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(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】6369980
(24)【登録日】2018年7月20日
(45)【発行日】2018年8月8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 20060101AFI20180730BHJP
F25B 1/00 20060101ALI20180730BHJP
F25B 6/04 20060101ALI20180730BHJP
【ＦＩ】
F25C3/02
F25B1/00 399Y
F25B6/04 Z
【請求項の数】6
【全頁数】13
(21)【出願番号】特願2014-140670(P2014-140670)
(22)【出願日】2014年7月8日
(65)【公開番号】特開2016-17697(P2016-17697A)
(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】
石黒 雄一
(56)【参考文献】
【文献】
国際公開第２０１１／１２９０３５（ＷＯ，Ａ１）
【文献】
特開２０１０−２７１００７（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００１−３３６８４２（ＪＰ，Ａ）
【文献】
米国特許第０３８３１３９４（ＵＳ，Ａ）
【文献】
欧州特許出願公開第０１８１６４１５（ＥＰ，Ａ２）
【文献】
欧州特許出願公開第０１５３６１９０（ＥＰ，Ａ１）
【文献】
特開平０９−１７８２１７（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１６−０１７６９６（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｆ２５Ｂ １／００− ７／００
Ｆ２５Ｂ １３／００
Ｆ２５Ｂ ３１／００−３１／０２
Ｆ２５Ｂ ３９／００−４１／０６
Ｆ２４Ｆ １／０６− １／６８
Ｆ２４Ｆ ５／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
アイスリンクの底部に敷設された冷却管群を流れるＣＯ２ブラインの潜熱を用いて、前記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ＣＯ２ブラインを貯留する受液器と、
圧縮機及び凝縮器を含む冷凍サイクルを形成し、前記ＣＯ２ブラインのうちＣＯ２ガスを冷却して液化する冷凍装置と、
前記受液器に貯留されたＣＯ２ブラインを前記冷却管群に供給するための循環ユニットと、を備え、
前記循環ユニットは、
前記ＣＯ２ブラインのうちＣＯ２液を容器内に貯留し、該ＣＯ２液の少なくとも一部を前記圧縮機の廃熱によってガス化して前記容器の内部圧力を上昇するように構成された圧力調整器と、
前記受液器からの前記ＣＯ２液が貯留され、前記圧力調整器と連通されることによって前記冷却管群よりも高圧に維持され、前記冷却管群との圧力差を利用して前記ＣＯ２液を前記冷却管群に強制循環させる送液器と、
前記圧力調整器の前記容器内に設けられ、前記圧縮機で圧縮された高温の冷媒と、前記圧力調整器の前記容器内の前記ＣＯ２液とを熱交換することによって前記ＣＯ２液を加熱する熱交換器と、
を備え、
前記熱交換器の入口は、前記冷凍サイクルにおける前記冷媒の循環ラインのうち前記圧縮機の下流側且つ前記凝縮器の上流側の部位に連通し、前記圧縮機から出た前記高温の冷媒を前記熱交換器に導くとともに、
前記熱交換器を通過した前記高温の冷媒を前記凝縮器に戻すように構成された
ことを特徴とするアイスリンクの冷却設備。
前記ＣＯ２ブラインを貯留する受液器と、
圧縮機及び凝縮器を含む冷凍サイクルを形成し、前記ＣＯ２ブラインのうちＣＯ２ガスを冷却して液化する冷凍装置と、
前記受液器に貯留されたＣＯ２ブラインを前記冷却管群に供給するための循環ユニットと、を備え、
前記循環ユニットは、
前記ＣＯ２ブラインのうちＣＯ２液を容器内に貯留し、該ＣＯ２液の少なくとも一部を前記圧縮機の廃熱によってガス化して前記容器の内部圧力を上昇するように構成された圧力調整器と、
前記受液器からの前記ＣＯ２液が貯留され、前記圧力調整器と連通されることによって前記冷却管群よりも高圧に維持され、前記冷却管群との圧力差を利用して前記ＣＯ２液を前記冷却管群に強制循環させる送液器と、
前記圧力調整器の前記容器内に設けられ、前記圧縮機で圧縮された高温の冷媒と、前記圧力調整器の前記容器内の前記ＣＯ２液とを熱交換することによって前記ＣＯ２液を加熱する熱交換器と、
を備え、
前記熱交換器の入口は、前記冷凍サイクルにおける前記冷媒の循環ラインのうち前記圧縮機の下流側且つ前記凝縮器の上流側の部位に連通し、前記圧縮機から出た前記高温の冷媒を前記熱交換器に導くとともに、
前記熱交換器を通過した前記高温の冷媒を前記凝縮器に戻すように構成された
ことを特徴とするアイスリンクの冷却設備。
【請求項2】
アイスリンクの底部に敷設された冷却管群を流れるＣＯ２ブラインの潜熱を用いて、前記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ＣＯ２ブラインを貯留する受液器と、
圧縮機及び凝縮器を含む冷凍サイクルを形成し、前記ＣＯ２ブラインのうちＣＯ２ガスを冷却して液化する冷凍装置と、
前記受液器に貯留されたＣＯ２ブラインを前記冷却管群に供給するための循環ユニットと、を備え、
前記循環ユニットは、
前記ＣＯ２ブラインのうちＣＯ２液を貯留し、該ＣＯ２液の少なくとも一部を前記圧縮機の廃熱によってガス化して内部圧力を上昇するように構成された圧力調整器と、
前記受液器からの前記ＣＯ２液が貯留され、前記圧力調整器と連通されることによって前記冷却管群よりも高圧に維持され、前記冷却管群との圧力差を利用して前記ＣＯ２液を前記冷却管群に強制循環させる送液器と、
前記圧縮機で圧縮された高温の冷媒と、前記圧力調整器内の前記ＣＯ２液とを熱交換することによって前記ＣＯ２液を加熱する熱交換器と、
を備え、
前記循環ユニットは、
前記冷凍装置から前記圧力調整器へ前記ＣＯ２液を供給する加圧用ＣＯ２送りラインと、
前記加圧用ＣＯ２送りラインに設けられた第１バルブと、
前記圧縮機で圧縮された冷媒を前記熱交換器に供給する冷媒供給ラインと、
前記冷媒供給ラインに設けられた第２バルブと、
前記圧力調整器と前記送液器とを接続する均圧化ラインと、
前記均圧化ラインに設けられた第３バルブと、
前記第１バルブ、前記第２バルブ及び前記第３バルブを制御するように構成された制御装置と、を備えており、
前記制御装置は、
前記圧力調整器に前記ＣＯ２液を供給するために前記第１バルブを開くとともに前記第２バルブ及び第３バルブを閉じる制御を行う第１制御部と、
前記圧力調整器の前記内部圧力を上昇させるために前記第２バルブを開くとともに前記第１バルブ及び第３バルブを閉じる制御を行う第２制御部と、
前記圧力調整器と前記送液器とを連通して前記送液器の内部圧力を上昇させるために前記第３バルブを開く制御を行う第３制御部と、を含むことを特徴とするアイスリンクの冷却設備。
前記ＣＯ２ブラインを貯留する受液器と、
圧縮機及び凝縮器を含む冷凍サイクルを形成し、前記ＣＯ２ブラインのうちＣＯ２ガスを冷却して液化する冷凍装置と、
前記受液器に貯留されたＣＯ２ブラインを前記冷却管群に供給するための循環ユニットと、を備え、
前記循環ユニットは、
前記ＣＯ２ブラインのうちＣＯ２液を貯留し、該ＣＯ２液の少なくとも一部を前記圧縮機の廃熱によってガス化して内部圧力を上昇するように構成された圧力調整器と、
前記受液器からの前記ＣＯ２液が貯留され、前記圧力調整器と連通されることによって前記冷却管群よりも高圧に維持され、前記冷却管群との圧力差を利用して前記ＣＯ２液を前記冷却管群に強制循環させる送液器と、
前記圧縮機で圧縮された高温の冷媒と、前記圧力調整器内の前記ＣＯ２液とを熱交換することによって前記ＣＯ２液を加熱する熱交換器と、
を備え、
前記循環ユニットは、
前記冷凍装置から前記圧力調整器へ前記ＣＯ２液を供給する加圧用ＣＯ２送りラインと、
前記加圧用ＣＯ２送りラインに設けられた第１バルブと、
前記圧縮機で圧縮された冷媒を前記熱交換器に供給する冷媒供給ラインと、
前記冷媒供給ラインに設けられた第２バルブと、
前記圧力調整器と前記送液器とを接続する均圧化ラインと、
前記均圧化ラインに設けられた第３バルブと、
前記第１バルブ、前記第２バルブ及び前記第３バルブを制御するように構成された制御装置と、を備えており、
前記制御装置は、
前記圧力調整器に前記ＣＯ２液を供給するために前記第１バルブを開くとともに前記第２バルブ及び第３バルブを閉じる制御を行う第１制御部と、
前記圧力調整器の前記内部圧力を上昇させるために前記第２バルブを開くとともに前記第１バルブ及び第３バルブを閉じる制御を行う第２制御部と、
前記圧力調整器と前記送液器とを連通して前記送液器の内部圧力を上昇させるために前記第３バルブを開く制御を行う第３制御部と、を含むことを特徴とするアイスリンクの冷却設備。
【請求項3】
前記圧力調整器の液レベルを検出する液レベル計をさらに備え、
前記制御装置の前記第２制御部は、前記液レベル計の検出値が設定値以上となったら前記圧力調整器の前記内部圧力を上昇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２に記載のアイスリンクの冷却設備。
前記制御装置の前記第２制御部は、前記液レベル計の検出値が設定値以上となったら前記圧力調整器の前記内部圧力を上昇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２に記載のアイスリンクの冷却設備。
【請求項4】
前記圧力調整器の内部圧力を検出する圧力計をさらに備え、
前記制御装置の前記第３制御部は、前記圧力計の検出値が設定値以上となったら前記送液器の内部圧力を上昇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２又は３に記載のアイスリンクの冷却設備。
前記制御装置の前記第３制御部は、前記圧力計の検出値が設定値以上となったら前記送液器の内部圧力を上昇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２又は３に記載のアイスリンクの冷却設備。
【請求項5】
アイスリンクの底部に敷設された冷却管群を流れるＣＯ２ブラインの潜熱を用いて、前記アイスリンクを冷却設備によって冷却するように構成されたアイスリンクの冷却方法であって、
前記冷却設備は、前記ＣＯ２ブラインを貯留する受液器と、圧縮機及び凝縮器を含む冷凍サイクルを形成し、前記ＣＯ２ブラインのうちＣＯ２ガスを冷却して液化する冷凍装置と、前記受液器に貯留されたＣＯ２ブラインを前記冷却管群に供給するための循環ユニットと、を備え、
前記循環ユニットの圧力調整器の容器内に前記ＣＯ２ブラインのうちＣＯ２液を貯留するＣＯ２液貯留ステップと、
前記圧力調整器の前記容器に貯留された前記ＣＯ２液の少なくとも一部を前記圧縮機の廃熱によってガス化して該圧力調整器の内部圧力を上昇させる圧力調整ステップと、
前記受液器からの前記ＣＯ２液が貯留された送液器と前記圧力調整器とを連通させることによって前記送液器を前記冷却管群よりも高圧に維持し、前記送液器と前記冷却管群との圧力差を利用して前記冷却管群に前記ＣＯ２液を強制循環させる送液ステップと、を備え、
前記圧力調整ステップでは、
前記冷凍サイクルにおける冷媒循環ラインのうち前記圧縮機の下流側且つ前記凝縮器の上流側の部位から、前記圧力調整器の容器内に設けられた熱交換器に高温の冷媒を導き、
前記熱交換器において、前記圧縮機で圧縮された前記高温の冷媒と、前記圧力調整器の前記容器内の前記ＣＯ２液とを熱交換し、
前記熱交換器を通過した前記高温の冷媒を前記凝縮器に戻す
ことを特徴とするアイスリンクの冷却方法。
前記冷却設備は、前記ＣＯ２ブラインを貯留する受液器と、圧縮機及び凝縮器を含む冷凍サイクルを形成し、前記ＣＯ２ブラインのうちＣＯ２ガスを冷却して液化する冷凍装置と、前記受液器に貯留されたＣＯ２ブラインを前記冷却管群に供給するための循環ユニットと、を備え、
前記循環ユニットの圧力調整器の容器内に前記ＣＯ２ブラインのうちＣＯ２液を貯留するＣＯ２液貯留ステップと、
前記圧力調整器の前記容器に貯留された前記ＣＯ２液の少なくとも一部を前記圧縮機の廃熱によってガス化して該圧力調整器の内部圧力を上昇させる圧力調整ステップと、
前記受液器からの前記ＣＯ２液が貯留された送液器と前記圧力調整器とを連通させることによって前記送液器を前記冷却管群よりも高圧に維持し、前記送液器と前記冷却管群との圧力差を利用して前記冷却管群に前記ＣＯ２液を強制循環させる送液ステップと、を備え、
前記圧力調整ステップでは、
前記冷凍サイクルにおける冷媒循環ラインのうち前記圧縮機の下流側且つ前記凝縮器の上流側の部位から、前記圧力調整器の容器内に設けられた熱交換器に高温の冷媒を導き、
前記熱交換器において、前記圧縮機で圧縮された前記高温の冷媒と、前記圧力調整器の前記容器内の前記ＣＯ２液とを熱交換し、
前記熱交換器を通過した前記高温の冷媒を前記凝縮器に戻す
ことを特徴とするアイスリンクの冷却方法。
【請求項6】
アイスリンクの底部に敷設された冷却管群と、
前記冷却管群を流れるＣＯ２ブラインの潜熱を用いて、前記アイスリンクを冷却するように構成された請求項１乃至４の何れか一項に記載の冷却設備と、
を備えることを特徴とするアイスリンク設備。
前記冷却管群を流れるＣＯ２ブラインの潜熱を用いて、前記アイスリンクを冷却するように構成された請求項１乃至４の何れか一項に記載の冷却設備と、
を備えることを特徴とするアイスリンク設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、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。また、特許文献２（国際公開第２０１１／１２９０３５号）には、均一な温度でアイスリンクを冷却可能な技術として、ＣＯ２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。この冷却装置においては、ポンプを用いてＣＯ２ブラインをアイスリンクに供給する構成となっている。
【0003】
こういった冷却装置においても、近年、エネルギー利用に伴うコスト削減及び環境への負荷の削減を目的として、省エネルギー化が推進されている。アイスリンクに適用したものではないが、例えば特許文献３（実開平０６−４０７７１号公報）には、冷却装置におけるポンプ動力を削減するために、機械式動力を用いずに冷媒を強制循環させるようにした構成が開示されている。具体的には、冷凍機からの液体冷媒を冷媒貯留容器に流れ込ませ、該液体冷媒をヒータで加熱することによって上昇する冷媒貯留容器内の圧力を利用して冷媒を循環させるようになっている。
【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
【特許文献3】実開平０６−４０７７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
上記したように、近年はアイスリンクの冷却設備においても省エネルギー化の要求が高まっている。特許文献３に記載される冷却装置では、ポンプ動力を削減できるもののヒータを新たに設置する必要があり、ヒータのランニングコストが上乗せされるため、大きな省エネルギー効果が得られるとは言い難い。また、特許文献３に記載される冷却装置はアイスリンクに適用したものではないため、アイスリンクに適した省エネルギーの冷却設備が求められている。
【0006】
本発明の少なくとも幾つかの実施形態は、上述の事情に鑑み、ポンプ動力を削減し、優れた省エネルギー性を備えた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、アイスリンクの底部に敷設された冷却管群を流れるＣＯ２ブラインの潜熱を用いて、前記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ＣＯ２ブラインを貯留する受液器と、
圧縮機及び凝縮器を含む冷凍サイクルを形成し、前記ＣＯ２ブラインのうちＣＯ２ガスを冷却して液化する冷凍装置と、
前記受液器に貯留されたＣＯ２ブラインを前記冷却管群に供給するための循環ユニットと、を備え、
前記循環ユニットは、
前記ＣＯ２ブラインのうちＣＯ２液を貯留し、該ＣＯ２液の少なくとも一部を前記圧縮機の廃熱によってガス化して内部圧力を上昇するように構成された圧力調整器と、
前記受液器からの前記ＣＯ２液が貯留され、前記圧力調整器と連通されることによって前記冷却管群よりも高圧に維持され、前記冷却管群との圧力差を利用して前記ＣＯ２液を前記冷却管群に強制循環させる送液器と、を備えることを特徴とする。
【0008】
上記アイスリンクの冷却設備では、圧力調整器内のＣＯ２液を圧縮機の廃熱によって加熱し、圧力調整器の内部圧力を上昇させた後、該圧力調整器の内部空間と送液器の内部空間とを連通することによって送液器の内部圧力も上昇させる。これにより、送液器と冷却管群との間に圧力差が生じ、この圧力差によって送液器内のＣＯ２液を強制的に冷却管群へ供給することができる。このように、機械的なポンプを用いなくてもＣＯ２ブラインを冷却管群に循環させることができ、さらに圧縮機の廃熱を用いて圧力調整器の内部圧力を上昇させる構成であるためヒータが不要で、さらなるランニングコストの削減が可能となる。よって、優れた省エネルギー性を備えたアイスリンクの冷却設備を提供できるものである。
【0009】
一実施形態では、前記循環ユニットは、前記圧縮機で圧縮された高温の冷媒と、前記圧力調整器内の前記ＣＯ２液とを熱交換することによって前記ＣＯ２液を加熱する熱交換器を含む。このように、圧縮機で圧縮された高温の冷媒が循環して圧力調整器内のＣＯ２液を加熱する熱交換器を有することによって、圧力調整器内のＣＯ２液を効果的に加熱することができる。また、加熱に用いられた冷媒を冷凍装置、特に凝縮器に戻すことによって、凝縮器で必要とされる冷却エネルギーの削減も可能となり、より一層省エネルギー化を図ることができる。
【0010】
幾つかの実施形態において、前記循環ユニットは、
前記冷凍装置から前記圧力調整器へ前記ＣＯ２液を供給する加圧用ＣＯ２送りラインと、
前記加圧用ＣＯ２送りラインに設けられた第１バルブと、
前記圧縮機で圧縮された冷媒を前記熱交換器に供給する冷媒供給ラインと、
前記冷媒供給ラインに設けられた第２バルブと、
前記圧力調整器と前記送液器とを接続する均圧化ラインと、
前記均圧化ラインに設けられた第３バルブと、
前記第１バルブ、前記第２バルブ及び前記第３バルブを制御するように構成された制御装置と、を備えており、
前記制御装置は、
前記圧力調整器に前記ＣＯ２液を供給するために前記第１バルブを開くとともに前記第２バルブ及び第３バルブを閉じる制御を行う第１制御部と、
前記圧力調整器の前記内部圧力を上昇させるために前記第２バルブを開くとともに前記第１バルブ及び第３バルブを閉じる制御を行う第２制御部と、
前記圧力調整器と前記送液器とを連通して前記送液器の内部圧力を上昇させるために前記第３バルブを開く制御を行う第３制御部と、を含む。
これにより、圧力調整器へのＣＯ２液の供給、圧力調整器及び送液器の圧力調整のそれぞれを、制御装置による各バルブの開閉によって実現できる。
【0011】
一実施形態では、前記圧力調整器の液レベルを検出する液レベル計をさらに備え、前記制御装置の前記第２制御部は、前記液レベル計の検出値が設定値以上となったら前記圧力調整器の前記内部圧力を上昇させる制御を行うように構成されている。
また、一実施形態では、前記圧力調整器の内部圧力を検出する圧力計をさらに備え、
前記制御装置の前記第３制御部は、前記圧力計の検出値が設定値以上となったら前記送液器の内部圧力を上昇させる制御を行うように構成されている。
これにより、第２制御部又は第３制御部において各バルブを適正なタイミングで開閉することが可能となる。
【0012】
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、アイスリンクの底部に敷設された冷却管群を流れるＣＯ２ブラインの潜熱を用いて、前記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方法であって、
前記ＣＯ２ブラインを貯留する受液器と、圧縮機及び凝縮器を含む冷凍サイクルを形成し、前記ＣＯ２ブラインのうちＣＯ２ガスを冷却して液化する冷凍装置と、前記受液器に貯留されたＣＯ２ブラインを前記冷却管群に供給するための循環ユニットと、を備え、
前記循環ユニットの圧力調整器に前記ＣＯ２ブラインのうちＣＯ２液を貯留するＣＯ２液貯留ステップと、
前記圧力調整器に貯留された前記ＣＯ２液の少なくとも一部を前記圧縮機の廃熱によってガス化して該圧力調整器の内部圧力を上昇させる圧力調節ステップと、
前記受液器からの前記ＣＯ２液が貯留された送液器と前記圧力調整器とを連通させることによって前記送液器を前記冷却管群よりも高圧に維持し、前記送液器と前記冷却管群との圧力差を利用して前記冷却管群に前記ＣＯ２液を強制循環させる送液ステップと、を備えることを特徴とする。
【0013】
上記アイスリンクの冷却方法によれば、圧力調整ステップにおいて、圧力調整器内のＣＯ２液を圧縮機の廃熱によって加熱し、圧力調整器の内部圧力を上昇させた後、送液ステップにおいて該圧力調整器の内部空間と送液器の内部空間とを連通することによって送液器の内部圧力も上昇させる。これにより、送液器と冷却管群との間に圧力差が生じ、この圧力差によって送液器内のＣＯ２液を強制的に冷却管群へ供給することができる。このように、機械的なポンプを用いなくてもＣＯ２ブラインを冷却管群に循環させることができ、さらに圧縮機の廃熱を用いて圧力調整器の内部圧力を上昇させる構成であるためヒータが不要で、さらなるランニングコストの削減が可能となる。
【0014】
本発明の幾つかの実施形態に係るアイスリンク設備は、アイスリンクの底部に敷設された冷却管群と、
前記冷却管群を流れるＣＯ２ブラインの潜熱を用いて、前記アイスリンクを冷却するように構成された冷却設備と、を備え、
前記冷却設備は、
前記ＣＯ２ブラインを貯留する受液器と、
圧縮機及び凝縮器を含む冷凍サイクルを形成し、前記ＣＯ２ブラインのうちＣＯ２ガスを冷却して液化する冷凍装置と、
前記受液器に貯留されたＣＯ２ブラインを前記冷却管群に供給するための循環ユニットと、を有しており、
前記循環ユニットは、
前記ＣＯ２ブラインのうちＣＯ２液を貯留し、該ＣＯ２液の少なくとも一部を前記圧縮機の廃熱によってガス化して内部圧力を上昇するように構成された圧力調整器と、
前記受液器からの前記ＣＯ２液が貯留され、前記圧力調整器と連通されることによって前記冷却管群よりも高圧に維持され、前記冷却管群との圧力差を利用して前記ＣＯ２液を前記冷却管群に強制循環させる送液器と、を備える。
【発明の効果】
【0015】
以上記載のように、本発明の幾つかの実施形態によれば、機械的なポンプを用いなくてもＣＯ２ブラインを冷却管群に循環させることができ、さらに圧縮機の廃熱を用いて圧力調整器の内部圧力を上昇させる構成であるためヒータが不要で、さらなるランニングコストの削減が可能となる。よって、優れた省エネルギー性を備えたアイスリンクの冷却設備を提供できるものである。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【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】本発明の一実施形態に係るアイスリンクの冷却設備の制御装置を含む具体的な構成例を示す図である。
【図3】本発明の一実施形態に係るアイスリンクの冷却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】
【0017】
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。
【0018】
最初に、図１及び図２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。図２は、本発明の一実施形態に係るアイスリンクの冷却設備の制御装置を含む具体的な構成例を示す図である。
【0019】
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２と、ＣＯ２ブラインを冷却して液化する冷凍装置１０と、ＣＯ２ブラインを貯留するための受液器１８と、圧力差によってＣＯ２ブラインを循環させるための循環ユニット２０と、ＣＯ２ブラインが循環する循環ライン３０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。
【0020】
冷却管群２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３０に接続されていてもよい。そして、冷却管群２内を通流するＣＯ２ブライン（ＣＯ２液）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。
【0021】
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。
【0022】
循環ライン３０は、冷却管群２に接続されて、ＣＯ２ブラインが循環するように構成されている。循環ライン３０は、受液器１８から循環ユニット２０の送液器２２へＣＯ２ブラインのうちＣＯ２液を供給する第１ＣＯ２送りライン３１と、送液器２２から冷却管群２へＣＯ２液を供給する第２ＣＯ２送りライン３４と、冷却管群２から受液器１８へ少なくともＣＯ２ガス（例えばＣＯ２ガスとＣＯ２液の気液混合体）を返送するＣＯ２戻りライン３４と、を含む。
【0023】
受液器１８は、ＣＯ２ブラインを貯留するように構成されている。受液器１８に貯留されるＣＯ２ブラインは、主として冷凍装置１０で液化されたＣＯ２液であるが、冷却管群２から受け入れたＣＯ２ガス及びＣＯ２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１８の上部には再液化送りライン３５が接続されており、再液化送りライン３５から受液器１８内のＣＯ２ガスが抜き出されて冷凍装置１０（例えば後述する再液化器１４）に送られるようになっている。また、受液器１８の下部には再液化戻りライン３６が接続されており、冷凍装置１０で再液化されたＣＯ２液が受液器１８に戻されるようになっている。
【0024】
冷凍装置１０は、ＣＯ２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、冷凍装置１０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、ＣＯ２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ＣＯ２ブラインを冷却して再液化する再液化器１４と、を含んでいる。アンモニア冷凍サイクルは、圧縮機（冷凍機）１１と、凝縮器１２と、膨張弁１３と、蒸発器としての再液化器１４とが、冷媒ライン１５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１２には、クーリングタワー１６で冷却されたブラインがポンプ１７により循環するようになっている。クーリングタワー１６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１６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１２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、冷凍装置１０がアンモニア冷凍サイクルを含む構成とすれば、ＣＯ２ブラインを効率的に冷却することができる。
【0025】
循環ユニット２０は、圧力調整器２１と、送液器２２と、各種のバルブと、を含む。圧力調整器２１は、圧縮機１１の廃熱によってＣＯ２液を加熱し、内部圧力を上昇させるように構成されている。例えば、圧力調整器２１には、再液化戻りライン３６から分岐した加圧用ＣＯ２送りライン３７が接続され、該加圧用ＣＯ２送りライン３７を介して再液化器１４で再液化されたＣＯ２液が圧力調整器２１に供給される。加圧用ＣＯ２送りライン３７には、開閉制御される第１バルブ５１が設けられており、圧力調整器２１へのＣＯ２液の供給が調節されるようになっている。加圧用ＣＯ２送りライン３７には、第１バルブ５１の下流側（圧力調整器２１側）に、逆止弁５２が設けられていてもよく、これにより圧力調整器２１の内部圧力が高くなった場合であっても、圧力調整器２１から再液化戻りライン３６側へＣＯ２液が逆流することを防止できる。なお、圧力調整器２１は再液化器１４よりも低所に位置していてもよく、これによりポンプを用いずに再液化器１４から圧力調整器２１へＣＯ２液を流入させることができる。
【0026】
また、圧力調整器２１と再液化送りライン３５とが加圧用ＣＯ２戻りライン３８で接続されており、該加圧用ＣＯ２戻りライン３８を介して、圧力調整器２１で発生したＣＯ２ガスが再液化送りライン３５へ戻されるようになっている。加圧用ＣＯ２戻りライン３８には、開閉制御される第５バルブ５３が設けられており、再液化送りライン３５側へ戻すＣＯ２ガスが調整されるようになっている。さらに、圧力調整器２１と加圧用ＣＯ２戻りライン３８とを接続する第１バイパスライン３９が設けられ、該第１バイパスライン３９に第１リリーフ弁５４が設けられていてもよい。そして、圧力調整器２１の内部圧力が許容値を超えて異常圧力となった場合に、第１リリーフ弁５４が開いて第１バイパスライン３９を介して異常圧力を系内に開放し、循環ユニット２０における異常圧力を防止するようになっている。
【0027】
また、圧力調整器２１には、圧縮機１１の廃熱を用いて該圧力調整器２１内のＣＯ２液を加熱するように構成された熱交換器２５が設けられている。具体的に、熱交換器２５の入口側は、圧縮機１１と凝縮器１２の間の冷媒ライン１５から分岐した冷媒送りライン４１に接続され、出口側は凝縮器１２に繋がる冷媒戻りライン４２に接続されている。また、冷媒送りライン４１には第２バルブ５５が設けられ、冷媒戻りライン４２には第２バルブ５６が設けられている。圧力調整器２１における圧力調整時には、第２バルブ５５，５６が開かれて、圧縮機１１からの高温高圧のアンモニア冷媒ガスが冷媒送りライン４１を介して熱交換器２５に流入し、該熱交換器２５にて高温高圧のアンモニア冷媒ガスと圧力調整器２１内のＣＯ２液とを熱交換するようになっている。熱交換後のアンモニア冷媒は、ガスと液体の気液混合体として冷媒戻りライン４２を介して凝縮器１２に戻される。これにより、圧力調整器２１内のＣＯ２液は少なくとも一部がガス化し、該圧力調整器２１の内部圧力が上昇するようになっている。このように、加熱に用いられた冷媒を冷凍装置１０、特に凝縮器１２に戻すことによって、凝縮器１２で必要とされる冷却エネルギーの削減も可能となり、より一層省エネルギー化を図ることができる。
【0028】
送液器２２は、受液器１８からＣＯ２液を受け入れて、圧力調整器２１と連通されることで第２ＣＯ２送りライン３４とＣＯ２戻りライン３２との間に生じた圧力差によって、ＣＯ２液を冷却管群２へ強制的に供給するように構成されている。具体的には、送液器２２は、第１ＣＯ２送りライン３１によって受液器１８と接続され、該受液器１８内のＣＯ２液が供給されるように構成されている。第１ＣＯ２送りライン３１には、開閉制御される第４バルブ５８が接続され、受液器１８から送液器２２へのＣＯ２液の供給が調整されるようになっている。第１ＣＯ２送りライン３１には、第４バルブ５８の下流側（送液器２２側）に、逆止弁５９が設けられていてもよく、これにより送液器２２の内部圧力が高くなった場合であっても、送液器２２から受液器１８側へＣＯ２液が逆流することを防止できる。また、送液器２２は、ＣＯ２戻りライン４６によっても受液器１８と接続されており、送液器２２内のＣＯ２ガスがＣＯ２戻りライン４６を介して受液器１８へ戻されるようになっている。ＣＯ２戻りライン４６には、開閉制御される第６バルブ６０が設けられており、受液器１８へ戻されるＣＯ２ガスが調整されるようになっている。さらに、送液器２２とＣＯ２戻りライン４６とを接続する第２バイパスライン４７が設けられ、該第２バイパスライン４７に第２リリーフ弁６１が設けられていてもよい。そして、送液器２２の内部圧力が許容値を超えて異常圧力となった場合に、第２リリーフ弁６１が開いて第２バイパスライン４７を介して異常圧力を系内に開放し、循環ユニット２０における異常圧力を防止するようになっている。
【0029】
圧力調整器２１と送液器２２とは均圧化ライン４５によって接続されている。均圧化ライン４５には開閉制御される第３バルブ５７が設けられており、第３バルブ５７を開くことによって、圧力調整器２１と送液器２２の圧力が均圧化する構成となっている。すなわち、圧力調整器２１の内部圧力を上げた後、第３バルブ５７を開くことによって圧力調整器２１内の圧力も上昇し、該圧力調整器２１内のＣＯ２液が第２ＣＯ２送りライン３４を介して冷却管群２へ強制的に供給されるようになっている。
【0030】
また、上記構成を有する冷却設備１００は、以下の構成をさらに備えていてもよい。冷却設備１００は、上述の各種バルブを開閉制御するための制御装置７０と、圧力調整器２１内の液レベルを検出するための第１液レベル計６３と、圧力調整器２１の内部圧力を検出するための第１圧力計６４と、送液器２２内の液レベルを検出するための第２液レベル計６５と、送液器２２の内部圧力を検出するための第２圧力計６６と、をさらに備えている。
【0031】
制御装置７０は、主に、第１制御部７１、第２制御部７２及び第３制御部７３を含んでいる。第１制御部７１は、圧力調整器２１にＣＯ２液を供給するために第１バルブ５１及び第５バルブ５３を開くとともに第２バルブ５５，５６及び第３バルブ５７を閉じる制御を行うように構成される。
第２制御部７２は、圧力調整器２１の内部圧力を上昇させるために第２バルブ５５，５６を開くとともに第１バルブ５１及び第３バルブ５７を閉じる制御を行うように構成される。
第３制御部７３は、圧力調整器２１と送液器２２とを連通して送液器２２の内部圧力を上昇させるために第３バルブ５７を開く制御を行うように構成される。
また、受液器１８から送液器２２にＣＯ２液を供給するために第４バルブ５８及び第６バルブ６０を開く制御を行うように構成された第４制御部（不図示）を備えていてもよい。
【0032】
ここで、図３を参照して、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係るアイスリンク１の冷却方法のフローチャートである。まず、制御装置７０において、第２バルブ５５、第３バルブ５７、第４バルブ５８及び第６バルブ６０を閉じた状態で、第１バルブ５１及び第５バルブ５３を開く制御を行うことによって、再液化器１４から圧力調整器２１にＣＯ２液が供給される（Ｓ１）。このとき、第１液レベル計６３により圧力調整器２１の液レベルを検出し、第１液レベル計６３の検出値が液量設定値Ｌ１以上であるか否かを判定する（Ｓ２）。第１液レベル計６３の検出値が液量設定値Ｌ１以上となったら、制御装置７０において、第１バルブ５１及び第５バルブ５３を閉じ、第４バルブ５８及び第６バルブ６０を開く制御を行うことによって、再液化器１４から圧力調整器２１へのＣＯ２液の供給を停止し、受液器１８から送液器２２へのＣＯ２液の供給を開始する（Ｓ３）。このとき、第２バルブ５５，５６及び第３バルブ５７は閉じた状態を維持する。ここで、第２液レベル計６５により送液器２２の液レベルを検出し、第２液レベル計６５の検出値が液量設定値Ｌ２以上であるか否かを判定する（Ｓ４）。第２液レベル計６５の検出値が液量設定値Ｌ２以上となったら、制御装置７０において、第４バルブ５８及び第６バルブ６０を閉じ、第２バルブ５５，５６を開く制御を行って、受液器１８から送液器２２へのＣＯ２液の供給を停止し、熱交換器２５への冷媒の循環を開始して圧力調整器２１内のＣＯ２液の加熱を開始する（Ｓ５）。これにより、圧力調整器２１の内部圧力が上昇する。
【0033】
ここで、第１圧力計６４により圧力調整器２１の内部圧力を検出し、第１圧力計６４の検出値が圧力設定値Ｐ１以上であるか否かを判定する（Ｓ６）。第１圧力計６４の検出値が圧力設定値Ｐ１以上となったら、制御装置７０において、第３バルブ５７を開く（Ｓ７）。これにより圧力調整器２１と送液器２２が連通した状態となり、圧力調整器２１の内部圧力と送液器２２の内部圧力とが均圧化される。均圧化によって圧力調整器２１の内部圧力は低下し、送液器２２の内部圧力は上昇する。送液器２２の内部圧力の上昇によって、送液器２２から冷却管群２へＣＯ２液が強制的に送られる。冷却管群２でアイスリンク１の冷却に用いられ、少なくとも一部がガス化したＣＯ２液とＣＯ２ガスの気液混合体は、ＣＯ２戻りライン３２を介して受液器１８に戻される。循環ライン３０におけるＣＯ２ブラインの循環中、第２液レベル計６５によって送液器２２の液レベルを検出し、第２液レベル計６５の検出値が液量設定値Ｌ３以下であるか否かを判定する（Ｓ８）。第２液レベル計６５の検出値が液量設定値Ｌ３以下となったら、制御装置７０において、第２バルブ５５，５６及び第３バルブ５７を閉じる制御を行って、冷却管群２へのＣＯ２液の供給を停止する（Ｓ７）。なお、液量設定値Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３は予め記憶部（不図示）に記憶させておいてもよい。
【0034】
そして、制御装置７０において、第５バルブ５３及び第６バルブ６０を開く制御を行って、圧力調整器２１及び送液器２２の圧力、すなわち第１圧力計６４及び第２圧力計６６の検出値と、受液器１８の圧力とを均圧化する。圧力調整器２１及び送液器２２の圧力と受液器１８の圧力とがバランスした時点で、制御装置７０において第１バルブ５１と第４バルブ５８とを開く制御を行う。上記制御をＣＯ２液の供給終了の指令が入力されるまで繰り返し行う。
【0035】
以上説明したように、上述の実施形態によれば、機械的なポンプを用いなくてもＣＯ２ブラインを冷却管群２に循環させることができ、さらに圧縮機１１の廃熱を用いて圧力調整器２１の内部圧力を上昇させる構成であるためヒータが不要で、さらなるランニングコストの削減が可能となる。よって、優れた省エネルギー性を備えたアイスリンクの冷却設備を提供できるものである。
【0036】
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。
【符号の説明】
【0037】
１ アイスリンク２ 冷却管群
１０ 冷凍装置
１１ 圧縮機（冷凍機）
１２ 凝縮器
１３ 膨張弁
１４ 再液化器
１５ 冷媒ライン
１６ クーリングタワー
１７ ポンプ
１８ 受液器
２０ 循環ユニット
２１ 圧力調整器
２２ 送液器
２５ 熱交換器
３０ 循環ライン
３１ 第１ＣＯ２送りライン
３２ ＣＯ２戻りライン
３４ 第２ＣＯ２送りライン
３５ 再液化送りライン
３６ 再液化戻りライン
３７ 加圧用ＣＯ２送りライン
３８ 加圧用ＣＯ２戻りライン
３９ 第１バイパスライン
４１ 冷媒送りライン
４２ 冷媒戻りライン
４５ 均圧化ライン
４６ ＣＯ２戻りライン
４７ 第２バイパスライン
５１ 第１バルブ
５２，５９ 逆止弁
５３ 第５バルブ
５４ 第１リリーフ弁
５５，５６ 第２バルブ
５７ 第３バルブ
５８ 第４バルブ
６０ 第６バルブ
６３ 第１液レベル計
６４ 第１圧力計
６５ 第２液レベル計
６６ 第２圧力計
７０ 制御装置
７１ 第１制御部
７２ 第２制御部
７３ 第３制御部