JPS62210368A - 超微凍結粒の製造装置 - Google Patents

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】 （産業上の利用分舒） 本発明は、超微凍結粒の製造装置に関するものである。

（従来の技術） 従来からも、ブラスティング、クリーニング等の表面処
理用の砥粒、研磨材等として用いられる微苅な氷粒等の
凍結粒を製造するための装置として種々の構造のものが
提案されているが、一般には、第６図に示す如く、凍結
粒製造容器１の下部に液化窒素等の冷媒２を収容すると
共に、容器１の上部に、水等の被凍結液を供給する供給
管３及びドライブガス導入管４を接続した噴霧器５を配
設して、被凍結液を、導入管４から導入したドライブガ
スとの混合状態で噴霧器５から冷媒２の液面、に向けて
噴霧することにより、微粒化された被凍結液叩ち微粒液
６ａ・・・を冷媒２との熱交換により凍結させ、微細な
凍結粒６ｂ・・・を得るように構成しているのが普通で
ある。

（発明が解決しようとする問題点） かかる構成の従来装置では、ドライブガスによる噴霧作
用によって微粒液６ａ・・・を得るようにしているため
、噴霧ノズル径を小さくする工作に限界があることから
当然微粒液６ａ・・・の粒径の微小化には限度があって
、せいぜい粒径下限１直が３０μｍ程度の凍結粒６ｂを
製造し得るにすぎない。

したがって、上述の如き従来装置で製造し得る凍結粒６
ｂ・・・は粒径がカμｍ以上の比較的大きい範囲にとど
まるため、どうしてもその使用範囲も限定されるという
問題を残していた。特に近年、超微粒化した凍結物を被
処理物面に噴射することにより、従来困難とされていた
各種表面に付着する徹釧な異物、塵芥、破砕片、パリ等
の除去、特に華奢な或は精密加工を要する物品のクリー
ニング、ブラスティング等も良好に行いつる可能性がひ
らけてきて、そのため粒径が数μｍ程度の超微粒凍結粒
の製造が強く要請されるに至り、かかる要請があるにも
拘らず、従来装置ではその要請に応えることができない
でいた。

しかも、従来装置では、上述した如く微粒液６ａないし
凍結粒６ｂの粒径が加μｍ程度と比較的大きいため、単
位粒径当りの凝固熱量が大きく、冷媒２との熱交換効率
が低く比較的大きな冷却時間を要することとなって、凍
結を確実に行わせるには、被凍結液ないし微粒液６ａ・
・・と冷媒２との温度差を相当大きくする必要を生じ、
被凍結液３を急冷するための格別の予冷装置を必要とす
るなど、製造装置全体の大形化を招き、コス）７ｓ増大
も避けられないといった問題を抱えていた。

ところで、噴霧器５における被凍結液に対するドライブ
ガスの混合比率を極端に大きくすれば、噴霧による被凍
結液の微粒化を促進し得るものの、最小限界として粒径
が５〜１０μｍ程度の凍結粒６ｂを製造するのがやっと
であり、しかもこの場合には、均一な粒径の微粒液６ａ
・・・したがって凍結粒６ｂ・・・を得ることば困難で
あった。また例えば被凍結液として水を用い、ドライブ
ガスとして窒素を用い、水に対するガスの容積比率を増
加して粒径を５μｍ程度に小さくしようとすると、その
容積比率は１　：　１９００という様に算出され、ドラ
イブガスの増加は必然的に冷媒２の使用↑をも飛躍的に
増加させることとなり、凍結粒６ｂの単位量当りの冷媒
使用原単位を著しく増加させ、経済的に工業化を困難な
らしめるので、と記の如き技術的課題の解決策としては
実際上採用し得ない。

本発明は、かかる従来技術の実情に鑑み、各種表面の微
細な異物、塵芥、破砕片、パリ等の除去、華奢な或は精
密加工を要する物品のクリーニング。

ブラスティング等の処理に適する超微粒化された均一粒
径の凍結粒を容易且つ確実に得ることができる超微凍結
粒の製造装置を提供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 本発明の超微凍結粒の製造装置は、上記の課題解決の目
的を達成すべく、被凍結液を収容した密閉容器と、この
被凍結液に超音波による振動エネルギーを付与して、前
記密閉容器内に霧状の超微粒液である超微粒霧を発生浮
遊させる超音波手段と、この浮遊超微粒霧を前記密閉容
器外へ気流に乗せて移送する移送手段と、該移送手段に
より移送された前記超微粒霧を冷媒との熱交換により凍
結させる凍結手段とを具備したものである。

（作用） かかる溝成によれば、密閉容器内の被凍結液面上の密閉
空間に、超音波による振動エネルギーが被凍結液に付与
されることによって、従来装置におけるドライブガスに
よる噴霧作用によっては到底得ることができない均一に
超微粒化された霧状の被凍結液粒つまり超微粒霧を発生
浮遊させることができる。この超微粒霧は密閉容器外に
移送された上、冷媒との熱交換によって霧状の微粒子の
まま凍結させることができ、その結果、従来装置では不
可能視されていた均一な超微粒（粒径３μｍ程度）の凍
結粒つまり超微凍結粒を得ることができることとなった
。この場合、冷媒との熱交換により凍結される超微粒霧
は、超音波による振動エネルギーの作用によって始めて
得られるものであって、粒径均一にして超微粒のもので
あるから、冷媒との熱交換効率が飛躍的に高く、冷媒と
の温度差をさほど大きくとらなくても確実且つ急速に凍
結させることができる。

（実施例） 以下、本発明の４１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図に示す第１実施例の製造装置において、１１は密
閉容器、１２は超音波手段、１３は移送手段、１４は凍
結手段である。

密閉容器１１内には、被凍結液供給管１５から供給され
た水等の被凍結液１６が所定量収容され、その液面上に
所定容量の密閉空間１１　ａが設けられている。なお、
被凍結液１６の液面高さは、液面検出器２９による検出
直に応じて電磁弁１５　ａを開閉制御することによって
一定範囲に維持される。

超音波手段１２は密閉容器１１の被凍結液１６中に超音
波を送り込む振動子１７　ａとその制御袋Ｎ　１７　ｂ
とからなり、振動子１７　ａから被凍結液６中に超音波
を送り込むことによって、その振動エネルギーの作用で
前記空間１１　ａに被凍結液の超微粒子化された粒径均
一な超微粒ｇ　１６　ａ・・・を発生せしめ−ｙ＝にる
ように構成されたものである。なお、振動子１７　ａか
ら発する超音波の周波数は、被凍結液１６の性状や所望
の微粒子の径、温度等の条件に応じて適宜設定すること
が望ましく、例えば、被凍結液が水の場合、冷媒として
液化窒素を用い、所望の超微凍結粒の径として３μｍと
する実施例では、水温３０°Ｃに於て周波数的１７００
　ＨＺにするとよい。

移送手段１３は、前記密閉容器１１の上部にその空間１
１　ａに連通ずる移送用ガス共給管１８及び移送管１９
を夫々接続したものであってもよく、移送ガス供給９１
８から窒素ガス等の移送用ガスを供給させることにより
、前記空間１１　ａに発生した超微粒７１６　ａ・・・
を、前記移送ガスと共に宵を風に乗せた状態で、移送管
１９を介して密閉容器１１外へ移送させればよい。

或は第４図に示した様に、系内にファン３１を設けて移
送してもよい。なお、移送用ガス供給管１８から９　ｒ
Ａされる移送用ガスの圧力は、上記実施例のものでは、
水柱圧１００胡程度に設定した。

凍結手段１４は、液化窒素等の冷媒２０を所定量収容し
た凍結粒製造容器２１を設け、この容器２１の上部に前
記移送管１９に接続した吹出口２２を配設して、移送管
１９内を移送用ガスと共に送られてくる超微粒ｇ１６ａ
・・・を、吹出口２２から冷！某２０に向けて吹出させ
ることにより、冷媒２０との熱交換により超微凍結粒１
６　ｂ・・・に凍結させる構成である。なお、凍結粒製
造容器２１にはその冷媒２０中から容器２１外の上方部
位へと延びるスクリューコンベア等の凍結粒、取出手段
２３を設け、冷媒２０中を沈降堆積する超微凍結粒１６
　ｂ・・・を容器２１外に取出し、ブラスト用の砥粒等
としての使用に供する。

以上のように構成した製造装置によれば、超音波手段１
２により超微粒化された粒径均一な超微粒Ｗ　１６　ａ
を得て、Ｊれを冷媒２０との熱交換により凍結させるか
ら、被凍結液をドライブガスにより噴霧させて微粒化し
た上で凍結させる従来手法によっては到底不可能であっ
た、超微粒且つ均一粒径の凍結物１６ｂ（粒径が３μｍ
程度）を製造することができる。

しかも、このように粒径が飛躍的に極小であるため、冷
媒２０との熱交換効率が極めて高く、従来装置に比して
、装置全体の小形化、簡素化を顕著に進め得て、コスト
の低減も著しい。例えば第６図に示した従来装置では、
噴霧器５に供給する市に被凍結液は予冷装置で予冷させ
ておく必要がある上に、冷却領域即ち噴霧器５の噴出面
と冷媒２の液面との距ｉ１ｈを５００胴程度以上に大き
くとる必要があるが、前記本発明の実施例では、かかる
予冷装置は設置する必要がなく、吹田口２２と冷媒２０
との距離Ｈも１００〜２００ｆｒｒＩｎで済む。さらに
、従来の方法では、第６図に示した様に、被凍結液をノ
ズルから円錐状に噴霧することが多く、容器１の径を大
きくとる必要を生ずる場合が多かったが、本発明の場合
は、単に霧状の被凍結液を吹出せばよく、凍結粒製造容
器２１の径も比較的小さいものであってよい。したがっ
て、凍結粒製造容器２１を含む製造装置全体を思い切っ
て小形化。

簡素化し得、容器２１内面への凍結物の付着も避は易い
。

また、本発明に係る製造装置にあっては、上述した如く
冷媒との熱交換の効率が極めて高く、被凍結液１６は凍
結手段１４による凍結工程前の段階で超微粒化し霧状に
なっているのであるから、次に述べる第２若しくは第３
実施例における如く、凍結手段１４の構成等を工夫する
ことによって、移送手段１３による圧送エネルギーをブ
ラスト、クリーニング処理等のための凍結粒噴射エネル
ギーとしてそのまま利用させることも可能である。さら
に冷媒となる液化窒素２０が超微粒７１６ａ・・・と直
接熱交換し、超微凍結粒１．６　ｂ・・となり、液化窒
素２ｏは液体から気体となり、この気体を直接噴射エネ
ルギーとして利用できる。

すなわち、第２図に示す第２実施例の製造装置にあって
は、移送手段１３の圧送力等を含む全体圧力が２〜１０
　Ｋｇ／　ｆｆｌ程度の高圧に設定すると共に、凍結手
段１４が、前記第１実施例と異なって、移送管１９に接
続した〉ズル管２４とこのノズル管２４内に冷媒を噴霧
させる噴霧管２５とで構成しており、その他の構成は前
記第１実施例と同様とした。

かかる製造装置によれば、移送ｗ１９からノズル管２４
内に移送された超微粒Ｍ１６ａ・・・は、ノズル管２４
内における圧送領域内で噴霧管２５による噴霧冷媒と熱
交換して凍結した後、超微凍結粒１６　ｂ・・・とじて
ノズル管２４から被処理物に噴射させるのであるＱ さらに第３図に示す第３実施例の製造装置にあっては、
凍結手段１４が、冷媒２０を収容した密閉容器２６とノ
ズル管２４とを冷媒供給管２７を介して接続すると共に
、冷媒２０底部に超音波を発する振動子乞 ２８　ａ及びその制御装置２８ｈけて構成し、その池の
構成は前記第２実施例と同一にした。なお、冷媒２０の
液面高さは、液面検出器３２による検出１直に応じて冷
媒供給管３３の電磁弁３３　ａを開閉制御することによ
って一定範囲に維持される。

かかる製造装置を使用すると、密閉容器２６の上部空間
２６　ａに超音波作用によって超微粒冷媒２０　ａ・・
、・が霧状に発生して、これが冷媒２０の蒸発ガスと共
に供給管２７からノズル管２４内に供給され、爾後、前
記第２実施例におけると同様の作用により、超微凍結粒
１６　ｂ・・・がノズル管２４から噴射されるのである
。

このように、第２若しくは第３実施例の如き構成の実施
例では、移送手段１３による圧送エネルギーと冷媒の熱
交換後の気化ガスと、被処理物に超微凍結粒１６　ｂ・
・・を噴射させるための噴射力として利用することがで
き、従来の方法や第１図の実施例の様に微凍結粒取出し
用コンベアー２３の様な手段を省略し得て、極めて簡便
なブラスト装置を提供することができる。

なお、前記各実施例に於いて、被凍結液としては、凍結
粒の用途に応じて、水の他、果汁液、薬液、液化二酸化
炭素・塩素・アンモニア、フロン系液化ガス等の各皿液
体を用いることが・できる。

また、冷媒としては液化窒素、液化２酸化炭素液化空気
、液化酸素、液化アルゴンガス、液化フレオンガス等を
使用することができる。液化二酸化炭素等の液化ガスを
用いる場合には、前記密閉容器１１．２６は真空断熱容
器に構成しておくことが望ましい。

前記各実施例においては、超微粒霧１６　ａの移送管１
９を介しての容器１１外への移送を、移送用ガス供給％
Ｆ１８から容器１１内に移送ガスを供給することによっ
て行うようにしたが、第４図に示す如く、容器１１の上
部にファン３１を内装した送風管３０を接続して、送風
管３０から容器１１内に送風することによって、その風
に乗せた状態で超微粒Ｍ１６ａを移送管１９を介して容
器１１外へ移送させるようにしてもよい。

本発明に係る製造装置を使用する場合、振動子１７　ａ
によって被凍結液１６中に送り込む藺音波の周波数を変
えることによって、超微凍結粒１６　ｂの粒径を適宜調
節することができる。例えば、被凍結液として水を、ま
た冷媒として液化窒素を用い、本発明の装置によって凍
結粒を製造する場合、温度２０°Ｃに於いては、超微凍
結粒の粒径（μｍ）を竪軸に、超音波発生用振動子の周
波数（Ｈｚ　）を横軸にとって両者の関係をプロットす
ると、第５図の如きグラフが得られた。被凍結液、冷媒
、振動子周波数、温度を変えて同様にプロットすること
によって実酸データを揃えておけば、所望の粒径の７ｉ
１！桔粒を得る等の条件を容易に見出すことができる。

（発明の効果） 本発明の超微凍結粒の製造装置は、被凍結液に超音波作
用を与えることによって均一に植機粒化して霧状に浮遊
させた状態で冷媒と熱交換させるように構成したので、
従来装置では到底得ることの出来ない均−且つ超微粒の
凍結粒を容易且つ確実に製造することができ、近年特に
強く要請されている凍結粒による超精密処理を容易に実
現させ得る手段となる。

しかも、超微粒液ないし超微凍結粒が均一にして超微粒
であるため、冷媒との熱交換の効率が極めて高くなるこ
とから、凍結手段の構成を著しく簡略化し得て、装置全
体をコンパクトにまとめて小型化し得、コストの大幅な
低減を図りうる発明であり、工業的に価（直が高い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る製造装置の一実施例を示す概略の
縦断側面図、第２図は他の実施例を示す第１図同様図、
第３図は更に他の実施例を示す第１図同様図であり、第
４図は移送手段の変形例を示す要部の概略縦断側面図で
あり、第５図は振動子の周波数と凍結粒の粒重との関係
を示すグラフであり、第６図は従来の製造装置を示す第
１図同様図である。 １１・・・密閉容器、１２・・・超音波手段、１３・・
・移送手段、１４・・・凍結手段、１６・・・被凍結液
、１６ａ・・・超微粒霧！、１６　ｂ・・超微凍結粒。 第１図 ７ｂ 第２図 第６図 第５図 固兼数（Ｈｚ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 被凍結液を収容した密閉容器と、この被凍結液に超音波
   による振動エネルギーを付与して、前記密閉容器内に霧
   状の超微粒液である超微粒霧を発生浮遊させる超音波手
   段と、この浮遊超微粒霧を前記密閉容器外へ気流に乗せ
   て移送する移送手段と、該移送手段により移送された前
   記超微粒霧を冷媒との熱交換により凍結させる凍結手段
   とを具備することを特徴とする超微凍結粒の製造装置。