JP7706969B2 - ドライアイスペレット製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、ドライアイスペレット製造装置に関する。

ドライアイスペレット製造方法および装置の構成を開示した先行文献として、特開２００６－５２１１３号公報(特許文献１)がある。特許文献１に記載されたドライアイスペレット製造装置は、成形室と、成形板と、押出し手段と、遮蔽手段と、切断手段とを備える。成形板は、成形室の長手方向の一端側に設けられ、多数の孔が形成されている。押出し手段は、成形室内のスノー状ドライアイスを成形板に向けて圧縮可能である。遮蔽手段は、成形室からスノー状ドライアイスの漏れを防止する。切断手段は、成形板の孔から押し出されたロッド状ドライアイスを切断する。

特開２００６－５２１１３号公報

特許文献１に記載されたドライアイスペレット製造装置においては、シリンダ内のスノー状ドライアイスを遮蔽する部材と圧縮されたドライアイスを切断する部材とを別々に設けているため、装置の構成部材が多くなり、装置の構造が複雑になる。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、スノー状ドライアイスの遮蔽構造および圧縮されたドライアイスの切断構造が集約されて簡易な構造を有する、ドライアイスペレット製造装置を提供することを目的とする。

本発明に基づくドライアイスペレット製造装置は、シリンダと、ノズル部と、ピストンと、切断板とを備える。シリンダは、軸方向に延在し、スノー状ドライアイスを収容する。ノズル部は、シリンダの軸方向の一方の端部に配置され、複数の成形孔が設けられる。ピストンは、上記軸方向に往復移動可能にシリンダの内部に配置される。切断板は、上記軸方向と直交する方向に往復移動可能にシリンダの外側に配置され、ノズル部と摺動しつつ複数の成形孔を開閉する。切断板によって複数の成形孔が閉じた状態において、ピストンがノズル部に向かって移動することにより、スノー状ドライアイスが圧縮される。切断板が移動して複数の成形孔が開いた状態において、ピストンがノズル部に向かってさらに移動することにより、複数の成形孔から圧縮されたスノー状ドライアイスが押し出される。複数の成形孔を閉じる方向に切断板が移動することにより、圧縮されたスノー状ドライアイスから押し出された部分が切断される。

本発明の一形態においては、ピストンのノズル部に向かう方向の移動と、切断板による複数の成形孔の開閉とが、交互に連続して行なわれることにより、圧縮されたスノー状ドライアイスが一定量押し出される度に切断される。

本発明の一形態においては、切断板は、摺動面部と、傾斜面部とを含む。摺動面部は、ノズル部と摺動する。傾斜面部は、摺動面部に対して鋭角をなして交わる。摺動面部と傾斜面部とが交わる稜部にて、圧縮されたスノー状ドライアイスから押し出された部分を切断する。

本発明の一形態においては、切断板は、樹脂により構成されている。

本発明の一形態においては、摺動面部は、研磨されている。

本発明によれば、スノー状ドライアイスの遮蔽構造および圧縮されたドライアイスの切断構造を集約して簡易な構造にすることができる。

本発明の一実施形態に係るドライアイスペレット製造システムの構成を示す模式図である。 本発明の一実施形態に係るドライアイスペレット製造装置の構成を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係るドライアイスペレット製造装置においてスノー状ドライアイスが圧縮された状態を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係るドライアイスペレット製造装置において圧縮されたドライアイスが成形孔から押し出された状態を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係るドライアイスペレット製造装置において圧縮されたドライアイスが切断された状態を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係るドライアイスペレット製造装置の構成部材の動作関係を示すグラフである。 比較例に係るドライアイスペレット製造装置の構成を示す断面図である。 比較例に係るドライアイスペレット製造装置において圧縮されたドライアイスが成形孔から押し出された状態を示す断面図である。 比較例に係るドライアイスペレット製造装置において圧縮されたドライアイスが切断された状態を示す断面図である。 一実施形態および比較例に係るドライアイスペレットの長さの標準誤差を示すグラフである。

以下、本発明の一実施形態に係るドライアイスペレット製造装置について図面を参照して説明する。以下の実施形態の説明においては、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。

図１は、本発明の一実施形態に係るドライアイスペレット製造システムの構成を示す模式図である。図１に示すように、本実施形態に係るドライアイスペレット製造システム１は、液化炭酸ガス供給系１０と、ドライアイスペレット製造装置２０とを備える。

液化炭酸ガス供給系１０は、液化炭酸ガス貯蔵容器１００と、炭酸ガス管１０１と、第１開閉部１０２と、絞り部１０３とを含む。液化炭酸ガス供給系１０は、炭酸ガス管１０１の内部の圧力を測定する圧力計をさらに含む。

液化炭酸ガス貯蔵容器１００は、液化炭酸ガスを貯蔵している。炭酸ガス管１０１は、液化炭酸ガス貯蔵容器１００に接続されて液化炭酸ガスまたは炭酸ガスの流路を構成している。

第１開閉部１０２は、炭酸ガス管１０１の途中に設けられている。第１開閉部１０２は、手動で開閉可能なバルブにて構成されている。なお、第１開閉部１０２は、自動で開閉可能なバルブにて構成されていてもよい。

絞り部１０３は、液化炭酸ガス供給系１０における第１開閉部１０２より下流側に設けられている。絞り部１０３は、本発明の一実施形態においては、オリフィス板により構成されている。液化炭酸ガスの流量は、絞り部１０３により調整される。液化炭酸ガスは、絞り部１０３における断熱膨張により温度が低下する。液化炭酸ガスの温度が低下することによって、スノー状ドライアイスが形成される。

ドライアイスペレット製造装置２０は、絞り部１０３より下流側に設けられている。ドライアイスペレット製造装置２０には、スノー状ドライアイスが供給される。

図２は、本発明の一実施形態に係るドライアイスペレット製造装置の構成を示す断面図である。図２に示すように、本実施形態に係るドライアイスペレット製造装置２０は、シリンダ１１０と、ノズル部１２０と、ピストン１３０と、切断板１４０と、架台１５０とを含む。

シリンダ１１０は、中空の円筒部材である。シリンダ１１０は、軸方向に延在し、スノー状ドライアイス２を収容する。シリンダ１１０は、たとえば、鉄またはアルミニウムにより構成されている。

シリンダ１１０は、周方向の一部において、供給部１１１と、排出部１１２とを有する。供給部１１１は、液化炭酸ガス供給系１０から供給されるスノー状ドライアイス２をシリンダ１１０の内部へ供給する。排出部１１２は、後述するスノー状ドライアイス２の圧縮時に、シリンダ１１０の内部に存在するガスを外部に排出する。

ノズル部１２０は、シリンダ１１０の軸方向の一方の端部に配置された板状部材である。ノズル部１２０は、シリンダ１１０側に位置する内面部１２２と、シリンダ１１０とは反対側に位置する外面部１２３とを含む。ノズル部１２０は、たとえば、鉄またはアルミニウムにより構成されている。

ノズル部１２０には、複数の成形孔１２１が設けられている。本実施形態における複数の成形孔１２１は、シリンダ１１０の軸方向に並列に設けられている。複数の成形孔１２１の各々は、内面部１２２と外面部１２３とを接続して貫通している。複数の成形孔１２１の各々の直径は、たとえば、１０ｍｍである。

ピストン１３０は、シリンダの内部に配置された柱状部材である。ピストン１３０は、シリンダ１１０の軸方向に往復移動可能である。ピストン１３０は、たとえば、鉄またはアルミニウムにより構成されている。

切断板１４０は、シリンダ１１０の外側に配置された板状部材である。切断板１４０は、シリンダ１１０の軸方向と直交する方向に往復移動可能である。切断板１４０は、図示しない駆動機構によって往復移動可能である。切断板１４０は、ノズル部１２０と摺動しつつ複数の成形孔１２１を開閉する。

切断板１４０は、樹脂により構成されている。切断板１４０は、たとえば、ポリアセタールにより構成されている。なお、切断板１４０の材質は、樹脂に限定されず、鉄またはアルミニウムなどの金属であってもよい。

切断板１４０は、摺動面部１４１と、傾斜面部１４２と、稜部１４３とを有する。

摺動面部１４１は、切断板１４０におけるノズル部１２０側に位置している。摺動面部１４１は、切断板１４０が複数の成形孔１２１を開閉する際に、ノズル部１２０と摺動する。具体的には、摺動面部１４１は、外面部１２３と摺動する。

摺動面部１４１は、研磨されている。摺動面部の表面粗さ(Ｒａ)は、たとえば、０．８μｍ以下である。摺動面部１４１は、たとえば、バフ研磨されている。

傾斜面部１４２は、切断板１４０におけるノズル部１２０とは反対側に位置している。傾斜面部１４２は、摺動面部１４１に対して鋭角をなして交わっている。

稜部１４３は、切断板１４０における摺動面部１４１と傾斜面部１４２とが交わる部分である。稜部１４３にて、後述する圧縮されたスノー状ドライアイスから押し出された部分が切断される。稜部１４３は、切断板１４０の断面方向から見て、曲面形状を有して摺動面部１４１と傾斜面部１４２とを接続している。なお、稜部１４３の形状は、曲面形状に限定されず、摺動面部１４１と傾斜面部１４２とを接続する直線状であってもよい。

架台１５０は、ドライアイスペレット製造装置２０の構成部材を支持する部材である。架台１５０は、ドライアイスペレット製造装置２０の底部に設けられている。架台１５０は、図示しない固定部材によってシリンダ１１０と固定されている。架台１５０は、シリンダ１１０の軸方向の延長線上に位置している。架台１５０は、切断板１４０より下方に配置されている。架台１５０は、形成されたドライアイスペレットが切断板１４０と架台１５０との間に残存しないように、切断板１４０と摺動可能である。なお、架台１５０は、切断板１４０との間に微小な隙間が設けられている構成であってもよい。

架台１５０には、ホッパー１５１が設けられている。ホッパー１５１は、形成されたドライアイスペレットを収容する容器である。

以下、本発明の一実施形態に係るドライアイスペレット製造装置２０の動作について説明する。

図３は、本発明の一実施形態に係るドライアイスペレット製造装置においてスノー状ドライアイスが圧縮された状態を示す断面図である。図４は、本発明の一実施形態に係るドライアイスペレット製造装置において圧縮されたドライアイスが成形孔から押し出された状態を示す断面図である。図５は、本発明の一実施形態に係るドライアイスペレット製造装置において圧縮されたドライアイスが切断された状態を示す断面図である。

まず、図２に示すように、スノー状ドライアイス２が供給部１１１からシリンダ１１０内に供給される。スノー状ドライアイス２は、シリンダ１１０の内部において堆積する。スノー状ドライアイス２がシリンダ１１０の内部に供給される際、切断板１４０は、複数の成形孔１２１を閉じている。これにより、スノー状ドライアイス２が複数の成形孔１２１から外部に漏出することはない。

次に、図３に示すように、切断板１４０によって複数の成形孔１２１が閉じた状態において、スノー状ドライアイス２がシリンダ１１０の内部に供給され、ピストン１３０がノズル部１２０に向かって移動することにより、スノー状ドライアイス２の漏出を抑制しつつ、スノー状ドライアイス２が圧縮される。本実施形態における圧縮されたスノー状ドライアイス３は、ピストン１３０が一定速度で移動してスノー状ドライアイス２を圧縮する時間を調整することによって、所望の密度を有するように成形される。

ピストン１３０の圧縮応力は、たとえば、２０ＭＰａである。圧縮されたスノー状ドライアイス３の形成と同時に、シリンダ１１０内に残留したガスは排出部１１２から外部へ排出される。

次に、図４に示すように、切断板１４０が移動して複数の成形孔１２１が開いた状態において、ピストン１３０がノズル部１２０に向かってさらに移動することにより、複数の成形孔１２１から圧縮されたスノー状ドライアイス３が押し出される。ピストン１３０による圧縮されたスノー状ドライアイス３を押し出す時間を調整することによって、圧縮されたスノー状ドライアイスの押し出された部分３ｐのシリンダ１１０の軸方向における長さが調整される。圧縮されたスノー状ドライアイス３は、たとえば、ピストン１３０の押し出す時間を５０ｍｓｅｃに設定することにより１００ｍｍ押し出される。

次に、図５に示すように、複数の成形孔１２１を閉じる方向に切断板１４０が移動することにより、圧縮されたスノー状ドライアイス３から押し出された部分３ｐが切断される。圧縮されたスノー状ドライアイスから押し出された部分３ｐが切断されることにより、ドライアイスペレット４となる。ドライアイスペレット４は、ホッパー１５１へ収容される。

なお、本発明の一実施形態におけるドライアイスペレット製造装置２０は、下向きにドライアイスペレット４を押し出しているが、下向きの押出しに限定されず、上向きにドライアイスペレット４が押し出される構造であってもよい。

図６は、本発明の一実施形態に係るドライアイスペレット製造装置の構成部材の動作関係を示すグラフである。

図２～図６に示すように、ピストン１３０のノズル部１２０に向かう方向の移動と、切断板１４０による複数の成形孔１２１の開閉とが、交互に連続して行なわれることにより、圧縮されたスノー状ドライアイス３が一定量押し出される度に切断される。

具体的には、図６に示すように、上昇位置から降下したピストン１３０は、時間ｔ１において、スノー状ドライアイス２が圧縮された時点で停止し、切断板１４０が複数の成形孔１２１を開ける方向に移動を開始する。時間ｔ２において、切断板１４０の複数の成形孔１２１を開ける方向への移動が完了し、ピストン１３０の降下が開始される。これにより圧縮されたスノー状ドライアイス３が複数の成形孔１２１から押し出される。時間ｔ３において、ピストン１３０の降下が停止し、切断板１４０が複数の成形孔１２１を閉じる方向に移動を開始する。時間ｔ４において、切断板１４０の複数の成形孔１２１を閉じる方向への移動が完了する。これにより、圧縮されたスノー状ドライアイスから押し出された部分３ｐが切断板１４０によって切断され、ドライアイスペレット４が形成される。この時間ｔ１から時間ｔ４までのサイクルは、ピストン１３０が降下位置まで降下し、シリンダ１１０内の圧縮されたスノー状ドライアイス３がシリンダ１１０内から排出されるまで繰り返される。

ここで、本発明の一実施形態の比較例に係るドライアイスペレット製造装置について説明する。本発明の一実施形態の比較例に係るドライアイスペレット製造装置は、切断板の構成ならびにピストンおよび切断板の動作が本発明の一実施形態に係るドライアイスペレット製造装置２０と異なるため、本発明の一実施形態に係るドライアイスペレット製造装置２０と同様である構成については説明を繰り返さない。

図７は、比較例に係るドライアイスペレット製造装置の構成を示す断面図である。図７に示すように、比較例に係るドライアイスペレット製造装置９０は、シリンダ１１０と、ノズル部１２０と、ピストン１３０と、切断板９４０と、架台１５０とを備える。

本比較例に係る切断板９４０は、摺動面部９４１と、押圧面部９４２と、稜部９４３とを備える。

摺動面部９４１は、切断板９４０におけるノズル部１２０側に位置している。摺動面部９４１は、切断板９４０が複数の成形孔１２１を開閉する際に、ノズル部１２０と摺動する。

押圧面部９４２は、摺動面部９４１に対して直角に交わる面である。稜部９４３は、切断板９４０における摺動面部９４１と押圧面部９４２とが交わる部分である。

図８は、比較例に係るドライアイスペレット製造装置において圧縮されたドライアイスが成形孔から押し出された状態を示す断面図である。図９は、比較例に係るドライアイスペレット製造装置において圧縮されたドライアイスが切断された状態を示す断面図である。

比較例に係るドライアイスペレット製造装置９０において、ピストン１３０は、停止することなくノズル部１２０に達するまで動き続ける。

これにより、図８に示すように、圧縮されたスノー状ドライアイス３は、押し出されて架台１５０に当接して折れる。圧縮されたスノー状ドライアイスから押し出された部分３ｐの折れ残った部分は、複数の成形孔１２１から押し出されたまま残存する。

図９に示すように、シリンダ１１０内の圧縮されたスノー状ドライアイス３が外側に押し出された後、切断板９４０が複数の成形孔１２１を閉じる方向に移動する。稜部９４３および押圧面部９４２のいずれかが圧縮されたスノー状ドライアイスから押し出された部分３ｐに接触する。これにより、圧縮されたスノー状ドライアイスから押し出された部分３ｐの折れ残った部分が切断される。

比較例においては、圧縮されたスノー状ドライアイスから押し出された部分３ｐの折れ残った部分は、必ずしも稜部９４３にて切断されない。比較例に係るドライアイスペレット４Ａは、圧縮されたスノー状ドライアイスから押し出された部分３ｐにおいて、架台１５０に当接して折れた部分と、切断板９４０によって切断された部分とを含む。

図１０は、一実施形態および比較例に係るドライアイスペレットの長さの標準誤差を示すグラフである。図１０においては、一実施形態および比較例のドライアイスペレットを２７個ずつ測定した場合のシリンダ１１０の軸方向におけるドライアイスペレットの長さの標準誤差を示している。

図１０に示すように、本実施形態のドライアイスペレットの長さの標準誤差は、比較例より小さい。具体的には、ドライアイスペレットの長さの標準誤差は、比較例において約１．４ｍｍであり、本実施形態において約０．８ｍｍであった。ドライアイスペレットの長さの分布範囲は、比較例においては５ｍｍ以上３０ｍｍ以下であり、本実施形態では５ｍｍ以上１２ｍｍ以下であった。

本発明の一実施形態に係るドライアイスペレット製造装置２０においては、切断板１４０がスノー状ドライアイス２を圧縮する際には複数の成形孔１２１を閉じ、複数の成形孔１２１を開いた状態から閉める状態にすることによって圧縮されたスノー状ドライアイス３を切断することができるため、スノー状ドライアイスの遮蔽構造および圧縮されたドライアイスの切断構造を集約して簡易な構造にすることができる。

本発明の一実施形態に係るドライアイスペレット製造装置２０においては、ピストン１３０のノズル部１２０に向かう方向の移動と、切断板１４０による複数の成形孔１２１の開閉とが、交互に連続して行なわれることによって、圧縮されたスノー状ドライアイス３が一定量押し出される度に切断されるため、形成されるドライアイスペレット４の長さのばらつきを抑制することができる。

本発明の一実施形態に係るドライアイスペレット製造装置２０においては、摺動面部１４１と傾斜面部１４２とが交わる稜部１４３にて、圧縮されたスノー状ドライアイス３を切断することができるため、切断板１４０の切れ味を良くして、ドライアイスペレット４の長さのばらつきを抑制することができる。

本発明の一実施形態に係るドライアイスペレット製造装置２０においては、切断板１４０を樹脂により構成することによって、切断板１４０の熱伝導性を低下させてドライアイスペレット４による切断板１４０の冷却を抑制し、切断板１４０の表面における氷塊の発生を抑制することができる。

本発明の一実施形態に係るドライアイスペレット製造装置２０においては、切断板１４０における摺動面部１４１が研磨されていることにより、塊状ドライアイスとなり得るドライアイスが摺動面部１４１の表面に付着し難くすることができるため、切断板１４０の表面における氷塊の発生を抑制することができる。

なお、本発明の一実施形態に係るドライアイスペレット製造装置２０は、スノー状ドライアイスの遮蔽構造および圧縮されたドライアイスの切断構造を集約して簡易な構造にすることによって、装置を小型化して、装置の設置場所の選択肢を増やすことができるため、持続的な開発目標(ＳＤＧｓ：Sustainable Development Goals)における、たとえば、「７．エネルギーをみんなにそしてクリーンに」の目標達成に寄与することができる。

また、本発明の一実施形態に係るドライアイスペレット製造装置２０は、形成されるドライアイスペレットの長さのばらつきを抑制することによって、必要とするドライアイスペレットのみを得ることができるため、ＳＤＧｓにおける、たとえば、「１２．つくる責任つかう責任」の目標達成に寄与することができる。

なお、今回開示した上記実施形態はすべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本開示の技術的範囲は、上記した実施形態のみによって解釈されるものではない。また、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。上述した実施形態の説明において、組み合わせ可能な構成を相互に組み合わせてもよい。

１ ドライアイスペレット製造システム、２ スノー状ドライアイス、３ 圧縮されたスノー状ドライアイス、３ｐ 圧縮されたスノー状ドライアイスから押し出された部分、４，４Ａ ドライアイスペレット、１０ 液化炭酸ガス供給系、２０，９０ ドライアイスペレット製造装置、１００ 液化炭酸ガス貯蔵容器、１０１ 炭酸ガス管、１０２ 第１開閉部、１０３ 絞り部、１１０ シリンダ、１１１ 供給部、１１２ 排出部、１２０ ノズル部、１２１ 成形孔、１２２ 内面部、１２３ 外面部、１３０ ピストン、１４０，９４０ 切断板、１４１，９４１ 摺動面部、１４２ 傾斜面部、１４３，９４３ 稜部、１５０ 架台、１５１ ホッパー、９４２ 押圧面部。

Claims (4)

1. 軸方向に延在し、スノー状ドライアイスを収容するシリンダと、
   前記シリンダの前記軸方向の一方の端部に配置され、複数の成形孔が設けられたノズル部と、
   前記軸方向に往復移動可能に前記シリンダの内部に配置されたピストンと、
   前記シリンダの前記軸方向の延長線上に位置する架台と、
   前記軸方向と直交する方向に往復移動可能に前記シリンダの外側に配置され、前記ノズル部および前記架台と摺動しつつ前記複数の成形孔を開閉し、樹脂により構成された切断板とを備え、
   前記切断板によって前記複数の成形孔が閉じた状態において、前記ピストンが前記ノズル部に向かって移動することにより、前記スノー状ドライアイスが圧縮され、
   前記切断板が移動して前記複数の成形孔が開いた状態において、前記ピストンが前記ノズル部に向かってさらに移動することにより、前記複数の成形孔から圧縮された前記スノー状ドライアイスが押し出され、
   前記複数の成形孔を閉じる方向に前記切断板が移動することにより、圧縮された前記スノー状ドライアイスから押し出された部分が切断される、ドライアイスペレット製造装置。
2. 前記ピストンの前記ノズル部に向かう方向の移動と、前記切断板による前記複数の成形孔の開閉とが、交互に連続して行なわれることにより、圧縮された前記スノー状ドライアイスが一定量押し出される度に切断される、請求項１に記載のドライアイスペレット製造装置。
3. 前記切断板は、前記ノズル部と摺動する摺動面部と、
   前記摺動面部に対して鋭角をなして交わる傾斜面部とを含み、
   前記摺動面部と前記傾斜面部とが交わる稜部にて、圧縮された前記スノー状ドライアイスから前記押し出された部分を切断する、請求項１または請求項２に記載のドライアイスペレット製造装置。
4. 前記摺動面部は、研磨されている、請求項３に記載のドライアイスペレット製造装置。

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