(57)【要約】【課題】洗浄物の表面などの汚れを簡便かつ確実に除去することが、本発明の課題である。【解決手段】圧力と熱をかけながらエンタルピを上昇させた温水の圧力を大気中に開放し、減圧させることで蒸気化させることによりエントロピを上昇させ、洗浄物表面にキャビテーションを起しながら、蒸気エンタルピの減圧による放出熱エネルギーが洗浄物内部に侵入し、汚れである有機質物繊維などを切断、付着している無機質物をエネルギー反射作用により浮き出し、更にキャビテーションを起している半蒸気が洗浄物から洗い出すことにより汚れを除去することができる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温でありながら沸点以下に抑えることのできるエンタルピの調整水圧で、かつ、大気中に解放後、水圧が減圧されエントロピ上昇による半蒸気化でキャビテーションを起すことでの洗浄作用と、蒸気エンタルピの減圧による放出熱エネルギーによる分解及びエネルギー反射作用を特徴とする汚れ除去方法
【請求項２】
上記、請求項における、有機塗膜の剥離、フィルム等の剥離、石材・木材・繊維等の染み抜き及び、鉄鋼などの錆取り方法
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として洗浄物表面の汚れである有機質物繊維の切断及び付着している無機質物の除去を高温と水圧の調整でエンタルピを上昇させるエンタルピ調整技術と、減圧によるエントロピ上昇による半蒸気化でキャビテーションを起すエントロピ調整技術及びエンタルピの体積変化が熱エネルギーとして洗浄物に侵入して繊維結合の切断をおこない、エネルギー反射作用により、汚れや塗膜を効果的に除去する洗浄技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
エントロピの熱力学的活用は、例えば太陽エネルギーの使用や揚水力、機械的駆動、電気エネルギー所要のための局所的供給のために、可能な限り高効率な周期的に進行する熱力学的サイクルへのカップリングなどが発明され、熱の供給及び物質の寒冷、清浄、分離、化学的又は物理的変化の生成のための生物資源の燃焼、廃熱又は地熱等の熱発生源への使用などにも使われ、このようなエントロピの伝達の場合には、装置全体の構成又は方法全体の運転順序の構成などで応用されている。また、特許文献１では、エントロピの効率的はエネルギー伝達による変換方法などが発明されている。しかしながら、最も効率的なエネルギー変換であるエントロピは乱雑さを表す状態量であることを利用した水圧から半蒸気へのキャビテーションエネルギーへの変換を利用したエネルギー変換活用の開発はまだおこなわれてはいない。また、エンタルピによる、圧力と熱の関係は、古くはワットの発明による蒸気機関などがあり、よく知られている。しかしながら、ボイラー技術以外ではこのエンタルピのエネルギーの急激な減圧により放出される熱エネルギーを利用する技術も化学製品の反応などに一部使われているだけで一般の洗浄技術には使われていない。また、汚れの除去技術や、染み抜き、剥離技術などについても、水圧に頼った構造のものが多かった。最近では超音波を使った洗浄技術や、薬剤による洗浄技術及びブラスト洗浄などが発明されているが作業効率などの問題や薬剤による環境破壊などの問題が残されている。また、近年の建築物の外壁などには、一般にコンクリートが多用されている。コンクリートは、あらゆる形状に施工できることが最大の利点である。またコストが安いという利点も大きく、コンクリート面の上に特別な化粧施工をせず、コンクリート面がむき出しとなっている建造物も非常に多く存在する。しかしながら、これらのコンクリート壁面は、長年の風雨にさらされると、酸性雨の浸透によるコンクリート表層部の中性化が進行するとともに、有機物を中心とする汚れが表面に付着し、どす黒く汚れてしまうという現象が見られる。これは、微小凹凸内に有機質物が付着したり、ススや鉄粉などの無機質物が付着し、微小凹凸内入り込み有機質物などは、化学変化で汚れの皮膜を作っていたりする。また、洗浄物の表面にペンキなどが塗布されている場合、特にその塗膜が有機樹脂系である場合には、有機溶剤による溶解除去という方法が取られている。通常は、有機溶剤を噴霧し、手作業でおこなっているため、作業者の負担も大きく、また、金属パネル面や、石材などの場合でも同じであるため、環境破壊をしないで作業効率の良い、汚れの除去技術や、染み抜き、剥離技術が求められている。
【０００３】
現在使われている汚れの除去技術、染み抜き、剥離技術の高圧温水洗浄は、水圧による洗浄で、１００℃以下の湯を高圧でコンクリート表面に吹き付けるものである。この方法は、劣化したコンクリートの場合、表面を水圧で削り取ってしまうという欠点がある。また、スチーム洗浄機は、９０℃以上の温水とともに、水蒸気を混合して噴射するものである。この目的は、水蒸気を常圧下で用いるため、蒸気のエントロピエネルギーを効率よく活用できないため、洗浄効果の期待はできない。また、超音波を使った洗浄技術は、その装置の構造上、小さな洗浄物には向いているが、水中下でおこなうためその洗浄後の排水処理が必要などの環境問題があり、また大きな洗浄物には向いていない。薬剤による洗浄技術及びブラスト洗浄なども、作業中に有機溶剤が気化した有機ガスが発生したり、洗浄後の残存溶剤と空気中の有機物粒子によって汚れが再付着しやすくなったり、多くの欠点がある。有機ガスの発生は作業環境の問題となり、汚れの再付着は、洗浄品質の問題となる。このような有機溶剤による洗浄（塗膜剥離）及びブラスト洗浄（塗膜剥離）は、環境問題対策を余儀なくされ、作業性が大変悪い。
【０００４】
この問題を解決するために、特許文献２の提案があるが、本公報記載の発明は、汚れ付着面である壁面等の微小凹凸内に液体状態で浸入させて一気に気化させるというもので、この方法では、洗浄物に液体状態で侵入させるため、エントロピエネルギーが効率よくキャビテーションエネルギーに変わらず、気化膨張による洗い出しだけでは、洗浄力に疑問がある。また、温水からの気化では、気化させるときの気化熱が大きいため、エンタルピエネルギーによる汚れの浮き出しも期待できない。しかも、洗浄物の表面がミクロの凹凸上のものでなければ膨張による洗浄効果はない。エネルギー調整が無いため、時間をかけて少しずつ作業をおこなうか、熟練者の感に頼る方法でしかなかった。
【０００５】
以上、上記に述べたように、現在実用化されている汚れ除去技術には問題があり、環境を破壊せずに、しかも作業性にすぐれた、高い性能を持つ、確実な理論に基づいた、汚れの除去技術、染み抜き、剥離技術が早急に求められている。
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−５１８５９２号公報
【特許文献２】特開２００５−２３８２１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、主として洗浄物表面の汚れである有機質物繊維の切断及び付着している無機質物の除去を高温と水圧の調整でエンタルピを上昇させるエンタルピ調整技術を用い、オリフィス減圧によるエントロピ上昇による半蒸気化でキャビテーションを起すエントロピ調整技術及びエンタルピの体積変化が熱エネルギーとして洗浄物に侵入して繊維結合の切断をおこなうこと及び、エネルギー反射作用により、汚れや塗膜を効果的に除去することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の請求項１は、圧力と熱をかけながら沸点以下を保ちながらエンタルピを上昇させる。このときの温度と水圧の関係は、Ｈ（エンタルピ）＝ｑ（最終加熱温度−被洗浄面接触温度）／Ｔ（最終加圧温度）＋Ｐ（最終水圧）×Ｖ（最終温水水体積）の計算式で求めることができる。また、温水の圧力を大気中に開放し、減圧させることで半蒸気化させることによりエントロピを上昇させる。このときのエントロピエネルギーの計算値は上記の計算式のｑ（最終加熱温度−被洗浄面接触温度）／Ｔ（最終加圧温度）で計算できる。Ｐ（大気圧）×Ｖ（半蒸気体積）が小さくなるだけ、エントロピが大きくなる。この計算式は公的によく知られ大学受験などの試験問題などにもよく登場する。洗浄物表面に半蒸気として当たることにより、半蒸気化の体積膨張が抑えられ、エントロピがキャビテーションを起すため、洗浄物表面から汚れを除去することができる。また、蒸気エンタルピの減圧による放出熱エネルギーが洗浄物内部に侵入し、汚れである有機質物繊維などを切断、付着している無機質物をエネルギー反射作用により浮き出す。このことは、最終的に洗浄後、蒸気化してほとんど被洗浄物表面に水分が残らないことからも証明できる。また、蒸気下のエネルギー反射作用はスチーム洗浄などで使われている従来の技術であり、この作用もエンタルピの減圧下における放熱エネルギー量に比例する。以上のことから、説明の通り、二つのエネルギーの相乗効果により、環境を破壊せずに、しかも作業性にすぐれた、高い性能を持つ、確実な理論に基づいた、汚れの除去技術を提供する。
【０００９】
本発明の請求項２は請求項１の技術を利用し、あくまでもエンタルピは、物質下に於けるエネルギーの総和であるので、温度と水圧を上げるとそのエネルギーは大きくなり、その調整により急激な減圧によって放出エネルギーを調整できる。また、エントロピを大きくするには、温度と水圧の総和と放出量との関係でキャビテーションエネルギーを調整しながら放出量を増やすことにより調整できる、このエネルギーの調整により、有機塗膜の剥離や、フィルム等の剥離、石材・木材・繊維等の染み抜き及び、鉄鋼などの錆取りなどに応用できることを提供している。
【００１０】
以上に説明したの課題解決手段からもわかるように、本発明により、汚れ除去の機能発揮に対して、エントロピのキャビテーションエネルギー変換調整とエンタルピの放出エネルギーを調整することで、その相互効果による新たな汚れ除去技術及び有機塗膜の剥離や、フィルム等の剥離、木材、繊維等の染み抜き及び、鉄鋼などの錆取り技術を提案するというものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の効果を、図１、図２を用いて説明する。水の融解熱と蒸発熱（常圧）の基本値を、図１に示す。また、圧力を飽和蒸気圧に、温度を沸点に保ち、図２のように2相を共存させる共存状態（半蒸気状態）では、温度と圧力を一定に保ちながら、 気相から液相へ、液相から気相へと、いずれの向きにも自由に状態変化できる。つまり、共存状態における相転移は可逆な過程となる。共存できない状況においても相転移は可能だが、この場合には変化は不可逆になる。この意味で共存状態（半蒸気状態）は極めて特別な状態といえる。例えば、水の飽和蒸気圧は１００℃では１気圧、９７℃では０．９気圧と曖昧さなく決まる。また、高度３,０００ｍで０．７気圧だが、このとき、図２によると沸点は９０℃となる。一般に、共存状態（半蒸気状態）の蒸気圧は、図２に示すように温度(沸点)の関数として完全に特定される。これを蒸気圧曲線とよぶ。温度を一定とすると、飽和蒸気圧以下(以上)の圧力では、液相(気相)のみが安定に存在し、2相は共存できない。また，圧力一定の条件下では、沸点以下(以上)の温度においては、液相(気相)のみが安定に存在する。与えられた温度と圧力の条件の下で最も安定な相を示す図を相図、あるいは状態図というが、図２の蒸気圧曲線は、相図として利用できるので、このことから、本発明ではエントロピ計算のための表として用いる。この蒸気圧曲線上の圧力と温度のバランス状態で大気中に開放し洗浄物の表面に半蒸気状態で当たることで、キャビテーションエネルギーが、効率よく発生し、更に汚れの除去技術及び有機塗膜の剥離、フィルム等の剥離、石材・木材・繊維等の染み抜き及び、鉄鋼などの錆取りに応じ、放出量を調整することでキャビテーションエネルギーの力を用途別に使い分けることができる。当然ながら、どの用途においても半蒸気状態で洗浄物面に当たることを条件としている。このことにより、本発明の効果は、必要とされる条件を満たしているといえる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明を制限するものではないが、大気圧下でキャビテーションエネルギーを使用するには、１０１℃以上で上限は無限大ということになる。また、エンタルピの条件としては、図３から、水１００℃時点の総和エネルギーは５００ｋｊ／ｋｇであるので、分解エネルギーが１０ｋｊ／ｋｇ以上必要とすると、１１０度以上が望ましいということになる。さらに、１気圧は１０１．３２５ｋＰａである。初期温度２００℃で初期圧力１０,０００ｋＰａで、約５１０ｋｊ／ｋｇである。また、初期温度が１４０℃で初期圧力２,０００ｋＰａであった場合でも約５００ｋｊ／ｋｇのエネルギーを持つ、つまり、大気圧下では１１０℃〜１２０℃の蒸気に変わる、常温を２０℃とすると洗浄物表面に触れることにより、約７０ｋｊ／ｋｇの使用できるエネルギー差があることがわかる。エントロピ変換によるエネルギー損失及びその波及効果の蒸気蒸発のエネルギーを差し引いても、十分なエネルギーとなり、この状態がより好ましい。
【実施例】
【００１３】
本発明を制限するものではないが、あえて本発明を実施するためにボイラーを使い、続いて圧送ポンプにより圧縮し、オリフィスで流量調整をおこないながら、大気中へ開放をおこない、半蒸気状態になる地点に洗浄物を置いて実験をおこなった。この説明をわかりやすくするために、図４に示す。また、蒸気の状態を図５の写真で示し、実験結果を図６に示す。このことから、飽和蒸気状態下でも、半蒸気状態で洗浄物に当たるときの洗浄効果が最も高く、温水状態や、完全蒸気状態で洗浄物に当たっても洗浄効果は低いことがわかる。また、飽和蒸気状態でない温水状態では洗浄効果は大変低い、完全蒸気状態では、洗浄効果を発揮できる汚れが限定されることがわかった。つまり、本発明のエンタルピ、エントロピの利用とその効果が最も高い半蒸気状態で洗浄物に当てることで、本発明の効力を最大限に発揮できることがわかった。
【００１４】
さらに本発明は、エントロピ、エンタルピの調整によりペイント上のシールなど剥離にも使用できる。図７の写真は、水圧及び温度を調整し、ペイントをいためることなく、シールの剥離をおこなっている例である。また、図８で、剥離前のシールを、図８−１と、シールの剥離途中を、図８−２と、剥離後の状態を、図８−３の写真で示した。ペイントをいためないために、大気圧下での温度１００℃となるように、エンタルピ曲線から、ボイラー温度を１１０℃で、ポンプ圧を２ＭＰａに調整し、流量３．５４Ｌ／ｍｉｎで実験をおこなった。このことから、わかるように、本発明は全くペイントを傷めずに、シールを剥離させることができることがわかった。さらに、高度なエンタルピ、エントロピの調整により、幾重にも塗装したペイントを一層ずつ剥離していくことも可能であるといえる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】水の融解熱と蒸発熱（常圧）の基本値を表で示す。
【図２】蒸気圧曲線、液相と気相が安定な領域の境界線、蒸気圧曲線上で2相は共存する。挿図には拡大図を示す。
【図３】圧力−エンタルピ−線図を表すグラフである。
【図４】実施例機能実験方法説明図
【図５】圧力変化→半蒸気状態  写真
【図６】汚れ除去実験結果表
【図７】シール剥離実施写真
【図８】シール剥離状態写真（剥離前→剥離途中→剥離後）
【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】
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【図８】
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