CN106424019A - 干冰清洗机 - Google Patents

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刘耀
方腾彪
许泽霖
刘冰
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    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
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Abstract

本发明提出一种干冰清洗机，包括：干冰容器、压缩空气产生器和喷射器。干冰容器中存储干冰颗粒。压缩空气产生器产生压缩空气流并输入到干冰容器中。压缩空气气流携带干冰颗粒经喷射器喷射，形成喷射流，所述喷射流朝向待清洗表面喷射，由干冰颗粒对待清洗表面进行清洗。本发明的干冰清洗机利用喷射干冰颗粒进行清洗，利用气流喷射的能量和干冰颗粒瞬间气化的能量达到清洗的目的，干冰颗粒在常温常压下会瞬间气化为二氧化碳，对环境无污染，并且仅需要暂停设备运行即可，对生产效率的影响较小。

Description

干冰清洗机
技术领域
本发明涉及表面清洗技术，更具体地说，涉及一种用于清洗油漆表面的干冰清洗技术。
背景技术
在汽车制造过程中，喷漆过程是必不可少的一环。喷漆过程在喷漆车间中进行，喷漆车间中的设备和墙面上不可避免地会附着大量的油漆颗粒，造成污染，因此需要定期对喷漆车间进行清洗。
传统的清洗方式是采用(超)高压水清洗、溶剂清洗、动力工具清洁、手工工具清洁等方式对喷漆车间进行清洗。但这些清洗方式都存在缺陷：(超)高压水清洗方式不能用于电气设备上或用于电气设备附近的设备，且会产生废水，并在金属设备表面造成薄锈。溶剂清洁过程会涉及对环境和工人安全有害的物质，且后续需要水洗、擦干等步骤，溶剂的管理和处置也会增加企业的成本。动力工具清洁只能用于平滑简单的表面形状，且会对表面造成损伤和破坏；手工工具清洁不适用于需要大规模且经常需要清洁的设备，清洁效率太低且会损坏设备。并且，无论使用上述哪一种清洗方式，都需要被清洗的设备停机检修，因此会较大程度上影响工作效率。
因此需要一种新的清洗方式，能够有效地对喷漆车间进行清洗，且不影响设备运行或者对其带来其他的不利影响。
发明内容
本发明提出一种干冰清洗机，其特征在于，包括：干冰容器、压缩空气产生器和喷射器。干冰容器中存储干冰颗粒。压缩空气产生器产生压缩空气流并输入到干冰容器中。压缩空气气流携带干冰颗粒经喷射器喷射，形成喷射流，所述喷射流朝向待清洗表面喷射，由干冰颗粒对待清洗表面进行清洗。
在一个实施例中，干冰颗粒是直径为2.8mm～3.2mm，长度为2.5mm～10mm的圆柱体。
在一个实施例中，干冰颗粒通过下述过程制备：
在温度为20±5℃、压强为6000千帕的条件下，将二氧化碳冷凝成无色的液体；
液体在低压下蒸发，凝结成冰雪状固体物质；
经磨具压制成形。
在一个实施例中，压缩空气产生器产生的压缩空气质量为国标GB/T 13277-1991的4,6,5等级。
在一个实施例中，压缩空气产生器产生的压缩空气的压力不小于5bar、压缩空气供应流量不小于6.1m3/min。
在一个实施例中，喷射器与待清洗表面的夹角为90±15°，喷射器与待清洗表面的距离为3-10cm。
在一个实施例中，喷射流的压力和流量与待清洗表面的特性相关。
在一个实施例中，喷射器相对于待清洗表面移动，喷射器的移动速度与待清洗表面的特性相关。
本发明的干冰清洗机利用喷射干冰颗粒进行清洗，利用气流喷射的能量和干冰颗粒瞬间气化的能量达到清洗的目的，干冰颗粒在常温常压下会瞬间气化为二氧化碳，对环境无污染，并且仅需要暂停设备运行即可，对生产效率的影响较小。
附图说明
本发明上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变的更加明显，在附图中相同的附图标记始终表示相同的特征，其中：
图1揭示了根据本发明的一实施例的干冰清洗机的结构图。
图2揭示了根据本发明的一实施例的干冰清洗机的工作过程示意图。
具体实施方式
参考图1所示，图1揭示了根据本发明的一实施例的干冰清洗机的结构图。该干冰清洗机包括：干冰容器102、压缩空气产生器104和喷射器106。
干冰容器102中存储干冰颗粒121。在一个实施例中，干冰颗粒121是直径为2.8mm～3.2mm，长度为2.5mm～10mm的圆柱体。该干冰颗粒通过下述过程制备：首先在温度为20±5℃、压强为6000千帕的条件下，将二氧化碳冷凝成无色的液体。然后，上述冷凝形成的液体在低压下迅速蒸发，凝结成冰雪状固体物质，即干冰。将干冰放入模具，经磨具压制成形，形成直径为2.8mm～3.2mm，长度为2.5mm～10mm的圆柱体的干冰颗粒。
压缩空气产生器104产生压缩空气流并输入到干冰容器102中。压缩空气流输入到干冰容器102中，使得压缩空气流和干冰颗粒121混合，形成携带干冰颗粒的混合气流。在一个实施例中，压缩空气产生器104产生的压缩空气质量为国标GB/T 13277-1991的4,6,5等级。压缩空气产生器104产生的压缩空气的压力不小于5bar、压缩空气供应流量不小于6.1m3/min。压缩空气质量为国标GB/T 13277-1991的4,6,5等级。国标GB/T 13277-1991从固体粒子、水蒸汽含量和含油量三个方面对压缩空气质量做了规定。GB/T 13277-1991的4,6,5等级表示固体粒子的最大尺寸小于等于40um、固体粒子的浓度小于等于10mg/立方米。其中固体粒子浓度为绝对压力1bar、温度20℃、相对蒸汽压力0.6条件下的浓度。水蒸汽含量以压力露点表示，水蒸汽小于等于10℃。含油量小于等于25mg/立方米，其中含油量为绝对压力1bar、温度20℃、相对蒸汽压力0.6条件下的浓度。
压缩空气气流携带干冰颗粒，即混合气流经喷射器106喷射，形成喷射流，喷射流朝向待清洗表面喷射，由干冰颗粒对待清洗表面进行清洗。在一个实施例中，喷射器106包括喷枪和喷嘴。喷枪可以选用双管喷枪，型号为2E0406，该喷枪可以允许在8.6bar的喷射压力下长时间喷射。喷嘴选用DSJet高流量喷嘴，型号为533HF.2，喷幅约5.1cm。在进行喷射时，喷射器106与待清洗表面的夹角为90±15°，喷射器106与待清洗表面的距离为3-10cm。喷射器106喷射的述喷射流的压力和流量与待清洗表面的特性相关。喷射器106相对于待清洗表面移动以对待清洗表面进行清洗，喷射器106的移动速度与待清洗表面的特性相关。
图2揭示了根据本发明的一实施例的干冰清洗机的工作过程示意图。干冰清洗主要借助于下述三个能量过程来实现对于表面附着涂层(油漆涂层或者油漆残渣)的清洁：干冰颗粒动能、热震效应和热动能。
干冰颗粒动能来自于喷射流赋予干冰颗粒的速度。动能冲量是干冰粒质量和速度的积。干冰清洗机通过压缩空气流将干冰颗粒推动到高速度，使干冰颗粒获得高的动能和高的冲击力。能有效利用动能对表面涂层进行冲击和松动。同时，由于干冰颗粒的特性，使得干冰颗粒对待清洗表面的机械损伤和磨损非常小。即使在高冲击速度和直冲角度上，与其他介质(粗砂、沙、PMB)相比，干冰颗粒的动力效应也很小。这是因为干冰颗粒相对较软，不像其他抛射介质有很高的密度和硬度。另外，干冰在常温常压下会瞬间气化，在完成冲击的同时，颗粒几乎立即从固态转换为气态，使碰撞方程中的回弹系数几乎不存在。仅有非常小的碰撞能量会转移到带清洗表面基体上，所以干冰清洗对于基体而言几乎是无磨损性的。
热震效应是指干冰颗粒在冲击时立即升华(固相转换为气相)可从非常薄的表面涂层或污染物上吸收大量热。升华的潜伏热可吸收大量热。热从顶层涂层向干冰粒快速传输的大量热会在带清洗表面的涂层的各个微层之间产生极大的温差。这个强烈的温度梯度会在各个微层之间产生高切应力。生成的切应力还取决于涂层的导热性和扩张/收缩系数，以及带清洗表面的底层基体的热质量。短时间内发生的高切应力使各层之间迅速产生微小的裂痕，造成附着在基体表面的涂层的粘连损坏，从而使得涂层更加容易被剥离。
热动能效应是指干冰颗粒和带清洗表面之间的冲击能损耗和极快的热传递造成干冰立即升华为气态。气体爆炸时在几毫秒内体积扩展为颗粒体积的近800倍，是个有效的“微型爆炸”。随着颗粒变为气体，这个“微型爆炸”会进一步使热分裂的涂层从基体上脱落。因为干冰颗粒冲击后气化而缺乏回弹效应，导致冲击时质量沿表面分布。气化后的二氧化碳气体沿表面向外扩展，且所产生的“爆炸冲击前面”会在表面和热分裂的涂层颗粒之间集中产生有效的高压。这会产生有效的提升力，使涂层颗粒从表面脱落。
图2揭示了干冰颗粒作用于涂层的过程。在图2中，从左至右依次揭示了干冰颗粒接触到涂层表面并去除涂层的过程。首先参考图2的最左侧，干冰颗粒202从喷射器106中喷射出。干冰颗粒202朝向涂层颗粒204的方向喷射。此时涂层颗粒204以致密的方式紧密排列在待清理表面的基体206上。沿着图2从左至右的方向，干冰颗粒202与涂层颗粒204的表层接触，在干冰颗粒动能和热震效应的作用下，涂层颗粒204的表面逐步碎裂，涂层颗粒204被击碎成更细小的颗粒并被剥离。而与涂层颗粒接触后的干冰颗粒则气化为二氧化碳气体，不留下残渣。继续参考图2，随着涂层颗粒204逐步被剥离，在原本致密的涂层表面形成缝隙，后续的干冰颗粒202能够进入到这些缝隙中，进入到缝隙中的干冰颗粒在热动能效应的作用下瞬间升华为气态。气体爆炸时在几毫秒内体积扩展为颗粒体积的近800倍，形成有效的“微型爆炸”。“微型爆炸”能够将更多的涂层颗粒炸碎并剥离基体206的表面，最终如图2最右侧所图示的状态，涂层颗粒204被完全从基体206上剥离，完成清洁。
针对不同的待清洗表面和所附着的涂层的特性，喷射器喷射的喷射流的压力和流量、以及喷射器相对于待清洗表面的移动速度与待清洗表面的特性相关。
例如，在对风机叶轮进行清洗时，风机叶轮上的主要涂层是漆雾颗粒。漆雾颗粒的形成环境为：温度23±2℃、相对湿度65±5％。在对风机叶轮进行干冰清洗时，喷射器距离叶轮表面3-10cm。与叶轮表面的夹角为90±15°。喷射流的压力为5.5-6bar，喷射流的流量为不小于4.3m3/min，喷射器相对于叶轮表面的移动速度为1.5±0.5cm/s。
例如，在对烘房内壁进行清洗时，烘房内壁上的主要涂层是油漆中可挥发物质凝固后形成的涂层，涂层的形成环境为：温度110-200℃。在对烘房内壁进行干冰清洗时，喷射器距离叶轮表面3-10cm。与叶轮表面的夹角为90±15°。喷射流的压力为5-5.5bar，喷射流的流量为不小于2m3/min，喷射器相对于叶轮表面的移动速度为5-7cm/s。
例如，在对E-Scrub阳极板进行清洗时，E-Scrub阳极板上的主要涂层是漆雾颗粒。漆雾颗粒的形成环境为：温度23±2℃、相对湿度65±5％。在对E-Scrub阳极板进行干冰清洗时，喷射器距离叶轮表面3-10cm。与叶轮表面的夹角为90±15°。喷射流的压力为5.5-6bar，喷射流的流量为不小于4.3m3/min，喷射器相对于叶轮表面的移动速度为1.5±0.5cm/s。
采用干冰清洗具有如下的优点：
1)快速清洁顽固污渍，在线清洁，无需拆卸设备，提高效率，保障设备精度。
2)清洗强度可任意调节，对设备无磨损，无损伤
3)无腐蚀，设备不生锈，不导电，可清洗电器部件，是一种干燥的清洗方式。
4)避免二次污染，减少水、清洗剂的污染，无毒、无味、对人体无害，且干冰是可回收再生资源，是一种绿色环保的清洁方式。
5)无需清理二次废物，这不仅避免了额外的清理工作和费用，而且临时隔离区也可以重新投入使用，从而进一步节省成本。
6)可以在线清洁很多其他方法无法清洁的狭窄空间例如风机叶轮、烘房壁板及输送链条、E-Scrub阳极板等油漆车间设备上，可以提高清洁效率，即可获得更长的运行时间，生产更多的产品，从而获得更高的利润。
7)操作人员无需暴露在化学品或砂粒介质中，人员安全性高。
本发明的干冰清洗机利用喷射干冰颗粒进行清洗，利用气流喷射的能量和干冰颗粒瞬间气化的能量达到清洗的目的，干冰颗粒在常温常压下会瞬间气化为二氧化碳，对环境无污染，并且仅需要暂停设备运行即可，对生产效率的影响较小。
上述实施例是提供给熟悉本领域内的人员来实现或使用本发明的，熟悉本领域的人员可在不脱离本发明的发明思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而本发明的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。

Claims (8)

1.一种干冰清洗机，其特征在于，包括：
干冰容器，干冰容器中存储干冰颗粒；
压缩空气产生器，产生压缩空气流并输入到干冰容器中；
喷射器，压缩空气气流携带干冰颗粒经喷射器喷射，形成喷射流，所述喷射流朝向待清洗表面喷射，由干冰颗粒对待清洗表面进行清洗。
2.如权利要求1所述的干冰清洗机，其特征在于，所述干冰颗粒是直径为2.8mm～3.2mm，长度为2.5mm～10mm的圆柱体。
3.如权利要求2所述的干冰清洗机，其特征在于，所述干冰颗粒通过下述过程制备：
在温度为20±5℃、压强为6000千帕的条件下，将二氧化碳冷凝成无色的液体；
所述液体在低压下蒸发，凝结成冰雪状固体物质；
经磨具压制成形。
4.如权利要求1所述的干冰清洗机，其特征在于，所述压缩空气产生器产生的压缩空气质量为国标GB/T 13277-1991的4,6,5等级。
5.如权利要求4所述的干冰清洗机，其特征在于，所述压缩空气产生器产生的压缩空气的压力不小于5bar、压缩空气供应流量不小于6.1m3/min。
6.如权利要求1所述的干冰清洗机，其特征在于，所述喷射器与待清洗表面的夹角为90±15°，喷射器与待清洗表面的距离为3-10cm。
7.如权利要求1所述的干冰清洗机，其特征在于，所述喷射流的压力和流量与待清洗表面的特性相关。
8.如权利要求1所述的干冰清洗机，其特征在于，所述喷射器相对于待清洗表面移动，所述喷射器的移动速度与待清洗表面的特性相关。
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