JP2003206122A - Method for producing dry ice and apparatus therefor - Google Patents
Method for producing dry ice and apparatus thereforInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は新規なドライアイス
の製造方法及びその装置に関し、特に歩留りの無駄を大
きく排除することができ、生産効率の大幅向上を図るこ
とができるドライアイスの製造方法及びその装置に関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a new dry ice manufacturing method and apparatus, and more particularly, to a dry ice manufacturing method capable of largely eliminating yield waste and greatly improving production efficiency. Regarding the device.
【0002】[0002]
【従来の技術】固体の炭酸ガスであるドライアイスは大
気中において−78.5℃で昇華する特性を有し、周囲
を濡らすことなく低温が得られることから冷却剤として
用いられ、また、実験室ではエ−テルやメチルアルコ−
ルに砕いて投入し、−80℃程度の低温とする冷却体と
して使用され、演劇の舞台等では雲や霧を表現する小道
具として使用されることもある。2. Description of the Related Art Dry ice, which is a solid carbon dioxide gas, has the property of sublimating in the atmosphere at -78.5 ° C, and is used as a coolant because it can obtain a low temperature without wetting the surroundings. In the room, ether and methyl alcohol
It is used as a cooling body that is crushed and put into a chilled container at a temperature of about -80 ° C, and it is also used as a prop for expressing clouds and fog on the stage of a theater.
【0003】このドライアイスは通常、以下に説明する
工程で製造されている。即ち、液化炭酸ガスボンベとチ
ュ−ブで接続された噴射ノズル(スノ−ガン)から、上
面開口としたボックス状の集積容器内に向けて液化炭酸
ガスを噴射する。この噴射(断熱膨張)によって液化炭
酸ガスは断熱気化されるが、その際に潜熱によって冷却
されて一部が雪状の粉末(ドライアイススノ−)とな
る。この雪状の粉末に通常は少量の液化炭酸ガスを加
え、油圧系のピストンによりこの雪状の粉末を圧縮固化
し、ドライアイスを得る。This dry ice is usually manufactured by the steps described below. That is, the liquefied carbon dioxide gas is jetted from a jet nozzle (snow gun) connected to the liquefied carbon dioxide cylinder by a tube into a box-shaped integrated container having an upper surface opening. The liquefied carbon dioxide gas is adiabatically vaporized by this injection (adiabatic expansion), but at that time, it is cooled by latent heat and partly becomes snow-like powder (dry ice snow). A small amount of liquefied carbon dioxide is usually added to the snow-like powder, and the snow-like powder is compressed and solidified by a hydraulic piston to obtain dry ice.
【0004】また、前記した作業は液化炭酸ガスの供給
圧力を2.0Mpa、温度を−20℃とし、図7として
示す炭酸ガスのエンタルピ−線図で示すA点、つまり、
かかる状態で飽和液線と交差するポイントで実行され
る。この図ではA点で0.1Mpa(大気圧)に断熱膨
張させることを示し、0.1Mpaに交差する点をBと
する。B点が雪状の粉末が得られるポイントとなる。な
お、このエンタルピ−線図でXは三重点以下の圧力、温
度における乾き度を示し、X=0.6は気体60%、固
体40%となることを示している。In the above-mentioned work, the supply pressure of liquefied carbon dioxide is 2.0 MPa, the temperature is -20 ° C., and the point A in the enthalpy diagram of carbon dioxide shown in FIG.
In such a state, it is executed at a point intersecting the saturated liquid line. In this figure, point A indicates adiabatic expansion to 0.1 Mpa (atmospheric pressure), and the point intersecting 0.1 Mpa is B. Point B is the point where snow-like powder is obtained. In this enthalpy diagram, X indicates the dryness at a pressure and temperature below the triple point, and X = 0.6 indicates that gas is 60% and solid is 40%.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来のドライアイスの製造方法にあっては効率のよいとさ
れる圧力、温度のもとにあっても乾き度55%、つま
り、炭酸ガスの気体が55%あり、ドライアイススノ−
はせいぜい45%の歩留りとなり、前記した圧力、温度
をはずした時にはさらに歩留まりは低下し、供給した液
化炭酸ガスの20〜30%程度となってしまい、非常に
製産効率の悪いものとなっている。However, in the conventional method for producing dry ice, the dryness is 55% even under the pressure and temperature which are considered to be efficient, that is, the gas of carbon dioxide gas. 55%, dry ice snow
The yield is at most 45%, and when the above-mentioned pressure and temperature are removed, the yield is further reduced to about 20 to 30% of the liquefied carbon dioxide gas supplied, resulting in extremely poor production efficiency. There is.
【0006】[0006]
【発明の目的】そこで、本発明は上記した従来の実情、
問題点に着目してなされたもので、かかる問題点を解消
して、歩留りを大幅にアップし、製産効果の非常に優れ
たドライアイスの製造方法及びその装置を提供すること
を目的としている。SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, the present invention is based on the conventional situation described above.
The purpose of the present invention is to provide a method and an apparatus for producing dry ice, in which the problems are solved, the yield is significantly increased, and the production effect is extremely excellent. .
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明に係るドライアイスの製造方法は液化炭酸ガ
スを供給圧力略2.0Mpa、温度略−20℃で飽和液
線と交差するポイントから前記液化炭酸ガスを等圧状態
で三重点と交差するポイントまで過冷却し、その状態で
0.1Mpa(大気圧)に断熱膨張させることを特徴と
し、前記した工程であって、前記した等圧状態で三重点
と交差するポイントまで過冷却した液化炭酸ガスを断熱
膨張した後生成増幅機構を通過させて略−75℃まで冷
却し、この時の乾き度に沿って0.1Mpaに交差する
点に至らせることを特徴とし、前記した生成増幅機構は
略0.25Mpaの抵抗を持たせた管体としたことを特
徴としている。In order to achieve this object, in the method for producing dry ice according to the present invention, liquefied carbon dioxide gas intersects a saturated liquid line at a supply pressure of about 2.0 MPa and a temperature of about -20 ° C. From the point, the liquefied carbon dioxide gas is subcooled to a point intersecting the triple point in an isobaric state, and in that state, adiabatic expansion is performed to 0.1 Mpa (atmospheric pressure). Liquefied carbon dioxide gas that was supercooled to the point where it intersects with the triple point in the isobaric state is adiabatically expanded, then passed through a production amplification mechanism and cooled to approximately -75 ° C, and crossed at 0.1 MPa along the dryness at this time. The above-described generation and amplification mechanism is a tubular body having a resistance of approximately 0.25 Mpa.
【0008】また、本発明に係るドライアイスの製造装
置は液化炭酸ガスを過冷却させる熱交換器と、その熱交
換器を通った液化炭酸ガスを0.1Mpa(大気圧)に
断熱膨張させる手段とを備えていることを特徴とし、前
記した断熱膨張させる手段には略0.25Mpaの抵抗
を有する管体とした生成増幅機構を付設してあることを
特徴とし、前記した生成増幅機構は、ガス排気口を備え
たドライアイス成形機と連接され、そのドライアイス成
形機はプレスチャンバ−を備えていることを特徴として
いる。The dry ice producing apparatus according to the present invention further comprises a heat exchanger for supercooling the liquefied carbon dioxide and a means for adiabatically expanding the liquefied carbon dioxide passing through the heat exchanger to 0.1 Mpa (atmospheric pressure). The above-mentioned production / amplification mechanism is characterized in that a production / amplification mechanism which is a tubular body having a resistance of approximately 0.25 Mpa is attached to the adiabatic expansion means. It is characterized in that it is connected to a dry ice forming machine having a gas exhaust port, and the dry ice forming machine is provided with a press chamber.
【0009】[0009]
【作用】上記した構成としたことにより、三重点と交差
するポイントまでの過冷却で所定のエンタルピ−(エネ
ルギ−の次元をもつ熱力学的な状態量)が奪われ、固体
量の多い乾き度の状態で0.1Mpa(大気圧)に断熱
膨張(噴射)することとなり、従来と比して大きな歩留
りを確保してドライアイススノ−を得ることができる。
さらに、断熱膨張に際して略0.25Mpa程度の抵抗
を持つ導管を通すことで更なる低温への冷却がなされ、
一層の固体量の多い乾き度での作用となり歩留りはさら
に良好なものとなるのである。With the above structure, the predetermined enthalpy (thermodynamic state quantity having the dimension of energy) is deprived by supercooling up to the point intersecting the triple point, and the dryness with a large amount of solids. In this state, adiabatic expansion (injection) is performed to 0.1 MPa (atmospheric pressure), and a large yield can be secured and a dry ice snow can be obtained as compared with the conventional case.
Furthermore, during adiabatic expansion, a conduit with a resistance of about 0.25 Mpa is passed to cool it to a lower temperature,
The yield is further improved due to the action at a dryness with a higher solid content.
【0010】[0010]
【発明の実施の形態】次に、本発明の好ましい実施の形
態を図面を参照して説明する。図1は本発明を実施した
ドライアイスの製造装置を示すブロック回路図、図2は
同じく断熱膨張ポイントを示す炭酸ガスエンタルピ−線
図、図3は同じく生成増幅機構を用いない場合の断熱膨
張ポイントを示す炭酸ガスエンタルピ−線図、図4は同
じく生成増幅機構としての導管を示す図、図5は同じく
ドライアイスの製造工程図、図6は同じくドライアイス
の成形機を示す図である。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Next, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block circuit diagram showing a dry ice manufacturing apparatus embodying the present invention, FIG. 2 is a carbon dioxide enthalpy diagram showing the same adiabatic expansion point, and FIG. 3 is also an adiabatic expansion point in the case of not using a production amplification mechanism. Is a carbon dioxide enthalpy diagram showing FIG. 4, FIG. 4 is a view showing a conduit as a production / amplification mechanism, FIG. 5 is a process drawing of dry ice, and FIG. 6 is a view showing a dry ice molding machine.
【0011】これらの図にあって1は液化炭酸ガスの供
給源を示し、この液化炭酸ガスは高圧容器(ボンベ)に
収容されたものが使用されるが、その液化炭酸ガスは図
5に示すように原料ガスを洗浄塔で汚れを落とし、精製
装置を通してピュアな純炭酸ガスとし、これをガス圧縮
機にかけ、精製乾燥機を通して凝縮器で凝縮することに
よって得られるもので、その供給温度は−20℃、圧力
は1.8Mpa〜2.0Mpaとされる。In these figures, reference numeral 1 denotes a supply source of liquefied carbon dioxide gas, and this liquefied carbon dioxide gas used is contained in a high-pressure container (cylinder). The liquefied carbon dioxide gas is shown in FIG. As described above, the raw material gas is cleaned in a washing tower to obtain pure pure carbon dioxide gas through a purifying device, which is then applied to a gas compressor and condensed by a condenser through a refining / drying device. The pressure is set to 20 ° C. and the pressure is set to 1.8 Mpa to 2.0 Mpa.
【0012】こうして供給される液化炭酸ガスは冷凍機
2と冷媒配管3で接続されている熱交換器(過冷却器)
4・4‥へ送られる。この熱交換器4・4‥は複数個が
つなげられており、段階的に液化炭酸ガスを冷却し、温
度を下げている。The liquefied carbon dioxide gas thus supplied is connected to the refrigerator 2 by the refrigerant pipe 3 in a heat exchanger (supercooler).
Sent to 4 ... A plurality of the heat exchangers 4 ... Are connected to gradually cool the liquefied carbon dioxide to lower the temperature.
【0013】この熱交換器4・4‥による過冷却は供給
される液化炭酸ガスの供給圧力2.0Mpa(正確には
1.967Mpa)、温度−20℃で炭酸ガスのエンタ
ルピ−線図で示される飽和液線と交差するA点(前述の
とおり)から、等圧状態でその飽和液線が三重点(固
体、液体、気体が同時に存在する点、絶対圧力が0.5
18Mpa、温度−56.6℃)と交差するC点(図
2、図3参照)までとする。この時、図2、図3に示す
X−Y間のエンタルピ−を73KJ/Kg(17.4Kc
al/Kg)奪うこととなる。The supercooling by the heat exchangers 4, 4 ... Is shown by an enthalpy diagram of carbon dioxide at a supply pressure of liquefied carbon dioxide of 2.0 Mpa (1.967 Mpa to be precise) and a temperature of -20 ° C. From point A (as described above) that intersects the saturated liquid line, the saturated liquid line is a triple point under the isobaric condition (the point where solid, liquid and gas exist at the same time, and the absolute pressure is 0.5).
Up to point C (see FIGS. 2 and 3) that intersects 18 Mpa and a temperature of −56.6 ° C.). At this time, the enthalpy between X and Y shown in FIGS. 2 and 3 is 73 KJ / Kg (17.4 Kc).
al / Kg) will be robbed.
【0014】このC点における状態で液化炭酸ガスはソ
レノイド5で作動する電磁弁6を通り、先端を絞って絞
り弁7を構成する断熱膨張用の噴射ノズルとしての導管
8へ送られ、ドライアイスの成形機9へと送り込まれ
る。In this state at point C, the liquefied carbon dioxide gas passes through a solenoid valve 6 operated by a solenoid 5, and is squeezed at its tip to be sent to a conduit 8 as a jet nozzle for adiabatic expansion which constitutes a throttle valve 7, and dry ice. Is sent to the molding machine 9.
【0015】過冷却された液化炭酸ガスを0.1Mpa
(大気圧)に断熱膨張(噴射)させる作業は前記したC
点の状態でなされ、この断熱膨張の時に飽和液線が三重
点と交差するD点に至る。断熱膨張は必ず三重点以上の
圧力、温度でなされなければならない。過冷却によって
三重点以下の温度、圧力とすると導管8中にドライアイ
ススノ−が生成され、導管8を詰まらせてしまうからで
あり、三重点以上の状態でのみ炭酸ガスは液状体を保
ち、流動性の問題に支障を起こすことがない。The supercooled liquefied carbon dioxide gas was added to 0.1 Mpa.
The work of adiabatic expansion (injection) to (atmospheric pressure) is the above-mentioned C
The saturated liquid line reaches the point D where the triple point intersects at the time of this adiabatic expansion. Adiabatic expansion must be done at pressures and temperatures above the triple point. This is because when the temperature and pressure are below the triple point by supercooling, dry ice snow is generated in the conduit 8 and clogs the conduit 8, and the carbon dioxide gas keeps the liquid state only in the state above the triple point, Does not interfere with liquidity issues.
【0016】また、前記した導管8とドライアイスの成
形機9との間には生成増幅機構として略0.25Mpa
の抵抗を有する管体10が介在される。この管体10に
あっては導管8、特に絞り弁7により断熱膨張された液
化炭酸ガスを−75℃に冷却する(E点)。つまり、図
2中におけるD点とE点の間が管体10の存在とされ
る。この−75℃に冷却された時の乾き度に沿ってE点
から0.1Mpa(大気圧)に交差するF点に至らせる
ことができる。このF点は乾き度0.4のライン即ち気
体40%のラインと交差するので固体は60%、即ちド
ライアイススノ−が60%の割合で得られることが解
る。Further, between the conduit 8 and the dry ice molding machine 9 described above, a generation / amplification mechanism of about 0.25 MPa is provided.
The tubular body 10 having the resistance of is interposed. In this pipe 10, the liquefied carbon dioxide gas adiabatically expanded by the conduit 8, particularly the throttle valve 7, is cooled to -75 ° C (point E). That is, the tubular body 10 exists between points D and E in FIG. Along with the dryness when cooled to −75 ° C., it is possible to reach from the point E to the point F intersecting with 0.1 MPa (atmospheric pressure). Since this point F intersects with a line having a dryness of 0.4, that is, a line having a gas of 40%, it can be seen that the solid content is 60%, that is, the dry ice snow is 60%.
【0017】さらに、ドライアイスの成形機9は前記管
体10の先端が連結開放されるドライアイススノ−の放
散部11が設けられ、この放散部11には気体となった
炭酸ガスの排出口12が設けられている。Further, the dry ice molding machine 9 is provided with a dry ice snow diffuser 11 to which the tip of the pipe 10 is connected and opened, and the diffuser 11 has a discharge port for carbon dioxide gas which has become a gas. 12 are provided.
【0018】そして、前記した放散部11には積層した
ドライアイススノ−のプレスチャンバ−13が連通状態
で設けられている。このプレスチャンバ−13は筒状の
ものとされ、一方開口には遮蔽用(受用)の油圧シリン
ダ−14が臨まされ、他方開口からは内部にピストン1
5aを圧入し、ドライアイススノ−を圧縮するプレス油
圧シリンダ−15が臨まされている。また、このプレス
チャンバ−13は図6に示すように放散部11と兼用さ
せることも勿論可能であり、図中17はプレスして成形
されたドライアイスを示す。A stack of dry ice snow press chambers 13 is provided in communication with the diffusion unit 11 described above. The press chamber 13 has a cylindrical shape, a shielding (receiving) hydraulic cylinder 14 is exposed at one opening, and the piston 1 is internally provided from the other opening.
A press hydraulic cylinder-15 for press-fitting 5a and compressing dry ice snow is exposed. The pressing chamber 13 can also be used as the radiating portion 11 as shown in FIG. 6, and reference numeral 17 in the drawing denotes dry ice formed by pressing.
【0019】なお、図6に示すドライアイスの成形機9
は生成増幅機構としての管体10を省略したもので16
・16‥は圧油の配管を示している。The dry ice forming machine 9 shown in FIG.
16 is the one that omits the tubular body 10 as the generation and amplification mechanism.
・ 16 indicates piping for pressure oil.
【0020】この管体10の存在を省略した場合の炭酸
ガスエンタルピ−線図は図3に示すようになる。この場
合、前記したA点よりC点まで等圧で過冷却する工程は
同様であるが、このC点より断熱膨張させて、そのまま
0.1Mpa(大気圧)に交差するD点に至る。この図
3におけるD点における乾き度は0.4と0.5の間に位
置し、約47%、あるいはそれよりも低い乾き度となっ
ている。そのため、管体10(生成増幅機構)の存在が
ない場合でも固体は53%以上、つまり53%以上の歩
留りとなることが解る。The carbon dioxide enthalpy diagram when the tube body 10 is omitted is shown in FIG. In this case, the process of subcooling from point A to point C at a constant pressure is the same, but adiabatic expansion is performed from point C to reach point D, which intersects with 0.1 MPa (atmospheric pressure). The dryness at point D in FIG. 3 is located between 0.4 and 0.5 and is about 47% or lower. Therefore, it is understood that the yield of solids is 53% or more, that is, 53% or more even when the tubular body 10 (generation / amplification mechanism) is not present.
【0021】[0021]
【発明の効果】本発明に係るドライアイスの製造方法及
びその装置は上述のように構成され、作用する。そのた
め、供給される原料としての液化炭酸ガスの条件下で物
理的に限界ともいえる高率の歩留りを達成することがで
き、製産効率の非常に優れたものとなっている。The method and apparatus for producing dry ice according to the present invention are constructed and function as described above. Therefore, it is possible to achieve a high yield, which can be said to be a physical limit, under the condition of liquefied carbon dioxide gas as a raw material to be supplied, and the production efficiency is extremely excellent.
【図1】本発明を実施したドライアイスの製造装置を示
すブロック回路図である。FIG. 1 is a block circuit diagram showing a dry ice manufacturing apparatus embodying the present invention.
【図2】断熱膨張ポイントを示す炭酸ガスエンタルピ−
線図である。FIG. 2 Carbon dioxide enthalpy showing adiabatic expansion points
It is a diagram.
【図3】生成増幅機構を用いない場合の断熱膨張ポイン
トを示す炭酸ガスエンタルピ−線図である。FIG. 3 is a carbon dioxide enthalpy diagram showing adiabatic expansion points in the case where a generation / amplification mechanism is not used.
【図4】生成増幅機構としての導管を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a conduit as a generation and amplification mechanism.
【図5】ドライアイスの製造工程図である。FIG. 5 is a manufacturing process diagram of dry ice.
【図6】ドライアイスの成形機を示す図である。FIG. 6 is a view showing a dry ice forming machine.
【図7】従来の製法による炭酸ガスエンタルピ−線図で
ある。FIG. 7 is a carbon dioxide enthalpy diagram according to a conventional manufacturing method.
【符号の説明】 1 液化炭酸ガスの供給源 2 冷凍機 3 冷媒配管 4 熱交換器 5 ソレノイド 6 電磁弁 7 絞り弁 8 導管 9 ドライアイスの成形機 10 管体 11 放散部 12 排出口 13 プレスチャンバ− 14 遮蔽用の油圧シリンダ− 15 プレス油圧シリンダ− 16 圧油の配管 17 ドライアイス[Explanation of symbols] Source of liquefied carbon dioxide 2 refrigerator 3 Refrigerant piping 4 heat exchanger 5 solenoid 6 Solenoid valve 7 Throttle valve 8 conduits 9 Dry ice molding machine 10 tubes 11 Dispersion part 12 outlet 13 Press chamber 14 Shield hydraulic cylinder 15 Press hydraulic cylinder 16 Pressure oil piping 17 dry ice
Claims (6)
a、温度略−20℃で飽和液線と交差するポイントから
前記液化炭酸ガスを等圧状態で三重点と交差するポイン
トまで過冷却し、その状態で0.1Mpa(大気圧)に
断熱膨張させることを特徴とするドライアイスの製造方
法。1. A supply pressure of liquefied carbon dioxide is approximately 2.0 Mp.
a, at a temperature of approximately -20 ° C, the liquefied carbon dioxide gas is supercooled from a point intersecting the saturated liquid line to a point intersecting the triple point in an isobaric state, and adiabatically expanded to 0.1 Mpa (atmospheric pressure) in that state. A method for producing dry ice, characterized in that
態で三重点と交差するポイントまで過冷却した液化炭酸
ガスを断熱膨張した後生成増幅機構を通過させて略−7
5℃まで冷却し、この時の乾き度に沿って0.1Mpa
に交差する点に至らせることを特徴とする請求項1に記
載のドライアイスの製造方法。2. In the above-mentioned step, the liquefied carbon dioxide gas that has been supercooled to a point intersecting the triple point in the above-mentioned equal pressure state is adiabatically expanded and then passed through a production / amplification mechanism to obtain about −7.
Cool to 5 ℃, and dry according to the dryness at this time to 0.1 MPa.
The method for producing dry ice according to claim 1, wherein the dry ice is reached at a point intersecting with.
aの抵抗を持たせた管体としたことを特徴とする請求項
2に記載のドライアイスの製造方法。3. The generation and amplification mechanism described above is approximately 0.25 Mp.
The method for producing dry ice according to claim 2, wherein the tube body has a resistance of a.
と、その熱交換器を通った液化炭酸ガスを0.1Mpa
(大気圧)に断熱膨張させる手段とを備えていることを
特徴とするドライアイスの製造装置。4. A heat exchanger for supercooling liquefied carbon dioxide and liquefied carbon dioxide passing through the heat exchanger are set to 0.1 Mpa.
An apparatus for producing dry ice, comprising: means for performing adiabatic expansion (atmospheric pressure).
25Mpaの抵抗を有する管体とした生成増幅機構を付
設してあることを特徴とする請求項4に記載のドライア
イスの製造装置。5. The means for adiabatic expansion described above has a value of approximately 0.
The dry ice manufacturing apparatus according to claim 4, further comprising a generation / amplification mechanism that is a tubular body having a resistance of 25 Mpa.
備えたドライアイス成形機と連接され、そのドライアイ
ス成形機はプレスチャンバ−を備えていることを特徴と
する請求項5に記載のドライアイスの製造装置。6. The production / amplification mechanism described above is connected to a dry ice forming machine having a gas exhaust port, and the dry ice forming machine is provided with a press chamber. Dry ice manufacturing equipment.
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