专利名称：一种干冰清洗装置及其清洗方法
技术领域：
本发明涉及清洁技术领域，具体涉及一种利用干冰作为清洗介质的干冰清洗装置及其清洗方法。所述干冰清洗装置及其清洗方法特别适用于食品卫生领域。
背景技术：
干冰即为固态的二氧化碳，CO2是社会生产中主要的应用产品之一，然而人们对 CO2的应用却十分有限。目前在世界各国正寻求行之有效的方法和措施以减少其对人类生存环境所造成的危害，同时人们也在积极地探索如何利用(X)2的特性应用于工业、民用的途径。目前，在我国清洗行业中主要采用的仍然是传统的物理和化学清洗方法，由于传统的物理清洗方法常常伤及清洗物体表面，而化学清洗会带来令人头痛的二次污染问题。 尽管近年来又相继出现了超声波和高压水射流等清洗技术，但都由于存在一定的局限性而未被推广。CO2干冰冷喷射清洗技术，是国内在近几年引进、消化结合自主研发发展起来的一种新工艺和新科技，具有较高的社会效益和经济效益。干冰喷射清洗技术克服了传统清洗技术的不足，是一种真正的绿色清洗技术。作为清洗介质的干冰(二氧化碳)是工业生产中的副产物或废气，具有容易获得的特点。因此干冰清洗技术变废为宝，不仅回收了废气二氧化碳而且可以在清洗行业具有不可替代的优势。然而干冰清洗技术大部分还是应用在工业清洗方面，真正运用在食品卫生方面还存在很多局限性。
发明内容
为了解决以上技术问题，本发明的目的在于提供一种干冰清洗装置及其清洗方法。所述干冰清洗装置及其清洗方法特别适用于食品卫生领域。为达到上述目的，本发明的干冰清洗装置技术方案是一种干冰清洗装置，包括空气压缩系统和与其连通的喷射系统，所述空气压缩系统包括空气压缩机和分别与其连通、单独走向后会聚于喷射系统的高压气体管道及低压气体管道，其特征在于，所述低压气体管道上设置分料机构和减压阀，所述高压气体管道采用文丘里喷管，所述空气压缩系统通过文丘里喷管与所述喷射系统中的文丘里喷嘴连通；所述分料机构出口端与所述空气压缩系统中文丘里喷管的末端相连通，且与所述喷射系统相连。根据本发明所述的干冰清洗装置，较好的是，所述分料机构中的干冰料筒内壁设有隔热层。分料机构中的干冰料筒的底部安装有分料器，再通过三通接头与低压气体管道联接。由于管道中存在压力，为使干冰能从料筒中顺利的进入低压管道，料筒中应有一定的压力，我们选用三通将一路低压气体接入料筒中。因此，料筒应该是一个压力容器。干冰升华时会从周围环境中吸收大量的热，因此，料筒内壁应有隔热层。根据本发明所述的干冰清洗装置，较好的是，所述喷射系统包括喷枪、文丘里喷嘴、混合室和干冰颗粒传输用及高压空气传输用双管路，所述分料机构出口端与所述文丘里喷管末端连通于所述混合室中，上述干冰颗粒传输用及高压空气传输用双管路分别与所述分料机构的出口端和所述文丘里喷管相连通。根据本发明所述的干冰清洗装置，较好的是，在本发明的干冰颗粒传输用及高压空气传输用双管路中，干冰由低压气体管道输送。干冰清洗的管路系统有单软管和双软管型两种。单软管工作时，高压空气和干干冰颗粒混合于一体，产生连续的额定冰流(高压高效)，其生产成本高，维修工作量大，适用较大干冰流量的高压传送系统；双软管(图2、工作时，喷出枪管之前干冰颗粒和高压空气分别在两软管中，适用于较低干冰流量的低压传送系统，具有冰耗少、使用成本低的优点。在本发明的双管路系统中，由于干冰的长度大于喷嘴宽，因此干冰喷枪将采用干冰与高速气体混合的方式加速，而不像喷砂机那样磨料与高压气体混合再加速的方式。根据本发明所述的干冰清洗装置，较好的是，所述分料机构中的分料器为叶片式结构。根据本发明所述的干冰清洗装置，较好的是，所述文丘里喷嘴的直径为3_7mm。工业喷丸清洗用的喷嘴为文丘里喷嘴，计算及实践都已表明文丘里喷嘴比普通直管喷嘴在相同工况下，喷气速度更高，清洗效果更理想，喷丸更加均勻。通常喷丸用喷嘴直径为9. 5mm或11. Imm,而喷嘴越大，空压机的容量也要求越大，磨料(干冰)的消耗量也越大。因此考虑到空压机容量和工作压力以及干冰消耗量的限制，我们选取3-7mm的喷嘴。与工业喷丸清洗不同的是，干冰颗粒是直径3mm，长度2. 5 IOmm的圆柱体，工业喷丸清洗所用的磨料粒径一般低于0. 2mm,因此干冰颗粒无法通过3-7mm的喷嘴，这正是干冰清洗一直没有小型化的原因之一——干冰粒径对喷嘴尺寸的要求与空压机容量对喷嘴限制之间的矛盾。为达到上述目的，本发明的干冰清洗方法的技术方案是采用这样一种干冰清洗装置，包括空气压缩系统和与其连通的喷射系统，所述空气压缩系统包括空气压缩机和分别与其连通、单独走向后会聚于喷射系统的高压气体管道及低压气体管道，所述低压气体管道上设置分料机构和减压阀，所述高压气体管道采用文丘里喷管，所述空气压缩系统通过文丘里喷管与所述喷射系统中的文丘里喷嘴连通；所述分料机构出口端与所述空气压缩系统中文丘里喷管的末端相连通，所述分料机构出口端与所述文丘里喷管末端连通处与所述喷射系统相连，该方法是通过空气压缩机提高空气压力，而后通过文丘里喷管大幅度提高喷射速度，在混合喷嘴处形成负压，将2-4mm的干冰颗粒吸出分料机构通过喷头与高速空气充分混合后，喷射到物质表面，使干冰微粒冲击到待清洁物表面后迅速升华，实现清洗。干冰清洗不会损伤物质表面。干冰清洗系统可以根据用户的需要，将干冰制备系统与干冰喷射系统配套组装在一起作为一套系统使用.也可以将干冰制备系统与干冰喷射系统分开，干冰制备系统只是作为提供原料的生产设备，干冰喷射系统单独用于清洗工程。2-4mm的干冰颗粒可从市场购买得到，或使用干冰颗粒制造机通过压缩空气为动力源，将把液体二氧化碳制作成2-4mm的颗粒。干冰清洁技术原理是以温差物理反应使不同物质在不同收缩速度下产生脱离，同时表面黏附物会被冷却及催化爆裂，再以压缩空气流和干冰气化后体积瞬间膨胀800倍而产生“微气爆”吹脱效能。此温差物理反应是以气压加速干冰分散吸收处理表面热能使其迅速收缩并把非结构性连通撕开脱离，气压愈大产生温差反映愈快效果愈明显。或当工作表面仍处高温下时，使用干冰喷射，则可以产生更大温差效果更为理想。根据上述，本发明是将已制成的3mm的干冰颗粒经过与高速气体的混合后，撞击需清洗的表面形成微气爆，将污渍“炸飞”从而达到洗碗的目的。系统利用自身配制的压缩空气系统产生的压缩空气.在清洗装置内装入已制作好的干冰颗粒，在压缩空气的驱动下，高密度干冰颗粒或细粉随着压缩空气冲击到被清洗物体表面，从而起到清洗作用。根据本发明干冰清洗方法，所述干冰喷射速度马赫值在1. 7-3. 0之间。喷吹的动能是首要的条件，这主要取决于空气的压力，同时通过文丘里喷管可以大幅度提高速度增大动能。干冰颗粒盛放在密封的容器中，通过分料机构可以均勻分配干冰供应量。干冰颗粒通过输送管道与空气混合、加速，从喷嘴喷出。喷射速度马赫值通常在 1.7-3.0之间.具体数值取决于设计和空气压力。根据本发明的原理图，由压缩机出来的高压气体分为两路，一路经减压装置减压后带动干冰颗粒到达喷嘴，另一路气体先通过文丘里喷嘴达到喷射所需速度到达喷嘴处， 同时高速气体在喷嘴处形成负压对管路中干冰有吸送作用，这样低压干冰气流和高速空气流在喷嘴处充分混合后喷出，进行清洗。在本发明的干冰清洗方法中，如用在家庭清洗方面，所述空压机压力控制在 0. 5 0. 8MPa。目前工业用喷丸清洗机构所用的空压机压力在0. 5 1. OMPa，而国内用于喷丸清洗的空压机多为0. 6 0. 8MPa，容量通常在4m3以上，低于4m3 —般被视作小空压机，在工业清洗中通常避免使用。长期积累的实践经验表明空压机的容量最好为喷嘴耗气量的1.5 倍左右，这样才能充分发挥喷丸清洗的效果。然而经过我们的考察，容量1个立方的空压机就已十分笨重，要想实现在家庭范围内使用的小型清洗装置，首先要把空压机的容量控制在普通家庭可以接受的范围内。空压机在工作时会产生很到的噪音，十分刺耳，但当空压机的工作压力降低后，噪音迅速降低，因此为方便家庭使用，将空压机的压力定在0. 5 0. 8MPa，如果再降低将影响清洗效果。根据本发明干冰清洗方法，较好的是，所述高压管道压力在0. 55-0. 65MPa，低压管道压力为 0. 13-0. 25MPa。喷丸清洗过程中对压缩空气的需求巨大，如果用于输送干冰的低压管道的压力太高，虽然气体的输送能力提高，但相应的气体流量也会加大，造成高压管道内气体不足，压缩气体无法充分加速，进而干冰不能被充分加速，不能达到预期的清洗目的。对于高压管道，同样受到空压机容量的限制。另外，如果高压管道的压力过高，不仅降低了低压管道的输送能力，同时太高的压力在加速时会产生尖锐刺耳的噪音，极大的破坏了清洗环境。
在综合以上的分析，高压管道压力初步定在0. 55-0. 65MPa,低压管道压力初步定为0. 13-0. 25MPa。在试验中，当低压略低于0. 15MPa，清洗效果最佳，既满足了输送干冰颗粒的要求，又不会对高压管路产生太大影响。根据本发明所述的干冰清洗方法，较好的是，喷嘴的干冰颗粒每分钟消耗量为 35-45g。根据本发明所述的干冰清洗方法，较好的是，所述分料机构中的干冰料筒内壁设有隔热层。分料机构中的干冰料筒的底部安装有分料器，再通过三通接头与低压气体管道联接。由于管道中存在压力，为使干冰能从料筒中顺利的进入低压管道，料筒中应有一定的压力，我们选用三通将一路低压气体接入料筒中。因此，料筒应该是一个压力容器。干冰升华时会从周围环境中吸收大量的热，因此，料筒内壁应设隔热层。在本发明的双管路系统中，由于干冰的长度大于喷嘴宽，因此干冰喷枪将采用干冰与高速气体混合的方式加速，而不像喷砂机那样磨料与高压气体混合再加速的方式。根据本发明所述的干冰清洗方法，较好的是，所述分料机构中的分料器为涡轮叶片式结构.根据本发明所述的干冰清洗方法，较好的是，所述文丘里喷嘴的直径为3_7mm。工业喷丸清洗用的喷嘴为文丘里喷嘴，计算及实践都已表明文丘里喷嘴比普通直管喷嘴在相同工况下，喷气速度更高，清洗效果更理想，喷丸更加均勻。通常喷丸用喷嘴直径为9. 5mm或11. Imm,而喷嘴越大，空压机的容量也要求越大，磨料(干冰)的消耗量也越大。因此考虑到空压机容量和工作压力以及干冰消耗量的限制，我们选取3-7mm的喷嘴。本发明通过设计不同压力的管路系统，将空气管和干冰管两条管路分开，干冰将由专门的低压气体管道输送，与高压气体分开引入，同时通过文丘里喷管可以大幅度提高速度增大动能。在喷射系统部分，干冰喷枪将采用干冰与高速气体混合的方式加速，使得喷射速度更快，清洗效果更好。同时，也将工业用的干冰清洗装置小型化，使之可用于家庭食品卫生领域。本发明的优点是(1)节约水资源。利用固体干冰颗粒和高速气体进行清洗，清洗过程完全不利用水，从根本上减少了普通清洗技术造成水资源的大量浪费的现象，有效保护、节约了水资源。(2)无清洗剂残留。由于对有污渍的碗直接进行清洗，故可以提高效率；由于不需要对残留的清洗剂进行清理，降低了操作成本；无清洗剂的残留，因而对设备不造成隐患。C3)对人体和环境不产生危害和污染。利用了废气二氧化碳，减少了温室气体的排放，对环境零污染，尤其是干冰具有无毒性，这是其他清洗剂无法比拟的。(4)不磨损被清洗物表面表面。干冰清洗的独特之处在于干冰颗粒在冲击瞬间气化。干冰颗粒的动量在冲击瞬间消失。干冰颗粒与清洗表面间迅速发生热交换。致使干冰， 迅速升华变为气体。干冰颗粒在千分之几秒内体积膨胀近800倍。这样就在冲击点造成微型爆炸。由于干冰颗粒升华变为气体，而干冰颗粒由固态变气态的升华时间仅为1秒钟，所以在短时间作用下干冰颗粒基本不会对清洗物的表面造成任何损害。(5)具有消毒功能。由于干冰颗粒温度仅有-78. 5°C，在这样低的环境温度下，大
6部分细菌和病毒都将无法存活，这样完全可以达到消毒的目的，且由于清洗和消毒是同时进行的这样也提高了总体效率。
图1是本发明干冰清洗装置的工作示意图。图2是本发明喷射系统的结构示意图。图3是本发明分料机构中分料器的结构示意图。图4为干冰清洁原理图。图如表示利用低温及冲击力使污垢产生龟裂；图4b表示利用大幅度温差使剥离力提升；图4c表示利用急剧升华及吹力作用清除污垢。图5为干冰清洗装置的清洗流程图。图6为干冰颗粒的速度与气流速度的比值随时间变化的关系图。图7为干冰颗粒的速度与气流速度的比值随管道长度的变化关系图。图中，1.空气压缩机，2.分料机构，3.料筒，4.低压气体管道，5.高压气体管道 (文丘里喷管)，6.减压阀，7.喷射系统，8.文丘里喷嘴，9.混合室，10.喷枪。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的具体实施例作进一步详细描述。实施例1如图1所示，本发明的干冰清洗装置为一洗碗机，包括空气压缩系统和与其连通的喷射系统，所述空气压缩系统包括空气压缩机和分别与其连通、单独走向后会聚于喷射系统的高压气体管道及低压气体管道，所述低压气体管道上设置分料机构和减压阀，所述高压气体管道采用文丘里喷管，所述空气压缩系统通过文丘里喷管与所述喷嘴连通。所述分料机构出口端与所述空气压缩系统中文丘里喷管的末端相连通，且与所述喷射系统相连。所述文丘里喷嘴的直径为3-5mm。分料机构包括干冰料筒和分料器，分料机构中的圆柱形干冰料筒的底部安装有分料器，再通过三通接头与低压气体管道联接。所述分料器为涡轮式叶片式结构，所述干冰料筒内壁设有隔热层。喷射系统包括喷枪、文丘里喷嘴、混合室和干冰颗粒传输用及高压空气传输用双管路(见图幻，所述分料机构出口端与所述文丘里喷管末端连通于所述混合室中，上述干冰颗粒传输用及高压空气传输用双管路分别与所述分料机构的出口端和所述文丘里喷管相连通。首先，制得3mm的干冰颗粒，干冰颗粒由专门的低压气体管道输送。通过空气压缩机提高空气压力，而后通过文丘里喷管大幅度提高干冰颗粒的喷射速度，在混合喷嘴处形成负压，将干冰颗粒吸出分料机构通过喷头与高速空气充分混合后， 喷射到物质表面，使干冰微粒冲击到清洁表面后迅速升华，实现清洗。在本实施例中，将干冰制备系统与干冰喷射系统分开，但也可根据用户的需要，将干冰制备系统与干冰喷射系统配套组装在一起作为一套系统使用。本发明是将已制成的3mm的干冰颗粒经过与高速气体的混合后，撞击需清洗的表面形成微气爆，将污渍“炸飞”从而达到洗碗的目的。
在本实施例中，所述干冰颗粒喷射速度马赫值在1. 8-2. 0之间。具体数值取决于设计和空气压力。根据本发明的原理图(图4)，由压缩机出来的高压气体分为两路，一路经减压装置减压后带动干冰颗粒到达喷嘴，另一路气体先通过文丘里喷嘴达到喷射所需速度到达喷嘴处，同时高速气体在喷嘴处形成负压对管路中干冰有吸送作用，这样低压干冰气流和高速空气流在喷嘴处充分混合后喷出，进行清洗。在本实施例中，空气压缩机的压力为0. 55MPa,高压管道压力定在0. 55MPa,低压管道压力定为0. 13MPa。在本实施例中，喷嘴的干冰颗粒每分钟喷射量为35_40g。系统利用自身配制的压缩空气系统产生的压缩空气.在分料机构内装入已制作好的干冰颗粒，在压缩空气的驱动下，高密度干冰颗粒或细粉随着压缩空气冲击到被清洗物体表面，从而起到清洗作用(图5)。实施例2除了以下不同之处外，其他如同实施例1，制得干冰清洗装置，进行干冰清洗。所述文丘里喷嘴的直径为4-6mm，所述空气压缩机的压力为0. 6MPa。所述高压管道压力定在 0. 6MPa，低压管道压力定为0. 16MPa。所述干冰颗粒喷射速度马赫值在2. 3-2. 6，喷嘴的干冰颗粒每分钟喷射量为38-40g。实施例3除了以下不同之处外，其他如同实施例1，制得干冰清洗装置，进行干冰清洗。所述文丘里喷嘴的直径为7mm，所述空气压缩机的压力为0. 7MPa。所述高压管道压力定在0. 65MPa，低压管道压力定为0. 20MPa。所述干冰颗粒喷射速度马赫值在2. 0-2. 2， 喷嘴的干冰颗粒每分钟喷射量为40-45g之间。实施例4除了以下不同之处外，其他如同实施例1，制得干冰清洗装置(洗碗机)，进行干冰清洗。所述文丘里喷嘴的直径为6. 5mm。所述高压管道压力定在0. 63MPa，低压管道压力定为0. 25MPa。所述干冰颗粒喷射速度马赫值在2. 0-2. 2，喷嘴的干冰颗粒每分钟喷射量为 40_43g 之间。本发明将空气管和干冰管两条管路分开，干冰将由专门的低压气体管道输送，与高压气体分开引入，同时通过文丘里喷管可以大幅度提高速度增大动能，干冰喷枪将采用干冰与高速气体混合的方式加速，使得喷射速度更快，清洗效果更好。同时，也将工业用的干冰清洗装置小型化，使之可用于家庭食品卫生领域。
权利要求
1.一种干冰清洗装置，包括空气压缩系统和与其连通的喷射系统，所述空气压缩系统包括空气压缩机和分别与其连通、单独走向后会聚于喷射系统的高压气体管道及低压气体管道，其特征在于，所述低压气体管道上设置分料机构和减压阀，所述高压气体管道采用文丘里喷管，所述空气压缩系统通过文丘里喷管与所述喷射系统中的文丘里喷嘴连通；所述分料机构出口端与所述空气压缩系统中文丘里喷管的末端相连通，且与所述喷射系统相连。
2.如权利要求1所述的干冰清洗装置，其特征在于，所述分料机构包括干冰料筒和分料器，所述分料器为涡轮叶片式结构，所述干冰料筒内壁设有隔热层。
3.如权利要求1所述的干冰清洗装置，其特征在于，所述喷射系统包括喷枪、文丘里喷嘴、混合室和干冰颗粒传输用及高压空气传输用双管路，所述分料机构出口端与所述文丘里喷管末端连通于所述混合室中，上述干冰颗粒传输用及高压空气传输用双管路分别与所述分料机构的出口端和所述文丘里喷管相连通。
4.如权利要求1所述的干冰清洗装置，其特征在于，在本发明的干冰颗粒传输用及高压空气传输用双管路中，干冰由所述低压气体管道输送。
5.如权利要求1所述的干冰清洗装置，其特征在于，所述文丘里喷嘴的直径为3-7mm。
6.一种干冰清洗方法，采用如下干冰清洗装置包括空气压缩系统和与其连通的喷射系统，所述空气压缩系统包括空气压缩机和分别与其连通、单独走向后会聚于喷射系统的高压气体管道及低压气体管道，所述低压气体管道上设置分料机构和减压阀，所述高压气体管道采用文丘里喷管，所述空气压缩系统通过文丘里喷管与所述喷射系统中的文丘里喷嘴连通，所述分料机构出口端与所述空气压缩系统中文丘里喷管的末端相连通，且与所述喷射系统相连，其特征在于，通过空气压缩机提高空气压力，而后通过文丘里喷管提高喷射速度，在混合喷嘴处形成负压，将2-4mm的干冰颗粒吸出分料机构通过喷头与高速空气充分混合后，喷射到物质表面，使干冰微粒冲击到待清洁物表面后迅速升华，实现清洗。
7.如权利要求6所述的干冰清洗方法，其特征在于，所述干冰喷射速度马赫值在 1. 7-3. 0 之间。
8.如权利要求6所述的干冰清洗方法，其特征在于，所述高压管道压力在 0. 55-0. 65MPa，低压管道压力为 0. 13-0. 25MPa。
9.如权利要求6所述的干冰清洗方法，其特征在于，喷嘴的干冰颗粒每分钟消耗量为 35-45g。
10.如权利要求6所述的干冰清洗方法，其特征在于，所述分料机构中的干冰料筒内壁设有隔热层。
11.如权利要求6所述的干冰清洗方法，其特征在于，所述分料机构中的分料器为涡轮叶片式结构。
12.如权利要求6所述的干冰清洗方法，其特征在于，所述文丘里喷嘴的直径为3-7mm。
全文摘要
本发明提供一种干冰清洗装置及其清洗方法，该装置包括空气压缩系统和与其连通的喷射系统，所述空气压缩系统包括空气压缩机和分别与其连通、单独走向后会聚于喷射系统的高压气体管道及低压气体管道，低压气体管道上设置分料机构和减压阀，所述高压气体管道采用文丘里喷管，空气压缩系统通过文丘里喷管与喷嘴连通；所述分料机构出口端与所述空气压缩系统中文丘里喷管的末端相连通，且与喷射系统相连。本发明可节约水资源，降低操作成本，同时无清洗剂残留；利用了废气二氧化碳，减少了温室气体的排放；不会对清洗物的表面造成任何损害，具有低温消毒功能。同时，本发明也将工业用的干冰清洗装置小型化，使之可用于家庭食品卫生领域。
文档编号B08B7/00GK102327884SQ20101022551
公开日2012年1月25日 申请日期2010年7月13日 优先权日2010年7月13日
发明者匡以武, 张剑睿, 惠虎, 王刚, 王永佳 申请人:华东理工大学