JP2008133983A - Ultra low temperature gas generator - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to a cryogenic gas generator for spraying and cooling a liquid nitrogen in the form of mist on an object to be cooled, for example, frozen confectionery such as frozen food or frozen confectionery.
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。 Conventionally, when a frozen object such as frozen food or frozen confectionery (such as ice cream or shaved ice) is industrially produced, the completed frozen confectionery is carried into a curing room or a storage room and cured.
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。 When the frozen dessert is, for example, soft ice cream, it is not yet fully cured immediately after the product is completed, so that it is likely to lose its shape when transported as it is. In the case of shaved ice, the surface melts during transportation, and when it is carried into the curing chamber or storage chamber as it is, the melted portion is re-iced as it is, thereby reducing the commercial value. Therefore, when the finished frozen dessert is conveyed by a belt conveyor or the like, the belt conveyor is accommodated in a tunnel-shaped room, and a refrigerant such as chlorofluorocarbon or ammonia gas is sent into the room by a compressor and a fan for cooling. Although so-called indirect cooling is performed, the cooling effect is not sufficient for the large-scale apparatus.
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)。
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。 Since liquid nitrogen is an extremely low temperature of −196 ° C., it reacts even with a slight temperature change, and it is difficult to generate a stable mist gas, and a very advanced technique is required for the generation of mist gas.
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。
Furthermore, as shown in FIG. 7, the low
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。 The vaporized gas released into the atmosphere is discharged without being used as a cold heat source even though it is at a low temperature of about −70 ° C. to −100 ° C., so that the cold energy is wasted. Has a point.
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。
The
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。
Further, when the diameter of the
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)。
Accordingly, it is difficult to stably spray the liquefied gas in the form of a mist for a long time, and the diameter of the spray nozzle is technically difficult to reduce to 0.5 mm or less. Mist gas was not generated in lieu of the liquefied gas ejected from the tank, which was wasteful. Therefore, in order to cool the inside of the
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。 Therefore, in the present invention, a large number of small spray holes of 0.15 to 0.25 mm are provided in at least one long spray pipe, and a liquefied gas is sprayed from each of the spray holes to generate a large amount of mist gas. Furthermore, by heating the vaporized gas that has been released to the atmosphere to a predetermined temperature and mixing it with mist gas, it is possible to generate a cooling gas with high cooling efficiency that does not cause liquefaction even when used for a long time. An object of the present invention is to provide an apparatus capable of performing the above.
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。
In the present invention, a gas-
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。
Accordingly, the liquefied gas is efficiently sprayed in the form of mist efficiently from the small-
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。
FIG. 1 is an explanatory view of an ultra-low temperature gas generator according to the present invention, FIG. 2 is a sectional view of a mist mixer according to the present invention, and FIG. A sectional view, FIG. 4 is a principal enlarged sectional view showing a spray hole of a spray pipe, and FIG. 5 is a principal enlarged sectional view of a gas nozzle shaft. The ultra-low
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。
The
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。
The
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。
Therefore, the liquefied gas ejected from the
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。
As shown in FIG. 5, the
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。
The liquefied gas supply path La for sending the liquefied gas from the
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。
A gas supply path Lb for sending the vaporized gas separated by the gas-
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。
The heating means 42 includes, for example, a thermostat 43, a heater 44, and a fan 45, and the thermostat 43 is turned on / off at a set temperature designated by the
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。
After the vaporized gas is separated by the gas-
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。
Hereinafter, the operation of the embodiment of the present invention will be described. The liquid nitrogen in the
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。
If the pressure, flow rate, and temperature of the liquefied gas are not properly controlled, for example, if the liquefied gas temperature near the spray hole is too low, boiling vaporization near the outlet 26b of the spray hole does not start, and mist formation due to adiabatic expansion occurs. If the liquefied gas that does not occur flows out into the atmosphere, or if the temperature in the vicinity of the spray hole inlet 26a is too high, boiling vaporization starts at the outlet 26b of the
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。
Therefore, the pressure and flow rate of the liquefied gas are appropriately controlled by the liquid flow rate adjusting means 15, the spray holes 26 of the
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。
As shown in FIG. 3, the
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。
It is possible to discharge only the liquefied gas into the
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。
Therefore, the gas supply path Lb composed of the
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。
The temperature of the vaporized gas is controlled by controlling the thermostat 43, the heater 44, and the fan 45, which are the heating means 42, by the
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。
When installing the ultra-low
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。
By freezing the object to be cooled in the mist gas atmosphere generated by the low-
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
DESCRIPTION OF
Claims (3)
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。 A gas-liquid separator (13) that separates liquefied nitrogen in the liquefied nitrogen tank (11) into liquefied gas and vaporized gas,
A liquefied gas supply path (La) for sending liquid to the spray pipe (25) in the mist mixer (20) via the liquid flow rate adjusting means (15), the vaporizer (41), the heating means (42), and the gas-liquid A vaporized gas supply path (Lb) for supplying gas to the gas nozzle shaft (35) in the mist mixer (20) via the separator (46) and the gas flow rate adjusting means (47);
The liquefied gas fed to the mist mixer (20) is sprayed as mist gas into the horn body (21) from the spray hole (26) of the spray pipe (25),
The vaporized gas is jetted as vaporized gas from the nozzle hole (39) of the gas nozzle shaft (35) into the horn body (21) by controlling the temperature by the heating means (42) of the vaporized gas supply path (Lb). An ultra-low temperature gas generator characterized in that an ultra-low temperature gas is generated by mixing a gas and a mist gas in the horn body (21).
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。 The mist mixer (20) includes a horn body (21) formed in a cylindrical shape by providing an opening (22) at one end and a mounting portion (23) at the other end,
At least one spray pipe (25) provided with a plurality of spray holes (26) for closing the tip and ejecting the liquefied gas at regular intervals in the longitudinal direction;
A gas nozzle provided with a neck portion (37) formed with a substantially different diameter at the front end of the nozzle body (36), and a plurality of nozzle holes (39) for injecting the vaporized gas to the tapered portion (38) of the neck portion. The axis (35)
The spray pipe (25) and one end of the gas nozzle shaft (35) are respectively attached to the mounting portion (23) of the horn body (21), and the spray pipe (25) is connected to the liquefied gas supply path (La) and the gas nozzle shaft (35). The ultra-low temperature gas generator according to claim 1, wherein the vaporized gas supply passages (Lb) are connected to each other.
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