JPS6332273A

JPS6332273A - 凍結粒取出し装置

Info

Publication number: JPS6332273A
Application number: JP61173317A
Authority: JP
Inventors: 多計城秦; 今池　世記二; 山崎　紀男
Original assignee: Taiyo Sanso Co Ltd
Current assignee: Taiyo Sanso Co Ltd
Priority date: 1986-07-23
Filing date: 1986-07-23
Publication date: 1988-02-10
Anticipated expiration: 2010-06-14
Also published as: JPH0756423B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）近年、水、薬液、果汁等の被凍結原料を、液化窒素等の
冷媒を収容した凍結粒製造容器内に噴霧して、アイスブ
ラスト等の表面処理用の砥粒、研磨材や医薬２食品の保
存用微粒として好適な凍結粒を製造することが試みられ
ているが１本発明は、このように凍結粒製造容器内で製
造された凍結粒を凍結粒製造容器外に取出すための凍結
粒取出し装置に関するものである。

（従来の技術）従来のこの種の凍結粒取出し装置としては、例えば特開
昭５８−１．２７０７５号公報に開示されている如く、
凍結粒製造容器内の冷媒液面下の部位から冷媒液面より
高位の製造容器外の部位に延びるスクリューコンベアを
設けて、このスクリューコンベアにより冷媒中を沈降し
てくる凍結粒を製造容器外へ取出しうるように構成した
ものや、製造容器の底部にロータリーフィーダを設けて
、製造容器の底部に堆積した凍結粒を取出しうるように
構成したもの等が知られている。

（発明が解決しようとする問題点）かかる従来の凍結粒取出し装置においては、極低温領域
（例えば液化窒素であれば一１９６℃）である冷媒中で
機械的摺動部分例えばスクリューコンベアの下端側軸受
部分等を作動させているが、このような摺動部分を用い
る場合には、その摺動作用を円滑に行わせるために極め
て厳格な冷媒のシールや加工精度を要求するので、技術
的に実施する一トで困難度が高く、現実には前記摺動部
分の作動不良といった不都合を招き易く、凍結粒の取出
しを良好に行い得ないことが多か−った。

本発明は、冷媒に直接接触する機械的摺動部分を一切必
要とせず、凍結粒製造容器の冷媒中から凍結粒を実施上
特に困難を伴うようなこともなく良好に取出しうる凍結
粒取出し装置を提供することを目的とするものである。

（問題点を解決するための手段）本発明の凍結粒取出し装置は、上記目的を達成するべく
、凍結粒製造容器内の冷媒液面下に下端吸込口が開口し
且つ前記冷媒液面より高位で凍結粒製造容器外の部位に
上端吐出口が開口した凍結粒取出管を設け、該凍結粒取
出管の下端部に気泡を伴った冷媒の上昇流を発生させる
気泡発生装置を設けると共に、凍結粒取出管の上端吐出
口に、該吐出口から吐出した凍結粒と冷媒とを分離する
凍結粒・冷媒分離装置及び該分離装置により分離した冷
媒を凍結粒容器内に循環返戻する分離冷媒返戻管を連設
してなり、上記気泡発生装置を作動させている状態にお
ける該気泡発生装置の位置水準から上記凍結粒取出管の
上端吐出口の位置水準−３〜までの間の液頭圧に対し、凍結粒製造容器内における気
泡発生装置の位置水準から上記冷媒の収容液表面の位置
水準までの間の液頭圧を大きくとれるように、夫々の水
準高低を定めて配置したことを特徴とするものである。

前記気泡発生装置は、具体的には、凍結粒取出管内の冷
媒中に熱エネルギーを供給する加熱装置若しくは凍結粒
取出管内の冷媒中にガスを注入するガス注入装置である
。

（作用）凍結粒製造容器内の冷媒（以下、「容器内冷媒」という
）が凍結粒取出管内にも侵入していることから、この取
出管内の冷媒（以下、「管内冷媒」という）′中に気泡
発生装置つまり加熱装置若しくはガス注入装置によって
気泡を発生させると、気泡は管内冷媒中を」―昇してそ
の周りの液も巻き込んだ上昇流を形成し、管内冷媒の見
掛は上の比重は容器内冷媒の比重よりも気泡の含有割合
に応じて低下し、取出管内外では冷媒の液面高さにも顕
著な差を生じることになる。すなわち、管内冷媒の液面
が容器内冷媒の液面よりも高くなる。

＝４− ところで、この液面差は、容器内冷媒の比重及び管内冷
媒の見掛は上の比重を夫々γ、γ′とし。

容器内冷媒と管内冷媒との液面差つまり凍結粒の掻き」
−げ高さ及び容器内冷媒の液面から取出管の吸込口まで
の距離つまり取出管浸漬深さを夫々Ｈｐ、Ｈｓとすると
、取出管吸込口における圧力平衡（ｙＸＨｓ＝γ′Ｘ　
（Ｈｓ＋Ｈｐ））から、Ｈｐ＝：ＨｓＸ（γ−γ′）／
γ′で得られる。よってＨｓを大きくすれば、Ｈｐを大
きくすることができる。なお、管内冷媒の見掛は上の比
重は、取出管中の液量及び気泡発生装置による気泡発生
量例えば取出管内へのガス注入量を夫々Ｖｗ、Ｖｇとす
ると、γ′＝γｘＶｗ／　（Ｖｗ＋Ｖｇ）で得られる。

したがって、気泡発生装置を作動させている状態におけ
る該気泡発生装置の位置水準から凍結粒取出管の上端吐
出口の位置水準までの間の液頭圧に対し、気泡発生装置
の位置水準から容器内冷媒表面の位置水準までの間の液
頭圧を大きくとれるように、夫々の水準高低を定めて配
置しておくと、先ず吐出口から管内冷媒が吐出される。

この吐出冷媒は冷媒返戻管から製造容器内に循環返戻さ
れる。

そして、この状態において凍結粒が製造されると、この
凍結粒は管内冷媒と共にスラリー状をなして吐出口から
吐出され、凍結粒・冷媒分離装置により冷媒と分離され
る。一方、分離冷媒は冷媒返戻管から製造容器内に循環
返戻される。

すなわち、容器内冷媒中に沈降堆積する凍結粒は冷媒と
共にスラリー状をなして浮遊し、取出管内の上昇流が吐
出口から流出すると、この浮遊スラリー状の凍結粒も吸
込口から取出管内に吸込まれて、凍結粒の比重と気泡を
含む管内冷媒の比重との関係が気泡を含む上昇流に対し
ても凍結粒がスラリー状に浮遊し得る関係にある限り（
例えば氷粒と気泡を含む液化窒素冷媒との場合にはまさ
にこの関係を満足することになる）、凍結粒は上記上昇
流に乗って浮遊し、取出管内をその冷媒液面まで浮上し
、冷媒と共に吐出口から流出することになる。

（実施例）以下１本発明の構成を第１図〜第３図に示す実施例に基
づいてより具体的に説明する。

第１図において、１は底部に攪拌用ヒータ１１を配設し
た凍結粒製造容器、２はこの凍結粒製造装置１から凍結
粒を取出すための凍結粒取出し装置である。

凍結粒製造装置１の下部には液化窒素、液化酸素、液化
二酸化炭素若しくはその他の低温液体である冷媒３が所
定量収容されていると共に、その上部には冷媒液面３ａ
に向けて水、炭酸ガス、アンモニア、フレオン系液体、
薬液若しくは果汁等の被凍結原料を窒素ガス等の噴霧ガ
スと混合して噴霧させる噴霧器４が配設されていて、噴
霧された被凍結原料を冷媒３及びその蒸発ガスたる冷媒
ガスと熱交換させて、微細な凍結粒５を得るようになさ
れている。この凍結粒５は冷媒３中を沈降せしめられる
が、凍結粒製造装置１の底部を下窄まり形状に形成して
、前記凍結粒５が凍結粒製造装置１の底部の最下部であ
る堆積部１ａに集申せしめられるように工夫しである。

前記凍結粒取出し装置２は、第１図〜第３図に示す如く
、上下方向に延びる適宜径の凍結粒取出管６（例えばｌ
０ＡＳＵＳ管を用いる）と、この凍結粒取出管６内の冷
媒である管内冷媒３′　（これは製造容器１内の冷媒で
ある容器内冷媒３が侵入したものである）中に気泡を発
生゛させるための気泡発生装置９，１２と、凍結粒・冷
媒分離装置１４と分離冷媒返戻管１５とからなる。

凍結粒取出管６は、その下端吸込ロアを゛前記堆積部１
ａの近傍面上位であって゛凍結粒製造装置１内の冷媒液
面３ａより適宜量Ｈｓ低位に開口させると共に、その上
端吐出口８を凍結粒製造装置１外であって冷媒液面３ａ
より適宜量■■ｐ高位において下向きに開口させたもの
である。凍結粒取出管６の下端側部分は、その上位側の
部分と同径の内管部６ａ及びその外周を袋上に囲繞する
外管部６ｂからなる二重管構造に形成してあり、内管部
６ａには多数の小孔６ｃを穿設しである。

また前記気泡発生装置は、管内冷媒３′中に熱エネルギ
ーを供給する加熱装置９若しくは管内冷媒３′中にガス
を注入するガス注入装［１２である。

すなわち加熱装置９は、第２図に示す如く、加熱器′例
えばコイル状の電熱線ヒータたるリフト用ヒータ１０を
前記内管部６ａ、外管部６ｂ間に形成された環状空間部
１３に内装して構成したものであり、このヒータ１０に
よって管内冷媒３′を加熱すると、管内冷媒３′中にそ
の蒸発ガスによる気泡が発生して、管内冷媒３′の見掛
は上の比重が低下し、その結果、凍結粒取出管６の内外
における冷媒３，３′に比重差が生じることにより、管
内冷媒３′中に気泡を伴った上昇流が発生せしめられる
ようになされている。

また、ガス注入装置１２は、第３図に示す如く、凍結粒
取出管６の環状空面部１３にガス供給管１２ａを連通接
続′して□、窒素ガス等適宜のガスを小孔６ｃから管内
冷媒３′中に注入するように構成したものであり、前記
加熱装置９による場合と同様に、管内冷媒３′中に気泡
を伴った上昇流を′発生させることができる。

ところで、取出し装置２における取出管６等の各構成部
材は、気泡発生袋［９，１２を作動させている状態にお
ける該気泡発生袋＠９．１２の位置水準から凍結粒取出
管６の」―端吐出口８の位置水準までの間の液頭圧に対
し、気泡発生装置９゜１２の位置水準から容器内冷媒表
面３ａの位置水準までの間の液頭圧を大きくとれるよう
に、夫々の水準高低を定めて配置しである。

したがって、加熱装置９若しくはガス注入装置１２によ
って管内冷媒３′中に気泡を発生させると、気泡は管内
冷媒３′中を上昇してその周りの液も巻き込んだ上昇流
を形成し、管内冷媒３′の見掛は上の比重γ′は容器内
冷媒３の比重γよりも気泡の含有割合に応じて低下し、
取出管６内外では冷媒３，３′の液面高さにも顕著な差
を生じることになり、管内冷媒３′の液面が容器内冷媒
３の液面よりも高くなる。その結果、先ず取出管６の吐
出口８から管内冷媒３′が吐出され、この状態において
凍結粒５が製造されると、この凍結粒５は取出管６内に
吸込まれ、管内冷媒３′と共にスラリー状をなして吐出
口８から吐出される。

前述したように、取出管６内外の冷媒３，３′における
液面差は取出管６の浸漬深さＨｓを大きくすることによ
って大きくなり、また容器内冷媒３の液面３ａから取出
管吐出口８までの高さ即ち凍結粒５の掻き上げ高さＨｐ
は加熱装置９による冷媒ガス発生量ないしガス注入装置
１２によるガス注入量により変化することになるが、こ
のような凍結粒掻き上げ高さＨｐと取出管浸漬深さＨｓ
及びガス注入量との関係は、例えば液化窒素との熱交換
により粒径５００μｍ以下の氷粒を製造する場合におい
て、第４図に示す如くとなる。なお、冷媒ガス発生量な
いしガス注入量は、凍結粒５の粒径及びこれと管内冷媒
３′との比重差等の条件に応じて設定しておくことが望
ましいことは云うまでもない。例えば、液化窒素との熱
交換により粒径５００μｍ以下の氷粒を製造する場合に
は、冷媒ガス発生量ないしガス注入量が凍結粒取出管６
の単位断面積当り８５　Ｎ　ｒｒｌ’　／　ｍｉｎ以上
としておくのが好ましい。また、この場合における氷粒
の取出しは、冷媒３中の氷粒濃度が５０重量パーセント
を超えない限り、良好に行われうる。

また前記凍結粒・冷媒分離装置１４は、第２図及び第３
図に示す如く、凍結粒取出管６の上端吐出口８の直下位
に始端部を臨ませたメツシュコンベア１６と詠メツシュ
コンベア１６の直下位にその搬送方向に沿って配設した
冷媒受け＠１７とからなり、該冷媒受は桶１７には凍結
粒製造装置１内に導いた分離冷媒返戻管１５を接続しで
ある。

したがって、凍結粒取出管６の上端吐出口８から吐出し
た冷媒３′及び冷媒３′と凍結粒５とのスラリー状混合
物がメツシュコンベア１６上に供給されると、凍結粒は
メツシュコンベア１６上を搬送され、一方冷媒３′はメ
ツシュコンベア１６を透過して凍結粒５と分離され、そ
の分離冷媒は、冷媒受は桶１７から分離冷媒返戻管１５
を介して凍結粒製造装置１内に返戻される。

ところで、本発明の効果は、上記した実施例装置を用い
て行った実験により確認された。

すなわち、容器内冷媒３の液面３ａを基準とした取出管
吸込口深さつまり取出管浸漬深さＨｓ及び取出管吐出口
高さつまり凍結粒掻き上げ高さＨｐを夫々３００ａａ、
３５０ｎｍとし、且つ攪拌用ヒータ１１の出力及びリフ
ト用ヒータ１０の出力を夫々８０Ｗ、５００Ｗとして、
噴霧器４がら水と窒素ガスとの混合流体（水量０．２Ω
／ｌｉｎ、窒素ガス量ＩＱ／耐ｎ）を噴霧圧力２．５ｋ
ｇ／ｃｄＧで噴霧し１粒径２００〜３００μｍの凍結粒
たる氷粒５を製造した。その結果、１５０　ｇ　／ｗｉ
ｎの凍結粒取出しを良好に行うことができた。

なお、この場合の冷媒ガス発生量つまりリフト用ヒータ
１０の出力は次のようにして試算した。

すなわち、冷媒液面３ａよりの必要掻き上げ高さＨｐが
３５０ｍｍである２きのガス注入量は、第４図から約１
０５１ＴＩ’／ｗｉｎ−イであるから、取出管６として
２０Ａ　ＳＵＳ管を用いた場合、その断面積は約４．ｌ
Ｘ１０−’％である。したがって、取出管６内の必要ガ
ス量は液化窒素温度に換算すると。

となる。また液化窒素を蒸発・気化させるに必要な熱量
は、Ｈ＝７．２（ｎ！／ｈ）　Ｘ　１．２５（ｋｇＮ２／ｍ
）　Ｘ４７．２（Ｋｃａ１／ｋＮ２）＝　４２４　、８
　（Ｋｃａｌ／ｈ）となる。したがってヒータ１０の出
力は、４−２４．．８÷８６０　（Ｋｃａｌ／［１１１
）Ｌ：５００Ｗとなる。

（発明の効果）本発明の凍結粒取出し装置は、凍結粒取出管内の冷媒中
に発生させた上昇流の作用によって凍結粒を冷媒液面上
まで強制的に上昇させて、凍結粒製造容器外に取出しう
るようにしたものであり、謂わばエアリフトポンプの原
理を応用したものであるから、冷媒領域に技術的にもメ
ンテナンス上からも問題のある機械的摺動部分が何ら存
在せず、メンテナンスフリーなものであり、構造が極め
て簡単で凍結粒の取出しを良好に行いうるものであって
、その実用的価値極めて大なるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は本発明の実施例を示し、第１図は凍結
粒取出し装置全体を示す概略縦断側面図、第２図はその
要部である気泡発生装置の一例を示す縦断側面図、第３
図は気泡発生装置の変形例を示す第２図相当図、第４図
は凍結粒掻き上げ高さと取出管内へのガス注入量及び取
出管浸漬深さとの関係を示す曲線図である。１・・・凍結粒製造容器、２・・・凍結粒取出し装置、
３，３′　・・・冷媒、３ａ・・・冷媒液面、５・・・
凍結粒、６・・・凍結粒取出管、７・・・下端吸込口、
８・・・上端吐出口、９・・・加熱装置（気泡発生装置
１）−１２・・・ガス注入装置（気泡発生装置）、１４
・・・凍結粒・冷媒分離装置、１５・・・分離冷媒返戻
管。特許出願人　　大陽酸素株式会社第２図３　・−ど　　　　　Ｊ−ＪＨｐ　　　　　　　　ｏ　　　　　　。３ａ、°・一丁°・−１３〜１　パ°゛６、ｉ。ｓ特開昭６３−３２２７３（６ン第３図Ｌ９　　　程、°°。く°ン。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）凍結粒製造容器内の冷媒液面下に下端吸込口が開
口し且つ前記冷媒液面より高位で凍結粒製造容器外の部
位に上端吐出口が開口した凍結粒取出管を設け、該凍結
粒取出管の下端部に気泡を伴った冷媒の上昇流を発生さ
せる気泡発生装置を設けると共に、凍結粒取出管の上端
吐出口に、該吐出口から吐出した凍結粒と冷媒とを分離
する凍結粒・冷媒分離装置及び該分離装置により分離し
た冷媒を凍結粒容器内に循環返戻する分離冷媒返戻管を
連設してなり、上記気泡発生装置を作動させている状態
における該気泡発生装置の位置水準から上記凍結粒取出
管の上端吐出口の位置水準までの間の液頭圧に対し、凍
結粒製造容器内における気泡発生装置の位置水準から上
記冷媒の収容液表面の位置水準までの間の液頭圧を大き
くとれるように、夫々の水準高低を定めて配置したこと
を特徴とする凍結粒取出し装置。
（２）前記気泡発生装置が、凍結粒取出管内の冷媒中に
熱エネルギーを供給する加熱装置であることを特徴とす
る、特許請求の範囲第１項に記載する凍結粒取出し装置
。
（３）前記気泡発生装置が、凍結粒取出管内の冷媒中に
ガスを注入するガス注入装置であることを特徴とする、
特許請求の範囲第１項に記載する凍結粒取出し装置。