JP2016087745A - 洗浄装置 - Google Patents

Abstract

【課題】洗浄力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部１６と、噴出部１６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、キャリアガスと膨張空間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。噴出部１６は、上流側噴出路１６８および下流側噴出路１６９を有し、上流側噴出路１６８から噴出される液化二酸化炭素と下流側噴出路１６９から噴出される液化二酸化炭素とが膨張空間１７内で衝突して膜状に拡散するように当該上流側噴出路１６８および下流側噴出路１６９の噴出方向および噴出位置が設定されている。
【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内に噴出する噴出部の構造を一から見直し、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部と、前記噴出部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ている。前記噴出部は、前記液化二酸化炭素供給路に接続された液化二酸化炭素通路を内部に有する軸部と、前記軸部の軸方向に対して鋭角を成す方向へ放射状に液化二酸化炭素を噴出するように、前記液化二酸化炭素通路から前記膨張空間に亘って形成された複数の噴出路（以下「上流側噴出路」という。）と、前記軸部の軸方向に対して鈍角を成す方向へ放射状に液化二酸化炭素を噴出するように、前記液化二酸化炭素通路から前記膨張空間に亘って形成された複数の噴出路（以下「下流側噴出路」という。）と、を有する。前記上流側噴出路から噴出される液化二酸化炭素と前記下流側噴出路から噴出される液化二酸化炭素とが前記膨張空間内で衝突するように前記上流側噴出路および前記下流側噴出路の噴出方向および噴出位置が設定されている。

かかる構成を備える洗浄装置によれば、噴出部から膨張空間内に噴出された液化二酸化炭素は、互いに衝突しながら膨張するため、膨張空間の広い範囲に亘って効率よく冷却作用が及ぶ。その結果、噴射口から噴射されるドライアイス粒子の量が多くなるとともに、噴射されるドライアイス粒子が固いものとなり、高い洗浄力を発揮することが期待できる。

前記上流側噴出路から噴出される液化二酸化炭素と前記下流側噴出路から噴出される液化二酸化炭素とが前記膨張空間内で衝突して膜状に拡散するように前記上流側噴出路および前記下流側噴出路の噴出方向および噴出位置が設定されたものとする、ことが望ましい。

かかる構成を備える洗浄装置によれば、噴出部から膨張空間内に噴出された液化二酸化炭素は、互いに衝突して膜状に拡散しながら膨張するため、上記の洗浄装置よりもさらに膨張空間の広い範囲に亘って効率よく冷却作用が及び、更に高い洗浄力を発揮することが期待できる。

本発明に係る洗浄装置は、従来の洗浄装置よりも高い洗浄力を発揮することが期待できる。

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。 比較対象の洗浄装置（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。 ドライアイス粒子の噴射量および粒径を測定するための測定システムの概要を示す図である。

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。また、洗浄ガン２には、液化二酸化炭素供給路１４、噴出部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、液化二酸化炭素を噴出部１６に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、噴出部１６に至っている。

噴出部１６は、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膨張空間１７に対して噴出する。この噴出部１６は、フレキシブルホースＦの端部が接続される継手部１６１と、洗浄ガン本体８に取付けられた略円筒体２１の一端開口にねじ込まれた雄ねじ部１６２と、雄ねじ部１６２と同芯上に形成され膨張空間１７の長手方向（合流部１９に向かう方向）に延出した軸部１６３とを備えている。

軸部１６３の内部には、液化二酸化炭素供給路１６に接続された液化二酸化炭素通路１６３ａが形成されている。軸部１６３の中間部には、その軸方向前後部分（以下この部分を「一般部１６４」ともいう。）よりも小径となった小径部１６５が形成されており、一般部１６４と小径部１６５との間には円錐台状の傾斜部１６６，１６７が形成されている。

軸部１６３の基端側に形成された傾斜部１６６には、液化二酸化炭素通路１６３ａから膨張空間１７に亘って複数の噴出路１６８（以下「上流側噴出路１６８」という。）が形成されている。軸部１６３の先端側に形成された傾斜部１６７にも、液化二酸化炭素通路１６３ａから膨張空間１７に亘って複数の噴出路１６９（以下「下流側噴出路１６９」という。）が形成されている。複数の上流側噴出路１６８は、軸部１６３の周方向に均等に８つ形成されており、軸部１６３の軸方向（図２において矢印Ｐの示す方向）に対して鋭角（本実施形態では４５°）を成す方向へ放射状に液化二酸化炭素を噴出するように形成されている。また、複数の下流側噴出路１６９は、軸部１６３の周方向に均等に８つ形成されており、軸部１６３の軸方向に対して鈍角（本実施形態では１３５°）を成す方向へ放射状に液化二酸化炭素を噴出するように形成されている。

各上流側噴出路１６８から噴出される液化二酸化炭素と、各下流側噴出路１３９から噴出される液化二酸化炭素とは膨張空間１７内で衝突して膜状に拡散するように、それらの噴出方向および噴出位置が設定されている。本実施形態では、上流側噴出路１６８の数と下流側噴出路１３９の数とを同数（それぞれ８個）とし、各上流側噴出路１６８の軸部１６３周りの周方向位置と各下流側噴出路１３９の軸部１６３周りの周方向位置とを一致させている。また、噴出路１６８，１３９は、何れも傾斜部１６６，１６７の面に対して垂直方向に形成されている。

膨張空間１７は、本実施形態では略円柱状の空洞からなる。この膨張空間１７において、上流側噴出路１６８から噴出した液化二酸化炭素と下流側噴出路１６９から噴出した液化二酸化炭素とが衝突して膜状（例えば図２において２点鎖線Ｑで示すような膜の形状）に拡散しながら膨張して固いドライアイス粒子を形成する。但し、図２の膜の形状Ｑは軸部１６３の軸方向Ｐに対して垂直方向に広がっているが、膜の形状はこれに限定されず、椀状に湾曲した形状、略円筒体２１の壁面まで到達しない不完全な膜の形状など、その他種々の膜の形状が形成されてもよい。

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１３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等を介して噴出部１６内に送液され、噴出部１６の上流側噴出路１６８および下流側噴出路１６９からその液化二酸化炭素が膨張空間１７内に噴出される。このとき、既述したように、上流側噴出路１６８から噴出した液化二酸化炭素と下流側噴出路１３９から噴出した液化二酸化炭素とが互いに衝突して膜状に拡散しながら膨張して固いドライアイス粒子を形成する。このように形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、上記洗浄装置１により噴射されるドライアイス粒子について、所定時間内に噴射されるドライアイス粒子の粒子数と、その平均粒径の計測を行った。この計測は、図５に示すような測定システムを用いて行った。この測定システムは、主に、ＹＡＧレーザ装置６１、ＰＩＶカメラ６２、画像解析装置（不図示）で構成されている。ＹＡＧレーザ装置６１からのパルスレーザ光の照射方向と、ＰＩＶカメラ６２の受光部とは対向しており、これらの間に洗浄装置１から噴射されるドライアイス粒子６３を、上記対向方向と垂直方向に通過させた。ＹＡＧレーザ装置６１が発振するパルスレーザ光は、噴射口２４から１５０ｍｍ離れた位置を通過するドライアイス粒子に対して当たるようにセッティングした。パルスレーザ光のパルス幅は８ｎｓ、繰り返し周期は２０Ｈｚ、ビーム径は４ｍｍとした。また、パルスレーザ光がＯＮとなるときに表れるドライアイス粒子の影をＰＩＶカメラ６２にて撮像した。各測定毎に、ＰＩＶカメラ６２による撮像を０．１秒周期で１０秒間行い、計１００枚の画像を取得した。画像解析装置は、ＰＩＶカメラ６２が撮像した画像の所定範囲（約２．４ｍｍ×３．０ｍｍの長方形範囲）に写ったドライアイス粒子の影の大きさおよび個数に基づいて、１００枚の画像に写ったドライアイス粒子の粒子数およびそのドライアイス粒子の平均粒径を算出する。

また、比較例として、図４に示すような洗浄装置５１（洗浄ガン５２）についても上記計測を行った。比較対象の洗浄装置５１は、既述した洗浄装置１において、噴出部１６（図２参照）が図４に示すような噴出部５３に置き換えられたものであり、その他の構成は洗浄装置１と同じである。比較対象の洗浄装置５１の噴出部５３は、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膨張空間１７の長手方向に向かって１つの噴出孔５３ａから噴出するものであり、膨張空間１７に噴出された液化二酸化炭素は膨張してドライアイス粒子となる。もちろん、この噴出部５３を使用すれば、膨張空間１７における液化二酸化炭素同士の衝突や膜の形成は行われない。

今回の計測に当たって適用した洗浄装置１の各部の詳細を以下に示す。膨張空間１７の内径Ｄは２２ｍｍ。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°。液化二酸化炭素同士の衝突位置から合流部１９の中心までの距離Ｌは約１４５ｍｍ。噴射口２４の内径Ｄ３は１４ｍｍ。噴出路１６８，１６９の内径は０．４ｍｍ。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の先端から計測位置までの噴射距離は１５０ｍｍ。

一方、比較対象の洗浄装置５１の各部の詳細については、液化二酸化炭素の膨張空間１７内への噴出位置から合流部１９の中心までの距離Ｌは約１４５ｍｍとし、噴出孔５３ａの内径は１．４ｍｍ又は１．６ｍｍとした。なお、膨張空間１７の内径Ｄ、内部圧縮空気供給路１８ａの内径Ｄ２、合流部１９における合流角度、噴射口２４の内径Ｄ３、圧縮空気の元圧、圧縮空気の流量、液化二酸化炭素の元圧、ノズル９の先端から計測位置までの噴射距離は洗浄装置１と同一条件とした。

洗浄装置１の噴出部１６における噴出路１６８，１６９の総面積と、比較対象の洗浄装置５１の噴出部５３の噴出孔３５ａの面積（特に噴出孔５３ａの内径が１．６ｍｍのもの）とは略同一であり、二酸化炭素の消費率も同程度となる。

上記の条件により実施した測定の結果を以下に示す。
先ず、洗浄装置１については、所定時間内に噴射されたドライアイス粒子の粒子数（前記１００枚の画像に写ったドライアイス粒子の粒子数；以下同じ。）は、１４９６個、これらのドライアイス粒子の平均粒径（前記１００枚の画像に写ったドライアイス粒子の平均粒径；以下同じ。）は１３９．５μｍであった。
これに対し、比較対象の洗浄装置５１（噴出孔５３ａの内径が１．４ｍｍのもの）については、所定時間内に噴射されたドライアイス粒子の粒子数は３６９個、これらのドライアイス粒子の平均粒径は１６３．７μｍであった。
比較対象の洗浄装置５１（噴出孔５３ａの内径が１．６ｍｍのもの）については、所定時間内に噴射されたドライアイス粒子の粒子数は３９３個、これらのドライアイス粒子の平均粒径は１３０．４μｍであった。

上記の測定結果に基づき、本発明の実施形態に係る洗浄装置１と比較対象の洗浄装置５１とを比較すると、ドライアイス粒子の粒径についてはさほど差が認められない。しかし、ドライアイス粒子の粒子数については、本発明の実施形態に係る洗浄装置１の方が格段に多い（３．８倍〜４倍）といえる。つまり、本発明の実施形態に係る洗浄装置１の方が格段に多量のドライアイス粒子を噴射しているといえる。

このように、噴射されるドライアイス粒子の量が多くなるのは、噴出部１６から噴出された液化二酸化炭素が互いに衝突して膜状に拡散しながら膨張することにより、膨張空間１７内の広い範囲に亘って効率よく冷却作用が及び（膨張空間１７内の広い範囲が−５６℃以下とされ）、その結果、噴出部１６から膨張空間１７内に噴出された液化二酸化炭素の固化率が高くなるからであると考えられる。また、膨張空間１７内の広い範囲に亘って効率よく冷却作用が及ぶことにより、生成されるドライアイス粒子はより一層固いものになると考えられる。すなわち、本発明の実施形態に係る洗浄装置１によれば、洗浄対象物に対してドライアイス粒子が衝突する回数が格段に多くなり、ドライアイス粒子の固さも比較的固いものとなることから、高い洗浄力を発揮することが期待できる。

Ｑ 膜
１ 洗浄装置
９ ノズル
１４ 液化二酸化炭素供給路
１６ 噴出部
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
２４ 噴射口
２６ 噴射路
１６３ 軸部
１６３ａ 液化二酸化炭素通路
１６８ 上流側噴出路
１６９ 下流側噴出路

Claims (2)

1. 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部と、
   前記噴出部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、
   前記噴出部は、
   前記液化二酸化炭素供給路に接続された液化二酸化炭素通路を内部に有する軸部と、
   前記軸部の軸方向に対して鋭角を成す方向へ放射状に液化二酸化炭素を噴出するように、前記液化二酸化炭素通路から前記膨張空間に亘って形成された複数の噴出路（以下「上流側噴出路」という。）と、
   前記軸部の軸方向に対して鈍角を成す方向へ放射状に液化二酸化炭素を噴出するように、前記液化二酸化炭素通路から前記膨張空間に亘って形成された複数の噴出路（以下「下流側噴出路」という。）と、
   を有し、
   前記上流側噴出路から噴出される液化二酸化炭素と前記下流側噴出路から噴出される液化二酸化炭素とが前記膨張空間内で衝突するように前記上流側噴出路および前記下流側噴出路の噴出方向および噴出位置が設定された、ことを特徴とする洗浄装置。
2. 請求項１に記載の洗浄装置において、
   前記上流側噴出路から噴出される液化二酸化炭素と前記下流側噴出路から噴出される液化二酸化炭素とが前記膨張空間内で衝突して膜状に拡散するように前記上流側噴出路および前記下流側噴出路の噴出方向および噴出位置が設定された、ことを特徴とする洗浄装置。

Images