説明

ドライアイススノー洗浄装置用噴射ノズル

【課題】ドライアイススノー洗浄装置に使用するドライアイススノーの生成効率の向上と洗浄効率の向上を図る。
【解決手段】内部にドライアイススノーXと圧縮エアYとを混合する混合室22を設け、該混合室にアイス供給路23とエア供給路24と噴射路25をそれぞれ連通してノズル本体21を形成してある。前記ノズル本体21のアイス供給路23側に、管内に噴射された液化二酸化炭素XをドライアイススノーWに生成する生成管28と、該生成管内に液化二酸化炭素Xを噴射させる噴射孔31と該噴射孔の周縁同一軸心上に複数のガス孔32を設けたオリフィス管30とを連設してある。さらに、前記ノズル本体21の噴射路25側に、前記ノズル本体21の混合室22で混合したドライアイススノーWと圧縮エアYとを吐出口38から同時に噴射させる加速管35を取付けてある。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ドライアイススノーと圧縮空気を使用して洗浄する洗浄装置において、ドライアイススノーを効率的に生成して噴射させる噴射ノズルの改良に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、ドライアイスを使用した洗浄装置は、予め固体化させたドライアイスを粉砕してペレット化したものを噴射する洗浄装置と、液化二酸化炭素を粉末状に形成したドライアイススノーを使用して洗浄する装置とが知られている。ドライアイスは、被洗浄物に衝突すると同時に昇華してなくなる特性を有するため被洗浄物を傷つけにくいこと、また、ドライアイスは毒性がなく不燃性であること、さらには、ドライアイスは被洗浄物に摩耗などによるダメージを与え難いことなどから、電子部品、OA機器の洗浄、成膜装置の蒸着物の除去などに広く使用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2009−248236号公報
【特許文献2】特開2001−259555号公報
【0004】
前記ドライアイスを粉砕してペレット化しながら洗浄するドライアイス洗浄装置は、固形化したドライアイスを使用するため、長時間の洗浄を行うことができず、また、ドライアイスを供給するための人員を必要とするため、作業効率が悪いという問題点があった。
【0005】
後者のドライアイススノーを使用した洗浄装置は、ドライアイススノーは粒子が非常に細かいことから熱に触れると昇華しやすいため、生成効率が悪く大変不経済ある。そこで、液化二酸化炭素と噴射材料である圧縮空気をそれぞれ別回路で備え、両者を噴射ノズル付近で混合させガス化させて噴射させることにより生成効率の向上を図っている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかし、前記ドライアイススノー洗浄装置は、送液された液化二酸化炭素を絞り部で断熱膨張させて生成させたドライアイススノーを噴射ノズルまで圧送するのに距離があるため、途中でドライアイススノーが気化してしまうため洗浄効率が悪く、多くの液化二酸化炭素を使用しなければならず、コストが高くなって不経済的あるなど多くの問題点を有している。
【0007】
本発明は、小粒で硬いドライアイススノーを噴射ノズル内で生成してドライアイスの生成効率を向上させることにより、液化二酸化炭素の使用量を少なくして経済効果を向上させると共に、小粒で硬いドライアイススノーを被洗浄物に噴射することにより洗浄効果を上げるとることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明は上記課題を解決するため、内部にドライアイススノーWと圧縮エアYとを混合する混合室22を設け、該混合室に供給路23とエア供給路24と噴射路25をそれぞれ連通して形成したノズル本体21の供給路23に、管内に液化二酸化炭素Xを噴射してドライアイススノーWを生成する生成管28を取付け、該生成管の上流に、中央軸心方向に液化二酸化炭素Xを噴射させる噴射孔31を設け、該噴射孔の周縁で同一円周上に複数のガス孔32を設けたオリフィス管30を連結し、前記ノズル本体21の噴射路25側に、前記ドライアイススノーWと圧縮エアYを同時に噴射させる射出口38を先端に設けた加速管35を連結してなり、前記ノズル本体21のエア供給路24に、コンプレッサ15に一端を連結したエアホース16を連結し、前記オリフィス管30の上流側に液化二酸化炭素Xを収容した容器12に一端を連結したガスホース13の他端を連結してなることを特徴とする。また、前記生成管28の内径Dが、1.0〜30.0mmで、該生成管の長さLが15〜500mmであること特徴とする。さらには、前記オリフィス管30は、中央軸心方向に液化二酸化炭素Xを前記生成管28内に噴射させる噴射孔31を設け、該噴射孔の周縁で同一円周上に複数のガス孔を1重または二重の輪状に配列して形成したことを特徴とする。さらにはまた、前記オリフィス管30の中央に設けた噴射孔31の内径dが、0.1〜1.5mmであり、該噴射孔の周縁に複数設けたガス孔32の内径が、それぞれ0.1〜0.3mmに形成してなることを特徴とする。
【発明の効果】
【0009】
以上のごとく、本発明にかかる噴射ノズル20は、液化二酸化炭素Xをオリフィス管30のガス孔32から生成管28内に噴射して拡散抑制筒膜部Sを形成し、該拡散抑制筒膜部内に同じくオリフィス管30の噴射孔31から液化ガスXを噴射することにより小粒で硬いドライアイススノーを効率よく生成させることができるので液化二酸化炭素の使用量を軽減でき大変経済的である。また、ドライアイススノーWをノズル本体21の混合室21で圧縮エアYと混合させて加速管35で加速させて射出口38から被洗浄物に噴射することにより、被洗浄物の表面にサーマルショックによるマイクロクラックを発生させ、該クラック内にドライアイススノーが侵入したときの膨張エネルギーで効率よく洗浄することができるので洗浄コストを抑えることができて経済的である。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】本発明のドライアイススノー洗浄装置の一実施例を示す概略図である。
【図2】噴射ノズルの要部拡大断面図である。
【図3】ドライアイススノーを生成するオリフィス管と生成管の要部拡大断面図である。
【図4】図3のA―A線断面図である。
【図5】オリフィス管と生成管の断面積D/dと生成管の長さLとの関係を示す特性線図である。
【図6】従来の噴射ノズルを構成するオリフィス管と生成管の要部拡大断面図である。
【図7】図6のB―B線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
本発明の一実施形態を図面により説明すると、図1はドライアイススノー洗浄装置の一実施例を示す概略図、図2は噴射ノズルの要部拡大断面図、図3はドライアイススノーを生成するオリフィス管と生成管の要部拡大断面図、図4は図3のA―A線断面図である。洗浄装置10は、ノズル本体21に設けた混合室22内に、液化二酸化炭素を収容した容器12から送液された液化二酸化炭素X(以下液化ガスという)をノズル本体21の後部側に設けた生成管28内に噴射させてドライアイススノーWを生成し、該ドライアイススノーとコンプレッサ15から送気された圧縮エアYとをノズル本体21内で混合させ、該ノズル本体の前部側に設けた加速管35の先端に設けた射出口38から噴射させて被洗浄物の表面に付着した皮膜などの汚れの洗浄を行うものである。
【0012】
前記容器12内は、2.0MPaに加圧された液化二酸化炭素Xが貯留されており、該液化ガスはガスホース13を介して噴射ノズル20に送液され、前記ガスホース13の中間部分に開閉バルブ14を取付けてある。一方、圧縮エアYは、コンプレッサ15により0.6〜0.8MPa程度に加圧され、一端をコンプレッサ15に連結したエアホース16の他端を前記噴射ノズル20に連結し、該エアホースの中間部分に開閉バルブ17を取付けてある。
【0013】
図2、3に示すように、前記噴射ノズル20の中間部分に位置したノズル本体21の内部中央には、ドライアイススノーWと圧縮エアYとが混合する混合室22を設けてあり、該混合室に連通する後部側の供給路23と、前部側の噴射路25とを直線状に形成し、両者の間に位置してエア供給路24を垂直方向に連通してT字形に形成してある。前記混合室22に連通させたエア供給路24は、噴射ノズル20の先端部側の噴射方向に対して90度より鋭角に形成しても良い。
【0014】
前記ノズル本体21は、混合室22の一方である後部側に設けた供給路23側に、液化ガスXを断熱膨張させてドライアイススノーWを生成する生成管28と、液化ガスXを前記生成管28内に噴射させるオリフィス管30を連結してあり、また、前記混合室22の前側に位置する噴射路25側に、ドライアイススノーWと圧縮エアYとを同時に噴射させて表面洗浄を行うための加速管35を取付けて形成してある。
【0015】
前記生成管28は、図2、3に示すごとく、前記ノズル本体21の後部側に位置するアイス供給路23側に螺合または固着して連結し、内径を円形に形成してある。この生成管28の内径D及び長さLは、該生成管の上流側に連結したオリフィス管30に設けた噴射孔31の内径dと相対関係に形成してある。
【0016】
前記オリフィス管30は、図3、4に示すごとく、前記生成管28の後部側に連結すると共に、上流側に液化ガスXを貯留した容器12に後端を連結したガスホース13の先端を連結してある。このオリフィス管30の中央軸心方向に液化ガスXを前記生成管28内に噴射させる噴射孔31と、該噴射孔の周縁であって同一円周上に複数、好ましくは8個のガス孔32をそれぞれ等間隔で輪状に配列した輪を二重に設けてある。各ガス孔32から生成管28内に液化ガスXが噴射されると、生成管28の内周面の下流方向に筒状のガス膜(以下、拡散抑制筒膜部という)Sが形成される。
【0017】
前記オリフィス管30の中心に位置させて設けた噴射孔31の内径を、0.1〜1.5mm、該噴射孔31の周囲に環状に設けた各ガス孔32の内径を、0.1〜0.3mmとした場合、生成管28の内径は、1.0〜30.0mmで、長さが15〜500mmの範囲内に形成してある。
【0018】
上記の関係は、発明者が種々テストを重ねた結果、図5に示すごとく、粒径が小さくて硬いドライアイススノーW(0.2〜0.5mm)が得られる範囲を示したもので、生成管28の内径をD、噴射孔31の内径をdとした場合に、内径の断面積/噴射孔の合計断面積比、D/dが25〜35の範囲になるように噴射孔dの内径を設定するのが好ましい。
【0019】
これは生成管28の内径Dが、噴射孔31の内径dに比べ大きすぎると液化ガスが膨張過ぎて気化する割合が多くなるため、生成してできたドライアイススノーの硬度が足らずすぐに昇華する。また、内径Dが小さすぎると膨張が足らずに液化ガスは液状のまま射出されるので目詰まりが生じやすい。
【0020】
例えば、生成管28の内径Dを2mmとし、仮に、D/dを上記の中央の値である30%に設定すれば、D/d=30であるから、d=D/30、d=D/√30=2/√30≒2/5、5≒0.36、即ち、噴射孔31の内径dは0.36mmが適することになる。
【0021】
反対に噴射孔31の内径dを決め、生成管28の内径Dを求めることもできる(ただし、D/dは25〜35の幅があって、さらに、その下限、上限ともに5の程度の広がりは許される)。
【0022】
図5に示す特性線図は、前記D/dの関係を図示したもので、縦軸にD/d、横軸にDをとってdを変数とした場合、噴射孔31の内径dと生成管28の内径Dを求めるもので、いずれの内径Dであっても、D/dが25〜35の範囲にあるようにdを容易に定めることができる。
【0023】
そこで、図5から噴射孔31の内径dと生成管28の内径をDとの関係を求めてみると、前記したごとく、Dを2mmに設定すると、dが0.5mmでは大径太すぎるし、0.3mmでは小径すぎることが判る。
【0024】
一方、生成管28の長さLは、前記したごとく、15〜500mm、好ましくは、20〜200mmの範囲内とし、この長さが下限値未満であると、いきなり大気中に液化ガスXが放出されて生成管28による必要な圧力が付与されず、生成されたドライアイスが硬くならない。また、噴出したガスが散乱して方向性が定まらない。一方、上限値を越えると、生成管28が長すぎて実用的ではなく管内で目詰まりを起こし易い。
【0025】
前記加速管35は、図2に示すごとく、前記ノズル本体21の噴射通路25の下流側に螺合または固着して連結し、先端側にテーパー状に拡径させて設けた内部通路36の後部側に狭径部37を設けて流速を加速させて、該加速管の先端に設けた射出口38からドライアイススノーWと圧縮エアYとを混合させて噴射させることができる。
【0026】
以下、本発明のドライアイススノー洗浄装置10の実施形態の作用について説明すると、液化ガスXは約2MPaの圧力で、容器12からガスホース13に取付けたガス開閉弁14を介してオリフィス管30に送液され、該オリフィス管30の噴射孔31から生成管28内に噴射され、該生成管内で断熱膨張してドライアイススノーWが生成される。
【0027】
容器12から送液される液化ガスXは、図3に示すごとく、オリフィス管30の噴射孔31から生成管28内に噴射されると共に、該生成管内には前記噴射孔31と同心円周上で二重に設けた複数のガス孔32からも液化ガスXが噴出して生成管28の内周面には下流方向に拡散抑制筒膜部Sが形成される。
【0028】
この生成管28内に形成された拡散抑制筒膜部S内は、−78℃の低温雰囲気に形成されるため、該低温雰囲気内に噴射孔31から噴射された液化ガスXは気化することなくそのまま3重点を通過して結晶化し、小粒で硬い0.2〜0.5mmのドライアイススノーWを生成することができる。
【0029】
この小粒で硬いドライアイススノーWは、ノズル本体21の混合室22で圧縮エアYと混合したとき、圧縮エアの熱でドライアイススノーが気化する昇華ロスを減少させることができるので、加速管35の射出口38から被洗浄物に噴射させるドライアイススノーWの混合比率を向上させることができる。したがって、被洗浄物の表面にサーマルショックによるマイクロクラックを発生させやすく、また、できたクラック内にドライアイススノーを侵入させ膨張エネルギーで効率よく洗浄することができる。
【0030】
前記オリフィス管30は、中央噴射孔31と周縁ガス孔32との内径をそれぞれ相違して噴射圧力を相違させることにより、周縁ガス孔32から噴射させる液化ガスXをガス化させて拡散抑制筒膜部Sを形成し、噴射孔31から拡散抑制筒膜部S内に液化ガスXを噴射させてドライアイススノーWを効率よく形成させることができる。
【0031】
前記ドライアイススノーWは、粒径があまりに小さいと昇華が早くドライアイススノーの生成効率が悪く、また、硬度が不足すると外部からの熱(圧縮エア)により昇華するためロスが多いため生成効率が悪くて不経済であり、その上、粒径が大き過ぎると発生させたマイクロクラックの隙間にドライアイススノーが侵入しにくくなって洗浄効率が低下することになる。
【0032】
そのため、前記オリフィス管30に設けた噴射孔31の内径を、0.1〜1.5mm、ガス孔32の内径を、0.1〜0.3mmとした場合に、生成管28の内径を、1.0〜30.0mm、長さを15〜500mmの範囲内に形成してある。
【0033】
このオリフィス管30の噴射孔31の口径を、例えば0.1〜1.5程度に小さくしたことにより、噴射時に発生する静電気の発生を極力少なくすることができるので、噴射ノズル20に静電気防止策を設ける必要がなく経済的である。
【0034】
前記オリフィス管30の周縁に環状に設けた複数のガス孔32で形成した輪は、実施例では二重でそれぞれ8個ずつ設けて形成してあるが、この輪を形成するガス孔の数及び輪の数の一重、二重は本実施例に限定されるものではない。
【0035】
次いで、前記生成管28内で生成されたドライアイススノーWは、ノズル本体21の混合室22方向に流下し、混合室22でコンプレッサー15から圧送された圧縮エアYと攪拌混合されて均一化され、加速管35の射出口38から被洗浄物に噴射させることにより洗浄効率を上げることができる。
【0036】
図6、7に示す従来の生成管65は、筒内に拡散抑制筒膜部Sを形成することができないので外周から伝わる熱を遮断することができず、筒内の温度を−78℃の低温雰囲気にするのに時間がかかり、その間、無駄に液化ガスXを放出しなければならず、生成コストが高くなって不経済であったが、オリフィス管30の周面部分に環状に設けたガス孔32から生成管28内に素早く拡散抑制筒膜部Sを形成することができ、外界から伝わる熱を遮断して筒内に−78℃の低温雰囲気を素早く形成することができる。したがって、生成管28内の低温雰囲気内に射出された液化ガスXは、外界から伝わる影響が少ないため効率よくドライアイススノーWを生成することができる利点を有する。
【0037】
図6に示したごとく、従来のオリフィス管60は、ガス孔がないため、中央に位置した噴射孔61の周囲にガス孔を有していないため、外界の熱が生成管65に影響し、該噴射孔から内径が広い生成管65内の液化ガスが射出されると管内に渦巻流が発生して、管内で生成されたドライアイススノーWがこの渦巻流によって生成管の内壁面と接触して昇華するため、ドライアイススノーWの生成ロスが大きくて効率が悪くなるおそれがあった。しかし、本発明は生成管28の内面に素早く拡散抑制筒膜部Sを形成することができるので、渦巻流の発生を防止し、内壁面と接触して昇華するロスを防止して生成効率の向上を図ることができる。
【0038】
加圧流体としての圧縮エアYは、コンプレッサーにより0.6〜0.8MPa程度に加圧されており、加速管35内のテーパー状に形成した狭径路37を通過させることにより流速度を増して射出口38から被洗浄物の表面に噴射する。射出口38から噴射したドライアイススノーはサーマルショックによるマイクロクラックを被洗浄物の表面に発生させ、該クラック内にドライアイススノーが侵入したときの膨張エネルギーにより効率よく表面洗浄を行うことができるものである。
【符号の説明】
【0039】
10 洗浄装置
12 液化炭酸ガス容器
13 ガスホース
14 開閉弁
15 コンプレッサー
16 エアホース
17 開閉弁
20 噴射ノズル
21 ノズル本体
22 混合室
23 供給路
24 エア供給路
25 噴射路
28 生成管
30 オリフィス管
31 噴射孔
32 ガス孔
35 加速管
36 流路
38 射出口
S 拡散制御筒膜部
W ドライアイススノー
X 液化二酸化炭素
Y 圧縮エア

【特許請求の範囲】
【請求項1】
内部にドライアイススノー(W)と圧縮エア(Y)とを混合する混合室(22)を設け、該混合室に供給路(23)とエア供給路(24)と噴射路(25)をそれぞれ連通して形成したノズル本体(21)の前記供給路(23)側に、管内に液化二酸化炭素(X)を噴射してドライアイススノー(W)を生成する生成管(28)を取付け、該生成管の上流に中央軸心方向に液化二酸化炭素(X)を噴射させる噴射孔(31)を設け、該噴射孔の周縁の同一円周上に同じく液化二酸化炭素(X)を噴射させる複数のガス孔(32)を設けたオリフィス管(30)を連結し、前記ノズル本体(21)の噴射路(25)側に、前記ドライアイススノー(W)と圧縮エア(Y)を同時に噴射させる射出口(38)を先端に設けた加速管(35)を連結してなり、
前記ノズル本体(21)のエア供給路(24)に、コンプレッサ(15)に一端を連結したエアホース(16)を連結し、前記オリフィス管(30)の上流側に液化二酸化炭素(X)を収容した容器12に一端を連結したガスホース(13)の他端を連結してなることを特徴とするドライアイススノー洗浄装置用噴射ノズル。
【請求項2】
前記生成管(28)の内径Dが、1.0mmから30.0mmで、該生成管の長さLが15から500mmであること特徴とする請求項1記載のドライアイススノー洗浄装置用噴射ノズル。
【請求項3】
前記オリフィス管(30)は、中央軸心方向に設けた噴射孔(31)の周縁の同一円周上に複数のガス孔(32)を1重または二重の輪状に配列して形成してなることを特徴とする請求項1記載のドライアイススノー洗浄装置用噴射ノズル。
【請求項4】
前記オリフィス管(30)は、中央に設けた噴射孔(31)の内径dが、0.1から1.5mmであり、該噴射孔の周縁に設けた複数のガス孔(32)の内径がそれぞれ0.1から0.3mmに形成してなることを特徴とする請求項1または3記載のドライアイススノー洗浄装置用噴射ノズル。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【公開番号】特開2011−167822(P2011−167822A)
【公開日】平成23年9月1日(2011.9.1)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−35792(P2010−35792)
【出願日】平成22年2月22日(2010.2.22)
【出願人】(506219889)有限会社クールテクノス (10)
【Fターム(参考)】