JP2008145028A - 液化窒素ガスの間欠噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 コンベア上を移動する被冷却物に液体窒素を間歇的で的確に噴射させる。
【解決手段】大径な筒状に形成したカバー体２６の両端を閉塞して内部に液貯留室２７を設けて形成したサブクーラ２５の前記液貯留室２７一端と、気液分離器１２とを供給パイプ１３で連結し、同じく前記液貯留室２７の他端と、流量制御手段１６とを連結パイプ２９で接続し、一端に噴射ノズル２３を、他端に流量制御手段１６を連結した中間パイプ２２を前記サブクーラ２５の液貯留室２７の中央軸心方向に貫通させて形成し、前記気液分離器１２から送液された液体窒素を前記液貯留室２）に流入させ、該液貯留室を貫通している中間パイプ２２を冷却して連結パイプ２９から流量制御手段１６、中間パイプ内を流通して噴射ノズル２３から液化窒素ガスを被冷却物に間欠的に噴射可能に形成したことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、特殊ランプや冷凍食品などの被冷却物に液体窒素を間欠的に噴射してガスの封入や食品の冷凍・冷却をする噴射装置に関する。

従来、キセノンランプや水銀ランプなどの特殊ランプの製造工程、またはアイスクリームやかき氷などの冷凍食品の製造工程において、前記特殊ランプや冷凍食品（以下、被冷却物という）に液化窒素ガスを噴射して被冷却物に特殊ガスを封入したり、または冷凍または冷却することが行われている。これら被冷却物に特殊ガスを封入したり、冷却・冷凍する場合、被冷却物、例えば、特殊ランプの場合は、噴射ノズルから連続的に噴射されている液化窒素ガスの中をベルトライン上の半製品状態のガラス容器を通過させながら水素バーナーでガラス容器を焼き切って内部に特殊ガスを封入する作業が行われる。一方、冷凍食品の場合は、同じく噴射ノズルから連続的に噴射されている液化窒素ガスの中を、半製品状態でベルトライン上を移動する食品を通過させながら冷凍・冷却して保存室に収容する作業が行われている。

特殊ガスの封入や食品の冷凍・冷却に使用される液体窒素は、−１９６℃の超低温であるため、液体窒素を送液するパイプラインや噴射ノズル付近の接続パイプの温度は、液体窒素とほぼ同じ−１９６℃に近い状態にして噴射ノズルからスムースに液化窒素ガスとして噴射している。したがって、前記装置に使用される噴射ノズルやパイプの温度が上昇すると、該噴射ノズルや接続パイプ内を流通する液体窒素も温められて気化しやすくなる。さらにはこの装置に使用される噴射ノズルやパイプは径が細いため、パイプ内で液体窒素が気化すると断熱膨張により通路を塞ぎ流れが悪くなるおそれがある。

前記凍食品を製造する場合、製造工場室内の大気温度下で、完成した直後の製品をベルトラインに乗せると、製品が十分に硬化していないため搬送途中で形が崩れたり、搬送中に表面が融けやすく、そのままの状態で液化窒素ガスを噴射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などの問題が起きやすい。そこで、ベルトコンベアをなるべく大気から遮断して温度変化の少ないトンネル内に収容し、該トンネル内の所定個所に噴射ノズルを取付けることにより噴射ノズルやパイプの温度上昇を防止し、トンネル内を移動する被冷却物に液化窒素ガスを連続的に噴射して冷却・冷凍することが行われている。

特殊ランプの製造工程において使用される特殊ガスとは、窒素ガスをはじめキセノンガス・ネオンガス・アルゴンガスなどを言い、前記特殊ガスのうち例えば、液化窒素ガスを使用してガラス容器内に封入する場合、前記したごとく、噴射ノズルから連続的に噴射し続けている液化窒素ガスの中を一定間隔で搬送されてくる半製品を通過させながらガラス容器内に窒素ガスを注入し、該ガラス容器を水素バーナーで焼き切って窒素ガスを封入している。この作業工程において、窒素ガスの噴射位置に半製品がない状態でも窒素ガスは噴射ノズルから連続的に噴射されている。

液化窒素ガスは、−１９６℃の超低温であるため、液体窒素を送液するパイプラインや噴射ノズル付近の接続パイプ温度が液体窒素とほぼ同じ温度の状態のときは液化状態でスムースに流れるが、例えば、半製品が噴射ノズルの位置にきたときだけ液化窒素ガスを噴射しようとすると、送液停止中に送液パイプや噴射ノズルが大気温度で温められ、再度、噴射ノズルから噴射しようとすると、送液された液体窒素が送液パイプ内で気化し、パイプを塞いで流れが悪くなったり、液化状態の液化窒素ガスを噴射ノズルから噴射させるのに時間がかかったりし、コンベア上を移動する半製品ランプに必要量の特殊ガスを封入することが困難となる。そのため、無駄ではあるが製造工程において作業中は、被冷却物が通過すると否とにかかわらず、噴射ノズルから液化窒素ガスを連続的に噴射させている。

そこで液体窒素を連続的でなく、被冷却物が所定箇所に来たときに所定量の液化ガスを間欠的に噴射させる手段として噴射ノズルに電磁弁を取付け、該電磁弁をＯＮ/ＯＦＦさせることにより液体窒素を間欠的に噴射させることが行なわれている。しかし、この電磁弁と噴射ノズルとを連結するパイプには熱を遮断する断熱カバーが取付けられていないため、ＯＦＦ状態が５秒から１０秒程度の短い場合は良いが、１０秒以上に長くなるとパイプが大気温度で温まり、一定時間経過後に電磁弁をＯＮにしたとき、瞬時に所定量の液体窒素を被冷却物に噴射させることが困難になる場合がある。

電磁弁をＯＮ/ＯＦＦさせて液体窒素を間欠的に噴射させて被冷却物を冷却する場合、電磁弁と噴射ノズルとの間に取付けたダクト（パイプ）が大気温度で温まりコンベア上を移動する被冷却物に液体窒素を的確に噴射することが困難となるのを防止するため、電磁弁をＯＮにしたとき液体窒素が流下するダクトに窒素気体を混入し、該窒素気体の圧力を利用して的確に必要量の液体窒素を被冷却物に噴射させるようにしたものが知られている（特許文献１）。
特開平１１−１２７８３０号

しかし、この発明は、電磁弁と噴射ノズルとの間に取付けたダクトに別回路の窒素ガスを混入して液体窒素を噴射させるため、その構造が複雑でコストが高く不経済であるという問題点を有している。

そこで本発明は、液化窒素ガスを間欠的に噴射させるとき、電磁弁と噴射ノズルとの間に取付けた中間パイプが大気温度で温まるのを防止し、液体窒素の流通が一旦停止した後でも、噴射ノズルから液化窒素ガスをスムースに噴射させる装置を提供することを目的とする。

請求項１の発明は、液体窒素を充填した液体窒素タンク１１と、液体窒素のガスを分離する気液分離器１２と、液体窒素の流量・圧力を制御する流量制御手段１６と、被冷却物に液化窒素ガスを噴射する噴射ノズル２３と、前記流量制御手段１６と噴射ノズル２３との間に取付けた中間パイプ２２に、該中間パイプを冷却する液貯留室２７を有したサブクーラ２５を取付けてなり、前記サブクーラ２５の液貯留室２７に送液された液体窒素で、該サブクーラ内を貫通している中間パイプ２２を冷却することにより、前記噴射ノズル２３から被冷却物に液化窒素ガスを間欠的に噴射可能に形成したことを特徴とする。また、前記流量制御手段１６は、制御回路のＯＮ、ＯＦＦによって弁口が開閉する電磁弁１７と、流量を調節するニードル弁１８と、噴射ノズル２３から噴射する液体窒素の圧力を計測する圧力計１９とからなることを特徴とする。さらに、前記サブクーラ２５は、大径な筒状に形成したカバー体２６の両端を閉塞して内部に液貯留室２７を形成し、該液貯留室の一端と前記気液分離器１２とを供給パイプ１３で連結し、液貯留室２７の他端と前記電磁弁１７とを連結パイプ２９でそれぞれ接続して形成したことを特徴とする。さらにまた、前記サブクーラ２５は、前記噴射ノズル２３から液化窒素ガスを間欠的に噴射する間欠時間に比例してカバー体２６の径を変えることにより液貯留室２７内の体積を増減させて冷却時間を調整可能に形成したことを特徴とする。

したがって、中間パイプをサブクーラの液貯留室に貫通させてあるため、電磁弁がＯＦＦ状態のときでも液貯留室内の液体窒素で冷却され、大気温度による中間パイプの温度上昇を防止することができ、電磁弁を再度ＯＮにしたとき直ぐに噴射ノズルから液化状態の液体窒素を噴射させることができるので液化窒素ガスの無駄を防止することができる。

請求項５の発明は、大径な筒状に形成したカバー体２６の両端を閉塞して内部に液貯留室２７を設けて形成したサブクーラ２５の前記液貯留室２７の一端と、気液分離器１２とを供給パイプ１３で連結し、同じく前記液貯留室２７の他端と、流量制御手段１６とを連結パイプ２９で接続し、一端に噴射ノズル２３を、他端に流量制御手段１６を連結した中間パイプ２２を前記サブクーラ２５の液貯留室２７の中央軸心方向に貫通させて形成し、前記気液分離器１２から送液された液体窒素を前記液貯留室２７に流入させ、該液貯留室を貫通している中間パイプ２２を冷却して連結パイプ２９から流量制御手段１６、中間パイプ内を流通して噴射ノズル２３から液化窒素ガスを被冷却物に間欠的に噴射可能に形成したことを特徴とする。また、前記制御手段１６は、制御回路のＯＮ、ＯＦＦによって弁口を開閉する電磁弁１７と、液体窒素の流量を調節するニードル弁１８と、噴射ノズル２３から噴射する液化窒素ガスの圧力を計測する圧力計１９とからなることを特徴とする。

したがって、サブクーラ２５の液貯留室２７に中間パイプ２２を貫通させたことにより、電磁弁１７がＯＦＦ状態のときでも中間パイプ２２を液体窒素で冷却して大気温度による温度上昇を防止することにより、再度電磁弁１７をＯＮにしたとき、瞬時に噴射ノズル２３から液化状態の液体窒素ガスを間欠的に噴射させることができるので液化窒素ガスの無駄を防止することができる。

本発明に係る実施の形態を図面により説明すると、図１は本発明にかかる液化窒素ガスの間欠噴射装置の模式図、図２は本発明にかかるサブクーラの側面図、図３は図２の平面図、図４はサブクーラの要部拡大断面図ある。液化窒素ガスの間欠噴射装置１０は、超低温ガス供給源（液体窒素）を充填した液体窒素タンク１１と、気液分離器１２と、液体窒素の流量・圧力を制御する制御手段１６と、前記制御手段１６により液化窒素ガスを間欠的に噴射させる噴射ノズル２３と、該噴射ノズルと前記制御手段１６との間に取付けた中間パイプ２２に、サブクーラ２５を取付けて構成してある。

前記気液分離器１２は、液体窒素タンク１１から送液された液体窒素を送液する供給パイプ１３と、分離した気化ガスを排出する排気パイプ１４とを取付け、液体窒素は前記供給パイプ１３の先端に取付けたサブクーラ２５に流通し、気化ガスは排気パイプ１４に取付けた排気バルブ１５を開閉して大気中に放出可能に形成してある。

前記制御手段１６は、液体窒素の流れを電気的な制御手段（図示せず）によってＯＮ/ＯＦＦする電磁弁１７と、流量を制御するニードル弁１８と、該ニードル弁と前記噴射ノズル２３との間に取付けた中間パイプ２２の噴射ノズル２３付近に圧力計１９を取付けて形成してある。この噴射ノズル２３は、０，２ｍｍ〜２ｍｍ程度の内径を有するパイプを使用し、ガス圧力を０，０２〜０，５Ｍｐａのガス圧力でミスト状にした液化窒素ガスを噴射させる。

前記サブクーラ２５は、大径な筒状に形成したカバー体２６の両端を閉塞して内部に液貯留室２７を形成し、該液貯留室の軸心方向に前記中間パイプ２２のほぼ全体を貫通して形成してある。このサブクーラ２５の液貯留室２７の一端と、前記気液分離器１２とを供給パイプ１３で連結し、同じく液貯留室２７の他端と、前記流量制御手段１６の電磁弁１７とを連結パイプ２９で接続してある。

前記気液分離器１２から送液された液体窒素は、供給パイプ１３を介してサブクーラ２５の液貯留室２７に送液され、該液貯留室を貫通している中間パイプ２２を冷却して反対側の連結パイプ２９から電磁弁１７に送液される。さらに液体窒素は、この電磁弁１７の開閉により前記ニードル弁１８と中間パイプ２２を流通して噴射ノズル２３から液化窒素ガスとして間欠的に被冷却物３６に噴射して冷却する。

前記サブクーラ２５の液貯留室２７に貫通してある中間パイプ２２は、前記電磁弁１７が閉口されているときは該液貯留室に貯留されている液体窒素で冷却され、電磁弁１７が開口して液体窒素が流通するときは該液貯留室内を流れる液体窒素により常に冷却されている。

前記サブクーラ２５の液貯留室２７に貯留される液体窒素の量は、間欠的に噴射させる待ち時間にもよるが、通常、１０秒〜３０秒間隔で５秒間噴射する場合と、約６０秒間隔で噴射させる場合とでは、液体窒素の気化時間が相違するため、カバー体２６の体積を相違させることにより貯留量を調節することができる。

液体窒素タンク１１からサブクーラ２５に液体窒素を送液する供給パイプ１３と、サブクーラ２５と電磁弁１７とを連結してある連結パイプ２９には、大気温度によりパイプが温められて液体窒素が気化するのを防止するため、パイプ全体を断熱材（図示せず）で断熱して温度上昇を防止してある。

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、気液分離器１２により液体窒素タンク１１内で気化したガスを分離して排気パイプ１４から大気中に放出し、液体窒素は供給パイプ１３からサブクーラ２５を介して制御手段１６である電磁弁１７まで送液される。

最初に電磁弁１７をＯＮにすると、サブクーラ２５の液貯留室２７内に液体窒素が貯留されていないこと、および、中間パイプ２２も大気温度に近いため噴射ノズル２３からは気化ガスが噴出する。しかし、サブクーラ２５の液貯留室２７を液体窒素が満たされ、該液貯留室に貫通されている中間パイプ２２を冷却して電磁弁１７から噴射ノズル２３を介してスムースに液化窒素ガスを噴射させることができる。

電磁弁１７のＯＮ／ＯＦＦは、ベルトコンベア３５上を搬送される被冷却物３６の間隔にあわせて制御手段（図示せず）によって制御され、被冷却物３６の種類によってそれぞれ間欠的に噴射する間隔を相違させてＯＮ／ＯＦＦさせる。サブクーラ２５の液貯留室２７に貯留された液体窒素は、電磁弁をＯＮ（開口）にするとニードル弁１６から圧力計１７を介して予め設定された所定流量と所定圧力とで噴射ノズル２３から液化ガスとしてベルトコンベア３５上の被冷却物３６に対し、通常１０秒〜３０秒間隔で約５秒間噴射させて窒素ガスを封入したり食品の冷却を行っている。

次いで、電磁弁がＯＦＦ（閉口）になると、気液分離器１２から送液された液体窒素は、サブクーラの液貯留室２に貯留され、噴射ノズル２３と中間パイプ２２内の液体窒素は大気中で自然気化する。しかし、中間パイプ２２は、サブクーラ２５の液貯留室２７内を貫通させて配管してあるため、液貯留室２７に貯留された液体窒素で常に冷却されている。そのため、電磁弁１７がＯＦＦ状態で、中間パイプ２２内に液体窒素が流通していない状態が長く続いても、大気温度で中間パイプ２２が加熱されることなく次の開弁時間までの間、所定の低温状態を維持させることができる。

以上のごとく、本発明は、一定間隔で搬送されるコンベア３５上の被冷却物３６に対し、液化窒素ガスを間欠的で的確に噴射させることができるので、噴射ムラによる被冷却物の歩留まりを防止することができると共に、無駄な液体窒素の放出を防止することができるので大変経済的である。また、サブクーラ２５の液体窒素を貯留する容量を電磁弁１７の閉口時間の長短によってサブクーラの体積を相違させることにより対応することもできる。

本発明にかかる液体窒素ガスの間欠噴射装置の模式図である。 本発明に係るサブクーラの側面図である。 サブクーラの平面図である。 サブクーラの要部拡大断面図である。

符号の説明

１０ 液体窒素ガスの間欠噴射装置
１１ 液体窒素ガスタンク
１２ 気液分離器
１３ 供給パイプ
１６ 流量制御手段
１７ 電磁弁
１８ ニードル弁
１９ 圧力計
２２ 中間パイプ
２３ 噴射ノズル
２５ サブクーラ
２６ カバー体
２７ 液貯留室
２９ 連結パイプ

Claims (6)

1. 液体窒素を充填した液体窒素タンク（１１）と、
   液体窒素のガスを分離する気液分離器（１２）と、
   液体窒素の流量・圧力を制御する流量制御手段（１６）と、
   被冷却物に液化窒素ガスを噴射する噴射ノズル（２３）と、
   前記流量制御手段（１６）と噴射ノズル（２３）との間に取付けた中間パイプ（２２）に、該中間パイプを冷却する液貯留室（２７）を有したサブクーラ（２５）を取付けてなり、
   前記サブクーラ（２５）の液貯留室（２７）に送液された液体窒素で、該サブクーラ内を貫通させた中間パイプ（２２）を冷却することにより、前記噴射ノズル（２３）から被冷却物に液化窒素ガスを間欠的に噴射可能に形成したことを特徴とする液化窒素ガスの間欠噴射装置。
2. 前記流量制御手段（１６）は、制御回路のＯＮ、ＯＦＦによって弁口が開閉する電磁弁（１７）と、流量を調節するニードル弁（１８）と、噴射ノズル（２３）から噴射する液体窒素の圧力を計測する圧力計（１９）とからなることを特徴とする請求項１記載の液化窒素ガスの間欠噴射装置。
3. 前記サブクーラ（２５）は、大径な筒状に形成したカバー体（２６）の両端を閉塞して内部に液貯留室（２７）を形成し、該液貯留室の一端と前記気液分離器（１２）とを供給パイプ（１３）で連結し、液貯留室（２７）の他端と前記電磁弁（１７）とを連結パイプ（２９）でそれぞれ接続して形成したことを特徴とする請求項１記載の液化窒素ガスの間欠噴射装置。
4. 前記サブクーラ（２５）は、前記噴射ノズル（２３）から液化窒素ガスを間欠的に噴射する間欠時間に比例してカバー体（２６）の径を変えることにより液貯留室（２７）内の体積を増減させて冷却時間を調整可能に形成したことを特徴とする請求項１または３記載の液化窒素ガスの間欠噴射装置。
5. 大径な筒状に形成したカバー体（２６）の両端を閉塞して内部に液貯留室（２７）を設けて形成したサブクーラ（２５）の前記液貯留室（２７）一端と、気液分離器（１２）とを供給パイプ（１３）で連結し、同じく前記液貯留室（２７）の他端と、流量制御手段（１６）とを連結パイプ（２９）で接続し、一端に噴射ノズル（２３）を、他端に流量制御手段（１６）を連結した中間パイプ（２２）を前記サブクーラ（２５）の液貯留室（２７）の中央軸心方向に貫通させて形成し、前記気液分離器（１２）から送液された液体窒素を前記液貯留室（２７）に流入させ、該液貯留室を貫通している中間パイプ（２２）を冷却して連結パイプ（２９）から流量制御手段（１６）、中間パイプ内を流通して噴射ノズル（２３）から液化窒素ガスを被冷却物に間欠的に噴射可能に形成したことを特徴とする液化窒素ガスの間欠噴射装置。
6. 前記制御手段（１６）は、制御回路のＯＮ、ＯＦＦによって弁口を開閉する電磁弁（１７）と、液体窒素の流量を調節するニードル弁（１８）と、噴射ノズル（２３）から噴射する液化窒素ガスの圧力を計測する圧力計（１９）とからなることを特徴とする請求項５記載の液化窒素ガスの間欠噴射装置。

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