(57)【要約】  本発明は、少なくとも１つの高圧低温流体の流れを分配するためのデバイスに関し、前記デバイスは、可動器具（３）、１つ以上の高圧低温流体の流れを分配するための１つ以上の流体分配ノズル（１８）、および可動器具（３）へ高圧低温流体を供給するためのライン（２，５）を具備し、前記ラインは、可動器具（３）に連結された固定の上流部（５）および可動の下流部（２）を含み、前記固定の上流部（５）および可動の下流部（２）は、固定の回転接合部（２０）を含む回転可能なシステムにより相互に流動的に連結される。回転接合部（２０）は、１０×１０６〜１６０×１０”６／Ｋの熱膨張係数を有するポリマー材料を含む。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧低温流体の少なくとも１回の噴射を分配するためのデバイスであって、
−高圧低温流体の１回以上の噴射を分配するための１つ以上の流体分配ノズル（１８）を有する可動器具（３）と、
−前記可動器具（３）に高圧低温流体を供給するためのライン（２，５）であって、前記可動器具（３）に接合された固定の上流部（５）および可動の下流部（２）を含み、前記固定の上流部（５）および可動の下流部（２）は、回転シール（２０）を含む回転システム（１）により相互に流動的に連結されるラインと
を具備し、
前記回転シール（２０）は、１０．１０−６〜１６０．１０−６／Ｋの熱膨張係数を有するポリマー材料から作られる
ことを特徴とするデバイス。
【請求項２】
請求項１に記載のデバイスであって、前記回転シール（２０）は、２０．１０−６〜１３０．１０−６／Ｋの熱膨張係数を有するポリマー材料を含むことを特徴とするデバイス。
【請求項３】
請求項１または２に記載のデバイスであって、前記回転シール（２０）は、０．５０未満の摩擦係数を有するポリマー材料を含むことを特徴とするデバイス。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のデバイスであって、前記シール（２０）は円柱形であることを特徴とするデバイス。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のデバイスであって、前記シールは、１つ以上の金属部分（２１，２２，２３）により回転システム（１）内に保持されることを特徴とするデバイス。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載のデバイスであって、前記シールは、ＰＴＦＥ、ＰＣＴＦＥ、ＰＡＩおよびＰＰＳから選択されるポリマー材料から作られることを特徴とするデバイス。
【請求項７】
高圧低温流体の少なくとも１回の噴射を分配するための設備であって、
低温流体の供給源（１１）により低温流体を供給する請求項１〜６のいずれか１項に記載のデバイスを含み、
回転の動きが可能であり、前記高圧低温流体を分配するための１つ以上のノズル（１８）を具備する器具（３）を含む設備。
【請求項８】
高圧低温流体の噴射を使用して材料の表面を処理し、剥離しまたは表面を傷付ける方法であって、請求項７に記載の設備または請求項１〜６のいずれか１項に記載のデバイスが使用される方法。
【請求項９】
請求項８に記載の方法であって、前記器具（３）の１つまたは複数のノズルにより分配される前記低温流体は、少なくとも５００バール、好ましくは２０００〜４０００バールの圧力である方法。
【請求項１０】
請求項８または９に記載の方法であって、前記器具（３）の１つまたは複数のノズルにより分配される前記流体は、−１４０℃未満、好ましくは約−１４０〜１８０℃の温度である方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の概要】
【０００１】
本発明は、特に、表面処理、塗膜剥離、または表面の傷付け（scarifying）のための、所定の膨張係数および所定の摩擦係数を有する回転シール（rotary seal）を含む、高圧低温流体の噴射を使用するデバイスおよび動作方法に関する。
【０００２】
前記使用は、例えば、文献US-A-7,310,955およびUS-A-7,316,363に開示されており、材料で覆われていても覆われていなくてもよい材料の表面処理（特に、塗膜剥離、表面の傷付け等）を行うための１つ以上の非常に高圧な低温噴出だけでなく、金属、コンクリート、木材、ポリマー、セラミック、プラスチックまたはいずれかの他の種類の材料のような材料が切られる操作も開示されている。
【０００３】
このタイプの方法は、核または化学の環境のような主要な環境的制約がある環境において、特に使用されることが意図される。
【０００４】
１０００〜４０００バールの圧力および例えば−１００〜−２００℃、典型的には約−１４０〜−１６０℃の低温の液体窒素の１回または複数回の噴射は、固定されるかまたは回転もしくは振動する動きで動作するノズルを有する器具により分配されてよく、一般的に、低温流体供給管を介して液体窒素が供給される。
【０００５】
器具の回転する動きを得るために、モーターにより動くピニオンまたはベルトを有する回転駆動システムにより、ラインの軸に対して回転する動きが管および器具に加えられる。
【０００６】
回転システムの動力学的封止は、通常、管に対して配置され、ブロンズ部分により長手方向に横切られ、固体のステンレス鋼部分により囲まれた回転する円柱状のシール（典型的に、Tivar（登録商標）製）により実施される。
【０００７】
実際に、このシールは経時により効果が低くなることが分かっている。これは、使用される低温が約−１５０℃より低くなることによるものであり、相対的に早くリークを生じ、それ故、特に、例えばコンクリートが剥離されているか、またはペイントが剥がされている操作の間に、プロセスの効率が低くなる。
【０００８】
実際に、使用される低温の影響下では、表Ｉに示すように、材料はそれぞれの熱膨張係数に応じて様々に変形する。
【表１】
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【０００９】
これらの値は実証されており、問題とする温度範囲に対して一定であると想定される。ユニット長当りの熱膨張係数は、ＤＩＮ５００４４に従って得られる。
【００１０】
このように、これらの材料は、低温と非常に反応し難く、従って、交互の冷却と加熱のサイクルの間に変形または損傷までもがシールに生じ得、これは、非常に高圧（すなわち、典型的には４０００バール以下）に供された場合により早く起こる。
【００１１】
実際に、遊隙は、システムが正常に動作するのを妨げるリークを生じるシールと金属部分との間に段階的に生じることが述べられてきた。従って、シールは、定期的に交換する必要があり、装置およびメンテナンスのコストを負う。現在、これは、ヒトの介入が最小限に維持されるべきである危険な環境（例えば、特に核または化学の環境）において重大な因子である。
【００１２】
それ故、本発明の目的は、上記不利益を克服するように改良された回転シールを有する流体分配器具を具備する分配システムを提供することにより、上述したような低温流体（特に液体窒素）を分配するためのシステムの信頼性を向上させることにある。
【００１３】
本発明の目的は、高圧低温流体の少なくとも１回の噴射を分配するためのデバイスであって、
−高圧低温流体の１回以上の噴射を分配するための１つ以上の流体分配ノズルを有する可動器具と、
−可動器具に高圧低温流体を供給するためのラインであって、可動器具に接合された固定の上流部と可動の下流部とを具備し、前記固定の上流部および可動の下流部は、回転シールを含む回転システムにより互いに流体的に連結されているラインと
を具備し、
回転シールは、10.10-6〜160.10-6/Kの熱膨張係数を有するポリマー材料から作られることを特徴とする
デバイスにより達成される。
【００１４】
状況に応じて、本発明のデバイスは、以下に示す特徴の１つ以上を含んでよい：
−回転シールは、20.10-6〜130.10-6/Kの熱膨張係数を有するポリマー材料から作られる。
【００１５】
−回転シールは、0.50未満の摩擦係数を有するポリマー材料から作られる。
【００１６】
−シールは、円柱形である。
【００１７】
−シールは、１つ以上の金属部分により、回転システム内に保持される。
【００１８】
−シールは、ＰＴＦＥ、ＰＣＴＦＥ、ＰＡＩおよびＰＰＳから選択されてよいポリマー材料から作られる。
【００１９】
本発明は、高圧低温流体の少なくとも１回の噴射を分配するための設備であって、低温の流体源により低温流体が供給され、回転動作が可能な前記高圧低温流体を分配するための１つ以上のノズルを具備する器具を含む本発明によるデバイスを具備する設備にも関する。
【００２０】
さらに、本発明は、高圧低温流体の噴射を使用した材料の表面処理、剥離または表面の傷付けのための方法にも関し、本発明による設備またはデバイスが使用される。
【００２１】
器具の１つまたは複数のノズルにより分配される低温流体は、好ましくは、少なくとも５００バールの圧力、好ましくは２０００〜４０００バールの圧力である。
【００２２】
器具の１つまたは複数のノズルにより分配される流体は、好都合には、−１４０℃以下の温度、好ましくは約−１４０〜−１８０℃の温度である。
【００２３】
本発明は、添付の図を参照して提供されている以下の説明のための実施形態を参照することにより、さらに理解されるであろう。
【００２４】
図１は、高圧低温流体の噴射を分配するためのデバイスの一部の模式（側面）図であり、回転システム１のシール２０および回転器具３を示す。より詳細には、円柱状のシール２０は、液体窒素（ＬＮ２）の供給管の部分２、５の交点に配置され、１つ以上のブロンズ部分２２、２３により長手方向に横切られ、固体のステンレス鋼部分２１で囲まれている。シール２０は、回転システム１を動的に塞ぎ、上流部５を固定する一方、下流部２の回転動作を可能にする。
【００２５】
本発明によると、円柱状の回転シール２０は、10.10-6〜160.10-6/K、好ましくは約20.10-6 〜130.10-6/Kの熱膨張係数を有するポリマー材料から作られたシールである。これらの値は、実証されており、問題とする温度範囲に対して一定であると想定される。ユニット長当りの熱膨張係数は、DIN 50044に従って得られる。
【００２６】
以下に示す表IIは、一方ではＴｉｖａｒ（登録商標）の熱膨張係数、他方では図１のシステムにおいてシールとして使用され得る種々の商業的に入手可能なポリマーであって、低温環境において従来使用されているＴｉｖａｒ（登録商標）シールを好都合に置換するポリマーの熱膨張係数を示す。
【表２】
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【００２７】
ＰＴＦＥ＝ポリテトラフルオロエチレン；ＰＣＴＦＥ＝ポリモノクロロトリフルオロエチレン、ＰＡＩ＝ポリアミドイミド；ＰＰＳ＝ポリフェニレンスルフィド；ＵＨＭＷ ＰＥ＝超高分子量ポリエチレン。
【００２８】
表IIにおける数値は、実証されており、問題とする温度範囲に対して一定であると想定される。ユニット長当りの熱膨張係数は、DIN 50044に従って得られる。
【００２９】
さらに、表IIにおける異なるポリマーの摩擦係数および比較のためのＴｉｖａｒ（登録商標）の摩擦係数を、以下の表IIIに示す。
【表３】
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【００３０】
動摩擦係数は、DIN 50044を用いて測定した（下地硬化鋼上での試験//P = 0.4 MPA − V = 0.6 m/s）。
【００３１】
上記から分かるように、ＰＴＦＥ、ＰＣＴＦＥ、ＰＡＩおよびＰＰＳは、Ｔｉｖａｒ（登録商標）と同じオーダーの低い摩擦係数を有する。
【００３２】
熱膨張係数および摩擦係数を調べることにより、ポリマーＰＳおよびＰＡＩが、本発明による回転シールを作製するのに最も適切な材料であることが分かる。しかしながら、他の２つのポリマーも、好ましさは劣るが差しつかえなく使用できる。
【００３３】
低温流体を分配するためのシステムは、本発明の回転システム１において使用されるシール２０のタイプを慎重に選択することにより、より信頼性の高いものになり得る；言い換えると、シール２０と回転システム１の金属部分２１、２２、２３との間の遊隙の段階的な出現を妨げるか、または最小限にすることができ、それ故、前記シール２０における窒素のリークを妨げるか、または最小限にすることができる。
【００３４】
本発明によるシールが装着されたデバイスを備えた設備は、図３における例により示され、例えば、低温液体の噴射６を用いて表面を剥離するために使用され得る。
【００３５】
この設備は、加圧された（すなわち、約３〜６バールの圧力および１８０℃のオーダーの温度の）液体窒素を供給ライン１６を介して供給する、タンクのような液体窒素（以下、ＬＮ２と称する）の貯蔵部１１、液体窒素に超高圧（ＩＨＰ）をかけることが可能な内部の上流加圧器および熱交換器を具備する加圧デバイス１２からなる。貯蔵部１から来るＬＮ２は、その後、加圧デバイス１２により加圧され得る。
【００３６】
第１の圧力（ＵＨＰ）のＬＮ２は、その後、運搬ライン１７を介して外部の下流熱交換器１３に運ばれ、ＵＨＰ ＬＨ２は、大気圧の液体窒素により冷却され（９）、典型的にＵＨＰ液体窒素を得る。典型的に１０００バールより高く、一般的に２０００バール〜５０００バール、好都合には約３０００〜４０００バールの圧力（ＵＨＰ）であり、−１４０℃以下、典型的には約−１４０℃〜−１８０℃、例えば約−１５０〜−１６０℃のオーダーの温度である産生したＬＮ２は、ライン部５、２を介して、ＵＨＰ液体窒素の噴射６を送達する分配ノズル１８が装着されたロータリーストリッピングまたは同様の器具４に送られる。
【００３７】
トラックタンクまたは数千リットルの液体窒素を貯蔵するための貯蔵部のような固定または可動の高容量の貯蔵部１１は、一般的に、建物の外側（言い換えると野外）に設置される。貯蔵部１１は、１つ以上のチェックバルブを含む断熱パイプにより設備に接合される。さらに、ＬＮ２は同様に、断熱管を介してシステムの異なる要素間を運ばれる。全体的なガスの出力は、約20 l/分、すなわち15 m3/分である。
【００３８】
一般的に、加圧デバイス１２、外部の熱交換器１３および特に器具４は、原理的には１つ以上の建物に設置される。
【００３９】
図４Ａおよび４Ｂに示したように、例えば表面の剥離のために、ＵＨＰ ＬＮ２を供給するノズル１８を具備し（２）、好ましくは回転して処理されるべき表面を剥離するために使用されるＵＨＰ ＬＮ２の噴射６を得る器具４が使用される。
【００４０】
管の下流部２および器具３は、モーターおよび駆動ピニオンからなる通常の駆動システムにより回転される。
【００４１】
本発明によるシールを具備する熱処理デバイスは、低温流体の回転噴射または振動噴射の使用を必要とするいずれかの熱処理操作または方法、特に、金属、コンクリート、石、プラスチック、木、セラミック等のような材料の表面処理、剥離または表面の傷付けにおいて適用され得る。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】図１は、本発明によるシールを具備する高圧低温流体の噴射を分配するためのデバイスの一部の模式図である。
【図２】図２は、図１に記載の発明によるシールの拡大模式図である。
【図３】図３は、図１に記載のデバイスを組み込む、高圧低温流体の噴射のための設備の全体的なブロック図である。
【図４】図４Ａおよび図４Ｂは、図１におけるデバイスのノズルを有する器具の図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【手続補正書】
【提出日】平成24年7月19日(2012.7.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
熱膨張係数および摩擦係数を調べることにより、ポリマーＰＰＳおよびＰＡＩが、本発明による回転シールを作製するのに最も適切な材料であることが分かる。しかしながら、他の２つのポリマーも、好ましさは劣るが差しつかえなく使用できる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３６】
第１の圧力（ＵＨＰ）のＬＮ２は、その後、運搬ライン１７を介して外部の下流熱交換器１３に運ばれ、ＵＨＰ ＬＨ２は、大気圧の液体窒素により冷却され（９）、典型的にＵＨＰ液体窒素を得る。典型的に１０００バールより高く、一般的に２０００バール〜５０００バール、好都合には約３０００〜４０００バールの圧力（ＵＨＰ）であり、−１４０℃以下、典型的には約−１４０℃〜−１８０℃、例えば約−１５０〜−１６０℃のオーダーの温度である産生したＬＮ２は、ライン部５、２を介して、ＵＨＰ液体窒素の噴射６を送達する分配ノズル１８が装着されたロータリーストリッピングまたは同様の器具３に送られる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３８】
一般的に、加圧デバイス１２、外部の熱交換器１３および特に器具３は、原理的には１つ以上の建物に設置される。
【国際調査報告】
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