การพ่นด้วยน้ำแข็งแห้ง
การพ่นน้ำแข็งแห้งเป็นรูปแบบหนึ่งของการทำความสะอาดด้วยคาร์บอนไดออกไซด์โดยน้ำแข็งแห้ง ซึ่งเป็น คาร์บอนไดออกไซด์ในรูปของแข็งจะถูกเร่งความเร็วในกระแสอากาศที่มีแรงดันและพ่นไปยังพื้นผิวเพื่อทำความสะอาด[ 1 ] [ 2 ]
วิธีการนี้คล้ายคลึงกับวิธีการพ่นทำความสะอาดพื้นผิวแบบอื่นๆ เช่นการพ่นทรายการพ่นลูกปัดพลาสติก หรือ การพ่น โซดา ตรงที่ใช้สารพ่นที่มีความเร็วสูงในกระแสลมแรงดันสูงในการทำความสะอาดพื้นผิว แต่การพ่นด้วยน้ำแข็งแห้งใช้น้ำแข็งแห้งเป็นสารพ่น น้ำแข็งแห้งเป็นสารที่ไม่กัดกร่อน ไม่นำไฟฟ้า ไม่ติดไฟ และไม่เป็นพิษ
การพ่นน้ำแข็งแห้งเป็นวิธีการทำความสะอาดที่มีประสิทธิภาพ[ 3 ]น้ำแข็งแห้งทำจากคาร์บอนไดออกไซด์ที่นำกลับมาใช้ใหม่ซึ่งผลิตจากกระบวนการทางอุตสาหกรรมอื่นๆ และเป็นสื่อที่ได้รับการอนุมัติจากEPA , FDAและUSDAนอกจากนี้ยังช่วยลดหรือขจัดความเสี่ยงที่พนักงานจะต้องใช้สารเคมีทำความสะอาด
เมื่อเปรียบเทียบกับวิธีการพ่นด้วยวัสดุอื่น ๆ การพ่นด้วยน้ำแข็งแห้งจะไม่ก่อให้เกิดของเสียรองหรือสารเคมีตกค้าง เนื่องจากน้ำแข็งแห้งจะระเหิดหรือเปลี่ยนกลับไปเป็นสถานะก๊าซเมื่อกระทบกับพื้นผิวที่กำลังทำความสะอาด การพ่นด้วยน้ำแข็งแห้งไม่จำเป็นต้องทำความสะอาดวัสดุที่ใช้ในการพ่น[ 4 ]ผลิตภัณฑ์ของเสีย ซึ่งรวมถึงวัสดุที่หลุดออกมา สามารถกวาด ดูดฝุ่น หรือล้างออกได้ ขึ้นอยู่กับการกักเก็บ
วิธี
การพ่นด้วยน้ำแข็งแห้งเกี่ยวข้องกับการยิงเม็ดน้ำแข็งแห้งด้วยความเร็วสูงมาก เม็ดน้ำแข็งแห้งนั้นค่อนข้างอ่อนนุ่มและมีความหนาแน่นน้อยกว่าวัสดุอื่นๆ ที่ใช้ในการทำความสะอาดด้วยการพ่น (เช่น ทรายหรือเม็ดพลาสติก) เมื่อกระทบ เม็ดน้ำแข็งแห้งจะระเหิดเกือบจะทันที ถ่ายโอนพลังงานจลน์ น้อยที่สุด ไปยังพื้นผิวเมื่อกระทบและทำให้เกิดการขัดถูน้อยที่สุด กระบวนการระเหิดจะดูดซับความร้อนจำนวนมากจากพื้นผิว ทำให้เกิดแรงเฉือนเนื่องจากความร้อนช็อก [ 5 ] เชื่อกันว่าสิ่งนี้จะช่วยปรับปรุงการทำความสะอาด เนื่องจากชั้นบนสุดของสิ่งสกปรกหรือสารปนเปื้อนคาดว่าจะถ่ายเทความร้อนได้มากกว่าพื้นผิว ด้านล่าง และหลุดออกได้ง่ายกว่า ประสิทธิภาพและประสิทธิผลของกระบวนการนี้ขึ้นอยู่กับการนำความร้อนของพื้นผิวและสารปนเปื้อน การเปลี่ยนแปลงสถานะอย่างรวดเร็วจากของแข็งเป็นก๊าซยังทำให้เกิดคลื่นกระแทก ขนาดเล็ก ซึ่งเชื่อกันว่าช่วยในการกำจัดสารปนเปื้อนด้วย
อุปกรณ์
น้ำแข็งแห้งที่ใช้สามารถอยู่ในรูปเม็ดแข็งหรือขูดจากก้อนน้ำแข็งขนาดใหญ่ได้ ก้อนน้ำแข็งที่ขูดแล้วจะมีความหนาแน่นน้อยกว่าและบอบบางกว่าระบบเม็ดแข็ง นอกจากนี้ เม็ดน้ำแข็งอาจทำได้โดยการอัดน้ำแข็งแห้งให้เป็นก้อน หรือใช้ถังบรรจุCO2 เพื่อสร้างเม็ดแข็ง[ 6 ]น้ำแข็งแห้งที่ทำจากน้ำแข็งแห้งที่อัดแน่นจะแตกตัวได้ง่ายกว่าและไม่รุนแรงต่อการทำความสะอาด
เทคโนโลยีการพ่นด้วยน้ำแข็งแห้งมีต้นกำเนิดมาจากการพ่นด้วยวัสดุขัด แบบดั้งเดิม ความแตกต่างระหว่างเครื่องพ่นด้วยวัสดุขัดและเครื่องพ่นด้วยน้ำแข็งแห้งอยู่ที่วิธีการจัดการกับวัสดุที่ใช้ในการพ่น โดยทั่วไปแล้วน้ำแข็งแห้งจะถูกใช้ที่อุณหภูมิการระเหิดของมัน ซึ่งแตกต่างจากทรายหรือวัสดุอื่นๆ ความแตกต่างอื่นๆ ได้แก่ ระบบป้องกันไม่ให้น้ำแข็งจับตัวเป็น ก้อนเหมือน หิมะและวัสดุที่แตกต่างกันเพื่อให้สามารถทำงานได้ที่อุณหภูมิต่ำมาก
การทำความสะอาดด้วยน้ำแข็งแห้งมีสองวิธี คือ แบบสองท่อและแบบท่อเดียว ระบบท่อเดียวมีประสิทธิภาพในการทำความสะอาดสูงกว่า เนื่องจากอนุภาคถูกเร่งความเร็วให้สูงขึ้น
ระบบพ่นน้ำแข็งแห้งแบบสองท่อถูกพัฒนาขึ้นก่อนระบบแบบท่อเดียว วิธีการพ่นน้ำแข็งแห้งแบบสองท่อคล้ายคลึงกับระบบพ่นสารขัดแบบดูด อากาศอัดจะถูกส่งผ่านท่อหนึ่ง และเม็ดน้ำแข็งจะถูกดูดออกมาจากท่อที่สองด้วยหลักการเวนทูรีเมื่อเทียบกับระบบท่อเดียว ระบบสองท่อจะส่งอนุภาคน้ำแข็งด้วยแรงที่น้อยกว่า (ประมาณ 5% สำหรับปริมาณอากาศอัดที่กำหนด) สำหรับปริมาณอากาศอัดที่กำหนด ระบบสองท่อสามารถใช้ระยะห่างในแนวดิ่งระหว่างเครื่องกับผู้ใช้งานได้น้อยกว่า สำหรับระบบส่วนใหญ่ที่มีอยู่ในปัจจุบัน ขีดจำกัดนี้เกิน 7.5 เมตร (25 ฟุต) ระบบสองท่อโดยทั่วไปมีต้นทุนการผลิตที่ถูกกว่าเนื่องจากระบบการส่งที่ง่ายกว่า ระบบเหล่านี้ไม่ค่อยพบเห็นในปัจจุบันเนื่องจากมีประสิทธิภาพน้อยกว่าในงานส่วนใหญ่ ข้อได้เปรียบหลักของระบบสองท่อคือการช่วยให้สามารถส่งอนุภาคน้ำแข็งที่ละเอียดกว่าไปยังผู้ใช้งานได้ เนื่องจากอากาศอุ่นผสมกับน้ำแข็งเย็นในภายหลังทำให้เกิดการระเหิดในท่อน้อยลง ระบบเหล่านี้ช่วยให้สามารถทำความสะอาดพื้นผิวที่บอบบางยิ่งขึ้นได้ เช่น สารกึ่งตัวนำ
เครื่องพ่นน้ำแข็งแห้งเครื่องแรกที่วางจำหน่ายในเชิงพาณิชย์เป็นระบบท่อเดี่ยว พัฒนาโดย Cold Jet, LLC ในปี 1986 [ 7 ] [ 8 ]และใช้ท่อเดี่ยวในการส่งลมเป่าและน้ำแข็งแห้ง เครื่องพ่นน้ำแข็งแห้งแบบท่อเดี่ยวมีข้อดีหลายอย่างเช่นเดียวกับระบบพ่นสารขัดแบบท่อเดี่ยว เพื่อหลีกเลี่ยงอันตรายที่อาจเกิดขึ้นจากถังแรงดัน เครื่องพ่นน้ำแข็งแห้งแบบท่อเดี่ยวจึงใช้ระบบล็อคอากาศที่หมุนเวียนอย่างรวดเร็ว ระบบท่อเดี่ยวสามารถใช้ท่อที่ยาวกว่าระบบท่อคู่ได้โดยไม่ทำให้แรงดันลดลงอย่างมีนัยสำคัญเมื่อน้ำแข็งออกจากท่อ พลังงานที่เพิ่มขึ้นนั้นมาพร้อมกับความซับซ้อนที่เพิ่มขึ้น ระบบท่อเดี่ยวใช้ในกรณีที่การทำความสะอาดที่รุนแรงกว่าเป็นข้อได้เปรียบ ซึ่งช่วยให้สามารถทำความสะอาดคราบสะสมที่หนาแน่นกว่าได้ และช่วยให้ทำความสะอาดคราบสะสมปานกลางได้เร็วขึ้น
ในปี 2014 บริษัท ICS Ice Cleaning Systems จากประเทศสโลวาเกีย ได้จดสิทธิบัตรชุดลูกกลิ้งบดเพื่อลดขนาดอนุภาคที่ออกจากปืนพ่น ทำให้ผู้ใช้งานสามารถควบคุมขนาดอนุภาคของเม็ดน้ำแข็งแห้งแต่ละเม็ดได้เป็นครั้งแรก ตั้งแต่ขนาดมาตรฐานสากล 3 มม. ไปจนถึง 1.5 มม. และเล็กกว่านั้นได้ตามต้องการ เพียงแค่กดปุ่มอิเล็กทรอนิกส์ ทำให้สามารถใช้งานกับพื้นผิวที่บอบบางได้โดยไม่ทำลายพื้นผิวเหล่านั้น
นอกจากนี้ ยังสามารถยิงอนุภาคไอซ์แห้งขนาดเล็กเหล่านี้ไปยังพื้นผิวต่างๆ ที่มีสารเคลือบ ส่วนประกอบ และพื้นผิวสัมผัสที่แตกต่างกันได้ ในขณะเดียวกันก็ลดความเสี่ยงต่อความเสียหายของพื้นผิว แม้ว่าก่อนหน้านี้จะมีการทดลองใช้เครื่องแยกอนุภาคด้วยหัวฉีดแล้ว แต่ลูกกลิ้งบดแบบใหม่นี้ให้ความแม่นยำและประสิทธิภาพที่ไม่เคยมีมาก่อน ในปี 2020 ผู้ประกอบการในฟลอริดาและผู้ก่อตั้งชุมชน DryceNation เริ่มแบ่งปันวิธีการนี้ ซึ่งได้รับการตอบรับเป็นอย่างดีจากอุตสาหกรรมรถยนต์สะสมในทันที วิดีโอในแพลตฟอร์มโซเชียลมีเดียช่วยเร่งกระบวนการนี้ให้เร็วขึ้นและได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางในปี 2022
การใช้งาน
การทำความสะอาดด้วยน้ำแข็งแห้งถูกนำไปใช้ในอุตสาหกรรมหลากหลายประเภท คุณสมบัติเฉพาะของน้ำแข็งแห้งทำให้มันเป็นวิธีการทำความสะอาดที่เหมาะสมอย่างยิ่งในสถานประกอบการเชิงพาณิชย์และการผลิตหลายแห่ง
การพ่นน้ำแข็งแห้งสามารถทำความสะอาดวัตถุที่มีรูปทรงเรขาคณิตที่แตกต่างกันและซับซ้อนได้หลายชิ้นพร้อมกัน ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมการทำความสะอาด แม่พิมพ์ พลาสติกและยางจึงเป็นการใช้งานหลักของเทคโนโลยีนี้[ 9 ]น้ำแข็งแห้งเข้ามาแทนที่วิธีการทำความสะอาดแบบดั้งเดิมที่ต้องอาศัยการขัดถูด้วยมือและการใช้สารเคมีทำความสะอาด การพ่นน้ำแข็งแห้งจะทำความสะอาดแม่พิมพ์ในขณะที่ยังอยู่ในตำแหน่งเดิมที่อุณหภูมิการทำงาน ซึ่งช่วยขจัดความจำเป็นในการหยุดการผลิตเพื่อทำความสะอาด[ 10 ]
อุตสาหกรรมแปรรูปอาหาร
การพ่นน้ำแข็งแห้งสามารถใช้ทำความสะอาดอุปกรณ์แปรรูปอาหาร ได้ [ 11 ]ตั้งแต่ปี 2004 หน่วยงานมาตรฐานอาหาร ของสหราชอาณาจักร ได้บันทึกกระบวนการกำจัดเชื้อSalmonella enteritidis , E. coliและListeria monocytogenes ออกจากพื้นผิวได้อย่างมีประสิทธิภาพ จนไม่สามารถตรวจพบจุลินทรีย์เหล่านี้ได้ด้วยวิธีการทางจุลชีววิทยาแบบดั้งเดิม[ 12 ] "อันเป็นผลมาจากการระบาด ของโรค ซัลโมเนลโล ซิสสองครั้ง ที่เกี่ยวข้องกับการบริโภคเนยถั่วลิสงและอาหารเด็กในปี 2006 – 2007 [ 13 ] [ 14 ] สมาชิก GMAเช่นCargillได้พยายาม" ที่จะ "ประเมินแนวทางปฏิบัติของอุตสาหกรรมใหม่เพื่อกำจัดเชื้อซัลโมเนลลาในผลิตภัณฑ์ที่มีความชื้นต่ำ" เนื่องจาก " การระบาดของเชื้อ ซัลโมเนลลาจากผลิตภัณฑ์ที่มีความชื้นต่ำนั้นค่อนข้างหายาก แต่มักส่งผลกระทบต่อผู้คนจำนวนมาก" เอกสารฉบับหนึ่งที่เกิดจากความพยายามนี้ได้อธิบายถึงวิธีการทำความสะอาดแบบไม่ใช้น้ำที่หลากหลาย[ 15 ]รวมถึงการพ่นน้ำแข็งแห้งด้วย
นอกจากนี้ยังสามารถใช้ทำความสะอาดอุปกรณ์บางอย่างได้โดยไม่ต้องถอดประกอบและไม่ก่อให้เกิดอันตรายจากไฟไหม้หรือไฟฟ้า EPA แนะนำให้ใช้การพ่นน้ำแข็งแห้งเป็นทางเลือกแทนการทำความสะอาดด้วยตัวทำละลายหลายประเภท[ 16 ]
การฟื้นฟูหลังภัยพิบัติ
กระบวนการทำความสะอาดอาจใช้สำหรับการฟื้นฟูหลังภัยพิบัติ รวมถึงเชื้อราควัน ไฟ และความเสียหายจากน้ำ[ 17 ]
การอนุรักษ์สิ่งของทางประวัติศาสตร์
เนื่องจากน้ำแข็งแห้งไม่มีคุณสมบัติกัดกร่อนและไม่มีของเสียรองจากกระบวนการทำความสะอาด การพ่นน้ำแข็งแห้งจึงถูกนำมาใช้ในโครงการอนุรักษ์และอนุรักษ์โบราณสถานกระบวนการทำความสะอาดนี้ถูกนำมาใช้ในการอนุรักษ์เรือUSS Monitor [ 18 ]และพิพิธภัณฑ์ศิลปะฟิลาเดลเฟีย[ 19 ]
การผลิตเซมิคอนดักเตอร์
เนื่องจากวัสดุที่ใช้ในการพ่นด้วยน้ำแข็งแห้งจะระเหิดไปโดยไม่ทิ้งคราบตกค้าง การพ่นด้วยน้ำแข็งแห้งจึงถูกนำไปใช้ในอุตสาหกรรม การผลิต เซมิคอนดักเตอร์อวกาศและอุปกรณ์ทางการแพทย์
งานโลหะ
กระบวนการทำความสะอาด นี้ยังใช้ในการตั้งค่าการผลิตอื่นๆ เช่น การทำความสะอาดอุปกรณ์การผลิตบนสายการเชื่อม อัตโนมัติ [ 20 ]การทำความสะอาดเครื่องมือ คอม โพสิต[ 21 ] การทำความสะอาด เครื่องพิมพ์อุตสาหกรรม[ 22 ] การทำความสะอาดแม่พิมพ์ และอุปกรณ์ที่ใช้ในโรงหล่อ [ 23 ]และการทำความสะอาดอุปกรณ์และเครื่องมือในสภาพแวดล้อมบนบกและนอกชายฝั่งในอุตสาหกรรมน้ำมันและก๊าซ
การพ่นน้ำแข็งแห้งยังใช้เพื่อขจัดครีบและเศษชิ้นส่วน[ 24 ]และในการเตรียมพื้นผิวก่อนทาสี
อุตสาหกรรมซ่อมรถยนต์
เทคโนโลยีการพ่นน้ำแข็งแห้งมีแอปพลิเคชันที่หลากหลายในด้านการทำความสะอาด รถยนต์ เนื่องจาก คุณสมบัติ ที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมและมีประสิทธิภาพ จึงค่อยๆ กลายเป็นวิธีการสำคัญในการบำรุงรักษาและทำความสะอาดรถยนต์ ต่อไปนี้คือการใช้งานหลักของการพ่นน้ำแข็งแห้งในการทำความสะอาดรถยนต์:
การทำความสะอาดด้วยน้ำแข็งแห้งสามารถขจัดคราบน้ำมัน คราบคาร์บอน และฝุ่นละอองออกจาก พื้นผิวเครื่องยนต์ได้อย่างรวดเร็วโดยไม่ทำลายสายไฟ ชิ้นส่วนยาง และชิ้นส่วนที่บอบบางอื่นๆ วิธีการทำความสะอาดแบบไม่สัมผัสนี้ช่วยให้ เครื่องยนต์ทำงานได้อย่างปกติและยืดอายุการใช้งานได้
การทำความสะอาดด้วยน้ำแข็งแห้งเหมาะสำหรับการทำความสะอาดคราบฝังแน่น เช่น คราบน้ำมัน คราบอาหาร และคราบควันบุหรี่ บนเบาะรถยนต์พรม และภายในประตูรถ เนื่องจากอนุภาคของน้ำแข็งแห้งจะระเหยกลายเป็น ไอโดยตรง จึงไม่จำเป็นต้องใช้น้ำหรือสารเคมีทำความสะอาด และไม่จำเป็นต้องทำการอบแห้งเพิ่มเติมหลังจากทำความสะอาดเสร็จ
ตัวถังรถยนต์มักสะสมสิ่งสกปรก เกลือ และน้ำมัน ซึ่งอาจทำให้เกิดการกัดกร่อนหรือความเสียหายทางกล การพ่นด้วยน้ำแข็งแห้งสามารถขจัดสิ่งสกปรกที่ฝังแน่นบนตัวถังได้อย่างมีประสิทธิภาพ พร้อมทั้งปกป้องพื้นผิวโลหะและสารเคลือบจากการเสียหาย
ความปลอดภัย
คาร์บอนไดออกไซด์มีความเป็นพิษเพิ่มขึ้นเมื่อความเข้มข้นสูงกว่า 1% [ 25 ]และยังสามารถแทนที่ออกซิเจนทำให้เกิดภาวะขาดอากาศหายใจได้หากไม่ได้ใช้อุปกรณ์ในบริเวณที่มีการระบายอากาศ นอกจากนี้ เนื่องจากคาร์บอนไดออกไซด์หนักกว่าอากาศ จึงจำเป็นต้องมีช่องระบายอากาศอยู่ที่ระดับพื้นดินหรือใกล้ระดับพื้นดินเพื่อกำจัดก๊าซได้อย่างมีประสิทธิภาพ ที่ความดันปกติ น้ำแข็งแห้งจะมีอุณหภูมิ−78 °C (−108 °F)และต้องจับต้องด้วยถุงมือฉนวน การป้องกันดวงตาและหูเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการใช้งานอุปกรณ์ทำความสะอาดด้วยน้ำแข็งแห้งอย่างปลอดภัย
ประวัติศาสตร์
เชื่อกันว่ากองทัพเรือสหรัฐฯ ในปี พ.ศ. 2488 เป็นหน่วยแรกที่ทดลองใช้การพ่นน้ำแข็งแห้ง พวกเขาสนใจที่จะใช้เทคโนโลยีนี้สำหรับงานขจัดคราบไขมันต่างๆ[ 26 ]
ในปี พ.ศ. 2492 ยูนิลีเวอร์ได้ยื่นจดสิทธิบัตรสำหรับการใช้การพ่นน้ำแข็งแห้ง (หรือการพ่นน้ำแข็งผสมน้ำ หรือการผสมผสานระหว่างสองอย่างนี้) เป็นวิธีการแยกเนื้อออกจากกระดูก[ 27 ]
ในปี พ.ศ. 2514 Chemotronics International Inc. ได้ยื่นจดสิทธิบัตรสำหรับการใช้การพ่นน้ำแข็งแห้งเพื่อวัตถุประสงค์ในการขจัดครีบและเศษโลหะ[ 28 ]
บริษัท Lockheed Martinได้ยื่นจดสิทธิบัตรสำหรับการพ่นน้ำแข็งแห้งในปี พ.ศ. 2517 [ 29 ]
สิทธิบัตรฉบับแรกเกี่ยวกับการพัฒนาและการออกแบบเทคโนโลยีการพ่นน้ำแข็งแห้งแบบท่อเดี่ยวที่ทันสมัย ได้รับการมอบให้แก่ เดวิด มัวร์ แห่งบริษัท โคลด์ เจ็ท จำกัด ในปี 1986 และ 1988 ( สิทธิบัตรสหรัฐอเมริกาหมายเลข 4,617,064และสิทธิบัตรสหรัฐอเมริกาหมายเลข 4,744,181 )
ดูเพิ่มเติม
ลิงก์ภายนอก
- แผ่น พับเกี่ยวกับการระเบิดด้วยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์แข็งสมาคมฟราวน์โฮเฟอร์
- บทความของ Messer Group ปี 2007 เกี่ยวกับการพ่นด้วยน้ำแข็งแห้ง (ไฟล์ PDF หน้า 8–12)