JPH10513253A - 密度の値が近接した二つの液体及び固体の相の冷凍液槽に含まれる固体粒子を製造及び分離するための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 この方法を実施するための装置は内部形状が非対称な円錐３ｄの形を有するリセプタクル３を備え、円錐３ｄの内側に撹拌機５のブレード５ｂが配置されていて、リセプタクル３の中に収容されている冷凍液の槽をゆっくりと動かすようになっており、円錐３ｄの底部にオリフィス３ｉが設けられており、オリフィス３ｉがパイプ３ｊと連通しており、パイプ３ｊの中で抽出装置６のアルキメデスのねじポンプ６ａが回転して固体粒子を絶えず排出するようになっている。

Description

【発明の詳細な説明】 密度の値が近接した二つの液体及び固体の相の冷凍液槽に含まれる固体粒子を製 造及び分離するための方法及び装置 （産業上の利用分野） この発明は液体から固体粒子を製造し、冷凍液の槽の中に含まれる固体粒子を 分離するための方法及びその装置に関する。固体粒子を製造及び分離するための この方法は、例えば、粒子を投射することによって、表面洗浄を行うためのアイ スボール(ice ball)を製造したり、水性混合物から固体粒子を形成するために使 用される。最後に、この製造及び分離方法は、固化の潜熱が純水のそれよりも小 さいような液体から固体粒子を形成するために使用される。 （従来の技術及び発明が解決しようとする課題） 仏国特許第2,630,668号には、表面処理のためのアイスボールを製造するため の方法及び装置が開示されている。この方法は、重力によってコールドガスのコ ラムの中で水滴の連続を拡散させることによって、重力によって水滴をコールド ガスのコラムの中へ通し、冷凍液槽の中に落下して冷凍液槽の中で完全に固化し てアイスボールの形になるまえに冷却して表面的に固化させる段階を有している 。この方法を実現するための装置は交換コラムを有している。交換コラムにはコ ールドガスと水滴が供給され、水滴はインジェクタによって規則的に分布させら れて、水滴の連続を形成するようになっている。この装置はまた、交換コラムに 固定されたリセプタクルを有している。このリセプタクルは、冷凍液を供給する ためのスプレーパイプと、アイスボールを受容するための円錐と、円錐の底部に おいてアイスボールを排出するためのオリフィスを有している。 リセプタクルは円筒−円錐形状を有し、その中を通過する水滴を完全に固化さ せるためにリセプタクルの中には液体窒素などの冷凍液が導入されている。 部分的に固化された水滴の自由落下が終わって水滴が冷凍液の表面へ到達する ときに加熱現象が見られる。この現象は液体窒素の蒸発による。アイスボールが 液体窒素の相変化によって生じた気体窒素の温度に達するまで、この加熱現象に よって各アイスボールは持ち上げられた状態に維持される。 アイスボールが完全に固化したあと初めて、アイスボールは重力によって円筒 −円錐状リセプタクルの底部へ落下し始めることが注目される。加熱現象はまた 、液体窒素の槽の表面の占有率を非常に大きくし、規定外のボールや凝塊を形成 する危険性を生じる。凝塊は、アイスボールの製造や、アルキメデスのねじポン プのところにおける抽出にとって極めて有害である。 アイスボールの製造にとって有害な別の現象について述べる。それは、-196° における氷の密度と液体窒素の密度の差が僅かである、すなわちそれぞれ約0.85 0 と0.8068であることによって引き起こされる。密度の差が小さいと、アイスボ ールの重力による落下に影響を与える。従って、液体窒素の槽の表面において凝 塊を形成する傾向が強い。 （課題を解決するための手段） この発明の特有の目的は、これらの欠点を克服することである。 ボールの形をした固体粒子を製造及び抽出するためのこの方法は、粒子からな る液滴の連続を重力によってコールドガスのコラムの中で拡散させることによっ て、この液滴を重力によって前記コールドガスのコラムの中へ通し、冷凍液の槽 の中に落下するまえに冷却して表面的に固化させる段階と、冷凍液の槽を渦を形 成するようにゆっくりと移動させることによって粒子の滴の降下を加速し、ボー ルの形に完全に固化させる段階と、固体粒子を冷凍液の槽から連続的に抽出する 段階とを有している。 この方法を実現するための装置は、交換コラムと、リセプタクルを有している 。リセプタクルの内部形状は非対称な円錐の形を有している。円錐の内側には撹 拌ブレードが配置されており、冷凍液をゆっくりと移動させられるようになって いる。一方、円錐の底部は冷凍液を収容していて、非対称になっている。底部に はオリフィスが設けられている。オリフィスはパイプに連通しており、パイプの 中でアルキメデスのねじポンプが駆動されて、固体粒子を絶えず排出するように なっている。 例として添付されている図面によって、この発明や、発明が有している特徴、 そして発明によって生じる利点が即座に理解できよう。 （図面の簡単な説明） 図１は、固体粒子を製造し抽出するための方法を実現するこの発明による装置 を示す斜視図である。 図２は、固体粒子を製造／抽出するための装置のリセプタクルを示す略断面図 である。 図３は、図２のIII−III線断面図であり、非対称な円錐の形を有するリセプタ クルの形状を示している。 （発明の実施の形態） 図１は固体粒子を製造及び抽出するための装置１を示している。この装置１は 、交換コラム２を有している。交換コラム２の下部にはリセプタクル３が固定さ れている。リセプタクル３はブラケット３ａを介してシャーシ（図示しない）に 当接している。装置１の全体はステンレススチールによって形成されており、図 面において破線で示されているようにポリウレタンのような絶縁材料４によって 覆われている。 交換コラム２は仏国特許第2,630,668号に開示されているものと類似した形状 を有している。つまり、交換コラム２はその上端の方、すなわちリセプタクル３ の反対側にインジェクタ２ａの入口を有している。このインジェクタ２ａには多 数の穴が設けられている。この穴を介して、固体粒子のボールを製造するための 滴の連続が形成される。粒子の滴の直径は穴の直径の関数として調節することが できる。 交換コラム２には撹拌機５が固定されている。撹拌機５のシャフト５ａにはブ レード５ｂが固定されている。ブレード５ｂはリセプタクル３の内部に設置され ている。 リセプタクル３はスプレーパイプ３ｂを有している。スプレーパイプ３ｂは交 換コラム２の固定箇所のすぐ下に配置されており、装置１の内部に冷凍液を供給 する。上述したスプレーパイプ３ｂを貫くように多数の穴が設けられており、例 えば液体窒素からなる冷凍液を拡散させるようになっている。スプレーパイプ３ ｂはＣ字形を有しており、リセプタクル３の内部において撹拌機５の駆動シャフ ト５ａを通すための通路を形成している（図２及び図３を参照）。 リセプタクル３はその上部に円筒形状部３ｃを有している。円筒形状部３ｃは 交換コラム２へと延びており、その内側に噴射用のスプレーパイプ３ｂが設置さ れている。円筒形状部３ｃは非対称な円錐３ｄ（図２を参照のこと）へと延びて おり、リセプタクル３の下部を形成している。 非対称な円錐３ｄは複数の傾斜した壁を組み合わせることによって構成されて おり、徐々に傾斜が変化する二つの異なった領域を有している。第１の領域３ｅ の互いに組み合わされた複数の壁のうちの少なくとも端部の壁３ｆは円錐３ｄの 垂直軸に対して、40〜45°の間の角度だけ傾斜している。一方、第１の領域から 延びる第２の領域３ｇの複数の壁のうちの少なくとも端部の壁３ｈは円錐３ｄの 垂直軸に対して３〜10°の間の角度で傾斜している（図２及び図３を参照）。 第１の領域３ｅを構成する壁の傾斜の変化は、撹拌機５のブレード５ｂを所定 の位置に設置するのに十分なものである必要があることが理解されよう。 非対称な円錐３ｄはその下部にオリフィス３ｉを有している。オリフィス３ｉ は第２の領域３ｇの壁３ｈの近傍に、すなわち円錐３ｄの最も広い基部に位置す る主軸に対して位置をずらせて配置されている。オリフィス３ｉは上方へ延びる 傾斜したパイプ３ｊの中へ開口している。パイプ３ｊの中では抽出装置６のアル キメデスのねじポンプ６ａが回転して、非対称な円錐３ｄの底部にある固体粒子 を絶えず排出するようになっている。 パイプ３ｊはその上部に円筒形状の口３ｋを有しており、ボールを保存するた めにシールされた容器の内部の固体粒子のボールを排出するようになっている。 パイプ３ｉは撹拌機５の駆動シャフト５ａを含む面とほぼ直角の垂直面内に配 置されている。 この固体粒子を製造するための装置の作用は、仏国特許第2,630,668号に開示 されているものと同じである。実際、交換コラム２の中を重力によって落下する 液体粒子の連続は、交換コラム２の上部でインジェクタ２ｅにより拡散されてい る。コールドガスと直に接触すると、この液滴は部分的に凍る。液滴は交換コラ ム２の中を重力によって落下し、リセプタクル３の非対称な円錐３ｄの中に配置 された冷凍液の槽の中に落下し、そこで完全に固化する。 撹拌機５の広くて平坦なブレード５ｂは、液体窒素の槽を渦を形成するように ゆっくりと動かす。この動きは、非対称な円錐３ｄの形状と協働して、下方に向 かう波を形成する。オリフィス３ｉは上述した力の収束点に配置されており、装 置６を用いた、円錐３ｄの底部に位置する固体粒子の抽出が促進される。 ブレード５ｂの回転速度がゆっくりとしていて、またかなり正確であるために 、非対称な円錐３ｄの壁に当たる波の乱流破壊が生じないようになっている。こ うした条件においては、液体窒素の消費は理論的なものに非常に近いことが保証 される。 固体粒子は、液体窒素の槽の表面のところで止まってしまうようなことなく、 非常に満足すべき状態で液体窒素の槽の中を通過する。実際、固化中の粒子が窒 素の槽の表面へ到達するとすぐに、この粒子は前記槽の波の効果によって直ぐに 運ばれて、槽の中を通過して非対称な円錐３ｄのオリフィス３ｉまで到達する。 固体粒子は、固化の潜熱が純水のそれよりも小さいような任意の液体の水性混 合物から形成することに注目されたい。 さらに、上述した実施の形態は、単に説明のためのものであり、如何なる意味 でもこの発明の範囲を制限するものではない。上述した実施の形態の詳細をそれ と等価なもので置き換えても、この発明を逸脱するものではない。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９７年４月２３日 【補正内容】 （原出願の明細書第２頁及び第３頁の差替頁である第２頁、第２ａ頁及び第３頁 の翻訳文） リセプタクルは円筒−円錐形状を有し、その中を通過する水滴を完全に固化さ せるためにリセプタクルの中には液体窒素などの冷凍液が導入されている。 部分的に固化された水滴の自由落下が終わって水滴が冷凍液の表面へ到達する ときに加熱現象が見られる。この現象は液体窒素の蒸発による。アイスボールが 液体窒素の相変化によって生じた気体窒素の温度に達するまで、この加熱現象に よって各アイスボールは持ち上げられた状態に維持される。 アイスボールが完全に固化したあと初めて、アイスボールは重力によって円筒 −円錐状リセプタクルの底部へ落下し始めることが注目される。加熱現象はまた 、液体窒素の槽の表面の占有率を非常に大きくし、規定外のボールや凝塊を形成 する危険性を生じる。凝塊は、アイスボールの製造や、アルキメデスのねじポン プのところにおける抽出にとって極めて有害である。 アイスボールの製造にとって有害な別の現象について述べる。それは、-196° における氷の密度と液体窒素の密度の差が僅かである、すなわちそれぞれ約0.85 0と0.8068であることによって引き起こされる。密度の差が小さいと、アイスボ ールの重力による落下に影響を与える。従って、液体窒素の槽の表面において凝 塊を形成する傾向が強い。 独国公開特許公報第2,805,676号には、コールドガスの供給源と、ブレードを 備えた撹拌機と、リセプタクルと、抽出装置に付属するアルキメデスのねじポン プを有する固体ボールを製造するための方法及び装置が開示されている。この装 置においては、リセプタクルの底部における液体の動きは下方を向いておらず、 その結果、乱流や詰まりを生じる危険性がある。 （課題を解決するための手段） この発明の特有の目的は、抽出装置の方へのボールの循環を容易にした方法及 び装置を提案することによって、これらの欠点を克服することである。 こうした精神のもとに、この発明は、粒子からなる滴の連続を重力によってコ ールドガスのコラムの中で拡散させることによって、この滴を重力によって前記 コールドガスのコラムの中へ通し、冷凍液の槽の中に落下するまえに冷却して表 面的に固化させる段階と、冷凍液の槽からボールを連続的に抽出する段階とを有 する、ボールの形をした固体粒子を製造及び抽出するための方法であって、徐々 に変化する異なる傾斜を有する二つの異なる領域を形成するように複数の壁を組 み合わせることによって構成された非対称な円錐の中で渦を形成するようにゆっ くりと冷凍液を移動させて、力が下方へ向いた波を形成して粒子の滴を下降させ 粒子をボールの形に完全に固化させる段階がさらに設けられていることを特徴と している。 この発明はまた、この方法を実現するための装置に関する。さらに詳しくは、 以下のようなタイプのボールの形の固体粒子を製造及び抽出するための装置に関 する。この装置は、コールドガスが供給される交換コラムと、固化される粒子の インジェクタと、コラムを支持するリセプタクルを有している。リセプタクルの 底部は、ボールの形の固化された粒子を排出するためのオリフィスを有している 。このオリフィスはパイプと連通しており、このパイプの中では抽出装置のアル キメデスのねじポンプが回転して、固体粒子を絶えず排出するようになっている 。この装置は、前記底部が、徐々に変化する異なる傾斜を有する二つの異なる領 域を形成するように複数の壁を組み合わせることによって構成された非対称な円 錐の形を有しており、撹拌機のブレードが前記非対称な円錐の内側に挿入されて いてリセプタクルの中に収容された冷凍液の槽をゆっくりと移動させるようにな っていることを特徴としている。 例として添付されている図面によって、この発明や、発明が有している特徴、 そして発明によって生じる利点が即座に理解できよう。 （図面の簡単な説明） 図１は、固体粒子を製造し抽出するための方法を実現するこの発明による装置 を示す斜視図である。 図２は、固体粒子を製造／抽出するための装置のリセプタクルを示す略断面図 である。 図３は、図２のIII−III線断面図であり、非対称な円錐の形を有するリセプタ クルの形状を示している。 （発明の実施の形態） 図１は固体粒子を製造及び抽出するための装置１を示している。この装置１は 、交換コラム２を有している。交換コラム２の下部にはリセプタクル３が固定さ れている。リセプタクル３はブラケット３ａを介してシャーシ（図示しない）に 当接している。装置１の全体はステンレススチールによって形成されており、図 面において破線で示されているようにポリウレタンのような絶縁材料４によって 覆われている。 交換コラム２は仏国特許第2,630,668号に開示されているものと類似した形状 を有している。 請求の範囲 １．コールドガスが供給される交換コラム２と、固化される粒子のインジェクタ ２ａと、前記コラムを支持するリセプタクル３とを有し、前記リセプタクルの底 部が、ボールの形の固化された粒子を排出するためのオリフィス３ｉを有し、こ のオリフィス３ｉがパイプ３ｊと連通しており、このパイプの中で抽出装置６の アルキメデスのねじポンプ６ａが回転して、固体粒子を絶えず排出するようにな っている、ボールの形の固体粒子を製造し抽出するための装置であって、前記底 部が、徐々に変化する異なる傾斜を有する二つの異なる領域３ｅ、３ｇを形成す るように複数の壁３ｆ、３ｈを組み合わせることによって構成された非対称な円 錐３ｄの形を有しており、撹拌機５のブレード５ｂが前記非対称な円錐３ｄの内 部に挿入されていてリセプタクルの中に収容された冷凍液の槽をゆっくりと動か すようになっていることを特徴とする装置。 ２．前記リセプタクル３が円筒形状の上部３ｃを有しており、この上部３ｃが前 記リセプタクルの下部において非対称な円錐３ｄへと延びている請求項１記載の 装置。 ３．前記撹拌機の前記ブレード５ｂを回転するためのシャフト５ａが前記円筒形 状の上部３ｃの主軸に対して斜めに向けられている請求項２記載の装置。 ４．前記第１の領域３ｅが複数の壁を組み合わせることによって構成されており 、これらの壁のうちの少なくとも端部の壁３ｆが非対称な円錐３ｄの垂直軸に対 して40〜45°の間の角度で傾斜している請求項２記載の装置。 ５．前記第２の領域３ｇが複数の壁を組み合わせることによって構成されており 、これらの壁のうちの少なくとも端部の壁３ｈが非対称な円錐３ｄの垂直軸に対 して5〜10°の間の角度で傾斜している請求項２記載の装置。 ６．前記非対称な円錐３ｄがオリフィス３ｉを有し、このオリフィス３ｉが非対 称な円錐３ｄの最も広い基部に位置する主軸からずれて配置されていて、第２の 領域３ｇの端部の壁３ｈの近傍に配置されている請求項１記載の装置。 ７．前記オリフィス３ｉが、リセプタクル３に対して傾斜して上方へ延びるパイ プ３ｊと連通している請求項６記載の装置。 ８．前記パイプ３ｊが撹拌機５を含む平面と直角の垂直面内に配置されている請 求項７記載の装置。 ９．前記リセプタクル３がその円筒形状部３ｃの中にＣ字形の供給用のスプレー パイプ３ｂを有していて、撹拌機５の駆動シャフト５ａを通すための通路を形成 している請求項２記載の装置。 １０．前記撹拌機５のブレード５ｂが、非対称円錐３ｄの内部に収容されている 液体窒素の槽の中に部分的に挿入されている請求項１記載の装置。 １１．前記撹拌機５のブレード５ｂが非対称な円錐３ｄの第１の領域３ｅ、すな わち端部の壁３ｆが最も傾斜しているところに配置されている請求項１記載の装 置。 １２．粒子からなる滴の連続を重力によってコールドガスのコラムの中で拡散さ せることによって、この滴を重力によって前記コールドガスのコラムの中へ通し 、冷凍液の槽の中に落下するまえに冷却して表面的に固化させる段階と、冷凍液 の槽からボールを連続的に抽出する段階とを有するボールの形をした固体粒子を 製造及び抽出するための方法であって、徐々に変化する異なる傾斜を有する二つ の異なる領域を形成するように複数の壁を組み合わせることによって構成された 非対称な円錐の中で渦を形成するようにゆっくりと冷凍液を動かして、力が下方 へ向いた波を形成して粒子の滴を下降させ粒子をボールの形に完全に固化させる 段階がさらに設けられていることを特徴とする方法。 １３．前記冷凍液が液体窒素によって構成されている請求項１２記載の方法。 １４．前記粒子が固化の潜熱が純水のそれよりも小さい水性混合物或いは任意の 液体から構成されている請求項１２記載の方法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 シエロ，ベルナード フランス国 エフ−69120 ヴォル・ア ン・ヴェリン，シュマン・ドゥ・ラ・ゴデ ィール 12

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．コールドガスが供給される交換コラムと、固化される粒子のインジェクタと 、前記コラムを支持するリセプタクルとを有し、前記リセプタクルの下端が、ボ ールの形の固化された粒子を排出するためのオリフィスを有してなる、ボールの 形の固体粒子を製造し抽出するための装置であって、前記リセプタクル３の内部 形状が非対称な円錐３ｄの形を有しており、円錐３ｄの内側に撹拌機５のブレー ド５ｂが配置されていて、リセプタクル３の中に収容されている冷凍液の槽をゆ っくりと移動させられるようになっており、円錐３ｄの底部にオリフィス３ｉが 設けられており、オリフィス３ｉがパイプ３ｊと連通しており、パイプ３ｊの中 で抽出装置６のアルキメデスのねじポンプ６ａが回転して固体粒子を絶えず排出 するようになっている装置。 ２．前記リセプタクル３が円筒形状の上部３ｃを有しており、この上部３ｃが前 記リセプタクルの下部において非対称な円錐３ｄへと延びている請求項１記載の 装置。 ３．前記非対称な円錐３ｂが異なる傾斜を有する二つの異なる領域３ｅ、３ｇか らなっている請求項１記載の装置。 ４．前記第１の領域３ｅが複数の壁を組み合わせることによって構成されており 、これらの壁のうちの少なくとも端部の壁３ｆが非対称な円錐３ｄの垂直軸に対 して40〜45°の間の角度で傾斜している請求項２記載の装置。 ５．前記第２の領域３ｇが複数の壁を組み合わせることによって構成されており 、これらの壁のうちの少なくとも端部の壁３ｈが非対称な円錐３ｄの垂直軸に対 して５〜10°の間の角度で傾斜している請求項２記載の装置。 ６．前記非対称な円錐３ｄがオリフィス３ｉを有し、このオリフィス３ｉが非対 称な円錐３ｄの最も広い基部に位置する主軸からずれて配置されていて、第２の 領域３ｇの端部の壁３ｈの近傍に配置されている請求項１記載の装置。 ７．前記オリフィス３ｉが、リセプタクル３に対して傾斜して上方へ延びるパイ プ３ｊと連通している請求項４記載の装置。 ８．前記パイプ３ｊが撹拌機５を含む平面と直角の垂直面内に配置されている請 求項１記載の装置。 ９．前記リセプタクル３がその円筒形状部３ｃの中にＣ字形の供給用のスプレー パイプ３ｂを有していて、撹拌機５の駆動シャフト５ａを通すための通路を形成 している請求項２記載の装置。 １０．前記撹拌機５のブレード５ｂが、非対称円錐３ｄの内部に収容されている 液体窒素の槽の中に部分的に挿入されている請求項１記載の装置。 １１．前記撹拌機５のブレード５ｂが非対称な円錐３ｄの第１の領域３ｅ、すな わち端部の壁３ｆが最も傾斜しているところに配置されている請求項１記載の装 置。 １２．ボールの形の固体粒子を製造し抽出するための方法であって、粒子からな る液滴の連続を重力によってコールドガスのコラムの中に拡散させることによっ て、この液滴を重力によって前記コールドガスのコラムの中へ通し、冷凍液の槽 の中に落下するまえに冷却して表面的に固化させる段階と、冷凍液の槽を渦を形 成するようにゆっくりと移動させて粒子の滴の降下を可能にして、ボールの形に 完全に固化させる段階と、固体粒子を冷凍液の槽から連続的に抽出する段階と、 を有する方法。 １３．前記冷凍液が液体窒素によって構成されている請求項１記載の方法。 １４．前記粒子が固化の潜熱が純水のそれよりも小さい水性混合物或いは任意の 液体から構成されている請求項１記載の方法。