(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
昇圧により昇温された液化ガスである噴射用液化ガスを、冷媒として用いる液化ガスである冷却用液化ガスとの熱交換により冷却する熱交換器と、
シリンダ端部のプランジャ入出開口に設置されるシール部を有すると共に前記噴射用液化ガスを昇圧させるプランジャポンプと
を備える液化ガス噴射装置であって、
前記シリンダ端部に接続されると共にプランジャの一部を囲うプランジャカバーと、
気化された前記冷却用液化ガスを含む前記熱交換器からの排気を前記プランジャカバーの内部に供給する排気供給手段と
を備えることを特徴とする液化ガス噴射装置。
【請求項２】
前記シール部の周囲に配置される冷却ジャケットを備え、
前記排気供給手段は、前記冷却ジャケットにも前記排気を供給する
ことを特徴とする請求項１記載の液化ガス噴射装置。
【請求項３】
前記熱交換器として、前記プランジャポンプに供給される前の前記噴射用液化ガスを予備昇圧する予備昇圧部に設置される予備昇圧用熱交換器と、前記プランジャポンプで昇圧された前記噴射用液化ガスの温度調整を行うチラーとを備えることを特徴とする請求項１または２記載の液化ガス噴射装置。
【請求項４】
前記予備昇圧部から前記チラーに前記冷却用液化ガスを案内する送液管を備え、
前記排気供給手段は、内部に前記送液管が挿通されると共に前記排気を案内する送液管用排気管を備える
ことを特徴とする請求項３記載の液化ガス噴射装置。
【請求項５】
前記チラーから噴射部に前記噴射用液化ガスを案内する噴射管を備え、
前記排気供給手段は、内部に前記噴射管が挿通されると共に前記排気を案内する噴射管用排気管を備える
ことを特徴とする請求項３または４記載の液化ガス噴射装置。
【請求項６】
前記プランジャポンプを駆動するサーボモータを備えることを特徴とする請求項１〜５いずれか一項に記載の液化ガス噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液化ガス噴射装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、液化窒素ガス（液体窒素）や液化炭酸ガス（液化二酸化炭素）などの低温高圧の液化ガスを被洗浄物に噴射することにより、この被洗浄物を洗浄する液化ガス噴射装置が提案されている。液化ガス噴射装置は、被洗浄物の表面を傷付けることなく、被洗浄物の表面に付着した汚れなどの付着物を除去することができる。また、液化ガスは、噴射後の気化するため、処理後に被洗浄物の表面に残留することがない。特許文献１には、液化ガスをプランジャポンプにより昇圧し、噴射する液化ガス噴射装置が公開されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第７３１０９５５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、液化ガス噴射装置に利用されるプランジャポンプには、プランジャとシリンダとの摺動部に液化ガスが漏洩しないためにシール部が設けられている。プランジャポンプの駆動には一般的に油圧シリンダが用いられており、当該シール部は、油圧シリンダからの放熱やプランジャとの摩擦によって加熱されると共に、液化ガスと接触することによって冷却されている。このため、シール部は、温度差によって劣化し易く、短時間での交換作業等が必要となる。
【０００５】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、液化ガス噴射装置において、プランジャポンプのシール部の劣化を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明では、第１の解決手段として、昇圧により昇温された液化ガスである噴射用液化ガスを、冷媒として用いる液化ガスである冷却用液化ガスとの熱交換により冷却する熱交換器と、シリンダ端部のプランジャ入出開口に設置されるシール部を有すると共に前記噴射用液化ガスを昇圧させるプランジャポンプとを備える液化ガス噴射装置であって、前記シリンダ端部に接続されると共にプランジャの一部を囲うプランジャカバーと、気化された前記冷却用液化ガスを含む前記熱交換器からの排気を前記プランジャカバーの内部に供給する排気供給手段とを備える、という手段を採用する。
【０００７】
第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記シール部の周囲に配置される冷却ジャケットを備え、前記排気供給手段は、前記冷却ジャケットにも前記排気を供給する、という手段を採用する。
【０００８】
第３の解決手段として、上記第１または第２の解決手段において、前記熱交換器として、前記プランジャポンプに供給される前の前記噴射用液化ガスを予備昇圧する予備昇圧部に設置される予備昇圧用熱交換器と、前記プランジャポンプで昇圧された前記噴射用液化ガスの温度調整を行うチラーとを備える、という手段を採用する。
【０００９】
第４の解決手段として、上記第３の解決手段において、前記予備昇圧部から前記チラーに前記冷却用液化ガスを案内する送液管を備え、前記排気供給手段は、内部に前記送液管が挿通されると共に前記排気を案内する送液管用排気管を備える、という手段を採用する。
【００１０】
第５の手段として、上記第３または第４の解決手段において、前記チラーから噴射部に前記噴射用液化ガスを案内する噴射管を備え、前記排気供給手段は、内部に前記噴射管が挿通されると共に前記排気を案内する噴射管用排気管を備える、という手段を採用する。
【００１１】
第６の手段として、上記第１〜第５いずれかの解決手段において、前記プランジャポンプを駆動するサーボモータを備える、という手段を採用する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、シール部が設置されるシリンダ端部に接続されるプランジャカバーの内部に、気化された液化ガスを含む熱交換器からの排気が供給される。このため、シール部の昇温が抑制され、シール部の温度の変化は小さくなる。したがって、本発明によれば、液化ガス噴射装置において、プランジャポンプのシール部の劣化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係る液化ガス噴射装置の装置構成を示すフロー図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る液化ガス噴射装置が備える昇圧部の模式図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る液化ガス噴射装置の制御系を示す模式図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る液化ガス噴射装置が備えるプランジャポンプの圧力と時間との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して、本発明に係る液化ガス噴射装置１の一実施形態について説明する。
図１は、本実施形態の液化ガス噴射装置１を示す概略図である。なお、この図１では、本実施形態に係る液化ガス噴射装置の特徴点に直接関係しない構成要素、例えば各種の配管や弁については、便宜的に省略している。
【００１５】
本実施形態の液化ガス噴射装置１は、液化ガスとして、例えば液体窒素を用い、この液化ガスを昇圧して噴射する装置である。図１に示すように、液化ガス噴射装置１は、液化ガス供給部１０と、予備昇圧部２０と、昇圧部３０と、チラー４０（熱交換器）と、噴射部５０と、排気供給部６０（排気供給手段）と、コントローラ７０（図３参照）を備えている。
【００１６】
液化ガス供給部１０は、液化ガスＸ１を供給しているタンクであり、配管ｐ１を介して予備昇圧部２０に接続されている。この液化ガス供給部１０から予備昇圧部２０に供給された液化ガスＸ１は、噴射用液化ガスＸ２及び冷却用液化ガスＸ３（冷媒）として予備昇圧部２０に供給される。なお、噴射用液化ガスＸ２は、噴射の用途に用いられる液化ガスＸ１である。また、冷却用液化ガスＸ３は、噴射用液化ガスＸ２の冷却の用途に用いられる液化ガスＸ１である。また、後述の配管ｐ５により予備昇圧部２０とチラー４０とが接続されており、冷却用液化ガスＸ３の一部がチラー４０に供給される。つまり、液化ガス供給部１０は、予備昇圧部２０及び配管ｐ５を通じてチラー４０に冷却用液化ガスＸ３を供給している。
【００１７】
予備昇圧部２０は、昇圧部３０に供給される前の噴射用液化ガスＸ２を予備昇圧するものであり、予備昇圧用熱交換器２１と、予備昇圧ポンプ２２と、不図示の循環用ポンプを備えている。予備昇圧用熱交換器２１は、液化ガス供給部１０から供給された噴射用液化ガスＸ２を冷却用液化ガスＸ３との熱交換によって冷却する熱交換器であり、不図示の内部配管により予備昇圧ポンプに接続されている。予備昇圧ポンプ２２は、液化ガスＸ１を予備的に昇圧するポンプである。予備昇圧ポンプ２２は、配管ｐ２により昇圧部３０へと接続されている。このような予備昇圧部２０では、循環ポンプで噴射用液化ガスＸ２を循環させながら予備昇圧ポンプ２２で昇圧すると共によび予備昇圧用熱交換器２１で冷却する。
【００１８】
昇圧部３０は、予備昇圧された噴射用液化ガスＸ２をさらに昇圧する装置である。昇圧部３０は、図１に加えて、図２及び図３にも示すように、２つのプランジャポンプ３１と、２つのポンプ駆動部３２を備えている。プランジャポンプ３１には、配管ｐ２より分岐した配管ｐ２１及び配管ｐ２２を介して噴射用液化ガスＸ２が供給される。また、プランジャポンプ３１により昇圧された噴射用液化ガスＸ２は、プランジャポンプ３１に接続された配管ｐ３１及び配管ｐ３２と、これらの配管ｐ３１及び配管ｐ３２が集約された配管ｐ３を介して、チラー４０へと送られる。
【００１９】
続いて、図２を参照して、プランジャポンプ３１及びポンプ駆動部３２のより詳細な構成について説明する。各々のプランジャポンプ３１は、２つのシリンダ（シリンダ３ａ及びシリンダ３ｂ）と、これらのシリンダに端部が挿入された１つのプランジャ３ｃとを有している。また、プランジャポンプ３１は、シール部３ｄと、プランジャカバー３ｅと、冷却ジャケット３ｆとを備えている。
【００２０】
シリンダ３ａ及びシリンダ３ｂは、プランジャポンプ３１の端部に各々配置されている。シリンダ３ａ及びシリンダ３ｂは、内部に予備昇圧部２０で予備昇圧された噴射用液化ガスＸ２が供給される円筒部材である。これらのシリンダ３ａ及びシリンダ３ｂは、プランジャ３ｃが出し入れされるプランジャ入出開口を端部に有している。プランジャ３ｃは、一端３ｃ１側がシリンダ３ａに挿入され、他端３ｃ２側がシリンダ３ｂに挿入される棒部材である。このプランジャ３ｃは、ポンプ駆動部３２によって軸芯に沿う方向に往復動され、シリンダ３ａ及びシリンダ３ｂの内部の噴射用液化ガスＸ２を昇圧する。
【００２１】
なお、以下の説明では、必要に応じて、一方のプランジャポンプ３１のシリンダ３ａをシリンダＡと称し、同じプランジャポンプ３１のシリンダ３ｂをシリンダＢと称する。また、他方のプランジャポンプ３１のシリンダ３ａをシリンダＣと称し、同じプランジャポンプ３１のシリンダ３ｂをシリンダＤと称する。
【００２２】
シール部３ｄは、シリンダ３ａ及びシリンダ３ｂのプランジャ入出開口が形成された端部に埋設されている。このシール部３ｄは、プランジャ入出開口から噴射用液化ガスＸ２が漏出することを防止するための接触型のシール部である。このようなシール部３ｄは、プランジャ３ｃを囲うように環状とされており、内周面がプランジャ３ｃと摺動される。
【００２３】
プランジャカバー３ｅは、プランジャ入出開口が形成されたシリンダ３ａ及びシリンダ３ｂの端部（シリンダ端部）の各々に接続され、シリンダ３ａ及びシリンダ３ｂの外部にてプランジャ３ｃの一部を覆っている。このプランジャカバー３ｅは、シリンダ３ａ及びシリンダ３ｂ側に壁面を有していない。このため、シリンダ３ａ及びシリンダ３ｂの端部に設けられたシール部３ｄは、プランジャカバー３ｅの内部に露出されている。本実施形態においては、このプランジャカバー３ｅには、排気供給部６０の後述する第５配管６５が接続されており、排気供給部６０からプランジャカバー３ｅの内部に後述の排気Ｘ４が供給される。
【００２４】
冷却ジャケット３ｆは、シール部３ｄを径方向外側から覆うようにシリンダ３ａ及びシリンダ３ｂの端部に配置されている。この冷却ジャケット３ｆは、シール部３ｄの周囲に設置される円環状の管路であり、排気供給部６０の後述する第５配管６５と接続されている。この冷却ジャケット３ｆは、排気供給部６０から内部に後述の排気Ｘ４が供給されることによって、シール部３ｄの冷却を行っている。
【００２５】
ポンプ駆動部３２は、サーボモータ３２ａと、駆動ギア３２ｂと、従動ギア３２ｃと、ねじ軸３２ｄと、ナット３２ｅとを備えている。サーボモータ３２ａは、外部電源等に接続されており、コントローラ７０（図３参照）の制御の下、回転動力を発生させる。駆動ギア３２ｂは、サーボモータ３２ａの出力軸に固定されており、サーボモータ３２ａにより回転駆動される。従動ギア３２ｃは、駆動ギア３２ｂと噛合されており、駆動ギア３２ｂが回転駆動されることによって従動的に回転される。ねじ軸３２ｄは、従動ギア３２ｃと固定されており、従動ギア３２ｃが回転駆動されることによって回動される。このねじ軸３２ｄは、軸芯がプランジャ３ｃと平行となるように配置されている。ナット３２ｅは、ねじ軸３２ｄと螺合されており、ねじ軸３２ｄが回動することによって、ねじ軸３２ｄの軸芯に沿う方向に移動される。また、ナット３２ｅは、プランジャ３ｃに固定されている。このため、プランジャ３ｃはナット３２ｅがねじ軸３２ｄの軸芯に沿って移動されることによって、ねじ軸３２ｄの軸芯に沿う方向（すなわちプランジャ３ｃの軸芯に沿う方向）に移動される。
【００２６】
このような昇圧部３０では、ポンプ駆動部３２のサーボモータ３２ａによって回転動力が生成され、この回転動力が駆動ギア３２ｂ、従動ギア３２ｃ、ねじ軸３２ｄ及びナット３２ｅを介してプランジャ３ｃに伝達され、この結果、プランジャ３ｃが駆動される。
【００２７】
また、サーボモータ３２ａの回転方向は、コントローラ７０によって一定周期で回転方向が変更される。このため、プランジャ３ｃは一定周期で往復動を繰り返す。この結果、シリンダ３ａとシリンダ３ｂとにおいて順に噴射用液化ガスＸ２が昇圧される。
【００２８】
図１に戻り、チラー４０は、配管ｐ３を介して昇圧部３０と接続されている。また、チラー４０は、配管ｐ５を介して予備昇圧部２０と接続されている。配管ｐ５は、予備昇圧部２０からチラー４０に冷却用液化ガスＸ３を案内するための送液管である。このチラー４０は、配管ｐ３を通じて昇圧部３０から供給される噴射用液化ガスＸ２を、配管ｐ５を通じて予備昇圧部２０から供給される冷却用液化ガスＸ３と熱交換することによって、噴射用液化ガスＸ２の温度調整を行う熱交換器である。
【００２９】
噴射部５０は、配管ｐ４を介してチラー４０と接続されている。配管ｐ４は、チラー４０から噴射部５０に噴射用液化ガスＸ２を案内する噴射管である。噴射部５０は、配管ｐ４を介して供給された噴射用液化ガスＸ２を、被洗浄物に向けて噴射する。
【００３０】
排気供給部６０は、予備昇圧用熱交換器２１に接続する第１配管６１と、チラー４０に接続する第２配管６２と、配管ｐ５を囲う第３配管６３（送液管用排気管）と、配管ｐ４を囲う第４配管６４（噴射管用排気管）と、プランジャポンプに接続する第５配管６５とを備えている。第１配管６１は、一端が予備昇圧部２０の予備昇圧用熱交換器２１と接続され、他端が第３配管６３のチラー４０側の端部と接続されている。この第１配管６１は、予備昇圧用熱交換器２１において熱交換によって気化した冷却用液化ガスＸ３を含む排気Ｘ４を、予備昇圧部２０から第３配管６３に案内する。第２配管６２は、一端がチラー４０に接続され、他端が第４配管６４の噴射部５０側の端部と接続されている。この第２配管６２は、チラー４０において熱交換によって気化した冷却用液化ガスＸ３を含む排気Ｘ４を、チラー４０から第４配管６４に案内する。
【００３１】
第３配管６３は、内部に配管ｐ５が挿通された配管であり、予備昇圧部２０とチラー４０との間に配置されている。つまり、予備昇圧部２０とチラー４０との間には、配管ｐ５と第３配管６３とによって形成される二重管が配置されている。この第３配管６３は、第５配管６５と接続されており、配管ｐ５の周囲に排気Ｘ４を流しながら第５配管６５に排気Ｘ４を案内する。第４配管６４は、内部に配管ｐ４が挿通された配管であり、チラー４０と噴射部５０との間に配置されている。つまり、チラー４０と噴射部５０との間には、配管ｐ４と第４配管６４とによって形成される二重管が配置されている。この第４配管６４は、第５配管６５と接続されており、配管ｐ４の周囲に排気Ｘ４を流しながら第５配管６５に排気Ｘ４を案内する。
【００３２】
第５配管６５は、昇圧部３０のプランジャカバー３ｅと冷却ジャケット３ｆとに接続されており、この第５配管６５は、第３配管６３及び第４配管６４から供給される排気Ｘ４をプランジャカバー３ｅの内部と冷却ジャケット３ｆの内部とに供給する。
【００３３】
次に、図３を参照して、液化ガス噴射装置１の制御系について説明する。図３に示すように、液化ガス噴射装置１は、コントローラ７０と、複数の圧力計７１とを備えている。コントローラ７０は、圧力計７１とサーボモータ３２ａとに接続されており、圧力計７１の検出信号を確認しつつサーボモータ３２ａを制御する。なお、圧力計７１は、シリンダＡ及びシリンダＣに接続された配管ｐ３１と、シリンダＢ及びシリンダＤに接続された配管ｐ３２と、配管ｐ３１と配管ｐ３２の集合配管である配管ｐ３とに設置されている。
【００３４】
ここで、図４に示すように、コントローラ７０は、配管ｐ３の圧力が常に一定となるように、シリンダＡ〜Ｄの昇圧タイミングが一定期間変位するようにサーボモータ３２ａを制御する。具体的には、一方のプランジャポンプ３１のプランジャ３ｃの往復周期と、他方のプランジャポンプ３１のプランジャ３ｃの往復周期とが４分の１周期ずれるようにコントローラ７０は、昇圧部３０を制御する。
【００３５】
このような構成を有する本実施形態の液化ガス噴射装置１においては、液化ガス供給部１０から噴射用液化ガスＸ２として予備昇圧部２０に供給された液化ガスＸ１が、冷却用液化ガスＸ３との熱交換により冷却されながら予備昇圧される。予備昇圧された噴射用液化ガスＸ２は、昇圧部３０によってさらに昇圧され、チラー４０によって冷却用液化ガスＸ３との熱交換により温度調整された後、噴射部５０から噴射される。
【００３６】
ここで、本実施形態の液化ガス噴射装置１によれば、シール部３ｄが設置されるシリンダ３ａ及びシリンダ３ｂの端部に接続されるプランジャカバー３ｅの内部に、気化された液化ガスＸ１を含む熱交換器（予備昇圧用熱交換器２１及びチラー４０）からの排気Ｘ４が供給される。このため、シール部３ｄの昇温が抑制され、シール部３ｄの温度の変化は小さくなる。したがって、本実施形態の液化ガス噴射装置１によれば、シール部３ｄの劣化を抑制することができる。
【００３７】
また、本実施形態の液化ガス噴射装置１においては、シール部３ｄの周囲に配置される冷却ジャケット３ｆを備え、この冷却ジャケット３ｆに排気供給部６０から排気Ｘ４が供給される。このため、シール部３ｄの昇温をさらに抑制することができ、シール部３ｄの劣化をさらに抑制することができる。
【００３８】
また、本実施形態の液化ガス噴射装置１においては、熱交換器として、予備昇圧用熱交換器２１とチラー４０とを備えている。このため、予備昇圧用熱交換器２１とチラー４０とから排気Ｘ４を得ることができ、十分な流量の排気Ｘ４を昇圧部３０に供給することができる。
【００３９】
また、本実施形態の液化ガス噴射装置１においては、排気供給部６０が、配管ｐ５を囲う第３配管６３と、配管ｐ４を囲う第４配管６４とを備えている。このため、配管ｐ４における冷却用液化ガスＸ３の吸熱、及び、配管ｐ５における噴射用液化ガスＸ２の吸熱を抑止することが可能となる。
【００４０】
また、本実施形態の液化ガス噴射装置１においては、プランジャポンプ３１がサーボモータ３２ａを動力源として駆動されている。このため、油圧機構を用いる場合と比較して、動力源から発生される熱量を抑制することができ、シール部３ｄの昇温を抑制することができる。また、動力源の発熱量が小さいことから動力源であるサーボモータ３２ａをシール部３ｄに近づけて配置することができ、液化ガス噴射装置１を小型化することが可能となる。
【００４１】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
（１）上記実施形態においては、昇圧部３０において２つのプランジャポンプ３１を有していた。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、１つのプランジャポンプ３１あるいは３つ以上のプランジャポンプ３１を昇圧部３０が備える構成を採用することも可能である。
【００４２】
（２）上記実施形態においては、冷却ジャケット３ｆ、配管ｐ５を囲う第３配管６３、及び配管ｐ４を囲う第４配管６４を備えていた。しかしながら、これのいずれかあるいは全てを省略する構成を採用することも可能である。
【００４３】
（３）上記実施形態においては、プランジャポンプ３１をサーボモータ３２ａの動力によって駆動するものとした。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、プランジャポンプ３１の駆動方法は、油圧ポンプによる駆動、その他の機械式装置による駆動、あるいはサーボモータ３２ａ以外の電気駆動としてもよい。
【符号の説明】
【００４４】
１  液化ガス噴射装置
３ａ  シリンダ
３ｂ  シリンダ
３ｃ  プランジャ
３ｃ１  一端
３ｃ２  他端
３ｄ  シール部
３ｅ  プランジャカバー
３ｆ  冷却ジャケット
１０  液化ガス供給部
２０  予備昇圧部
２１  予備昇圧用熱交換器
２２  予備昇圧ポンプ
３０  昇圧部
３１  プランジャポンプ
３２  ポンプ駆動部
３２ａ  サーボモータ
３２ｂ  駆動ギア
３２ｃ  従動ギア
３２ｄ  ねじ軸
３２ｅ  ナット
４０  チラー
５０  噴射部
６０  排気供給部（排気供給手段）
６１  第１配管
６２  第２配管
６３  第３配管（送液管用排気管）
６４  第４配管（噴射管用排気管）
６５  第５配管
７０  コントローラ
７１  圧力計
Ａ  シリンダ
Ｂ  シリンダ
Ｃ  シリンダ
Ｄ  シリンダ
ｐ１  配管
ｐ２  配管
ｐ２１  配管
ｐ２２  配管
ｐ３  配管
ｐ３１  配管
ｐ３２  配管
ｐ４  配管（噴射管）
ｐ５  配管（送液管）
Ｘ１  液化ガス
Ｘ２  噴射用液化ガス
Ｘ３  冷却用液化ガス
Ｘ４  排気
【図１】
0006515713.tif 000002
【図２】
0006515713.tif 000003
【図３】
0006515713.tif 000004
【図４】
0006515713.tif 000005