巻き込みによる氷片の自壊による間接的な破砕により行いつつ、その過程で、含水を行うとともにシャーベットの圧送を行うことから、従来においては、破砕した氷片の一定量を貯留する一方、貯留した氷片を圧送空気により圧送しつつ、圧送される氷片に対して水を噴射して含水させていたところ、単位時間当たりのシャーベット製造量を増大しつつ、連続的にシャーベットを製造可能である。

以上の構成を有するシャーベットの生成方法によれば、密閉空間内において、氷片の破砕と、破砕した氷片に対する含水と、含水させた氷片、すなわち、シャーベットの圧送を、同じ駆動源である回転力を利用して行うことから、従来においては、貯留した氷片を圧送空気により圧送しつつ、圧送される氷片に対して水を噴射して含水させることにより、シャーベットを生成していたところ、圧送空気を用いず、回転力をシャーベットの生成とともにシャーベットの噴射にも利用しつつ、氷片および/または水を密閉空間内に送る流量を調整することにより、シャーベットの噴射速度および/またはシャーベット衝撃圧を増大可能である一方、密閉空間内での破砕した氷片に対する含水により所望の含水量のシャーベットを生成可能であり、以って所望の含水量のシャーベットを噴射しつつ、シャーベットの噴射速度および/またはシャーベット衝撃圧を増大可能である。
以上の構成を有するシャーベットの生成方法によれば、いったん生成したシャーベットを利用して、密閉空間内において氷片とを混合しながら、回転力により氷片を破砕して、シャーベットを生成しつつ、生成したシャーベットを密閉空間外へ噴射することにより、密閉空間内において氷片を水と混合しながら、シャーベットを生成する場合に比べて、シャーベット衝撃圧を確保しつつ、氷片に対する水分割合を抑えたシャーベットを生成可能である。

変形例として、予め製造した所定含水量のシャーベットを水槽等のタンクに、溶解しないように温度管理して貯留しておき、必要に応じて破砕ポンプ１８へ供給して、噴射してもよい。上述のように、水と氷片とを破砕ポンプ１８へ供給しながら間欠運転を行うとすれば、水および氷片それぞれの供給に係わる同期制御が複雑化するところ、このことにより、シャーベットの噴射と、シャーベットの噴射停止とを繰り返す間欠運転が容易に行える。

本件出願人は、特許文献１の出願人であり、特許文献１に開示のシャーベットの生成方法によれば、シャーベットの含水率を２１％ないし１００％、シャーベットの噴射初速度としては氷粒の搬送空気の流速として８０メートル／秒としても、シャーベット衝撃圧を４キロパスカルしか達成できなかったのに対して、真水および真水により製造した氷片を原料として、破砕ポンプ１８として、ハスクバーナ・ゼノア株式会社の破砕ポンプであるディスインテグレータ(型 式 ： KD125-MF、吐出量 ： 毎分0.1〜0.6立方メートル、モーター出力： 11kW)を用いて試験したところ、破砕された氷片または氷粒の大きさを１ミリないし３ミリ、シャーベットの含水率を６０％ないし１００％、シャーベットの噴射初速度を１４メートル／秒以下としつつ、シャーベット衝撃圧を１００キロパスカルまで達成可能であり、シャーベット状の自然雪を模擬可能である点を確認している。

以下に、本発明の第２実施形態について、図６ないし図８を参照しながら説明する。以下の説明において、第１実施形態と同様な構成要素については、同様な参照番号を付することによりその説明は省略し、以下では、本実施形態の特徴部分について詳細に説明する。
本発明の第２実施形態の特徴は、生成するシャーベットの用途に伴い、シャーベットの生成噴射システム１０を可搬式とし、そのために、第１実施形態においては、リーマ式製氷機１２により製氷された氷片を搬送コンベア１４を介して、直接破砕ポンプ１８へ搬送していたが、本実施形態においては、このようなオンライン方式でなく、リーマ式製氷機１２により製氷された氷片をいったん氷ホッパー７０に貯氷し、氷ホッパー７０より破砕ポンプ１８へ搬送するバッチ方式とした点にある。
より詳細には、図６に示すように、氷ホッパー７０より搬送コンベア１４を介して貯氷した氷片を破砕ポンプ１８へ供給するようにしており、シャーベットの生成量は、氷ホッパー７０の貯氷量により制約を受けるが、氷ホッパー７０、搬送コンベア１４、水ユニット１６および破砕ポンプ１８を同じ台車に搭載して、台車を車輪（図示せず）を有する可搬式とすることにより、シャーベット生成装置を火災現場まで容易に搬送することが可能である。場合により、搬送コンベア１４を省略して、氷ホッパー７０から破砕ポンプ１８へ直接氷片を供給してもよい。なお、第１実施形態と同様に、破砕ポンプ１８のインペラ５２の回転力を利用することにより、密閉空間４９内に氷片または氷粒および水の吸引、氷片または氷粒を破砕しつつ、水と混合することによるシャーベットの生成、およびインペラ５２による回転推進力により生成したシャーベットの密閉空間４９外への噴射を行うことが可能である。

氷ホッパー７０は、貯氷した氷片を円滑に供給するフィーダ機能が必要であり、フィーダには各種のものがあるが、その一例として図７にロータリフィーダを挙げる。
ロータリフィーダの場合、ブリッジ現象によって羽根車７２上方のハウジング内に空隙が生じ、雪の円滑な供給が阻害されことがある。
これを阻止するためには、例えば図７のようにホッパーに重い落とし蓋７４を設けて中の雪を常に上から押圧するとか、図８のようにホッパー１それ自体を下部が大径となるものに構成し、自重による雪の降下が阻害されないようにする。

なお、従来は、砕氷機により破砕した氷粒を搬送空気により圧送していたことから、搬送空気を流すブロアと、内部に搬送空気を流し、氷ホッパーの排出口に連通する搬送管とが必要であり、このことに起因して、ロータリフィーダの場合、ブロワからの空気の圧力によってフィーダ内から氷ホッパー７０内に空気が逆流するいわゆる吹上げ現象を起こし、この吹上げ現象によって羽根車による雪の供給効率が低下することがあったが、本実施形態においては、氷ホッパー７０内に貯氷した氷片を破砕ポンプ１８まで搬送空気により圧送しないことから、このような吹上げ現象が起こる恐れがない。

以上のように、本実施形態において、シャーベットの生成噴射システム１０を火災発生現場に直接搬送可能とすることで、シャーベットを消火用途に利用しやすくなるとともに、シャーベットは消火に利用可能であればよいので、氷ホッパー７０に貯氷することに伴い雪質の変質が生じるとしても問題は生じない。

以上、本発明の実施形態を詳細に説明したが、本発明の範囲から逸脱しない範囲内において、当業者であれば、種々の修正あるいは変更が可能である。
たとえば、本実施形態において、リーマ式製氷機１２により製氷したフレーク状の氷片を直接水とともに破砕ポンプ１８に供給することにより、破砕して噴射させるものとして説明したが、それに限定されることなく、いわゆるブレード式製氷機により製氷した氷片でもよく、より具体的には、回転ドラムの円筒外周面に形成した氷薄層を固定ナイフにより剥離したり、固定ドラムの円筒内周面に形成した氷薄層を可動ブレードにより剥離させるのでもよい。
たとえば、本実施形態において、リーマ式製氷機１２により製氷したフレーク状の氷片を直接水とともに破砕ポンプ１８に供給することにより、破砕して噴射させるものとして説明したが、それに限定されることなく、リーマ式製氷機１２により製氷したフレーク状の氷片を一対の破砕ローラーにより粗破砕して大粒の氷粒としたものを水とともに破砕ポンプ１８に供給することにより、微破砕して噴射させるのでもよい。

たとえば、本実施形態において、リーマ式製氷機１２により製氷したフレーク状の氷片を直接水とともに破砕ポンプ１８に供給することにより、破砕して噴射させるものとして説明したが、この場合、破砕ポンプ１８に供給される氷片自体は、乾いた状態でもよいし、水割合の多い水と氷の混合状態で供給してもよい。
たとえば、本実施形態において、車両等の耐雪テスト専用に用いるシャーベットの生成として説明したが、それに限定されることなく、吹雪を模擬して車両に吹き付けたり、積雪した雪を圧雪してタイヤ試験を行ったりする車両に対する雪環境試験システムの付帯ユニットとして、シャーベットの生成を行ってもよく、この場合、雪環境試験システムにおける造雪ユニットおよび砕氷ユニットを流用することが可能である。

たとえば、本実施形態において、氷片または氷粒を水とともに破砕ポンプ１８に供給することにより、破砕して噴射させるものとして説明したが、それに限定されることなく、氷片または氷粒の粒径が十分に細粒化されている場合には、破砕より所定の衝撃圧で噴射させることを優先に、破砕ポンプ１８の回転数を調整するのでもよい。
たとえば、本実施形態において、リーマ式製氷機１２により製造されたフレーク状の氷片を破砕するものとして説明したが、それに限定されることなく、一対の破砕ローラーにより製造された氷粒を破砕するのでもよい。
たとえば、本実施形態において、リーマ式製氷機１２により製造されたフレーク状の氷片を破砕するものとして説明したが、それに限定されることなく、一対の破砕ローラーにより製造された氷粒、またはフレーク状の氷片と氷粒とを併用して、破砕するのでもよい。

たとえば、本実施形態において、破砕ポンプ１８として、一次粉砕から三次粉砕まで段階的に粉砕するタイプのものとして説明したが、それに限定されることなく、所望のシャーベットを製造して、噴射可能である限り、一次粉砕のみのタイプでもよく、三次粉砕において、格子を用いなくてもよい。
たとえば、本実施形態において、人工雪を破砕するものとして説明したが、それに限定されることなく、所望のシャーベットを製造して、噴射可能である限り、乾き雪の自然雪を利用して、または、人工雪と自然雪とを併用して、破砕するのでもよい。
たとえば、本実施形態において、車両の耐雪テスト専用に用いるシャーベットの生成として説明したが、それに限定されることなく、自動車に限らず、ブルドーザ、フォークリフト車、あるいは鉄道車両等、車両一般のほかに船舶や建造物のテスト用に利用するものでよい。

本発明の第１実施形態に係るシャーベットの生成噴射システムの全体概略図である。 本発明の第１実施形態に係るシャーベットの生成噴射システムの製氷機１２の概略断面図である。 本発明の第１実施形態に係るシャーベットの生成噴射システムの破砕ポンプ１８の概略断面図である。 本発明の第１実施形態に係るシャーベットの生成噴射システムを用いて、シャーベットを生成する場合において、シャーベットの諸元の調整の仕方を示すフロー図である。 本発明の第１実施形態に係るシャーベットの生成噴射システムを用いて、シャーベットを生成する場合において、シャーベットの用途に応じてシャーベットに要求される諸元を示す表である。 本発明の第２実施形態に係るシャーベットの生成噴射システムの全体概略図である。 本発明の第２実施形態に係るシャーベットの生成噴射システムにおける雪フィーダの変形例の図である。 本発明の第２実施形態に係るシャーベットの生成噴射システムにおける雪フィーダの変形例の図である。

１０ シャーベットの生成噴射システム
１２ 製氷機
１４ 搬送コンベア
１６ 水ユニット
１８ 破砕ポンプ
２０ 製氷シリンダ
２２ 貯留部
２４ リーマ
２６ 冷媒流路
２８ 水タンク
３０ ポンプ
３２ 給水管
３４ 流量計
３６ 台車
４０ ポンプ本体
４２ 電動機
４４ カップリング
４４ａ カバー
４６ ベース
４８ 吸引口
４９ 密閉空間
５０ ケーシング
５１ 切刃
５２ インペラ
５３ シュラウドリング
５４ 流出室
５５ カッタ格子
５６ 吐出口
５８ 駆動軸
６０ 軸受部材
６２ ベアリング
６３ 開口
６５ スクリュー
６７ 流入口
６９ カッタ格子
７０ 氷ホッパー
７２ 羽根車
７４ 落とし蓋
７５ 混合部

Claims (5)

1. 氷片または氷粒を製造する製造部と、
   該製造部により製造された氷片または氷粒を水に混合する混合部と、
   該混合部に連通する密閉空間内に水が充満した状態において、インペラによる回転力によ
   り、密閉空間内に氷片または氷粒および水を吸引するとともに、氷片または氷粒を破砕し
   つつ、水と混合することによりシャーベットを生成する一方、インペラによる回転推進力
   により生成したシャーベットを密閉空間外へ噴射させることに利用可能な破砕ポンプと、
   氷片または氷粒の破砕された粒度分布の要求最頻度に応じて、インペラの回転速度を調整する回転速度調整部とを有する、
   ことを特徴とするシャーベット生成噴射システム。
2. 氷片または氷粒を製造する製造部と、
   該製造部により製造された氷片または氷粒を水に混合する混合部と、
   該混合部に連通する密閉空間内に水が充満した状態において、インペラによる回転力によ
   り、密閉空間内に氷片または氷粒および水を吸引するとともに、氷片または氷粒を破砕し
   つつ、水と混合することによりシャーベットを生成する一方、インペラによる回転推進力
   により生成したシャーベットを密閉空間外へ噴射させることに利用可能な破砕ポンプと、
   シャーベットの要求衝撃圧に応じて、インペラの回転速度を調整する回転速度調整部とを有する、
   ことを特徴とするシャーベット生成噴射システム。
3. さらに、氷片または氷粒、および/または水を密閉空間内に送る要求流量に応じて、イン
   ペラの回転速度を調整する回転速度調整部を有する、請求項１または請求項２に記載のシャーベット生成
   噴射システム。
4. 前記密閉空間を構成するケーシングには、氷片または氷粒、および水の流入口、および
   シャーベットの流出口が設けられ、
   前記密閉空間内には、前記流入口から延びる回転シャフトと、いず
   れも該回転シャフトを中心に回転可能なように該回転シャフトのまわりに固定された、氷
   片または氷粒破砕用インペラとシャーベット噴射用インペラとが設けられ、該シャーベッ
   ト噴射用インペラは、該氷片または氷粒破砕用インペラから前記流出口側寄りに設けられ
   る、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のシャーベット生成噴射システム。
5. 氷片または氷粒は、前記製造部において真水により製造され、前記混合部において真水と
   混合することにより、自然雪を模擬したシャ―ベットを生成する、請求項１ないし請求項
   ３のいずれか１項に記載のシャーベット生成噴射システム。

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