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、表面に吹き付けて洗浄する。^{[1] [2]}

この方法は、加圧空気流で加速された媒体を使用して表面を洗浄するという点で、サンドブラスト、プラスチックビーズブラスト、ソーダブラストなどの他の形式の媒体ブラストと似ていますが、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^{[3] [検証が必要]}洗浄方法です。ドライアイスは他の工業プロセスから生成される再生二酸化炭素から作られ、EPA、FDA、USDAによって承認された媒体です。また、従業員が化学洗浄剤を使用することによる曝露を減らすか、なくすことができます。

他の媒体ブラスト法と比較すると、ドライアイスブラストは、洗浄する表面に当たるとドライアイスが昇華したり気体状態に戻ったりするため、二次廃棄物や化学残留物を生成しません。ドライアイスブラストでは、ブラスト媒体の清掃は必要ありません。[ ^4]除去された媒体のみを含む廃棄物は、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。

ドライアイス ブラストでは、ペレットを非常に高速で噴射します。実際のドライアイス ペレットは非常に柔らかく、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くなります。衝突すると、ペレットはほぼ即座に昇華し、衝突時に表面に伝達される運動エネルギーは最小限に抑えられ、摩耗も最小限に抑えられます。昇華プロセスでは表面から大量の熱が吸収され、熱衝撃によるせん断応力が発生します。^[5]これにより、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、簡単に剥がれ落ちることが予想されるため、洗浄効果が向上すると考えられています^{(誰が推測したのでしょうか)}。このプロセスの効率と有効性は、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によって微小な衝撃波も発生し、これも汚染物質の除去に役立つと考えられています。^[要出典]

使用されるドライアイスは、固形ペレットの形でも、大きな氷のブロックから削ったものでもかまいません。削った氷のブロックは密度の低い氷媒体を生成し、固形ペレットシステムよりも繊細です。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のタンクを使用して固形ペレットを形成することによって作成できます_。 [ ^6]圧縮された雪で作られたドライアイスは簡単に砕け、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。砂やその他の媒体とは異なり、ドライアイスは一般に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、非常に低い温度で動作できるようにするための異なる材料などがあります。

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、粒子がより高速に加速されるため、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 システムより前に開発されました。2 ホース ドライアイス ブラストのアプローチは、吸引供給研磨ブラスト システムに非常に似ています。圧縮空気が 1 本のホースで送られ、氷のペレットがベンチュリー効果によって 2 本目のホースから吸い出されます。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子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 m (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、配送システムが簡単なため、一般的に製造コストが安くなります。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、暖かい空気と冷たい氷が遅く結合することでホース内での昇華が少なくなり、より細かい氷の粒子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 ブラスト機はシングル 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 アブレイシブ ブラスト システムの利点の多くを備えています。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、より積極的な洗浄が有利な場合に使用されます。これにより、より重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、スロバキアの企業 ICS Ice Cleaning Systems は、アプリケーター ガンから出る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 ペレットのサイズを制御できるようになりました。国際標準の 3 mm から 1.5 mm、必要に応じてさらに小さくすることもできます。電子ボタンを押すだけです。より繊細な表面を傷つけることなく、それらの表面に適用できます。

さらに、ドライアイス ペレットのこれらの小さな断片を、さまざまなコーティング、組成、テクスチャを持つ複数の表面に向けて発射し、表面が損傷するリスクを軽減することもできます。以前はノズル破砕装置で試みられていましたが、これらの新しい破砕ローラーは、これまで達成できなかった精度と効率を提供しました。2020 年、フロリダを拠点とする起業家で DryceNation コミュニティの創設者がこの方法を共有し始め、すぐにコレクター カー業界で好評を博しました。ソーシャル メディア プラットフォーム上のビデオにより、このプロセスはさらに加速され、2022 年までに広く受け入れられました。

ドライアイス ブラストは、さまざまな業界で利用されています。ドライアイスのユニークな特性により、多くの商業および製造現場で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、さまざまな複雑な形状の多数の物体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この技術の主な用途です。^[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]

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 年にはすでに、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、これらの微生物を従来の微生物学的方法では検出できないようにするプロセスを文書化していました。^{[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発生が 2 回発生した結果、^{[13] [14] 、}カーギルなどのGMAメンバーは、「低水分製品からサルモネラ菌を除去するための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発生は比較的まれですが、多くの場合、多数の人々に影響を与えます」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]

また、分解せずに、火災や電気的な危険を起こさずに、一部の機器を洗浄するためにも使用できます。EPAは、多くの種類の溶剤ベースの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]

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]

ドライアイスは非研磨性であり、洗浄プロセスから二次廃棄物が出ないことから、ドライアイスブラストは保存や歴史的保存プロジェクトで使用されています。この洗浄プロセスは、 USSモニター^[18]とフィラデルフィア美術館^[19]の保存に使用されました。

ドライアイスブラストは、ブラスト媒体が残留物なしで昇華するため、半導体、航空宇宙、医療機器製造^[20]業界で使用されています。

洗浄プロセスは、自動溶接ラインの生産設備の洗浄、^[21]複合工具の洗浄、^[22]工業用印刷機の洗浄、^[23]鋳造所で使用される金型や設備の洗浄、^[24]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^[25]や塗装前の表面処理にも使用されます。

二酸化炭素は濃度が1%を超えると毒性が増し、^{[26]換気の良い場所で装置を使用しないと}酸素と置き換わって窒息を引き起こすこともあります。また、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と同じ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℉）で、絶縁手袋を着用して取り扱わなければなりません。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。

1945年に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。彼らはこの技術をさまざまな脱脂用途に使用することに興味を持っていました。^[27]

1959年、ユニリーバは、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）を骨から肉を取り除く方法として使用する特許を申請しました。^[28]

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目的でドライアイスブラストを使用する特許を申請した。^[29]

ドライアイスブラストの特許は1974年にロッキード・マーティンによって申請された。 ^[30]

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 氏に付与されました (米国特許 4,617,064 号と米国特許 4,744,181 号)。

• 二酸化炭素洗浄

• 固体 CO2 による爆破のチラシ、フラウンホーファー協会より
• メッサー グループ 2007 年ドライアイス ブラストに関する記事 (pdf、8 ～ 12 ページ)