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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023068973
(43)【公開日】2023-05-18
(54)【発明の名称】ドライアイス噴射装置
(51)【国際特許分類】
B24C 5/04 20060101AFI20230511BHJP
B05B 7/04 20060101ALI20230511BHJP
B08B 7/00 20060101ALI20230511BHJP
B01J 2/02 20060101ALI20230511BHJP
B24C 1/00 20060101ALI20230511BHJP
B24C 11/00 20060101ALI20230511BHJP
【ＦＩ】
B24C5/04 A
B05B7/04
B08B7/00
B01J2/02 A
B24C1/00 A
B24C11/00 E
【審査請求】有
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021180478
(22)【出願日】2021-11-04
(71)【出願人】
【識別番号】320011650
【氏名又は名称】大陽日酸株式会社
(71)【出願人】
【識別番号】591107034
【氏名又は名称】日本液炭株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001634
【氏名又は名称】弁理士法人志賀国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】上野 翔世
【テーマコード（参考）】
3B116
4F033
4G004
【Ｆターム（参考）】
3B116BA06
3B116BB38
4F033QA09
4F033QB02Y
4F033QB03X
4F033QB11X
4F033QB12Y
4F033QB13Y
4F033QB17
4F033QD02
4F033QD15
4F033QF11X
4F033QF21X
4G004CA03
(57)【要約】
【課題】液化炭酸ガスが断熱膨張してドライアイスを生成する造粒部の閉塞を抑制し、長時間の連続運転が可能なドライアイス噴射装置を提供する。
【解決手段】液化炭酸ガス供給経路Ｌ１と、圧縮ガス供給経路Ｌ２と、液化炭酸ガスの流路を規制するオリフィスと、オリフィスの二次側に位置し、液化炭酸ガスが断熱膨張してドライアイスを生成する造粒部３と、ドライアイスを噴射する噴射ノズル２とを備え、噴射ノズル２の内側の空間は、基端に位置する大径部２ａと、先端に位置し、噴射ノズル２の軸方向と垂直な方向の断面積が大径部２ａよりも小さい小径部２ｂとを有し、小径部２ｂの先端がドライアイスの噴射口２Ｂであり、造粒部３の先端３Ａが小径部２ｂに開口し、圧縮ガス供給経路Ｌ２が大径部２ａと連通するように噴射ノズル２と接続され、圧縮ガスとともにドライアイスが噴射口２Ｂから噴射される、ドライアイス噴射装置を選択する。
【選択図】図２
【解決手段】液化炭酸ガス供給経路Ｌ１と、圧縮ガス供給経路Ｌ２と、液化炭酸ガスの流路を規制するオリフィスと、オリフィスの二次側に位置し、液化炭酸ガスが断熱膨張してドライアイスを生成する造粒部３と、ドライアイスを噴射する噴射ノズル２とを備え、噴射ノズル２の内側の空間は、基端に位置する大径部２ａと、先端に位置し、噴射ノズル２の軸方向と垂直な方向の断面積が大径部２ａよりも小さい小径部２ｂとを有し、小径部２ｂの先端がドライアイスの噴射口２Ｂであり、造粒部３の先端３Ａが小径部２ｂに開口し、圧縮ガス供給経路Ｌ２が大径部２ａと連通するように噴射ノズル２と接続され、圧縮ガスとともにドライアイスが噴射口２Ｂから噴射される、ドライアイス噴射装置を選択する。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
液化炭酸ガスを供給する液化炭酸ガス供給経路と、
圧縮ガスを供給する圧縮ガス供給経路と、
前記液化炭酸ガス供給経路に位置し、液化炭酸ガスの流路を規制するオリフィスと、
前記オリフィスの二次側に位置し、前記液化炭酸ガスが断熱膨張してドライアイスを生成する造粒部と、
前記ドライアイスを噴射する噴射ノズルと、を備え、
前記噴射ノズルの内側の空間は、基端に位置する大径部と、先端に位置し、前記大径部と連通するとともに、前記噴射ノズルの軸方向と垂直な方向の断面積が前記大径部よりも小さい小径部と、を有し、
前記小径部の先端が、前記ドライアイスの噴射口であり、
前記造粒部の先端が、前記小径部に開口し、
前記圧縮ガス供給経路が、前記大径部と連通するように前記噴射ノズルと接続され、前記圧縮ガスとともに、前記ドライアイスが前記噴射口から噴射される、ドライアイス噴射装置。
圧縮ガスを供給する圧縮ガス供給経路と、
前記液化炭酸ガス供給経路に位置し、液化炭酸ガスの流路を規制するオリフィスと、
前記オリフィスの二次側に位置し、前記液化炭酸ガスが断熱膨張してドライアイスを生成する造粒部と、
前記ドライアイスを噴射する噴射ノズルと、を備え、
前記噴射ノズルの内側の空間は、基端に位置する大径部と、先端に位置し、前記大径部と連通するとともに、前記噴射ノズルの軸方向と垂直な方向の断面積が前記大径部よりも小さい小径部と、を有し、
前記小径部の先端が、前記ドライアイスの噴射口であり、
前記造粒部の先端が、前記小径部に開口し、
前記圧縮ガス供給経路が、前記大径部と連通するように前記噴射ノズルと接続され、前記圧縮ガスとともに、前記ドライアイスが前記噴射口から噴射される、ドライアイス噴射装置。
【請求項2】
前記大径部と前記小径部との間に、断面積が前記大径部から前記小径部に向かって連続して小さくなる連結部が位置する、請求項１に記載のドライアイス噴射装置。
【請求項3】
前記噴射ノズルの軸方向における前記小径部の長さをＬとし、
前記造粒部の先端から前記小径部の先端までの長さをＬｇとした場合、下式（１）の関係を満たす、請求項１又は２に記載のドライアイス噴射装置。
１／８Ｌ≦Ｌｇ＜Ｌ ・・・（１）
前記造粒部の先端から前記小径部の先端までの長さをＬｇとした場合、下式（１）の関係を満たす、請求項１又は２に記載のドライアイス噴射装置。
１／８Ｌ≦Ｌｇ＜Ｌ ・・・（１）
【請求項4】
前記造粒部が、前記噴射ノズルの軸方向に延在する配管であり、
前記オリフィスの流路面積よりも、前記噴射ノズルの軸方向と垂直な方向における前記造粒部の断面積が大きく、
前記造粒部の断面積よりも、前記小径部の断面積が大きい、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のドライアイス噴射装置。
前記オリフィスの流路面積よりも、前記噴射ノズルの軸方向と垂直な方向における前記造粒部の断面積が大きく、
前記造粒部の断面積よりも、前記小径部の断面積が大きい、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のドライアイス噴射装置。
【請求項5】
前記圧縮ガスとともに、前記噴射ノズルの内側の空間に薬剤が供給される、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のドライアイス噴射装置。
【請求項6】
前記オリフィスとして、ニードル弁を用いる、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のドライアイス噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ドライアイス噴射装置に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１には、ドライアイススノーを噴射するための洗浄ノズルを含むドライアイス噴射装置が開示されている。
また、特許文献２には、ドライアイススノーの噴射ノズルからパルス的に噴射可能なドライアイス噴射装置が開示されている。
また、特許文献２には、ドライアイススノーの噴射ノズルからパルス的に噴射可能なドライアイス噴射装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特許第４５７８６４４号公報
【特許文献2】特許第５０６５０７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献１及び特許文献２に開示された従来のドライアイス噴射装置において、長時間連続して運転する場合、液化炭酸ガスが断熱膨張してドライアイスを生成する造粒配管（以下、「造粒部」ともいう）が閉塞するという課題があった。
【0005】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、液化炭酸ガスが断熱膨張してドライアイスを生成する造粒部の閉塞を抑制し、長時間の連続運転が可能なドライアイス噴射装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記の課題を達成するために、本発明は以下の構成を採用する。
［１］ 液化炭酸ガスを供給する液化炭酸ガス供給経路と、
圧縮ガスを供給する圧縮ガス供給経路と、
前記液化炭酸ガス供給経路に位置し、液化炭酸ガスの流路を規制するオリフィスと、
前記オリフィスの二次側に位置し、前記液化炭酸ガスが断熱膨張してドライアイスを生成する造粒部と、
前記ドライアイスを噴射する噴射ノズルと、を備え、
前記噴射ノズルの内側の空間は、基端に位置する大径部と、先端に位置し、前記大径部と連通するとともに、前記噴射ノズルの軸方向と垂直な方向の断面積が前記大径部よりも小さい小径部と、を有し、
前記小径部の先端が、前記ドライアイスの噴射口であり、
前記造粒部の先端が、前記小径部に開口し、
前記圧縮ガス供給経路が、前記大径部と連通するように前記噴射ノズルと接続され、前記圧縮ガスとともに、前記ドライアイスが前記噴射口から噴射される、ドライアイス噴射装置。
［２］ 前記大径部と前記小径部との間に、断面積が前記大径部から前記小径部に向かって連続して小さくなる連結部が位置する、請求項１に記載のドライアイス噴射装置。
［３］ 前記噴射ノズルの軸方向における前記小径部の長さをＬとし、
前記造粒部の先端から前記小径部の先端までの長さをＬｇとした場合、下式（１）の関係を満たす、請求項１又は２に記載のドライアイス噴射装置。
１／８Ｌ≦Ｌｇ＜Ｌ ・・・（１）
［４］ 前記造粒部が、前記噴射ノズルの軸方向に延在する配管であり、
前記オリフィスの流路面積よりも、前記噴射ノズルの軸方向と垂直な方向における前記造粒部の断面積が大きく、
前記造粒部の断面積よりも、前記小径部の断面積が大きい、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のドライアイス噴射装置。
［５］ 前記圧縮ガスとともに、前記噴射ノズルの内側の空間に薬剤が供給される、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のドライアイス噴射装置。
［６］ 前記オリフィスとして、ニードル弁を用いる、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のドライアイス噴射装置。
［１］ 液化炭酸ガスを供給する液化炭酸ガス供給経路と、
圧縮ガスを供給する圧縮ガス供給経路と、
前記液化炭酸ガス供給経路に位置し、液化炭酸ガスの流路を規制するオリフィスと、
前記オリフィスの二次側に位置し、前記液化炭酸ガスが断熱膨張してドライアイスを生成する造粒部と、
前記ドライアイスを噴射する噴射ノズルと、を備え、
前記噴射ノズルの内側の空間は、基端に位置する大径部と、先端に位置し、前記大径部と連通するとともに、前記噴射ノズルの軸方向と垂直な方向の断面積が前記大径部よりも小さい小径部と、を有し、
前記小径部の先端が、前記ドライアイスの噴射口であり、
前記造粒部の先端が、前記小径部に開口し、
前記圧縮ガス供給経路が、前記大径部と連通するように前記噴射ノズルと接続され、前記圧縮ガスとともに、前記ドライアイスが前記噴射口から噴射される、ドライアイス噴射装置。
［２］ 前記大径部と前記小径部との間に、断面積が前記大径部から前記小径部に向かって連続して小さくなる連結部が位置する、請求項１に記載のドライアイス噴射装置。
［３］ 前記噴射ノズルの軸方向における前記小径部の長さをＬとし、
前記造粒部の先端から前記小径部の先端までの長さをＬｇとした場合、下式（１）の関係を満たす、請求項１又は２に記載のドライアイス噴射装置。
１／８Ｌ≦Ｌｇ＜Ｌ ・・・（１）
［４］ 前記造粒部が、前記噴射ノズルの軸方向に延在する配管であり、
前記オリフィスの流路面積よりも、前記噴射ノズルの軸方向と垂直な方向における前記造粒部の断面積が大きく、
前記造粒部の断面積よりも、前記小径部の断面積が大きい、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のドライアイス噴射装置。
［５］ 前記圧縮ガスとともに、前記噴射ノズルの内側の空間に薬剤が供給される、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のドライアイス噴射装置。
［６］ 前記オリフィスとして、ニードル弁を用いる、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のドライアイス噴射装置。
【発明の効果】
【0007】
本発明のドライアイス噴射装置は、液化炭酸ガスが断熱膨張してドライアイスを生成する造粒部の閉塞を抑制し、長時間の連続運転が可能である。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】本発明を適用した一実施形態であるドライアイス噴射装置の構成を示す系統図である。
【図2】本発明を適用した一実施形態であるドライアイス噴射装置のニードル弁周辺の拡大断面図である。
【図3】本発明を適用した一実施形態であるドライアイス噴射装置の、他の構成を示す模式図である。
【図4】本発明に適用可能な噴射ノズルの変形例を示す断面図である。
【図5】本発明に適用可能な噴射ノズルの変形例を示す断面図である。
【図6】本発明の検証試験の結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、本発明を適用した一実施形態であるドライアイス噴射装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
【0010】
先ず、本発明を適用した一実施形態であるドライアイス噴射装置の構成について、図１を参照しながら説明する。図１は、本発明を適用した一実施形態のドライアイス噴射装置１を示す系統図である。図２は、図１に示すドライアイス噴射装置のニードル弁周辺の拡大断面図である。
【0011】
図１に示すように、本実施形態のドライアイス噴射装置１は、液化炭酸ガス供給経路Ｌ１と、圧縮ガス供給経路Ｌ２と、噴射ノズル２と、造粒部３と、ニードル弁４と、電磁弁５と、液化炭酸ガス供給源６と、圧縮ガス供給源９と、を備えて概略構成されている。
【0012】
液化炭酸ガス供給経路Ｌ１は、液化炭酸ガス供給源６とニードル弁４との間に位置し、液化炭酸ガス供給源６から導出された液化炭酸ガスを、後述するニードル弁４まで供給するための送液経路である。具体的には、液化炭酸ガス供給経路Ｌ１は、一端が液化炭酸ガス供給源６と接続され、他端が後述するニードル弁４の第２流路４ｂと接続される。液化炭酸ガス供給経路Ｌ１としては、ガス透過性が低く、耐圧性に優れた材質からなる配管を適用できる。
【0013】
図２に示すように、液化炭酸ガス供給経路Ｌ１は、内側の空間が液化炭酸ガスの送液経路となっている。ここで、本実施形態において、液化炭酸ガス供給経路Ｌ１における液化炭酸ガスの送液経路の流路面積は、液化炭酸ガスの送液経路の、送液方向に対して垂直方向の断面積をいう。
【0014】
本実施形態では、液化炭酸ガス供給経路Ｌ１における液化炭酸ガスの送液経路の流路面積は、ニードル弁４との接続部まで一定となっている。したがって、炭酸ガスの送液経路を構成する液化炭酸ガス供給経路Ｌ１では、液化炭酸ガスが断熱膨張することがなく、ドライアイスが生成されないため、流路の閉塞を抑制できる。
【0015】
図１に示すように、液化炭酸ガス供給経路Ｌ１には、ニードル弁４の一次側に電磁弁５が位置する。本実施形態のドライアイス噴射装置１によれば、電磁弁５により、液化炭酸ガス供給経路Ｌ１の開閉状態を選択できる。
【0016】
ニードル弁４は、図１及び図２に示すように、電磁弁５の二次側の、液化炭酸ガス供給経路Ｌ１に位置する。ニードル弁４は、液化炭酸ガスを断熱膨張させてドライアイススノーを生成するためのオリフィス（流路の絞り部、以下、単に「絞り部」ともいう）として、さらに、液化炭酸ガスの流量を調整するための流量調節弁として機能する。本実施形態では、ニードル弁４は、上記機能のうち、オリフィス（絞り部）としての機能を奏するものであれば、特に限定されない。ニードル弁４としては、液化ガスに使用される公知のものを適用できる。以下、ニードル弁４の構成の一例を説明する。
【0017】
ニードル弁４は、図２に示すように、一方向に延在する筒状の内部空間４Ａと、内部空間４Ａを介して連通する第１流路４ａ及び第２流路４ｂと、内部空間４Ａに位置し、内部空間４Ａの軸方向（一方向）に摺動可能な軸部４Ｂと、軸部４Ｂの先端に位置し、内部空間４Ａ側から第１流路４ａの内側に挿入することで、第１流路４ａの開口面積を規制する先端部４Ｃとを有する。
【0018】
ニードル弁４によれば、軸部４Ｂを内部空間４Ａの軸方向に移動させて、先端部４Ｃを第１流路４ａの内側から離間させることで、内部空間４Ａと連通する第１流路４ａの開口面積を大きくすることができる。すなわち、液化炭酸ガスの流量を大きくすることができる。
【0019】
これに対して、軸部４Ｂを内部空間４Ａの軸方向に移動させて、先端部４Ｃを第１流路４ａの内側に挿入することで、内部空間４Ａと連通する第１流路４ａの開口面積を小さくすることができる。すなわち、液化炭酸ガスの流量を小さくすることができる。
【0020】
本実施形態のドライアイス噴射装置１では、ニードル弁４の第２流路４ｂが液化炭酸ガス供給経路Ｌ１と接続され、ニードル弁４の第１流路４ａが造粒部３と接続されることが好ましい。これにより、液化炭酸ガス供給経路Ｌ１から電磁弁５を介してニードル弁４に供給される液化炭酸ガスは、第２流路４ｂから内部空間４Ａ、内部空間４Ａから第１流路４ａへと移送された後、造粒部３に導出される。
【0021】
本実施形態では、ニードル弁４の内側に位置する第２流路４ｂ、内部空間４Ａ、及び第１流路４ａが、液化炭酸ガスの送液経路を構成している。本実施形態において、ニードル弁４における液化炭酸ガスの送液経路の流路面積は、液化炭酸ガスの送液経路の、送液方向に対して垂直方向の断面積である。
【0022】
本実施形態では、ニードル弁４における液化炭酸ガスの送液経路の流路面積が、一次側から二次側に向かって同一であるか、減少することが好ましい。具体的には、ニードル弁４における液化炭酸ガスの送液経路は、一次側に位置する第２流路４ｂの流路面積が最も大きい。次いで、第２流路４ｂと第１流路４ａとの間に位置する内部空間４Ａの流路面積は、第２流路４ｂの流路面積と同一であるか、第２流路４ｂの流路面積よりも小さい。そして、これらの中で最も二次側に位置する第１流路４ａの流路面積は、内部空間４Ａの流路面積よりも小さい。したがって、ニードル弁４における液化炭酸ガスの送液経路では、液化炭酸ガスが断熱膨張することがなく、ドライアイスが生成されないため、流路の閉塞を抑制できる。
【0023】
本実施形態では、ニードル弁４の内側の送液経路のうち、最も後段に位置する第１流路４ａまでが、液化炭酸ガスの送液経路となっている。すなわち、先端部４Ｃによって開口面積が規制される第１流路４ａが、液化炭酸ガスの送液経路におけるオリフィス（絞り部）を構成する。そして、第１流路４ａの流路面積Ｄｏが、オリフィス（絞り部）の流路面積となる。
【0024】
噴射ノズル２は、図２に示すように、噴射ノズル本体２Ａを有する。噴射ノズル２は、噴射ノズル本体２Ａの噴射口２Ｂから後述する造粒部３で生成されたドライアイススノー（ドライアイス）を噴射する。
【0025】
噴射ノズル本体２Ａは、両端が開口する筒状の部材である。噴射ノズル本体２Ａには、ニードル弁４と対向する基端側から造粒部３が挿入されている。そして、噴射ノズル本体２Ａの基端の開口は、造粒部３によって閉塞されている。一方、噴射ノズル本体２Ａの先端側、すなわち、先端の開口は、ドライアイススノーの噴射口２Ｂとなっている。
【0026】
噴射ノズル本体２Ａが延在する方向を軸方向とした場合、軸方向と垂直方向の噴射口２Ｂの断面形状（つまり後述の小径部２ｂの断面形状）は、ドライアイススノーが噴射可能な形状であれば特に限定されない。このような断面形状としては、円形、楕円形、長円形、角形、長方形等が挙げられる。
【0027】
噴射ノズル２の内側の空間（すなわち、噴射ノズル本体２Ａの内側の空間）は、基端に位置する大径部２ａと、先端に位置する小径部２ｂと、大径部２ａと小径部２ｂとの間に位置する連結部２ｃとを有する。
【0028】
大径部２ａは、噴射ノズル本体２Ａの基端から先端側に向かって延在する筒状の空間である。大径部２ａには、造粒部３が貫通する。また、大径部２ａには、開口部２Ｃが位置する。開口部２Ｃにおいて、圧縮ガス供給経路Ｌ２は、噴射ノズル本体２Ａ（噴射ノズル２）と接続される。
【0029】
小径部２ｂは、噴射ノズル本体２Ａの先端から基端側に向かって延在する筒状の空間である。小径部２ｂには、造粒部３の先端３Ａが開口する。また、小径部２ｂの先端は、噴射口２Ｂである。
【0030】
連結部２ｃは、噴射ノズル本体２Ａの基端側から先端側に向かって漸次縮径された筒状の空間である。連結部２ｃを介して、大径部２ａと小径部２ｂとが連通する。
【0031】
噴射ノズル本体２Ａが延在する方向（換言すると、噴射ノズル２が延在する方向）を軸方向とした場合、軸方向と垂直方向の断面積は、大径部２ａの断面積ＤＬよりも小径部２ｂの断面積Ｄｓが小さい。また、連結部２ｃの断面積は、軸方向と垂直方向の断面積が大径部２ａ側から小径部２ｂ側に向かって連続して小さくなる。
【0032】
換言すると、噴射ノズル本体２Ａの内側の空間の中心軸を含む、軸方向と並行な平面で断面視した際、筒状空間の直径は、大径部２ａよりも小径部２ｂが小さい。また、大径部２ａ及び小径部２ｂと同様に連結部２ｃを断面視した際、連結部２ｃの直径は、大径部２ａ側から小径部２ｂ側に向かって連続して小さくなる。
【0033】
造粒部３は、オリフィス（絞り部）として用いるニードル弁４の二次側に位置し、噴射ノズル２が延在する方向と同一の方向に延在する配管である。造粒部３は、ニードル弁（オリフィス）４を介して液化炭酸ガス供給経路Ｌ１と連通する。ここで、造粒部３を構成する配管の、延在方向に垂直方向の断面積Ｄｃは、ニードル弁４を構成する第１流路４ａの流路面積Ｄｏよりも大きい。すなわち、造粒部３では、ニードル弁４を介して供給された液化炭酸ガスが断熱膨張してドライアイスが生成される。
【0034】
本実施形態のドライアイス噴射装置１は、造粒部３が延在する方向と、噴射ノズル本体２Ａの中心軸とが一致する（同軸である）。すなわち、噴射ノズル２と造粒部３とは、噴射ノズル本体２Ａを外管とし、造粒部３を内管とする、二重管構造を構成する。
【0035】
造粒部３は、基端３Ｂがニードル弁４の第１流路４ａと接続されている。造粒部３の先端３Ａは、噴射ノズル本体２Ａの基端側から挿入されて、噴射ノズル本体２Ａの内側の空間に位置する。すなわち、造粒部３は、先端３Ａが噴射ノズル本体２Ａの小径部２ｂに開口する。これにより、造粒部３では、ニードル弁４の第１流路４ａから造粒部３に供給された液化炭酸ガスが断熱膨張してドライアイスを生成する。生成したドライアイスは、造粒部３の先端３Ａから噴射ノズル本体２Ａの小径部２ｂへ連続して排出される。
【0036】
ここで、本実施形態では、図２に示すように、噴射ノズル２（すなわち、噴射ノズル本体２Ａ）の軸方向における小径部２ｂの長さ（「加速部」ともいう）をＬとし、造粒部３の先端３Ａから小径部２ｂの先端（すなわち、噴射口２Ｂ）までの長さをＬｇとした場合、下式（１）の関係を満たすことが好ましく、下式（２）の関係を満たすことがより好ましい。
１／８・Ｌ≦Ｌｇ＜Ｌ ・・・（１）
１／２・Ｌ≦Ｌｇ≦７／８・Ｌ ・・・（２）
１／８・Ｌ≦Ｌｇ＜Ｌ ・・・（１）
１／２・Ｌ≦Ｌｇ≦７／８・Ｌ ・・・（２）
【0037】
上述した式（１）の関係を満たすことにより、造粒部３の内側の空間を、ベンチュリ効果によって陰圧に維持することができ、ドライアイス生成時の造粒部３の閉塞を抑制できる。
【0038】
なお、本実施形態のドライアイス噴射装置１は、造粒部３で生成したドライアイスを噴射ノズル２の噴射口２Ｂから噴射する構成であるため、造粒部３の断面積Ｄｃは、小径部２ｂの断面積Ｄｓよりも小さい。
【0039】
すなわち、本実施形態のドライアイス噴射装置１によれば、生成したドライアイスの供給経路において、オリフィス（第１流路４ａ）の流路面積Ｄｏ、造粒部３の断面積Ｄｃ、及び小径部２ｂの断面積Ｄｓが、Ｄｏ＜Ｄｃ＜Ｄｓの関係を満たすように構成されている。これにより、生成したドライアイスの供給経路の閉塞を抑制できる。
【0040】
圧縮ガス供給経路Ｌ２は、圧縮ガス供給源９と噴射ノズル２との間に位置し、圧縮ガス供給源９から導出された圧縮ガスを噴射ノズル２に供給するための経路である。圧縮ガス供給経路Ｌ２としては、ガス透過性が低く、耐圧性に優れた材質からなる配管を適用できる。
【0041】
具体的には、圧縮ガス供給経路Ｌ２は、一端が圧縮ガス供給源９と接続され、他端が噴射ノズル本体２Ａの大径部２ａに設けられた開口部２Ｃと接続される。これにより、本実施形態のドライアイス噴射装置１によれば、噴射ノズル２の基端側から内側の空間（すなわち、噴射ノズル本体２Ａと造粒部３との間の空間）に圧縮ガスを供給し、噴射ノズル２の先端に位置する噴射口２Ｂから圧縮ガスとともにドライアイスを噴射できる。
【0042】
圧縮ガスは、特に限定されない。圧縮ガスとしては、窒素ガスや炭酸ガスなどの不活性ガスや、エアードライヤー等で得られた乾燥空気などを用いることができる。
【0043】
圧縮ガス供給経路Ｌ２には、電磁弁７及び調整弁８が位置する。本実施形態のドライアイス噴射装置１によれば、電磁弁７により、圧縮ガス供給経路Ｌ２の開閉状態を選択し、調整弁８により圧縮ガスの供給量を調整できる。
【0044】
本実施形態のドライアイス噴射装置１の用途は、ドライアイス（ドライアイススノー）の噴射によって達成できるものであれば、特に限定されない。例えば、本実施形態のドライアイス噴射装置１は、ドライアイススノーを噴射して被対象物を冷却する冷却装置として、冷却用途に用いることができる。また、本実施形態のドライアイス噴射装置１は、ドライアイスの粒径、及び圧縮ガスの供給量を調整し、被対象物をブラスト洗浄する洗浄装置として、洗浄用途に用いることができる。
【0045】
次に、本実施形態のドライアイス噴射装置１の運転方法として、洗浄装置として用いる場合について、図１～図２を参照しながら説明する。
本実施形態のドライアイス噴射装置１の運転方法は、先ず、電磁弁５を操作し、液化炭酸ガス供給経路Ｌ１を開放状態とする。これにより、液化炭酸ガス供給源６から導出された液化炭酸ガスが、液化炭酸ガス供給経路Ｌ１を介してニードル弁４に供給される。
本実施形態のドライアイス噴射装置１の運転方法は、先ず、電磁弁５を操作し、液化炭酸ガス供給経路Ｌ１を開放状態とする。これにより、液化炭酸ガス供給源６から導出された液化炭酸ガスが、液化炭酸ガス供給経路Ｌ１を介してニードル弁４に供給される。
【0046】
次に、ニードル弁４の軸部４Ｂを内部空間４Ａの軸方向に移動させて、先端部４Ｃを第１流路４ａの内側から離間させることで、内部空間４Ａと第１流路４ａとを連通させる。この際、軸部４Ｂの位置を調整し、第１流路４ａの開口面積を調整することで、液化炭酸ガスの流量を調整できる。
【0047】
これにより、液化炭酸ガス供給経路Ｌ１からニードル弁４に供給された液化炭酸ガスは、第２流路４ｂ、内部空間４Ａ、及び第１流路４ａを介して、造粒部３へ導出される。
【0048】
ここで、ニードル弁４の内側では、先端部４Ｃによって開口面積が規制される第１流路４ａと内部空間４Ａとの境界を含む領域から第１流路４ａがオリフィス（絞り部）となるため、ニードル弁４の内側の液化炭酸ガスの流路のうち、先端部４Ｃ以降の第１流路４ａで液化炭酸ガスが断熱膨張してドライアイスが生成されやすくなる。
【0049】
なお、オリフィス（絞り部）として用いるニードル弁４へ送液される液化炭酸ガスの温度は、送液される液化炭酸ガスの圧力における飽和温度以下に調整されることが好ましい。また、ニードル弁４に送液される液化炭酸ガスは、気液混合状態でないことが好ましい。
【0050】
次に、造粒部３において、さらに液化炭酸ガスが断熱膨張することでドライアイスが生成される。これにより、造粒部３では、ドライアイス（ドライアイススノー）の粒径が調整される。次いで、粒径が調整されたドライアイスは、造粒部３の先端３Ａから、噴射ノズル本体２Ａの内側の空間である小径部２ｂへ導出される。
【0051】
造粒部３の先端３Ａから小径部２ｂへ導出するドライアイス（ドライアイススノー）の流量は、噴射ノズル２の噴射口２Ｂの出口面積（開口面積）に応じて適宜調整することができる。具体的には、ドライアイス（ドライアイススノー）の流量としては、１０～５００ｇ／ｍｉｎが好ましい。
【0052】
次に、噴射ノズル２に補助ガス（アシストガス）として導入する圧縮ガスの供給量を調整する。具体的には、電磁弁７を操作して圧縮ガス供給経路Ｌ２を開放状態とし、調整弁８により圧縮ガスの供給圧力を調整する。圧縮ガスの供給圧力は、０．２ＭＰａＧ以上で調整することが好ましい。これにより、圧縮ガス供給源９から導出された圧縮ガスが、圧縮ガス供給経路Ｌ２を介して、噴射ノズル本体２Ａの内側の空間である大径部２ａに所要の圧力で供給される。
【0053】
次に、噴射ノズル本体２Ａの大径部２ａに導入された圧縮ガスは、噴射ノズル２の基端から先端へ向かって移送される。すなわち、圧縮ガスは、噴射ノズル本体２Ａの内側で、大径部２ａから連結部２ｃへ、連結部２ｃから小径部２ｂへ、順次移送される。
【0054】
ここで、噴射ノズル本体２Ａの内側の空間において、噴射ノズル本体２Ａの軸方向と垂直方向の断面積は、大径部２ａよりも小径部２ｂが小さく、連結部２ｃでは大径部２ａ側から小径部２ｂ側に向かって連続して小さくなる。これにより、噴射ノズル本体２Ａの大径部２ａに導入された圧縮ガスは、小径部２ｂに向かって流速が増加する。
【0055】
具体的には、圧縮ガスの供給圧を０．２ＭＰａＧ以上とすることで、噴射ノズル本体２Ａの小径部２ｂに開口する造粒部３の内側の空間の圧力は、０．０５～０．０９ＭＰａ・ａｂｓに調整される。これにより、ドライアイス生成時の造粒部３の閉塞が効果的に抑制される。
【0056】
次に、噴射ノズル２では、噴射ノズル本体２Ａの内側の小径部２ｂにおいて、造粒部３の先端３Ａから導出されたドライアイス（ドライアイススノー）と、アシストガスとして用いる圧縮ガスとが合流する。これにより、ドライアイスは、圧縮ガスによって加速され、所要の流速で噴射ノズル２の噴射口２Ｂから噴射される。
【0057】
ドライアイス（ドライアイススノー）の流速は、補助ガスの供給圧力と流量によって流速に調整され、概ね１２０ｍ／ｓｅｃ以上とすることが好ましい。
また、圧縮ガスは、ドライアイスと合流する小径部２ｂまでに、外気温（ドライアイス噴射装置１の設置環境の温度）以上に調温することが好ましい。
また、圧縮ガスは、ドライアイスと合流する小径部２ｂまでに、外気温（ドライアイス噴射装置１の設置環境の温度）以上に調温することが好ましい。
【0058】
以上説明したように、本実施形態のドライアイス噴射装置１によれば、噴射ノズル２の内側の空間が、基端に位置する大径部２ａと、先端に位置し、大径部２ａと連通するとともに、噴射ノズル２の軸方向と垂直な方向の断面積Ｄｓが大径部２ａよりも小さい小径部２ｂと、を有し、小径部２ｂの先端が、ドライアイスの噴射口２Ｂであり、造粒部３の先端３Ａが、小径部２ｂに開口し、圧縮ガス供給経路Ｌ２が、大径部２ａと連通するように噴射ノズル２と接続され、圧縮ガスとともにドライアイスが噴射口２Ｂから噴射される構成となっている。これにより、造粒部３の内側の空間を、ベンチュリ効果によって陰圧に維持することができ、ドライアイス生成時の造粒部３の閉塞を抑制できる。
したがって、本実施形態のドライアイス噴射装置１によれば、液化炭酸ガスが断熱膨張してドライアイスを生成する造粒部３の閉塞を抑制し、長時間の連続運転が可能となる。
したがって、本実施形態のドライアイス噴射装置１によれば、液化炭酸ガスが断熱膨張してドライアイスを生成する造粒部３の閉塞を抑制し、長時間の連続運転が可能となる。
【0059】
すなわち、本実施形態のドライアイス噴射装置１によれば、噴射ノズル２を構成する噴射ノズル本体２Ａの軸方向と垂直方向の断面積が、基端側から先端側に向かって連続して小さくなるように構成されている。また、造粒部３の先端３Ａが小径部２ｂに開口するように構成されている。これにより、噴射ノズル本体２Ａに導入された圧縮ガスは、大径部２ａから小径部２ｂに向かって流速が増加するため、ベンチュリ効果によって造粒部３の先端３Ａからドライアイススノーが噴出しやすくなる。したがって、本実施形態のドライアイス噴射装置１によれば、造粒部３がドライアイスによって閉塞することを防ぐことができる。
【0060】
特に、噴射ノズル２（すなわち、噴射ノズル本体２Ａ）の軸方向における小径部２ｂの長さをＬとし、造粒部３の先端３Ａから小径部２ｂの先端（すなわち、噴射口２Ｂ）までの長さをＬｇとした場合、下式（１）の関係を満たすことにより、ベンチュリ効果によって造粒部３の内側の空間を陰圧に維持することができ、ドライアイス生成時の造粒部３の閉塞をより効果的に抑制できる。
１／８・Ｌ≦Ｌｇ＜Ｌ ・・・（１）
１／８・Ｌ≦Ｌｇ＜Ｌ ・・・（１）
【0061】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。例えば、上述した実施形態のドライアイス噴射装置１において、圧縮ガスとともに、噴射ノズル２の内側の空間に薬剤が供給されるように構成してもよい。具体的には、噴射ノズル本体２Ａの内側の空間（大径部２ａ）に、圧縮ガスとともに薬剤を供給する。
【0062】
薬剤としては、特に限定されないが、凍結温度が－７８℃以上である水、抗菌剤、消毒剤、界面活性剤のいずれか１つ以上を用いることができる。
薬剤は、液体の状態として圧縮ガスに添加され、ドライアイススノーに付着して凍結することが好ましい。また、薬剤としては、液体やそれに近い粘度や流動性を有するものが好ましい。
薬剤は、液体の状態として圧縮ガスに添加され、ドライアイススノーに付着して凍結することが好ましい。また、薬剤としては、液体やそれに近い粘度や流動性を有するものが好ましい。
【0063】
上述した実施形態のドライアイス噴射装置１によれば、圧縮ガスを駆動流体とするベンチュリ効果によって、ドライアイススノーの加速と同時に、薬剤をドライアイススノー表面に塗布（添加）することができる。すなわち、圧縮ガスとともに、噴射ノズル２の内側の空間に薬剤を供給することにより、ドライアイススノーの表面に薬剤を付着させて噴射させることができる。
【0064】
また、上述した実施形態のドライアイス噴射装置１では、二重管構造を有する噴射ノズル２を用いる構成を一例として説明したが、多重管構造を有する噴射ノズルを用いる構成としてもよい。例えば、噴射ノズル本体の外側にノズルカバーを備える噴射ノズルを用い、噴射ノズル本体とノズルカバーとの間の空間に、アシストガスとして用いる圧縮ガスを流通させることで、ドライアイスで冷却されて生じる噴射ノズルの結露を防止できる。
【0065】
また、上述した実施形態のドライアイス噴射装置１では、オリフィス（絞り部）としてニードル弁４を用いる構成を一例として説明したが、これに限定されない。図３に示すように、ニードル弁４に代えて、オリフィス（絞り部）２４ａを有するオリフィス部材２４を用いる構成としてもよい。
【0066】
また、上述した実施形態のドライアイス噴射装置１では、大径部２ａと小径部２ｂとの間に位置する連結部２ｃが、噴射ノズル本体２Ａを軸方向に断面視した際、内径が直線的に傾斜する噴射ノズル２を備える構成を一例として説明したが、これに限定されない。例えば、図４に示すように、大径部２２ａと小径部２２ｂとの間に位置する連結部２２ｃが、噴射ノズル本体２２Ａを軸方向に断面視した際、内径が曲線（放物線）的に傾斜する噴射ノズル２２を備える構成としてもよい。また、図５に示すように、大径部３２ａと小径部３２ｂとの間に連結部を有さない噴射ノズル３２を備える構成としてもよい。いずれの噴射ノズル２２，３２を用いた場合であっても、噴射ノズル本体２２Ａ，３２Ａに導入された圧縮ガスは、大径部２２ａ，３２ａから小径部２２ｂ，３２ｂに向かって流速が増加し、ベンチュリ効果によって造粒部３の先端３Ａからドライアイススノーが噴出しやすくなるため、造粒部３のドライアイスによる閉塞を防ぐことができる。
【0067】
また、上述した実施形態のドライアイス噴射装置１では、液化炭酸ガス供給経路Ｌ１に電磁弁５を設け、圧縮ガス供給経路Ｌ２に電磁弁７を設ける構成を一例として説明したが、流路の開閉状態を選択できる手段であれば、特に限定されない。例えば、電磁弁に代えて、手動弁を用いる構成としてもよい。
【実施例0068】
以下、本発明の効果を具体的に説明する。なお、本発明は、以下の検証試験によって限定されるものではない。
【0069】
【0070】
（装置条件）
・オリフィス径：０．８ｍｍ
・造粒部の内径：１．５ｍｍ
・噴射ノズルの大径部の内径：２０．０ｍｍ
・噴射ノズルの小径部の内径：５．０ｍｍ
・噴射ノズルの小径部の長さＬ：６０．０ｍｍ
・造粒部の先端から小径部の先端（噴射口）までの長さＬｇ：１／８Ｌ、２／８Ｌ、３／８Ｌ、１／２Ｌ、６／８Ｌ、７／８Ｌ、Ｌの７条件
・オリフィス径：０．８ｍｍ
・造粒部の内径：１．５ｍｍ
・噴射ノズルの大径部の内径：２０．０ｍｍ
・噴射ノズルの小径部の内径：５．０ｍｍ
・噴射ノズルの小径部の長さＬ：６０．０ｍｍ
・造粒部の先端から小径部の先端（噴射口）までの長さＬｇ：１／８Ｌ、２／８Ｌ、３／８Ｌ、１／２Ｌ、６／８Ｌ、７／８Ｌ、Ｌの７条件
【0071】
（運転条件）
・液化炭酸ガスの供給圧力：６．０（ＭＰａＧ）
・圧縮ガス：圧縮空気
・圧縮ガスの供給圧力：０．２０、０．５０（ＭＰａＧ）の２条件
・液化炭酸ガスの供給圧力：６．０（ＭＰａＧ）
・圧縮ガス：圧縮空気
・圧縮ガスの供給圧力：０．２０、０．５０（ＭＰａＧ）の２条件
【0072】
（圧力測定）
圧縮ガスの供給圧力と造粒部の先端から小径部の先端（噴射口）までの長さＬｇをそれぞれ変化させ、造粒部内の圧力Ｐを測定した。圧力の測定はニードル弁の一次側に接続した連成計を用いた。
圧縮ガスの供給圧力と造粒部の先端から小径部の先端（噴射口）までの長さＬｇをそれぞれ変化させ、造粒部内の圧力Ｐを測定した。圧力の測定はニードル弁の一次側に接続した連成計を用いた。
【0073】
図６は、圧縮ガスの各供給圧力における、長さＬｇと圧力Ｐとの関係を示す図である。
図６に示すように、造粒部の先端が噴射ノズルの小径部内に開口することで、造粒部内の圧力Ｐは、大気圧（０．１０１３ＭＰａ）以下となることが確認できた。
すなわち、長さＬと長さＬｇとが、以下の式（１）の関係を満たすことで、造粒部内の圧力Ｐは、大気圧（０．１０１３ＭＰａ）以下となることが確認できた。
１／８・Ｌ≦Ｌｇ＜Ｌ ・・・（１）
図６に示すように、造粒部の先端が噴射ノズルの小径部内に開口することで、造粒部内の圧力Ｐは、大気圧（０．１０１３ＭＰａ）以下となることが確認できた。
すなわち、長さＬと長さＬｇとが、以下の式（１）の関係を満たすことで、造粒部内の圧力Ｐは、大気圧（０．１０１３ＭＰａ）以下となることが確認できた。
１／８・Ｌ≦Ｌｇ＜Ｌ ・・・（１）
【0074】
さらに、長さＬと長さＬｇとが、以下の式（２）の関係を満たすことで、造粒部内の圧力Ｐは、より減圧されることが確認できた。
１／２・Ｌ≦Ｌｇ≦７／８・Ｌ ・・・（２）
１／２・Ｌ≦Ｌｇ≦７／８・Ｌ ・・・（２）
【0075】
圧縮ガスの各供給圧力において、造粒部内の圧力Ｐが大気圧（０．１０１３ＭＰａ）以下となる条件では、８時間連続運転した際、造粒部がドライアイスによって閉塞しないことが確認できた。
【符号の説明】
【0076】
１ ドライアイス噴射装置
２ 噴射ノズル
２Ａ 噴射ノズル本体
２Ｂ 噴射口
２ａ 大径部
２ｂ 小径部
２ｃ 連結部
３ 造粒部
３Ａ 先端
３Ｂ 基端
４ ニードル弁
４ａ 第１流路（オリフィス）
４Ａ 内部空間
４ｂ 第２流路
４Ｂ 軸部
４Ｃ 先端部
５ 電磁弁
２４ オリフィス部材
２４ａ オリフィス（絞り部）
Ｌ１ 液化炭酸ガス供給経路
Ｌ２ 圧縮ガス供給経路
２ 噴射ノズル
２Ａ 噴射ノズル本体
２Ｂ 噴射口
２ａ 大径部
２ｂ 小径部
２ｃ 連結部
３ 造粒部
３Ａ 先端
３Ｂ 基端
４ ニードル弁
４ａ 第１流路（オリフィス）
４Ａ 内部空間
４ｂ 第２流路
４Ｂ 軸部
４Ｃ 先端部
５ 電磁弁
２４ オリフィス部材
２４ａ オリフィス（絞り部）
Ｌ１ 液化炭酸ガス供給経路
Ｌ２ 圧縮ガス供給経路
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】