JP2006117458A - ドライアイス製造システム - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、従来のドライアイス製造時に排出されるＣＯ₂ガスを有効利用し、少ない動力でドライアイスを製造するシステム、およびかかるシステムを応用してドライアイスを有効に再利用することができるドライアイスブラスト洗浄システムを提供することを目的とする。
【解決手段】 ＣＯ₂を含むガスから、水分を除去する除湿器２と、水分を除去したＣＯ₂を含むガスを冷却する空気冷媒冷凍機３と、ＣＯ₂が冷却されてできたドライアイスを分離する分離装置４とを備えるドライアイス製造システム１、およびこれを用いたドライアイス製造方法。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ドライアイス製造システムに関する。特には、本発明は、少ない動力で効率的にドライアイスを製造することができるドライアイス製造システムに関する。

従来、ブロック状のドライアイスの製造においては、原料の液化炭酸を断熱膨張させ雪状のドライアイスをつくり、これを更にプレス成型している。しかし、原料として用いる液化炭酸のうちドライアイスとして回収されるのは、通常、４〜５割程度であり、残りは炭酸ガスとして排出されている。大規模な製造工場においては、ドライアイス製造時に排出されるこのような炭酸ガスを再利用しているが、このような炭酸ガスの再利用には高圧ガス製造事業等の届出が必要である。そのため、空港などオンサイトで製造を行っている中小製造工場においては、ドライアイス製造時に発生する炭酸ガスは大気に放出しており、これがドライアイスのコスト高の一因となっている。

一方、他のドライアイス製造方法として、燃焼排ガスや溶接の排ガス等のＣＯ₂混合ガスから直接ＣＯ₂をドライアイスとして分離する方法がある。具体的には、ＬＮＧの冷熱を用いる方式が知られている（特許文献１）。しかし、ＬＮＧの消費地と同一の敷地内にドライアイスを消費する場所が無い場合には、製造されたドライアイスは、トラックなどによりドライアイス消費地へ輸送する、あるいは一旦ＣＯ₂を液化してパイプライン等にて送液するなどの必要があり、輸送コストがかかるという問題があった。

このようにして製造されるドライアイスの用途として、ドライアイスブラスト洗浄が知られている。ドライアイスブラスト洗浄は、対象物に傷がつかない、溶剤を使用しない、乾燥等後処理が不要であるなどの優れた特徴があり、様々な分野への適用が期待されている。しかし、ドライアイスの価格が高く、また使用したドライアイスについても再利用はできないなどコストが高いため、状では精密機器や半導体など高付加価値製品の洗浄など限られた分野への普及にとどまっている。
特開２０００−２４４５４号公報

本発明は、従来のドライアイスの製造コスト高という問題を解決して、効率的にドライアイスを製造するシステム、およびかかるシステムを応用してドライアイスを有効に再利用することができるドライアイスブラスト洗浄システムを提供することを目的とする。

本発明は、ドライアイス製造システムであって、ＣＯ₂を含むガスから、水分を除去する除湿器と、水分を除去したＣＯ₂を含むガスを冷却する空気冷媒冷凍機と、ＣＯ₂が冷却されてできたドライアイスを分離する分離装置とを備える。

ここでいうドライアイスとは、固体状態のＣＯ₂を総称するものであって、通常、ドライアイススノーと、ドライアイスブロックとの両方が含まれ、その他にもドライアイスペレットなどの任意の形状のドライアイスであってよい。また、ここでいう空気冷媒冷凍機とは、空気のみを冷媒とするもののみならず、空気を主としたものであって、二酸化炭素を含むガスなどの任意の気体を含ませた冷媒とするものであってよい。

前記空気冷媒冷凍機が、ＣＯ₂を含むガスを冷媒として圧縮し、冷却し、断熱膨張させることによりＣＯ₂を冷却することを特徴とするものであってよい。

前記空気冷媒冷凍機が、空気を冷媒として圧縮し、冷却し、断熱膨張させることにより空気をＣＯ₂の凝固点以下にまで冷却し、該冷却された空気と、ＣＯ₂を含むガスとを熱交換させることによりＣＯ₂を冷却することを特徴とするものであってよい。

前記ＣＯ₂を含むガスをオンサイトで供給する供給源をさらに備えることが好ましい。

前記空気冷媒冷凍機が、冷媒を圧縮するコンプレッサと、圧縮された冷媒を外部冷却源により冷却する外部冷却熱交換器と、外部冷却源により冷却された冷媒を、排熱によりさらに冷却する排熱回収熱交換器と、排熱回収熱交換器により冷却された冷媒を断熱膨張させる際に得られる動力をコンプレッサに供給するタービンと、前記コンプレッサに動力を与えるモータとを備えることが好ましい。

本発明は、また別の局面によれば、ドライアイスブラスト洗浄システムであって、液化炭酸からドライアイスペレットを製造する装置と、ＣＯ₂ガスを昇圧するコンプレッサと、前記ドライアイスペレットを前記昇圧させたＣＯ₂ガスにより洗浄対象物に吹き付ける手段と、使用済みのＣＯ₂ガスを回収する手段とを備えるドライアイスブラスト洗浄機と、回収されたＣＯ₂ガスに含まれる塵成分を除去する集塵装置と、塵成分を除去したＣＯ₂ガスを冷却してドライアイスを製造する空気冷媒冷凍機とを備え、使用済みのＣＯ₂ガスを再利用することを特徴とする。

本発明は、また別の局面によれば、ドライアイス製造方法であって、空気冷媒冷凍機によりＣＯ₂を含むガスを冷却することを特徴とする。

本発明は、さらにまた別の局面によれば、ドライアイスブラスト洗浄リサイクル方法であって、液化炭酸からドライアイスを製造するステップと、液化炭酸から得られたＣＯ₂ガスを昇圧するステップと、前記ドライアイスを前記昇圧されたＣＯ₂ガスにより洗浄対象物に吹き付ける洗浄ステップと、使用済みのＣＯ₂ガスを回収するステップと、回収されたＣＯ₂ガス中の塵成分を除去するステップと、塵成分を除去したＣＯ₂ガスを空気冷媒冷凍機により冷却し、ドライアイスを製造するステップとを含み、前記空気冷媒冷凍機により製造されたドライアイスを、洗浄に再利用することを特徴とする。

本発明の効果として、液体窒素を使用したドライアイスの製造と比較して、約１／７の動力でドライアイスを製造することができる。また、従来は製造過程で大気に放出されていたＣＯ₂ガスや、工場の排気ガスに含まれているＣＯ₂ガスを再利用してドライアイスを製造することができるため、無駄を無くし、全体として安価なドライアイスの製造システムとすることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。以下の説明は、本発明を例示するためのものであって、制限するものではない。なお、図中、同一の部材には同一の符号を付して示した。

図１は、本発明の第一実施形態によるドライアイス製造システムを示すシステム図である。第一実施形態によるドライアイス製造システム１は、除湿器２と、空気冷媒冷凍機３と、分離装置４と、プレス機５と、断熱膨張装置６とを備える。

断熱膨張装置６は、液化炭酸を断熱膨張させてドライアイススノーを製造する装置である。このような断熱膨張装置６は、従来技術において、通常、ドライアイススノーの製造に使用されている装置を用いることができる。プレス機５は、ドライアイススノーを圧縮して、所定の大きさ、形状のドライアイスブロック、またはドライアイスペレットを製造するものである。

除湿器２は、プレス機５および断熱膨張装置６から排出されたＣＯ₂を含むガスから水分を除去する装置である。具体的には、ＣＯ₂を含むガスに含まれる水分を固化して氷として除去することができる装置であればよく、例えば、水の凝固点以下にまでＣＯ₂を含むガスを冷却することができる熱交換器であってよい。

空気冷媒冷凍機３は、空気などの気体を冷媒として用いて、比較的小さい動力で−１００℃以下の極低温まで気体の温度を下げることができる装置である。空気冷媒冷凍機３は、コンプレッサ３１と、外部冷却熱交換器３２と、排熱回収熱交換器３３と、タービン３４と、モータ３５を備える。

コンプレッサ３１は、モータ３５の動力を得て、ＣＯ₂を含むガスを圧縮し、昇温する。外部冷却熱交換器３２は、外気あるいは冷却水等を用いて圧縮されたＣＯ₂を含むガスを冷却する。排熱回収熱交換器３３は、除湿器２で利用した低温のガスを再利用して、ＣＯ₂を含むガスの温度をさらに冷却する。タービン３４は、冷却されたＣＯ₂を含むガスを、常圧にまで断熱膨張させて極低温とする際に得られる動力をコンプレッサ３１に供給する。ガス中のＣＯ₂成分は、これらの装置を順に経ることにより、凝固点以下にまで冷却されて、ドライアイススノーとなる。本実施形態は、ＣＯ₂を含むガスが、冷媒として空気冷媒冷凍機３で直接、冷却されることを特徴とする。

分離装置４は、空気冷媒冷凍機３でＣＯ₂成分が冷却されてできたドライアイススノーと、固化されなかった気体のガス成分とを分離する装置である。例えばスクリーン等で捕集することができるが、これらには限定されない。

次に、上記ドライアイス製造システム１を用いたドライアイスの製造方法について、具体例を挙げて説明する。ドライアイスの原料となる炭酸ガスは、通常、液化炭酸の形態で供給される。断熱膨張装置６、プレス機５を用いて、液化炭酸から、ドライアイススノー、またはドライアイスが製造される。

本実施形態において、除湿器２に供給されるＣＯ₂を含むガスは、断熱膨張装置６における断熱膨張過程、プレス機５におけるプレス過程で排出されるものを用いることが好ましい。通常、断熱膨張過程、プレス過程では、使用される液化炭酸のうち、５０〜６０％以上が気化し、再利用できずに放出されてしまっているためである。ここで、「ＣＯ₂を含むガス」とは、ＣＯ₂のみならず、混入する空気などの非ＣＯ₂ガスや水分をも含むガスをいう。空気や水分の混入量は、製造条件により異なるが、通常、５０体積％程度の非ＣＯ₂ガスを含んでいても良い。プレス機５、断熱膨張装置６からのＣＯ₂を含むガスは、外気の混入を極力防止しながら除湿器２に供給される。

除湿器２に供給されたＣＯ₂を含むガスは、空気冷媒冷凍機３からの分離ガスと熱交換して、０℃以下にまで冷却される。分離ガスの温度は約−１００〜−８０℃である。このとき、ＣＯ₂を含むガス温度は、二酸化炭素の凝固点以上であり、水の凝固点以下であるため、ＣＯ₂を含むガス中の水分は、氷となり、ＣＯ₂および酸素や窒素などは気体のままである。したがって、水分のみを固体とし、スクリーンやフィルタ等の分離装置により分離することができる。

約０℃、約１．００ｋｇ／ｃｍ²のＣＯ₂を含むガスは、次いで、空気冷媒冷凍機３に供給され、コンプレッサ３１で圧縮されて、約７０℃、約２ｋｇ／ｃｍ²となる。このときのコンプレッサ３１の動力は、ガス１ｋｇ／ｓあたり約６０ｋＷである。この動力はモータ３５およびタービン３４から供給される。ＣＯ₂を含むガスは、次いで、外部冷却熱交換器３２で、外気又は冷却水と熱交換して、約４５℃、約２ｋｇ／ｃｍ²にまで冷却される。このＣＯ₂を含むガスは、さらに排熱回収熱交換器３３で、分離ガスと熱交換して、約−７０℃、約２ｋｇ／ｃｍ²にまで冷却される。そして、最後に、ＣＯ₂を含むガスはタービン３４で断熱膨張し、約−１００℃、約１ｋｇ／ｃｍ²となる。このときのタービン３４では、ガス１ｋｇ／ｓあたり約２５ｋＷの動力が得られるが、この動力はモータ３５による動力とともにコンプレッサ３１に供給する。

このように、空気冷媒冷凍機３から出たときのＣＯ₂を含むガスは、常圧で約−１００℃であって、二酸化炭素の凝固点である−７７．９℃以下となっている。このため、ガス中のＣＯ₂成分は凝固し、ドライアイスとなる。これを分離装置４にかけることによって、ドライアイスが分離されて取り出され、凝固しないガス成分が分離される。取り出された固体のドライアイスは、ドライアイススノーの状態であり、必要に応じてプレス機５により圧縮して、ドライアイスブロックやペレットとすることができる。

一方、凝固しないで分離されるガス成分を本明細書中で分離ガスとよぶ。分離ガスは、空気中の成分である、酸素や窒素などのガスから構成される。分離ガスは、ＣＯ₂と同様に約−１００℃まで冷却されており、分離装置４の後段に配置される除湿器２、排熱回収熱交換器３３に循環して、ＣＯ₂を含むガスの冷却に使用し、大気中に放出される。本実施の形態では、純粋なＣＯ₂ガスのみならず、分離ガスとなる成分を含んだ冷媒を用いることで、冷却された分離ガスを除湿器２、排熱回収熱交換器３３で再利用することができる。

なお、本実施形態で説明した、温度、圧力、動力の数値は一例であるが、本発明のドライアイス製造システムはこの範囲内でのドライアイス製造には限定されない。固体のドライアイスを得るために必要な冷却温度は、原料となるＣＯ₂を含むガスの組成にもよるため、当業者は使用するＣＯ₂を含むガスの組成などにあわせて、適宜、温度条件、圧力条件を決定することができる。

このように、本発明の第一実施形態によるドライアイス製造システム１および製造方法によれば、ＣＯ₂を含むガスを空気冷媒冷凍機３に直接導入し、冷媒として用いることで、冷媒の断熱膨張過程において、冷媒中のＣＯ₂成分をドライアイススノーとして析出させることができる。そして、このドライアイススノーを分離装置４で分離回収することにより、より効率的にドライアイスの回収が可能となる。従来技術である液体窒素を用いた場合、液体窒素の製造のための動力が大きく、炭酸ガスの分離は経済的に成立たなかったが、空気冷媒冷凍機を用いることで、液体窒素を用いる冷凍方法と比較して１／７程度の動力で極低温とすることができ、炭酸ガスの分離を経済的に行うことが可能となる。また、従来から産業用に用いられているアンモニア冷媒冷凍機ではアンモニアの凝固点が−７７．９℃のため、極低温の冷凍装置には使用することができなかったが、空気冷媒冷凍機により極低温の冷凍を実現することができた。さらに、従来は放出されていたＣＯ₂を含むガスを回収し、冷凍機によりドライアイスを製造することによりドライアイスの収率を向上して製造コストの低減が可能となる。具体的には、原料の液化炭酸の９０％以上をドライアイスとして回収することができる。さらには、ＣＯ₂を含むガスから直接ドライアイスを製造することができるため、高圧ガス製造事業等の届出が必要なく、中小企業でのドライアイス製造にも適している。このようなシステムは、比較的コンパクトに製造できるため、車載用のドライアイス製造システムとしても有用である。

図２は、本発明の第二実施形態によるドライアイス製造システムを示すシステム図である。第二実施形態によるドライアイス製造システム１ａは、除湿器２と、空気冷媒冷凍機３ａと、分離装置４と、プレス機５と、断熱膨張装置６とを備える。

ここで、除湿器２、分離装置４、プレス機５、断熱膨張装置６は、第一実施形態と同様の装置であってよく、同様の機能を有するものであって良いため、説明を省略する。本実施形態は、空気冷媒冷凍機３ａが、ＣＯ₂を含むガスではなく空気を冷媒として用いる冷却システムであることを特徴とする。そして、空気冷媒冷凍機３ａで冷却された空気と、ドライアイスの原料となるＣＯ₂を含むガスとが熱交換することにより、ＣＯ₂を凝固点以下にまで冷却し、ドライアイスを製造することを特徴とする。

第二実施形態において用いる空気冷媒冷凍機３ａは、コンプレッサ３１と、外部冷却熱交換器３２と、排熱回収熱交換器３３と、タービン３４と、モータ３５と、フィルタ３６と、熱交換器３７とを備える。本実施形態における空気冷媒冷凍機３ａは、空気を冷媒として閉じたループで構成されている。したがって、ドライアイスの原料であるＣＯ₂を含むガスと、冷媒とが混合することはない。

コンプレッサ３１は、空気冷媒を圧縮し、昇温する装置である。外部冷却熱交換器３２は、外気または冷却水等を利用して、空気冷媒を冷却する装置である。排熱回収熱交換器３３は、除湿器２で利用した低温の分離ガスを利用して、空気冷媒をさらに冷却する装置である。タービン３４は、冷却された空気冷媒を常圧にまで断熱膨張させて、二酸化炭素の凝固点以下の空気とする際に得られる動力をコンプレッサ３１に供給する装置である。フィルタ３６は、空気冷媒中の水分を除去する装置である。熱交換器３７は、上述のそれぞれの装置で冷却された極低温の空気冷媒を、ＣＯ₂を含むガスと熱交換し、ＣＯ₂を含むガス中の二酸化炭素を凝固させてドライアイスとする。

次に、上記ドライアイス製造システム１ａを用いたドライアイス製造方法について説明する。ここでも、ドライアイスの原料となるＣＯ₂を含むガスとして、断熱膨張装置６やプレス機５でドライアイスとして回収しきれなかったＣＯ₂を含むガスを使用することができる。ＣＯ₂を含むガスは、除湿器で低温の空気等により冷却されて、水分が氷として除かれる。次いで、ＣＯ₂を含むガスは、空気冷媒冷凍機３ａの熱交換器３７で、冷却された空気冷媒と熱交換してＣＯ₂の凝固点以下にまで冷却される。そして、後段の分離装置４で、分離ガスが分離されて、固体のドライアイススノーを取り出すことができる。ドライアイススノーは必要に応じて、プレス機などによって成型されてもよい。

一方、空気冷媒冷凍機３ａの熱交換器３７でＣＯ₂ガスを凝固点以下にまで冷却することができる空気冷媒は、空気冷媒冷凍機３ａの閉ループで産生される。約３５℃の常温、常圧の空気は、コンプレッサ３１で圧縮され、昇温されて１１９℃、１．９９ｋｇ／ｃｍ²になる。このときのコンプレッサ３１の動力は、ガス１ｋｇ／ｓあたり約８５ｋＷである。この動力はモータ３５およびタービン３４から供給される。この空気は、外部冷却熱交換器３２でさらに冷却され、４７℃、１．９８ｋｇ／ｃｍ²になる。そして、排熱回収熱交換器３３でさらに冷却されて、−８８℃、１．９７ｋｇ／ｃｍ²になった後、タービン３４で断熱膨張して、−１１５℃、１．０２ｋｇ／ｃｍ²になる。このときのタービン３４では、ガス１ｋｇ／ｓあたり約２７ｋＷの動力が得られるが、この動力はモータ３５による動力とともにコンプレッサ３１に供給する。この時点で、空気冷媒の温度はＣＯ₂の凝固点以下であり、ＣＯ₂と熱交換して、ＣＯ₂を凝固させるのに十分な温度となる。

そして、空気冷媒は、後段のフィルタ３６で凝固して氷となった水分が除かれた後、熱交換器３７に供給され、ＣＯ₂ガスを冷却する。このとき、空気冷媒は、熱交換によりＣＯ₂を含むガスを冷却するため、ＣＯ₂を含むガスを直接冷媒として用いるときと比較して、より低い温度に冷却することが好ましい。熱交換器３７でＣＯ₂ガスの冷却に用いた空気は、約−１００℃、常圧になっている。この空気は排熱回収熱交換器３３で再利用して約３５℃の常温、常圧となり、再度コンプレッサ３１で圧縮して冷媒として用いられる。このループにおいて、空気の出入りはない。

このように、本発明の第二実施形態によるドライアイス製造システム１ａおよび製造方法によれば、第一実施形態と同様に、環境にやさしく、かつドライアイス製造コストを低減することができ、中小企業や車載用にも好適なシステムを提供することができるなどの利点がある。

図３は、本発明の第二実施形態によるドライアイス製造システムを示すシステム図である。第三実施形態によるドライアイス製造システム１ｂは、除湿器２と、空気冷媒冷凍機３と、分離装置４と、二酸化炭素供給源７とを備える。

第三実施形態によるドライアイス製造システム１ｂは、ドライアイスの製造原料となる二酸化炭素が、燃焼排ガスや溶接の排ガス等が由来であり、それらを供給する二酸化炭素供給源７を同一の敷地内あるいは近接する敷地に備える。そして、このように同一の敷地内等から発生するＣＯ₂混合ガスから、冷凍機を用いてオンサイトでドライアイスを製造することを特徴とする。

除湿器２、空気冷媒冷凍機３、分離装置４は、第一の実施形態と同様の装置であってよく、同様の機能を有するものであって良いため、ここでは説明を省略する。なお、分離装置４の後段に、プレス機などをさらに設けても良い。

次に、第三実施形態によるドライアイス製造システム１ｂを用いたドライアイス製造方法について説明する。第三実施形態によるドライアイス製造方法では、製造原料となるＣＯ₂混合ガスが、燃焼排ガスや溶接の排ガス等が由来であり、第一実施形態のＣＯ₂を含むガスと比較して、二酸化炭素濃度が低いことを特徴とする。本実施形態によるドライアイス製造方法で用いるＣＯ₂混合ガスは、燃焼排ガスや溶接の排ガスを大気に放出できる程度にまで除塵し、有害成分を除いて常温程度にまで冷却したものである。

常温のＣＯ₂混合ガスは、第一実施形態と同様に空気冷媒冷凍機３に導入されて圧縮され、冷却される。ＣＯ₂混合ガスは、二酸化炭素濃度が低いため、ドライアイスを製造するためには、第一の実施形態によるＣＯ₂を含むガスと比較して、より低い温度まで冷却することが好ましい。

このように、本発明の第三実施形態によるドライアイス製造システム１ｂおよび製造方法によれば、ドライアイスの消費場所においてオンサイトにてドライアイスを製造するため、輸送コストが不要となる。また消費するまでに一旦ドライアイスを貯蔵しておく設備も不要となる。

図４は、本発明の第四実施形態によるドライアイス製造システムを示すシステム図である。第四実施形態によるドライアイス製造システム１ｃは、除湿器２と、空気冷媒冷凍機３ｃと、分離装置４と、二酸化炭素供給源７とを備える。

第四実施形態によるドライアイス製造システム１ｃは、ドライアイスの製造原料となる二酸化炭素が、燃焼排ガスや溶接の排ガス等が由来であり、それらを供給する二酸化炭素供給源７を備え、同一の敷地内あるいは近接する敷地から発生するＣＯ₂混合ガスから、冷凍機を用いてオンサイトでドライアイスを製造することを特徴とする。また、第二実施形態と同様に、空気を冷媒として用いる空気冷媒冷凍機３ｃを用い、極低温に冷却した空気を、ＣＯ₂混合ガスと熱交換して、ドライアイスを製造することを特徴とする。

このように、本発明の第四実施形態によるドライアイス製造システム１ｃおよび製造方法によれば、輸送コストやドライアイスを貯蔵しておく設備が不要となるだけでなく、ドライアイスの購入量も減らすことができ、通常大気に放出している炭酸ガスのリサイクルが可能になるという利点もある。

図５は、本発明の第五実施形態によるドライアイスブラスト洗浄システム１０を示すシステム図である。第五実施形態によるドライアイスブラスト洗浄システム１０は、液化炭酸供給源１１と、ドライアイスペレット製造機１２と、コンプレッサ１３と、ドライアイスブラスト洗浄機１４と、集塵装置１５と、空気冷媒冷凍機３ｄと、分離装置４ｄとを備える。

液化炭酸供給源１１は、ドライアイスの原料となる液化炭酸を備蓄するものである。これは、通常のタンクなどであってよい。ドライアイスペレット製造機１２は、例えば、従来の断熱膨張装置とプレス機とから構成されていてもよい、液化炭酸からドライアイスペレットを製造する装置である。このような装置は従来から知られているものを使用することができる。

コンプレッサ１３は、ＣＯ₂ガスを昇圧する装置である。昇圧されたＣＯ₂ガスは、ドライアイスブラスト洗浄機１４においてドライアイスペレットを洗浄対象物に吹き付ける媒体として用いられる。通常は、このような媒体として空気を用いるが、本発明ではブラスト洗浄に用いた炭酸ガスを回収する際に極力空気の混入を防ぐためＣＯ₂ガスを媒体として用いる。媒体として用いるＣＯ₂ガスは、液化炭酸供給源１１から供給されるものであってもよく、ドライアイスペレット製造機１２でドライアイスペレットを製造する工程で放出されるものであってもよい。通常、液化炭酸供給源１１から供給されるＣＯ₂ガスとドライアイスペレット製造機１２で放出されるＣＯ₂ガスとの両方を回収し、昇圧して使用することができる。

ドライアイスブラスト洗浄機１２は、ドライアイスペレット製造機１２で得られたドライアイスペレットを、コンプレッサ１３からのガスにより洗浄対象物に吹き付けて、塗膜、ガス生成物、油分、皮脂、樹脂、粉塵などを除去する装置である。ドライアイスブラスト洗浄機１４は、通常、ドライアイスペレットをガスで吹き付ける手段と、洗浄対象物を配置するための洗浄室とから構成することができる。ここで、ドライアイスペレットをガスで吹き付ける手段としては、例えば、ノズルを用いることができる。ノズルの大きさや形状は、洗浄対象物の形状や大きさにより決定することができる。

洗浄室は、洗浄対象物を配置するとともに、洗浄後の昇華したドライアイス（ＣＯ₂ガス）および吹き付けの媒体として用いたＣＯ₂ガスを効率的に回収する手段を備える。このために、例えば、洗浄対象物が小型の場合は閉容器を洗浄室とし、閉容器中にて洗浄を行うことができる。そして、洗浄後に閉容器内の気体を吸引して回収することができる。一方、洗浄対象物が大型の場合等屋外で作業を行う際には、ブラストガンノズル部にフードを取り付け、放出された昇華したＣＯ₂ガスの吸引を行うことができる。これらの回収手段によりＣＯ₂ガスへの空気の混入を低減し、ＣＯ₂ガスを高い効率で再利用することができる。

集塵装置１５は、ＣＯ₂ガスに含まれる、洗浄対象物由来の塵等を回収する装置である。集塵装置１５は、対象物の塵の大きさに応じて、市販の集塵装置を用いることができる。除去された塵は、ダクト等により吸引される。

空気冷媒冷凍機３ｄは図１〜４のいずれかの形態で説明したドライアイス製造システムであってよい。また、二元冷凍サイクルなど他の冷凍システムを用いることもできる。空気冷媒冷凍機３ｄでは、塵等が除去されたＣＯ₂ガスを冷却して、ＣＯ₂成分をドライアイスとして取り出す。

次に、本実施形態によるドライアイスブラスト洗浄システム１０を用いたドライアイスブラスト洗浄リサイクル方法について説明する。本実施形態による、ドライアイスブラスト洗浄リサイクル方法であって、液化炭酸からドライアイス製造するステップと、ＣＯ₂ガスを昇圧するステップと、ドライアイスを昇圧したＣＯ₂ガスにより洗浄対象物に吹き付ける洗浄ステップと、使用済みのＣＯ₂ガスを回収するステップと、回収したＣＯ₂ガス中の塵成分を除去するステップと、塵成分を除去したＣＯ₂ガスを空気冷媒冷凍機により冷却し、ドライアイスを製造するステップとを含み、前記空気冷媒冷凍機により製造されたドライアイスを、洗浄に再利用することを特徴とする。

液化炭酸からドライアイスを製造するステップと、ＣＯ₂ガスを昇圧するステップでは、液化炭酸供給源１１から供給される液化炭酸を原料として、ドライアイスペレット製造機１２で、通常の断熱膨張によりドライアイススノーが製造され、さらにプレス、成型等されてドライアイスペレットが製造される。一方、ドライアイススノーを製造する過程で放出されるＣＯ₂ガスと、液化炭酸供給源１１から供給されるＣＯ₂ガスとは、コンプレッサ１３により圧縮される。

ドライアイスを高圧ＣＯ₂ガスにより洗浄対象物に吹き付ける洗浄ステップでは、ドライアイスブラスト洗浄機１４により、所定のサイズのドライアイスペレットと、圧縮されたＣＯ₂ガスとを、所定の流速で洗浄対象物に衝突させる。

使用済みのＣＯ₂ガスを回収するステップでは、洗浄に用いられたドライアイスペレットの昇華物および吹き付けの媒体として用いられたＣＯ₂ガスのうち５０％以上を回収する。回収したＣＯ₂ガス中の塵成分を除去するステップでは、集塵装置１５で除塵する。

塵成分を除去したＣＯ₂ガスを空気冷媒冷凍機により冷却し、ドライアイスを製造するステップでは、ＣＯ₂ガス中の、ＣＯ₂成分が冷却されてドライアイスとなる。ここで得られたドライアイスは、ドライアイスペレット製造機１２に供給され、所定の大きさ、形状のペレットとされ、ドライアイスブラスト洗浄機１４で再利用される。

かかるシステムにおいて、全体として使用されるＣＯ₂の５０％以上を再利用して用いることができる。これにより、リサイクルがされていなかった従来のドライアイスブラスト洗浄と比較して、液化炭酸の使用を大きく低減することができる。また、リサイクルされたＣＯ₂ガスの冷却に空気冷媒冷凍機３ｄを使用することで、少ない動力でドライアイスを製造することができる。

本発明の第五実施形態によるドライアイスブラスト洗浄システム１０によれば、前述の実施形態による空気冷媒冷凍機を使用した効率的な方法でドライアイスペレットを製造し、かつ、洗浄に使用した後のＣＯ₂ガスをも回収して再利用するため、ドライアイス製造にかかるコストを大幅に低減し、システム全体を低コストで実現することができる。ドライアイスブラスト洗浄は、製鉄、食品、医療、エレクトロニクスなどのさまざまな分野で有用であるが、本実施形態によるドライアイスブラスト洗浄システム１０は、ドライアイスブラスト洗浄を従来と比較して、安価に、精密洗浄や環境にやさしい洗浄を実施することができる。

本発明の活用例として、高圧ガス製造事業等の届出がされていない小規模なドライアイス製造工場における二酸化炭素の再利用が挙げられる。ドライアイス製造システムを、ドライアイス消費地と同一の敷地内あるいは近接する敷地内に設置することができる。また、ドライアイスブラスト洗浄システムを安価に運用することができる。

本発明の第一実施形態によるドライアイス製造システムを示すシステム図である。 本発明の第二実施形態によるドライアイス製造システムを示すシステム図である。 本発明の第三実施形態によるドライアイス製造システムを示すシステム図である。 本発明の第四実施形態によるドライアイス製造システムを示すシステム図である。 本発明の第五実施形態によるドライアイスブラスト洗浄システムを示すシステム図である。

符号の説明

１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ ドライアイス製造システム
２ 除湿器
３、３ａ、３ｃ 空気冷媒冷凍機
３１ コンプレッサ
３２ 外部冷却熱交換器
３３ 排熱回収熱交換器
３４ タービン
３５ モータ
３６ フィルタ
３７ 熱交換器
４、４ｄ 分離装置
５ プレス機
６ 断熱膨張装置
７ 二酸化炭素供給源
１０ ドライアイスブラスト洗浄システム
１１ 液化炭酸供給源
１２ ドライアイスペレット製造機
１３ コンプレッサ
１４ ドライアイスブラスト洗浄機
１５ 集塵装置

Claims (8)

1. ＣＯ₂を含むガスから、水分を除去する除湿器と、
   水分を除去したＣＯ₂を含むガスを冷却する空気冷媒冷凍機と、
   ＣＯ₂が冷却されてできたドライアイスを分離する分離装置と
   を備えるドライアイス製造システム。
2. 前記空気冷媒冷凍機が、ＣＯ₂を含むガスを冷媒として圧縮し、冷却し、断熱膨張させることによりＣＯ₂を冷却することを特徴とする請求項１に記載のドライアイス製造システム。
3. 前記空気冷媒冷凍機が、空気を冷媒として圧縮し、冷却し、断熱膨張させることにより空気をＣＯ₂の凝固点以下にまで冷却し、該冷却された空気と、ＣＯ₂を含むガスとを熱交換させることによりＣＯ₂を冷却することを特徴とする請求項１に記載のドライアイス製造システム。
4. 前記ＣＯ₂を含むガスをオンサイトで供給する供給源をさらに備える請求項１〜３のいずれかに記載のドライアイス製造システム。
5. 前記空気冷媒冷凍機が、
   冷媒を圧縮するコンプレッサと、
   圧縮された冷媒を外部冷却源により冷却する外部冷却熱交換器と、
   外部冷却源により冷却された冷媒を、排熱によりさらに冷却する排熱回収熱交換器と、
   排熱回収熱交換器により冷却された冷媒を断熱膨張させる際に得られる動力をコンプレッサに供給するタービンと、
   前記コンプレッサに動力を与えるモータと
   を備える請求項３または４に記載のドライアイス製造システム。
6. 液化炭酸からドライアイスペレットを製造する装置と、
   ＣＯ₂ガスを昇圧するコンプレッサと、
   前記ドライアイスペレットを前記昇圧されたＣＯ₂ガスにより洗浄対象物に吹き付ける手段と、使用済みのＣＯ₂ガスを回収する手段とを備えるドライアイスブラスト洗浄機と、
   回収されたＣＯ₂ガスに含まれる塵成分を除去する集塵装置と、
   塵成分を除去したＣＯ₂ガスを冷却してドライアイスを製造する空気冷媒冷凍機と
   を備え、使用済みのＣＯ₂ガスを再利用することを特徴とするドライアイスブラスト洗浄システム。
7. 空気冷媒冷凍機によりＣＯ₂を含むガスを冷却することを特徴とするドライアイス製造方法。
8. 液化炭酸からドライアイスを製造するステップと、
   液化炭酸から得られたＣＯ₂ガスを昇圧するステップと、
   前記ドライアイスを前記昇圧されたＣＯ₂ガスにより洗浄対象物に吹き付ける洗浄ステップと、
   使用済みのＣＯ₂ガスを回収するステップと、
   回収されたＣＯ₂ガス中の塵成分を除去するステップと、
   塵成分を除去したＣＯ₂ガスを空気冷媒冷凍機により冷却し、ドライアイスを製造するステップと
   を含み、
   前記空気冷媒冷凍機により製造されたドライアイスを、洗浄に再利用することを特徴とする、ドライアイスブラスト洗浄リサイクル方法。

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