JP2020062574A - 洗浄方法及び洗浄装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で高い洗浄効果を得ることができる洗浄方法及び洗浄装置を提供する。【解決手段】まず、水並びに空気及び／又は二酸化炭素を加熱加圧することによって、前記水が亜臨界状態にあり、前記空気及び／又は二酸化炭素が超臨界状態にある気液混合流体を生成する（Ｓ１０１）。次に、その生成した気液混合流体を、コンクリート構造物又は車両等の常温常圧下にある洗浄対象物に対して噴射する（Ｓ１０２）。この気液混合流体の噴射が繰り返されることにより、高い洗浄効果を持続させることができる。【選択図】図３

Description

本発明は、コンクリート構造物及び車両等の各種洗浄対象物を洗浄する洗浄方法及び洗浄装置に関する。

マイクロバブル及びナノバブル等の微細気泡を含む洗浄水を用いた洗浄方法が従来提案されている（特許文献１及び２を参照）。このような洗浄方法では、洗浄対象物上の汚れを吸着した微細気泡が洗浄対象物から分離したり、微細気泡の圧壊による衝撃によって汚れを落としたりすることにより、効果的な洗浄が実現される。

特開２０１０−１０４９０３号公報 特開２０１３−１８８７３２号公報

しかしながら、微細気泡は高温下では消滅するため、上記の従来技術では常温以下程度の比較的低い温度の洗浄水しか用いることができず、洗浄効果が十分ではない場合がある。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、上記課題を解決することができる洗浄方法及び洗浄装置を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明の一の態様の洗浄方法は、水及び気体を加熱加圧して、前記水が亜臨界状態にあり、前記気体が超臨界状態にある気液混合流体を生成し、生成した気液混合流体を、常温常圧下の洗浄対象物に対して噴射する。

上記態様において、前記気体は、空気及び／又は二酸化炭素であることが好ましい。

また、上記態様において、生成した気液混合流体を、表面に塗膜が形成された前記洗浄対象物に対して噴射して、前記塗膜を剥離するようにしてもよい。

また、上記態様において、前記気液混合流体に金属錯体が添加されており、前記洗浄対象物はコンクリート構造物であってもよい。

また、上記態様において、前記洗浄対象物は車両であってもよい。

また、本発明の一の態様の洗浄装置は、水及び気体を加熱加圧して、前記水が亜臨界状態にあり、前記気体が超臨界状態にある気液混合流体を生成する生成部と、前記生成部によって生成された気液混合流体を、常温常圧下の洗浄対象物に対して噴射する噴射部とを備える。

本発明によれば、簡易な構成で高い洗浄効果を得ることができる。

実施の形態１の洗浄装置の構成を模式的に示す図。 実施の形態１の洗浄装置本体の主要な構成を示すブロック図。 実施の形態１の洗浄装置の動作の流れを示すフローチャート。 実施の形態１の洗浄装置本体の変形例の主要な構成を示すブロック図。 実施の形態１の洗浄装置本体の変形例の主要な構成を示すブロック図。 実施の形態１の洗浄装置本体の変形例の主要な構成を示すブロック図。 実施の形態２の洗浄装置の構成を模式的に示す図。

以下、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に示す各実施の形態は、本発明の技術的思想を具体化するための方法及び装置を例示するものであって、本発明の技術的思想は下記のものに限定されるわけではない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において種々の変更を加えることができる。

本実施の形態の洗浄方法では、気液混合流体を用いて洗浄対象物の表面を洗浄する。ここで、洗浄対象物としては、コンクリート構造物及び橋梁などの各種構造物、自動車等の各種車両、船舶、航空機、並びに食品機械等の各種機械を挙げることができるが、特定のものに限定されるわけではない。以下では、構造物の表面を洗浄する場合を例に挙げて説明する。

（洗浄装置の構成）
図１は、本実施の形態の洗浄装置の構成を模式的に示す図である。図１に示すように、洗浄装置１は、洗浄装置本体２と、噴射ノズル３と、洗浄装置本体２及び噴射ノズル３間を連結する連結ホース４とを備えている。

後述するように、洗浄装置本体２では、水と気体とが混合された気液混合流体が生成される。洗浄装置本体２にて生成された気液混合流体は、加圧ポンプ２２の作用によって、連結ホース４を介して噴射ノズル３へ供給され、その噴射ノズル３の先端に設けられている開口部から、洗浄対象物である構造物１００に対して噴射される。このとき、気液混合流体は、図１において符号１０１で示すように、噴射ノズル３の開口部から放射状に広がるようにして噴射される。

なお、気液混合流体の温度の低下を抑制するために、連結ホース４に保温材又はシート状のヒーター等を巻回するようにしてもよい。

図２は、洗浄装置本体２の主要な構成を示すブロック図である。図２に示すとおり、洗浄装置本体２は、貯水タンク２１、加圧ポンプ２２、第１タンク２３、第２タンク２４、空気タンク２５、及び二酸化炭素タンク２６を備えている。

貯水タンク２１は、外部の給水設備等から供給された水を貯留する。このようにして貯水タンク２１に貯留された水は、加圧ポンプ２２によって加圧され、第１タンク２３側に送り出される。

第１タンク２３及び第２タンク２４は、加圧水を貯留するタンクであり、耐圧容器で構成されている。これらの第１タンク２３及び第２タンク２４は、その内部にヒーターを有しており、そのヒーターを用いて貯留している加圧水を加熱することができる。

空気タンク２５及び二酸化炭素タンク２６はそれぞれ、空気及び二酸化炭素を貯留している。これらの空気及び二酸化炭素は、図示しない電磁弁等を介して、第１タンク２３と第２タンク２４との間の連結する配管内に圧入される。なお、このようにタンクから気体が供給されるのではなく、例えばボンベ等から気体が供給されるような構成であってもよい。

（洗浄装置の動作）
次に、上述したように構成された洗浄装置１の動作について、フローチャートを参照しながら説明する。
図３は、本実施の形態の洗浄装置１の動作の流れを示すフローチャートである。図３に示すとおり、洗浄装置１はまず、洗浄用の流体である気液混合流体を生成し（Ｓ１０１）、その後その気液混合流体を、常温常圧下にある洗浄対象物に対して噴射する（Ｓ１０２）。以下、これらの各処理の詳細について説明する。

［気液混合流体の生成（Ｓ１０１）］
本実施の形態では、水並びに空気及び二酸化炭素を加熱加圧することによって、水が亜臨界状態にあり、且つ空気及び二酸化炭素が超臨界状態にある気液混合流体を生成する。なお、本明細書において、超臨界状態とは、温度及び圧力のいずれもが臨界点以上である状態を意味し、亜臨界状態とは、温度及び圧力の少なくとも一方が臨界点未満ではあるものの、高温高圧下にある状態を意味する。

本実施の形態において用いられる気液混合流体の構成要素である、水、空気、及び二酸化炭素の臨界温度及び臨界圧力は、以下の表１のとおりである。

本実施の形態では、水を亜臨界状態とし、且つ空気及び二酸化炭素を超臨界状態とするために、洗浄装置本体２内で生成する気液混合流体の温度を２００℃程度にする。なお、この気液混合流体の圧力は、少なくとも空気の超臨界状態を維持するために、３．７７ＭＰａ程度以上とし、二酸化炭素の超臨界状態も維持するためには、７．３８ＭＰａ以上とする。

気液混合流体の生成手順の詳細は以下のとおりである。まず、貯水タンク２１に収容されている水が、加圧ポンプ２２によって所定の圧力まで加圧され、第１タンク２３へ送り出される。第１タンク２３は、加圧ポンプ２２から供給された加圧水を、例えば８０℃などの所定の温度まで加熱して貯留する。

第１タンク２３に貯留された加圧水は、加圧ポンプ２２の作用によって、第２タンク２４へ送り出される。その際、第１タンク２３と第２タンク２４との間を連結する配管内に、空気タンク２５及び二酸化炭素タンク２６のそれぞれから空気及び二酸化炭素が圧入される。その結果、第１タンク２３から第２タンク２４へ流入する加圧水に空気及び二酸化炭素が混合され、気液混合流体が生成される。

第２タンク２４は、上記のようにして生成された気液混合流体を、２００℃程度まで加熱して貯留する。また、第２タンク２４に貯留される気液混合流体の圧力は、加圧ポンプ２２の作用により、３．７７ＭＰａ程度以上とされる。その結果、水が亜臨界状態にあり、空気が超臨界状態にある気液混合流体が得られる。なお、二酸化炭素も超臨界状態にある気液混合流体を得るためには、当該圧力が７．３８ＭＰａ以上とされる。

なお、上記のようにして空気及び二酸化炭素を水に混合する際は、キャビテーションの発生を可能な限り抑制することが好ましい。その手法は特に限定されないが、例えば、流体にせん断力を作用させながら混合することにより、気泡の超微細化を図る手法がある。この手法を実現するための混合装置としては、例えば株式会社ナノクス製のラモンドナノミキサー（登録商標）を挙げることができる。

［気液混合流体の噴射（Ｓ１０２）］
洗浄装置１は、上記のようにして生成された気液混合流体を、噴射ノズル３の開口部から構造物１００の表面に対して噴射する（Ｓ１０２）。

なお、噴射ノズル３から噴射される加圧熱水の圧力（噴射圧力）は、その流量（吐出量）によって変動する。流量が１５Ｌ／分の場合は５〜２２．５ＭＰａの範囲が好ましく、流量がそれよりも少ない場合は０．１〜５ＭＰａの範囲が、それよりも多い場合及びより大きな噴射圧力が必要な場合は２５ＭＰａ以上であることが好ましい。

常温常圧下にある構造物１００に対して噴射された気液混合流体は、急速に温度及び圧力が降下する。そして、構造物１００の表面に達した後、水が気化して水蒸気になる。このときに相転移による急激な体積膨張が起こり、その圧力によって構造物１００の表面に付着している汚れが除去される。

また、常温下に放出された気液混合流体の温度が、空気の臨界温度である１４０．７℃未満になると、気液混合流体に溶解していた空気が分離してナノバブルが生じる。その結果、構造物１００の表面上の汚れをナノバブルが吸着して分離したり、ナノバブルの圧壊による衝撃によって汚れを落としたり等の洗浄効果が生じる。

また、気液混合流体の温度がさらに降下して、二酸化炭素の臨界温度である３１．１℃未満になると、気液混合流体に溶解していた二酸化炭素が分離してナノバブルが生じる。これによっても上記と同様の洗浄効果が生じることになる。

なお、空気及び二酸化炭素が超臨界状態にある間は超臨界流体として利用することができる。超臨界流体は、表面張力が極めて小さいため、構造物１００の表面に形成されている微少な凹部まで浸透し、その内部に付着している汚れを除去する。

上述した各洗浄効果はいずれも瞬間的なものであるが、気液混合流体を連続的に噴射することによって持続させることができる。これにより、十分な洗浄効果が得られる。

洗浄対象物の表面上に塗膜が形成されている場合、ステップＳ１０２の気液混合流体の噴射によって、当該塗膜を剥離することも可能である。特に、洗浄対象物の表面に達した時点の気液混合流体の温度が１４０．７℃以上となるとき、すなわち空気を超臨界流体として利用することができるとき、塗膜剥離の効果が向上する。そのため、洗浄対象物が鋼橋梁等であって塗膜剥離が必要な場合は、洗浄対象物の表面に達した時点の気液混合流体の温度が１４０．７℃以上になるように設定することが好ましい。他方、洗浄対象物が車両等であって塗膜剥離を避ける必要がある場合は、当該温度が１４０．７℃未満になるように設定することが好ましい。

本実施の形態では、第１タンク２３と第２タンク２４との間を連結する配管内に空気及び二酸化炭素を圧入しているが、これらの気体を導入する位置はこれに限定されない。例えば、図４に示すように、第１タンク２３の手前で空気及び二酸化炭素を導入してもよく、また、図５に示すように、第２タンク２４の出口側で空気及び二酸化炭素を導入してもよい。ここで、空気及び二酸化炭素は同一箇所から導入しなくてもよく、別々の箇所から導入しても構わない。

また、本実施の形態では、貯水タンク２１と第１タンク２３との間に加圧ポンプ２２が設けられているが、その他の位置に加圧ポンプ２２が設けられていてもよい。例えば、第１タンク２３と第２タンク２４との間に加圧ポンプ２２が設けられていてもよい。また、加圧ポンプ２２の数も１つに限定されるわけではなく、例えば、貯水タンク２１と第１タンク２３との間、及び第１タンク２３と第２タンク２４との間の２箇所に加圧ポンプ２２が設けられていても構わない。

また、本実施の形態では、洗浄装置本体２が、加圧水を貯留するタンクとして、第１タンク２３及び第２タンク２４の２つを有しているが、これを１つにしてもよい。図６は、そのような洗浄装置本体２の変形例の主要な構成を示すブロック図である。図６に示すように、この洗浄装置本体２は、第１タンク２３を有しておらず、加圧ポンプ２２の作用によって、貯水タンク２１から第２タンク２４へ水が送り出される。加圧ポンプ２２と第２タンク２４との間の配管には、空気タンク２５及び二酸化炭素タンク２６が接続されており、これらの空気タンク２５及び二酸化炭素タンク２６のそれぞれから空気及び二酸化炭素が当該配管内に圧入される。その結果気液混合流体が得られ、上記の場合と同様にして第２タンク２４内で加圧され貯留される。この場合でも、上記の場合と同様に優れた洗浄効果を得ることができる。なお、この構成においても、空気及び二酸化炭素を第２タンク２４の出口側で導入するようにしてもよい。

空気及び二酸化炭素等の気体は、第２タンク２４の手前の配管内ではなく、第２タンク２４内に直接供給するようにしてもよい。但し、その場合、第２タンク２４内でキャビテーションが生じて不具合が発生するおそれがあるため、上記のとおり第２タンク２４の手前の配管内に気体を供給することが好ましい。

また、本実施の形態では、空気及び二酸化炭素を水に溶解させて気液混合流体を生成しているが、空気及び二酸化炭素のいずれか一方のみを水に溶解させて気液混合流体を生成しても構わない。

上述したように、本実施の形態の洗浄装置１では、構造物１００以外にも、自動車等の車両を洗浄対象物とすることができる。例えば、門型の洗車機に洗浄装置１を組み入れることにより、ブラシを用いなくても高い洗浄効果を得ることができる洗車機等を実現することができる。

（実施の形態２）
実施の形態１の場合、洗浄装置本体２において気体が導入されて気液混合流体が生成されているが、これに限定されるわけではない。本実施の形態では、噴射ノズル内に気体が導入されて気液混合流体が生成される。

図７は、実施の形態２の洗浄装置の構成を模式的に示す図である。図７に示すように、洗浄装置１０は、洗浄装置本体２０と、噴射ノズル３０と、これら洗浄装置本体２０及び噴射ノズル３０を連結する連結ホース４とを備えている。洗浄装置本体２０の構成は、空気タンク２５及び二酸化炭素タンク２６を有していないことを除いて、実施の形態１の洗浄装置本体２の場合と同様であるため、説明を省略する。

噴射ノズル３０は、図示しない注入口を備えており、その注入口を介して、外部のボンベ等から気体（空気及び／又は二酸化炭素）を受け入れることが可能なように構成されている。噴射ノズル３０は、上記の注入口から受け入れた気体を、連結ホース４を介して洗浄装置本体２０から受け入れた加圧熱水に混合させて、実施の形態１の場合と同様の気液混合流体を生成する。そして、噴射ノズル３０が、このようにして生成した気液混合流体を先端に設けられた開口部から噴射することによって、実施の形態１の場合と同様に洗浄が行われる。

なお、噴射ノズル３０の内部にナノバブル発生器を設けておき、そのナノバブル発生器にて気体を加圧熱水に混合させた上で、開口部から気液混合流体を噴射することによって、ナノバブルの生成を促進するようにしてもよい。このようなナノバブル発生器としては、例えばエイバイロ・ビジョン株式会社製のＹＪノズルを例示することができる。

（その他の実施の形態）
上記の各実施の形態において、気液混合流体に金属錯体を添加するようにしてもよい。例えば、気液混合流体にチタン錯体を添加した場合では、気液混合流体の噴射により洗浄対象物の表面の洗浄が行われるとともに、その表面に酸化チタンを含有する保護層を形成することができる。そのため、洗浄のみではなく、洗浄対象物の表面の保護効果も期待できる。これは、洗浄対象物がコンクリート構造物である場合に特に有効である。

気液混合流体に添加する金属錯体は、上記のチタン錯体以外であってもよい。ここで、金属錯体とは、錯体を構成する金属の析出ナノ粒子を含むものであって、重曹又はＮａＯＨなどの水溶性アルカリ成分も含むものをいう。具体的には、硅酸ナトリウム及び硅酸カリウム等の金属錯体を用いることが可能である。その他にも、Ｌｉ^＋，Ｎａ^＋，Ｋ^＋，Ｃａ^２＋，Ｓｒ^２＋，Ｂａ^２＋，Ｃｄ^２＋，Ｃｕ^２＋，Ｍｎ^２＋，Ｚｎ^２＋，Ｌａ^３＋，Ｎｉ^２＋，Ｍｇ^２＋，Ｃｏ^２＋，Ｆｅ^２＋等の置換活性な金属錯体、及びＣｒ^３＋，Ｃｏ^３＋，Ｒｕ^２＋，Ｒｈ^３＋，Ｉｒ^３＋，Ｐｔ^２＋等の置換不活性な金属錯体を用いることができる。

本発明の洗浄方法及び洗浄装置は、コンクリート構造物及び橋梁などの構造物、並びに車両等の洗浄方法及び洗浄装置などとして有用である。

１，１０ 洗浄装置
２，２０ 洗浄装置本体
３、３０ 噴射ノズル
４ 連結ホース
２１ 貯水タンク
２２ 加圧ポンプ
２３ 第１タンク
２４ 第２タンク
２５ 空気タンク
２６ 二酸化炭素タンク
１００ 構造物

Claims (6)

1. 水及び気体を加熱加圧して、前記水が亜臨界状態にあり、前記気体が超臨界状態にある気液混合流体を生成し、
   生成した気液混合流体を、常温常圧下の洗浄対象物に対して噴射する、
   洗浄方法。
2. 前記気体は、空気及び／又は二酸化炭素である、
   請求項１に記載の洗浄方法。
3. 生成した気液混合流体を、表面に塗膜が形成された前記洗浄対象物に対して噴射して、前記塗膜を剥離する、
   請求項１に記載の洗浄方法。
4. 前記気液混合流体に金属錯体が添加されており、
   前記洗浄対象物はコンクリート構造物である、
   請求項１乃至３の何れかに記載の洗浄方法。
5. 前記洗浄対象物は車両である、
   請求項１乃至３の何れかに記載の洗浄方法。
6. 水及び気体を加熱加圧して、前記水が亜臨界状態にあり、前記気体が超臨界状態にある気液混合流体を生成する生成部と、
   前記生成部によって生成された気液混合流体を、常温常圧下の洗浄対象物に対して噴射する噴射部と
   を備える、洗浄装置。

Images