(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液化窒素ガスと粉末状のドライアイスとを、大気圧の下で攪拌して混合させることを特徴とする冷却剤。
【請求項２】
液化窒素ガス１重量部に対して、０．２〜２．０重量部の粉末状のドライアイスを攪拌混合させることを特徴とする請求項１に記載の冷却剤。
【請求項３】
粉末状のドライアイス１重量部に対して、０．７重量部の液化窒素ガスを攪拌混合させることを特徴とする請求項２に記載の冷却剤。
【請求項４】
粉末状のドライアイスに液化窒素ガスを注入して攪拌混合させることを特徴とする請求項１に記載の冷却剤。
【請求項５】
液化窒素ガス中に粉末状のドライアイスを注入して攪拌混合させることを特徴とする請求項１に記載の冷却剤。
【請求項６】
液化炭酸ガス容器内に２０ｋｇ／ｃｍ２前後の圧力下で収容させた液化炭酸ガスの取出ノズルと、液化窒素ガス容器内に５ｋｇ／ｃｍ２前後の圧力下で収容させた液化窒素ガスの取出ノズルとを組合わせ、両液化ガスを同時に保冷容器内に噴射させて攪拌混合させることを特徴とする請求項１に記載の冷却剤。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は金属の冷却や各種食品などの鮮度保持用に冷却するため、液化窒素ガスと粉末状のドライアイスとを混合して製造した冷却剤に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、金属や食品等の各種の物体を冷却するための冷却媒体として、液化窒素ガス（ＬＮ２）や液化炭酸ガス（ＣＯ2 ）などが使用されている。ドライアイスは大気圧下に於いて約−７８℃であり、他方、液化窒素ガスは大気圧下において約−１９６℃の極低温であるが、大気に接した面から蒸発して短時間にガス化してしまうという欠点を有している。このような冷却剤は、低温のため金属のサブゼロ処理加工や冷し嵌め加工等に使用されている。ここでサブゼロ加工とは、焼入れした鋼を一般に０℃以下の低温で冷却し、焼入れ後の残留オ−ステナイトをマルテンサイトに変態させ、鋼の硬度の増加と寸法の安定化を図る低温熱処理加工である。また、冷し嵌め加工とは、常温状態の外輪に冷却収縮させた挿入物を嵌め込む精度の高い嵌合方法である。これらの冷却加工に使用する冷却剤は、液化ガスを圧縮又は冷却しているため、大気圧中に放出する際に冷却剤が断熱膨張することによる気化潜熱を利用して冷却している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来、冷却剤の一つであるドライアイスは、表１に示すように、サブゼロ処理テストにおいて、炭酸ガス（ＣＯ２）ドライを１ｋｇの分量で−２０℃位の低温をテスト開始後、約１０分経過後位から約６０分間程度の短時間しか保持することが出来なかった。その上、一定の冷却作業を行うには大量のドライアイスを必要とするため大変不経済であるという問題点を有していた。他方、液化窒素ガスは大気圧下において−１９６℃の極低温であるが、大気に接した面から蒸発して短時間にガス化してしまうため、通常の冷却作業においての使用は極めて困難であった。
本発明は、液化窒素ガスと粉末状のドライアイスを攪拌混合させることにより低温を長く保持することを目的とするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、液化窒素ガスと粉末状のドライアイスとを、大気圧の下で攪拌して混合させることを特徴とする。また本発明は、液化窒素ガス１重量部に対して、０．２〜２．０重量部の粉末状のドライアイスを攪拌混合させること、特に、粉末状のドライアイス１重量部に対して、０．７重量部の液化窒素ガスを攪拌混合させることを特徴とする。また本発明は、粉末状のドライアイスに液化窒素ガスを注入して攪拌混合させることを特徴とする。さらに本発明は、液化窒素ガス中に粉末状のドライアイスを注入して攪拌混合させることを特徴とする。さらに本発明は、液化炭酸ガス容器内に２０ｋｇ前後の圧力下で収容させた液化炭酸ガスの取出ノズルと、液化窒素ガス容器内に５ｋｇ前後の圧力下で収容させた液化窒素ガスの取出ノズルとを組合わせ、両液化ガスを同時に保冷容器内に噴射させて攪拌混合させることを特徴とするものである。
【０００５】
【作用】
液化窒素ガスは大気圧下において−１９６℃の沸点を有しているが、大気に接した面から直ちに蒸発し、短時間でガス化してしまう。しかし、粉末状のドライアイスと液化窒素ガスとを攪拌混合させた冷却剤は、大気圧中において断熱膨張による気化率が低いため長い時間ほぼ一定の低温状態を保つことができる。また、液化窒素ガスと粉末状のドライアイスとをゆっくり攪拌させたものは、液化窒素ガスの量が多ければ多いほど該液化窒素ガスの低温状態の保持時間が長くなるが、液化窒素ガスの量が多ければ多い程、該液化窒素ガスと粉末状のドライアイスとが直ちに分離してしまう。他方、金属を冷却する場合には現在ドライアイスが使用されているが、液化窒素ガスと粉末状のドライアイスとを混合状態にして該冷却剤が固体状態になるのは、粉末状のドライアイスに対する液化窒素ガスの重量比が０．７程度までである。
【０００６】
【実施例】
本発明の第１の実施例を図１に基づいて説明すると、液化炭酸ガス（ＣＯ２）を収容する可搬式または固定式の液化炭酸ガス容器１の上部に接続した第１の配管２の途中に第１のストップ弁３を設け、第１の配管２の先端は下端に開口端５を有した第１のハウジング６の基部中心に第１のガス噴出ノズル７を取付けてある。さらに、液化窒素ガス（ＬＮ２）を収容する可搬式または固定式の液化窒素ガス容器１０の上部に接続した第２の配管１１の途中に、第２のストップ弁１２を設けてある。図中、第１の配管２には第１のストップ弁３と共に第１の手動式ストップ弁２０を取り付けてあり、また、第２の配管１１には第２のストップ弁１２と共に第２の手動式ストップ弁１２ａを取り付けてある。
【０００７】
第２の配管１１の先端には下端を前記第１のハウジング６の側面に連結させた第２のハウジング１３の基部中心に第２のガス噴出ノズル１４を設けてあり、前記第１のノズル７の延長線と第２のノズル１４の延長線とが交差するように配置してあって、該第２のハウジング１３の下端は前記開口端５を連結させてある。１６は発泡ウレタン等の断熱材１７で内面を形成した保冷容器で、上部には開口部１８を設け、この保冷容器１６の内部には下端にプロペラ２１を装着した攪拌モータ２０を装着してある。２３は制御盤で前記第１のストップ弁３及び第２のストップ弁１２の開閉と前記攪拌モータ２０の回転又は停止を制御するためのものである。なお、この開口部１８は、必要に応じて蓋体（図示せず）を取付けてもよい。
【０００８】
ガスの供給方法によっても異なるが、液化窒素ガスは液化窒素ガス容器１０内に５ｋｇ／ｃｍ２前後の圧力下で収容され、また、液化炭酸ガスは液化炭酸ガス容器１内に２０ｋｇ／ｃｍ２前後の圧力下で収容されており、現実的な方法として良好である。また、ガスの圧力が上昇している場合は損失は増えるが噴出は可能である。この液化炭酸ガス容器１内の液化炭酸ガスは第１の配管２を通り、他方、液化窒素ガス容器１０内の液化窒素ガスは第２の配管１１を通って、第１の配管２の先端に設けた第１のガス噴出ノズル７から噴出してなる粉末状のドライアイス１ｋｇと、第２の配管１１の先端に設けた第２のガス噴出ノズル１４から噴出する液化窒素ガス１ｋｇとを保冷容器１６の開口部１８内に噴出させて手動により攪拌混合してもよい。また、必要な場合には攪拌モータ２０で回転するプロペラ２１によりゆっくり攪拌させることによってミックス状態の第１の冷却剤を形成することができる。
【０００９】
粉末状のドライアイスと液化窒素ガスとを早く攪拌混合させると液化窒素ガスの蒸発を早めてしまうため、ゆっくり攪拌する方が良いものである。また、第１のノズル７より噴出した粉末状のドライアイス１ｋｇと、第２のノズル１４より噴出した液化窒素ガス２ｋｇとを同時に噴出させてもよいが、液化窒素ガス中に粉末状のドライアイスを噴出させて攪拌モ−タ２０によってゆっくり攪拌させることにより冷却剤を製造してもよい。この場合、両者を同時に攪拌混合させる方法が、時間的損失が無くなって一番良好な方法である。
【００１０】
この冷却剤を構成する液化窒素ガスと粉末状のドライアイスとの重量比が、液化窒素ガス１重量部に対して粉末状のドライアイス０．２〜２．０重量部の範囲で攪拌混合することにより製造が可能であり、特に、液化窒素ガスと粉末状のドライアイスとの重量比が１：０．７の場合がもっとも良好であった。即ち，両者の混合比の下限以下だとその動きがなく、また、上限以上だと無駄になってしまい、両者を攪拌混合させることによりミックス状態にさせるものであって、粉末状のドライアイスと混合状態にした液化窒素ガスは、液化窒素ガス単独の場合に比べてドライアイスと融合することで蒸発を遅延させることができた。即ち、大気中に於ける断熱膨張による気化率は低く、サブゼロ処理テストにおいて表２に示すように−３０℃の低温を前記表１に比べて２倍の約２時間保持することができた。
【００１１】
この冷却剤（寒剤）の温度は、液化窒素ガスと粉末状のドライアイスとが同量の場合は表４に示すように、約−１９０℃の低温を約１００分間保持することができ、さらに約−７０℃になるまで低温状態を約６時間保持することができた。なお、保冷容器１６内では、大気にさらされた入れ物（この場合、皿状でも可能である。）でもよいし、また、品物に直接この冷却剤を振りかけて冷却することも可能である。
【００１２】
本発明の第２実施例について説明すると、大気圧下の保冷容器１８内に液化炭酸ガス１ｋｇを噴出させて粉末状のドライアイスにし、ついで液化窒素ガス０．５ｋｇを混入させて手動で攪拌し、または必要な場合には攪拌モ−タ２０でゆっくり攪拌混合することによりミックス状の第２の冷却剤を形成する。この場合、表６に示す如く液化窒素ガスと粉末状のドライアイスとの重量比が０．５対１であって約−１９０℃の低温状態を約８０分間保持し、さらに約−８０℃になるまでの低温状態を約３時間保持することができた。さらに、表７に示すように液化窒素ガス（ＬＮ２）と液化炭酸ガス（ＣＯ２）との重量混合比が、液化窒素ガス１ｋｇに対して液化炭酸ガス０．５ｋｇを噴出させてゆっくり攪拌混合することにより第３の冷却剤を形成した。この冷却剤はサラサラした粉末状をしており、表１２に示すように液化窒素ガスの沸点−１９６℃に近い約−１９０℃を約２時間保持することができ、さらに約−５０℃になるまでの低温状態を約６時間保持することができた。
【００１３】
本発明の第３実施例について説明すると、大気圧下の保冷容器１６内に液化炭酸ガス１ｋｇを噴出させて粉末状のドライアイスにして注入し、該粉末状のドライアイスと別個にまたは同時に液化窒素ガス０．５ｋｇを注入して手動で攪拌する。また、必要な場合には攪拌モ−タ２０をゆっくり攪拌混合させてミックスさせた第４の冷剤を形成することができた。この冷却剤はシャ−ベット状をしており、表３に示すように最初は大気温度であるが、約６分経過後位から急速に温度降下して約１３分間位で−１３０℃位まで降下し、その後、約−１３０℃から−８０℃まで上昇する間、約３２分間位保持することができた。即ち、表６に示すように約−１９０℃の低温を約５０分間保持し、さらにその後、約−８０℃になるまで低温状態を約３時間保持することができた。
【００１４】
本発明の第４実施例について説明すると、夫々の容器内に収容してある液化炭酸ガスと液化窒素ガスの量を夫々１ｋｇづつを大気圧下の保冷容器１６内に注入し、該液化窒素ガスと粉末状のドライアイスとを別個に又は同時に注入してゆっくり攪拌混合することにより第５の冷却剤を形成した。この第５の冷却剤は、表２に示すように表面温度が約−６０℃を２時間以上保持することができた。さらに表４に示すように、約−１９０℃の低温を約１００分間保持することができ、さらに約−６０℃になるまでの低温状態を約６時間保持することができた。
【００１５】
上記したように、液化窒素ガスと粉末状のドライアイスとをいろいろ重量混合比を変えて攪拌混合させることにより形成した第１、２、３、４、５の冷却剤は、金属の冷却、食品関連の冷却剤として使用した場合、当該冷却剤の混合比の相違による冷却剤の状態変化と被冷却物（水ボトル、金属片）の状態変化を測定したところ、以下の通りであった。
【００１６】
（１）冷却剤（寒剤）重量と温度経時変化測定
▲１▼液化窒素ガスを０．７５ｋｇと粉末状のドライアイス０．７５ｋｇとを攪拌混合させた場合の冷却剤（寒剤）の重量変化及び温度変化は表４に示す通りであった。
▲２▼液化窒素ガスのみ１．５ｋｇからなる冷却剤（寒剤）の重量変化及び温度変化は表５に示す通りであった。
▲３▼液化窒素ガスを１ｋｇと粉末状のドライアイス０．５ｋｇを攪拌混合させた場合の冷却剤（寒剤）の重量変化及び温度変化は表７に示す通りであった。
【００１７】
（２）水ボトル凍結試験
水５０ｇをポリプロピレン製密封円筒容器〔３５ｍｍ（直径）×６０ｍｍ（高さ）〕に入れ、冷却剤の製造５分後に夫々浸漬させ、水の温度及び冷却剤の重量、温度の経時変化を測定したら以下の通りであった。
▲１▼液化窒素ガス１ｋｇと粉末状のドライアイス１ｋｇとを攪拌混合させた場合、表８に示す如く約−１９０℃の低温を約１００分間保持し、さらに、約−８０℃になるまでの低温状態を約６時間を保持することができた。
▲２▼液化窒素ガス０．５ｋｇと粉末状のドライアイス１ｋｇとを攪拌混合させた場合、表９に示す如く約−１９０℃の低温状態を約３０分間保持し、さらに、約−８０℃になるまでの低温状態を約６時間保持することができた。
▲３▼液化窒素ガス０．７ｋｇと粉末状のドライアイス１ｋｇとを攪拌混合させた場合の冷却剤（寒剤）の重量変化及び温度変化は表１０に示す通り、約−１９０℃の低温状態を約６０分間保持し、さらに、約−８０℃になるまでの低温状態を約６時間を保持することができた。
【００１８】
（３）金属片凍結試験
約５００ｇの金属片（ＳＳ４１）を３種類の冷却剤の製造５分後に夫々浸漬させ、金属片の温度（３点）及び冷却剤の重量、温度の経時変化を測定したところ以下の通りであった。
▲１▼液化窒素ガス１ｋｇと粉末状のドライアイス１ｋｇを攪拌混合させた場合、表１１に示す如く約−１９０℃の低温状態を約１２０分間保持し、さらに、約−８０℃になるまでの低温状態を約６時間保持することができた。
▲２▼液化窒素ガス０．５ｋｇと粉末状のドライアイス１ｋｇとを攪拌混合させた場合、表１２に示す如く約−１９０℃の低温状態を約４０分間保持し、さらに、約−８０℃になるまでの低温状態を約６時間保持することができた。
▲３▼液化窒素ガス０．７ｋｇと粉末状のドライアイス１ｋｇとを攪拌混合させた場合の冷却剤（寒剤）の重量変化及び温度変化は表１３に示す通り、約−１９０℃の低温状態を約６０分間保持し、さらに、約−８０℃になるまでの低温状態を約６時間を保持することができた。
【００１９】
上記の実験結果から冷却剤は、液化窒素ガスの量が多いほど液化窒素ガスの温度、約−１９０℃という低温状態の保持時間は長くなるが、液化窒素ガスの量が多すぎると粉末状のドライアイスと混合しても直ぐに分離して蒸発してしまうため冷却剤としては使用しにくい。このことから良好な固体状態となる冷却剤としては、粉末状のドライアイスに対する液化窒素ガスの重量比が１：０．７程度が最も良好である。また、本発明に係る冷却剤を金属の冷却に使用する場合として、前記したサブゼロ処理加工、冷し嵌め加工又は各種金属の低温テスト及び連続生産物（例えば、コイル状のもの、フ−プ状のもの）の連続冷却を行うことができる。また、食品関連としては、急速冷凍、冷凍食品の輸送、冷凍車の庫内冷却または冷菓の製造等に使用することができる。
【００２０】
【発明の効果】
本発明は、粉末状のドライアイスと液化窒素ガスを攪拌してミックス状に形成したことにより、大気圧下に於ける冷却剤の低温を長時間保持することができるため長時間冷却が必要な金属冷却に使用できて便利であり、長期間冷却が冷却剤の量が少なくてすむので経済的である。また、液化窒素ガスと粉末状のドライアイスを攪拌混合させたことにより、従来のドライアイス等の冷却剤と異なり低温状態を長時間保持することができる。その上、液化窒素ガスと粉末状のドライアイスとの重量混合比を調整してサラサラした粉末状のミックス状態にしたり、シャ−ベット状態のミックス状態に形成することによって、用途に応じてミックス状態を調整して効率的に低温状態を長時間保持することができる特徴を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】冷却剤製造装置の配管図である。
【符号の説明】
１    液化炭酸ガス容器
２    第１の配管
３    第１のストップ弁
５    開口端
６    第１のハウジング
７    第１のガス噴射ノズル
１０    液化窒素ガス容器
１１    第２の配管
１２    第２のストップ弁
１３    第２のハウジング
１４    第２のガス噴射ノズル
１６    保冷容器
１８    開口部
２０    攪拌モ−タ
【表１】0003672623.tif 000002
【表２】0003672623.tif 000003
【表３】0003672623.tif 000004
【表４】0003672623.tif 000005
【表５】0003672623.tif 000006
【表６】0003672623.tif 000007
【表７】0003672623.tif 000008
【表８】0003672623.tif 000009
【表９】0003672623.tif 000010
【表１０】0003672623.tif 000011
【表１１】0003672623.tif 000012
【表１２】0003672623.tif 000013
【表１３】0003672623.tif 000014
【図１】
0003672623.tif 000015