(57)【要約】【課題】二酸化炭素の固体粒子であるドライアイスビーズの製造方法において、不純物が少なく高硬度で且つ形状が整った均質なドライアイスビーズを製造する技術を提供する。【解決手段】二酸化炭素容器１０内の液化二酸化炭素Ｌ１を窒素容器２０内の液化窒素Ｌ２に滴下し固化させて、当該液化窒素Ｌ２中にドライアイスビーズＢ１を生成する滴下工程と、滴下工程後に、窒素容器２０内の液化窒素Ｌ２からドライアイスビーズＢ１を分離する分離工程とを実行する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二酸化炭素の固体粒子であるドライアイスビーズの製造方法であって、
液化二酸化炭素を液化窒素に滴下し固化させて、当該液化窒素中にドライアイスビーズを生成する滴下工程と、
前記滴下工程後に、液化窒素からドライアイスビーズを分離する分離工程とを実行するドライアイスビーズの製造方法。
【請求項２】
前記ドライアイスビーズが、粉砕用媒体として利用されるものである請求項１に記載のドライアイスビーズの製造方法。
【請求項３】
液化二酸化炭素を貯留する二酸化炭素容器及び液化窒素を貯留する窒素容器を密閉構造とすると共に、
前記滴下工程において、前記二酸化炭素容器と前記窒素容器とを接続する接続管を通じて、前記二酸化炭素容器内の液化二酸化炭素を前記窒素容器内に供給し、当該供給された液化二酸化炭素を前記窒素容器内の液化窒素に滴下する請求項１又は２に記載のドライアイスビーズの製造方法。
【請求項４】
前記滴下工程において、前記窒素容器内の圧力を前記二酸化炭素容器内の圧力よりも低下させて、前記接続管を通じて前記二酸化炭素容器内から前記窒素容器内に液化二酸化炭素を供給する請求項３に記載のドライアイスビーズの製造方法。
【請求項５】
前記滴下工程において、前記窒素容器内の圧力を、二酸化炭素の蒸気圧曲線での圧力以上に設定する請求項３又は４に記載のドライアイスビーズの製造方法。
【請求項６】
前記分離工程として、液化窒素を気化させて、ドライアイスビーズを残存させる気化分離工程を実行する請求項１〜５の何れか１項に記載のドライアイスビーズの製造方法。
【請求項７】
前記分離工程として、液化窒素を篩部でろ過しながら外部に排出するろ過分離工程を実行する請求項１〜６の何れか１項に記載のドライアイスビーズの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二酸化炭素の固体粒子であるドライアイスビーズの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
二酸化炭素の固体であるドライアイスは、一般的な冷却剤として利用される以外に、粒子状のドライアイスビーズに成形して、ショットブラスト用の研掃剤やビーズミル用のビーズなどの粉砕用媒体として利用される場合がある（例えば特許文献１及び２を参照）。そして、このようにドライアイスビーズを粉砕用媒体として利用すると、粉砕後に不活性な炭酸ガスに昇華させることができるので、粉砕対象物の変性を防止しつつ粉砕用媒体の残留による問題を解消することができる。
【０００３】
このようなドライアイスビーズは、通常、液化二酸化炭素を断熱膨張させて製造された粉雪状のスノードライアイスを成形機で圧搾成形することで製造される。このとき、スノードライアイスはそのまま圧搾成形しても凝固しないため、スノードライアイスの粉体間を結合させるための水分が数パーセント加えられる。
そして、粉砕用媒体として利用されるドライアイスビーズについては、高効率且つ高品質な粉砕を実現すべく、高硬度で且つ形状が整った均質なものが望まれる。
【０００４】
そこで、特許文献１では、スノードライアイスを圧搾成形して得られたドライアイス粒子に対して更に水分を加えることで、透明度の高い高硬度なドライアイスビーズが得られるとしている。
また、特許文献２では、円柱状のドライアイスを液化窒素に所定時間浸漬させることで、高硬度となる所望の粒子径のドライアイスビーズが得られるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特公平６−６９８８４号公報
【特許文献２】特許第５５２９８８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
スノードライアイスを圧搾成形して得られたドライアイスビーズは、上記特許文献１のように、水分を加えることでスノードライアイスの粉体間を氷で結合させることができるが、その結合部は脆弱になり易いため、ドライアイスビーズの一層の高硬度化には限界があった。また、加えられた水は、ドライアイスビーズが昇華した後でも不純物として残留して、粉砕対象物を酸化変性させる要因となる。
一方、上記特許文献２のように、ドライアイスビーズの粒子径を調整して高硬度化する場合であっても、その原料となる円柱のドライアイスが、そもそもスノードライアイスに水分を加えて圧搾成形して得られたものであることから、上記と同様に、一層の高硬度化には限界があり、また残留水による粉体対象物の変性の問題が懸念される。
【０００７】
この実情に鑑み、本発明の主たる課題は、二酸化炭素の固体粒子であるドライアイスビーズの製造方法において、不純物が少なく高硬度で且つ形状が整った均質なドライアイスビーズを製造する技術を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１特徴構成は、二酸化炭素の固体粒子であるドライアイスビーズの製造方法であって、
液化二酸化炭素を液化窒素に滴下し固化させて、当該液化窒素中にドライアイスビーズを生成する滴下工程と、
前記滴下工程後に、液化窒素からドライアイスビーズを分離する分離工程とを実行する点にある。
【０００９】
本構成によれば、上記滴下工程を実行することで、液化窒素（液相の窒素、「液体窒素」と呼ぶことがある。）に滴下された液化二酸化炭素（液相の二酸化炭素、「液体二酸化炭素」と呼ぶことがある。）は、表面張力により球状に纏まりながら、窒素の液相域が二酸化炭素の固相域側に存在することから、液化窒素により冷却されて固化される。よって、上記滴下工程後の液化窒素中には、水などの不純物が少なく、緻密な球体を有することで高硬度なドライアイスビーズが生成されることになる。更に、このような滴下工程を採用することで、液滴の体積は比較的安定したものとなることから、このように生成されたドライアイスビーズの粒子径は、当該液滴の体積に応じて整ったものとなる。そして、このように液化窒素中に生成されたドライアイスビーズは、上記分離工程を実行して、液化窒素から分離することができる。
従って、本発明により、不純物が少なく高硬度で且つ形状が整った均質なドライアイスビーズを製造することができる。
【００１０】
本発明の第２特徴構成は、前記ドライアイスビーズが、粉砕用媒体として利用されるものである点にある。
【００１１】
本構成によれば、不純物を含むことなく高硬度で且つ形状が整った均質なドライアイスビーズを製造することができるので、このドライアイスビーズを粉砕用媒体として利用して粉体対象物を粉砕すれば、粉体対象物の変性を回避しながら高効率且つ高品質な粉砕を実現することができる。
【００１２】
本発明の第３特徴構成は、液化二酸化炭素を貯留する二酸化炭素容器及び液化窒素を貯留する窒素容器を密閉構造とすると共に、
前記滴下工程において、前記二酸化炭素容器と前記窒素容器とを接続する接続管を通じて、前記二酸化炭素容器内の液化二酸化炭素を前記窒素容器内に供給し、当該供給された液化二酸化炭素を前記窒素容器内の液化窒素に滴下する点にある。
【００１３】
本構成によれば、二酸化炭素容器、窒素容器、及び、上記滴下工程において二酸化炭素容器から窒素容器に供給される液化二酸化炭素が通流する接続管を、共に密閉構造とすることができる。よって、滴下工程において、窒素容器内の液化窒素並びにそれに滴下される液化二酸化炭素に対する空気中の水分等の凝縮による浸入を抑制することができ、結果、一層不純物が少ないドライアイスビーズを製造することができる。
【００１４】
本発明の第４特徴構成は、前記滴下工程において、前記窒素容器内の圧力を前記二酸化炭素容器内の圧力よりも低下させて、前記接続管を通じて前記二酸化炭素容器内から前記窒素容器内に液化二酸化炭素を供給する点にある。
【００１５】
本構成によれば、二酸化炭素容器及び窒素容器を密閉構造としてそれらを接続管で密閉状態のまま接続する場合において、上記滴下工程において、窒素容器内の圧力を二酸化炭素容器内の圧力よりも低下させれば、ポンプ等の他の動力を必要とすることなく、その圧力差により二酸化炭素容器から窒素容器へ接続管を通じて液化二酸化炭素を供給することができる。
【００１６】
本発明の第５特徴構成は、前記滴下工程において、前記窒素容器内の圧力を、二酸化炭素の蒸気圧曲線での圧力以上に設定する点にある。
【００１７】
本構成によれば、二酸化炭素容器及び窒素容器を密閉構造としてそれらを接続管で密閉状態のまま接続する場合において、上記滴下工程における窒素容器内の圧力が二酸化炭素の蒸気圧曲線での圧力以上に設定されているので、接続管を通じて窒素容器内に供給された液化二酸化炭素が、液化窒素に滴下されて冷却される前に、蒸気圧曲線での圧力以下に減圧されて気化することを抑制することができる。よって、液化二酸化炭素をそのままの状態で液化窒素に滴下することができ、当該液化窒素中に適正な粒子径のドライアイスビーズを生成することができる。
【００１８】
本発明の第６特徴構成は、前記分離工程として、液化窒素を気化させて、ドライアイスビーズを残存させる気化分離工程を実行する点にある。
【００１９】
本構成によれば、上記分離工程として上記気化分離工程を実行することで、上記滴下工程後に液化窒素からドライアイスビーズを略完全に分離することができる。即ち、上記気化分離工程では、ドライアイスビーズが固体のまま残存すると共に液化窒素が気化して排出可能となる条件下で、液体窒素が貯留された窒素容器内を減圧又は昇温する。すると、固体のドライアイスビーズを液化窒素から分離した状態で窒素容器から取り出すことができる。
【００２０】
本発明の第７特徴構成は、前記分離工程として、液化窒素を篩部でろ過しながら外部に排出するろ過分離工程を実行する点にある。
【００２１】
本構成によれば、上記分離工程として上記ろ過分離工程を実行することで、上記滴下工程後に液化窒素からドライアイスビーズを容易に分離することができる。即ち、ろ過分離工程では、ドライアイスビーズが残存するように、液化窒素を篩部でろ過しながら外部に排出することができる。
更に、このろ過分離工程を実行した後に、ドライアイスビーズを液化窒素から略完全に分離する上述の気化分離工程を実行することで、後の気化分離工程においてドライアイスビーズから分離すべき窒素が少なくなるので、当該後の分離工程を効率良く短時間で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本実施形態のドライアイスビーズの製造方法における滴下工程の状態、並びに、それを実行するための設備の全体概略構成を示す図
【図２】本実施形態のドライアイスビーズの製造方法におけるろ過分離工程（ａ）及び気化分離工程（ｂ）の状態を示す図
【図３】窒素（Ｎ２）及び二酸化炭素（ＣＯ２）における夫々の相と温度及び圧力の関係を示す状態図
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明に係るドライアイスビーズの製造方法の実施形態について図面に基づいて説明する。
図１に示す設備は、本発明に係るドライアイスビーズの製造方法を実施可能な製造設備であって、詳しくは、液化二酸化炭素Ｌ１を内部に貯留する二酸化炭素容器１０と、液化窒素Ｌ２を内部に貯留する窒素容器２０と、これら二酸化炭素容器１０と窒素容器２０とを密閉状態のまま接続する接続管３０とを備える。
【００２４】
二酸化炭素容器１０及び窒素容器２０は、内部を高圧に維持できる密閉構造の圧力容器で構成されており、その天井部には内部ガスを外部に放出することで内部圧力を調整可能な圧力調整弁１１，２１が設けられている。
接続管３０は、二酸化炭素容器１０と窒素容器２０とを密閉構造を維持した状態で接続すると共に、一方側の端部３０ａが二酸化炭素容器１０の底部又はその近傍に接続されて当該二酸化炭素容器１０内の液化二酸化炭素Ｌ１に浸漬され、他方側の端部３０ｂが窒素容器２０の天井部又はその近傍を貫通して当該窒素容器２０内の液化窒素Ｌ２の液面上方の空間に開口するように設けられている。また、この接続管３０には、管内の流体の通流を断続可能な調整弁３１が設けられている。
【００２５】
窒素容器２０内の底部には、内部の液化窒素Ｌ２を外部に排出するための排出管２３が接続されており、この排出管２３には、管内の流体の通流を断続可能な開閉弁２４が設けられている。更に、この排出管２３の窒素容器２０側の端部には、液化窒素Ｌ２の通過は許容するが後述する固体のドライアイスビーズＢ１の通過は阻止するような目開きを有する篩部２２が設けられている。
【００２６】
以上が設備の基本構成であるが、以下に、このような設備により実施される本実施形態のドライアイスビーズＢ１の製造方法（以下「本製造方法」と略称する）の詳細について説明する。
本製造方法は、以下に説明する滴下工程と分離工程とを順に実行することで、水などの不純物が少なく高硬度で且つ形状が整った均質なドライアイスビーズＢ１を製造する方法である。
そして、このようなドライアイスビーズＢ１は、ショットブラスト用の研掃剤やビーズミル用のビーズなどの粉砕用媒体として好適に利用可能である。即ち、このような不純物が少なく高硬度で且つ形状が整った均質なドライアイスビーズＢ１を粉砕媒体として利用して粉体対象物を粉砕すれば、不純物による粉砕対象物による変性を回避しながら高効率且つ高品質な粉砕が実現される。
以下に、本製造方法を構成する滴下工程と分離工程との詳細について、順に説明を加える。
【００２７】
〔滴下工程〕
本製造方法におけるにおける滴下工程の詳細を、図１に基づいて説明する。
滴下工程では、二酸化炭素容器１０内の液化二酸化炭素Ｌ１を窒素容器２０内の液化窒素Ｌ２に滴下し固化させて、当該液化窒素Ｌ２中にドライアイスビーズＢ１を生成する。即ち、調整弁３１を開弁した状態で、圧力調整弁２１の調整により窒素容器２０内の圧力を二酸化炭素容器１０内の圧力よりも低下させることで、二酸化炭素容器１０内の液化二酸化炭素Ｌ１は、接続管３０を通じて、窒素容器２０内に供給され、当該供給された液化二酸化炭素Ｌ１は、その接続管３０の端部３０ｂから液滴の状態で窒素容器２０内の液化窒素Ｌ２に滴下される。
【００２８】
そして、液化窒素Ｌ２に滴下された液化二酸化炭素Ｌ１は、表面張力により球状に纏まりながら、液化窒素Ｌ２により冷却されて固化される。これは、図３を参照して、同じ圧力下において、窒素の液相域（例えば窒素（Ｎ２）の状態図における斜線部分）が、二酸化炭素の液相域（例えば二酸化炭素（ＣＯ２）の状態図における斜線部分）よりも低温な固相域側に存在することに起因する。
このような滴下工程を実行することで、この滴下工程後の液化窒素Ｌ２中には、水などの不純物が少なく、緻密な球体を有することで高硬度なドライアイスビーズＢ１が生成されることになる。
【００２９】
液化窒素Ｌ２に滴下される液化二酸化炭素Ｌ１の液滴の体積は、その液滴が形成される接続管３０の端部３０ｂの形状やその端部３０ｂからの液化二酸化炭素Ｌ１の排出流量や液化二酸化炭素Ｌ１の表面張力等のパラメータに起因するものとなる。よって、それらパラメータが一定であることから、液化二酸化炭素Ｌ１の液滴の体積は安定し、結果、生成されたドライアイスビーズＢ１の粒子径が整ったものとなる。
【００３０】
この滴下工程は、空気中の水分の凝縮による浸入を抑制することができる密閉環境下で実行されている。即ち、上述したように二酸化炭素容器１０及び窒素容器２０は夫々密閉構造とされており、更に、滴下工程において、二酸化炭素容器内の液化二酸化炭素Ｌ１は、これら密閉構造の二酸化炭素容器１０と窒素容器２０とを接続する接続管３０を通じて窒素容器２０内に供給されて、窒素容器２０内の液化窒素Ｌ２に滴下される。このことで、水などの不純物が一層少ないドライアイスビーズＢ１が生成される。
【００３１】
また、この滴下工程では、ポンプ等の他の動力を必要とすることなく、二酸化炭素容器１０から窒素容器２０へ接続管３０を通じて液化二酸化炭素Ｌ１を供給することができる。即ち、滴下工程において、窒素容器２０の圧力調整弁２１を調整することにより、窒素容器２０内の圧力を二酸化炭素容器１０内の圧力よりも低下させることで、接続管３０に設けられた調整弁３１の開弁に伴って、その圧力差により、二酸化炭素容器１０から窒素容器２０へ接続管３０を通じて液化二酸化炭素Ｌ１が供給される。
【００３２】
具体的には、先ず、二酸化炭素容器１０内の圧力と窒素容器２０内の圧力との夫々を共に同じ初期設定圧力に設定した上で、調整弁３１を閉弁する。ここで、この初期設定圧力は、図３を参照して、二酸化炭素が液相であり且つ窒素が液相である範囲内とされており、具体的には、二酸化炭素の三重点での圧力（一般的には約０．５２ＭＰａＡ）以上、且つ、窒素の臨界点での圧力（一般的には３．３９ＭＰａＡ）以下とされている。そして、この状態において、圧力調整弁２１を調整して窒素容器２０の内圧を少しずつ減圧することで、二酸化炭素容器１０と窒素容器２０との間に圧力差が生じ、この圧力差により、二酸化炭素容器１０から窒素容器２０へ接続管３０を通じて液化二酸化炭素Ｌ１が供給されることになる。
【００３３】
更に、滴下工程における窒素容器２０内の圧力は、圧力調整弁２１を調整することにより、図３を参照して、昇温時に窒素が臨界状態となることを阻止するために、窒素の臨界点での圧力以下の範囲内において、二酸化炭素の蒸気圧曲線での圧力（例えば−５６．６℃で約０．５２ＭＰａＡ）以上に設定されており、例えば、本実施形態では、１ＭＰａＡ付近に維持されている。
即ち、このように窒素容器２０内の圧力を設定することで、接続管３０を通じて窒素容器２０内に供給された液化二酸化炭素Ｌ１が、液化窒素Ｌ２に滴下されて冷却される前の状態（図３の状態Ａ）で、二酸化炭素の蒸気圧曲線での圧力以下に減圧されてしまって気化することが抑制される。このことで、液化二酸化炭素Ｌ１はそのままの状態で液化窒素Ｌ２に滴下されて冷却されることで固化し（図３の状態Ｂを参照）、結果、液化窒素Ｌ２中に適正な粒子径のドライアイスビーズＢ１が生成されることになる。
【００３４】
〔分離工程〕
本製造方法におけるにおける分離工程の詳細を、図２に基づいて説明する。
図２に示すように、分離工程では、調整弁３１を閉弁して上述した滴下工程を終了した後に、窒素容器２０内の窒素Ｌ２，Ｇ２からドライアイスビーズＢ１を分離する。具体的に、この分離工程としては、効率良く略完全に液化窒素Ｌ２から固体のドライアイスビーズＢ１を分離するために、ろ過分離工程と気化分離工程とを順に実行する。以下、夫々の分離工程の詳細について順に説明する。
【００３５】
（ろ過分離工程）
図２（ａ）に示すように、分離工程として最初に実行するろ過分離工程では、排出管２３の開閉弁２４を開弁することで、窒素容器２０内の液化窒素Ｌ２を篩部２２でろ過しながら外部に排出する。このとき、ドライアイスビーズＢ１は篩部２２を通過することなく窒素容器２０内に残存することになる。
このろ過分離工程は、窒素容器２０内に液化窒素Ｌ２が若干残留することになり、ドライアイスビーズＢ１を完全に分離することはできないが、多くの液化窒素Ｌ２を簡単且つ短時間で外部に排出することができるため、後に実行する気化分離工程の高効率化や時間短縮に寄与するものとなる。
【００３６】
（気化分離工程）
図２（ｂ）に示すように、分離工程としてろ過分離工程の実行後に実行する気化分離工程では、窒素容器２０内の液化窒素Ｌ２を気化させて、当該窒素容器２０内にドライアイスビーズＢ１を残存させる。このとき気化した窒素ガスＧ２は、圧力調整弁２１を通じて外部に排出され、ドライアイスビーズＢ１は、液化窒素Ｌ２から略完全に分離されることになる。このように気化分離工程を実行した後に、窒素容器２０内から液化窒素Ｌ２から分離されたドライアイスビーズＢ１を取り出すことができる。
【００３７】
また、この気化分離工程において、圧力調整弁２１を調整したり、更には減圧ポンプにより窒素容器２０内の窒素ガスＧ２を強制的に外部に排出するなどして、窒素容器２０内を減圧させることで、液化窒素Ｌ２を気化させることができるが、必要に応じて液化窒素Ｌ２を加熱して、気化を促進させても良い。
尚、このとき、ドライアイスビーズＢ１の縮小や消失を防止するために、窒素容器２０内の圧力及び温度条件は、ドライアイスビーズＢ１の液化や昇華を抑制可能な条件に維持することが望ましい。
【００３８】
〔別実施形態〕
（１）上記実施形態では、液化二酸化炭素Ｌ１及び液化窒素Ｌ２への空気中の水分などの不純物の進入を抑制するために、二酸化炭素容器１０及び窒素容器２０を密閉容器で構成して滴下工程を密閉環境下で実行するように構成したが、このような不純物の進入が問題にならない範囲内で、二酸化炭素容器１０及び窒素容器２０を開放容器としても構わない。
【００３９】
（２）上記実施形態では、二酸化炭素容器１０と窒素容器２０とに圧力差を生じさせて、二酸化炭素容器１０から窒素容器２０へ接続管３０を通じて液化二酸化炭素Ｌ１を供給するように構成したが、送液ポンプにより液化二酸化炭素Ｌ１を供給するように構成しても構わない。
【００４０】
（３）上記実施形態では、窒素容器２０に供給された液化二酸化炭素Ｌ１の減圧による気化を抑制するために、窒素容器２０内の圧力を、二酸化炭素の蒸気圧曲線での圧力以上に設定したが、その気化が許容される範囲内において、窒素容器２０の圧力を、二酸化炭素の蒸気圧曲線での圧力未満に設定しても構わない。
【００４１】
（４）上記実施形態では、液化窒素Ｌ２からドライアイスビーズＢ１を分離する分離工程として、ろ過分離工程と気化分離工程とを順に実行するように構成したが、これらの分離工程のうち一方を省略したり、別の分離工程を実行しても構わない。
【００４２】
（５）上記実施形態では、本製造方法で製造されるドライアイスビーズの用途として、ショットブラスト用の研掃剤やビーズミル用のビーズなどの粉砕用媒体として利用する例を挙げたが、このドライアイスビーズを、一般的な冷却剤として利用しても良い。
【符号の説明】
【００４３】
１０    二酸化炭素容器
２０    窒素容器
２２    篩部
３０    接続管
Ｂ１    ドライアイスビーズ
Ｌ１    液化二酸化炭素
Ｌ２    液化窒素
Ｌ２    窒素
【図１】
2017171533.tif 000003
【図２】
2017171533.tif 000004
【図３】
2017171533.tif 000005