干冰清洗专利技术综述

干冰清洗专利技术综述

周毅 娄朝辉等同第一作者

国家知识产权局专利局专利审查协作湖北中心 武汉 430000

摘要：随着近年来清洗对象越来越多样化的发展趋势，当前对清洗技术的需求也越来越高，由于干冰具有其独特的物理性质，人们发现利用干冰清洗具有环保、经济、低损伤等优良特点，本文通过对干冰清洗的国外专利进行检索，对干冰清洗设备的各主要系统的发展路线与技术功效方面进行了分析，并预测了干冰清洗技术的发展趋势。

关键词：干冰清洗  主要系统  发展路线  技术功效  发展趋势

引言

干冰清洗技术作为一种新型的清洗技术从众多传统清洗技术中脱引而出，在清洗效果、适用性以及环境友好性上有着传统清洗无可比拟的优势。

干冰清洗技术是将液体二氧化碳制成一定规格的干冰，通过高速运动的气流将干冰颗粒喷至物体表面进行清洗。干冰颗粒高速运动产生冲击力，且干冰由于其温度低，升华会使物体表面污物迅速被剥离，在不损伤设备物体的情况对物体表面进行干燥清洗。

国外专利申请总体分析

（1）主要技术分支的发展

干冰清洗装置主要利用供料装置将干冰制成粒状，在控制装置的控制下从喷嘴装置中喷至待清洗物体表面，部分干冰清洗装置在喷出干冰的基础上还结合了多种其他介质的喷射，部分干冰清洗装置在干冰喷射完成后还用负压装置将二氧化碳回收再重新凝固，并反复利用。综上，现有干冰清洗装置的关键技术可分解为下述模块：

①喷嘴装置

喷嘴是干冰颗粒被加速到最大速度的地方，其对于干冰微粒的产率、尺寸、分布、速度以及抑制干冰微粒的升华具有重要影响，是干冰清洗装置至关重要的组成部分。不同的喷嘴设计具有不同的清洗能力，喷嘴设计考虑的因素主要包括喷口直径和设计、进气/出气口的几何形状、加速附件及膨胀附件等。

现有技术中包括公开号为JP2004223410A的专利申请，公开了一种用于目标物体例如涡轮叶片的干冰喷射清洗装置，具有覆盖喷嘴和清洗目标物体的清洗表面之间的整个表面的罩，提高了清洗效率，防止喷嘴堵塞，能够长时间连续操作；包括公开号为FR2997332A1的专利申请，公开了一种用于喷射干冰微粒以清洁例如计算机主板的表面的装置，具有电离电极，该电离电极被定位成允许喷嘴出口周围的全部或部分空气电离，并且由文丘里效应驱动。

②回收装置

目前在一些大消耗量的场合，还会加装二氧化碳回收装置，当喷嘴将干冰喷出至待清洗物体表面后，设置于喷嘴附近的回收装置利用负压将升华的二氧化碳重新吸入，并经过过滤、提纯后重新凝结成固态，后续将其制粒并进行循环利用，具有节约资源的效果。

现有技术中包括公开号为JP2004165229A的专利申请，公开了一种玻璃基板等的二氧化碳喷射清洗装置，该装置通过喷射二氧化碳雪来清洗物体（例如晶片），洗涤后从洗涤对象物回收的污染物通过热交换器而气化，气体通过过滤器以去除杂质；包括公开号为US2012318155 A1的专利申请，公开了一种清洗装置，该清洁装置具有输送装置，该输送装置将清洁材料提供给喷嘴，以将清洁材料喷射在滚筒上，提供抽吸单元，用于抽吸用过的清洁材料。

③控制装置

随着干冰清洗技术的发展，清洗装置功能性的需求越来越多，这时清洗装置便需要加入控制装置，以便于智能化地控制各个管路的导通或喷嘴装置的移动，从而便于装置整体自动化控制，提高系统使用的智能性与便捷性。

现有技术中包括公开号为US6021652A的专利申请，公开了一种阀位置传感系统，具有可变电阻器，其连接到移动的阀构件并被提供恒定电流以产生信号，该信号使控制器能够感测阀开启的程度，在干洗系统的操作部件之间，在干洗系统中使用多个流量控制阀；包括公开号为US6349947B1的专利申请，公开了一种用于高压室门的密封装置，由副密封件围绕的主密封件覆盖压力室开口的周边，当开口被密封时，接合密封件的门在其间形成环形空间，压力传感器检测环形空间中的压力增加，通过该压力增加发现主密封件的泄漏；包括公开号为JP2006027691A的专利申请，公开了一种用于分配器清洗容器的安全装置，具有带有缺口的减压机构，当容器内部压力高于正常极限时，该缺口通过O形环的变形使气体从容器喷出；包括公开号为KR102059843B的专利申请，公开了一种清洗装置，该装置有效地控制干冰颗粒，并且通过控制干冰的粒径和喷射清洁对象来容易地调节清洁力，从而防止清洁对象的表面损坏，该装置有效地清洁需要高清洁密度的部分。

④耦合清洗装置

干冰清洗技术已趋于成熟，于是人们尝试着利用干冰清洗的优点对各类不同的对象进行清洗，但在一些特殊对象的清洗上，仅仅是喷射干冰已经无法满足清洗需求了，于是人们渐渐开始在喷头处耦合了其他清洗介质，与干冰一同对喷射至清洗表面。

现有技术中包括公开号为US6425956B1的专利申请，公开了一种去除化学机械抛光产生的残留浆料的装置，其可有效去除化学机械抛光残留浆料，包括使用包含超临界流体和表面活性剂的混合物的组合物；包括公开号为DE20308788U的专利申请，可用于例如清洁或挖掘的表面处理单元，将高能激光束、高速干冰喷射和抽吸连接组合在便携式单元中；包括公开号为KR20040021174A的专利申请，公开了一种使用干冰的高压清洗机，通过同时喷射高压清洗水和干冰粒而快速清洗掉污物或油漆。

⑤供料装置

供料装置是干冰颗粒的产生源，最初的供料装置只能通过单纯的压碎干冰块来制备颗粒，随着人们的技术发展，越来越多的使用需求也随之提出，例如粉碎颗粒的大小均匀需一致、防止颗粒粘附在机体内部等。

现有技术中包括公开号为NL1019690C的专利申请，公开了二氧化碳颗粒低温粉碎机，由两个带筋辊之间的辊隙形成粉碎机构；包括公开号为JP2009178805A的专利申请，公开了一种具有螺旋进料口的干冰供给装置，该机器防止了由干冰粒产生的磨损，并且提高了待清洁表面的附着物的去除功能，该机器清洁附着在待清洁表面上的附件；包括公开号为DE202011001264U的专利申请，该机器具有一个配有一个配量装置的配量模块；包括公开号为JP2019051449A的专利申请，公开了一种干冰清洗装置用振动体，具有配置在干冰清洗装置的料斗内的振动体主体，和与使振动体主体振动的电动机连接的振动器，防止干冰颗粒在料斗中的粘附。

（2）未来发展趋势的预测

目前的干冰清洗专利技术研究正朝着智能化、便捷化和节能减排的方向发展，随着工业技术的不断进步，干冰清洗技术也会不断地丰富和完善，依据实际需求进行定制化、自动化、模块化的清洗，满足不同领域间清洗的差异化需求。如以下几个方面：

①干冰清洗与智能机械臂和智能机器人的结合，将人手持喷嘴的操作交由机器完成，可以提高清洗精度，避免人工操作的危险性和误差。

②增加二氧化碳清洗设备中运输的便捷度和储存的有效性，使二氧化碳利用率最大化，加强清洁后二氧化碳的回收利用，进一步实施无污染清洗，通过循环利用为节能减排做贡献。

③干冰清洗对于表面污染去除效果好，但当物体结构复杂时，喷洒可达性较差，无法实现复杂结构的全面均匀喷洒，因此可以进一步改进干冰清洗装置，以适应复杂化结构设备的清洗。

参考文献

[1] 郑莉，李梦佳.干冰清洗机清洗原理及使用注意事项[J].清洗世界，2015(2):15-18.

[2] Sherman Ｒ．Carbon Dioxide Snow Cleaning [J]．Particulate Science and Technology，2007，(1)：37－57.

[3] 王晓辉，李军建，李建祥，杨威.干冰微粒喷射清洗技术的研究进展[J].功能材料，2010:259-261.

作者简介

周毅，硕士，2020年6月入局，湖北中心机械部农业技术室，24期，研究实习员，审查领域清洗领域。

娄朝辉，硕士，2015年7月入局，湖北中心机械部农业技术室，11期，助理研究员，审查领域园艺。

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