JPS594514B2 - 管状素材の内面酸洗装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は管状素材の内面を酸洗処理する装置に３０係り
、より具体的には核燃料被覆管としてのジルカロイ円管
を初め各種金属管の管内面を酸洗処理する装置の提供に
関する。

ステンレス管を初めとして各種の金属管の管内面を酸洗
処理することは既知である。

管状素材の３５種類によつては、その酸洗処理を１本宛
に家内工業的手段で処理している。勿論、一般ステンレ
ス管等は、その複数本を酸液中にまとめて浸漬し、その
内外面の酸洗処理が可能であるけれども、例えばジルコ
ニウム又はジルコニウム合金からなる管では、上記の所
謂ドブ漬け処理は不向又は困難である。即ち、これら金
属管は最終焼鈍後、外面のみを例えば粗度約６ｓ程度に
研磨し、この後、その内外面を硝酸、弗酸等の酸液を用
いて酸洗して鏡面肌を呈した製品にするものであるから
、酸洗中でパイプが静止したり、パイプ同志の接触部分
等があると、その表面にビツト、凹凸、肌ムラが生じる
おそれがある。また酸洗直後に中和液に入れる必要があ
り、この際、滞空時間が長くなるとパイプ表面にムラが
生じ、酸液中の酸減りは外径で２０μ程度のように設計
されているために、この規格を守るためには数本まとめ
ての酸洗は不可能である。さらに、酸洗工程自体におい
ても、強酸および弱酸の２段処理による場合、その処理
時間が厳重に規定さ八 しかも、これは水洗まで連続し
て処理する必要があるし、この必要工程を少しでも誤る
と、最終のオートクレーブで白点が生じるおそれがあり
、しかも、このオートクレーブはユーザーで行なうテス
トであるため、製品出荷の時点で綿密に仕上げておかな
ければクレームが生じる。このようなことから、１本あ
ての処理が余儀なくされている。上記のような諸々の問
題を解決するため本件出願人は先に管状素材の内面専用
の酸洗装置を提案（特願昭４９−１１４８７４号、特願
昭５２一３９７３４号）し、好結果を得ているが、本発
明者等はさらに鋭意研究を重ねた結果、前記提案技術で
は酸減り代を調整する手段が設けられていないことから
その内径測定具を設けることを知見したのである。

このさい、内径測定具として超音波（プローブセンサー
）を用いるが、一般の大気中における超音波内径測定技
術をそのまま応用しても、酸液と管状素材との化学反応
温度による問題点、酸洗中に測定制御するという特殊作
業性の他、４管軸方向で成る位置に内径変動が生ずるこ
と、◎較正がスムーズに行なえない、例えば僅か３０分
の運転で管内径が５ミクロン変動する、θ複数列の場合
それぞれの測定値が不安定となる。

等々の基本的問題があることを知見したのである。本発
明は上記実状に鑑み、内面酸洗処理するにさいし、管状
素材を水槽内に浸漬するとともに、該浸漬中の管状素材
の中に酸洗用使用液体を流通させて連続的に酸洗してい
るとき、管状素材に対して超音波による内径測定具によ
つて予め設定した内径規定値に内径が太くなつた時、管
中へ流入している酸洗の供給を停止すべく自動停止信号
を出して使用液体供給手段と内径測定具を連動連結した
新しい内面酸洗装置の開発に成功したのである。

これにより、理論的には酸洗前の内径が変動していても
酸洗によつてミクロンオーダーで内径を一定化にできる
のである。

更に、本発明では水槽の温度（水温）と酸液が刻々と変
化すれば音速が影響をうけ、正しくコントロールするこ
とが困難であり、特に管軸方向の温度差により内径差が
生じるのを解消するため、前記酸洗装置の水槽前後に水
槽温度より高い冷却水を散布（シヤワ一）する手段を設
けることによつて、較正の容易さ安定さも好転できるよ
うにした内面酸洗装置の提供を目的とする。

本発明の別の目的は前記水槽の水位変動を極力少なくす
るとともに、水温コントロールも容易で水の攪拌を極力
少なくして内径測定異常、較正精度の低下要因をなくす
ために、水槽前後の管状素材装脱部にこれを開閉自在と
するシヤツタ手段を具備せしめた内面酸洗装置の提供を
目的とする。

即ち、超音波による内径測定具はその装着位置より常時
水位がある値である一定箇所上位にあることが必要であ
るが、そのため、酸洗制御中の大量の水流出低下を防ぐ
ため水槽を大きくするか供給水量を増やせばよいことに
なるが、前者では無駄なスペースを必要としかつ水量が
多いため水温コントロールが困難となるし、後者では水
槽内での水の攪拌が激しく気泡発生の要因となる等の問
題が生じるのを、前述したようにシヤツタ手段を設ける
ことによつて解消しているのである。本発明の最後の目
的は前記内径測定具の超音波発信部とこれと対応する管
素材に対して気泡排除用のノズル手段を付加装着するこ
とによつて、内径測定精度に有害な気泡を排除してその
精度を向上できるようにした内面酸洗装置を提供するに
ある。

即ち、一般の超音波探傷或いは寸法測定においても水中
の気泡は問題となり、気泡が被測定管の表面及びプロー
ブ面に付着するとノイズ信号が発生し、測定は勿論のこ
とキヤリブレーシヨンも不確かなものとなる。

気泡は本発明装置にあつては、管状素材の水槽への装脱
、水の流入排出等の水の動きによるものとか反応熱によ
る管状素材の位置、管内外の温度差、水質等によつてど
うしても発生するが、前述のようにノズル手段を設ける
ことによつて気泡による問題点を解消したのである。

その余の本発明の利点、有用性は以下図をとつて詳細に
説明する実施例より明らかとされる。

第１図乃至第４図は本発明装置の基本構成を示しており
、図面、特に装置全容を平面的に示す第１図および装置
全容を立面的に示す第２図において、符号１は使用流体
供給側の架台、２は使用済流体の回収側の架台を示し、
これら架台１，２は管状素材の長さ方向距離以上の間隔
をおいて離間して据付けられている。３は支持台で、横
断面を樋形として上記架台１，２との間に掛架支持され
ている。

４は水槽であつて、前記支持台３の長手方向中間部に設
置されており、該水槽４の前後には上開口形のスリツタ
一で示す管状素材５の装脱部６が形成されている。

即ち、水槽４の両側に管状素材５の搬入部材７と搬出部
材８を設け、搬入部材７で装入された管状素材５は装脱
部６に嵌合され、水槽４中の水に浸漬されるとともに水
槽４の前後における支持台３に設けた支持ロール８によ
つて管状素材５は横向傾斜姿勢、具体的には酸洗用使用
液体供給手段９を高位とし、使用済液体の回収手段１０
を低位として支持されている。

使用液体供給手段９は第１図・第２図では２本の管状素
材５に対して酸洗、中和液、水洗用等と個別に供給停止
可能であるが、これは管状素材５が１本でも３本でも又
、３本以上でも基本的には同じである。

第１図、第２図を参照して使用液体供給手段９につき一
例を詳述すると、１１は主管路で、これより５本に分岐
された副管路１２，１３，１４，１５，１６を有し、主
管路１１より２本に分岐された連通管路１７を有する。

副管路１２，１３，１４，１５，１６のそれぞれには自
動作動形の開閉弁１８，１９，２０，２１，２２が設け
てあり、弁１９は酸用、弁２１は中和用、弁２２はエア
ー抜き用、弁１８は水洗用、弁２０は排液用である。

そして、この主管路１１は第２図で示す如く傾斜ブラケ
ツト２３を介して流下方向下向に傾斜されて管路内に使
用液体が残存しないよう工夫されている。

更に、連通路１７のそれぞれにはストツプ弁２４が設け
らへ該弁２４の前方（酸洗液流動方向）にロータリ継手
２５を介して管状素材５を連通下で支持するスリーブ２
６が設けてある。

なお、スリーブ２６はギヤードモータ２７、ギヤ伝動体
２８を介して回転自在であり、支持ローラ８に担持され
た管状素材５を必要に応じて管軸心回りに回動自在とし
ている。次に、回収手段１０について第１，２図を参照
して一例を説明すると、２９は回収流路で、樋形支持台
３の末端部における受室３０と、この受室３０より２本
に分岐された分岐管３１と各分岐管３１に接続された可
撓性連通管３２と回収室３３にそれぞれ設けたシリンダ
作動形の開閉弁３４，３５，３６とから構成されている
。

なお、以上の使用液体供給手段９及び回収手段１０は一
例であつて、要は水槽４に装着された管状素材５の中に
、酸洗用液を一端から流動せしめ、他端より回収するも
のであればよく、異種使用液を個別に供給と回収できる
ものであればよいものである。

３７はプローブセンサーで示す超音波発信部３８を有す
る内径測定具であり、水槽４中に浸漬状態で傾斜姿勢で
装入セツトされた管状素材５に対して対向して設けてあ
る。

即ち、内径測定具３７は水槽４中に浸漬され水面より一
定深さ（例えば５０顛）で浸漬されて水槽４の壁等に着
脱自在に設けられ、該内径測定具３７は予め設定した内
径規定値に酸洗（酸減り）されると使用液体供給手段９
、具体的には酸用開閉弁１９を自動停止すべく連動連結
されている。

更に、第２図、第５図において、３９は冷却水散布手段
であつて、ポンプ４０等を介して水槽４中の水より高い
温度の冷却水をシヤワ一４１を介して散水可能としてい
る。即ち、このシヤワ一４１は水槽４の前後に位置し、
水槽前後より露出している管状素材５に対して冷却水を
散水可能としている。第１７図、第１８図を参照すれば
、酸洗によつて管状素材５の内面を鏡面肌に仕上げるた
めには管の内表面は反応熱によりある高い温度に昇温し
、一方、管状素材５は水槽４中の水に接しているからそ
の外表面は内表面より低く第１７図に示す如く管内外Ａ
，ｂで温度勾配がつくのである。

通常の超音波測定ではかかる温度勾配は少いため支障な
いが、酸洗では反応熱があるから問題となるのであり、
又、前記管内外の温度差が刻々と変化すれば音速が影響
を受け正しくコントロールすることが不可能となるので
ある。又、管内径は第１８図に示す如くＩＤ＝０Ｄ−（
Ｔ１＋Ｔ２）となるが、前記基本のＴｌ，Ｔ２が前述理
由で不安定になれば当然内径１Ｄも不安定となるのであ
る。特に、管状素材５にあつては管軸方向の温度変動が
影響し、第３図で示す水槽内部ｂ部と水槽外部Ａ．ｃ部
の温度差により内径差が生じるのである。そこで、第２
図、第５図で示す如く水槽前後にシヤワ一４１を有する
冷却水散布手段３９を設けることによつて、水槽内外の
ａ部、ｂ部、ｃ部の各位置での管軸方向の位置的温度変
動防止を図ることができたのであり、これによつて管状
素材５の全長の温度が略均一となり温水シヤワ一４１に
よる内径変動を解消し較正の容易さ安定さを好転させて
いる。

即ち、超音波プローブのセツトされている水槽４の温度
を四季を通じて最もコントロールし易い水温に保ち、水
槽外の両端管状素材５の外面より水槽４温度に近いシヤ
ワ一を散水し、管状素材５内面全長が均一になるようシ
ヤワ一水温を選択して散水するのである。換言すれば、
管状素材５内面の酸洗時その反応熱によつて管状素材内
外（肉厚）に温度差が生じ超音波測定による寸法測定値
に不安定さが生じるのを防ぐために、管状素材５内面の
反応熱で昇温する素材５内面の昇温温度に近い水槽内水
の温度に保ち、かつ、水槽外両端の管状素材５の内面も
水槽内の素材５内面と同温となるシヤワ一を両端に散水
しているのである。

水槽５には水を供給するが、その供給手段は第９図、第
１０図に例示されている。

４２は加熱槽兼供給槽で、ヒータ４３を有ｕ該槽からポ
ンプ４０を介して水槽４に第５図で示すバルブ４３を通
じて供給さ札水槽４からのオーバーフロー水は還流され
るようになつている。

これに対し、第１０図の例は加熱槽４４と供給槽４５を
分離形となし、ポンプ４０で送液し、ポンプ４６で排液
するようにしている。この第１０図の構成によれば、第
９図のものが加熱して直接送液することから液温の上下
変動が大きく例えば±４℃のコントロールが不可能乃至
困難であつたのを、供給槽４５をして所謂温度変動緩衝
作用をなして温度変動を抑止しているのである。第４図
１，２に示す基本例では水槽４前後の装脱部６が常時開
放されており、水槽４の水位変動が大となり、内径測定
具３７を水中に一定深さの下で浸漬しておくコントロー
ルが困難となる。

即ち、冒頭に記載したように、水量を増大すると水温コ
ントロールが難しくなるし、供給量を増大すれば気泡の
発生要因となるのである。そこで、本発明では第６図乃
至第８図に示す如く水槽４の前後に設けた装脱部６を開
閉自在とするシヤツタ一手段４７を設けたのである。

シヤツタ一手段４７は装脱部６を閉塞するに充分な面積
を有するシヤツタ４８に、管状素材６に対する逃げ部４
９を形成し、該シヤツタ一４８を支軸５０を支点に回動
自在としているｂ更に、シヤツタ一４８より突出のアー
ム５１に固定側に枢着５２した伸縮形シリンダ５３のエ
ンドを枢着し、本例ではシリンダ５３の縮少でシヤツタ
開、シリンダ５３の伸長でシヤツタ閉となし、シヤツタ
閉で内径測定具３７が水深一定位置に浸漬すれば、酸洗
開始信号及び測定開始信号を送信すべく連動させている
。

即ち、シヤツタ開で、管状素材５を装脱部６に嵌入する
のであり、その後シヤツタ閉で所定信号にて酸洗作動を
行うよう構成されている。そして、内径測定具３７によ
り規定の内径まで酸洗がなされると、該測定具３７から
の送信を介して酸用開閉弁１９を閉成すべく連動され、
酸液の送液が停止され、その後、水洗等に切り換え制御
され、規定の水洗が完了するとその信号がシリンダ５３
へ送られてシヤツタ４８を開にし、管の取出しに移行さ
へこれらは自動制御されるのである。なお、シヤツタ駆
動用としてロータリ形を採用してもよい。冒頭に記載し
たように酸洗装置において超音波による内径測定具３７
を採用した場合、不可避的な気泡の問題が生じ、気泡が
超音波発信部および管状素材外表面に付着すれば、測定
誤差の要因となる。

そこで、本発明装置では第１４図に示す如く発信部３８
と管状素材５の外表面（発信部と対応する）に対してジ
ニットノズル手段５４を設けてある。

なお、第１４図の例では対のプローブセンタで示す発信
部３８を設けているが、これはひとつでもよく、ノズル
手段５４が各発信部３８とこれと対応する管外表面に付
して指向すべく設けてあり、これによつて、気泡が排除
されて気泡による音速不調（測定誤差）をきたすのを防
止しているのである。

なお、ノズルの先端には例えば２０ミクロン程度のフイ
ルタを組込んで混入物飛散を防止することが望しい。第
１５図、第１６図を参照すれば、内径測定具３７に次の
ような付加手段を設けることによつて、内径測定精度を
向上したものが例示されている。

即ち、既述のように酸による浸食作用を応用して、例え
ば核燃料被覆管のような製品を造る場合、内表面を平滑
にしかも内径を常に１〜２ミクロン内の精度でコントロ
ールするには、管１本処理するのに約１０５Ｋｃａ１の
発熱があり、水槽中の管内面と外面に温度差が生じる（
第１７図参照）。この温度差は第１５図に示す如く管外
表面Ｐ２と発信部３８の表面Ｐ１間の温度差にもおよび
常に一定でない。第５図のようにシヤワ一４１を設けて
も１〜２ミクロンを対象とするときは第１５図のＷｌ，
Ｗ２間の温度差が問題となり、音速は水温、距離によつ
て影響を受けるので前述の温度差等を無視できないこと
になる。

しかも、前記Ｗｌ，Ｗ２はプローブ特性によつて決定さ
れるから自由に短くすることはできないのである。そこ
で、第１６図で示す如く発信部３８の先端にターゲツト
、つまり、反射板５５を設け、Ｗｌ，Ｗ２を短くして管
表面からの反射波をベースにしたのである。

即ち、第１５図におけるＷ３（なお５６は温度補正用ス
ラグ）を、Ｗ３＝Ｗ１＋Ｗ２としたのである。

なお、第１６図でＴ１は肉厚、Ｗ１は水の距離である。

このようにターゲツト５５を設けることによつて次のよ
うな成果をあげることができる。

通常、水温の変化率α＝０．２％／１℃として音速の変
化量（時間変化）を求める。

今、酸洗の内部発熱という現象を考えると、前述ターゲ
ツト５５を設けない場合、即ち、第１５図のＷ１・・・
・・・Ｐ１〜Ｐ２又はＰ１〜Ｐ３間の温度差が仮りに１
０℃とすると、ターゲツト５５を付してＷ１−Ｗ２＝１
？，Ｗ３＝２Ｗ１としても理論変化量Ｋ１はＫ１＝１０
℃×丁口了×２１１Ｒ＝０．０４７！１Ｉ１（４０ミク
ロン），１℃とすると、Ｋ２＝１℃×１０００×２＝０
．００４（４ミクロン）となる。

従つて、実際は１ミクロン精度となつたので、１／４０
に向上していることになり、もしターゲ゛ツト５５を付
設せず、Ｗｌ，Ｗ２を４ｗ！ｔとすれば、水温コントロ
ール１℃としてもジルカロイ被覆管用として超音波によ
る制御は不適格となるのを解消しているのである。

第１１図乃至第１３図を参照すれば、管状素材５を例え
ば３本列で内面酸洗する場合の各列間の差が問題となる
のを解消したものが例示されている。

第１１図第１２図は比較例で、水槽４に３本の管状素材
５を装入し、発信部３８つまり、プローブセンサーを第
１２図のように配置し、ジニットノズル５４を第１１図
のように配置し、ポンプからの供給水を５７部より供給
しオーバーフロー部５８でオーバーフローするものとす
れば、各ノズル５４にフイルタを付設してもその僅かな
詰まりによる水量低下、水槽への供給部５７が各発信部
３８位置より離れていることもあつて水の動きにアンバ
ランスが生じ、各発信部３８付近はどうしても温度差力
性じることになる。

そこで、第１３図に示す如く各ジニットノズル５４の詰
りによる水量変化をポンプ６０で送液し、調節バルブ５
９をそれぞれ設けることによつて防止するとともに発信
部３８付近の水温差が±１℃内に入るように供給部５７
を調節バルブ６１付の分岐管６２を介して第１３図の位
置に分散させたのである。

これにより、水槽４が短形であるということもあつて、
各発信部３８に対しその付近の水温が等しくなるように
することが困難であるのを供給水を均等分散して解消し
たのである。

以上、要するに本発明によれば、まず、第１の特徴によ
つて、水槽４の液に管状素材５を横向傾斜で装填浸漬す
るとともに、水液中にて超音波による内径測定具３７を
設け、該測定具３７と酸洗用液体の供給手段９とを連動
させたので、連続酸洗中に予め設定した内径規定値まで
酸洗（酸減り代）されると自動的に酸洗液の供給が停止
でき、ここに、均質でかつ鏡面肌の仕上げができるので
ある。

また、本発明の第２の特徴によれば第１の特徴に加えて
、水槽４の前後に冷却用散布手段３９が設けてあるので
、管軸方向の温度差によつて酸洗による内径差が生じる
のを解消できたのであり、又本発明の第３の特徴によれ
ば、前述第１の利点に加えて、水槽４の装脱部６に開閉
自在なシヤツタ手段４７を設けて水槽４の水位を所定レ
ベルに維持可能で、かつ、水槽４内での水の流動を抑え
ることができるから、有害な気泡発生をおさえることが
できて、超音波による内径測定精度を確かにする利点が
ある。

最後に、本発明の第４の特徴に従えば、第１の特徴に加
えて、発信部３８、管外表面に付着する気泡をノズル５
４で排除可能としているので、超音波による内径測定精
度が正しく計測できるのである。

以上のように本発明によれば、ジルコニウム又はその合
金よりなる核燃料被覆管用の管状素材の内面酸洗を初め
、ステンレス管であつても仕上げを厳格にできる点で有
益である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明一例の全体概要平面図、第２図は同立面
図、第３図は酸洗中の説明図、第４図１２は管状素材装
脱状況を併せて示す側断と正面視の説明図、第５図は冷
却用散布手段を付帯した本発明一例の酸洗中説明図、第
６図乃至第８図は水槽装脱部にシヤツタ手段を設けた本
発明一例の側断面図と、シヤツタ開閉動作図、第９図と
第１０図は水槽に対する送液手段２例のフロー説明図、
第１１図乃至第１３図は水槽に対する送液と内径測定具
および気泡排除用ノズル並びに管状素材との位置関係を
示す平面的な説明図、第１４図は気泡排除ノズル手段の
要部説明図、第１５図と第１６図は管状素材とプローブ
センサの関係を示す説明図、第１７図は酸洗中の管内外
の温度差勾配を示す説明図、第１８図は管状素材の肉厚
、外径、内径を示した説明図である。 ３・・・・・・支持台、４・・・・・・水槽、５・・・
・・・管状素材、６・・・・・・装脱音− ９・・・・
・・使用液体供給手段、１０・・・・・・使用済液体回
収手段、１９・・・・・・酸用開閉弁、３７・・・・・
・超音波内径測定具、３８・・・・・・発信部（プログ
センサ一）、３９・・・・・・冷却用散布手段、４７・
・・・・・シヤツタ一手段、４８・・・・・・シヤツタ
、５４・・・・・・気泡排除用ノズル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 管状素材を装脱自在で、かつ、横向傾斜姿勢で支持
   する支持台の中間に水槽を設け、この水槽の前後に酸洗
   用使用液体を管状素材の中に供給する使用液体供給手段
   と、管状素材の端部より流出した使用済液体を回収する
   回収手段とがそれぞれ設けられ、前記水槽内に管状素材
   の超音波による内径測定具を設け、該内径測定具と酸洗
   用使用液体供給手段とを連動したことを特徴とする管状
   素材の内面酸洗装置。 ２ 管状素材を装脱自在で、かつ、横向傾斜姿勢で支持
   する支持台の中間に水槽を設け、この水槽の前後に酸洗
   用使用液体を管状素材の中に供給する使用液体供給手段
   と、管状素材の端部より流出した使用済液体を回収する
   回収手段とがそれぞれ設けられ、前記水槽内に管状素材
   の超音波による内径測定具を設け、該内径測定具と酸洗
   用使用液体供給手段とを連動連結するとともに、前記水
   槽の入側と出側の水槽より突出した管状素材の内面が水
   槽内管状素材内面と略同温にするためのシャワーを前記
   水槽より突出した管状素材に散布する散布手段をそれぞ
   れ設けたことを特徴とする管状素材の内面酸洗装置。 ３ 管状素材を装脱自在で、かつ、横向傾斜姿勢で支持
   する支持台の中間に水槽を設け、この水槽の前後に酸洗
   用使用液体を管状素材の中に供給する使用液体供給手段
   と、管状素材の端部より流出した使用済液体を回収する
   回収手段とがそれぞれ設けられ、前記水槽内に管状素材
   の超音波による内径測定具を設け、該内径測定具と酸洗
   用使用液体供給手段とを連動連結するとともに、前記水
   槽の入側と出側に形成した管状素材の装脱部のそれぞれ
   に該装脱部を開閉自在とするシャッタ手段を設けたこと
   を特徴とする管状素材の内面酸洗装置。 ４ 管状素材を装脱自在で、かつ、横向傾斜姿勢で支持
   する支持台の中間に水槽を設け、この水槽の前後に酸洗
   用使用液体を管状素材の中に供給する使用液体供給手段
   と、管状素材の端部より流出した使用済液体を回収する
   回収手段とがそれぞれ設けられ、前記水槽内に管状素材
   の超音波による内径測定具を設け、該内径測定具と酸洗
   用使用液体供給手段とを連動連結するとともに、前記内
   径測定具の超音波発信部とこれに対応する管状素材に対
   して気泡排除用のノズル手段をそれぞれ設けたことを特
   徴とする管状素材の内面酸洗装置。