JP5276672B2 - ドライアイス噴射装置 - Google Patents

Description

本発明は、その下流端で噴射ノズルを形成するキャリアガス用の流路と、この流路内で同軸に形成されている膨張チャンバーに開口している液体二酸化炭素用の供給路（供給ライン）とを備える噴射装置に関する。

欧州出願公開ＥＰ１ ５０１ ６５５は、膨張チャンバーが側面から流路に挿入されている噴射装置を開示している。別の形態としては、膨張チャンバーを流路に同軸に収納してもよいことが記載されている。

液体二酸化炭素の一部が膨張チャンバーで膨張し気化することによって気化冷却が生じて、その結果、その二酸化炭素の別の一部は個体のドライアイスに凝結し、かかるドライアイスは、キャリアガスとともに搬送されて噴射ノズル中で加速される噴射材として機能する。そのような装置は、堆積物を表面から効率的にかつ穏やかに取り除くのに適している。その清浄効果は、主に二酸化炭素粒子の数とサイズと速度に依存する。

独立請求項に記載されている特徴を有する発明はその問題（課題）を解決して、キャリアガスの消費を抑えかつコンパクトな装置によって個体二酸化炭素を効率的に凝結させかつ加速させることにより、個体二酸化炭素の高い歩留まりと高い清浄効果とを達成している。

本発明の有益性の詳細は従属請求項に記載されている。

図を参照して、本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明に従う噴射装置の軸方向の断面図である。 図２は、図１中のII−II線に沿って切断された断面図を示す。 図３は、変形実施形態に従う噴射装置の一部の軸方向の断面拡大図を示す。

噴射管１０は、その下流端に、すなわち図１における上方端に噴射ノズル１２を有する。噴射ノズル１２とは、たとえば、収束／発散ノズルであり、好ましくはラバルノズルである。また、従来の装置と比べて比較的低い圧力（例えば０．０５ＭＰａの圧力）で供給されるキャリアガス、例えば、圧縮空気、用の流路１４が噴射管１０と噴射ノズル１２とにより形成される。噴射ノズル１２では、その圧縮空気は、音速あるいは超音速程度にまで加速される。

噴射管１０の内部にある真直な流路１４の部分は拡張されて環状空間１６を形成し、かかる環状空間１６はその流路中に同軸に配置されているパイプ２０のためのホルダ１８を収納する。液体二酸化炭素のための供給路２２は、ホルダ１８の近くに又は、好ましくはホルダ１８の内部に形成されており、流路１４を横断する方向に延びている。供給路２２は、流路１４の軸に平行に延びている注入路２４を経由して、パイプ２０の内部に形成されている膨張チャンバー２６に開口している。そこでは、好ましくは１ＭＰａ以上の圧力で供給される液体二酸化炭素が膨張し蒸発し、これにより、二酸化炭素の全量のうちの約４０−６０％にもなり得る量の二酸化炭素の一部が個体のドライアイスに凝結する。流路１４中で同軸に延びている注入路２４と膨張チャンバー２６とによって、ドライアイスは、キャリアガスの流れ方向に既に比較的高い初速でキャリアガスの流れに導入される、そうして、ドライアイスは、キャリアガスによって高速に更に加速されるとともに、流路１４中に一様に分散される。

上述の実施形態では、単一の注入路２４のみが流路１４の軸上に中心となるように設けられている。

注入路２４の断面積Ａと膨張チャンバー２６の容積ＶとはＶ^１／３／Ａ^１／２＞３の関係を、好ましくは、Ｖ^１／３／Ａ^１／２＞１０の関係を満たす。

パイプ２０の下流では、二重円錐の形状をしている圧搾体２８が流路１４に収納されている。一般に、圧搾体は、流線型に、すなわち、その前端及び後端の両方に向かって先細りにすべきである。

上述の実施形態では、圧搾体２８は、その上流側の先端が膨張チャンバー２６にわずかに突き出しており、これにより、圧搾体２８とパイプ２０との壁との間に環状の間隙が形成されている。更には、噴射ノズル１２への入口のすぐ前にある流路１４の円錐部分に圧搾体の下流側の先端がわずかに突き出している。

圧搾体２８は、膨張チャンバー２６内の圧力を好適な値に保つという目的を有しており、これにより、膨張チャンバー２６内のドライアイスの凝結を助長する。同時に、圧搾体は、流路内にある圧縮空気のドライアイスがより良好に分散され加速されること、並びに、二酸化炭素の粒子が更に成長することを確実にし、一方で、パイプ２０と圧搾体との間と及び／または圧搾体と流路１４の壁との間との狭い間隙が、氷の形成によって詰まることを回避する。

図２に示すように、ホルダ１８はキャリアガスが通過可能な構造をしている。実施形態においては、これは、パイプ２０の断面の周りに配列されている穴３２によって達成されている。流線型化され得る十字形あるいは星形のアームとしてホルダを構成することも可能である。

ここで開示した噴射装置は、従来のドライアイス噴射装置のキャリアガスの消費量が最低でも０．８ｍ^３／ｍｉｎであったのに対して、キャリアガスの圧力が低いため、その消費量を、例えば０．１ｍ^３／ｍｉｎより少なくすることができるという重要な利点を有する。更には、注入路２４と膨張チャンバ２６と圧搾体２８との構成と配置とによって、個体二酸化炭素の歩留りを高くしかつ二酸化炭素の品質（サイズと硬さ）を高くすることができ、この結果として高い清浄効果が得られる。

ここで示した実施形態では、流路１４は、噴射ノズル１２の上流の噴射管１０内では、わずかに先細りになっているが、流路１４の断面積が噴射ノズル１２のくびれ（た部分）の断面積の少なくとも１．５倍となる位置（ノズルのくびれから少なくとも３０ｍｍ前の位置）に膨張チャンバー２６の出口が配置されている。

噴射管１０を断熱層で覆ってもよい。しかし、膨張チャンバー２６が流路中に同軸に配置されており、それゆえに、圧縮空気が通過する環状の間隙で膨張チャンバー２６が囲まれているということによって、氷結に対しての一定の保護が既になされている。

図３は、供給路２２と注入路２４との間の接合点に液体二酸化炭素用の測定バルブ３４が設けられている変形例を示している。ナット３６とねじ付きシャフト３８とによって、測定バルブ３４の位置を調節することが可能であり、ナットとねじ付きシャフトの上流端とは流線状キャップ４０によって覆われている。

Claims (8)

1. 噴射管（１０）の内周壁により画成されており、噴射ノズル（１２）がキャリアガス用の流路（１４）の下流端に形成されているキャリアガス用の流路（１４）と、
   前記流路に同軸に収納されている膨張チャンバー（２６）に開口している液体二酸化炭素用の供給路（２２）とを有するドライアイス噴射装置において、
   前記膨張チャンバー（２６）がパイプ（２０）で形成されており、前記パイプ（２０）が前記流路中のキャリアガスの流れが通過するホルダ（１８）に前記パイプ（２０）の上流端で保持されており、
   前記パイプ（２０）の前記上流端と開口との間に画成される領域は、前記パイプの外周壁と前記噴射管の内周壁との間に画成される環状の隙間であって、前記キャリアガスの流れが通過する環状の隙間を有して前記流路に収容されており、
   前記供給路（２２）は前記流路へ延びて、前記流路の軸に平行に延在し且つ前記膨張チャンバーに開口している注入路（２４）に開口していることを特徴とするドライアイス噴射装置。
2. 前記注入路（２４）の断面積Ａと前記膨張チャンバーの容積ＶとがＶ^１／３／Ａ^１／２＞３の関係を満たすことを特徴とする請求項１に記載のドライアイス噴射装置。
3. 前記流路（１４）内に前記膨張チャンバー（２６）の下流にて圧搾体（２８）が配置されていることを特徴とする請求項１または２記載のドライアイス噴射装置。
4. 前記圧搾体（２８）がその上流端及び下流端に向かって先細りになっていることを特徴とする請求項３に記載のドライアイス噴射装置。
5. 前記圧搾体（２８）は二重円錐の形状をしていることを特徴とする請求項３または４に記載のドライアイス噴射装置。
6. 前記圧搾体（２８）の上流端が前記膨張チャンバ（２６）に突き出していることを特徴とする請求項３ないし５のいずれか一項に記載のドライアイス噴射装置。
7. 前記流路（１４）は前記噴射ノズル（１２）に向かって先細りになって、前記圧搾体（２８）の下流端が前記流路の先細り部分に突き出していることを特徴とする請求項３ないし６のいずれか一項に記載のドライアイス噴射装置。
8. 前記注入路（２４）と前記供給路（２２）との間の接合点には測定バルブ（３４）が設けられていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一項に記載のドライアイス噴射装置。

Images