JPH0349869A - 凍結粒噴射装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、一般にアイスクリーニングと呼はれる凍結粒
噴射装置に関するものであり、半導体等の被処理物体の
表面に不着した、異物、油脂等の不純物を、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を目的
とするものである。

［従来の技術］ 第５図は例えば特開昭６３−９３５６６号公報に示され
た、従来の凍結粒噴射装置を示す構成図であり、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、　（６）は冷却温度制御手段である。凍結粒
製造手段（１）は、断熱性密閉容器（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
）、及び噴霧ガス供給管（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２
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（１
０）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させるように
構成しである。

次に動作について説明する。

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）の発生後に、噴霧器（８）
から被凍結原料を噴霧すると、断熱性容器（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、王室（６ａ）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
到達落下した凍結粒（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、もしくは滑動して網状体（１
１）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、網状体（１１）上を流動、も
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、凍結粒（１６ａ）を容器（６）外
に導き、移送する移送管（１８）を接続し、前記移送管
（１８）は、凍結粒噴射手段（３）に接続している。両
手段（２）（３）によれば、適宜に加圧した空気、窒素
等のドライブガスを導入管（２０）から噴射機器く１９
）に導入すると、これにより噴出機器（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、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）の外面に位置する冷却
作用部（２３ａ）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。

冷却温度制御手段（５）は、冷気排出管（２２）、及び
排出冷気導入管（２３）にそれぞれ第１及び第２流量調
節弁（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流量調節弁（２４
）を閉側にし、かつ第２流量調節弁（２５）を開側に制
御して、導入管（２３）の冷却作用部（２３＆）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流量調節弁（２４）を開
側にし、かつ第２流量調節弁（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（
１８）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。

［発明が解決しようとする課題］ 従来の凍結粒噴射装置は以上のように構成されており、
冷気相源として用いている冷媒（液体窒素等）の発生機
構を持たないために、冷媒（液体窒素等）の蒸発分を外
部から補給してやる必要があり、液体窒素が寛易に供給
できる地域、場所でないとこの装置を動作させることが
不可能である等の問題点があった。

本発明は上記のような問題点を解消するためになされた
もので、冷媒（液体窒素等）を外部から供給せずに凍結
粒を製造し、噴射することができる装置を低コストかつ
簡素な構成で得ることを目的とする。

［！！題を解決するための手段］ 本発明に係わる凍結粒噴射装置は、被冷却ガスを圧縮機
にて昇圧した後、膨張機を介して冷却し、冷却ガスを発
生させる冷媒発生手段を有し、かつ上記圧縮機にて昇圧
した被冷却ガスの一部を被凍結原料と共に上記断熱性容
器内に噴霧すると共に、噴霧粒子と上記冷却ガスとを熱
交換することによって製造された凍結粒を、上記圧縮機
によって昇圧した被冷却ガスの一部と共に噴射させるよ
うにしたものである。

さらに本発明の他の発明による凍結粒噴射装置は、被冷
却ガスを圧縮機にて昇圧した後、膨張機を介して冷却液
化し、液化された冷媒を発生させる冷媒発生手段を有し
、かつ上記圧縮機にて昇圧した被冷却ガスの一部を被凍
結原料と共に上記断熱性容器内に噴霧すると共に、噴霧
粒子と上記液化された冷媒とを熱交換することによって
製造された凍結粒を、上記圧縮機によって昇圧した被冷
却ガスの一部と共に噴射させるようにしたものである。

［作用］ 本発明における凍結粒噴射装置は、被冷却ガスを圧縮機
にて昇圧した後、膨張機を介して冷却し、冷媒を発生さ
せる冷媒発生手段を有し、かつ上記圧縮機にて昇圧した
被冷却ガスの一部を被凍結原料と共に上記断熱性容器内
に噴霧すると共に、噴霧粒子と上記冷媒とを熱交換する
ことによって製造された凍結粒を、上記圧縮機によって
昇圧した被冷却ガスの一部と共に噴射させるようにして
いるので、冷媒を外部から供給する必要がなく、かつ低
コストで簡素な構成の凍結粒噴射装置が得られる。また
、冷媒発生手段において形成される冷媒がガス状であれ
ば、低エネルギーで冷媒を得ることが出来る。

〔実施例］ 以下、本発明の一実施例を図について説明する。

第１図は本発明の一実施例による凍結粒噴射装置を示す
構成図であり、図において、　（１００）は冷媒発生手
段である。冷媒発生手段（１００）は以下のように構成
される。即ち、圧縮機（３１）は冷却水パイプ（３２）
を備えた圧縮機であり、冷却水バイブ（３２）に流す冷
却水の作用で等温圧縮を行わせることができる。　（３
３）はこの圧縮機（３１）の吸入側に、純粋な乾燥空気
を供給するために設けた、水分および炭酸ガス除去用の
フィルター　（３４）は前記圧縮機（３１）の吐出側に
設けた、ゴミ等の不純物を取り除くためのフィルター　
（４２ａ）は空気取り入れ用配管、（４２ｂ）は前記フ
ィルター（３３）と前記圧縮ＩＩ（３１）とを接続する
配管、　（４２ｃ）は前記圧縮１ｆｐ１（３１）と前記
フィルター（３４）を接続する配管、　（３９）は熱交
換器、　（４２ｄ）は前記フィルター（３４）と前記熱
交換器（３９）を接続する配管、　（４０）はジュール
・トムソン膨張弁、　（４２ｅ）は前記熱交換器（３９
）と前記ジュール・トムソン膨張弁（４０）を接続する
配管、　（４２ｆ）は前記ジュール・トムソン膨張弁（
４０）と冷媒収容タンク（１２）を接続する配管、　（
１５）は冷媒であり、冷却ガス、即ち、低温空気である
。　　（４２ｇ）は前記冷媒収容タンク（１２〉と前記
熱交換器（３９）を接続する配管、（４２ｈ）は、前記
熱交換器（３９）と前記配管（４２ｂ）を接続する配管
である。

次に、この冷媒発生手段（１００）の動作原理を第２図
に示す。これは、大気温度付近の状態の乾燥空気を、そ
の圧力に対応する液相に近い低温空気の状態にするサイ
クルを示すＴ−Ｓ線図である。

ここで、Ｔは温度、Ｓはエントロピ、ｌはエンタルピを
示し、１は一定である。大気状態であるＡからＢまで圧
縮機（３１）で等温圧縮を行った後、熱交換器（３９）
によってＢよりＣまで等圧冷却を行って温度を下げ、点
Ｃよりジュール・トムソン膨張弁（４０）でもとの圧力
ｐｌまで断熱膨張を行わせて温度を降下させ、低温空気
の状態とし点りに到らせ、そこで低温空気の一部を冷媒
（低温ガス）として取り出し、残りのガスは状態りより
、前記熱交換器に戻して、もとの状態に近いＡに帰還さ
せ、新しいガスを補給して、もとの状態Ａに戻り、再び
サイクルを繰り返す。このようにして、空気の温度を降
下させることができる。

なお、第２図において、Ｅは熱交換を表わし、曲線Ｆは
飽和線を表わす。

温度降下した低温空気の一部は冷媒（１５）として、冷
媒供給管（１３ａ）を介して、流量調節弁（４３）に導
入され、流量調節を行った後、冷媒供給管（１３ｂ）を
介して断熱性容器（６）の下部に設けた冷媒供給口（４
４）より噴射する。残りの冷媒（低温空気）は、前記熱
交換器（３９）に入り、前記圧縮機（３１）の吐出ガス
と熱交換した後、フィルター（３３）を介して供給され
る純粋な乾燥空気と混合されて、配管（４２ｂ）を介し
て圧縮機（３１）に入り、再びサイクルを繰り返す。な
お、圧縮機（３１）で昇圧された乾燥空気の一部は、配
管（４２ｉ）を介して、噴霧ガス流量を調節するための
バルブ（３７）、および配管（４２ｊ）を通過した後、
ゴミ等の不純物を除去するためのフィルター（３５）を
通過し、噴霧ガス導入管（１０）を介して、噴霧器（８
）に供給し、被凍結原料である純水を噴霧するために用
いる。さらに、圧縮機で昇圧された乾燥空気の一部は、
配管（４２ｋ）を介して、ガス流量を調節するバルブ（
３８）、および配管（４２１）を通過した後、ゴミ等の
不純物を除去するフィルタ（３６）、ドライブガス導入
管（２０）を通過し、噴射機器（１９）にドライブガス
として供給し、凍結粒（１６ｂ）を被処理物体表面に噴
射する。

このように、上記実施例の凍結粒噴射装置においては、
外部から冷媒（液体窒素等）を供給することなく、装置
自体で冷媒（低温空気）を発生させることができ、従来
例と同様の作用により、凍結粒を製造し、その凍結粒を
被処理物体の表面に噴射することにより、被処理物体の
表面に付着した異物、油脂等の不純物を除去することが
できる。

また、圧縮機にて昇圧した被冷却ガスの一部を、被凍結
原料、あるいは凍結粒の一部と共に噴射させるようにし
たので、従来は別途設けていた、被凍結原料用の噴霧ガ
ス及び凍結粒噴射用のドライブガスの供給装置を無くす
ことができ、装置の構成が簡素になると共に、低コスト
で構成できる。

なお、上記実施例では被冷却ガスに空気を用いた場合を
示したが、窒素ガスを用いてもよく、また、被凍結原料
に純水を用いた場合について説明したが、これと同等の
機能を有する他の被凍結原料であってもよく、上記実施
例と同様の効果を奏する。

また、上記実施例ではジュール・トムソン膨張弁を用い
て冷却を行なったが、ガスを膨張させるものであれば、
タービン等の他の膨張機であってもよい。

さらに上記実施例では冷媒発生手段（１００）において
冷却ガスを発生させたが、ガス状でなくとも、液化状態
にまで冷却してもよい。第３図は本発明の他の実施例に
よる凍結粒噴射装置を示す構成図、第４図は本発明の他
の実施例に係わる冷媒発生手段の動作を説明する特性図
である。図において、　（４１）は気液分離槽、　（４
２ｆ）はジュール・トムソン膨張弁（４０）と前記気液
分離槽（４１）を接続する配管、　（１５）は冷媒であ
り、この場合、液化空気である。　（４２ｇ）は気液分
離槽（４１）と熱交換器（３９）を接続する配管である
。第４図は、大気温度付近の状態の乾燥空気を、その圧
力に対応する液相の状態にするサイクルを示すＴ−５線
図であり、第２図と同様、ＡからＢまで圧縮機（３１）
で等温圧縮を行った後、熱交換器（３９）によってＢよ
りＣまで等圧冷却を行って温度を下げる０点Ｃよりジュ
ール・トムソン膨張弁（４０）でもとの圧力ｐｔまで断
熱膨張を行わせて、湿り蒸気線上の点りに到らせ、そこ
で気液分離を行って湿り分だけを状態Ｈの液化ガスとし
て取り出し、残りのガスは状態Ｇより、前記熱交換器に
戻して、もとの状態に近いＡ′に帰還させ、新しいガス
を補給して、もとの状態Ａに戻り、再びサイクルを繰り
返す。このようにして、空気を液化し、液化された冷媒
（１５）は、冷媒供給管（１３）を介して断熱性容器（
６）の下部に設けたタンク（１２）に供給する。残りの
ガス（低温空気）は熱交換器（３９）に戻し、第１図に
示した凍結粒噴射装置と同様に動作する。

また、タンク（１２）内の冷媒（１５）は従来例と同様
の作用で凍結粒を製造し、その凍結粒を被処理物体の表
面に噴射することにより、被処理物体の表面に付着した
異物、油脂等の不純物を除去することができる。

［発明の効果コ 以上のように、本発明によれば被冷却ガスを圧縮機にて
昇圧した後、膨張機を介して冷却し、冷却ガスを発生さ
せる冷媒発生手段を有し、かつ上記圧縮機にて昇圧した
被冷却ガスの一部を被凍結原料と共に上記断熱性容器内
に噴霧すると共に、噴霧粒子と上記冷却ガスとを熱交換
することによって製造された凍結粒を、上記圧縮機によ
って昇圧した被冷却ガスの一部と共に噴射させるように
したので、外部から冷媒を供給することなく、簡素な装
置によって、凍結粒を得られる効果がある。

また、従来は別途設けていた、被凍結原料用の噴霧ガス
及び凍結粒噴射用のドライブガスの供給装置を無くすこ
とができ、装置の構成が簡素になると共に、低コストで
構成できる効果がある。さらに、発生する冷媒は冷却ガ
スであるため、冷媒が低エネルギーで得られる。

また、本発明の他の発明によれば、冷媒発生手段におい
て、液化された冷媒を発生させ、この液化された冷媒を
断熱性容器に供給すると共に、前記発明と同様、圧縮機
にて昇圧した被冷却ガスの一部を、被凍結原料、あるい
は凍結粒と共に噴射させるようにしたので、外部から冷
媒を供給することなく、簡素な装置によって、凍結粒が
得られ、さらに、被凍結原料用の噴霧ガス及び凍結粒噴
射用のドライブガスの供給装置を無くすことができ、装
置の構成が簡素になると共に、低コストで構成できる効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による凍結粒製造装置を示す
構成図、第２図は本発明の一実施例に係わる冷媒発生手
段の動作を説明する特性図、第３図は本発明の他の実施
例による凍結粒噴射装置を示す構成図、第４図は本発明
の他の実施例に係わる冷媒発生手段の動作を説明する特
性図、及び第５図は従来の凍結粒製造装置を示す構成図
である。 図において、　（１）は凍結粒製造手段、　（３）は凍
結粒噴射手段、　（６）は断熱性容器、　（８）は噴霧
器、（９）は被凍結原料供給管、（１３ａ）及び（１３
ｂ）は冷媒供給管、　（１５）は冷媒、（１６ａ）は噴
霧粒子、　（１６ｂ）は凍結粒、（１９）は噴射機器、
　（２０）はドライブガス導入管、　（３１）は圧縮機
、　（４０）はジュール・トムソン膨張弁、　（４１）
は気液分離槽、並びに（１００）は冷媒発生手段である
。 なお、図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）断熱性容器、被冷却ガスを圧縮機にて昇圧した後
   、膨張機を介して冷却し、冷却ガスを発生させる冷媒発
   生手段、上記冷却ガスを上記断熱性容器内に供給する供
   給手段、上記圧縮機にて昇圧した被冷却ガスの一部を被
   凍結原料と共に上記断熱性容器内に噴霧する噴霧手段、
   及びこの噴霧手段により形成された噴霧粒子と上記冷却
   ガスとを熱交換することによって製造された凍結粒を、
   上記圧縮機によって昇圧した被冷却ガスの一部と共に噴
   射させる噴射手段を備えた凍結粒噴射装置。
2. （２）断熱性容器、被冷却ガスを圧縮機にて昇圧した後
   、膨張機を介して冷却液化し、液化された冷媒を発生さ
   せる冷媒発生手段、液化された上記冷媒を上記断熱性容
   器内に供給する供給手段、上記圧縮機にて昇圧した被冷
   却ガスの一部を被凍結原料と共に上記断熱性容器内に噴
   霧する噴霧手段、及びこの噴霧手段により形成された噴
   霧粒子と液化された上記冷媒とを熱交換することによっ
   て製造された凍結粒を、上記圧縮機によって昇圧した被
   冷却ガスの一部と共に噴射させる噴射手段を備えた凍結
   粒噴射装置。