JPH05329403A - 管内洗浄ロボット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 遠隔操作により作業者が管内に入ることなく
洗浄場所や付着物種類に応じて噴射口の面積あるいは形
状の異なる複数の異種噴射ノズルの何れかに切換可能と
して洗浄効率の向上を図ることができる管内洗浄ロボッ
トを提供する。 【構成】 高圧水供給装置としての高圧ポンプ３１と、
この高圧ポンプ３１にそれぞれ接続された第１及び第２
の給水ホース２２，２３と、給水ホース２２，２３に個
別に設けられた第１及び第２の電磁弁２２ａ，２３ａ
と、各給水ホース２２，２３のアーム側端部に接続され
た第１及び第２のスイベルジョイント２６ａ，２６ｂ
と、スイベルジョイント２６ａ、２６ｂが両端部から内
部に挿入される旋回駆動軸２４と、この旋回駆動軸２４
にスイベルジョイント２６ａと連通するように接続され
た直進ノズル２１ａと、この旋回駆動軸２４にスイベル
ジョイント２６ｂと連通するように接続された偏平ノズ
ル２１ｂとを備えた構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば火力発電所や原
子力発電所における冷却水管内に付着した海生物を洗浄
水の噴射により除去および清掃する管内洗浄ロボットに
関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、火力発電所や原子力発電所で
は、海水を利用して復水器を冷却しているが、この場
合、復水器を冷却する循環水の配管等の内面には大量の
貝や藻類等の海生物が付着することがある。このため、
配管内の冷却水の流れが海生物の付着により妨げられ復
水器の冷却効率が低下するので、定期的にこれらの海生
物を除去して管内を清掃する必要がある。

【０００３】従来、このような海生物の除去清掃作業
は、作業者が配管内に入り、例えばケレン棒やスコップ
等を使用して行われる。この人手による海生物の除去作
業は、配管等の内面に付着した大量の貝を剥離する作業
なので、多くの労力と時間を費やすばかりでなく配管等
の内面の塗膜を損傷する問題があり、また、洗浄中に配
管等の内面から海生物の腐敗に伴う臭気や有毒ガスが発
生し、配管内の酸素が欠乏する問題もある。

【０００４】そこで、最近ではかかる問題を解決する観
点から、各種の管内洗浄ロボットを用いて洗浄水を噴射
しながら冷却水管内を清掃する管内洗浄ロボットが提案
されている。図７および図８は従来の管内洗浄ロボット
の外観を示す図である。

【０００５】この管内洗浄ロボットは、循環水配管ａの
管内壁ａ１を移動する走行台車１に洗浄ロボット本体２
が搭載されている。この洗浄ロボット本体２は、情報信
号を演算制御処理する運転制御装置３、洗浄水を供給す
る高圧水供給装置４、ロボット本体２の姿勢を安定に維
持する姿勢維持機構５、この姿勢維持機構５に設けられ
て管内の状況を外部に送出するＩＴＶカメラ５ａおよび
作業台６を備え、循環水配管ａ外から、電源ケーブル、
信号ケーブル、給水系およびエア配管等を牽引しながら
進行している。

【０００６】一方、作業台６には、斜め旋回動作可能な
関節部７を介して回転自在に取り付けられた回転軸８
と、この回転軸先端８ａにロボット本体２の移動方向と
直交するように伸縮自在に取り付けられた清掃作業用の
アーム（以下、清掃作業アームという）９とを備えてい
る。

【０００７】また、清掃作業アーム９の先端部９ａに
は、ノズルヘッド部１０が回転可能に取り付けられ、こ
のノズルヘッド部１０に噴射ノズル１１が揺動自在に取
り付けられると共に、管壁との距離を検出するための渦
電流式センサによる距離検出センサ１２が取り付けられ
ている。

【０００８】この場合、ノズル１１は、旋回および上下
方向の起伏動作ができ、さらに管内壁の状況に応じて噴
射口形状が円形であるノズル（以下、直進ノズルとい
う）や噴射口形状がスリット状であるノズル（以下、偏
平ノズルという）に交換できるようになっている。

【０００９】例えば、復水器を冷却する循環水配管の直
管部の管内壁には冷却水が円滑に流れるために大きな貝
は付着しないがスライム等が付着するため、この場合に
は直進ノズルが使用され、また、曲管体であるエルボ部
には冷却水が円滑に流れにくいためにフジツボ等の大き
な貝が付着するため、直進ノズルでは洗浄作業に多くの
時間を費やす。従って、この場合には直進ノズルから偏
平ノズルに交換される。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】このように従来の管内
洗浄ロボットで循環水配管を洗浄する場合、管内壁の状
況に応じて噴射ノズルの交換が必要となるが、この交換
作業は作業者により行われるため、清掃作業効率の向上
を図ることが困難である。

【００１１】また、作業者は、循環水配管内の管内洗浄
ロボットの停止場所に移動して噴射ノズルを交換しなけ
ればならないため、循環水配管内に海生物の腐敗に伴う
臭気や有毒ガスによる酸素欠乏等が生じると危険であ
る。

【００１２】本発明は上記実情を考慮してなされたもの
で、遠隔操作により作業者が管内に入ることなく、洗浄
場所や付着物の種類に応じて噴射口の面積あるいは形状
の異なる複数の異種噴射ノズルの何れかに切換え可能と
して洗浄効率の向上を図ることができる管内洗浄ロボッ
トを提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、管内を移動するロボット本体と、このロボ
ット本体の移動方向と直交する方向に回動可能に取り付
けられたアームと、前記アーム先端にアーム軸と直交す
るように揺動自在に支持された旋回駆動軸と、この旋回
駆動軸に連結され、前記ロボット本体から前記アームを
通して伝達される駆動力により前記旋回駆動軸を揺動動
作させる駆動伝達機構と、前記旋回駆動軸の内部に挿入
され、それぞれ個別の給水路を形成する複数のスイベル
ジョイントと、前記旋回駆動軸に前記各スイベルジョイ
ントと個別に連通させて取り付けられ、噴射口の面積あ
るいは形状の異なる噴射ノズルと、前記各スイベルジョ
イントに個別に取り付けられ、前記ロボット本体側で昇
圧された洗浄水を前記各スイベルジョイントに個別に供
給する給水系と、前記ロボット本体側の各給水系に個別
に接続された開閉弁とを備え、遠隔操作により前記各開
閉弁をそれぞれ開閉制御して前記各噴射ノズルの給水系
を切換えるようにしたものである。

【００１４】

【作用】従って、このような構成の管内洗浄ロボットに
あっては、遠隔操作により各開閉弁を開閉して、アーム
先端の旋回駆動軸内に挿入された複数のスイベルジョイ
ントを通して噴射口の面積あるいは形状の異なる噴射ノ
ズルに個別につながる給水系を切換えることにより各噴
射ノズルより洗浄水を管路内壁に向けて噴射させること
ができるので、作業者が管内に入らずに管路内壁の付着
物の状況に応じて洗浄水を噴射させることが可能とな
り、洗浄効率が向上するとともに酸欠等に伴う危険を防
止することができる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の一実施例について図面を参照
して説明する。図１および図２は本発明に係る管内洗浄
ロボットの外観を示す図であり、図７および図８と同一
部分には同一符号を付してその詳しい説明は省略し、こ
こでは異なる部分についてのみ述べる。

【００１６】すなわち、本実施例では図１および図２に
示すようにアーム９先端に詳細を後述するノズルヘッド
１０を介して、例えば直進ノズルと偏平ノズルのような
第１および第２の噴射ノズル２１を取り付けると共に、
高圧水が供給される洗浄ロボット本体２の高圧水供給装
置４から第１および第２の給水ホース２２，２３を接続
し、さらに洗浄ロボット本体側のこれら給水ホース２
２，２３に開閉弁として個別に第１および第２の電磁弁
２２ａ，２３ａを設け、この電磁弁２２ａ，２３ａに対
して外部からの信号により開閉制御して２つの噴射ノズ
ル２１の給水系を切換える構成としたものである。

【００１７】ここで、アーム先端のノズルヘッドの構成
については、図３および図４により詳細に説明する。こ
のノズルヘッド１０は、揺動自在な旋回駆動軸２４と、
この旋回駆動軸２４を揺動させる駆動伝達機構２５と、
旋回駆動軸２４の両端から内部へ挿入され、２つの給水
路を形成する第１および第２のスイベルジョイント２６
ａ，２６ｂと、旋回駆動軸２４に各スイベルジョイント
２６ａ，２６ｂに個別に連通させて取り付けられた直進
ノズル２１ａおよび偏平ノズル２１ｂとで構成され、旋
回駆動軸２４の両端部にスイベルジョイント２６ａ，２
６ｂに個別に連通させて第１および第２の給水ホース２
２，２３が接続されている。

【００１８】前記旋回駆動軸２４は、アーム先端にアー
ム軸と直交するように揺動自在に支持され、この旋回駆
動軸２４に取り付けられた平歯車２４ｃに駆動伝達機構
２５より伝達される駆動力により旋回駆動軸２４を揺動
させ、高圧ジェット水の噴射により循環水配管等の内壁
塗装面が損傷しないように噴射角を制御する機能を有し
ている。

【００１９】前記駆動伝達機構２５は、洗浄ロボット本
体からアームを通して伝達される駆動力により旋回駆動
軸２４を揺動動作させるもので、洗浄ロボット本体側か
らアーム軸を中心とする回転駆動力を伝達する入力軸２
７と、この入力軸２７の先端のかさ歯車２７ａと、前記
入力軸２７に直交する方向に配置された伝達軸２８と、
この伝達軸２８に設けられたかさ歯車２８ａ，平歯車２
８ｂおよびポテンショメータ２８ｃとを備え、洗浄ロボ
ット本体から入力軸２７により伝達される駆動力を、か
さ歯車２７ａ，かさ歯車２８ａおよび平歯車２８ｂを介
して揺動駆動軸２４の平歯車２４ｃに与え、揺動駆動軸
２４ｃを揺動動作させる構成となっている。

【００２０】前記第１および第２のスイベルジョイント
２６ａ，２６ｂは、直進ノズル２１ａおよび偏平ノズル
２１ｂに対してそれぞれ個別の給水路を形成し、且つ、
旋回駆動軸２４の揺動に対して第１および第２の給水ホ
ース２２，２３との接続部からの水漏れを防止する機能
をもっている。

【００２１】前記直進ノズル２１ａおよび偏平ノズル２
１ｂは、それぞれ噴射口面積が異なっており、直進ノズ
ル２１ａは、例えば、直径１．６〜２．０ｍｍ程度の小
孔により洗浄水を噴射し、偏平ノズル２１ｂは、例えば
０．４×５．０ｍｍ程度のスリットにより洗浄水を噴射
するものである。

【００２２】ここで、洗浄ロボット本体２側から噴射ノ
ズルに至る給水系統は図５に示すように、高圧水供給装
置としての高圧ポンプ３１で昇圧した洗浄水を分岐する
分岐点３２に第１および第２の給水ホース２２，２３を
それぞれ接続し、これら給水ホース２２，２３の途中に
開閉弁として第１および第２の電磁弁２２ａ，２３ａが
設けられている。

【００２３】ここで、第１および第２の電磁弁２２ａ，
２３ａは作業者がＩＴＶカメラ５ａの映像を見ながら外
部に設置された操作盤から遠隔操作することにより開閉
制御され、直進ノズル２１ａおよび偏平ノズル２１ｂの
何れかに給水系が切換えられるようになっている。

【００２４】次に、このような構成の管内洗浄ロボット
の動作について説明するに、ここでは特に、噴射ノズル
の揺動および切換え動作について説明し、さらに、これ
らの動作と洗浄効率の向上との関係について述べる。

【００２５】図３及び図４において、入力軸２７が図示
しない洗浄ロボット本体２から回転駆動力を受けて回転
すると、入力軸２７先端のかさ歯車２７ａも同様に回転
する。このかさ歯車２７ａの回転が伝達軸２８のかさ歯
車２８ａに伝わって、伝達軸２８および伝達軸２８の平
歯車２８ｂが回転する。この平歯車２８ｂの回転動作が
旋回駆動軸２４の平歯車２４ｃに伝達されて旋回駆動軸
２４とともに直進ノズル２１ａおよび偏平ノズル２１ｂ
を回転動作させる。ここで、旋回駆動軸２４の動作角度
は、ポテンショメータ２８ｃの信号により制御されてい
る。すなわち、伝達軸２８に設けられたポテンショメー
タ２８ｃが伝達軸２８の回転角度から信号を出力して洗
浄ロボット本体２の運転制御装置３に送り、この運転制
御装置３が回転軸８等を介して入力軸２７に所定の回転
駆動力を伝えることにより旋回駆動軸２４とともに直進
ノズル２１ａおよび偏平ノズル２１ｂが揺動動作する。

【００２６】このように揺動する噴射ノズルから噴射さ
れる高圧洗浄水は、この揺動角度に基づく噴射角度をも
って管内壁ａ１に噴射される。従って、この揺動角度を
制御することにより、内壁の塗膜を損傷させることがな
くなる。

【００２７】ここで、図５のような給水系統で外部から
遠隔操作により揺動している直進ノズル２１ａおよび偏
平ノズル２１ｂに対して第１の電磁弁２２ａまたは第２
の電磁弁２３ａを開閉することにより、洗浄ロボット本
体側から直進ノズル２１ａに至る第１の給水路２２また
は偏平ノズル２１ｂに至る第２の給水路２３が開となる
ので、洗浄水の洗浄面積を切換えることができる。

【００２８】次に、これらの揺動および切換え動作と洗
浄効率の向上との関係について説明する。一般に、管内
の清掃作業速度は、アームの旋回速度とノズルの揺動速
度に依存する傾向をもち、さらに絶対値が直進ノズル２
１ａと偏平ノズル２１ｂとで異なっている。図６は清掃
作業アーム旋回速度に対するノズル揺動速度依存性およ
びノズル揺動周期依存性を示す図である。同図におい
て、アーム９の旋回速度は、ノズルの揺動周期が長いほ
ど遅くなり、ノズルの揺動速度が速いほど速くなる。ま
た、直進ノズル２１ａは、偏平ノズル２１ｂと同じ揺動
周期の場合でも偏平ノズル２１ｂより清掃作業アーム９
の旋回速度が遅いことを示している。このことは、ノズ
ルを用いてある幅をもった円周に対し、その幅分を同一
周期で往復しながら円周方向に洗浄する場合、円周方向
に幅をもった偏平ノズル２１ｂの方が速く洗浄し終わる
ことを意味している。

【００２９】また、例えばノズル揺動速度が９０°／ｓ
のとき、直進ノズル２１ａでは清掃作業アーム８の旋回
速度が０．２６ｒｐｍとなるのに対して、偏平ノズル２
１ｂは清掃作業アーム９の旋回速度が０．６６ｒｐｍと
なり直進ノズル２１ａと比べて約２．５倍も早くなる。
この約２．５倍は、偏平ノズル２１ｂのスリットの長さ
が約５．０ｍｍであるのに対して直進ノズル２１ａの直
径が約２．０ｍｍであるように、その長さの比が約２．
５対１であることに対応している。

【００３０】このように、清掃作業アーム９の旋回速
度、すなわち清掃速度だけを考察すると、直進ノズル２
１ａに比べて偏平ノズル２１ｂの方がはるかに効率的で
ある。しかし、偏平ノズル２１ｂでは、清掃幅が広い分
だけ海生物の剥離効率が低下してしまい、例えばフジツ
ボのような大きい海生物の剥離が困難となる。

【００３１】従って、大きい海生物が付着しにくく、ス
ライム等が付着する直管内の清掃では、清掃速度を上げ
るために、偏平ノズル２１ｂで清掃し、大きい海生物が
密集して付着し易い曲管内の清掃では、剥離効率を上げ
るために、直進ノズル２１ａで清掃する。このように、
直進ノズル２１ａと偏平ノズル２１ｂとを清掃する場所
に応じて遠隔操作で使い分けすることにより清掃効率の
向上を図ることができる。

【００３２】上述したように本実施例では、管内洗浄用
のノズルとして直進ノズル２１ａと偏平ノズル２１ｂの
２種類の噴射ノズル２１を並列に配置し、これら２種類
の噴射ノズル２１に個別に第１および第２の給水ホース
２２，２３を設け、且つ、それら給水ホースに個別に第
１の電磁弁２２ａおよび第２の電磁弁２３ａを接続した
ことにより、これら電磁弁２２ａ，２３ａを切換えると
２種類の噴射ノズルのうち、いずれか一方の噴射ノズル
から高圧の洗浄水が噴射されるので、２種類の噴射ノズ
ルを使い分けて管内を洗浄することができる。

【００３３】また、これら給水ホース２２，２３と、揺
動する直進ノズル２１ａおよび偏平ノズル２１ｂとの間
を、それぞれ第１または第２のスイベルジョイント２６
ａ，２６ｂを用いて接続しているので、噴射ノズル２１
の揺動自在な特性を失うことなく、その種類を任意に選
択することができる。従って、噴射ノズル２１の揺動に
より水の噴射角を制御して管内壁の塗膜を保護できる。
また、電磁弁２２ａ，２３ａの切換えにより噴射ノズル
２１の種類を選択して貝等の剥離効率と管内壁ａ１の清
掃速度とを変えることができるので、清掃効率の向上を
図ることができる。

【００３４】なお、本発明は、旋回駆動軸２４に２つの
スイベルジョイント２６ａ，２６ｂを挿入し、第１およ
び第２のスイベルジョイント２６ａ，２６ｂに対応して
噴射ノズル２１ａ，２１ｂと給水系２２，２３とを設
け、これら給水系２２，２３を各開閉弁で切換えるよう
に説明したが、旋回駆動軸に複数のスイベルジョイント
を挿入し、これらスイベルジョイントに個別に噴射ノズ
ル，給水系および開閉弁を設けても前述同様に実施する
ことができる。

【００３５】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、アー
ム先端に揺動可能に取り付けた旋回駆動軸の内部に複数
のスイベルジョイントを挿入し、これらスイベルジョイ
ントに噴射口の面積あるいは形状の異なる複数の噴射ノ
ズルを連通させて取り付けると共にロボット本体側の給
水源より洗浄水が供給される複数の給水系を接続し、こ
れら給水系のロボット本体側に開閉弁をそれぞれ設け、
外部からの信号により遠隔操作を行って各開閉弁を開閉
制御することにより、遠隔操作により作業者が管内に入
ることなく、洗浄場所や付着物の種類に応じて噴射口の
面積あるいは形状の異なる複数の異種噴射ノズルの何れ
かに切換えることが可能となり、洗浄効率の向上を図る
ことができる管内洗浄ロボットを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る管内洗浄ロボットの外観を示す
図。

【図２】本発明に係る管内洗浄ロボットの外観を示す
図。

【図３】アーム先端の平面の断面を示す図。

【図４】アーム先端の正面の断面を示す図。

【図５】本発明に係る管内洗浄ロボットの給水系統の構
成を示す図。

【図６】清掃作業アーム旋回速度に対するノズル揺動速
度依存性およびノズル揺動周期依存性を示す図。

【図７】従来の循環水配管の清掃作業ロボットの外観を
示す図。

【図８】従来の循環水配管の清掃作業ロボットの外観を
示す図。

【符号の説明】

２…洗浄ロボット本体、９…清掃作業アーム、２１…噴
射ノズル、２１ａ…直進ノズル、２１ｂ…偏平ノズル、
２２…第１の給水ホース、２２ａ…第１の電磁弁、２３
…第２の給水ホース、２３ａ…第２の電磁弁、２４…旋
回駆動軸、２５…駆動伝達機構、２６ａ…第１のスイベ
ルジョイント、２６ｂ…第２のスイベルジョイント、３
１…高圧ポンプ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 広瀬 金三 神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地 株式会社東芝京浜事業所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 管内を移動するロボット本体と、 このロボット本体の移動方向と直交する方向に回動可能
   に取り付けられたアームと、 前記アーム先端にアーム軸と直交するように揺動自在に
   支持された旋回駆動軸と、 この旋回駆動軸に連結され、前記ロボット本体から前記
   アームを通して伝達される駆動力により前記旋回駆動軸
   を揺動動作させる駆動伝達機構と、 前記旋回駆動軸の内部に挿入され、それぞれ個別の給水
   路を形成する複数のスイベルジョイントと、 前記旋回駆動軸に前記各スイベルジョイントと個別に連
   通させて取り付けられ、噴射口の面積あるいは形状の異
   なる噴射ノズルと、 前記各スイベルジョイントに個別に取り付けられ、前記
   ロボット本体側で昇圧された洗浄水を前記各スイベルジ
   ョイントに個別に供給する給水系と、 前記ロボット本体側の各給水系に個別に接続された開閉
   弁とを備え、 遠隔操作により前記各開閉弁をそれぞれ開閉制御して前
   記各噴射ノズルの給水系を切換えるようにしたことを特
   徴とする管内洗浄ロボット。