特許 7579558 ドライアイス噴射装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-30

(45)【発行日】2024-11-08

(54)【発明の名称】ドライアイス噴射装置

(51)【国際特許分類】

   B08B 7/00 20060101AFI20241031BHJP

   B05B 7/14 20060101ALI20241031BHJP

   B05B 7/28 20060101ALI20241031BHJP

   B24C 1/00 20060101ALI20241031BHJP

   B24C 11/00 20060101ALI20241031BHJP

   B24C 7/00 20060101ALI20241031BHJP

【ＦＩ】

B08B7/00

B05B7/14

B05B7/28

B24C1/00 A

B24C11/00 E

B24C7/00 D

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2020019488

(22)【出願日】2020-02-07

(65)【公開番号】P2021122805

(43)【公開日】2021-08-30

【審査請求日】2022-11-14

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】506219889

【氏名又は名称】株式会社クールテクノス

(74)【代理人】

【識別番号】100149870

【弁理士】

【氏名又は名称】芦北 智晴

(72)【発明者】

【氏名】和田 嘉之

(72)【発明者】

【氏名】和田 好史

【審査官】新井 浩士

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１０－２２７７４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０７２８１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１８３５３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０９８５１９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ０８Ｂ ７／００

Ｂ０５Ｂ ７／１４，７／２８

Ｂ２４Ｃ １／００－１１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

液化二酸化炭素を供給する液化二酸化炭素供給路と、
前記液化二酸化炭素供給路から供給される液化二酸化炭素を噴出する噴出孔が形成されたオリフィス板と、
前記噴出孔から噴出された液化二酸化炭素を膨張させてドライアイス粒子を生成する膨張空間が内部に形成されたドライアイス生成管と、
キャリアガスを供給するキャリアガス供給路と、
前記ドライアイス生成管の下流側に接続され、前記ドライアイス生成管の下流側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路から供給されるキャリアガスとを合流させて噴射口から噴射する噴射部材と、
を備え、
前記ドライアイス生成管を加熱する加熱手段を備え、
前記オリフィス板は、前記液化二酸化炭素供給路を形成する配管の下流側端部と前記ドライアイス生成管の上流側端部との境界に設けられており、
前記加熱手段は、前記液化二酸化炭素供給路を形成する前記配管、および、前記オリフィス板に直接接触することなく前記ドライアイス生成管に直接、面接触することにより伝熱し、
前記加熱手段は、発熱体と熱伝導性を有する伝熱部材とを有し、
前記伝熱部材は、第１伝熱部材および第２伝熱部材の２つに分かれたブロックであり、前記発熱体と前記ドライアイス生成管とは、互いに並行な状態で前記第１伝熱部材と前記第２伝熱部材との間に挟まれており、
前記加熱手段は、前記発熱体が発する熱を前記伝熱部材を介して前記ドライアイス生成管に伝達させ、
前記加熱手段は、前記ドライアイス生成管の長さ方向の中間位置より上流側のみを加熱し、
前記ドライアイス生成管の外表面の温度が－２０℃から－３０℃となるよう、前記加熱手段における加熱温度を制御する温度制御部を備える、
ことを特徴とするドライアイス噴射装置。

【請求項2】

請求項１に記載のドライアイス噴射装置において、
前記ドライアイス生成管の下流側と前記噴射部材とが可撓性のチューブを介して接続されており、
前記噴射部材は、前記可撓性のチューブの下流側に接続され、前記可撓性のチューブの下流側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路から供給されるキャリアガスとを合流させて噴射口から噴射する、
ことを特徴とするドライアイス噴射装置。

【請求項3】

請求項１又は２に記載のドライアイス噴射装置において、
前記液化二酸化炭素供給路は、２ＭＰａ±０．３ＭＰａ以内の圧力で前記噴出孔に前記液化二酸化炭素を供給する、
ことを特徴とするドライアイス噴射装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

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。

【背景技術】

【0002】

従来、液化二酸化炭素から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装置が知られている（例えば特許文献１を参照）。

【0003】

特許文献１に開示さ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ドライアイス噴射用ノズルに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液体窒素貯槽側から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。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００３－１４５４２９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、ドライアイス粒子を対象物に向けて噴射させて対象物の表面の処理（洗浄等）を行うこの種の装置では、通常、対象物の表面を効率よく処理（洗浄等）するため、噴射するドライアイス粒子の流量は一定であることが要求される。

【0006】

しかしながら、液化二酸化炭素を供給する際の圧力が低い場合、ドライアイス粒子が配管の内部を閉塞し、ドライアイス粒子の噴射が間欠的となる場合がある。すなわち、ドライアイス粒子を液化二酸化炭素の断熱膨張によって生成する場合、粒子を生成する過程において大きなドライアイスの塊が生成されることがある。そして、大きなドライアイスの塊が、ドライアイス生成管を一時的に閉塞することがある。その結果、噴射口からドライアイス粒子が噴射される場合と噴射されない場合とがある間欠噴射が発生し、対象物の表面を効率よく処理（洗浄等）することができない場合がある。

【0007】

本発明は、上記課題に鑑みて創案されたものであり、ドライアイスの塊がドライアイス生成管を閉塞することを防止して、ドライアイス粒子を安定して連続噴射できるドライアイス噴射装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の第１態様に係るドライアイス噴射装置は、液化二酸化炭素を供給する液化二酸化炭素供給路と、前記液化二酸化炭素供給路から供給される液化二酸化炭素を噴出する噴出孔と、前記噴出孔から噴出された液化二酸化炭素を膨張させてドライアイス粒子を生成する膨張空間が内部に形成されたドライアイス生成管と、キャリアガスを供給するキャリアガス供給路と、前記ドライアイス生成管の下流側に接続され、前記ドライアイス生成管の下流側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路から供給されるキャリアガスとを合流させて噴射口から噴射する噴射部材とを備え、前記ドライアイス生成管を加熱する加熱手段を備える。

【0009】

かかる構成を備えるドライアイス噴射装置によれば、ドライアイス粒子を安定して連続噴射できるドライアイス噴射装置を提供することができる。

【0010】

本発明の第２態様に係るドライアイス噴射装置は、第１態様に係るドライアイス噴射装置において、前記ドライアイス生成管の下流側と前記噴射部材とが可撓性のチューブを介して接続されており、前記噴射部材は、前記可撓性のチューブの下流側に接続され、前記可撓性のチューブの下流側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路から供給されるキャリアガスとを合流させて噴射口から噴射する。

【0011】

本発明の第３態様に係るドライアイス噴射装置は、第１態様又は第２態様に係るドライアイス噴射装置において、前記液化二酸化炭素供給路は、２ＭＰａ±０．３ＭＰａ以内の圧力で前記噴出孔に前記液化二酸化炭素を供給する。

【0012】

本発明の第４態様に係るドライアイス噴射装置は、第１～第３の何れか１つの態様に係るドライアイス噴射装置において、前記ドライアイス生成管が所定の温度となるよう、前記加熱手段における加熱温度を制御する温度制御部を備える。

【0013】

本発明の第５態様に係るドライアイス噴射装置は、第１～第４の何れか１つの態様に係るドライアイス噴射装置において、前記加熱手段は、発熱体と熱伝導性を有する伝熱部材とを有し、前記発熱体が発する熱を前記伝熱部材を介して前記ドライアイス生成管に伝達させる。

【0014】

本発明の第６態様に係るドライアイス噴射装置は、第１～第５の何れか１つの態様に係るドライアイス噴射装置において、前記加熱手段は、前記ドライアイス生成管に直接接触することにより伝熱している。

【0015】

本発明の第７態様に係るドライアイス噴射装置は、第６の態様に係るドライアイス噴射装置において、前記加熱手段は、前記ドライアイス生成管の上流側に直接接触することにより伝熱している。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、ドライアイス粒子を安定して連続噴射できるドライアイス噴射装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】第１の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2】第１の実施形態に係るドライアイス噴射装置の全体を示す図である。

【図3】第１の実施形態に係る加熱手段の拡大斜視図であって、加熱手段の製造工程を示す図である。

【図4】第２の実施形態に係るドライアイス噴射の要部を示す部分断面図である。

【図5】第３の実施形態に係るドライアイス噴射装置の要部を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

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。図１に示すように、ドライアイス噴射装置１００は、液化二酸化炭素供給部３、噴出孔６、ドライアイス生成管７、可撓性のチューブ８、キャリアガス供給部９、噴射部材１０、加熱手段２０、温度制御部５０等を備えている。

【0019】

液化二酸化炭素供給部３は、図２に示すように、液化二酸化炭素供給路３１、液化二酸化炭素貯留部３２、開閉弁ＳＶ１、気液分離器３３等を備え、ドライアイス生成管７に液化二酸化炭素を供給する。

【0020】

液化二酸化炭素貯留部３２は、冷却された液化二酸化炭素を約２ＭＰａ（例えば２ＭＰａ±０．５ＭＰａ）の低圧にて貯留する低圧貯留部である。液化二酸化炭素貯留部３２として、例えば、極低温容器（ＬＧＣ）、貯槽タンク（ＣＥ：コールドエバポレーター）などが使用される。液化二酸化炭素貯留部３２は、大きな対象物Ｘを洗浄する場合に多量の液化二酸化炭素を使用するため、容量の大きな容器が用いられることが多い。液化二酸化炭素は、液化二酸化炭素貯留部３２から液化二酸化炭素供給路３１へ、約２ＭＰａ（例えば２ＭＰａ±０．３ＭＰａ）の圧力で供給される。

【0021】

液化二酸化炭素供給路３１は、液化二酸化炭素貯留部３２からオリフィス板４に形成された噴出孔６に至るまで配管等により形成されており、液化二酸化炭素をオリフィス板４の噴出孔６を介してドライアイス生成管７内の膨張空間７１に供給する。この液化二酸化炭素供給路３１上には、液化二酸化炭素貯留部３２に付設された開閉弁ＳＶ１、気液分離器３３等が設けられている。

【0022】

気液分離器３３は、液化二酸化炭素中に発生した炭酸ガスを分離して液化二酸化炭素供給路３１から排出する。気液分離器３３は、噴出孔６の上流側であって噴出孔６から近い位置（例えば噴出孔６から１００ｍｍ～５００ｍｍ上流側の位置）に設けられている。

【0023】

オリフィス板４は、１又は複数の噴出孔６が形成された薄板（例えば板厚１ｍｍの円板）で形成されている。このオリフィス板４は、液化二酸化炭素供給路３１の下流側端部３１ｂとドライアイス生成管７の上流側端部７ａとの境界に設けられている。

【0024】

噴出孔６は、オリフィス板４に形成されていて、液化二酸化炭素供給路３１から供給される液化二酸化炭素をドライアイス生成管７内部の膨張空間７１に噴出する。噴出孔６は、内径が例えば０．１ｍｍ～０．２ｍｍであって、本実施形態では、内径０．１８ｍｍの噴出孔６が１カ所形成されている。

【0025】

ドライアイス生成管７は、図１に示すように、上流側端部７ａがオリフィス板４を介して液化二酸化炭素供給路３１の下流側端部３１ｂに接続されており、その内部に、オリフィス板４の噴出孔６から噴出された液化二酸化炭素を膨張させてドライアイス粒子を生成する膨張空間７１が形成されている。また、ドライアイス生成管７の下流側端部７ｂは、可撓性のチューブ８の上流側端部８ａと接続されているところ、ドライアイス生成管７の下流側端部７ｂの外径が、可撓性のチューブ８と嵌合接続するために、所定の大きさに設定されている。ドライアイス生成管７の内径は、噴出孔６から膨張空間７１に噴出された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ように、所定の内径に設定されている。すなわち、ドライアイス生成管７の内部の断面積とオリフィス板４に形成された噴出孔６の断面積とが、所定の比率の大きさとなるよう設定されている。膨張空間７１は、ドライアイス生成管７の管内部においてドライアイス生成管７の上流側端部７ａから下流側端部７ｂにかけて形成された空間である。

【0026】

可撓性のチューブ８は、上流側端部８ａがドライアイス生成管７の下流側端部７ｂに接続され、下流側に噴射部材１０が接続されている。この可撓性のチューブ８は、ドライアイス生成管７で生成されたドライアイス粒子を噴射部材１０へ送給する。可撓性のチューブ８には、下流側に接続された噴射部材１０が対象物Ｘに対して自由に移動できるように、所定の可撓性を有する素材が用いられる。可撓性のチューブ８の素材としては、例えばテフロン（登録商標）を使用することができる。本実施形態では、可撓性のチューブ８の長さを１ｍ～２ｍ程度としている。また、可撓性のチューブ８とドライアイス生成管７との接続には、密閉性を確保するためにカシメ式のフェルールロック継ぎ手等を用いてもよい。また、可撓性のチューブ８の下流側においては、噴射部材１０と接続される部分よりも下流側に可撓性の無い直管を用いてもよい。

【0027】

噴射部材１０は、可撓性のチューブ８の下流側に接続されている。噴射部材１０の内部には、合流空間１０１が形成され、さらに、可撓性のチューブ８の下流側端部８ｂから噴射口１０３に向かう流路１０２が形成される。噴射部材１０は、ドライアイス粒子を噴射口１０３から洗浄の対象物Ｘに噴射する。具体的には、噴射部材１０は、可撓性のチューブ８から供給されるドライアイス粒子と、キャリアガス供給路９１から供給されるキャリアガスとを合流空間１０１において合流させ、キャリアガスとともにドライアイス粒子を流路１０２を通じて洗浄の対象物Ｘ（図２参照）に噴射する。噴射部材１０は、ドライアイス生成管７に可撓性のチューブ８を介して接続されていることから、対象物Ｘに対して自由に移動することができる。噴射部材１０は、例えば、対象物Ｘの表面に対して移動する噴射部材移動装置に取付けて使用される。噴射部材移動装置として、ロボットアームおよびＸＹステージ（不図示）を例示することができる。

【0028】

キャリアガス供給部９は、図２に示すように、空気圧源９２、キャリアガス供給路９１、開閉弁ＳＶ２を有する。キャリアガス供給路９１は、上流側端部９１ａが空気圧源９２に接続され、下流側端部９１ｂが、噴射部材１０内部の合流空間１０１に接続されており、空気圧源９２から送られてくるキャリアガスを噴射部材１０にまで供給する。キャリアガス供給路９１に用いられる管は特に限定されない。ただし、噴射部材１０を対象物Ｘに対して移動可能とするために、キャリアガス供給路９１の下流側の少なくとも一部には可撓性を有する管９３が用いられる。キャリアガス供給路９１は、噴射部材１０内の合流空間１０１において、可撓性のチューブ８の側面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。この構成によって、図１に示すように、合流空間１０１において、可撓性のチューブ８から流出するドライアイス粒子の流れと同じ方向にキャリアガスの流れが形成される。なお、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が、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。

【0029】

合流空間１０１では、キャリアガス供給路９１から供給されるキャリアガスと、ドライアイス生成管７内で生成されたドライアイス粒子とが合流する。具体的には、この合流空間１０１において、可撓性のチューブ８の下流側端部８ｂから流出されたドライアイス粒子が、可撓性のチューブ８の下流側端部８ｂよりも上流側から流れてくるキャリアガスの流れに乗るように合流する。合流空間１０１でキャリアガスと合流したドライアイス粒子は、流路１０２を通り、噴射口１０３から洗浄の対象物Ｘに向かって噴射される。

【0030】

以下、加熱手段２０について説明する。加熱手段２０は、ドライアイス生成管７を加熱するために設けられている。図３（ａ）に示すように、加熱手段２０は、発熱体２０１と、熱伝導性を有する伝熱部材２０２とを有する。加熱手段２０がドライアイス生成管７を加熱することによって、ドライアイス生成管７内で詰まりの原因となる過度に大きなドライアイスの塊が生成されることを防止する。

【0031】

発熱体２０１には、例えば通電により発熱する電熱ヒータ等を用いる。発熱体２０１としての電熱ヒータの形状は、例えば真直な棒状とされ、ドライアイス生成管７の軸中心と平行に配置される。

【0032】

また、伝熱部材２０２は、例えば第１伝熱部材２０２１と第２伝熱部材２０２２との２つに分かれた直方体形状のブロックで構成される。第１伝熱部材２０２１と第２伝熱部材２０２２とは、図３（ｂ）に示すように、それぞれにおける接続面を互いに向かい合わせて面接触させた状態で接続される。発熱体２０１と、ドライアイス生成管７とは、互いに並行に並んだ状態で、第１伝熱部材２０２１と第２伝熱部材２０２２との間に挟まれる構造となっている。第１伝熱部材２０２１と第２伝熱部材２０２２とにおけるそれぞれの接続面の一方又は双方には、発熱体２０１とドライアイス生成管７との側面部の形状に合わせて、凹部が形成されている。このような形状とすることによって、伝熱部材２０２が発熱体２０１およびドライアイス生成管７と接触する面積を大きくすることができ、発熱体２０１からドライアイス生成管７に効率よく熱伝達することが可能となる。なお、第１伝熱部材２０２１と第２伝熱部材２０２２とは、ボルト（不図示）を用いて固定されるが、固定手段は特に限定されない。

【0033】

加熱手段２０の構成は、上記の構成に限定されない。例えば、ドライアイス生成管７に温風を当てる構成や、発熱体２０１を直接ドライアイス生成管７に接触させる構成などであってもよい。すなわち、ドライアイス生成管７の内部において過度に大きなドライアイスの塊が生成されることを防止するよう、ドライアイス生成管７を加熱する構成であればよい。

【0034】

加熱手段２０は、ドライアイス生成管７の一部（例えば、長さ方向中間位置より上流側、又は、上流側端部７ａ）のみを加熱する構成であってもよい。

【0035】

温度制御部５０（図１、図２参照）は、ドライアイス生成管７の外表面の温度が所定の温度となるよう、加熱手段２０における加熱温度を制御する。具体的には、温度制御部５０は、発熱体２０１が電熱ヒータの場合、発熱体２０１に供給する電力を制御する。電力を制御することによって発熱体２０１の温度を制御し、ドライアイス生成管７の加熱温度を制御する。二酸化炭素は沸騰線、溶融線及び昇華線の交点である三重点の温度が－５６℃であることから、過度に大きなドライアイスの塊ができないように、ドライアイス生成管７の内部の温度が－５６℃以下にならないようにすることが望ましい。ドライアイス生成管７の内部を当該温度とするためには、ドライアイス生成管７の外表面の温度を一定の温度、例えば－２０℃から－３０℃程度にすることが望ましい。そうすることで、温度制御部５０は、電熱ヒータに通電する電力を制御し、加熱手段２０の加熱温度を制御することによって、ドライアイス生成管７の外表面の温度、ひいてはドライアイス生成管７の内部の温度を好ましい温度に制御することができる。

【0036】

本件の変形例を以下に挙げる。

【0037】

第２の実施形態に係るドライアイス噴射装置１００Ａは、図４に示すように、可撓性のチューブ８を用いず、噴射部材１０の上流側端部１０ａがドライアイス生成管７の下流側に直接に接続されている。

【0038】

また、第２の実施形態に係るドライアイス噴射装置１００Ａにおける加熱手段２０は、ドライアイス生成管７の噴射部材１０から露出した部分を加熱する。図４に示す例では、加熱手段２０は、ドライアイス生成管７の噴射部材１０から露出した部分であって、ドライアイス生成管７の下流側端部７ｂから所定距離（例えばドライアイス生成管７の１／２長さと同じ長さ）上流側に離れた部分を加熱している。

【0039】

第２の実施形態に係るドライアイス噴射装置１００Ａにおける加熱手段２０は、ドライアイス生成管７の表面部に直接接触している。具体的には、伝熱部材２０２が直接ドライアイス生成管７の表面部に接触している。

【0040】

第３の実施形態に係るドライアイス噴射装置１００Ｂは、図５に示すように、ドライアイス生成管７を複数備えている。複数のドライアイス生成管７は、それぞれの上流側端部７ａと下流側端部７ｂとの向きをそろえて互いに平行に配置される。

【0041】

第３の実施形態に係るドライアイス噴射装置１００Ｂにおいては、複数のドライアイス生成管７に対して、ドライアイス生成管７の数よりも少ない数の加熱手段２０Ｂを用いることが好ましい。例えば、発熱体２０１Ｂと伝熱部材２０２Ｂとをそれぞれ１つずつとし、伝熱部材２０２Ｂが、複数のドライアイス生成管７のすべてに接触する構成としてもよい。このようにすれば、複数のドライアイス生成管７のすべてを、１つの加熱手段２０Ｂで加熱することができる。そして、加熱手段２０Ｂの数を少なくすることによって、加熱手段２０Ｂの設置に必要なスペースの増加を防止することができる。

【0042】

なお、複数のドライアイス生成管７と、それぞれを加熱する加熱手段２０Ｂの構成は、上記の構成に限定されない。すなわち、対象物Ｘに対してドライアイス粒子を効率よく噴射できる構成であれば、他の構成としてもよい。

【産業上の利用可能性】

【0043】

本発明は、例えば、ドライアイス噴射装置に適用することができる。

【符号の説明】

【0044】

１００、１００Ａ、１００Ｂ ドライアイス噴射装置
３１ 液化二酸化炭素供給路
６ 噴出孔
７ ドライアイス生成管
７ａ （ドライアイス生成管の）下流側端部
７１ 膨張空間
８ 可撓性のチューブ
８ｂ （可撓性のチューブの）下流側端部
９１ キャリアガス供給路
１０ 噴射部材
１０１ 合流空間
１０２ 流路
１０３ 噴射口
２０ 加熱手段
２０１ 発熱体
２０２ 伝熱部材
５０ 温度制御部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】