JPH069949A - 人工雪、及び、人工雪の固化防止方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 含水状態で凍結させた水膨潤性ポリマの粒子
を素材とする人工雪において、ポリマゲル中の半結合水
の影響による雪の固化を防止する。 【構成】 含水状態で凍結させた水膨潤性ポリマの粒子
Ｇの表面に、ポリマに対して非含浸状態にある水の氷結
層ｃを有する。また、含水状態で凍結させた水膨潤性ポ
リマの粒子Ｇの表面に氷点下状態で水分を付与して、そ
の付与水分の氷結層ｃを粒子表面に形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、含水状態で凍結させた
水膨潤性ポリマの粒子を素材とする人工雪、及び、その
固化防止方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の人工雪、すなわち、水を
含浸させてゲル化した上で凍結させたポリマの粒子（以
下、凍結ゲル粒子と称す）を個々の雪粒として、これら
凍結ゲル粒子の集積により形成した人工雪では、凍結ゲ
ル粒子は互いにゲルの凍結表面どうしが直接に接触する
状態で集積して雪層を形成していた。

【０００３】また、この人工雪層をスキー目的等に適す
るように軽く柔らかいものとするには、雪層を切削装置
により細かく切削破砕する方法が採られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この人工雪は
氷点化において次第に固化して硬度が高くなる傾向が強
く、スキー等に適した状態を維持するには前記の切削破
砕処理を高い頻度で実施する必要があった。

【０００５】因みに実験によれば、密度４５０ｋｇ／ｃ
ｍ³ のものでは一般に２０時間程度でその硬度が７２０
ｋｇ／ｃｍ² から３０００ｋｇ／ｃｍ² （木下式硬度
計）にまで上昇することが観測されている。

【０００６】そして、この固化の原因については、水膨
潤性ポリマに吸収された水分は、ポリマ組成と結合する
結合水、非結合状態の自由水、並びに、その中間でポリ
マ組成と弱い結合状態にある半結合水の三者に分かれて
ゲル中に存在することが知られているが、自由水が通常
の水と同じ凝固点を示すのに対し、結合水は凝固点を示
さず、半結合水は通常の水よりも低い凝固点を示す。

【０００７】このため、この種の人工雪が一般に氷点下
数度℃に維持されてスキー等の目的に使用されることに
おいて、吸収水中９８％程度を占める自由水は凍結固化
状態でゲル中に存在し、また、結合水はポリマ組成との
強い結合で拘束された安定状態にあるのに対し、半結合
水は比較的自由な液相で存在し、互いに直接に接触する
凍結ゲル粒子の表面におけるこの液相半結合水の存在に
より、雪粒としての凍結ゲル粒子どうしの焼結が促進さ
れるためと考えられる。

【０００８】本発明の目的は、凍結ゲル粒子間でのゲル
中半結合水の影響を抑止して、上記の如き固化現象を防
止を図る点にある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明による人工雪の特
徴構成は、含水状態で凍結させた水膨潤性ポリマの粒子
表面に、前記ポリマに対して非含浸状態にある水の氷結
層を有することにある。

【００１０】また、本発明による人工雪固化防止方法の
特徴構成は、含水状態で凍結させた水膨潤性ポリマの粒
子を素材とする人工雪において、氷点下状態で前記粒子
の表面に水分を付与して、その付与水分の氷結層を前記
粒子の表面に形成することにある。

【００１１】

【作用】つまり、上記の人工雪構成では、ポリマに対し
て非含浸状態にある水の氷結層、すなわち、ゲル外にあ
ってゲル中のゲル構成水（結合水、半結合水、自由水）
とは区別される水で氷点下において全体が凍結状態とな
る水の氷結層により、凍結ゲル粒子の表面が覆われ、し
たがって、氷点下において凍結ゲル粒子中に液相の半結
合水が存在しても、その液相半結合水はゲル表面の氷結
層に閉じ込められた状態で、他の凍結ゲル粒子に対する
接触が阻止される。

【００１２】また、上記の固化防止方法では、含水状態
で凍結させた水膨潤性ポリマの粒子の表面（すなわち、
凍結ゲル粒子の表面）に氷点下で水分を付与することに
より、この付与水分を凍結ゲル粒子の表面で凍結させ、
これにより、ポリマに対して非含浸状態にある水の氷結
層、すなわち、凍結ゲル粒子中の液相半結合水を閉じ込
める氷結層を凍結ゲル粒子の表面に形成する。

【００１３】

【発明の効果】以上、作用の結果、本発明の人工雪、及
び、固化防止方法によれば、液相半結合水の影響による
凍結ゲル粒子どうしの焼結を抑止できて、この焼結によ
る雪層の固化・硬度上昇を効果的に防止でき、これによ
り、スキー等の目的に適した雪状態を長時間にわたって
保ち得るに至り、また、切削粉砕処理の必要頻度を従前
に比べ低減し得るに至った。

【００１４】因みに実験によれば、密度４５０ｋｇ／ｃ
ｍ³ のものにおいて硬度が７２０ｋｇ／ｃｍ² から３０
００ｋｇ／ｃｍ² にまで上昇する固化時間が従来では先
述の如く２０時間程度であったのに対し、本発明の適用
により、この固化時間を７２時間程度にまで延長でき
た。

【００１５】

【実施例】次に実施例を説明する。

【００１６】図１は屋内人工雪スキー場の設備構成を示
し、１は建屋、２は断熱手段２ａを施した傾斜床、３は
傾斜床２のほぼ全面にわたらせて敷設した冷却配管、４
は冷却配管３に循環させる冷媒（例えばブライン）を冷
却する低温冷凍機である。

【００１７】また、５は屋内を温湿度調整する空調設備
であり、減湿手段５ａ、温調手段５ｂ、加湿手段５ｃを
備え、屋内からの還気Ａｒと屋外からの取り入れ外気Ａ
ｏとの混合空気を空調設備５により温湿度調整し、この
温湿度調整空気Ａｓをファン６により屋内に送給する。

【００１８】７は屋内の温度ｔｒ及び相対湿度ｒを検出
する検出器、８は冷却配管３の冷却温度ｔｐを検出する
検出器であり、９はこれら検出器７，８の検出情報に基
づいて低温冷凍機４及び空調設備５を運転制御する制御
装置である。

【００１９】雪層の造成については、先ず雪層造成に先
立ち、冷却配管３を埋め込む状態の砂層１０を傾斜床２
の上に設けるとともに、散水により砂層１０に水を含浸
させ、この含水砂層１０を冷却配管３による冷却により
凍結させる。

【００２０】そして、水膨潤性ポリマ（１〜２ｍｍ程度
の粒状又は不定形材）と水とを別途容器において所定の
混合比で混合し、このポリマと水の混合物をポンプ輸送
により凍結砂層１０上に散布する。

【００２１】なお、この散布は、水吸収によりポリマが
完全にゲル化する以前の段階、すなわち、ポリマが水吸
収の途中にある段階で実施し、これにより、完全にゲル
化したものをポンプ輸送するに比べ必要ポンプ動力を低
減する。

【００２２】ポリマと水との混合物は厚さ１００〜１５
０ｍｍ程度の層１１を成すように散布するが、傾斜床２
上での混合物流下を防止するため、図中破線で示す如き
仮堰１２を傾斜床２のほぼ全面において適当な間隔で予
め設けておく。

【００２３】水吸収によるポリマのゲル化は傾斜床２上
で進行し、最終的にポリマと水の混合層１１はゲル状態
で冷却配管３による冷却により凍結させて、凍結ゲル層
とする。

【００２４】凍結ゲルは凍結に伴う吸収水の膨張力がゲ
ル強度に打ち勝つことで自己破壊を生じ、この自己破壊
により凍結ゲルは細かいクラックが多数生じた粉砕容易
な状態となる。

【００２５】凍結ゲル層１１の形成後、前記の仮堰１２
は撤去し、その後、凍結ゲル層１１の表層部（厚さ１５
ｍｍ程度）を切削装置により切削破砕し、これにより、
細かい凍結ゲル粒子（粒径０．１〜０．３ｍｍ程度）の
積層から成る人工雪層１１ａを形成する。

【００２６】この人工雪層１１ａは切削破砕の際に多量
の空気を含むことにより切削処理前に比べ嵩が増し（例
えば厚さ３０ｍｍ）、天然雪に類似した軽く柔らかい雪
層となる。

【００２７】切削処理後、人工雪層１１ａに対し適量の
水を散布して、雪層１１ａを構成する凍結ゲル粒子の表
面に水分を付与し、この付与水分を冷却配管３による雪
層冷却下で凍結させることにより、図２に模式的に示す
如く、個々の凍結ゲル粒子Ｇの表面（すなわち、含水状
態で凍結したポリマの粒子表面）に、ポリマに対して非
含浸状態にある水の氷結層、すなわち、ゲル外にあって
ゲル中のゲル構成水（結合水、半結合水、自由水）とは
区別される水の氷結層ｃを形成する。

【００２８】つまり、凍結ゲル粒子Ｇ中に凝固点の低い
液相の半結合水が存在しても、その液相半結合水を上記
の氷結層ｃに閉じ込めた状態とすることで、液相半結合
水により凍結ゲル粒子Ｇどうしの焼結が促進されること
を防止し、これにより、焼結による雪層の固化・硬度上
昇を抑止して、スキー目的に適した雪状態を長時間にわ
たって保つようにする。

【００２９】なお、付与水分の凍結による凍結ゲル粒子
Ｇどうしの結合が見られる場合には、必要に応じて再
度、切削装置による切削処理を施し、これにより、付与
水分の凍結による凍結ゲル粒子Ｇどうしの結合を破壊し
て初期の切削処理後と同等を雪質を回復する。

【００３０】また、この再度の切削処理では、付与水分
の氷結層ｃ以外の部分で分断される凍結ゲル粒子Ｇも一
部生じるが、確率的には、粒子表面における付与水分氷
結層ｃの存在により半結合水が閉じ込められた状態の凍
結ゲル粒子Ｇも高い確率で雪層１１ａ中に残存し、これ
により、所期の固化防止は充分に達成される。

【００３１】一方、スキー場としての使用において、制
御装置９は、屋内温度ｔｒが設定値ｔｒｒとなるよう
に、検出器７による検出屋内温度ｔｒと設定値ｔｒｒと
の偏差Δｔｒに基づき空調設備５における温調手段５ｂ
の温調出力を調整する。

【００３２】そして、屋内温度ｔｒの設定値ｔｒｒに
は、屋内者にサーマルショックや不快感を与えない範囲
で、雪層１１ａの融解抑制に適した低温値を採用する。

【００３３】屋内温度調整に並行して、制御装置９は検
出器７による検出屋内温度ｔｒ、及び、雪層表面温度ｔ
ｓの設定値ｔｓｓに基づき、冷却配管３から雪層表面に
至る間の熱伝導率や雪層表面と空気との間の熱伝達率を
考慮した演算により、雪層１１ａの表面温度ｔｓが設定
値ｔｓｓとなるような冷却配管３の冷却温度ｔｐｐを算
出し、この算出冷却温度ｔｐｐを目標冷却温度として、
冷却配管３の冷却温度ｔｐがその目標冷却温度ｔｐｐと
なるように、検出器８による検出冷却温度ｔｐと算出冷
却温度ｔｐｐとの偏差Δｔｐに基づき低温冷凍機４の冷
却出力を調整する。

【００３４】雪層表面温度ｔｓの設定値ｔｓｓは設定手
段９ａに対する設定操作をもって変更できるようにして
あり、一般に雪層表面温度ｔｓが低くなるほど雪層表面
の動摩擦係数が高くなる傾向があるのに対し、上記の冷
却温度調整において雪層表面温度ｔｓの設定値ｔｓｓを
変更することで、スキーにおける滑走性を調整できるよ
うにしてある。

【００３５】また、制御装置９は、検出器７により検出
される屋内の温度ｔｒと相対湿度ｒに基づき屋内空気Ａ
ｒの露点温度ｔｄを算出して、この算出結果に基づき、
屋内空気Ａｒの露点温度ｔｄを雪層表面温度ｔｓの設定
値ｔｓｓよりも所定温度Δｔ（例えばΔｔ＝１℃ｄｅ
ｇ）だけ高い値に調整・維持するように、空調設備５に
おける減湿手段５ａ及び加湿手段５ｃを制御する。

【００３６】つまり、雪層表面温度ｔｓの設定値ｔｓｓ
よりも上記の所定温度Δｔだけ高い値を目標露点温度ｔ
ｄｄ（＝ｔｓｓ＋Δｔ）とし、湿度非調整下において屋
内空気Ａｒの露点温度ｔｄが目標露点温度ｔｄｄ未満と
なるような状況では、加湿手段５ｃによる屋内加湿で屋
内空気Ａｒの露点温度ｔｄを目標露点温度ｔｄｄにまで
高めて、屋内空気Ａｒの露点温度ｔｄが雪層表面温度ｔ
ｓ（＝ｔｓｓ）よりも所定温度Δｔだけ高い値となるよ
うにすることで、雪層１１ａから空気中への水分昇華を
防止し、これにより、前記の付与水分氷結層ｃを維持す
るとともに、水分昇華による雪質の悪化、及び、それに
伴う滑走性の低下を防止する。

【００３７】また、湿度非調整下において屋内空気Ａｒ
の露点温度ｔｄが目標露点温度ｔｄｄより高くなるよう
な状況では、減湿手段５ａによる屋内減湿で屋内空気Ａ
ｒの露点温度ｔｄを目標露点温度ｔｄｄにまで低下させ
て、屋内空気Ａｒの露点温度ｔｄが雪層表面温度ｔｓ
（＝ｔｓｓ）よりも所定温度Δｔだけ高い値となるよう
にすることで、空気中から雪層１１ａ上への過度の水分
凝結・着霜を防止し、これにより、そのような過度の水
分凝結・着霜による雪質の悪化、及び、それに伴う滑走
性の低下を防止する。

【００３８】〔別実施例〕次に別実施例を説明する。

【００３９】含水状態で凍結させた水膨潤性ポリマの粒
子表面（凍結ゲル粒子Ｇの表面）に、ポリマに対して非
含浸状態の水の氷結層ｃを形成するに、前述の実施例で
は雪層１１ａへの散水により粒子表面に水分を付与した
が、これに代えて、雪層上空気Ａｒの加湿や、冷却配管
３の冷却温度調整による雪層表面温度ｔｓの調整等によ
り、雪層上空気Ａｒの露点温度ｔｄを雪層表面温度ｔｓ
よりも高くし、これにより、空気中水分を凍結ゲル粒子
Ｇの表面に着霜させことで、ポリマに対し非含浸状態の
水の氷結層ｃを凍結ゲル粒子Ｇの表面に形成する形態を
採用してもよい。

【００４０】尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を
便利にするため符号を記すが、該記入により本発明は添
付図面の構成に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】屋内人工雪スキー場の設備構成図

【図２】雪粒の模式図

【符号の説明】

Ｇ 粒子 ｃ 氷結層

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 含水状態で凍結させた水膨潤性ポリマの
   粒子（Ｇ）を素材とする人工雪であって、前記粒子
   （Ｇ）の表面に、前記ポリマに対して非含浸状態にある
   水の氷結層（ｃ）を有する人工雪。
2. 【請求項２】 含水状態で凍結させた水膨潤性ポリマの
   粒子（Ｇ）を素材とする人工雪において、氷点下状態で
   前記粒子（Ｇ）の表面に水分を付与して、その付与水分
   の氷結層（ｃ）を前記粒子（Ｇ）の表面に形成する人工
   雪の固化防止方法。