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