用于分配低温下的流体的可移动工具的保护性包壳的制作方法

本发明涉及一种用于分配低温下的流体的可移动工具的保护性包壳。

这种用于保护可移动工具的包壳形成了使用低温下的流体的非常高压射流来对可能被涂覆或不被涂覆的材料(例如，金属、混凝土、木材、聚合物、塑料、或任何其他类型的材料)进行汽提、剥脱、表面处理的设施的一部分。

现有技术

目前，对可能被涂覆或不被涂覆的材料进行的表面处理(具体为混凝土、油漆等的汽提、剥脱等)基本上是通过喷砂、通过超高压(UHP)水射流、使用砂磨机、手提钻(marteau-piqueur)、粗加工工具、或替代地经由化学途径来进行的。

然而，当不能存在任何水(例如在核环境中)、或任何化学产品(例如由于强烈的环境约束)时，仅可以使用被称为“干”方法的工作方法。

然而，在这些情况下，这些“干”方法是难以采用的、使用起来非常费劲或辛苦的、或者甚至例如因为添加了必须在随后进行再处理的块体或砂砾而产生额外的污染。

这些技术的一个替代方案在于使用非常高压的低温射流，如在文献US-A-7,310,955和US-A-7,316,363中提出的。在这种情况下，使用了处于1000至4000巴的压力下并且处于低温(例如包含在-100℃与-200℃之间、典型地在-125℃与-160℃左右之间)的一个或多个液氮射流，这些液氮射流是由喷嘴固持工具分配的，该喷嘴固持工具被设置成处于运动中、典型地进行旋转或振荡移动。

现在，如果由喷嘴递送的气态氮(它在离开喷嘴时从液态变为气态)被释放或流出至进行表面处理的空间中，具体地如果氮累积并且如果这个空间具有极少的通风或者没有通风，则对操作者造成缺氧的风险。

此外，有时有必要对于直接在来源处进行的表面处理过程中所产生的残留物(颗粒、灰尘)进行收集，以便防止这些残留物污染在进行该表面处理(例如，表面汽提)操作的场所，尤其是当在放射性环境中剥落混凝土时。

出于这些原因，一般围绕移动式流体分配工具(或多个工具)安排了保护性包壳(被称为提取钟罩)，即，发出液氮射流的表面处理工具，所述钟罩总体上装配有裙缘(优选地柔性的)，该裙缘充当机械屏障并且确保该提取钟罩与有待处理的表面之间的接触。这个裙缘可以装配有一排或多排柔性刷毛、弹性条带(例如由橡胶、皮革、弹性体等制成)、一团或多团泡沫等或由其形成。这个提取钟罩能够在该工具与有待处理的表面之间创建部分密封并且允许由喷嘴递送的氮以及在该表面处理过程中产生的残留物的全部或一部分被提取。

所使用的提取系统需要处于减压下，以避免将氮释放到该空间/工作场所中，并且使得表面残留物可以被有效地吸走。

该提取钟罩吸走了由该喷嘴固持工具喷射的氮、以及灰尘和废物(例如，混凝土碎片等)。为了确保最大的提取效率，抽吸能力必须大于该工具处的氮流速。因此，外部空气也被吸走。

然而，吸走的环境空气包含水分，即水蒸气，该水分能进入该提取系统中。现在，被吸走的水分是主要问题。这是因为水分吸附到该裙缘上，尤其是刷毛等等上、并且因此在与该钟罩经受的低温接触时变成冰。这可以证明是处理起来非常棘手的，因为构成裙缘的这些元件(例如刷毛)由于其柔性而通常被建议用来实现确保该提取钟罩与有待处理的表面之间的接触的这个基本功能。现在，如果这些元件变成固体并且变得刚性，则钟罩与衬底之间的接触将变得非常差，因为没有很好地“密封”。于是这导致了品质差的提取，也就是说碎屑、灰尘、或其他废弃物将“污染”正在进行处理的空间。这是禁止的，尤其是在强制性地必须提取表面残留物的工业中，例如像核工业或化学工业。

并且，对例如混凝土剥落等应用而言，液氮的每个射流粉碎混凝土的表面并且在所有方向上推进混凝土碎片。这些混凝土颗粒接着撞击该提取钟罩和裙缘的内侧，因而取决于制成该裙缘的材料而造成该提取钟罩和裙缘的相当快的磨损。这些材料的选择在实现寿命足够长的并且与以工业规模使用相容的裙缘方面是决定因素。

限制或甚至消除冰在裙缘的构成部分(例如，毛刷和刷毛)上的结冰成固体的一种方式是：借助于与干气体例如氮气的递送相关联的双壁式提取钟罩来阻止天然带有水分的外部空气的到来。在专利申请WO 10133784中提到了这点。这个第一解决方案具有的缺点是，需要对受污染区添加气体，这有时是难以实现的，并且此外对干气体使用过大的提取钟罩，从而导致额外的成本。用于限制或甚至防止在毛刷处形成冰的第二种解决方案是在裙缘附近添加热源、电阻或加热盖，以便抵消来自液氮射流的冷度供应。在以编号FR 2945761公开的法国专利申请中描述了该解决方案。该解决方案具有的缺点是，该工具和该提取钟罩需要电源，因此使该方法更复杂。

本发明试图克服如上文所指出的现有技术的所有或一些缺点、并且尤其试图提出能够防止冰凝固成固体的装置。

技术实现要素：

为此，本发明的一方面涉及一种用于分配低温下的流体的可移动工具的保护性包壳，所述保护性包壳包括形成了提取钟罩的开放端，所述开放端包括裙缘，其特征在于，该裙缘包括由疏水性第一材料制成的第一部分。

依赖于疏水性的第一材料，能够限制或甚至消除在低温下运行时冰在裙缘的第一部分的构成元件上凝固成固体。这个解决方案提供的优点是实施简单，尤其是不需要任何额外的元件。疏水性材料在此是指排斥水或被水排斥的材料。该裙缘可以配备有一排或多排柔性刷毛和/或弹性条带、和/或一团或多团泡沫或由其形成。

除了在前一段落中刚刚提及的主要特征之外，根据本发明的包壳可以展现出单独地或以技术上可行的组合方式来考虑的、以下特征中的一个或多个附加特征：

-根据国际标准DIN EN ISO 62的23℃/50％标准环境中的水分吸收实验方案，该第一材料具有的吸水率小于4％。以特别有利的方式，根据国际标准DIN EN ISO 62的23℃/50％标准环境中的水分吸收实验方案，该第一材料具有的吸水率小于2％。此外，这些合成材料是由于以下事实而有利选择的：其疏水性优于天然来源的材料的疏水性。该疏水性第一材料还可以根据国际标准DIN EN ISO 62的针对浸入水中的水分吸收率实验方案来选择。在这种情况下，根据国际标准DIN EN ISO 62的针对浸入水中的水分吸收率实验方案，该疏水性第一材料具有的吸水率小于9％、并且特别有利地小于5％；

-该裙缘包括由耐磨性第二材料制成的第二部分。使用耐磨的第二材料能够在该保护性包壳在工业规模上运行时增大裙缘的寿命。具体地，针对例如混凝土剥落的应用，被分配到有待处理(即，例如有待剥落)的表面上的低温下的流体的每个射流粉碎有待处理的表面、并且在所有方向上推进其组分材料。这些材料接着撞击该保护性包壳(被称为提取钟罩)和裙缘的内侧。这具有逐渐磨掉制成该裙缘的这些元件的作用。这个裙缘是由两个部分构成的，以便确保在提取钟罩的高度处的良好密封，该第一部分能够避免外部水分累积从而防止在该裙缘上形成冰并且保持其足够柔性，并且该第二部分阻挡朝向该钟罩的内侧的颗粒(即，例如在混凝土剥落的情况下，混凝土灰尘)。材料的耐磨性可以用不同的方式来量化。例如，可以用所述材料的磨损速率来量化，该速率可以表达为mm³/N/m或cm³/cm/kg。

-该第一部分被定位成与该裙缘的外部周缘区域齐平，并且该第二部分被定位成与该裙缘的内部周缘区域齐平。外部水分需要被位于与该裙缘的外部周缘区域齐平处的这个部分阻挡，而在该钟罩内侧所产生的颗粒需要通过被位于与该裙缘的内部周缘区域齐平处的第二部分阻挡而被局限于其中。

-该第一部分和该第二部分是重合的。该第一和该第二部分可以是同一个部分并且在这种情况下是由既耐磨又疏水的材料制成的。以此方式，该第一和第二材料可以是同一种材料；

-该第一材料和该第二材料是选自以下材料：

-聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)；

-聚丙烯(PP)；

-芳纶；

-聚醚醚酮(PEEK)；

-聚酰胺6,6；

-聚酰胺6,10；

-聚酰胺6,12以及

-聚酰胺11。

这些材料是就其疏水品质及其耐磨能力两者来选择的；

-该第一部分包括刷毛，所述刷毛是由该疏水性第一材料制成的。该第一部分的刷毛可以被分组成多束刷毛；

-该第二部分包括刷毛，所述刷毛是由耐磨性第二材料制成的。该第二部分的刷毛可以被分组成多束刷毛；

-该第一部分的刷毛的长度大于该第二部分的刷毛的长度。裙缘的这种构型能够改善该可移动流体分配工具与有待处理的表面之间的密封。确切而言，这种构型允许从有待被该工具处理的表面收集经处理材料的量的至少95％并且高达98％，而由单一长度的刷毛构成的裙缘实现了仅90％的效率。这种双屏障刷毛有利地构成了双重约束屏障。包含刷毛的、位于与该裙缘的外部周缘区域齐平处的第一部分构成了第一约束屏障。然而，当保护性包壳(被称为提取钟罩)在处理过程中在有待处理的表面上移动时，在这个外部排内可能产生细微的开口，从而允许经处理的剥落的颗粒穿过这个第一约束屏障。包含刷毛的、位于与该裙缘的外部周缘区域齐平处的第二部分弥补了这种密封缺乏。该第一和第二部分的刷毛可以由相同性质或不同性质的材料制成；

-该第一部分和/或第二部分的刷毛具有的直径在0.2mm与0.5mm之间。这个范围的值能够确保这些裙缘刷毛的足够柔性；

-该第一部分的刷毛被安排成三排同心的刷毛和/或该第二部分的刷毛被安排成三排同心的刷毛。特别有利的是，相邻两排的刷毛是以交错构型安排的；

-所述包壳的开放端具有圆锥形或金字塔形截面。这样的截面有利地能够在该提取钟罩的开放端处产生文丘里效应，以便防止在保护性包壳的一个区中产生死区以及剥落材料(碎屑、灰尘)的堆积。死区是所分配的流体流不穿过的区。

本发明还涉及一种用于限定根据上文描述的实施例之一所述的、用于保护可移动流体分配工具的包壳的裙缘的刷毛长度的方法，所述工具包括至少一个流体分配喷嘴，所述裙缘包括包含刷毛的第一部分以及包含刷毛的第二部分，该第一部分被定位成与该裙缘的外部周缘区域齐平，该第二部分被定位成与该裙缘的内部周缘区域齐平，所述方法包括：

-限定点火距离的步骤，所述点火距离对应于该流体分配喷嘴的远端与有待被该可移动工具处理的表面之间的距离；

-限定经过深度的步骤，所述经过深度对应于通过对有待处理的表面的处理要被去除的材料深度；

-限定该第一部分的刷毛的第一长度的步骤，所述第一长度被订制成使得该流体分配喷嘴的远端与该第一部分的刷毛的远端之间的距离等于该点火距离与该经过深度加上0与40mm之间的值之后的总和。

-限定该第二部分的刷毛的第二长度的步骤，所述第二长度被订制成使得该流体分配喷嘴的远端与该第二部分的刷毛的远端之间的距离等于该点火距离加上0与20mm之间的值。

如此限定的刷毛长度能够符合有待处理的表面的几何形状，是在表面不规则性的意义上并且在限定了所处理的表面的已被处理区与尚有待处理区之间的边界的阶梯式变化的意义上。

本发明还涉及一种使用低温下的流体的至少一个高压射流的工作设施，包括：

-低温下的流体源，该流体源流体性地连接至可移动工具上，该可移动工具包括至少一个流体分配喷嘴，以用于分配低温下的所述流体的至少一个高压射流；以及

-根据上文描述的实施例之一所述的保护性包壳，所述包壳是围绕该可移动工具安排的并且流体性地连接至抽吸装置上，所述包壳的开放端围绕该可移动工具形成该提取钟罩。

附图简要说明

通过参照附图来阅读以下说明，本发明的进一步特征和优点将变得清楚，在附图中：

-图1使用了用于分配低温下的流体的工件的工作设施示意图；

-图2a(侧视图)和2b(从下方的视图)：图1的设施所装配的可移动工具；

-图3使用了低温下的流体射流并且包含可移动工具保护性包壳和可移动工具的工作设施的示意图；

-图4a(从下方的视图)和4b(截面视图)：采用了低温下的流体射流、包含可移动工具保护性包壳和可移动工具的工作设施的一个实施例的示意图；并且

-图5采用了低温下的流体射流、包含可移动工具保护性包壳和可移动工具的工作设施、以及在处理过程中被处理的表面的示意图。

-图6裙缘的示意图，示出了本发明的包壳所配备的裙缘的第一和第二构成部分如何布局的第一实例。

-图7a至7c裙缘的示意图，示出了当第一部分和第二部分重合时，其上的刷毛的布局的实例。

为了更清楚，在所有附图中，相同的或相似的元件由相同的参考标记表示。

一个实施方式的详细说明

图1示意性地描绘了采用低温下的流体源、通过使用低温液体的射流来进行汽提、剥落、表面处理等的工作设施，该工作设施通常包括液氮(下文中被称为LN2)的储存容器1，例如储箱，该储存容器将该液氮经由用于传送低压(即，在3至6巴左右)并且在-180℃左右的温度下的液氮的管线6供应至压缩装置2，该压缩装置具有压缩机和内部上游热交换器以允许该液氮升高到超高压(UHP)。

压缩装置2因此允许来自储存容器1的LN2被压缩。接着处于第一压力(UHP)下的LN2经由传送管线(7)被运送到远至外部下游热交换器3，在此该UHP LN2被大气压下的液氮(在9处)冷却以便典型地获得低温下的UHP液氮。这得到了处于超高压(UHP)(典型地高于300巴、一般在1000巴与4000巴之间、有利地在3000巴与4000巴左右之间)并且处于低温(包含在例如-100℃与-200℃之间、典型地在-125℃与-160℃之间)的LN2，其被送到(在8处)用于汽提的可移动流体分配工具4、或递送UHP液氮的一个或多个射流(一般为若干个射流)的类似工具。

高容量容器1(例如，具有几千升液氮容量的罐车储箱或储存容器)一般位于建筑物外，即在户外。它可以是固定的或移动的。

高容量容器1以常规的方式、即借助于包括一个或多个控制阀的带防护套的管道连接至该设施上。此外，LN2在该系统的各个元件之间的传送也是经由带防护套的管道完成的。总的液体流速大约为20l/min，即15m³/min气态氮。

此外，为了增大被处理的表面(即，被汽提等等的表面)的大小，典型地使用了工具4，该工具装配有在UHP水射流方法中所使用种类的、但是在此被供以UHP LN2(在8处)的多个喷嘴11，并且旋转或振荡这些喷嘴以获得UHP LN2的旋转或振荡射流12，这些射流被用来对有待处理的表面进行汽提(或等效方式)，如在图2a(侧视图)和2b(从下方的视图)所示。

以本身已知的方式，喷嘴固持工具4通常被一组齿轮、在具有或不具有传动带的情况下被设置成旋转，该组齿轮是被电动或气动马达、经由连接至该马达上的第一旋转传动轴或转轴、包含带有一组内部齿轮的传动机构的变速箱或齿轮箱、以及第二传动轴或转轴所驱动的，该喷嘴固持工具在这种情形下是旋转的、自身连接至装配有这些喷嘴的可移动工具4上。

如图3所示，为了吸走来自汽提操作的残留物并且限制由气态氮产生的对操作者造成的缺氧的风险，总体上围绕喷嘴固持工具4安排了形成提取钟罩的保护性包壳20，该气态氮由传送管线8传送并且接着由喷嘴11递送、将被释放并且在执行表面处理的地方累积，并且该喷嘴固持工具分布液氮的射流12。钟罩20具有开放端，该开放端被定位成面向有待处理的表面，并且由喷嘴11递送的加压的低温液体的射流12经由该开放端出现。

这个保护性包壳20在其与被汽提的表面相接触或紧密靠近该表面的开放端处一般装配有柔性裙缘21或围裙，该柔性裙缘或围裙在提取钟罩20与有待处理的表面之间充当机械密封屏障。这个裙缘21可以配备有一排或多排柔性刷毛、一个或多个弹性条带、一团或多团泡沫等。

常规的抽吸式提取系统25(包括抽吸泵、一个或多个过滤器或其他净化或过滤装置)是与保护性包壳20的内侧处于流体连通的、并且允许表面残留物被有效地吸走、并且还能够防止氮被再释放到执行该表面处理的空间中。

换句话说，提取钟罩20构成了环绕工具4的真空包壳，从而能够收集和去除由喷嘴11递送的氮和通过汽提或相似方法所产生的灰尘的全部或一些。在保护性包壳20中占主导的压力P1优选地低于在保护性包壳20外(即，在安装了工具4的空间中)占主导的大气压P0。如果压力P1高于压力P0，则抽吸不够并且不再确保提取钟罩20的密封。

因此，环境空气和水分可以吸走。由液氮的射流12所供应的冷度将冷却该保护性包壳20、构成柔性裙缘21的这些元件(例如，一排或多排柔性刷毛和/或一个或多个弹性条带)、以及可能具体在与柔性裙缘21齐平处造成冰形成的、来自被吸走空气中的水分。

在与柔性裙缘21齐平处形成冰使得制成所述裙缘的这些元件变坚硬并且造成柔性损失，从而逐渐导致提取钟罩20缺乏密封并且因此造成抽吸效力的损失。

因此，裙缘21包括由疏水材料制成的第一部分。材料的疏水性可以例如通过根据国际标准DIN EN ISO 62所描述的程序进行水分吸收测量而进行量化。举例而言，下表给出了合成和天然的材料及其水分吸收值的列表。

表1

裙缘21还包括由第二材料制成的第二部分，该第二材料是耐磨的以避免例如在剥落操作过程中的颗粒散落。表1中的疏水性材料根据其耐磨性已经在下表2中分为三类：高耐磨、耐磨、低耐磨。

表2

根据表1和2的数据能够说明，该裙缘可以由单一类型的元件制成，所述元件是由疏水且耐磨的单一材料制成的；这意味着在此情况下该第一部分和第二部分是重合的。在第一情况下，该环是由单排相同材料的毛刷构成的，其中一排或多(外)排刷毛比其他更长，以保证针对所剥落的面形成密封。

替代地，该第一部分和第二部分可能不是重合的，并且在这样的情况下，该第一部分被选择成是来自疏水性材料并且该第二部分来自耐磨材料。在第二种情况下，该环是由两排由两种不同材料制成的毛刷构成的，其中在与内部周缘区域齐平处存在一排或多排刷毛(是耐磨的且短的以便与被处理的表面(即，例如在剥落的情况下为混凝土表面)相切)，并且在与该外部周缘区域齐平处存在一排或多排疏水性刷毛(是长的以便尽可能良好地确认该工具留下的高度的阶梯式变化)。

图4a、4b和图5展示了在圆形钟罩带有裙缘21的情况下本发明的一个实施例，该裙缘的第一部分由刷毛27构成并且其第二部分由刷毛26构成。该第一部分被定位成与该裙缘的外部周缘区域齐平，即，被定位成离液氮12的射流最远。第二部分的刷毛26被定位成与该裙缘的内部周缘区域齐平，即，被定位成离液氮12的射流最近。它们都是由耐磨或非常耐磨的材料制成，这些材料举例而言是选自：聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)、聚丙烯(PP)、芳纶、聚醚醚酮(PEEK)、聚酰胺6,6、聚酰胺6,10、聚酰胺6,12、和聚酰胺11。从图4b和5中可以看到，该第二部分的刷毛26的长度小于该第一部分的刷毛27的长度。这能够改善该裙缘的密封。

图5示出了点火距离和经过深度的概念。图5中所表示的点火距离(d)对应于在这个或这些液氮喷射喷嘴11的远端(即，离该工具最远的这端)与有待处理的表面之间的距离。图5中所表示的经过深度(e)被定义为在一个或多个液氮射流的作用下被去除、剥落的材料厚度。

图6展示了该包壳所装备的裙缘的第一和第二构成部分的布局的第一实例。第一部分26的刷毛形成了内环并且第二部分27的刷毛形成了外环。该第一部分的刷毛一起被分组成若干束刷毛，该第二部分的刷毛同样被分组成若干束刷毛。以表示的方式，一束刷毛可以包括例如数量在60与100之间的刷毛。在图6的实例中，这些刷毛束是以交错的构型安排的。被定位成最接近该工具的内环能够捕获在操作过程中被甩出的颗粒，并且被放在该钟罩的开放端的周缘处的外环能够阻挡来自环境空气的水分。

图7a至7c展示了当第一和第二部分重合时其中的刷毛的布局的实例。在图7a的实例中，该第一部分和第二部分重合并且被布局成单排刷毛、并且在这个实施例中甚至为多束刷毛。在图7b的实例中，该第一部分和第二部分重合并且被布局成两排刷毛、并且在这个实施例中甚至为同心且处于交错构型的多束刷毛。在图7c的实例中，该第一部分和第二部分重合并且被布局成三排刷毛、并且在这个实施例中甚至为同心且处于交错构型的多束刷毛。在同一环中使用几排刷毛是有利的，因为这能够增大系统的密封效果。排数越多，系统的密封效果将越好。具体地，存在几排刷毛能够减小裙缘中的开口，由此限制颗粒的逃逸。

为了确保良好的密封，根据以下来限定/参数化刷毛长度：

-一个或多个液氮喷射喷嘴11的末端同第二部分的、与被处理表面相接触的刷毛26末端之间的距离需要等于该点火距离加上0与20mm之间的值；并且

-一个或多个液氮喷射喷嘴11的末端同第一部分的、与被处理表面相接触的刷毛27末端之间的距离需要等于该点火距离加上经过深度再加上0与40mm之间的值。

针对混凝土剥落的应用，点火距离一般在5mm与10mm之间。一个或多个液氮喷射喷嘴11的末端同第二部分(内排)的、与处理表面28相接触的刷毛26末端之间的距离在10与30mm之间。考虑在5mm与30mm之间的经过深度，一个或多个液氮喷射喷嘴11的末端同第一部分(外排)的、与处理表面28相接触的刷毛27末端之间的距离在30与50mm之间。

在本文所列出的实例中，构成内排和外排的刷毛具有的直径在0.2与0.5mm之间，从而能够确保该裙缘的良好柔性。

本发明不限于以上参照附图所描述的这些实施例，并且在不背离本发明范围的情况下可以设想多种替代的形式。