ドライアイスブラスト
極低温表面洗浄法

ゴム型の洗浄に使用されるドライアイスブラスト

ドライアイスブラストは二酸化炭素洗浄の一種で、固体の二酸化炭素であるドライアイスを加圧空気流で加速し、表面に噴射して洗浄する。[1] [2]

この方法は、サンドブラスト、プラスチックビーズブラスト、ソーダブラストといった他のメディアブラストと同様に、加圧空気流で加速された媒体を用いて表面を洗浄する点が異なりますが、ドライアイスブラストでは、ブラスト媒体としてドライアイスを使用します。ドライアイスブラストは、非研磨性、非導電性、不燃性、無毒性です。

ドライアイスブラストは効率的な洗浄方法[3] [要検証]です。ドライアイスは、他の産業プロセスから発生する二酸化炭素を再生したもので、EPA、FDA、USDAによって承認された媒体です。また、従業員の化学洗浄剤への曝露を軽減、あるいは完全に排除します。

他の媒体ブラスト法と比較して、ドライアイスブラストは、洗浄対象面に接触するとドライアイスが昇華（気体に戻る）するため、二次廃棄物や化学残留物が発生しません。ドライアイスブラストでは、ブラスト媒体の洗浄は不要です。[4]除去された媒体を含む廃棄物は、封じ込め方法に応じて、掃き集めたり、掃除機で吸い取ったり、洗い流したりすることができます。

方法

ドライアイスブラストのイラスト

ドライアイスブラストでは、ペレットを極めて高速で噴射します。ドライアイスペレット自体は非常に柔らかく、ブラスト洗浄に使用される他の媒体（砂やプラスチックペレットなど）よりも密度がはるかに低いです。ペレットは衝突するとほぼ瞬時に昇華し、衝突時に表面への運動エネルギーの伝達は最小限に抑えられ、摩耗も最小限に抑えられます。昇華プロセスは表面から大量の熱を吸収し、熱衝撃によるせん断応力を生み出します。[5]これは、汚れや汚染物質の最上層が下層の基質よりも多くの熱を伝達し、より容易に剥がれ落ちると予想されるため、洗浄効果が向上すると考えられています（誰が？）。このプロセスの効率と効果は、基質と汚染物質の熱伝導率に依存します。固体から気体への急速な状態変化は、微小な衝撃波も発生させ、これも汚染物質の除去を助けると考えられています。[要出典]

装置

ドライアイスは、固形ペレット状のもの、または大きな氷塊から削り取ったものを使用できます。削り取った氷塊は、固形ペレット状のものよりも密度が低く、より繊細な氷媒体となります。さらに、ペレットはドライアイスの雪を圧縮するか、液体CO2タンクを使用して固形ペレットを形成することで製造できます。 [ 6]圧縮された雪から作られたドライアイスは砕けやすく、洗浄にもそれほど強くありません。

ドライアイスブラスト技術の起源は、従来の研磨ブラストにあります。研磨ブラスト機とドライアイスブラスト機の違いは、ブラスト媒体の取り扱い方にあります。砂などの媒体とは異なり、ドライアイスは通常、昇華温度で使用されます。その他の違いとしては、氷が雪玉のように固まるのを防ぐシステムや、極低温での動作を可能にする素材の違いなどが挙げられます。

ドライアイスブラストには、2ホース方式と1ホース方式の2つの方法があります。1ホース方式は、粒子の速度が速いため、洗浄効果はより強力です。

2 ホース ドライアイス ブラストは、シングル ホース システムの前に開発されました。2 ホース ドライアイス ブラストの手法は、吸引式研磨ブラスト システムによく似ています。1 本のホースで圧縮空気が送り込まれ、ベンチュリー効果によって 2 本目のホースから氷の粒が吸い出されます。シングル ホース システムと比較すると、2 ホース システムでは氷の粒の送り出し力が弱くなります (一定の空気供給量で約 5%)。一定の圧縮空気量の場合、2 ホース システムでは機械とアプリケーター間の垂直距離を短くすることができます。現在利用可能なほとんどのシステムでは、この制限は 7.5 メートル (25 フィート) をはるかに超えています。2 ホース システムは、送り出しシステムが単純なため、一般的に製造コストが低くなります。これらのシステムは、ほとんどの用途で効率が低いため、現在ではほとんど見かけません。主な利点は、温かい空気と冷たい氷が後で混ざることでホース内での昇華が少なくなり、より細かい氷の粒をアプリケーターに送ることができることです。これらのシステムにより、半導体などのより繊細な表面の洗浄が可能になります。[要出典]

最初に商品化されたドライアイス ブラスト装置はシングルホース システムでした。これは 1986 年に Cold Jet, LLC によって開発され、[7] [8]、1 本のホースを使用してエア ブラストとドライアイスを送り出します。シングルホース ドライアイス ブラスターは、シングルホース 研磨ブラスト システムの多くの利点を備えています。加圧ホッパーの潜在的な危険性を回避するために、シングルホース ドライアイス ブラスターは高速循環エアロックを使用します。シングルホース システムでは、氷がホースから出たときに圧力が大幅に低下することなく、ダブルホース システムよりも長いホースを使用できます。追加のパワーは、複雑さの増加を犠牲にして得られます。シングルホース システムは、より強力な洗浄が有利な場合に使用されます。これにより、よりひどい堆積物を洗浄でき、中程度の堆積物をより速く洗浄できます。

2014年、スロバキアのICS Ice Cleaning Systems社は、アプリケーターガンから排出されるドライアイス粒子のサイズを小さくする粉砕ローラーセットの特許を取得しました。これにより、オペレーターは初めてドライアイス粒子のサイズを細かく制御できるようになりました。国際基準の3mmから1.5mm、さらには必要に応じてさらに細かく設定することも可能です。操作は電子ボタンを押すだけで簡単です。これにより、より繊細な表面を傷つけることなく、より微細な表面への塗布が可能になります。

さらに、ドライアイスペレットの小片を、コーティング、組成、質感の異なる複数の表面に噴射することで、表面損傷のリスクを軽減できます。以前はノズル破砕装置を用いて試みられていましたが、この新しい破砕ローラーは、これまでにない精度と効率を実現しました。2020年、フロリダを拠点とする起業家であり、DryceNationコミュニティの創設者である人物がこの手法を紹介し始め、コレクターカー業界からすぐに好評を博しました。ソーシャルメディアプラットフォームに投稿された動画によって、このプロセスはさらに加速し、2022年までに広く受け入れられました。

用途

ベーカリー機器の洗浄に使用されるドライアイスブラスト

ドライアイスブラストは、様々な業界で活用されています。ドライアイスのユニークな特性により、多くの商業施設や製造現場において理想的な洗浄ソリューションとなっています。

ドライアイスブラストは、複雑な形状を持つ多数の対象物を一度に洗浄できるため、プラスチックやゴムの金型の洗浄が主な用途となっています。[9]ドライアイスは、手作業によるこすり洗いや化学洗浄剤の使用に頼る従来の洗浄方法に代わるものです。ドライアイスブラストは、金型を稼働温度でその場で洗浄するため、洗浄のために生産を停止する必要がありません。[10]

食品加工業界

ドライアイスブラストは食品加工機器の洗浄に使用できます。[11]英国食品基準庁は、2004年という早い時期に、サルモネラ・エンテリティディス、大腸菌、リステリア・モノサイトゲネスの表面を効果的に除染し、従来の微生物学的方法ではこれらの微生物を検出できないようにするプロセスを文書化しました。 [12]「 2006年から2007年にかけて、ピーナッツバターとベビーフードの摂取に関連するサルモネラ症のアウトブレイクが2件発生したことを受けて、[13] [14]カーギルなどのGMA会員は、 「低水分製品におけるサルモネラ菌の除去に関する業界の慣行を再評価する」取り組みを行いました。これは、「低水分製品からのサルモネラ菌のアウトブレイクは比較的まれですが、多くの場合、多くの人々に影響を与える」ためです。この取り組みの結果、ドライアイスブラストを含む 、さまざまな水を使わない洗浄方法を説明した文書が作成されました。 [15]

一部の機器を分解することなく、また火災や電気的な危険を生じさせずに洗浄するためにも使用できます。EPAは、多くの溶剤系洗浄の代替としてドライアイスブラストを推奨しています。[16]

災害復旧

清掃プロセスは、カビ、煙、火災、水害などの災害復旧にも使用できます。[17]

歴史的遺物の保存

ドライアイスは非研磨性であり、洗浄プロセスによる二次廃棄物も発生しないため、ドライアイスブラストは保存修復や歴史的建造物の保存プロジェクトに利用されています。この洗浄プロセスは、USSモニター[18]やフィラデルフィア美術館[19]の保存修復にも利用されました。

半導体製造

ドライアイス ブラストは、ブラスト媒体が残留物を残さずに昇華するため、半導体、航空宇宙、医療機器製造業界で使用されています。

金属加工

洗浄プロセスは、自動化された溶接ライン上の生産設備の洗浄、[20]複合工具の洗浄、 [21]工業用印刷機の洗浄、[22]鋳造所で使用される金型や設備の洗浄、[23]石油・ガス産業の陸上・海上環境における設備や工具の洗浄など、他の製造現場でも使用されています。

ドライアイスブラストは部品のバリ取りやバリ取り[24]や塗装前の表面処理にも使用されます。

自動車修理業界

ドライアイスブラスト技術は、自動車洗浄分野において幅広い用途を有しています。環境に優しく効率的な特性から、自動車のメンテナンスと洗浄における重要な手段となりつつあります。自動車洗浄におけるドライアイスブラストの主な用途は以下のとおりです。

ドライアイスブラストは、配線やゴム部品などの敏感な部品を損傷することなく、エンジン表面のオイル、カーボン堆積物、ダストを素早く除去します。この非接触洗浄方法は、エンジンの正常な動作を確保し、寿命を延ばします。

ドライアイスブラストは、車のシート、カーペット、ドアの内装についた油汚れ、食べ残し、タバコの煙などの頑固な汚れの洗浄に最適です。ドライアイス粒子が直接蒸発するため、水や化学洗浄剤は不要で、洗浄後の乾燥工程も不要です。

車のシャーシには汚れ、塩分、油などが蓄積しやすく、腐食や機械の故障の原因となる可能性があります。ドライアイスブラストは、シャーシの頑固な汚れを効果的に除去すると同時に、金属表面とコーティングを損傷から保護します。

安全性

二酸化炭素は濃度が1%を超えると毒性が増し[25] 、換気の悪い場所で装置を使用しないと酸素と置き換わり、窒息を引き起こす可能性があります。さらに、二酸化炭素は空気より重いため、ガスを効率的に除去するには、排気口を地面の高さかそれに近い高さに設置する必要があります。常圧ではドライアイスは-78℃（-108°F）であり、絶縁手袋を着用して取り扱う必要があります。ドライアイス洗浄装置を安全に使用するには、目と耳を保護する必要があります。

歴史

1945年、アメリカ海軍が初めてドライアイスブラストの実験を行ったと考えられています。彼らは、この技術を様々な脱脂用途に活用することに興味を持っていました。[26]

1959年、ユニリーバは骨から肉を取り除く方法としてドライアイスブラスト（またはウォーターアイスブラスト、あるいはその2つの組み合わせ）を使用する特許を申請しました。[27]

1971年、ケモトロニクス・インターナショナル社は、バリ取りとバリ取りのためにドライアイスブラストを使用する特許を申請した。[28]

ドライアイスブラストの特許は1974年にロッキード・マーティン社によって申請された。 [29]

現代のシングルホースドライアイスブラスト技術の開発と設計に関する最初の特許は、1986 年と 1988 年に Cold Jet, LLC の David Moore に付与されました (米国特許 4,617,064 号と米国特許 4,744,181 号)。

参照

参考文献

  1. ^ マーシャ、ヴィテスラフ;ホルジャーク、デイヴィッド。ペトリラック、ダリミル（2021年12月）。 「表面洗浄におけるドライアイスブラストの産業利用」。クリーナー生産ジャーナル。329 129630。書誌コード:2021JCPro.32929630M。土井：10.1016/j.jclepro.2021.129630。
  2. ^ Kohli, Rajiv (2019). 「固体二酸化炭素（ドライアイス）ペレットブラストによる表面汚染物質の除去への応用」表面汚染と洗浄の発展：洗浄技術の応用. pp.  117– 169. doi :10.1016/B978-0-12-815577-6.00004-9. ISBN 978-0-12-815577-6。
  3. ^ Jet, Cold. 「Cold Jetのドライアイスブラストおよびドライアイス製造装置」coldjet.com . 2018年7月10日閲覧。
  4. ^ 「Apex Dry Ice Blasting: Industrial Services – Akron, Ohio」. apexdryiceblasting.com . 2018年7月11日閲覧。
  5. ^ CO2ブラストの仕組み
  6. ^ 「高密度CO2」 。 2018年7月18日閲覧。
  7. ^ “Moore, David E., US patents#4,617,064 and #4,744,181”. 2019年4月28日時点のオリジナルよりアーカイブ。2007年7月12日閲覧。
  8. ^ Jet, Cold. 「Cold Jetのドライアイスブラストおよびドライアイス製造装置」coldjet.com . 2018年7月10日閲覧。
  9. ^ Callari, Jim. 「ドライアイス洗浄はハイテク成形業者に大きな利益をもたらす」ptonline.com . 2018年7月10日閲覧。
  10. ^ Jet, Cold. 「Cold Jetのドライアイスブラストおよびドライアイス製造装置」coldjet.com . 2018年7月10日閲覧。
  11. ^ 「ケーススタディ：ベーカリーがドライアイス洗浄を導入」食品製造. 2017年6月15日. 2023年12月22日閲覧。
  12. ^ ミラー、イアン（2004年9月19日）. Cold Jet – 食品加工エリア、機器、死骸、食品の洗浄・除染のための新技術（PDF）（食品基準庁への技術報告書）.スコットランド、アバディーンシャー、ストーンヘブン：マイクロケム・バイオサイエンス・リミテッド.
  13. ^ 「テネシー州でピーナッツバターに関連するサルモネラ菌感染症が複数州で発生（最終更新）」CDC、米国保健福祉省、2007年3月7日。
  14. ^ Sotir, Mark J.; Ewald, Gwen; Kimura, Akiko C.; Higa, Jeffrey I.; Sheth, Anandi; Troppy, Scott; Meyer, Stephanie; Hoekstra, R. Michael; Austin, Jana; Archer, John; Spayne, Mary; Daly, Elizabeth R.; Griffin, Patricia M.; Salmonella Wandsworthアウトブレイク調査チーム（2009年12月）「乳幼児におけるサルモネラ・ワンズワース菌およびチフス菌感染症のアウトブレイクは、市販の野菜コーティングスナック食品に起因する」小児感染症ジャーナル28 ( 12): 1041– 1046. doi :10.1097/INF.0b013e3181af6218. PMID  19779390.「乳幼児におけるサルモネラ・ワンズワース菌およびチフス菌感染症の発生原因は市販の野菜コーティングスナック食品にあることが判明：訂正」 における書式の軽微な修正。小児感染症ジャーナル. 29 (3): 284. 2010年3月. doi :10.1097/01.inf.0000369241.58743.90。[結果]セクションの最初の小見出しが誤っていました。小見出しは「サルモネラ・ワンズワース」とすべきでした。 （オリジナルには「サルモネラ・ワンズワース」とありました。）
  15. ^ 低水分食品におけるサルモネラ菌の制御(PDF) . 食料品製造業者協会. 2009年2月4日.
  16. ^ 1,1,1-トリクロロエタン（TCA）の危険性と代替物質（PDF）（技術ファクトシート）。米国環境保護庁。2000年10月。EPA 905-F-00-026。
  17. ^ “Applications | Go Green – Dry Ice Blasting”. gogreendryiceblasting.com . 2018年7月10日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2018年7月10日閲覧。
  18. ^ Erickson, Mark St. John. 「Speeding up the Monitor rescue」. dailypress.com . 2018年7月11日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2018年7月10日閲覧。
  19. ^ 「宝箱を保存する」Philly.com . 2018年7月10日閲覧。
  20. ^ 「ドライアイスによる自動溶接ラインの洗浄」 。 2018年7月11日閲覧。
  21. ^ ジェフ・スローン「はい、ドライアイスで工具板を掃除できます」compositesworld.com . 2018年7月11日閲覧。
  22. ^ 「ドライアイスブラストによる印刷機、ローラー、インクトレイの洗浄」continentalcarbonic.com . 2018年7月11日閲覧。
  23. ^ Jet, Cold. 「Cold Jetのドライアイスブラストおよびドライアイス製造装置」coldjet.com . 2018年7月11日閲覧。
  24. ^ 「ドライアイスが医療機器メーカーを支援する方法 | Medical Design and Outsourcing」medicaldesignandoutsourcing.com 2017年4月3日. 2018年7月10日閲覧。
  25. ^ フリードマン、ダニエル. 「二酸化炭素ガス曝露の毒性、二酸化炭素中毒症状、二酸化炭素曝露限度、および有毒ガス試験手順へのリンク」. InspectAPedia. 2009年9月28日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2011年3月9日閲覧。
  26. ^ Foster, Robert W. 「二酸化炭素（ドライアイス）ブラスト」（PDF） . old.coldjet.com . 2007年3月6日時点のオリジナル（PDF）からアーカイブ。 2018年9月24日閲覧。
  27. ^ 骨から肉を取り除く方法、1960年1月21日、 2018年9月24日閲覧。
  28. ^ 高速ドライアイス粒子を噴霧して物品の不要部分を除去する方法、1971年7月12日、 2018年9月24日閲覧
  29. ^ 「ロッキード・マーティン・ドライアイス・ブラスト特許 US4038786A」2018年7月18日閲覧。
  • フラウンホーファー協会による固体CO2ブラストのチラシ
  • メッサーグループによるドライアイスブラストに関する2007年の記事（pdf、8～12ページ）
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