JP7236681B2 - ドライアイス噴射装置 - Google Patents

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表面の洗浄等を行うドライアイス噴射装置に関する。

従来より、液化二酸化炭素を断熱膨張させて生成したドライアイス粒子をキャリアガスの流れに導入して噴射するドライアイス噴射装置が知られている。

ドライアイス噴射装置では、液化炭酸ガス容器から供給される液化二酸化炭素をドライアイス生成管内で断熱膨張させてドライアイスを生成し、生成したドライアイスをドライアイス噴射用ノズルに供給されるキャリアガスの流れに導入して噴射する。

ドライアイス噴射装置では、噴射対象に合わせて噴射口の大きさや形状が設計される。例えば、下記特許文献１では、吐出口の形状をスリット口とした噴射ガンが開示されている。また、特許文献１には、スリット口とした吐出口により、広巾の対象物に対する走査を行う場合に便利であることが記載されている。

実開平０５－４９２５８号公報

ここで、ドライアイス噴射装置では、噴射口から噴射されるガスの圧力（噴射圧）は、ノズルの軸線中心に沿って噴射されるガスほど噴射圧が強く、ノズルの軸線となす角度が大きくなるほど噴射圧が弱くなる。また、噴射口の形状をスリット状にして扁平状の噴射範囲を形成させた場合には、噴射範囲をなす角度が広がるに従って、このような噴射圧の偏りが顕著となる。

そのため、従来、扁平状の幅広とされた噴射範囲とされたドライアイス噴射装置のノズルでは、噴射圧の強い部分が噴射範囲の中央に偏るため、噴射範囲の中央を対象物に当てながら洗浄等の処理を行う必要が生じる。その結果、特許文献１の装置では、幅広の範囲でガスを噴射することができるものの、噴射範囲の両端では噴射圧が弱くなり、何度も噴射範囲を往復させ、噴射範囲をオーバーラップさせながら処理が行われていた。そのため、従来のノズルでは、幅広に拡散された噴射範囲の全域を十分に活用するには至らず、処理の効率を十分に向上させることができないといった問題があった。

そこで本発明は、ドライアイス粒子をキャリアガスに合流させた噴射体を広角で噴射させつつ、処理効率を向上させることができるノズル、及びドライアイス噴射装置の提供を目的とした。

上述の課題について、本願の発明者らが噴射口の形状と、噴射範囲における噴射圧との関係について鋭意検討したところ、噴射口を形成する部材の厚みを調整することで、噴射体が拡散されて噴射される方向（拡散方向）において噴射圧の調整を行うことができるとの知見が得られた。

上述の知見に基づき提供される本発明の一態様に係るノズルは、噴射体を対象物に向けて噴射するドライアイス噴射用のノズルであって、所定の軸線方向に延びる筒状のノズル本体を有し、前記ノズル本体の軸線方向一端側に設けられた噴射口形成部に、前記噴射体を噴射する噴射口が形成されている。前記噴射口は、前記ノズルの外側において前記軸線方向と交差する開口幅方向に延びるように形成された外側開口と、前記ノズルの内側に形成される内側開口とを有し、前記外側開口と前記内側開口とをつなぐ貫通孔として形成されている。前記ノズル本体の内側において前記軸線上に規定された基準点Ｐを起点として前記内側開口を経て前記外側開口に至る経路において、前記内側開口から前記外側開口に至る部分の経路長が、前記開口幅方向の各部において相違している。

前記構成を備えるノズルでは、ノズル本体の噴射口形成部に、軸線方向と交差する開口幅方向に延びるように形成された外側開口が設けられている。そのため、このノズルによれば、ノズル本体内に導入された噴射体を幅広の噴射範囲を形成するように噴射させることができる。また、噴射口において内側開口から外側開口に至る部分の経路長を開口幅方向の各部において相違させていることで、噴射口を通過する際に噴射体に作用する通過抵抗を、開口幅方向の各部において相違させることができる。これにより噴射体の噴射範囲内において、噴射圧の分布を最適化することができる。すなわち、前記構成を備えるノズルは、拡散方向における噴射圧の強弱を、噴射範囲の一端側に偏らせる、あるいは噴射範囲の中央の噴射圧を弱めて噴射範囲の両端において噴射圧を強め、拡散方向において噴射圧を略均一とするなど、噴射圧の調整を行い得る。その結果、広角の噴射範囲としつつ、対象物の処理を効率的に行い得る。

ここで、本願の発明者らは、拡散方向において略均一な噴射圧とすることができるノズルについて検討した。その結果、噴射口を形成する部材を、噴射口の中心付近の厚みを大きくし、噴射口の両端付近の厚みを小さくするなどして、噴射口の前記開口幅方向両端側における経路長が、軸線位置における経路長よりも小さくなるようにすることで、噴射口中央と噴射口両側とで噴出圧のバランスが取れ、拡散方向において略均一な噴射圧とすることができるとの知見が得られた。

上述の知見に基づき提供される本発明の一態様に係るノズルは、噴射口の前記開口幅方向両端側における前記経路長が、前記軸線位置における前記経路長よりも小さいこと、を特徴とするものである。

上述の構成によれば、噴射口中央と噴射口両側とで噴出圧のバランスを取り、拡散方向において略均一な噴射圧とすることができる。これにより、幅広とされた噴射範囲において、略均一な噴出圧として対象物の洗浄等の処理を行うことができる。

本発明の一態様に係るノズルは、前記噴射口形成部の裏面をなす内壁面が、前記軸線方向に膨出する半球状のものであることが望ましい。

本発明の一態様に係るノズルは、前記噴射口形成部の裏面をなす内壁面が、前記軸線方向に膨出する円錐状のものであってよい。

上述のとおり、本願の発明者らは、拡散方向における噴出圧の課題について、噴射口形成部の厚みを調整するなどして、内側開口から外側開口に至る部分の経路長を調整することにより、噴射圧を調整可能であることを見いだした。ここで、本願の発明者らは、噴射範囲の高さ方向（噴射口の開口幅方向に対して交差する方向）への広がりを調整することについてさらに検討した。具体的には、噴射範囲が高さ方向に広がると、噴射圧が上下方向に分散して処理効率が低下することが想定されるため、噴射範囲の高さの広がりを小さくしてより薄い扁平状の噴射範囲とすることを検討した。

かかる知見に基づき、発明者らがさらに鋭意検討したところ、噴射された噴射体が乱流状態になるに連れ、噴射範囲が高さ方向（上下方向）に広がる懸念があることが判明した。また、これに対して、噴射された噴射体に噴射口両側からエアの巻き込みを発生させると、噴射された噴射体が層流化しやすく、噴射範囲の高さ方向の広がりを抑え、噴射範囲をより扁平状となる傾向にあることが見いだされた。さらに噴射口両側からのエアの巻き込みをどのように発生させるかについて、種々の構成について検討した結果、噴射口形成部の外側の開口（外側開口）を噴射範囲を超えて形成することにより、エアの巻き込みを発生させることができるとの知見が得られた。

上述の知見に基づき提供される本発明に係るノズルは、前記内側開口が、基準点Ｐを中心として角度θ１の開口範囲に亘って開口しており、前記外側開口が、前記内側開口の開口範囲を含み、前記角度θ１よりも大きい角度θ２の開口範囲に亘って開口している、ことを特徴とするものである。

上述の構成によれば、噴射された噴射体に噴射口両側からエアの巻き込みを発生させて、噴射された噴射体を層流化させ、噴射範囲の高さ方向の広がりを抑制することができる。これにより、本発明のノズルは、噴射圧が上下方向に分散して処理効率が低下することを抑制し、さらに効率的な処理を実現することができる。

本発明に係るドライアイス噴射装置は、上述した構成のノズルを備えること、を特徴とするものである。

本発明に係るドライアイス噴射装置によれば、噴射範囲を幅広に形成しつつ、拡散方向に噴射圧を調整することができる。これにより、本発明のドライアイス噴射装置は、拡散方向における噴射圧の強弱を、噴射範囲の一端側に偏らせる、あるいは噴射範囲の中央の噴射圧を弱めて噴射範囲の両端において噴射圧を強め、拡散方向において噴射圧を略均一とするなど、噴射圧の調整を行い得る。その結果、本発明のドライアイス噴射装置は、広角の噴射範囲としつつ、対象物の処理を効率的に行い得る。

本発明によれば、ドライアイス粒子をキャリアガスに合流させた噴射体を広角で噴射させつつ、処理効率を向上させることができるノズル、及びドライアイス噴射装置を提供することができる。

本実施形態に係るドライアイス噴射装置の要部を示す部分断面図である。 図１のドライアイス噴射装置のノズルを示す斜視図である。 図２のノズルの正面図である。 図３のノズルのＡ－Ａ’線断面図である。 図３のノズルのＢ－Ｂ’線断面図である。 図２のノズルの噴射角度及び開口角度を示す図である。 図２のノズルの噴射口及び噴射口形成部の厚みを示す斜視図である。 図２のノズルの噴射口の両端のエアの巻き込みを示す概念図である。 （ａ）は図２のノズルの噴射範囲の高さを示す概念図、（ｂ）は噴射体に乱流が発生した場合を示す参考図である。 本発明の第二実施形態に係るノズルを示す正面図である。 図１０のノズルのＥ－Ｅ’線断面図である。 図１０のノズルのＦ－Ｆ’線断面図である。

＜ドライアイス噴射装置の全体構成について＞
以下、本発明の実施の形態に係るドライアイス噴射装置について図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はノズルに特徴を有するものであるが、本発明の実施形態に係るノズルの説明に先立って、ドライアイス噴射装置の全体構成について説明する。図１に示すように、ドライアイス噴射装置１は、噴射装置本体２、液化二酸化炭素供給部３、キャリアガス供給部４等を備えている。

噴射装置本体２は、図１に示すように、合流部材８、ドライアイス生成管１０、ノズル２０等を備えている。ノズル２０の詳細については後で詳述する。

合流部材８は、キャリアガス供給路７を通じて供給されるキャリアガスと、後述するドライアイス生成管１０から流出するドライアイス粒子と合流する合流空間１１を内部に有する。本実施形態ではキャリアガスとしてドライエアが使用されている。なお、キャリアガスには、露点温度の低いガスを使用することができ、上記ドライエアの他、窒素ガス、炭酸ガスなどを使用してもよい。

また、合流部材８内には、図１に示すように、２重管からなるドライアイス生成管１０が設けられている。ドライアイス生成管１０は、基端部がオリフィス板１３を介して液化二酸化炭素供給路６に接続されている。

オリフィス板１３は、１又は複数の噴出孔１６（本実施形態では、内径０．１ｍｍ～０．２ｍｍの噴出孔１６が２、３カ所形成されている。）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１３は、液化二酸化炭素供給路６の下流端とドライアイス生成管１０との境界に設けられている。

オリフィス板１３に形成された噴出孔１６は、液化二酸化炭素供給路６から供給される液化二酸化炭素を噴出する。なお、液化二酸化炭素は、低温の液化二酸化炭素である。

ドライアイス生成管１０は、内管１０１と、内管１０１の外側に隙間を介して設けられた外管１０２とを備えている。内管１０１の先端部１０１ａは、外管１０２の先端部１０２ａより所定の長さ先端側に位置している。本実施形態では、外管１０２の基端部は内管１０１の外周面に固定されている。

ドライアイス生成管１０の内管１０１は、その内部が膨張空間１０ａとして機能する。また、オリフィス板１３の噴出孔１６から膨張空間１０ａに噴出された液化二酸化炭素が断熱膨張して固いドライアイス粒子を形成するように、ドライアイス生成管１０内の上流部の断面積は、オリフィス板１３に形成された噴出孔１６の断面積に対してある程度大きく設定されている。

キャリアガス供給路７は、合流部材８の内部に形成された内部キャリアガス供給路７ａと、合流部材８の外部に形成された外部キャリアガス供給路７ｂとで構成されている。

内部キャリアガス供給路７ａは、ドライアイス生成管１０に向かってキャリアガスを供給するように形成されている。本実施形態では、内部キャリアガス供給路７ａは直線流路を形成し、直管状のドライアイス生成管１０に向かってキャリアガスを所定鋭角で供給する。換言すると、ドライアイス生成管１０の中心線に対する、内部キャリアガス供給路７ａの中心線の角度が所定鋭角（図２の例では３０度）となっている。なお、上記中心線同士のなす角度は所定鋭角であることが望ましいが、略９０度又は所定鈍角であってもよい。

合流空間１１では、キャリアガス供給路７から供給されるキャリアガスと、ドライアイス生成管１０の内管１０１内で生成されたドライアイス粒子とが合流する。この合流空間１１から、噴射装置本体２のノズル２０の先端の噴射口３０に至るまでノズル２０内に噴射路１８が形成されており、合流空間１１でキャリアガスに合流したドライアイス粒子はキャリアガスの流れに乗って加速され噴射口３０から対象物に向かって噴射される。

外部キャリアガス供給路７ｂは、空気圧源（図示を省略）から合流部材８に至るまで形成され、キャリアガスを噴射装置本体２の合流部材８内に供給するようになっている。

以上の構成を備えるドライアイス噴射装置１において、運転開始のための所定操作がなされると、液化二酸化炭素供給路６を介して液化二酸化炭素がオリフィス板１３の噴出孔１６に送液され、液化二酸化炭素は、噴出孔１６からドライアイス生成管１０の内管１０１内の膨張空間１０ａに噴出される。そして、液化二酸化炭素は、膨張空間１０ａ内で断熱膨張してドライアイス粒子となる。また同時に、キャリアガス供給路７を介してキャリアガスがドライアイス生成管１０の外管１０２に向かって供給され、噴射路１８を通って噴射口３０から噴射される。ドライアイス生成管１０の内管１０１から流出するドライアイス粒子は、合流空間１１で噴射口３０に向かって流れるキャリアガスに混入し、そのキャリアガスの流れに乗って、噴射口３０から対象物に向かって噴射される。

＜第一実施形態に係るノズルについて＞
続いて、本発明の第一実施形態に係るノズル２０について説明する。図１及び図２に示すとおり、ノズル２０には、ドライアイス粒子をキャリアガスに合流させた噴射体を噴射させる噴射口３０が形成されている。

ノズル２０は、図２～図４に示すような噴射口３０を有する。詳細については後述するが、噴射口３０は、ノズル２０の外側に設けられた外側開口３２を有する。外側開口３２は、ノズル２０を径方向に横断するような細長の形状（スリット状）とされている。そのため、図２に示すとおり、ノズル２０は、軸線Ｌに沿って噴射路１８内で加速される噴射体をノズル２０の径方向に拡散させて噴射させる広角ノズルとして機能する。言い換えれば、ノズル２０は、噴射体をノズルの軸線Ｌと角度をなすように１８０度を超えない範囲で拡散させて噴射させる噴射範囲を形成することができる。

以下、ノズル２０の各部の構成について詳述する。なお、以下の説明において、ノズル２０の軸線Ｌに沿う方向を、単に「軸線方向Ｘ」と記載して説明する場合がある。また、噴射体がノズルの径方向に拡散されて噴射される角度を、単に「噴射角度θ１」と記載して説明する場合がある。さらに噴射体が拡散されて噴射される範囲を、単に「噴射範囲Ｒ１」と記載して説明する場合がある。

図１及び図２に示すとおり、ノズル２０は、ノズル本体２２及び噴射口形成部２４を有している。本実施形態のノズル２０は、筒状に形成されたノズル本体２２の先端部に一体的に形成され、図２に示すような外観を備えている。また、ノズル２０は、ナット等の着脱部材により噴射装置本体２に対して取り付けられ、噴射装置本体２に対して着脱可能とされている。

ノズル２０と噴射装置本体２との接続構造は、種々選択可能である。例えば、ノズル２０は、噴射装置本体２の先端に直接形成されたものであってもよい。また、ノズル２０は、ナット等の着脱部材を用いず、噴射装置本体２に着脱可能なものであっても良い。例えば、ノズル２０は、ノズル２０及び噴射装置本体２にねじを形成して、相対的に回動させることにより着脱可能としてもよい。

ノズル本体２２は、筒状の形状とされている。ノズル本体２２は、断面形状がいかなる形状の筒体によって構成されていても良いが、本実施形態では円筒形とされている。図４に示すとおり、ノズル本体２２は、外周面２２ａが直径Ｄ１とされ、内周面２２ｂが直径Ｄ２とされている。

図１及び図２に示すとおり、噴射口形成部２４は、ノズル２０において軸線方向Ｘの先端に設けられている。噴射口形成部２４は、ノズル本体２２内に導入された噴射体を噴射させる噴射口３０が形成された部分である。

図４に示すとおり、噴射口形成部２４は、軸線方向Ｘの先端側（外側）の先端面２４ａと、先端面２４ａの裏面をなす内壁面２４ｂの双方が、軸線方向Ｘの先端に向けて膨出する形状とされている。また、先端面２４ａは、直径Ｄ１の半球状の形状とされ、内壁面２４ｂは、直径Ｄ３の円錐状の形状とされている。

より具体的には、図４に示すとおり、先端面２４ａは、ノズル２０を噴射口形成部２４とノズル本体２２とに分断したと仮定した場合の境目Ｍを境界として、軸線方向Ｘに膨出する半球状の形状とされている。また、内壁面２４ｂは、軸線方向Ｘに膨出する円錐状の形状とされている。別の言い方をすれば、噴射口形成部２４の内壁面２４ｂは、ノズル２０の先端に向けて縮径するテーパー状の形状とされている。

なお、以下の説明において、内壁面２４ｂをなす円錐の最も遠心側を通過し、且つ、当該円錐の母線に対して直交する線を「仮想線Ｉ」（図４参照）としたときに、仮想線Ｉが軸線Ｌ上において交差する。以下の説明においては、この交点を、単に「基準点Ｐ」と記載して説明する場合がある。

先端面２４ａ及び内壁面２４ｂの軸線方向Ｘへの膨出の程度について、さらに詳細に説明する。図４に示すとおり、先端面２４ａは、直径Ｄ１とされ、基準点Ｐからの離間距離が距離Ｃ１とされている。また、内壁面２４ｂは、直径Ｄ３とされ、基準点Ｐから中心点（円錐形状と軸線Ｌとが交差する点）までの離間距離が距離Ｃ２とされている。直径に対する基準点Ｐからの離間距離の比率を「膨出度」とすると、先端面２４ａの膨出度Ｎ１よりも内壁面２４ｂの膨出度Ｎ２のほうが小さい（Ｎ２＜Ｎ１）。噴射口形成部２４は、内壁面２４ｂよりも先端面２４ａの膨出度を大きくすることにより、後述する開口幅方向Ｗにおいて中心部の厚みＴ１（経路長）を開口幅方向Ｗにおける両端部の厚みＴ２（経路長）よりも大きいものとしている。

噴射口３０は、噴射体を噴射させる貫通孔として、噴射口形成部２４に形成されている。図４及び図５に示すとおり、噴射口３０は、ノズル２０の外側であって先端面２４ａに形成される外側開口３２と、ノズル２０の内側であって内壁面２４ｂに形成される内側開口３４とを備える貫通孔として形成されている。

図２及び図５に示すとおり、外側開口３２は、軸線方向Ｘと交差する開口幅方向Ｗに延びる細長の形状とされている。また、外側開口３２は、先端面２４ａがなす半球面における周方向全域に亘り形成されている。別の言い方をすれば、外側開口３２は、ノズル２０の先端を横断するように、略１８０度の角度をなすように形成されている。なお、以下の説明において、外側開口３２がなす角度を、単に「開口角度θ２」と記載して説明する場合がある。

図５及び図７に示すとおり、内側開口３４は、軸線方向Ｘと交差する開口幅方向Ｗに延びる細長の形状とされている。内側開口３４は、内壁面２４ｂがなす錐面を分断するように形成されている。

図４に示すとおり、先端面２４ａの直径Ｄ１はノズル本体２２の外周面２２ａと略一致する。また、内壁面２４ｂの直径Ｄ３は、ノズル本体２２の内周面２２ｂの直径Ｄ２よりも小さい（Ｄ３＜Ｄ２）。そのため、ノズル２０の径方向の距離において、外側開口３２の開口径は、内側開口３４の開口径よりも大きい。

また、ノズル本体２２の内周面２２ｂの直径Ｄ２に対して、噴射口形成部２４の内壁面２４ｂの直径Ｄ３は縮径されている（Ｄ３＜Ｄ２）。内周面２２ｂと内壁面２４ｂとの直径差により、ノズル２０の内面には、段差部２６が形成されている。

図５に示すとおり、噴射口形成部２４は、先端面２４ａと内壁面２４ｂとの間に、所定の厚みを有する。ノズル本体２２の内側において軸線Ｌ上に規定された基準点Ｐを起点として内側開口３４を経て外側開口３２に至る経路を想定した場合、噴射口形成部２４の厚みは、内側開口３４から外側開口３２に至る部分の経路をなす部分の長さ（経路長）に当たる。噴射口形成部２４は、基準点Ｐを基準として規定される外側開口３２から内側開口３４までの厚み（経路長）は、開口幅方向Ｗの各部において異なるものとされている。

具体的には、噴射口形成部２４の厚みは、図５に示すとおり、開口幅方向Ｗにおける両端部の厚みＴ２が、開口幅方向Ｗにおける中心部の厚みＴ１よりも小さい（Ｔ２＜Ｔ１）。別の言い方をすれば、噴射口３０を取り囲む面は、基準点Ｐから開口幅方向Ｗの中心部（軸線Ｌ側の位置）では内側開口３４から外側開口３２までの距離（経路長）が大きく、開口幅方向Ｗの両端部（軸線Ｌから離れた位置）では内側開口３４から外側開口３２までの距離（経路長）が比較的小さい。

そのため、噴射口３０から噴射される噴射体の噴射圧は、噴射口３０の開口幅方向Ｗの中心部を通過する場合と、噴射口３０の開口幅方向Ｗの両端部を通過する場合とで、噴射口形成部２４の面により受ける摩擦が異なる。具体的には、図７に示すとおり、開口幅方向Ｗの中心部では内側開口３４から外側開口３２までの距離（厚みＴ１）が比較的大きいため、噴射口３０から噴射される噴射体は、噴射口形成部２４の面との摩擦により噴射圧の減衰率が高くなる。一方、開口幅方向Ｗの両端部では内側開口３４から外側開口３２までの距離（厚みＴ２）が比較的小さいため、噴射口３０から噴射される噴射体は、噴射口形成部２４の面との摩擦により噴射圧の減衰率が低くなる。

これにより、ノズル２０は、噴射口３０の開口幅方向Ｗにおいて、両端部の噴射圧を高く維持して、中心部の噴射圧を低減させる。その結果、ノズル２０は、噴射範囲Ｒ１において、噴射圧が高くなる傾向にある中心部の噴射圧を抑え、噴射範囲Ｒ１において略均一な噴射圧とすることができる。

また、上述のとおり、ノズル２０は、１８０度の角度を超えない噴射角度θ１において噴射体を噴射可能とされている（図６参照）。さらに、ノズル２０は、外側開口３２が略１８０度の角度をなす開口角度θ２とされている。言い換えれば、ノズル２０は、噴射角度θ１を超える開口角度θ２を形成するように外側開口３２が形成されている。

これにより、ノズル２０は、噴射体を噴射口３０から噴射させた際に、外側開口３２の両端近傍でエアの巻き込みを発生させる（図８参照）。また、外側開口３２の近傍でエアの巻き込みが発生すると、噴射された噴射体が層流化しやすい傾向にある。これにより、図９（ａ）に示すとおり、ノズル２０は、噴射された噴射体に乱流が発生する（図９（ｂ）参照）ことを抑制し、噴射範囲Ｒ１が上下方向に広がって噴出圧が分散することを抑制することができる。

＜第二実施形態＞
続いて、本発明の第二実施形態に係るノズル１２０について説明する。図１１に示すとおり、ノズル１２０は、ノズル本体２２、及び噴射口形成部１２４を有している。なお、ノズル本体２２は、第一実施形態に係るノズル２０のノズル本体２２と同様の構成とされている。そのため、以下の説明では、噴射口形成部１２４について説明する。

噴射口形成部１２４は、噴射体を噴射させる噴射口１３０を形成するために設けられている。噴射口形成部１２４は、ノズル１２０において軸線方向Ｘの先端に設けられている。

図１１に示すとおり、噴射口形成部１２４は、軸線方向Ｘの先端側（外側）の先端面１２４ａと、先端面１２４ａの裏面をなす内壁面１２４ｂの双方が、軸線方向Ｘの先端に向けて膨出する形状とされている。また、先端面１２４ａは直径Ｄ１の半球状の形状とされ、内壁面１２４ｂは、直径Ｄ３の半球状の形状とされている。

より具体的には、先端面１２４ａは、ノズル１２０を噴射口形成部１２４とノズル本体２２とに分断したと仮定した場合の境目Ｍを境界として軸線方向Ｘに膨出する半球状の形状とされている。また、内壁面１２４ｂは、先端面１２４ａをなす球面の中心よりもノズル本体２２の基端側に外れた位置にある点Ｐ’を中心とする半球状の形状とされている。

噴射口１３０は、噴射体を噴射させる貫通孔として、噴射口形成部１２４に形成されている。図１０に示すとおり、噴射口１３０は、ノズル１２０の外側であって先端面１２４ａに形成される外側開口１３２と、ノズル１２０の内面であって内壁面１２４ｂに形成される内側開口１３４とを備える貫通孔として形成されている。

図１０に示すとおり、外側開口１３２は、軸線方向Ｘと交差する開口幅方向Ｗに延びる細長の形状とされている。また、外側開口１３２は、先端面２４ａがなす半球面における周方向全域に亘り形成されている。内側開口１３４は、軸線方向Ｘと交差する開口幅方向Ｗに延びる細長の形状とされている。内側開口１３４は、内壁面１２４ｂがなす球面の一部を横断するように形成されている。

図１２に示すとおり、噴射口形成部１２４は、先端面１２４ａと内壁面１２４ｂとの間に、所定の厚みを有する。噴射口形成部１２４は、外側開口１３２から内側開口１３４までの厚みは、開口幅方向Ｗの各部において異なるものとされている。

具体的には、図１２に示すとおり、噴射口形成部１２４の厚みは、開口幅方向Ｗにおける両端部の厚みＴ’２が、開口幅方向Ｗにおける中心部の厚みＴ’１よりも小さい（Ｔ’２＜Ｔ’１）。別の言い方をすれば、噴射口１３０を取り囲む面は、基準点Ｐから開口幅方向Ｗの中心部では内側開口１３４から外側開口１３２までの距離が大きく、開口幅方向Ｗの両端部では内側開口１３４から外側開口１３２までの距離が比較的小さい。

そのため、噴射口１３０から噴射される噴射体の噴射圧は、噴射口１３０の開口幅方向Ｗの中心部を通過する場合と、噴射口１３０の開口幅方向Ｗの両端部を通過する場合とで、噴射口形成部１２４の面により受ける摩擦が異なる。具体的には、開口幅方向Ｗの中心部では内側開口１３４から外側開口１３２までの距離（厚みＴ’１）が比較的大きいため、噴射口１３０から噴射される噴射体は、噴射口形成部１２４の面との摩擦により噴射圧が減衰される程度が高くなる。一方、開口幅方向Ｗの両端部では内側開口１３４から外側開口１３２までの距離（厚みＴ’２）が比較的小さいため、噴射口１３０から噴射される噴射体は、噴射口形成部１２４の面との摩擦により噴射圧が減衰される程度が低くなる。

これにより、ノズル１２０は、噴射口１３０の開口幅方向Ｗにおいて、両端部の噴射圧を高く維持して、中心部の噴射圧を低減させる。その結果、ノズル１２０は、噴射圧が高くなる傾向にある中心部の噴射圧を抑え、噴射範囲Ｒ１において略均一な噴射圧とすることができる。

以上、本発明の実施形態に係るノズルについて説明したが、本発明のノズルは上述の実施形態に限定されない。

例えば、上述の実施形態では、噴射口形成部の先端面を球面の一部により形成されるものとし、噴射口形成部の内壁面を球面の一部により形成されるもの又は円錐状の形状を有するものとした例を示したが、先端面及び内壁面の形状は、上記Ｔ１（Ｔ’１）とＴ２（Ｔ’２）の関係を満たす限り、いかなるものであってもよい。例えば、先端面を台形の形状として膨出させてもよい。

また、上述の実施形態では、噴射口の開口角度を略１８０度を形成するものとした例を示したが、本発明のノズルはこれに限定されない。例えば、噴射口の開口角度は、１８０度よりも小さいものであってもよい。

また、上述の実施形態では、段差部２６が存在するが、ノズル本体２２の内周面２２ｂの直径Ｄ２と、噴射口形成部２４の内壁面２４ｂ（又は噴射口形成部１２４の内壁面１２４ｂ）の直径Ｄ３とを同一にして段差部２６を無くしたものとしてもよい。

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表面の洗浄等を行うドライアイス噴射装置に好適に採用することができる。

１ ドライアイス噴射装置
２０，１２０ ノズル
２２ ノズル本体
２４，１２４ 噴射口形成部
２４ａ，１２４ａ 先端面
２４ｂ，１２４ｂ 内壁面
３０，１３０ 噴射口
３２，１３２ 外側開口
３４，１３４ 内側開口
Ｌ 軸線
Ｔ１，Ｔ’１ 厚み（経路長）
Ｔ２，Ｔ’２ 厚み（経路長）
Ｗ 開口幅方向
Ｘ 軸線方向
θ１ 噴射角度
θ２ 開口角度

Claims (3)

1. ドライアイス粒子をキャリアガスに合流させた噴射体を対象物に向けて噴射するドライアイス噴射用のノズルを備えるドライアイス噴射装置であって、
   前記ノズルは、
   所定の軸線方向に延びる筒状のノズル本体を有し、
   前記ノズル本体の軸線方向一端側に設けられた噴射口形成部に、前記噴射体を噴射する噴射口が形成されており、
   前記噴射口が、
   前記ノズルの外側において前記軸線方向と交差する開口幅方向に延びるように形成された外側開口と、
   前記ノズルの内側に形成される内側開口とを有し、
   前記外側開口と前記内側開口とをつなぐ貫通孔として形成されており、
   前記ノズル本体の内側において前記軸線上に規定された基準点Ｐを起点として前記内側開口を経て前記外側開口に至る経路において、前記内側開口から前記外側開口に至る部分の経路長が、前記軸線位置における経路長よりも前記噴射口の前記開口幅方向両端側における経路長の方が小さく、
   前記噴射口形成部の裏面をなす内壁面が、前記軸線方向に膨出する円錐状である、
   ことを特徴とするドライアイス噴射装置。
2. 請求項１に記載のドライアイス噴射装置において、
   前記内側開口が、基準点Ｐを中心として角度θ１の開口範囲に亘って開口しており、
   前記外側開口が、前記内側開口の開口範囲を含み、前記角度θ１よりも大きい角度θ２の開口範囲に亘って開口している、
   ことを特徴とするドライアイス噴射装置。
3. 請求項１又は２に記載のドライアイス噴射装置であって、
   噴射装置本体と、液化二酸化炭素供給部と、キャリアガス供給部と、を備え、
   前記噴射装置本体は、前記ノズルと、ドライアイス生成管と、合流部材と、を含み、
   前記ドライアイス生成管は、その内部が、前記液化二酸化炭素供給部から供給される液化二酸化炭素が断熱膨張してドライアイス粒子を形成する膨張空間として機能し、
   前記合流部材は、内部に前記ドライアイス生成管が設けられ、該ドライアイス生成管から流出するドライアイス粒子と、前記キャリアガス供給部から供給されるキャリアガスとを合流する合流空間を有し、
   前記ドライアイス生成管から流出するドライアイス粒子は、前記ドライアイス生成管の周囲から前記噴射口に向かって流れるキャリアガスの流れに乗って前記噴射口から噴射される、
   ことを特徴とするドライアイス噴射装置。
   

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