JPH0566514B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 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、ブラステイング，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
微細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
凍結液即ち微粒液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
る噴霧作用によつて微粒液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つて、せいぜい粒径下限値が
30μｍ程度の凍結粒６ｂを製造し得るにすぎな
い。

したがつて、上述の如き従来装置で製造し得る
凍結粒６ｂ……は粒径が30μｍ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
着する微細な異物、塵芥、破砕片、バリ等の除
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、ブラステイング等も良好に行いうる可
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６
ａないし凍結粒６ｂの粒径が30μｍ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つて、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、コストの増
大も避けられないといつ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を製造するがやつとであり、しかもこの場
合には、均一な粒径の微粒液６ａ……したがつて
凍結粒６ｂ……を得ることは困難であつた。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の使用量をも
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、上記の如き
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、バリ等の除
去、華奢な或は精密加工を要する物品のクリーニ
ング、ブラステイ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） かかる構成によれば、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つて、従来装置に
おけるドライブガスによる噴霧作用によつては到
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つて霧状の微粒子の
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3μ
ｍ程度）の凍結粒つまり超微凍結粒を得ることが
できることとなつた。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つて始めて得られるもので
あつて、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１１ａ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による検出値に応じて電磁弁
１５ａを開閉制御することによつて一定範囲に維
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１７ａとその制御装
置１７ｂとからなり、振動子１７ａから被凍結液
６中に超音波を送り込むことによつて、その振動
エネルギーの作用で前記空間１１ａに被凍結液の
超微粒子化された粒径均一な超微粒霧１６ａ……
を発生せしめるように構成されたものである。な
お、振動子１７ａ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℃に於て周波数約1700Hz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１１ａに連通する移送用ガス供給管１８及
び移送管１９を夫々接続したものであつてもよ
く、移送ガス供給管１８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１１ａに
発生した超微粒霧１６ａ……を、前記移送ガスと
共に霧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、系内にフアン３１を
設けて移送してもよい。なお、移送用ガス供給管
１８から供給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100mm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２
２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霧１６ａ……を、吹出口２２
から冷媒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１６ｂ……に
凍結させる構成である。なお、凍結粒製造容器２
１にはその冷媒２０中から容器２１外の上方部位
へと延びるスクリユ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１６ｂ……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１２により超微粒化された粒径均一な超微
粒霧１６ａを得て、これを冷媒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
法によつては到底不可能であつた、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
前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の液面との距離ｈを500mm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、吹出口２２と
冷媒２０との距離Ｈも100〜200mm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
つたが、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
小さいものであつてもよい。したがつて、凍結粒
製造容器２１を含む製造装置全体を思い切つて小
形化，簡素化し得、容器２１内面への凍結物の付
着も避け易い。

また、本発明に係る製造装置にあつては、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つ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つ
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が超微粒霧１
６ａ……と直接熱交換し、超微凍結粒１６ｂ……
となり、液化窒素２０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
にあつては、移送手段１３の圧送力等を含む全体
圧力が２〜10Kg／cm²程度の高圧に設定すると共
に、凍結手段１４が、前記第１実施例と異なつ
て、移送管１９に接続したノズル管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、移送管１９からノズ
ル管２４内に移送された超微粒霧１６ａ……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１６ｂ……としてノズル管２４から被処理物
に噴射させるのである。

さらに第３図に示す第３実施例の製造装置にあ
つては、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２８ａ及びその制御装置２８ｂを設
けて構成し、その他の構成は前記第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による検出値に応じて冷媒供給管３３の
電磁弁３３ａを開閉制御することによつて一定範
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２６ａに超音波作用によつて超微粒冷媒
２０ａ……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１６ｂ……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を、被処理物に
超微凍結粒１６ｂ……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
系液化ガス等の各種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１６ａの移
送管１９を介しての容器１１外への移送を、移送
用ガス供給管１８から容器１１内に移送ガスを供
給することによつて行うようにしたが、第４図に
示す如く、容器１１の上部にフアン３１を内装し
た送風管３０を接続して、送風管３０から容器１
１内に送風することによつて、その風に乗せた状
態で超微粒霧１６ａを移送管１９を介して容器１
１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
１７ａによつて被凍結液１６中に送り込む超音波
の周波数を変えることによつて、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、本発明の装置によつて凍結粒を製造する場
合、温度20℃に於いては、超微凍結粒の粒径（μ
ｍ）を堅軸に、超音波発生用振動子の周波数
（Hz）を横軸にとつて両者の関係をプロツトする
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ツ
トすることによつて実験データを揃えておけば、
所望の粒径の凍結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つて均一に超微粒化
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
の出来ない均一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、工業的に価値が高い。

【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径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、１６ｂ……超微凍結
粒。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 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。