JPH0225670A - 人工霧氷類の生成方法及びその生成装置並びにその展示システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、空気流の温度、湿度及び風速を調節して、
天然にできる不透明な霧氷、半透明な粗水、透明な雨氷
、樹氷などの霧氷類と同−又は類似したものを、人工的
に生成するための人工霧氷類の生成方法及びその生成装
置並びにその展示システムに関するものである。

〔従来の技術〕

以前より、霧氷、粗水、雨氷、樹氷などの霧氷類の着氷
現象は、自然界に於いてよく見受けられ、これらに関す
る研究も少くないが、その殆どが電線や針葉樹などに付
着する着雪や着氷に関する研究、若しくはこれらが同時
に起こることにより生ずる「モンスターｊの野外観察・
研究等であり、人工的にその生成機構を調べた研究は少
ない９着氷については、航空機の翼やプロペラの着氷に
関するものが多いが、自然界の例えば霧氷、粗水、雨氷
、樹氷などの霧氷類を人工的に生成するための、気流の
温度、湿度及び流速等のパラメータを変えて自然の霧氷
類と見掛は上回−の人工霧氷類を生成する方法及び装置
などの研究は見当たらないようである。また、これらの
人工霧氷類を展示するための展示システムも見当たらな
いようである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、これまでの霧氷類の研究では、山頂付近に存
在する自然界の過冷却状態にある雪粒（空気中の水粒子
）を吸い込み、着氷の実験を行っていたため、雪粒半径
や温度のバラツキが大きく、そのため着氷成長に与える
各因子の影響に不確定要因が生じ、客観的な評価が難し
い状況である。また、所要エネルギを最小限にするよう
な人工霧氷類生成系の設計データが＠無であった。

一方、一般に実際の人工１１氷類展示館を設計するに当
たり、観覧の効率という点からみれば、生成される人工
霧氷類の展示のように人目に人き（デイスプレィしたい
ものと、冷凍設置、ファン等の機械類のように人目に隠
してなるべく空間を占有しないものの釣り合いをうまく
構成しないとよい展示場にはならない。また、維持費な
どの経済性から考えれば、例えば、霧氷類を生成する空
気通路を開放型にして、常に大気より空気を吸い込む形
式にすれば、大気温度と所定の冷温までの所要冷却能力
が大きくなり得策でない。なお、密閉型として空気流を
循環させる場合には、動力は少な（なるが、循環空気用
ファンを回路内に設置すると、折角の展示空間が機械類
に占有されて、客を止めておく滞留時間が短くなる等の
解決すべき問題点が存在する。

更に、従来の展示物に於いては、所謂“静物”を展示す
ることが多く、動的なものでも光のプレゼンテーション
に見られる如く、唯単に動くものの面白さ組合せを追求
したものであった。即ち、自然のその状態を見る価値が
あるものの生成の過程を時間的に、又はそれを短縮して
人工的にデイスプレィすることは、今までになかったよ
うに思われる。

この発明は、上記のような問題点に鑑み、その問題点を
解決すべ（創案されたものであって、その目的とすると
ころは、自然界の霧氷類と同−又は類似の霧氷類を人工
的に生成することのできる人工霧氷類の生成方法を、ま
た、人工霧氷類の生成を実現することのできる人工霧氷
類の生成装置を、更に、霧氷類の生成のメカニズムを把
握して、それらの生成の時間的な過程を人工的にデイス
プレィすることのできる人工霧氷類の展示システムを、
各々提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

以上の目的を達成するために、人工霧氷類の生成方法の
発明は、人工霧氷類の生成にあたり、人工霧氷類が着氷
する被着氷体を人工霧氷類生成室内に配置し、被着氷体
を配置した室内の温度を零下０〜−１０度とし、室内の
空気中の水分を２〜１５ｇ１ｒｄとし、室内の風速を２
〜２０ｍ／ｓとして、人工霧氷型生成室内の過冷却水滴
が被着氷体に付着氷結を繰り返すことによって霧氷類に
成長する方法よりなる。

人工霧氷類の生成装置の発明は、人工霧氷類生成室を環
状に形成し、環状の人工霧氷類生成室の側周面に透視窓
を形成し、人工霧氷類生成室内に人工霧氷類が着氷する
被着氷体を配置し、人工霧氷類生成室に吐出口及び吸込
口を介して連通ずる冷却室を設け、冷却室に冷凍装置の
一部を構成する冷却器を配置し、冷却室内にファンと加
湿器を設けた構成よりなる。ここで、被着氷体は移動自
在に設けられていてもよい。

また、人工霧氷類の生成装置の発明は、人工霧氷類生成
室内に被着水体を移動自在に設け、人工霧氷類生成室の
側周面に透視窓を形成し、人工霧氷類生成室の一端に冷
気取入口を設け、他端に冷気排出口を設け、人工霧氷類
生成室の上流側に加湿器及び冷凍装置の一部を構成する
冷却器を配置し、流体の流路中にファンを配置した構成
よりなる。

人工霧氷類の展示システムの発明は、過冷却水滴が付着
氷結を繰り返すことによって霧氷類に成長するメカニズ
ムの時間的な経過を可視的に展示するシステムよりなる
。

また、人工霧氷類の展示システムの発明は、霧氷類の風
による接触音又は霧氷類の落下時に発生する微妙な音を
捕らえて、これらの音を拡大して視聴者に聞かせるシス
テムよりなる。

〔作用〕

以上のような構成を有するこの発明は次のように作用す
る。

すなわち、自然界の霧氷類と同−又は類似する霧氷類を
人工的に且つ低コストで生成することができるように作
用し、また、従来は自然の気象条件が整ったときのみし
か観覧することができなかった霧氷類を、季節並びに気
象条件に関係なくいつでも観覧することができるように
作用し、また、霧氷類の生成の時間的な過程を順に観覧
することができるように作用する。

Ｃ実施例〕 以下、図面に記載の実施例に基づいてこの発明をより具
体的に説明する。

第１実施例 ここで、第１図は第１実施例の人工霧氷類の生成装置の
平面図である。

図において、人工の霧氷類が生成される人工霧氷類生成
室Ｉは環状の密閉室からなり、環状の内部側には観覧室
２が設けられている。なお、必要に応じて、観覧室２は
環状の外側又は上部側に設けてもよい。人工霧氷類生成
室ｌは建物の壁側に沿って環状に形成され、人工霧氷類
生成室１の外周側には室内の冷気が逃げるのを防ぐため
に断熱材が外装されており、又人工霧氷類生成室１の内
周側、つまり観覧室２と接する側には透視窓３が形成さ
れている。この透視窓３には断熱性を有する透明ガラス
が取り付けられている。観覧室２の視聴者はこの透明ガ
ラスが取り付けられている透視窓３を通してその内部の
人工霧氷類生成室ｌを見ることができるようになってい
る。、この透視窓３には公知の霧除去用の装置が設けら
れ、透視窓３の透明ガラスが曇るのを防いでいる。

上記人工霧氷類生成室ｌの外側には冷却室４が併設され
ている０人工霧氷類生成室ｌの接線方向には吐出口５及
び吸込口６が開口され、各吐出口５及び吸込口６は冷却
室４の両端に各々接続しており、冷却室４はこれら吐出
口５及び吸込口６を介して人工霧氷類生成室１と連通し
ている。冷却室４は冷気を生成する場所であり、該冷却
室４で生成された冷気は吐出口５を通って人工霧氷類生
成室ｌに流入し、人工霧氷類生成室ｌ内を循環して吸込
口６から再びに冷却室４に戻る。吐出口５には冷気を人
工霧氷類生成室１内に送り出す吐出ファン７が取り付け
られ、又吸込口６には人工霧氷類生成室１内を循環した
冷気を冷却室４に吸い込む吸込ファン８が取り付けられ
ている。また、吐出口５には人工霧氷類生成室ｌの湿度
を調節するための加湿器９が設けられている。

上記冷却室４内には冷凍袋Ｗ１０の一部を構成する冷却
器（蒸発器）１１が配設されている。冷凍装置ｌＯはこ
の他に圧縮ポンプ１２、コンデンサ１３、膨張弁１４、
冷却塔１５及びこれらを循環する冷媒の循環路１６など
から構成される。冷却器（蒸発器）１１は冷媒の気化熱
により冷却室４内の空気を冷やして冷気を生成する機器
である。

圧縮ポンプ１２はコンデンサ１３で液化された冷媒を圧
送する機器である。コンデンサ１３は気化した上記冷媒
の熱を吸収して液化させるＩａ器で、たえず冷却する必
要がある。冷却する手段としては水冷式と空冷式がある
。膨張弁１４はコンデンサ１３で液化した高圧の冷媒を
しぼり作用によって気化する圧力まで断熱膨張して温度
を降下せしめる機器である。冷却塔１５はコンデンサ１
３で液化した冷媒を溜める機器であり、コンデンサ１３
の能力低下を防ぐ機能を有する。冷凍袋′Ｉ！ｉ　。

には上述以外のその他の必要な機器が含まれる。

Ｌ記人工霧氷類生成室１内には、人工霧氷類が着氷する
ための被着氷体１７が適当な間隔で複数配置されている
。被着氷体１７は自然を模倣した枝木に（以せた形に造
られている。

また、人工霧氷類生成室ｌ内の被着氷体１７の近くには
集音マイクが配置され、又観覧室２にはこの集音マイク
と結ばれる拡声機が設けられており、霧氷類の風による
接触音又は霧氷類の落下時に発生する微妙な音を集音マ
イクで捕らえて、これらの音を拡声機で拡大して視聴者
に聞かせることができるようになっている。

次に上記第１実施例の構成に基づく作用について以下説
明する。

先ず、吐出口５の吐出ファン７及び吸込口６の吸込ファ
ン８を作動させ、次いで、冷凍装置ＩＯを作動させる。

冷凍装置１０の作動により、冷却室４内の空気は冷却器
１１で冷やされて冷気となる。冷気とな、）た空気は吐
出ファン７により、吐出口５を通って人工霧氷類生成室
ｌ内に送り出される。冷気は吐出ファン７に次々に送り
されるので、人工霧氷頚生成室１内を循環し、循環中に
人工霧氷類生成室ｌ内を冷やす。そして、人工霧氷類生
成室１を冷やして冷気を放出した空気は、吸込ファン８
によって吸込Ｌ１６から吸い込まれて冷却室４に戻る。

冷却室４に戻った空気はｌＩＩび冷却器１１で冷やされ
、吐出口５を通って人１？１氷類生成室１内を循環して
冷やす。

このとき、入玉霧氷類生成室１内の空気温度及び風速が
所定の値になることを確認する。そして、加湿器９によ
り、後述する実験例の表に示す好みの種類の霧氷類が被
着氷体１７に着氷するように、人工霧氷類生成室１内の
空気中の水分を変える。

以上のようにして、人工霧氷類生成室１内の温度、水分
及び風速を調整することにより、霧氷類を人工的に生成
することができる。この場合、後述する実験例の温度、
水分及び風速の条件によって、白色不透明、透明又は半
透明の異なった霧氷類を人工的に生成することができる
。

また、後述する実験例の表に示されるように、温度、水
分及び風速の条件によって、着氷の成長長さと生成時間
が異なり、これらのデータ・へ−スにより、好みの霧氷
類の時間的な結晶成長の過程を目視で観察、検討するこ
とができる。プログラム化して自動的に着氷生成をプレ
ゼンテーシ７ンすることもできる。

このような白色不透明、透明又は半透明の長さの異なっ
た着氷を、温度、空気中の水分、風速のコントロールに
よって、人工的に生成することができるが、脚光又は天
井光からの色彩効果と併用すれば、極めて幻想的な霧氷
類パノラマを見ることができる。

また、可変ピッチファン或いはフラップバルブ等を利用
して、２ａれを逆転させる止着氷の成長する方向が逆と
なり　左右対称に霧氷類ができる珍しい人工１１氷類が
見られる。

第２実施例 ここで、第２図は第２実施例の人工霧氷類の生成装置の
側面図である。

大規模な霧氷類ＩＮ示館でな（、小型の霧氷類生成装置
の場合には５被着氷体１７を移動させてもよい。

第２実施例においてＣ１４、人工霧氷類７１成室Ｉは略
直線状に形成されており、その側面には断熱性を有する
透明ガラスが取り付けられた透視窓３が設けられている
。、透視窓３の外側は観覧室２になっ°ζいる。人工霧
氷類生成室１内には複数のＭ１着氷体１７が移動床面１
８とに一定間隔毎に配置しである。移動床面１８は循環
又は往復移動できるようになっており、移動床面！８の
移動に連動して被着氷体１７も循環又は往復移動する構
成になっている。移動方向は人工霧氷類生成室ｌの両端
間を一定方向に移動寸゛るようになっている。

人工霧氷類生成室１の一端には冷気取入口１９が設けら
れ、他端には冷気ｕト出口２０が設けられている。冷気
取入口１９の上流側には加湿器９、取入ファン２１及び
冷凍装置の一部を構成する図示しない冷却器（蒸発器）
１１が各々を配置されている。取入ファン２１は冷気を
人工霧氷類生成室１内に強制的に送り込む働きをする。

冷気排出口２０の下流側には人工霧氷類生成室１内の空
気を強制的に排出する排出ファン２２が配置されている
。

このように、被着氷体１７を移動式にすると、第２図の
場合、人工霧氷類生成室ｌ内を左方向に、予め設定した
時間で通過することになる。例として、第２図のように
人工霧氷類生成室ｌ内にある移動床面１８上に４個の被
着氷体１７が等間隔に配置されて左方向に移動し、且つ
移動床面１８が人工霧氷類生成室１内を通過する時間を
１５分間に設定しである場合を考えると、第２図の右端
の被着氷体１７は着氷開始直後の状態であり、左端の被
着氷体１７は着氷開始後約１５分経過後の状態であり、
中間の２個の被着氷体１７は右からそれぞれ着氷開始後
約５分径３ｆＡ後及び約１０分経過後の状態を示してい
るこ左になる。従って視聴者は着氷開始直後から約１５
分経過後までの霧氷類の５分毎の成長の過程をひと目で
見ることができる。なお、上記の通過時間は１５分に限
らず自由に設定することができるが、実験によると１５
分間程度の時間であれば、長さ１０〜１５ＬＩ１ｍとい
うような自然界で普通にみられる長さの霧氷類を作るこ
とが十分可能である。

次に、人工霧氷類生成室１を出た被着氷体１７は移動床
面１８の動きにしたがって、人工霧氷類生成室１外を右
方向に移動するが、右方向に移動する間に、人工霧氷類
生成室１内で生成された霧氷類は除去される。除去の方
法としては、例えば水中を通過させるとか、温風を吹き
つけるなど、既知の任意の方法をとることができる。

このようにして霧氷類が除去された被着氷体１７は移動
床面１８の移動によって、再び人工霧氷類生成室ｌ内に
入る。

以上の過程が常に繰り返されるので、視聴者は常に、前
述の霧氷類の成長過程を見ることができる。なお、例で
は移動床面■８の移動を垂直面内での移動としたが、必
要に応じて、水平面内での移動としてもよい。また、移
動の方式としては必ずしも連続的な移動ではな（、例え
ば１分毎に移動するような間欠的な移動でもよい。

また、人工霧氷類生成室ｌが小断面の場合には、氷室の
中に装置を入れ、第２図に示されるように、開放型吸込
、吐出を行う方式が簡単である。又独立した冷凍装置１
０を設置してもよい。

なお、この発明は上記実施例に限定されるものではなく
、この発明の精神を逸脱しない範囲で種々の改変をなし
得ることは勿論である。

例えば、上記第１実施例の被着氷体１７は固定されてい
る場合で説明したが、人工霧氷類生成室内を循環移動す
る構成にしてもよい、又上記第１実施例では、冷却室４
、吐出口５及び吸込口６は１個設けられている場合で説
明したが、必要に応じて人工霧氷類生成室１に複数設け
てもよい。また、必要に応じて、人工霧氷類の生成装置
に解凍装置を備え付け、被着氷体１７に氷着生成した霧
氷類を一定時間過ぎると解凍する構成にすることもでき
る。

〔実験例〕

人工霧氷等の生成の実験の結果を表に示す。

ここで、上記の表の単位は以下の通りである。

温度は摂氏、空気中の水分は（ｇ／ｎ（）　、風速は（
ｍ／ｓ＞、ｉ水煙の生成時間は（分）、霧氷類の成長長
さは（ｍｍ）である。

霧氷類が生成する時間は約５〜２０分であるが、短時間
で長い着氷と長時間で短い着水には、それぞれ特徴があ
り、視聴者へのプレゼンテーション・プログラムによっ
て自動的にコントロールすることができる。即ち、気温
が低く、風速が大きく、又空気中の水分が少なくなると
、比較的生成時間がかかるが、空隙率及び気泡含有率が
大きくなり、白色不透明になりやすい。これに対し、気
温が比較的高く、風速が小さく、又空気中の水分が多く
なると、空隙率及び気泡含有率が小さくなる結果が得ら
れており、この場合は構造的に雨氷に近くなり、透明感
がでてくる。また、温度、風速及び水分が上記の白色不
透明と透明の中間にある場合には、半透明感がでてくる
。

以上の説明でも理解できるように、短時間に見ているう
ちに、自然の霧氷類と類似のものをその生成の過程を追
いつつ観覧できることがこの発明の大きな特徴となって
いる。

〔発明の効果〕

以上の記載より明らかなように、この発明に係る人工霧
氷類の生成方法及びその装置によれば、自然界の霧氷類
と同−又はｍ（Ｕする霧氷類を人工的に且つ低コストで
生成することができる。また、人工霧氷類の生成展示シ
ステムによれば、従来は自然の気象条件が整ったときの
みしか観覧することができなかった霧氷類を、李節並び
に気象条件に関係なくいつでも観覧することができる。

しかも、霧氷類の生成の時間的な過程を順に観覧するこ
ともできる等、極めて新規的有益なる効果を奏するもの
である。

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明に係る人工霧氷等の生成方法及びその装
置並びにその展示システムの実施例を示すものであって
、第１図は第１実施例の人工霧氷類の生成装置の平面図
、第２図は第２実施例の人工霧氷類の生成装置の側面図
である。 〔符号の説明〕 １：人工霧氷頚生成室 ３：透視窓 ５；吐出口 ア：吐出ファン ９：加湿器 １１：冷却器 】３：コンデンサ １５：冷却塔 １７：被着氷体 １９：冷気取入口 ２１：取入ファン ２：観覧室 ４：冷却室 ６：吸込口 ８：吸込ファン １０：冷凍装置 １２：圧縮ポンプ １４：膨張弁 １６：循環路 １８：移動床面 ２０：冷気排出口 ２２：排出ファン

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、人工霧氷類の生成にあたり、人工霧氷類が着氷する
   被着氷体を入工霧氷類生成室内に配置し、被着氷体を配
   置した室内の温度を零下０〜−１０度とし、室内の空気
   中の水分を２〜１５ｇ／ｍ＾２とし、室内の風速を２〜
   ２０ｍ／ｓとして、人工霧氷類生成室内の過冷却水滴が
   被着氷体に付着氷結を繰り返すことによって霧氷類に成
   長することを特徴とする人工霧氷類の生成方法。 ２、人工霧氷類生成室を環状に形成し、環状の人工霧氷
   類生成室の側周面に透視窓を形成し、人工霧氷類生成室
   内に人工霧氷類が着氷する被着氷体を配置し、人工霧氷
   類生成室に吐出口及び吸込口を介して連通する冷却室を
   設け、冷却室に冷凍装置の一部を構成する冷却器を配置
   し、冷却室内にファンと加湿器を設けたことを特徴とす
   る人工霧氷類の生成装置。 ３、被着氷体は移動内在に設けられている請求項２記載
   の人工霧氷霧の生成装置。 ４、人工霧氷類生成室内に被着氷体を移動自在に設け、
   人工霧氷類生成室の側周面に透視窓を形成し、人工霧氷
   類生成室の一端に冷気取入口を設け、他端に冷気排出口
   を設け、人工霧氷類生成室の上流側に加湿器及び冷凍装
   置の一部を構成する冷却器を配置し、流体の流路中にフ
   ァンを配置したことを特徴とする人工霧氷類の生成装置
   。 ５、過冷却水滴が付着氷結を繰り返すことによって霧氷
   類に成長するメカニズムの時間的な経過を可視的に展示
   することを特徴とする人工霧氷類の展示システム。 ６、霧氷類の風による接触音又は霧氷類の落下時に発生
   する微妙な音を捕らえて、これらの音を拡大して視聴者
   に聞かせることを特徴とする人工霧氷類の展示システム
   。