JP6288253B2

JP6288253B2 - 高圧流体噴射装置

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Publication number: JP6288253B2
Application number: JP2016513838A
Authority: JP
Inventors: 正史北村
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2014-04-17
Filing date: 2015-04-17
Publication date: 2018-03-07
Anticipated expiration: 2035-04-17
Also published as: EP3132862B1; RU2016142243A3; EP3132862A4; KR101874221B1; CN106457318B; KR20160129050A; JPWO2015159970A1; US20170018322A1; EP3132862A1; RU2658447C2; WO2015159970A1; RU2016142243A; CN106457318A; US10157690B2

Description

本発明は、高圧流体噴射装置に関する。
本願は、２０１４年４月１７日に日本に出願された特願２０１４−８５４１９号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

高圧流体噴射装置は、例えば、原子炉発電設備等の除染・解体作業に用いられる。高圧流体噴射装置は、高圧流体を対象物に噴き付けることにより、配管、金属構造物、タンク等の洗浄や切断、またコンクリートのはつり（汚染された表面層の除去）等を行うことができる。下記特許文献１には、このような高圧流体噴射装置の一つとして、原子炉内部の構造部材表面に対し、ショットピーニングやウォータージェットピーニング等を行う原子炉内ピーニング装置が開示されている。

日本国特開２０００−２９８１８９号公報

ところで、原子炉発電設備等では、設備内に多数の構造部材が存在している。このため、対象物に高圧流体を噴き付けるためには、多数の構造部材を避けながら、高圧流体を移送する配管を引き回す必要がある。その結果、配管が長くなって、移送中の圧力降下が大きくなり、対象物に高圧で流体を噴き付けることができなくなる場合がある。
この場合に、流路面積の大きい配管を使用することが考えられるが、流路面積の大きい配管は径が大きく、引き回しが容易ではない。このため、例えば、曲げ管やエルボ等の使用が必要となり、配管の設置に時間がかかる。また、このように設置すると、高圧流体の噴射位置を変更する際に、配管の移動も困難になるため、自由度に欠けるという問題がある。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、高圧流体の圧力降下を抑制しつつ、配管を容易に引き回しできる高圧流体噴射装置の提供を目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の第１の態様は、ノズルが接続された配管を引き回して、この配管を介して移送した高圧流体をノズルから噴射する高圧流体噴射装置であって、配管が、第１の配管と、第１の配管よりも流路面積の大きい第２の配管と、を交互に接続して形成されている。

また、本発明の第２の態様は、上記第１の態様において、第１の配管が、伸縮自在なコイル状に形成されている。

また、本発明の第３の態様は、上記第１または第２の態様において、第２の配管の少なくとも一つが、コイル状に形成された第１の配管の接線方向において、第１の配管と接続されている。

また、本発明の第４の態様は、上記第１〜第３の態様において、第２の配管が第１の配管よりも長い。

また、本発明の第５の態様は、上記第１〜第４の態様において、第１の配管と第２の配管が、ステンレス鋼材から形成されている。

また、本発明の第６の態様は、上記第１〜第５の態様において、高圧流体が液体窒素である。

本発明によれば、高圧流体を噴射するノズルが接続され、該高圧流体を移送する配管が、第１の配管と、第１の配管よりも流路面積の大きい第２の配管と、を交互に接続して形成される。この第２の配管を用いて、流路面積を大きくすることで、高圧流体の移送中の圧力降下が抑制され、配管を遠くまで引き回すことができる。また、第２の配管よりも流路面積が小さい第１の配管を用いて、配管の要所で自由な曲げ等を可能とすることで、配管全体の引き回しの自由度を高めることができる。
したがって、本発明では、高圧流体の圧力降下を抑制しつつ、配管を容易に引き回しできる高圧流体噴射装置が得られる。

本発明の実施形態における高圧流体噴射装置の全体構成図である。本発明の実施形態における配管の構成図である。本発明の実施形態における配管継手の断面構成図である。本発明の実施形態における配管の長さと圧力降下の関係を示すグラフである。本発明の他の実施形態における配管の斜視図である。本発明の他の実施形態における配管の斜視図である。本発明の更に他の実施形態における配管の側面図である。本発明の更に他の実施形態における配管の側面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施形態における高圧流体噴射装置１の全体構成図である。
図１に示すように、高圧流体噴射装置１は、ノズル４０が接続された配管３１を引き回して、配管３１を介して移送した高圧流体を、ノズル４０から噴射する。本実施形態の高圧流体噴射装置１は、具体的には、原子力発電設備の除染対象壁Ｘのはつり（汚染された表面層を除去）等を行う。

この高圧流体噴射装置１は、貯蔵タンク１０と、加圧装置２０と、冷却装置３０と、ノズル４０と、真空吸引装置５０と、を有する。
貯蔵タンク１０は、ノズル４０から噴射する流体を貯蔵する。本実施形態の流体は、極低温の液体窒素からなる。液体窒素は、常温で気化し、ウォータージェットのように、使用による汚染水の発生がないため、二次汚染が無く処理コストを削減することができる。この貯蔵タンク１０は、配管１１を介して加圧装置２０と接続されている。

加圧装置２０は、貯蔵タンク１０から配管１１を介して移送されてくる流体を加圧する。本実施形態の加圧装置２０は、例えば、数百ＭＰａ（メガパスカル）の高圧流体を生成する。加圧装置２０としては、例えば往復式の容積圧縮機を用いることができる。なお、加圧装置２０は、噴射する高圧流体の種類によっては別方式を採用することができ、例えばターボ圧縮機を用いることもできる。この加圧装置２０は、配管２１を介して冷却装置３０と接続されている。

冷却装置３０は、加圧装置２０から配管２１を介して移送されてくる高圧流体を冷却する。冷却装置３０は、加圧装置２０によって昇温した高圧流体を降温させる熱交換器を有する。本実施形態の冷却装置３０は、操作盤３０ａと接続されており、高圧流体と熱交換する冷媒の供給量等を制御し、高圧流体を設定温度まで降温させることができる。この冷却装置３０は、配管３１を介してノズル４０と接続されている。

ノズル４０は、冷却装置３０から配管３１を介して移送されてくる高圧流体を除染対象壁Ｘに対して噴射する。ノズル４０は、ノズルシュラウド４１によって囲まれている。ノズルシュラウド４１は、高圧流体の噴射方向に開口する略箱状に形成されており、その開口端を除染対象壁Ｘに対して接触させることにより、高圧流体の噴射領域を囲う空間を形成する。このノズルシュラウド４１には、配管５１が接続されている。

真空吸引装置５０は、配管５１を介してノズルシュラウド４１の内部を吸引する。真空吸引装置５０は、除染対象壁Ｘに対して噴射された高圧流体と、高圧流体によって除去された除染対象壁Ｘの汚染された表面層と、を吸引する構成となっている。真空吸引装置５０によって吸引された流体に含まれる固体（除染対象壁Ｘの表面層等）は、配管５２を介して移送され、フィルター５３で回収される。このフィルター５３を通過した流体（気体）は、配管５４を介して移送され、ブロアー５５を介して排気される。なお、本実施形態の場合、排気される気体は窒素ガスであり、環境への影響はない。

次に、冷却装置３０とノズル４０との間を接続する配管３１の構成について説明する。
図１に示すように、本実施形態の冷却装置３０は、非汚染区域である操作部屋にあり、除染対象壁Ｘは、汚染区域である汚染対象部屋にある。原子炉発電設備の汚染区域には、不図示の多数の構造部材があるため、例えば、この多数の構造体を迂回するように配管３１を引き回す必要がある。

図２は、本発明の実施形態における配管３１の構成図である。
図２に示すように、配管３１は、第１の配管３１ａと、第１の配管３１ａよりも流路面積の大きい第２の配管３１ｂと、を交互に接続して形成されている。この第１の配管３１ａと第２の配管３１ｂは、極低温高圧流体である液体窒素を移送可能なステンレス鋼材から形成されており、径の大きさに応じて流路面積が大きくなっている。

第１の配管３１ａは、第１の径Ｄ１を有する。第２の配管３１ｂは、第１の径Ｄ１より大きい第２の径Ｄ２を有する。本実施形態の第１の配管３１ａは、第１の径Ｄ１が例えば１／４インチに設定されている。また、本実施形態の第２の配管３１ｂは、第２の径Ｄ２が例えば３／８インチに設定されている。この径の異なる第１の配管３１ａと第２の配管３１ｂは、配管継手３２を介して接続されている。この配管継手３２もステンレス鋼材から形成されている。

図３は、本発明の実施形態における配管継手の断面構成図である。
配管継手３２は、第１の配管３１ａと第２の配管３１ｂを突き合わせる継手本体３３を有する。継手本体３３は、第１の配管３１ａと同じ流路面積の第１の流路３４ａと、第２の配管３１ｂと同じ流路面積の第２の流路３４ｂと、第１の流路３４ａと第２の流路３４ｂとの間を滑らかに接続するテーパー流路３４ｃと、を有する。第１の配管３１ａは、継手本体３３とナット３５ａとの間に組み込まれたフロントフェルール３６ａ、バックフェルール３７ａによって、かしめられて、配管継手３２に固定されている。また、第２の配管３１ｂは、継手本体３３とナット３５ｂとの間に組み込まれたフロントフェルール３６ｂ、バックフェルール３７ｂによって、かしめられて、配管継手３２に固定されている。

図２に示すように、第２の配管３１ｂの長さは、第１の配管３１ａよりも長くなるように設定されている。第１の配管３１ａは、長さＬ１を有する。本実施形態の第１の配管３１ａは、長さＬ１が例えば５ｍ（メートル）に設定されている。また、第２の配管３１ｂは、長さＬ２を有する。本実施形態の第２の配管３１ｂは、長さＬ２が例えば２０ｍに設定されている。例えば、配管３１を１００ｍ以上引き回しする場合、第１の配管３１ａ及び第２の配管３１ｂをそれぞれ少なくとも４本ずつ交互に接続すればよい。

図４は、本発明の実施形態における配管の長さと圧力降下の関係を示すグラフである。
なお、図４において、縦軸は圧力を示し、横軸は長さを示す。また、図４において、実線は配管３１の径を全て１／４インチに設定したときの圧力降下の様子を示し、点線は配管３１の径を全て３／８インチに設定したときの圧力降下の様子を示す。
図４に示すように、配管３１の径を全て１／４インチにした場合、８０ｍの地点で、３５０Ｍｐａまで加圧した圧力がゼロになってしまうことが分かる。一方、配管３１の全てを３／８インチの径にした場合、１００ｍの地点でも、加圧した圧力が高い値で残っていることが分かる。このように、配管３１において、第１の配管３１ａよりも第２の配管３１ｂを長く設定することは、圧力降下を抑制する点で効果的であることが分かる。

図２に戻り、第１の配管３１ａは、伸縮自在なコイル状に形成されている。一方、第２の配管３１ｂは、直線状に形成されている。具体的には、第１の配管３１ａは、第２の配管３１ｂの長手方向に沿って伸縮自在なコイル状に形成されている。図２の場合、第１の配管３１ａは、コイル状をなす管を、第２の配管３１ｂの長手方向に沿って複数回数巻いて形成されている。また、第１の配管３１ａは、第２の配管３１ｂの長手方向に対し屈曲も可能となっている。

上記構成を有する高圧流体噴射装置１では、高圧流体を噴射するノズル４０が接続された配管３１が、図２に示すように、第１の配管３１ａと、第１の配管３１ａよりも流路面積の大きい第２の配管３１ｂと、を交互に接続して形成されている。この第２の配管３１ｂを接続して、流路面積を大きくすることで、図４に示す傾向から明らかなように、例えば、配管３１の径を全て１／４インチにした場合よりも高圧流体の移送中の圧力降下が抑制される。このため、本実施形態では、図１を例に挙げると、例えば操作部屋から１００ｍ以上先の除染対象壁Ｘまで高圧流体の圧力降下を抑制しつつ配管３１を引き回すことができる。

また、第２の配管３１ｂよりも流路面積が小さい第１の配管３１ａを交互に接続して、配管３１の要所で自由な曲げを可能とすることで、配管３１全体の引き回しの自由度を高めることができる。したがって、本実施形態では、汚染区域において、複数の曲げが必要であっても、配管３１を容易に引き回しすることができる。
また、本実施形態では、第１の配管３１ａが、伸縮自在なコイル状に形成されているため、汚染区域における段差や構造部材の形状に応じて伸縮でき、配管３１の曲げ位置を容易に変更できるため、より簡単に配管３１を引き回しすることができる。したがって、本実施形態では、配管３１の敷設が容易になり、施工時間が短くなると共に、敷設された配管３１の位置も容易に変更が可能になる。

また、本実施形態では、第２の配管３１ｂが、第１の配管３１ａよりも長いため、図４に示す傾向から明らかなように、第１の配管３１ａが長い逆の場合と比べて、高圧流体の圧力降下を効果的に抑制することができる。

図５Ａ及び図５Ｂは、本発明の他の実施形態における配管３１の斜視図である。図５Ａは、第１の配管３１ａが収縮した状態を示し、図５Ｂは、第１の配管３１ａが伸長した状態を示す。高圧流体噴射装置１の他の構成は、図２に示す実施形態と同様である。
図５Ａ及び図５Ｂに示すように、第１の配管３１ａは、第２の配管３１ｂの長手方向と異なる方向（図５Ｂにドット付きの矢印で示す方向。以下、「伸縮方向」と呼称する）に沿ったコイル状をなし、伸縮方向に沿った伸縮幅Ｈ１〜Ｈ２の間で伸縮可能な構成となっている。図５Ａ及び図５Ｂの場合、第１の配管３１ａは、コイル状をなす管を、伸縮方向に沿って複数回数巻いて形成されている。
また、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、第２の配管３１ｂの少なくとも一つは、コイル状に形成された第１の配管３１ａの接線方向Ｔにおいて、第１の配管３１ａと接続してもよい。

図５Ａ及び図５Ｂに示す実施形態でも、図２に示す実施形態と同様、高圧流体の圧力降下を効果的に抑制しつつ、第２の配管３１ｂよりも流路面積が小さい第１の配管３１ａにおいて自由な曲げを可能とすることで、配管３１全体の引き回しの自由度を高めることができる。また、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、段差等の要所において、第２の配管３１ｂの少なくとも一つを、コイル状に形成された第１の配管３１ａの接線方向Ｔにおいて第１の配管３１ａと接続することで、高圧流体を、その勢いを低下させることなく移送できる。そのため、例えば、図２に示す接続方式と比べて、高圧流体の圧力降下を効果的に抑制することができる。すなわち、図２に示す接続方式では、第１の配管３１ａのコイル開始部分が、第２の配管３１ｂの長手方向に対し急角度で略直角に屈曲している。一方、図５Ａ及び図５Ｂに示す接続方式では、第１の配管３１ａのコイル開始部分が、第２の配管３１ｂの長手方向に対し、コイルの接線方向Ｔに沿って緩やかに屈曲している。その結果、図５Ａ及び図５Ｂに示す接続方式では、図２に示す接続方式に比べ、第２の配管３１ｂから流れてきた高圧流体の勢いが、コイル開始部分で低下しにくく、この部分における高圧流体の圧力降下が効果的に抑制される。
なお、図５Ａ及び図５Ｂで示す例では、第１の配管３１ａの伸縮方向は第２の配管３１ｂの長手方向に対し略垂直となっているが、この伸縮方向は、高圧流体噴射装置１の設置条件等に応じ、任意に設定可能である。また、第１の配管３１ａは、上記伸縮方向に対し屈曲も可能となっている。

図６Ａ及び図６Ｂは、本発明の更に他の実施形態における配管３１の側面図である。高圧流体噴射装置１の他の構成は、図２に示す実施形態と同様である。
図６Ａは、互いに略直交する第２の配管３１ｂ同士を、一重のコイル状をなす第１の配管３１ａで接続した場合を示す。この場合も、第２の配管３１ｂは、第１の配管３１ａの接線方向Ｔにおいて第２の配管３１ｂと接続されている。
また、図６Ｂは、図５Ａ及び図５Ｂにおける第１の配管３１ａを、伸縮方向に沿って複数回数巻かれた管ではなく、一重のコイル状をなす管とした場合を示す。
図６Ａ及び図６Ｂで示す実施形態では、第１の配管３１ａを介して連結された２本の第２の配管３１ｂの、図の紙面に沿った方向及び紙面に垂直な方向に沿った相対位置（角度）を変更することで、配管３１の曲げが可能となっている。

図６Ａ及び図６Ｂで示す実施形態でも、図２に示す実施形態と同様、高圧流体の圧力降下を効果的に抑制しつつ、第２の配管３１ｂよりも流路面積が小さい第１の配管３１ａにおいて自由な曲げを可能とすることで、配管３１全体の引き回しの自由度を高めることができる。また、図５Ａ及び図５Ｂに示す実施形態と同様、第２の配管３１ｂの少なくとも一つを、コイル状に形成された第１の配管３１ａの接線方向Ｔにおいて第１の配管３１ａと接続することで、高圧流体を、その勢いを低下させることなく移送できる。

このように、上述の各実施形態によれば、ノズル４０が接続された配管３１を引き回して、配管３１を介して移送した高圧流体をノズル４０から噴射する高圧流体噴射装置１であって、配管３１は、第１の配管３１ａと、第１の配管３１ａよりも流路面積の大きい第２の配管３１ｂと、を交互に接続して形成されている、という構成を採用することによって、高圧流体の圧力降下を抑制しつつ、配管３１を容易に引き回しできる高圧流体噴射装置１が得られる。

以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、上記実施形態では、第１の配管３１ａがコイル状に形成されている構成について説明したが、本発明はこの構成に限定されず、例えば、第１の配管３１ａが第２の配管３１ｂと同様に直線状に形成された直管構造となっていてもよい。この場合であっても、第１の配管３１ａの方が第２の配管３１ｂよりも相対的に細く変形し易くなるため、上記実施形態と同様の作用効果が得られる。

また、例えば、上記実施形態では、高圧流体が液体窒素である場合について説明したが、本発明はこの構成に限定されず、高圧流体が他の流体、例えば水や油、他の極低温液体やガス等であってもよい。

また、例えば、上記実施形態では、高圧流体噴射装置を原子炉発電設備の除染・解体に用いたが、本発明はこの構成に限定されず、例えば、橋架の塗装の除去や、熱交換器の汚れの除去等にも用いることができる。

高圧流体の圧力降下を抑制しつつ、配管を容易に引き回しできる高圧流体噴射装置が得られる。

１高圧流体噴射装置
３１配管
３１ａ第１の配管
３２ｂ第２の配管
４０ノズル
Ｔ接線方向

Claims

ノズルが接続された配管を引き回して、前記配管を介して移送した高圧流体を前記ノズルから噴射する高圧流体噴射装置であって、
前記配管が、伸縮自在なコイル状に巻かれた第１の配管と、前記第１の配管よりも流路面積の大きい第２の配管と、を交互に接続して形成されており、
前記第１の配管と前記第２の配管が、ステンレス鋼材から形成されている、高圧流体噴射装置。
前記第２の配管の少なくとも一つが、前記コイル状に形成された前記第１の配管の接線方向において接続されている、請求項１に記載の高圧流体噴射装置。
前記第２の配管の流路の長さが前記第１の配管の流路の長さよりも長い、請求項１または２に記載の高圧流体噴射装置。
前記高圧流体が液体窒素である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の高圧流体噴射装置。