WO1994010515A1 - Pneumatic ice making device - Google Patents

Description

明 細 書 ' 空気式製氷装置

〔産業上 の利用 分野〕

本発明 は， 熱媒 と して空気を用 いて製氷を行 う 製氷 装置 に係 り ， よ り 詳 し く は ボブス レ ー， ア イ ス ス ケ ー ト ， ア イ ス ホ ッ ケ ー な どの遊戯 · ス ポー ツ を行 う 氷利 用施設に お いて使用 さ れ る 空気式製氷装置に 関す る 。

〔従来技術〕

ア イ ス ス ケ ー ト ， ア イ ス ホ ッ ケ 一， ボブス レ ー 等の 遊戯 · ス ポー ツ を行 う 氷利用施設では， 製氷や補氷を 適切且つ迅速 に行 う 必要があ る 。

従来， か よ う な氷利用施設に お いて， 冷凍サ イ ク ル の熱媒 （ フ ロ ン や ア ン モ ニ ア 等） を リ ン ク や コ ー ス に 埋め込 ま れた製氷 コ イ ル （蒸発器） で直膨式 に蒸発 さ せて行 う 方式の製氷装置が多 く 採用 さ れて い る 。 ま た 冷凍機で作 っ た ブ ラ イ ン を該 コ イ ル に循環 さ せ る 方式 の製氷装置 も 採用 さ れて い る 。

しか し， 従来の施設では施工不良や経年変化に よ つ て熱媒漏れやブ ラ イ ン漏れが発生す る お そ れがあ る 。 特 に定期的 に行 う メ イ ンテ ナ ン ス 時に は ス ト レ ー ナ の 掃除等を行 う さ い に必然的 に漏れが発生す る 。 或 る 報 告に よ れば， 設備系内 の保有熱媒量の 5 % がー年に放 出 さ れ る 計算 と な る と 言われて い る 。 ' フ ロ ン漏れは オ ゾ ン層破壊の 問題を生 じ， ア ン モ ニ ァ ゃブ ラ イ ン 漏れ も 空気汚染や土壌汚染の原因 と な る し たが っ て環境保護の点か ら そ の回避策が急務 と な つ て い る 。

ま た， 空気を熱媒 と し た冷凍サ イ ク ル も 知 ら れて い る 。 し力、 し， こ の空気式冷凍サ イ ク ル は一般的 に効率 が低いの で駆動す る 動力 や電力 を多 く 消費す る 。 従 つ て， 空気式冷凍サ イ ク ル は ラ ン ニ ン グ コ ス 卜 が高 く 省 エ ネ ルギー性 に欠 け る ので一般に は使用 さ れて い な い 例え ば外気が 5 で の環境で製氷を行 う 場合 を例 と す る と ， そ の成績係数 は 0 . 8 程度であ り ， フ ロ ン 等を用 い る 冷凍機の成績係数に比べ る と 1 / 〜 1 Z 3 の性 能で し かな い。

他方， 熱機関 の熱 と動力 を総合的 に利用 す る コ 一 ジ エ ネ レ ー シ ヨ ン シ ス テ ム が普及 し， そ の動力 を冷凍機 の駆動源 と す る 場合の最 も 省エ ネ ルギー 的な種 々 の技 術の開発が進め ら れて き た。 しか し， 冷凍機は いずれ も フ ロ ン ゃァ ン モニ ァ 等の熱媒を使用す る も のであ つ た。

〔発明 の 目 的〕

本発明 は， か よ う な状 a に鑑み， 熱媒ゃブ ラ イ ン を 用 い な いで氷利用施設の製氷を よ り 効率 よ く 行 う こ と を 目 的 と し た も のであ る 。 〔発明 の開示〕 ' 本発明 に よ れ ば， 空気の循環路 に， 空気圧縮機， こ の圧縮機で得 ら れた圧縮空気を系外の熱媒を用 いて冷 却す る 圧縮空気冷却器， こ の冷却器を通過 し た空気を 膨張 さ せて低温空気を得 る た めの空気膨張装置お よ び こ の膨張装置を通過 し た低温空気を用 いて製氷す る た めの製氷用 熱交換器が空気流れの順に配置 さ れた， 空 気を熱媒 と して冷凍サ イ ク ルが形成 さ れて い る 空気式 製氷装置に お いて， こ の装置は， 該空気膨張装置 に入 る 前の空気 と 該製氷用熱交換器を通過 し た空気 と を熱 交換す る た めの熱回収用 熱交換器を さ ら に備えて い る こ と を特徴 と す る 空気式製氷装置が提供 さ れ る 。

本発明の空気式製氷装置は， 更 に， 以下の手段を採 用ずる こ と を特徴 と す る 。

• 該空気膨張装置が経路内 の空気流 に よ っ て 自 転す る 口 一 夕 を備え且つ こ の こ の ロ ー タ の回転軸が該空気圧 縮機を駆動す る た めの動力機の回転軸に一方向性 ク ラ ツ チ を介 して連結 さ れた構成を有す る こ と 。

• 空気循環路を循環す る 空気は水分を実質上含 ま な い 乾 き 空気か ら な り ， こ の循環路内の乾 き 空気が空気膨 張装置を通過 し た あ と 製氷用熱交換器に至 る ま で ま た は製氷用熱交換器の途中 _ 経路 に該空気の一部を系外 に放出す る た めの低温乾 き 空気放出 口 が設 け ら れ る と 共に， 空気循環路 に乾 き 空気を導入す る た めの除湿器 介装の外気取入 口 が圧縮空気冷却器 と 空気圧縮機'と の 間 に設 け ら れて い る こ と。

〔図面の簡単な説明〕

第 1 図 は本発明 に従 う 製氷装置の機器配置図で あ る 。 第 2 図 は空気対空気熱交換器の斜視図であ る。

第 3 図 は シ ェ ル ア ン ドチ ュ ー ブ型熱交換器の断面図 であ る 。

第 4 図 は空気圧縮機の横断面図であ る 。

第 5 図 は空気圧縮機 と 電動機 と 空気膨張装置の配置 図であ る 。

第 6 図 は空気膨張装置の横断面図であ る 。

第 7 図 は一方向性 ク ラ ッ チ の部分拡大図であ る 。

第 8 図 は空気圧縮機 と コ ー ジ エ ネ レ ー シ ョ ン 用 の熱 機関 と 空気膨張装置の配置図であ る 。

第 9 図 ボブス レ ー ま た は リ ュ 一 ジ ュ の競技 コ ー ス の 平面図であ る 。

第 1 0 図 は製氷用熱交換器の配管図であ る 。

第 1 1 図 は製氷用 熱交換器の配管平面図であ る 。

第 1 2 図 は競技 コ ー ス直線部の断面図であ る 。

第 1 3 図 は競技 コ ー ス 曲線部の断面図であ る 。

第 1 4 図 は冷風吹出 口 を備え た競技 コ ー ス の断面図 であ る 。 〜

〔発明 の好 ま し い態様〕

第 1 図 は， 本発明 に従 う 空気式製氷装置の各機器の 配置を示 し た も の であ る 。 図示の よ う に， 閉鎖 さ れ た 空気循環路 に，· '空気圧縮機 1 ， こ の圧縮機 1 で得 ら れ た圧縮空気を系外の熱媒を用 いて冷却す る 圧縮空気冷 却器 2 ， 冷却器 2 を通過 し た空気を膨張 さ せて低温空 気を得 る た め の空気膨張装置 3 ， お よ び膨張装置 3 を 通過 し た低温空気を用 いて製氷す る た めの製氷用 熱交 換器 4 が， 空気の流れの順 に配置 さ れて い る 。

以上の よ う な空気式製氷装置 は， 空気膨張装置 3 に 入 る 前の空気 と 製氷用熱交換器 4 を通過 し た空気 と を 熱交換す る た め の熱回収用 熱交換器 5 を さ ら に備えて い る 。 熱回収用熱交換器 5 を経た空気は， レ タ ン経路 6 を通 っ て再 び空気圧縮機 1 に戻 さ れ る 。

熱回収用 熱交換器 5 は， 図 2 に示 さ れ る よ う な空気 対空'気熱交換器で構成 さ れ る 。 すな わ ち ， 複数枚の プ レ ー ト 1 5 に よ っ て仕切 ら れた多数の隙間 に， 一方の 空気通路 1 6 と ， 他方の空気通路 1 7 が交互に形成 さ れ， 両空気 1 6 と 1 7 の そ れぞれ は， 熱交換率を高め ' る た めに多数の細孔通路 1 8 ， 1 9 か ら な つ て い る 。

以上の よ う な熱回収用 熱交換器 5 に お いて， 一方の 空気通路 1 6 ( ま た は 1 7 ) に， 空気圧縮機 1 で圧縮 さ れた圧縮空気が通 さ れ， 他方の空気通路 1 7 ( ま た は 1 6 ) に， 製氷用 熱交換器 4 か ら 出て き た空気が通 さ れ る 。 製氷用熱交換器 4 か ら 出て き た ばか り の低温 の空気 と ， 高温の圧縮空気 と の 間で熱交換が行われて， 圧縮空気が冷却 さ れ る 。 ま た， レ タ ン経路 6 の空気の 温度は昇温 さ れ， 空気圧縮機 1 に戻 る 空気温度が高 く な る 。 そ の結果， 冷凍サイ ク ルの成績係数が向上す る 。

一方， 圧縮空気を冷却す る た めの本来の圧縮空気冷 却器 2 は， 二つの熱交換器 2 A と 2 B と か ら な っ て い ο

熱交換器 2 A は， 第 3 図 に示 さ れ る よ う な， シ ェ ノレ 2 0 の 内部 に多数の U字状チ ュ ー ブ 2 1 を内蔵 し た シ ェ ノレア ン ドチ ュ ー ブ型熱交換器が用 レ、 ら れて い る 。 シ ェ ノレ 2 0 の基端部に は， 水入 口 2 2 と 水出 口 2 3 が設 け ら れて レ、 る 。 水入 口 2 2 と 水出 口 2 3 は チ ュ ー ブ 2 1 に よ っ て連通 さ せ ら れて レ、 る 。 シ ェ ノレ 2 0 に は ， 空 気入 口 2 4 と 空気出 口 2 5 ' が形成 さ れて い る 。

以上の よ う な シ ヱ ル ア ン ドチ ュ ー ブ型熱交換器 2 A に あ っ て は， 水入 口 2 2 よ り 導入 し た冷却水が U字状 チ ュ ー ブ 2 1 に通 さ れ， 水出 口 2 3 力、 ら 排出 さ れ る 。 冬期であ れば， 通常の水道水が冷却水に利用 さ れ る 。 ま た， 空気圧縮機 1 で圧縮 さ れた圧縮空気は， 空気入 口 2 4 か ら シ ェ ノレ 2 0 の内部に導入 さ れ， 空気出 口 2 5 ' 力、 ら導出 さ れ る 。 こ う して， シ ェ ル 2 0 の 内部 に お いて冷却水 と 空気 と の 間 の熱交換が行われ， 圧縮 空気が冷却 さ れ る 。

熱交換器 2 B は空気対空気熱交換器で あ り ， 例え ば 第 2 図 に示 し た熱回収用熱交換器 5 と 同様の構成か ら な る 。 熱交換器 2 B に利用 さ れ る 冷却用 空気 は， 低温 でな けれ ばな ら な い。 製氷装置の稼動時期が冬期であ れ ば， 熱交換器 2 B の冷却用空気は外気をそ の ま ま 使 用 で き る 。

空気圧縮機 1 は動力機 7 の回転動力 に よ っ て強制的 に空気を圧縮す る も の であ り ， 例え ば約 2 気圧の高圧 空気を作 る 。 こ の空気圧縮機 1 は， 第 4 図及 び第 5 図 に示す よ う に， 2 軸ス ク リ ユ ー型の圧縮機が使用 さ れ て レ、 る 。 そ の構造 自 体 は知 ら れた も のであ る が， ス ク リ ュ ー羽根を も つ雄 ロ ー タ 2 5 と ， ス ク リ ュ ー 溝を も つ雌 口 一 夕 2 7 と が嚙み合わ さ れた も のであ り ， こ れ ら が互い に逆方向 に 回転す る こ と に よ っ て溝の 間で体 積変化を受 けて空気が圧縮 さ れ る も のであ る 。 雄 ロ ー 夕 2' 5 の軸 2 6 と 雌 ロ ー タ 2 7 の軸 2 8 は， 歯車 2 9 ， 3 0 に よ っ て嚙合 して お り ， 動力機 7 か ら の回転が軸 2 6 に伝達 さ れて， 両 口 一 夕 2 5 ， 2 7 は互レ、 に反対 方向 に 回転す る 。 こ の回転 に伴 っ て， 吸入 口 3 1 か ら 吸引 さ れた空気は， 両 口 一 夕 2 5 ， 2 7 の歯溝内で徐 々 に圧縮 さ れ， 約 2 気圧の高圧空気 と な っ て吐出 口 3 2 に吐 き 出 さ れ る 。 第 5 図 に示 さ れた動力機 7 は モ ー 夕 一 であ る 。

空気膨脹装置 3 は， 第- 5 図及 び第 6 図 に示す よ う に， 空気圧縮機 1 と 対称の構造を持 っ た， 2 軸ス ク リ ュ ー 型の膨張装置であ る 。 即 ち ， 雄 ロ ー タ 3 5 の軸 3 6 と 雌 ロ ー タ 3 7 の軸 3 8 は， 歯車 3 9 ， 4 0 に よ っ て嚙 合 して お り ， 両 口 一 夕 3 5 , 3 7 は互い に反対方向 に 回転す る 。 空気圧縮機 1 で作 ら れた圧縮空気 は吸入 口 4 1 か ら 空気膨脹装置 3 内 に入 っ て， そ の圧力 で両 口 — 夕 3 5 ， 3 7 を回転 さ せ る 。 そ し て， 常圧 よ り 若干 高い圧を有す る と こ ろ ま で断熱膨脹 し， こ の膨脹 に伴 つ て低温空気 と な り ， 吐出 口 4 2 力、 ら 出 る 。

空気膨脹装置 3 の雄 ロ ー タ 3 5 の軸 3 6 は動力機 7 の動力軸 4 3 に一方向性 ク ラ ッ チ 4 4 を介 して連結 さ れて い る 。

第 7 図 に示 さ れ る よ う に， 一方向性 ク ラ ッ チ 4 4 は， 多数の カ ム 4 5 を介装 し た外輪 4 6 と 内輪 4 7 で構成 さ れて い る 。 カ ム 4 5 は こ れ ら外輪 4 6 と 内輪 4 7 の 半径'方向 に対 して斜め に配置 さ れて お り ， こ の カ ム 4 5 の傾 き に よ っ て， 外輪 4 6 と 内輪 4 7 の間で一方向 の み に 回転が伝達 さ れ る 。 以上の よ う な一方向性 ク ラ ッ チ 4 4 は， そ の構造 自 体は当業者に周知であ る が， こ の ク ラ ッ チ 4 4 を介 して空気膨脹装置 3 の ロ ー タ 軸 3 6 と 動力機 7 の動力軸 4 3 が連結 さ れ る こ と に よ り ， 空気膨脹装置 3 に お いて両 口 一 夕 3 5 , 3 7 が回転 さ せ ら れた こ と に よ っ て得た回転エ ネ ル ギ ー は， 動力機 7 の動力軸 4 3 に 伝達 さ-れ， 空気圧縮機 1 の駆動力 の 一部 と して動力 回収 さ れ る 。

第 8 図 に示す よ う に， 空気圧縮機 1 の動力 は， コ ー ジ エ ネ レ ー シ ョ ン 用 の熱機関すな わ ち 発電用 のェ 'ン ジ ン 5 0 の動力軸 5 1 か ら 得 る よ う に して も 良 い。 熱機 関 5 0 の動力 で空気圧縮機 1 を駆動す る 場合 は， 熱機 関 5 0 の動力 軸 5 1 と空気圧縮機 1 の駆動軸 2 6 の 間 に変速機 5 2 を介在 さ せ る 。

熱機関 5 0 に お いて， 燃料燃焼で排気 さ れた高温排 ガス は排ガス ボイ ラ に送 ら れ， 水 と 熱交換 し た あ と 排 気ガス と して系外 に排出 さ れ る 。 こ れに よ り ， 排 ガス ボイ ラ で高圧水蒸気が取 り 出 さ れ， 冷却水か ら温水が 取 り 出 さ れ る 。 空気圧縮機 1 の動力 は， 以上の よ う な コ ー ジ ェ ネ レ ー シ ョ ン 用 の熱機関 5 0 の排気 夕 一 ビ ン 力、 ら 得 る こ と も で き る 。

な お， 熱機関 5 0 の余剰動力 は発電用動力 と して， さ ら に は他の動力機械の動力 と して， 必要 に応 じて利 用 さ れ る 。 すな わ ち ， 熱機関 5 0 の回転動力 は製氷装 置の発停や駆動状況に応 じて， 蓄電用 等 に適宜利用 さ れ， 全体 と し て無駄な動力が生 じ な い よ う に運転 さ れ る o

製氷用熱交換器 4 は， 空気膨脹装置 3 で作 ら れた低 温空気がそ の 中 を通過す る こ と に よ り ， そ の外表面に 氷層 を生成す る 熱交換器であ る 。

こ の製氷用 熱交換器 4- jま， 例え ばボブス レ ー ま た は リ ユ ー ジ ュ の競技 コ ー ス や ス ケ ー 卜 リ ン ク な ど の氷上 ス ポー ツ 用施設の氷面内 に埋設 さ れて， 必要な氷層 を 形成す る 。 製氷用熱交換器 4 は， 氷層 の位置や形態 に 応 じて，' 多数本の通気管で構成す る こ と も で き る 。 ま た， フ ィ ン 付熱交換 コ イ ル と して， 或い は 伝熱材料内 に通気管を埋設 し た面熱性の熱交換器 と して氷上ス ポ ー ッ 用 施設 に供 さ れ る 。

第 9 図 は， ボブス レ ー や リ ュ ー ジ ュ の競技 コ ー ス 5 3 を示 して い る 。 約 1 . 3 K m の長 さ を有す る 競技 コ ー ス 5 3 は， ①〜⑦の 7 系統に分割 さ れて お り ， そ れ それの系統 に は， 個別 に制御 さ れ る 製氷装置が設 け ら れて い る 。 図 中， ①〜⑦の黒塗 り の二重丸印 は各系統 に設 け ら れた製氷装置の位置を示 して い る 。 但 し， 隣 合 う 系統 に設 け ら れた製氷装置同士の空気循環路 はバ ス 等 に よ っ て接続 さ れて お り ， 故障時の ッ ク ァ ッ ブがで き る よ う に な っ て い る 。

以上の よ う な競技 コ ー ス 5 3 の始端部がス タ ー ト 地 点 5 3 a に な っ てお り ， こ の ス タ ー ト 地点 5 3 a のや や下流側 に ジ ュ ニ ヤ用 の ス タ ー ト 地点 5 3 b があ る 。 こ れ ら ス タ ー ト 地点 5 3 a , 5 3 b を出発 して競技 コ

— ス 5 3 を滑走 し終え た ボブス レ ー 等の走行車体は ゴ

— ノレ 5 3 c に到達す る 。 ゴ一 ノレ 5 3 c と ス タ ー ト 地点

5 3 a , 5 3 b の間 に は， 走行車体の運搬等を行 う た め の連絡通路 5 4 が施設 _さ れて い る 。

第 1 0 図 は競技 コ ー ス 内 に埋設 さ れ る 製氷用熱交換 器 4 の配管図 を示 し， 第 1 1 図 は そ の平面図 を示す。 コ ー ス の両側の そ れぞれに， 冷風往管 5 5 a と 冷風還 管 5 6 b , 及 び冷風往管 5 5 b と 冷風還管 5 6 a が添 設 さ れて レ、 る 。 冷風往管 5 5 a , 5 5 b の基端 5 7 a , 5 7 b は空気膨脹装置に接続 さ れ， 先端 5 8 a ， 5 8 b は封緘 さ れて い る 。 冷風還管 5 6 a , 5 6 b は U 字形状の管であ り ， 一端 5 9 a , 5 9 b は熱回収用熱 交換器 に接続 さ れて い る 。 他端 6 0 a , 6 0 b は封緘 さ れて い る 。

一方側の冷風往管 5 5 a と 他方側の冷風還管 5 6 a ， 及 び他方側の冷風往管 5 5 b と一方側の冷風還管 5 6 b は， そ れぞれ対の 関係 に な っ て い る 。 そ れぞれ対の 関係 に あ る 冷風往管 5 5 a と 冷風還管 5 6 a の間， お よ び冷風往管 5 5 b と 冷風還管 5 6 b の間 に は， 製氷 用熱交換器 4 の管 6 1 a , 6 1 b が並列状態で多数接 続 さ れて い る 。 図示の よ う に， 管 6 1 a の群 と 管 6 1 b の群は， そ れぞれの管が交互に位置す る よ う に配置 さ れて レ、 る 。

先に説明 し た空気膨脹装置 3 で作 ら れた低温空気は 製氷用熱交換器 4 に導入 さ れ る と き に半分づつ に振 り 分 け ら れ， そ れぞれの冷風往管 5 5 a ， 5 5 b の開 口 端 5 7 a ， 5 7 b に供給 さ れ る 。 冷風往管の先端 5 7 a , 5 7 b は封緘 して あ ので， 冷風往管 に供給 さ れ た低温空気 は， そ れぞれの管 6 1 a , 6 1 b 内を通過 して冷風還管 5 6 a , 5 6 b に回収 さ れ る 。 冷風還管 5 6 a ， 5 6 b に 回収 さ れた空気は再 び一緒 に さ れ， レ タ ン経路 6 に入れ ら れ る 。

第 1 2 図 は， 本発明 に従 う 製氷装置を備え た ボブス レ ー競技 コ ー ス の直線 コ ー ス に お け る 断面図であ る 。

6 5 は コ ン ン ク リ 一 卜 基礎， 6 6 は コ ン ク リ ー ト 基台， 6 7 は断熱モ ル タ ル層 を示 して い る 。 コ ー ス の両脇に は横カ バ 一 6 8 a , 6 8 b 力 施設 さ れ， カ バ ー 6 8 a 内 に は冷風往管 5 5 a と 冷風還管 5 6 b と 水道水管 6

9 が配設 さ れ， カ ノく 一 6 8 b 内 に は冷風往管 5 5 b と 冷風還管 5 6 a と 温水管 7 0 が配設 さ れて い る 。

断熱モ ル タ ル層 6 7 の上 に は， 冷風往管 5 5 a と 冷 風還管 5 6 a の 間 に接続 さ れた管 6 1 a , 及 び冷風往 管 5 5 b と 冷風還管 5 6 b の 間 に接続 さ れた管 6 1 b が， 'コ ー ス を横切 る よ う に して， 多数配管 さ れて い る 。 こ れ ら 管 6 1 a の群 と 管 6 1 b の群は， 先に第 1 1 図 で説明 し た よ う に， それぞれの管が交互 に位置す る よ う に， 並列状態で配置 さ れて い る 。 管 6 1 a と 管 6 1 b の上面は金属 メ ッ シ ュ を介 して伝熱モ ル タ ル層で被 覆 さ れて い る 。 伝熱モ ル タ ル層 に は金属粉が混入 さ れ て い る 。

両カ ノく 一 6 8 a ， 6 8 b の冷風往管 5 5 a ， 5 5 b に は， 第 1 図で説明 し —よ う に， 空気膨脹装置 3 で作 ら れた低温空気が送 り 込 ま れ る 。 該低温空気 は コ ー ス 内 に埋設 さ れた管 6 1 a , 管 6 1 b を通過 し た あ と ， 冷風還管 5 6 a , 5 6 b に 回収 さ れ， 熱回収用熱交換 器 5 を経て レ 夕 ン経路 6 か ら 空気圧縮機 1 に戻 さ れ る 。

第 1 図 に示 さ れ る よ う に， 氷利用施設に よ っ て は， 空気膨脹装置 3 で得 ら れ る 低温空気の一部は空気放出 口 8 か ら外部 に放出 さ せ ら れ る 。 空気放出 口 8 は， 弁 ま た は ダ ン パ ー 9 と ノ ズノレ 1 0 を備えて い る 。 こ の よ . う に， 低温空気の一部 は空気放出 口 8 か ら外部 に放出 さ れ， 水 と 接触 さ せ ら れて， 意図す る 箇所に必要量の 氷を生成す る 。

本例の よ う に， 循環空気の一部を系か ら放出 さ せ る 場合 は， こ れに見合 う 外気が系 内 に取入れ ら れ る 必要 があ る 。 そ の外気取入 口 は， 熱回収用 熱交換器 5 か ら 空気圧縮機 1 に至 る レ タ ン経路 6 の途中 に設 け ら れて い る'。 すな わ ち ， 第 1 図 の よ う に弁 ま た は ダ ンバ一 1 1 を介装 し た外気取入 口 1 2 を レ タ ン経路 6 に接続 し， 弁 ま た は ダ ン パ ー 1 1 の操作で， 必要量の外気が閉鎖 経路内 に取入れ ら れ る よ う にす る 。

外気を系 内 に取入れ る 場合 に は湿分の除去が問題 と な る が， こ れ は， 空気圧縮機 1 の上流側に空気除湿器 1 3 を介装す る こ と に よ っ て解決で き る 。 すな わ ち空 気除湿器 1 3 を用 い る こ と に よ り ， 実質的 に水分を含 ま な い乾 き 空気を循環路-に供給す る こ と がで き る 。 こ の空気除湿器 1 3 と して は， シ リ カ ゲル等の吸湿剤を 用 いた乾式除湿器を用 い る のが便宜であ る 。 こ の場合， 吸湿剤の再生を行 う こ と が必要 と な る が， ム ン ク '一式 (回転式の再生機能を も つ除湿器） の ほ か， 再生 と 吸 湿 と を切替式に行 う 二塔式の も の も 使用 で き る （第 1 図 の例では二塔式の例を示 して い る ） 。

第 1 3 図 は， 本発明 に従 う 製氷装置を備え た ボブス レ ー競技 コ ー ス の 曲線 コ ー ス を示 し た断面図であ る 。 基本的構成 は， 第 1 2 図で説明 し た直線 コ ー ス の構成 と 同様であ り ， 7 5 は コ ン ク リ ー ト 基台， 7 6 は コ ン ク リ ー ト 基礎， 7 7 は断熱モ ル タ ル層 を示 して い る 。 断熱モ ル タ ル層 7 7 は， バ ン ク を形成す る た め に断面 視で L 字型 に形成 さ れて い る 。 コ ー ス の両脇に は横力 ノく一 7 8 a , 7 8 b が施設 さ れ， カ ノく 一 7 8 a 内 に は 冷風往管 5 5 a と 冷風還管 5 6 b と 水道水管 7 9 が配 設 さ れ， カ バー 7 8 b 内 に は冷風往管 5 5 b と 冷風還 管 5 6 a と 温水管 8 0 が配設 さ れて い る 。 断熱モ ル 夕 ル層 7 7 の上 に は， 冷風往管 5 5 a と 冷風還管 5 6 a の間 に接続 さ れた管 6 1 a ， 及 び冷風往管 5 5 b と 冷 風還管 5 6 b の 間 に接続 さ れた管 6 l b が， コ ー ス を 横切 る よ う に して， 多数配管 さ れて い る 。

以上の よ う な 曲線 コ ー ス は， 冷風往管 5 5 b か ら低 温空気を取 り 出すた めの空気放出 口 8 を備えて い る 。 空気放出 口 8 に は フ レ キ―シ ブルチ ュ ー ブ 8 1 を介 して ノ ズル 8 2 が接続 さ れて い る 。

従 っ て， コ ー ス整備員 8 3 は， 冷風往管 5 5 b 内の 低温空気の一部を， 空気放出 口 8 ， フ レ キ シ ブ ル チ ュ ー ブ 8 1'を介 して ノ ズル 8 2 力、 ら噴出 さ せて， コ ー ス 表面の意図す る 箇所に補氷を施 し， コ ー ス の整備を行 う こ と がで き る 。 そ の さ レ、， カ ノく'一 7 8 b 内 に設 け ら れて い る 水道水管 8 4 か ら取 り 出 し た適量の水を同 時 に ノ ズル 8 2 力、 ら 噴霧す る こ と に よ っ て， コ ー ス整備 員 8 3 は， 一層効果的な製氷を行 う こ と がで き る 。 と く に， 第 1 3 図 に示 さ れ る よ う な， 平坦でな い曲線 コ ー ス の補修や 日 射の多 い箇所に お いて， ノ ズル 8 2 か ら 噴出 さ れた低温空気を利用 す る こ と に よ っ て， コ 一 ス整備員 8 3 は手際の良 い作業を行 う こ と がで き る 。 例え ば， 水道水管 8 4 か ら摘出 し た噴霧水を氷滴 に し て こ れを氷 リ ン ク ゃ コ ー ス の補氷箇所に吹付 け た り ， 補氷'箇所に水膜を作 り ， こ の水膜に ノ ズル 8 2 か ら 低 温空気を吹付 けて該水膜を氷結 さ せ る こ と がで き る 。 ま た， こ の よ う に冷風往管 5 5 b 力、 ら取 り 出 し た低温 空気 と 水道水管 8 4 か ら取 り 出 し た水を混合 して噴霧 す る こ と に よ り ， 適度 に空気を含んだ氷層， すな わ ち ボブス レ ー ゃ リ ユ ー ジ ュ の競技 コ ー ス に最適な氷層カ^ コ ー ス表面 に形成 さ れ る 。

ま た， 温水管 8 0 か ら取 り 出 さ れた温水 は， コ ー ス 表面の融氷ゃ他の施設の—融雪な ど に利用 で き る 。 例え ば第 9 図 に示 し た連絡道路 5 4 に降 り 積 も っ た雪が こ の温水の熱 に よ っ て溶か さ れ る よ う にす る こ と がで き る 。 そ う すれ ば， ト ラ ッ ク 等で連絡道路 5 4 を走'行す る こ と が可能 と な り ， 競技用走行車体の運搬が楽 に な o

ボブス レ ー ゃ リ ユ ー ジ ュ の競技 コ ー ス は あ ら ゆ る 方 向 に蛇行 し て い る ので， 要求 さ れ る 冷却能力 は場所に よ っ て ま ち ま ち で あ る 。 コ ー ス の 向 き ， 位置 に よ っ て， 日 当 た り や風の当 た り の強い箇所は， 他の場所 に比べ て高 い冷却能力 が要求 さ れ る 。 そ の様な場合 は， 第 1 4 図 に示す よ う に， 冷風往管 5 5 a 力、 ら ダ ク ト 8 5 で 取 り 出 し た低温空気を冷風吹出 口 8 6 か ら 噴出 さ せて， コ ー ス の氷面 に 当 て る よ う にす る と 良 レ、。 こ の よ う に， 冷風吹出 口 8 6 を適宜配設す る こ と に よ っ て ， コ ー ス 状態 は良好に保た れ る 。 な お， 第 1 4 図 は コ ー ス 曲線 部 0位置を示 して い る が， こ の第 1 4 図 の も の は第 1 3 図の ノ ズル 8 2 を冷風吹 出 口 8 6 に代え た以外 は， 第 1 3 図 と 同 じ構成を有 して お り ， 第 1 3 図 と 同 じ参 照数字の も の は先 に説明 し た も の と 同 じ も の を表 して い る 。

以上の よ う な本発明の製氷装置の諸元は， 或 る 氷利 用施設の製氷を冬期 に行 う 場合 に お いて， 例え ば以下 の よ う であ る 。

氷利用施設に お け る 製 _氷の た めの冷却面積

4 5 0 0 m

同施設の製氷の た めの最大負荷 3 5 0 k c a l / h - ni ' 同施設の製氷の た めの平均負荷

1 5 0 k c a l / h - nf

必要風量

3 0 0 0 m ³ / m i n

稼働地域お よ び稼働期間

日 本国 の 1 2 月 力、 ら 2 月 の三 ヶ 月 間

水道水の平均温度

5 °C

外気の平均気温

6 . 4 °C

以上の よ う な条件の下で， 製氷用熱交換器 4 に供給 す る 低温空気温度 は 一 4 5 °C， こ の製氷用熱交換器 4 か ら'出 る 空気温度 は — 1 5 °C に設定す る 。 そ して， 形 成 さ れ る 氷の表面温度 は 一 1 〜 一 3 °C に維持す る 。 そ の た め に は， 製氷装置の運転状況は第 1 図 に示 し た と お り ， 次の よ う に な る 。

空気圧縮機 1 は 出 口 空気が 8 8 °Cで 2 気圧 と な る よ う に稼動 さ れ， 第一熱交換器 2 A に は 5 °C の水が通 さ れて， 該冷却水 は 6 0 °C程度 ま で昇温 さ せ ら れ る 。 第 二熱交換器 2 B に は 2 0 °C よ り 低い外気 （ 6 . 4 °C ) が通気 さ れ， こ の外気は - 4 0 °C程度 ま で昇温 さ せ ら れ る 。 こ れ に よ り ， 圧縮空気 は 2 0 で ま で冷却 さ せ ら れ る 。 得 ら れ る 温水 と 温風は いずれ も 施設の暖房用 や保 温用 に利用 で き る 温度 と な る 。 膨脹装置 3 は — 4 5 °C で常圧 よ り 若干高圧 （例え ば 1 . 1 気圧） の空気を作 る 。 そ の さ い圧縮機の動力 を回収す る 。 該空気 は製氷 用熱交換器 4 に送 ら れ， 氷上施設に お いて前記の条件 で製氷す る 。 製氷用熱交換器 4 を出 た - 1 5 で の空気 は熱回収用熱交換器 5 を通 っ て， 1 5 °C に昇温 さ れ， 空気圧縮機 1 に戻 る 。

以上 に よ り ， 乾 き 空気 l k g あ た り の冷凍能力 ： 7 . 3 2 K c a 1 , 成績係数 ： 0 . 8 の冷凍サ イ ク ルが形 成 さ れ る 。 得 ら れ る 温水 と 温風等の熱量は 1 6 . 4 3 K c a l Z k g で， 成績係数 ： 1 . 8 と な り ， 系 内全 体の成績係数 ： 2 . 6 が形成で き る 。

ま た， 第 7 図で説明 し た よ う に， 空気圧縮機 1 の動 力 が'， コ ー ジ ヱ ネ レ ー ン ヨ ン 用 の熱機関 5 0 の動力軸 5 1 か ら 得 ら れ る 場合 は， 供給す る 燃料のエ ネ ルギー 力 1 と す る と ， 軸 出力 が 0 . 3 5 ， 蒸気 と 温水の回収 熱量が 0 . 4 5 の熱機関 の場合 に は， 製氷装置で得 ら れ る 冷却能力 は 0 . 2 8 ， 回収温熱は 0 . 6 3 と な り ， コ ー ジ エ ネ レ ー シ ョ ン設備 と 製氷装置の全体で得 ら れ る 熱量は，

0 . 4 5 + 0 . 2 8 + 0 . 6 3 = 1 . 3 6

と な る 。 こ の値は， 従来の フ 口 ン 等の熱媒を用 い る ェ ン ジ ン駆動式の ヒ ー ト ポ ン プの総合効率

0 . 3 5 x 3 . 0 + 0 . 4 5 = 1 . 5 0 ( 3 . 0 は成績係数） ' と ほ ぼ同等の値であ り ， 空気を熱媒 と す る も の で は従 来達成で き な か っ た好成績であ る 。 ま た， 該熱量は， 従来の フ ロ ン 等の熱媒を用 い る 電力 式冷凍機の一次ェ ネ ルギー 換算の成績係数

0 . 3 5 X 3 . 0 = 1 . 0 5

( 0 . 3 5 は商用 電力 の受電端効率） よ り も 大 き な値 と な っ て い る 。

空気圧縮機 1 の動力 が， コ ー ジ ェ ネ レ ー シ ョ ン 用 の 熱機関 5 0 の排気 タ ー ビ ン か ら得 ら れ る 場合 は， 熱機 関 5 0 の軸出力 を コ 一 ジ ェ ネ レ ー シ ョ ン 用 の発電機に 全て供給す る こ と が可能であ る 。 ま た， 場合 に よ り ， 熱機関 5 0 の軸出力 を， 施設の乗客や貨物移送用 の輸 送動力源 に利用 す る こ と も で き る 。 そ の場合， 熱機関 の排気が 5 8 0 °Cで 2 気圧， 排気 夕 一 ビ ン 出側の排気 力 4 3 0 °Cで 1 気圧， ボ イ ラ 出側の排気力 2 5 0 °Cで 1 気圧 と す る と ， 供給燃料のエ ネ ルギー を 1 と すれば， 例え ば軸出力 力 0 . 2 5 , 排気 タ ー ビ ン の 出力 力 0 . 1 ， 蒸気 と 温水の回収熱量が 0 . 3 2 程度 と な る 。

し たが っ て， 空気圧縮機 1 の動力 を， コ 一 ジ ネ レ — シ ヨ ン 用 の熱機関 5 0 の排気 夕 一 ビ ン か ら 得た場合 は， 空気式冷凍サ イ ク ルで得 ら れ る 冷却能力 が 0 . 0 8 ， 回収温熱力 0 . 1 8 と な り 得 る 力ヽ ら， 動力 は 0 . 2 5 と な り ， 熱量は 0 . 3 2 + 0 . 0 8 + 0 . 1 8 = 0 . 5 8 ' と な る 。 こ れ は， 既存の コ 一 ジ エ ネ レ ー シ ョ ン 用 の動 力 ' 熱量の も の と 何 ら遜色の な い値であ る 。 こ の た め， 空気を熱媒 と す る 冷凍サ イ ク ル に も 拘わ らず冷熱 · 温 熱 · 動力 回収の た めの非常 に効率の良 い省エ ネ ルギ一 シ ス テ ム が構築 さ れ得 る 。

本発明 の製氷装置に お いて， 第 1 図で説明 し た熱交 換器 2 A や熱交換器 2 B では， 温水や温風が取 り 出 さ れ る が， こ れ は観客席の足元等 に温水配管や温風配管 を行 う こ と に よ り ， 観客席を温熱環境に形成で き る 。 第 1 2 図 の温水管 7 0 や第 1 3 図 の温水管 8 0 は， コ ー ス の近傍 に立つ観客や関係者の足元に温熱が供給で き る よ う に配管 さ れて レ、 る 。 ま た， こ の温水管か ら コ — ス補修時の融氷用 温水を取 り 出 し， こ れを コ ー ス に 向 けて撒水す る こ と に よ り 効果的な融氷がで き る 。

図 に は示 して い な いが， 観客用 仮設ス タ ン ドや歩行 通路等に対 して前記の温風を導 く 温風 ダ ク ト を施設す る こ と に よ り ， 厳冬期 に競技が行われ る 場合で も ， 観 戦環境は良好に保たれ る よ う に な る 。 ま た第 9 図で示 し た連絡道路 5 4 の融雪の た め に温水を利用 す る こ と に よ っ て ゴー ル と ス タ ー ト 間での競技車体の運搬作業 が容易 に な る 。 --—

以上の実施例 は， 屋外での ボブス レ ー ゃ リ ユ ー ジ ュ の競技 コ ー ス に本発明 を適用 し た例であ る が， ア イ ス ス ケ ー ト 等の屋内競技場 に対 して も ， 本発明 は同様に 適用 さ れ る 。 こ の場合， 製氷面積や製氷の厚 さ や形 に 応 じて， 製氷用 熱交換器 4 は各種態様の熱交換器 に構 成 さ れ る 。 例え ば， 伝熱性モ ル タ ル内部に冷風管を埋 設 し た り ， 冷風管を フ ィ ン 付 コ イ ル に形成 し た り ， 或 い はパ ネ ル式熱交換器 に構成 し た り して， 冷風管の強 度補償 と 熱伝達は 向上を図 ら れ る 。

ま た， 第 1 0 ， 1 1 図 に示 さ れ る よ う に， 製氷用熱 交換器 4 の管を， 冷風往管 5 5 a と 冷風還管 5 6 a の 間で低温空気を通過 さ せ る 管 6 1 a と ， 冷風往管 5 5 b と 冷風還管 5 6 b の 間で低温空気を通過 さ せ る 管 6 1 b の二つの群 に分 け， そ れぞれの管が交互に位置す る よ う に配置 して お く こ と に よ っ て， ス ケ ー ト リ ン ク な どの氷上ス ポー ツ 用施設全体が ま んべんな く 均一に 冷却 さ れ る よ う に な る 。

以上の よ う に， 本発明 は， 熱回収 と 動力 回収 に よ つ て空気を熱媒 と す る も の であ っ て も 高 い成績係数の冷 凍サ イ ク ルが形成で き る 。 そ して空気を媒介 と して製 氷用 の冷熱を得 る も のであ る か ら ， 氷利用施設の製氷 が全 く 無公害に行われ る 。 逆 に， 熱媒であ る 冷風を外 気 に放出す る こ と に よ っ て， こ れを製氷に利用 さ れ る こ と も で き る 。 こ の場合 こ は， 意図す る 形態の氷面が 簡単に形成 さ れ る 。 加えて， 冷風を得 る た め に採用 す る 圧縮機の圧縮熱を温風や温水の形態で採熱 し， こ れ を温熱環境の形成 に利用 で き る か ら ， 動力 エ ネ ルギー の有効利用 が図れ る 。 ま た， 空気 と 水だ けの配管施設 と な る ので工事が簡易であ り ' 補修 も 簡単であ る 。 ま た， コ ー ジ ェ ネ レ ー シ ョ ン 用 の熱機関 と 結合すれ ば ' 総合的な省エ ネ ルギ ー が達成 さ れ ' 空気式製氷装置の 欠点であ る ラ ン ニ ン グ コ ス 卜 の負担が大 き く 軽減 さ れ る

Claims

' ' 請求の範囲

( 1 ) 空気の循環路 に， 空気圧縮機， こ の圧縮機で得 ら れた圧縮空気を系外の熱媒を用 いて冷却す る 圧縮空気 冷却器， こ の冷却器を通過 し た空気を膨張 さ せて低温 空気を得 る た めの空気膨張装置お よ び こ の膨張装置を 通過 し た低温空気を用 いて製氷す る た め の製氷用 熱交 換器が空気流れの順 に配置 さ れた， 空気を熱媒 と し て 冷凍サ イ ク ルが形成 さ れて い る 空気式製氷装置に お い て， こ の装置 は， 該空気膨張装置に入 る 前の空気 と 該 製氷用 熱交換器を通過 し た空気 と を熱交換す る た め の 熱回収用熱交換器を さ ら に備えて い る こ と を特徴 と す る 空気式製氷装置。

( 2 ) 空気の 循環路 に， 空気圧縮機， こ の圧縮機で得 ら れた圧縮空気を系外の熱媒を用 いて冷却す る 圧縮空気 冷却器， こ の冷却器 を通過 し た空気を膨張 さ せて低温 空気を得 る た め の空気膨張装置お よ び こ の膨張装置を 通過 し た低温空気を用 いて製氷す る た め の製氷用熱交 換器が空気流れの順に配置 さ れた， 空気を熱媒 と して 冷凍サ イ ク ルが形成 さ れて い る 空気式製氷装置に お い て， こ の装置 は， 該空気膨張装置に入 る 前の空気 と 該 製氷用熱交換器を通過 した空気 と を熱交換す る た め の 熱回収用熱交換器を さ ら に備えて お り ， そ して， 該空 気膨張装置が圧縮空気流 に よ つ て回転力 が付与 さ れ る ロ ー タ を備え た も の で あ っ て， こ の ロ ー タ の 回転軸力 該空気庄縮機を駆動す る た めの動力機の回転軸に一方 向性 ク ラ ツ チ を介 し て連結 さ れて い る こ と を特徽 と す る 空気式製氷装置。

( 3 ) 空気の循環路 に， 空気圧縮機， こ の圧縮機で得 ら れた圧縮空気を系外の熱媒を用 いて冷却す る 圧縮空気 冷却器， こ の冷却器を通過 し た空気を膨張 さ せて低温 空気を得 る た めの空気膨張装置お よ び こ の膨張装置を 通過 し た低温空気を用 いて製氷す る た めの製氷用熱交 換器が空気流れの順に配置 さ れた， 空気を熱媒 と して 冷凍サイ ク ルが形成 さ れて い る 空気式製氷装置に お い て， こ の装置 は， 該空気膨張装置 に入 る 前の空気 と 該 製氷用熱交換器を通過 し た空気 と を熱交換す る た め の 熱回'収用熱交換器を さ ら に備えて お り ， 該空気膨張装 置が経路内 の空気流 に よ っ て 自 転す る ロ ー タ を備え且 つ こ の こ の 口 一 夕 の 回転軸が該空気圧縮機を駆動す る た め の動力機の回転軸 に一方向性 ク ラ ツ チ を介 して連 結 さ れた構成を有 し， そ して空気循環路を循環す る 空 気は水分を実質上含 ま な い乾 き 空気か ら な り ， こ の循 環路内 の乾 き 空気が空気膨張装置を通過 し た あ と 製氷 用熱交換器 に至 る ま で ま た は製氷用熱交換器の途中 の 経路 に該空気の一部を系-外 に放出す る た め の低温乾 き 空気放出 口 が設 け ら れ る と 共 に， 本装置の空気循環路 に乾 き 空気を導入す る た め の 除湿器介装の外気取入 口 が圧縮空気冷却器 と 空気圧縮機 と の 間 に設 け ら れて い る こ と を特徴 と す る 空気式製氷装置。

( 4 ) 製氷用熱交換器 は氷上ス ポー ツ 用施設の氷面内 に 埋設 さ れた管か ら な る 請求の範囲 1 ， 2 ま た は 3 に記 載の空気式製氷装置。

( 5 ) 氷上ス ポー ツ 用施設は ボブス レ ー ま た は リ ュ ー ジ ュ の競技 コ ー ス で あ り ， 製氷用 熱交換器の管が， 該競 技 コ ー ス に沿 っ た一方の脇 に施設 さ れた冷風往管 と 他 方の脇に施設 さ れた冷風還管 と の 間 に並列 して多数接 続 さ れて い る 請求の範囲 4 に記載の空気式製氷装置。

( 6 ) 製氷用熱交換器の管 は， 競技 コ ー ス に沿 っ た一方 の脇に施設 さ れた冷風往管 と 他方の脇に施設 さ れた冷 風還管 と の 間 に並列 して多数接続 さ れて い る 第一の群 と ， '競技 コ ー ス に沿 っ た一方の脇に施設 さ れた冷風還 管 と 他方の脇に施設 さ れた冷風往管 と の 間 に並列 して 多数接続 さ れて い る 第二の群 と か ら な り ， 第一の群の 管 と 第二の群の管がそ れぞれ交互に配置 さ れて い る 請 求の範囲 5 に記載の空気式製氷装置。

( 7 ) 空気圧縮機を駆動す る 動力 は コ ー ジ エ ネ レ ー シ ョ ン 用 の熱機関 の 出力軸か ら 得 ら れ る 請求の範囲 1 ， 2 ， 3 ， 4 ， 5 ま た は 6 に記載の空気式製氷装置。

( 8 ) 空気圧縮機を駆動す-る た め の動力 は コ 一 ジ ネ レ ー シ ョ ン 用 の熱機関 の排気 タ ー ビ ン か ら得 ら れ る 請求 の範囲 1 ， 2 ， 3 ， 4 ， 5 ま た は 6 に記載の空気式製 氷装置。

(9) 空気放出 口 に は フ レ キ シ ブルチ ュ ー ブを介 して ノ ズルが接続 さ れて い る 請求の範囲 3 に記載の空気式製 氷装置。

(10)空気放出 口 は， 経路内空気を氷上ス ポ ー ツ 用 の氷 面 に あて る 冷風吹出 口 であ る 請求の範囲 3 に記載の空 気式製氷装置。