JP5922982B2 - Nozzle for dry ice injection and dry ice injection device - Google Patents
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本発明は、ドライアイス噴射用ノズル及びドライアイス噴射装置に関する。 The present invention relates to a dry ice spray nozzle and a dry ice spray device.
例えば、洗浄対象物に付着した汚れ等の付着物を除去する方法の1つとして、ドライアイスブラスト(ドライアイス洗浄)と呼ばれる方法が知られている(例えば、特許文献1を参照。)。このドライアイスブラストでは、ペレット状やパウダー状等の粒子状のドライアイスを圧縮空気等の圧縮ガスと共に、ノズルの先端(噴出口)から高速で噴射し、洗浄対象物の表面に吹き付ける。 For example, a method called dry ice blasting (dry ice cleaning) is known as one method for removing deposits such as dirt attached to an object to be cleaned (see, for example, Patent Document 1). In this dry ice blast, particulate dry ice such as pellets or powder is sprayed at a high speed from the tip (jet outlet) of a nozzle together with a compressed gas such as compressed air and sprayed onto the surface of the object to be cleaned.
これにより、洗浄対象物の表面を傷付けることなく、この洗浄対象物に付着した汚れ等の付着物を剥離して除去することができる。また、このドライアイスブラストでは、ドライアイス自体が気化してしまうため、ブラスト後の後処理も容易である。 Thereby, the deposits such as dirt attached to the cleaning target can be peeled and removed without damaging the surface of the cleaning target. Further, in this dry ice blasting, the dry ice itself is vaporized, so post-treatment after blasting is easy.
このようなドライアイスを噴射するドライアイス噴射装置は、上述したドライアイスブラストによる洗浄だけでなく、例えば、電気・電子部品や光学部品、それらの加工部品等の噴射対象物に対して、例えば、洗浄やバリ取り、表面加工等の各種処理を施す際に幅広く利用されている。 Such a dry ice spraying apparatus for spraying dry ice is not only washed by the dry ice blast described above, but also, for example, for injection objects such as electrical / electronic parts and optical parts, processed parts thereof, for example, Widely used for various processes such as cleaning, deburring, and surface processing.
ところで、上述した従来のドライアイス噴射装置では、1回のノズル走査でなるべく広い範囲に亘って処理を行うために、噴出口を幅方向に広げた断面略矩形状の噴射用ノズルが用いられている。 By the way, in the conventional dry ice jetting apparatus described above, in order to perform processing over as wide a range as possible with one nozzle scan, a jet nozzle having a substantially rectangular cross section with a jet port widened in the width direction is used. Yes.
しかしながら、このような幅広形状を有する噴射用ノズルでは、噴出口の幅方向の全域に亘って均一な圧力でドライアイスを噴射させることが困難であった。すなわち、従来のドライアイス噴射用ノズルでは、ドライアイスを噴射する際に、ノズル内を流れるドライアイスに対して圧縮ガスにより十分な加速エネルギーを与えることができなかった。 However, in the injection nozzle having such a wide shape, it is difficult to inject dry ice with a uniform pressure over the entire region of the injection port in the width direction. That is, in the conventional dry ice injection nozzle, when the dry ice is injected, sufficient acceleration energy cannot be given to the dry ice flowing through the nozzle by the compressed gas.
このため、従来のドライアイス噴射装置では、噴出口の幅方向の全域に亘ってドライアイスを高速で噴射させることができず、噴射対象物に対して十分な処理が行えないといった問題が発生していた。 For this reason, in the conventional dry ice injection device, dry ice cannot be injected at high speed over the entire width direction of the injection port, and there is a problem that sufficient processing cannot be performed on the injection target. It was.
本発明は、このような従来の事情に鑑みて提案されたものであり、噴出口の幅方向の全域に亘ってドライアイスを高速で噴射させることを可能としたドライアイス噴射用ノズル及びドライアイス噴射装置を提供することを目的とする。 The present invention has been proposed in view of such conventional circumstances, and a dry ice spray nozzle and dry ice that can spray dry ice at a high speed over the entire width direction of the spout. It aims at providing an injection device.
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
(1) ドライアイスが圧縮ガスと共に圧送される流路を形成し、この流路の先端側に設けられた噴出口からドライアイスを噴射するドライアイス噴射用ノズルであって、
前記噴出口が断面略矩形状を有して、前記流路内の断面積最小部から前記噴出口に向かって、前記噴出口の長手方向において漸次径が拡大すると共に、前記噴出口の短手方向において漸次径が縮小する管路を備え、なお且つ、この管路の流路断面積が、前記断面積最小部から前記噴出口に向かって漸次拡大しており、
前記管路は、前記流路の基端側に設けられた導入口から前記断面積最小部に向かって漸次径が縮小する形状を有し、
前記管路において、前記断面積最小部での流路断面積をA 1 、適正膨張時の噴出口での流路断面積をA 2 、前記噴出口での流路断面積をA 3 とし、
前記導入口での流路内圧力をp 0 、前記噴出口での流路内圧力をp、適正膨張時の噴出口でのマッハ数をM、前記圧縮ガスの比熱比をkとしたときに、
前記適正膨張時の噴出口での流路断面積A 2 は、前記適正膨張時の噴出口でのマッハ数Mを下記式(1)により求め、この求めた値を下記式(2)に代入することにより求まる値であり、
前記噴出口での流路断面積A 3 は、下記式(3)の関係を満足する値に設定されていることを特徴とするドライアイス噴射用ノズル。
前記混合室にドライアイスを供給するドライアイス供給手段と、
前記混合室に圧縮ガスを供給する圧縮ガス供給手段と、
前記混合室から供給されたドライアイスを圧縮ガスと共に噴射するドライアイス噴射用ノズルとを備え、
前記ドライアイス噴射用ノズルが、前記(1)に記載のドライアイス噴射用ノズルであることを特徴とするドライアイス噴射装置。
(3) 前記ドライアイス噴射用ノズルは、ノズルガンを構成していることを特徴とする前記(2)に記載のドライアイス噴射装置。
In order to achieve the above object, the present invention provides the following means.
(1) A dry ice injection nozzle that forms a flow path in which dry ice is pumped together with a compressed gas, and injects dry ice from an outlet provided on the front end side of the flow path,
The spout has a substantially rectangular cross section, and the diameter gradually increases in the longitudinal direction of the spout from the smallest cross-sectional area in the flow path toward the spout, and the short end of the spout A pipe having a diameter that gradually decreases in the direction, and the flow path cross-sectional area of the pipe gradually increases from the minimum cross-sectional area toward the jet port ,
The pipe has a shape in which the diameter gradually decreases from the inlet provided on the base end side of the flow path toward the minimum cross-sectional area,
In the pipe, A 1 is a channel cross-sectional area at the minimum cross-sectional area, A 2 is a channel cross-sectional area at the jet port at the time of proper expansion, and A 3 is a channel cross-sectional area at the jet port ,
When the pressure in the flow path at the inlet is p 0 , the pressure in the flow path at the outlet is p, the Mach number at the outlet at the time of proper expansion is M, and the specific heat ratio of the compressed gas is k ,
The channel cross-sectional area A 2 at the jet port at the proper expansion is obtained by calculating the Mach number M at the jet port at the proper expansion by the following formula (1), and the obtained value is substituted into the following formula (2). Is a value obtained by
The flow path cross-sectional area A 3 on the spout, the nozzle for dry ice jet, characterized in that it is set to a value satisfying the relationship of the following formula (3).
Dry ice supply means for supplying dry ice to the mixing chamber;
Compressed gas supply means for supplying compressed gas to the mixing chamber;
A dry ice injection nozzle for injecting dry ice supplied from the mixing chamber together with compressed gas;
The dry ice jetting device according to ( 1 ), wherein the dry ice jetting nozzle is the dry ice jetting nozzle.
( 3 ) The dry ice jetting apparatus according to ( 2 ), wherein the dry ice jetting nozzle constitutes a nozzle gun.
以上のように、本発明によれば、噴出口の幅方向の全域に亘ってドライアイスを高速で噴射させることを可能としたドライアイス噴射用ノズル及びドライアイス噴射装置を提供することが可能である。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a dry ice injection nozzle and a dry ice injection device that can inject dry ice at a high speed over the entire width direction of the outlet. is there.
以下、本発明を適用したドライアイス噴射用ノズル及びドライアイス噴射装置について、図面を参照して詳細に説明する。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。また、以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに必ずしも限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。
Hereinafter, a dry ice spray nozzle and a dry ice spray apparatus to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings.
In addition, in the drawings used in the following description, in order to make the features easy to understand, there are cases where the portions that become the features are enlarged for the sake of convenience, and the dimensional ratios of the respective components are not always the same as the actual ones. Absent. In addition, the materials, dimensions, and the like exemplified in the following description are merely examples, and the present invention is not necessarily limited thereto, and can be appropriately modified and implemented without departing from the scope of the invention. .
(ドライアイス噴射装置)
図1は、本発明を適用したドライアイス噴射装置1の一例を示す模式図である。
このドライアイス噴射装置1は、図1に示すように、ペレット状のドライアイス(ドライアイスペレット)を供給するドライアイス供給機構(ドライアイス供給手段)2と、圧縮空気(圧縮ガス)を供給する圧縮ガス供給機構(圧縮ガス供給手段)3と、ドライアイスと圧縮空気を混合する混合室4と、圧縮空気と混合されたドライアイスを噴射するノズルガン(ドライアイス噴射用ノズル)5とを概略備えている。
(Dry ice spray device)
FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of a dry ice spray apparatus 1 to which the present invention is applied.
As shown in FIG. 1, the dry ice jet apparatus 1 supplies a dry ice supply mechanism (dry ice supply means) 2 for supplying pellet-shaped dry ice (dry ice pellets) and compressed air (compressed gas). A compressed gas supply mechanism (compressed gas supply means) 3, a mixing chamber 4 for mixing dry ice and compressed air, and a nozzle gun (dry ice injection nozzle) 5 for injecting dry ice mixed with compressed air are roughly provided. ing.
ドライアイス供給機構2は、装置本体1aに組み付けられたものであり、図示を省略するドライアイスペレタイザー(ドライアイスペレット製造機)から供給されたドライアイスペレット(例えば粒径3mm)を保冷状態で貯留するホッパー6と、ホッパー6からドライアイスペレットを搬出するフィーダー7と、フィーダー7により供給されたドライアイスペレットを粉砕してパウダー状(例えば粒径0.5mm以下)のドライアイス(ドライアイス粉末)とする粉砕機8とを有して、このドライアイス粉末を混合室4へと供給する。
The dry
圧縮ガス供給機構3は、装置本体1aの外部に配置されたコンプレッサ9を備え、このコンプレッサ9は、外部の空気を圧縮した後、この圧縮空気中に含まれるごく微量のオイルを図示を省略するオイルミストフィルターにより除外し、更に、図示を省略するドライヤーにより圧縮空気中の水分を除去した後、この清浄な圧縮空気を圧力調整弁10を介して混合室4へと供給する。
The compressed
混合室4は、装置本体1aの内部に配置されており、ドライアイス供給機構2から供給されたドライアイス粉末と、圧縮ガス供給機構3から供給された圧縮ガスとを混合して、ノズルガン5へと供給する。
The mixing chamber 4 is disposed inside the apparatus main body 1a, and mixes the dry ice powder supplied from the dry
ノズルガン5は、ホース11を介して装置本体1a内の混合室4と接続されており、トリガー12を引くことで、混合室4から供給されたドライアイス粉末を圧縮空気と共に、ノズルの先端(噴出口)5aから高速で噴射する。これにより、例えば、電気・電子部品や光学部品、それらの加工部品等の噴射対象物に対して、例えば、洗浄やバリ取り、表面加工等の各種処理を施すことが可能となっている。
The
なお、本発明を適用したドライアイス噴射装置は、上記図1に示すドライアイス噴射装置1の構成に必ずしも限定されるものではなく、例えば、上記粉砕機8を省略して、ドライアイスペレットを圧縮空気と共に噴射する構成であってもよい。
In addition, the dry ice injection apparatus to which the present invention is applied is not necessarily limited to the configuration of the dry ice injection apparatus 1 shown in FIG. 1. For example, the dry ice pellets are compressed by omitting the
また、本発明を適用したドライアイス噴射用装置は、例えば、液化炭酸ガスボンベから供給される液化炭酸ガスを使用してドライアイス粉末を生成した後、ノズルガン等のドライアイス噴射用ノズルを用いて、このドライアイス粉末を噴射するものであってもよい。この場合、圧縮ガスとして、液化窒素ガスボンベから供給される窒素ガス等を用いることができる。 In addition, the dry ice injection device to which the present invention is applied, for example, after generating dry ice powder using liquefied carbon dioxide gas supplied from a liquefied carbon dioxide cylinder, using a dry ice injection nozzle such as a nozzle gun, This dry ice powder may be sprayed. In this case, nitrogen gas or the like supplied from a liquefied nitrogen gas cylinder can be used as the compressed gas.
なお、本発明を適用したドライアイス噴射用装置は、洗浄対象物に付着した汚れ等の付着物を除去するドライアイスブラスト(ドライアイス洗浄)に好適に用いられるものの、そのような用途に必ずしも限定されるものではなく、上述した様々な用途に利用可能である。 The dry ice spraying apparatus to which the present invention is applied is preferably used for dry ice blasting (dry ice cleaning) for removing deposits such as dirt attached to the object to be cleaned, but is not necessarily limited to such applications. However, the present invention can be used for various applications described above.
(ドライアイス噴射用ノズル)
上記ノズルガン5は、本発明を適用したドライアイス噴射用ノズルによって構成されており、例えば図2に示すような構成を有している。
(Dry ice spray nozzle)
The
なお、図2は、本発明を適用したドライアイス噴射用ノズルの一構成例を示し、(a)は、その噴出口21側から見た正面図、(b)は、その噴出口21の長手方向Xに沿ったX−X’断面図、(c)は、その噴出口21の短手方向Yに沿ったY−Y’断面図、(d)は、その噴出口21でのZ1−Z1’断面図、(e)は、その断面積最小部22でのZ2−Z2’断面図、(f)は、その導入口23でのZ3−Z3’断面図である。
2 shows a configuration example of a dry ice injection nozzle to which the present invention is applied. FIG. 2A is a front view seen from the
具体的に、この図2(a)〜(f)に示すドライアイス噴射用ノズルは、ドライアイスが圧縮ガスと共に圧送される流路を形成し、この流路の先端側に設けられた噴出口21からドライアイスを噴射するものであり、噴出口21が断面略矩形状(本例では長方形)を有して、流路内の断面積最小部(スロートと呼ばれる。)22から噴出口21に向かって、噴出口21の長手方向Xにおいて漸次径が拡大すると共に、噴出口21の短手方向Yにおいて漸次径が縮小する管路20を備えている。なお且つ、この管路20の流路断面積は、断面積最小部22から噴出口21に向かって漸次拡大している。
Specifically, the dry ice injection nozzles shown in FIGS. 2 (a) to 2 (f) form a flow path through which dry ice is pumped together with the compressed gas, and a jet outlet provided at the front end side of the flow path. 21, the dry ice is jetted, and the
本発明では、管路20の噴出口21の長手方向Xに沿った断面形状が、断面積最小部22から噴出口21に向かって漸次径が拡大することで、このドライアイス噴射用ノズルを幅広形状とし、1回のノズル走査でなるべく広い範囲に亘ってドライアイスを噴射することが可能となっている。
In the present invention, the cross-sectional shape along the longitudinal direction X of the
一方、本発明では、管路20の噴出口21の短手方向Yに沿った断面形状が、断面積最小部22から噴出口21に向かって漸次径が縮小することで、この噴出口21の長手方向(幅方向)Xの全域に亘って均一な圧力でドライアイスを噴射させることが可能となっている。
On the other hand, in the present invention, the cross-sectional shape along the short direction Y of the
また、管路20は、その基端側に設けられた導入口23から断面積最小部22に向かって漸次径が縮小する形状を有することによって、噴出口21の長手方向Xに沿った断面において、その流路が途中で細くなる、いわゆる中細ノズル(ラバールノズル)構造を有している。
Further, the
これにより、管路20内を流れるドライアイスに対して圧縮ガスにより十分な加速エネルギーを与えることができ、噴出口21の長手方向(幅方向)Xの全域に亘ってドライアイスを高速で噴射させることが可能となっている。
Thereby, sufficient acceleration energy can be given to the dry ice flowing in the
なお、管路20は、断面積最小部22を挟んで出側管路20Aと入側管路20Bに分割された構造を有している。そして、出側管路20Aは、断面円形状の断面積最小部22から断面矩形状の噴出口21に向かって、噴出口21の長手方向Xに沿った断面において漸次径が拡大し、且つ、噴出口21の短手方向Yに沿った断面において漸次径が縮小する出側流路20aを形成する一方、入側管路20Bは、断面円形状の導入口23から断面円形状の断面積最小部22に向かって、噴出口21の長手方向X及び短手方向Yに沿った断面において、それぞれ漸次径が縮小する入側流路20bを形成している。
The
また、出側管路20Aには、噴出口21から噴射されたドライアイスの流れを整流するための整流路24が設けられている。この整流路24は、噴出口21と同一断面形状(断面矩形状)を有して、噴出口21から軸線方向Zに延長して設けられている。
Further, the outlet
一方、入側管路20Bには、上記混合室4から供給されるドライアイスを圧縮ガスと共に導入口23へと導入するための導入路25が設けられている。この導入路25は、導入口23と同一断面形状(断面円形状)を有して、導入口23から軸線方向Zに延長して設けられている。
On the other hand, the
本発明では、上記管路20において、断面積最小部22での流路断面積をA1、適正膨張時の噴出口21での流路断面積をA2、噴出口21での流路断面積をA3とし、導入口23での流路内圧力をp0、噴出口21での流路内圧力をp、適正膨張時の噴出口21でのマッハ数をM、圧縮ガスの比熱比をkとしたときに、適正膨張時の噴出口でのマッハ数Mを下記式(1)により求めた後、この求めた値を下記式(2)に代入することによって、適正膨張時の噴出口21での流路断面積A2を求める。このとき、噴出口21での流路断面積A3は、下記式(3)の関係を満足する値に設定する必要がある。
すなわち、上記式(1),(2)は、不要な衝撃波の発生を防ぎつつ、ドライアイスの最適な膨張噴流を得るための条件式であり、導入口23での流路内圧力p0と、噴出口21での流路内圧力pの間で圧力差が十分にあれば、この導入口23から噴出口21まで圧縮ガスが加速されて、マッハ数Mが1以上となる。
That is, the above expressions (1) and (2) are conditional expressions for obtaining an optimal expansion jet of dry ice while preventing the generation of unnecessary shock waves, and the flow path pressure p 0 at the
このとき、上記式(1),(2)に適合する場合は、管路20の内部や噴出口21付近で衝撃波が発生するのを防ぎつつ、ドライアイスの最適な膨張噴流を得ることが可能である。
At this time, when the above formulas (1) and (2) are satisfied, it is possible to obtain an optimal expansion jet of dry ice while preventing shock waves from being generated inside the
そして、上記式(3)は、本発明を適用した噴射用ノズルとしての機能を発揮させるための条件式であり、上記式(3)の関係を満足する、すなわち、上記式(1),(2)により求めた適正膨張時の噴出口21での流路断面積A2よりも、噴出口21での流路断面積A3を大きくする(A2<A3)ことで、ドライアイスの最適な膨張噴流を得ることが可能である。
The above formula (3) is a conditional formula for exerting the function as an injection nozzle to which the present invention is applied, and satisfies the relationship of the above formula (3), that is, the above formulas (1), ( than the flow path cross-sectional area a 2 in ejecting
一方、上記式(3)を満足しない場合、すなわち、A2≧A3になると、圧縮ガスの膨張が不足してしまい、長手方向(幅方向)Xの全域に亘って圧縮ガスを加速させることができなくなる。その結果、噴出口21から噴射されるドライアイスの速度を高めることが困難となる。
On the other hand, when the above equation (3) is not satisfied, that is, when A 2 ≧ A 3 , the expansion of the compressed gas is insufficient, and the compressed gas is accelerated over the entire length direction (width direction) X. Can not be. As a result, it becomes difficult to increase the speed of dry ice ejected from the
すなわち、このドライアイス噴射用ノズルでは、管路20内を流れる圧縮ガスの速度(流速)が高くなるほど、この圧縮ガスの流れに追従してドライアイスの速度(流速)も高めることができる。そして、噴出口21から噴射されるドライアイスの速度が高いほど、ドライアイスが噴射対象物に衝突した際のエネルギーも大きくなるため、洗浄等の処理を効率良く行うことが可能となる。
That is, in this dry ice injection nozzle, the speed (flow velocity) of dry ice can be increased following the flow of the compressed gas as the velocity (flow velocity) of the compressed gas flowing in the
一方、管路20の流路断面積が断面積最小部22から噴出口21に向かって漸次拡大せずに、その途中で流路断面積が拡大する場合は、圧縮ガスの膨張が不足してしまい、長手方向(幅方向)Xの全域に亘って圧縮ガスを加速させることができなくなる。その結果、噴出口21から噴射されるドライアイスの速度を高めることが困難となる。
On the other hand, if the flow path cross-sectional area of the
なお、噴出口21での流路断面積A3が断面積最小部22での流路断面積A1よりも小さくなる(A3<A1)場合は、圧縮ガスが噴出口21でチョークするため、この圧縮ガスを長手方向(幅方向)Xの全域に亘って加速させることができなくなる。
When the flow path cross-sectional area A 3 at the
以上のように、本発明によれば、噴出口21の幅方向Xの全域に亘ってドライアイスを高速で噴射させることを可能としたドライアイス噴射用ノズル、並びにそのようなドライアイス噴射用ノズルを備えたドライアイス噴射装置を提供することが可能である。
As described above, according to the present invention, a dry ice spray nozzle capable of spraying dry ice at a high speed over the entire region in the width direction X of the
なお、本発明は、上記実施形態のものに必ずしも限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、本発明では、図3(a),(b)に示すように、上記ドライアイス噴射用ノズル(管路20)を上記噴出口21の長手方向(幅方向)Xに複数並べて配置して又は連結して使用することも可能である。この場合、1回のノズル走査で処理できる範囲を拡大することが可能である。また、上記噴出口21の長手方向(幅方向)Xにおいて、隣接する管路20の噴出口21の間で整流路24が繋がる(重なる)ことによって、1つの整流路24を形成していてもよい。
In addition, this invention is not necessarily limited to the thing of the said embodiment, A various change can be added in the range which does not deviate from the meaning of this invention.
For example, in the present invention, as shown in FIGS. 3A and 3B, a plurality of the dry ice injection nozzles (pipe lines 20) are arranged in the longitudinal direction (width direction) X of the
以下、実施例により本発明の効果をより明らかなものとする。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することができる。 Hereinafter, the effects of the present invention will be made clearer by examples. In addition, this invention is not limited to a following example, In the range which does not change the summary, it can change suitably and can implement.
本実施例では、先ず、本発明のドライアイス噴射用ノズル(実施例1,2)と、比較例のドライアイス噴射用ノズル(比較例1,2,3)について、コンピュータシミュレーションによるドライアイスの加速性能の評価を行った。 In this example, first, dry ice acceleration of the dry ice injection nozzles (Examples 1 and 2) of the present invention and the dry ice injection nozzles of the comparative examples (Comparative Examples 1, 2 and 3) by computer simulation. Performance evaluation was performed.
(実施例1)
実施例1のドライアイス噴射用ノズルは、上記図2に示す管路20を備えたものであり、この実施例1のドライアイス噴射用ノズル(管路20)の各部寸法は、図4に示すとおりである。
Example 1
The nozzle for dry ice injection of Example 1 is provided with the
すなわち、この実施例1のドライアイス噴射用ノズル(管路20)では、導入口23の口径D1を14mmφ、断面積最小部22の口径D2を5mmφ、噴出口21の幅W及び高さHを40mm×1.2mm、入側流路20bの長さL1を20mm、出側流路20aの長さL2を99.6mm、整流路24の長さL3を10mmとした。また、出側管路20A及び入側管路20Bの材質をSUS304とした。
That is, in the nozzle for dry ice injection of Example 1 (line 20), 14 mm caliber D 1 of the
また、圧縮ガスを空気(比熱比k=1.4)とし、上記混合室4内の圧力を0.4MPaG及び温度を0℃とし、常圧雰囲気中にドライアイスを噴射する場合、導入口23での流路内圧力p0は、0.5013MPa、噴出口21での流路内圧力pは、0.1013MPaとなる。
Further, when the compressed gas is air (specific heat ratio k = 1.4), the pressure in the mixing chamber 4 is 0.4 MPaG, the temperature is 0 ° C., and dry ice is injected into a normal pressure atmosphere, the
そして、これらの値を上記式(1)に代入すると、上記適正膨張時の噴出口21でのマッハ数Mは、1.702となる。さらに、この値を上記式(2)に代入すると、上記適正膨張時の噴出口での流路断面積A2と上記断面積最小部での流路断面積A1の比(A2/A1)は、1.34となる。したがって、A3/A2の値は、1.83であり、実施例1では、上記式(3)の関係を満足している。
Then, when these values are substituted into the above equation (1), the Mach number M at the
(実施例2)
実施例2のドライアイス噴射用ノズルは、上記図2に示す管路20を備えたものであり、この実施例2のドライアイス噴射用ノズル(管路20)の各部寸法は、上記図4に示す各部寸法のうち、噴出口21の幅W及び高さHを40mm×0.66mmとした以外は、上記実施例1と同様である。この場合、上記A3/A2の値は、1.0である。
(Example 2)
The nozzle for dry ice injection of Example 2 is provided with the
(比較例1)
比較例1のドライアイス噴射用ノズルは、図5(a)〜(d)に示すような管路20を備えたものである。
なお、図5は、比較例1のドライアイス噴射用ノズルの構成を示し、(a)は、その噴出口21側から見た正面図、(b)は、その噴出口21のX−X’断面図、(c)は、その断面積最小部22でのZ1−Z1’断面図、(d)は、その導入口23でのZ2−Z2’断面図である。
また、この図5(a)〜(d)に示す管路20において、上記図2(a)〜(f)に示す管路20と同等の部位については同じ名称及び符号を付すと共に、その説明を省略するものとする。
(Comparative Example 1)
The dry ice injection nozzle of Comparative Example 1 is provided with a
5 shows the configuration of the dry ice jet nozzle of Comparative Example 1, (a) is a front view seen from the
Further, in the
この管路20は、断面円形状の断面積最小部22から断面円形状の噴出口21に向かって同径となる出側流路20aを有している。それ以外は、上記図2に示す管路20と基本的に同様の構造を有している。
The
そして、この比較例1のドライアイス噴射用ノズル(管路20)の各部寸法は、図5(b)に示すとおりである。すなわち、この比較例1のドライアイス噴射用ノズル(管路20)では、導入口23の口径D1を14mmφ、噴出口21及び断面積最小部22の口径D2を5mmφ、入側流路20bの長さL1を20mm、出側流路20aの長さL2を99.6mmとした。また、出側管路20A及び入側管路20Bの材質をSUS304とした。
And the size of each part of the nozzle (pipe 20) for dry ice injection of this comparative example 1 is as showing in FIG.5 (b). That is, in the nozzle for dry ice injection of the comparative example 1 (line 20), 14 mm caliber D 1 of the
(比較例2)
比較例2のドライアイス噴射用ノズルは、図6(a)〜(g)に示すような管路60を備えたものである。
なお、図6は、比較例2のドライアイス噴射用ノズルの構成を示し、(a)は、その噴出口21側から見た正面図、(b)は、その噴出口21の長手方向Xに沿ったX−X’断面図、(c)は、その噴出口21の短手方向Yに沿ったY−Y’断面図、(d)は、その噴出口21でのZ1−Z1’断面図、(e)は、その拡径部26でのZ2−Z2’断面図、(f)は、その断面積最小部22でのZ3−Z3’断面図、(g)は、その導入口23でのZ4−Z4’断面図である。
また、この図6(a)〜(g)に示す管路60において、上記図2(a)〜(f)に示す管路20と同等の部位については同じ名称及び符号を付すと共に、その説明を省略するものとする。
(Comparative Example 2)
The dry ice injection nozzle of Comparative Example 2 is provided with a
6 shows the configuration of the dry ice jet nozzle of Comparative Example 2, (a) is a front view seen from the
In addition, in the
この管路60は、断面円形状の断面積最小部22から断面矩形状の噴出口21に向かって、噴出口21の長手方向Xに沿った断面において漸次径が拡大し、且つ、噴出口21の短手方向Yに沿った断面において漸次径が拡大した後に、漸次径が縮小する出側流路20aを有している。すなわち、この出側流路20aは、噴出口21の短手方向Yに沿った断面において、その軸線方向Zの中途部に拡径部26を有して、この拡径部26から噴出口21に向かって漸次径が縮小し、且つ、断面積最小部22から拡径部26に向かって漸次径が拡大した形状を有している。それ以外は、上記図2に示す管路20と基本的に同様の構造を有している。
The
そして、この比較例2のドライアイス噴射用ノズル(管路60)の各部寸法は、図6(b),(c)に示すとおりである。すなわち、この比較例2のドライアイス噴射用ノズル(管路60)では、導入口23の口径D1を14mmφ、断面積最小部22の口径D2を5mmφ、噴出口21の幅W1及び高さH1を40mm×1.2mm、拡径部26の幅W2及び高さH2を13mm×6.0mm、入側流路20bの長さL1を20mm、出側流路20aの長さL2を99.6mm、整流路24の長さL3を10mm、断面積最小部22から拡径部26までの長さL4を30mmとした。また、出側管路20A及び入側管路20Bの材質をSUS304とした。
And the size of each part of the nozzle (pipe 60) for this dry ice injection of the comparative example 2 is as showing in FIG.6 (b), (c). That is, in the nozzle for dry ice injection of the comparative example 2 (line 60), the diameter D 1 of the
(比較例3)
比較例3のドライアイス噴射用ノズルは、図7(a)〜(g)に示すような管路80を備えたものである。
なお、図7は、比較例3のドライアイス噴射用ノズルの各部寸法を示し、(a)は、その噴出口21側から見た正面図、(b)は、その噴出口21の長手方向Xに沿ったX−X’断面図、(c)は、その噴出口21の短手方向Yに沿ったY−Y’断面図、(d)は、その噴出口21でのZ1−Z1’断面図、(e)は、その拡径部26でのZ2−Z2’断面図、(f)は、その断面積最小部22でのZ3−Z3’断面図、(g)は、その導入口23でのZ4−Z4’断面図である。
(Comparative Example 3)
The dry ice injection nozzle of Comparative Example 3 is provided with a
7 shows the dimensions of each part of the dry ice jet nozzle of Comparative Example 3, (a) is a front view seen from the
この管路80は、断面円形状の断面積最小部22から断面矩形状の噴出口21に向かって、噴出口21の長手方向Xに沿った断面において漸次径が拡大した後に、漸次径が縮小し、且つ、噴出口21の短手方向Yに沿った断面において漸次径が縮小する出側流路20aを有している。すなわち、この出側流路20aは、噴出口21の長手方向Xに沿った断面において、その軸線方向Zの中途部に拡径部26を有して、この拡径部26から噴出口21に向かって漸次径が縮小し、且つ、断面積最小部22から拡径部26に向かって漸次径が拡大した形状を有している。それ以外は、上記図2に示す管路20と基本的に同様の構造を有している。
The
そして、この比較例3のドライアイス噴射用ノズル(管路80)の各部寸法は、図7(b),(c)に示すとおりである。すなわち、この比較例3のドライアイス噴射用ノズル(管路80)では、導入口23の口径D1を14mmφ、断面積最小部22の口径D2を5mmφ、噴出口21の幅W1及び高さH1を40mm×1.2mm、拡径部26の幅W2及び高さH2を45mm×3.8mm、入側流路20bの長さL1を20mm、出側流路20aの長さL2を99.6mm、整流路24の長さL3を10mm、断面積最小部22から拡径部26までの長さL4を30mmとした。また、出側管路20A及び入側管路20Bの材質をSUS304とした。
And the size of each part of the nozzle (pipe line 80) for dry ice injection of this comparative example 3 is as showing in FIG.7 (b), (c). That is, in the nozzle for dry ice jet of Comparative Example 3 (pipe 80), the diameter D 1 of the
そして、これら実施例1,2及び比較例1〜3のドライアイス噴射用ノズルについて、コンピュータシミュレーションにより圧縮ガスの流れを計算し、噴射用ノズル内での圧縮ガスの速度を算出した。なお、コンピュータシミュレーションでは、上記混合室4内の圧力を0.4MPaG及び温度を0℃、噴出口から遠く離れた位置での圧力を0MPaG及び温度を0℃に設定して計算を行った。そのシミュレーション結果を図8に示す。 And about the dry ice injection nozzle of these Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1-3, the flow of the compressed gas was calculated by computer simulation, and the speed of the compressed gas in the injection nozzle was calculated. In the computer simulation, the pressure in the mixing chamber 4 was set to 0.4 MPaG, the temperature was set to 0 ° C., the pressure at a position far from the jet port was set to 0 MPaG, and the temperature was set to 0 ° C. The simulation result is shown in FIG.
図8に示すように、実施例1のドライアイス噴射用ノズルは、比較例1〜3のドライアイス噴射用ノズルよりも圧縮ガスの速度が速くなっており、優れた加速性能を有していることがわかる。特に、実施例1のドライアイス噴射用ノズルは、比較例2,3のドライアイス噴射用ノズルよりも圧縮ガスの速度が3倍以上速くなっている。 As shown in FIG. 8, the dry ice injection nozzle of Example 1 has a faster compressed gas speed than the dry ice injection nozzles of Comparative Examples 1 to 3, and has excellent acceleration performance. I understand that. In particular, the dry ice injection nozzle of Example 1 has a compressed gas speed three times or more faster than the dry ice injection nozzles of Comparative Examples 2 and 3.
ドライアイス噴射用ノズルでは、その流路内を流れる圧縮ガスの速度(流速)が高くなるほど、この圧縮ガスの流れに追従してドライアイスの速度(流速)も高めることができる。そして、上記噴出口21から噴射されるドライアイスの速度が高いほど、ドライアイスが噴射対象物に衝突した際のエネルギーも大きくなるため、洗浄等の処理を効率良く行うことが可能となる。
In the dry ice injection nozzle, the higher the speed (flow velocity) of the compressed gas flowing in the flow path, the higher the speed (flow velocity) of the dry ice can follow the flow of the compressed gas. And the higher the speed of the dry ice sprayed from the
一方、実施例2のドライアイス噴射用ノズルは、比較例2,3のドライアイス噴射用ノズルよりも圧縮ガスの速度が速いものの、実施例1のドライアイス噴射用ノズルよりも遅いことがわかる。したがって、圧縮ガスの速度を高めるためには、上記A3/A2の値を1.0よりも大きい値に設定することが望ましい。 On the other hand, it can be seen that the dry ice injection nozzle of Example 2 is slower than the dry ice injection nozzle of Example 1 although the speed of the compressed gas is faster than the dry ice injection nozzles of Comparative Examples 2 and 3. Therefore, in order to increase the speed of the compressed gas, it is desirable to set the value of A 3 / A 2 to a value larger than 1.0.
次に、本発明のドライアイス噴射用ノズル(実施例1,2)と、比較例のドライアイス噴射用ノズル(比較例1〜3)について、図9に示すように、それぞれの噴出口21から噴射されたドライアイスDIを感圧紙Pに衝突させながら、この感圧紙Pを噴出口21の短手方向Yに一定の速度で移動させ、このとき感圧紙Pが受ける力を計測した。
Next, as shown in FIG. 9, the dry ice spray nozzles (Examples 1 and 2) of the present invention and the dry ice spray nozzles of the comparative examples (Comparative Examples 1 to 3) are connected to the
具体的には、これら実施例1,2及び比較例1〜3のドライアイス噴射用ノズルについて、圧縮ガスを空気とし、上記混合室4内の圧力を0.4MPaG及び温度を0℃とし、ドライアイスDIの供給量を20kg/h、噴出口21から感圧紙Pまでの距離を30mm、感圧紙Pの送り速度を150mm/sとして試験を実施した。
Specifically, for the dry ice injection nozzles of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3, the compressed gas is air, the pressure in the mixing chamber 4 is 0.4 MPaG, the temperature is 0 ° C. The test was carried out with the supply rate of ice DI being 20 kg / h, the distance from the
その試験結果を図10に示す。なお、図10では、感圧紙Pが受ける力の最大値を1として、その比率を噴出口21の長手方向Xにおける圧力分布として表示した。
The test results are shown in FIG. In FIG. 10, the maximum value of the force received by the pressure sensitive paper P is set to 1, and the ratio is displayed as the pressure distribution in the longitudinal direction X of the
図10に示すように、実施例1のドライアイス噴射用ノズルは、比較例1〜3のドライアイス噴射用ノズルよりも幅方向の全域に亘って感圧紙Pが受ける力が大きく、処理能力が高いことがわかる。 As shown in FIG. 10, the dry ice spray nozzle of Example 1 has a larger force that the pressure sensitive paper P receives over the entire region in the width direction than the dry ice spray nozzles of Comparative Examples 1 to 3, and has a processing capability. I understand that it is expensive.
一方、実施例2のドライアイス噴射用ノズルは、比較例2,3のドライアイス噴射用ノズルよりも感圧紙Pが受ける力が大きいものの、実施例1のドライアイス噴射用ノズルよりも感圧紙Pが受ける力が小さいことがわかる。したがって、処理能力を高めるためには、上記A3/A2の値を1.0よりも大きい値に設定することが望ましい。 On the other hand, the pressure applied to the dry ice jet nozzle of Example 2 is higher than that of the dry ice jet nozzles of Comparative Examples 2 and 3, but the pressure sensitive paper P is higher than that of the dry ice jet nozzle of Example 1. It can be seen that the force received by is small. Therefore, in order to increase the processing capability, it is desirable to set the value of A 3 / A 2 to a value larger than 1.0.
一方、比較例1のドライアイス噴射用ノズルは、図8及び図10に示すように、実施例2のドライアイス噴射用ノズルよりも圧縮ガスの速度が速くなるものの、実施例2のドライアイス噴射用ノズルよりも感圧紙Pが受ける力が大きくなる幅方向の領域が極めて狭いことがわかる。したがって、比較例1のドライアイス噴射用ノズルでは、1回のノズル走査で処理できる範囲が限られてしまう。 On the other hand, as shown in FIGS. 8 and 10, the dry ice injection nozzle of Comparative Example 1 has a higher compressed gas speed than the dry ice injection nozzle of Example 2, but the dry ice injection of Example 2 It can be seen that the region in the width direction in which the force received by the pressure sensitive paper P is larger than that of the nozzle for use is extremely narrow. Therefore, in the dry ice injection nozzle of Comparative Example 1, the range that can be processed by one nozzle scan is limited.
また、実施例1と比較例2のドライアイス噴射用ノズルは、噴出口21での流路断面積A3が同じであるが、実施例1のドライアイス噴射用ノズルから噴射される空気流量は、比較例2のドライアイス噴射用ノズルよりも少なく、この比較例2のドライアイス噴射用ノズルに対して約77%であった。
The nozzle for dry ice jet of Example 1 and Comparative Example 2, although the flow path cross-sectional area A 3 on the
したがって、実施例1のドライアイス噴射用ノズルを用いた場合、圧縮ガスの使用量を少なくできるため、従来よりも上記コンプレッサ9による圧縮ガスの供給能力等を下げることができ、その結果、電気料金等のランニングコストを低減することが可能となる。 Therefore, when the dry ice injection nozzle of the first embodiment is used, the amount of compressed gas used can be reduced, so that the compressed gas supply capacity and the like by the compressor 9 can be lowered as compared with the prior art. It is possible to reduce running costs such as.
1…ドライアイス噴射装置 2…ドライアイス供給機構(ドライアイス供給手段) 3…圧縮ガス供給機構(圧縮ガス供給手段) 4…混合室 5…ノズルガン(ドライアイス噴射用ノズル) 5a…噴出口
20…管路 20A…出側管路 20B…入側管路 20a…出側流路 20b…入側流路 21…噴出口 22…断面積最小部 23…導入口 24…整流路 25…導入路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Dry
Claims (3)
前記噴出口が断面略矩形状を有して、前記流路内の断面積最小部から前記噴出口に向かって、前記噴出口の長手方向において漸次径が拡大すると共に、前記噴出口の短手方向において漸次径が縮小する管路を備え、なお且つ、この管路の流路断面積が、前記断面積最小部から前記噴出口に向かって漸次拡大しており、
前記管路は、前記流路の基端側に設けられた導入口から前記断面積最小部に向かって漸次径が縮小する形状を有し、
前記管路において、前記断面積最小部での流路断面積をA 1 、適正膨張時の噴出口での流路断面積をA 2 、前記噴出口での流路断面積をA 3 とし、
前記導入口での流路内圧力をp 0 、前記噴出口での流路内圧力をp、適正膨張時の噴出口でのマッハ数をM、前記圧縮ガスの比熱比をkとしたときに、
前記適正膨張時の噴出口での流路断面積A 2 は、前記適正膨張時の噴出口でのマッハ数Mを下記式(1)により求め、この求めた値を下記式(2)に代入することにより求まる値であり、
前記噴出口での流路断面積A 3 は、下記式(3)の関係を満足する値に設定されていることを特徴とするドライアイス噴射用ノズル。
The spout has a substantially rectangular cross section, and the diameter gradually increases in the longitudinal direction of the spout from the smallest cross-sectional area in the flow path toward the spout, and the short end of the spout A pipe having a diameter that gradually decreases in the direction, and the flow path cross-sectional area of the pipe gradually increases from the minimum cross-sectional area toward the jet port ,
The pipe has a shape in which the diameter gradually decreases from the inlet provided on the base end side of the flow path toward the minimum cross-sectional area,
In the pipe, A 1 is a channel cross-sectional area at the minimum cross-sectional area, A 2 is a channel cross-sectional area at the jet port at the time of proper expansion, and A 3 is a channel cross-sectional area at the jet port ,
When the pressure in the flow path at the inlet is p 0 , the pressure in the flow path at the outlet is p, the Mach number at the outlet at the time of proper expansion is M, and the specific heat ratio of the compressed gas is k ,
The channel cross-sectional area A 2 at the jet port at the proper expansion is obtained by calculating the Mach number M at the jet port at the proper expansion by the following formula (1), and the obtained value is substituted into the following formula (2). Is a value obtained by
The flow path cross-sectional area A 3 on the spout, the nozzle for dry ice jet, characterized in that it is set to a value satisfying the relationship of the following formula (3).
前記ドライアイスと前記圧縮ガスが混合される混合室と、
前記混合室にドライアイスを供給するドライアイス供給手段と、
前記混合室に圧縮ガスを供給する圧縮ガス供給手段とを備え、
前記ドライアイス噴射用ノズルが、請求項1に記載のドライアイス噴射用ノズルであることを特徴とするドライアイス噴射装置。 A nozzle for dry ice injection that injects dry ice together with compressed gas;
A mixing chamber in which the dry ice and the compressed gas are mixed;
Dry ice supply means for supplying dry ice to the mixing chamber;
A compressed gas supply means for supplying compressed gas to the mixing chamber;
The dry ice spraying device according to claim 1, wherein the dry ice spraying nozzle is the dry ice spraying nozzle according to claim 1 .
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