JP2017523329A - 汚染された材料を剥離する装置および方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、汚染された材料を壁から剥離する装置（１０）および方法に関するものであり、装置（１０）は、装置（１０）の支持体システム（１３）を負圧によって壁に固定する吸引プレート（２６）と、円周方向に打撃積層板（１６）を有する第１の回転工具（１４）とを含んでいる。第１の回転工具（１４）に加工方向で前置された第２の回転工具（１８）に、ディスク状に構成された鋸刃（２０）が配置されている。

Description

本発明は、請求項１の前提項に記載されている、汚染された材料を壁から剥離する装置に関する。さらに本発明は、請求項１１の前提項に記載されている、汚染された材料を壁から剥離する方法に関する。

核技術設備の解体では、汚染された廃棄物を最小限に抑えることが最高の優先度を有している。このことは、核技術設備やその部品を外部要因から防護する、コンクリートからなる建築物の床や壁からの効率的な除染にも当てはまる。特許請求に係る発明との関連では、用語を簡略化する都合上、多くの場合において１つの壁だけを取り上げている。しかしながら、常に複数の床や天井も意味する。

部分的には数十年にも及ぶ核技術設備の稼働中に、設備を防護する建築物の内部の仕切面（壁、床、および天井）の汚染が生じる場合がある。したがって、このような建築物は除染後に初めて従来式の仕方により取り壊すことができる。

このような建築物では除染の要諦は、内部の仕切面（壁、床、および天井）の表面を約１０ｍｍの深さまで剥離することにある。その際に剥離される材料は放射性粒子を含んでいるかもしれず、したがって別個に処理される。除染された残りの建築物は、他のあらゆる建築物と同じように取り壊すことができる。

特許文献１は、燃料要素プールの容器壁から層を剥離する装置を示している。容器壁で装置を保持するために、この装置は吸引プレートを有している。層の剥離は、パレットナイフまたはフライス工具として構成される工具によって行われる。

（コンクリート製の）壁の表面の剥離のために、自律的に作動する装置がこれまでに開発されている。

この装置は、ハンマーミルの如く壁の表面を破砕して剥離する。これは遠隔操作可能な支持体システムであって、そこに回転するローラを有する本来の装置が配置される。ローラはその円周に多数の打撃積層板を有している。この装置は”ＡＭＡＮＤＡ”の名称で知られる。

作動中にこの装置は吸盤または吸引プレートによって壁に吸引固定される。作業機器は室壁を自動的に登っていき、その際に段階的に壁の表面を剥離していく。

公知の装置は、たとえば操業停止した原子力発電所の内壁を十分に短期間のうちに除染するためには、性能が十分ではないという欠点がある。さらに、打撃積層板の磨耗、装置のエネルギー消費量、および材料剥離の深さなども依然として満足のいくものではない。

ドイツ特許出願公開第３９１６１８６Ａ１号明細書

本発明の課題は、深さ１０ミリメートルまでのコンクリート表面の剥離を１回の作業工程で可能にする、公知の装置をさらに改良することにある。

この課題は本発明によると、ディスク状に構成されて互いに間隔をおく複数の鋸刃を含む第２の回転工具が打撃ローラに加工方向で前置されていることによって解決される。このとき鋸刃は、冷却剤を必要としないように構成されるのが好ましい。

このことは、本発明の装置が、相前後して配置された、実質的にドラムまたはローラとして構成される２つの回転工具を有することを意味している。回転工具は鋸刃によってまず加工方向に沿った溝を（選択的に１ｍｍから１０ｍｍの深さで）壁に刻む。次いで、打撃積層板を有するように構成された回転工具が、それぞれの溝の間に残っている材料（コンクリート）を最大１０ｍｍの希望される深さまで剥離する。それぞれの溝の間のウェブは、スリットが刻設される前の壁の「閉じた」表面よりもはるかに安定性が低いので、打撃ローラがいっそう迅速、いっそう効率的、かつ少ない磨耗で、希望される深さまで表面を剥離する。相前後して配置された２つの回転工具により、作動時にいっそう少ない圧着力しか必要ない。それにより、システム全体をいっそう軽量かつ小型に寸法設定することができる。

表面のスリット形成と剥離が１回の作業工程で行われるので、全体の加工時間が延びるのではなくむしろ短縮される。

壁への溝の切断は、打撃積層板を有する回転工具のための準備作業工程である。それにより、明らかに大きい剥離深さも可能となる。壁の溝の深さは、実質的に、壁から剥離される層の厚さを表す。このことは、たとえばコンクリートのような壁の非常に硬質の材料の場合にも可能である。

この装置ないし加工装置は壁を完全に自律的に加工し、遠隔操作可能である。この装置は、まず壁に１つの（垂直の）方向で軌道を加工するのが好ましい。次いで、加工装置が上に配置される支持体システムが、事前に加工された軌道の幅だけ壁と平行に変位して、次の軌道が加工される。

加工装置が支持体システムの内部で水平方向に変位可能であることも可能である。それにより、支持体システムを移動させることなく、少なくとも２つの軌道を壁に加工できることを実現することができる。

作業プロセス中に剥離された材料はただちに回収され、ないし吸い出され、それにより、汚染された材料がコントロールされないまま加工装置から外に出ることがない。引き続いて、剥離された材料が規定に準じて処分される。

危険が生じた場合に本装置を基本位置に移してスイッチオフする、電子式の安全停止装置も意図されていてよい。安全停止装置はそのために接触ストリップおよび／または負圧センサを含むことができる。

１つの好ましい実施形態では、鋸刃は硬質の切断材料、たとえばダイヤモンド、ＤＬＣ（＝ダイヤモンドライクカーボン）などで被覆されていることが意図される。それにより、鋸刃の耐用寿命が長くなり、壁のスリット形成のためのエネルギー消費量が削減される。

このとき鋸刃を備えるローラの圧着力は、約８００Ｎで十分である。実験で判明したところでは、鋸刃を備える回転工具は約２４００回転／分の回転数で加工装置において良好な結果をもたらす。

実験では、１セットのダイヤモンド鋸刃で約５００ｍの溝をコンクリート壁に切断／鋸引きすることができた。

さらに１つの実施形態では、（打撃積層板を備える）第１の回転工具の回転軸と、（鋸刃を備える）第２の回転工具の回転軸とは互いに平行に配置されることが意図される。実験で判明したところでは、このような回転軸の配置のとき、１セットの打撃積層板で約４００ｍにわたってコンクリートを剥離することができた。

各ローラの回転軸が互いに平行に延びていると、加工装置が特別にコンパクトになる。

加工装置は、汚染された材料の剥離中に、ロールを用いて壁に沿って案内することができる。

第１および第２の工具はそれぞれ独自の駆動装置を有しているのが好ましい。これはたとえば油圧モータや電動モータであってよい。

両方の回転工具の回転数は相違していてもよい。たとえば、鋸刃を備える第２の回転工具を、打撃積層板を備える第１の回転工具よりも高速で回転させることが可能である。

別案の実施形態では、第１の回転工具の回転軸と第２の回転工具の回転軸とが互いに０°に等しくない角度（好ましくは３０°以上、特別に好ましくは６０°以上）でアライメントされることが意図される。このことは、それぞれの溝の間に残っている剥離されるべき材料に打撃積層板が側方から当たり、それによりウェブが部分的に破壊されて、粉砕ないし打撃除去を低い強度で行えばよくなるという利点がある。それにより、印加しなければならないエネルギーと力は少なくてよく、このことは打撃積層板の耐用寿命を延ばすとともに、エネルギー消費量を削減する。

この実施形態の１つの発展例では、第１の回転工具の回転軸と第２の回転工具の回転軸とが互いに９０°の角度で配置することが意図される。そのためには第１の回転工具を、別個の送り装置によって動かさなくてはならない。この実施形態では、たとえば鋸刃を備える回転工具が垂直方向に延びる溝を壁に切る。

次いで打撃ローラが、それぞれの溝の間に残っている材料の上を水平方向に移動する。このとき第１の回転工具にとっての力の節約が最大であり、打撃積層板の耐用寿命が最長となる。

さらに、加工装置は支持体システムで高さ調節可能に配置されており、支持体システムは床面の上で移動可能であることが意図される。高さ調節可能性のために、支持体システムは、入れ子式に可動の複数の高さ調節可能性のためのシステムを有しているのが好ましく、これらのシステムのうち少なくとも１つは、好ましくは別個の駆動モータにより垂直方向へ繰出し可能である、テレスコピック式に構成された支柱を有している。それにより、支持体システムは、汚染された層の壁からの剥離のために、床面から約４．５メートルの高さまで加工装置を持ち上げることができる。このとき高さ調節可能性のための第２のシステムを、テレスコピック式に構成された支柱の内部で追加的に動かすことができる。

支持体システムは、搬送車両の上にある底面プレートの上に配置するのが好ましい。搬送車両は蓄電池または電源ケーブルによって電気エネルギーの供給を受け、遠隔制御することができる。

搬送車両はキャタピラの上で移動するのが好ましい。それにより、一方では起伏のある下面での牽引を改善するために、および他方では重量を均等に配分するために、床設置面積が広くなる。このような搬送車両は、たとえばピアノや航空機の輸送用として知られており、階段でも上ることができ、その際に、常時水平方向にアライメントされる搬送面を保証する。

さらに、両方の回転工具のための駆動モータは、それぞれ油圧駆動装置を含んでいることが意図され、油圧駆動装置のためにそれぞれ１つの油圧ポンプが好ましくは支持体システムの外部に配置される。支持体システムの外部に油圧ポンプを配置することで、加工装置の重量が削減される。

油圧駆動装置では、油圧エネルギー（圧力^＊容積）が機械的な仕事に変換される。このような駆動装置は以前から周知であり、非常に信頼性が高く、良好に制御、調節することができる。

さらに、複数の吸引プレート（たとえば８つの吸引プレート）を、たとえば空気圧式または電気式に駆動される（作業）シリンダによって壁へと移動可能であることが意図され、真空装置が吸引プレートの下で負圧を生成する。真空装置はそのために、たとえばベンチュリノズルを有することができる。このような真空装置を用いて、壁への吸引プレートの約１７００Ｎの圧着力を生成することができる。それによってのみ、支持体システムが加工中に壁に固定される。汚染された堆積物を壁から剥離するときの力を受け止めるために、それ以外の装置は必要ない。このことは、大幅な時間節約、費用節約、およびコスト節約につながる。

上記以外の利点は、以下の説明および添付の図面から明らかとなる。図面はそれぞれ模式的な形態で次のものを示す。

汚染された材料を壁から剥離する本発明の装置を示すブロック図である。 本発明による装置の加工装置を受容するための支持体システムを示す斜視図である。 加工装置が挿入された図２の支持体システムである。 図２または３の支持体システムを示す正面図である。 第１の実施形態における本発明の装置の加工装置である。 図５の加工装置を示す３つの異なる図面である。 図５および６の加工装置を備える支持体システムの領域を示す側面図である。 支持体システムの全体を示す側面図である。 第２の実施形態における本発明の装置の加工装置である。 第３の実施形態における本発明の装置の加工装置である。 第４の実施形態における本発明の装置の加工装置である。 図１１の第４の実施形態の追加的な変形例である。 図５から７の加工装置の発展例である。

図１は、汚染された材料を壁から剥離する本発明の装置１０を模式的なブロック図として示している。剥離されるべき汚染された材料は、特にコンクリートまたはその他の硬質の、および／または脆性のある建築素材である。

装置１０は、搬送車両（図示せず）により床面の上で移動可能である支持体システム１３に配置された加工装置１２を含んでいる。支持体システム１３はたとえば金属フレームであり、その中に装置１０の重要なコンポーネントが配置されて、１つまたは複数の軸に沿って可動もしくは変位可能である。

図２および３は支持体システム１３の斜視図を示しており、加工装置１２は図２には図示されておらず、加工装置１２のための受容部１１だけが図示されている。図３は、支持体システム１３の全体を示している。図４は、支持体システム１３を正面図として示している。

加工装置１２は図５に斜視図で示されており、円周に打撃積層板１６を有する回転工具１４を含んでいる（たとえば図１および５参照）。この第１の回転工具１４は打撃ローラとして作動するのが好ましい。これに加えて図６は、加工装置１２をさまざまな図面で示しており、図７は、加工装置１２を備える支持体システムの領域を側面図で示している。

さらに加工装置１２は、ディスク状に構成されるとともに互いに間隔をおく鋸刃２０を有する、丸鋸に類似する第２の回転工具１８を含んでいる。

加工装置１２はロール２１により、汚染された材料を剥離している間に壁に沿って案内することができる（図６，７または８参照）。

両方の工具１４，１８は、それぞれ別個の油圧モータ２２により駆動されるのが好ましい。油圧モータ２２を作動させるのに必要な油圧ポンプ２４は、支持体システム１３の外部に配置されるのが好ましい。

支持体システム１３は、複数の吸引プレート２６（たとえば８つの吸引プレート２６）によって壁に固定することができる。吸引プレート２６は、電気式、空気圧式、または油圧式の作業シリンダ５０により、加工されるべき壁へと自動的に移動させることができる。壁と吸引プレート２６との間で真空装置２８によって負圧が生成され、それにより、壁に対する吸引プレート２６の約１７００Ｎの圧着力を生起することができる。真空装置２８は、やはり支持体システム１３の外部に配置されるのが好ましい。

壁から剥離された材料を取り除くために、加工装置１２はハウジングの中に格納されるとともに、吸出し・回収装置３０に接続されている。このハウジングはブラシシールまたはその他のシール材により閉鎖されていてよい。それにより、剥離された材料が、汚染された埃も含めて、加工装置１２の領域から実質的に外に出ないことが保証される。吸出し・回収装置３０の剥離された材料は、引き続き、法律に定める規定に従って処理および／または処分される。

装置１０は完全に自律的に作動し、かつ遠隔制御される。壁でシステマティックに材料を剥離するために、装置１０は２つの操作装置３２，３６を含んでいる。第１の操作装置３２は、駆動モータ３８を介して、加工装置１２を支持体システム１３で垂直方向に変位させる（図２の矢印３４参照）。加工装置１２ないし加工装置１２の受容部１１は、たとえば案内レール３９で案内される。案内レール３９はねじ付きスピンドルとして構成されていてもよく、その場合、受容部１１は雌ねじを有しており、その中でねじ付きスピンドルが駆動モータ３８によって回転する。

第２の操作装置３６により、支持体システム１３を垂直方向で上方に向かって延長することができる。このような高さ調節可能性のために、支持体システム１３はテレスコピック式に構成された支柱４０を有しており、この支柱をたとえば別個の駆動モータ４２によって垂直方向に繰出し可能である（図２参照）。

図５および６は加工装置１２を詳細図として示している。図５では加工装置１２の下側領域に、内部で円周方向に打撃積層板１６を有する第１の回転工具１４が配置されている。第１の回転工具１４はドラムまたはローラとして構成されていてよい。打撃積層板１６は、円周方向で間隔をおきながら回転工具１４に配置されるとともに、好ましくは硬化材料または硬質金属から製作される。作動時に、１セットの打撃積層板１６により約４００ｍにわたって厚さ約１０ｍｍのコンクリート層を剥離することができる。

加工装置１２の上側領域には、すでに述べた互いに間隔をおく鋸刃２０を有する第２の回転工具１８が配置されている。鋸刃２０はダイヤモンド、ＤＬＣ、あるいはその他の非常に硬質の切断物質を装備しているのが好ましい。作動時に、１セットのダイヤモンド鋸刃２０により少なくとも５００ｍの長さにわたって、深さが少なくとも１０ミリメートルの溝をコンクリート壁に鋸引きすることができる。

第１の回転工具１４の回転軸４４と第２の回転工具１８の回転軸４６とは、第１の実施形態では平行に延びている。

汚染された材料を壁から剥離する一例としての本発明の方法は装置１０を利用するものであり、第１の実施形態では次の遠隔操作可能な作業ステップを含んでいる：

搬送車両によって支持体システム１３が壁に接近移動し、このとき支持体システム１３は底面プレートにより搬送車両の上に配置されていてよい。

吸引プレート２６に付属する作業シリンダの操作によって吸引プレート２６が壁に当接する。

支持体システム１３を壁に固定するために真空装置２８の操作によって吸引プレート２６と加工されるべき壁との間で負圧が生成される。次いで、空気圧シリンダ５２によって加工工具が壁へと移動する。

加工装置１２が壁に接近移動し、それにより、まず鋸刃２０を備える回転工具１８、次いで打撃積層板１６を備える回転工具１４が壁を順次加工することができる。

本発明による作業方式は、まず鋸刃２０を備える回転工具１８により溝がコンクリートに鋸引きされることを意図する。次いで、打撃積層板１６を有するように構成された回転工具１４が、それぞれの溝の間に残っているウェブを剥離する。このことはただ１回の作業工程で進行する。このとき鋸引きされる溝の深さが、剥離される壁の層の厚みを実質的に規定する。加工装置が支持体システムの内部で移動経路の最後に到達すると、

支持体システム１３の内部で操作装置３２により、（垂直の）方向に加工装置１２の変位が行われ、それにより、壁の上を垂直方向に延びる軌道が形成される(bearbeitet wird)。

テレスコピック式に構成された支柱４０の垂直方向の繰出しによって、支持体システム１３が延長される。このとき駆動モータ３８が操作される。

最大の高さに達すると、支持体システム１３と加工装置１２が当初の初期位置へと引き下げられる。この位置に到達した後、負圧が解除されることによって吸引プレート２６が壁から外される。次いで、支持体システム１３が軌道幅の分だけ搬送車両により水平方向へ変位する。

作業ステップｂ）からｇ）が反復される。

図９は、装置１０の第２の実施形態における加工装置１２の模式図を示している。第２の実施形態では、両方の回転工具１４，１８の回転軸４４および４６がたとえば０°と３５°の角度で延びている。方法における作動形態は、上に説明した第１の実施形態と同一である。この第２の実施形態は、打撃積層板１６が側方から、すなわち斜めに、それぞれの溝の間に残る剥離されるべき材料に作用することができるという利点がある。その際に少ない力しか印加しなくてよいので、それに伴い、打撃積層板１６の耐用寿命を延ばすことができる。

図１０は、装置１０の第３の実施形態における加工装置１２の模式図を示している。第３の実施形態では、両方の回転工具１４，１８の回転軸４４および４６が９０°の角度で延びている。方法における作業形態は、第３の実施形態では若干異なっている。

方法ステップｄ）が変更されて、まず−周知のとおり−鋸刃２０を備える回転工具１８によって溝がコンクリートに鋸引きされる。次いで、打撃積層板１６を有するように構成された回転工具１４が、それぞれの溝の間に残る層を剥離して、回転工具が溝にわたって直角に動くようにされる（図１０の矢印４８参照）。

そのために、図１０には図示しない追加の変位装置が必要である。このこともただ１回の作業工程でシーケンシャルに進行し、壁上の軌道の垂直方向の加工が連続式に実行される。すなわち、まず壁の部分領域でのみ回転工具１８によって溝が鋸引きされ、この部分領域は回転工具１４の長さを含んでいる。そして、それぞれの溝の間に残る層を回転工具１４が剥離するまで、加工装置１２がそこにとどまる。引き続き、加工装置１２が垂直方向へさらに動く（図１０の矢印３４参照）。第３の実施形態では、第１の回転工具１４にとっての力の節約が最大であり、打撃積層板１６の耐用寿命が最長である。

図１１および１２は、装置１０の第４の実施形態における加工装置１２の模式図を示している。図１１および１２は加工装置１２を平面図として示している。加工装置１２は２つのブロックで図示されている：

第１のブロックは両方の回転工具１４および１８をなしており、第２のブロックは両方の回転工具１４および１８のための受容部１１をなしている。第４の実施形態では、加工装置１２は水平方向に変位可能な装置５４の上に配置される。水平方向に変位可能な装置５４の運動方向は、矢印５６で図示されている。水平方向に変位可能な装置５４は、ここでは支持体システム１３と直接的に結合されていてよく（図１１参照）、または、回転工具１４および１８と受容部１１との間に配置されていてよく（図１２参照）、それにより、回転工具１４および１８だけが水平方向に変位することになる。この実施形態は、支持体システム１３を移動させる必要なしに、壁上で少なくとも２つの軌道を加工できるという利点がある。

図１３は、これまでに図示した加工装置１２の発展例を示している。ここでは案内ロッド５８がジョイント６０を有しており、該ジョイントにより加工装置１２を常に壁と平行に案内することができる。ロール２１は、壁に対する加工装置１２のスペーサとして作用する。このようにして壁上の起伏を補償することができる。これに加えて案内ロッド５８は、加工装置１２が壁に接近移動するとき、ないしは壁から離反移動するときに傾動するのを防止する安全装置６２を有している。

Claims (11)

1. 汚染された材料を壁から剥離する装置（１０）であって、
   前記装置（１０）の支持体システム（１３）を負圧によって壁に固定する吸引プレート（２６）と、円周方向に打撃積層板（１６）を有する回転工具（１４）と、を含んでいる装置（１０）において、
   前記回転工具（１４）に加工方向で前置された第２の回転工具（１８）にディスク状に構成されて互いに間隔をおく鋸刃（２０）が配置されていることを特徴とする装置。
2. 前記鋸刃（２０）はダイヤモンドディスクを含んでいることを特徴とする、請求項１に記載の装置（１０）。
3. 第１の回転工具（１４）の回転軸（４４）と第２の回転工具（１８）の回転軸（４６）とは互いに平行に相前後して加工装置（１２）に配置されていることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の装置（１０）。
4. 第１の回転工具（１４）の回転軸（４４）と第２の回転工具（１８）の回転軸（４６）とは相互に０°よりも大きい角度で配置されていることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の装置（１０）。
5. 第１の回転工具（１４）の回転軸（４４）と第２の回転工具（１８）の回転軸（４６）とは相互に９０°の角度でアライメントされていることを特徴とする、請求項４に記載の装置（１０）。
6. 前記装置（１０）は前記支持体システム（１３）で高さ調節可能に配置されており、前記支持体システム（１３）は搬送車両により床面の上を移動可能であることを特徴とする、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の装置（１０）。
7. 前記支持体システム（１３）は垂直方向へ繰出し可能であるテレスコピック式に構成された支柱（４０）を有していることを特徴とする、請求項６に記載の装置（１０）。
8. 両方の前記回転工具（１４，１８）のための駆動モータ（２２）はそれぞれ油圧駆動装置を含んでおり、それぞれ１つの油圧ポンプ（２４）が前記油圧駆動装置のために加工装置（１２）の外部に配置されていることを特徴とする、請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の装置（１０）。
9. 両方の前記回転工具（１４，１８）の回転数が相違していることを特徴とする、請求項８に記載の装置（１０）。
10. 前記吸引プレート（２６）は作業シリンダにより自動的に壁へと移動可能であり、真空装置（２８）が前記吸引プレート（２６）で負圧を生成することを特徴とする、請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の装置（１０）。
11. 汚染された材料を壁から剥離する方法において、前記方法では請求項１〜１０のいずれか１項に記載の装置（１０）が使用され、前記方法は次の遠隔操作可能な各作業ステップを含んでおり、すなわち、
    ａ）搬送車両によって支持体システム（１３）が壁に接近移動し、前記支持体システム（１３）には汚染された材料を壁から剥離するための加工装置（１２）が配置されており、
    ｂ）吸引プレート（２６）に付属する作業シリンダの操作によって前記吸引プレート（２６）が壁に当接し、
    ｃ）真空装置（２８）の操作によって前記吸引プレート（２６）の下で負圧が生成され、それに伴って前記支持体システム（１３）が壁に固定され、
    ｄ）前記加工装置（１２）が壁に接近移動し、それにより、まず前記加工装置（１２）に配置された鋸刃（２０）を備える回転工具（１８）、次いで前記加工装置（１２）に配置された打撃積層板（１６）を備える回転工具（１４）が壁を順次加工することができ、
    ｅ）前記支持体システムの内部で前記加工装置が垂直の方向に変位し、それにより、壁の上を垂直方向に延びる軌道が形成され、
    ｆ）テレスコピック式に構成された支柱（４０）の垂直方向の繰出しによって前記支持体システム（１３）が延長され、
    ｇ）最大の高さに達すると前記支持体システム（１３）が引き下げられ、前記加工装置（１２）がスイッチオフされて初期位置へと引き戻され、前記吸引プレート（２６）が壁から外され、前記支持体システム（１３）が軌道幅の分だけ前記搬送車両により水平方向へ変位し、
    ｈ）作業ステップｂ）からｇ）が反復される
    ことを特徴とする方法。

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