(57)【要約】【課題】配管の内部に付着した強固なスケールを支障なく除去できるスケール除去装置を提供すること。【解決手段】本装置は、超音波振動を発生させる振動部2を有する超音波振動発生器3と、振動部2の先端に装着された破砕具4と、を備える。超音波振動発生器3および破砕具4のそれぞれは、配管の内部に挿入可能な外形寸法を有している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
配管の内部のスケールを除去するためのスケール除去装置において、
超音波振動を発生させる振動部を有する超音波振動発生器と、
前記振動部の先端に装着された破砕具と、を備え、
前記超音波振動発生器および前記破砕具のそれぞれは、前記配管の内部に挿入可能な外形寸法を有している、スケール除去装置。
【請求項２】
前記破砕具は、前記配管の内側寸法よりも僅かに小さな最大外形寸法を有する、請求項１記載のスケール除去装置。
【請求項３】
前記破砕具は、少なくともその先端部が、円柱形状、円筒形状、または半円筒形状のいずれかの形状を有する、請求項１または２に記載のスケール除去装置。
【請求項４】
前記破砕具は、少なくともその先端部が、全周にわたって曲面形状を有する、請求項１または２に記載のスケール除去装置。
【請求項５】
前記破砕具は、その軸線方向に前記破砕具を貫通する貫通孔を有する、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のスケール除去装置。
【請求項６】
前記破砕具は、少なくともその先端部が、ネイル形状を有する、請求項１記載のスケール除去装置。
【請求項７】
前記超音波振動発生器を前記配管の内部で前進させるための前進駆動手段をさらに備えた請求項１乃至６のいずれか一項に記載のスケール除去装置。
【請求項８】
前記前進駆動手段は、前記配管の内部に挿入された前記超音波振動発生器の後端部から液体を噴射して推進力を生じさせるように構成されている、請求項７記載のスケール除去装置。
【請求項９】
前記前進駆動手段は、前記配管の内部に挿入された前記超音波振動発生器の後端部に液圧を付与して推進力を生じさせるように構成されている、請求項７記載のスケール除去装置。
【請求項１０】
前記前進駆動手段は、前記超音波振動発生器に設けられ、前記配管の内壁面上を転動する車輪と、前記車輪を回転させるモータとを有する、請求項７記載のスケール除去装置。
【請求項１１】
前記配管の内部で前記破砕具の姿勢を維持するための姿勢維持手段をさらに備えた請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のスケール除去装置。
【請求項１２】
前記姿勢維持手段は、前記超音波振動発生器に設けられ、前記配管の内壁面上を転動する車輪を有する、請求項１１記載のスケール除去装置。
【請求項１３】
前記姿勢維持手段は、前記超音波振動発生器に設けられ、前記配管の内壁面上を摺動する板バネ部材を有する、請求項１１記載のスケール除去装置。
【請求項１４】
前記破砕具によるスケール除去作業中に前記配管の内部を撮像するための撮像手段をさらに備えた請求項１乃至１３のいずれか一項に記載のスケール除去装置。
【請求項１５】
前記超音波振動発生器に、スケール除去作業中に加工液がその内部を流通する貫通流路が形成されている、請求項１乃至１４のいずれか一項に記載のスケール除去装置。
【請求項１６】
配管の内部のスケールを除去するためのスケール除去方法において、
超音波振動を発生させる振動部を有する超音波振動発生器と、前記振動部の先端に装着された破砕具と、を備えたスケール除去装置を、前記配管の内部に挿入する装置挿入工程と、
前記振動部によって前記破砕具を振動させながら前記超音波振動発生器を前記破砕具と共に前記配管内で前進させ、前記破砕具の振動を用いて前記スケールを破砕するスケール破砕工程と、を備えたスケール除去方法。
【請求項１７】
前記スケール破砕工程において、前記破砕具の姿勢を維持しながら前記配管の内部を前進させる、請求項１６記載のスケール除去方法。
【請求項１８】
前記スケール破砕工程において、前記配管の内部を撮像しながら前記スケールを除去する、請求項１６または１７に記載のスケール除去方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配管の内部に付着したスケールを除去するためのスケール除去装置および方法に係わり、特に、ボイラや熱交換器などの配管の内部に付着したスケールを除去するためのスケール除去装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ボイラや熱交換器などの配管（伝熱管、冷却管など）には、運転に伴って、使用する水の性質によりその内部に徐々にスケールが堆積する。スケールの種類は様々であるが、スケールは熱伝導率が悪いので、配管内にスケールが付着すると、その付着量に応じて伝熱効率が低下する。
【０００３】
そこで従来、ボイラや熱交換器などの配管内に付着したスケールを、定期検査などの際に、ウォータジェット噴流の利用やブラッシングなどの機械的除去法、或いは薬剤循環による化学的除去法を利用して除去していた。
【０００４】
例えば、スケールが水垢のように柔らかい場合、ウォータージェット噴流の利用やブラッシングなどの機械的除去法でスケールを支障なく除去することができる。水垢などよりも強固なスケールについては、薬剤循環による化学的除去法を併用して除去する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、シリカ系などの非常に強固なスケールは、上述した従来のスケール除去法では十分に除去できない場合があった。
【０００６】
上述した従来のスケール除去法を用いて非常に強固なスケールを除去しようとすると、強いブラッシングや研磨などで配管に物理的なダメージを与えたり、或いは強酸、強アルカリ薬剤の使用により配管に化学的なダメージを与えるという問題があった。
【０００７】
また、強酸、強アルカリ薬剤を循環させるために大掛かりな装置が必要となり、さらに、薬品によっては劇薬を扱うため危険を伴うという問題があった。
【０００８】
本発明は、上述した従来技術の問題点に鑑みてなされたものであって、配管の内部に付着した強固なスケールを支障なく除去できるスケール除去装置および方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明は、配管の内部のスケールを除去するためのスケール除去装置において、超音波振動を発生させる振動部を有する超音波振動発生器と、前記振動部の先端に装着された破砕具と、を備え、前記超音波振動発生器および前記破砕具のそれぞれは、前記配管の内部に挿入可能な外形寸法を有している、ことを特徴とする。
【００１０】
また、好ましくは、前記破砕具は、前記配管の内側寸法よりも僅かに小さな最大外形寸法を有する。
【００１１】
また、好ましくは、前記破砕具は、少なくともその先端部が、円柱形状、円筒形状、または半円筒形状のいずれかの形状を有する。
【００１２】
また、好ましくは、前記破砕具は、少なくともその先端部が、全周にわたって曲面形状を有する。
【００１３】
また、好ましくは、前記破砕具は、その軸線方向に前記破砕具を貫通する貫通孔を有する。
【００１４】
また、好ましくは、前記破砕具は、少なくともその先端部が、ネイル形状を有する。
【００１５】
また、好ましくは、前記超音波振動発生器を前記配管の内部で前進させるための前進駆動手段をさらに備える。
【００１６】
また、好ましくは、前記前進駆動手段は、前記配管の内部に挿入された前記超音波振動発生器の後端部から液体を噴射して推進力を生じさせるように構成されている。
【００１７】
また、好ましくは、前記前進駆動手段は、前記配管の内部に挿入された前記超音波振動発生器の後端部に液圧を付与して推進力を生じさせるように構成されている。
【００１８】
また、好ましくは、前記前進駆動手段は、前記超音波振動発生器に設けられ、前記配管の内壁面上を転動する車輪と、前記車輪を回転させるモータとを有する。
【００１９】
また、好ましくは、前記配管の内部で前記破砕具の姿勢を維持するための姿勢維持手段をさらに備える。
【００２０】
また、好ましくは、前記姿勢維持手段は、前記超音波振動発生器に設けられ、前記配管の内壁面上を転動する車輪を有する。
【００２１】
また、好ましくは、前記姿勢維持手段は、前記超音波振動発生器に設けられ、前記配管の内壁面上を摺動する板バネ部材を有する。
【００２２】
また、好ましくは、前記破砕具によるスケール除去作業中に前記配管の内部を撮像するための撮像手段をさらに備える。
【００２３】
また、好ましくは、前記超音波振動発生器に、スケール除去作業中に加工液がその内部を流通する貫通流路が形成されている。
【００２４】
上記課題を解決するために、本発明は、配管の内部のスケールを除去するためのスケール除去方法において、超音波振動を発生させる振動部を有する超音波振動発生器と、前記振動部の先端に装着された破砕具と、を備えたスケール除去装置を、前記配管の内部に挿入する装置挿入工程と、前記振動部によって前記破砕具を振動させながら前記超音波振動発生器を前記破砕具と共に前記配管内で前進させ、前記破砕具の振動を用いて前記スケールを破砕するスケール破砕工程と、を備えたことを特徴とする。
【００２５】
また、好ましくは、前記スケール破砕工程において、前記破砕具の姿勢を維持しながら前記配管の内部を前進させる。
【００２６】
また、好ましくは、前記スケール破砕工程において、前記配管の内部を撮像しながら前記スケールを除去する。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、配管の内部に付着した強固なスケールを支障なく除去できるスケール除去装置および方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施形態によるスケール除去装置の概略構成を示した側面図。
【図２】図１に示したスケール除去装置の破砕具の外形寸法を説明するための説明図。
【図３】図１に示したスケール除去装置を用いて配管の内部のスケールを除去する様子を示した模式図。
【図４】図１に示したスケール除去装置に前進駆動手段を設けた例を示した模式図。
【図５】図１に示したスケール除去装置に前進駆動手段を設けた他の例を示した模式図。
【図６】図１に示したスケール除去装置に前進駆動手段を設けたさらに他の例を示した模式図。
【図７】図１に示したスケール除去装置に姿勢維持手段を設けた例を示した模式図。
【図８】図１に示したスケール除去装置に姿勢維持手段を設けた他の例を示した模式図。
【図９】図１に示したスケール除去装置の破砕具の一例を示した模式図。
【図１０】図１に示したスケール除去装置の破砕具の他の例を示した模式図。
【図１１】図１に示したスケール除去装置の破砕具のさらに他の例を示した模式図。
【図１２】図１に示したスケール除去装置の破砕具のさらに他の例を示した模式図。
【図１３】図１に示したスケール除去装置の破砕具のさらに他の例を示した模式図。
【図１４】図１に示したスケール除去装置の破砕具のさらに他の例を示した模式図。
【図１５】図１に示したスケール除去装置の破砕具のさらに他の例を示した側面図。
【図１６】図１５に示した破砕具の斜視図。
【図１７】図１に示したスケール除去装置に撮像手段を設けた例を示した模式図。
【図１８】図１に示したスケール除去装置の超音波発生器に加工液の流通通路を設けた例を示した模式図。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の一実施形態によるスケール除去装置および方法について、図面を参照して説明する。
【００３０】
本実施形態によるスケール除去装置および方法は、ボイラや熱交換器などの配管の内部に付着したスケールを除去するためのものであり、特にシリカ系などの硬質のスケールの除去に適したものである。
【００３１】
図１に示したように、本実施形態によるスケール除去装置１は、超音波振動を発生させる振動部２を有する超音波振動発生器３と、振動部２の先端に装着された破砕具４と、を備えている。振動部２は、磁歪変換素子を含む振動子５と、振動子５の振動を破砕具４に伝達するホーン６とを有している。磁歪変換素子は、発振器により高周波電圧が印加されて振動する。破砕具４は、ホーン６の先端に装着されている。
【００３２】
図２に示したように、破砕具４は、配管７の内側寸法Ｄ０よりも僅かに小さな最大外形寸法Ｄ１を有している。なお、超音波振動発生器３は、配管７の内部に挿入可能な外形寸法を有している。配管７の内径（直径）は、典型的には３０ｍｍ以下である。
【００３３】
上記構成を備えたスケール除去装置１は、超音波加工機の加工原理を利用するものである。超音波加工は、ガラス、宝石、ゲルマニウム、超硬質合金など、硬くてもろい材料の加工に使用され、その加工原理は、硬質のシリカ系スケールの除去方法としても有効である。
【００３４】
図３は、本実施形態によるスケール除去装置１を用いて、配管７の内壁面に付着したスケール８を除去する様子を示している。配管７の出口側は封止部材９によって封止されており、配管７の内部には、砥粒を含む加工液（典型的には水）が充填されている。
【００３５】
スケール除去装置１の破砕具４は、砥粒を介してスケール８に高周波振動による衝撃を与える。その結果、硬質のスケール８が破砕されて除去される。破砕具４により破砕除去されたスケール８は、微粒状態となって加工液に混入し、加工液と共に配管７の外部に排出される。
【００３６】
なお、砥粒入りの加工液は、配管内部の全体に充填しても良いが、少なくともスケール８と破砕具４との接近部に絶えず加工液が供給されていれば足りる。
【００３７】
また、超音波振動によって加工液の内部にキャビテーション（微小気泡）が発生する場合には、砥粒に代えてキャビテーションを利用してスケール８を破砕するようにしても良い。
【００３８】
本実施形態によるスケール除去装置１は、超音波振動発生器３を配管７の内部で前進させるための前進駆動手段を備えている。
【００３９】
図４に示した噴流式の前進駆動手段１０においては、超音波振動発生器３の後端部に加工液供給チューブ１１が接続されており、超音波振動発生器３の後端部の噴射口１２から加工液を後方に向けて噴射する。これにより、配管７の内部に配置された超音波振動発生器３に対して、配管内部を前進するための推進力が付与される。
【００４０】
本例においては、加工液の噴射による前方への推進力の一部を、加工液供給チューブ１１による後方への引っ張り力で相殺することにより、適切な加工圧力を維持することができる。
【００４１】
なお、この例においては、配管７の出口側の封止部材９に、配管７の内部から加工液を排出するためのドレーン管１３が設けられている。
【００４２】
図５に示した液圧式の前進駆動手段１０Ａは、配管７の内部に挿入された超音波振動発生器３の後端部に液圧を付与して推進力を生じさせるように構成されている。具体的には、超音波振動発生器の外周面にシーリング部材１３を設け、配管７の内周面と超音波振動発生器３の外周面との間を液密状態とする。
【００４３】
配管７の入口側を封止する封止部材１４に加工液供給管１５を貫通させ、加工液供給管１５を介して配管７の内部に加工液を供給する。このとき、スケール除去装置１の前方の配管内部に予め加工液を供給しておくようにする。加工液供給管１５を介して配管７の内部に加工液を供給すると、シーリング部材１３の前後の液室に圧力差が生じ、この圧力差によって超音波振動発生器３に対して推進力が付与される。
【００４４】
図６に示した車輪自走式の前進駆動手段１０Ｂは、超音波振動発生器３に設けられた車輪１６と、車輪１６を回転させるモータ１７とを有する。
【００４５】
車輪１６は周方向に複数（例えば４個）設けられており、配管７の内壁面に接触するように構成されている。モータ１７を駆動すると、車輪１６が配管７の内壁面上を転動し、これにより超音波振動発生器３に対して推進力が付与される。
【００４６】
この例においては、加工液供給管１５は、前進駆動手段としてではなく、単に配管７の内部に加工液を供給する手段として機能する。
【００４７】
本実施形態によるスケール除去装置１は、好ましくは、配管７の内部で破砕具４の姿勢を維持するための姿勢維持手段を備えている。
【００４８】
図７に示した姿勢維持手段１８は、超音波振動発生器３に設けられ、配管７の内壁面上を転動する複数（例えば８個）の車輪１９を有している。複数の車輪１９は、前後二組で構成されており、それぞれの組が、全周にわたって所定の角度間隔（例えば９０°間隔）で配置された複数（例えば４個）の車輪１９で構成されている。
【００４９】
図８に示した姿勢維持手段１８Ａは、超音波振動発生器３に設けられ、配管７の内壁面上を摺動する複数（例えば４個）の板バネ部材２０を有している。複数の板バネ２０は、全周にわたって所定の角度間隔（例えば９０°間隔）で配置されている。
【００５０】
本実施形態によるスケール除去装置１の破砕具４としては、図９乃至図１６に示したように、スケールの性状に応じて各種形状のものを使用することができる。
【００５１】
図９に示した円柱形状の破砕具４Ａは、その円形の前端面の全体が破砕面となるため、配管７の内壁面に付着したスケールが厚く、例えば配管７を閉塞しているような場合に特に有効である。
【００５２】
図１０に示した円筒形状の破砕具４Ｂ、および図１１に示した半円筒形状の破砕具４Ｃは、いずれも、配管７の内壁面に付着したスケールが、配管内部を閉塞するほどには厚くない場合に特に有効である。配管７の内壁面に付着したスケールを、破砕具４Ｂ、４Ｃを前進させながら徐々に剥ぎ取ることができる。
【００５３】
図１２に示した先端がドーナツ形状の破砕具４Ｄ、図１３に示した先端が砲弾形状の破砕具４Ｅ、および図１４に示した先端がボール型の破砕具４Ｆは、いずれも、全周にわたって曲面形状を有しており、比較的厚いスケールに対応することができる。また、スケール８（図３）と破砕具４Ｄ、４Ｅ、４Ｆとの接触が線状（線接触）となるので、破砕具４Ｄ、４Ｅ、４Ｆの前進動作に対する抵抗が小さくり、破砕具４Ｄ、４Ｅ、４Ｆが移動し易くなる。また、破砕具４Ｄ、４Ｅ、４Ｆの軸線方向に貫通した貫通孔２１を有するので、貫通孔２１を介して加工液の給水・排水を円滑に行うことができる。
【００５４】
図１５および図１６に示したネイル形状の破砕具４Ｇは、配管７の内壁面に付着したスケールが、局部的に硬質化しているような場合に特に有効である。ネイル形状の破砕具４Ｇの当接面を当該スケールに当てて、局部的にスケールを破砕除去することができる。
【００５５】
本実施形態によるスケール除去装置１は、図１７に示したように、破砕具４によるスケール除去作業中に配管７の内部を撮像するための撮像手段２２を設けることもできる。撮像手段２２としては、例えば、水中でも使用できる、広角レンズのＣＣＤカメラを使用する。スケールとの接触を避けるために、中空構造の破砕具４の内部に撮像手段２２を配置することが望ましい。
【００５６】
本実施形態によるスケール除去装置１は、図１８に示したように、超音波振動発生器３に、スケール除去作業中に加工液が流通する貫通流路２３を形成しても良い。貫通流路２３を加工液の供給・排出に利用できるので、加工液の供給・排出を円滑に行うことができる。
【００５７】
なお、図１８に示した例では、貫通流路２３が超音波振動発生器３をその長手方向に貫通する態様を示したが、貫通流路２３の入口および／または出口は、超音波振動発生器３の側面に開口するようにしても良い。
【００５８】
次に、上述したスケール除去装置１を用いて配管７の内部のスケール８を除去する方法について説明する。
【００５９】
このスケール除去方法は、上述したスケール除去装置１を配管７の内部に挿入する装置挿入工程と、配管７の内部に挿入したスケール除去装置１の破砕具４によってスケール８を破砕するスケール破砕工程と、を備える。
【００６０】
スケール破砕工程においては、振動部２によって破砕具４を振動させながら超音波振動発生器３を破砕具４と共に配管７内を前進させ、砥粒或いは自然発生するキャビテーションを含む加工液の存在下で、破砕具４の振動を用いてスケール８を破砕する。
【００６１】
すなわち、破砕具４が砥粒或いは自然発生するキャビテーションを介してスケール８に衝撃破砕作用を及ぼすことにより、スケール８が破砕される。破砕具４の振動数は、例えば１５〜３０ｋＨｚに設定され、振幅は例えば１０〜１５０μｍに設定される。
【００６２】
スケール破砕工程においては、姿勢維持手段１８、１８Ａによって破砕具４の姿勢を維持しながら配管７の内部を前進させる。これにより、スケール８への破砕具４の片当たりや、超音波振動発生器３の管壁への接触を防止できる。
【００６３】
また、スケール破砕工程においては、ＣＣＤカメラ等の撮像手段２２によって配管７の内部を撮像しながらスケール８を除去する。これにより、スケール除去の進捗状況をリアルタイムで監視できる。
【００６４】
上述した本実施形態によるスケール除去装置１および除去方法によれば、従来の手法では除去できないような強固なスケールを除去できる。しかも、配管７を構成する金属材料とスケール８との性状の違いにより、配管材料にダメージを与えることなくスケール８を破壊除去することができる。
【００６５】
また、図９乃至図１６に示したように、スケール８の性状に応じて破砕具４の形状を変えることで、様々なスケール付着状態に対応することができる。
【００６６】
また、図４乃至図６に示した前進駆動手段１０、１０Ａ、１０Ｂや、図１７に示した撮像手段２２を設けることで、より高度なスケール除去作業が可能となる。また、前進駆動手段１０、１０Ａ、１０Ｂは、作業者の負担を軽減する。
【００６７】
また、図７および図８に示した車輪１９や板バネ２０などから成る姿勢維持手段１８、１８Ａによって、超音波振動発生器３の位置を配管７内でセンタリングして姿勢を維持することにより、スケール８への破砕具４の片当たりや、超音波振動発生器３の管壁との接触を防止できる。
【符号の説明】
【００６８】
１  スケール除去装置
２  振動部
３  超音波振動発生器
４、４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄ、４Ｅ、４Ｆ、４Ｇ  破砕具
５  振動子
６  ホーン
７  配管
８  スケール
９  配管出口側の封止部材
１０、１０Ａ、１０Ｂ  前進駆動手段
１１  加工液供給チューブ
１２  噴射口
１３  加工液供給管
１４  配管出口側の封止部材
１５  加工液供給管
１６  前進駆動手段の車輪
１７  モータ
１８、１８Ａ  姿勢維持手段
１９  姿勢維持手段の車輪
２０  姿勢維持手段の板バネ
２１  破砕具の貫通孔
２２  撮像手段（ＣＣＤカメラ）
２３  貫通流路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2015123425.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
2015123425.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
2015123425.tif 000014
【図１３】
2015123425.tif 000015
【図１４】
2015123425.tif 000016
【図１５】
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【図１６】
2015123425.tif 000018
【図１７】
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【図１８】
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