(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給タンクの下部に弁座からノズルをつなぐ排出管が形成された供給路部材を接続した液化ガス開閉バルブ構造体であって、先端に弁部が形成されたニードルは前記弁座に対峙して前記供給タンクを貫通させて設けることで、ニードルを液化ガス中に浸して温度を低温に保てる構成とするとともに、前記排出管の外側を液化ガスで囲む冷却構造として供給停止時における温度上昇を押さえ、液化ガスの気化を抑制したことを特徴とする液化ガス開閉バルブ構造体。
【請求項２】
前記冷却構造を円筒部材とそれと同心状の排出管で構成すると共に、前記排出管上部に配置された弁座の上方位置に気泡偏向部材を取り付けて、冷却室の液化ガスの気化したものが弁部に流れ込まないようにしたことを特徴とする請求項１に記載の
液化ガス開閉バルブ構造体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液化ガスを流下・滴下したり微小粒滴の状態で噴霧したりする際の開閉バルブに関し、特にガス置換による陽圧包装体を確実に得るために容器内に液化ガスを充填する装置の開閉バルブに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、液体窒素等の液化ガスを容器内に流下・滴下させたり、ミスト状にし噴霧して充填することによって、内容液の酸化を防止するためガス置換を行うと共に内圧を発生させて容器の変形を防いだガス置換陽圧包装体を得ることが広く行われている。この際、適正な包装体の内圧を安定して得るためには、包装体に適量の液体窒素が供給されることが重要なポイントとなる。ところが扱う流体が常温・大気圧の基では気化してしまう液化ガスであるため、供給口から流出される前に気化が始まると、流路内の流体は気液混合体となってしまい、供給口からの液化ガスの流出は脈動流となって、安定した供給をすることができなくなってしまう。従って、特に、液化ガスの温度管理と気化したガスが液体に混じって供給口から流出することがない環境を確保することが重要となる。
【０００３】
この種の液体窒素流下装置には、液体窒素の供給と停止を切り替えるために開閉弁が必要となるが、弁はこの開閉操作を行うために図１のＢに示されるようにニードルが流路外部にまで延在しているので、このニードル自体が熱伝導路となるという構造的条件を有することになる。この構造の開閉弁を用いた場合、図示のようにニードルの相当長さ分を断熱構造で覆うようにし、熱の流入を押さえるようにしているが、ニードルの材質が金属であることにより熱伝導率は高くこれだけで十分な効果を得ることは出来なかった。また、図２に示されるように供給停止時にはこの開閉弁部より下流側の液体窒素は排出され、この部分は外気を含んだガスで満たされることになるため、構造上外気温度による温度上昇を受けることになる。これらの熱流入によって、液体窒素が一部ガス化することにより気泡が発生するという現象が生じ、ノズルから供給される液体窒素にそのガスが混合されてしまうと液体窒素の定量供給が出来なくなってしまうという問題を抱えていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来の液化ガスの滴下装置及び噴霧装置の問題点、すなわち熱の流入による液化ガスの気化を防止し、一部気化してしまったガスについても気液分離を施して気液混合を防止して、液化ガスを安定的に供給できる装置を提供するものであって、更にその技術によって液化ガスの適量充填が精度良くでき、品質保証性に優れた陽圧ガス置換包装体を得ることが可能な液化ガスの流下・滴下装置又は噴霧装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、供給タンクの下部に弁座からノズルをつなぐ排出管が形成された供給路部材を接続した液化ガス開閉バルブ構造体であって、先端に弁部が形成されたニードルは前記弁座に対峙して前記供給タンクを貫通させて設けることで、ニードルを液化ガス中に浸して温度を低温に保てる構成とするとともに、前記排出管の外側を液化ガスで囲む冷却構造として供給停止時における温度上昇を押さえ、液化ガスの気化を抑制するようにした。更に、前記冷却構造を円筒部材とそれと同心状の排出管で構成すると共に、前記排出管上部に配置された弁座の上方位置に気泡偏向部材を取り付けて、冷却室の液化ガスの気化したものが弁部に流れ込まないようにした。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を示し詳細に説明する。ノズルから液化ガスである液体窒素が安定して供給されるためには、まずノズルに液体窒素が安定して定量供給されていなければならないが、ノズルまでの供給路中で液体窒素の沸騰気化が起こると気液混合流体となり、その供給量が一定にならず脈動を起こしてしまう。したがって、本発明においては開閉弁機構と弁からノズルまでの間は大気の温度が伝達され難い構造として気化を抑制することができる。また、液体窒素が気化した場合には、ガスは分離してノズルに供給される液体窒素には決して気化したガスが含まれないようにしている。
【０００７】
まず初めに本発明を液体窒素を微小粒滴のミスト状にして供給する所謂ミストタイプに適用した実施例を図１のＡ，図２のＡに基づいて説明する。図１は弁が開かれ供給中の全体図、図２は弁を閉じた供給停止時の要部図である。図で示されたように、液体窒素の供給タンク１は二重壁の真空断熱構造となっており、下部には大きな開口部１ー1が設けられている。この開口部に供給路部材２が接続されるが、この供給路部材２は本実施例では開口部に内挿される形で該開口部とほぼ同径の円筒部材２ー1と該円筒部材２ー1に対し同心状に設けられ先端が底部下方に突出した形態の排出管２ー2と上部にフランジ部２ー3を有する構造となっている。この供給路部材２は供給タンク１の開口部１ー1に上部円周縁が内挿される形でフランジ部２ー3が供給タンク１にボルト着けされる。排出管２ー2の上部先端部はフランジ部２ー3より下方に位置するとともに内面に雌ネジが切られており、そこに弁座４が内挿される形で螺合固着される。該弁座４の上方には雄ネジが切られており、上方に開いた形の漏斗状の気泡偏向部材５が螺合連接される。また前記排出管２ー2の下端部外周には雄ネジが切られており、ノズル６がナット部材８により螺合固着されている。弁座４には弁部３ー1が上下方向に進退自在で対峙する位置関係で設けられ、長いニードル３が供給タンク１を貫通して該供給タンク１の上部を経て図示していない弁操作部まで鉛直方向に延在している。また、供給タンク１と供給路部材２、排出管路２ー2と弁座４、弁座４と漏斗状の気泡偏向部材５間の各接続においてはシールと固着安定のため、Ｏ−リング等適宜のシーリング材が介在されている。
【０００８】
長いニードル３は相当長さ分が供給タンク１に貯蔵されている液体窒素に浸されていることになるため、ニードル３の温度は低温に保たれることとなる。少なくともこのニードル３が弁部３ー1近傍で気化を促す熱源となることはない。要するにニードルの相当長さが常時液体窒素中に浸される状況を確保でき、しかも気化して発生した窒素の気泡が滞留することなくタンク上部に抜けられる構造であればよい。弁を閉鎖した供給停止状態には図２のＡに示されるように、弁下流の供給路は液体窒素が排出されて外気を含む気体で充満されるが、排出管２ー2の上部分は円筒部材２ー1に囲まれており、ここが液体窒素で満たされた冷却室７を形成しているので、外気温度より遥かに低い温度を保つことができる。ちなみに図３のグラフに示した実験結果では、図１、図２のＢに示した比較例ではノズル６の部分が外気温度近くの２０℃まで上がってしまったものが、本発明の実施例では−５０℃に保つことができたことが分かる。そのため、弁を開き供給を開始した場合には、比較例が供給開始から温度環境が定常状態に至るまで約１８０秒要していたものが、本発明の実施例では約５５秒で定常状態に達している。また、冷却室７の液体窒素が熱交換によって気化して気泡が発生した場合にはガスは液体中を上昇することになるが、弁座４には漏斗状の気泡偏向部材５が連接されているので、発生したガスはこの気泡偏向部材５により円筒部材２ー１の管壁近くに導かれ、中央部分に設けられている弁部に流れ込むことはない。したがって、本装置によれば液体窒素の気化を抑制することができ、万一気化して気泡が発生した場合でも気液を分離して液体窒素を安定して供給することができ、また供給開始時においては短時間で定常安定状態に至らせることができる。
【０００９】
さらに、ミストタイプのものは流下・滴下タイプと異なり、液体窒素を液相状態のまま連続流で流下したり断続流で滴下排出するのではなく、ノズルを出た部分で一部液体窒素が気化を開始し、その急激な気化膨張現象によって未だ液相状態にある残りの窒素を微小粒滴にして噴霧させるものである。したがって、ノズルまでの供給路では断熱状態として極低温を保ち、ノズル近傍でも決して沸点に達することが無いようにしなくてはならない。そしてノズル開口部で一気に一部液体窒素が気化を始める状況にもっていくようにしている。そのため、排出されるまですなわち流路内では決して気化が始まってはならないという点で同様であるが、ノズル通過直後に一部液化ガスが沸騰気化を始めるように環境設定を行う必要があり、滴下タイプのものに比べて、ノズルの部分での熱交換率と圧力勾配が高くなるように開口面積を狭く構成している。ちなみに0.1〜0.5mm2が目安である。狭い流路を通過することで熱交換をよくし、大気圧であるノズル外部に対しノズル内部の圧力差を大きく保つことができる。圧力が低下すれば沸点温度が低下することと、熱交換がよいことによってノズルを通過したところで、一気に一部液体窒素が気化を始める環境を整えている。
【００１０】
他の実施形態を図４において説明する。供給タンク１の開口部１ー1にフランジ部２ー3がボルトで固着されている排出路部材２の大部分は、フランジ部２ー3を含め適当な断熱効果をもたせるための断熱ブロック９によりすっぽりと囲繞されている。排出管２ー2の先端には雄ネジが切られており、ノズル６がナット部材８により螺合固着されている。弁座４には弁部３ー1が上下方向に進退自在で対峙する位置関係で設けられ、長いニードル３が供給タンク１を貫通して該供給タンク１の上部を経て図示していない弁操作部まで鉛直方向に延在している。前記断熱ブロック９にはフード１０がフランジ部をボルトにより固着され、前記排出管２ー2の先端部とノズル６は当該フード１０によって囲繞された形態となっている。
【００１１】
ミストタイプのこの実施例ではノズル６の周辺をフード１０によって囲繞するようにし、その空間にガス供給路１１より乾燥ガスを供給しノズル先端部のさらに先にある開口部より常時排気パージさせるようにしている。この様に構成したのは、ノズル６を水分を含む大気から遮断した状態を維持することによって、該ノズル開口部に大気中の水分が結露氷結し、液体窒素の供給を妨害する現象を起こすことがないようにするためである。なお、以上の実施例では液化ガスを液体窒素とし、ミストタイプの充填装置を例として説明してきたが、本発明はこれに限られるものではなく、ノズルを換えて連続流で液化ガスを供給する流下タイプや断続流で液化ガスを供給する滴下タイプにも適用でき、液化ガスはアルゴンガス等の不活性ガスであっても良いことは勿論である。また気泡偏向部材は漏斗状のものとして説明したが、発生した窒素ガスの気泡を円筒部材の管壁側にガイドするものであればよく、必ずしも漏斗状である必要はない。
【００１２】
【発明の効果】
本発明によれば、長いニードルは供給タンクに貯蔵されている液体窒素等の液化ガスに浸されているため、ニードルの温度は低温に保たれることとなり、少なくともこのニードルが弁部近傍で気化を促す熱源となることはない。弁を閉鎖した供給停止状態には弁下流の供給路は液体窒素が排出されて外気を含む気体で充満されるが、排出管の上部分は円筒部材に囲まれており、ここが液体窒素で満たされた冷却室を形成するので、外気温度より遥かに低い温度を保つことができる。したがって、供給開始後にこの部分が熱源となって気化する液体窒素の量を極力少なくすることができ、従来装置に比べて供給開始から温度環境が定常状態に至るまでの時間も格段に短くなり生産効率を増すことができる。
【００１３】
また、冷却室の液化ガスが熱交換によって気化をした場合にはガスは気泡となって冷却室の液体中を上昇することになるが、弁座４の上方には気泡偏向部材５が連接されているので、発生したガスはこの気泡偏向部により供給路部材の円筒部材管壁近くに導かれ、供給路の中心部すなわち弁部の方に流れ込むことはない。また、図１のＢに示すような気化したガスが滞留する箇所もなくノズルに供給する液体窒素等の液化ガスに、気化したガスが混じることはない等気液の分離も万全である。以上のように本発明においては各構成要素が総合して気化を極力押さえると共に気液を分離して液化ガスを安定して供給することができ、特に、ガス置換による陽圧包装体を確実に得るために容器内に液化ガスを充填する装置に適用すると、流下開始から短時間で定常安定状態に至らせることができ、安定した供給量が確保できることによって品質保証性に優れた陽圧ガス置換包装体を得ることが可能となるという格別の効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  供給中の状態を示す図でＡは本発明の全体装置、Ｂは比較例の全体装置を示す。
【図２】  供給停止中の状態を示す図でＡは本発明の装置の要部、Ｂは比較例の装置の要部を示す。
【図３】  流下開始からの時間とノズル温度との関係を示す図である。
【図４】  ミストタイプの装置の他の実施例を示す図。
【符号の説明】
１  供給タンク                       １ー1   開口部
２  供給路部材                       ２ー1   円筒部材
３  ニードル                         ２ー2   排出管
４  弁座                             ２ー3   フランジ部
５  気泡偏向部材                     ３ー1   弁部
６  ノズル                              ９   断熱ブロック
７  冷却室                            １０   フード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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