JP2007275824A - 循環路洗浄方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】流体使用機器の循環路内の洗浄を効果的かつ強力に行うことができる循環路洗浄方法及び装置を提供する。
【解決手段】循環路７ａ内を一方向（矢印ａ方向）に流れている流体７０を逆方向（矢印ｂ方向）に流れるように切り換え、この切り換え時に、循環炉７ａ内を一方向に流れる流体と循環路７ａ内を逆方向に流れる流体とを衝突させてキャビテーションを発生させ、このキャビテーションにより循環路７ａ内全体を洗浄する。
【選択図】 図６

Description

本発明は、内部に循環路を備えた流体使用機器における循環路を洗浄するため循環路洗浄方法及び装置に関する。

水や油等の流体の循環路を備えた流体使用機器は、冷却水の循環路を備えた金型や各種の熱交換器等多岐にわたり、これら流体使用機器では、流体の入口から出口に向けて流体が循環されている。
しかし、この流体使用機器にあっては、流体使用機器内での流体の流れ方向が入口から出口に向けて一方向のみとなっていたために、循環路内における継手の段差部分や他の屈曲部分においてスケール等の不純物が付着し、これが堆積されて循環路を狭くする等の問題点があった。

この問題点を解決するために、例えば、図１１に示す循環路における水の流通方向を正方向と逆方向に切換える水流切換装置が提案されている（特許文献１参照）。
図１１に示す水流切換装置１０１は、弁本体（図示せず）に、水の供給源１０７にポンプ１０８を介して連続する入口１０２と、水の排出先（濾過器１０９を介して水の供給源１０７に戻る）に連続する出口１０３と、これら入口１０２及び出口１０３に連通し且つ水使用機器１０６の循環路１０６ａに連続する第１出入口１０４及び第２出入口１０５とを備えている。

そして、入口１０２と第１出入口１０４との間には第１開閉弁１３１が設けられ、第１出入口１０４と出口１０３との間には第２開閉弁１３２が設けられ、入口１０２と第２出入口１０５との間には第３開閉弁１３３が設けられ、さらに第２出入口１０５と出口１０３との間には第４開閉弁１３４が設けられている。
ここで、第１開閉弁１３１及び第４開閉弁１３４と、第２開閉弁１３２及び第３開閉弁１３３との開閉は相互に逆位相となっており、且つ各開閉弁１３１〜１３４の開閉動作は同期されている。かかる逆位相での開閉動作は、開閉切換機構１４０によってなされるようになっている。

しかして、供給源１０７から水流切換装置１０１の入口１０２に入った水は、第１開閉弁１３１と第４開閉弁１３４とが開き、且つ第２開閉弁１３２と第３開閉弁１３３とが閉じているときには、正流モードとなり、第１出入口１０４から出て水使用機器１０６の循環路１０６ａ内を矢印ａ方向に循環して第２出入口１０５に入り、出口１０３から出て濾過器１０９を経て供給源１０７に至る。一方、これとは逆に、第１開閉弁１３１と第４開閉弁１３４とが閉じ、且つ第２開閉弁１３２と第３開閉弁１３３とが開いているときには、逆流モードとなり、供給源１０７から水流切換装置１０１の入口１０２に入った水は、第２出入口１０５から出て水使用機器１０６の循環路１０６ａ内を矢印ｂ方向に循環して第１出入口１０４に入り、出口１０３から出て濾過器１０９を経て供給源１０７に至る。

従って、開閉切換機構１４０による各開閉弁の切り換えによって水使用機器１０６の循環路１０６ａ内での循環方向が逆転するようになっている。これにより、水使用機器１０６の循環路１０６ａ内に堆積したスケール等の不純物は逆方向の水流によって除去されて外部へ排出され、循環路１０６ａ内の狭窄や閉鎖を防止することができる。即ち、水使用機器１０６の循環路１０６ａ内を逆方向の水流によって洗浄しているのである。

また、図１１に示す水流切換装置１０１の他に、例えば、図１２乃至図１４に示す水流切換装置も知られている（特許文献２参照）。
図１２乃至図１４に示す水流切換装置２０１は、弁本体２１１に、ポンプ（図示せず）水、油等の流体の供給源（図示せず）に連続する入口２０２と、流体の排出先に連続する出口２０３と、入口２０２及び出口２０３のそれぞれから延びる第１横孔２１２及び第２横孔２１３と、第１横孔２１２及び第２横孔２１３間を連通する第１縦孔２１４及び第２縦孔２１５と、第１縦孔２１４に連通されて入口２０２及び出口２０３に連通し且つ流体使用機器（図示せず）の循環路に連続する第１出入口２０４と、第２縦孔２１５に連通されて入口２０２及び出口２０３に連通し且つ流体使用機器の循環路に連続する第２出入口２０５とを備えている。

そして、入口２０２と第１出入口２０４との間には、第１開閉弁２３１が設けられ、第１出入口２０４と出口２０３との間には、第２開閉弁２３２が設けられ、入口２０２と第２出入口２０５との間には、第３開閉弁２３３が設けられ、さらに第２出入口２０５と出口２０３との間には、第４開閉弁２３４が設けられている。
ここで、第１開閉弁２３１及び第２開閉弁２３２は、第１縦孔２１４内を昇降する第１昇降軸２２１に固定され、第１昇降軸２２１が上昇すると、第１開閉弁２３１が第１縦孔２１４を開くとともに第２開閉弁２３２が第１縦孔２１４を閉じ、第１昇降軸２２１が下降すると、第１開閉弁２３１が第１縦孔２１４を閉じるとともに第２開閉弁２３２が第１縦孔２１４を開くようになっている。一方、第３開閉弁２３３及び第４開閉弁２３４は、第２縦孔２１５内を昇降する第２昇降軸２２２に固定され、第２昇降軸２２２が上昇すると、第３開閉弁２３３が第２縦孔２１５を開くとともに第４開閉弁２３４が第２縦孔２１５を閉じ、第２昇降軸２２２が下降すると、第３開閉弁２３３が第２縦孔２１５を閉じるとともに第４開閉弁２３４が第２縦孔２１５を開くようになっている。

そして、第１開閉弁２３１及び第４開閉弁２３４と、第２開閉弁２３２と第３開閉弁２３３との開閉が逆位相となるように、第１昇降軸２２１の昇降と第２昇降軸２２２の昇降とが開閉切換機構により逆位相に制御されるようになっている。この開閉切換機構は、弁本体２１１の上面であって第１昇降軸２２１と第２昇降軸２２２との間に立設された支軸２２３と、支軸２２３の上端に回動可能に取付けられ、一端に第１昇降軸２２１の上端を遊嵌状態で取付けるとともに、支軸２２３を挟んで第１昇降軸２２１と反対側に第２昇降軸２２２の上端を遊嵌状態で取付けたリンク２２４と、リンク２２４の前記反対側の端部にピストン２４１の上端を回動可能に取付けたエアシリンダ２４０とにより構成されている。図１２乃至図１４において、符号２４２は、ピストン２４１を常時下方に付勢する圧縮ばねである。

このように構成された水流切換装置２０１の作用について説明すると、先ず、図１２に示すように、エアシリンダ２４０のピストン２４１が下方に位置するときには、第１昇降軸２２１が上昇し、第２昇降軸２２２が下降し、正流モードを構成する。この正流モード時にあっては、第１開閉弁２３１及び第４開閉弁２３４が開き、第２開閉弁２３２及び第３開閉弁２３３が閉じ、流体の供給源から入口２０２に入った流体は、第１出入口２０４から流出して流体使用機器の循環路を一方向に循環し、第２出入口２０５に入って出口２０３から流出先に流出する。

また、図１３に示すように、エアシリンダ２４０のピストン２４１が中間位置に位置するときには、第１開閉弁２３１、第２開閉弁２３２、第３開閉弁２３３及び第４開閉弁２３４が昇降方向において入口２０２及び出口２０３間の中心に位置し、リークモードを構成する。このリークモード時にあっては、第１〜第４開閉弁２３１〜２３４が半分程度開いた状態となり、流体の供給源から入口２０２に入った流体は、水流切換装置２０１を通過して出口２０３から流出先に流出する。これにより、流体抵抗がなくなり、流体使用機器への流体による衝撃を緩和できるとともに、入口２０２に連続するポンプへの負荷を低減することができる。

さらに、図１４に示すように、エアシリンダ２４０のピストン２４１が上方に位置するときには、第１昇降軸２２１が下降し、第２昇降軸２２２が上昇し、逆流モードを構成する。この逆流モード時にあっては、第１開閉弁２３１及び第４開閉弁２３４が閉じ、第２開閉弁２３２及び第３開閉弁２３３が開き、流体の供給源から入口２０２に入った流体は、第２出入口２０５から流出して流体使用機器の循環路を正流モード時とは逆方向に循環し、第１出入口２０４に入って出口２０３から流出先に流出する。このように、流体使用機器の循環路内に流体が正逆方向に切り換わるため、循環路内に堆積したスケール等の不純物を円滑に排出することができる。
実公平６−７２３４号公報 特開２００２−１４１４４号公報

しかしながら、これら従来の水流切換装置１０１、２０１にあっては、以下の問題点があった。
即ち、いずれの水流切換装置１０１、２０１にあっても、流体使用機器の循環路内における流体の流れ方向を正逆方向に切り換えることにより、循環路内における継手の段差部分や他の屈曲部分において堆積したスケール等の不純物を排出しているが、未だにその洗浄効果が小さく、循環路内に堆積したスケール等の不純物を排除しきれない場合があった。
従って、本発明は、この問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、流体使用機器の循環路内の洗浄を効果的かつ強力に行うことができる循環路洗浄方法及び装置を提供することにある。

上記問題を解決するため、本発明のうち請求項１に係る循環路洗浄方法は、流体使用機器の循環路内を洗浄する循環路洗浄方法であって、前記循環路内を一方向に流れている流体を逆方向に流れるように切り換え、この切り換え時に、前記循環炉内を一方向に流れる流体と前記循環路内を逆方向に流れる流体とを衝突させてキャビテーションを発生させ、このキャビテーションにより前記循環路内全体を洗浄することを特徴としている。

また、本発明のうち請求項２に係る循環路洗浄方法は、請求項１記載の循環路洗浄方法において、前記循環路内を一方向に流れている流体を逆方向に流れるように切り換える速度を調整することを特徴としている。
更に、本発明のうち請求項３に係る循環路洗浄方法は、請求項１又は２記載の循環路洗浄方法において、前記循環路内を一方向に流れている流体を脈動させることを特徴としている。

加えて、本発明のうち請求項４に係る循環路洗浄方法は、請求項１乃至３のうちいずれか一項に記載の循環路洗浄方法において、前記循環路内を逆方向に流れる流体を脈動させることを特徴としている。
また、本発明のうち請求項５に係る循環路洗浄装置は、流体使用機器の循環路内を洗浄する循環路洗浄装置であって、前記循環路内を一方向に流れている流体を逆方向に流れるように切り換える流体流通方向切換手段と、該流体流通方向切換手段に接続され、前記流体流通方向切換手段による流体の切換速度を調整する切換速度調整手段とを具備することを特徴としている。

更に、本発明のうち請求項６に係る循環路洗浄装置は、請求項５記載の循環路洗浄装置において、前記循環路内を一方向に流れている流体を脈動させる脈動発生手段を備えたことを特徴としている。
また、本発明のうち請求項７に係る循環路洗浄装置は、請求項５又は６記載の循環路洗浄装置において、前記循環路内を逆方向に流れる流体を脈動させる脈動発生手段を備えたことを特徴としている。

本発明のうち請求項１に係る循環路洗浄方法によれば、循環路内を一方向に流れている流体を逆方向に流れるように切り換え、この切り換え時に、循環炉内を一方向に流れる流体と循環路内を逆方向に流れる流体とを衝突させてキャビテーションを発生させ、このキャビテーションにより循環路内全体を洗浄するので、流体使用機器の循環路内の洗浄を効果的かつ強力に行うことができる。

また、本発明のうち請求項２に係る循環路洗浄方法によれば、請求項１記載の循環路洗浄方法において、前記循環路内を一方向に流れている流体を逆方向に流れるように切り換える速度を調整する。これにより、循環炉内を一方向に流れる流体と循環路内を逆方向に流れる流体との衝突により発生するキャビテーションのエネルギーの大きさを調整することができ、循環路内の洗浄力を調整することができる。

更に、本発明のうち請求項３に係る循環路洗浄方法によれば、請求項１又は２記載の循環路洗浄方法において、前記循環路内を一方向に流れている流体を脈動させるので、この脈動時に一方向に流れている流体にキャビテーションを発生させて循環路内全体を洗浄することができ、循環路内の洗浄をより効果的かつ強力に行うことができる。
また、本発明のうち請求項４に係る循環路洗浄方法によれば、請求項１乃至３のうちいずれか一項に記載の循環路洗浄方法において、前記循環路内を逆方向に流れる流体を脈動させるので、この脈動時に逆方向に流れている流体にキャビテーションを発生させて循環路内全体を洗浄することができ、循環路内の洗浄をより一層効果的かつ強力に行うことができる。

更に、本発明のうち請求項５に係る循環路洗浄装置によれば、循環路内を一方向に流れている流体を逆方向に流れるように切り換える流体流通方向切換手段と、流体流通方向切換手段に接続され、流体流通方向切換手段による流体の切換速度を調整する切換速度調整手段とを具備しているので、流体流通方向切換手段による流れ方向の切り換え時に、切換速度調整手段によって流体流通方向切換手段による流体の切換速度を所定の速度以上に調整すると、循環炉内を一方向に流れる流体と循環路内を逆方向に流れる流体とを衝突させてキャビテーションを発生させ、このキャビテーションにより循環路内全体を洗浄できる。そして、切換速度調整手段による切換速度の調整によって、循環路内を一方向に流れる流体と循環路内を逆方向に流れる流体との衝突により発生するキャビテーションのエネルギーの大きさを調整することができ、循環路内の洗浄力を調整することができる。

また、本発明のうち請求項６に係る循環路洗浄装置によれば、請求項５記載の循環路洗浄装置において、前記循環路内を一方向に流れている流体を脈動させる脈動発生手段を備えたので、この脈動時に一方向に流れている流体にキャビテーションを発生させて循環路内全体を洗浄することができ、循環路内の洗浄をより効果的かつ強力に行うことができる。

更に、本発明のうち請求項７に係る循環路洗浄装置によれば、請求項５又は６記載の循環路洗浄装置において、前記循環路内を逆方向に流れる流体を脈動させる脈動発生手段を備えたので、この脈動時に逆方向に流れている流体にキャビテーションを発生させて循環路内全体を洗浄することができ、循環路内の洗浄をより一層効果的かつ強力に行うことができる。

次に本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図１は、本発明に係る循環路洗浄装置の概略図である。図２は、正流モード時の流体の流れを説明するための循環路洗浄装置の模式図である。図３は、リークモード時の流体の流れを説明するための循環路洗浄装置の模式図である。図４は、逆流モード時の流体の流れを説明するための循環路洗浄装置の模式図である。図５は、循環路内の所定ポイントにおける流体の圧力と時間との関係を示すグラフである。図６は、循環路内を流れる流体の様子を示し、（Ａ）は正流モード時の流体の流れる様子、（Ｂ）は切換時の流れの様子、（Ｃ）は逆流モード時の流体の流れる様子をそれぞれ示す説明図である。

図１において、循環路洗浄装置１は、流体使用機器７の循環路７ａ内を洗浄するものであり、循環路７ａ内を矢印ａで示す一方向（正流モード時）に流れている流体を矢印ｂで示す逆方向（逆流モード時）に流れるように切り換える流体流通方向切換装置（流体流通方向切換手段）２を備えている。
この流体流通方向切換装置２は、図１乃至図４に示すように、一体部材で構成されたステンレス鋳鋼製の弁本体１１に、ポンプ９を介して水、油等の流体の供給源８に連続する入口３と、流体の流出先（濾過器１０を介して流体の供給源８に戻る）に連続する出口４と、入口３及び出口４のそれぞれから延びる第１横孔１２及び第２横孔１３と、第１横孔１２及び第２横孔１３間を連通する第１縦孔１４及び第２縦孔１５と、第１縦孔１４に連通されて入口３及び出口４に連通し且つ流体使用機器７の循環路７ａに連続する第１出入口５と、第２縦孔１５に連通されて入口３及び出口４に連通し且つ流体使用機器７の循環路７ａに連続する第２出入口６とを備えている。

そして、入口３と第１出入口５との間には第１開閉弁３１が設けられ、第１出入口５と出口４との間には第２開閉弁３２が設けられ、入口３と第２出入口６との間には第３開閉弁３３が設けられ、さらに第２出入口６と出口４との間には第４開閉弁３４が設けられている。
ここで、第１開閉弁３１及び第２開閉弁３２は、第１縦孔１４内を昇降する第１昇降軸２１に固定され、第１昇降軸２１が上昇すると、第１開閉弁３１が第１縦孔１４を開くとともに第２開閉弁３２が第１縦孔１４を閉じ、第１昇降軸２１が下降すると、第１開閉弁３１が第１縦孔１４を閉じるとともに第２開閉弁３２が第１縦孔１４を開くようになっている。

一方、第３開閉弁３３及び第４開閉弁３４は、第２縦孔１５内を昇降する第２昇降軸２２に固定され、第２昇降軸２２が上昇すると、第３開閉弁３３が第２縦孔１５を開くとともに第４開閉弁３４が第２縦孔１５を閉じ、第２昇降軸２２が下降すると、第３開閉弁３３が第２縦孔１５を閉じるとともに第４開閉弁３４が第２縦孔１５を開くようになっている。

そして、第１開閉弁３１及び第４開閉弁３４と、第２開閉弁３２と第３開閉弁３３との開閉が逆位相となるように、第１昇降軸２１の昇降と第２昇降軸２２の昇降とが開閉切換機構４０により逆位相に制御されるようになっている。
この開閉切換機構４０は、図２乃至図４に示すように、弁本体１１の上面であって第１昇降軸２１と第２昇降軸２２との間に立設された支軸２３と、支軸２３の上端に回動可能に取付けられ、一端に第１昇降軸２１の上端を遊嵌状態で取付けるとともに、支軸２３を挟んで第１昇降軸２１と反対側に第２昇降軸２２の上端を遊嵌状態で取付けたリンク２４と、リンク２４の前記反対側の端部にピストン４２の上端を回動可能に取付けたエアシリンダ４１とにより構成されている。図２乃至図４において、符号４３は、ピストン４２を常時下方に付勢する圧縮ばねである。

そして、開閉切換機構４０のピストン４２には、ピストン４２の上下動、即ち第１昇降軸２１の昇降と第２昇降軸２２の昇降の切換速度を調整する切換速度調整装置５０が接続されている。切換速度調整装置５０によって第１昇降軸２１の昇降と第２昇降軸２２の昇降の切換速度を調整すると、一方向に流れている流体を逆方向に流れる流体に切り換える際の流体の切換速度を調整することになり、この切換速度調整装置５０が請求項５にいう「切換速度調整手段」を構成することになる。
また、ポンプ９と入口３との間の導管には、循環路７ａ内を一方向及び逆方向に流れる流体を脈動させる脈動発生装置６０が接続されている。この脈動発生装置６０による流体の脈動については、後に詳述する。

次に、図１乃至図６を参照して、循環路洗浄装置１による循環路７ａ内の洗浄方法について説明する。
先ず、図２に示すように、エアシリンダ４１のピストン４２が下方に位置するときには、第１開閉弁３１及び第２開閉弁３２を固定した第１昇降軸２１が上昇すると共に第３開閉弁３３及び第４開閉弁３４を固定した第２昇降軸２２が下降し、正流モードを構成している。この正流モード時にあっては、第１開閉弁３１及び第４開閉弁３４が開き、第２開閉弁３２及び第３開閉弁３３が閉じ、図１に示すように、流体の供給源８から流体流通方向切換装置２の入口３に入った流体は、第１出入口５から流出して流体使用機器７の循環路７ａを矢印ａで示す一方向に循環し、流体流通方向切換装置２の第２出入口６に入って出口４から流出先に流出する。

この正流モード時においては、先ず、図６（Ａ）のＡの状態に示すように、流体７０が高速で勢いよく循環路７ａ内に送り込まれ、汚れ７１にぶつかる。そして、流体７０は汚れ７１の隙間７２に入り込む。このＡの状態では、図５のＡの状態に示すように、循環路７ａ内の所定ポイント（汚れ７１の付近）の流体７０の圧力は通常圧のＰ１となっている。

次いで、脈動発生装置６０が作動し、ポンプ９と入口３との間の導管内を流れる流体７０を所定量だけ吸引し、循環路７ａ内の流体７０の圧力を短時間の間に大きく減圧する。この状態を、「脈動後退時」という。図５のＢの状態が、この減圧された状態を示し、循環路７ａ内の所定ポイントにおいて流体７０の圧力はＰ１よりかなり低いＰ２となる。このＢの状態では、図６（Ａ）のＢの状態のように、圧力の低い流体７０の部分が伝播してきて非常に短い時間（１/ １０００秒程度）内に流体７０に含まれる水蒸気と空気の粒が膨張して気泡７３ができる。

そして、一旦減圧された流体７０は元の圧力Ｐ１に戻ろうとし、結果的に図５のＣの状態に示すように、流体７０は所定ポイントにおいて元の通常の圧力Ｐ１を少しだけ超えて圧力Ｐ３にまで増圧される。すると、図６（Ａ）のＣの状態に示すように、圧力の高い流体７０の部分が伝播してきた際に気泡７３がつぶれて圧力集中が起こる。
このように、高速で流れる流体中の圧力の低い部分が気化して非常に短い時間（１/ １０００秒程度）内に小さな蒸気の気泡が生まれ、また非常に短い時間で気泡が消滅する現象を「キャビテーション」という。また、流体の圧力が一旦大きく減圧され、また元の圧力に対して少しだけ増圧され、その現象を繰り返すことを「脈動」という。

そして、図５のＤの状態に示すように、流体７０の所定ポイントの圧力は通常の圧力Ｐ１にまで戻る。このとき、図６（Ａ）のＤの状態に示すように、圧力集中したことによって衝撃波７４が放射状に発生し、その力で汚れ７１を循環路７ａの壁面から剥離する。
次いで、脈動発生装置６０が作動して一旦吸引した所定量の流体をポンプ９と入口３との間の導管内に排出し、循環路７ａ内の流体７０の圧力を増圧する。この状態を、「脈動前進時」という。図５のＥの状態が、この増圧された状態を示し、循環路７ａ内の所定ポイントにおいて流体７０の圧力は通常の圧力Ｐ１より高いＰ４となる。そして、所定時間後に流体７０の圧力は自然に減圧されて図５のＦに示す状態となり、循環路７ａ内の所定ポイントにおいて流体７０の圧力は通常の圧力Ｐ１に戻る。
なお、圧力の低い流体７０の部分が伝播してきできる気泡７３は、循環路７ａの全体にわたって音速と同等の速度で伝播し、キャビテーションによって循環路７ａの全体にわたって洗浄がなされる。また、正流モード時における流体７０の脈動は、１回だけでなはく、繰り返し行なわれる。

次に、正流モード時から開閉切換機構４０が作動し、図３に示すように、エアシリンダ４１のピストン４２が中間位置に位置すると、第１開閉弁３１及び第２開閉弁３２を固定した第１昇降軸２１が図２に示した状態から下降すると共に第３開閉弁３３及び第４開閉弁３４を固定した第２昇降軸２２が上昇し、第１開閉弁３１、第２開閉弁３２、第３開閉弁３３、及び第４開閉弁３４が昇降方向において入口３及び出口４間の中心に位置し、リークモードを構成する。このリークモード時にあっては、第１〜第４開閉弁３１，３２，３３，３４が半分程度開いた状態、即ち入口３、出口４、第１出入口５、及び第２出入口６が相互に連通した状態となり、流体の供給源８から流体流通方向切換装置２の入口３に入った流体は、流体流通方向切換装置２を通過して出口６から流出先に流出する。これにより、流体抵抗がなくなり、流体使用機器への流体による衝撃を緩和することができる。また、入口３に連続するポンプ９にも大きな負荷をかけることはない。

さらに、リークモード時から開閉切換機構４０が作動し、図４に示すように、エアシリンダ４１のピストン４２が上方に位置すると、第１開閉弁３１及び第２開閉弁３２を固定した第２昇降軸２１が図３に示す状態から更に下降すると共に第３開閉弁３３及び第４開閉弁３４を固定した第２昇降軸２２が上昇し、逆流モードを構成する。この逆流モード時にあっては、第１開閉弁３１及び第４開閉弁３４が閉じ、第２開閉弁３２及び第３開閉弁３３が開き、流体の供給源８から流体流通方向切換装置２の入口３に入った流体は、第２出入口６から流出して流体使用機器７の循環路７ａを矢印ｂで示す逆方向に循環し、流体流通方向切換装置２の第１出入口５に入って出口４から流出先に流出する。

ここで、正流モード時から逆流モード時までの開閉弁切換機構４０による第１昇降軸２１の昇降と第２昇降軸２２の昇降の切換速度を、切換速度調整装置５０によって所定の速度以上に調整すると、循環炉７ａ内を矢印ａで示す一方向に流れている流体を循環路７ａ内を矢印ｂで示す逆方向に流れる流体に切り換える際の流体の切換速度が所定速度以上となり、一方向に流れる流体と逆方向に流れる流体とを衝突させてキャビテーションを発生させ、このキャビテーションにより循環路７ａ内全体を効果的かつ強力に洗浄できることになる。以下、この現象について説明する。

この流体の流通方向の切換時、即ち、循環炉７ａ内を矢印ａで示す一方向に流れている流体を循環路７ａ内を矢印ｂで示す逆方向に流れる流体に切り換える際の流体の切換速度を所定速度以上としたときには、リークモード時の後において、図６（Ｂ）に示すように、循環炉７ａ内を矢印ａで示す一方向に流れる流体７０の正流頭部７０ａと循環路７ａ内を矢印ｂで示す逆方向に流れる流体７０の逆流頭部７０ｂとが衝突してキャビテーションが発生する。即ち、流体７０の正流頭部７０ａと流体７０の逆流頭部７０ｂとの衝突部７５付近の循環路７ａ内の所定ポイントおける流体７０の圧力が通常状態である図５のＦの状態から短時間の間に図５のＧの状態となって通常の圧力Ｐ１よりも大きなＰ５に増圧される。そして、この循環路７ａ内の所定ポイントおける逆方向に流れる流体７０の逆流頭部７０ｂ付近の圧力は短時間の間に図５のＨの状態となって通常の圧力Ｐ１よりもかなり低いＰ６に減圧される。このＨの状態では、非常に短い時間（１/ １０００秒程度）内に流体７０に含まれる水蒸気と空気の粒が膨張して気泡（図示せず）ができる。

そして、一旦減圧された逆方向に流れる流体７０は元の通常の圧力Ｐ１に戻ろうとし、結果的に図５のＩの状態に示すように、逆方向に流れる流体７０は循環路７ａ内の所定ポイントにおいて元の通常の圧力Ｐ１を少しだけ超えて圧力Ｐ７にまで増圧される。すると、逆方向に流れる流体７０の圧力の高い部分が伝播してきた際に気泡がつぶれて圧力集中が起こる。これにより、キャビテーションが発生する。

そして、図５のＪの状態に示すように、逆方向に流れる流体７０の循環路７ａ内の所定ポイントの圧力はＰ１にまで戻る。このとき、圧力集中したことによって衝撃波が放射状に発生し、その力で循環路７ａの壁面に付着した汚れをこの壁面から剥離する。
そして、逆方向に流れる流体７０の逆流頭部７０ｂ付近にできる気泡は、循環路７ａの全体にわたって音速と同等の速度で伝播し、気泡の発生とその気泡が消滅するキャビテーションによって循環路７ａの全体にわたって洗浄がなされるのである。

なお、循環路７ａ内を一方向に流れる流体７０と循環路７ａ内を逆方向に流れる流体７０との衝突により発生するキャビテーションのエネルギーの大きさが大きければ大きいほど、衝撃波の力が大きくなり、循環路７ａの洗浄力が大きくなることがわかっている。一方、キャビテーションのエネルギーの大きさが大きすぎると、循環路７ａの壁面に対しての損傷が大きくなってしまうという問題がある。従って、循環路７ａ内を一方向に流れる流体７０と循環路７ａ内を逆方向に流れる流体７０との衝突により発生するキャビテーションのエネルギーの大きさを調整できることが好ましい。

ここで、循環路７ａ内を一方向に流れる流体７０と循環路７ａ内を逆方向に流れる流体７０との衝突により発生するキャビテーションのエネルギーの大きさは、図５においてＧの状態の圧力Ｐ５とＨの状態の圧力Ｐ６との差に依存し、その差圧が大きいほどキャビテーションのエネルギーは大きくなることがわかっている。そして、圧力Ｐ５と圧力Ｐ６との差圧は、流体７０の圧力が通常圧Ｐ１からＰ５に増圧するときの立ち上がり速度が速いほど、大きくなることがわかっている。流体７０の圧力が通常圧Ｐ１からＰ５に増圧するときの立ち上がり速度は、循環炉７ａ内を矢印ａで示す一方向に流れている流体を循環路７ａ内を矢印ｂで示す逆方向に流れる流体に切り換える際の流体の切換速度に依存し、その流体の切換速度が速ければ速いほど、前記立ち上がり速度は速くなる。従って、切換速度調整装置５０によって正流モード時から逆流モード時までの開閉切換機構４０による第１昇降軸２１の昇降と第２昇降軸２２の昇降の切換速度を調整することにより、循環路７ａ内を一方向に流れる流体７０と循環路７ａ内を逆方向に流れる流体７０との衝突により発生するキャビテーションのエネルギーの大きさを調整することができる。これにより、本実施形態にあっては、循環路７ａ内の洗浄力を調整し、循環路７ａの壁面に対しての損傷を最小限に抑制するようにしている。

このように、循環路７ａ内を一方向に流れている流体７０を逆方向に流れるように切り換え、この切り換え時に、循環炉７ａ内を一方向に流れる流体７０と循環路内７ａを逆方向に流れる流体７０とを衝突させてキャビテーションを発生させ、このキャビテーションにより循環路７ａ内全体を洗浄した後は、前述した逆流モードになる。
この逆流モード時にあっては、図６（Ｃ）のＪの状態に示すように、流体７０が高速で勢いよく循環路７ａ内を流れ、残存している汚れ７１に対して正流モード時とは逆方向からぶつかる。そして、流体７０は汚れ７１の隙間７２に入り込む。このＪの状態では、図５のＪの状態に示すように、循環路７ａ内の所定ポイント（汚れ７１の付近）の流体７０の圧力は通常圧のＰ１となっている。

次いで、脈動発生装置６０が作動し、逆流モード時にあっても流体７０を脈動させる。即ち、脈動発生装置６０が作動し、ポンプ９と入口３との間の導管内を流れる流体７０を所定量だけ吸引し、循環路７ａ内の流体７０の圧力を短時間の間に大きく減圧する。図５のＫの状態が、この減圧された状態を示し、循環路７ａ内の所定ポイントにおいて流体７０の圧力はＰ１より低いＰ２となる。このＫの状態では、図６（Ｃ）のＫの状態のように、圧力の低い流体７０の部分が伝播してきて非常に短い時間（１/ １０００秒程度）内に流体７０に含まれる水蒸気と空気の粒が膨張して気泡７３ができる。

そして、一旦減圧された流体７０は元の通常の圧力Ｐ１に戻ろうとし、結果的に図５のＬの状態に示すように、流体７０は所定ポイントにおいて元の通常の圧力Ｐ１を少しだけ超えて圧力Ｐ３にまで増圧される。すると、図６（Ｃ）のＬの状態に示すように、圧力の高い流体７０の部分が伝播してきた際に気泡７３がつぶれて圧力集中が起こる。
そして、図５のＭの状態に示すように、流体７０の所定ポイントの通常の圧力はＰ１にまで戻る。このとき、図６（Ｃ）のＭの状態に示すように、圧力集中したことによって衝撃波７４が放射状に発生し、その力で残存している汚れ７１を循環路７ａの壁面から剥離する。流れが逆転する際に、必ず乱流になるため、剥離された汚れが浮き上がり、流体７０の流れに沿って洗い流されていく。

次いで、脈動発生装置６０が作動して一旦吸引した所定量の流体をポンプ９と入口３との間の導管内に排出する。
なお、圧力の低い流体７０の部分が伝播してきできる気泡７３は、循環路７ａの全体にわたって音速と同等の速度で伝播し、キャビテーションによって循環路７ａの全体にわたって洗浄がなされる。また、逆流モード時における流体７０の脈動も、１回だけでなはく、繰り返し行なわれる。

以上の正流モード、リークモード、逆流モードを繰り返して循環路７ａの洗浄が行われるのである。
なお、言うまでもないが、逆流モード時から正流モード時までの開閉弁切換機構４０による第１昇降軸２１の昇降と第２昇降軸２２の昇降の切換速度を、切換速度調整装置５０によって所定の速度以上に調整すると、循環炉７ａ内を矢印ｂで示す逆方向に流れている流体を循環路７ａ内を矢印ａで示す正方向に流れる流体に切り換える際の流体の切換速度が所定速度以上となり、逆方向に流れる流体と正方向に流れる流体とを衝突させてキャビテーションを発生させ、このキャビテーションにより循環路７ａ内全体を効果的かつ強力に洗浄できることになる。

本実施形態にあっては、循環路７ａ内を矢印ａで示す一方向に流れている流体７０を矢印ｂで示す逆方向に流れるように切り換え、この切り換え時に、循環炉７ａ内を一方向に流れる流体７０と循環路７ａ内を逆方向に流れる流体７０とを衝突させてキャビテーションを発生させ、このキャビテーションにより循環路７ａ内全体を洗浄するので、流体使用機器７の循環路７ａ内の洗浄を効果的かつ強力に行うことができる。

また、本実施形態にあっては、循環路７ａ内を一方向に流れている流体を逆方向に流れるように切り換える速度を調整するようにしているので、循環炉７ａ内を一方向に流れる流体７０と循環路７ａ内を逆方向に流れる流体７０との衝突により発生するキャビテーションのエネルギーの大きさを調整することができ、循環路７ａ内の洗浄力を調整することができる。

更に、本実施形態にあっては、循環路７ａ内を一方向に流れている流体７０を脈動させるので、この脈動時に一方向に流れている流体７０にキャビテーションを発生させて循環路７０ａ内全体を洗浄することができ、循環路７０ａ内の洗浄をより効果的かつ強力に行うことができる。
また、本実施形態にあっては、循環路７ａ内を逆方向に流れる流体７０を脈動させるので、この脈動時に逆方向に流れている流体７０にキャビテーションを発生させて循環路７ａ内全体を洗浄することができ、循環路７ａ内の洗浄をより一層効果的かつ強力に行うことができる。

以上、本実施形態について説明してきたが、本発明はこれに限定されずに、種々の変更、改良を行うことができる。
例えば、循環路７ａ内を一方向に流れている流体７０を必ずしも脈動させなくてもよい。また、循環路７ａ内を逆方向に流れている流体７０を必ずしも脈動させなくてもよい。 また、脈動発生装置６０をポンプ９と入口３との間の導管に接続して、循環路７ａ内を一方向及び逆方向に流れる流体７０を脈動させるようにしているが、一方向に流れる流体７０を脈動させる脈動発生装置と、逆方向に流れる流体７０を脈動させる脈動発生装置とをそれぞれ別個に設けてもよい。

図１乃至図４に示す循環路洗浄装置を用いて、正流モードから逆流モードへの切換、逆流モードから正流モードへの切換、脈動前進、正流モードから逆流モードへの切換、逆流モードから正流モードへの切換、正流モードから逆流モードへの切換、脈動後退を行った。この際に、流体の流れの切換速度を「すごくはやい」場合と、「はやい」場合と、「ふつう」の場合と、「ゆっくり」の場合に変化させ、循環路内の所定ポイントにおける流体の圧力と時間との関係を調査した。図７に流体の流れの切換速度が「すごくはやい」場合の、循環路内の所定ポイントにおける流体の圧力と時間との関係を示し、図８に流体の流れの切換速度が「はやい」場合の、循環路内の所定ポイントにおける流体の圧力と時間との関係を示し、図９に流体の流れの切換速度が「ふつう」場合の、循環路内の所定ポイントにおける流体の圧力と時間との関係を示し、図１０に流体の流れの切換速度が「ゆっくり」場合の、循環路内の所定ポイントにおける流体の圧力と時間との関係を示す。

図７及び図８からわかるように、流体の流れの切換速度が「すごくはやい」場合及び「はやい」場合には、圧力の立ち上がり速度が速く、流体の流れの切換時における流体の差圧が大きい。このため、流体の流れの切換速度が「すごくはやい」場合及び「はやい」場合には、流体の流れを切り換えた際に、流体の衝突により発生するキャビテーションのエネルギーが大きいことがわかる。

一方、図９及び図１０からわかるように、流体の流れの切換速度が「ふつう」場合及び「ゆっくり」場合には、圧力の立ち上がり速度が遅く、流体の流れの切換時における流体の差圧が小さい。このため、流体の流れの切換速度が「ふつう」場合及び「ゆっくり」場合には、流体の流れを切り換えた際に、流体の衝突により発生するキャビテーションのエネルギーが小さいことがわかる。但し、キャビテーションのエネルギーは小さいが、キャビテーションが発生していないわけではない。

本発明に係る循環路洗浄装置の概略図である。 正流モード時の流体の流れを説明するための循環路洗浄装置の模式図である。 リークモード時の流体の流れを説明するための循環路洗浄装置の模式図である。 逆流モード時の流体の流れを説明するための循環路洗浄装置の模式図である。 循環路内の所定ポイントにおける流体の圧力と時間との関係を示すグラフである。 循環路内を流れる流体の様子を示し、（Ａ）は正流モード時の流体の流れる様子、（Ｂ）は切換時の流れの様子、（Ｃ）は逆流モード時の流体の流れる様子をそれぞれ示す説明図である。 実施例において、流体の流れの切換速度が「すごくはやい」場合の、循環路内の所定ポイントにおける流体の圧力と時間との関係を示すグラフである。 実施例において、流体の流れの切換速度が「はやい」場合の、循環路内の所定ポイントにおける流体の圧力と時間との関係を示すグラフである。 実施例において、流体の流れの切換速度が「ふつう」場合の、循環路内の所定ポイントにおける流体の圧力と時間との関係を示すグラフである。 実施例において、流体の流れの切換速度が「ゆっくり」場合の、循環路内の所定ポイントにおける流体の圧力と時間との関係を示すグラフである。 従来例の水流切換装置の概略図である。 正流モード時の流体の流れを説明するための水流切換装置の模式図である。 リークモード時の流体の流れを説明するための水流切換装置の模式図である。 逆流モード時の流体の流れを説明するための水流切換装置の模式図である。

符号の説明

１ 循環路洗浄装置
２ 流体流通方向切換装置
３ 入口
４ 出口
５ 第１出入口
６ 第２出入口
７ 流体使用機器
７ａ 循環路
８ 流体の供給源
９ ポンプ
１０ 濾過器
１１ 弁本体
１２ 第１横孔
１３ 第２横孔
１４ 第１縦孔
１５ 第２縦孔
２１ 第１昇降軸
２２ 第２昇降軸
２３ 支軸
３１ 第１開閉弁
３２ 第２開閉弁
３３ 第３開閉弁
３４ 第４開閉弁
４０ 開閉弁開閉機構
４１ エアシリンダ
４２ ピストン
４３ 圧縮ばね
５０ 切換速度調整装置
７０ 流体
７０ａ 正流頭部
７０ｂ 逆流頭部
７１ 汚れ
７２ 隙間
７３ 気泡
７４ 衝撃波
７５ 衝突部

Claims (7)

1. 流体使用機器の循環路内を洗浄する循環路洗浄方法であって、
   前記循環路内を一方向に流れている流体を逆方向に流れるように切り換え、この切り換え時に、前記循環炉内を一方向に流れる流体と前記循環路内を逆方向に流れる流体とを衝突させてキャビテーションを発生させ、このキャビテーションにより前記循環路内全体を洗浄することを特徴とする循環路洗浄方法。
2. 前記循環路内を一方向に流れている流体を逆方向に流れるように切り換える速度を調整することを特徴とする請求項１記載の循環路洗浄方法。
3. 前記循環路内を一方向に流れている流体を脈動させることを特徴とする請求項１又は２記載の循環路洗浄方法。
4. 前記循環路内を逆方向に流れる流体を脈動させることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一項に記載の循環路洗浄方法。
5. 流体使用機器の循環路内を洗浄する循環路洗浄装置であって、
   前記循環路内を一方向に流れている流体を逆方向に流れるように切り換える流体流通方向切換手段と、
   該流体流通方向切換手段に接続され、前記流体流通方向切換手段による流体の切換速度を調整する切換速度調整手段とを具備することを特徴とする循環路洗浄装置。
6. 前記循環路内を一方向に流れている流体を脈動させる脈動発生手段を備えたことを特徴とする請求項５記載の循環路洗浄装置。
7. 前記循環路内を逆方向に流れる流体を脈動させる脈動発生手段を備えたことを特徴とする請求項５又は６記載の循環路洗浄装置。

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