JP3592585B2

JP3592585B2 - 所望するスノー用の調節を有する水平二酸化炭素スノーホーン

Info

Publication number: JP3592585B2
Application number: JP20614699A
Authority: JP
Inventors: ジョージ・ディー・ローズ
Original assignee: プラクスエア・テクノロジー・インコーポレイテッド
Priority date: 1998-07-22
Filing date: 1999-07-21
Publication date: 2004-11-24
Anticipated expiration: 2019-07-21
Also published as: US6023941A; KR100462932B1; KR20000011862A; EP0974554A2; EP0974554A3; ES2166213T3; CA2278400A1; CA2278398C; MY116041A; CN1134635C; JP2000072428A; CA2278398A1; EP0974554B1; BR9902988A; CA2278400C; CN1242502A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷却系において用いるＣＯ_２スノーホーンに関し、特に液体ＣＯ_２から固体ＣＯ_２スノーを製造するための方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液体二酸化炭素は、二酸化炭素を液化圧力に圧縮することによって三重点温度−５６．６℃と臨界点温度３１℃との間の任意の温度で存する。液化圧力は、温度約０°〜３０℃において、５０５．４〜１０４５．８ｐｓｉａ（３．４８〜７．２１ＭＰａ）である。冷媒として用いられる液体二酸化炭素は、三重点圧力７４．７ｐｓｉａ（０．５２ＭＰａ）よりも高く保たれ、温度約１０９°Ｆ（４２．８℃）において圧力降下を受けてそれを固体スノー粒子に転化させるのが普通である。液体二酸化炭素スノーを生じるための現在利用可能な装置は、スノー生成圧力降下のためにオリフィスを利用するのが普通である。スノーを使用点までの途中で暖かい空気によって気化させないために、通常膨張面積を有するチューブがオリフィスの回りに使用される。このチューブは、「スノーホーン」と呼ばれる。技術の現状のオリフィス注入を使用するスノーホーンは、例えばフリーザー送り込みコンベヤーとフリーザーコンベヤーとの間の生成物を凍結させるのに垂直配置から下方向に排出するように位置される。それらは、送り込み生成物をフリーザーベルトに生成物を損傷させないで運び戻すのに過度のコンベヤー長さを要求するように、相当の垂直距離を要する。高さ要求を低減させるのに、これらのホーンにタイルが張られる場合に、それらは、霜を蓄積するのが普通であり、造られたＣＯ_２スノーを確実に排出することができないのがしばしばである。信頼できないスノー排出は、生成物冷却が一様でなくかつ顧客満足が一層低いことを意味するのが普通である。更に、オリフィス膨張並びに付随する高速スノー及び蒸気流は、ほとんどの作業員に対して刺激性の高いピッチ音が伴われる。
【０００３】
従来の技術は、前述した問題を首尾良く解決していない。あるものは、米国特許第４，４１５，３４６号に開示されている通りに、ホーンの内表面を下る強い下方向流れを作るために、スノーホーンの直径上に孔を開けたオリフィスプラグを試みた。他のものは、米国特許第３，６６７，２４２号に開示されている通りに、ホーンの内表面を下る渦流パターンを作るために、直径の中心を外れたオリフィス孔を開けた。
【０００４】
米国特許第４，０１５，４４０号及び同第３，６６７，２４２号に開示されている通りに、主に生成されるスノーの量を改善しようとして、スノーホーンを流入する液で覆うことがなされた。これらのスノーホーンは、他の従来技術デバイスと同じオリフィスタイプの注入を有するが、ホーンの内表面上の液温が一層暖かいことから、閉塞に対してそれ程に敏感でないことが分かった。このタイプのホーンは、非ジャケット式ホーンに比べて一層費用がかかる傾向にあるが、流入する二酸化炭素液を冷却する際に、転化されたスノーのいくらかが失われるので、それは、スノーを一層転化させるのにそれ程に有効でない。
【０００５】
ＣＯ_２スノー速度を減少させるための種々のスキームが試みられてきた。運動エネルギーが複数の収束注入によって吸収されたと主張されるが、成功の証が欠けている。そのような知られている試みでは、米国特許第４，６５２，２８７号に記載されている通りに、慣用の膨張面積スノーホーンが終局的に使用される。米国特許第４，３７５，７５５号は、発生された固体二酸化炭素をスノーホーンから取り除くのを助成するのに周囲空気を加えることを利用するスノーホーンについて記載している。空気が冷却されるにつれて空気から凝縮される水分は、表面温度が３２°Ｆ（０．０℃）以下のホーン表面上で直ぐにウオーターアイスを生じるのが認められた。これは、流れパターンを変更し、終局的にはホーンを閉塞するに至る。
【０００６】
よって、フリーザー送り込みコンベヤーとフリーザーコンベヤーとの間のような限られた空間において使用するための信頼し得る連続作業スノーホーンについての長く意識された要求が存在する。従来技術のスノーホーンは、できるだけ垂直位置に近いところで作業することに応力を加えてきたのが普通であり、知られている従来技術の内で、水平な又はわずかに上方向にタイルを張った位置における信頼し得る連続作業を得たものはない。これは、ベルトスノーイング用途において、生成物送り込みコンベヤーを、ホーン高さを垂直配置に適応させるためにフリーザーベルトの上に十分に高くしなければならいことを意味する。凍結させるべき生成物を、生成物損傷を防ぐためにフリーザーベルト上に静かに置かなければならいので、生成物をフリーザーベルトに戻すのに、費用の掛かるコンベヤー長さが要求される。更に、従来技術の内で、オリフィス膨張の騒音レベルを指向したものはない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術の問題及び欠陥を心に留めて、従って、本発明の目的は、フリーザー送り込みコンベヤーとフリーザーコンベヤーとの間のような限られた空間において使用するための信頼し得る連続作業可能なスノーホーンを提供するにある。
【０００８】
本発明の別の目的は、水平な又はわずかに上方向にタイルを張った位置における信頼し得る連続作業をもたらすスノーホーンを提供するにある。
【０００９】
発明のそれ以上の目的は、作業中騒音レベルを小さくする固体二酸化炭素を製造するためのスノーホーンを提供するにある。
【００１０】
本発明のなお別の目的は、二酸化炭素スノーの凝集度を変えるために調節可能なそのようなスノーホーンを提供するにある。
【００１１】
発明の更にその他の目的及び利点は、明細書から明らかになるものと思う。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
当業者にとって明らかになると思う上記の及びその他の目的及び利点は、装置が、液体ＣＯ₂の流れを受けるための送り込みチューブ、固体ＣＯ₂を分散させるための、該送り込みチューブよりも大きな横断面を有する排出チューブ、及び装置内に配置された、液体ＣＯ₂を膨張させて固体ＣＯ₂を製造するための、複数の連続した連接された（ｌｉｎｋｅｄ）通路を有する多孔質膜を含む、液状形態のＣＯ₂から固体ＣＯ₂を製造するための方法及び装置を指向する本発明において達成される。予期される通りに、送り込みチューブ及び排出チューブは、送り込みチューブ排出端部が、排出チューブの中に伸びる長さが調節可能であるように接続される。
【００１３】
更に、排出チューブを、使用において非鉛直角に、好ましくは水平な又は実質的に水平な角度に配置することを意図する。排出チューブが水平な又は実質的に水平な配置にある場合に、固体ＣＯ_２を製造する手段を提供する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
新規であると考える発明の特徴及び発明の特性を示す要素は、特に特許請求の範囲に記載する。図は、単に例示するためのものであり、縮尺通りには描いていない。しかし、発明それ自体は、構成及び作業方法の両方に関し、下記の詳細な説明を添付図と共に参照することによって最も良く理解されよう。
【００１５】
発明の好適な実施態様を記載する際に、本明細書中、図面の図１〜９を参照することになり、図中、類似の数字は、発明の類似の特徴を指す。発明の特徴は、図面において必ずしも縮尺通りには示していない。
【００１６】
スノーホーンは、多孔質膜を使用して圧力降下を供することによって水平な又はその他の非鉛直位置で確実に、効率的にかつ連続に作動してドライアイス（二酸化炭素）スノーを製造するように作ることができることが分かった。多孔質膜材料は、複数の微細な連続膨張路、好ましくはそのような路を２よりも多くそなえた任意の材料でよい。そのような材料の例は、燒結金属、多孔質セラミックス、及びプラスチックスを含み、それらに制限しない。そのような材料は、金属ウールのような繊維状パッドの形態でも、又は複数の開けられた孔を有する金属のような固体の形態でもよい。意図する通りに、路の開口は、直径又はサイズ約３００ミクロン、好ましくは直径約２００〜３００μ、一層好ましくは２００μよりも小さい直径を有する。各々の流路は、非常に小さい直径、従って慣用のオリフィス膨張系に比べて流路当たりずっと小さい流れ容量を有することになる。これらの小さい膨張路の合計は、慣用のオリフィス膨張の合計の液体ＣＯ_２流れに匹敵するが、予期されないことに、慣用のオリフィス膨張を使用するスノーホーンに比べて本発明を使用するスノーホーンによって生成される刺激する騒音が相当に小さくなることが認められた。
【００１７】
本発明の装置の第一実施態様を図１及び２に表す。本明細書中に記載する部材は、他に記述しない場合には、一般にポリエチレン、ポリカーボネート、Ｔｅｆｌｏｎ又はステンレスチールのような材料で造る。装置２０は、液体二酸化炭素を受けるための送り込み導管又はチューブ２４において入口２２を有する。送り込みチューブ２４は、長手方向に延在するスノーホーン排出チューブ又はハウジングの送り込み端部２８を通過し、かつハウジングの中に伸びる長さが調節可能であり、これについては更に下記に検討する通りである。チューブ２４は、それの内部に、ここで向かい合っている平側面を有しかつ丸い形のセクション内に隣接する送り込みチューブ排出端部２６を受け入れた丸い多孔質ディスク３０の形態で示す多孔質材料を配置させた。送り込みチューブ排出端部における多孔質ディスクは、スノーホーンの漏斗−又は円錐形状の末広壁部分３２内にノズルを形成する。スノーホーンの延長部分３４は、まっすぐな、非末広の壁を有し、末広部分３２を出口端部又はスカート３６につなげる。スノーホーンハウジング２１は、端面図で円形でも又は角形でもよい（図示せず）。いずれの場合でも、固体二酸化炭素スノーを排出する出口端部３６は、液体二酸化炭素用の入口２２よりも横断面が相当に大きい。出口３６は、周囲温度及び圧力に暴露し、二酸化炭素スノーを冷却すべき又は凍結させるべき生成物に対して向ける。
【００１８】
スノーホーンは、２つの機能的セクション−末広部分３２に相当する、注入点に最も近い凝集セクション及び二酸化炭素スノー用の出口端部３６の方に向かう、延長部分３４に相当する、まっすぐになるセクションを有する。スノーホーンは、ベルヌーイ効果を利用するために、図１及び２に示す通りに調節可能であるようにデザインする。図１において、送り込みチューブは、完全に後ろへ引いた位置に示し、排出端部２６は、末広セクションの最も狭い部分において完全に右側になり、他方図２では、送り込みチューブは、矢印２５によって示す方向に十分に伸ばした位置に示し、排出端部２６は、末広部分の一層広い部分にある。ホーンの内部は、注入点がホーンの後ろにある場合に（図１）、一層大きなクラスターでの一層やわらかいスノーが得られるように形造る。次いで、注入点を前方に移動させる場合に（図２）、スノー粒子は、一層小さくかつ一層稠密になる。
【００１９】
作業において、液体二酸化炭素を入口２２の中に流し、多孔質ディスク部材３０の複数の微細な通路を通過させ、この際に液体二酸化炭素は圧力降下を受け、ホーン又は排出チューブ２１の中に固体と蒸気との混合物として注入される。理論によって束縛されることを望むものではないが、凝集セクションでは、一層高い速度の注入流の回りの蒸気容積が、一層高い速度の流れに引かれることになると考えられる。この領域内の空隙は、次いで、一層高い速度の流れの一部によって満たされ、循環を引き起こすことになる。循環の量は、スノーの組織を定めることになる。まっすぐになるセクションは、流れを一層層流になるようにさせかつ均一な出口圧力を保たせて周囲大気の侵入を最少にする。
【００２０】
注入点がホーンの後方になる場合に（図１）、一層高い速度のＣＯ_２スノー及び蒸気流の回りに最少量の静止した蒸気が存在する。そのような構造では、最少の循環が存在することになろう。この最少の循環は、凝集量を最少にしかつ流出するスノーは、一層やわらかいスノーの一層大きなかたまり（ｃｌｕｍｐ）を有することになろう。注入をホーンの後方から内方向に移動させる場合に（図２）、注入された羽毛状のもの（ｐｌｕｍｅ）はホーンの内面に同様に良くは適合せず、一層高い速度の注入流の回りに一層大きな量の「静止した」蒸気が存在する。この構造では、一層循環が存在し、ＣＯ_２スノーは、一層小さい一層稠密な粒子を有して、一層粒状になる。再び、スノーがまっすぐになる域の中に通るにつれて、流れは安定して一層層をなす流れを呈して周囲大気の侵入を防ぐ。
【００２１】
本発明のスノーホーンの別の実施態様を図３〜６に表す。排出チューブ又はハウジング２１ａの外部を円筒として示すが、内部は、再び末広の凝集セクション３２及び出口３６に至るまっすぐになるセクション３４を収容する。しかし、多孔質部材３０を送り込みチューブ排出端部２７付近に配置する代わりに、部材３０を送り込みチューブ位置２４ａ及び２４ｂを接続する相補的嵌合位置４２及び４３の間に配置し、スノーホーンハウジング２１ａの外部にする。これより、入口２２に入った後に、二酸化炭素が送り込みチューブ排出ノズル２７に達する前に、初めに液体二酸化炭素への圧力降下及び液体二酸化炭素の膨張が行われる。図３Ａに示す通りに、ノズル２７は、二酸化炭素固体及び蒸気混合物のこの時の第二膨張をさせるための末広オリフィス５０を複数含む。
【００２２】
嵌合４４は、ハウジング入口４８にかみ合い、送り込みチューブ２４ｂをシールする軟質のフェルール４６を取り込む。嵌合４４をゆるめることによって、送り込みチューブ排出ノズル２７は、凝集セクション３２の中への長さを調節することができる。第一実施態様のように、ノズル２７を凝集セクション３２の後方に後ろへ引く場合に（図３）、少ない二酸化炭素スノー凝集が起きる。ノズル２７を前方に伸ばす場合に、一層大きな凝集がスノー粒子に付与される。
【００２３】
所望する通りに、二酸化炭素スノー排出を付加的に確実にするものとして、スノーホーンの排出端部の温度を、ＣＯ_２が固体である温度範囲に保つために、液体二酸化炭素送り込みチューブの一部を、図５に示す通りに、ハウジング２１ａの長さに沿って熱的に固定してもよい。送り込み液体チューブ２４ａを、スノーホーンハウジングとの熱流結合を確実にするために、はんだ付けにし又はふさぎ、次いで適した熱伝達化合物でコーキングしてもよい。嵌合５４、５６は、チューブ部分２４ｃを図３及び４のチューブ部分２４ｂに接続し、チューブ部分２４ｂは、それ自体嵌合４４によって図３及び４のハウジング入口４８に接続される。この実施態様では、多孔質部材３０を図３及び４の嵌合４４と嵌合４３と間に配置する。この配置では、チューブ部分２４ｃを随意に軟質にして２４ｂの調節を可能にしてもよい。
【００２４】
液体ＣＯ_２を複数の微細な、連続した、連接された通路を通過させ、それを膨張させてスノーを製造するための手段は、広範囲の形状を含んでよい。図７に、制限しない例によって示す通りに、好適な多孔質部材は、複数の微細な孔３１をディスクの面の実質的にすべてを横切って有する丸いディスク３０の形態である。図８に示す通りに、そのような孔３１’は、初めに粉末から造る燒結金属、プラスチック又はセラミックスの隙間のスペースにより、又は、メタルウールのような繊維状材料のファイバーの間のスペースによって製造されるような連続した、連接された通路の形態にすることができる。代わりに、図９に示す通りに、そのような孔３１”は、ディスクの面において複数の孔開け、そしてそれを通して完全に延在することによって作ってもよい。
【００２５】
ホーンサイズ及び注入速度は、生成されたスノーを出口３６の外に運び出しかつホーンの中への周囲大気の侵入を排除するのに適した速度をもたらすように適合させることができる。このホーンは、水平な又はわずかに上方向にタイルを張った位置（例えば、水平から約１５°まで）で作動し、垂直高さ４インチ（１０ｃｍ）内で取り付けることができる。これは、ベルトスノーイング用途において、送り込みコンベヤーとフリーザーベルトとの間の最少の分離を意味する。
【００２６】
本発明のスノーホーンは、また、ホーンを冷却すべき品よりも上に配置させることが望ましくない用途も有する。そのような用途の例は、ホーン及びパイピング霜融解のしたたりが運搬中の食品に関して望ましくない冷却運搬になろう。別の用途例は、極めて微細な又は軽い生成物を冷却するためであって、技術の現状のスノーホーンの膨張蒸気速度がその物質をそれの容器から吹き飛ばす場合である。
【００２７】
前記した構造及び作業の様式の結果、本発明は、前に記載した目的を達成する。スノーホーンを水平な又はわずかに上方向の位置に位置させる場合に、前に可能であるよりも一層限られた空間における使用を可能にする信頼し得る作業を提供する。更に、発明は、発生されるスノーの所望する組織を製造するための調節を提供しかつドライアイススノーを製造するのに膨張の騒音レベルの低下を提供する。
【００２８】
本発明を特に特定の好適な実施態様と共に記載したが、多くの代替法、変更態様及び変更が、前記の記載に鑑みて当業者に明らかになることは明らかである。従って、特許請求の範囲の記載は、本発明の真の範囲及び精神の範囲に入るような代替法、変更態様及び変更をいずれも包含することになることを意図する。
【図面の簡単な説明】
【図１】凝集セクションの内部の多孔質ディスク部材が後ろへ引いた位置にある本発明のスノーホーンの第一実施態様の横断面の側面図である。
【図２】凝集セクションの内部の多孔質ディスク部材が伸ばした位置にある図１の実施態様の横断面の側面図である。
【図３】多孔質ディスク部材が凝集セクションの外部にありかつ液体二酸化炭素排出チューブが後ろへ引いた位置にある本発明のスノーホーンの第二実施態様の横断面の側面図である。図３Ａは図３に示す送り込みチューブの排出端部の横断面のクローズアップ側面図である。
【図４】多孔質ディスク部材が凝集セクションの外部にありかつ液体二酸化炭素排出チューブが伸ばした位置にある図３の実施態様の横断面の側面図である。
【図５】液体二酸化炭素入口をスノーホーンの長さにわたって取り付けた図３の実施態様の変法の分解斜視図である。
【図６】スノーホーンの液体二酸化炭素流入端部の横断面の分解側面図である。
【図７】本発明において用いる好適な多孔質ディスクの正面図である。
【図８】図７の多孔質ディスクの一実施態様の横断面の側面図である。
【図９】図７の多孔質ディスクの別の実施態様の横断面の側面図である。
【符号の説明】
２１ハウジング
２２入口
２４送り込みチューブ
２６排出端部
２７ノズル
２８送り込み端部
３０多孔質ディスク
３１’、３１” 孔
３２末広部分
３４延長部分
３６出口端部
４２、４３、４４、５４、５６嵌合
４６フェルール
５０オリフィス

Claims

下記：
液体ＣＯ_２の流れを受けるための送り込みチューブ；
固体ＣＯ_２を分散させるための、該送り込みチューブよりも大きな横断面を有する排出チューブ；及び
装置内に配置された、液体ＣＯ_２を膨張させて固体ＣＯ_２を製造するための、複数の連続した連接された通路を有する多孔質膜
を含み、該送り込みチューブ及び該排出チューブは、固体ＣＯ_２を排出するための第二端部と反対の該排出チューブの第一端部において接続され、該送り込みチューブは、排出を有しかつ該排出チューブの中に延在し、送り込みチューブ排出端部は、該排出チューブの中に伸びる長さが調節可能である、液状形態のＣＯ_２から固体ＣＯ_２を製造するための装置。
排出チューブが水平方向に配置され、前記装置は、該排出チューブが水平方向である時に、固体ＣＯ_２を製造するように適応される請求項１の装置。
下記：
ａ）非鉛直角に配置されたスノーホーンを提供し、該スノーホーンは、液体ＣＯ_２の流れを受けるための送り込みチューブ及び固体ＣＯ_２を分散させるための、該送り込みチューブよりも大きな横断面を有する排出チューブを有し、該送り込みチューブ及び該排出チューブは、一端部において接続され、該送り込みチューブは、排出を有しかつ該排出チューブの中に延在し、送り込みチューブ排出端部は、該排出チューブの中に伸びる長さが調節可能であり；
ｂ）液体ＣＯ_２をスノーホーン送り込みチューブを通過させ；及び
ｃ）該液体ＣＯ_２を複数の微細な、連続した、連接された通路を通過させて液体ＣＯ_２を膨張させてスノーホーン排出チューブにおいて固体ＣＯ_２を製造する
の工程を含む液状形態のＣＯ_２から固体ＣＯ_２を製造する方法。