(57)【要約】  高い洗浄性を長期間にわたって維持することができる金属管の洗浄方法及び洗浄装置を提供する。金属管（２）の洗浄方法は、洗浄槽（１０）に洗浄液（３）を貯留する貯留工程と、洗浄槽（１０）内の洗浄液（３）中の溶存気体を気泡化してファインバブルを発生させ、且つ洗浄槽（１０）内の洗浄液（３）中に超音波を照射しながら、洗浄槽（１０）内の洗浄液（３）に金属管（２）を浸漬する浸漬工程と、洗浄槽（１０）に新たな洗浄液（３）を供給する供給工程と、洗浄槽（１０）内において洗浄液（３）の液面高さが基準液面（Ｓ）の高さを超えた場合、当該基準液面（Ｓ）の高さを超えた高さに相当する量の洗浄液（３）を洗浄槽（１０）から排出する排出工程と、を備える。
2020067227.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属管の洗浄方法であって、
洗浄槽に洗浄液を貯留する貯留工程と、
前記洗浄槽内の前記洗浄液中の溶存気体を気泡化してファインバブルを発生させ、且つ前記洗浄槽内の前記洗浄液中に超音波を照射しながら、前記洗浄槽内の前記洗浄液に前記金属管を浸漬する浸漬工程と、
前記洗浄槽に新たな洗浄液を供給する供給工程と、
前記洗浄槽内において前記洗浄液の液面高さが所定の基準液面高さを超えた場合、当該基準液面高さを超えた高さに相当する量の洗浄液を前記洗浄槽から排出する排出工程と、を備える、洗浄方法。
【請求項２】
請求項１に記載の洗浄方法であって、
前記浸漬工程において、前記洗浄槽内の前記洗浄液の溶存酸素濃度は、５．２ｍｇ／Ｌ以下である、洗浄方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の洗浄方法であって、
前記供給工程は、前記浸漬工程と同時に実施され、
前記供給工程において、前記洗浄槽への前記洗浄液の１分間当たりの供給量は、前記洗浄槽における前記洗浄液の貯留量の０．１７％以上１．２５％以下である、洗浄方法。
【請求項４】
請求項３に記載の洗浄方法であって、
前記供給量は、前記貯留量の０．１７％以上０．８３％以下である、洗浄方法。
【請求項５】
請求項４に記載の洗浄方法であって、
前記供給量は、前記貯留量の０．３３％以上０．８３％以下である、洗浄方法。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の洗浄方法であって、
前記金属管は、
質量％で、
Ｃ：０．０１〜０．１３％、
Ｓｉ：０．７５％以下、
Ｍｎ：２％以下、
Ｐ：０．０４５％以下、
Ｓ：０．０３０％以下、
Ｎｉ：７〜１４％、及び、
Ｃｒ：１６〜２０％、
を含有し、残部がＦｅ及び不純物からなる化学組成を有する鋼管である、洗浄方法。
【請求項７】
請求項６に記載の洗浄方法であって、
前記化学組成は、残部のＦｅの一部に換えて、質量％で、Ｎｂ：０．２〜１．１％、Ｔｉ：０．１〜０．６％、Ｍｏ：０．１〜３％、Ｃｕ：２．５〜３．５％のいずれか１種又は２種以上を含有する、洗浄方法。
【請求項８】
請求項６又は７に記載の洗浄方法であって、
前記化学組成は、残部のＦｅの一部に換えて、質量％で、Ｂ：０．００１〜０．１％及びＮ：０．０２〜０．１２％を含有する、洗浄方法。
【請求項９】
金属管の洗浄装置であって、
洗浄液が貯留され、前記金属管が収容される洗浄槽と、
前記洗浄槽に洗浄液を供給する供給機構と、
前記洗浄槽内において前記洗浄液の液面高さが所定の基準液面高さを超えた場合、当該基準液面高さを超えた高さに相当する量の洗浄液を前記洗浄槽から排出する排出機構と、
前記洗浄槽内の前記洗浄液中の溶存気体を気泡化してファインバブルを発生させるファインバブル発生機構と、
前記洗浄槽内の前記洗浄液中に超音波を照射する超音波照射機構と、
を備える、洗浄装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、金属管の洗浄方法及び洗浄装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、金属管の製造工程において、金属管の表面に生成されたスケールを除去するために酸洗処理が行われている。酸洗処理後の金属管は、表面に残存するスケールを除去するために洗浄液によって洗浄される（例えば、水による水洗処理（リンス）が施される。）。酸洗処理後の金属管には、例えば、洗浄液中に超音波を照射しながら洗浄する超音波洗浄を施すことができる。【０００３】
特許文献１は、マイクロバブルの存在下で被洗浄物の超音波洗浄を行うようにした超音波洗浄装置を開示する。当該超音波洗浄装置は、超音波発生器と、脱気装置と、を備える。超音波発生器は、洗浄液が貯留される洗浄槽内に設けられている。脱気装置は、洗浄槽に接続された循環路に設けられている。洗浄槽内の洗浄液は、循環路を介して脱気装置に導入される。脱気装置は、洗浄液から溶存空気を分離して気泡、好ましくはマイクロバブルを発生させる。この気泡（マイクロバブル）は、洗浄液とともに、循環路を介して洗浄槽に戻される。これにより、洗浄槽内の洗浄液の溶存空気濃度が徐々に低下する。溶存空気濃度が既定値以下になったとき、洗浄槽内の洗浄液に被洗浄物が浸漬され、超音波発生器が洗浄液に超音波を照射する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２９９４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１には、洗浄液の溶存空気濃度を規定値以下とすることで、超音波の音圧の低下がない、効率的で良好な超音波洗浄を行うことができると記載されている。しかしながら、特許文献１の超音波洗浄装置を酸洗処理後の金属管の洗浄に使用する場合には、洗浄性の低下が懸念される。すなわち、金属管の超音波洗浄では、洗浄液中のスケールの量が時間とともに増加する。このスケールにより、洗浄液に照射された超音波が減衰して洗浄性が低下する。【０００６】
本開示は、高い洗浄性を長期間にわたって維持することができる金属管の洗浄方法及び洗浄装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示に係る金属管の洗浄方法は、洗浄槽に洗浄液を貯留する貯留工程と、洗浄槽内の洗浄液中の溶存気体を気泡化してファインバブルを発生させ、且つ洗浄槽内の洗浄液中に超音波を照射しながら、洗浄槽内の洗浄液に金属管を浸漬する浸漬工程と、洗浄槽に新たな洗浄液を供給する供給工程と、洗浄槽内において洗浄液の液面高さが所定の基準液面高さを超えた場合、当該基準液面高さを超えた高さに相当する量の洗浄液を洗浄槽から排出する排出工程と、を備える。
【発明の効果】
【０００８】
本開示によれば、金属管の洗浄において、高い洗浄性を長期間にわたって維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、実施形態に係る洗浄装置の平面図である。
【図２】図２は、図１に示す洗浄装置のＩＩ−ＩＩ断面図である。
【図３】図３は、実施形態に係る洗浄装置に採用可能な排出機構を例示する図である。
【図４】図４は、実施形態に係る洗浄装置に採用可能な、別の排出機構を例示する図である。
【図５】図５は、洗浄液の溶存酸素濃度と、超音波の音圧と、金属管の洗浄性との関係を示すグラフである。
【図６】図６は、洗浄液のオーバーフロー時間と、洗浄液の溶存酸素濃度と、洗浄槽への洗浄液の供給量との関係を示すグラフである。
【図７】図７は、洗浄液のスケール密度と、超音波の音圧減衰率と、金属管の洗浄性との関係を示すグラフである。
【図８】図８は、洗浄処理された金属管の表面積と、洗浄液のスケール密度と、洗浄槽への洗浄液の供給量との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施形態に係る金属管の洗浄方法は、洗浄槽に洗浄液を貯留する貯留工程と、洗浄槽内の洗浄液中の溶存気体を気泡化してファインバブルを発生させ、且つ洗浄槽内の洗浄液中に超音波を照射しながら、洗浄槽内の洗浄液に金属管を浸漬する浸漬工程と、洗浄槽に新たな洗浄液を供給する供給工程と、洗浄槽内において洗浄液の液面高さが所定の基準液面高さを超えた場合、当該基準液面高さを超えた高さに相当する量の洗浄液を洗浄槽から排出する排出工程と、を備える（第１の構成）。
【００１１】
第１の構成に係る洗浄方法では、金属管が浸漬される洗浄液にファインバブルを発生させることにより、洗浄液中に照射された超音波が散乱して洗浄性が向上する。また、洗浄液中の溶存気体を気泡化してファインバブルを発生させることで、超音波洗浄の間、洗浄液の溶存酸素濃度が低下する。これにより、良好な超音波洗浄性を確保することができる。
【００１２】
第１の構成に係る洗浄方法では、例えば、洗浄槽に洗浄液が供給されることにより、あるいは、洗浄槽内の洗浄液に金属管が浸漬されることにより、洗浄槽内において洗浄液の液面高さが上昇して基準液面高さを超えた場合、当該基準液面高さを超えた高さ分だけ、洗浄槽から洗浄液が排出される。これにより、金属管から剥離して洗浄液中に分散及び浮遊するスケールが、洗浄液とともに洗浄槽から排出される。洗浄槽では、新たな洗浄液の供給も行われる。そのため、洗浄槽において、洗浄液中のスケール密度を低下させることができる。よって、洗浄液中に照射される超音波の減衰を低減することができ、高い洗浄性を長期間にわたって維持することができる。
【００１３】
上記浸漬工程において、洗浄槽内の洗浄液の溶存酸素濃度は、５．２ｍｇ／Ｌ以下であることが好ましい（第２の構成）。
【００１４】
第２の構成によれば、良好な超音波洗浄性をより確実に確保することができる。
【００１５】
上記供給工程は、上記浸漬工程と同時に実施することができる。供給工程において、洗浄槽への洗浄液の１分間当たりの供給量は、洗浄槽における洗浄液の貯留量の０．１７％以上１．２５％以下であることが好ましい（第３の構成）。
【００１６】
第３の構成によれば、洗浄液中のスケールの量の増加をより確実に抑制することができるとともに、洗浄液中の溶存酸素濃度を好ましい範囲に維持することができる。
【００１７】
上記供給量は、上記貯留量の０．１７％以上０．８３％以下であることがより好ましく（第４の構成）、上記貯留量の０．３３％以上０．８３％以下であることがさらに好ましい（第５の構成）。
【００１８】
第４又は第５の構成によれば、洗浄液中のスケールの量の増加をさらに確実に抑制することができるとともに、洗浄液中の溶存酸素濃度をより好ましい範囲に維持することができる。
【００１９】
上記金属管は、特定の化学組成を有する鋼管であってもよい。当該化学組成は、質量％で、Ｃ：０．０１〜０．１３％、Ｓｉ：０．７５％以下、Ｍｎ：２％以下、Ｐ：０．０４５％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｎｉ：７〜１４％、及び、Ｃｒ：１６〜２０％を含有し、残部がＦｅ及び不純物からなることが好ましい（第６の構成）。
【００２０】
上記化学組成は、残部のＦｅの一部に換えて、質量％で、Ｎｂ：０．２〜１．１％、Ｔｉ：０．１〜０．６％、Ｍｏ：０．１〜３％、Ｃｕ：２．５〜３．５％のいずれか１種又は２種以上を含有することもできる（第７の構成）。
【００２１】
上記化学組成は、残部のＦｅの一部に換えて、質量％で、Ｂ：０．００１〜０．１％及びＮ：０．０２〜０．１２％を含有することもできる（第８の構成）。
【００２２】
実施形態に係る金属管の洗浄装置は、洗浄槽と、供給機構と、排出機構と、ファインバブル発生機構と、超音波照射機構と、を備える。洗浄槽には、洗浄液が貯留され、金属管が収容される。供給機構は、洗浄槽に洗浄液を供給する。排出機構は、洗浄槽内において洗浄液の液面高さが所定の基準液面高さを超えた場合、当該基準液面高さを超えた高さに相当する量の洗浄液を洗浄槽から排出する。ファインバブル発生機構は、洗浄槽内の洗浄液中の溶存気体を気泡化してファインバブルを発生させる。超音波照射機構は、洗浄槽内の洗浄液中に超音波を照射する（第９の構成）。
【００２３】
第９の構成に係る洗浄装置は、ファインバブル発生機構を備える。ファインバブル発生機構は、洗浄液中の溶存気体を気泡化することにより、洗浄液中にファインバブルを発生させる。このため、金属管の超音波洗浄において、良好な洗浄性を確保することができる。
【００２４】
第９の構成に係る洗浄装置において、排出機構は、洗浄槽内において洗浄液の液面高さが基準液面高さを超えた場合、当該基準液面高さを超えた高さ分だけ、洗浄槽から洗浄液を排出する。これにより、金属管から剥離して洗浄液中に分散及び浮遊するスケールが、洗浄液とともに洗浄槽から排出される。一方、供給機構は、洗浄槽に対して、新たな洗浄液を供給する。洗浄槽では、洗浄液の供給及び排出により、洗浄液中のスケール密度を低下させることができる。このため、超音波の減衰を低減することができ、高い洗浄性を確保することができる。
【００２５】
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。各図において同一又は相当の構成については同一符号を付し、同じ説明を繰り返さない。
【００２６】
［洗浄装置］
図１は、実施形態に係る洗浄装置１を模式的に示す平面図である。図２は、図１に示す洗浄装置１のＩＩ−ＩＩ断面図である。
【００２７】
図１を参照して、洗浄装置１は、被洗浄物である金属管２に対して超音波洗浄を行う。洗浄装置１は、例えば、酸洗処理が施された後の金属管２に対し、水洗処理を施すことができる。
【００２８】
洗浄装置１は、洗浄槽１０と、供給機構２０と、複数の排出機構３０と、複数の超音波照射機構４０と、複数のファインバブル発生機構５０と、を備える。洗浄装置１は、複数の緩衝部材６０をさらに備える。
【００２９】
（洗浄槽）
洗浄槽１０は、金属管２を収容可能に構成されている。超音波洗浄に際し、洗浄槽１０内には、通常、複数の金属管２が同時に収容される。
【００３０】
洗浄槽１０には、金属管２を洗浄するための洗浄液３が貯留される。洗浄液３の種類は、特に限定されるものではなく、公知の洗浄液から適宜選択して採用することができる。洗浄液３は、例えば水（水道水又は工業用水）である。
【００３１】
本実施形態において、洗浄槽１０は、平面視で矩形状をなす。洗浄槽１０は、その上面が開口している。洗浄槽１０の底面は、例えば、長手方向の一端部から他端部に向かって傾斜する傾斜面である。すなわち、洗浄槽１０において、長手方向の一端部の深さ（内壁面の高さ）は、長手方向の他端部の深さ（内壁面の高さ）と異なる。洗浄槽１０は、例えば、１０〜２５ｍ程度の長さ、１〜２ｍ程度の幅、及び０．４〜１ｍ程度の最大深さを有する大型の洗浄槽である。
【００３２】
洗浄槽１０の材料は、特に限定されるものではない。洗浄槽１０の材料として、例えば、ステンレス鋼等の金属材料、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）やポリプロピレン（ＰＰ）等のプラスチック樹脂、又は耐酸レンガ等を挙げることができる。
【００３３】
（供給機構）
供給機構２０は、洗浄槽１０に洗浄液３を供給する。供給機構２０は、少なくとも１つの供給管２１を有する。本実施形態では、供給機構２０は、複数の供給管２１を有する。洗浄液３は、各供給管２１を介して洗浄槽１０に供給される。複数の供給管２１は、間隔を空けて配置されている。このため、洗浄液３は、洗浄槽１０に対して分散して供給される。３つ以上の供給管２１が存在する場合、新たな洗浄液３の均一供給の観点から、供給管２１の間隔は、概ね均等であることが好ましい。
【００３４】
本実施形態において、複数の供給管２１は、洗浄槽１０の長手方向の一対の側壁のうち、一方の側壁に沿って設けられている。ただし、供給管２１の位置及び数は、特に限定されるものではない。洗浄槽１０の長手方向の両側壁に、１つ以上の供給管２１が設けられていてもよい。また、洗浄槽１０の長手方向の側壁に加えて又は代えて、洗浄槽１０の短手方向の側壁に、１つ以上の供給管２１を設けることもできる。
【００３５】
（排出機構）
各排出機構３０は、洗浄槽１０内の洗浄液３の量が所定量を超えたときに、洗浄槽１０から洗浄液３を排出する。複数の排出機構３０は、間隔を空けて配置されている。このため、洗浄液３は、洗浄槽１０から分散して排出される。３つ以上の排出機構３０が存在する場合、排出機構３０の間隔は、概ね均等であることが好ましい。なお、排出機構３０は１つでもよい。
【００３６】
本実施形態において、複数の排出機構３０は、洗浄槽１０の長手方向の一対の側壁のうち、供給管２１と反対側の側壁に沿って設けられている。ただし、排出機構３０の位置及び数は、特に限定されるものではない。洗浄槽１０の長手方向の一対の側壁のうち、供給管２１側の側壁に、排出機構３０を設けることもできる。また、洗浄槽１０の長手方向の側壁に加えて又は代えて、洗浄槽１０の短手方向の側壁に、１つ以上の排出機構３０を設けてもよい。
【００３７】
図３において、洗浄装置１に採用可能な排出機構３０Ａを例示する。排出機構３０Ａは、排出口３１と、排出管３２と、を含む。
【００３８】
排出口３１は、洗浄槽１０の側壁に形成された開口である。排出管３２は、洗浄槽１０の外側に設けられ、排出口３１に接続されている。洗浄液３は、排出口３１及び排出管３２を介して、洗浄槽１０から排出される。
【００３９】
洗浄装置１では、洗浄槽１０内の洗浄液３の基準液面Ｓが設定されている。金属管２を洗浄するに際し、洗浄液３は、その液面が基準液面Ｓに到達するまで、洗浄槽１０に供給される。洗浄槽１０の深さ方向において、排出口３１の下端の位置は、基準液面Ｓの位置と実質的に一致する。
【００４０】
図３において二点鎖線で示すように、洗浄槽１０内の洗浄液３の液面の高さが基準液面Ｓの高さを超えたとき、基準液面Ｓを超えた分の洗浄液３が排出口３１からオーバーフローする。例えば、洗浄槽１０内の洗浄液３の液面が基準液面Ｓと一致している状態で、供給機構２０が洗浄槽１０に新たな洗浄液３を供給すると、供給量と実質的に同量の洗浄液３が排出口３１からオーバーフローする。
【００４１】
このように、排出機構３０Ａは、洗浄槽１０内の洗浄液３の量が、基準液面Ｓに相当する液量（所定量）を超えたときに、洗浄槽１０から洗浄液３を排出する。
【００４２】
図４において、洗浄装置１に採用可能な別の排出機構３０Ｂを例示する。排出機構３０Ｂは、排出口３３と、排出管３４と、排出ポンプ３５と、液面検出手段（図示せず）と、を含む。なお、液面検出手段としては、市販されている液面レベルセンサ等を用いることができる。
【００４３】
排出口３３は、洗浄槽１０の側壁に形成された開口である。排出口３３は、洗浄槽１０の側壁において、基準液面Ｓよりも低い任意の高さに設けられている。排出管３４は、洗浄槽１０の外側に設けられ、排出口３３に接続されている。洗浄液３は、排出口３３及び排出管３４を介して、洗浄槽１０から排出される。
【００４４】
排出ポンプ３５は、排出管３４の途中に設けられる。排出ポンプ３５は、洗浄槽１０内の洗浄液３の液面の高さが基準液面Ｓの高さを超えたとき、基準液面Ｓを超えた分の洗浄液３を洗浄槽１０から吸い出すように制御される。例えば、洗浄槽１０内に配置された液面検出手段からの信号に応じて、洗浄液３の液面が基準液面Ｓを超えた場合に排出ポンプ３５を駆動し、洗浄液３の液面の高さが基準液面Ｓの高さを下回ると排出ポンプ３５の駆動を止めるように制御する。
【００４５】
このように、排出機構３０Ｂも、排出機構３０Ａ（図３）と同様、洗浄槽１０内の洗浄液３の量が所定量を超えたときに、洗浄槽１０から洗浄液３を排出する。
【００４６】
（超音波照射機構）
図１に戻り、超音波照射機構４０は、洗浄槽１０内の洗浄液３中に超音波を照射する。超音波照射機構４０としては、超音波洗浄において一般に採用されている、公知の超音波振動子を用いることができる。
【００４７】
超音波照射機構４０が照射する超音波の周波数は、２０ｋＨｚ〜２００ｋＨｚであることが好ましい。超音波の周波数を２０ｋＨｚ以上とすることにより、金属管２の表面から発生する大きなサイズの気泡が、洗浄液３中での超音波の伝搬を阻害して洗浄性が低下するのを防止することができる。超音波の周波数を２００ｋＨｚ以下とすることにより、超音波の直進性が強くなって洗浄の均一性が低下するのを防止することができる。超音波の周波数は、より好ましくは２０ｋＨｚ〜１５０ｋＨｚ、さらに好ましくは２５ｋＨｚ〜１００ｋＨｚである。
【００４８】
超音波照射機構４０は、周波数掃引機能を有することが好ましい。周波数掃引機能は、選択された特定の周波数を中心として±０．１ｋＨｚ〜±１０ｋＨｚの範囲で周波数を掃引しつつ、洗浄液３に超音波を照射する機能である。
【００４９】
本実施形態では、洗浄槽１０の各側壁の内面において、少なくとも１つの超音波照射機構４０が設けられている。ただし、超音波照射機構４０の位置及び数は、特に限定されるものではない。洗浄槽１０の底面に、１又は複数の超音波照射機構４０を設置することもできる。複数の超音波照射機構４０を洗浄槽１０に設置する場合、洗浄槽１０全体に均一に超音波が伝搬されるように、超音波照射機構４０を配置することが好ましい。これにより、個々の超音波照射機構４０の発振負荷が一様となるため、発生した超音波間での干渉を防止することができる。
【００５０】
（ファインバブル発生機構）
ファインバブル発生機構５０は、洗浄槽１０内の洗浄液３中の溶存気体を気泡化してファインバブルを発生させる。ファインバブル発生機構５０は、洗浄槽１０の外側に配置されている。洗浄槽１０の長手方向の一側壁に沿って、複数のファインバブル発生機構５０が配置されている。ただし、ファインバブル発生機構５０の位置及び数は、特に限定されるものではない。
【００５１】
各ファインバブル発生機構５０は、配管５１，５２と、ファインバブル発生装置５３と、を有する。配管５１，５２は、洗浄槽１０とファインバブル発生装置５３とを接続する。洗浄槽１０からの洗浄液は、配管５１を介してファインバブル発生装置５３に導入される。ファインバブル発生装置５３は、洗浄液３中の溶存気体を利用してファインバブルを発生させる。ファインバブルは、洗浄液３とともに、配管５２を介して洗浄槽１０に戻される。
【００５２】
ファインバブル発生装置５３は、公知のファインバブル発生装置から適宜選択することができる。公知のファインバブル発生装置として、例えば、気泡のせん断、気泡の微細孔通過、液の減圧（圧力変化）、気体の加圧溶解、超音波、電気分解、又は化学反応等により、ファインバブルを発生させるものが知られている。ファインバブル発生装置５３は、ファインバブルの気泡径及び濃度の制御が容易なものであることが好ましい。ファインバブル発生装置５３として、例えば、液の循環路中に液の圧力変化を生じさせることでファインバブルを発生させる公知のファインバブル発生装置を採用することができる。
【００５３】
ここで、ファインバブルとは、平均気泡径が１００μｍ以下の微細気泡をいう。特に、μｍサイズの平均気泡径を有するファインバブルをマイクロバブルと称し、ｎｍサイズの平均気泡径を有するファインバブルをナノバブルと称することがある。平均気泡径とは、ファインバブルの直径に関する個数分布において、標本数が最大となる直径である。
【００５４】
ファインバブルは、超音波洗浄において、被洗浄物に対する超音波の伝搬効率を向上させ、超音波キャビテーションの核として洗浄性を向上させる。ファインバブルは、一般的な洗浄液３の液性条件下では、表面電位が負に帯電していることが多い。一方、金属管２の表面に存在している洗浄対象物（例えば、スケール、スマット、又は油分等）は、正に帯電していることが多い。このため、ファインバブルが金属管２の近傍まで到達すると、帯電性の違いによって、ファインバブルが金属管２に吸着されることとなる。ファインバブルを付与した洗浄液３に超音波を照射することにより、金属管２の表面でキャビテーションを発生させ、金属管２の洗浄を効率よく行うことができる。
【００５５】
洗浄液３中のファインバブルの平均気泡径は、ファインバブル発生機構５０の大型化を防止し、気泡径の制御を容易にする観点から、０．０１μｍ以上であることが好ましい。また、ファインバブルの平均気泡径は、ファインバブルの浮上速度の増加及び金属管２への超音波の伝搬の阻害を防止する観点から、１００μｍ以下であることが好ましい。より好ましくは、ファインバブルは、１μｍ〜５０μｍの平均気泡径を有するマイクロバブルである。
【００５６】
洗浄液３中のファインバブルの少なくとも一部は、周波数共振径以下の気泡径を有することが好ましい。周波数共振径とは、洗浄液３中の超音波の周波数に共振する直径をいう。ファインバブル発生機構５０は、周波数共振径以下の気泡径を有するファインバブルの個数がファインバブルの全個数の７０％以上となるように、洗浄液３中にファインバブルを発生させることが好ましい。以下、その理由について説明する。
【００５７】
ファインバブルを含む各種気泡の固有振動数は、Ｍｉｎｎａｅｒｔ共振周波数とも呼ばれ、以下の式（１）で与えられる。
【００５８】
【数１】
2020067227.tif 000003
【００５９】
上記式（１）において、
ｆ０：気泡の固有振動数（Ｍｉｎｎａｅｒｔ共振周波数）
Ｒ０：気泡の平均半径
ｐ∞：周辺液体の平均圧力
γ：断熱比（空気のγ＝１．４）
ρ：液体密度
である。
【００６０】
着目する気泡の内部に空気が存在するとした場合に、気泡の周辺液体が水であり、圧力が大気圧であるとすると、気泡の固有振動数ｆ０と気泡の平均半径Ｒ０との積ｆ０Ｒ０の値は、上記式（１）より、約３ｋＨｚ・ｍｍ程度となる。これより、照射される超音波の周波数が２０ｋＨｚであれば、共振する気泡の半径（共振半径）Ｒ０は、約１５０μｍとなる。周波数共振径２Ｒ０は、超音波に共振する気泡の直径であるから、超音波の周波数が周波数２０ｋＨｚの場合は約３００μｍとなる。同様に、超音波の周波数が１００ｋＨｚであれば、共振半径Ｒ０は約３０μｍとなり、周波数共振径２Ｒ０は約６０μｍとなる。
【００６１】
共振半径Ｒ０よりも大きな半径を有する気泡は、阻害因子となる。なぜなら、ファインバブルを含む気泡が共振する際、気泡は、短時間に膨張と収縮とを繰り返し、最終的には圧壊するが、第一音波が気泡を通過する時点で気泡の大きさが周波数共振径２Ｒ０よりも大きければ、超音波は気泡表面で拡散してしまうためである。逆に、第一音波が気泡を通過する時点で気泡の大きさが周波数共振径２Ｒ０以下であれば、超音波は気泡表面で拡散せずに気泡中を通過することができる。
【００６２】
よって、洗浄液３中において、周波数共振径２Ｒ０以下の気泡径を有するファインバブルの個数の、ファインバブルの全個数に対する割合を７０％以上とすることが好ましい。ファインバブルの発生の直後に膨張する気泡の存在を考慮すると、上記割合は、８０％以上９８％以下であることがより好ましい。これにより、洗浄液３中での超音波の伝搬効率を向上させることができる。また、第一音波を洗浄槽１０の壁面及び／又は底面まで伝播させることで、洗浄槽１０全体への超音波の拡散及び反射が繰り返され、均一な超音波洗浄性を実現することが可能となる。周波数共振径２Ｒ０以下であった気泡は、所定の超音波照射時間を超えると、膨張と収縮とを繰り返して圧壊し、キャビテーション洗浄に寄与することができる。
【００６３】
洗浄液３中のファインバブルの濃度（密度）は、超音波の伝搬性を向上させ、超音波キャビテーションの核の数を確保する観点から、１０３個／ｍＬ以上であることが好ましい。また、洗浄液３中に発生させるファインバブルの濃度は、ファインバブル発生機構５０の大型化及び台数増加を防止するため、１０６個／ｍＬ以下であることが好ましい。
【００６４】
ファインバブルの平均気泡径及び濃度は、液中パーティクルカウンターや気泡径分布計測装置等といった、公知の機器で測定することができる。
【００６５】
（緩衝部材）
緩衝部材６０は、洗浄槽１０内に配置されている。複数の緩衝部材６０は、洗浄槽１０の長手方向に並んでいる。
【００６６】
図２に示すように、緩衝部材６０は、概略Ｕ字状をなす。洗浄槽１０内の金属管２は、緩衝部材６０上に載置される。緩衝部材６０の内表面は、洗浄槽１０において、超音波照射機構４０よりも内側に位置する。このため、超音波照射機構４０に金属管２が接触することはなく、超音波照射機構４０は金属管２から保護される。
【００６７】
［洗浄方法］
以下、洗浄装置１を用いた金属管２の洗浄方法について説明する。
【００６８】
金属管２は、熱間加工や熱処理等を経て、その表面にスケールが生成されている。スケールを除去するため、金属管２には酸洗処理が施される。本実施形態に係る洗浄方法は、金属管２を酸溶液に所定時間浸漬して酸洗する工程（公知の酸洗工程）の後、金属管２を洗浄する方法である。
【００６９】
被洗浄物としての金属管２は、例えば、ステンレス鋼からなる管や、Ｎｉ基合金からなる管である。金属管２がステンレス鋼管の場合、金属管２は、質量％で、Ｃｒを１０．５％以上含有する鋼管である。例えば、質量％で、Ｃ：０．０１〜０．１３％、Ｓｉ：０．７５％以下、Ｍｎ：２％以下、Ｐ：０．０４５％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｎｉ：７〜１４％、及びＣｒ：１６〜２０％を含有し、残部がＦｅ及び不純物からなる化学組成を有する鋼管である。当該化学組成は、残部のＦｅの一部に換えて、質量％で、Ｎｂ：０．２〜１．１％、Ｔｉ：０．１〜０．６％、Ｍｏ：０．１〜３％、Ｃｕ：２．５〜３．５％のいずれか１種または２種以上を含有していてもよい。また、残部のＦｅの一部に換えて、質量％で、Ｂを０．００１〜０．１％、Ｎを０．０２〜０．１２％含有していてもよい。
【００７０】
上記化学組成を有する金属管２は、その鋼組織がオーステナイトとなることで、優れた耐熱性、耐食性、及び耐水蒸気酸化性を有する。当該金属管２は、例えば引張強度５５０ＭＰａ以上という優れた強度を有する。このような金属管２は、その製造工程において１０００℃を超える高温で熱処理が施されるため、その表面に多量のスケールが発生する。従って、熱処理後に酸洗処理及び酸洗処理後に表面に残存するスケールを洗い流すための洗浄処理（リンス処理）が必要となる。
【００７１】
また、金属管２がＮｉ基合金管である場合、例えば、以下に示す化学組成である。質量％で、Ｃ：０．０５％以下、Ｓｉ：０．５％以下、Ｍｎ：１％以下、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｃｒ：１９．５〜２４．０％、Ｍｏ：２．５〜４．０％、Ｔｉ：１．２％以下、及びＦｅ：２２％以上を含有し、主な残部がＮｉである（典型的には、残部はＮｉ及び不純物である）。当該化学組成は、残部のＮｉの一部に換えて、質量％で、Ｃｕ：０．５％以下、Ｎｂ：４．５％以下、Ａｌ：２．０％以下の１種以上を含有してもよい。このような金属管２も、その製造工程において高温で熱処理が施されるため、その表面に多量のスケールが発生する。従って、熱処理後に酸洗処理及び酸洗処理後に表面に残存するスケールを洗い流すための洗浄処理（リンス処理）が必要となる。
【００７２】
本実施形態に係る金属管２の洗浄方法は、洗浄槽１０に洗浄液３を貯留する工程と、洗浄槽１０内の洗浄液３に金属管２を浸漬する工程と、洗浄槽１０に洗浄液３を供給する工程と、洗浄槽１０から洗浄液３を排出する工程と、を備える。
【００７３】
（貯留工程）
図１を再度参照して、金属管２の洗浄に際し、まず、洗浄槽１０に洗浄液３を貯留する。洗浄槽１０には、供給機構２０によって洗浄液３が供給される。ただし、空の洗浄槽１０に洗浄液３を供給する貯留工程の段階では、供給機構２０以外の手段で洗浄液３を洗浄槽１０に供給してもよい。洗浄槽１０に供給される洗浄液３は、７ｍｇ／Ｌ〜１１ｍｇ／Ｌ程度の溶存酸素濃度を有していることが好ましく、８ｍｇ／Ｌ〜１０ｍｇ／Ｌ程度の溶存酸素濃度を有していることがより好ましい。洗浄液３は、典型的には水（水道水又は工業用水）である。洗浄液３が水温１０〜３５℃の水（水道水又は工業用水）の場合、洗浄液３の溶存酸素濃度は、７ｍｇ／Ｌ〜１１ｍｇ／Ｌとなる。洗浄液３が水温１５〜２５℃の水（水道水又は工業用水）の場合、洗浄液３の溶存酸素濃度は、８ｍｇ／Ｌ〜１０ｍｇ／Ｌとなる。溶存酸素濃度は、洗浄液３中の溶存気体量の指標となる。
【００７４】
洗浄槽１０内の洗浄液３の液面が基準液面Ｓ（図３又は図４）を超えると、排出機構３０による洗浄液３の排出が開始される。供給機構２０は、洗浄液３の液面が基準液面Ｓに到達した後も、継続して洗浄液３を洗浄槽１０に供給する。これにより、洗浄槽１０では、洗浄液３の供給と同時に洗浄液３の排出が行われることになる。このときの洗浄液３の排出量は、洗浄液３の供給量と実質的に等しい。排出機構３０によって排出された洗浄液（水）３は、所定の排水処理を施された後、廃棄される。
【００７５】
（浸漬工程、供給工程、及び排出工程）
次に、洗浄槽１０に貯留された洗浄液３に、金属管２を所定時間浸漬する。金属管２は、クレーン等を使用して、洗浄槽１０内の洗浄液３中に浸漬させることができる。通常、複数の金属管２を同時に洗浄液３中に浸漬させるが、金属管２を１本ずつ洗浄液３中に浸漬させてもよい。
【００７６】
浸漬工程において、洗浄槽１０内の洗浄液３中への金属管２の浸漬、洗浄液３中での金属管２の保持、及び洗浄槽１０からの金属管２の引き上げを１サイクルとして、このサイクルを所定回数実施する。当該サイクルにおける金属管２の保持時間、及びサイクルの実施回数は、洗浄液３への金属管２の合計浸漬時間が所定時間以上となるように決定することができる。金属管２の合計浸漬時間は、金属管２に付着しているスケールの量等に応じて、適宜設定すればよい。金属管２の合計浸漬時間は、例えば、好ましくは３０秒以上であり、より好ましくは１分間以上である。
【００７７】
金属管２を洗浄槽１０から引き上げる際には、金属管２を水平面に対して傾けることが好ましい。これにより、金属管２内の液切りを行うことができる。上記サイクルを複数回実施する場合には、サイクルごとに傾ける方向を変更することが好ましい。
【００７８】
浸漬工程の間、供給機構２０により、新たな洗浄液３が洗浄槽１０に連続して供給される。そして、排出機構３０により、基準液面Ｓを超えた高さに相当する量の洗浄液３が洗浄槽１０から連続して排出される。すなわち、本実施形態では、浸漬工程、供給工程、及び排出工程が同時に実施される。供給機構２０は、１分間当たりに、洗浄槽１０内の洗浄液３の貯留量（金属管２を浸漬していない状態で洗浄槽１０内に基準液面Ｓまで洗浄液３を貯留した際の洗浄液３の量）に対して好ましくは０．１７％以上１．２５％以下、より好ましくは０．１７％以上０．８３％以下、さらに好ましくは０．３３％以上０．８３％以下の量の洗浄液３を洗浄槽１０に供給する。
【００７９】
浸漬工程の間、洗浄槽１０内の洗浄液３中には、超音波照射機構４０によって超音波が照射され、ファインバブル発生機構５０によってファインバブルが供給される。
【００８０】
本実施形態に係る洗浄方法では、ファインバブル発生機構５０が洗浄液３中の溶存気体を気泡化することにより、洗浄液３の溶存酸素濃度が低下する。ファインバブル発生機構５０は、洗浄槽１０内の洗浄液３の溶存酸素濃度を５．２ｍｇ／Ｌ以下に低下させる。ファインバブル発生機構５０は、洗浄槽１０内の洗浄液３の溶存酸素濃度をより好ましくは４．５ｍｇ／Ｌ以下、さらに好ましくは４．２ｍｇ／Ｌ以下に低下させる。
【００８１】
具体的には、供給機構２０は、７ｍｇ／Ｌ〜１１ｍｇ／Ｌ程度、好ましくは８ｍｇ／Ｌ〜１０ｍｇ／Ｌ程度の溶存酸素濃度を有する洗浄液３を洗浄槽１０に供給する。この洗浄液３がファインバブル発生機構５０のファインバブル発生装置５３を通過したとき、洗浄液３中の溶存気体がファインバブル化されて、洗浄液３の溶存酸素濃度が低下する。洗浄槽１０とファインバブル発生機構５０との間で洗浄液３が循環することにより、洗浄槽１０内の洗浄液３の溶存酸素濃度は、５．２ｍｇ／Ｌ以下、より好ましくは４．５ｍｇ／Ｌ以下、さらに好ましくは４．２ｍｇ／Ｌ以下となる。
【００８２】
予め設定された合計浸漬時間以上、洗浄液３に金属管２を浸漬したら、クレーン等を使用して、洗浄槽１０から金属管２を回収する。この際も、金属管２を傾けながら引き上げることが好ましい。これにより、金属管２の内部に洗浄液３が残存するのを防止することができる。
【００８３】
金属管２を回収することにより、当該金属管２の洗浄が完了する。洗浄槽１０では、継続して、超音波及びファインバブルが洗浄液３に付与され、洗浄液３の供給及び排出が行われている。このため、引き続き、別の金属管２の浸漬工程を実施することができる。
【００８４】
ファインバブルを含まない酸溶液又は水等を金属管２が洗浄槽１０内に持ち込んだ場合、洗浄槽１０内の洗浄液３の溶存酸素濃度が高くなる可能性がある。洗浄液３の溶存酸素濃度が高くなった場合、ファインバブル発生機構５０が溶存酸素濃度を十分に低下させるまで、金属管２の超音波洗浄を停止することが好ましい。洗浄液の溶存酸素濃度が５．２ｍｇ／Ｌ以下、４．５ｍｇ／Ｌ以下、又は４．２ｍｇ／Ｌ以下になった段階で、金属管２の浸漬を再開すればよい。
【００８５】
本実施形態では、貯留工程で洗浄槽１０に洗浄液３を貯留した後、浸漬工程で洗浄槽１０内に金属管２を配置している。しかしながら、貯留工程において、空の洗浄槽１０内に金属管２を配置した後、洗浄槽１０に洗浄液３を貯留することもできる。
【００８６】
［数値範囲］
以下、洗浄槽１０内の洗浄液３の溶存酸素濃度、及び洗浄槽１０に対する洗浄液３の供給量の各数値範囲について、図５から図８を参照しつつ説明する。図５から図８を用いた説明及び検証において、被洗浄物としての金属管２は、オーステナイト系ステンレス鋼管（Ｎｉ：９質量％、Ｃｒ：１８．５質量％、Ｃｕ：３質量％、Ｎｂ：０．５質量％を含有）、洗浄槽１０に供給される洗浄液３は、水温約２０℃の水（工業用水）、洗浄槽１０における洗浄液３の貯留量（基準液面Ｓまで貯留したときの量）は、約１２０００Ｌである。
【００８７】
（溶存酸素濃度）
図５は、洗浄液３の溶存酸素濃度と、洗浄液３中に照射される超音波の音圧と、金属管２の洗浄性との関係を示すグラフである。図５のグラフの作成に際し、洗浄槽１０内の洗浄液３の溶存酸素濃度、及び洗浄槽１０内の洗浄液３中に照射される超音波の音圧を変化させて、金属管２の洗浄性を検証した。
【００８８】
溶存酸素濃度［ｍｇ／Ｌ］は、市販の溶存酸素濃度計（（株）堀場製作所製、ＬＡＱＵＡ  ＯＭ−７１）で測定した値である。この測定値を、本開示における溶存酸素濃度とする。音圧［ｍＶ］は、市販の超音波音圧計（（株）カイジョー製音圧レベルモニタ  １９００１Ｄ型）を用いて、５秒間の平均測定値を測定する測定モードで、プローブ（圧電素子が付けられた振動伝達棒）を洗浄液３の液面から１００ｍｍ水中に入れて測定したときの値である。この測定値を、本開示における音圧とする。なお、超音波の周波数は３８ｋＨｚである。
【００８９】
図５のグラフにおいて、「○」「△」「×」は、洗浄性の評価結果を表す。「○」は、金属管２の表面からスケールが完全に除去され、超音波による洗浄性が極めて良好であったことを意味する。「△」は、金属管２の表面の一部にスケールが残存するものの、超音波による洗浄性が良好といえることを意味する。「×」は、超音波による洗浄性が不良であったことを意味する。
【００９０】
図５より、洗浄液３の溶存酸素濃度が５．２ｍｇ／Ｌ以下である場合、○又は△の評価結果が多く、多くの音圧領域で洗浄性が良好となることがわかる。このため、本実施形態では、洗浄槽１０内の洗浄液３の溶存酸素濃度を５．２ｍｇ／Ｌ以下とする。
【００９１】
図５より、洗浄液３の溶存酸素濃度を４．５ｍｇ／Ｌ以下、又は４．２ｍｇ／Ｌ以下とすれば、洗浄性が良好な音圧領域がさらに増加することがわかる。よって、洗浄槽１０内の洗浄液３の溶存酸素濃度は、４．５ｍｇ／Ｌ以下であることが好ましく、４．２ｍｇ／Ｌ以下であることがより好ましい。
【００９２】
洗浄液３の溶存酸素濃度が５．２ｍｇ／Ｌ以下である場合、超音波の音圧が１２０ｍＶ以上になると、図５における評価結果が○又は△となる。洗浄液３の溶存酸素濃度が４．５ｍｇ／Ｌ以下、又は４．２ｍｇ／Ｌ以下である場合、超音波の音圧が１２０ｍＶ以上になると、図５における評価結果が○となる。よって、超音波照射機構４０は、洗浄液３中の超音波の音圧が１２０ｍＶ以上となるよう、超音波を出力することが好ましい。
【００９３】
洗浄槽１０内の洗浄液３の溶存酸素濃度は、通常、２．０ｍｇ／Ｌ以上である。ただし、洗浄槽１０内の洗浄液３の溶存酸素濃度の下限は、特に管理又は制御しなくてもよい。
【００９４】
（洗浄液の供給量と溶存酸素濃度との関係）
図６は、洗浄液３のオーバーフロー時間と、洗浄液３の溶存酸素濃度と、洗浄槽１０への洗浄液３の供給量との関係を示すグラフである。図６のグラフの作成に際し、供給量を４０Ｌ／ｍｉｎ、１００Ｌ／ｍｉｎ、１５０Ｌ／ｍｉｎと変化させ、供給量ごとに洗浄液３中の溶存酸素濃度を測定した。供給機構２０が供給する洗浄液３は、水温２０℃程度の水（工業用水）であり、８ｍｇ／Ｌ〜１０ｍｇ／Ｌ程度の溶存酸素濃度を有すると考えられる。オーバーフロー時間とは、洗浄槽１０における洗浄液３のオーバーフロー（排出機構３０からの排水）の継続時間であり、換言すれば、供給機構２０が洗浄槽１０に洗浄液３を継続して供給している時間である。
【００９５】
図６より、洗浄槽１０への洗浄液３の供給量が４０Ｌ／ｍｉｎ、１００Ｌ／ｍｉｎ、及び１５０Ｌ／ｍｉｎである場合のいずれも、洗浄槽１０内の洗浄液３の溶存酸素濃度を４．５ｍｇ／Ｌ以下に維持できることがわかる。供給量が４０Ｌ／ｍｉｎ及び１００Ｌ／ｍｉｎの場合は、洗浄槽１０内の洗浄液３の溶存酸素濃度が４．２ｍｇ／Ｌ以下に維持される。供給量が４０Ｌ／ｍｉｎ未満の場合、洗浄槽１０内の洗浄液３の溶存酸素濃度はさらに低下すると予想される。
【００９６】
図６より、貯留量が約１２０００Ｌの洗浄槽１０に対し、８ｍｇ／Ｌ〜１０ｍｇ／Ｌ程度の溶存酸素濃度を有する洗浄液３を供給する場合、その供給量を１５０Ｌ／ｍｉｎ以下とすることが好ましく、１００Ｌ／ｍｉｎ以下とすることがより好ましい。これらの供給量を貯留量（約１２０００Ｌ）に対する割合に換算して、洗浄槽１０への洗浄液３の１分間当たりの供給量は、好ましくは、洗浄槽１０における洗浄液３の貯留量の１．２５％以下であり、より好ましくは、当該貯留量の０．８３％以下である。これにより、洗浄槽１０内の洗浄液３において、上述した溶存酸素濃度を確保することができる。
【００９７】
（洗浄液の供給量とスケール密度との関係）
図７は、洗浄液３のスケール密度と、洗浄液３中に照射される超音波（周波数３８ｋＨｚ及び音圧１２０ｍＶ）の音圧減衰率と、金属管２の洗浄性との関係を示すグラフである。
【００９８】
図７より、洗浄液３中のスケール密度が小さいほど音圧減衰率は小さく、スケール密度が高いほど音圧減衰率が大きくなることがわかる。スケール密度が２．５ｇ／Ｌ以下である場合、金属管２に付着しているスケールが完全に除去され、超音波による洗浄性は極めて良好である。スケール密度が２．５ｇ／Ｌを超えると、金属管２にスケールの一部が残存する（洗浄残り）。スケール密度が５．０ｇ／Ｌを超えると、超音波による洗浄性は不良となる。よって、洗浄液３中のスケール密度は２．５ｇ／Ｌ以下であることが好ましい。
【００９９】
図８は、洗浄処理された金属管２の表面積と、洗浄液３のスケール密度と、洗浄槽１０への洗浄液３の供給量との関係を示すグラフである。図８における供給量の条件は、供給なし、２０Ｌ／ｍｉｎ、４０Ｌ／ｍｉｎである。洗浄槽１０内の洗浄液３には、周波数３８ｋＨｚ及び音圧１２０ｍＶの超音波を照射した。
【０１００】
図８より、洗浄槽１０への洗浄液３の供給を行わなかった場合、処理表面積が４０００ｍ２程度で、洗浄液３のスケール密度が２．０ｇ／Ｌ弱となる。図８に示す近似直線を延長すると、処理表面積が５０００ｍ２程度になったときに、スケール密度が２．５ｇ／Ｌに到達すると考えられる。上述したように、スケール密度が２．５ｇ／Ｌを超えると洗浄残りが発生し始めることから、洗浄槽１０への洗浄液３の供給を行わない場合、処理表面積が５０００ｍ２程度となった段階で、洗浄槽１０内の洗浄液３の交換が必要になると考えられる。
【０１０１】
洗浄槽１０への洗浄液３の供給を行う場合、供給量とほぼ同量の洗浄液３が洗浄槽１０からオーバーフローし、洗浄槽１０内の洗浄液３が徐々に入れ替えられる。図８より、洗浄槽１０への洗浄液３の供給を行った場合、処理表面積が６０００ｍ２に達しても、洗浄液３のスケール密度は、１．０ｇ／Ｌ以下である。よって、洗浄槽１０への洗浄液３の供給を行う場合、洗浄槽１０への洗浄液３の供給を行わない場合と比較して、洗浄槽１０内の洗浄液３の交換間隔が長くなる。洗浄槽１０に対する洗浄液３の供給量が４０Ｌ／ｍｉｎである場合は、供給量が２０Ｌ／ｍｉｎである場合と比較して、スケール密度の増加速度が小さくなり、洗浄槽１０内の洗浄液３の交換間隔がより長くなる。
【０１０２】
図７及び図８からわかるように、貯留量が約１２０００Ｌの洗浄槽１０に対して洗浄液３を供給する場合、その供給量を２０Ｌ／ｍｉｎ以上とすることが好ましく、４０Ｌ／ｍｉｎ以上とすることがより好ましい。これらの供給量を貯留量（約１２０００Ｌ）に対する割合に換算して、洗浄槽１０への洗浄液３の１分間当たりの供給量は、好ましくは、洗浄槽１０における洗浄液３の貯留量の０．１７％以上であり、より好ましくは当該貯留量の０．３３％以上である。これにより、洗浄液３のスケール密度を２．５ｇ／Ｌ以下に長く維持することができる。よって、洗浄槽１０内の洗浄液３の交換間隔が長くなり、洗浄液３の交換回数を減少させることができる。
【０１０３】
［実施形態の効果］
本実施形態では、金属管２が浸漬される洗浄液３にファインバブルを発生させることにより、洗浄液３中の超音波を散乱させ、３次元的に伝搬させることができる。これにより、金属管２の洗浄性が向上する。また、本実施形態では、洗浄液３中の溶存気体をファインバブル化することで、洗浄液３の溶存酸素濃度が５．２ｍｇ／Ｌ以下まで低下する。よって、図５を参照して説明したように、良好な超音波洗浄性を確保することができる。
【０１０４】
本実施形態では、金属管２の浸漬工程において、洗浄槽１０への洗浄液３の供給、及び洗浄槽１０からの洗浄液３の排出が連続して行われる。これにより、金属管２から剥離したスケールが洗浄液３とともに洗浄槽１０から排出される一方、新たな洗浄液３が洗浄槽１０に供給される。よって、図７及び図８を参照して説明したように、洗浄液３のスケール密度の増加を抑制することができ、超音波の減衰を低減することができる。このため、金属管２の超音波洗浄において、高い洗浄性を確保することができる。
【０１０５】
本実施形態において、洗浄液３の溶存酸素濃度は、好ましくは４．５ｍｇ／Ｌ以下、より好ましくは４．２ｍｇ／Ｌ以下である。これにより、広い音圧領域で、超音波洗浄性を向上させることができる。
【０１０６】
本実施形態において、洗浄槽１０への洗浄液３の１分間当たりの供給量は、洗浄槽１０における洗浄液３の貯留量に対し、好ましくは０．１７％以上１．２５％以下、より好ましくは０．１７％以上０．８３％以下、さらに好ましくは０．３３％以上０．８３％以下である。これにより、洗浄液３の溶存酸素濃度が好ましい範囲に維持されるとともに、洗浄液３のスケール密度の増加を抑制することができる。よって、超音波洗浄性をさらに向上させることができる。
【０１０７】
本実施形態において、洗浄槽１０の底面は、長手方向の一端部から他端部に向かって傾斜する傾斜面である。これにより、金属管２の内部に洗浄液３が侵入しやすくなり、金属管２の内周面を確実に洗浄することができる。
【０１０８】
本実施形態において、超音波照射機構４０は、好ましくは周波数掃引機能を有する。これにより、金属管２の洗浄効率を向上させることができる。
【０１０９】
詳述すると、ファインバブルを含む微小気泡に対して超音波を印加した場合、微小気泡に対してＢｊｅｒｋｎｅｓ力と呼ばれる力が作用し、微小気泡は、その直径に応じて超音波の腹や節に引き寄せられる。周波数共振径２Ｒ０以下の気泡径を有する微小気泡は、超音波の腹に引き寄せられ、キャビテーション洗浄に寄与することができる。超音波照射機構４０の周波数掃引機能によって超音波の周波数が変化した場合、周波数の変化に応じて周波数共振径２Ｒ０が変動し、キャビテーション洗浄に寄与する微小気泡が増加する。よって、多くの微小気泡をキャビテーションの核として利用することができる。これにより、金属管２の洗浄効率が向上する。
【０１１０】
超音波の波長が照射物体の厚みに対応する波長の１／４となったとき、超音波は照射物体を透過する。よって、超音波照射機構４０が周波数を適切な範囲で掃引しながら超音波を印加することにより、金属管２の周壁を透過する超音波を増加させることができる。よって、金属管２の洗浄効率が向上する。
【０１１１】
ところで、超音波は、照射物体に垂直入射されるだけでなく、多重反射を繰り返しながら伝播する。そのため、一定の音場は、形成されにくい傾向にある。これに対し、超音波照射機構４０の周波数掃引機能によれば、特定の周波数を中心として±０．１ｋＨｚ〜±１０ｋＨｚの範囲で周波数を掃引しつつ、洗浄液３中に超音波を照射する。これにより、金属管２の様々な位置で、超音波の波長が金属管２の肉厚に対応する波長の１／４であるという条件が満たされる。このため、金属管２の様々な位置で、金属管２の外側から内側へと超音波を透過させることができる。
【０１１２】
以上、本開示に係る実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。
【０１１３】
本実施形態では、金属管２の浸漬工程、洗浄槽１０への洗浄液３の供給工程、及び洗浄槽１０からの洗浄液３の排出工程を同時に実施していたが、これらの工程は、必ずしも同時に実施される必要はない。また、洗浄槽１０における洗浄液３の供給又は排出は、連続的に行われなくてもよい。例えば、洗浄槽１０への洗浄液３の供給を停止した状態で、金属管２を洗浄液３に浸漬すると、金属管２の体積分、洗浄槽１０内の洗浄液３の液面が上昇して基準液面Ｓを超える場合がある。このとき、基準液面Ｓを超えた高さに相当する量の洗浄液３が洗浄槽１０から排出される。ここで、洗浄槽１０内の洗浄液３には、金属管２の出し入れに伴い洗浄液３が撹拌されることや、配管５１，５２を介して洗浄槽１０とファインバブル発生装置５３との間で洗浄液３が循環されることにより、常に、スケールがまんべんなく分散及び浮遊している。よって、洗浄槽１０からは、スケールが分散及び浮遊する洗浄液３が排出されることとなる。金属管２を引き上げた後、洗浄液３の量が減少した洗浄槽１０内に新たな洗浄液３を供給すれば、洗浄槽１０内の洗浄液３のスケール密度は低下する。このように、浸漬工程、供給工程、及び排出工程を同時に実施しなくても、スケール密度の上昇を抑制することが可能である。
【実施例】
【０１１４】
以下、実施例によって本開示をさらに詳しく説明する。ただし、本開示は、以下の実施例に限定されるものではない。【０１１５】
図１から図３に示す洗浄装置１を用いて、多数の金属管２の超音波洗浄を実施した結果について、４日間分評価した。各金属管２は、冷間引抜加工後に熱処理を施し、その後酸洗処理を施したものである。各金属管２は、３８ｍｍ〜９５ｍｍの外径を有する。また、各金属管２は、オーステナイト系ステンレス鋼管であり、以下の化学組成を有する。
［化学組成］
質量％で、
Ｃ：０．０７〜０．１３％、
Ｓｉ：０．３０％以下、
Ｍｎ：１．０％以下、
Ｐ：０．０４０％以下、
Ｓ：０．０１０％以下、
Ｎｉ：７．５〜１０．５％、
Ｃｒ：１７．０〜１９．０％、
Ｎｂ：０．３０〜０．６０％、及び、
Ｃｕ：２．５〜３．５％
を含有し、
残部がＦｅ及び不純物からなる。【０１１６】
本実施例の洗浄処理では、洗浄槽１０内の洗浄液３に対し、超音波照射機構４０によって超音波を照射し、ファインバブル発生機構５０によってファインバブルを供給した。以下、本実施例における洗浄条件を示す。
［洗浄条件］
・洗浄液：常温の工業用水
・洗浄槽の貯留量：１２０００Ｌ
・超音波の周波数：３８ｋＨｚ
・洗浄槽への洗浄液の供給量：約４０Ｌ／ｍｉｎ【０１１７】
金属管２の洗浄処理において、処理日ごとに、洗浄槽１０内の洗浄液３の超音波の平均音圧及び平均溶存酸素濃度を測定した。平均音圧は、市販の超音波音圧計（（株）カイジョー製音圧レベルモニタ  １９００１Ｄ型）を用いて、５秒間の平均測定値を測定する測定モードで、プローブを洗浄液３の液面から１００ｍｍ水中に入れて測定した。平均溶存酸素量は、市販の溶存酸素濃度計（（株）堀場製作所製、ＬＡＱＵＡ  ＯＭ−７１）を用いて測定した。洗浄処理した金属管２の重量（処理量）、測定結果、及び洗浄性の評価を表１に示す。【０１１８】
【表１】
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【０１１９】
表１に示すように、４日目になると、金属管２の累計処理量が２００トンを超えている。しかしながら、洗浄槽１０内の洗浄液３の平均溶存酸素濃度は、３．５５ｍｇ／Ｌであり、５．２ｍｇ／Ｌ以下に維持されている。また、洗浄液３のスケール密度は、０．１０８ｇ／Ｌであり、洗浄性が低下し始める２．５ｇ／Ｌを超えていない。このため、４日間にわたって洗浄性は良好であった。よって、本開示に係る洗浄方法及び洗浄装置によれば、高い超音波洗浄性を確保できることが確認された。
【符号の説明】
【０１２０】
１：洗浄装置
２：金属管
３：洗浄液
１０：洗浄槽
２０：供給機構
３０：排水機構
４０：超音波照射機構
５０：ファインバブル発生機構
【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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【国際調査報告】
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