(57)【要約】  【課題】  液体窒素を分離した液化ガスと気化ガスをミスト混合器内で混合してミストガスを発生させる超低温ガス発生装置に関する。  【解決手段】  液化窒素タンク１１内の液化窒素を液化ガスと気化ガスとに分離する気液分離器１３は、液流量調節手段１５を介してミスト混合器２０内の噴霧パイプ２５に送液する液化ガス供給路Ｌａと、気化器４１加熱手段４２気液分離器４６ガス流量調節手段４７を介して前記ミスト混合器２０内のガスノズル軸３５に送気する気化ガス供給路Ｌｂを有する。ミスト混合器２０に液送された液化ガスは、噴霧パイプ２５の噴霧孔２６からホーン体２１内にミストガスとして噴霧され、前記気化ガスは、気化ガス供給路Ｌｂの加熱手段４２によって温度コントロールしてガスノズル軸のノズル孔３９からホーン体２１内に気化ガスとして噴出し、前記ホーン体内のミストガスと混合させて超低温ガスを発生させる。  【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液化窒素タンク（１１）内の液化窒素を液化ガスと気化ガスとに分離する気液分離器（１３）は、
液流量調節手段（１５）を介してミスト混合器（２０）内の噴霧パイプ（２５）に送液する液化ガス供給路（Ｌａ）と、気化器（４１）と加熱手段（４２）と気液分離器（４６）とガス流量調節手段（４７）を介して前記ミスト混合器（２０）内のガスノズル軸（３５）に送気する気化ガス供給路（Ｌｂ）とを備えてなり、
前記ミスト混合器（２０）に液送された液化ガスは、噴霧パイプ（２５）の噴霧孔（２６）からホーン体（２１）内にミストガスとして噴霧され、
前記気化ガスは、気化ガス供給路（Ｌｂ）の加熱手段（４２）によって温度コントロールしてガスノズル軸（３５）のノズル孔（３９）からホーン体（２１）内に気化ガスとして噴出され、該気化ガスと前記ホーン体（２１）内のミストガスとを混合させて超低温ガスを発生させることを特徴とする超低温ガス発生装置。
【請求項２】
前記ミスト混合器（２０）は、一端に開口部（２２）、他端に取付部（２３）を設けて円筒状に形成したホーン体（２１）と、
先端を閉塞して前記液化ガスを噴出させる多数の噴霧孔（２６）を長手方向に一定間隔に設けた少なくとも一本の噴霧パイプ（２５）と、
ノズル本体（３６）の略先端を異径に形成した首部（３７）を設け、該首部のテーパー部（３８）に前記気化ガスを噴出させる複数のノズル孔（３９）を向かい合わせに設けたガスノズル軸（３５）とからなり、
前記ホーン体（２１）の取付部（２３）に噴霧パイプ（２５）とガスノズル軸（３５）の一端をそれぞれ取付け、噴霧パイプ（２５）は前記液化ガス供給路（Ｌａ）と、ガスノズル軸（３５）は前記気化ガス供給路（Ｌｂ）をそれぞれ連結してなることを特徴とする請求項１記載の超低温ガス発生装置。
【請求項３】
前記加熱手段（４２）は、サーモスタット（４３）とヒータ（４４）とファン（４５）とからなり、制御盤（５０）により設定した温度で前記サーモスタット（４３）がＯＮ／ＯＦＦしてヒータ（４４）とファン（４５）を作動させることにより気化ガスの温度調整をして前記ノズル孔（３９）からホーン体（２１）内に放出してミストガスと混合させることによりホーン体（２１）内の温度低下による液状化現象を防止し、適性温度のミストガスをホーン体（２１）の開口部（２２）から大気中に放出可能に形成することを特徴とする請求項１記載の超低温ガス発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被冷却物、例えば、冷凍食品または冷凍菓子などの冷菓に、ミスト状にした液体窒素を噴霧して冷却する超低温ガス発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、被冷却物、例えば、冷凍食品または冷凍菓子などの冷菓（アイスクリームやかき氷など）を工業的に製造する場合、でき上がった冷菓を硬化室または保存室に搬入して硬化させている。
【０００３】
前記冷菓が、例えば、ソフトクリームとした場合、製品が完成した直後はまだ十分に硬化していないためそのまま搬送すると途中で形が崩れやすい。また、かき氷の場合、搬送中にその表面が融け、そのまま硬化室または保存室に搬入すると融けた部分がそのまま再氷結するため商品価値が半減する。そのため、でき上がった冷菓をベルトコンベアなどで搬送する際、該ベルトコンベアをトンネル状に形成した室内に収容し、該室内にフロンガスやアンモニアガスなどの冷媒をコンプレッサとファンとで送気して冷却する、いわゆる間接冷却が行なわれているが、その装置が大掛かりである割には冷却効果が十分ではなかった。
【０００４】
一方、液体窒素を冷媒とする場合、冷菓を搬送するためのベルトコンベアを収容した室内の所定個所に一定間隔で複数の噴霧ノズルを取付け、該噴霧ノズルから液体窒素ガスをミスト状にして放出し、トンネル内を通過する冷菓に直接噴霧したり、トンネル室内を直接冷却することにより冷菓が温まって溶けるのを防止することが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平０６−３００４１０号
【０００５】
液体窒素は、−１９６℃と超低温であるため少しの温度変化でも反応し、安定したミストガスを発生させることが困難であり、ミストガスの発生には非常に高度な技術が必要とされている。
【０００６】
さらには、図７に示すごとく、冷菓７０を搬送するベルトコンベア６１を収容したトンネル室６０内に液体窒素のミストガスを放出する低温ガス発生装置６５は、液体窒素タンク６６から送られた液体窒素を気液分離器６７で液化ガスと気化ガスとに分離し、該気液分離器で分離した液化ガスのみを使用している。この液化ガスは流量調節手段６８を介して前記トンネル室６０内に複数取付けたそれぞれの噴霧ノズル６９へ送液し、該噴霧ノズルからミストガスとしてトンネル室６０内に放出して冷却し、気液分離器６７で分離された気化ガスはそのまま使うことなく大気中に放出されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
大気中に放出されている気化ガスは、−７０℃から−１００℃程度の低温であるにもかかわらず冷熱源として使用されることなく放出しているため、冷熱エネルギーを無駄にしているという問題点を有している。
【０００８】
前記液化ガスを噴霧させる従来の噴霧ノズル６９は、口径が０．５ｍｍ以上と大きく、該噴霧ノズルから大気中に放出される液化ガスは断熱膨張によりミストガスとして発生するが、噴霧ノズル６９から噴出する液の量が多いため、ミストガスとはならずに液状のまま流出して大気中の水分と混ざって氷結してしまう場合もある。特に、液化ガスの連続噴射を行うと、噴霧ノズル６９付近が冷えて凍結しやすくミストガスを発生させることが困難となり冷却効果が半減する。
【０００９】
さらには、噴霧ノズル６９の口径が大きいと大気温度が伝わりやすく、例えば、大気温度が上昇して液化ガスが熱せられると供給パイプ内で気化しやすく、液化ガスが噴霧ノズル６９内で気化すると圧力変動や、噴霧ノズル６９への気泡の噛み込みが起こり脈動現象が生じやすい。
【００１０】
したがって、液化ガスをミスト状に長時間安定して噴霧させることが困難で、また、噴霧ノズルの口径は、技術的に０．５ｍｍ以下に小さくすることが困難であるため、一つの噴霧ノズル６９から噴出する液化ガスのわりにミストガスが発生せず無駄が多かった。そのため、冷果菓子などを搬送するベルトコンベア６１を収容したトンネル室６０内を冷却するためには、いくつもの噴霧ノズル６９を取付ける必要があった（図７）。
【００１１】
そこで本発明は、少なくとも一本の長尺な噴霧パイプに０．１５〜０．２５ｍｍの小さな噴霧孔を多数設け、その噴霧孔から液化ガスをそれぞれ噴霧させて大量のミストガスを発生させる。さらには、いままでは大気中に放出されていた気化ガスを所定温度に加熱させてミストガスと混合させることにより、長時間使用しても液化現象が生じない冷却効率の高い冷却ガスを発生させることができる装置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】
【００１２】
本発明は、液化窒素タンク１１内の液化窒素を液化ガスと気化ガスとに分離する気液分離器１３は、液流量調節手段１５を介してミスト混合器２０内の噴霧パイプ２５に送液する液化ガス供給路Ｌａと、気化器４１と加熱手段４２と気液分離器４６とガス流量調節手段４７とを介して前記ミスト混合器２０内のガスノズル軸３５に送気する気化ガス供給路Ｌｂとを備えてなり、前記ミスト混合器２０に液送された液化ガスは、噴霧パイプ２５の噴霧孔２６からホーン体２１内にミストガスとして噴霧され、前記気化ガスは、気化ガス供給路Ｌｂの加熱手段４２によって温度コントロールしてガスノズル軸３５のノズル孔３９からホーン体２１内に気化ガスとして噴出され、該気化ガスと前記ホーン体２１内のミストガスとを混合させて超低温ガスを発生させることを特徴とする。また、前記ミスト混合器２０は、一端に開口部２２、他端に取付部２３を設けて円筒状に形成したホーン体２１と、先端を閉塞して前記液化ガスを噴出する多数の噴霧孔２６を長手方向に一定間隔に設けた少なくとも一本の噴霧パイプ２５と、ノズル本体３６の略先端を異径に形成した首部３７を設け、該首部のテーパー部３８に前記気化ガスを噴出させるノズル孔３９を向かい合わせに設けたガスノズル軸３５とからなり、前記ホーン体２１の取付部２３に噴霧パイプ２５とガスノズル軸３５の一端をそれぞれ取付け、噴霧パイプ２５は前記液化ガス供給路Ｌａと、ガスノズル軸３５は前記気化ガス供給路Ｌｂとをそれぞれ連結してなることを特徴とする。さらに、前記加熱手段４２は、サーモスタット４３とヒータ４４とファン４５とからなり、制御盤５０により設定した温度で前記サーモスタット４３がＯＮ／ＯＦＦしてヒータ４４とファン４５を作動させることにより気化ガスの温度調整をして前記ノズル孔３９からホーン体２１内に放出してミストガスと混合させることによりホーン体２１内の温度低下による液状化現象を防止し、適性温度のミストガスをホーン体２１の開口部２２から大気中に放出可能に形成することを特徴とする。
【００１３】
したがって、噴霧パイプ２５に多数設けた小径の噴霧孔２６から液化ガスをミスト状に効率良く噴霧させると共に、気化ガスを加熱手段４２で適正温度に調整し、ガスノズル軸３５のノズル孔３９からホーン体２１内に放出して前記ミストガス（微粒子）と混合させることにより、ホーン体２１内の温度低下による液状化を防止し、効率良く長時間連続して安定したミストガスを発生させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明に係る実施の形態を図面により説明すると、図１は本発明にかかる超低温ガス発生装置の説明図、図２は本発明にかかるミスト混合器の断面図、図３は図２のＡ―Ａ断面図、図４は噴霧パイプの噴霧孔を示す要部拡大断面図、図５はガスノズル軸の要部拡大断面図である。超低温ガス発生装置１０は、超低温ガス供給源である液体窒素タンク１１と、液体窒素を分離する気液分離器１３と、液化ガスを霧状に噴霧させるミスト混合器２０とからなり、前記気液分離器１３とミスト混合器２０との間に、液化ガスをミスト混合器２０に送液する液化ガス供給路Ｌａと、気化ガスをミスト混合器２０に送気する気化ガス供給路Ｌｂとをそれぞれ設けてある。前記液化ガス供給路Ｌａには、液体ガスの圧力・流量を調節する流量調整手段１５を介在させ、気化ガス供給路Ｌｂには、気化ガスをミスト混合器２０に送気する気化器４１と加熱手段４２と気液分離器４６と気化ガス流量調整手段４７とをそれぞれ介在させてある。
【００１５】
前記ミスト混合器２０は、液化ガスを噴霧孔２６から大気中に放出するミストガスを一定の冷却雰囲気内に収容するための大径で筒状に形成したホーン体２１と、該ホーン体内に液化ガスを放出するそれぞれ長尺に形成した複数の噴霧パイプ２５と、同じくホーン体２１内に気化ガスを放出するガスノズル軸３５とからなり、前記ホーン体２１は、一端にミストガスを大気中に放出する開口部２２を設け、他端に前記噴霧パイプ２５とガスノズル軸３５とを取付けるための取付部２３を設け、全長を約４００〜４３０ｍｍ、直径を約９９〜１００ｍｍに形成し、地上と平行に位置させてある。
【００１６】
前記噴霧パイプ２５は、耐熱性を有する金属パイプ、好ましくはステンレスパイプで、全長を約３００ｍｍ、直径を約１０ｍｍの長尺に形成し、先端を閉塞し、後端を前記ホーン体２２内の支持部２４に取付け、長手方向に一定間隔に噴霧孔２６を多数設けてある。この噴霧孔２６は、図４に示すごとく、液化ガスが断熱膨張で効率良く霧状に噴霧させるため全体をテーパー状に形成し、内径２６ａを０．１０ｍｍ、外径２６ｂを０．５０ｍｍにし、好ましくは内径が０.１５ｍｍ、外径が０.２５ｍｍと極めて小径に形成してある。
【００１７】
したがって、この噴霧孔２６から噴出する液化ガスが、液化状態のままで流出したり、噴霧孔２６から噴出する前に気化するのを防止している。前記噴霧孔２６の径は、前記した径に限らず内径を０．１０ｍｍ〜０．２５ｍｍ、  外径を０．２５ｍｍ〜０．５０ｍｍの範囲に形成しても良い。さらに、噴霧パイプ２５の長手方向に一列の等間隔に設けた噴霧孔２６は、一列に限定することなく２列または３列に形成してもよい。
【００１８】
前記ガスノズル軸３５は、図５に示す如く、短尺に形成したノズル本体３６の中央軸心方向に先端を閉塞したガス路３６ａを設け、外周の略先端に細径の首部３７を形成し、該首部の軸方向両側を面取りしたテーパー部３８を設けてある。前記テーパー部３８のテーパー面と直角方向に前記ガス路３６ａと連通するノズル孔３９を周方向に互いに対向するように複数設けてある。前記テーパー部３８の傾斜角度は、好ましくは４５度に形成してある。したがって、向かい合った各ノズル孔３９から噴射した気化ガスは首部３７の周囲で互いに衝突して周方向に広がってホーン体２１内を密封するように円盤状に拡がって薄膜を形成し、前記ミストガスと混合しながら出口方向に緩やかに前進するように流れる。
【００１９】
液体窒素タンク１１からミスト混合器２０に液化ガスを送液する液化ガス供給路Ｌａは、供給路全体を断熱材で断熱して液化ガスを気化させることなく送液し、噴霧パイプ２５の噴霧孔２６を通過した直後に霧状にして噴霧させる。さらに、この液化ガス供給路Ｌａには、液化ガスの流量と圧力を調整する圧力調整手段１５、例えば、ニードル弁１６と圧力計１７とをそれぞれ取付けてある。
【００２０】
気液分離器１３で分離された気化ガスをガスノズル軸３５に送気するガス供給路Ｌｂには、気化器４１、加熱手段４２、気液分離器４６と、気化ガスの流量を調節するガス流量調節手段４７を設け、このガス流量調節手段４７は、例えば、ボール弁４８と圧力計４９で構成されている。
【００２１】
前記加熱手段４２は、例えば、サーモスタット４３とヒータ４４とファン４５とからなり、制御盤５０によって指定された設定温度でサーモスタット４３がＯＮ/ＯＦＦしてヒータ４４とファン４５を作動させて加熱する。気液分離器４６は、前記加熱手段４２で温度調節した気化ガスであっても、連続運転することによりガス供給路Ｌｂが冷え、気化ガスの一部が液化する場合がある。その場合、液化したガスを分離し、気化ガスのみをホーン体２１に送気させる。５１は温度計で、ミストガスと気化ガスとで冷やされたホーン体２１の温度を測定するために該ホーン体に取付けてある。
【００２２】
前記気化ガスは、気液分離器１３で分離された後、加熱手段４２によって気化ガスを適性温度に調整してガスノズル軸３５のノズル孔３９からホーン体２１内に放出してミストガスと混合させ、ミスト混合器２０内に噴霧されたミストガスが温度低下により液状化現象を起こすのを防止している。
【００２３】
以下、本発明の実施形態の作用について説明すると、液体窒素タンク１１内の液体窒素は、送液パイプを介して気液分離器１３に送られ、該気液分離器で液化ガスと気化ガスとに分離される。液化ガスは、液化ガス供給路Ｌａからそのまま圧力制御手段１５であるニードル弁１６と圧力計１７とにより予め設定された所定圧力と、所定流量で直接ミスト混合器２０の噴霧パイプ２５に供給され、該噴霧パイプ２５内に送液された液化ガスは各噴霧孔２６からホーン２１体内にミストガスとして放出される。
【００２４】
液化ガスの圧力・流量・温度が適正にコントロールされないと、例えば、噴霧孔付近での液化ガス温度が低すぎると、噴霧孔の出口２６ｂ付近での沸騰気化が始まらず、断熱膨張によるミスト化が生じない液化ガスのまま大気中に流出したり、また、噴霧孔入口２６ａ付近での温度が高すぎると、噴霧孔２６の出口２６ｂで沸騰気化が始まり流体に脈動が生じたり、液化ガスがほとんど気化してしまいミスト状にならないおそれがある。さらには、液化ガスの圧力が高いと噴霧量が多くなって沸点が高くなり、液化ガスの圧力が低いと噴霧量が少なくなって熱効率が高くなり沸騰気化が進むことになる場合がある。さらに、液化ガスを連続噴射した場合、図６に示すごとく、液化ガスの温度が下がり、−１９６℃に近い低温になり液状化現象を生じやすく連続運転することが困難になるおそれがある。
【００２５】
そこで、液流量調節手段１５により液化ガスの圧力、流量を適正に制御したこと、噴霧パイプ２５の噴霧孔２６をそれぞれ小さくテーパー状に形成し、ひとつの噴霧孔２６から噴出する液化ガスの量を少なくして吐出圧力から大気圧に一気に減圧して沸点降下を起こさせることにより、大気中に放出された液化ガスの一部が直後に気化（断熱）膨張し、残りの液体部分が霧状に放出されてホーン体２１内に漂うミストガス（微粒子）を発生させることができる。この液化ガスをミスト状にしたことにより、冷気を長持ちさせることができる。
【００２６】
図３に示すごとく、ホーン体２１を水平方向に設置し、噴霧パイプ２５の噴霧孔２６をそれぞれ上向き位置させたことにより、ミストガスがホーン体２１の内壁に沿って移動する旋回流を生じさせるようにしてある。また、万一、連続運転することによりミストガスが液状化した場合、液状化した液化ガスは噴霧孔２６付近に付着することなく自由落下して噴霧孔２６付近が凍結するのを防止し、液状化して落下した液化ガスは、ホーン体２１の内底面に溜まって自然に気化するようにしてある。
【００２７】
ホ−ン体２１内に液化ガスのみを放出してミストガスを発生させて使用することも可能であるが、ミストガスの温度が−１９０℃から−１９６℃に近いため、連続的にミストガスの放出を行なうと、前記したごとく、ホーン体２１内の温度が下がり、ミストガスがホーン体２１の内壁に付着して液状化しやすくなり、安定したミストガスを供給することが困難になる場合がある。
【００２８】
そこで、今まで大気中に放出していた気化ガスを、前記ガス発生装置１０に取り付けた、気化器４１と加熱手段４２と気液分離器４６とガス圧力調整手段４７とからなるガス供給路Ｌｂにおいて温度コントロールし、該液化ガスをミスト混合器２０内に漂わせたミストガスと混合させることにより効率良く噴出させることができる。
【００２９】
この気化ガスの温度コントロールは、制御盤５０により加熱手段４２であるサーモスタット４３とヒータ４４とファン４５を制御することにより、気化ガスを適正温度に加熱してホーン体２１内に放出してミストガスと混合させ、長時間の連続運転でもホーン体内のミストガスが液状化現象を起こすことなく安定した温度を保つことができ、かつ、適正な霧状のミストガスを効率良く噴出させることができる。
【００３０】
この超低温ガス発生装置１０を取付ける場合、ホーン体２１の開口部２２にエルボパイプＸを上向きに取付けて、万一、ホーン体２１内に溜まった液化ガスが直接外部に漏れるのを防止し、さらに、前記エルボパイプの先端にフレキシブルパイプ（図示せず）を連結することにより、コンベア６１を収容したトンネル室６０の任意位置に簡単に取付けることができる。
【００３１】
被冷却物の冷凍を、この低温ガス発生装置１０で発生させたミストガス雰囲気内で行うことにより、例えば、まだ十分に硬化していないソフトクリームでも形崩れを起こすことなく冷却でき、また、かき氷は、−１９６℃に近いミストガスで瞬時に冷却するので、移動中に表面が融けてその部分がそのまま再氷結するのを防止でき、効率良く冷凍、搬送することができるので冷凍菓子の商品価値が半減するのを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明にかかる超冷却ガス発生装置の説明図である。
【図２】本発明に係るミスト混合器の断面図である。
【図３】図２のＡ―Ａ断面図である。
【図４】噴霧パイプの噴霧ノズルの要部拡大断面図である。
【図５】ガスノズル軸の要部拡大断面図である。
【図６】ミスト混合器内に放出された超低温ガスの温度変化を示すグラフである。
【図７】冷凍菓子を搬送するコンベアの説明図である。
【符号の説明】
【００３３】
１０  超低温ガス発生装置
１１  液化窒素タンク
１３  気液分離器
１５  流量調節手段
１６  ニードル弁
１７  圧力計
２０  ミスト混合器
２１  ホーン体
２２  開口部
２３  取付部
２５  噴霧パイプ
２６  噴霧孔
３５  ガスノズル軸
３６  ノズル本体
３７  首部
３８  テーパー部
３９  ノズル孔
４１  気化器
４２  加熱手段
４３  サーモスタット
４４  ヒータ
４５  ファン
４６  気液分離器
４７  ガス流量調節手段
５０  制御盤
Ｌａ  液化ガス供給路
Ｌｂ  気化ガス供給路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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