JP2017013038A - 空撃およびナノバブルによる洗浄装置 - Google Patents

Abstract

【課題】配管系内の洗浄時間の短縮化を図った配管系内の洗浄方法を簡単で安価に提供することを目的とする。
【解決手段】管路で液体の流れ方向を正方向及び逆方向に切り換えるとともに、液体の流れが正方向のとき及び逆方向のときに、それぞれこの液体に向けて気体を注入して管路内に気泡を形成させ、その後の気泡の壊滅時に発生する衝撃によって管路内壁に付着した不純物を除去する構造にした。
【選択図】図１

Description

本発明は、配管の内部に狭窄、沈澱または残留する異物を取り除くための空撃およびナノバブルによる洗浄装置に係るものであり、例えば、熱交換器や金型内部に設けた微細な配管に残留する異物を取り除く洗浄装置に関する。
その動作現象は、人が歯磨きをする時に、口の中に含んだ水をグチュグチュとする様子の如く左右に激しく移動させるのに極めて似ている。

従来、配管は流体が流動する通路であって、その流体により空気配管、水配管、オイル配管または化学薬品配管などに分類される。このような配管が装置に連結されて使用される際、配管自体の材質問題、流体、または装置の用途により配管内部に異物が付着することが避けられなかった。
このような配管内部の残存する異物は、全体的な装置の効率を低下させる問題を引き起こし、インラインに設けられた装備の一部の配管に異物が残留すれば、最悪の場合は装備が汚染され、配管が閉塞されることによりインライン装備の稼働が中止され莫大な経済的な損失を引き起こす。また、このような異物を取り除いて、再び正常的な運転になるようにする段階までには、長期間がかかる問題点があった。

このような問題点を解消しようして提案された方策としては、洗浄液を配管内部に流し込んで自然的な洗浄力で洗浄する技術や、人為的な器具を配管内部に投入して異物を取り除く技術があった。しかし、これらの技術は、配管の洗浄時間が長時間かかることは勿論、機械的な摩擦により配管内部が損傷され、異物残留よりさらに深刻な問題を引き起こしていた。一方、これらの問題点に対応するものとして、ウォーターハンマー現象を活用する方法が下記の特許文献に開示されている。しかしながら、これらの従来技術では、充分な洗浄効果が得られていないのが現状である。

特開２００３−９３９８９号公報「請求項１、２」 特開平７−１７１５３２号公報「請求項１および２」

「特許文献１」は、「ウォーターハンマー洗浄機」であるが、下記のような問題点が存在している。
１） 水撃器による断続された加圧空気と記載されているが、洗浄には、空気パルスを発生させる必要がある。
２） 対象配管サイズが長くて太い場合は、洗浄効果が低下する構造である。
３） 水撃器の後にレギュレーターを設けているが、水撃器の前で圧力調整する方が望ましい。
４） この配管方式の場合は、圧力管理が不十分となり、配管が破損するオソレがある。
５） 入力された選択作業手順と記されているが、手順方式が不明である。
６） 洗浄液タンク内の異物が除去されない場合は、この異物が配管内を循環する可能性がある。
７） 洗浄液の注入方法に問題点が存在している。すなわち、バルブの開閉だけでは、吸入しない。
８） ポンプ側に圧力計も設けていないので。圧力を管理することができない。
９） プンプもケミカル用のポンプが必要となる。
１０）水撃というより真空発生（キャビテーション）と考えられる。
などの欠点がある。

「特許文献２」は「ワークに穿設された孔の洗浄装置及び洗浄方法」であるが、下記のような問題点が存在している。
１） 対象ワークサイズが長くて太いものに対しては、不向きである。
２） 加工ラインが自動工程の場合は、吸い込みが不可能となる。
３） 開閉弁の開閉だけでの衝撃波効果は極めて微力であり、発生とは認められない程度のものである。
４） 排水機能がないので、対象洗浄物が詰まる可能性がある。
５） 急速に閉路とすると配管が破損する可能性が高い。
などの欠点がある。

本発明は前述したような問題点を解決するために案出されたもので、その目的は、配管の内部に損傷を与えずに配管内部の異物を洗浄できるように空撃およびナノバブルによる洗浄装置を提供するところにある。

また、本発明の他の目的は、異物が残存した配管の内部を洗浄するにあたって洗浄時間を短縮できる空撃による洗浄器を提供するところにある。そして、本発明のさらにもう一つの目的は、配管内部の異物を水撃波を用いて配管の内部を損傷せず短時間内に洗浄できるナノバブルによる洗浄機能も提供するところにある。

前述した目的を達成するための本発明に係る空撃およびナノバブルによる洗浄装置は、洗浄液タンクと洗浄される配管との間を洗浄液が選択的に循環されるよう閉回路で構成され、前記洗浄液を加圧するようポンプが設けられた洗浄液供給配管と、一端部には空気圧縮機が設けられており、他端部は前記洗浄液タンクと洗浄される配管を連通する洗浄液供給配管に選択的に連通される空気供給配管と、前記空気配管に設けられ前記空気供給配管Ｐ１を閉鎖する逆送洗浄空撃注入弁第１位置と、逆送洗浄空撃注入弁弁開放する第２位置間で選択的に自動操作される自動開閉弁と、前記空気圧縮機と前記自動開閉弁との間に設けられ、前記自動開閉弁が第２位置に調節された場合、予め入力された値により前記空気圧縮機から加圧空気が吐出される前記空気配管Ｐ１を周期的または非周期的に断続する空撃器と、前記自動開閉弁、前記水撃器及び前記各配管に設けられる弁を予め入力された作業手順に従って選択的に制御する制御手段と、を備えるところに特徴がある。

以上述べた通り、本発明においては、空撃およびナノバブルによる断続された加圧空気が加圧洗浄液に影響を及ぼして水撃波を発生させ、配管内部の異物を洗浄液による洗浄効果と共に、水撃による衝撃波ないし振動により一層望ましい洗浄効果が具現できる。

通常、６〜８時間の洗浄時間がかかる半導体装備の洗浄時間を本発明によっては３０分内外に短縮でき、洗浄の全過程が全自動になされるため、作業が簡便になる特徴がある。

本発明の空撃およびナノバブルによる洗浄装置の系統図である。 本発明の空撃およびナノバブルによる被洗浄管内における送気開始時と洗浄時の管内状況を示すイメージ図である。 本発明のナノバブルによる洗浄のイメージ図である。 本発明のナノバブル混入のイメージ図である。 本発明の空撃およびナノバブルによる洗浄の前後の被洗浄物の状況の比較写真である。

以下、本発明の望ましい実施形態を詳述する。
図１は本発明に係る空撃およびナノバブルによる洗浄装置の系統図である。

図１に示すように、本発明に係る空撃およびナノバブルによる洗浄装置は、空撃現象を用いて配管の内部に狭窄、沈澱、または漂流する残存異物（以下”異物”と称する）を、配管の内部を損傷せず短時間内に除去する。空気供給配管Ｐ１には、空気圧縮機１０、および空気供給配管Ｐ１を予め制御された時間毎に断続する空撃発生器２０が設けられ、空気供給配管Ｐ１は洗浄液供給配管Ｐ２と連通される。

ここで、配管の内部に残存するオソレのある異物は、鉄バクテリアスライム（ｓｔｅｅｌｂａｃｔｅｒｉａ ｓｌｉｍｅ）、錆び、有機物及び無機物などを含む。洗浄液を循環させて洗浄される配管Ｐ４を洗浄する洗浄液供給配管Ｐ２には、洗浄液を加圧するポンプ３０が設けられる。洗浄液タンク４０に充填された洗浄液は、前記ポンプ３０により加圧され、洗浄される配管Ｐ４の内部に残存する異物を取り除くために循環される。ここで、外部から洗浄液を洗浄液タンク４０に貯蔵するために、ポンプ３０と洗浄液循環タンク４０を連通する分岐管Ｐ３が設けられる。

そして、前記洗浄液タンク４０に連通された洗浄液供給配管Ｐ２にはポンプ３０が設けられ、さらに、ナノバブル生成ノズル８０とマスター自動３方弁ＶＭが設けられている。
該マスター自動３方弁ＶＭの２つの出口には、それぞれ、逆送洗浄３方弁Ｖ１と順送洗浄３方弁Ｖ２が設けられている。逆送洗浄３方弁Ｖ１と順送洗浄３方弁Ｖ２は、洗浄される配管Ｐ４に対する洗浄工程により自動開閉されたり手動開閉されたりする。そして、ポンプ３０と洗浄される配管Ｐ４の一端部との間の分岐管３には、逆送洗浄空撃注入弁Ｖ３と順送：洗浄空撃注入弁Ｖ４が設けられている。

逆送洗浄空撃注入弁Ｖ３と順送洗浄空撃注入弁Ｖ４へのそれぞれの入口側には、空気圧縮機１０で加圧された加圧空気が供給されるように空気供給配管Ｐ１が配管されている。
また、この空気供給配管Ｐ１の管路上には、空撃発生器２０を設けている。

本発明の構造において、洗浄液の空撃波を形成させて、さらに望ましい配管の洗浄を具現するために、一端部に空気圧縮機１０の設けられた空気配管Ｐ１の他端部が、洗浄液供給配管Ｐ２の第４弁Ｖであるところの順送洗浄空撃注入弁４と洗浄される配管Ｐ４の一端部との間に連通されている。ここで、実際に洗浄液に空撃波を発生させるための空撃発生器２０は、空気圧縮機１０と空気配管Ｐ１の他端部との間に設けられる。

空撃発生器２０において、制御手段（図示せず）に予め入力されたプログラムによりピストンが１秒当り１〜１０回ほど往復動する。従って、前記空気圧縮機１０から吐出された空気は、空撃発生器２０を通過しつつ流動が制限され、最終的に、このような加圧空気が洗浄液供給配管Ｐ２内を流動する洗浄液に一定に断続された圧力を加えて洗浄液に空撃波を発生させる。

空気配管Ｐ１の他端部との間には、全体的な空気配管Ｐ１を制御手段により自動的に断続するマスター自動３方弁ＶＭが設けられており、前記マスター自動３方弁ＶＭと空気供給配管Ｐ１の他端部との間には制御手段により自動開閉されたり、手動操作の可能な逆送洗浄空撃注入弁Ｖ３と順送洗浄空撃注入弁Ｖ４が設けられている。

ここで、前記マスター自動３方弁ＶＭは、前述した通り、平常時は空気配管Ｐ１を閉鎖する基本位置である第１位置と、制御手段の信号に応じて空気配管Ｐ１を連通させる第２位置との間で自動操作される。

本発明に係る空撃およびナノバブルによる洗浄装置の作動関係を下記の表１に基づき簡単に述べる。本構造は下記の作動関係に限らず、多様に変形され作動されうる。

実施例の１として、手動運転の「運転フロー」に関して、下記に記載する。
１） 操作スイッチにより循環洗浄ポンプ；ＯＮ―ＯＦＦ
２） 操作スイッチによりマスター自動３方弁；Ａ―Ｂ開、Ａ―Ｃ開
３） 操作スイッチにより順送洗浄３方弁；Ｃ―Ａ開、Ｂ―Ａ開
４） 操作スイッチにより逆送洗浄３方弁；Ｂ―Ａ開、Ｃ―Ａ開
５） 操作スイッチにより順送：洗浄空撃注入弁；開
６） 操作スイッチにより逆送洗浄空撃注入弁；開
７） 操作スイッチによりＣＯＭＰ１；運転
手動操作時でも、非常停止および循環タンク高水位により全機器停止となる構造にしている。

実施例の２として、自動運転の「運転フロー」に関して、下記に記載する。
１） 自動運転選択―充填スイッチＯＮにより、
循環洗浄ポンプＯＮ
マスター自動３方弁 Ａ―Ｂ開 最初に順方向の送水を行い
順送洗浄３方弁 Ｃ―Ａ開
逆送洗浄３方弁は、Ａ―Ｂ開
順送洗浄空撃注入弁と逆送洗浄空撃注入弁は両方とも閉
２） 循環タンクの水位を検知後、洗浄可能ＬＡＭＰ点灯
洗浄可能ＬＡＭＰ点灯後、洗浄ボタンＯＮ
洗浄ボタンＯＮにより、順送洗浄３方弁と逆送洗浄３方弁切替タイマー駆動。
３） タイマー設定値（０〜１分設定可能）により、マスター自動３方弁を切り替える。
４） マスター自動３方弁が、順送洗浄３方弁；Ａ―Ｂ開の時は、順送洗浄３方弁；Ｃ―Ａ開とし、逆送洗浄３方弁は、Ａ―Ｂ開とし、循環タンクへの戻り水回路とする。
５） マスター自動３方弁が、逆送洗浄３方弁；Ａ―Ｃの時は、順送洗浄３方弁；Ｂ―Ａ開とし、循環タンクへの戻り水回路とする。
６） 順送：洗浄空撃注入弁は、
マスター自動３方弁が，順送洗浄３方弁；Ａ―Ｂ開で順送洗浄３方弁；Ｃ―Ａ開の時のみ、タイマー設定（０〜３０秒）により、１ショット動作を行い、注入する。
７） 逆送洗浄空撃注入弁は、
マスター自動３方弁が、順送洗浄３方弁；Ａ―Ｃ開で逆送洗浄３方弁；Ｃ―Ａ開の時のみ、タイマー設定（０〜３０秒）により、１ショット動作を行い、注入する。
自動運転の洗浄時間は、０〜８時間の設定が可能であり、自動洗浄の間も非常停止と循環タンクの異常水位により、自動停止する構造にしている。

次に、実施例３として「ナノバブル生成ノズル８０」の活用によるナノバブルによる洗浄方法について述べる。
先ず、「ナノバブル生成ノズル８０」は図１の系統図に示すポンプ３０とマスター自動３方弁ＶＭの間に設置する。

この「ナノバブル生成ノズル８０」によって、ナノバブルを発生させて、被洗浄配管や被洗浄機器であるところの経路内にナノバブルを継続的に送り込む。
（図３および図４参照）

このナノバブルにより、洗浄される配管Ｐ４内部の圧力を空撃発生器２０で発生させる空撃と併用して強制的に変化（昇圧・減圧）させる。
この強烈な圧力の変化によって、洗浄される配管Ｐ４内壁に付着している水垢や異物を物理的に除去する洗浄方法を提供する。

この結果として、給水配管や純水配管などの洗浄剤を使用出来ない配管の洗浄に水だけで、有効な洗浄が可能となる。
化学洗浄が可能な被洗浄対象物に対しては、この化学洗浄を併用することでより効果的な洗浄が可能となる。

実施例１・実施例２および実施例３に示した「空撃およびナノバブルによる洗浄装置」による洗浄の様子は、図２に「本発明の空撃およびナノバブルによる被洗浄管内における送気開始時と洗浄時の管内状況を示すイメージ図」として示している。

そして、これらによる洗浄効果を「図５」に本発明の空撃およびナノバブルによる洗浄の前後の被洗浄物の状況の比較写真で示している。

上記を要約すると、産業上の利用可能性としては、下記のようなものがある。
（１）各種の種類を問わず配管の洗浄とケール除去
（２）熱交換器の洗浄とスケール除去
（３）タービン類の洗浄
（４）食品工場の排水管洗浄とスケール除去
（５）飲料水工場の配管洗浄とスケール除去
（６）地すべり対策として集水管の洗浄
（７）焼却設備等の冷却水配管洗浄・スケール除去
（８）オイルクーラーの冷却水配管洗浄・スケール除去
（９）鋳造・金型冷却水配管の洗浄・スケール除去
（１０）加工機械の切削油配管の洗浄・スケール除去（洗浄水の代わりに油そのものを使用可能）
（１１）雨水・汚水配管の洗浄とスケール除去
（１２）温泉配管の洗浄とスケール除去
（１３）各種受水槽や貯水タンクの洗浄とスケール除去
（１４）一般家庭の水道配管洗浄とスケール除去
（１５）高層マンションなどの水道給排水管の洗浄とスケール除去
（１６）学校・各種施設のプール等の循環洗浄
（１７）エアコンの冷媒配管洗浄
（１８）射出成型機やアルミ加工機械の冷却水配管の洗浄とスケール除去
（１９）一般家庭から重化学工場までの全ての配管の洗浄用とスケール除去
以上のように産業上の利用価値が非常に大きい。

１０：空気圧縮機
２０ 空撃発生器
３０ ポンプ
４０ 洗浄液循環タンク
８０ ナノバブル生成ノズル
Ｇ１ 逆送洗浄圧力計
Ｇ２ 順送洗浄圧力計
Ｐ１ 空気供給配管
Ｐ２ 洗浄液供給配管
Ｐ０ 洗浄液注入管
Ｐ３ 分岐管
Ｐ４ 洗浄される配管
Ｖ１ 逆送洗浄３方弁
Ｖ２ 順送洗浄３方弁
Ｖ３ 逆送洗浄空撃注入弁
Ｖ４ 順送洗浄空撃注入弁
ＶＭ マスター自動３方弁

Claims (3)

1. 洗浄液タンクと洗浄される配管との間を洗浄液が選択的に循環されるよう閉回路で構成され、前記洗浄液を加圧するようポンプが設けられた洗浄液供給配管と、一端部には空気圧縮機が設けられており、他端部は前記洗浄液タンクと洗浄される配管を連通する洗浄液供給配管に選択的に連通される空気供給配管と、前記空気配管に設けられ前記空気供給配管Ｐ１を閉鎖する逆送洗浄空撃注入弁第１位置と、逆送洗浄空撃注入弁開放する第２位置間で選択的に自動操作される自動開閉弁と、前記空気圧縮機と前記自動開閉弁との間に設けられ、前記自動開閉弁が第２位置に調節された場合、予め入力された値により前記空気圧縮機から加圧空気が吐出される前記空気配管Ｐ１を周期的または非周期的に断続する空撃器と、前記自動開閉弁、前記水撃器及び前記各配管に設けられる弁を予め入力された作業手順に従って選択的に制御する制御手段と、を備えることを特徴とする空撃およびナノバブルによる配管洗浄装置。
2. 圧縮空気を外部に設けられているコンプレッサから接続ホースを介し配管洗浄装置内に導入させる導入口、圧縮空気を接続ホースから配管内へ吐出させる吐出口、並びに第１タイマ、第２タイマ、手動用開始／停止スイッチ等を備えてなる操作部を有することを特徴とする請求項１記載の空撃およびナノバブルによる配管洗浄装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の空撃およびナノバブルによる配管洗浄装置を活用して、配管内部を洗浄する洗浄方法。