(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下端が開口した筒体と、該筒体内に液化炭酸ガスを噴出させて断熱膨張させるノズルとを備えたドライアイスの製造装置において、前記筒体の外周に傾斜管を螺旋状に設け、液化炭酸ガス供給源から液化炭酸ガスを供給する液化炭酸ガス供給管に前記傾斜管を接続し、該傾斜管の上部に、傾斜管内で気液分離したガス状炭酸ガスの抜出し部を設けるとともに、傾斜管の下部に、気液分離した液状炭酸ガスを前記ノズルに供給する液状炭酸ガス供給管を接続したことを特徴とするドライアイスの製造装置。
【請求項２】
前記傾斜管は、該傾斜管と液化炭酸ガス供給源とを接続する液化炭酸ガス供給管より大径であることを特徴とする請求項１記載のドライアイスの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ドライアイスの製造装置に関し、詳しくは、液化炭酸ガスを断熱膨張させることによってドライアイスを製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ドライアイスは、液化炭酸ガスをノズルから噴出させて断熱膨張させることによって製造されているが、液化炭酸ガス供給源（液化炭酸ガス貯槽（ボンベ））から供給される液化炭酸ガスは、配管途中で一部が気化して気液混合状態になっており、これをそのままノズルに供給すると、ドライアイスの生成効率や安定性が低下するため、ノズルに供給する前に気液分離を行い、分離した液状炭酸ガスのみをノズルに供給するようにしている。すなわち、ドライアイスの製造装置は、一般に、ノズルの上流側に気液分離器を備えており、該気液分離器でガス状炭酸ガスを分離した液状炭酸ガスをノズルに供給し、該ノズルからスノーホーンと呼ばれる下端が開口した筒体内に噴出させて液状炭酸ガスを断熱膨張させることにより、ドライアイスを製造している。
【０００３】
従来のドライアイス製造装置に用いられている前記気液分離器は、例えば、特開平４−８７９２７号公報や特開平６−２９３５０８号公報等に記載されているように、タンク形状のものであって、気液分離した液状炭酸ガスは、タンク底部から抜出し、ガス状炭酸ガスをタンク上部から抜出している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、タンク形状の気液分離器では、タンク内の貯液量が少なくなり、液面が低く（液深が浅く）なると、液化炭酸ガス供給源からの液化炭酸ガスの流入により、その液面が波立ってガス状炭酸ガスが液状炭酸ガス中に巻込まれ、液状炭酸ガスにガス状炭酸ガスが混ざった状態で気液分離器から流出してノズルに供給されてしまうことがあり、ドライアイスの安定した生産に悪影響を与えることがあった。
【０００５】
そこで本発明は、液化炭酸ガス供給源から供給される液化炭酸ガスの気液分離を確実に行うことができ、ノズルから液状炭酸ガスのみを噴出することにより、安定して効率よくドライアイスを製造することができるドライアイスの製造装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明のドライアイスの製造装置は、下端が開口した筒体と、該筒体内に液化炭酸ガスを噴出させて断熱膨張させるノズルとを備えたドライアイスの製造装置において、前記筒体の外周に傾斜管を螺旋状に設け、液化炭酸ガス供給源から液化炭酸ガスを供給する液化炭酸ガス供給管に前記傾斜管を接続し、該傾斜管の上部に、傾斜管内で気液分離したガス状炭酸ガスの抜出し部を設けるとともに、傾斜管の下部に、気液分離した液状炭酸ガスを前記ノズルに供給する液状炭酸ガス供給管を接続したことを特徴としている。
【０００８】
さらに、本発明では、前記傾斜管は、該傾斜管と液化炭酸ガス供給源とを接続する液化炭酸ガス供給管より大径であること、また、前記傾斜管が、前記筒体の外周に螺旋状に設けられていることを特徴としている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１乃至図３は、本発明のドライアイス製造装置の一形態例を示すもので、図１はドライアイス製造装置の概略図、図２は傾斜管における気液分離状態を示す模式図、図３は傾斜管と液化炭酸ガス供給管との接続状態の一例を示す断面平面図である。
【００１０】
ドライアイス製造装置は、液状炭酸ガスを噴出するノズル１を備えたスノーホーン２と、前記ノズル１に供給する液状炭酸ガスを得るために気液分離を行う傾斜管３と、原料となる液化炭酸ガスを供給する液化炭酸ガス貯槽４と、この液化炭酸ガス貯槽４内の液化炭酸ガスを前記傾斜管３に供給する液化炭酸ガス供給管５と、傾斜管３内で分離したガス状炭酸ガスを抜出すためのガス状炭酸ガス排気管６と、傾斜管３内で分離した液状炭酸ガスを前記ノズル１に供給するための液状炭酸ガス供給管７と、傾斜管３内の液面を検出するための差圧式液面計８と、ノズル１への液状炭酸ガスの供給を制御するための自動弁９と、ガス状炭酸ガスの排気量を制御するための自動弁１０及び保圧弁１１とにより形成されている。
【００１１】
前記スノーホーン２は、円筒状の筒体２ａと略半球状の頭部２ｂとからなるもので、筒体２ａの軸線を鉛直方向として開口が下向きになるように配設され、頭部２ｂに、前記ノズル１が設けられている。なお、液状炭酸ガスを噴出するノズル１の設置数や配置位置、その噴出方向は任意に設定することができ、筒体２ａ部分に設けてもよい。また、スノーホーン２の形状，径，長さ等は、所要のドライアイス製造能力に応じて適宜設定すればよい。
【００１２】
前記傾斜管３は、液化炭酸ガス貯槽４から液化炭酸ガス供給管５を介して供給される液化炭酸ガスの一部が、液化炭酸ガス供給管５への熱侵入により蒸発して発生したガス状炭酸ガスを分離するためのものであって、液化炭酸ガス供給管５より大径の配管で形成され、スノーホーン２の外周を所定の傾斜角で螺旋状に取巻くように設置されている。この傾斜管３の配管径及び傾斜角は、該傾斜管３内に流入した気液混合状態の炭酸ガスが層流状態で流れ、図２に示すように、分離した液状炭酸ガスＬが配管下部を下方に向かって流れるとともに、ガス状炭酸ガスＧが配管上部を上方に向かって流れる状態になるように、気液混合状態の炭酸ガスの供給量等によって設定する。
【００１３】
例えば、気液混合状態の炭酸ガスの流量が多い場合は、傾斜管３内における気液分離を十分な時間をかけて行えるように、該傾斜管３の径を大きくして管内での流速を低くしたり、傾斜角を小さくしたり、長さを長くしたりすればよい。
【００１４】
傾斜管３の形態は、液化炭酸ガスの供給量によって異なるが、通常は、液化炭酸ガス供給管５に対して１．５〜２倍程度の大径の配管、例えば液化炭酸ガス供給管５の呼び径が２０Ａの場合は３２Ａ程度の配管を使用し、傾斜角を水平面に対して３０度以下、好ましくは３〜１０度程度、長さを４０００〜５０００ｍｍ程度とし、液面（液深）が３００〜４００ｍｍ程度になるようにすればよい。これらの寸法等は、相互に関連するものであり、例えば傾斜管３の傾斜角を大きくし過ぎると、傾斜管３内に流入した液化炭酸ガスの流速が高くなって液面が波立つことがあるため、ガス状炭酸ガスが液状炭酸ガス中に巻き込まれて十分な気液分離が困難になるときがあり、逆に傾斜角を小さくし過ぎると、液状炭酸ガス中のガス状炭酸ガスが液面に浮上する速度が遅くなるため、この場合も十分な気液分離が困難になるときがある。いずれの場合も、液状炭酸ガスの流速とガス状炭酸ガスの浮上速度とを考慮すると、傾斜管３内の液状炭酸ガスの流速が毎秒０．３ｍ以下、特に、毎秒３０〜１００ｍｍ程度になるように配管の径や傾斜角を設定することが好ましい。
【００１５】
さらに、傾斜管３における気液混合状態の炭酸ガスの流入部は、図３に示すように、液化炭酸ガスが泡立つことなくスムーズに傾斜管３内に流入できるように、液化炭酸ガス供給管５との間に傾斜管３と同径の流入管３ａを介在させ、この流入管３ａを傾斜管３の接線方向に接続することが好ましい。また、流入管３ａの設置位置は、傾斜管３内の液相部に気液混合状態の炭酸ガスが直接流入することがなく、ガス状炭酸ガス排気管６から液状炭酸ガスが流出することがないように、傾斜管３の中間部より若干上方に設定することが好ましい。
【００１６】
なお、液化炭酸ガス貯槽４からスノーホーン２までの水平方向の距離が十分にある場合は、傾斜管３の一部又は全部を直線状に配置することも可能である。また、傾斜管３は全長にわたって全て同じ径である必要はなく異径配管が混在していてもよい。さらに、全てを同じ傾斜角にする必要もなく、一部を水平あるは鉛直方向にすることもできる。
【００１７】
上述のような傾斜管３を用いて液化炭酸ガスの気液分離を行うことにより、液化炭酸ガス供給管５から傾斜管３内に流入した液化炭酸ガス（気液混合状態の炭酸ガス）は、傾斜管３の傾斜に沿って下方に流れながら気液分離が行われ、分離した液状炭酸ガスは、比較的緩やかな流れで傾斜管３内に貯留されている液状炭酸ガスに流入するので、液面を波立たせることがなく、ガス状炭酸ガスが液状炭酸ガス中に巻込まれることがなくなる。万一、ガス状炭酸ガスが液状炭酸ガス中に巻込まれたとしても、液面部分から液状炭酸ガス供給管７の接続部までの距離を十分に長くしておくことができるので、その途中でガス状炭酸ガスを確実に分離でき、ノズル１にガス状炭酸ガスが混入した状態で供給されることがなくなる。
【００１８】
さらに、傾斜管３の上部と下部とにパイロット管８ａ，８ｂを接続し、傾斜管３内に溜まる液状炭酸ガスの液ヘッドが加わる傾斜管３の下部圧力と、傾斜管３の上部のガス部分の圧力との差圧から傾斜管３内の液面を検出する差圧式液面計８を設け、その検出液面によって自動弁１０を開閉制御することにより、傾斜管３内の液面を所定の範囲内に維持することができるので、ガス状炭酸ガスが混入した状態の液状炭酸ガスがノズル１に供給されることを確実に防止できる。
【００１９】
上記装置を使用してドライアイスを製造する際には、まず、配管内でドライアイスが生成して配管が閉塞されることを防止するため、液化炭酸ガス貯槽４に設けられているガス取出弁４ａを開き、貯槽内のガス状炭酸ガスを、液化炭酸ガス供給管５から気液分離用の傾斜管３や液状炭酸ガス供給管７等の各経路に供給し、これらを加圧するとともに冷却する。
【００２０】
各経路内が所定圧力になったら、液化炭酸ガス貯槽４のガス取出弁４ａを閉じて液取出弁４ｂを開き、液化炭酸ガスの供給を開始するとともに、傾斜管３内からガス状炭酸ガスを排気するために自動弁１０を開く。これにより、傾斜管３では、ガス状炭酸ガスが排気されながら液化炭酸ガス（気液混合状態の炭酸ガス）が流入する状態となり、気液分離された液状炭酸ガスが傾斜管３の下部に次第に貯留されてくる。
【００２１】
そして、傾斜管３内の液面が所定高さになったら自動弁９を開き、傾斜管３の下部から、ガス状炭酸ガスを含まない液状炭酸ガスを液状炭酸ガス供給管７を介してノズル１に供給し、スノーホーン２内に噴出させる。スノーホーン２内に噴出した液状炭酸ガスは、断熱膨張してドライアイスを生成し、生成したドライアイスは、スノーホーン２の下端開口から落下する。
【００２２】
また、差圧式液面計８の検出液面が所定高さになったら自動弁１０を閉じて排気を止め、検出液面が所定高さより低くなったら自動弁１０を開いて傾斜管３の上部のガス状炭酸ガスの排気、即ち傾斜管３内への貯液を行う。ドライアイスの製造運転中は、この動作を繰返すことにより、安定した状態で液状炭酸ガスをノズル１に供給することができる。
【００２３】
このように、傾斜管３で気液分離を行うことにより、ガス状炭酸ガスが混入していない十分に気液分離された液状炭酸ガスをノズル１へ供給できるので、常に安定した状態でドライアイスを製造することができる。また、傾斜管３をスノーホーン２の外周を取巻くように螺旋状に設置することにより、設置スペースの削減が図れ、タンク形状の気液分離器を設置する場合に比べて装置の大幅な小型化が図れる。
【００２４】
【実施例】
図１に示す構造の装置を使用してドライアイスを製造する実験を行った。装置各部の大きさなどは以下の通りである。
スノーホーン：全長５００ｍｍ，外径１３９．８ｍｍ
液状炭酸ガス噴出ノズル：頭部頂点を中心とした円周上に等間隔で４個
ノズル孔径：０．１ｍｍ
供給圧力：２０ｋｇｆ／ｃｍ２
供給量：３ｋｇ／ｍｉｎ
液化炭酸ガス供給管：呼び径２０Ａ
気液分離用の傾斜管：呼び径３２Ａ
螺旋部高さ：５８５ｍｍ
傾斜角：水平面に対して５度
液状炭酸ガス供給管：呼び径１０Ａ
その結果、安定した状態で運転を継続することができ、良好なドライアイスを連続的に得ることができた。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、所定の傾斜角を有する傾斜管によって効率よく気液分離を行うことができ、スノーホーン内に噴出させる液状炭酸ガスにガス状炭酸ガスが混入することを防止することができるので、安定した状態でドライアイスを製造することができる。また、傾斜管を螺旋状に配設することにより、タンク形状の気液分離器を使用した装置と比較して小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明のドライアイス製造装置の一形態例を示す概略図である。
【図２】  傾斜管内の気液分離状態を示す模式図である。
【図３】  傾斜管と液化炭酸ガス供給管との接続状態の一例を示す一部断面平面図である。
【符号の説明】
１…ノズル、２…スノーホーン、３…傾斜管、４…液化炭酸ガス貯槽、５…液化炭酸ガス供給管、６…ガス状炭酸ガス排気管、７…液状炭酸ガス供給管、８…差圧式液面計、９，１０…自動弁、１１…保圧弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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