JP6767066B1 - 洗浄ボールとその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】発電所の復水器用の洗浄ボールとして、効率の優れた洗浄ができ、かつボール表面に接着された材料が海洋に排出されても害を与えず、海洋環境に良い洗浄ボールとその製造方法を提供する。【解決手段】洗浄ボール1は、復水器伝熱管の洗浄用のスポンジゴム球体30と、スポンジゴム球体30の表面に接着剤11で接着された砕砂10からなる表皮層から構成され、砕砂10は、粒径が2.00〜0.05mmであり、表皮層が凹凸状に形成され、スポンジゴム球体30と共に易変形性を有することを特徴とする。また、砕砂10として、砂岩で花崗岩粒を多く含んでいるものを使用することができる。【選択図】図1

Description

本発明は、例えば火力発電所、原子力発電所などの復水器伝熱管を自動洗浄するスポンジボール洗浄装置(以下「ボール洗浄装置」という)に用いられているゴム製スポンジボールの洗浄体(以下「洗浄ボール」という)に関するものである。
従来、火力発電所では蒸気タービンを駆動させた蒸気を、純度の高い復水に凝縮させるため、復水器の伝熱管内に海水や河川水を冷却水として、貫流させ熱交換がおこなわれている。この復水器に伝熱特性の劣化が生じると、復水器真空度が低下しタービン性能に大きな影響を与えるため、復水器の伝熱管は常に高い清浄度を保持する必要がある。
この復水器の性能劣化の大部分は伝熱管内面に付着した伝熱抵抗を増大させる因子によることは広く知られており、伝熱管内面を高い清浄度に維持する手段として、伝熱管を自動洗浄するボール洗浄装置が実用に供されている。
ボール洗浄装置は、冷却水(海洋)中に伝熱管内径より若干大きくかつ変形しやすい洗浄ボールを用いて、該伝熱管内を冷却水と一緒に圧縮しながら貫流させて管内壁を清拭することにより高い清浄度を得ようとするものである。
従って、ボール洗浄装置は、伝熱管の伝熱と防食の両面を考慮して高度な運用条件や洗浄ボールの選定が必要となる。特に復水器用継目無黄銅菅(以下「黄銅管」という)に於ける最適運用条件としては、その耐食性を維持するうえで必要な保護皮膜を伝熱管内に保持しながら伝熱障害となる余分な付着物を生じさせない様にすることである。
もともと、黄銅管は海水中での耐食性を表面に形成される皮膜に依存しており、鉄イオン注入によって形成される皮膜に依存しており、鉄イオン注入によって形成された水酸化鉄が管内面付着して安定した耐食性を発揮する一方汚損を促進し伝熱性能の低下を招いている。このため、皮膜の適切な管理策としてボール洗浄装置が必要となる。
また、冷却水への塩素注入が環境保全の立場から忌避されると伝熱管内面でのスライム・モードの増大やフジツボなど海生生物の付着による障害が発生するため、これらを未然に防御する手段としてボール洗浄装置が有効である。
更に、復水器伝熱管の耐食性を向上させるため、伝熱管がチタン管に変換されると、チタン管が黄銅管に比して、海生生物による汚損を受け易いという欠点が生じたため、これに対応して、洗浄体である洗浄ボールも耐摩耗性やスケール剥離効果を高めるため、ボール表面に合成樹脂を微細なチップ状に破砕したものを接着し外被とした、洗浄ボールが実用に供されてきた(図1(B)参照)。
このような洗浄ボールの一例として、例えば、特許文献1には、球体の表面に凹凸状にする程度の粒径をもったゴム製等の粒状研磨材を接着した洗浄ボールが開示されている。また、特許文献2には、合成樹脂粒や合成樹脂単繊維の短片等の粒状研磨材を接着した洗浄ボールが開示されている。それらの洗浄ボールにより、熱交換器において、保護被膜を削り取ることなく管内面に付着したスライム等を削除することができ、効率の優れた洗浄の実施により、熱交換効率の向上、装置の長寿命化を得ることができるという効果がある。
特開平5−280889号公報 特開昭57−26396号公報
しかし、特許文献1,2等の洗浄ボールをボール洗浄装置で実用していると、伝熱管内を冷却水と共に貫流し内壁スケール除去をおこなうため、洗浄ボールの外被の部材(合成樹脂を微細なチップ状に破砕したもの)が、磨滅損耗しながら流出し系外(海洋)に排出される。それにより、この微量な合成樹脂の破砕片が長期間に亘り海洋に排出されることになるため、現在の厳しい海洋環境保全の立場から、この洗浄ボールの実用が忌避される様になった。このため、効率の優れた洗浄ができ、かつ海洋環境に良い洗浄ボールが望まれている。
本発明は以上のような問題に鑑み、発電所の復水器用の洗浄ボールとして、効率の優れた洗浄ができ、かつボール表面に接着された材料が海洋に排出されても害を与えず、海洋環境に良い洗浄ボールとその製造方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、請求項1に記載の発明は、復水器伝熱管の洗浄用のスポンジゴム球体と、該スポンジゴム球体の表面に接着剤で接着された砕砂からなる表皮層と、から構成される洗浄ボールであって、前記砕砂は、砂岩で花崗岩粒を含み、粒径が2.00〜0.05mmであり、前記表皮層が凹凸状に形成され、前記スポンジゴム球体と共に易変形性を有することを特徴とする洗浄ボールである。
請求項に記載の発明は、復水器伝熱管の洗浄用のスポンジゴム球体を準備する工程と、前記スポンジゴム球体の表面を前処理する工程と、前処理した前記スポンジゴム球体に接着剤を塗布する工程と、前記接着剤が塗布された前記スポンジゴム球体に、砂岩で花崗岩粒を含み、粒径が2.0〜0.2mmの砕砂を付着させる工程と、前記砕砂が付着された前記スポンジゴム球体を乾燥させる工程と、を含むことを特徴とする洗浄ボールの製造方法である。
請求項に記載の発明は、復水器伝熱管の洗浄用のスポンジゴム球体を準備する工程と、前記スポンジゴム球体の表面を前処理する工程と、接着剤と、粒径が0.80〜0.05mmの砕砂を混合して混合物を作成する工程と、前処理した前記スポンジゴム球体に前記混合物を塗布する工程と、前記混合物が塗布された前記スポンジゴム球体を乾燥させる工程と、を含むことを特徴とする洗浄ボールの製造方法である。
請求項に記載の発明は、請求項に記載の洗浄ボールの製造方法であって、前記砕砂と前記接着剤の混合割合は50:50から10:90であることを特徴とする洗浄ボールの製造方法である。
本発明の洗浄ボールは、発電所の復水器用の洗浄ボールとして、効率の優れた洗浄ができ、かつボール表面に接着された材料が海洋に排出されても害を与えず、海洋環境に良いという利点がある。また、洗浄ボールの製造方法により、効率よく洗浄ボールを提供することができる。
(A)は本発明の一実施形態に係る洗浄ボール、(B)は比較例の洗浄ボール、(C)は何もコーティングしていない比較例のスポンジボールの模式図である。 (A)〜(C)はそれぞれ図1(A)〜(C)の断面図である。 本発明の一実施形態に係る洗浄ボールの表面部分の拡大断面図で、(A)は凹凸状が際立った模式図、(B)は凹凸状がなだらかな模式図である。 本発明の一実施形態に係る洗浄ボールの製造方法(直接被覆法)の流れを示す説明図である。 本発明の一実施形態に係る洗浄ボールの製造方法(混合被覆法)の流れを示す説明図である。
以下、本発明の実施の形態(以下実施例と略称する)を、図面に基づいて説明する。以下の図面において、共通する部分には同一の符号を付しており、同一符号の部分に対して重複した説明を省略する。
[洗浄ボール1の構成]
本発明の一実施例に係る洗浄ボール1の構成について、図1〜図3を参照して説明する。図1(A)は本発明の一実施例に係る洗浄ボール、(B)は比較例の洗浄ボール、(C)は何もコーティングしていないスポンジボールの模式図である。また、図2(A)〜(C)は、それぞれ図1(A)〜(C)の断面図である。図3は、洗浄ボールの表面部分の拡大断面図で、(A)は凹凸状が際立った模式図、(B)は凹凸状がなだらかな模式図である。本発明の洗浄ボール1は、復水器伝熱管の洗浄用のスポンジゴム球体30と、スポンジゴム球体30の表面に接着剤11で接着された砕砂10からなる表皮層と、から構成される。以下、本発明の洗浄ボール1を「砕砂コーティングボール1」と称する。
図2(A)〜(C)に示すスポンジゴム球体30は、洗浄する伝熱管内の内径に合わせて製造され、その径は10〜50mm程度の大きさである。スポンジゴム球体30は、天然ゴム、又は天然ゴムと合成ゴムの混合した混合物を用いることができる。天然ゴムは、天然材料であってゴムのなかでは微生物による分解を受け易く、また光分解性の性質を有するゴムを使用することが好ましい。また、天然ゴムに合成ゴムを混合する場合には、天然ゴムとの混合比を95:5〜50:50とするのが適当である。合成ゴムとして、例えばSBR,EPDM,SBS,TPOなどを使用する。更に、天然ゴム、又は混合物に、天然ゴムよりも生分解速度が速い生分解性物質を配合したゴム製造用組成物を用いてスポンジゴム球体30を製造してもよい。それにより、砕砂コーティングボール1が海洋等に排出されても、スポンジゴム球体30の生分解性が高く、海洋環境への被害を低減することができる。
なお、図1(C)に示す洗浄ボール(スポンジボール)3は、何もコーティングしていないスポンジゴム球体30からなり、従来から使用されているものであるが、スポンジゴム材質単独ではそれ自体の磨減が激しく、復水器伝熱管内のスライムの除去効率が小さくて時間がかかる欠点がある。また、図1(B)に示す比較例の洗浄ボール2は、合成樹脂を微細なチップ状の破砕片20にして、ボール表面に接着し外被とした前述の洗浄ボールである。この比較例の洗浄ボール2の使用により、復水器伝熱管内のスライムの除去の効率は向上し、特に硬いスライムの除去等も可能になったが、前述のように、合成樹脂のチップ状の破砕片20が海洋に排出されるため、海洋環境に被害を与える可能性が高い。それに対し、図1(A)に示す本発明の砕砂コーティングボール1は、復水器伝熱管内のスライムの除去効率は高い上に、ボール表面に接着された砕砂10が海洋に排出されても害を与えず、海洋環境に良い、従来にない利点を持つ新規な洗浄ボールである。
一般に、砕砂とは、天然の岩石を破砕機・粉砕機等で人工的に小さく砕いてできた砂である。砕砂10は、比較的硬い岩粒を含むものであれば、いかなるものでもよい。本実施例では、砕砂10として、砂岩で花崗岩粒を多く含んだ川砂を使用する。花崗岩粒のような硬い岩粒を含むことで、復水器伝熱管内のスライムの除去効率も合成樹脂と変らずに得られる。また、本実施例の砕砂10は、不純物を除いたもので、粒径が2.00〜0.05mmのものを使用する。国際土壌学会法に基づく土壌の粒径区分では2.0〜0.2mmのものを粗砂、0.2〜0.02mmのものを細砂としている。本実施例では、粒径が2.0〜0.2mmの砕砂10(粗砂)を使用した砕砂コーティングボール1と、粒径が0.80〜0.05mmの砕砂10(粗砂と細砂を混ぜたもの)を使用した砕砂コーティングボール1について説明する。どちらの砕砂10を使用しても、接着剤11と共に砕砂コーティングボール1の表皮層を凹凸状に形成でき、スポンジゴム球体30と共に易変形性を有するように砕砂コーティングボール1を構成できる。砕砂10の粒径は、スライムの除去に影響を与えるため、洗浄する伝熱管の材質や寸法に適合する大きさの砕砂10を使用する。
発電所の伝熱管材質がチタン材料等で、管内流体が海水を使用して管内面が海生生物の付着などによって汚損され易い環境下では、図3(A)の模式図に示すように、表皮層の凹凸状が際立った粒径が2.0〜0.2mmの砕砂10(粗砂)を使用した砕砂コーティングボール1が洗浄に効果的である。この砕砂コーティングボール1は、後述する直接被覆法により製造される。なお、粒径が2.0mm以上では、砕砂コーティングボール1の表面に突出し過ぎて管内壁との摩擦抵抗が大きくなりスムーズに流れなくなり、又接着剤で砕砂10を保持することが困難になり脱落してしまう。
一方、発電所の伝熱管材質が黄銅管等で、管内流体が海水を使用して管内面の汚れが輻輳して多くなる環境下では、ボール洗浄の頻度が高まるので、粒径が0.80〜0.05mmの砕砂10(粗砂と細砂を混ぜたもの)を使用して、後述の混合被膜法で砕砂10(50%未満)と接着剤11(50%以上)の混合比で製造された砕砂コーティングボール1を使用する。この砕砂コーティングボール1の表面層は、図3(B)の模式図に示すように、凹凸状が(A)と比較してなだらかに形成されている。このような形態により、砕砂コーティングボール1の耐摩耗性が向上し、黄銅管等の伝熱管の防食に効果的である。
接着剤11は、スポンジゴム球体30と砕砂10との親和力が高く、仕上がり状態で易変形性が発揮できるゴム系のもの用いる。例えば、クロロプレンゴム系の溶剤液型接着剤を使用する。図2(A)の断面図に示すように、砕砂コーティングボール1の接着剤11と砕砂10からなる表皮層の厚さは最大でも2.00mm程度であり、スポンジゴム球体30の径(10〜50mm)と比較して小さいため、易変形性が保たれ、伝熱管への通過が円滑に行なわれる。
なお、接着剤11と砕砂10からなる表皮層は、図1(A)では、球体全面を被覆する形態となっているが、本発明はこれに限定されず、球体をリング状に被覆する形態、クロスリング状に被覆する形態であってもよい。
[砕砂コーティングボール1(洗浄ボール)の製造方法]
次に砕砂コーティングボール1の製造方法について、図4、5を参照して説明する。砕砂コーティングボール1の製造方法には、直接被覆法と混合被覆法がある。図4は、直接被覆法の流れを示す説明図であり、図5は、混合被覆法の流れを示す説明図である。
直接被覆法は、粒径が2.0〜0.2mmの比較的大きな砕砂10(粗砂)で覆われた砕砂コーティングボール1を製造するときに主に使用され、混合被覆法は、粒径が0.80〜0.05mmの砕砂10(粗砂と細砂を混ぜたもの)で覆われた砕砂コーティングボール1を製造するときに主に使用される。前述ように、粒径が2.0〜0.2mmの砕砂10で覆われた砕砂コーティングボール1は、伝熱管材質がチタン材料等の発電所等で使用され、粒径が0.80〜0.05mmの砕砂10で覆われた砕砂コーティングボール1は、伝熱管材質が黄銅管等の発電所等で使用される。まず、図4を参照して直接被覆法を説明する。
(直接被覆法)
[ステップS11:準備工程]
最初に、洗浄する伝熱管内の内径に合わせて製造されたスポンジゴム球体30を準備する。前述のように、スポンジゴム球体30は、天然ゴム、又は天然ゴムと合成ゴムの混合したものを準備してもよいが、環境保全の立場から、それらに生分解性物質を配合したゴム製造用組成物を加えたものを準備することが好ましい。
[ステップS12:表面の処理工程]
次に、砕砂10のスポンジゴム球体30への接着性を高めるため、スポンジゴム球体30の表面に付着した微細な塵や埃を除去し、また、スポンジゴムの突起等があれば切り取って表面を滑らかにする。スポンジゴム球体30の表面を傷つけないように、微細な塵や埃の除去には柔らかな布製品等を用いる。スポンジゴム球体30の表面の処理により、接着剤11を万遍なく塗布させることができる。
[ステップS13:接着剤11の塗布工程]
次にスポンジゴム球体30の表面に接着剤11を塗布する。本実施例では図1(A)に示すように、球体全面に接着剤11を塗布する。塗布する際には、例えば、スポンジゴム球体30に長尺の縫い針や金串を刺して接着剤11を塗布すると、球体全面に万遍なく、効率よく塗布することができる。なお、接着剤11を塗布する量が多すぎると、砕砂10の付着させる時に接着剤中に埋没してしまうため、薄く(厚さ1mm程度)塗布する必要がある。
また、前述のように、接着剤11は、スポンジゴム球体30と砕砂10との親和力が高く、仕上がり状態で易変形性が発揮できるゴム系のもの、例えば、クロロプレンゴム系の溶剤液型接着剤を使用する。なお、本実施例では、球体全面に接着剤11を塗布したが、全面ではなくリング状又はクロスリング状に接着剤11を塗布してもよい。
[ステップS14:砕砂10の付着工程]
この工程では、まず、使用する砕砂10を準備する。砕砂10はいかなるものでもよいが、本実施例では、前述のように、砂岩で花崗岩粒を多く含んだ川砂で、不純物を除き、粒径が2.00〜0.05mmのもの、好ましくは2.0〜0.2mmの砕砂10を準備する。準備した砕砂10をスポンジゴム球体30に付着する方法は、いかなる方法でもよいが、例えば、比較的大きなトレー等に砕砂10を均等に敷き、その上に接着剤11で覆われたスポンジゴム球体30を転がして付着させることができる。また、接着剤11で覆われたスポンジゴム球体30に砕砂10を吹き付けて付着させることもできる。
このとき、図3(A)の模式図に示すように、砕砂コーティングボール1の表皮層が際立った凹凸状になるように、砕砂10を万遍なく均等にスポンジゴム球体30に付着させることが必要である。砕砂10が球体全面ではなく、一部にのみ多く付着した場合には、伝熱管への通過の際に剥がれやすくなるからである。また、砕砂コーティングボール1の表皮層の厚さは最大でも2.00mm程度になるように砕砂10を付着させる。それより大きくなると、砕砂10が剥がれ易くなり、また、砕砂コーティングボール1の易変形性が保ちにくくなる。
[ステップS15:乾燥仕上げ工程]
スポンジゴム球体30に砕砂10を付着させた後は、接着剤11が固まるまで乾燥させる。乾燥は温度や時間の調整が可能な熱風乾燥機等によることが好ましい。なお、乾燥の際には、埃などがスポンジゴム球体30に付着しないよう通気性が保たれた遮断板などで仕切られた乾燥室で乾燥させる。接着剤11が充分に固まったら、砕砂コーティングボール1が完成する。以上の直接被覆法の工程により、スポンジゴム球体30の表面に砕砂10が接着され、かつ易変形性を有する砕砂コーティングボール1を効率よく製造することができる。
なお、この直接被覆法で製造した砕砂コーティングボール1は、接着剤11の塗布厚さに比較して砕砂10の粒度が大きいため、管内面を摺動しながら洗浄する際に、砕砂10が破損・欠落して消耗する。それにより、使用効果が無くなった砕砂コーティングボール1はボール洗浄装置のボール回収器でほぼ全数回収される。この回収された砕砂コーティングボール1は、原形のスポンジゴム球体30と近似な形状になるため、洗浄・外形研磨仕上げをすることで、再被膜工法で再生品を生産することが可能である。従って、砕砂コーティングボール1は、ゴミとして廃棄されず、環境負担低減に貢献する製品である。
(混合被覆法)
次に、図5を参照して混合被覆法を説明する。ステップS21の準備工程とステップS22の表面の処理工程は、前述の直接被覆法のステップS11、S12と同じ工程であるため、説明を省略し、ステップS23から説明する。
[ステップS23:接着剤11と砕砂10の混合物を作成する工程]
この工程では、まず、接着剤11と砕砂10を準備する。前述のように、接着剤11は、クロロプレンゴム系の溶剤液型接着剤などを準備する。また、砕砂10はいかなるものでもよいが、本実施例では、砂岩で花崗岩粒を多く含んだ川砂で、不純物を除き、粒径が2.00〜0.05mmのもの、好ましくは、比較的小さな0.80〜0.05mmの粒径の砕砂10を準備する。準備した接着剤11と砕砂10の重量の混合割合は、50:50から10:90とすることが好ましい。なぜなら、この混合比で製造された砕砂コーティングボール1の使用は黄銅管等を用いた伝熱管の防食に効果的であり、また、砕砂コーティングボール1の耐摩耗性も向上させることができるからである。
なお、接着剤11の混合割合が大きくなるほど、砕砂10がより強固にスポンジゴム球体30に接着させることができ、砕砂コーティングボール1の耐摩耗性を向上させることができる。また、接着剤11と砕砂10の混合の際には、砕砂10が接着剤11に均等に混ざるようにする。
[ステップS24:混合物の塗布工程]
ステップS23で準備した混合物をスポンジゴム球体30に付着する方法は、いかなる方法でもよいが、例えば、前述の直接被覆法と同様に、比較的大きなトレー等に混合物を均等に敷き、その上にスポンジゴム球体30を転がして塗布させることができる。また刷毛などを使用して、混合物をスポンジゴム球体30に均等に塗り付けることもできる。その際、スポンジゴム球体30に長尺の縫い針や金串などを刺して行うと、効率よく塗布することができる。
直接被覆法と異なり、図3(B)の模式図に示すように、砕砂コーティングボール1の表皮層がなだらかな凹凸状になるように、混合物を万遍なく均等にスポンジゴム球体30に塗布する。
ステップS25の乾燥仕上げ工程は、直接被覆法のステップS15の工程と同じであるため、説明を省略する。以上の混合被覆法の工程によって、スポンジゴム球体30の表面に砕砂10が接着され、かつ易変形性を有する砕砂コーティングボール1を効率よく製造することができる。
なお、上記の直接被覆法と混合被覆法の各工程は、手作業で行う場合について説明したが、各工程又は全工程を機械で自動化して行うこともできる。上記の工程を、機械で自動化して行うことにより、砕砂コーティングボール1を大量に製造でき、品質が安定する。さらに、機械で製造した砕砂コーティングボール1に不備があった場合には、手作業で修正することで、生産性と完成度を高めることができる。
以上説明した様に、本発明の砕砂コーティングボールは、スポンジゴム球体の表面に砕砂を接着させて構成されているため、発電所の復水器の伝熱管を効率よく洗浄できる。また、スポンジゴム球体に接着された砕砂が海洋に排出されても害を与えず、海洋環境に良いという利点がある。
なお、上述した実施例の砕砂コーティングボールは一例であり、その構成は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更可能である。
1 洗浄ボール(砕砂コーティングボール)
2 比較例の洗浄ボール
3 スポンジボール
10 砕砂
11、21 接着剤
20 合成樹脂のチップ状の破砕片
21 接着剤
30 スポンジゴム球体

Claims (4)

  1. 復水器伝熱管の洗浄用のスポンジゴム球体と、該スポンジゴム球体の表面に接着剤で接着された砕砂からなる表皮層と、から構成される洗浄ボールであって、
    前記砕砂は、砂岩で花崗岩粒を含み、粒径が2.00〜0.05mmであり、
    前記表皮層が凹凸状に形成され、前記スポンジゴム球体と共に易変形性を有することを特徴とする洗浄ボール。
  2. 復水器伝熱管の洗浄用のスポンジゴム球体を準備する工程と、
    前記スポンジゴム球体の表面を前処理する工程と、
    前処理した前記スポンジゴム球体に接着剤を塗布する工程と、
    前記接着剤が塗布された前記スポンジゴム球体に、砂岩で花崗岩粒を含み、粒径が2.0〜0.2mmの砕砂を付着させる工程と、
    前記砕砂が付着された前記スポンジゴム球体を乾燥させる工程と、
    を含むことを特徴とする洗浄ボールの製造方法。
  3. 復水器伝熱管の洗浄用のスポンジゴム球体を準備する工程と、
    前記スポンジゴム球体の表面を前処理する工程と、
    接着剤と、粒径が0.80〜0.05mmの砕砂を混合して混合物を作成する工程と、
    前処理した前記スポンジゴム球体に前記混合物を塗布する工程と、
    前記混合物が塗布された前記スポンジゴム球体を乾燥させる工程と、
    を含むことを特徴とする洗浄ボールの製造方法。
  4. 請求項に記載の洗浄ボールの製造方法であって、前記砕砂と前記接着剤の混合割合は50:50から10:90であることを特徴とする洗浄ボールの製造方法。
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