JPH0141960B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ キヤビテーシヨン形成流により固体表面を浸
食するための装置であつて、 −圧力が周囲の圧力より低いと室温で気化し得る
高圧下の作用液の源２、 −前記液体で高速噴流を形成しながら該液体の圧
力を低下させ且つこの噴流を浸食すべき表面Ｓ
に向けて長手方向に送出すべく、前記源から受
給し且つ前記長手方向の先細管Ｔを構成するノ
ズルＢ、 −並びに、前記ノズルに接続されており、前記噴
流に作用して前記液体の圧力を局所的に低下さ
せ、該液体の一部を気化させて浸食すべき表面
と接触しているより高圧の凝縮領域内ZCの下
流で該蒸気が再凝縮する時に該液体を急激に移
動変位させるキヤビテーシヨン形成手段 を有しており、 −前記キヤビテーシヨン形成手段が、浸食すべき
表面Ｓ近傍に配置させる手段Ｄ１を備えたデフ
レクタＤを含んでおり、該デフレクタがノズル
Ｂから送出される噴流を受けこれを「側方」へ
方向転換させて前記表面と平行な流れを形成
し、該デフレクタの下流縁が「作用」稜Ｄ２を
構成し、この稜が前記の流れを剥離させてこの
剥離した流れと浸食すべき表面との間で該稜の
すぐ下流にベーパポケツトPVを形成せしめる
よう構成されていることを特徴とする装置。

２ 前記ノズルＢの出口に前記長手方向先細管Ｔ
から続く案内プロフイルＧが設けられており、該
プロフイルが前記デフレクタＤと向かい合わせに
前記側方向へ傾斜していて、浸食すべき表面Ｓに
接近しながらデフレクタの作用稜Ｄ２とほぼ垂直
な液体通路断面の局所的最小部を形成し次いでデ
フレクタ下流で、圧力を再上昇させそれによつて
凝縮領域ZCの位置を決定すべく、浸食される表
面Ｓと向かい合わせに前記通路断面を漸増させな
がら伸長していることを特徴とする請求の範囲１
に記載の装置。

３ 前記案内プロフイルＧがデフレクタＤ下流の
通路断面が増大しているゾーンに複数の支持フイ
ンＧ１を備えており、これらフインが前記側方向
と平行であり、且つ浸食すべき表面Ｓと当接して
該プロフイルと該表面との間に所定の距離を維持
するよう長手方向に突出していることを特徴とす
る請求の範囲２に記載の装置。

４ 前記ノズルＢおよびデフレクタＤの全体的形
状が前記長手方向と平行な同一の軸線Ａ１を中心
とする回転体形状であり、浸食すべき表面Ｓと接
触するデフレクタＤの支持面Ｄ１がこの軸線と直
交し、前記作用稜Ｄ２が円形で前記ノズルと同軸
であり、前記側方向が前記軸線に対し放射状に伸
長する方向の１つであり従つてこの軸線を中心に
回転させれば向きが変化し、デフレクタ下流での
液体通路断面の前記漸増が少なくとも部分的には
液体が前記軸線から遠去する時のノズルと同軸の
円の円周増加に起因することを特徴とする請求の
範囲２に記載の装置。

５ 前記デフレクタＤが複数の接続フインＤ３を
介して前記ノズルＢに接続され、これらフインが
該ノズルの軸線Ａ１を通過する複数の平面上で該
軸線のまわりに角度的に配分された状態で該デフ
レクタに固定され且つ該ノズルに形成された溝Ｂ
１に挿入されることを特徴とする請求の範囲４に
記載の装置。

６ 前記デフレクタＤが互いに平行な２つの平面
をもつ円形デイスクの形状を有しており、前記ノ
ズルと対向する方の平面が該ノズルの軸線の周り
で90゜の角度で離隔された４つの接続フインＤ３
を具備していることを特徴とする請求の範囲５に
記載の装置。

７ 各にデフレクタＤが備えられた複数のノズル
をＢ有し、これらノズルが同一容器Ｅの壁面Ｅ１
上に出口を該容器の外側へ向けた状態で装着され
ており、該容器内部スペースがこれらノズル全て
に共通の高圧下作用液源２から供給を受け、これ
らノズルが該内部スペース内の圧力により全ての
ノズルの支持フインＧ１が浸食すべき表面Ｓと持
続的に接触し続けるよう前記壁面に滑動的に装着
されていることを特徴とする請求の範囲３に記載
の装置。

８ 作用流体が水であることを特徴とする請求の
範囲１に記載の装置。

９ デフレクタＤを備えた前記ノズルＢ内の水路
の最小断面がより高い浸食効率を得るべく100mm²
未満であることを特徴とする請求の範囲８に記載
の装置。

１０ キヤビテーシヨン形成流により固体表面を
浸食する方法であつて以下の諸エレメント即ち、 −圧力を周囲圧力より低くすると室温で気化し得
る高圧下の作用液の源２； −前記液体で高速噴流を形成しながら該液体の圧
力を低下させ且つ該噴流を浸食すべき表面Ｓへ
向けて「長手方向」に送出するよう、前記源か
ら液体を受給し且つ前記長手方向の先細管Ｔを
構成するノズルＢ； −並びに、前記ノズルに接続されており、前記噴
流に作用してその圧力を局所的に低下させ、該
液体を部分的に気化させて、浸食すべき固体表
面と接触しているより高圧の凝縮領域ZC内の
下流で該蒸気が再凝縮する時に該液体を急激に
移動変位させるキヤビテーシヨン形成手段 を使用し、 前記キヤビテーシヨン形成手段が浸食すべき表
面Ｓ近傍に配置されるデフレクタＤを有してお
り、該デフレクタが前記ノズルＢから送出される
噴流を受けてこれを前記表面と平行な「側方」へ
方向転換させ、該デフレクタの縁部が「作用」稜
Ｄ２を構成し、該稜が前記の流れを剥離させてこ
の剥離した流れと浸食すべき表面との間で該稜の
すぐ近傍にベーパポケツトPVを形成せしめるよ
う構成されていることを特徴とする前記方法。

明細書 本発明はキヤビテーシヨン形成流により固体表
面を浸食するための装置に係る。

液体流の上流で生じた蒸気が凝縮された時に物
体表面近傍で液体−蒸気間界面が急速且つ無秩序
に変動し、その結果キヤビテーシヨンによつてこ
の表面が浸食されることは良く知られている。こ
の現象は特に前記表面と接触する液体内で蒸気泡
が突然内破した時に生じ得るが、このような内破
の原因は前記液体に室温で該蒸気圧より大きい圧
力が加えられることにある。

キヤビテーシヨンによる浸食はある種の油圧装
置の寿命を短縮させる好ましくない現象として考
えられることが多いが、このような浸食を例えば
金属表面からスケール等の表面層を除去する場合
などに利用し得ることは周知の通りである。従来
より使用されている作用液は常温の水であり、こ
れを大気圧に近い周囲圧力の存在下で用いる。但
し別の液体、温度及び周囲圧力も使用し得る。

キヤビテーシヨンによる浸食は例えば原子力発
電所を解体する時に、放射能の大部分が薄い表面
層に集中的に存在しているような部材を汚染除去
処理すべく使用し得る。これらの部材は現在のと
ころ化学的に、電気化学的に又は水の噴射により
処理されているが、これらの方法に比べてキヤビ
テーシヨンによる浸食処理は水だけで実施し得、
従つてエーロゾル又は放射性廃棄物の形成を伴わ
ないという利点を有する。

キヤビテーシヨン形成噴流で固体表面を浸食す
る装置は例えば米国特許US−A3807632
（Johnson）により既に知られている。この公知
装置は、 −周囲の圧力より低い圧力下では室温で気化し得
る高圧下の作用液の源； −前記源から供給された圧力低下中の前記液体で
高速噴流を形成し、この噴流を浸食すべき表面
に向けて長手方向に送出する前記軸方向の収れ
ん管を構成するノズル；並びに −前記ノズルに接続されており、前記噴流に作用
してその圧力を局部局所的に低下させ、該液体
の一部を気化させて浸食すべき固体表面と接触
しているより高圧の凝縮領域内の下流で該蒸気
が再凝縮した時に該液体を急激に除去移動させ
るキヤビテーシヨン形成手段 を備えている。

この装置では多数の蒸気泡が浸食すべき表面か
ら距離をおいて液体噴流中に形成される。これら
の泡を含んだ噴流は前記表面へこれと直角に送ら
れる。

圧力が上昇すると泡は内破する、即ち急激に凝
縮するが、これらの泡には浸食すべき表面と接触
して始めて内破するものがある。有用なのはこの
ような泡だけである。

従つてこの装置の効率は低い。何故なら効率は
除去された物質の質量対消費エネルギの比として
測定され得るからである。

本発明の目的は簡単でより効果的な浸食装置を
実現することにある。

本発明はキヤビテーシヨン形成流で固体表面を
浸食処理する装置を提供するが、この装置は −圧力を周囲の圧力より低くすると室温で気化し
得る高圧下の作用液の源； −該液体の圧力を低下させながら液体で高速噴流
を形成し、この噴流を浸食すべき表面に向けて
「長手方向」に送出するよう前記源から液体を
受給する前記長手方向の先細管状吹出口を構成
するノズル；並びに −前記ノズルに接続されており、前記噴流に作用
してその圧力を局所的に低下させ、該噴流の一
部を気化させて浸食すべき表面と接触している
より高圧の凝縮領域内の下流で該蒸気が再凝縮
した時に該液体を急激に移動変位させるキヤビ
テーシヨン形成手段 を備えており、 −前記キヤビテーシヨン形成手段がデフレクタを
有しており、このデフレクタはこれを浸食すべ
き表面近傍に配置するための手段を備えてお
り、該デフレクタが前記ノズルから送出される
噴流を受け、これを「側方」に方向転換させて
前記表面と平行な流れにし、該デフレクタの下
流端が「作用」稜を構成し、該稜が前記の流れ
を剥離させてこの剥離した流れと浸食すべき表
面との間で該稜のすぐ下流にベーパポケツトつ
まり蒸気ゾーンを形成する役割を果たすことを
特徴とする。

工業界で一般に使用されている公知のキヤビテ
ーシヨン形成噴流装置と比較した場合の本発明装
置独自の特徴は、従つて浸食すべき表面とほぼ平
行な流れの中にキヤビテーシヨンを発生させ、そ
れによつてより多数の作用力の強い空洞を前記表
面近傍に集中せしめることにある。これら空洞の
一部は内破の過程において泡の形をとり得る。

即ち、本発明の浸食メカニズムが本質的に気泡
の内破現象に基づくのに対し、従来より公知のキ
ヤビテーシヨン形成噴流は過大圧力と過小圧力を
連続的に繰返し発生させるものであり、表面の微
小な亀裂（microfissures）内の汚れ落しには余
り適していない。

本発明はまたこの装置を用いる浸食法にも係
る。

以下添付図面に基づき非限定的具体例を挙げて
本発明の実施法を説明する。尚ここに記載及び図
示されている諸エレメントは、本発明の範囲を逸
脱することなく、同一の技術的機能を果たす他の
エレメントに代え得るものと理解されたい。各図
面中同一のエレメントは同一の符号で示した。

第１図は汚染された管の内壁のスケール除去を
するための装置を軸方向断面図で示している。こ
の装置は数個の浸食ヘツドを有しており、これら
ヘツドの各が本発明の装置を構成する。

第２図は前記装置のヘツドを、第１図の部分
の詳細図として該ヘツドの軸と該装置の軸とを通
る平面により切断した断面図で示している。

第３図は浸食すべき表面の側から見た前記ヘツ
ドの先端の分解斜視図である。

第４図は本発明に従い層流状噴流を送出するヘ
ツドを該層流と浸食すべき表面とに対し垂直な面
に沿つて切断した断面で示す斜視図である。

第１図、第２図及び第３図に示されている本発
明の装置は公知のエレメント、即ち −圧力を周囲圧力より低下させると室温で気化し
得る高圧下の作用液の源２； −並びに、前記液体で極めて高速の噴流を形成し
ながら該液体の圧力を低下させ、次いでこの噴
流を浸食すべき表面Ｓと平行な径方向流に変え
るべく、前記源から液体を受給し且つ「軸方
向」のＴ形の先細管を構成するノズルＢ を含んでいる。

より特定的には前記軸方向は矢印Ｆ１で示さ
れ、この場合は前述の「長手方向」に該当する。
一方、各径方向は前述の「横断」方向に夫々相当
する。

作用液は水であり、その源は第１図のポンプ２
であつて、このポンプから複数の並列ノズルＢへ
給水が行われる。

本発明ではキヤビテーシヨン現象はデフレクタ
Ｄによつて誘起される。このデフレクタはこれを
配置するための前記手段を構成するよう浸食すべ
き表面Ｓに当接される支持面Ｄ１を有している。
該デフレクタはノズルＢから送出される噴流を受
けてこれを前記表面と平行な「径方向」へ方向転
換させる。デフレクタ下流端は「作用」稜Ｄ２を
構成し、該稜は前記噴流を剥離させてこの剥離し
た噴流と浸食すべき表面との間で該稜のすぐ下流
にベーパポケツトPVを形成せしめるよう構成さ
れている。

前記径方向は矢印Ｆ２で示されている。凝縮領
域ZCは前記ベーパポケツトPVのすぐ下流に位置
する。これは表面Ｓの浸食が行われる領域であ
る。

ノズルＢは図示の如くその出口に軸方向先細管
状吹出口Ｔから連続した形の案内外形部Ｇを有し
ているのが好ましい。この外形部つまりプロフイ
ルはデフレクタＤと向き合つて径方向へ延びてお
り、該デフレクタの作用稜Ｄ２とほぼ同高な液体
通路の局所的最小断面部を形成し、浸食すべき表
面に接近する。次いで圧力の再上昇とそれによる
凝縮領域の位置決定とを実現せしめるべく前記の
浸食される表面から離れるようにデフレクタの下
流方向へいくにつれて前記断面積は漸増してい
る。

この案内プロフイルＧは、デフレクタＤに続く
キヤビテーシヨン領域の下流で前記通路断面積が
増大する区域に放射状に配置された複数の支持フ
インＧ１を備えている。これらのフインは軸方向
に伸長しており、浸食すべき表面Ｓに当接して前
記案内プロフイルと該表面との間の所定距離を維
持せしめると共に該表面上でのノズルの滑動を容
易にする。

以上第２図及び第３図の軸方向噴射ヘツドに関
して説明してきた配置構成は第４図の層流噴射ヘ
ツドでも同様に使用される。

前記軸方向噴射ヘツドの場合にはノズルＢ及び
デフレクタＤは全体的に同一長手方向軸線Ａ１を
中心とする回転体の形状を有する。デフレクタＤ
の支持面Ｄ１は前記軸線と直交し、作用稜Ｄ２は
ノズルと同心の円形である。デフレクタ下流の前
記流体通路断面の漸増は、少なくとも部分的には
液体が前記軸線から遠去かる時の前記ノズルと同
軸円の円周増加によるものである。

図示されている具体例では案内プロフイルＧの
下流部分即ち径方向外側部分がノズルの製造を簡
単にすべく浸食される表面Ｓと平行な平面で構成
されている。従つて前述の液体通路断面の漸増は
前記ノズルの軸線から遠去かる時の該ノズルと同
軸の円の円周増加のみによつて実現される。この
増加度は作用稜から５mmの距離に亘る範囲内で少
なくとも50％に等しいことが好ましい。

デフレクタＤは、ノズル軸線Ａ１を通過する複
数の平面上で該軸線周囲に角度的に距離をおいて
配置された状態で該デフレクタに固定されており
且つ該ノズルに切込まれた溝Ｂ１内に挿入される
複数の接続フインＤ３によりノズルＢに接続する
のが好ましい（第３図参照）。

より詳細にはデフレクタＤは２つの互に平行な
平面をもつ円形デイスクの形状を有しており、ノ
ズルと対向する方の平面が該ノズルの軸線の周り
で相互間に90゜の間隔をおき且つ中央にフリース
ペースを残すよう配置された４つの連続フインＤ
３を備えている。この中央スペースにはより良い
流れを得るべくジエツト偏向板（図示せず）を取
り付けてもよい。

本発明は放射性物質で汚染された金属管の内表
面Ｓのスケール除去処理に使用し得る（第１図及
び第２図参照）。

この場合も他の場合も該装置は各にデフレクタ
Ｄが具備された複数のノズルＢからなり、これら
ノズルＢが同一の容器Ｅの壁面Ｅ１上に出口を該
容器の外側へ向けた状態で配置され、該容器の内
部スペースに全てのノズルに共通の高圧下作用液
源２から液体が供給されるよう構成するのが望ま
しい。これらのノズルは前記内部スペース内の圧
力によりこれらノズルの支持フインＧ１が浸食す
べき表面Ｓと持続的に接触し続けるよう前記壁面
に滑動自在に装着される。

容器Ｅは管の軸線Ａ２を中心とする回転体であ
り、自転しながら該軸線方向に滑動する。該容器
はノズルＢを例えば40個備えている。これらノズ
ルは環状パツキンＢ２を介して該容器の壁面を長
手方向軸線Ａ１沿いに、即ち軸線Ａ２と直交する
方向に滑動する。前記パツキンは当接力を適切な
値に調整すべく適切な直径上に配置される。該容
器壁面内のノズル受容部はノズルの外側方向への
移動を制限するストツプＢ３を形成している。

容器Ｅは管の直径よりやや小さい直径を有して
おり、管内への導入は加圧前に行われる。これは
導入時にノズルを容器内部方向へ引つ込めておく
ためである。

デフレクタＤを備えたノズルＢ内の水路の最小
断面はより高い浸食効率を得るべく100mm²未満で
あるのが好ましい。

実際、該装置の効率は流れの全体的直径を減少
させれば上昇する。水の流量と通路断面臨界値と
が一定であれば直径の小さいキヤビテーシヨンヘ
ツドを２つ使用する方がこれらヘツドと全く同一
ではあるが直径がより大きい単一のヘツドを用い
るより有利だからである。

より詳細にはノズルＢは例えば黄銅で形成し
得、その吹出管Ｔの出口の直径は８mmであり得、
デフレクタＤは黄銅で形成し得、直径10mm、厚み
１mmであり得、作用稜Ｄ２と垂直な水路の断面は
１mmの高さを有し得る。

この条件でテストした結果、圧力を300バール、
流量を10／秒にして本発明の方法を実施すると
ステンレス鋼を４時間で面積0.25m²、厚み10ミク
ロン以上に亘つて洗浄つまりスケール除去できる
ことが判明した。これらのテストでは更にノズル
もデフレクタも浸食されず従つて作用稜Ｄ２も浸
食されなかつた。

本発明は円形断面軸方向噴出ノズルに使用し得
るのみならず、第４図に示されているデバイスに
より層流状噴流を形成する二面体状のノズルにも
使用し得る。

この場合ノズルB′は第４図の平面と直交する
方向に厚みより遥かに大きい値の幅に亘つて延在
する。図にはこの厚みが示されており、吹出管
T′、デフレクタD′及び案内プロフイルG′の形状
は該ノズルの有効幅全長に亘つて一定であり且つ
矩形作用稜D′２と当接面D′１とを形成している。
ノズルの支持フインはG′１で示されている。

該ノズルB′は図面の平面に対して垂直な母線
を有する２つの柱体（回転柱体ではない）ブロツ
クからなり、一方のブロツクは下方部に案内プロ
フイルG′を形成し、他方のブロツクはやはり下
方部にデフレクタD′を形成している。これら２
つのブロツクは先端プレート４で互に連結されて
いる。この場合デフレクタ下流での水路断面の漸
増は案内プロフイルG′が浸食すべき表面Ｓから
遠去かるよう形成されているために得られる。圧
力を確実に上昇させるこの流れの発散現象は対称
的な回転体の場合より実現し難い。