JPH0757471B2 - 凍結粒噴射装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 近時、例えば被処理物体の表面に付着した異物，塵芥，
破砕片，バリ等を、被処理物体に氷粒等の微細な凍結粒
を噴射することによって除去することが行われている
が、本発明は、このように氷粒等の微細な凍結粒を砥
粒，研磨材等として用いるブラスティング，クリーニン
グ等の表面処理を行うための凍結粒噴射装置に関するも
のである。

（従来の技術） 一般に、この種の凍結粒噴射装置にあっては、凍結粒製
造容器に収容した液体窒素等の冷媒に水等の被凍結原料
を噴霧することによって微細な凍結粒を得た上、冷媒中
に沈降堆積する凍結粒を、スクリューコンベア等によっ
て冷媒中から取出して、一旦貯蔵容器に貯蔵し、この貯
蔵凍結粒を容器外に設置したブラストガン等の噴射機器
に移送して該噴射機器から被処理物体の表面に噴射する
ように構成されているのが普通である。

（発明が解決しようとする問題点） ところが、このような従来装置では、凍結粒の噴射機器
への移送経路において、製造容器外に取出した凍結粒が
噴射機器に供給される前に温度上昇して融解する虞れが
ある。このような事態が発生すると、凍結粒の硬度が低
下したり、或は凍結粒同志が接触圧力も加わった局部融
解及び接触後の凍結により融着して巨大化するとになっ
て、凍結粒の品質が不均一となり、その結果、凍結粒が
移送管内を閉塞して噴射機器への供給が円滑に行われ得
なくなるばかりか、良好なブラスティング又クリーニン
グ効果が期待し難くなる。しかも、このような凍結粒の
融解現象は容器外に配管される移送管が長くなる程顕著
になることから、どうしても噴射機器の設置位置を凍結
粒製造容器の近傍範囲に限定しておかざるを得ない。

本発明は、噴射機器の設置位置に拘らず、製造された凍
結粒をその品質を均一に維持しながら効率良く噴射機器
に供給し得て、ブラスティング，クリーニング等の表面
処理を効果的に行いうる凍結粒噴射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） 本発明の凍結粒噴射装置は、凍結粒製造容器内に冷媒蒸
発ガス等の低温ガスを発生又は供給すると共に被凍結原
料を噴霧することによって、微細な凍結粒を得る凍結粒
製造手段と、凍結粒を凍結粒製造容器から該容器外の噴
射機器に凍結粒移送管を介して移送する凍結粒移送手段
と、凍結粒を前記噴射機器から被処理物体に噴射する凍
結粒噴射手段と、凍結粒移送管内を移送される凍結粒
を、凍結粒製造容器から排出される排出冷気の一部又は
全部を若しくは凍結粒の製造に使用する低温ガス又は冷
媒の一部を凍結粒移送管内又は該移送管の外面囲繞領域
に導くことによって冷却する凍結粒冷却手段と、凍結粒
移送管内における移送終端部での温度又は噴射機器にお
ける凍結粒供給部での温度を検出して、この検出温度に
基づいて前記凍結粒冷却手段による凍結粒移送管内又は
該移送管の外面囲繞領域への排出冷気若しくは低温ガス
又は冷媒の導入量を増減制御する冷却温度制御手段とか
らなるものである。

（作用） 凍結粒製造容器内に冷媒蒸発ガス等の低温ガスを発生又
は供給した上、被凍結原料を噴霧すると、被凍結原料の
噴霧粒子は低温ガスと熱交換して凍結し、微細な凍結粒
が得られる。

製造された凍結粒は、凍結粒移送手段により、凍結粒製
造容器から凍結粒移送管を介して噴射機器に移送され
る。移送管内を移送される間において、凍結粒は、凍結
粒移送管内又は該移送管の外面囲繞領域に導かれた排出
冷気等によって冷却される。このとき、凍結粒移送管内
又は該移送管の外面囲繞領域への排出冷気等の導入量が
移送管内における移送終端部での温度又は噴射機器にお
ける凍結粒供給部での温度に基づいて制御されることか
ら、凍結粒は予め設定した一定温度以下に維持された状
態で移送管内を噴射機器へと移送されることになり、凍
結粒製造容器から噴射機器に移送される間において、凍
結粒の硬度が低下したり、凍結粒同志が融着して巨大化
するようなことがない。したがって、噴射機器には均一
品質のつまり硬度及び粒径が均一の凍結粒が供給される
ことになり、しかも移送管が凍結粒によって詰まって閉
塞されたり、閉塞しないまでも凍結粒の円滑な移送が妨
げられたりするようなことがなく、凍結粒の噴射機器へ
の移送が効率良く行われることになる。

そして、凍結粒は噴射機器から被処理物体に噴射され、
被処理物体の表面処理を行う。このとき、噴射機器には
上記した如く硬度，粒径の均一な凍結粒が供給されるこ
とから、かかる均一品質の凍結粒の噴射によって、被処
理物体の表面処理が効果的に行われることになる。

（実施例） 以下、本発明の構成を第１図〜第３図に示す各実施例に
基づいて具体的に説明する。

第１図は本発明に拘る凍結粒噴射装置の第１実施例を示
したもので、第１図において、１は凍結粒製造手段、２
は凍結粒移送手段、３は凍結粒噴射手段、４は凍結粒冷
却手段、５は冷却温度制御手段である。

凍結粒製造手段１は、断熱密閉容器たる凍結粒製造容器
６の上部に、排気管７を連通接続すると共に被凍結原料
供給管９及び噴霧ガス導入管10を接続した噴霧器８を設
け、また容器６の下部に金網等からなる網状体11を傾斜
状に張設して、容器６内を上下二室6a,6bに区画し、更
にその下室つまり冷媒蒸発部6bに、冷媒供給管13及び冷
媒蒸発促進ガス注入管14を接続した上面開放の冷媒収容
タンク12を配置してなる。噴霧器８は、供給管９から供
給した水等の被凍結原料を導入管10から導入した窒素ガ
ス，空気等の噴霧ガスによって容器６内に下方向に霧状
に噴出させるように構成してある。この凍結粒製造手段
１によれば、冷媒供給管13からタンク12に液体窒素等の
冷媒15を所定量供給した上、タンク12に収容した冷媒15
中に乾燥空気，窒素ガス，アルゴンガス等の冷媒蒸発促
進ガスを注入することによって、冷媒蒸発部6bにおいて
冷媒蒸発ガス15aを発生させることができ、冷媒蒸発ガ
ス15aの発生後、噴霧器８から被凍結原料を噴霧する
と、容器６の上室6a内において、被凍結原料の噴霧粒子
16aが冷媒蒸発ガス15aと熱交換して凍結し、微細な凍結
粒16bを得ることができるようになっている。すなわ
ち、冷媒蒸発ガス15aは、冷媒蒸発部6bから網状体11を
通過して上室6aに至り、上室6a内を噴霧粒子16aと逐次
熱交換することにより生じる密度差によって徐々に上昇
する。そして、噴霧粒子16aとの熱交換を終えた冷媒蒸
発ガス15a（以下「排出冷気」という）は、排気管７か
ら容器６外に排出される。一方、噴霧粒子16aは、上室6
a内を自然落下し、この間において上昇してくる冷媒蒸
発ガス15aと熱交換して凍結し、その凍結粒16bは網状体
11上に落下到達する。そして網状体11上に到達した凍結
粒16bは、網状体11が下り傾斜していることと冷媒蒸発
ガス15aが網状体11を上方に通過することとから、網状
体11上をその傾斜に沿って流動若しくは滑動して、網状
体11の最下部に集合し、後述する回収ホッパー17に回収
される。

凍結粒移送手段２は、前記網状体11上を流動若しくは滑
動して集合する凍結粒16bを回収するための凍結粒回収
部たる回収ホッパー17を、網状体11の最下部に垂下状に
連設すると共に、この回収ホッパー17に容器６外に導い
た凍結粒移送管18を接続してなり、また凍結粒噴射手段
３は、容器６外の適所に配置したブラストガン等の噴射
機器19にドライブガス導入管20及び前記移送管18を接続
してなる。両手段2,3によれば、適宜に加圧した空気，
窒素ガス等のドライブガスを導入管20から噴射機器19に
導入すると、これにより噴射機器19内が負圧状態となる
ことによって、つまり一種のベンチュリ効果によって、
回収ホッパー17内の凍結粒16bが移送管18内を吸引移送
されて噴射機器19の凍結粒供給部19aに供給され、この
噴射機器19からドライブガスと共に被処理物体21に噴射
せしめられるようになっている。

凍結粒冷却手段４は、前記排気管７を冷気排出管22と排
出冷気導入管23とに分岐し、この導入管23の中間部分で
ある冷却作用部23aを前記移送管18の容器外部分に巻き
付けてなる。この凍結粒冷却手段４によれば、容器６か
ら排気管７に排出された排出冷気を排出冷気導入管23を
介して移送管18の外面囲繞領域である導入管23の冷却作
用部23に導いて、移送管18内の凍結粒16bを冷却ないし
保冷するようになっている。なお、前記冷却作用部23a
を移送管18が挿通する大径管に構成して、冷却作用部23
aと移送管18との間に冷媒ガス15aを導くようにしておい
てもよい。

冷却温度制御手段５は、前記冷気排出管22及び排出冷気
導入管23に夫々第１及び第２流量調整弁24,25を介設す
ると共に、前記移送管18内における移送始端部での温度
（又は噴射機器19における凍結粒供給部19aでの温度）
を検出する温度検出器26及びその検出温度に基づいて前
記両弁24,25を開閉制御する制御器27を設けてなる。こ
の冷却温度制御手段５によれば、温度検出器26による検
出温度が予め設定した設定温度よりも高い場合には、第
１流量調整弁24を閉側に且つ第２流量調整弁25を開側に
制御して、導入管23の冷却作用部23aへの排出冷気の導
入量を増加し、また逆に前記検出温度が設定温度よりも
低い場合には、第１流量調整弁24を開側に且つ第２流量
調整弁25を閉側に制御して、排出冷気の導入量を制限す
ることによって、移送管内温度を前記設定温度に維持
し、移送管18内を移送される凍結粒16bの温度を一定温
度に保つようになっている。なお、前記設定温度は必要
とする凍結粒冷却温度が得られるように決定されるもの
であり、被凍結原料の種類，凍結粒16bの粒径，当該表
面処理において必要とする凍結粒16bの硬度等の諸条件
に応じて適宜に設定しておく。

このように第１実施例では、容器６から排出された排出
冷気を移送管18の外面囲繞領域に導くことによって移送
管18内の凍結粒16bを冷却するようにしたが、第２実施
例では、特に凍結粒冷却手段４の構成を変更して、凍結
粒16bの製造に使用する冷媒15の一部を移送管18の外面
囲繞領域に導くようにしている。

すなわち、第２図に示す如く、冷媒供給管13に冷媒導入
管28を分岐接続して、この導入管28を、その中間部分28
aを凍結粒移送管18の容器外部分に巻き付けた上で、冷
媒収容タンク12に接続すると共に、導入管28に排気管７
を接続してある。そして、制御器27により、排気管７及
び導入管28に夫々介設した流量調整弁24,29を温度検出
器26による検出温度に基づいて制御するようにしてあ
る。したがって、この実施例のものでは、排出冷気又は
これと冷媒との気液混合物を移送管18に巻装した導入管
部分28aに導くことによって、移送管18内の凍結粒16bを
冷却し、その冷却温度を、排気管７からの排出冷気導入
量及び導入管28からの冷媒導入量の調整によって制御す
るのである。なお、この実施例においては、容器６内の
圧力が上昇するのを避け該圧力を一定に保ち得るよう
に、圧力制御器30a及び放出口30bを取付けている。

また、第１及び第２実施例では、凍結粒回収ホッパー17
内の凍結粒16bを、噴射機器19にドライブガスを導入す
ることによるベンチュリ効果を利用して移送するように
したが、第３実施例では、主に凍結粒移送手段２及び凍
結粒冷却手段４を変更して、凍結粒16bを冷媒蒸発部6b
で発生する冷媒蒸発ガス15aの一部を用いて移送且つ冷
却するようにしてある。

すなわち、第３図に示す如く、冷媒供給管13に第１及び
第２分岐供給管31,32を分岐接続し、各分岐供給管31,32
を第１又は第２タンク33,34に接続してある。また、冷
媒蒸発促進ガス注入管14に第１、第２及び第３分岐注入
管35,36,37を分岐接続して、第１及び第２分岐注入管3
5,36を夫々第１及び第２タンク33,34に接続すると共
に、第３分岐注入管37を噴霧ガス導入管10に接続してあ
る。さらに、第１タンク33から導いた第１冷媒蒸発ガス
導入管38を移送管18の移送始端部に接続すると共に、第
２タンク34から導いた第２冷媒蒸発ガス導入管39を移送
管18の容器外部分に巻き付けた上で前記第３分岐注入管
37に接続し、且つこの第２冷媒蒸発ガス導入管39に排気
管７を接続してある。

したがって、この実施例の凍結粒移送手段２によれば、
第１タンク33で発生した冷媒蒸発ガスを第１冷媒蒸発ガ
ス導入管38から移送管18の移送始端部に導入することに
よって、回収ホッパー17内の凍結粒16bを噴射機器19へ
と移送しうる。また、この実施例の凍結粒冷却手段４に
よれば、上記した如く第１タンク33で発生した冷媒蒸発
ガスを移送管18内に導入すると共に、第２タンク34で発
生した冷媒蒸発ガスを、排気管７からの排出冷気と混合
して、第２冷媒ガス導入管39から移送管18の外面囲繞領
域に導くことによって、移送管18内の凍結粒16bを冷却
しうる。なお、凍結粒16bの冷却温度の調節は、排気管
７及び第２冷媒蒸発促進ガス注入管36に介設した流量調
整弁24,40を温度検出器26による検出温度に基づいて制
御器27により制御することによって、つまり排気管７か
らの排出冷気導入量及び第２冷媒蒸発促進ガス注入管36
からの冷媒蒸発促進ガス注入量したがって第２タンク34
での冷媒蒸発ガス発生量を制御することによって行う。
また、第３冷媒蒸発促進ガス注入管37に導かれた冷媒蒸
発促進ガス及び第２冷媒蒸発ガス導入管39を経過した冷
媒蒸発ガス又はこれと排出冷気との混合ガスを、噴霧器
８に導入する噴霧ガスの一部として利用して、噴霧ガス
導入管10からの噴霧ガス導入量を低減するようにしてい
る。さらに、容器６内の圧力が上昇するのを避け該圧力
を一定に保ち得るように、圧力制御器30a及び放出口30b
を取付けている。

ところで、上記各実施例の凍結粒噴射装置を用いて、凍
結粒16bの冷却温度（移送管18の移送終端部における凍
結粒温度）と凍結粒16bの性状（モース硬度，粒径分
布）及び移送管18内における凍結粒16bの移送状況との
関係を実験したところ、次のような結果が得られた。

この実験結果から、一般に凍結粒温度を−10℃以下に冷
却しておけば、凍結粒15bを良好な表面処理効果を期待
できる程度の硬度に保持しながら移送管18内を円滑に移
送できることが理解され、これに万全を期すためには、
凍結粒温度を−50℃以下に冷却しておけばよいことが判
る。

なお、前記各実施例においては、冷媒蒸発部6bにおいて
冷媒15中に冷媒蒸発促進ガスを注入することによって冷
媒蒸発ガス15aを発生させ、この冷媒蒸発ガス15aを凍結
粒製造用の低温ガスとして用いるようにしたが、凍結粒
16bの製造は、乾燥空気，窒素ガス，アルゴンガス等を
機械式冷凍機で冷却した上で容器６の下部例えば下室6b
に供給するようにしても好適に行うことができ、冷媒を
使用する場合に比して、製造時点での凍結粒温度は多少
高くなるものの、凍結粒製造に必要なエネルギ原単位を
低減できる。そして、このようにする場合においても、
容器６の下部に接続する低温ガス供給管に一又は複数の
低温ガス導入管を分岐接続して、各低温ガス導入管を移
送管18又は噴霧ガス導入管10に接続し、或は移送管18の
外面囲繞領域に導くことによって、前記各実施例におけ
ると同様の構成にしておくことができる。例えば、低温
ガス導入管を移送管18の移送始端部に接続して、凍結粒
を容器６に供給される低温ガスの一部でもって冷却且つ
移送するようにしておくことができる。また、低温ガス
導入管を凍結粒移送管の外面囲繞領域に導いて、容器６
に供給される低温ガスの一部でもって移送中の凍結粒15
bを冷却するようにしておくことができ、更にこの低温
ガス導入管に排気管７を接続して、凍結粒16bを低温ガ
スと排出冷気との混合ガスによって冷却するようにした
り、この低温ガス導入管を噴霧ガス導入管10に接続し
て、凍結粒冷却済の低温ガス又は混合ガスを噴霧ガスの
一部として利用するようにしておくことができる。

また、前記各実施例では、回収ホッパー17を容器６内に
おける凍結粒16bの落下領域に配設すると共に網状体11
を傾斜させて張設し、網状体11上に落下する凍結粒16b
をそれ自身の滑動若しくは活動によって回収ホッパー17
に回収するようにしたが、回収ホッパー17を前記落下領
域外に設けて、網状体11自身を前記落下領域と回収ホッ
パー17の設置領域とに亘って移動可能に構成（例えば、
メッシュベルトコンベア又は回転盤）しておくことによ
って、或は網状体11上を前記落下領域と前記設置領域と
に亘って摺動するスクレーパを設けておくことによっ
て、網状体11上に落下した凍結粒16bを強制的に回収ホ
ッパー17に回収するようにしてもよい。さらに、前記各
実施例の構成において、網状体11にバイブレータ等の装
置によって連続的若しくは間欠的に適度の振動，揺動又
は振盪力を付与して、凍結粒16bの回収ホッパー17への
流動若しくは滑動を促進させるようにしておいてもよ
い。

（発明の効果） 本発明の凍結粒噴射装置は、凍結粒製造容器と該容器外
の噴射機器とを連結する凍結粒移送管の内部又は外面囲
繞領域を排出冷気等により冷却して、移送管内の凍結粒
を冷却ないし保冷するようにしたものであるから、移送
経路の長さに拘らず、製造された凍結粒が噴射機器に移
送される間において融解したり移送管を閉塞したりする
ようなことがなく、凍結粒をブラスティング，クリーニ
ング等表面処理用の砥粒，研磨材等として好適な均一品
質に維持した状態で噴射機器に効率良く供給することが
でき、噴射機器からの凍結粒噴射による表面処理を効果
的に行うことができるものである。しかも、噴射機器の
設置位置を、これが容器の近傍範囲に限定されず、自由
に設定しておくことができると共に、凍結粒の冷却媒体
として容器から排出される排出冷気若しくは凍結粒の製
造に使用される低温ガス又は冷媒を利用していることか
ら、格別の冷却装置を設ける必要がなく、冷却に要する
費用も少なくて済むものであり、実用的価値極めて大な
るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る凍結粒噴射装置の第１実施例を示
す概略の縦断側面図、第２図は同装置の第２実施例を示
す概略の縦断側面図、第３図は同装置の第３実施例を示
す概略の縦断側面図である。 １……凍結粒製造手段、２……凍結粒移送手段、３……
凍結粒噴射手段、４……凍結粒冷却手段、５……冷却温
度制御手段、６……凍結粒製造容器、6b……冷媒蒸発
部、７……排気管、８……噴霧器、９……被凍結原料供
給管、10……噴霧ガス導入管、12……冷媒収容タンク、
13……冷媒供給管、14……冷媒蒸発促進ガス注入管、15
……冷媒、15a……冷媒蒸発ガス（低温ガス）、16a……
被凍結原料の噴霧粒子、16b……凍結粒、17……回収ホ
ッパー（凍結粒回収部）、18……凍結粒移送管、19……
噴射機器、19a……凍結粒供給部、20……ドライブガス
導入管、21……被処理物体、23……排出冷気導入管、2
4,25,29,40……流量調整弁、26……温度検出器、27……
制御器、28……冷媒導入管、38,39……低温ガス導入
管。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】凍結粒製造容器内に冷媒蒸発ガス等の低温
   ガスを発生又は供給すると共に被凍結原料を噴霧するこ
   とによって、微細な凍結粒を得る凍結粒製造手段と、凍
   結粒を凍結粒製造容器から該容器外の噴射機器に凍結粒
   移送管を介して移送する凍結粒移送手段と、凍結粒を前
   記噴射機器から被処理物体に噴射する凍結粒噴射手段
   と、凍結粒移送管内を移送される凍結粒を、凍結粒製造
   容器から排出される排出冷気の一部又は全部を若しくは
   凍結粒の製造に使用する低温ガス又は冷媒の一部を凍結
   粒移送管内又は該移送管の外面囲繞領域に導くことによ
   って冷却する凍結粒冷却手段と、凍結粒移送管内におけ
   る移送終端部での温度又は噴射機器における凍結粒供給
   部での温度を検出して、この検出温度に基づいて前記凍
   結粒冷却手段による凍結粒移送管内又は該移送管の外面
   囲繞領域への排出冷気若しくは低温ガス又は冷媒の導入
   量を増減制御する冷却温度制御手段とから構成したこと
   を特徴とする凍結粒噴射装置。
2. 【請求項２】前記凍結粒製造手段を、凍結粒製造容器の
   上部に被凍結原料の噴霧器を設けると共に排気管を接続
   して、この排気管から凍結粒の製造に使用された使用済
   低温ガスである排出冷気を容器外に排出するように構成
   したことを特徴とする、特許請求の範囲第１項に記載す
   る凍結粒噴射装置。
3. 【請求項３】前記凍結粒製造手段を、凍結粒製造容器の
   下部に冷媒供給管及び冷媒蒸発促進ガス注入管を導いた
   冷媒蒸発部を設けて、冷媒蒸発部に供給収容した液体窒
   素等の冷媒中に乾燥空気，窒素ガス，アルゴンガス等の
   冷媒蒸発促進ガスを注入することによって、低温ガスた
   る冷媒蒸発ガスを凍結粒製造容器内に発生させるように
   構成したことを特徴とする、特許請求の範囲第１項又は
   第２項に記載する凍結粒噴射装置。
4. 【請求項４】前記凍結粒製造手段を、凍結粒製造容器の
   下部に低温ガス供給管を接続して、この低温ガス供給管
   から機械式冷凍機で冷却した乾燥空気，窒素ガス，アル
   ゴンガス等の低温ガスを凍結粒製造容器内に供給するよ
   うに構成したことを特徴とする、特許請求の範囲第１項
   又は第２項に記載する凍結粒噴射装置。
5. 【請求項５】前記凍結粒移送手段を、凍結粒製造容器内
   に設けた凍結粒回収部と前記噴射機器の凍結粒供給部と
   を凍結粒移送管を介して連通接続して、凍結粒を、噴射
   機器による噴射作用に基づくベンチュリ効果を利用し
   て、凍結粒回収部から凍結粒移送管を介して噴射機器に
   吸引移送するように構成したことを特徴とする、特許請
   求の範囲第１項、第２項、第３項又は第４項に記載する
   凍結粒噴射装置。