JP2016059994A

JP2016059994A - 洗浄装置

Info

Publication number: JP2016059994A
Application number: JP2014189567A
Authority: JP
Inventors: 嘉之和田; Yoshiyuki Wada; 好史和田; Yoshifumi Wada
Original assignee: KYORITSU GIJUTSU KOGYO KK; Cool Technos Co Ltd
Current assignee: KYORITSU GIJUTSU KOGYO KK; Cool Technos Co Ltd
Priority date: 2014-09-18
Filing date: 2014-09-18
Publication date: 2016-04-25

Abstract

【課題】「洗浄力」および「液化二酸化炭素の消費率」の双方に優れた洗浄装置を提供すること。
【解決手段】液化二酸化炭素を供給する液化二酸化炭素供給路１４と、圧縮空気を供給する圧縮空気供給路１８と、液化二酸化炭素供給路１４から供給される液化二酸化炭素を噴出する噴出孔２１と、噴出孔２１から噴出された液化二酸化炭素が膨張してドライアイス粒子を生成する膨張空間１７と、圧縮空気供給路１８から供給される空気と、膨張空間１７で生成されたドライアイス粒子とを合流させる合流部１９と、合流部１９から噴射口２４に至るまで形成された噴射路２６と、を備える。膨張空間１７の内径Ｄを２乗した値を、噴出孔２１の内径ｄを２乗した値で割った値が２４６〜７５６の範囲にあることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、ドライアイス粒子を対象物に向けて噴射することで対象物の洗浄を行う洗浄装置に関する。

この種の従来の洗浄装置は、例えば特許文献１に開示されている。特許文献１に開示されている洗浄装置は、液化二酸化炭素をノズル本体内の膨張空間で膨張させてドライアイス粒子を生成し、生成したドライアイス粒子を圧縮空気の流れに導入して噴射口から被洗浄物に向けて噴射する。この洗浄装置では、膨張空間に対して液化二酸化炭素を噴出する孔として、オリフィス管の中央に設けられた噴出孔と、この噴出孔の周縁に設けられたガス孔とがある。噴出孔から噴出された液化二酸化炭素は気化することなく３重点を通過してドライアイス粒子となり、ガス孔から噴射された液化二酸化炭素は、噴出孔から噴射された液化二酸化炭素の拡散を抑制する拡散抑制膜部として働くと説明されている。

特開２０１１−１６７８２２号公報

しかしながら、特許文献１に開示されている洗浄装置では、中央の噴出孔の周縁に設けられた多数のガス孔から噴出される液化二酸化炭素は被洗浄物の洗浄作用に寄与しないことから、実際には、液化二酸化炭素の消費量の割には洗浄力は優れたものではなかった。

そこで、本願発明者らは、液化二酸化炭素を膨張空間に対して噴出する噴出孔の内径、個数などを多数の実験に基づいて一から見直し、その結果、従来のものより格段に洗浄力に優れた洗浄装置を開発することに成功した。

このように、本発明は、洗浄力に優れた洗浄装置を提供することを目的とする。

本発明の洗浄装置は、液化二酸化炭素を供給する液化二酸化炭素供給路と、キャリアガスを供給するキャリアガス供給路と、前記液化二酸化炭素供給路から供給される液化二酸化炭素を噴出する噴出孔と、前記噴出孔から噴出された液化二酸化炭素が膨張してドライアイス粒子を生成する膨張空間と、前記キャリアガス供給路から供給されるキャリアガスと、前記膨張空間で生成されたドライアイス粒子とを合流させる合流部と、前記合流部から噴射口に至るまで形成された噴射路と、を備えるものを前提とし、前記膨張空間の内径を２乗した値を、前記噴出孔の内径を２乗した値で割った値が、２４６〜７５６の範囲にあることを特徴とするものである。

かかる構成を備えることにより、洗浄装置は、「洗浄力」および「液化二酸化炭素の消費率」の双方に優れたものとなる。

前記噴出孔は、前記液化二酸化炭素供給路の下流端と前記膨張空間との境界に、着脱可能に設けられた薄板に形成された貫通孔からなる、ことが望ましい。

かかる構成を備える洗浄装置によれば、互いに異なる内径の噴出孔が形成された複数の薄板を予め用意しておき、装置において薄板を着脱して取替えるだけで、噴出孔の内径を変更することができる。これにより、生成されるドライアイス粒子が最良のものとなるように調整しやすくなる。

本発明によれば、「洗浄力」および「液化二酸化炭素の消費率」の双方に優れた洗浄装置を構築することができる。

本発明の実施の形態に係る洗浄装置の全体構成例を示す概略図である。本発明の実施の形態における洗浄ガンを示す部分断面図である。２点鎖線の円内部分については拡大図で表している。制御ユニットおよび洗浄ガン内の空気配管系統図である。実験の様子を示す図である。実験結果を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態に係る洗浄装置について図面を参照しつつ説明する。図１に示すように、洗浄装置１は、洗浄ガン２、制御ユニット３、液化炭酸ガスボンベ４、ウォータセパレータ６、コンプレッサ７等を備えている。コンプレッサ７、ウォータセパレータ６、制御ユニット３および洗浄ガン２の各間はエアホースＨを介して接続されている。液化炭酸ガスボンベ４、制御ユニット３および洗浄ガン２の各間は断熱機能を有するフレキシブルホースＦによって接続されている。

洗浄ガン２は、図２に示すように、洗浄ガン本体８、ノズル９、握持部１１、空気噴射用トリガー１２、ドライアイス粒子噴射用トリガー１３等を備えている。洗浄ガン２には、液化二酸化炭素供給路１４、オリフィス板１６、膨張空間１７、圧縮空気供給路１８および合流部１９が備わっている。以下、各部を詳細に説明する。

液化二酸化炭素供給路１４は、液化二酸化炭素を膨張空間１７に対して供給するものであり、液化炭酸ガスボンベ４から制御ユニット３、フレキシブルホースＦ等の内部流路を経由して、オリフィス板１６に形成された噴出孔２１に至っている。

オリフィス板１６は、噴出孔２１が形成された薄板（例えば板厚１ｍｍの円板）で構成されている。このオリフィス板１６は、液化二酸化炭素供給路１４の下流端と膨張空間１７との境界に取付けられている。オリフィス板１６は、容易に着脱による取り替えが可能となっている。

例えば図２に示す例では、膨張空間１７の上流側の周壁が、外周面に雄ねじが形成されたた円筒部２２（図２に例示する円筒部２２はニップルの一部）で構成されており、オリフィス板１６は、当該円筒部２２の開口を塞ぐように配置されている。また、円筒部２２は、内部に雌ねじを持つ有底円筒体２３（図２に例示する有底円筒体２３は袋ナット）を円筒部２２の雄ねじに螺着している。これにより、簡単に、有底円筒体２３を円筒部２２から取り外し、オリフィス板１６も取り外して、異なる内径の噴出孔２１が形成された他のオリフィス板１６を取付けることができる。つまり、この洗浄ガン２では噴出孔２１の内径を簡単に変更することができるようになっている。

オリフィス板１６に形成された噴出孔２１は、膨張空間１７内の流路中心線とオリフィス板１６とが交差する位置に形成されており、膨張空間１７の断面中心に向かって液化二酸化炭素供給路１４から供給される液化二酸化炭素を噴出する。噴出孔２１の内径は０．８ｍｍ〜１．４ｍｍの範囲とされ、好ましくは、１．０ｍｍ〜１．２ｍｍの範囲とされる。

膨張空間１７は、本実施形態では略円柱状の空洞からなり、その内径は２２ｍｍとされる。この膨張空間１７において、噴出孔２１から噴出された液化二酸化炭素は膨張して固いドライアイス粒子を形成する。

圧縮空気供給路１８は、洗浄ガン２の内部に形成された内部圧縮空気供給路１８ａのほか、コンプレッサ７から制御ユニット３内、エアホースＦ内に形成された外部圧縮空気供給路１８ｂで構成されている。

合流部１９では、圧縮空気供給路１８から供給される空気と、膨張空間１７で生成されたドライアイス粒子とが合流する。この合流部１９から、洗浄ガン２のノズル９の先端の噴射口２４に至るまでノズル９内に噴射路２６が形成されており、合流部１９で空気に合流したドライアイス粒子は空気の流れに乗って加速され噴射口２４から洗浄対象物に向かって噴射される。

握持部１１は、洗浄ガン本体８を支持し、使用者はこの握持部１１を握持しながら空気噴射用トリガー１２およびドライアイス粒子噴射用トリガー２３を操作する。

制御ユニット３は、図３に示すように、外部圧縮空気供給路１８ｂおよび液化二酸化炭素供給路１４の途中に介在している。詳細には、外部圧縮空気供給路１８ｂおよび液化二酸化炭素供給路１４の途中位置に、それぞれパイロット式開閉弁２７，２８が設けられている。また、外部圧縮空気供給路１８ｂの途中位置から分岐して分岐管２９が設けられ、減圧弁３１を介した後、更に２手に分岐して圧縮空気用分岐管３２と液化二酸化炭素用分岐管３３とを形成している。そして、それぞれの分岐管３２，３３は、パイロット式開閉弁２７，２８のパイロットポートに接続されている。また、圧縮空気用分岐管３２はその途中に、空気噴射用トリガー１２に連動して流路を開閉するトリガー連動バルブ３４を設けており、液化二酸化炭素用分岐管３３はその途中に、ドライアイス粒子噴射用トリガー１３に連動して流路を開閉するトリガー連動バルブ３６を設けている。これにより、空気噴射用トリガー１３が引かれているときに限り、外部圧縮空気供給路１８ｂに設けられたパイロット式開閉弁２７が開放され、洗浄ガン２に圧縮空気が供給される。また、ドライアイス粒子噴射用トリガー１３が引かれているときに限り、液化二酸化炭素供給路１４に設けられたパイロット式開閉弁２８が開放され、洗浄ガン２内の膨張空間１７に液化二酸化炭素が供給される。

以上の構成を備える洗浄装置１において、上記トリガー１２，１３が引かれると、液化二酸化炭素は所定圧力で、液化炭酸ガスボンベ４からフレキシブルホースＦ等を介してオリフィス板１６の噴出孔２１に送液され、該噴出孔２１から膨張空間１７内に噴射され、膨張空間１７内で断熱膨張してドライアイス粒子が生成される。生成されたドライアイス粒子は合流部１９で圧縮空気供給路１８から噴射路２６に向かって直線的に流れる空気に混入し、その空気の流れに乗って噴射路２６内で加速された後、噴射口２４から被洗浄物に向かって噴射される。噴射されたドライアイス粒子は、被洗浄物の表面に衝突して当該被洗浄物の表面を洗浄する。

ところで、被洗浄物に対してドライアイス粒子を高速で衝突させる洗浄装置１においては、「洗浄力」と「液化二酸化炭素の消費率」が重要な性能指標となる。本明細書において「洗浄力」は、一定量の付着物を被洗浄物の表面から除去するのに要する時間とする。この「洗浄力」は、噴射口２４から噴射されるドライアイス粒子の噴射速度、ドライアイス粒子の硬さ、単位時間当たりに噴射されるドライアイス粒子の量などによって決まると考えられる。また本明細書において「液化二酸化炭素の消費率」は、一定量の付着物を被洗浄物の表面から除去するために消費する液化二酸化炭素の量とする。この「液化二酸化炭素の消費率」は噴射口２４から噴射されるドライアイス粒子の噴射速度、ドライアイス粒子の硬さ、膨張空間１７内に導入された液化二酸化炭素のうち気化せずにドライアイス粒子になる割合（以下「液化二酸化炭素の固化率」という。）などによって決まると考えられる。

「洗浄力」および「液化二酸化炭素の消費率」に影響する各要素のうち、ドライアイス粒子の噴射速度は、既に音速に近い状態にあり、これ以上の高速化は騒音等の問題により困難である。このため、「洗浄力」および「液化二酸化炭素の消費率」を共に向上させるためには、ドライアイス粒子の硬さの向上、液化二酸化炭素の固化率の向上が不可欠である。

膨張空間１７で生成されるドライアイス粒子の硬さおよび液化二酸化炭素の固化率は、噴出孔２１の内径ｄおよび膨張空間１７の内径Ｄに大きく左右されると考えられる。また、噴出孔２１の面積は、ドライアイス粒子の生成量に直接影響するため、ある程度大きいことが望ましいが、噴出孔２１の面積ｓに対して膨張空間１７の断面積Ｓが十分に大きくなければ、膨張空間１７から合流部１９へ向かうドライアイス粒子の流速が速くなり、当該ドライアイス粒子が膨張空間１７内で十分に冷却されずに、比較的柔らかい粒子のまま噴射されてしまい、上記２つの指標は悪化すると考えられる。また、膨張空間１７の断面積Ｓが極端に小さい場合は、断熱膨張が不十分となって液化二酸化炭素が液状のまま噴出され洗浄不能に陥る。

そこで、「洗浄力」および「液化二酸化炭素の消費率」を向上させるべく、噴出孔２１の内径、個数等が異なる多数のオリフィス板１６を作製し、これらを交換装着しつつ、多数の実験データを採取することで、上記２つの指標の優れた洗浄装置１とするための噴出孔２１の内径ｄと膨張空間１７の内径Ｄとを見つけ出すことにした。

この実験では、図４に示すように、概ね一定の膜厚で塗装された鋼板３７（被洗浄物）を用意し、洗浄装置１を使用して、塗膜が剥離して所定直径の鋼素地３９を露出するまで要する時間を計測した。

この実験の条件を以下に示す。膨張空間１７の内径Ｄは２２ｍｍ（但し、オリフィス板１６から６０ｍｍ以上下流側では３０ｍｍ）。内部圧縮空気供給路１８ａの内径Ｄ２は３０ｍｍ。合流部１９における合流角度は３０°。噴出孔２１から合流部１９の中心までの距離Ｌは１６０ｍｍ。噴射口２４の内径Ｄ３は１４ｍｍ。噴出孔２１の内径ｄは０．１ｍｍ〜１．８ｍｍの範囲で適宜変更した。噴出孔２１の総面積は、内径１．０ｍｍ以下のものにあっては、孔数を調整することで約１ｍｍ^２（０．７８５ｍｍ^２〜１．３ｍｍ^２）に合わせ、内径１．０ｍｍを超えるものにあっては、孔数を１個として面積は内径に応じた値とした。鋼板３７の表面の塗膜厚は多少変動していたが概ね２００μｍであった。圧縮空気の元圧は０．６５ＭＰａ（ウォータセパレータ６と制御ユニット３との間で計測）。圧縮空気の流量は５０００Ｌ／ｍｉｎ（ウォータセパレータ６と制御ユニット３との間で計測）。液化二酸化炭素の元圧は２．０ＭＰａ。ノズル９の先端から鋼板３７までの噴射距離は１５０ｍｍ。オリフィス板１６の板厚は１ｍｍ。

上記実験の結果を図５のグラフに示す。このグラフは横軸がオリフィス板１６に形成された噴出孔２１の内径であり、縦軸が鋼板３７の表面の塗膜の剥離時間を示している。塗膜の剥離時間は、洗浄装置１から鋼板３７に向けてドライアイス粒子の噴射を開始した後、塗膜が剥離して直径３ｍｍの鋼素地３９が露出するまでの時間としている。なお、図５において、プロット点近傍の数字はオリフィス板１６に形成された噴出孔２１の個数を示している。

このグラフから明らかなように、噴出孔２１の内径が１．１ｍｍを中心として±０．３の範囲で塗膜剥離時間が比較的短く、噴出孔２１の総面積が同程度であれば（図５において内径１．０ｍｍより左側）、噴出孔２１の孔数が１つである場合が最も「洗浄力」が高いといえる。

また、噴出孔２１の内径が１．０ｍｍを超えるものは、内径が１．０ｍｍの噴出孔２１と比較して、その内径の２乗に比例して孔面積が大きくなるため、時間当たりの液化二酸化炭素の消費量も、内径の２乗に比例して大きくなる。この点を考慮して実験結果を見ると、噴出孔２１の内径が１．５ｍｍ以上のものは、「洗浄力」および「液化二酸化炭素の消費率」の双方が悪化しているといえる。

よって、「洗浄力」および「液化二酸化炭素の消費率」の双方に優れた洗浄装置１とするためには、噴出孔２１の孔数が１つであって、その噴出孔２１の内径が０．８ｍｍ〜１．４ｍｍの範囲にあればよいといえる。

「洗浄力」および「液化二酸化炭素の消費率」は、膨張空間１７で生成されるドライアイス粒子の硬さが硬く、液化二酸化炭素の固化率が高いほど良好となると考えられる。これらは、既述したように、噴出孔２１の面積ｓと膨張空間１７の断面積Ｓとの関係に左右される。そこで、膨張空間１７の内径Ｄ（２２ｍｍ）を２乗した値を、噴出孔２１の内径ｄ（０．８ｍｍ〜１．４ｍｍ）を２乗した値で割った値を求めると、２４６〜７５６の範囲となる。噴出孔２１と膨張空間１７との面積比が上記と同様であれば同様の効果が期待できることから、上記値を満たすように、噴出孔２１又は膨張空間１７の内径を設定すれば、「洗浄力」および「液化二酸化炭素の消費率」の双方に優れた洗浄装置１を構築することが可能になる。

１洗浄装置
９ノズル
１４液化二酸化炭素供給路
１６オリフィス板（薄板）
１７膨張空間
１８圧縮空気供給路（キャリアガス供給路）
１９合流部
２１噴出孔
２４噴射口
２６噴射路

Claims

液化二酸化炭素を供給する液化二酸化炭素供給路と、
キャリアガスを供給するキャリアガス供給路と、
前記液化二酸化炭素供給路から供給される液化二酸化炭素を噴出する噴出孔と、
前記噴出孔から噴出された液化二酸化炭素が膨張してドライアイス粒子を生成する膨張空間と、
前記キャリアガス供給路から供給されるキャリアガスと、前記膨張空間で生成されたドライアイス粒子とを合流させる合流部と、
前記合流部から噴射口に至るまで形成された噴射路と、
を備える洗浄装置において、
前記膨張空間の内径を２乗した値を、前記噴出孔の内径を２乗した値で割った値が、２４６〜７５６の範囲にあることを特徴とする洗浄装置。
請求項１に記載の洗浄装置において、
前記噴出孔は、前記液化二酸化炭素供給路の下流端と前記膨張空間との境界に、着脱可能に設けられた薄板に形成された貫通孔からなる、ことを特徴とする洗浄装置。