JPH01155168A

JPH01155168A - 超微細凍結粒子の生成装置

Info

Publication number: JPH01155168A
Application number: JP31366787A
Authority: JP
Inventors: Masuta Tada; 多田　益太; Hayaaki Fukumoto; 福本　隼明; Toshiaki Omori; 大森　寿朗
Original assignee: Taiyo Sanso Co Ltd; Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Taiyo Sanso Co Ltd; Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1987-12-11
Filing date: 1987-12-11
Publication date: 1989-06-19
Anticipated expiration: 2011-01-10
Also published as: JPH081345B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明はブラスト、クリーニング等の表面処理用の砥
粒、研摩材等として用いられる極微細な氷粒等の凍結粒
子を生成し、物質の被処理面に噴射するための超微細凍
結粒子の生成装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来から、ブラスト、クリーニング等の表面処理用の砥
粒、研摩材等として用いられる微細凍結粒子の生成装置
として種々の構造のものが提案されているが、一般的に
は、第４図に示すように、凍結粒子生成容器１１１の下
部に液体窒素等の冷媒１１２を収容するとともに、凍結
粒子生成容器１１１の上部に、水等の被凍結液を供給す
る供給管１１３及び噴霧用のガス導入管１１４とを接続
した噴霧器１１５を配設し、被凍結液をガス導入管１１
４から導入した噴霧用ガスと混合した状態で噴霧器１１
５から冷媒１１２の液面に向けて噴霧することにより、
微粒子化された被凍結液すなわち微粒液１１６ａを冷媒
１１２との熱交換により凍結させて微細な凍結粒子１１
６ｂを生成させた後、スクリューコンベア等の搬送手段
１２０により回収容器］１７へ移送し、この凍結粒子１
１６ｂを噴射ガス１１８とともに噴射ノズル１１つより
非処理物１２１の表面に噴射するように構成している。

第５図は、このようにして生成された凍結粒子の状態を
示す顕微鏡写真であり、この閣微鏡写真から粒径が不均
一で平均して略１００　／１１であることが確認された
。

〔発明が解決しようとする問題点〕

以上のように構成された従来の微細凍結粒子の生成装置
では、噴霧ガスによる噴霧作用によって微粒液１１６ａ
を生成しているので、その微粒液１１６ａの粒子の微小
化には限界があり、せいぜい２０μ鎮程度の粒径の凍結
粒子を生成し得るに過ぎなかった。ところが、特に近年
、ｉｌｉ　微細化した凍結粒子を被処理物の表面に噴射
することにより、従来では困難とされていた各種の物音
表面に付着する微細な異物、塵埃、破砕片、パリ笠の除
去や、特に華奢な物品、精密加工を要する物品或は微細
な凹凸を有する物品等のクリーニング、ブラスト処理等
も良好に行いうる可能性がひらけてきた。このため、粒
径が数μｍ程度以下の超微細凍結粒子の生成が強く要請
されるようになってきたが、上記したような従来装置で
はこのような要請に応えることができなかった。

また、被凍結液を噴霧器１】５により噴霧して凍結粒子
を生成した場合、その粒径分布はバラツキが大きいため
、クリーニングやブラスト等の効果にもバラツキがでる
ことになり、特に、華奢な物品や精密加工を要する物品
に対しては、凍結粒子を噴射した際に、粒径が比較的大
きな粒子により被処理面が損傷される等の悪影響を及ぼ
す恐れがあった。

この発明は上記のような問題点を解決するためになされ
たもので、被凍結液を略均−の粒径で超微粒化して凍結
させて、均一な超微細凍結粒子を得ることができるとと
もに、その超微細凍結粒子を被処理面に効果的に噴射す
ることのできる、超微細凍結粒子の生成装置を提供する
ことを目的とするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係る超微細凍結粒子の生成装置は、被凍結液
の蒸気を発生させる蒸気発生手段と、前記蒸気発生手段
から供給される被凍結液の蒸気を冷媒との熱交換により
凍結させて超微細凍結粒子を生成する冷却手段とから構
成される。

〔作用〕

この発明における超微細凍結粒子の生成装置は、蒸気発
生手段により発生された被凍結液の蒸気を冷媒と熱交換
することによって、被凍結液から略均−な粒径を有する
超微細な凍結粒子を生成させて、この超微細凍結粒子を
被処理物に噴射することによって、華奢な物品、精密加
工を要する物品、或は微細な凹凸を有する物品の表面に
、損傷を与えることなく均−且つ効果的にクリーニング
やブラスト処理等を施すことができる。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図面を参照して説明する。

第１図には、この発明による超微細凍結粒子の生成装置
の一実施例が概略的に示されている。この図において、
超微細凍結粒子の生成装置は、被凍結液の蒸気を発生さ
せる蒸気発生手段Ｖと、その蒸気発生手段Ｖから供給さ
れる被凍結液の蒸気を冷媒との熱交換により凍結させて
超ＩＲＩｔｌｌｌ凍結粒子を生成する冷却手段Ｃとから
構成される。また、冷却手段Ｃには、該冷却手段Ｃで生
成された超微細凍結粒子を被処理物に向けて噴射する噴
射弁等の噴射手段Ｉが接続されている。

蒸気発生手段Ｖは、被凍結液１を収容する密閉容器２と
、その密閉容器２内の被凍結液１を加熱して蒸気を発生
させる加熱手段３とからなり、加熱手段３は、例えば密
閉容器２の近傍、図示例では底部に配置されたヒーター
である。また、密閉容器２の被凍結液１の上方には、蒸
気の温度及び圧力を測定する温度計２ａ及び圧力計２ｂ
がそれぞれ設けられている。密閉容器２内の飽和蒸気量
は密閉容器２の内部圧力及び温度に依存するので、温度
計２８及び圧力計２ｂの指示値によりヒーター３の出力
を制御して飽和蒸気量を調節する。

冷却手段Ｃは一端を蒸気発生手段■の上部に接続される
とともに、他端を噴射手段Ｉに接続された漏斗状の冷却
容器５と、その冷却容器５内に冷媒を供給する冷媒供給
手段６とからなり、冷媒供給手段６から冷却容器５へ供
給される冷媒は、例えば液体成分と気体成分の混合物で
ある。このような冷媒の一例としては、液体窒素と気体
窒素の混合物が挙げられる。また、冷却容器５にはその
内部の圧力を測定するための圧力計７が接続されている
。

蒸気発生手段Ｖと冷却手段Ｃとの間には、該蒸気発生手
段■から冷却手段Ｃへ供給される被凍結液１の蒸気の圧
力を制御する蒸気圧制御手段Ｐが介装されており、この
蒸気圧制御手段Ｐは蒸気発生手段■から冷却手段Ｃへ供
給される被凍結液１の蒸気の流量を制御する流量制御手
段８と、蒸気発生手段■から冷却手段Ｃへ供給される被
凍結液１の蒸気の温度を制御する温度制御手段９とを有
する。

流量制御手段８は例えば流量制御弁からなり、その流量
制御弁の流入口は密閉容器２の上部に接続され、またそ
の流出口は截頭円錐形状のリヂューサ１０を介して冷却
容器５に接続されており、リデューサ１０の内径は流量
制御弁８側から冷却容器５へ向かって次第に縮小し密閉
容器２と冷却容器５との間の圧力差を維持しうるように
なっている。従って、リデューサ１０の最小内径を適当
に設定することにより密閉容器２から冷却容器５へ流れ
る蒸気の最大流量を規制することができとともに、流量
制御弁８の開度を適当に調節することによって、密閉容
器２から冷却容器５へ流れる蒸気の流量を可変に制御す
ることができ、これによって該蒸気の圧力を調節するこ
とができる。

また、温度制御手段９は流量制御弁８及びリデューサ１
０の近傍に配置されたヒーター１１からなり、このヒー
ター１１の加熱により流量制御弁８やリデューサ１０を
通過する蒸気の凝結を防止するとともに、流量制御弁８
を通過する蒸気を適当に加熱して該蒸気の温度を制御す
ることにより、その圧力を調節することもできる。この
ように、密閉容器２から冷却容器５へ供給される蒸気の
圧力を調節するには、蒸気の流星及び温度のうち少なく
ともいずれか一方を調節すればよいので、場合によって
は、流量制御手段８及び温度制御手段９のいずれか一方
を省略してもよい。

尚、符号１１は噴射手段■により超微細凍結粒子を噴射
される物品すなわち被処理物である。

次に、この実施例の作用について説明する。

まず、加熱手段３を作動させて密閉容器２内の被凍結液
１を加熱して蒸発させ、温度計２ａ及び圧力計２ｂによ
り該蒸気の温度及び圧力を測定しながらそれら温度計２
ａＥｔ、び圧力計２ｂの指示値が適当な値になるまで、
すなわち密閉容器２内の蒸気圧が適当な値になるまで被
凍結液１を加熱する。

密閉容器２内の蒸気圧が適当な値となったところで、流
量制御弁８を開くとともに、温度制御手段９を作動させ
て流量制御弁８及びリデューサ１０を適当な温度に暖め
る。流量制御弁８の開放により密閉容器２内の被凍結液
１の蒸気が流量制御弁８及びリデューサ１０を通って冷
却容器５に流入し、そこで冷媒供給手段６から供給され
る冷媒により急速に冷却されて凍結粒子となる。この凍
結粒子の粒径は冷却速度すなわち凝結速度に依存し、急
速に冷却を行うほど超微細な凍結粒子が得られる。第２
図には、凍結粒子の粒径と冷却速度との関係について本
発明装置を用いて行った実験結果が示されており、この
ことからも上記事実、すなわち凍結粒子の粒径は冷却容
器５の内部温度に依存することが、裏付けられる。また
、凍結粒子の粒径は冷却容器５内への蒸気の噴射速度と
噴射量、すなわち噴射圧力にも依存しており、従って、
流量制御弁８の開度や加熱手段３及び温度制御手段９の
出力を適当に制御することによって、密閉容器２から冷
却容器５への蒸気の噴射圧力を調節して凍結粒子の粒径
を変えることができる。蒸気の冷却のため、本実施例で
は、液体窒素と気体窒素とを混合してガス化させたもの
を冷媒として使用した。

冷却容器５中で凍結した超微細粒子は噴射弁■から冷媒
と同時に、クリーニングやプラスト処理を施すべき被処
理物１１の表面に噴射される。ここで、被処理物１１の
表面に噴射される超微細凍結粒子の噴射圧力は、冷媒を
ガス化する際に使用する気体成分、すなわち本実施例で
は気体窒素の供給量と噴射弁■の開度とによって決まる
。但し、密閉容器２内の被凍結液１の蒸気の冷却容器５
への供給は、密閉容器２と冷却容器５との間の差圧によ
り行うため、噴射弁■からの噴射圧力を上げる場合には
、密閉容器２内の蒸気圧力を十分に上げておくことが望
ましい。また、密閉容器２内の圧力は被凍結液１の蒸気
圧によって決まるため、例えば、被凍結液１が水の場合
には、流量制御弁８を閉じると、密閉容器２内の蒸気は
温度１９０℃で約１３Ｋｇ／ａｍ２の蒸気圧を持つため
、冷却容器５内の圧力すなわち噴射弁■の噴射圧へ力は
５〜８Ｋ　ｇ／　ｃｎ＋２程度までは十分に取ることが
できる。

また、蒸気圧が低い被凍結液の場合には、流量制御弁８
の開度及びリデューサ１０の吐出口径すなわち最小内径
を大きくすれば密閉容器２内の蒸気圧が低下して噴射圧
力が低下してしまうし、一方流量制御弁８の開度及びリ
デューサ１′Ｏの吐出口径を小さくすれば密閉容器２内
の蒸気圧を高くすることができるが、冷却容器５に供給
される蒸気量が減少して十分な量の凍結粒子が得られな
いので、この場合にも噴射圧力は低下する。そこで、こ
のような場合には、密閉容器２を複数個設けて、それら
の各密閉容器２の流量制御弁８の開度及びリデューサ１
０の吐出口径を小さくすれば、各密閉容器２内の蒸気圧
をある程度高い値に保持しながら、冷却容器５に供給さ
れる蒸気量を増大させることができるので、噴射圧力を
大きくすることができる。

本実施例において、被凍結液１として水を使用し、冷却
容器５の内部温度を一１００℃に設定した条件で、約１
〜２μｍの均一な粒径の氷の超微細粒子を得ることがで
きた。第３図はこの結果を閉微鏡写真で示している。こ
の第３図と、第４図の従来装置により生成された氷粒子
の顕微鏡写真を示す第５図とを比較すると、本発明装置
と従来装置とにより生成された氷粒子の粒径の相違が一
見して明らかである。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、被凍結液の蒸気を発
生させ、この蒸気を冷媒中に噴射することにより冷媒と
の熱交換により凍結させて超微細凍結粒子を生成させる
ように構成したので、凍結粒子を略均−の粒径で超微細
化することができる。

また、蒸気の冷却速度を適当に制御することにより凍結
粒子の粒径を、０，１ないし１０μＩ程度の範囲で簡単
に変えることができる。しがち、冷媒は被凍結液と熱交
換した後、超微細凍結粒子の噴射キャリアとして作用し
、すなわち噴射ガスとして利用されるので、冷媒のロス
が少なくなるばかりでなく、冷却手段と噴射手段との構
成を著しく簡略化することができ、装置全体をコンパク
トにまとめて小型化し得る効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る超微細凍結粒子の生成装置の一実
施例を示す概略図、第２図は本発明装置により実験した
結果を示す、凍結粒子径と冷却温度の関係を表すグラフ
、第３図は本発明装置により生成された超微細凍結粒子
の顕微鏡写真、第４図は従来装置を示す概略図、第５図
は従来装置により生成された凍結粒子の顕微鏡写真であ
る。（１）は被凍結液、（２）は密閉容器、（３）は加熱手
段、（５）は冷却容器、（６）は冷媒供給手段、（８）
は流量制御弁、（９）は温度制御手段、（１０）はリヂ
ューサ、（１１）は被処理物、（Ｃ）は冷却手段、（Ｉ
＞は噴射手段、（Ｐ）は蒸気圧制御手段、（Ｖ）は蒸気
発生手段である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）被凍結液の蒸気を発生させる蒸気発生手段と、前
記蒸気発生手段から供給される被凍結液の蒸気を冷媒と
の熱交換により凍結させて超微細凍結粒子を生成する冷
却手段とからなる超微細凍結粒子の生成装置。
（２）前記蒸気発生手段と冷却手段との間に介在され、
該蒸気発生手段から冷却手段へ供給される被冷凍液の蒸
気の圧力を制御する蒸気圧制御手段を有する、特許請求
の範囲第１項記載の超微細凍結粒子の生成装置。
（３）前記蒸気圧力制御手段は、前記蒸気発生手段から
冷却手段へ供給される被冷凍液の蒸気の流量を制御する
流量制御手段からなる、特許請求の範囲第２項記載の超
微細凍結粒子の生成装置。
（４）前記蒸気圧力制御手段は、前記蒸気発生手段から
冷却手段へ供給される被冷凍液の蒸気の温度を制御する
温度制御手段からなる、特許請求の範囲第２項記載の超
微細凍結粒子の生成装置。
（５）前記蒸気圧力制御手段は、前記蒸気発生手段から
冷却手段へ供給される被冷凍液の蒸気の流量を制御する
流量制御手段と、前記蒸気発生手段から冷却手段へ供給
される被冷凍液の蒸気の温度を制御する温度制御手段と
からなる、特許請求の範囲第２項記載の超微細凍結粒子
の生成装置。
（６）前記流量制御手段は流量制御弁である、特許請求
の範囲第３項または第５項記載の超微細凍結粒子の生成
装置。
（７）前記流量制御弁の流入口は前記蒸気発生手段に接
続され、その流出口はリヂューサを介して前記冷却手段
に接続される、特許請求の範囲第６項記載の超微細凍結
粒子の生成装置。
（８）前記温度制御手段はヒーターである、特許請求の
範囲第４項または第５項記載の超微細凍結粒子の生成装
置。
（９）前記ヒーターは前記流量制御手段の近傍に配設さ
れる、特許請求の範囲第８項記載の超微細凍結粒子の生
成装置。
（１０）前記蒸気発生手段は、前記被凍結液を収容する
密閉容器と、その密閉容器内の被凍結液を加熱して蒸気
を発生させる加熱手段とからなる、特許請求の範囲第１
項記載の超微細凍結粒子の生成装置。
（１１）前記加熱手段は前記密閉容器の近傍に配置され
たヒーターである、特許請求の範囲第１０項記載の超微
細凍結粒子の生成装置。
（１２）前記冷却手段は前記蒸気発生手段及び噴射手段
に接続された冷却容器と、その冷却容器内に冷媒を供給
する冷媒供給手段とからなる、特許請求の範囲第１項記
載の超微細凍結粒子の生成装置。
（１３）前記冷媒供給手段から冷却容器へ供給される冷
媒は、液体成分と気体成分の混合物である、特許請求の
範囲第９項記載の超微細凍結粒子の生成装置。
（１４）前記冷媒供給手段から冷却容器へ供給される冷
媒は、液体窒素と気体窒素との混合物である、特許請求
の範囲第１３項記載の超微細凍結粒子の生成装置。
（１５）前記超微細凍結粒子の粒径は０．１ないし１０
μｍである、特許請求の範囲第１項記載の超微細凍結粒
子の生成装置。
（１６）前記超微細凍結粒子の粒径は０．１ないし１０
μｍの範囲で可変に制御しうる、特許請求の範囲第１項
記載の超微細凍結粒子の生成装置。
（１７）前記超微細凍結粒子は、前記冷媒供給手段によ
り供給される冷媒の排ガスの噴流により前記噴射手段か
ら噴射される、特許請求の範囲第９項記載の超微細凍結
粒子の生成装置。
（１８）前記冷却手段に、該冷却手段で生成された超微
細凍結粒子を被処理物に向けて噴射する噴射手段を接続
した、特許請求の範囲第１項記載の超微細凍結粒子の生
成装置。
（１９）前記噴射手段は噴射弁である、特許請求の範囲
第１８項記載の超微細凍結粒子の生成装置。