JP2007125657A - 金属構造物の加工装置および加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電解加工によって電解液の消費が少なくかつ加工速度の速い施工ができる金属構造物の除去切断加工装置および加工方法を提供する。
【解決手段】加工電極１０を備え加工対象物である金属構造物５の表面に設置されて加工電極１０と金属構造物５の間に電解液環境を形成する加工ヘッド１０１と、加工電極１０と金属構造物５の間に直流電圧を印加する電源装置１２と、加工ヘッド１０１に接続されて加工ヘッド１０１から電解液７を回収する電解液回収経路３４と、加工ヘッド１０１に接続されて加工ヘッド１０１に電解液７を供給する電解液供給経路３３と、電解液回収経路３４および電解液供給経路３３に接続されて回収された電解液７を再使用するための成分の調整を行うするための電解液再生システム２２とを備えている構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、原子炉内構造物等の金属構造物に対して切断除去等の加工を行う金属構造物の加工装置および加工方法に関する。

大型の金属構造物の保全、補修、廃棄などのための追加工や切断の手段としては、回転刃または砥石などによる切削や研削、研磨剤を高圧で吹き付けるアブレイシブウォータジェット切断、ガスの燃焼やプラズマの熱による溶断などが一般的に用いられている（特許文献１参照）。これらの方法は加工速度が速いのが特徴であり、切断面の加工精度や粗さに対する要求が厳しくない場合には有効である。

ところで原子炉内構造物の加工の場合、水中かつ狭隘な箇所を遠隔操作で加工する必要があるため、上記の方法の内で加工反力の大きな方法は剛性を確保するために装置が大型化するので利用できないことが多い。また、大量の研磨剤が放射性廃棄物となることや、加工時に溶融し飛散した金属による空間線量上昇、膨大な入熱による材料の変質や引張応力の残留など、原子炉内で適用するためには回避しなければならない様々な制約が伴う。

このような条件下ではしばしば放電加工が利用される。放電加工はパルス放電の熱と衝撃力による除去加工で型彫り加工に用いられる。この方法は加工精度が良く、またパルス放電であるため溶断などの方法に比べると入熱量が少ないのが特徴である。しかし、放電加工は溶断などの方法に比べて加工速度が遅い上に、加工工具である電極の放電による磨耗のため交換作業などが必要となるため、施工時間が長くなるというデメリットもある。

一方、放電加工と同様に型彫り加工として一般的に知られる電解加工は、加工対象を電気化学的に溶解させる加工方法で加工速度が速く、かつ加工工具である電極の磨耗も殆どない加工方法である。また、他の加工方法に比べると発生する熱は無視できるほど小さく、加工後の加工面の状態も滑らかである（特許文献２参照）。
特開平８−２８５９９６号公報 特開２００２−２９２５２３号公報

電解加工は、加工対象となる金属部材を陽極とし、加工工具を陰極として、両極間に常に電解液を供給しながら行われる。この加工は通常大気中で金属部材と加工工具全体を閉じ込めて行うため、電解液は周囲に殆ど拡散することなく回収することができ、濃度変化も無視できる程度である。しかし電解加工を大型の金属構造物の加工に適用する場合には、加工方法の都合に合わせて構造物を移動または姿勢変更することは望めないため加工対象全体を閉じ込めることはできない。また特に水中で行われることが多い原子炉内構造物を対象とした作業の場合に、大気中での漏洩と比較して水に拡散した電解液は回収することが困難である。電解液による金属材料や施工環境への影響、これらを回収するためのコスト、および漏洩した電解質の補充を考慮すると、漏洩量を極力少なくする必要がある。

本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、電解加工によって電解液の消費が少なくかつ加工速度の速い施工ができる金属構造物の加工装置および加工方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の金属構造物の加工装置は、加工電極を備え加工対象物である金属構造物の表面に設置されて前記加工電極と前記金属構造物の間に電解液環境を形成する加工ヘッドと、前記加工電極と前記金属構造物の間に直流電圧を印加する電源装置と、前記加工ヘッドに接続されて前記加工ヘッドから電解液を回収する電解液回収配管と、前記加工ヘッドに接続されて前記加工ヘッドに電解液を供給する電解液供給配管と、前記電解液回収経路および前記電解液供給経路に接続されて回収された電解液を再使用するための成分の調整を行うするための電解液再生システムとを備えている構成とする。

また、本発明の金属構造物の加工方法は、加工対象物である金属構造物の表面に加工電極を備えた加工ヘッドを設置する加工ヘッド設置ステップと、この設置された加工ヘッド内に電解液を供給する電解液供給ステップと、この電解液を供給された加工ヘッド内の加工電極及び前記金属構造物に直流電圧を印加する直流電圧印加ステップと、前記加工ヘッド内の電解液を回収する電解液回収ステップと、この回収された電解液を再生して再使用する電解液再生ステップと、を有する加工方法とする。

本発明によれば、電解加工によって電解液の消費が少なくかつ加工速度の速い施工ができる金属構造物の加工装置および加工方法を提供することができる。

以下、本発明に係る金属構造物の加工装置および加工方法の第１ないし第９の実施の形態について、図面を参照して説明する。

（第１の実施の形態）
図１は本実施の形態の金属構造物の加工装置の全体構成を示している。すなわち、水槽１内に加工ヘッド１０１が設置され、加工対象である金属構造物５が陽極、加工電極１０が陰極となるように陽極側リード線１５と陰極側リード線１６によって直流電源１２が接続されている。加工電極１０には中心に電解液ノズル２０が設けら、供給ポンプ２７によって送られる電解液７を電解液ノズル２０によって両極間に供給する。電解液７が周囲に拡散しないように保持容器２１が加工電極１０を取り囲むように配置されており、電解液７は、両極間の通電による電解反応で生成される固体生成物および気体生成物とともに電解液回収経路３４を通して回収ポンプ２８によって吸引回収される。回収された電解液は電解液再生システム２２によって再生され、電解液供給経路３３を通して再度電解液ノズル２０から供給される。これによって電解反応の起きる両極間には生成物が堆積することなく常に新しい電解液７が供給される。

電解液再生システム２２は、電解液７が沈殿槽２３、遠心分離装置２４、蒸発濃縮装置２５および貯蔵槽２６の順に送られるよう構成されている。回収された電解液７はまず沈殿槽２３で比重差によって気体生成物と固体生成物を分離され、遠心分離装置２４で更に固体生成物を取り除いた後、蒸発濃縮装置２５に送られる。ここで必要に応じて回収時より濃縮された電解液７は貯蔵槽２６内で溶質、溶媒の追加によって濃度を調整されて蓄えられる。蒸発濃縮装置２５で濃縮時に生成される水は保持容器２１からの余剰回収分であり、回収余剰水戻し経路３５から水槽１へ戻される。

貯蔵槽２６には、保持容器２１からの漏洩や蒸発濃縮装置２５での過剰濃縮や濃縮不足などによって体積減少や濃度変化が生じた場合に、電解液７の溶質または溶媒の追加を行う調整槽としての役割も果たすため、図示しないが水位計、電気伝導度計、温度計、撹拌装置、溶質追加用配管、溶媒追加用配管などが備えられている。

沈殿槽２３および貯蔵槽２６で分離された気体生成物は、気体生成物排気経路３６ａ，３６ｂからＨＥＰＡフィルタ３０によって更に固形分を除去した上で白金触媒３１を用いて成分中の水素ガスを酸化させ、生成された水は生成水回収経路３８から沈殿槽２３に戻し、残りの気体成分は大気に放出する。沈殿槽２３および遠心分離装置２４によって分離された固体生成物は、固体生成物保管経路３７から固体生成物保管槽２９に移されて一時保管され、最終的には放射性廃棄物として廃棄される。一般に、ＨＥＰＡフィルタは、高通気性防塵フィルタをいい、通気性に優れ、集塵性能に優れさらに経時による性能低下が小さい等の特徴をもつ。

加工ヘッド１０１は図２に示すように、加工電極１０と保持容器２１と金属構造物５に接触して陽極となすための陽極端子１０６とを備え、の他に、加工電極１０を金属構造物５の肉厚方向に送るための電極送り機構１０２と、加工ヘッド１０１を鉛直方向に位置決めするための位置決め機構１０３等によって支持されている。保持容器２１と陽極端子１０６はそれぞれ保持容器押し付け機構１０４および陽極押し付け機構１０５によって金属構造物５に押し付けられる。加工電極１０および陽極端子１０６にはそれぞれ陰極側リード線１６、陽極側リード線１５が接続され、これらが直流電源１２に接続することにより電力が供給される。

保持容器２１は開放端１０７が金属構造物５に対して押し付けられるように配置されており、開放端１０７の反対側は加工電極１０が自由に出入りできるように貫通穴が設けられているが、この貫通穴は電解液７を漏洩させず、かつ加工電極１０の動作を阻害しないような材質でできたシール部材１０８によって境界が保たれている。開放端１０７の周囲には、金属構造物５とこれに押し付けられた保持容器２１との間隙から電解液７が漏洩しないようにシール部材１０９が設けられている。電解液ノズル２０に電解液７を供給するために、加工電極１０には電解液供給経路３３が接続されており、電解液７を回収するために保持容器２１には電解液回収経路３４ａが接続されている。金属構造物５の任意の位置を加工できるように加工ヘッド１０１は移動装置１１０によって移動され位置決めされる。

本実施の形態の金属構造物の加工装置は、供給ポンプ２７および回収ポンプ２８の上流側または下流側には流量や吐出圧力をそれぞれコントロールするために図示しない圧力計、流量計、弁などが付属しているが、これらを用いて供給ポンプ２７による供給流量と回収ポンプ２８による回収流量をそれぞれ個別に制御することにより、保持容器２１から貯留水３に漏洩する電解液７の量をコントロールする。この場合、回収ポンプ２８による回収流量を供給ポンプ２７による供給流量より多くすれば漏洩量は減少する。電解液７は水槽１中の貯留水３を余剰に回収する分希釈されて電解液再生システム２２に送られが、蒸発濃縮装置２５で設定された電解液濃度まで濃縮し、余剰回収分の水を取り除くことができることから、貯蔵槽２６で必要以上に電解質を加えること無く再び供給ポンプ２７によって供給する際の電解液７の濃度をコントロールする。このように電解液の供給・回収・再生のサイクルにより、全加工時間を通して使用する電解質の補充量を抑え、流量と濃度の安定した電解液を供給することができる。

加工ヘッド１０１では、陽極端子１０６が金属構造物５に押し付けられて接触し、電解液ノズル２０から電解液７が供給された状態で、位置決め機構１０３で鉛直方向の位置決めされた後に、電極送り機構１０２によって加工電極１０を金属構造物５に接近させると、電解反応を生じさせるための直流電源１２を電源とする電気回路を形成される。電解加工が進行するにつれ金属構造物５が溶出することによって両極間の間隙が広くなるが、電極送り機構１０２により加工電極１０を移動させることにより、両極の間隙を一定に保つ。

開放端１０７側にシール部材１０９が配置された保持容器２１は、保持容器押し付け機構１０４によって金属構造物５に押し付けられると金属構造物５の形状に合わせてシール部材１０９が変形することにより隙間をうめることができるため、電解液７の漏洩と貯留水３の吸込みによる過剰な希釈回収を防止して部分的に電解液７を保持した空間を作り出すことができる。また保持容器押し付け機構１０４は電極送り機構１０２や陽極押し付け機構１０５の動作と独立しているため押し付け量を制御することができるので、必要に応じて金属構造物５と保持容器２１との間に隙間を作り出すことも可能である。これらにより、加工ヘッド１０１は電解液７の漏洩量、回収時の希釈量を制御しつつ、電解加工を実施することができる。

以上のように本実施の形態の金属構造物の加工装置によれば、貯留水３で満たされた水槽１の中に設置されている金属構造物５を移動させることなく除去加工または切断することができる。また、電解液７を循環再利用し、貯留水３中への漏洩量を低減させ、かつ継続した電解加工を実施できるので、水中に設置された金属構造物５の電解加工による除去加工および切断を電解液７の漏洩量を抑えて効率良く行うことができる。

（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態に係る金属構造物の加工装置を図３を用いて説明する。なお第１の実施の形態と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

本実施の形態は第１の実施の形態の構成に加えて、電解液回収補助ポンプ３２および電解液回収経路３９が保持容器２１から漏洩し水槽１内に溜まった電解液７を回収するように設けられており、代わって電解液再生システム２２の蒸発濃縮装置２５が省略されている。加工ヘッド１０１の構成は図２に示したものと同様である。

このように構成された本実施の形態の金属構造物の加工装置においては、水槽１に満たされた貯留水３を排水した上で、水槽１内に設置されている金属構造物５を移動させることなく除去加工または切断加工する。まず水槽１内の貯留水３を排水してから電解液７の供給・回収を行うため、回収ポンプ２８が保持容器２１から回収する電解液７、および電解液回収補助ポンプ３２が水槽１の底部から回収する電解液７は、希釈されることなく沈殿槽２３に回収することができる。よって電解液７は沈殿槽２３から遠心分離装置２４、貯蔵槽２６の順に送られ、電解液濃縮のための装置は不要となる。また、保持容器２１から漏洩した電解液７は水槽１内の貯留水３に拡散希釈されないため、保持容器２１の性能や供給ポンプ２７と回収ポンプ２８の運転条件に関係なく水槽１内から電解液７の溶質を回収することができる。

本実施の形態の金属構造物の加工装置によれば、加工のために移動することの出来ない金属構造物５を電解加工するために使用する電解液７を循環再利用するためのシステム規模を低減し、かつ電解質７の回収作業を軽減することができる。

（第３の実施の形態）
次に、本発明の第３の実施の形態に係る金属構造物の加工装置を図４および図５を用いて説明する。なお第１、第２の実施の形態と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

本実施の形態の金属構造物の加工装置は、沸騰水型の原子炉２の炉内構造物であるシュラウド６を除去加工または切断するための装置である。すなわち、オペレーションフロア８上には直流電源１２、供給ポンプ２７および電解液再生システム２２が設置されている。炉水４中には加工ヘッド１０１がシュラウド６の周方向に移動させるための旋回装置１１１に搭載されている。旋回装置１１１は上部格子板や炉心支持板、ＣＲＤ（制御防駆動機構）ハウジング１７などいずれかの炉内構造物に固定設置することができるが、図４ではＣＲＤハウジング１７に設置されている。回収ポンプ２８も炉水４中に設置してあり、また図示していないが、加工ヘッド１０１および旋回装置１１１に動力を供給し、かつ動作を制御するための制御盤などもオペレーションフロア８上に設置される。

図５は旋回装置１１１およびこれに搭載された加工ヘッド１０１のの要部を示す水平断面図である。ここでは加工電極１０の形状およびシュラウド６の切断の様子が分かるように、不要な部品を省略して、また一部断面図としている。加工電極１０の先端の陰極面１１はシュラウド６の肉厚方向に対して垂直でない角度で対面するように構成されている。よって加工電極１０の陰極面１１は電極送り機構１０２の送り方向に対しても、また旋回装置１１１の旋回方向１１７に対しても常に斜めである。

このように構成された本実施の形態の金属構造物の加工装置において、まずシュラウド６に対する水平および垂直方向の位置関係が明確な構造物に旋回装置１１１を固定・位置決めすることにより旋回装置１１１の旋回軸はシュラウド６の中心軸と一致させることができ、加工中の旋回動作を加工電極１０の送りや保持容器押し付け機構１０４や陽極押し付け機構１０５の押し付け量などと独立して行うことができる。更に、旋回方向１１７に対して加工電極１０の陰極面１１が常に斜めとなるため、電解加工に寄与する電極面積をより大きくすることができる。電解加工において供給する電流を多くすることにより加工速度を早くすることができるが、電流密度があまり高い条件では電流効率が低下し、かえって加工速度を落とす結果となる。よって電極面積が大きいということは電流密度を上げずに大きな電流を電解加工に用いることができることになり、加工速度を大きくすることができる。また、加工電極１０がシュラウド６を貫通して外面に露出した際の加工溝９を小さくすることができることから、陰極面１１がシュラウド６の肉厚方向に垂直で貫通時に陰極面１１全体が外面に露出してしまう場合に比べて加工溝９からの電解液７の漏洩量を抑えることができる。

本実施の形態によれば、原子炉内構造物であるシュラウド６の電解加工による除去加工および切断において、加工速度が速く、かつ電解液の漏洩量の少ない施工を行うことができる。

（第４の実施の形態）
次に、本発明の第４の実施の形態に係る金属構造物の加工装置を図６を用いて説明する。なお第１、第２、第３の実施の形態と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。図６は旋回装置１１１およびこれに搭載された加工ヘッド１０１の要部を示す水平断面図である。

本実施の形態においては、旋回装置１１１が旋回することによって陰極面１１の長さ当りにシュラウド６と交わる面積が内周近傍と外周近傍で同じとなるように陰極面１１の長さ方向に湾曲を持たせてある。すなわち、陰極面１１形状が平面ではなく陰極面１１の長さ方向（旋回方向）に湾曲した凸曲面を持つ加工電極１０によってシュラウド６を切断する。

このように構成された本実施の形態の金属構造物の加工装置においては、旋回装置１１１が旋回することによって単位面積当りの陰極面１１が除去する金属の体積をシュラウド６の内周近傍と外周近傍で同じにすることができる。陰極単位面積当りの加工速度が一定である場合に、陰極面１１が平面であると単位旋回角度で除去しなければならない金属の体積は外周近傍の方が内周近傍より多くなるため、旋回速度を内周近傍の加工速度に合わせると外周近傍で両極が短絡してしまう恐れがある。逆に外周近傍の加工速度に合わせると、内周近傍では余分な電流が流れることによって加工面形状に悪影響が出る場合がある。陰極面１１を凸に湾曲させることにより旋回装置１１１を一定角速度で旋回させたときの単位面積当りの陰極面１１が除去する金属の体積をシュラウド６の内周近傍と外周近傍で同じにすることができる。

本実施の形態によれば、原子炉内構造物であるシュラウド６の電解加工による除去加工および切断において、一定旋回速度で加工した場合に極間短絡のトラブルが少なく、かつ加工面形状に悪影響の出ない加工を行うことができる。

（第５の実施の形態）
次に、本発明の第５の実施の形態に係る金属構造物の加工方法を図７を用いて説明する。なお第１から第４の実施の形態と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。図７は加工電極１０による加工溝９がシュラウド６を貫通した後に加工電極１０が旋回し、シュラウド６の切断を進めている状態を示している。なお、図中には加工電極１０と電解液７の保持に関わる部品のみを示し、これに関わらない駆動機構などは省略してある。

本実施の形態においては、図示しない駆動機構によって電解液漏洩抑制部材１１２が電解加工によってできたシュラウド６の加工溝９側の加工電極１０と保持容器２１の間に挿入される。この電解液漏洩抑制部材１１２は加工ヘッド１０１の旋回とともに常に加工電極１０と共に移動する。このようにして、シュラウド６の除去あるいは切断加工において、既に加工したシュラウド６にできた加工溝９からの電解液７の漏洩を抑制する。

本実施の形態の金属構造物の加工方法においては、加工電極１０はまずシュラウド６の肉厚方向に加工した後に、旋回して加工を進める際にできる加工溝９からの電解液７の漏洩を電解液漏洩抑制部材１１２の挿入によって抑制することができる。また、電解液漏洩抑制部材１１２は加工ヘッド１０１の一部となり、装置の旋回と共に移動するため、加工によってできる加工溝９全体に挿入する必要がない。

本実施の形態によれば、原子炉内構造物であるシュラウド６の電解加工による除去あるいは切断加工における電解液７の漏洩量を少なくすることができる。

（第６の実施の形態）
次に、本発明の第６の実施の形態に係る金属構造物の加工方法を図８を用いて説明する。なお第１から第５の実施の形態と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。図８は図７と同様に加工電極１０による加工溝９がシュラウド６を貫通した後に加工電極１０が旋回し、シュラウド６の切断を進めている状態を示している。

本実施の形態においては、電解液漏洩抑制部材１１２は加工溝９に挿入された後に、接続されたエアチューブ１１５によって空気が供給され、内部に組み込まれたエアバッグ１１３がシュラウド６の外面にて膨らむようになっている。このようにして、シュラウド６の除去あるいは切断加工において、加工電極１０がシュラウド６を貫通することによってできる穴からの電解液７の漏洩を抑制する。

本実施の形態の金属構造物の加工方法においては、エアバッグ１１３が加工電極１０による貫通部分で膨張することにより、電解液７の漏洩する流路をふさぐ。また供給ポンプ２７と回収ポンプ２８の運転バランスを変化させて回収量過剰の条件にした場合には、エアバッグ１１３が回収ポンプ２８の吸引力により加工溝９の貫通穴に吸着され封止効果を高めることができる。

本実施の形態によれば、原子炉内構造物であるシュラウド６の電解加工による除去あるいは切断加工における電解液７の漏洩量を低減し、かつ炉水４の電解液再生システム２２への混入量を少なくすることができる。

（第７の実施の形態）
次に、本発明の第７の実施の形態に係る金属構造物の加工方法を図９を用いて説明する。なお第１から第６の実施の形態と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。図９は図７、図８と同様に加工電極１０による加工溝９がシュラウド６を貫通した後に加工電極１０が旋回し、シュラウド６の切断を進めている状態を示している。なお、図中には加工電極１０と電解液７の保持に関わる部品のみを示し、これに関わらない駆動機構などは省略してある。

本実施の形態においては、ＳＵＳ３０４やＳＵＳ３１６Ｌなどのシュラウド６と同じ材料でできた帯状の電解液保持部材１１４を、シュラウド６を加工し貫通する部位と一致するように、あらかじめシュラウド６外周部に設置する。このようにしてシュラウド６の除去あるいは切断加工において、加工電極１０がシュラウド６を貫通することによってできる加工溝９の穴からの電解液７の漏洩を抑制する。

本実施の形態の金属構造物の加工方法においては、電解液保持部材１１４は加工電極１０がシュラウド６を貫通した後の貫通穴の蓋の役目を果たすため、ここからの電解液７の漏洩を抑制し、また炉水４の過剰な回収を抑制することができる。また、電解液保持部材１１４はシュラウド６と同じ材料でできていることから、シュラウド６と同様に電解加工によって除去加工される。よって加工電極１０の貫通時、また旋回時に接触して加工ヘッド１０１の動作を阻害したり、加工電極１０がこれをシュラウド６から押し剥がして電解液７が漏洩したりすることがない。

本実施の形態によれば、原子炉内構造物であるシュラウド６の電解加工による除去あるいは切断加工における電解液７の漏洩量を低減し、かつ炉水４の電解液再生システム２２への混入量を少なくすることができる。

（第８の実施の形態）
次に、本発明の第８の実施の形態に係る金属構造物の加工方法を図１０を用いて説明する。なお第１から第７の実施の形態と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。図１０（ａ）および図１０（ｂ）は図７、８、９と同様に加工電極１０による加工溝９がシュラウド６を貫通した後に加工電極１０が旋回し、切断を進めている状態を示している。なお、図中には加工電極１０と電解液７の保持に関わる部品のみを示し、これに関わらない駆動機構などは省略してある。

本実施の形態においては、図１０（ａ）に示すようにＳＵＳ３０４やＳＵＳ３１６Ｌなどのシュラウド６と同じ材料でできた加工溝挿入部材１１６を加工溝９の加工開始位置に挿入する。図１０（ｂ）に示す加工が進行した最終段階では保持容器２１の旋回進行方向側が加工溝９に接近する。加工溝挿入部材１１６がない状態で保持容器２１が加工溝９の上まで達すると、旋回進行方向の反対側で回避した加工溝９からの電解液７の漏洩が旋回進行方向側で発生することになる。これを加工溝挿入部材１１６を加工溝９に挿入することで、図１０（ｃ）のようにシュラウド６の加工対象部位が完全に除去されるまで、保持容器２１は加工溝９に挿入された加工溝挿入部材１１６によって開放部を作ることなく電解液７を保持することができる。こうしてシュラウド６の除去あるいは切断加工において、加工電極１０がシュラウド６を旋回切断する最終過程において加工溝９からの電解液７の漏洩を抑制することができる。また炉水４の過剰な回収を抑制することができる。

本実施の形態によれば、原子炉内構造物であるシュラウド６の電解加工による除去あるいは切断加工における電解液７の漏洩量を低減し、かつ炉水４の回収量を少なくすることができる。

（第９の実施の形態）
次に、本発明の第９の実施の形態に係る金属構造物の加工装置を図１１を用いて説明する。なお第１から第８の実施の形態と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図１１は本実施の形態の金属構造物の加工装置の全体構成を示している。第１の実施の形態の図１に示した構成に加えて、電解液供給配管である電解液供給経路３３および電解液回収配管である電解液回収経路３４にそれぞれ電解液・水切替弁４１，４２を備え、また電解加工用の直流電源１２は放電加工用のパルス電源１４と切り替え使用できるような電源装置１３と置き換わっている。

このように構成された本実施の形態の金属構造物の加工装置においては、電源装置１３を直流電源１２からパルス電源１４に切り替えることにより、電解加工から放電加工に加工方法を切り替えることができる。金属構造物５と加工電極１０の両極間に電解液７を供給する電解液供給経路３３に設けた電解液・水切替弁４１を供給源が貯蔵槽２６から水槽１なるよう水供給用経路４３側に切り替えることにより貯留水３の供給に切り替えることができる。また、電解液回収経路３４に設けた電解液・水切替弁４２を回収先が沈殿槽２３から水槽１となるよう水回収用経路４４側に切り替えることにより、電解液再生システム２２での処理を省略することができる。このようにして、水槽１を満たす貯留水３の電気伝導度が放電加工を行うために十分低い場合において、電解加工と放電加工を併用して金属構造物５を移動させることなく除去あるいは切断加工を行う。

本実施の形態によれば、電解加工と放電加工とを併用することによって金属構造物の除去加工または切断を精密かつ効率良く行うことができる。

本発明の第１の実施の形態の金属構造物の加工装置の構成および物質の流れを示す図。 本発明の第１の実施の形態の金属構造物の加工装置に備えられる加工ヘッドおよび加工ヘッドを保持し駆動する機構の構成を示す図。 本発明の第２の実施の形態の金属構造物の加工装置の構成および物質の流れを示す図。 本発明の第３の実施の形態の金属構造物の加工装置の構成および物質の流れを示す図。 本発明の第３の実施の形態の金属構造物の加工装置の動作を説明する要部断面図。 本発明の第４の実施の形態の金属構造物の加工装置の動作を説明する要部断面図。 本発明の第５の実施の形態の金属構造物の加工方法を説明する要部断面図。 本発明の第６の実施の形態の金属構造物の加工方法を説明する要部断面図。 本発明の第７の実施の形態の金属構造物の加工方法を説明する要部断面図。 本発明の第８の実施の形態の金属構造物の加工方法を示し、（ａ），（ｂ），（ｃ）の順に進行する工程を説明する要部断面図。 本発明の第９の実施の形態の金属構造物の加工装置の構成および物質の流れを示す図。

符号の説明

１…水槽、２…原子炉、３…貯留水、４…炉水、５…金属構造物、６…シュラウド、７…電解液、８…オペレーションフロア、９…加工溝、１０…加工電極、１１…陰極面、１２…直流電源、１３…電源装置、１４…パルス電源、１５…陽極側リード線、１６…陰極側リード線、１７…ＣＲＤハウジング、２０…電解液ノズル、２１…保持容器、２２…電解液再生システム、２３…沈殿槽、２４…遠心分離装置、２５…蒸発濃縮装置、２６…貯蔵槽、２７…供給ポンプ、２８…回収ポンプ、２９…固体生成物保管槽、３０…ＨＥＰＡフィルタ、３１…白金触媒、３２…電解液回収補助ポンプ、３３…電解液供給回路、３４，３９…電解液回収経路、３５…回収余剰水戻し経路、３６ａ，３６ｂ…気体生成物排気経路、３７…固体生成物保管経路、３８…生成水回収経路、４１，４２…電解液・水切替弁、４３…水供給用経路、４４…水回収用経路、１０１…加工ヘッド、１０２…電極送り機構、１０３…位置決め機構、１０４…保持容器押し付け機構、１０５…陽極押し付け機構、１０６…陽極端子、１０７…開放端、１０８，１０９…シール部材、１１０…移動装置、１１１…旋回装置、１１２…電解液漏洩抑制部材、１１３…エアバッグ、１１４…電解液保持部材、１１５…エアチューブ、１１６…加工溝挿入部材、１１７…旋回方向。

Claims (14)

1. 加工電極を備え加工対象物である金属構造物の表面に設置されて前記加工電極と前記金属構造物の間に電解液環境を形成する加工ヘッドと、前記加工電極と前記金属構造物の間に直流電圧を印加する電源装置と、前記加工ヘッドに接続されて前記加工ヘッドから電解液を回収する電解液回収配管と、前記加工ヘッドに接続されて前記加工ヘッドに電解液を供給する電解液供給配管と、前記電解液回収経路および前記電解液供給経路に接続されて回収された電解液を再使用するための成分の調整を行うするための電解液再生システムとを備えていることを特徴とする金属構造物の加工装置。
2. 前記加工ヘッドは、開放端を有して内部に電解液を保持する保持容器を備え、前記開放端を前記金属構造物に接触または近接させることにより電解液の漏洩を防ぐように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の金属構造物の加工装置。
3. 前記電解液再生システムは、前記電解液に含まれる金属イオンまたは固体成分を遠心分離、沈殿濃縮及び膜分離の少なくともいずれか一つの手段により電解液から分離する固体生成物分離機能を有することを特徴とする請求項１に記載の金属構造物の加工装置。
4. 前記電解液再生システムは、前記回収された電解液に含まれる気体生成物を遠心分離、沈殿、膜分離、超音波振動、加熱及び減圧の少なくともいずれか一つの手段により電解液から分離する気体生成物分離機能を有することを特徴とする請求項１に記載の金属構造物の加工装置。
5. 前記電解液再生システムは、逆浸透膜、イオン交換膜を用いる膜分離及び電解液の溶媒と溶質の沸点差を利用する蒸発濃縮の少なくともいずれか一つの手段により前記回収された電解液の濃度を調整する濃度調整機能を有することを特徴とする請求項１に記載の金属構造物の加工装置。
6. 前記保持容器から漏洩した電解液を吸引して前記電解液再生システムに送る電解液回収補助ポンプを備えていることを特徴とする請求項１に記載の金属構造物の加工装置。
7. 前記金属構造物は、円筒形であり前記加工電極を前記金属構造物の円周方向に旋回させる旋回機構と、前記加工電極を前記金属構造物の肉厚方向に送る電極送り機構とを備えていることを特徴とする請求項１に記載の金属構造物の加工装置。
8. 前記加工電極と前記金属構造物に前記直流電源と切替え接続されるパルス電源を備えていることを特徴とする請求項１に記載の金属構造物の加工装置。
9. 前記金属構造物と前記加工ヘッドは水の中に設置され、前記電解液回収経路は前記加工ヘッドから回収された電解液を前記水に戻す切替弁を備え、前記電解液供給経路は前記水を前記加工ヘッドに供給する切替弁を備えていることを特徴とする請求項１に記載の金属構造物の加工装置。
10. 加工対象物である金属構造物の表面に加工電極を備えた加工ヘッドを設置する加工ヘッド設置ステップと、この設置された加工ヘッド内に電解液を供給する電解液供給ステップと、この電解液を供給された加工ヘッド内の加工電極及び前記金属構造物に直流電圧を印加する直流電圧印加ステップと、前記加工ヘッド内の電解液を回収する電解液回収ステップと、この回収された電解液を再生して再使用する電解液再生ステップと、を有することを特徴とする金属構造物の加工方法。
11. 前記加工電極が前記金属構造物を貫通した後に前記貫通部に臨む前記保持容器と前記加工電極の間に電解液漏洩抑制部材を配置することを特徴とする請求項１０記載の金属構造物の加工方法。
12. 前記加工電極の反対側の前記金属構造物の表面に前記加工電極の軌道に沿って電解液保持部材を設置することを特徴とする請求項１０記載の金属構造物の加工方法。
13. 前記電解液保持部材は、電気化学反応において前記金属構造物と同様に加工可能な材料であることを特徴とする請求項１０記載の金属構造物の加工方法。
14. 請求項１に記載の金属構造物の加工装置を用い、前記加工電極が前記金属構造物を貫通した後に、電気化学反応において前記金属構造物と同様に加工可能な加工溝挿入部材を前記貫通部に挿入することを特徴とする請求項１０記載の金属構造物の加工方法。
    

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