JP6926082B2 - 人工雪製造設備及び人工雪製造設備から人工雪を排出するための方法 - Google Patents

Description

本技術は、一般に、雪を生成するプロセスに関係し、より具体的には、人工雪製造システムから雪を排出及び分配するための方法及び装備に関する。

人工雪製造技術は、水の沸点が周囲の圧力に伴って変化するという事実に関する物理法則に依存している。基本的に、人工雪製造プロセスのために、０℃よりも低い温度での水の沸点に対応する真空圧力は、水からの気化潜熱を吸収する水蒸気を生成する。水の温度は水が凍結するまで下がり、存在する真空圧力に対応する過冷却温度に達する。

真空圧力のもとで水を凍結させる技術は、冷却用途及び凍結乾燥用途などの様々な産業分野で十分に確立されている。しかしながら、現在、この技術を用いて雪を生成する既存の商業設備／システムは２つしかない。既存のシステムは、ループ内で圧送する氷スラリーを生成する。上記氷スラリーループから水が除去されて雪を生成する。上述したシステムの主な問題は、システムには氷スラリーループ内での凍結防止を保護する物が必要となることである。使用される凍結防止保護は、通常、グリコール又はＮａＣｌ溶液の形態であり、それらは、両方とも雪とともに部分的に排出され、それにより環境を汚染する。第２の問題は、ベタ雪が生成されるだけで、生成された雪の品質を事実上制御できないということである。

上述したような真空技術を用いて氷粒子又は雪を生成するための基本的なシステムは、例えば、ＵＳ６０３８８６９、ＷＯ８２０３６７９及びＷＯ-２００６０９０３８７に開示されている。これらのシステムは、氷スラリーを生成し、生成された氷スラリーからその目的用途に応じたプロセス内で、後に水が除去可能であり又は水が除去される。水が除去されたとき、雪は、依然として湿っていて、密度が高い「春雪」に似ている。人工雪を製造するためにこのような方法を使用すると、雪の品質を制御することができず、この場合も上述した氷スラリーループ内での環境に不利な凍結防止を保護する物の必要性がある。

関連技術
文献ＤＥ９１７４９１、ＳＥ８５５５１及びＵＳ１９７６２０４は、氷を生成するためのシステムを開示している。上記システムは、全て、蒸発器容器内の真空を維持するのに役立つ氷プラグを形成するためにスクリューを使用する。雪を生成するために上記システムが代わりに使用された場合、結果として得られる雪の機械的特性が壊され、生成された雪の密度のような雪の品質を制御することができない。

上述した問題に対する改善された解決策を提供することが一般的な目的である。

特に、機械特性又は密度に関するような、所望の品質の雪を生成するための改良された方法を提案することが目的である。

特に、本発明の別の目的は、機械的特性又は密度に関するような所望の品質の雪を生成するための装備を提案することである。

これらの及び他の目的は、添付の特許請求の範囲によって規定される技術によって満たされる。

技術は、一般に、真空圧力のもとで水を凍結させる公知の技術を用いて生成された雪から高品質の雪を提供する方法に関する。

技術の基本的な態様では、蒸発器容器を有する人工雪製造設備から人工雪を排出する改良された方法が提供される。雪は、蒸発器容器内に真空圧力を維持することによって水を真空圧力のもとで凍結させかつ水からの蒸発潜熱を吸収する水蒸気を生成する技術によって生成される。それにより水温は、水が凍結して存在する真空圧力に対応する過冷却温度に達するまで低下する。基本的な構成では、方法は、生成された雪を第１のパイプスクリューコンベヤによって蒸発器の底部から取り出すことと、第１のスクリューコンベヤから取り出した雪を、制御された第１の弁を通って第２のパイプスクリューコンベヤに搬送することと、雪を、第２のスクリューコンベヤから同様に制御された第２の弁を通って大気に排出することとを含む。

この技術のさらなる態様によれば、蒸発器容器と、蒸発器容器の内部に真空圧力を発生させかつ維持するために蒸発器容器に接続されるとともに凝縮器に接続された真空発生装置とを含む、人工雪を排出するための人工雪製造設備が提供される。給水ライン及び少なくとも１つの水ノズルを通って蒸発器容器内に水を分配するための給水装置が備わり、蒸発器容器内で生成された雪を蒸発器容器から排出する手段が備わる。基本的な構成では、設備は、蒸発器容器の下部と連通して、雪を下部から受け取る第１のパイプスクリューコンベヤと、第１のパイプスクリューコンベヤの出口端と制御された第１の弁を介して連通し、第１のパイプスクリューコンベヤの動作時、第１のパイプスクリューコンベヤから雪を選択的に受け取る第２のパイプスクリューコンベヤと、制御された第２の弁であって、第２のパイプスクリューコンベヤの出口端を周囲大気と連通させ、第２の弁の動作時に、第２のパイプコンベヤからの生成された雪を選択的に排出する制御された第２の弁とを含む。

この技術のさらなる態様によれば、真空圧力のもとで水を凍結させる技術によって雪を生成する、人工雪製造設備から排出される人工的に生成された雪の品質を制御するための改良された方法が提案される。上記真空圧力は真空容器内で維持され、水からの気化潜熱を吸収する水蒸気が生成され、水温は、水が凍結して存在する真空圧力に対応する過冷却温度に達するまで低下する。基本的な構成では、蒸発器容器内への水流は、蒸発器容器内の真空圧力の関数として制御され、又は代わりに蒸発器容器内の真空圧力は、蒸発器容器への水流の関数として制御され、部分的に凍結した水滴を生成して密度が高くなり、又は完全に凍結して密度が低くなる。

本技術の基本的な思想の好ましい詳しい発展及びその実施形態は、従属する従属請求項に記載されている。

上述したものに加えて、本技術によって提供される利点は、本技術の実施形態の以下の詳細な説明を読むことによって容易に理解されるであろう。

本発明並びにそのさらなる目的及び利点は、添付の図面と併せて以下の説明を参照することによって最もよく理解される。

現在提案された技術による人工雪製造設備の実施形態の概略図である。 図１の人工雪製造設備から人工雪を排出する方法の概略フロー図である。

技術は、添付図面に例示されている、人工雪製造設備及び人工雪製造設備から人工雪を排出する方法の例示的な実施形態を参照して説明される。実施形態は、人工雪を製造するための用途における、特にスキー用途向けの技術の原理の使用を例示するのに役立つ。しかしながら、例示は、技術の実施形態を説明する目的に役立つが、技術を、その詳細又は特定の適用分野に限定することを意図しないことが強調される。

導入部に表したように、真空圧力のもとで水を凍結させる一般的技術は、数十年前から公知であり、主に氷を生成するために又は一般的な冷却目的で使用されてきた。最近、同じ一般的技術の開発において、特にクロスカントリースキー及びアルペンスキーのようなスキー用途向けの人工雪を生成するための装備が開発されている。この従来技術における人工雪製造装備の主な問題点は、湿って密度が高い雪のみを生成することであり、この雪は、春型雪と呼ぶことができ、密度が６００〜７００ｋｇ／ｍ^３である。

この技術分野で遭遇しかつ冒頭でも簡単に述べたこのような欠点及び問題を克服するために、本技術は、以下に、生成された人工雪の品質を最適化するための新規な取り組みを提案する。提案された方法及び設備の独特の特徴は、既存の技術に勝る本質的な利点を提供する。方法により、特に生成された雪の密度に関して、以前よりもはるかに品質が高い人工雪を生成することが可能となる。これにより、次に、生成された雪の品質を連続的に制御する可能性の改善などのさらなる利点がもたらされる。

以下、本技術は、添付した図１〜図２に例示された技術の典型的な実施形態を参照して説明される。図１は、本技術に用いる基本的な人工雪製造設備２０の典型的な実施形態を非常に概略的に示す。設備２０は、真空圧力のもとで、特に０℃よりも低い温度での水の沸点に対応する真空圧下で水を凍結させる、前述した従来技術に基づいて人工雪Ｓを生成し又は製造する。設備は、蒸発器容器１と、真空ポンプのような真空発生装置２とを含み、真空発生装置は、蒸発器容器の内部に凝縮器への真空圧力を生成し及び維持すべく一端が蒸発器容器に接続され、他端が凝縮器３に接続されている。給水部１２が備わり、給水ライン１１及び少なくとも１つの水ノズル１０を通って蒸発器容器１内へ水を供給し、かつ蒸発器容器１内に水を分配する。蒸発器容器１内で生成された雪をそこから排出するための手段も必要である。これまで説明した設備は、既知の技術に基づいている。

しかしながら、このような既知の技術とは明らかに対照的に、現在提案されている設備は、蒸発器容器１内で生成された雪Ｓをその品質を損なうことなく蒸発器容器１から周囲大気に排出する独特な手段構成４〜７を含む。上記雪排出手段は、蒸発器容器１の下部１Ａに連通して生成された雪Ｓをそこから受け取る第１のパイプスクリューコンベヤ４を含む。第１のパイプスクリューコンベヤ４は、上記容器１の底部にある適切な寸法とされた開口部（詳細には図示しない）を介して蒸発器容器１と連通していることを理解されたい。パイプスクリューコンベヤは、モータ１７によって選択的に作動し、モータは、円筒形パイプ型のコンベヤケース４Ｃ内に回転可能に軸支されたスクリュー羽根４Ｂに駆動的に接続されている。

第１のパイプスクリューコンベヤ４の出口端４Ａが、制御された第１の弁６を通って第２のパイプスクリューコンベヤ５と連通している。第１の弁６は、スライド弁又は仕切り弁のような任意の適切な種類とされ、２つのパイプスクリューコンベヤ４、５の間で生成された雪Ｓの供給を制御する。第１の弁６の他に、それぞれ後述する第２の弁７及び第３の弁８もまた、任意の適切な方法で、好ましくはＰＬＣベース制御システムに連結できる、電気式の弁制御装置によって遠隔的に制御することができる。第２のパイプスクリューコンベヤ５は、第１のパイプスクリューコンベヤ４が作動して第１の弁６を開いたとき、生成された雪Ｓを第１のパイプスクリューコンベヤ４から選択的に受け取ることを理解されたい。

第２のパイプスクリューコンベヤ５も同様にモータ１８によって選択的に作動され、モータは、円筒形パイプ型のコンベヤケース５Ｃ内に回転可能に軸支された、スクリュー羽根５Ｂに駆動的に接続されている。出口端５Ｄにおいて、第２のパイプスクリューコンベヤ５は、好ましくは第１の弁６と同じタイプである制御された第２の弁７と連通している。第２のパイプスクリューコンベヤ５は、第２の弁７によって周囲大気と連通して、第２のパイプコンベヤ５の作動時、生成された雪Ｓを第２のパイプコンベヤ５から選択的に排出する。

人工雪製造設備２０は、好ましくは、第２のパイプスクリューコンベヤ５からの分岐点９を備えてもよい。第２のパイプスクリューコンベヤ５は、上記分岐点９を介して第３の制御された弁８によって蒸発器容器１に接続されており、それによって少なくとも第２のパイプスクリューコンベヤ５に蒸発器容器１と同様の真空圧力を選択的に伝達する。これにより、生成された雪Ｓの品質、主に密度を、生成された雪Ｓが設備２０から排出されるまで、可能な限り良好に維持することが可能になる。

蒸発器容器１は高い真空を保持するように構成され、容器１は、これが必要な真空圧力レベルに対処する限り、様々な分野での真空圧力用途から周知のように、多数の異なる材料の何れか１つから製造することができる。設備２０に最適な効果を与えるために、蒸発器容器１の高さは、その内部に発生する真空圧力と、少なくとも１つの水ノズル１０から噴霧されることによって蒸発器容器に入る水滴１５のサイズ及び温度との関数として決めることが好ましい。これは、液滴１５が容器１の底部１Ａに達する前に凍結させることを保証するためである。さらに、蒸発器容器１には、周囲温度の加温効果を最小限に抑えるために、絶縁層１３が備わることが好ましく、周囲温度は、さもなければ雪が生成されて蒸発器容器１から分配される前に短時間保存されたとき、容器１の内部を温めることがある。

以下に、図１に概略的に示されるような、蒸発器容器１を含み、人工雪製造設備２０から人工雪Ｓを排出する、提案された方法又はプロセスを説明し、方法において雪は、水を凍結させる技術によって真空圧力のもとで生成される。蒸発器容器１内に真空圧力が維持され、水から水蒸気が生成されて蒸発潜熱に相応する熱が水から奪われ、それにより水の温度は、水が凍結するまで低下し、また、そのときの真空圧力に対応する過冷却温度に達する。この方法／プロセスは、図２の概略フロー図を参照して、一般に工程毎に説明される。シーケンスの工程Ｓ１にて、真空ポンプ又は同等の装置２が始動し、蒸発器容器１内で適切な真空圧力レベルが得られたとき、１つ又は複数のノズル１０を通る水噴霧が起動する。工程Ｓ２にて、蒸発器容器１内の一定レベルの雪に達する前であって、蒸発器１からの雪の排出が始まる前に、第１の弁及び第２の弁６、７を閉じる。一方、第３の弁８は、開いて、少なくとも第２のパイプスクリューコンベヤ５内に、蒸発器容器１内の真空圧力レベルと同様又は本質的に同じ真空圧力レベルを選択的に生成する。蒸発器容器１及び第２のパイプスクリューコンベヤ５内で上記の等しい真空圧力レベルが得られると、工程Ｓ３にて、第３の弁８は再び閉じることができる。

適切なかつ予め定めた量の雪Ｓが蒸発器容器１内で生成されると、雪は、容器１の底部１Ａ内の他に容器の図示しない底部開口の下にある第１のパイプスクリューコンベヤ４内にも集まり、工程Ｓ４にて第１の弁６を開く。次いで、続くシーケンスの工程Ｓ５にて、第１のパイプスクリューコンベヤ及び第２のパイプスクリューコンベヤは、本質的に同じ毎分回転数で動作するように作動する。この作動は、生成された雪Ｓを第１のパイプスクリューコンベヤ４によって蒸発器容器１の上記底部１Ａから最初に取り出すのに役立つ。引き出された雪は、次いで、第１のパイプスクリューコンベヤ４から制御された第１の弁６を通って第２のパイプスクリューコンベヤ５に運ばれ、第２のパイプスクリューコンベヤは、次に生成された雪Ｓをその出口端５Ａに向かって運ぶ。

次いで、シーケンスの工程Ｓ６にて、生成された雪Ｓが上記出口端５Ａ及び第２の弁７に到達すると、両方のパイプスクリューコンベヤ４、５を停止させる。工程Ｓ７にて、次いで第１の弁６を閉じて第２の弁７を開き、最後に工程Ｓ８にて、第２のパイプスクリューコンベヤ５が再始動して、雪を、第２のパイプスクリューコンベヤ６から上記第２の弁７を通って大気へ排出する。次いで、工程Ｓ９にて、今や空となった第２のパイプスクリューコンベヤ６を非作動／停止させて、第２の弁７を閉じることによって、シーケンスが完了する。次いで、プロセスは、工程Ｓ２からの新しいシーケンスを開始する準備が整う。真空圧力及び雪生成を連続的に維持するために、２つのパイプコンベヤスクリュー４及び５並びに２つの弁６及び７は、異なる関連シーケンス工程によって表される、決定されたプログラムに従って動作する。

さらなる態様では、技術は、人工的に生成された雪の品質を制御する方法にも関する。雪の品質（密度）は、蒸発器容器１に入るとき所定のサイズを有する液滴の形態である水流、蒸発器容器１の高さ及び真空圧力の関数である。水流及び真空圧力を制御することによって、水滴は部分的に凍結して密度がより高くなり、又は完全に凍結して密度がより低くなる。真空発生装置２は、所定の一定速度で動作するとき、所定の質量の雪／氷をトン／時で、又は所定の密度の雪を所定の体積ｍ^３／時で生成することができる。所定の密度の雪を生成するために、真空発生装置２を一定速度で動作させて、水ノズル１０を通って蒸発器容器１内に入る水量が増えるとき、真空発生装置２は、蒸発器容器１内の全ての水蒸気を圧縮して排出できるとは限らない。真空圧力は、次いで、蒸発器容器１への水流の比が増えるにつれて、（大気圧に向かって）上昇し、容器に入る水滴は部分的にのみ凍結する。こうして、水流が増えると、水滴が全く凍結しなくなるまで、水滴内での凍結がより少なくなる。従って、提案された方法により、水滴が蒸発器容器１の底部に達する前に、全く凍結していない水滴から完全に凍結している水滴へのプロセスを制御することが可能になる。密度の制御は、一定の水流を有する真空圧力を大気圧に向かって上げるという意味で逆にすることもできる。換言すれば、密度の制御は、蒸発器容器１への水流を蒸発器容器内の真空圧力の関数として制御し、又は蒸発器容器内の真空圧力を蒸発器容器内への水流の関数として制御することによって行ない、もって部分的に凍結した水滴を生成する結果密度がより大きくなり、又は完全に凍結して密度がより小さくなる。この後者の代替案は、ｍ^３／時あたりの生成量に関する性能が低下することを除いて、同じ結果をもたらす。

現在提案されている実用的な実施形態を具体的に参照して、提案された新しい技術を上述した。しかしながら、技術は、上記実施形態に決して限定されず、具体的な条件を含む具体的な用途向けの代替の実施形態にも同様に適することに留意されたい。同じように、他の形式のコンベヤ、弁及び真空発生器を、本明細書で具体的に説明しているものの代わりに使用することも可能である。さらに、技術は、スキー用の雪を生成するための用途を参照して説明及び図示しているが、そのような特定の用途に限定されないことも強調されるべきである。本発明の基本原理は、人工雪製造設備の他に他の形式の人工雪製造用途にも適用することができる。

本技術は、例示的な実施例とみなされるべき実施形態に関連して説明されている。当業者であれば、本技術は、開示された実施形態に限定されず、様々な変更及び均等な構成を包含する意図であることを理解する。本技術は、同様に、本明細書に説明しかつ図示した特徴の任意の実現可能な組み合わせを包含する。本技術の範囲は、添付の特許請求の範囲によって規定される。

Claims (7)

1. 蒸発器容器（１）を含む人工雪製造設備（２０）から人工雪（Ｓ）を排出する方法であって、前記方法は、前記蒸発器容器（１）内で水を凍結させることにより雪を生成する工程を備え、前記工程は、前記蒸発器容器（１）内の圧力を０℃よりも低い温度での沸点圧力よりも低い真空圧力に維持するとともに、前記蒸発器容器内に水を噴射することにより行われ、これにより前記蒸発器容器内に噴射された水が蒸発し、水の非蒸発部分が蒸発潜熱により冷却されて過冷却状態となってその後凍結するものにおいて、
   前記方法は、
   前記生成された雪を第１のパイプスクリューコンベヤ（４）によって前記蒸発器容器（１）の底部（１Ａ）から取り出すことと、
   前記第１のパイプスクリューコンベヤ（４）から取り出した前記雪を、制御された第１の弁（６）を通して第２のパイプスクリューコンベヤ（５）に搬送することと、
   前記雪を、前記第２のパイプスクリューコンベヤ（５）から、制御された第２の弁（７）を通して大気に排出することと、それにより
   前記蒸発器容器（１）内の真空圧力と同様の真空圧力が、前記第２のパイプスクリューコンベヤ（５）からの分岐部（９）を介して前記第２のパイプスクリューコンベヤを前記蒸発器容器に接続する制御された第３の弁（８）を通して、少なくとも前記第２のパイプスクリューコンベヤ（５）内に選択的に生成されることと
   によって特徴付けられる、方法。
2. 生成された雪（Ｓ）が前記蒸発器容器（１）内で所定高さに達する前に、前記第１の弁（６）及び前記第２の弁（７）を閉じかつ前記第３の弁（８）を開くこと（工程Ｓ２）と、
   前記蒸発器容器（１）内及び前記第２のパイプスクリューコンベヤ（５）内に等しい圧力が存在するとき、前記第３の弁（８）を閉じること（工程Ｓ３）と、
   前記蒸発器容器（１）内に設定量の雪（Ｓ）が生成されたとき、前記第１の弁を開くこと（工程Ｓ４）と、
   前記第１のパイプスクリューコンベヤ（４）及び前記第２のパイプスクリューコンベヤ（５）を作動させること（工程Ｓ５）と、
   生成された雪が前記第２の弁に達したとき、両方のパイプスクリューコンベヤを停止させること（工程Ｓ６）と、
   前記第１の弁を閉じかつ前記第２の弁を開くこと（工程Ｓ７）と、
   生成された雪を前記第２の弁を通して大気に排出するために前記第２のパイプスクリューコンベヤを始動させること（工程Ｓ８）と
   によって特徴付けられる、請求項１に記載の方法。
3. 前記第２のパイプスクリューコンベヤ（５）が空になったとき、前記第２のパイプスクリューコンベヤ（５）を停止させ、次いで前記第２の弁（７）を閉じること（工程Ｓ９）によって特徴付けられる、請求項２に記載の方法。
4. 前記第１のパイプスクリューコンベヤ（４）及び前記第２のパイプスクリューコンベヤ（５）は同じ毎分回転数で動作するように作動することを特徴とする、請求項２又は３に記載の方法。
5. 人工雪（Ｓ）を排出するための人工雪製造設備（２０）であって、蒸発器容器（１）と、前記蒸発器容器内に真空圧力を生成及び維持するために前記蒸発器容器に接続されるとともに凝縮器（３）に接続された真空発生装置（２）と、給水ライン（１１）及び少なくとも１つの水ノズル（１０）を通して前記蒸発器容器内に水を分配するための給水装置（１２）と、前記蒸発器容器内で生成された雪を前記蒸発器容器から排出するための手段（４〜７）とを含む前記人工雪製造設備（２０）において、
   前記蒸発器容器（１）の下部（１Ａ）と連通して、生成された雪（Ｓ）を前記下部から受け取る第１のパイプスクリューコンベヤ（４）と、
   前記第１のパイプスクリューコンベヤの出口端（４Ａ）と制御された第１の弁（６）を介して連通し、前記第１のパイプスクリューコンベヤが動作するとき、前記第１のパイプスクリューコンベヤから生成された雪を選択的に受け取る第２のパイプスクリューコンベヤ（４）と、
   制御された第２の弁（７）であって、前記第２のパイプスクリューコンベヤの出口端（５Ａ）を周囲大気と連通させ、前記第２の弁の動作時に、前記第２のパイプスクリューコンベヤからの生成された雪を選択的に排出する制御された第２の弁（７）と、
   前記第２のパイプスクリューコンベヤ（５）を制御された第３の弁（８）を通して蒸発器容器（１）に接続し、それにより前記蒸発器容器内の真空圧力と同様の真空圧力を、少なくとも前記第２のパイプスクリューコンベヤ（５）に選択的に連通させる分岐部（９）と、
   を備えたことを特徴とする人工雪製造設備。
6. 前記蒸発器容器（１）の高さは、前記蒸発器容器（１）内に生成される真空圧力と、前記少なくとも１つの水ノズル（１０）から前記蒸発器容器に入る水滴（１５）のサイズ及び温度との関数であることを特徴とする、請求項５に記載の人工雪製造設備（２０）。
7. 前記蒸発器容器（１）は、周囲温度の加温効果を最小にするために絶縁層（１３）を有することを特徴とする、請求項５又は６に記載の人工雪製造設備（２０）。

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