CN108526141A - 一种用于底材喷涂前处理的二氧化碳雪花清洗系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种用于底材喷涂前处理的二氧化碳雪花清洗系统，包括下部有液态二氧化碳、上部有气相二氧化碳的液态二氧化碳储罐，该液态二氧化碳储罐的上部及下部分别通过带气相二氧化碳截止阀、液相二氧化碳截止阀的气相二氧化碳输出管、液相二氧化碳输出管与二氧化碳过滤器的入口连接，二氧化碳过滤器的出口与增压器的入口连接，增压器的出口与加热器的入口连接，增压器与加热器连接的主管路上通过支管路连接稳压器，加热器的出口与制冷机的入口连接连接，制冷机的出口经二氧化碳电磁阀与连接压缩空气引入系统的喷嘴的入口连接。本发明不使用化学药剂、能耗低、无废水废液产生、清洗效果好、稳定并且效率高。
Description
技术领域
本发明涉及清洗系统技术领域，具体涉及一种用于底材喷涂前处理的二氧化碳雪花清洗系统。
背景技术
传统的喷涂前处理工艺使用酸性或碱性化学药剂和水作为介质，通过化学反应以及冲洗的方式对底材进行清洁，包括脱脂、水洗、吹干、烘干和冷却等工艺流程,此类清洁方式存在系统产生废水、使用化学药剂，不环保；整个系统能耗高的的缺点。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种以二氧化碳雪花状晶体为清洗材质的二氧化碳雪花清洗系统，适用于多种材质的底材，喷涂前表面颗粒污染物的清洗，能够有效地清洗掉底材表面的颗粒污染物。
为实现本发明的目的所采用的技术方案是：
一种用于底材喷涂前处理的二氧化碳雪花清洗系统，包括液态二氧化碳储罐，所述液态二氧化碳储罐的下部储存有液态二氧化碳，储罐上部为气相二氧化碳，该液态二氧化碳储罐的上部连接带有气相二氧化碳截止阀的气相二氧化碳输出管，下部连接带有液相二氧化碳截止阀的液相二氧化碳输出管；所述气相二氧化碳输出管、液相二氧化碳输出管的输出末端汇合后与二氧化碳过滤器的入口连接，所述二氧化碳过滤器的出口与增压器的入口连接，所述增压器的出口与加热器的入口连接，所述增压器与加热器连接的主管路上通过支管路连接稳压器，所述加热器的出口与制冷机的入口连接连接，所述制冷机的出口经二氧化碳电磁阀与喷嘴的入口连接，所述喷嘴的入口还连接压缩空气引入系统。
所述压缩空气引入系统包括压缩空气气源，压缩空气截止阀，压缩空气过滤器，压缩空气调压器，压缩空气电磁阀；所述压缩空气截止阀，压缩空气过滤器，压缩空气调压器，压缩空气电磁阀依次顺序接在压缩空气源与喷嘴的连接管路中。
所述喷嘴安装在控制所述喷嘴按清洗轨迹移动作业的工业机器人上。
本发明具有不使用化学药剂、能耗低、无废水废液产生、清洗效果好、稳定并且效率高等优点。
附图说明
图1是用于底材喷涂前处理的二氧化碳雪花清洗系统的结构示意图。
图2是二氧化碳压焓图；
图3是本发明二氧化碳雪花清洗系统的清洗原理示意图；
图4是本发明二氧化碳雪花清洗系统的清洗测试轨迹和测量点的示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参见图1-4所示，一种用于底材喷涂前处理的二氧化碳雪花清洗系统，包括：
液态二氧化碳储罐1，液相二氧化碳截止阀2，气相二氧化碳截止阀3，二氧化碳过滤器4，增压器5，稳压器6，加热器7，制冷机8，二氧化碳电磁阀9，压缩空气气源10，压缩空气截止阀11，压缩空气过滤器12，压缩空气调压器13，压缩空气电磁阀14，工业机器人15，清洗喷嘴16；
其中，所述液态二氧化碳储罐1下部储存有液态二氧化碳，储罐上部为气相二氧化碳，该液态二氧化碳储罐的上部连接带有气相二氧化碳截止阀3的气相二氧化碳输出管，可通过液相二氧化碳截止阀2控制输出气相二氧化碳，该液态二氧化碳储罐的下部连接带有液相二氧化碳截止阀2的液相二氧化碳输出管，可通过气相二氧化碳截止阀3控制输出液相二氧化碳；
所述气相二氧化碳输出管、液相二氧化碳输出管的输出末端汇合后与二氧化碳过滤器4的入口连接，所述二氧化碳过滤器4的出口与增压器的入口连接，所述增压器的出口与加热器的入口连接，所述增压器与加热器连接的主管路上通过支管路连接稳压器6，所述加热器的出口与制冷机的入口连接连接，所述制冷机的出口经二氧化碳电磁阀与喷嘴的入口连接，所述喷嘴的入口还连接压缩空气引入系统。
所述压缩空气引入系统包括压缩空气气源10，压缩空气截止阀11，压缩空气过滤器12，压缩空气调压器13，压缩空气电磁阀14，所述压缩空气截止阀11，压缩空气过滤器12，压缩空气调压器13，压缩空气电磁阀14依次顺序接在压缩空气源与喷嘴的连接管路中。
其中，所述的喷嘴16可以安装在工业机器人15上，由工业机器人15控制按清洗轨迹进行移动，以一定的移动速度在预定的距离范围内移动，实现对底板17上的污染物进行清理。
所述稳压器为稳压罐，所述加热器7的箱体内有电加热丝，二氧化碳管路自箱体的一侧进入箱体内，另一侧输出，在箱体内的二氧化碳管路布设在加热丝的外侧，如图1所示，实现对二氧化碳管路中的液态二氧化碳的加热，加热到相应的温度；所述增压器为增压泵，所述制冷机可选用压缩式制冷机、吸收式制冷机、蒸汽喷射式制冷机或是半导体制冷机，具体不限。
本发明系统的使用方法如下：
设备启动前，先打开气相二氧化碳截止阀3，让系统的管路内部充满15bar以上的气相二氧化碳。
设备运行时，液态二氧化碳储罐1内的液态二氧化碳19通过液相二氧化碳截止阀2进入二氧化碳过滤器4，过滤掉杂质。
液态二氧化碳19随后进入增压器5，增压器5将液态二氧化碳19增压至设定压力后输出。
稳压器6上部为气态二氧化碳，稳压器6通过支管连接到增压器5后的主管路上，可通过气态二氧化碳的可压缩性减小高压液态二氧化碳19的压力波动，起到稳定压力的作用。
增压后的液态二氧化碳19随后进入加热器7，吸热升温至设定温度后输出。
加热后的液态二氧化碳19进入制冷机8，如果此时温度高于预期温度，如100℃，制冷机开始启动并给液态二氧化碳19降温至设定温度。
制冷机8输出的液态二氧化碳19随后进入二氧化碳电磁阀9，通过控制系统可以控制二氧化碳电磁阀9的打开和关闭，打开时液态二氧化碳19通过电磁阀然后进入清洗喷嘴16。
压缩空气20从压缩空气气源10输出，通过压缩空气截止阀11和压缩空气过滤器12，进入压缩空气调压器13，输出压力调整至设定值的压缩空气20。
其中，经压力调整后的的压缩空气20进入压缩空气电磁阀14，控制系统可控制压缩空气电磁阀14的打开和关闭，打开时压缩空气20通过电磁阀然后进入清洗喷嘴16。
液态二氧化碳19和压缩空气20进入清洗喷嘴16后在喷嘴前部的出口喷出。
清洗喷嘴16安装在工业机器人15末端，通过编程可以以一定的轨迹移动。
液态二氧化碳19在喷嘴前部的出口喷出时，可以近似的看作等焓膨胀过程。在二氧化碳压焓图中，二氧化碳初始位置位于气液饱和线上，开始膨胀时压力降低焓值不变，进入气液混合态，部分液态二氧化碳气化。随着压力的降低，气态二氧化碳的比例逐渐升高，并且混合物的温度快速降低。当达到气固共存线时剩余的液态二氧化碳转变成固态的二氧化碳雪花晶体21。
压缩空气20在喷嘴16内经过一个先收缩后扩张的Laval喷管结构，可将压缩空气的速度在出口外加速至超音速，并且给二氧化碳雪花晶体21提供一个加速的效果。
经过加速的二氧化碳雪花晶体21和压缩空气20气固两相流18喷射到距离喷嘴一定距离的待清洗底材17上。
喷射出的二氧化碳雪花晶体21以一定速度撞击到清洗底材17表面的污染物22上，通过物理撞击和固态二氧化碳的微爆破作用，使污染物22与清洗底材17剥离，并被吹出的气流带走，从而达到清洗的目的。
其中，所述的液态二氧化碳储罐1内压力范围为17–23bar。
其中，所述的二氧化碳过滤器4能够过滤掉直径在5μm以上的固态杂质。
其中，所述的增压器5将液态二氧化碳19的压力增压至设定的55±5bar范围。
其中，所述的加热器7可以将液态二氧化碳19的温度加热至设定的5–10℃范围。
其中，当液态二氧化碳19加热后的温度高于10℃时，制冷机8启动并将液态二氧化碳19的温度降低到10℃以下。
其中，所述的压缩空气气源10提供压力大于6bar的压缩空气。
其中，所述的清洗底材17材质可以是金属、非金属或涂层，包括但不限于镀锌、铝合金、聚丙烯、SMC、碳纤维增强复合材料、阴极电泳涂层和中涂喷涂涂层。
其中，根据不同的清洗底材17的材质以及工艺要求，通过设置设备参数，压缩空气调压器13可以将压缩空气压力调整至3–6bar。
具体实施时，根据不同的清洗底材17的材质以及工艺要求，通过设置工业机器人程序，所述的清洗喷嘴16和清洗底材17之间的距离可在50–200mm的范围内调节。
具体实施时，根据不同的清洗底材17的材质以及工艺要求，通过设置工业机器人程序，所述的清洗喷嘴16相对于清洗底材17的移动速度可以在0–800mm/s的范围内调节。
其中，可清洗掉的污染物22包括固体颗粒物。
颗粒物的清洗效率测试实例
清洗底材17为铝合金，其表面的污染物22为夜光粉颗粒，细度800目；清洗系统的清洗参数设定如下表1：
| 压缩空气压力 | 5bar |
| 喷嘴和底材之间距离 | 50mm |
| 喷嘴移动速度 | 600mm/s |
表1
测试方法：将夜光粉颗粒通过喷枪均匀喷涂在铝合金板上，在清洗底材17上均匀选择A到F共6个测量点24，如图4所示，拍摄200倍放大效果下的紫外荧光图片，让清洗喷嘴16在底材上按照设定的清洗轨迹23和以上清洗参数清洗，清洗完成后再次拍摄6个测量点24的图片，统计清洗前后图片中直径在5μm以上的颗粒物数量，并计算清洗效率。测试出的清洗效率，如表2所示：
| 测量点 | 清洗前颗粒数 | 清洗后颗粒数 | 清洗效率 |
| A | 69 | 1 | 98.55％ |
| B | 92 | 0 | 100.00％ |
| C | 60 | 0 | 100.00％ |
| D | 78 | 1 | 98.72％ |
| E | 70 | 2 | 97.14％ |
| F | 61 | 2 | 96.72％ |
表2
以上测试数据表明，在一定的清洗参数条件下，本发明对直径在5μm以上的颗粒污染物可以达到96％以上的清洗效率。
本发明与常规的清洗系统相比，具有以下优点：
1)相比传统喷涂前处理水洗工艺，二氧化碳雪花清洗系统可取代酸洗/碱洗、纯水洗、水分烘干和强冷等流程，缩短了工艺链长度，减少了设备整体占地面积。
2)使用液态二氧化碳作为清洗介质，清洗效率高，液态二氧化碳用量很少。和传统方式相比，不需要清洗药剂和纯水的消耗，工艺链短，从而单个工件的能耗和材料消耗成本都比较低。并且无废水、废渣和废气等污染物处理成本。
3)清洗介质二氧化碳来源于工厂排放的废气，使用后二氧化碳气化并排放到大气中，整个清洗过程不涉及到有毒有害化学药剂的使用和三废的排放，是真正的环保工艺。
4)工艺参数可调，能够满足不同底材的清洗需求，清洗效果好。
5)设备稳定可靠，故障率低。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种用于底材喷涂前处理的二氧化碳雪花清洗系统，其特征在于，包括液态二氧化碳储罐，所述液态二氧化碳储罐的下部储存有液态二氧化碳，储罐上部为气相二氧化碳，该液态二氧化碳储罐的上部连接带有气相二氧化碳截止阀的气相二氧化碳输出管，下部连接带有液相二氧化碳截止阀的液相二氧化碳输出管；所述气相二氧化碳输出管、液相二氧化碳输出管的输出末端汇合后与二氧化碳过滤器的入口连接，所述二氧化碳过滤器的出口与增压器的入口连接，所述增压器的出口与加热器的入口连接，所述增压器与加热器连接的主管路上通过支管路连接稳压器，所述加热器的出口与制冷机的入口连接连接，所述制冷机的出口经二氧化碳电磁阀与喷嘴的入口连接，所述喷嘴的入口还连接压缩空气引入系统。
2.根据权利要求1所述用于底材喷涂前处理的二氧化碳雪花清洗系统，其特征在于，所述压缩空气引入系统包括压缩空气气源，压缩空气截止阀，压缩空气过滤器，压缩空气调压器，压缩空气电磁阀；所述压缩空气截止阀，压缩空气过滤器，压缩空气调压器，压缩空气电磁阀依次顺序接在压缩空气源与喷嘴的连接管路中。
3.根据权利要求1所述用于底材喷涂前处理的二氧化碳雪花清洗系统，其特征在于，所述喷嘴安装在控制所述喷嘴按清洗轨迹移动作业的工业机器人上。
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