JPH06273020A - 空気式製氷装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 熱媒や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製氷装置を提供する。 【構成】 空気の循環路に，空気圧縮機１，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２，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３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４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３に入る前の空気と該
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ことを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【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。

【０００２】

【従来の技術】アイススケート，アイスホッケー，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。

【０００３】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。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし，従来の施設で
は施工不良や経年変化によっ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％が一年に放出される計算となると言われてい
る。

【０００５】フロン漏れはオゾン層破壊の問題を生じ，
アンモニアや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
となている。

【０００６】また，空気を熱媒とした冷凍サイクルも知
られている。しかし，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。
従って，空気式冷凍サイクルはランニングコストが高く
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℃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１／２〜１／３の性能
でしかない。

【０００７】他方，熱機関の熱と動力を総合的に利用す
るコージエネレーショ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
れもフロンやアンモニア等の熱媒を使用するものであっ
た。

【０００８】本発明は，かような状況に鑑み，熱媒やブ
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。

【０００９】

【課題を解決するための手段】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。

【００１０】本発明の空気式製氷装置は，更に，以下の
手段を採用す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ロ
ータ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ッチを
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，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。

【００１１】

【作用】空気を圧縮して高圧空気（例えば２気圧）とす
れば８０℃以上の高温となるので，これを水道水温度や
外気温度で常温近くまで簡単に冷却できる。この常温高
圧空気を製氷用熱交換器を経た低温空気でさらに冷却す
ると、より低温の高圧空気が得られる。この低温高圧空
気を空気膨脹装置で常圧付近にまで膨脹させれば−５℃
〜−４５℃程度の低温空気を得ることができる。

【００１２】この零℃以下の冷風を，リンクやコース内
に埋設した冷風器（管）に通風すれば，氷リンクや氷コ
ースを屋内外で作れる。また該零℃以下の空気の一部を
水滴や水膜流に直接的に接触させても直接的に製氷でき
る。

【００１３】圧縮空気を冷却するのに外気や水道水を用
いた場合には，温風と温水が得られるので，これを施設
の暖房や保温用に使用することができる。

【００１４】本発明に従う空気式製氷装置の空気圧縮機
は回転動力を用いる通常の機器を使用することができる
が，その回転動力をコージエネレーション用のエンジン
の動力軸または排気タービンから得ることにより，コー
ジエネレーションシステムの動力回収と熱の採取が効率
よく行える。

【００１５】また、空気膨脹装置の回転ロータで得られ
る回転動力を，該ロータ軸と一方向性クラッチを介して
接続した動力機の回転軸に回収することにより，動力機
の負荷を軽減することができ，システムの動力回収をさ
らに効率よくすることができる。

【００１６】

【実施例】以下に、本発明の実施例を説明する。図１
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。

【００１７】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。

【００１８】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１５によって仕切られた多数の隙間に，一
方の空気通路１６と，他方の空気通路１７が交互に形成
され，両空気１６と１７のそれぞれは，熱交換率を高め
るために多数の細孔通路１８，１９からなっている。

【００１９】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１６（または１７）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１７
（または１６）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。

【００２０】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２Ａと２Ｂとからな
っている。

【００２１】熱交換器２Ａは，図３に示されるような，
シェル２０の内部に多数のＵ字状チューブ２１を内蔵し
たシェルアンドチューブ型熱交換器が用いられている。
シェル２０の基端部には，水入口２２と水出口２３が設
けられている。水入口２２と水出口２３はチューブ２１
によって連通させられている。シェル２０には，空気入
口２４と空気出口２５’が形成されている。

【００２２】以上のようなシェルアンドチューブ型熱交
換器２Ａにあっては，水入口２２より導入した冷却水が
Ｕ字状チューブ２１に通され，水出口２３から排出され
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２４からシェル２０の内部に導入され，空気出口２
５’から導出される。こうして，シェル２０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。

【００２３】熱交換器２Ｂは空気対空気熱交換器であ
り，例えば図２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２Ｂ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２Ｂの冷却用空気は外気をそのまま使
用できる。

【００２４】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，図４及び図５
に示すように，２軸スクリュー型の圧縮機が使用されて
いる。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２５と，スクリュー溝をもつ雌ロ
ータ２７とが噛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。雄ロータ２５の軸２
６と雌ロータ２７の軸２８は，歯車２９，３０によって
噛合しており，動力機７からの回転が軸２６に伝達され
て，両ロータ２５，２７は互いに反対方向に回転する。
この回転に伴って，吸入口３１から吸引された空気は，
両ロータ２５，２７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３２に吐き出される。図５
に示された動力機７はモーターである。

【００２５】空気膨脹装置３は，図５及び図６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３５の軸３６
と雌ロータ３７の軸３８は，歯車３９，４０によって噛
合しており，両ロータ３５，３７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４１
から空気膨脹装置３内に入って，その圧力で両ロータ３
５，３７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，この膨脹に伴って低温空
気となり，吐出口４２から出る。

【００２６】空気膨脹装置３の雄ロータ３５の軸３６は
動力機７の動力軸４３に一方向性クラッチ４４を介して
連結されている。

【００２７】図７に示されるように，一方向性クラッチ
４４は，多数のカム４５を介装した外輪４６と内輪４７
で構成されている。カム４５はこれら外輪４６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
４５の傾きによって，外輪４６と内輪４７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４４は，その構造自体は当業者に周知であるが，この
クラッチ４４を介して空気膨脹装置３のロータ軸３６と
動力機７の動力軸４３が連結されることにより，空気膨
脹装置３において両ロータ３５，３７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
４３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。

【００２８】図８に示すように，空気圧縮機１の動力
は，コージェネレーション用の熱機関すなわち発電用の
エンジン５０の動力軸５１から得るようにしても良い。
熱機関５０の動力で空気圧縮機１を駆動する場合は，熱
機関５０の動力軸５１と空気圧縮機１の駆動軸２６の間
に変速機５２を介在させる。

【００２９】熱機関５０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５０の排気タービンか
ら得ることもできる。

【００３０】なお，熱機関５０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５０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。

【００３１】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。

【００３２】この製氷用熱交換器４は，例えばボブスレ
ーまたはリュージュの競技コースやスケートリンクなど
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，フイ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ツ
用施設に供される。

【００３３】図９は，ボブスレーやリュージュの競技コ
ース５３を示している。約１.３Ｋｍの長さを有する競
技コース５３は，〜の７系統に分割されており，そ
れぞれの系統には，個別に制御される製氷装置が設けら
れている。図中，〜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イパス
等によって接続されており，故障時のバックアップがで
きるようになっている。

【００３４】以上のような競技コース５３の始端部がス
タート地点５３ａになっており，このスタート地点５３
ａのやや下流側にジュニヤ用のスタート地点５３ｂがあ
る。これらスタート地点５３ａ，５３ｂを出発して競技
コース５３を滑走し終えたボブスレー等の走行車体はゴ
ール５３ｃに到達する。ゴール５３ｃとスタート地点５
３ａ，５３ｂの間には，走行車体の運搬等を行うための
連絡通路５４が施設されている。

【００３５】図１０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，図１１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５５ａと冷風
還管５６ｂ，及び冷風往管５５ｂと冷風還管５６ａが添
設されている。冷風往管５５ａ，５５ｂの基端５７ａ，
５７ｂは空気膨脹装置に接続され，先端５８ａ，５８ｂ
は封緘されている。冷風還管５６ａ，５６ｂはＵ字形状
の管であり，一端５９ａ，５９ｂは熱回収用熱交換器に
接続されている。他端６０ａ，６０ｂは封緘されてい
る。

【００３６】一方側の冷風往管５５ａと他方側の冷風還
管５６ａ，及び他方側の冷風往管５５ｂと一方側の冷風
還管５６ｂ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５５ａと冷風還管５６ａの
間，および冷風往管５５ｂと冷風還管５６ｂの間には，
製氷用熱交換器４の管６１ａ，６１ｂが並列状態で多数
接続されている。図示のように，管６１ａの群と管６１
ｂの群は，それぞれの管が交互に位置するように配置さ
れている。

【００３７】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５５ａ，５５ｂの
開口端５７ａ，５７ｂに供給される。冷風往管の先端５
７ａ，５７ｂは封緘してあるので，冷風往管に供給され
た低温空気は，それぞれの管６１ａ，６１ｂ内を通過し
て冷風還管５６ａ，５６ｂに回収される。冷風還管５６
ａ，５６ｂ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。

【００３８】図１２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。６５はコンンクリート基礎，６６はコンクリート基
台，６７は断熱モルタル層を示している。コースの両脇
には横カバー６８ａ，６８ｂが施設され，カバー６８ａ
内には冷風往管５５ａと冷風還管５６ｂと水道水管６９
が配設され，カバー６８ｂ内には冷風往管５５ｂと冷風
還管５６ａと温水管７０が配設されている。

【００３９】断熱モルタル層６７の上には，冷風往管５
５ａと冷風還管５６ａの間に接続された管６１ａ，及び
冷風往管５５ｂと冷風還管５６ｂの間に接続された管６
１ｂ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６１ａの群と管６１ｂの群は，先に図１１
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６１ａと管６１ｂ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。

【００４０】両カバー６８ａ，６８ｂの冷風往管５５
ａ，５５ｂには，図１で説明したように，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６１ａ，管６１ｂを通過したあ
と，冷風還管５６ａ，５６ｂに回収され，熱回収用熱交
換器５を経てレタン経路６から空気圧縮機１に戻され
る。

【００４１】図１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とノズル１０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。

【００４２】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，図１のように弁またはダンパー１１
を介装した外気取入口１２をレタン経路６に接続し，弁
またはダンパー１１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。

【００４３】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１３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１３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１３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，ムンター式（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（図１の例では
二塔式の例を示している）。

【００４４】図１３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，図１２で説明した直線コースの構成
と同様であり，７５はコンクリート基台，７６はコンク
リート基礎，７７は断熱モルタル層を示している。断熱
モルタル層７７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カバー７８
ａ，７８ｂが施設され，カバー７８ａ内には冷風往管５
５ａと冷風還管５６ｂと水道水管７９が配設され，カバ
ー７８ｂ内には冷風往管５５ｂと冷風還管５６ａと温水
管８０が配設されている。断熱モルタル層７７の上に
は，冷風往管５５ａと冷風還管５６ａの間に接続された
管６１ａ，及び冷風往管５５ｂと冷風還管５６ｂの間に
接続された管６１ｂが，コースを横切るようにして，多
数配管されている。

【００４５】以上のような曲線コースは，冷風往管５５
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８１を介
してノズル８２が接続されている。

【００４６】従って，コース整備員８３は，冷風往管５
５ｂ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８１を介してノズル８２から噴出させて，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。そのさい，カバー７８ｂ内に設けら
れている水道水管８４から取り出した適量の水を同時に
ノズル８２か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，
図１３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８２から噴出された
低温空気を利用することによって，コース整備員８３は
手際の良い作業を行うことができる。例えば，水道水管
８４から摘出した噴霧水を氷滴にしてこれを氷リンクや
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８２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５５ｂから取り出した低温空気と水道水管８４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やリュージュの競技
コースに最適な氷層がコース表面に形成される。

【００４７】また，温水管８０から取り出された温水
は，コース表面の融氷や他の施設の融雪などに利用でき
る。例えば図９に示した連絡道路５４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５４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
る。

【００４８】ボブスレーやリュ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，図
１４に示すように，冷風往管５５ａからダクト８５で取
り出した低温空気を冷風吹出口８６から噴出させて，コ
ースの氷面に当てるようにすると良い。このように，冷
風吹出口８６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，図１４はコース曲線部の位置
を示しているが，この図１４のものは図１３のノズル８
２を冷風吹出口８６に代えた以外は，図１３と同じ構成
を有しており，図１３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。

【００４９】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 ４５００ｍ² 同施設の製氷のための最大負荷 ３５０ｋｃａｌ／ｈ・ｍ² 同施設の製氷のための平均負荷 １５０ｋｃａｌ／ｈ・ｍ² 必要風量 ３０００ｍ³ ／ｍｉｎ 稼働地域および稼働期間 日本国の１２月から２月の三ケ月間 水道水の平均温度 ５℃ 外気の平均気温 ６.４℃

【００５０】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−４５℃，この製氷用熱交
換器４から出る空気温度は−１５℃に設定する。そし
て，形成される氷の表面温度は−１〜−３℃に維持す
る。そのためには，製氷装置の運転状況は図１に示した
とおり，次のようになる。

【００５１】空気圧縮機１は出口空気が８８℃で２気圧
となるように稼動され，第一熱交換器２Ａには５℃の水
が通されて，該冷却水は６０℃程度まで昇温させられ
る。第二熱交換器２Ｂには２０℃より低い外気（６.４
℃）が通気され，この外気は４０℃程度まで昇温させら
れる。これにより，圧縮空気は２０℃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−４５℃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−１５℃の空気は熱回収用
熱交換器５を通って，１５℃に昇温され，空気圧縮機１
に戻る。

【００５２】以上により，乾き空気１ｋｇあたりの冷凍
能力：７.３２Ｋｃａｌ，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１６.
４３Ｋｃａｌ／ｋｇ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。

【００５３】また，図７で説明したように，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５０の動
力軸５１から得られる場合は，供給する燃料のエネルギ
ーが１とすると，軸出力が０.３５，蒸気と温水の回収
熱量が０.４５の熱機関の場合には，製氷装置で得られ
る冷却能力は０.２８，回収温熱は０.６３となり，コー
ジェネレーション設備と製氷装置の全体で得られる熱量
は， ０.４５＋０.２８＋０.６３ ＝ １.３６ となる。この値は，従来のフロン等の熱媒を用いるエン
ジン駆動式のヒートポンプの総合効率 ０.３５×３.０
＋０.４５ ＝ １.５０ （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エネルギ
ー換算の成績係数 ０.３５×３.０ ＝ １.０５ （０．３５は商用電力の受電端効率） よりも大きな値となっている。

【００５４】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５０の排気タービンから得られる場合
は，熱機関５０の軸出力をコー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５０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５８０℃で２気圧，排気タービン出側の排気が
４３０℃で１気圧，ボイラ出側の排気が２５０℃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
ば軸出力が０.２５，排気タービンの出力が０.１，蒸気
と温水の回収熱量が０.３２程度となる。

【００５５】したがって，空気圧縮機１の動力を，コー
ジェネレーション用の熱機関５０の排気タービンから得
た場合は，空気式冷凍サイクルで得られる冷却能力が
０.０８，回収温熱が０.１８となり得るから，動力は
０.２５となり，熱量は ０.３２＋０.０８＋０.１８ ＝ ０.５８ となる。これは，既存のコージェ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ーシステ
ムが構築され得る。

【００５６】本発明の製氷装置において，図１で説明し
た熱交換器２Ａや熱交換器２Ｂ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。
図１２の温水管７０や図１３の温水管８０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
に配管されている。また，この温水管からコース補修時
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。

【００５７】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。また図９で
示した連絡道路５４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。

【００５８】以上の実施例は，屋外でのボブスレーやリ
ュ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，冷風管をフイ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。

【００５９】また，第１０，１１図に示されるように，
製氷用熱交換器４の管を，冷風往管５５ａと冷風還管５
６ａの間で低温空気を通過させる管６１ａと，冷風往管
５５ｂと冷風還管５６ｂの間で低温空気を通過させる管
６１ｂ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。

【００６０】

【発明の効果】以上のように，本発明は，熱回収と動力
回収によっ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。この場合には，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
ングコストの負担が大きく軽減される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に従う製氷装置の機器配置図

【図２】空気対空気熱交換器の斜視図

【図３】シェルアンドチューブ型熱交換器の断面図

【図４】空気圧縮機の横断面図

【図５】空気圧縮機と電動機と空気膨張装置の配置図

【図６】空気膨張装置の横断面図

【図７】一方向性クラッチの部分拡大図

【図８】空気圧縮機とコージェネレーション用の熱機関
と空気膨張装置の配置図

【図９】ボブスレーまたはリュージュの競技コースの平
面図

【図１０】製氷用熱交換器の配管図

【図１１】製氷用熱交換器の配管平面図

【図１２】競技コース直線部の断面図

【図１３】競技コース曲線部の断面図

【図１４】冷風吹出口を備えた競技コース曲線部の断面
図

【符号の説明】

１ 空気圧縮機 ２ 圧縮空気冷却器 ３ 空気膨張装置 ４ 製氷用熱交換器 ５ 熱回収用熱交換器

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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. 【請求項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
   が圧縮空気流によっ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ッチを介
   して連結されていることを特徴とする空気式製氷装置。
3. 【請求項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ッ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. 【請求項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項１，２または３に
   記載の空気式製氷装置。
5. 【請求項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項４に記載の空気式製氷装置。
6. 【請求項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項
   ５に記載の空気式製氷装置。
7. 【請求項７】 空気圧縮機を駆動する動力はコージェネ
   レーション用の熱機関の出力軸から得られる請求項１，
   ２，３，４，５または６に記載の空気式製氷装置。
8. 【請求項８】 空気圧縮機を駆動するための動力はコー
   ジェネレーション用の熱機関の排気タービンから得られ
   る請求項１，２，３，４，５または６に記載の空気式製
   氷装置。
9. 【請求項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項３に記載の空気式
   製氷装置。
10. 【請求項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項３に記載
    の空気式製氷装置。