JPS59501682A - キヤビテ−シヨン形成流により固体表面を浸食処理するための装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 キャビテーション形成流により固体表面を浸食処理するための装置 本発明はキャビテーション形成流によシ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−蒸気量界面が 急速且つ無秩序に変動し、その結果キャビテーションによっ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。

キャビテーショ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壁面からス ケフ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 存在下で用ぬる。但し別の液体、温度及び周囲圧力も使用し得る。

キャビテーションによる浸食は例えば原子方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ャビテーションによる浸食処理は 水だけで実施し得、従っ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。

キャビテーショ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　− Ａ　３８０７６３２　（Ｊｏｈｎａｏｎ）により既に知られている。この公知装 置は、 一周囲の圧力よシ低い圧力下では室温で気化し得る高圧下の作用液の源； 一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シ、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 いるよシ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 移動させるキャビテーション形成手段 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。

従っ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シ効果的な浸食装置を実現することにある。

本発明はキャビテーショ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 一圧力を周囲の圧力よシ低くすると室温で気化し得る高圧下の作用液の源ニ ー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双ル：並びに 一前記ノズルに接続されておシ、前記噴流に作用してその圧力を局部的に低下さ せ、該噴流の一部を気化させて浸食すべき表面と接触し１いるよシ高圧の凝縮領 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勘変位させるキャビテー ション形成手段 を備えており、 一前記キャビテーション形成手段がデフレクタを有しておシ、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）、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 にに一、Ｖポケットつまシ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きれている公知のキャビテーショ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、従って浸食すべき表面とほぼ平行な流れの中に キャビテーションを発生させ、それによっ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 来よシ公知のキャビテーション形成噴流は過大圧力と過小圧力を連続的に繰返し 発生式せるものであり、表面の微小な亀裂（ｍｉｃｒｏｆｉｓｓｕｒｅｓ　）内 の汚れ落しＫは余シ適していない。

本発明はまたこの装置を用いる浸食法にも係る。

図面の簡単な説明 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詳細な説明するつ尚ここ 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来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ッドを有しておシ、これらヘッドの各が本 発明の装置を構成する。

第２図は前記装置のヘッドを、第１図の部分■の詳細図として該ヘッドの軸と該 装置の軸とを通る平面によ）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ッ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、ヘッドを該層流と浸食すべき表面 とに対し垂直な面に沿っ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 一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。

よシ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１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。

作用液は水であシ、その源は第１図のポンプ２であって、このポンプから複数の 並列ノズルＢへ給水が行われる。

起される。このデフレクタはこれを配置するだ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」へ方向転換きせる 。デフレクタ下流端ｉｊ「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／Ｑポケット Ｐ■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４−パポケツ）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か外形部つまりプロフ ィルはデフレクタＤと向き合って径方向へ延びておシ、該デフレクタの作用稜Ｄ ２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 るっ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。

この案内プロフィルＧは、デフレクタＤに続くキャビテーション領域の下流で前 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ィ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図の軸方向噴射ヘッドに関して説明してきた配置構成は第４ 図の層流噴射ヘッドでも同様に使用される。

前記軸方向噴射ヘッ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Ｄ”２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ィル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 っ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って実現される。この増加度は作用稜かデフレクタ 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Ｂｌ内に挿入される複数の接続フィンＤ３によシノズルＢに接続するのが好ま しい（第３図参照）。

よ勺詳Ｍ５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ィスクの形状 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カで相互間に９ ０°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つの接続フ ィンＤ３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ェット 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Ｅｌ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好ましい。これらのノズルは前記 内部スペース内の圧力によシこれらノズルの支持フィン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・ξ ツキンＢ２を介して該容器の壁面全長手方向軸線Ａ　Ｉ　Ｇいに、即ち軸線Ａ２ と直交する方向に滑動する。前記／ぐ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ップＢ３を形成している。

容器Ｅは管の直径よシやや小さい直径を有しておシ、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っ込めておくためである。

デフレクタＤを備えだノズルＢ内の水路の最小断面はよシ高い浸食効率を得るべ く’　１００−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ャビテーションヘッドを２つ使用 する方がこれらヘッドと全く同一ではあるが直径がよシ大きい単一のヘッドを用 いるよシ有利だからである。

Ｔの出口の直径は８ｇであシ得、デフレクタＤは黄銅で形成し得、直径１０１１ １１１、厚み１龍であり得、作用稜Ｄ２と垂直な水路の断面は１ツの高さを有し 得る。

この条件でテストした結果、圧力を３００パール、流量を１０１／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０．２５イ、厚み１０ミクロ ン以上に亘って洗浄つまシ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って作用稜Ｄ２も浸食されなかった 。

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 いるデノ々イスによシ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シ、遥かに大きい値 の幅に亘って延在する。図にはこの厚みが示されておシ、吹出管７、デフレクタ Ｄ′及び案内プロフィルＧ′の形状は該ノズルの有効幅全長に亘って一定であシ 且っ矩形作用稜Ｄ’２と当接面Ｄ’ｌとを形成している。ノズルの支持フィンは Ｇ′１で示されている。

λ 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）ブロックからなシ、一方のブロックは下方部に案内プロフィルＧ′を形 成し、他方のブロックはやはシ下方部にデフレクタＤ’ｔ−形成している。これ ら２つのブロックは先端プレート４で互に連結されている。この場合デ７レクメ 下流での水路断面の漸増は案内プロフィル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）実現し難い。

ＦＩＧ、１ 国際調査報告 １ 運

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １／　キャビテーション形成流によシ固体表面を浸食するための装置であって、 一圧力が周囲の圧力よシ低いと室温で気化し得る高圧下の作用液の源（２）、 一前記液体で高速質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【接続されておシ１．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 よシ高圧の凝縮領域内（ＺＣ）の下流で該蒸気が再凝縮する時に該液体を急激に 移動変位させるキャビテーション形成手段を有しており、 一前記キャビテーショ／形成手段が、浸食すべき表面（Ｓ）近傍に配置させる手 段（Ｄｌ）を備えだデフレクタ（Ｄ）を含んでおシ、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、該デフレクタの下部縁が「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ＩＱポケツ）（ＰＶ）を形成せしめるよう構成されてかることを特徴 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 ィル（Ｇ）が設けられておシ、該プロフィ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って凝縮領域（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／　前記案内プロフィル（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ィン（Ｇ１）を備えており、これらフィンが前記側方 向と平行であシ、且つ浸食すべき表面（Ｓ）と当接して該プロフィルと該表面と 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）及びデフレクタ（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ｉｂ、浸食すべき表面（Ｓ） と接触するデフレクタ（Ｄ）の支持面（Ｄｌ）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シ、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）従ってこのＩｉ１］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 加に起因すること全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）が複数の接続フィン（Ｄ３）を介して前記ノズル（ Ｂ）に接続され、これらフィンが該ノズルの軸線（Ａ１）を通過する複数の平面 上で該軸線のまわシ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（Ｂｌ）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ィスクの形 状を有しておシ、前記ノズルと対向する方の平面が該ノズルの軸線の周シで９０ °の角度で離隔された４つの接続フィン（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（Ｅｌ）上に出口を該容器の外側へ向けた状態で装 着されておシ、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諒 （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シ全てのノ ズルの支持フィン（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シ高 い浸食効率を得るべく１００１１ｍ２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／　キャビテーション形成流によシ固体表面を浸食する方法であって以下の 諸エレメント即ち、 −圧力を周囲圧力よ勺低ぐすると室温で気化し得る高圧下の作用液の源（２）； 一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シ高圧の凝縮領 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 ャビテーション形成手段を使用し、 前記キャビテーショ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）を有しておシ、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Ｂｐｖ）を形成せし めるよう構成されていＺことを特徴とする前記方法。