(57)【要約】【課題】  作業対象物との距離を変えることが難しい環境下でも、作業対象物との距離に関係なく、高い作業性を維持できること。【解決手段】  本発明の高圧液体噴射装置は、上記課題を解決するために、液体が供給され該液体を液体噴出部まで搬送する液体流路と、前記液体を高圧で前記液体流路に供給し前記液体噴出部から噴出させる液体加圧機構と、前記液体流路を通る前記液体の温度を調整する温度調整機構と、前記液体噴出部から作業対象物までの距離を把握する距離把握部と、前記液体加圧機構により前記液体流路に供給された前記液体を、前記距離把握部で把握した前記液体噴出部から前記作業対象物との距離に応じて前記温度調整機構により温度調整し、該温度調整した前記液体を前記液体噴出部より噴出するように演算指令する演算処理部とを備えていることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧液体を噴出し、作業対象物を加工又は洗浄する高圧液体噴射装置であって、
前記高圧液体噴射装置は、液体を噴出する液体噴出部と、前記液体が供給され該液体を前記液体噴出部まで搬送する液体流路と、前記液体を高圧で前記液体流路に供給し前記液体噴出部から噴出させる液体加圧機構と、前記液体流路を通る前記液体の温度を調整する温度調整機構と、前記液体噴出部から前記作業対象物までの距離を把握する距離把握部と、前記液体加圧機構により前記液体流路に供給された前記液体を、前記距離把握部で把握した前記液体噴出部から前記作業対象物との距離に応じて前記温度調整機構により温度調整し、該温度調整した前記液体を前記液体噴出部より噴出するように演算指令する演算処理部とを備えていることを特徴とする高圧液体噴射装置。
【請求項２】
請求項１に記載の高圧液体噴射装置において、
前記演算処理部は、前記液体噴出部から噴出される前記液体の形状が乱れる距離Ｓを算出し、この距離Ｓと前記距離把握部で把握した前記液体噴出部から前記作業対象物との距離Ｒに所定値以上の差がないかを判別すると共に、前記距離Ｓと距離Ｒの差が所定値内に収まる場合には前記液体を前記液体噴出部から噴出させ、かつ、前記距離Ｓと距離Ｒに所定値以上の差が検出された場合には前記温度調整機構により、前記距離Ｓが距離Ｒになるよう前記液体の温度を調整して前記液体噴出部から噴出させることを特徴とする高圧液体噴射装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の高圧液体噴射装置において、
前記温度調整機構は、前記液体の温度を調整するための熱媒体と、該熱媒体で温度調整するために前記液体流路の周囲に配置された液体温調整部と、前記熱媒体の温度を調整する熱媒体温度調整槽と、該熱媒体温度調整槽内の前記熱媒体の温度を調整する熱媒体温度調整装置と、前記熱媒体を前記液体温調整部と前記熱媒体温度調整槽で循環させるため流路となる熱媒体流路と、前記熱媒体を循環搬送させる熱媒体搬送装置とから成ることを特徴とする高圧液体噴射装置。
【請求項４】
請求項３に記載の高圧液体噴射装置において、
前記高圧液体噴射装置は、装置周囲の環境温度ＴＳを測定する環境温度測定装置と、前記温度調整機構により調整した前記液体の温度を測定する調整温度測定装置と、前記液体温調整部の前記熱媒体の熱媒体温度ＴＣを測定する熱媒体温度測定装置と、装置周囲の気圧Ｐを測定する気圧測定装置と、噴出する液体及び/又はその流量の情報を外部と前記演算処理部と伝達し合う情報取得装置とを備えていることを特徴とする高圧液体噴射装置。
【請求項５】
請求項４に記載の高圧液体噴射装置において、
前記距離把握部により測定した距離Ｒと、前記環境温度測定装置で測定した環境温度ＴＳと、前記気圧測定装置により検出した気圧Ｐと、前記情報取得装置により取得した前記噴出する液体及び/又はその流量の情報を前記演算処理部に入力し、該演算処理部では、前記距離Ｒ、前記気圧Ｐ、前記液体の及び/又はその流量から算出した噴出直後の前記液体の柱の径と流速、物性の情報から前記距離Ｒで前記液体の形状が乱れるようになる前記液体の温度Ｔ１を算出すると共に、
前記距離Ｒで前記液体の形状が乱れる温度Ｔ１になるよう前記液体が受ける温度変化量を算出し、その温度変化量と前記温度Ｔ１の情報を基に、前記温度調整機構により温度調整する目標温度ＴＡを前記演算処理部で算出することを特徴とする高圧液体噴射装置。
【請求項６】
請求項５に記載の高圧液体噴射装置において、
前記目標温度ＴＡが前記液体の凝固点を下回るか、或いは沸点を上回る場合には、前記液体流路内で前記液体が固化、或いは気化しないよう前記目標温度ＴＡを制限することを特徴とする高圧液体噴射装置。
【請求項７】
請求項６に記載の高圧液体噴射装置において、
前記液体流路に設置された温度検知装置により検知した温度調整前の前記液体の温度Ｔを前記演算処理部に入力し、これらの情報を基に前記演算処理部で前記温度調整機構による温度調整量を算出して前記温度調整機構に指示し、前記液体を前記目標温度ＴＡに温度調整することを特徴とする高圧液体噴射装置。
【請求項８】
請求項７に記載の高圧液体噴射装置において、
前記熱媒体で温度調整を行う際は、前記熱媒体温度測定装置により熱媒体温度ＴＣを測定すると共に、前記液体が前記目標温度ＴＡになるよう前記熱媒体温度ＴＣを調整し、この温度調整を受けた前記液体は、前記調整温度測定装置で前記液体の温度を測定して前記演算処理部に入力し、この液体の温度と前記目標温度ＴＡに差が有る場合は、前記目標温度ＴＡになるよう前記演算処理部内で温度調整量、或いは温度調整量の演算式を補正することを特徴とする高圧液体噴射装置。
【請求項９】
請求項１に記載の高圧液体噴射装置において、
前記流体流路が前記高圧液体噴射装置内で３本に分岐され、前記温度調整機構は、３本に分岐された前記液体流路の分岐部に設置されると共に、前記液体を搬送する前記液体流路を１本又は２本にし、かつ、前記液体を搬送する前記液体流路が２本の場合は、前記液体の流量の切り替えが可能となる液体流路切替え弁と、３本に分岐された前記液体流路の合流部に設置されると共に、分岐された３本の前記液体流路を合流させる液体流路合流弁と、前記液体流路の切り替えを前記液体流路切替え弁又は前記液体流路合流弁に指示する液体流路選択装置と、３本に分岐された前記液体流路のうちの１本に設置され、搬送される前記液体を加熱する加熱装置と、該加熱装置が設置された前記液体流路とは別の１本の液体流路に設置され、搬送される前記液体を冷却する冷却装置とから成ることを特徴とする高圧液体噴射装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の高圧液体噴射装置において、
前記高圧液体噴射装置は、３本に分岐される前の前記液体流路に設置された温度検知装置と、前記加熱装置により加熱された前記液体温度を測定する加熱温度測定装置と、前記冷却装置により冷却された前記液体の温度を測定する冷却温度測定装置と、３本に分岐された前記液体流路が合流した箇所より下流側に設置された調整温度測定装置とを備えていることを特徴とする高圧液体噴射装置。
【請求項１１】
請求項９又は１０に記載の高圧液体噴射装置において、
３本に分岐された前記液体流路の間に熱絶縁体が配置されていることを特徴とする高圧液体噴射装置。
【請求項１２】
請求項９乃至１１のいずれか１項に記載の高圧液体噴射装置において、
前記演算処理部で温度調整後の目標温度ＴＡを算出すると共に、前記加熱温度測定装置及び前記冷却温度測定装置から加熱及び冷却後の前記液体の温度を前記演算処理部に入力し、該演算処理部より加熱及び冷却後の前記液体と温度調整していない液体を混ぜ、前記目標温度ＴＡになるように２本の前記液体流路を流れる前記液体の混合比率を計算し、その流量の前記液体が、２本の前記液体流路に流れるよう前記液体流路選択装置に指示することを特徴とする高圧液体噴射装置。
【請求項１３】
作業対象物を加工又は洗浄するために高圧液体を噴出する高圧液体噴射方法であって、
液体流路を搬送されている液体を、途中で液体加圧機構により加圧供給して液体噴出部から噴出させる際に、
前記液体加圧機構により前記液体流路に加圧供給された前記液体を、前記液体噴出部から前記作業対象物までの距離を把握する距離把握部で把握した前記液体噴出部から前記作業対象物との距離に応じて温度調整機構により温度調整し、該温度調整した前記液体を前記液体噴出部より噴出するように演算処理部で演算指令することを特徴とする高圧液体噴射方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の高圧液体噴射方法において、
前記演算処理部では、前記液体噴出部から噴出される前記液体の形状が乱れる距離Ｓを算出し、この距離Ｓと前記距離把握部で把握した前記液体噴出部から前記作業対象物との距離Ｒに所定値以上の差がないかを判別すると共に、前記距離Ｓと距離Ｒの差が所定値内に収まる場合には前記液体を前記液体噴出部から噴出させ、かつ、前記距離Ｓと距離Ｒに所定値以上の差が検出された場合には前記温度調整機構により、前記距離Ｓが距離Ｒになるよう前記液体の温度を調整して前記液体噴出部から噴出させることを特徴とする高圧液体噴射方法。
【請求項１５】
請求項１３又は１４に記載の高圧液体噴射方法において、
装置周囲の環境温度ＴＳを測定する環境温度測定装置と、前記温度調整機構により調整した前記液体の温度を測定する調整温度測定装置と、前記液体温調整部の前記熱媒体の熱媒体温度ＴＣを測定する熱媒体温度測定装置と、装置周囲の気圧Ｐを測定する気圧測定装置と、噴出する液体及び/又はその流量の情報を外部と前記演算処理部と伝達し合う情報取得装置とを備え、
前記距離把握部により測定した距離Ｒと、前記環境温度測定装置で測定した環境温度ＴＳと、前記気圧測定装置により検出した気圧Ｐと、前記情報取得装置により取得した前記噴出する液体及び/又はその流量の情報を前記演算処理部に入力し、該演算処理部では、前記距離Ｒ、前記気圧Ｐ、前記液体の及び/又はその流量から算出した噴出直後の前記液体の柱の径と流速、物性の情報から前記距離Ｒで前記液体の形状が乱れるようになる前記液体の温度Ｔ１を算出すると共に、前記距離Ｒで前記液体の形状が乱れる温度Ｔ１になるよう前記液体が受ける温度変化量を算出し、その温度変化量と前記温度Ｔ１の情報を基に、前記温度調整機構により温度調整する目標温度ＴＡを前記演算処理部で算出し、かつ、前記目標温度ＴＡが前記液体の凝固点を下回るか、或いは沸点を上回る場合には、前記液体流路内で前記液体が固化、或いは気化しないよう前記目標温度ＴＡを制限することを特徴とする高圧液体噴射方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は高圧液体噴射装置及び高圧液体噴射方法に係り、特に、高圧に加圧した液体を噴出させて作業対象物に衝突させることにより、作業対象物を切断、掘削等の加工或いは洗浄等の作業を行うものに好適な高圧液体噴射装置及び高圧液体噴射方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、地震や津波、火事等により、化学物質を扱うプラントや研究開発機関等で、薬物や放射性物質等の有害物質が漏れ出した場合、建屋内の除染を行う必要がある。有害物質には、プラントや研究開発機関等の構造物に強固に付着或いは浸透するものがある。このような有害物質の除去に、除染剤（具体的には、水等の液体或いは鉄やドライアイス等の粉末状固体）を噴射する噴射装置が用いられる。
【０００３】
この除染剤を噴射する噴射装置は、液体や粉末状固体等を有害物質に対して噴射して高速で衝突させることができ、それにより、対象物の有害物質を剥離させ、更に、剥離された有害物質と噴射物を回収装置で回収することで、有害物質等により汚染された構造物の除染を行うものである。
【０００４】
これらの噴射装置のうち、液体を噴出する液体噴射装置は、部材の切断や掘削等の加工や除染を含めた構造物の洗浄等にも用いられている。
【０００５】
液体噴射装置から噴出される液体は、対象物に衝突するまでの間に、高速であるがゆえ空気の抵抗を著しく受けるので、最初柱状であった形状は、液体噴射装置の噴出部からの距離が大きくなるにつれて徐々に乱れ、最終的には液滴化し霧散する。
【０００６】
ところで、噴出した液体は、空気の抵抗により距離が遠くなるほど速度が遅くなる。原理上、液体の減速は作業性に悪影響を及ぼすので、一般的に液体噴射装置は、作業対象物に近接した距離で用いることで、作業効率が良くなる傾向、より詳細には作業対象物の削り量が多くなる傾向がある。
【０００７】
しかし、噴出される柱状の液体の形状が乱れる距離で用いた場合については、上述した傾向の例外であり、このときの作業効率が最大となることが知られている。これは、液体の速度の他に、ウォーターハンマー現象と呼ばれる現象が作業効率に加算されることによる。ここではウォーターハンマー現象の詳細な説明は行わないが、例えば、特許文献１等に、この現象を利用する方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平８−２５７９９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
現状では、液体の温度を昇降して噴出する液体噴射装置が存在するが、作業対象物との距離に応じて噴出する液体の温度を制御し、作業対象物に対して噴出される柱状の液体の形状が乱れる距離で衝突させるような機能を持つものはない。
【００１０】
そのため、作業対象物との距離を変えることが難しい環境下で作業を実施する際は、柱状の液体の形状が乱れた状態で作業対象物に液体を当てることが困難となり、作業効率を最大化できない課題があったが、上述した特許文献１には、このような課題を解決するための施策については、全く記載されていない。
【００１１】
本発明は上述の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、作業対象物との距離を変えることが難しい環境下でも、作業対象物との距離に関係なく、高い作業性を維持できる高圧液体噴射装置及び高圧液体噴射方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の高圧液体噴射装置は、上記目的を達成するために、高圧液体を噴出し、作業対象物を加工又は洗浄する高圧液体噴射装置であって、前記高圧液体噴射装置は、液体を噴出する液体噴出部と、前記液体が供給され該液体を前記液体噴出部まで搬送する液体流路と、前記液体を高圧で前記液体流路に供給し前記液体噴出部から噴出させる液体加圧機構と、前記液体流路を通る前記液体の温度を調整する温度調整機構と、前記液体噴出部から前記作業対象物までの距離を把握する距離把握部と、前記液体加圧機構により前記液体流路に供給された前記液体を、前記距離把握部で把握した前記液体噴出部から前記作業対象物との距離に応じて前記温度調整機構により温度調整し、該温度調整した前記液体を前記液体噴出部より噴出するように演算指令する演算処理部とを備えていることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の高圧液体噴射方法は、上記目的を達成するために、作業対象物を加工又は洗浄するために高圧液体を噴出する高圧液体噴射方法であって、液体流路を搬送されている液体を、途中で液体加圧機構により加圧供給して液体噴出部から噴出させる際に、前記液体加圧機構により前記液体流路に加圧供給された前記液体を、前記液体噴出部から前記作業対象物までの距離を把握する距離把握部で把握した前記液体噴出部から前記作業対象物との距離に応じて温度調整機構により温度調整し、該温度調整した前記液体を前記液体噴出部より噴出するように演算処理部で演算指令することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、作業対象物との距離を変えることが難しい環境下でも、作業対象物との距離に関係なく、高い作業性を維持できる効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の高圧液体噴射装置の実施例１を示す概略構成図である。
【図２】本発明の高圧液体噴射装置の実施例１を採用した遠隔操作型除染ロボットを示す概略構成図である。
【図３（ａ）】本発明の高圧液体噴射装置の液体噴出部から噴出された水の形状であり、水温が高い時の状態を示す図である。
【図３（ｂ）】本発明の高圧液体噴射装置の液体噴出部から噴出された水の形状であり、水温が低い時の状態を示す図である。
【図４】水の温度と粘度の関係を示す特性図である。
【図５】水の温度と表面張力の関係を示す特性図である。
【図６】本発明の高圧液体噴射装置の実施例１を採用した遠隔操作型除染ロボットにより作業対象物近傍まで移動した後、水を噴出するまでを示すフローチャートである。
【図７】本発明の実施例２であり、高圧液体噴射装置を採用した液体噴射加工装置を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図示した実施例に基づいて本発明の高圧液体噴射装置及び遠隔操作型除染ロボット並びに高圧液体噴射加工装置を説明する。なお、各実施例において、同一構成部品には同符号を使用する。
【実施例１】
【００１７】
図１に、本発明の高圧液体噴射装置の実施例１を示す。
【００１８】
該図に示す如く、本実施例の高圧液体噴射装置１は、水Ｗが通る水の流路（液体流路）１１と、水の流路１１内の水Ｗの温度Ｔを調整するヒータ、ピエゾ素子等の温度調整機構２１と、温度調整機構２１で水Ｗの温度調整を行う前の水Ｗの温度を検知する温度計、熱電対等の温度検知装置２２と、水の流路１１からの水Ｗを噴出させる液体噴出部３１と、水Ｗを高圧で水の流路１１に供給し、液体噴出部３１から噴出させるよう水Ｗを送る液体加圧機構５２と、液体噴出部３１の噴出方向端部と作業対象物７７との距離Ｒを把握する距離把握部４１と、距離把握部４１で把握した液体噴出部３１の噴出方向端部から作業対象物７７との距離Ｒに応じて、温度調整機構２１により水Ｗの温度を調整し、温度調整した水Ｗを液体噴出部３１より噴出するように演算指令する演算処理部２とから概略構成されている。
【００１９】
即ち、本実施例の高圧液体噴射装置１は、水の流路１１から供給される高圧の水Ｗの温度Ｔを、演算処理部２により距離把握部４１で読み取った距離Ｒに応じて温度調整機構２１で昇降（温度調整）させた上で、温度調整した水Ｗを作業対象物７７に噴出する装置である。距離把握部４１で読み取った距離Ｒに応じた水Ｗの温度Ｔの調整方法については、図６を用いて後述する。
【００２０】
次に、図２を用いて、本実施例の高圧液体噴射装置１の使用例を説明する。図２は、本実施例の高圧液体噴射装置１を搭載した遠隔操作型除染ロボット１００による、例えば、原子力発電プラントにおける除染の模式図である。
【００２１】
なお、図２に示す遠隔操作型除染ロボット１００の作業環境は、以下である。つまり、遠隔操作型除染ロボット１００により除染する作業対象物７７は、人間が近寄ると被害が生ずる放射性物質等で汚染されており、作業対象物７７の周辺には障害物７８がある。
【００２２】
図２に示す遠隔操作型除染ロボット１００は、図１で説明した高圧液体噴射装置１と、水Ｗを貯蓄する液体貯蓄容器５１と、液体貯蓄容器５１に貯蓄した水Ｗを加圧し、加圧により水Ｗを搬送するポンプ等の液体加圧機構５２と、水Ｗを高圧液体噴射装置１に搬送するための水の流路（流体流路）１１と、高圧液体噴射装置１を搬送する無限軌道、車輪等の装置搬送装置３と、除染に使用した水Ｗ及び/又はこの水Ｗによって剥離された汚染物等を回収する吸引ノズル等の汚染物回収装置４と、水Ｗを多く貯蓄でき、蓄熱部６２を有する水貯蓄槽（液体貯蓄槽）６１とから概略構成されている。なお、区間Ｄは水Ｗの温度調整を行う区間である。その他の構成については、後述する。
【００２３】
図２の遠隔操作型除染ロボット１００の構成において、液体貯蓄容器５１に貯蓄された水Ｗは、液体加圧機構５２により加圧されることで水の流路１１へと送られ、その後、図１で説明した高圧液体噴射装置１により、作業対象物７７に噴出される。噴出された後の汚染された水Ｗは、作業対象物７７から剥ぎ取られた汚染物質と共に、汚染物回収装置４により回収される。
【００２４】
ところで、遠隔操作型除染ロボット１００は、人間の代わりに装置搬送装置３により作業対象物７７の近傍まで接近した後、高圧液体噴射装置１により高圧の水Ｗを作業対象物７７に向けて噴出して有害な汚染物質を剥離させ、剥離された汚染物質と噴出した後の水Ｗを汚染物回収装置４で回収することで、有害な汚染物質等により汚染された構造物の除染を行うことができる。
【００２５】
更に、作業効率を良くにするには、噴出される柱状の液体の形状が乱れる距離Ｓに、作業対象物７７があるように用いるべきである。しかし、図２に示すような環境では、液体噴出部３１の噴出方向端部と作業対象物７７との距離Ｒについては障害物７８により制限され、容易に変えることができない。
【００２６】
一般的に高圧液体噴射装置１は、液体噴出部３１の噴出方向端部と作業対象物７７との距離Ｒに応じて、柱状の液体の形状が乱れる距離Ｓを変えることができないので、このような環境では作業効率が落ちてしまう。しかし、本実施例の高圧液体噴射装置１は、液体噴出部３１の噴出方向端部と作業対象物７７との距離Ｒに応じて、水Ｗの温度Ｔを調整する温度調整機構２１で水Ｗの温度を調整するにより、柱状の水Ｗの形状が乱れる距離Ｓを、自在に変えることができる。
【００２７】
まず、柱状の水Ｗの形状が乱れる距離が、水Ｗの温度Ｔに依存することの説明を、図３（ａ）及び図３（ｂ）を用いて行う。図３（ａ）及び図３（ｂ）は、高圧液体噴射装置１から噴出された水Ｗの形状と水温の関係を示す。
【００２８】
図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、噴出後の水Ｗの状態には名前がつけられており、水Ｗの噴出直後の状態は連続流領域と呼ばれ、また、水柱の近傍に気泡が発生し、水柱の形状が乱れ、液滴の形状に変化していく領域は液滴流領域と呼ばれ、更に、液滴の形状に移行し終えた領域は拡散流領域と呼ばれる。なお、作業効率が最大となる、柱状の水Ｗの形状が乱れる距離Ｓは、液滴流領域である。
【００２９】
図３（ａ）に示すように、水Ｗは温度Ｔが高いほど形状が乱れ、液滴の形状に変化し始める領域は作業対象物７７に近くなり、一方、図３（ｂ）に示すように、水温が低いほど形状が安定し易く乱れづらく、液滴の形状に変化し始める領域は作業対象物７７から遠くなるが、これは水の粘度と表面張力が水温により変化することによっている。
【００３０】
図４に水の温度と粘度の関係を、図５に水の温度と表面張力の関係をそれぞれ示す。
【００３１】
該図に示すように、水は温度が低いほど粘度と表面張力が大きく、温度が高いほど粘度と表面張力が小さくなる物性をもつ。ゆえに、水Ｗの温度Ｔを高くすると、水Ｗの粘度や表面張力は小さくなり空気抵抗で容易に形が乱れるため、液滴流領域が生じる距離を近くなる。反対に水Ｗの温度Ｔを低くすると水Ｗの粘度や表面張力は大きくなり、空気抵抗で形状が容易に乱れにくくなるため、液滴流領域が生じる距離は遠くなる。
【００３２】
以上が、柱状の水Ｗの形状が乱れる距離Ｓが、水Ｗの温度Ｔに依存することの説明である。この傾向は水に限らず、一般的にほとんどの液体において成り立つ。
【００３３】
次に、液体噴出部３１の噴出方向端部と作業対象物７７との距離Ｒに応じた、水Ｗの温度Ｔの温度制御と水Ｗの噴出までの工程について説明する。
【００３４】
図６に、本実施例の高圧液体噴射装置１が、遠隔操作型除染ロボット１００により作業対象物７７の近傍まで移動した後、水Ｗを噴出するまでのフローチャートを示す。
【００３５】
該図に示すように、水Ｗの噴出にあたっては、最初に、距離把握部４１により液体噴出部（例えば、ノズルのような噴出口）３１の噴出方向端部と作業対象物７７との距離Ｒを把握する（Ｓ６０１）。次に、供給された水Ｗの温度Ｔを検知する温度検知装置２２により、水Ｗの温度Ｔを検知する（Ｓ６０２）。その後、演算処理部２により、水Ｗの噴出に基づき噴出される柱状の水Ｗの形状が乱れる距離Ｓを算出し、距離Ｓと距離Ｒに所定値以上の差がないか判別する（Ｓ６０３）。ここで、距離Ｓと距離Ｒの差が所定値内に収まる場合（Ｓ６０４）、水Ｗの噴出を行う（Ｓ６０６）。一方、距離Ｓと距離Ｒに所定値以上の差が検出された場合（Ｓ６０４）、水の流路１１内の水Ｗの温度Ｔを調整する温度調整機構２１により、距離Ｓが距離Ｒになるよう水Ｗの温度Ｔを調整した（Ｓ６０５）後に、水Ｗの噴出を行う（Ｓ６０６）。
【００３６】
以上のように、本実施例の高圧液体噴射装置１は、高圧液体噴射装置１の配置自由度が低い状況であっても、液体噴出部３１の噴出方向端部と作業対象物７７との距離Ｒに応じて噴出する水Ｗの温度Ｔを昇降させることで、柱状の水Ｗの形状が乱れた状態で作業対象物７７に衝突させることができ、高い作業性を発揮することができる。
【００３７】
次に、上述した図２の構成で、説明がなかった部分について説明する。
【００３８】
図２において、高圧液体噴射装置１の水貯蓄槽６１は、比熱の高い素材で構成される蓄熱部６２を有する。高圧液体噴射装置１の温度調整機構２１は、水Ｗの温度Ｔを調整するための熱媒体７１と、熱媒体７１で温度調整するために水の流路１１の周囲に設置された水温調整部（液体温調整部）７２と、熱媒体７１の熱媒体温度ＴＣを調整する熱媒体温度調整槽７３と、熱媒体温度調整槽７３内の熱媒体７１の熱媒体温度ＴＣを調整する熱媒体温度調整装置７４と、熱媒体７１を水温調整部７２と熱媒体温度調整槽７３とで循環させるため流路となる熱媒体流路７５と、熱媒体７１を循環搬送させる熱媒体搬送装置７６をとから構成されている。
【００３９】
水貯蓄槽６１があることで、遠隔操作型除染ロボット１００で移動する際等で高圧液体噴射装置１の作業を行っていない時に、温度調整機構２１により水貯蓄層６１内の水Ｗを予め温度調整し、温度調整した水Ｗを貯蓄することができる。また、蓄熱部６２があることで、予め温度調整機構２１で冷却又は加熱した熱量を蓄冷又は蓄熱することができる。更に、水貯蓄槽６１と蓄熱部６２があることで、水Ｗの流量が多い時や低温又は高温領域で水Ｗを噴出する時に、温度調整機構２１による水Ｗの温度調整性能が低い場合においても、水Ｗの温度Ｔを作業に適した温度に調整しやすくなる。
【００４０】
次に、熱媒体７１を用いた水Ｗの温度調整方法について説明する。
【００４１】
図２の構成において、熱媒体７１は、熱媒体温度調整槽７３において熱媒体温度調整装置７４により温度調整される。温度調整された熱媒体７１は、熱媒体搬送装置７６により熱媒体流路７５ａを介して水温調整部７２に送られる。この水温調整部７２において、熱媒体７１と水Ｗが水の流路１１や水貯蓄槽６１等を介して水Ｗと熱交換を行う。その後、水Ｗと熱交換した熱媒体７１は、熱媒体温度調整装置７４により、熱媒体流路７５ｂを介し熱媒体温度調整槽７３に送られる。この工程を繰り返すことで、熱溶媒７１により、水Ｗの温度調整を行うことができる。
【００４２】
このような温度調整方法を用いることで、水Ｗを任意の区間で温度調整することが可能となる。例えば、水の流路１１の周りに長く水温調整部７２を設けられれば、温度調整を行う区間Ｄが長くなり、つまり、水温調整部７２を通る水の流路１１が長くなることで、温度調整しやすくなる。
【００４３】
また、別の例として、図２のように、水温調整部７２の温度調整を行う区間Ｄに液体噴出部３１を含むこともできる。水Ｗを高圧で噴出する場合、水Ｗは液体噴出部３１の小さな孔を通り噴出される。この時、液体噴出部３１の孔と水Ｗとで、摩擦による熱が生じる。この摩擦熱と摩擦で温まった液体噴出部３１により、水Ｗの温度Ｔが上昇するため、低温で水Ｗを噴出することが難しくなる。
【００４４】
そのような場合には、熱媒体７１による温度調整方法を用いることで、液体噴出部３１を冷却することが可能となる。水温調整部７２を液体噴出部３１の内部に設けることで、更に冷却性能を上げることも可能となる。
【００４５】
次に、本実施例における演算処理部２に入力するパラメータを測定する装置について、図１及び図２を用いて説明する。
【００４６】
該図に示すように、高圧液体噴射装置１は、装置周囲の環境温度ＴＳを測定する環境温度測定装置２３と、温度調整機構２１により調整した水Ｗの温度Ｔを測定する調整温度測定装置２４と、水温調整部７２の熱媒体７１の熱媒体温度ＴＣを測定する熱媒体温度測定装置２５と、装置周囲の気圧Ｐを測定する気圧測定装置２６と、噴出する液体及び/又はその流量などの情報を外部と演算処理部２と伝達し合う無線或いは有線ラン等の情報取得装置２７を有する。
【００４７】
続いて、演算処理部２による温度調整機構２１への温度調整量の伝達方法について説明する。
【００４８】
まず、距離把握部４１により測定した距離Ｒ、環境温度測定装置２３で測定した環境温度ＴＳ、気圧測定装置２６により検出した装置周辺の気圧Ｐ、情報取得装置２７により取得した水Ｗの流量や物性などの情報を演算処理部２に入力する。演算処理部２では、距離Ｒ、気圧Ｐ、装置構成（ノズル径や流路の長さ）と水Ｗの流量から算出した噴出直後の水Ｗの柱の径と流速、物性等の情報から、距離Ｒで水Ｗの形状が乱れるようになる水Ｗの温度Ｔ１を算出する。水Ｗは、温度調整機構２１からその形状に至るまで、装置や大気などにより温度変化を受ける。距離Ｒで水Ｗの形状が乱れるようになる水Ｗの温度Ｔ１になるよう、噴出の経緯で水Ｗが受ける温度変化量を、環境温度ＴＳ、距離Ｒ、気圧Ｐ、液体噴出部３１の構成や水の流路１１から算出する。その温度変化量と温度Ｔ１の情報を基に、温度調整機構２１により温度調整する目標温度ＴＡを演算処理部２で算出する。ここで、目標温度ＴＡが水の凝固点を下回るか、沸点を上回る可能性がある場合、水の流路１１内で水が固化或いは気化しないよう、目標温度ＴＡを制限するようにする。
【００４９】
次に、水Ｗを目標温度ＴＡに温度調整するために、温度検知装置２２により検知した温度調整前の水Ｗの温度Ｔを演算処理部２に入力する。これらの情報を基に、演算処理部２で温度調整機構２１による温度調整量を算出し、温度調整機構２１に指示する。
【００５０】
熱媒体７１で温度調整を行う場合は、熱媒体温度測定装置２５により熱媒体温度ＴＣを測定し、水Ｗが目標温度ＴＡになるよう熱媒体温度ＴＣを調整する。温度調整を受けた水Ｗは、温度調整が正確に行われているか確認するため、調整温度測定装置２４で水Ｗの温度Ｔを測定し、演算処理部２に入力する。この水Ｗの温度Ｔと目標温度ＴＡに差が有る場合は、目標温度ＴＡになるよう演算処理部２内で温度調整量、或いは温度調整量の演算式を補正する。これらの工程により、水Ｗの温度Ｔを適正に補正することができる。
【００５１】
なお、高圧液体噴射装置１で噴出する液体は水に限らず水溶液、油等種類は問わず、サファイアや氷といった固形物等が含まれていても良い。また、複数種類の液体を状況により使い分けても良い。
【００５２】
水の流路１１に関しては、構成素材の種類はゴム、プラスチック、セラミック或いは金属等と種類は問わず、位置により金属やプラスチック等を使い分けることや金属やプラスチック等の複合材を使用しても構わない。また、水の流路１１の温度調整機構２１により温度調整を受ける部分は、熱伝導性が高い構成が良く、温度調整を受けない部分の水の流路１１は熱伝導性が低い構成を使用するほうが良い。
【００５３】
温度調整機構２１は、１つに限らず複数存在しても構わない。その際、温度調整機構２１の間に水Ｗの温度Ｔを測定する装置を設けても良い。この場合、各温度調整機構２１で調整する温度を個々に設定し、全ての温度調整機構２１を通過し終えた水Ｗが目標温度ＴＡになるよう温度調整をすると良い。
【００５４】
また、距離把握部４１による距離測定方法は、レーザー変位計やカメラ等、手段は問わない。人が距離Ｒを手で入力しても良い。また、距離把握部４１に、作業対象物７７の剥離や掘削により変化する距離Ｒの変化量を測定するか、或いは作業時間や剥がれ落ちた汚染物質の量等から距離Ｒの変化量を推定する加工深さ推定装置（図示せず）を設けても良い。加工深さ推定装置で推定した距離Ｒの変化量を演算処理部２に入力し、距離Ｒの算出に対し補正を加えることで、より正確に距離Ｒを検出できる。
【００５５】
また、高圧液体噴射装置１による作業対象物７７の作業効率が、噴出した水Ｗの形状に依存するため、高圧液体噴射装置１に、作業対象物７７に衝突する水Ｗの形状を直接観察する液体形状観測装置（水Ｗの形状をカメラ等で観測するもの）を有しても良い。液体形状観測装置で観測した水Ｗの形状が適正でない場合、演算処理部２で算出した距離Ｒによる温度調整量や温度調整量の算出式に補正を加える。これにより、水Ｗの形状を適正に保つことが可能となる。
【００５６】
なお、液体形状観測装置は、カメラやレーザー等、手段は問わず、液体形状観測装置を用いず、距離把握部４１で水Ｗの形状を同時に観測しても良い。
【００５７】
このような本実施例によれば、作業対象物との距離を変えることが難しい環境下でも、作業対象物との距離に関係なく、高い作業性を維持することができる。
【実施例２】
【００５８】
図７に、本発明の高圧液体噴射装置１の実施例２として加工対象物７９を切削加工する液体噴射加工装置１０１に適用した例を示す。図７に示す液体噴射加工装置１０１は、金属やカーボンＣＦＲＰ、木材、石材、ガラス、食品など様々な物質の切削による形状加工でよく用いられる。
【００５９】
図７において、液体噴射加工装置１０１は、高圧液体噴射装置１と、液体Ｌを貯蓄する液体貯蓄容器８１と、液体貯蓄容器８１に貯蓄した液体Ｌを加圧し、加圧により液体Ｌを搬送する液体加圧機構８２と、液体Ｌを高圧液体噴射装置１に搬送するための液体流路１２と、高圧液体噴射装置１の位置を制御し、高圧液体噴射装置１の位置情報を入出力する装置搬送装置５とから概略構成されている。
【００６０】
また、高圧液体噴射装置１は、実施例１で説明した演算処理部２と、液体噴出部３１と、距離把握部４１とを備えている。
【００６１】
そして、本実施例の高圧液体噴射装置１は、高圧液体噴射装置１内で液体流路１２が３本に分岐されており、その３本の液体流路１２のうち、液体Ｌを搬送する液体流路１２を１本乃至２本にし、液体Ｌを搬送する液体流路１２が２本の場合は液体Ｌの流量の切り替えが可能となる分岐部に設置された液体流路切替え弁９１と、分岐された３本の液体流路１２を合流させる合流部に設置された液体流路合流弁９２と、液体流路１２の切り替えを液体流路切替え弁９１又は液体流路合流弁９２に指示する液体流路選択装置（図示しないが演算手段等）とを備えている。
【００６２】
また、本実施例の高圧液体噴射装置１は、３本に分岐された液体流路１２のうち１本に設置され、搬送される液体Ｌを加熱するヒータ等の加熱装置１３と、この加熱装置１３が設置された液体流路１２とは別の１本の液体流路１２に設置され、搬送され液体Ｌを冷却するピエゾ素子等の冷却装置１４と、冷却装置１４で冷却された液体Ｌを貯蓄する冷却液体貯蓄槽１５とを有し、分岐された３本の液体流路１２の間にはゴム、真空等の熱絶縁体１６が設置されている。
【００６３】
更に、本実施例の高圧液体噴射装置１は、３本に分岐される前の液体流路１２に設置された温度計等の温度検知装置２２と、加熱装置１３により加熱された液体Ｌの温度Ｔを測定する温度計等の加熱温度測定装置１７と、冷却装置１４により加熱された液体Ｌの温度Ｔを測定する温度計等の冷却温度測定装置１８と、３本の液体流路１２が合流した箇所より下流側に設置された温度計等の調整温度測定装置２４とを備えている。
【００６４】
図７において、液体Ｌは実施例１と同じように、液体貯蓄容器８１から、液体加圧機構８２により液体流路１２を介して搬送され、温度調整を受けた後、液体噴出部３１より噴出される。実施例１との大きな違いは、温度調整の方法が異なるところにある。
【００６５】
液体噴射加工装置１０１による加工対象物７９のサイズは、加工対象物７９により異なる場合があり、液体噴出部３１から加工対象物７９と液体噴出部３の距離Ｒも加工位置によって変わる場合がある。また、実施例１の除染作業に比べ、加工対象物７９を掘削する速度が十分に早くなる場合も多く、噴出した液体Ｌの形状が加工位置や深さに素早く変化させるためにも、液体Ｌの温度Ｔを素早く変えられることが重要となる。
【００６６】
そこで、本実施例では、液体流路１２を３本に分岐させ、液体Ｌの通過する液体流路１２を１本乃至２本選択し、２本の場合は液体Ｌの流量を調整できるようにした。つまり、液体流路１２を選択することで、噴出する液体Ｌを加熱した液体Ｌ、温度調整をしていない液体Ｌ、冷却した液体Ｌから素早く選択できる。また、各液体流路１２の液体Ｌの温度がわかるため、温度調整をしない液体流路１２と、液体Ｌを加熱又は冷却する液体流路１２の２本の液体流路１２を流れる液体Ｌを所定比率混ぜることで、液体Ｌの温度調整を素早く行うことができる。
【００６７】
また、液体Ｌの温度調整は、実施例１と同様に演算処理部２で行う。温度制御を正確に行うためにも、実施例１で記載した構成が含まれていることが望ましい。
【００６８】
温度調整では、まず、実施例１と同様に演算処理部２にて温度調整後の目標温度ＴＡを算出する。次に、加熱温度測定装置１７と冷却温度測定装置１８から、加熱及び冷却後の液体Ｌの温度を演算処理部２に入力する。その後、演算処理部２より加熱及び冷却後の液体Ｌと温度調整していない液体Ｌを混ぜ、目標温度ＴＡになるように２本の液体流路１２を流れる液体Ｌの混合比率を計算し、その流量の液体Ｌが２本の液体流路１２に流れるよう、液体流路選択装置に指示する。このようにして温度調整を行う。
【００６９】
高圧液体噴射装置１に冷却液体貯蓄槽１５を設けた理由は、一般的に加熱より冷却の方が温度変化の効率が悪いため、冷却装置１４により液体Ｌを予め冷却し、冷却装置１４への負荷を軽減するためである。
【００７０】
このように本実施例の高圧液体噴射装置１は、加工位置や加工深さの変化により、加工対象物９７と液体噴出部３の距離Ｒが変わる状況にあっても、素早く液体Ｌの温度調整を行うことができ、柱状の水Ｗの形状が乱れた状態で衝突させることができるので高い作業性を発揮することができる。
【００７１】
また、液体流路１２の加熱装置１３の１つとして、液体流路１２を高圧液体噴射装置１内の発熱部周辺に配置することも考えられる。この場合、発熱部より液体Ｌが吸熱することで液体Ｌを加熱し、かつ、発熱部を冷却でき、液体Ｌの加熱に必要な電力を低減させることができる。但し、発熱部による加熱量は不安定であることも考えられるため、加熱装置１３を下流側に配置するか、或いは加熱用に液体流路１２を更に分岐させると良い。また、液体流路１２の分岐数は、用途に応じて変えたほうが良い。
【００７２】
更に、液体Ｌの加熱量及び冷却量が足りなくなると想定される場合は、加熱及び冷却をしなくても切削がこなせる位置で、温度調整しない液体流路１２から流れる液体Ｌを用い、加熱用と冷却用の各液体流路１２で予熱、予冷をしても良い。そして、予熱が必要になる環境では、加熱用の液体流路１２に加熱液体蓄熱部を設けても良い。加熱液体蓄熱部を有することで液体Ｌを予熱することができ、かつ、加熱装置１３による加熱や加熱後に加熱装置１３に残った余熱により、液体流路１２内での液体Ｌの気化等により起こる不具合を防ぐことができる。
【００７３】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００７４】
１…高圧液体噴射装置、２…演算処理部、３…装置搬送装置、４…汚染物回収装置、５…装置搬送装置、１１…水の流路、１２…液体流路、１３…加熱装置、１４…冷却装置、１５…冷却液体貯蓄槽、１６…熱絶縁体、１７…加熱温度測定装置、１８…冷却温度測定装置、２１…温度調整機構、２２…温度検知装置、２３…環境温度測定装置、２４…調整温度測定装置、２５…熱媒体温度測定装置、２６…気圧測定装置、２７…情報取得装置、３１…液体噴出部、４１…距離把握部、５１、８１…液体貯蓄容器、５２、８２…液体加圧機構、６１…水貯蓄槽、６２…蓄熱部、７１…熱媒体、７２…水温調整部、７３…熱媒体温度調整槽、７４…熱媒体温度調整装置、７５ａ、７５ｂ…熱媒体流路、７６…熱媒体搬送装置、７７…作業対象物、７８…障害物、７９…加工対象物、９１…液体流路切替え弁、９２…液体流路合流弁、１００…遠隔操作型除染ロボット、１０１…液体噴射加工装置、Ｄ…温度調整を行う区間、Ｌ…液体、Ｐ…装置周辺の気圧、Ｒ…液体噴出部の噴出方向端部と作業対象物との距離、Ｓ…液体の形状が乱れる距離、Ｔ…水の温度、Ｔ１…距離Ｒで形状が乱れるようになる水の温度、ＴＡ…目標温度、ＴＣ…熱媒体温度、ＴＳ…環境温度、Ｗ…水。
【図１】
2016198845.tif 000003
【図２】
2016198845.tif 000004
【図３（ａ）】
2016198845.tif 000005
【図３（ｂ）】
2016198845.tif 000006
【図４】
2016198845.tif 000007
【図５】
2016198845.tif 000008
【図６】
2016198845.tif 000009
【図７】
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