JP6338515B2 - Dry ice snow cleaning device - Google Patents
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Description
本発明は、ドライアイススノー洗浄装置に関する。 The present invention relates to a dry ice snow cleaning apparatus.
ドライアイススノー洗浄装置の構成を開示した先行文献として、特開2001−277116号公報(特許文献1)、および、特開2011−167822号公報(特許文献2)がある。 As prior art documents disclosing the configuration of the dry ice snow cleaning apparatus, there are Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-277116 (Patent Document 1) and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-167822 (Patent Document 2).
特許文献1に記載されたドライアイススノー洗浄装置のテーパー状拡開型噴射洗浄ノズルは、絞り部を介して先端に向けテーパー状に拡開した形状を有している。特許文献2に記載されたドライアイススノー洗浄装置の加速管においては、先端側にテーパー状に拡径させて設けられた内部通路の後部側に設けられた狭径部によって流速を加速させ、加速管の先端に設けられた射出口からドライアイススノーと圧縮エアとを混合させて噴射する。 The tapered expanded spray cleaning nozzle of the dry ice snow cleaning device described in Patent Document 1 has a shape that expands in a tapered shape toward the tip via a throttle portion. In the acceleration pipe of the dry ice snow cleaning device described in Patent Document 2, the flow velocity is accelerated by a narrow diameter portion provided on the rear side of the internal passage provided in a tapered shape on the tip side. Dry ice snow and compressed air are mixed and injected from an injection port provided at the tip of the tube.
特許文献1および特許文献2の各々に記載されたドライアイススノー洗浄装置においては、噴射ノズルの上流側から絞り部(狭径部)にかけてテーパー状に内径が小さくなり、絞り部(狭径部)から噴射ノズルの下流側(先端側)にかけてテーパー状に内径が大きくなっており、絞り部(狭径部)が角張っている。そのため、ドライアイススノーが絞り部(狭径部)にて詰まりやすく、噴射ノズルからのドライアイススノーの噴き付けが不安定となるとともに噴射速度が低下する。その結果、ドライアイススノー洗浄装置の洗浄能力が低下する。 In the dry ice snow cleaning apparatus described in each of Patent Document 1 and Patent Document 2, the inner diameter decreases in a tapered manner from the upstream side of the injection nozzle to the throttle portion (narrow diameter portion), and the throttle portion (narrow diameter portion). The inner diameter increases in a tapered manner from the downstream side (front end side) to the injection nozzle, and the throttle part (narrow diameter part) is angular. Therefore, dry ice snow is likely to be clogged at the throttle portion (narrow diameter portion), and spraying of dry ice snow from the injection nozzle becomes unstable and the injection speed decreases. As a result, the cleaning ability of the dry ice snow cleaning device is reduced.
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、安定して高い洗浄能力を有するドライアイススノー洗浄装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a dry ice snow cleaning apparatus having a stable and high cleaning ability.
本発明に基づくドライアイススノー洗浄装置は、液化炭酸ガスを供給する液化炭酸ガス供給系と、噴射用ガスを供給する噴射用ガス供給系と、液化炭酸ガス供給系における下流側に設けられた絞り部と、液化炭酸ガス供給系と噴射用ガス供給系とを接続し、絞り部を通過して生成されたドライアイススノーを含む炭酸ガスと噴射用ガスとを混合して混合ガスを生成する混合部と、混合部と接続され、混合ガスを噴射するノズルとを備える。ノズルは、ノズルの軸方向に沿って順に位置する、大径部、縮径部および拡径部を含む。大径部は、混合部と接続されて一定の内径を有する。縮径部は、大径部と接続されて大径部から離れるに従って内径が縮小しており、拡径部との境界に位置する最小径部を含む。拡径部は、縮径部と接続されて縮径部から離れるに従って一定の割合で内径が拡大しており、拡径部の先端が、ノズルの噴射口である。縮径部の内周面は、縦断面にて、最小径部から大径部に向かって、ノズルの軸方向に平行な長軸を有する仮想楕円の弧に沿って湾曲している。 A dry ice snow cleaning device according to the present invention includes a liquefied carbon dioxide supply system for supplying liquefied carbon dioxide gas, an injection gas supply system for supplying injection gas, and a throttle provided downstream of the liquefied carbon dioxide supply system. The liquefied carbon dioxide gas supply system and the injection gas supply system are connected to each other, and a mixed gas is generated by mixing the carbon dioxide gas including dry ice snow generated through the throttle and the injection gas. And a nozzle that is connected to the mixing unit and injects the mixed gas. The nozzle includes a large-diameter portion, a reduced-diameter portion, and an enlarged-diameter portion, which are sequentially positioned along the axial direction of the nozzle. The large diameter portion is connected to the mixing portion and has a constant inner diameter. The reduced diameter portion is connected to the large diameter portion and has an inner diameter that decreases as the distance from the large diameter portion increases, and includes a minimum diameter portion located at the boundary with the expanded diameter portion. The enlarged diameter portion is connected to the reduced diameter portion and has an inner diameter that is increased at a constant rate as it is separated from the reduced diameter portion, and the tip of the enlarged diameter portion is an injection port of the nozzle. The inner peripheral surface of the reduced diameter portion is curved along a virtual ellipse arc having a long axis parallel to the axial direction of the nozzle from the smallest diameter portion to the larger diameter portion in a longitudinal section.
本発明の一形態においては、縮径部の内周面が、縦断面にて、最小径部から大径部に達するまで、仮想楕円の弧に沿って湾曲している。 In one embodiment of the present invention, the inner peripheral surface of the reduced diameter portion is curved along the arc of a virtual ellipse until reaching the large diameter portion from the minimum diameter portion in the longitudinal section.
本発明の一形態においては、上記仮想楕円は、長径が短径に比較して1.1倍以上である。 In one form of the present invention, the virtual ellipse has a major axis that is 1.1 times or more that of the minor axis.
本発明の一形態においては、縮径部の内周面が、縦断面にて、最小径部から大径部に向かって上記仮想楕円の弧に沿って湾曲し、さらに上記仮想楕円および大径部の各々に接する仮想円または仮想楕円の弧に沿って湾曲して大径部に達している。 In one aspect of the present invention, the inner peripheral surface of the reduced diameter portion is curved along the arc of the virtual ellipse from the smallest diameter portion toward the large diameter portion in the longitudinal section, and further, the virtual ellipse and the large diameter It curves along the arc of a virtual circle or a virtual ellipse in contact with each of the parts to reach the large diameter part.
本発明の一形態においては、大径部の内径が、最小径部の内径の2.3倍以上4.6倍以下である。 In one embodiment of the present invention, the inner diameter of the large diameter portion is 2.3 times to 4.6 times the inner diameter of the minimum diameter portion.
本発明の一形態においては、混合部において、ドライアイススノーが螺旋状に流動するように、液化炭酸ガス供給系が噴射用ガス供給系に対して偏心した状態で接続されている。 In one form of this invention, in the mixing part, the liquefied carbon dioxide supply system is connected in an eccentric state with respect to the injection gas supply system so that the dry ice snow flows in a spiral shape.
本発明によれば、ドライアイススノー洗浄装置において安定して高い洗浄能力が得られる。 According to the present invention, a high cleaning ability can be stably obtained in a dry ice snow cleaning apparatus.
以下、本発明の各実施形態に係るドライアイススノー洗浄装置について図面を参照して説明する。以下の実施形態の説明においては、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。 Hereinafter, a dry ice snow cleaning apparatus according to each embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description of the embodiments, the same or corresponding parts in the drawings are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated.
(実施形態1)
図1は、本発明の実施形態1に係るドライアイススノー洗浄装置の構成を示す模式図である。図1に示すように、本発明の実施形態1に係るドライアイススノー洗浄装置100は、液化炭酸ガスを供給する液化炭酸ガス供給系と、噴射用ガスを供給する噴射用ガス供給系と、液化炭酸ガス供給系における下流側に設けられた絞り部140と、液化炭酸ガス供給系と噴射用ガス供給系とを接続し、絞り部140を通過して生成されたドライアイススノーを含む炭酸ガスと噴射用ガスとを混合して混合ガスを生成する混合部180と、混合部180と接続され、混合ガスを噴射するノズル190とを備える。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a dry ice snow cleaning device according to Embodiment 1 of the present invention. As shown in FIG. 1, a dry ice
液化炭酸ガス供給系は、液化炭酸ガスを貯蔵する液化炭酸ガス貯蔵容器110と、液化炭酸ガス貯蔵容器110に接続されて液化炭酸ガスの流路となる液化炭酸ガス管120と、液化炭酸ガス管120の途中に設けられた第1開閉部130と、液化炭酸ガス管120の下流側に設けられた絞り部140とを含む。液化炭酸ガス供給系は、液化炭酸ガス管120の内部の圧力を測定する圧力計、および、圧力計の下流側に設けられ、液化炭酸ガス中の不純物を取り除くフィルタをさらに含む。
The liquefied carbon dioxide supply system includes a liquefied carbon
第1開閉部130は、手動で開閉可能なバルブにて構成されている。ただし、第1開閉部130が、自動で開閉可能なバルブにて構成されていてもよい。絞り部140は、オリフィス板またはニードル弁などの液化炭酸ガスの流路を絞る部材から構成されている。絞り部140は、第1開閉部130より下流側に設けられている。
The first opening /
噴射用ガス供給系は、噴射用ガスを供給する噴射用ガス供給源150と、噴射用ガス供給源150に接続されて噴射用ガスの流路となる噴射用ガス管160と、噴射用ガス管160の途中に設けられた第2開閉部170とを含む。噴射用ガス供給系は、噴射用ガス管160の内部の圧力を測定する圧力計、および、圧力計の下流側に設けられ、噴射用ガス中の不純物を取り除くフィルタをさらに含む。
The injection gas supply system includes an injection
噴射用ガス管160は、必要に応じてヒータなどの加熱器により加熱される。噴射用ガス管160を加熱することにより、被洗浄物の汚れの種類および状態に応じて洗浄効果が高まるように噴射用ガスの温度を調整できるとともに被洗浄物が結露することを抑制できる。
The
第2開閉部170は、手動で開閉可能なバルブにて構成されている。ただし、第2開閉部170が、自動で開閉可能なバルブにて構成されていてもよい。噴射用ガスとしては、たとえば、ドライエアー、窒素ガス、アルゴンガスまたは炭酸ガスなど、炭酸ガスに対して不活性なガスを用いることができる。
The second opening /
混合部180は、液化炭酸ガス管120の先端、噴射用ガス管160の先端およびノズル190の後端の各々と、気密に接続されている。混合部180は、円筒状の形状を有している。混合部180の先端側の内面は、ノズル190の後端側の内面と連続している。すなわち、混合部180の先端側の内径は、ノズル190の後述する大径部の内径と略同じである。
The
図2は、本発明の実施形態1に係るドライアイススノー洗浄装置のノズルの構造を示す断面図である。図2に示すように、本発明の実施形態1に係るドライアイススノー洗浄装置100のノズル190は、ノズル190の軸方向に沿って順に位置する、大径部190a、縮径部190bおよび拡径部190cを含む。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the structure of the nozzle of the dry ice snow cleaning device according to Embodiment 1 of the present invention. As shown in FIG. 2, the
大径部190aは、混合部180と接続されて一定の内径D1を有する。大径部190aの内周面191は、横断面にて円形である。すなわち、大径部190aは、円筒状の形状を有している。
The
縮径部190bは、大径部190aと接続されて大径部190aから離れるに従って内径が縮小しており、拡径部190cとの境界に位置する最小径部193を含む。最小径部193の内径d1は、ノズル190全体において最も小さい。
The reduced
縮径部190bの内周面192は、横断面にて円形であり、縦断面にて、最小径部193から大径部190aに向かって、ノズル190の軸方向に平行な長軸を有する仮想楕円C1の弧に沿って湾曲している。仮想楕円C1のノズルの軸方向の軸の長さAは、仮想楕円C1のノズルの径方向の軸の長さBより長い(A>B)。仮想楕円C1は、長径(ノズルの軸方向の軸の長さA)が短径(ノズルの径方向の軸の長さB)に比較して1.1倍以上であることが好ましい。
The inner
本実施形態においては、縮径部190bの内周面192が、縦断面にて、最小径部193から大径部190aに達するまで、仮想楕円C1の弧に沿って湾曲している。仮想楕円C1の長軸は、大径部190aの内周面191の延長上に位置している。仮想楕円C1の短軸上に、最小径部193が位置している。
In this embodiment, the inner
拡径部190cは、縮径部190bと接続されて縮径部190bから離れるに従って一定の割合で内径が拡大しており、拡径部190cの先端が、ノズル190の噴射口195である。噴射口195の内径d2は、最小径部193の内径d1より大きく、大径部190aの内径D1より小さい。大径部190aの内径D1が、最小径部193の内径d1の2.3倍以上4.6倍以下であることが好ましい。
The
以下、本発明の実施形態1に係るドライアイススノー洗浄装置100の動作について説明する。まず、液化炭酸ガス供給系においては、液化炭酸ガス貯蔵容器110から液化炭酸ガス管120内に液化炭酸ガスを流入させる。液化炭酸ガス管120に設けられた圧力計によって、液化炭酸ガス管120内の液化炭酸ガスの圧力が測定される。
Hereinafter, the operation of the dry ice
次に、第1開閉部130が開いて、液化炭酸ガス管120内の液化炭酸ガスは、絞り部140を通過する。絞り部140を通過した液化炭酸ガスは、断熱膨張して冷却される。その結果、ドライアイススノーが生成される。ドライアイススノーを含む炭酸ガスは、混合部180の内部に流入する。
Next, the first opening /
噴射用ガス供給系においては、噴射用ガス供給源150から噴射用ガス管160内に噴射用ガスを流入させる。噴射用ガス管160に設けられた圧力計によって、噴射用ガス管160内の噴射用ガスの圧力が測定される。次に、第2開閉部170が開いて、噴射用ガス管160内の噴射用ガスは、混合部180の内部に流入する。
In the injection gas supply system, the injection gas is caused to flow into the
混合部180において、ドライアイススノーを含む炭酸ガスと噴射用ガスとは混合されて混合ガスになる。混合部180にて生成された混合ガスは、ノズル190の大径部190aの内部に流入する。
In the
大径部190aの内部に流入したある一定以上の圧力を有する混合ガスは、縮径部190bを通過する際に加速され、最小径部193を通過する時には流速が音速になり、拡径部190cを通過する際にさらに加速され、噴射口195から噴射される時には流速が超音速になっている。このように、大径部190aの内部に流入した際の混合ガスの圧力は、混合ガスが最小径部193を通過する時に、流速が音速となる圧力であればよい。噴射口195から噴射された混合ガスを被洗浄物に噴き付けることにより、被洗浄物を洗浄することができる。
The mixed gas having a certain pressure or more that flows into the
本実施形態に係るドライアイススノー洗浄装置100のノズル190においては、縮径部190bの内周面192が、縦断面にて、最小径部193から大径部190aに向かって、ノズル190の軸方向に平行な長軸を有する仮想楕円C1の弧に沿って湾曲しているため、最小径部193が角張っておらず滑らかに接続されている。
In the
これにより、混合ガスが縮径部190bから拡径部190cに流入する際に、ドライアイススノーが最小径部193にて詰まることを抑制することができる。その結果、ノズル190からドライアイススノーを安定して噴き付けられるとともに、噴射速度を超音速に維持することができる。よって、ドライアイススノー洗浄装置100において安定して高い洗浄能力を得ることができる。なお、大径部190aの内部に流入した際の混合ガスの圧力を、炭酸ガスの三重点圧力以上とすることにより、ノズル190からドライアイススノーをさらに安定して噴射することができる。
Thereby, when mixed gas flows in into the
ここで、ノズルの構造が互いに異なるドライアイススノー洗浄装置の洗浄能力を比較した実験例について説明する。 Here, an experimental example in which the cleaning performance of dry ice snow cleaning apparatuses having different nozzle structures is compared will be described.
(実験例1)
実験例1においては、実施例1に係るノズル190、比較例1に係るノズル890および比較例2に係るノズル990をそれぞれ有する3種類のノズルドライアイススノー洗浄装置について実験した。実施例1に係るノズル190は、実施形態1に係るドライアイススノー洗浄装置100のノズル190と同様の構造を有する。
(Experiment 1)
In Experimental Example 1, three types of nozzle dry ice snow cleaning apparatuses each having the
図3は、比較例1に係るドライアイススノー洗浄装置のノズルの構造を示す断面図である。図4は、比較例2に係るドライアイススノー洗浄装置のノズルの構造を示す断面図である。 FIG. 3 is a cross-sectional view showing the structure of the nozzle of the dry ice snow cleaning device according to Comparative Example 1. FIG. 4 is a cross-sectional view showing the structure of the nozzle of the dry ice snow cleaning device according to Comparative Example 2.
図3に示すように、比較例1に係るドライアイススノー洗浄装置のノズル890は、ノズル890の軸方向に沿って順に位置する、大径部890a、縮径部890bおよび拡径部890cを含む。
As shown in FIG. 3, the
大径部890aは、混合部180と接続されて一定の内径D81を有する。大径部890aの内周面891は、横断面にて円形である。すなわち、大径部890aは、円筒状の形状を有している。
The
縮径部890bは、大径部890aと接続されて大径部890aから離れるに従って内径が縮小しており、拡径部890cとの境界に位置する最小径部893を含む。最小径部893の内径d81は、ノズル890全体において最も小さい。縮径部890bの内周面892は、横断面にて円形である。縮径部890bは、大径部890aから離れるに従って一定の割合で内径が縮小している。
The reduced
拡径部890cは、縮径部890bと接続されて縮径部890bから離れるに従って一定の割合で内径が拡大しており、拡径部890cの先端が、ノズル890の噴射口895である。噴射口895の内径d82は、最小径部893の内径d81より大きく、大径部890aの内径D81より小さい。
The
図4に示すように、比較例2に係るドライアイススノー洗浄装置のノズル990は、噴射用ガスが流れる外管の内側に、炭酸ガスが流れる内管が設けられた、同軸2重管構造を有している。外管は、円筒状の形状を有している。外管の内周面991は、横断面にて円形である。内管は、円筒状の形状を有している。内管の内周面992は、横断面にて円形である。
As shown in FIG. 4, the
内管の先端は、外管の内部に位置し、ドライアイススノーを含む炭酸ガスを噴射する噴射口993である。外管の先端が、ノズル990の噴射口994である。噴射口993から噴射されたドライアイススノーを含む炭酸ガス、および、外管の内周面991と内管の外周面との間を通過した噴射用ガスが、噴射口994から噴射される。
The tip of the inner tube is an
実施例1、比較例1および比較例2の各々に係るドライアイススノー洗浄装置において、共通の洗浄条件として、液化炭酸ガス貯蔵容器における液化炭酸ガスの充填圧力を6MPa、液化炭酸ガス管における液化炭酸ガスの流量を7kg/h、ノズルから噴射される噴射用ガスの噴射圧力を0.5MPaとした。また、ノズルの先端と被洗浄物との距離を50mm、ノズルの中心軸と被洗浄物の洗浄面とが互いに垂直になるようにノズルを位置させ、噴射時間(洗浄時間)を30秒とした。 In the dry ice snow cleaning apparatus according to each of Example 1, Comparative Example 1 and Comparative Example 2, as common cleaning conditions, the filling pressure of liquefied carbon dioxide in the liquefied carbon dioxide storage container is 6 MPa, and liquefied carbon dioxide in the liquefied carbon dioxide pipe The gas flow rate was 7 kg / h, and the injection pressure of the injection gas injected from the nozzle was 0.5 MPa. Further, the distance between the tip of the nozzle and the object to be cleaned was 50 mm, the nozzle was positioned so that the central axis of the nozzle and the surface to be cleaned were perpendicular to each other, and the spraying time (cleaning time) was 30 seconds. .
実施例1および比較例1の各々におけるノズル190,890においては、大径部の内径D1=D81=10.7mm、最小径部の内径d1=d81=3.2mm、噴射口の内径d2=d82=3.8mmとした。実施例1におけるノズル190においては、縮径部190bの内周面192が沿う仮想楕円C1の長径(ノズルの軸方向の軸の長さA)を7.5mm、仮想楕円C1の短径(ノズルの径方向の軸の長さB)を6.0mmとした。比較例2におけるノズル890においては、縮径部890bの内周面892の縮径率(径方向/軸方向)を1.4とした。比較例2におけるノズル990においては、内管の噴射口993の内径を1.6mm、噴射口994の内径を3.9mmとした。
In the
被洗浄物としては、グラファイト基板と、塗料が焼き付け塗布されたスチール缶とを用いた。グラファイト基板を洗浄する際は、ノズルの位置をグラファイト基板に対して移動させずに洗浄した。スチール缶を洗浄する際は、スチール缶の表面を一定速度で走査するようにノズルを移動させて洗浄した。 As an object to be cleaned, a graphite substrate and a steel can coated with a paint were used. When cleaning the graphite substrate, cleaning was performed without moving the position of the nozzle relative to the graphite substrate. When cleaning the steel can, the nozzle was moved so as to scan the surface of the steel can at a constant speed.
洗浄能力の評価として、実施例1、比較例1および比較例2の各々に係るドライアイススノー洗浄装置にて洗浄後のグラファイト基板の削れた深さをデジタルマイクロメータを用いて計測した。また、実施例1、比較例1および比較例2の各々に係るドライアイススノー洗浄装置にて洗浄後のスチール缶の塗料が除去された面積(幅×長さ)をノギスを用いて計測した。 As an evaluation of the cleaning ability, the shaved depth of the graphite substrate after cleaning was measured using a digital micrometer in the dry ice snow cleaning apparatus according to each of Example 1, Comparative Example 1 and Comparative Example 2. Moreover, the area (width x length) from which the paint of the steel can after the cleaning was removed by the dry ice snow cleaning apparatus according to each of Example 1, Comparative Example 1 and Comparative Example 2 was measured using a caliper.
図5は、実験例1の結果をまとめたグラフである。図5においては、縦軸に、グラファイト基板の削れた深さ(mm)、および、スチール缶の塗料が除去された面積(mm2)、横軸にサンプル名を示している。 FIG. 5 is a graph summarizing the results of Experimental Example 1. In FIG. 5, the vertical axis shows the shaved depth (mm) of the graphite substrate, the area where the paint on the steel can was removed (mm 2 ), and the horizontal axis shows the sample name.
図5に示すように、実施例1に係るドライアイススノー洗浄装置においては、グラファイト基板の削れた深さが40mm、スチール缶の塗料が除去された面積が60mm2であった。比較例1に係るドライアイススノー洗浄装置においては、グラファイト基板の削れた深さが5mm、スチール缶の塗料が除去された面積が0mm2であった。比較例2に係るドライアイススノー洗浄装置においては、グラファイト基板の削れた深さが4mm、スチール缶の塗料が除去された面積が0mm2であった。 As shown in FIG. 5, in the dry ice snow cleaning apparatus according to Example 1, the shaved depth of the graphite substrate was 40 mm, and the area where the paint on the steel can was removed was 60 mm 2 . In the dry ice / snow cleaning apparatus according to Comparative Example 1, the shaved depth of the graphite substrate was 5 mm, and the area where the paint on the steel can was removed was 0 mm 2 . In the dry ice snow cleaning apparatus according to Comparative Example 2, the shaved depth of the graphite substrate was 4 mm, and the area where the paint on the steel can was removed was 0 mm 2 .
比較例1に係るドライアイススノー洗浄装置においては、ドライアイススノーがノズル890内で詰まり、ドライアイススノーの噴射が不安定となるとともに噴射速度が低下したため、ドライアイススノー洗浄装置の洗浄能力が低下した。比較例2に係るドライアイススノー洗浄装置においては、ドライアイススノーの噴射速度が低く、ドライアイススノー洗浄装置の洗浄能力が低かった。
In the dry ice snow cleaning apparatus according to the comparative example 1, the dry ice snow is clogged in the
実施例1に係るドライアイススノー洗浄装置においては、ドライアイススノーがノズル190内で詰まることがなく、安定して高速でドライアイススノーを噴射することができた。上記の実験例1の結果から、実施例1に係るドライアイススノー洗浄装置は、安定して高い洗浄能力を得られることが確認できた。
In the dry ice snow cleaning apparatus according to Example 1, the dry ice snow was not clogged in the
次に、ノズルの縮径部の内周面が沿う仮想楕円の形状が互いに異なるドライアイススノー洗浄装置の洗浄能力を比較した実験例について説明する。 Next, a description will be given of an experimental example in which the cleaning performance of the dry ice snow cleaning apparatuses having different virtual ellipse shapes along the inner peripheral surface of the reduced diameter portion of the nozzle are compared.
(実験例2)
実験例1においては、実施例1に係るノズル190、比較例3に係るノズルおよび比較例4に係るノズルをそれぞれ有する3種類のノズルドライアイススノー洗浄装置について実験した。
(Experimental example 2)
In Experimental Example 1, an experiment was conducted on three types of nozzle dry ice snow cleaning apparatuses each having the
比較例3に係るノズルにおいては、ノズルの縮径部の内周面が沿う仮想楕円を円(A=B)とし、大径部の内径、最小径部の内径および噴射口の内径の各々は、実施例1に係るノズル190と同一寸法とした。
In the nozzle according to Comparative Example 3, a virtual ellipse along the inner peripheral surface of the reduced diameter portion of the nozzle is a circle (A = B), and each of the inner diameter of the large diameter portion, the inner diameter of the minimum diameter portion, and the inner diameter of the injection port is The dimensions are the same as those of the
比較例4に係るノズルにおいては、縮径部の内周面が、縦断面にて、最小径部から大径部に向かって、ノズルの軸方向に平行な短径を有する仮想楕円の弧に沿って湾曲している。すなわち、比較例4に係るノズルにおいては、仮想楕円のノズルの軸方向の軸の長さAが、ノズルの径方向の軸の長さBより短い(A<B)。比較例4に係るノズルにおいては、大径部の内径、最小径部の内径および噴射口の内径の各々は、実施例1に係るノズル190と同一寸法とした。
In the nozzle according to Comparative Example 4, the inner peripheral surface of the reduced diameter portion is an arc of a virtual ellipse having a minor axis parallel to the axial direction of the nozzle from the smallest diameter portion toward the larger diameter portion in the longitudinal section. Curved along. That is, in the nozzle according to Comparative Example 4, the axial length A of the virtual elliptical nozzle is shorter than the axial length B of the nozzle in the radial direction (A <B). In the nozzle according to Comparative Example 4, each of the inner diameter of the large diameter portion, the inner diameter of the minimum diameter portion, and the inner diameter of the injection port was the same as that of the
実施例1、比較例3および比較例4の各々に係るドライアイススノー洗浄装置において、共通の洗浄条件として、実験例1と同様に、液化炭酸ガス貯蔵容器における液化炭酸ガスの充填圧力を6MPa、液化炭酸ガス管における液化炭酸ガスの流量を7kg/h、ノズルから噴射される噴射用ガスの噴射圧力を0.5MPaとした。また、ノズルの先端と被洗浄物との距離を50mm、ノズルの中心軸と被洗浄物の洗浄面とが互いに垂直になるようにノズルを位置させ、噴射時間(洗浄時間)を30秒とした。 In the dry ice snow cleaning apparatus according to each of Example 1, Comparative Example 3 and Comparative Example 4, as a common cleaning condition, similarly to Experimental Example 1, the filling pressure of liquefied carbon dioxide in the liquefied carbon dioxide storage container was 6 MPa, The flow rate of the liquefied carbon dioxide gas in the liquefied carbon dioxide pipe was 7 kg / h, and the injection pressure of the injection gas injected from the nozzle was 0.5 MPa. Further, the distance between the tip of the nozzle and the object to be cleaned was 50 mm, the nozzle was positioned so that the central axis of the nozzle and the surface to be cleaned were perpendicular to each other, and the spraying time (cleaning time) was 30 seconds. .
比較例3に係るノズルにおいては、縮径部の内周面が沿う仮想楕円のノズルの軸方向の軸の長さAおよびノズルの径方向の軸の長さBをともに6.0mmとした。比較例4に係るノズルにおいては、縮径部の内周面が沿う仮想楕円のノズルの軸方向の軸の長さAを4.5mm、仮想楕円のノズルの径方向の軸の長さBを6.0mmとした。 In the nozzle according to Comparative Example 3, the axial length A of the hypothetical elliptical nozzle along the inner peripheral surface of the reduced diameter portion and the axial length B of the nozzle in the radial direction were both 6.0 mm. In the nozzle according to Comparative Example 4, the axial length A of the virtual elliptical nozzle along the inner peripheral surface of the reduced diameter portion is 4.5 mm, and the radial length B of the virtual elliptical nozzle is B. The thickness was 6.0 mm.
被洗浄物としては、実験例1と同様に、グラファイト基板と、塗料が焼き付け塗布されたスチール缶とを用いた。グラファイト基板を洗浄する際は、ノズルの位置をグラファイト基板に対して移動させずに洗浄した。スチール缶を洗浄する際は、スチール缶の表面を一定速度で走査するようにノズルを移動させて洗浄した。 As an object to be cleaned, a graphite substrate and a steel can onto which a paint was baked and applied were used as in Experiment Example 1. When cleaning the graphite substrate, cleaning was performed without moving the position of the nozzle relative to the graphite substrate. When cleaning the steel can, the nozzle was moved so as to scan the surface of the steel can at a constant speed.
洗浄能力の評価として実験例1と同様に、実施例1、比較例3および比較例4の各々に係るドライアイススノー洗浄装置にて洗浄後のグラファイト基板の削れた深さをデジタルマイクロメータを用いて計測した。また、実施例1、比較例3および比較例4の各々に係るドライアイススノー洗浄装置にて洗浄後のスチール缶の塗料が除去された面積(幅×長さ)をノギスを用いて計測した。 In the same manner as in Experimental Example 1, as the evaluation of the cleaning ability, a digital micrometer was used to calculate the shaved depth of the graphite substrate after cleaning in the dry ice snow cleaning device according to each of Example 1, Comparative Example 3 and Comparative Example 4. Measured. Moreover, the area (width x length) from which the paint of the steel can after the cleaning was removed was measured using a caliper with the dry ice snow cleaning device according to each of Example 1, Comparative Example 3 and Comparative Example 4.
図6は、実験例2の結果をまとめたグラフである。図6においては、縦軸に、グラファイト基板の削れた深さ(mm)、および、スチール缶の塗料が除去された面積(mm2)、横軸にサンプル名を示している。 FIG. 6 is a graph summarizing the results of Experimental Example 2. In FIG. 6, the vertical axis indicates the shaved depth (mm) of the graphite substrate, the area (mm 2 ) from which the paint of the steel can has been removed, and the horizontal axis indicates the sample name.
図6に示すように、比較例3に係るドライアイススノー洗浄装置においては、グラファイト基板の削れた深さが12mm、スチール缶の塗料が除去された面積が24mm2であった。比較例4に係るドライアイススノー洗浄装置においては、グラファイト基板の削れた深さが11mm、スチール缶の塗料が除去された面積が9mm2であった。 As shown in FIG. 6, in the dry ice snow cleaning device according to Comparative Example 3, the scraped depth of the graphite substrate was 12 mm, and the area where the paint on the steel can was removed was 24 mm 2 . In the dry ice snow cleaning apparatus according to Comparative Example 4, the graphite substrate was scraped to a depth of 11 mm, and the area where the paint on the steel can was removed was 9 mm 2 .
比較例3および比較例4の各々に係るドライアイススノー洗浄装置においては、縮径部の内周面とドライアイススノーとの流動抵抗が大きいため、ドライアイススノーの噴射速度が低下し、ドライアイススノー洗浄装置の洗浄能力が低下した。 In the dry ice snow cleaning device according to each of Comparative Example 3 and Comparative Example 4, since the flow resistance between the inner peripheral surface of the reduced diameter portion and the dry ice snow is large, the spray speed of the dry ice snow is reduced, and the dry ice snow is reduced. The cleaning ability of the snow cleaning device has declined.
実施例1に係るドライアイススノー洗浄装置は、縮径部190bの内周面192が、縦断面にて、最小径部193から大径部190aに向かって、ノズル190の軸方向に平行な長軸を有する仮想楕円C1の弧に沿って湾曲していることにより、縮径部190bの内周面192とドライアイススノーとの流動抵抗を低減して、高速でドライアイススノーを噴射することができた。
In the dry ice snow cleaning device according to the first embodiment, the inner
上記の実験例2の結果から、実施例1に係るドライアイススノー洗浄装置は、安定して高い洗浄能力を得られることが確認できた。上記の効果を安定して得るために、仮想楕円C1は、長径(ノズルの軸方向の軸の長さA)が短径(ノズルの径方向の軸の長さB)に比較して1.1倍以上であることが好ましい。 From the results of Experimental Example 2 above, it was confirmed that the dry ice snow cleaning device according to Example 1 could stably obtain a high cleaning performance. In order to stably obtain the above effect, the virtual ellipse C 1 has a major axis (length A of the axis in the axial direction of the nozzle) of 1 as compared with a minor axis (length B of the axis in the radial direction of the nozzle). .1 or more is preferable.
なお、縮径部190bとの接触長さが長くなってドライアイススノーが気化することを抑制するために、仮想楕円C1は、長径(ノズルの軸方向の軸の長さA)が短径(ノズルの径方向の軸の長さB)に比較して3.0倍以下であることが好ましい。
The virtual ellipse C 1 has a long diameter (axis length A in the axial direction of the nozzle) of a short diameter in order to prevent the dry ice snow from being vaporized due to a long contact length with the reduced
また、大径部190aの内径D1が、最小径部193の内径d1の2.3倍以上4.6倍以下であることが好ましい。この範囲においては、絞り部140を通過して生成されたドライアイススノーを、大径部190aにてある程度の大きさまで粒成長させた後、縮径部190bにて押し固めて粒径を小さくすることによってある程度の硬度まで硬くすることができる。その結果、ドライアイススノーが最小径部193にて詰まることを抑制しつつ、ドライアイススノーを噴き付けた際の衝撃力を高めて、ドライアイススノー洗浄装置100の洗浄能力を向上することができる。
In addition, the inner diameter D 1 of the
仮に、大径部190aの内径D1が、最小径部193の内径d1の2.2倍以下である場合、絞り部140を通過して生成されたドライアイススノーの粒成長の度合いが低いため、縮径部190bにてドライアイススノーを押し固めて硬くすることができない。
If the inner diameter D 1 of the
仮に、大径部190aの内径D1が、最小径部193の内径d1の4.7倍以上である場合、絞り部140を通過して生成されたドライアイススノーの粒成長の度合いが大きすぎるため、洗浄に不適となる。
If the inner diameter D 1 of the
以下、本発明の実施形態2に係るドライアイススノー洗浄装置について説明する。なお、本発明の実施形態2に係るドライアイススノー洗浄装置は、ノズルの縮径部の形状のみ実施形態1に係るドライアイススノー洗浄装置と異なるため、他の構成については説明を繰り返さない。 Hereinafter, a dry ice snow cleaning apparatus according to Embodiment 2 of the present invention will be described. The dry ice snow cleaning apparatus according to the second embodiment of the present invention is different from the dry ice snow cleaning apparatus according to the first embodiment only in the shape of the reduced diameter portion of the nozzle, and thus the description of the other configurations will not be repeated.
(実施形態2)
図7は、本発明の実施形態2に係るドライアイススノー洗浄装置のノズルの構造を示す断面図である。図7に示すように、本発明の実施形態2に係るドライアイススノー洗浄装置のノズル290は、ノズル290の軸方向に沿って順に位置する、大径部290a、縮径部290bおよび拡径部290cを含む。
(Embodiment 2)
FIG. 7 is a cross-sectional view showing the structure of the nozzle of the dry ice snow cleaning device according to the second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 7, the
大径部290aは、混合部180と接続されて一定の内径D21を有する。大径部290aの内周面291は、横断面にて円形である。すなわち、大径部290aは、円筒状の形状を有している。
The
縮径部290bは、大径部290aと接続されて大径部290aから離れるに従って内径が縮小しており、拡径部290cとの境界に位置する最小径部293を含む。最小径部293の内径d21は、ノズル290全体において最も小さい。
The reduced
縮径部290bの内周面292は、横断面にて円形であり、縦断面にて、最小径部293から大径部290aに向かって、ノズル290の軸方向に平行な長軸を有する仮想楕円C21の弧に沿って湾曲している。仮想楕円C21のノズルの軸方向の軸の長さaは、仮想楕円C21のノズルの径方向の軸の長さbより長い(a>b)。
The inner
本実施形態においては、縮径部290bの内周面292が、縦断面にて、最小径部293から大径部290aに向かって仮想楕円C21の弧に沿って湾曲し、さらに仮想楕円C21および大径部290aの各々に接する仮想円C22の弧に沿って湾曲して大径部290aに達している。すなわち、縮径部290bの内周面292は、半径rの仮想円C22の弧に沿う第1内周面292aと、仮想楕円C21の弧に沿う第2内周面292bとから構成されている。仮想楕円C21の短軸上に、最小径部293が位置している。
In the present embodiment, the inner
拡径部290cは、縮径部290bと接続されて縮径部290bから離れるに従って一定の割合で内径が拡大しており、拡径部290cの先端が、ノズル290の噴射口295である。噴射口295の内径d22は、最小径部293の内径d21より大きく、大径部290aの内径D21より小さい。
The
本実施形態に係るドライアイススノー洗浄装置のノズル290においても、縮径部290bの内周面292が、縦断面にて、最小径部293から大径部290aに向かって、ノズル290の軸方向に平行な長軸を有する仮想楕円C21の弧に沿って湾曲しているため、最小径部293が角張っていない。
Also in the
これにより、混合ガスが縮径部290bから拡径部290cに流入する際に、ドライアイススノーが最小径部293にて詰まることを抑制することができる。その結果、ノズル290からドライアイススノーを安定して噴き付けられるとともに、噴射速度を超音速に維持することができる。よって、本実施形態に係るドライアイススノー洗浄装置において安定して高い洗浄能力を得ることができる。
Thereby, when the mixed gas flows from the reduced
なお、縮径部290bの内周面292が、縦断面にて、最小径部293から大径部290aに向かって仮想楕円C21の弧に沿って湾曲し、さらに仮想楕円C21および大径部290aの各々に接する仮想楕円の弧に沿って湾曲して大径部290aに達していてもよい。この場合、仮想楕円C21および大径部290aの各々に接する仮想楕円の長軸が、ノズル290の軸方向に平行であることが好ましい。この場合、縮径部290bの内周面292とドライアイススノーとの流動抵抗を低減して、高速でドライアイススノーを噴射することができる。
Incidentally, the inner
以下、本発明の実施形態3に係るドライアイススノー洗浄装置について説明する。なお、本発明の実施形態3に係るドライアイススノー洗浄装置は、混合部の構造のみ実施形態1に係るドライアイススノー洗浄装置と異なるため、他の構成については説明を繰り返さない。 Hereinafter, a dry ice snow cleaning apparatus according to Embodiment 3 of the present invention will be described. In addition, since the dry ice snow cleaning apparatus according to Embodiment 3 of the present invention is different from the dry ice snow cleaning apparatus according to Embodiment 1 only in the structure of the mixing unit, description of other configurations will not be repeated.
(実施形態3)
図8は、本発明の実施形態3に係るドライアイススノー洗浄装置の混合部の構造を示す断面図である。図9は、図8の混合部をIX−IX線矢印印方向から見た図である。図8,9に示すように、本発明の実施形態3に係るドライアイススノー洗浄装置は、混合部380において、ドライアイススノーが螺旋状に流動するように、液化炭酸ガス供給系が噴射用ガス供給系に対して偏心した状態で接続されている。
(Embodiment 3)
FIG. 8 is a cross-sectional view showing the structure of the mixing unit of the dry ice snow cleaning device according to the third embodiment of the present invention. FIG. 9 is a view of the mixing unit of FIG. 8 as seen from the direction of the arrow IX-IX. As shown in FIGS. 8 and 9, in the dry ice snow cleaning device according to Embodiment 3 of the present invention, in the
具体的には、縦断面にて、噴射用ガス管360とノズル190とが同軸配置され、横断面にて、液化炭酸ガス管320の中心軸が噴射用ガス管360の中心軸に対して偏心している。すなわち、横断面にて、噴射用ガス管360の中心軸に直交する軸に対して、液化炭酸ガス管320の中心軸がずれている。
Specifically, the
その結果、液化炭酸ガス管320の絞り部を通過して生成されたドライアイススノー11は、混合部380にて噴射用ガス管360から流入した噴射用ガス15と混合された際に、遠心力31によって噴射用ガス管360の内周面に沿って矢印30で示すように螺旋状に流動しながら凝集した状態でノズル190の内部に流入する。
As a result, when the
ノズル190から噴射されたドライアイススノーは凝集して粒径が大きくなるとともに硬くなっているため、被洗浄物から汚れを剥離させる能力が高くなっている。これにより、ドライアイススノー洗浄装置の洗浄能力を向上することができる。
Since the dry ice snow sprayed from the
本実施形態に係るドライアイススノー洗浄装置において、混合部380以外の構成を実施例1に係るドライアイススノー洗浄装置と同様にして、実験例1と同様の実験をした結果、スチール缶の塗料が除去された面積が165mm2であった。なお、実施例1に係るドライアイススノー洗浄装置の混合部180は、横断面にて、液化炭酸ガス管120の中心軸が噴射用ガス管160の中心軸に対して偏心していない。この実験結果から、本実施形態に係るドライアイススノー洗浄装置は、高い洗浄能力を有することが確認できた。
In the dry ice snow cleaning apparatus according to the present embodiment, the configuration other than the mixing
上記の各実施形態の構成において、組み合わせ可能な構成を適宜組み合わせてもよい。上記のドライアイススノー洗浄装置は、樹脂加工製品、ゴム製品、電子機器、ガラス製品、印刷機器、プリンテッドエレクトロニクス分野の部品または装置などに付着した、バリ、油(有機物)、パーティクル(粉)、スケール、錆(酸化膜)、離型剤、接着剤などの除去、および、グラファイト(炭素)製品などの研磨加工に対して、有効な洗浄加工能力を有している。 In the configuration of each of the embodiments described above, configurations that can be combined may be combined as appropriate. The dry ice snow cleaning device described above is attached to resin processed products, rubber products, electronic devices, glass products, printing devices, printed electronics parts or devices, burrs, oil (organic matter), particles (powder), It has an effective cleaning capability for removal of scale, rust (oxide film), release agent, adhesive, etc., and polishing of graphite (carbon) products.
なお、今回開示した上記実施形態はすべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。 In addition, the said embodiment disclosed this time is an illustration in all the points, Comprising: It does not become a basis of limited interpretation. Therefore, the technical scope of the present invention is not interpreted only by the above-described embodiments, but is defined based on the description of the scope of claims. Further, all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of the claims are included.
11 ドライアイススノー、15 噴射用ガス、31 遠心力、100 ドライアイススノー洗浄装置、110 液化炭酸ガス貯蔵容器、120,320 液化炭酸ガス管、130 第1開閉部、140 絞り部、150 噴射用ガス供給源、160,360 噴射用ガス管、170 第2開閉部、180,380 混合部、190,290,890,990 ノズル、190a,290a,890a 大径部、190b,290b,890b 縮径部、190c,290c,890c 拡径部、191,192,291,292,891,892,991,992 内周面、193,293,893 最小径部、195,295,895,993,994 噴射口、292a 第1内周面、292b 第2内周面、C1,C21 仮想楕円、C22 仮想円。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
噴射用ガスを供給する噴射用ガス供給系と、
前記液化炭酸ガス供給系における下流側に設けられた絞り部と、
前記液化炭酸ガス供給系と前記噴射用ガス供給系とを接続し、前記絞り部を通過して生成されたドライアイススノーを含む炭酸ガスと前記噴射用ガスとを混合して混合ガスを生成する混合部と、
前記混合部と接続され、前記混合ガスを噴射するノズルとを備え、
前記ノズルは、前記ノズルの軸方向に沿って順に位置する、大径部、縮径部および拡径部を含み、
前記大径部は、前記混合部と接続されて一定の内径を有し、
前記縮径部は、前記大径部と接続されて前記大径部から離れるに従って内径が縮小しており、前記拡径部との境界に位置する最小径部を含み、
前記拡径部は、前記縮径部と接続されて前記縮径部から離れるに従って一定の割合で内径が拡大しており、前記拡径部の先端が、前記ノズルの噴射口であり、
前記縮径部の内周面は、縦断面にて、前記最小径部から前記大径部に向かって、前記ノズルの軸方向に平行な長軸を有する仮想楕円の弧に沿って湾曲しており、
前記仮想楕円は、長径が短径に比較して3.0倍以下である、ドライアイススノー洗浄装置。 A liquefied carbon dioxide supply system for supplying liquefied carbon dioxide;
An injection gas supply system for supplying an injection gas;
A throttle portion provided on the downstream side in the liquefied carbon dioxide supply system;
The liquefied carbon dioxide supply system and the injection gas supply system are connected, and a mixed gas is generated by mixing the injection gas with carbon dioxide containing dry ice snow generated through the throttle portion. A mixing section;
A nozzle that is connected to the mixing unit and injects the mixed gas;
The nozzle includes a large-diameter portion, a reduced-diameter portion, and an enlarged-diameter portion, which are sequentially positioned along the axial direction of the nozzle,
The large diameter part is connected to the mixing part and has a constant inner diameter;
The reduced diameter portion is connected to the large diameter portion, the inner diameter is reduced as it is away from the large diameter portion, and includes a minimum diameter portion located at the boundary with the enlarged diameter portion,
The enlarged diameter portion is connected to the reduced diameter portion and has an inner diameter that is increased at a constant rate as it is separated from the reduced diameter portion, and the tip of the enlarged diameter portion is an injection port of the nozzle,
An inner peripheral surface of the reduced diameter portion is curved along a virtual ellipse arc having a major axis parallel to the axial direction of the nozzle from the smallest diameter portion toward the larger diameter portion in a longitudinal section. And
The virtual ellipse is a dry ice snow cleaning apparatus , wherein the major axis is 3.0 times or less than the minor axis .
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