特許 6319902 アイスリンクの冷却設備及び冷却方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6319902

(24)【登録日】2018年4月13日

(45)【発行日】2018年5月9日

(54)【発明の名称】アイスリンクの冷却設備及び冷却方法

(51)【国際特許分類】

   F25C 3/02 20060101AFI20180423BHJP

   F25B 1/00 20060101ALI20180423BHJP

   F24F 3/153 20060101ALI20180423BHJP

   F24F 3/147 20060101ALI20180423BHJP

【ＦＩ】

   F25C3/02

   F25B1/00 396R

   F25B1/00 399Y

   F24F3/153

   F24F3/147

【請求項の数】14

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2014-140669(P2014-140669)

(22)【出願日】2014年7月8日

(65)【公開番号】特開2016-17696(P2016-17696A)

(43)【公開日】2016年2月1日

【審査請求日】2017年6月5日

(73)【特許権者】

【識別番号】000148357

【氏名又は名称】株式会社前川製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110000785

【氏名又は名称】誠真ＩＰ特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】福岡 美則

(72)【発明者】

【氏名】田中 義昭

【審査官】 笹木 俊男

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１１／１２９０３５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 実開昭４９−７３８５６（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 国際公開第２０１０／０１３５９０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１３−８８０２７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２５Ｃ ３／０２

Ｆ２５Ｂ １／００

Ｆ２４Ｆ ３／１４ 〜 ３／１５３

Ｆ２８Ｄ １５／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

アイスリンク底部の冷却管群を流れるＣＯ_２ブラインの潜熱を用いてアイスリンクを冷却するように構成されたアイスリンクの冷却設備であって、
前記冷却管群から前記ＣＯ_２ブラインの気液混合体を受け入れる受液器と、
前記受液器内の前記気液混合体のうちＣＯ_２ガスを冷却して液化するように構成された冷却機構と、
前記受液器内のＣＯ_２液を含む前記ＣＯ_２ブラインを前記冷却管群側へ供給する第１供給ラインと、
前記第１供給ラインに設けられたポンプと、
前記冷却管群よりも高所に配置され、前記冷却管群から前記気液混合体を受け入れ、該気液混合体を気液分離する気液分離器と、
前記気液分離器で気液分離されたＣＯ_２液を含む前記ＣＯ_２ブラインを前記冷却管群側へ供給する第２供給ラインと、
前記第２供給ラインに設けられたバルブと、を備え、
前記ポンプ及び前記バルブは、それぞれ、前記アイスリンクの冷却負荷に応じて、前記第１供給ラインを含む循環ラインにおける前記ポンプを用いた前記ＣＯ_２ブラインの強制循環と、前記第２供給ラインを含む循環ラインにおける前記ＣＯ_２ブラインの自然循環と、を切り替えるように制御される構成であることを特徴とするアイスリンクの冷却設備。

【請求項2】

前記ポンプは、前記冷却負荷が大きいときに稼働して前記ＣＯ_２ブラインを強制循環させ、前記冷却負荷が小さいときに停止して前記ＣＯ_２ブラインが自然循環するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のアイスリンクの冷却設備。

【請求項3】

前記気液分離器内の前記ＣＯ_２ブラインの液量を計測するための液レベル計と、
少なくとも前記バルブを制御するための制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記液レベル計の計測値に基づいて前記バルブを開閉制御するように構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のアイスリンクの冷却設備。

【請求項4】

前記制御装置は、前記ポンプが停止しているとき、
前記液レベル計の計測値が第１しきい値以下となった場合、前記バルブを閉じる制御を行い、
前記液レベル計の計測値が、前記第１しきい値よりも大きい第２しきい値以上となった場合、前記バルブを開く制御を行うように構成されていることを特徴とする請求項３に記載のアイスリンクの冷却設備。

【請求項5】

前記制御装置は、前記バルブの開閉制御及び前記ポンプの回転数制御を行うように構成され、
前記制御装置は、前記ポンプが稼働しているとき、
前記液レベル計の計測値が第１しきい値以下となった場合、前記バルブを閉じるとともに前記ポンプの回転数を設定値に維持する制御を行い、
前記液レベル計の計測値が、前記第１しきい値よりも大きい第２しきい値以上となった場合、前記バルブを開くとともに前記ポンプの回転数を前記設定値よりも低下させる制御を行うように構成されていることを特徴とする請求項３又は４に記載のアイスリンクの冷却設備。

【請求項6】

前記冷却管群と前記気液分離器とを接続する第１返送ラインと、
前記気液分離器と前記受液器とを接続する第２返送ラインと、をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載のアイスリンクの冷却設備。

【請求項7】

前記受液器は、前記アイスリンクの冷却設備における前記ＣＯ_２ブラインの総量よりも小さい容量を有することを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載のアイスリンクの冷却設備。

【請求項8】

前記冷却機構が、
冷凍機及びクーリングタワーを有し、アンモニア冷媒が循環するアンモニア冷凍サイクルと、
前記ＣＯ_２ガスと前記アンモニア冷媒とを熱交換し、前記アンモニア冷媒により前記ＣＯ_２ガスを冷却して再液化するカスケードコンデンサとを含むこと特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載のアイスリンクの冷却設備。

【請求項9】

前記アイスリンク上の空気を除湿するための除湿機構をさらに備えており、
前記除湿機構は、
前記アイスリンク上の空間内の空気が空気送給ラインを介して供給されて、該空気中の水分を吸着して除湿するためのデシカントロータと、
前記デシカントロータで除湿された前記空気を冷却するエアクーラ、及び、前記デシカントロータを再生する再生用空気を予熱するエアヒータを含むヒートポンプと、
前記空気送給ラインに設けられ、再生空気と熱流体とを熱交換させる第１の熱交換器、又は、前記デシカントロータで除湿された前記空気を前記空間に返送するための空気返送ラインに設けられ、前記空気と前記熱流体とを熱交換させる第２の熱交換器の少なくとも一方と、を含み、
前記熱流体が、前記冷却機構の前記クーリングタワーの廃熱を用いて加熱されていることを特徴とする請求項８に記載のアイスリンクの冷却設備。

【請求項10】

アイスリンク底部の冷却管群を流れるＣＯ_２ブラインの潜熱を用いてアイスリンクを冷却するアイスリンクの冷却方法であって、
受液器に貯留された前記ＣＯ_２ブラインの気液混合体のうちＣＯ_２ガスを冷却して液化する液化ステップと、
前記冷却管群よりも高所に配置された気液分離器によって、前記冷却管群から返送された前記気液混合体を気液分離する気液分離ステップと、
前記受液器内のＣＯ_２液を含む前記ＣＯ_２ブラインを前記冷却管群側へ供給する第１供給ラインに設けられたポンプを稼働した状態で、前記第１供給ラインを含む循環ラインにおいて前記ＣＯ_２ブラインを強制循環させる強制循環ステップと、
前記ポンプが停止した状態で、前記気液分離器で気液分離されたＣＯ_２液を含む前記ＣＯ_２ブラインを前記冷却管群側へ供給する第２供給ラインに設けられたバルブを開いて、前記第２供給ラインを含む循環ラインにおいて前記ＣＯ_２ブラインを自然循環させる自然循環ステップと、
前記アイスリンクの冷却負荷に応じて、前記強制循環ステップと前記自然循環ステップとを切り替える運転切替ステップと、を備えることを特徴とするアイスリンクの冷却方法。

【請求項11】

前記運転切替ステップは、前記アイスリンクの冷却負荷が大きいとき、前記強制循環ステップに切り替え、前記アイスリンクの冷却負荷が小さいとき、前記自然循環ステップに切り替えることを特徴とする請求項１０に記載のアイスリンクの冷却方法。

【請求項12】

前記自然循環ステップでは、
前記気液分離器内の前記ＣＯ_２液の液量が第１しきい値以下となった場合、前記バルブを閉じ、
前記気液分離器内の前記ＣＯ_２液の液量が、前記第１しきい値よりも大きい第２しきい値以上となった場合、前記バルブを開くことを特徴とする請求項１０又は１１に記載のアイスリンクの冷却方法。

【請求項13】

前記強制循環ステップでは、
前記気液分離器内の前記ＣＯ_２液の液量が第１しきい値以下となった場合、前記バルブを閉じるとともに前記ポンプの回転数を設定値に維持し、
前記気液分離器内の前記ＣＯ_２液の液量が、前記第１しきい値よりも大きい第２しきい値以上となった場合、前記バルブを開くとともに前記ポンプの回転数を前記設定値よりも低下させることを特徴とする請求項１０乃至１２の何れか一項に記載のアイスリンクの冷却方法。

【請求項14】

前記アイスリンク上の空気を除湿するための除湿ステップをさらに備えており、
前記除湿ステップは、
前記アイスリンク上の空間内の空気が空気送給ラインを介して供給されて、デシカントロータによって前記空気中の水分を吸着する水分吸着ステップと、
前記デシカントロータで除湿された前記空気をエアクーラによって冷却する空気冷却ステップと、
前記デシカントロータを再生する再生空気をエアクーラによって予熱する予熱ステップと、
前記空気送給ラインに設けられた第１熱交換器によって、再生空気と熱流体とを熱交換させる第１熱交換ステップ、又は、前記デシカントロータで除湿された前記空気を前記空間に返送するための空気返送ラインに設けられが第２熱交換器によって、前記空気と前記熱流体とを熱交換させる第２熱交換ステップの少なくとも一方と、を含み、
前記熱流体が、前記冷却機構からの廃熱を用いて加熱されることを特徴とする請求項１０乃至１３の何れか一項に記載のアイスリンクの冷却方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、広い面積の被冷却エリアを擁するアイスリンクの冷却に用いられるアイスリンクの冷却設備及び冷却方法に関する。

【背景技術】

【0002】

一般に、アイススケートなどに利用されるアイスリンクには、リンク形成時の製氷又は氷温調整に用いられる冷却設備が併設されている。アイスリンクの冷却設備は、特許文献１（特開平０９−３０３９２０号公報）等に開示されるように、アイスリンクの基盤となる床部に複数の冷却管を敷設し、この冷却管にブラインクーラ等の冷凍装置で冷却したブラインを循環させてアイスリンク内を冷却し、製氷又は氷温調整を行うようになっている。

【0003】

このようなアイスリンクの冷却設備に対して、近年、アイスリンクの品質向上の観点から、アイスリンクを均一に冷却可能な冷却設備の要望が高まっている。そこで、例えば特許文献２（国際公開第２０１１／１２９０３５号）には、ＣＯ_２ブラインの蒸発潜熱を利用してアイスリンクを冷却する技術が開示されている。すなわち、ＣＯ_２ブラインの蒸発潜熱を用いれば、冷却管へ送られるＣＯ_２ブラインと、アイスリンクの冷却に利用された後に返送されるＣＯ_２ブラインとの温度差が生じにくい。そのため、アイスリンクのような広大な被冷却エリアであっても均一な温度で冷却可能であり、ムラのない氷面を形成することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平０９−３０３９２０号公報

【特許文献2】国際公開第２０１１／１２９０３５号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、一般的なアイスリンクは、その周囲環境や稼働状況が多種多様であるため、それぞれのアイスリンクに適した冷却設備を設けることが望ましい。例えば、通年営業のアイスリンクの場合、年間を通じた周囲環境の気温の変化に起因した冷却負荷の変動に応じて、アイスリンクの維持に必要とされる冷却能力は変動する。しかし、必要とされる冷却能力に関わらずアイスリンクで冷熱が要求される限り、特許文献２に記載されるようにポンプによって常時ＣＯ_２ブラインを循環させる必要があり、ポンプの動力コストが嵩み、またエネルギー消費に起因した環境負荷の増大も危惧される。そのため、特に通年営業のアイスリンクにおいて、省エネルギ化及び省コスト化が可能で、且つ環境への影響の小さいシステムが求められている。

【0006】

したがって本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、アイスリンクの冷却に際して省エネルギ化及び省コスト化が可能であり、特に製氷後のアイスリンクの維持に要する動力を削減し得るアイスリンクの冷却設備及び冷却方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の幾つかの実施形態に係るアイスリンクの冷却設備は、
アイスリンク底部の冷却管群を流れるＣＯ_２ブラインの潜熱を用いてアイスリンクを冷却するように構成されたアイスリンクの冷却設備であって、
前記冷却管群から前記ＣＯ_２ブラインの気液混合体を受け入れる受液器と、
前記受液器内の前記気液混合体のうちＣＯ_２ガスを冷却して液化するように構成された冷却機構と、
前記受液器内のＣＯ_２液を含む前記ＣＯ_２ブラインを前記冷却管群側へ供給する第１供給ラインと、
前記第１供給ラインに設けられたポンプと、
前記冷却管群よりも高所に配置され、前記冷却管群から前記気液混合体を受け入れ、該気液混合体を気液分離する気液分離器と、
前記気液分離器で気液分離されたＣＯ_２液を含む前記ＣＯ_２ブラインを前記冷却管群側へ供給する第２供給ラインと、
前記第２供給ラインに設けられたバルブと、を備え、
前記ポンプ及び前記バルブは、それぞれ、前記アイスリンクの冷却負荷に応じて、前記第１供給ラインを含む循環ラインにおける前記ポンプを用いた前記ＣＯ_２ブラインの強制循環と、前記第２供給ラインを含む循環ラインにおける前記ＣＯ_２ブラインの自然循環と、を切り替えるように制御される構成であることを特徴とする。
この場合、前記ポンプは、前記冷却負荷が大きいときに稼働して前記ＣＯ_２ブラインを強制循環させ、前記冷却負荷が小さいときに停止して前記ＣＯ_２ブラインが自然循環するように構成されていてもよい。

【0008】

上記アイスリンクの冷却設備は、アイスリンクの冷却負荷に応じて、ポンプを用いたＣＯ_２ブラインの強制循環と、ポンプを用いない（ポンプ停止状態）ＣＯ_２ブラインの自然循環と、を切り替えるようになっている。これにより、例えばアイスリンクの冷却負荷が小さいときには、ポンプを停止してポンプの動力コストを削減できる。この際、ＣＯ_２ブラインを自然循環させているので、アイスリンクの品質を維持可能な程度の冷却を行うことができる。また、例えばアイスリンクの冷却負荷が大きいときには、ポンプを用いてＣＯ_２ブラインを強制循環させるので、アイスリンクを十分に冷却することができる。このように、アイスリンクの冷却負荷に応じて、ＣＯ_２ブラインの強制循環と自然循環とを切り替えることによって、アイスリンクの周囲環境や稼働状況等に応じて、アイスリンクを高品質に維持しながら冷却設備における省エネルギー化が図れる。
ＣＯ_２ブラインの自然循環に用いられる気液分離器は、冷却管群よりも高所に配置されているため、気液分離器と冷却管群との間でＣＯ_２ブラインを円滑に自然循環させることができる。また、気液分離器からのＣＯ_２ブラインを冷却管群へ供給する第２供給ライン上にはバルブが設けられており、このバルブを開閉することで気液分離器内のＣＯ_２ブラインの冷却管群への供給を制御できる。
なお、本明細書において、強制循環とは、主として、ポンプによってＣＯ_２ブラインが第１供給ラインを介して冷却管群へ供給される状態をいい、一部のＣＯ_２ブラインが第２供給ラインを介して冷却管群へ供給される状態（このとき、バルブは開である）をも含む。また、自然循環とは、ポンプが停止しており、主として、ＣＯ_２ブラインが第２供給ラインを介して冷却管群へ供給される状態をいい、一部のＣＯ_２ブラインが第１供給ラインを介して冷却管群へ供給される状態をも含む。この場合、受液器は冷却管群よりも高所に配置されていてもよい。

【0009】

幾つかの実施形態において、前記気液分離器内の前記ＣＯ_２ブラインの液量を計測するための液レベル計と、少なくとも前記バルブを制御するための制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記液レベル計の計測値に基づいて前記バルブを開閉制御するように構成されている。
このように、制御装置によって液レベル計の計測値に基づいてバルブを開閉制御するようにしたので、バルブを適正なタイミングで開閉制御することができる。

【0010】

一実施形態において、前記制御装置は、前記ポンプが停止しているとき、前記液レベル計の計測値が第１しきい値以下となった場合、前記バルブを閉じる制御を行い、前記液レベル計の計測値が、前記第１しきい値よりも大きい第２しきい値以上となった場合、前記バルブを開く制御を行うように構成されている。
上記実施形態によれば、ポンプが停止している自然循環時、気液分離器内にＣＯ_２液が溜まったら気液分離器からＣＯ_２液を冷却管群に供給し、気液分離器内のＣＯ_２液が少なくなったら気液分離器からのＣＯ_２液の供給を停止し、気液分離器内にＣＯ_２液を溜めることができる。

【0011】

一実施形態において、前記制御装置は、前記バルブの開閉制御及び前記ポンプの回転数制御を行うように構成され、前記制御装置は、前記ポンプが稼働しているとき、前記液レベル計の計測値が第１しきい値以下となった場合、前記バルブを閉じるとともに前記ポンプの回転数を設定値に維持する制御を行い、前記液レベル計の計測値が、前記第１しきい値よりも大きい第２しきい値以上となった場合、前記バルブを開くとともに前記ポンプの回転数を前記設定値よりも低下させる制御を行うように構成されている。
上記実施形態によれば、ポンプが稼働している強制循環時、気液分離器内のＣＯ_２液が少ない場合には、バルブを閉じて、第１供給ラインを介したＣＯ_２ブラインの供給のみを行い、気液分離器内にＣＯ_２液が溜まったら、バルブを開いて、気液分離器から第２供給ラインを介してＣＯ_２液を冷却管群に供給する。これにより、気液分離器内にＣＯ_２液が過剰に溜まってしまい、気液分離器の機能が損なわれることを防止できる。

【0012】

一実施形態では、前記冷却管群と前記気液分離器とを接続する第１返送ラインと、
前記気液分離器と前記受液器とを接続する第２返送ラインと、をさらに備える。
例えば、ＣＯ_２ブラインの強制循環時には、気液混合体は冷却管群から第１返送ライン及び第２返送ラインを介して受液器に戻る。ＣＯ_２ブラインの自然循環時には、気液混合体は第１返送ラインを介して気液分離器に返送され、気液分離されたＣＯ_２ガスが第２返送ラインを介して受液器に返送される。このような構成とすることにより、気液混合体のうちＣＯ_２ガスを効率よく受液器に導くことができ、よって冷却機構によるＣＯ_２ガスの液化を効果的に行うことができる。

【0013】

幾つかの実施形態において、前記受液器は、前記アイスリンクの冷却設備における前記ＣＯ_２ブラインの総量よりも小さい容量を有する。
すなわち、上記実施形態においては、ＣＯ_２ブラインを貯留するタンクとして機能する受液器とは別に、アイスリンクに敷設された冷却管群も同様にＣＯ_２ブラインを貯留するタンクとしての役割を担うことになる。
一般に、アイスリンクは広大な被冷却エリアを擁するため、これを冷却するためのＣＯ_２ブラインも大量に必要とされることが多い。そのため、上記実施形態のように、受液器をＣＯ_２ブラインの総量よりも小さい容量とし、冷却管群をタンクとして利用することによって、設備の小型化が図れる。

【0014】

一実施形態では、前記第１しきい値が前記第２しきい値よりも低く設定されている。
このように、第１しきい値と第２しきい値との間にヒステリシスを持たせることによって、制御の安定性を確保することができる。

【0015】

幾つかの実施形態では、前記冷却機構が、冷凍機及びクーリングタワーを有し、アンモニア冷媒が循環するアンモニア冷凍サイクルと、前記ＣＯ_２ガスと前記アンモニア冷媒とを熱交換し、前記アンモニア冷媒により前記ＣＯ_２ガスを冷却して再液化するカスケードコンデンサとを含む。
これにより、ＣＯ_２ガスを効率的に冷却して液化することができる。

【0016】

一実施形態に係るアイスリンクの冷却設備は、前記アイスリンク上の空気を除湿するための除湿機構をさらに備えており、前記除湿機構は、前記アイスリンク上の空間内の空気が空気送給ラインを介して供給されて、該空気中の水分を吸着して除湿するためのデシカントロータと、前記デシカントロータで除湿された前記空気を冷却するエアクーラ、及び、前記デシカントロータを再生する再生用空気を予熱するエアヒータを含むヒートポンプと、前記空気送給ラインに設けられ、再生空気と熱流体とを熱交換させる第１の熱交換器、又は、前記デシカントロータで除湿された前記空気を前記空間に返送するための空気返送ラインに設けられ、前記空気と前記熱流体とを熱交換させる第２の熱交換器の少なくとも一方と、を含み、前記熱流体が、前記冷却機構の前記クーリングタワーの廃熱を用いて加熱されている。
これにより、アイスリンクが設けられる空間の除湿を効果的に行うことができ、氷面への着霜を防止できる。そのため、アイスリンクの冷却負荷を軽減してＣＯ_２ブラインの自然循環の運転時間を多くでき、冷却設備の省エネルギー化が可能となる。さらに、除湿機構では冷却機構の廃熱を用いるようにしたので、アイスリンクの冷却設備全体としての省エネルギー化も可能となる。また、除湿機構におけるヒートポンプのＣＯＰ低下を防止でき、かつヒートポンプの正常運転を維持できる。

【0017】

本発明の幾つかの実施形態に係るアイスリンクの冷却方法は、
アイスリンク底部の冷却管群を流れるＣＯ_２ブラインの潜熱を用いてアイスリンクを冷却するアイスリンクの冷却方法であって、
受液器に貯留された前記ＣＯ_２ブラインの気液混合体のうちＣＯ_２ガスを冷却して液化する液化ステップと、
前記冷却管群よりも高所に配置された気液分離器によって、前記冷却管群から返送された前記気液混合体を気液分離する気液分離ステップと、
前記受液器内のＣＯ_２液を含む前記ＣＯ_２ブラインを前記冷却管群側へ供給する第１供給ラインに設けられたポンプを稼働した状態で、前記第１供給ラインを含む循環ラインにおいて前記ＣＯ_２ブラインを強制循環させる強制循環ステップと、
前記ポンプが停止した状態で、前記気液分離器で気液分離されたＣＯ_２液を含む前記ＣＯ_２ブラインを前記冷却管群側へ供給する第２供給ラインに設けられたバルブを開いて、前記第２供給ラインを含む循環ラインにおいて前記ＣＯ_２ブラインを自然循環させる自然循環ステップと、
前記アイスリンクの冷却負荷に応じて、前記強制循環ステップと前記自然循環ステップとを切り替える運転切替ステップと、を備えることを特徴とする。
この場合、前記運転切替ステップは、前記アイスリンクの冷却負荷が大きいとき、前記強制循環ステップに切り替え、前記アイスリンクの冷却負荷が小さいとき、前記自然循環ステップに切り替えてもよい。

【0018】

上記アイスリンクの冷却方法は、運転切替ステップにおいて、アイスリンクの冷却負荷に応じて、ポンプを用いたＣＯ_２ブラインの強制循環ステップと、ポンプを用いない（ポンプ停止状態）ＣＯ_２ブラインの自然循環ステップと、を切り替えるようになっている。これにより、例えばアイスリンクの冷却負荷が小さいときには、ポンプを停止してポンプの動力コストを削減できる。この際、ＣＯ_２ブラインを自然循環させているので、アイスリンクの品質を維持可能な程度の冷却を行うことができる。また、例えばアイスリンクの冷却負荷が大きいときには、ポンプを用いてＣＯ_２ブラインを強制循環させるので、アイスリンクを十分に冷却することができる。このように、アイスリンクの冷却負荷に応じて、運転切替ステップにおいてＣＯ_２ブラインの強制循環ステップと自然循環ステップとを切り替えることによって、アイスリンクの周囲環境や稼働状況等に応じて、アイスリンクを高品質に維持しながら冷却設備における省エネルギー化が図れる。

【0019】

一実施形態において、前記自然循環ステップでは、前記気液分離器内の前記ＣＯ_２液の液量が第１しきい値以下となった場合、前記バルブを閉じ、前記気液分離器内の前記ＣＯ_２液の液量が、前記第１しきい値よりも大きい第２しきい値以上となった場合、前記バルブを開く。
上記実施形態によれば、ポンプが停止している自然循環時、気液分離器内にＣＯ_２液が溜まったら気液分離器からＣＯ_２液を冷却管群に供給し、気液分離器内のＣＯ_２液が少なくなったら気液分離器からのＣＯ_２液の供給を停止し、気液分離器内にＣＯ_２液を溜めることができる。

【0020】

一実施形態において、前記強制循環ステップでは、前記気液分離器内の前記ＣＯ_２液の液量が第１しきい値以下となった場合、前記バルブを閉じるとともに前記ポンプの回転数を設定値に維持し、前記気液分離器内の前記ＣＯ_２液の液量が、前記第１しきい値よりも大きい第２しきい値以上となった場合、前記バルブを開くとともに前記ポンプの回転数を前記設定値よりも低下させる。
上記実施形態によれば、ポンプが稼働している強制循環時、気液分離器内のＣＯ_２液が少ない場合には、バルブを閉じて、第１供給ラインを介したＣＯ_２ブラインの供給のみを行い、気液分離器内にＣＯ_２液が溜まったら、バルブを開いて、気液分離器から第２供給ラインを介してＣＯ_２液を冷却管群に供給する。これにより、気液分離器内にＣＯ_２液が過剰に溜まってしまい、気液分離器の機能が損なわれることを防止できる。

【0021】

一実施形態において、前記アイスリンク上の空気を除湿するための除湿ステップをさらに備えており、前記除湿ステップは、前記アイスリンク上の空間内の空気が空気送給ラインを介して供給されて、デシカントロータによって前記空気中の水分を吸着する水分吸着ステップと、前記デシカントロータで除湿された前記空気をエアクーラによって冷却する空気冷却ステップと、前記デシカントロータを再生する再生空気をエアヒータによって予熱する予熱ステップと、前記空気送給ラインに設けられた第１熱交換器によって、再生空気と熱流体とを熱交換させる第１熱交換ステップ、又は、前記デシカントロータで除湿された前記空気を前記空間に返送するための空気返送ラインに設けられが第２熱交換器によって、前記空気と前記熱流体とを熱交換させる第２熱交換ステップの少なくとも一方と、を含み、前記熱流体が、前記冷却機構からの廃熱を用いて加熱される。
これにより、アイスリンクが設けられる空間の除湿を効果的に行うことができ、氷面への着霜を防止できる。そのため、アイスリンクの冷却負荷を軽減してＣＯ_２ブラインの自然循環の運転時間を多くでき、冷却設備の省エネルギー化が可能となる。さらに、除湿機構において冷却機構の廃熱を用いるようにしたので、アイスリンクの冷却設備全体としての省エネルギー化も図れる。また、除湿機構におけるヒートポンプのＣＯＰ低下を防止でき、かつヒートポンプの正常運転を維持できる。すなわち、除湿機構におけるデシカントロータの再生熱量の確保と、アイスリンクの適正な調湿が可能となる。

【発明の効果】

【0022】

以上記載のように、本発明の幾つかの実施形態によれば、アイスリンクの冷却負荷に応じて、ＣＯ_２ブラインの強制循環と自然循環とを切り替えることによって、アイスリンクの周囲環境や稼働状況等に応じて、アイスリンクを高品質に維持しながら冷却設備における省エネルギー化が図れる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】本発明の一実施形態に係るアイスリンクの冷却設備の全体構成図である。

【図2】除湿機構の構成例を示す図である。

【図3】本発明の一実施形態における運転方式の選択方法を示すフローチャートである。

【図4】本発明の一実施形態に係るアイスリンクの強制循環時における運転方法を示すフローチャートである。

【図5】本発明の一実施形態に係るアイスリンクの自然循環時における運転方法を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

【0025】

最初に、図１を参照して、一実施形態に係るアイスリンク１の冷却設備１００の全体構成について説明する。なお、図１は本発明の一実施形態に係るアイスリンク１の冷却設備１００の全体構成図である。
一実施形態に係るアイスリンク１の冷却設備１００は、アイスリンク１を形成するための冷却管群１１と、ＣＯ_２ブラインが循環するための循環ライン２と、ＣＯ_２ブラインを貯留するための受液器３と、ＣＯ_２ブラインを気液分離するための気液分離器５と、ＣＯ_２ブラインを冷却して液化する冷却機構８とを備える。なお、本実施形態に適用できるアイスリンク１は、スケートリンク、カーリング用リンク、アイスホッケー用リンク等のアイスリンク全般である。

【0026】

冷却管群１１は、アイスリンク１の底部（床部）に配設された複数の冷却管を含む。冷却管は、例えば、断面が円形、楕円形又は長円形の管であってもよい。また、複数の冷却管が平行に配設され、伝熱性を向上するために複数の冷却管同士が互いに高熱伝導体によって連結されていてもよい。複数の冷却管は、両端がそれぞれヘッダによって連結され、両端のヘッダを介して循環ライン２に接続されていてもよい。そして、冷却管群１１内を通流するＣＯ_２ブラインの蒸発潜熱を利用してアイスリンク１を冷却し、アイスリンク１の水を氷結させて氷を形成したり、氷結した氷の温度調整を行うようになっている。

【0027】

また、アイスリンク１の下部が断熱構造を有していてもよい。例えば、アイスリンク１の下部が、断熱材やコンクリートが積層された断熱構造となっており、これによりアイスリンク１の冷熱を蓄熱できるとともに、アイスリンク１下方の基礎の凍結によるアイスリンク１の凍上防止に寄与する。

【0028】

循環ライン２は、冷却管群１１に接続されて、ＣＯ_２ブラインが循環するように構成されている。循環ライン２の具体的な構成については後述する。

【0029】

受液器３は、ＣＯ_２ブラインを貯留するように構成されている。受液器３に貯留されるＣＯ_２ブラインは、主として冷却機構８で液化されたＣＯ_２液であるが、冷却管群１１から受け入れたＣＯ_２ガス及びＣＯ_２液を含む気液混合体を含んでいてもよい。より具体的な構成例として、受液器３の上部には再液化送りライン３１が接続されており、再液化送りライン３１から受液器３内のＣＯ_２ガスが抜き出されて冷却機構８（例えば後述するカスケードコンデンサ８４）に送られるようになっている。また、受液器３の下部には再液化戻りライン３２が接続されており、冷却機構８で再液化されたＣＯ_２液が受液器３に戻されるようになっている。受液器３は、冷却管群１１よりも高所に配置されていてもよい。これにより、後述するポンプ４が停止しているときであっても、受液器３と冷却管群１１との位置エネルギー差によって受液器３内のＣＯ_２液を冷却管群１１へ供給することができる。
一実施形態において、受液器３は、冷却設備１００におけるＣＯ_２ブラインの総量よりも小さい容量を有している。すなわち、ＣＯ_２ブラインを貯留するタンクとして機能する受液器３とは別に、冷却管群１１も同様にＣＯ_２ブラインを貯留するタンクとしての役割を担うことになる。このように、受液器３をＣＯ_２ブラインの総量よりも小さい容量とし、冷却管群１１をタンクとして利用することによって、冷却設備１００の小型化が図れる。

【0030】

気液分離器５は、冷却管群１１よりも高所に配置され、アイスリンク１の冷却に用いられて少なくとも一部が気化したＣＯ_２ブラインを受け入れ、このＣＯ_２ブラインを気液分離するように構成されている。そして、気液分離器５で分離されたＣＯ_２液を、再度、冷却管群１１に供給するようになっている。気液分離器５は冷却管群１１よりも高所に配置されているため、気液分離器５と冷却管群１１との間でＣＯ_２ブラインを自然循環させることができ、ポンプ動力を削減可能となる。例えば、気液分離器５は、二陣笠型のパンチング板から形成されるバッフルプレートを備えていてもよい。その場合、ＣＯ_２ブラインの気液混合体（気液多相流）をバッフルプレートの下方に導入し、バッフルプレートのパンチング穴を通って上昇した気泡（ＣＯ_２ガス）がＣＯ_２液と分離されて気液分離器５の上部に溜まる。そして、ＣＯ_２液と分離されたＣＯ_２ガスは受液器３側へ送給され、下部に溜まったＣＯ_２液は、後述するバルブ６が開いているときに冷却管群１１へ送給されるようになっている。
一実施形態において、気液分離器５には、該気液分離器５内のＣＯ_２ブラインの液量を計測するための液レベル計７（７ａ，７ｂ）が設けられている。液レベル計７はＣＯ_２ブラインの液量（例えば液面）を検出可能な構成であれば何れのタイプを採用してもよく、例えば、フロート式液レベル計であってもよいし、電極式液レベル計であってもよいし、あるいは、超音波式又は音叉式液レベル計であってもよい。また、後述するしきい値に対する液面の相対位置を判定するように構成されてもよい。その場合、液レベル計７は、第１しきい値に対する液面の相対位置を判定するための第１液レベル計７ａと、第１しきい値よりも大きい第２しきい値に対する液面の相対位置を判定するための第２液レベル計７ｂとを含んでいてもよい。

【0031】

冷却機構８は、ＣＯ_２ブラインを冷却して液化するように構成されている。一実施形態において、冷却機構８は、アンモニア冷媒が循環するアンモニア冷凍サイクルと、ＣＯ_２ブラインとアンモニア冷媒とを熱交換し、アンモニア冷媒によりＣＯ_２ブラインを冷却して再液化するカスケードコンデンサ８４と、を含んでいる。アンモニア冷凍サイクルは、冷凍機（圧縮機）８１と、凝縮器８２と、膨張弁８３と、蒸発器としてのカスケードコンデンサ８４とが、アンモニア冷媒ライン８５によって順に接続された閉回路を形成して構成される。図１に示す例では、凝縮器８２には、クーリングタワー８６で冷却されたブラインがポンプ８７により循環するようになっている。クーリングタワー８６は、外気を取り込むファンを備えた密閉式冷却塔であってもよい。その場合、クーリングタワー８６内を流れるブラインを外気で冷却するようになっている。なお、凝縮器８２は、上記したような水冷式凝縮器に限定されるものではなく、他のタイプの凝縮器であってもよい。例えば、アンモニア冷媒が通流する冷媒管コイルを備え、ファンによって外気を取り込んでアンモニア冷媒を冷却するとともに冷媒管コイルに水を噴霧して冷却するように構成された蒸発式凝縮器等を用いることができる。
このように、冷却機構８がアンモニア冷凍サイクルを含む構成とすれば、ＣＯ_２ブラインを効率的に冷却することができる。
上記冷却機構８は、受液器３内のＣＯ_２ブラインの温度及び圧力が一定となるように発停する構成であってもよい。この場合、冷却機構８は、アイスリンク１の冷却負荷に関わらず、稼働状態が制御されるようになっている。

【0032】

ここで、ＣＯ_２ブラインが循環する循環ライン２の具体的な構成例について詳述する。
一実施形態において、循環ライン２は、受液器３から冷却管群１１にＣＯ_２ブラインを供給するように構成された第１供給ライン２１と、気液分離器５から冷却管群１１にＣＯ_２ブラインを供給するように構成された第２供給ライン２２と、を含んでいる。第１供給ライン２１及び第２供給ライン２２は、合流点２３において第３供給ライン２４に接続されている。第３供給ライン２４は、一端側が合流点２３において第１供給ライン２１及び第２供給ライン２２に接続され、他端側が冷却管群１１に接続されている。

【0033】

第１供給ライン２１は、一端側が受液器３に接続され、他端側が合流点２３において第３供給ライン２４に接続されている。第１供給ライン２１には、受液器３から冷却管群１１へＣＯ_２ブラインを圧送するためのポンプ４が設けられている。より具体的な構成例として、受液器３の下部に第１供給ライン２１が接続されて、受液器３から冷却管群１１へＣＯ_２ブライン（ＣＯ_２液）が供給される構成となっている。また、受液器３の上部には、後述する第２返送ライン２６が接続されて、冷却管群１１から受液器３へＣＯ_２ガス又はＣＯ_２の気液混合体が返送される構成となっている。そして、ポンプ４が起動しているとき、ＣＯ_２ブラインは第１供給ライン２１を含む循環ライン２において強制循環されるようになっている。また、第１供給ライン２１におけるポンプ４の下流側に、逆止弁又は止め弁の少なくとも一方の機能を有する弁を設置してもよい。図１には一例として逆止弁２７が設置された構成を示す。これにより、ポンプ４の停止時に、ＣＯ_２ブラインが第１供給ライン２１を受液器３側へ向けて逆流することを防げる。

【0034】

第２供給ライン２２は、一端側が気液分離器５に接続され、他端側が合流点２３において第３供給ライン２４に接続されている。第２供給ライン２２には、バルブ６が設けられている。より具体的な構成例として、気液分離器５の下部に第２供給ライン２２が接続されて、気液分離器５から冷却管群１１へＣＯ_２液が供給される構成となっている。また、気液分離器５の上部に、後述する第１返送ライン２５が接続されて、冷却管群１１から気液分離器５へＣＯ_２ガス又はＣＯ_２ブラインの気液混合体が返送される構成となっている。そして、バルブ６が開いているとき、ＣＯ_２ブラインは第２供給ライン２２を介して冷却管群１１へ供給されるようになっている。

【0035】

また、第２供給ライン２２には、バルブ６が設けられている。一構成例において、バルブ６は開閉制御されるように構成され、バルブ６の開閉によって、気液分離器５から冷却管群１１へＣＯ_２ブラインの供給又は供給停止が選択されるようになっている。他の構成例では、バルブ６は開度を調整可能な構成であってもよく、この場合、バルブ６の開度制御によって、気液分離器５から冷却管群１１へＣＯ_２ブラインの供給量が調整されるようになっている。

【0036】

また、一実施形態における循環ライン２は、アイスリンク１の冷却に用いられたＣＯ_２ブラインの気液混合体を返送するための１返送ライン２５及び第２返送ライン２６を含んでいる。
第１返送ライン２５は、一端側が冷却管群１１に接続され、他端側が気液分離器５に接続されている。そして、ＣＯ_２の気液混合体を冷却管群１１から気液分離器５に返送するようになっている。
第２返送ライン２６は、一端側が気液分離器５に接続され、他端側が受液器３に接続されている。そして、気液分離器５を通過したＣＯ_２の気液混合体、又は気液分離器５で分離されたＣＯ_２ガスを受液器３に返送するようになっている。
例えば、ＣＯ_２ブラインの強制循環時には、気液混合体は冷却管群１１から第１返送ライン２５及び第２返送ライン２６を介して受液器３に戻る。ＣＯ_２ブラインの自然循環時には、気液混合体は第１返送ライン２５を介して気液分離器５に返送され、気液分離されたＣＯ_２ガスが第２返送ライン２６を介して受液器３に返送される。このような構成とすることにより、気液混合体のうちＣＯ_２ガスを効率よく受液器３に導くことができ、よって冷却機構８によるＣＯ_２ガスの液化を効果的に行うことができる。

【0037】

一実施形態において、第１循環ライン２０のうち、冷却管群１１から受液器３へＣＯ_２ブラインを返送する第１返送ライン２２は、ＣＯ_２ブラインが気液分離器５を通って受液器３に返送されるように構成される。すなわち、第１返送ライン２２の冷却管群１１側の一部と、第２返送ライン２５とが共通化される。この場合、気液分離器５は、受液器３よりも高所に配置される。これにより、第１循環ライン２０及び第２循環ライン２３を含む各種ラインの構成を簡素化でき、設備コストの削減及び設置面積の低減が図れる。また、気液分離器５が受液器３よりも高所に配置されているので、第１返送ライン２２にポンプを設けなくても、気液分離器５を通過したＣＯ_２ブラインを受液器３に返送することができる。
また、第１送りライン２１の冷却管群１１側の一部と、第２送りライン２４の冷却管群１１側の一部とが共通化されていてもよい。この場合、ポンプ４は、第１送りライン２１のうち第２送りライン２４と共通化されていない部位に取り付けられ、バルブ６は、第２送りライン２４のうち第１送りライン２１と共通化されていない部位に取り付けられる。この構成も、各種ラインの構成の簡素化に寄与する。

【0038】

一実施形態では、上記構成を有するアイスリンク１の冷却設備１００において、ポンプ４及びバルブ６は、それぞれ、アイスリンク１の冷却負荷に応じて、第１供給ライン２１を含む循環ライン２におけるポンプ６を用いたＣＯ_２ブラインの強制循環と、第２供給ライン２２を含む循環ライン２におけるＣＯ_２ブラインの自然循環と、を切り替えるように制御される構成となっている。この場合、ポンプ４は、アイスリンク１の冷却負荷が大きいときに稼働してＣＯ_２ブラインを強制循環させ、アイスリンク１の冷却負荷が小さいときに停止してＣＯ_２ブラインが自然循環するように構成されていてもよい。例えば、アイスリンク１の冷却負荷が大きい場合は、ポンプ６が稼働され、主として、受液器３内のＣＯ_２ブラインが、第１供給ライン２１及び第３供給ライン２４を介して冷却管群１１へ強制的に供給されるようになっている。このように、アイスリンク１の冷却負荷が大きいときには、ポンプ４を用いてＣＯ_２ブラインを強制循環させるので、アイスリンク１を十分に冷却することができる。一方、アイスリンク１の冷却負荷が小さい場合は、ポンプ６が停止され、主として、気液分離器５内のＣＯ_２液が、第２供給ライン２２及び第３供給ライン２４を介して冷却管群１１へ供給されるようになっている。このように、アイスリンク１の冷却負荷が小さいときはポンプ４を停止しているので、ポンプ４の動力コストを削減できる。この際、ＣＯ_２ブラインを自然循環させているので、アイスリンク１の品質を維持可能な程度の冷却を行うことができる。なお、冷却管群１１に供給されたＣＯ_２ブラインは、冷却管群１１を通過する際にアイスリンク１の冷却に寄与し、ＣＯ_２ガス及びＣＯ_２液を含む気液混合体となって受液器３側に返送される。その際、気液混合体は、冷却管群１１から返送ライン２５を通って一旦気液分離器５に導入され、気液分離器５で気液分離されたＣＯ_２ガスが受液器３に返送される。また、気液分離器５で分離されたＣＯ_２液は、バルブ６が開いているときに、第２供給ライン２２を介して冷却管群１１へ供給される。

【0039】

ここで、本実施形態において、強制循環とは、主として、ポンプ４によってＣＯ_２ブラインが第１供給ライン２１を介して冷却管群１１へ供給される状態をいい、一部のＣＯ_２ブラインが第２供給ライン２２を介して冷却管群１１へ供給される状態（このとき、バルブ６は開である）をも含む。また、自然循環とは、ポンプ４が停止しており、主として、ＣＯ_２ブラインが第２供給ライン２２を介して冷却管群１１へ供給される状態をいい、一部のＣＯ_２ブラインが第１供給ライン２１を介して冷却管群１１へ供給される状態をも含む。この場合、受液器３は冷却管群１１よりも高所に配置されていてもよい。
また、アイスリンク１の冷却負荷とは、アイスリンク１を一定の品質に維持するために必要な冷熱量に対応している。例えば、アイスリンク設備の外気温の高い夏やアイスリンク１の入場者数が多い場合には冷却負荷が大きく、アイスリンク設備の外気温の低い冬やアイスリンク１の入場者数が少ない場合には冷却負荷が小さい。

【0040】

一実施形態に係るアイスリンク１の冷凍設備１００は、液レベル計７（７ａ，７ｂ）の計測値に基づいて、少なくともバルブ６を制御するための制御装置１０と、をさらに備えていてもよい。なお、以下では一例として、制御装置１０がバルブ６の他にポンプ４の回転数制御も行う場合について説明する。
制御装置１０は、バルブ開閉制御部１２と、ポンプ回転数制御部１３と、を含んでいる。バルブ開閉制御部１２は、液レベル計７（７ａ，７ｂ）の計測値に基づいて、バルブ６を開閉制御する構成となっている。ポンプ回転数制御部１３は、液レベル計７（７ａ，７ｂ）の計測値に基づいて、ポンプ４の回転数を制御する構成となっている。

【0041】

例えば、ポンプ４が停止している強制循環時、気液分離器５内のＣＯ_２液の液レベルが、第１液レベル計７ａで計測される第１しきい値以下となった場合、バルブ開閉制御部１２によってバルブ６を閉じる制御を行う。一方、気液分離器５内のＣＯ_２液の液レベルが、第２液レベル計７ｂで計測される第２しきい値以上となった場合、バルブ開閉制御部１２によってバルブ６を開く制御を行う。これにより、ポンプ６が停止している自然循環時、気液分離器５内にＣＯ_２液が溜まったら気液分離器５からＣＯ_２液を冷却管群１１に供給し、気液分離器５内のＣＯ_２液が少なくなったら気液分離器５からのＣＯ_２液の供給を停止し、気液分離器５内にＣＯ_２液を溜めることができる。

【0042】

例えば、ポンプが稼働している強制循環時、気液分離器５内のＣＯ_２液の液レベルが、第１液レベル計７ａで計測される第１しきい値以下となった場合、バルブ６を閉じるとともにポンプ４の回転数を設定値（例えば定常値）に維持する制御を行う。一方、気液分離器５内のＣＯ_２液の液レベルが、第２液レベル計７ｂで計測される第２しきい値以上となった場合、バルブ６を開いて、気液分離器５に溜まったＣＯ_２液を、第２供給ライン２２を介して合流点２３及び第３供給ライン２４に落下させる。このとき、ポンプ４のインバータ回転数制御を作動させて周波数を低下させ、ポンプ４の回転数を設定値よりも低下させる（あるいは一時的に停止させてもよい）制御を行う。これにより、ポンプ４が稼働している強制循環時、気液分離器５内のＣＯ_２液が少ない場合には、バルブ６を閉じて、第１供給ライン２１を介したＣＯ_２ブラインの供給のみを行い、気液分離器５内にＣＯ_２液が溜まったら、バルブ６を開いて、気液分離器５から第２供給ライン２２を介してＣＯ_２液を冷却管群１１に供給する。これにより、気液分離器５内にＣＯ_２液が過剰に溜まってしまい、気液分離器５の機能が損なわれることを防止できる。そして、気液分離器５内のＣＯ_２液の液レベルが第１しきい値以下となったら、バルブ６を閉じてポンプ４のインバータ回転数制御を作動させてポンプ４の回転数を元の値に戻す。

【0043】

ここで、アイスリンク１の冷却負荷に応じたＣＯ_２ブラインの強制循環と自然循環との切り替えの一例について説明する。
アイスリンク１の冷却負荷が大きいとき、主として、第１供給ライン２１を介してＣＯ_２ブラインが受液器３から冷却管群１１へ供給されるように、バルブ６を閉じてポンプ４を起動する第１制御を行い、第１供給ライン２１を含む循環ライン２を、ＣＯ_２ブラインがポンプ４によって強制循環されるようにする。このとき、バルブ６の閉制御とポンプ４の起動制御を同時に行ってもよいが、先ずバルブ６を閉じ、時間差をもってポンプ４を起動させてもよい。ポンプ４を用いた強制循環時、ＣＯ_２液を含むＣＯ_２ブラインは冷却管群１１を流れる際にその蒸発潜熱を利用してアイスリンク１を冷却する。アイスリンク１の冷却に用いられることで少なくとも一部がガス化したＣＯ_２ブラインの気液混合体は、第１返送ライン２５を通って気液分離器５に導入され、気液分離器５から第２返送ライン２６を通って受液器３に導入される。受液器３内のＣＯ_２ブラインのうちＣＯ_２ガスは、再液化送りライン３１を介して冷却機構８へ送られ、冷却されて再液化される。再液化されたＣＯ_２液は、再液化戻りライン３２を介して受液器３に戻される。また、受液器３内のＣＯ_２液を含むＣＯ_２ブラインは、ポンプ４の駆動によって、第１供給ライン２１及び第３供給ライン２４を通って冷却管群１１に供給される。

【0044】

一方、アイスリンク１の冷却負荷が小さいとき、主として、第２供給ライン２２を介してＣＯ_２ブラインが気液分離器５から冷却管群１１へ供給されるように、ポンプ４を停止してバルブ６を開く第２制御を行い、第２供給ライン２２を含む循環ライン２をＣＯ_２ブラインが主として圧力差及び位置エネルギー差によって自然循環されるようにする。このとき、ポンプ４の停止制御とバルブ６の開制御とを同時に行ってもよいが、先ずポンプ４を停止し、時間差をもってバルブ６を開いてもよい。ＣＯ_２ブラインの自然循環時、ＣＯ_２液を含むＣＯ_２ブラインは冷却管群１１を流れるとき、その蒸発潜熱を利用してアイスリンク１を冷却する。アイスリンク１の冷却に用いられることで少なくとも一部がガス化したＣＯ_２ブラインの気液混合体は、冷却管群１１よりも温度が低く、低圧な受液器３側へ、その圧力差によって導かれる。すなわち、気液混合体は、第１返送ライン２５を通って気液分離器５に導入される。気液分離器５では、気液混合体をＣＯ_２ガスとＣＯ_２液に気液分離する。気液分離されたＣＯ_２ガスは、受液器３に導入された後、冷却機構８によって再液化される。再液化されたＣＯ_２液を含むＣＯ_２ブラインは、第１供給ライン２１及び第３供給ライン２４を介して、第１受液器３よりも低位置に配置された冷却管群１１に供給される。その際、ＣＯ_２液は、停止中のポンプ４を通過して冷却管群１１に送られるようになっている。気液分離器５で分離されたＣＯ_２液は、第２供給ライン２２及び第３供給ライン２４を介して、気液分離器５よりも低位置に配置された冷却管群１１に供給される。その際、勿論、バルブ６は開いた状態となっている。上記自然循環においては、冷却管群１１から気液分離器５又は受液器３までの返送ライン２５，２６では、ポンプ等の機械的エネルギーを用いることなく、冷却管群１１と気液分離器５又は受液器３との圧力差によってＣＯ_２ブラインが循環するようになっている。また、気液分離器５又は受液器３から冷却管群１１までの供給ライン２１，２２，２３では、位置エネルギーの差を利用して、やはり機械的エネルギーを用いることなくＣＯ_２ブラインが循環するようになっている。なお、切替運転制御部１２においても、冷却機構８は常時稼働していてもよい。また、ＣＯ_２ブラインの強制循環又は自然循環は、継続的に行ってもよいし、断続的に行ってもよい。

【0045】

また、上記アイスリンク１の冷却設備１００は、以下の構成をさらに備えていてもよい。
一実施形態に係る冷却設備１００は、アイスリンク１上の空気を除湿するための除湿機構９０をさらに備えている。一般的に、アイスリンク１は略密閉された室内空間９に設けられている。除湿機構９０は、室内空間９から空気を引き抜いて、該空気中の水分を吸着して除湿するための除湿ユニット９１を含んでいる。

【0046】

図２は、除湿機構９０の構成例を示す図である。
一実施形態において、除湿機構９０は、空気中の水分を吸着して除湿するように構成された除湿ユニット９１と、室内空間９の空気を除湿ユニット９１へ送給する空気送給ライン９０ａと、除湿ユニット９１で除湿された空気を室内空間９に返送する空気返送ライン９０ｂと、空気送給ライン９０ａに設けられた第１熱交換器９６と、空気返送ライン９０ｂに設けられた第２熱交換器９７と、を含む。

【0047】

除湿ユニット９１は、入口側が空気送給ライン９０ａに接続されるとともに出口側が空気返送ライン９０ｂに接続され、室内空間９からの空気が流れる処理空気室９１ａと、吸着剤再生用の空気（例えば外気）が流れる再生空気室９１ｂと、処理空気室９１ａと再生空気室９１ｂとにまたがるように配置されたデシカントロータ９２と、を有している。デシカントロータ９２は、回転軸９２ａを中心に低速で回転するようになっている。また、処理空気室９１ａの入口側には、デシカントロータ９２に室内空間９の空気を送り込む処理ファン９３が設けられ、再生空気室９１ｂの出口側には、吸着剤の再生に用いられた空気を排気するための再生ファン９４が設けられている。デシカントロータ９２は、処理空気室９１ａに位置する部位で、室内空間９から導入された高湿度の空気に含まれる水分（水蒸気）を吸着する。水分を吸着した部位は、回転して再生空気室９１ｂに移動し、吸着剤に吸着した水分を再生空気室９１ｂにて再生用空気に放出する。

【0048】

また、除湿ユニット９１は、吸着剤再生用の空気を加熱するためのヒートポンプ９５をさらに含んでいてもよい。ヒートポンプ９５は、エアクーラ９５ａと、膨張弁９５ｂと、エアヒータ９５ｃと、圧縮機９５ｄとが接続され、これらの機器を通って冷媒が循環するように構成されている。なお、冷媒は、ＣＯ_２冷媒であってもよいし、その他の冷媒であってもよい。このヒートポンプ９５のうち、エアクーラ９５ａは、処理空気室９１ａにおけるデシカントロータ９２の下流側に配置される。また、エアヒータ９５ｃは、再生空気室９１ｂにおけるデシカントロータ９２の上流側に配置される。そして、エアヒータ９５ｃによって、デシカントロータ９２の再生用空気を予熱する。この再生空気予熱用の熱源を確保するために、エアクーラ９５ａにおいて、デシカントロータ９２を通過した処理空気の熱を回収するようになっている。なお、処理ファン９３又は再生ファン９４は、それぞれ、処理空気室９１ａ内又は再生空気室９１ｂ内の空気流を形成可能であればよく、その構成は特に限定されるものではない。すなわち、処理ファン９３は、エアクーラ９５ａの下流側又はデシカントロータ９２とエアクーラ９５ａの間に配置されてもよい。また、再生ファン９４は、エアヒータ９５ｃの上流側又はエアヒータ９５ｃとデシカントロータ９２の間に配置されてもよい。

【0049】

一実施形態に係る冷却設備１００は、空気送給ライン９０ａに設けられた第１熱交換器９６、又は、空気返送ライン９０ｂに設けられた第２熱交換器９７の少なくとも一方をさらに備える。また、第１熱交換器９６又は第２熱交換器９７は、冷却機構８の廃熱を用いて空気を加熱する構成としてもよい。例えば、第１熱交換器９６には、クーリングタワー８６におけるブラインの冷却に用いられて昇温された空気又は水が供給される。そして、その昇温された空気又は水と、処理空気室９１ａ内に供給される除湿前の空気とが熱交換されることによって、除湿前の空気が加熱される。同様に、第２熱交換器９７には、クーリングタワー８６におけるブラインの冷却に用いられて昇温された空気又は水が供給される。そして、その昇温された空気又は水と、処理空気室９１ａから室内空間９に返送される除湿後の空気とが熱交換されることによって、除湿後の空気が加熱される。これにより、アイスリンク１が設けられる室内空間９の除湿を効果的に行うことができ、氷面への着霜を防止できる。そのため、アイスリンク１の冷却負荷を軽減してＣＯ_２ブラインの自然循環の運転時間を多くでき、冷却設備１００の省エネルギー化が可能となる。さらに、除湿機構９０において冷却機構８の廃熱を用いるようにしたので、アイスリンク１の冷却設備１００全体としての省エネルギー化も図れる。また、除湿機構９０におけるヒートポンプ９５のＣＯＰ低下を防止でき、かつヒートポンプ９５の正常運転を維持できる。すなわち、除湿機構９０におけるデシカントロータ９２の再生熱量の確保と、アイスリンク１の適正な調湿が可能となる。

【0050】

次に、図３乃至図５を参照して、本発明の一実施形態に係るアイスリンク１の冷却方法について説明する。なお、図３は、本発明の一実施形態における運転方式の選択方法を示すフローチャートである。図４は、本発明の一実施形態に係るアイスリンク１の強制循環時における運転方法を示すフローチャートである。図５は、本発明の一実施形態に係るアイスリンク１の自然循環時における運転方法を示すフローチャートである。本実施形態における冷却方法は、主として、通年営業を行うアイスリンク１における製氷後のアイスリンク１の維持に用いられる。

【0051】

図３に示すように、まず最初に、アイスリンク１の冷却設備１００における運転方式の選択を行う（Ｓ１）。アイスリンク１の切替ステップ（Ｓ１）において、アイスリンク１の冷却負荷が大きいか否かを判定し（Ｓ２）、アイスリンク１の冷却負荷が大きい場合には、ＣＯ_２ブラインの強制循環ステップを選択する（Ｓ３）。一方、アイスリンク１の冷却負荷が小さい場合には、ＣＯ_２ブラインの自然循環ステップを選択する（Ｓ４）。上記した切替ステップ（Ｓ１）は、アイスリンク１の冷却設備１００の運転が停止されるまで繰り返し行われる。

【0052】

図４は、運転切替ステップ（Ｓ１）において、ＣＯ_２ブラインの強制循環ステップ（Ｓ３）が選択された場合の冷却方法を示すフローチャートである。なお、ここでは一例として、強制循環ステップ（Ｓ３）が選択された時点で、気液分離器５内のＣＯ_２液の液レベルが、第１しきい値よりも大きいことを前提として説明する。
強制循環ステップ（Ｓ３）の定常状態では、ポンプ４の回転数が定常値に維持され、バルブ４は閉じられた状態となっている（Ｓ１１）。これにより、受液器３内のＣＯ_２ブラインが、第１供給ライン２１及び第３供給ライン２４を介して冷却管群１１へ強制的に供給される。冷却管群１１に供給されたＣＯ_２ブラインは、冷却管群１１を通過する際にアイスリンク１の冷却に寄与し、ＣＯ_２ガス及びＣＯ_２液を含む気液混合体となって受液器３側に返送される。
この運転時、気液分離器５内のＣＯ_２液の液レベルを液レベル計７によって計測し、計測値が第１しきい値以下であるか否かを判定する（Ｓ１２）。計測値が第１しきい値以下となったら、ポンプ４の回転数を低下させ、バルブ６を開く（Ｓ１３）。これにより、受液器３内のＣＯ_２液が冷却管群１１へ供給されるとともに、気液分離器５内に溜まったＣＯ_２液も冷却管群１１へ供給される。さらにこの運転時も気液分離器５内のＣＯ_２液の液レベルを液レベル計７によって計測し、計測値が第２しきい値以上であるか否かを判定する（Ｓ１４）。計測値が第２しきい値以上となったら、ポンプ４の回転数を定常値に戻し、バルブ６を閉じて（Ｓ１５）、強制循環ステップ（Ｓ３）の定常状態に戻す。これを循環停止の信号が入力されるまで繰り返し行う。

【0053】

図５は、運転切替ステップ（Ｓ１）において、ＣＯ_２ブラインの自然循環ステップ（Ｓ４）が選択された場合の冷却方法を示すフローチャートである。なお、ここでは一例として、自然循環ステップ（Ｓ４）が選択された時点で、気液分離器５内のＣＯ_２液の液レベルが、第１しきい値よりも大きいことを前提として説明する。
自然循環ステップ（Ｓ４）では、ポンプ４が停止され、バルブ４は開かれた状態となっている（Ｓ２１）。これにより、気液分離器５内のＣＯ_２ブラインが、第２供給ライン２２及び第３供給ライン２４を介して冷却管群１１へ供給される。冷却管群１１に供給されたＣＯ_２ブラインは、冷却管群１１を通過する際にアイスリンク１の冷却に寄与し、ＣＯ_２ガス及びＣＯ_２液を含む気液混合体となって気液分離器５に返送される。そして、気液分離器５で分離されたＣＯ_２ガスは、受液器３に送られる。
この運転時、気液分離器５内のＣＯ_２液の液レベルを液レベル計７によって計測し、計測値が第１しきい値以下であるか否かを判定する（Ｓ２２）。計測値が第１しきい値以下となったら、バルブ６を閉じる（Ｓ２３）。これにより、気液分離器５内のＣＯ_２液の冷却管群１１への供給が停止され、徐々に気液分離器５内にＣＯ_２液が溜まっていく。このとき、ポンプ４は停止した状態ではあるが、受液器３が冷却管群１１よりも高所に配置されている場合には、冷却管群１１と受液器３との位置エネルギー差によって受液器３内のＣＯ_２液がポンプ４を通過して冷却管群１１へ供給される。さらにこの運転時も気液分離器５内のＣＯ_２液の液レベルを液レベル計７によって計測し、計測値が第２しきい値以上であるか否かを判定する（Ｓ２４）。計測値が第２しきい値以上となったら、バルブ６を開いて（Ｓ２５）、気液分離器５内のＣＯ_２液の冷却管群１１への供給を再開する。これを循環停止の信号が入力されるまで繰り返し行う。

【0054】

以上説明したように、上述の実施形態によれば、アイスリンク１の冷却負荷に応じて、ＣＯ_２ブラインの強制循環と自然循環とを切り替えることによって、アイスリンク１の周囲環境や稼働状況等に応じて、アイスリンク１を高品質に維持しながら冷却設備における省エネルギー化が図れるものである。

【0055】

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはいうまでもない。
例えば、複数のアイスリンクが設けられ、それぞれのアイスリンクに、第３供給ライン２４及び第１返送ライン２５が分岐して接続される構成としてもよい。その場合、各アイスリンクに対して冷却機構８、受液器３及び気液分離器５は共通であってもよい。
また、アイスリンク１において要求される冷却能力に応じて、冷凍機構が複数並列に配設された構成としてもよい。

【符号の説明】

【0056】

１ アイスリンク
２ 循環ライン
３ 受液器
４ ポンプ
５ 気液分離器
６ バルブ
７（７ａ，７ｂ） 液レベル計
８ 冷却機構
９ 室内空間
１０ 制御装置
１２ バルブ開閉制御部
１３ ポンプ回転数制御部
２１ 第１供給ライン
２２ 第２供給ライン
２３ 合流点
２４ 第３供給ライン
２５ 第１返送ライン
２６ 第２返送ライン
２７ 逆止弁
３１ 再液化送りライン
３２ 再液化戻りライン
８１ 冷凍機
８２ 凝縮器
８３ 膨張弁
８４ カスケードコンデンサ
８５ アンモニア冷媒ライン
９０ 除湿機構
９０ａ 空気送給ライン
９０ｂ 空気返送ライン
９１ 除湿ユニット
９１ａ 処理空気室
９１ｂ 再生空気室
９２ デシカントロータ
９３ 処理ファン
９４ 再生ファン
９５ ヒートポンプ
９６ 第１熱交換器
９７ 第２熱交換器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】