JP2008062162A - 洗浄方法および洗浄装置 - Google Patents

Abstract

【課題】既設の構造物に保持された液体中の洗浄対象を、分解せずに洗浄できるようにする。
【解決手段】既設の原子炉容器５などの構造物に保持された水２２に接触する洗浄対象表面である原子炉容器５の内面を洗浄するために、原子炉容器５に超音波６を加えて、原子炉容器を振動させ、洗浄対象表面の近傍にキャビテーション７を発生させる。キャビテーション７が消滅すると、原子炉容器５の内面に衝撃波が到達して、原子炉容器５の内面に付着したクラッド８などの不純物が除去される。
【選択図】図１

Description

本発明は、既設の構造物に保持された液体中の洗浄対象を洗浄する方法および洗浄装置に関する。

軽水炉などの原子力プラントの圧力容器、炉内機器、配管のように冷却水に浸漬する機器構造物においては、表面にクラッドが生じたり、冷却水内の不純物（特に放射性のもの）が付着することがあり、洗浄が必要になる。
特開平５−１５８６０号公報 特開平６−２３３２０号公報 特開平６−２９６９４２号公報

近年、超音波を用いた洗浄方法として、洗浄液を満たした洗浄槽に洗浄対象を浸漬し、超音波を照射してキャビテーションを発生させ、このキャビテーションが消滅する際に生じる衝撃波を用いて洗浄する方法が知られるようになった（たとえば特許文献１ないし３参照）。これらの超音波を用いた洗浄方法は、洗浄対象を洗浄槽に入れる必要があり、発電所の機器のように大型のものには適用が困難である。また、取り外しできない機器の洗浄には適用ができない。

したがって、原子力プラントの圧力容器、炉内機器、配管などを洗浄する場合には、圧力容器内に洗浄装置を持ち込んだり、炉内機器や配管内の狭隘部に洗浄装置を挿入したりする必要がある。しかし、洗浄装置を持ち込む作業は、作業員被爆の原因となる可能性がある。また、狭隘部に洗浄装置を挿入する方法は、干渉により周囲の機器構造物の破損を生じるおそれがある。

そこで、本発明は、既設の構造物に保持された液体中の洗浄対象を、分解せずに洗浄できるようにすることを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明は、既設の構造物に保持された液体に接触する洗浄対象表面を洗浄する洗浄方法において、前記洗浄対象表面を備えた洗浄対象物に超音波を加えて、前記洗浄対象物を振動させ、消滅すると前記洗浄対象表面に衝撃波が到達するようなキャビテーションを前記液体中に発生させるキャビテーション発生工程、を有することを特徴とする。

また、本発明は、既設の構造物に保持された液体に接触する洗浄対象表面を洗浄する洗浄方法において、前記洗浄対象表面を備えた洗浄対象物以外の前記液体に接触する物体に超音波を加えて、前記液体中に疎密波を発生させ、消滅すると前記洗浄対象表面に衝撃波が到達するようなキャビテーションを前記液体中に発生させるキャビテーション発生工程、を有することを特徴とする。

また、本発明は、既設の構造物に保持された液体に接触する洗浄対象表面を洗浄する洗浄装置において、前記洗浄対象表面を備えた洗浄対象物に超音波を加えて、前記洗浄対象物を振動させ、消滅すると前記洗浄対象表面に衝撃波が到達するようなキャビテーションを前記液体中に発生させる超音波発生器、を有することを特徴とする。

また、本発明は、既設の構造物に保持された液体に接触する洗浄対象表面を洗浄する洗浄装置において、前記洗浄対象表面を備えた洗浄対象物以外の前記液体に接触する物体に超音波を加えて、前記液体中に疎密波を発生させ、消滅すると前記洗浄対象表面に衝撃波が到達するようなキャビテーションを前記液体中に発生させる超音波発生器、を有することを特徴とする。

本発明によれば、既設の構造物に保持された液体中の洗浄対象を、分解せずに洗浄できる。

本発明に係る洗浄方法の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、同一または類似の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

［第１の実施の形態］
図２は、本発明に係る第１の実施の形態における洗浄装置を原子炉容器とともに示す立断面図である。

原子炉容器５は、支持スカート２１を介してペデスタル部１に取り付けられている。原子炉容器５は、軸が鉛直方向に向いた円筒に、下に開いた半球状部分を有する蓋２５をかぶせた形状をしている。原子炉容器５の内側には、軸が鉛直方向に向いた円筒形のシュラウド２３が配設されている。原子炉容器５とシュラウドの間にはジェットポンプ２４が配設されている。

洗浄装置は、超音波発生器４とアーム部３を有している。アーム部３は、ペデスタル部１に設置されたレール２６に沿って移動可能な旋回部２で保持されていて、さらにアーム部３自体の変形によって、超音波発生器４は、原子炉容器５の外面の広い範囲に接触できるようになっている。なお、超音波発生装置を原子炉容器５の外面に接触させることが可能であれば、アーム部３以外の手段を用いてもよい。

ここでは、原子炉容器５に水２２が蓄えられた状態で、ジェットポンプ２４の近傍で原子炉容器５の内面に付着したクラッド８などの不純物を除去する方法について説明する。

図１は、第１の実施の形態における洗浄対象近傍の拡大立断面図である。

原子炉容器５の外面に接触させた超音波発生器４から、超音波を原子炉容器５に加える。その超音波によって、原子炉容器５の内側に蓄えられた水２２には、キャビテーション７が発生する。このキャビテーション７が消滅する際には、衝撃波が生じ、その衝撃波は原子炉容器５の内面に付着したクラッド８などに到達する。この衝撃波によって、クラッド８などは、原子炉容器５の内面から除去される。

このように、原子炉容器５の外面から超音波を加えることによって、既設の原子炉容器に保持された液体中のシュラウド２３を、分解せずに洗浄することができる。また、シュラウド２３と原子炉容器５の間の狭隘部に洗浄装置を挿入することなく、原子炉容器５の内面を洗浄することができるため、洗浄の際に、このような狭隘部に配設されたジェットポンプ２４などの機器を破損するおそれは小さい。また、原子炉容器５の蓋２５をはずすことなく、原子炉容器５の内部を洗浄することができる。

なお、原子炉容器５の内面から除去されたクラッド８などを、吸い取り装置（図示せず）によって、原子炉容器５に蓄えられた水２２から除去してもよい。

［第２の実施の形態］
図３は、本発明に係る第２の実施の形態における洗浄装置を原子炉容器とともに示す立断面図である。

本実施の形態の洗浄装置は、第１の実施の形態の洗浄装置に、気泡供給手段９を追加したものである。

本実施の形態では、原子炉容器５の蓋２５を取り外した状態で、原子炉容器の上方からキャビテーション７が発生する位置の近傍に気泡供給手段９を挿入する。キャビテーション７が発生する位置に、気泡供給手段９によって気泡１０を供給すると、キャビテーション７の発生効率は向上する。これにより、洗浄効率も向上する。

［第３の実施の形態］
図４は、本発明に係る第３の実施の形態における洗浄装置を配管とともに示す側面図である。図５は、図４の要部拡大側断面図である。

ここでは、原子炉容器に接続された給水配管などの配管１４の内面に付着したクラッド８などを除去する方法を説明する。

配管１４の外面には、洗浄装置が取り付けられている。洗浄装置は、移動装置１６の内側に超音波発生器４を有している。移動装置１６は、たとえばその内側に、配管１４に接する移動用車輪１５を備えていて、配管１４に沿って移動できるようになっている。また、移動装置１６は、配管１４の周方向に回転できるようにしてもよい。

配管１４に、水供給手段５０から水２２が供給された状態で、配管１４の外面に接触させた超音波発生器４から、超音波を配管１４に加える。この超音波によって、配管１４の内側を流れる水２２には、キャビテーション７が発生する。このキャビテーション７が消滅する際に衝撃波が生じ、その衝撃波は、配管１４の内面に付着したクラッド８などに到達する。この衝撃波によって、クラッド８などの不純物は配管１４の内面から除去される。

このように、配管１４の外面から超音波を加えることによって、既設の配管に保持された液体中の洗浄対象である配管内面を、配管を分解することなく、洗浄することができる。また、配管１４の内部に洗浄装置を挿入することなく、配管１４の内面を洗浄することができるため、作業が容易である。

なお、配管１４の内面から除去されたクラッド８などを、配管１４を流れる水２２の下流側に設置したフィルタ（図示せず）によって、水２２中から除去してもよい。

また、洗浄対象位置よりも上流側に、気泡供給手段９を設置してもよい。気泡供給手段９から供給された気泡１０は、水２２の流れにともなってキャビテーション７が発生する位置にまで流れていき、キャビテーションの発生効率を向上させる。これにより、洗浄効率も向上する。

［第４の実施の形態］
図６は、本発明に係る第４の実施の形態における洗浄装置を原子炉容器とともに示す立断面図である。図７は、第４の実施の形態における洗浄装置を、洗浄対象であるシュラウドとともに示す、図６におけるVII−VII矢視横断面図である。

本実施の形態では、シュラウド２３の原子炉容器５に向かう面（外面）を洗浄する方法を説明する。

洗浄装置は、超音波発生器４とアーム部３を有している。本実施の形態では、上部格子板１１上に配設された旋回部２に取り付けられたアーム部３によって、超音波発生器４は、シュラウド２３の内面の広い範囲に接触できるようになっている。なお、超音波発生装置をシュラウド２３の内面に接触させることが可能であれば、アーム部３以外の手段を用いてもよい。

原子炉容器５に水２２が蓄えられた状態で、シュラウド２３の内面に接触させた超音波発生器４から、超音波をシュラウド２３に加えると、この超音波によって、原子炉容器５の内側に蓄えられた水２２には、キャビテーション７が発生する。このキャビテーション７が消滅する際には、衝撃波が生じ、その衝撃波はシュラウド２３の外面に付着したクラッド８などに到達する。この衝撃波によって、クラッド８などは、シュラウド２３の外面から除去される。

このように、シュラウド２３の内面から超音波を加えることによって、既設の原子炉容器に保持された液体中のシュラウド２３の外面を、分解せずに洗浄することができる。超音波を加える位置は、たとえば第１の実施の形態のように、気中でもよいし、本実施の形態のように、液体中でもよい。また、シュラウド２３と原子炉容器５の間の狭隘部に洗浄装置を挿入することなく、シュラウド２３の原子炉容器５に向かう面を洗浄することができるため、洗浄の際に、このような狭隘部に配設されたジェットポンプ２４などの機器を破損するおそれは小さい。

［第５の実施の形態］
図８は、本発明に係る第５の実施の形態における洗浄装置を原子炉容器とともに示す横断面図である。

本実施の形態は、原子炉容器５の内面を洗浄対象とする。洗浄装置は、２つの超音波発生器４を有している。これらの超音波発生器４は、たとえば第１の実施の形態のアームなどによって原子炉容器５の外面に接触されている。

図８には、原子炉容器５に発生する定在波３１も模式的に示している。超音波発生器４は、たとえば、いずれも定在波３１の腹１７の位置で原子炉容器５に接触している。また、超音波発生器４が発生する超音波は、それぞれが原子炉容器５に生じさせる定在波を互いに強めあうように制御されている。たとえば、図８の状態では、２つの超音波発生器４は、定在波３１の隣り合う腹１７の位置を加振しているので、これらの超音波発生器４が発生する超音波の位相は１８０度ずれている。

このように、２つの超音波発生器４が発生する超音波によって原子炉容器５に生じた定在波３１は互いに強めあい、キャビテーションの発生効率は向上する。原子炉容器５に生じる定在波３１は、予め有限要素法などを用いた振動解析によって求めておくことができる。

また、本実施の形態では、超音波を加える位置だけではなく、定在波３１の腹１７の位置でも、原子炉容器５は大きく振動するため、キャビテーションが発生しやすい。このため、たとえば図８のように、腹が８つの定在波３１を発生させる場合には、超音波発生器４１，４２を周方向に４５度の範囲で移動させて洗浄することにより、原子炉容器５の周方向全体を洗浄することができる。

キャビテーションが発生する位置の水圧が高くなると、キャビテーションを発生させるために必要なエネルギーは大きくなる。したがって、超音波発生器４を一つだけ用いる場合には、たとえば原子炉容器５の下部では、上部に比べて超音波発生器４が発生する超音波のエネルギーを高める必要がある。本実施の形態の洗浄方法では、２つの超音波発生器４が発生する超音波によって生じる定在波３１が、互いに強めあうようにするため、それぞれの超音波発生器４が発生する超音波のエネルギーは、超音波発生器４を一つだけ用いる場合に比べて、小さくて済む。

［第６の実施の形態］
図９は、本発明に係る第６の実施の形態における洗浄装置を配管とともに示す側面図である。図１０は、第６の実施の形態における洗浄装置を配管とともに示す、図９におけるＸ−Ｘ矢視拡大断面図である。

本実施の形態の洗浄装置は、配管１４に接触する２つの超音波発生器４１，４２と、振動検出器２８、および、制御器２９を有している。超音波発生器４１，４２および振動検出器２８は、配管に接する移動用車輪１５を備えた移動装置１６により、配管１４に沿って移動可能である。この洗浄装置は、第３の実施の形態の洗浄装置に、超音波発生器、振動検出器２８および制御器２９を追加したものである。

図９には、配管１４に発生する定在波３１も模式的に示している。第１の超音波発生器４１が発生する超音波によって配管１４に生じた定在波３１は、振動検出器２８によって検出される。振動検出器２８によって検出された配管１４の定在波３１の情報は制御器２９に伝達され、制御器２９は、第２の超音波発生器４２が、その定在波３１を強めるような超音波を発生するように第２の超音波発生器４２を制御する。

また、第２の超音波発生器４２は、配管１４の周方向に移動可能としてもよい。第２の超音波発生器４２を、第１の超音波発生器４１が加えた超音波によって生じた定在波３１の腹１７の部分に移動させることにより、より効果的に定在波３１を強めることができる。

このように、２つの超音波発生器４１，４２が発生する超音波によって配管１４に生じた定在波３１は、互いに強めあい、キャビテーション７の発生効率は向上する。

［第７の実施の形態］
図１１は、本発明に係る第７の実施の形態における洗浄装置を原子炉容器とともに示す拡大横断面図である。

ここでは、原子炉容器５とシュラウド２３の間に配設されたジェットポンプ２４の洗浄方法を説明する。

本実施の形態の洗浄装置は、２つの超音波発生器４を有している。これらの超音波発生装置４は、原子炉容器５の外面の異なる位置に取り付けられている。

図１１には、それぞれの超音波発生器４によって原子炉容器５に加えられた超音波によって、原子炉容器５に貯えられた水２２に発生した疎密波３０を模式的に示している。なお、水２２中には、反射などによっても疎密波が発生するが、図示は省略している。

原子炉容器５に加えられた超音波によって発生した疎密波３０は、洗浄対象であるジェットポンプ２４の近傍の黒丸●（符号５１）で示す位置で強め合って、キャビテーションを発生する。このキャビテーションが消滅する際に生じる衝撃波によって、ジェットポンプ２４に付着したクラッド８などが除去される。

このように、既設の原子炉容器に保持された液体中のジェットポンプ２４を、分解せずに、洗浄対象を直接加振することなく、洗浄することができる。また、シュラウド２３と原子炉容器５の間の狭隘部に洗浄装置を挿入することなく、ジェットポンプ２４を洗浄することができるため、洗浄の際に、このような狭隘部に配設されたこれらの機器などを破損するおそれが低減する。

このような洗浄を行うにあたっては、予め、境界要素法や有限要素法などを用いた音響解析によって、超音波発生器４を接触させる位置、および、超音波の位相などを変化させた場合の疎密波３０が強めあう位置を評価しておくことが好ましい。この音響解析によって、特定の洗浄対象に対して、超音波発生器４を接触させる適切な原子炉容器５の位置、および、超音波の位相などを求めることができる。

なお、用いる超音波発生器４は、２つに限定されるものではない。

［第８の実施の形態］
図１２は、本発明に係る第７の実施の形態における洗浄装置を原子炉容器とともに示す横断面図である。

ここでは、第７の実施の形態と同様に、原子炉容器５とシュラウド２３の間に配設されたジェットポンプ２４の洗浄方法を説明する。

第１の超音波発生器４１は水２２の中に位置し、シュラウド２３の内面に接触している。第２の超音波発生器４２は、原子炉容器５の外面に接触している。原子炉容器５に水２２を貯えた状態で、これらの超音波発生器４１，４２から超音波を発生させ、シュラウド２３の外面と原子炉容器５の内面の間に疎密波３０を発生させると、洗浄対象であるジェットポンプ２４の近傍の黒丸●（符号５１）で示す位置で強め合って、キャビテーションを発生する。このキャビテーションが消滅する際の衝撃波によって、ジェットポンプ２４を洗浄することもできる。

洗浄対象は、ジェットポンプ２４に限定されるものではなく、超音波発生器４を接触できる構造物から発生する疎密波３０が伝わる位置に配置されるものであれば、何でもよく、たとえば、燃料支持金具の洗浄にも適用できる。

なお、以上の説明は単なる例示であり、本発明は上述の各実施の形態に限定されず、様々な形態で実施することができる。また、各実施の形態の特徴を組み合わせて実施することもできる。

本発明は、上述の各実施の形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形を採ることができる。たとえば、上述の第１ないし第８の実施の形態の特徴を任意に組み合わせたところの洗浄装置の構成であってもよい。

上述の各実施の形態は、原子力発電プラントを例にして説明したが、超音波によってキャビテーションが発生するような液体を用いているものであれば何にでも適用できる。火力発電プラントや各種製造プラントにおける液体を用いる機器や、ビルの屋上などに設置されている貯水槽、水道の配管などにも適用できる。

また、上述の通り、液体の圧力が高くなると、キャビテーションは発生しにくくなるため、水深が深い海中の機器の除染には、２つ以上の超音波発生器を用いる方法が有効である。

本発明に係る第１の実施の形態における洗浄対象近傍の拡大立断面図である。 本発明に係る第１の実施の形態における洗浄装置を原子炉容器とともに示す立断面図である。 本発明に係る第２の実施の形態における洗浄装置を原子炉容器とともに示す立断面図である。 本発明に係る第３の実施の形態における洗浄装置を配管とともに示す側面図である。 図４の要部拡大側断面図である。 本発明に係る第４の実施の形態における洗浄装置を原子炉容器とともに示す立断面図である。 本発明に係る第４の実施の形態における洗浄装置を、洗浄対象であるシュラウドとともに示す、図６におけるVII−VII矢視横断面図である。 本発明に係る第５の実施の形態における洗浄装置を原子炉容器とともに示す横断面図である。 本発明に係る第６の実施の形態における洗浄装置を配管とともに示す側面図である。 本発明に係る第６の実施の形態における洗浄装置を配管とともに示す、図９におけるＸ−Ｘ矢視拡大断面図である。 本発明に係る第７の実施の形態における洗浄装置を原子炉容器とともに示す拡大横断面図である。 本発明に係る第７の実施の形態における洗浄装置を原子炉容器とともに示す横断面図である。

符号の説明

１…ペデスタル部、２…旋回部、３…アーム部、４，４１，４２…超音波発生器、５…原子炉容器、６…超音波、７…キャビテーション、８…クラッド、９…気泡供給手段、１０…気泡、１１…上部格子板、１４…配管、１５…移動用車輪、１６…移動装置、１７…定在波の腹、２１…支持スカート、２２…水、２３…シュラウド、２４…ジェットポンプ、２５…蓋、２６…レール、２８…振動検出器、２９…制御器、３０…疎密波、３１…定在波、５０…水供給手段

Claims (15)

1. 既設の構造物に保持された液体に接触する洗浄対象表面を洗浄する洗浄方法において、
   前記洗浄対象表面を備えた洗浄対象物に超音波を加えて、前記洗浄対象物を振動させ、消滅すると前記洗浄対象表面に衝撃波が到達するようなキャビテーションを前記液体中に発生させるキャビテーション発生工程、
   を有することを特徴とする洗浄方法。
2. 前記超音波は、前記洗浄対象物に定在波を生じさせることを特徴とする請求項１記載の洗浄方法。
3. 前記超音波は、前記洗浄対象物の２箇所以上から加えられるものであり、
   前記超音波によって前記洗浄対象物に生じる定常波が互いに強めあうように、それぞれの超音波を制御する制御工程、を有することを特徴とする請求項２記載の洗浄方法。
4. 前記超音波には、少なくとも第１および第２の超音波があって、
   前記制御工程は、
   第１の超音波によって前記構造物に生じる定在波を、解析によって求める工程と、
   前記定在波を強めるように、第２の超音波の加振位置、振動数および位相の少なくとも一つを決定する工程と、
   を有することを特徴とする請求項３記載の洗浄方法。
5. 前記超音波には、少なくとも第１および第２の超音波があって、
   前記制御工程は、
   第１の超音波によって前記構造物に生じた定在波を検出する工程と、
   前記定在波を強めるように、第２の超音波の加振位置、振動数および位相の少なくとも一つを決定する工程と、
   を有することを特徴とする請求項３記載の洗浄方法。
6. 前記キャビテーションが発生する位置に気泡を供給する気泡供給工程、
   を有することを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の洗浄方法。
7. 既設の構造物に保持された液体に接触する洗浄対象表面を洗浄する洗浄方法において、
   前記洗浄対象表面を備えた洗浄対象物以外の前記液体に接触する物体に超音波を加えて、前記液体中に疎密波を発生させ、消滅すると前記洗浄対象表面に衝撃波が到達するようなキャビテーションを前記液体中に発生させるキャビテーション発生工程、
   を有することを特徴とする洗浄方法。
8. 前記超音波は、前記物体の２箇所以上から加えられるものであり、
   前記キャビテーションを発生させる位置で、前記超音波によって前記液体中に生じる疎密波が互いに強めあうように、それぞれの超音波を制御する制御工程、
   を有することを特徴とする請求項７記載の洗浄方法。
9. 前記制御工程は、
   前記物体の２箇所以上から加えられる前記超音波によって前記液体中に生じる疎密波を解析によって求める工程、
   を有することを特徴とする請求項８記載の洗浄方法。
10. 既設の構造物に保持された液体に接触する洗浄対象表面を洗浄する洗浄装置において、
    前記洗浄対象表面を備えた洗浄対象物に超音波を加えて、前記洗浄対象物を振動させ、消滅すると前記洗浄対象表面に衝撃波が到達するようなキャビテーションを前記液体中に発生させる超音波発生器、
    を有することを特徴とする洗浄装置。
11. 前記超音波発生器には、少なくとも第１および第２の超音波発生器があって、
    前記第２の超音波発生器が前記洗浄対象物に加える超音波が、前記第１の超音波発生器によって前記構造物に生じる前記定在波を強めるように、前記第２の超音波発生器を制御する制御器、
    を有することを特徴とする請求項１０記載の洗浄装置。
12. 前記第１の超音波発生器によって前記構造物に生じる定在波を検出する検出器と、
    を有することを特徴とする請求項１１記載の洗浄装置。
13. 前記キャビテーションが発生する位置に、気泡を供給する気泡供給手段をさらに有することを特徴とする請求項１０ないし請求項１２のいずれか１項に記載の洗浄装置。
14. 既設の構造物に保持された液体に接触する洗浄対象表面を洗浄する洗浄装置において、
    前記洗浄対象表面を備えた洗浄対象物以外の前記液体に接触する物体に超音波を加えて、前記液体中に疎密波を発生させ、消滅すると前記洗浄対象表面に衝撃波が到達するようなキャビテーションを前記液体中に発生させる超音波発生器、
    を有することを特徴とする洗浄装置。
15. 前記超音波発生器には、少なくとも第１および第２の超音波発生器があって、
    前記第２の超音波発生器が前記洗浄対象物に加える超音波が、前記キャビテーションを発生させる位置で、前記第１の超音波発生器によって前記液体中に生じる疎密波を強めるように、前記第２の超音波発生器を制御する制御器、
    を有することを特徴とする請求項１４記載の洗浄装置。

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