JP7614987B2 - Surface cleaning method and system - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、表面浄化技術に関する。 Embodiments of the present invention relate to surface purification technology.
金属の表面は材料と環境の相互作用により、腐食が生じる場合がある。通常、金属表面の水膜、環境に含まれる湿分、空気に含まれる酸素により酸化が生じる。一方、環境または材料に含まれる腐食を誘起する腐食成分が存在し、これが反応に寄与する場合、より顕著な腐食が生じる。腐食成分が関与する腐食は、腐食生成物の生成または材料の減肉を引き起こす場合がある。例えば、構造材料として金属材料が用いられる場合、腐食の進行によって強度低下を引き起こす可能性がある。また、熱交換器の熱交換フィンなどの部品の場合は、減肉による伝熱媒体の流出または腐食生成物の付着による熱伝導性能の低下が生じる。 Metal surfaces can corrode due to interactions between the material and the environment. Usually, oxidation occurs due to a water film on the metal surface, moisture in the environment, or oxygen in the air. On the other hand, more significant corrosion occurs when corrosion-inducing components are present in the environment or material and contribute to the reaction. Corrosion involving corrosive components can cause the production of corrosion products or thinning of the material. For example, when metal materials are used as structural materials, the progression of corrosion can cause a decrease in strength. Also, in the case of parts such as the heat exchange fins of a heat exchanger, thinning can cause the loss of heat transfer medium or the adhesion of corrosion products, resulting in a decrease in thermal conductivity.
そこで、腐食生成物が発生した部品の機能を改善するために、これら金属の腐食生成物または腐食成分といった付着物の除去を行う必要がある。この付着物の除去は、小型の部品であれば、手研磨またはブラシによる除去が可能であり、比較的簡便に行える。しかし、大型の部品、凹凸が多い複雑な形状の部品、多数の部品が並んでいる物のような場合、手作業で全ての付着物を除去することが困難である。ここで、大型の熱交換器の伝熱管の付着物の除去に関して、除去作業によって熱交換媒体が漏洩する事態、除去した付着物が塵埃として環境に排出され、熱交換器の周辺の環境に影響を与える事態が生じることを避ける必要がある。さらに、一度、付着物を除去したとしても、その後に腐食発生リスクを高める環境が生じることも避ける必要がある。 Therefore, in order to improve the functionality of parts where corrosion products have formed, it is necessary to remove these deposits, such as corrosion products or corrosion components of these metals. For small parts, the removal of these deposits can be done relatively easily by hand polishing or brushing. However, for large parts, parts with complex shapes with many irregularities, or items with a large number of parts lined up, it is difficult to remove all of the deposits by hand. Here, when removing deposits from the heat transfer tubes of a large heat exchanger, it is necessary to avoid situations where the heat exchange medium leaks during the removal work, or where the removed deposits are discharged into the environment as dust and affect the environment around the heat exchanger. Furthermore, even if the deposits are removed once, it is also necessary to avoid the creation of an environment that increases the risk of corrosion occurring thereafter.
伝熱管は、熱交換を目的としているため、数ミリ程度の肉厚であることが殆どである。そこで、腐食による減肉が大きく生じた伝熱管に対して、ブラスト、薬液による洗浄のような、減肉を伴う除去方法を用いることを避ける必要がある。また、減肉が生じない除去方法であっても、薄肉になっている伝熱管に対し、圧縮空気、ドライアイス、水流を吹き付ける除去方法、衝撃波による除去方法のように、衝撃力と振動が加わる除去方法を用いると、薄肉になっている部分が破損する可能性がある。 Since heat transfer tubes are intended for heat exchange, they are almost always only a few millimeters thick. For this reason, it is necessary to avoid using removal methods that cause thinning of the tube, such as blasting or cleaning with chemicals, on heat transfer tubes that have been significantly thinned due to corrosion. Even if the removal method does not cause thinning of the tube, there is a possibility that the thinned parts will be damaged if removal methods that apply impact forces and vibrations, such as spraying compressed air, dry ice, or water jets, or using shock waves, are used on thin-walled heat transfer tubes.
また、付着物の中でも比較的除去が容易な成分と固着力の高い成分とがある。例えば、錆の固着状態が不安定な場合がある。また、錆除去過程において、ワイヤブラシで比較的容易に叩き落せる成分と固着して容易に除去できない成分とが混在している場合がある。このような場合に、減肉を伴う除去方法であれば、減肉させるとともに、固着が強い成分の除去も可能であるが、その他の除去方法では、除去能力は劣るであろうと考えられる。このような問題に対して、レーザーを照射して付着物を除去する技術が知られている。 In addition, among the deposits, there are components that are relatively easy to remove and components that have a strong adhesive force. For example, there are cases where the state of adhesion of rust is unstable. Furthermore, during the rust removal process, there may be a mixture of components that can be knocked off relatively easily with a wire brush and components that have stuck and cannot be easily removed. In such cases, if a removal method that involves thinning is used, it is possible to remove the strongly adhered components as well as thin the surface, but other removal methods are thought to have inferior removal capabilities. To address these issues, a technology is known that uses laser irradiation to remove deposits.
化石燃料を燃焼することで発電を行う発電システムにおいて、燃焼ガスに接触する機器の表面には、長年の使用により除去対象物が堆積する。このような除去対象物を、機器の表面に減肉を生じさせずに、選択的かつ効率的に除去することが求められている。 In power generation systems that generate electricity by burning fossil fuels, materials to be removed accumulate on the surfaces of equipment that come into contact with the combustion gases over many years of use. There is a need to selectively and efficiently remove such materials without causing thinning of the equipment surfaces.
本発明の実施形態は、このような事情を考慮してなされたもので、燃焼ガスに接触する機器の表面に存在する除去対象物を選択的かつ効率的に除去することができる表面浄化技術を提供することを目的とする。 The embodiment of the present invention was made in consideration of these circumstances, and aims to provide a surface purification technology that can selectively and efficiently remove objects to be removed that are present on the surface of equipment that comes into contact with combustion gas.
本発明の実施形態に係る表面浄化方法は、化石燃料を燃焼することで発電を行う発電プラントにおける機器であり、少なくとも鉄を主成分として含む材質で形成された前記機器における燃焼ガスに接触する表面に存在する除去対象物を少なくともレーザーを用いて除去する方法であって、前記材質の成分、前記燃焼ガスの成分、前記機器における前記燃焼ガスに接触する表面から採取した前記除去対象物のサンプルの成分の少なくともいずれかに基づいて、前記除去対象物の成分を特定し、鉄系腐食生成物および硫酸アンモニウムの前記レーザーの吸収特性に応じて構築され、複数種類の前記除去対象物に含まれる成分とそれぞれの成分に最も吸収され易い前記レーザーの波長との関係を示す情報を蓄積したデータベースを参照し、前記除去対象物の成分に基づいて、前記除去対象物に最も吸収され易い前記レーザーの波長を特定し、前記特定された波長に基づいて、前記機器における前記燃焼ガスに接触する表面に照射する前記レーザーの波長を設定する。 A surface purification method according to an embodiment of the present invention is a method for removing a removal target that is present on a surface of equipment in a power plant that generates electricity by burning fossil fuels and that is made of a material containing at least iron as a main component, and that comes into contact with a combustion gas, using at least a laser, the method comprising: identifying a component of the removal target based on at least one of a component of the material, a component of the combustion gas, and a component of a sample of the removal target taken from the surface of the equipment that comes into contact with the combustion gas; referring to a database that is constructed according to the laser absorption characteristics of iron-based corrosion products and ammonium sulfate and that accumulates information indicating a relationship between components contained in a plurality of types of removal targets and the wavelength of the laser that is most easily absorbed by each component; identifying a wavelength of the laser that is most easily absorbed by the removal target based on the component of the removal target; and setting a wavelength of the laser to be irradiated to the surface of the equipment that comes into contact with the combustion gas based on the identified wavelength .
本発明の実施形態により、燃焼ガスに接触する機器の表面に存在する除去対象物を選択的かつ効率的に除去することができる表面浄化技術が提供される。 Embodiments of the present invention provide a surface purification technology that can selectively and efficiently remove objects to be removed that are present on the surface of equipment that comes into contact with combustion gas.
以下、図面を参照しながら、表面浄化方法および表面浄化システムの実施形態について詳細に説明する。 Below, embodiments of the surface purification method and surface purification system are described in detail with reference to the drawings.
図1の符号1は、本実施形態が適用される火力発電プラントである。火力発電プラント1とは、天然ガス、石油、石炭などの化石燃料を燃焼することで発電を行う施設である。本実施形態では、ガスタービン2を用いた内燃力発電が行われるとともに、その排熱で汽力発電が行われるコンバインドサイクル発電方式が適用された火力発電プラント1を例示する。なお、コンバインドサイクル発電方式以外にも、化石燃料を燃焼して発電を行うものであれば、その他の形式の発電プラントに本実施形態を適用しても良い。
コンバインドサイクル発電方式の火力発電プラント1には、内燃機関としてのガスタービン2が設けられている。このガスタービン2の回転力が第1発電機3に伝達されて内燃力発電が行われる。ガスタービン2から排出された燃焼ガスGは、排気ダクト4を介して廃熱回収ボイラ5に送られる。この廃熱回収ボイラ5は、熱交換器6を有している。廃熱回収ボイラ5の内部の熱交換器6を流れる水Wが燃焼ガスGと熱交換を行うことにより蒸気が発生する。廃熱回収ボイラ5を通過した燃焼ガスGは、排気ダクト4を介して、必要に応じて設けられる脱硝装置7に送られる。燃焼ガスGは、この脱硝装置7の触媒により脱硝がなされた後に、排気ダクト4を介して煙突8に送られ、この煙突8から大気中に排出される。
The combined cycle power generation
熱交換器6で蒸発した水W(蒸気)は、水循環ライン9を介して蒸気タービン10に送られる。この蒸気の圧力により蒸気タービン10が回転される。そして、蒸気タービン10の回転力が第2発電機11に伝達されて汽力発電が行われる。蒸気タービン10を通過した蒸気は、復水器12に送られる。この蒸気は、復水器12で凝縮されて水Wに戻される。この戻された水Wは、水循環ライン9を介して再び廃熱回収ボイラ5に戻される。
The water W (steam) evaporated in the
図2から図3に示すように、本実施形態の機器としての熱交換器6には、多数の伝熱管13が設けられている。水循環ライン9を流れる水Wは、伝熱管13を通過するときに、周囲の燃焼ガスGと熱交換されて蒸気となる。
As shown in Figures 2 and 3, the
また、伝熱管13の外周面には、熱交換の効率を高めるために、熱交換フィン14が設けられている。この熱交換フィン14は、伝熱管13の外周面に沿って巻き回されて螺旋状に延びる部分となっている。なお、複数枚の熱交換フィン14が、伝熱管13の長手に沿って並べられていても良い。また、伝熱管13の間15および熱交換フィン14の間16が、本実施形態の狭隘部となっている。
In addition,
伝熱管13および熱交換フィン14は、炭素鋼など、少なくとも鉄を主成分として含む材質で形成されている。伝熱管13および熱交換フィン14は、長年の使用と燃焼ガスGにより飛来した各種物質が付着することにより腐食が生じる。図4に示すように、このような表面17が劣化した伝熱管13および熱交換フィン14を継続して使用するために、伝熱管13および熱交換フィン14の表面17に塗装を施すことがある。しかし、腐食などが存在する金属の表面17に塗装を施しても剥がれ、膨れ、割れが生じ易くなり、腐食成分の状況によっては、表面17と塗装の間で腐食が進行することがある。そのため、本実施形態では、塗装を施す前に金属の表面17を浄化する処理を行う。
The
図4から図5に示すように、伝熱管13および熱交換フィン14の表面17(金属母材)、つまり、燃焼ガスGに接触する表面17には、炭素鋼の腐食生成物18、この腐食生成物18を含む付着物19、または、燃焼ガスGとともに飛来して付着した付着物19などが存在する。付着物19には、例えば、硫酸アンモニウムなどが含まれる。本実施形態では、これらの物質を、レーザーLを用いて除去する浄化処理を行う。
As shown in Figures 4 and 5, the surfaces 17 (metallic base material) of the
以下の説明では、レーザーLによる除去の対象となる物質を除去対象物20と称する。なお、除去対象物20は、腐食生成物18または飛来して付着(堆積)した付着物19の少なくとも一方を含む。また、腐食生成物18には、機器の表面に付着した腐食生成物18を一部に含む付着物19を含む。
In the following description, the material to be removed by the laser L is referred to as the
本実施形態のレーザーLの照射による除去対象物20の除去は、光と物質の相互作用であるレーザーアブレーション効果(図6)によって実現する。本実施形態では、熱交換器6の伝熱管13の表面17に生じた除去対象物20に対して、除去対象物20の特徴的な吸収波長に対して、レーザーLの持つ波長を決定し、選択的かつ効率的に除去を行う。
In this embodiment, the removal of the
図6に示すように、所定の物質で構成される除去対象物20に一定以上のエネルギー密度を持つレーザーLを照射すると、除去対象物20が光エネルギーを吸収し、瞬間的に加熱され、プラズマ化し昇華する。なお、その後の再結合反応によって態様が異なるが、プラズマ化した除去対象物20により、飛散する金属元素またはガス化する成分である再生成物21が生じる。 As shown in FIG. 6, when a laser L having a certain energy density or more is irradiated onto an object to be removed 20 made of a specific material, the object to be removed 20 absorbs the light energy, is instantaneously heated, and turns into plasma and sublimes. Note that, although the manner in which this occurs varies depending on the subsequent recombination reaction, the object to be removed 20 that has been turned into plasma produces re-products 21, which are scattering metal elements or gasifying components.
一度プラズマ化しイオン化していることから、これら再生成物21は、単純に剥離された除去対象物20よりも、粒子サイズが、はるかに小さくなり、人間の検知が困難なサイズまで減少すると考えられる。また、再生成物21が気化するようであれば、固体成分の量はアブレーション前よりも減少する。 Because the re-products 21 have been converted into plasma and ionized, their particle size will be much smaller than that of the object to be removed 20 that has simply been peeled off, and it is believed that they will be reduced to a size that is difficult for humans to detect. Also, if the re-products 21 are vaporized, the amount of solid components will be less than before ablation.
レーザーLを用いて金属の表面17を浄化する方法は、ドライ表面クリーニング法のひとつである。レーザーアブレーション効果は、除去対象物20を構成する化合物(成分)の波長ごとの吸収特性、除去対象物20の密度、除去対象物20の厚み、レーザーLの発振波長、または、レーザーパワーの密度の少なくともいずれかの組み合わせが、化合物の持つアブレーション閾値を超える必要がある。なお、レーザーLがパルス波であろうが連続波であろうが、パラメータ的な差異はあるものの、原理としては同様である。この組み合わせが照射した材料の閾値を超えない限り、材料は加熱されるのみで効果は終了する。
The method of purifying the
この原理から、除去対象物20の除去だけを考えれば、高強度のレーザーLを照射すれば実現が可能となる。しかし、やみくもに強度だけを上げてしまうと、除去対象物20だけではなく、除去対象物20が付着している健全な金属の表面17をもアブレーションさせてしまう。健全な金属の表面17をレーザーLによってアブレーションさせてしまうことは、即ち、減肉を生じる従来技術の除去方法と同様の効果が顕れてしまい、伝熱管13および熱交換フィン14の破損につながる懸念が残る。
Based on this principle, if one is only considering removing the object to be removed 20, this can be achieved by irradiating a high-intensity laser L. However, if the intensity is simply increased, not only the object to be removed 20 but also the
従来技術では、除去対象物20が有する特徴的な吸収波長に対して適切な波長の制御がなされておらず、照射するレーザーLの強度が除去対象物20のアブレーション閾値より低いと除去できない。さらに、アブレーション閾値より高い強度でレーザーLを照射すると、健全な金属部分が減肉されるおそれがある。また、高い強度のレーザーLから作業者を保護する保護具が複雑かつ重厚にせざるを得ず、コストが増加し、工期が長くなる欠点がある。 In conventional technology, there is no appropriate wavelength control for the characteristic absorption wavelength of the object to be removed 20, and if the intensity of the irradiated laser L is lower than the ablation threshold of the object to be removed 20, removal is not possible. Furthermore, if the laser L is irradiated with an intensity higher than the ablation threshold, there is a risk of thinning of healthy metal parts. In addition, protective equipment to protect workers from the high-intensity laser L must be complex and heavy, which has the disadvantage of increasing costs and lengthening the construction period.
そこで、本実施形態では、特定の成分を有する除去対象物20が付着している熱交換器6における伝熱管13に対して、除去対象物20の波長ごとの吸収特性を把握する。そして、除去対象物20の吸収係数の強い波長に適したレーザーLの波長と光源を提供することで、除去が容易な除去対象物20だけではなく、固着している除去対象物20を選択的かつ効率よく除去するようにしている。
Therefore, in this embodiment, the absorption characteristics of the
次に、本実施形態の表面浄化システム30のシステム構成を図7に示すブロック図を参照して説明する。この表面浄化システム30は、レーザー浄化装置31と制御部32と記憶部33とを備える。
Next, the system configuration of the
制御部32は、必要に応じて波長設定部34を備える。これは、メモリまたはHDDに記憶されたプログラムがCPUによって実行されることで実現される。なお、波長設定部34は、熱交換器6の表面17に照射するレーザーLの波長を設定する。このレーザーLの波長の設定は、母材の材料および析出物の材料によって予め定めても良い。
The
さらに、記憶部33は、データベース35と施工記録部36を備える。これらは、メモリ、HDDまたはクラウドに記憶され、検索または蓄積ができるよう整理された情報の集まりである。
The
本実施形態の制御部32は、CPU、ROM、RAM、HDDなどのハードウェア資源を有し、CPUが各種プログラムを実行することで、ソフトウェアによる情報処理がハードウェア資源を用いて実現されるコンピュータで構成される。さらに、本実施形態の表面浄化方法は、各種プログラムをコンピュータに実行させることで実現される。
The
制御部32は、レーザー浄化装置31の制御を行う。また、制御部32の構成は、必ずしも1つのコンピュータに設ける必要はない。例えば、ネットワークで互いに接続された複数のコンピュータを用いて1つの制御部32を実現しても良い。
The
また、制御部32は、除去対象物20の成分に基づいて、除去対象物20に最も吸収され易いレーザーLの波長を特定する処理を行う。さらに、特定された波長に基づいて、伝熱管13および熱交換フィン14の表面17に照射するレーザーLの波長を設定する処理を行う。
The
記憶部33は、レーザー浄化装置31により浄化処理を行うときに必要な各種情報を記憶する。
The
データベース35は、複数種類の除去対象物20に含まれる成分とそれぞれの成分に最も吸収され易いレーザーLの波長との関係を示す情報を蓄積する。このようにすれば、データベース35に蓄積された情報に基づいて、除去対象物20に吸収され易いレーザーLの波長を設定することができる。なお、データベース35は、ネットワークを介して表面浄化システム30(制御部32)に接続される他のコンピュータに設けられていても良い。
The
図8に示すように、レーザー浄化装置31は、発振器37と導波デバイス38と出射部39とロボットアーム40とを備える。
As shown in FIG. 8, the
発振器37は、レーザーLの出力源(光源)である。この発振器37から出力されたレーザーLは、導波デバイス38を介して出射部39に導かれる。導波デバイス38は、例えば、光ファイバーなどを例示する。また、複数の反射鏡またはプリズム(図示略)などで導波デバイス38を構成しても良い。
The
導波デバイス38により導かれたレーザーLは、出射部39から出射される。本実施形態では、導波デバイス38を用いてレーザーLを発振器37から熱交換器6(機器)の伝熱管13などの表面17まで導き、導波デバイス38におけるレーザーLが出射する出射部39が表面17に対して移動可能となっている。このようにすれば、導波デバイス38を用いてレーザーLを適切な位置まで導くことができる。
The laser L guided by the
出射部39は、ロボットアーム40により施工位置に移動可能となっている。ロボットアーム40の各関節には、ポテンショメーター(図示略)などが設けられている。ロボットアーム40の各関節の可動状況を記録することで、レーザーLを照射した箇所の記録が行える。この施工箇所は、施工記録部36(図7)に記録される。例えば、伝熱管13および熱交換フィン14において、レーザーLを照射した箇所をマッピングすることで、浄化処理が行われた箇所を後日確認することができる。
The
なお、本実施形態では、ロボットアーム40により出射部39を所定の位置に固定して施工を行うようにしているが、出射部39を作業者が持って所定の位置に固定して施工を行っても良い。この場合には、出射部39に加速度センサーおよび角度センサーを含むモーションセンサー(図示略)などを設けておき、出射部39の移動状況を記録することで、レーザーLを照射した箇所の記録が行える。
In this embodiment, the
レーザーLは、そのコヒーレンスの高さから、出射部39から出射されると、非コヒーレンス光に比べ拡散せずに、直線的に伝播する。また、図9に示すように、出射部39から出射されたレーザーLは、所定の集光レンズ41を用いて集光し、照射対象の表面17に対する単位面積当たりの光強度を増加させることが可能である。
Due to its high coherence, when the laser L is emitted from the
図10に示すように、照射中に集光レンズ41を光軸に沿って移動すれば、出射部39を固定していたとしても、集光レンズ41の可動範囲に応じて、任意の位置にレーザーLを集光させることができる。このようにすれば、例えば、出射部39を作業者が手で持っている場合に、照射位置を厳密に狙わなくても、表面17に照射できる効果もある。
As shown in FIG. 10, if the focusing
例えば、図2から図3に示すように、伝熱管13の熱交換フィン14の部分、または、熱交換フィン14の端縁と伝熱管13に同時にレーザーLを照射することもできる。このように、伝熱管13の間15、または、熱交換フィン14の間16などの狭隘部であってもレーザーLを照射することができる。つまり、本実施形態では、レーザーLが照射されて除去対象物20が除去される部分は、熱交換器6(機器)の狭隘部を含む。このようにすれば、他の除去方法では除去が行い難い狭隘部であっても、除去対象物20を除去することができる。
For example, as shown in Figures 2 and 3, the laser L can be irradiated to the
なお、狭隘部は、伝熱管13の間15、または、熱交換フィン14の間16の少なくとも一方であれば良い。このようにすれば、作業者の手が入り難い部分であっても、除去対象物20を除去することができる。
The narrow area may be at least one of the
さらに、図11のようにレーザーLは、反射鏡のような反射デバイス42を用いることによって、容易にその光路を調整することができる。例えば、ガルバノミラーのような周期的に反射角度が変化する反射デバイス42を用いることができる。そして、反射デバイス42の反射角度を周期的に変化させながらレーザーLを照射する。このようにすれば、面的(2次元的)な広い領域にレーザーLを照射することができるため、除去効率を向上させることができる。なお、反射デバイス42は、プリズムまたはハーフミラーなどでも良い。
Furthermore, as shown in FIG. 11, the optical path of the laser L can be easily adjusted by using a reflecting
図12に施工態様の第1例を示す。例えば、レーザー浄化装置31のヘッド43には、出射部39と集光レンズ41が一体的に設けられている。このヘッド43から出力されたレーザーLは、複数の反射鏡を組み合わせた反射デバイス42により導かれて、伝熱管13または熱交換フィン14の所定の照射箇所に照射される。このようにすれば、ヘッド43の進入が困難な狭隘部にある部分であっても、レーザーLを照射することができる。例えば、林立する伝熱管13の深部、作業者から視認が困難な位置へのレーザーLを照射することができる。
Figure 12 shows a first example of the construction mode. For example, the
例えば、図12において紙面下方側に廃熱回収ボイラ5の内部で作業者が行き来できるようなメンテナンス領域(図示略)があるとする。作業者は、図12の紙面下方側から伝熱管13を視認する(図12の矢印44参照)。ここで、林立する伝熱管13の一方の面(紙面下方側の面)は、作業者が目視することができるが、伝熱管13の他方の面(紙面上方側の面)は、作業者が目視することができない。これら伝熱管13の作業者から目視できない領域が目視不可領域(不可視領域)となっている。なお、林立する伝熱管13の深部も目視不可領域に含まれる。
For example, suppose there is a maintenance area (not shown) on the lower side of the paper in FIG. 12 where workers can move inside the waste
本実施形態では、目視不可領域の伝熱管13または熱交換フィン14の表面17までレーザーLを導くために、熱交換器6(廃熱回収ボイラ5)の内部にレーザーLを反射する反射デバイス42を設置する。このようにすれば、反射デバイス42を用いて、目視不可領域の表面17にレーザーLを照射することができる。
In this embodiment, a reflecting
図13に施工態様の第2例を示す。この第2例では、反射デバイス42を、出射部39および集光レンズ41と一体化させるためのフレーム45が設けられている。複数の反射デバイス42は、フレーム45に支持されている。このようにすれば、伝熱管13の間15に容易に反射デバイス42を設けることができる。
Figure 13 shows a second example of the installation mode. In this second example, a
この第2例では、レーザーLを集光させる集光レンズ41とレーザーLを反射させる反射デバイス42と一体的に組み合わせた導波デバイス38を用いてレーザーLを照射する。このようにすれば、レーザーLのヘッド43または作業者の手の進入が困難な狭隘部である林立する伝熱管13の深部、作業者による視認が困難な部分へのレーザーLの照射が可能となる。
In this second example, the laser L is irradiated using a
図14に施工態様の第3例を示す。この第3例では、反射デバイス42を支持するフレーム45の出射側の端部に、照射距離を調整するための対物レンズ46が設けられている。そして、この対物レンズ46を光軸に沿って周期的に移動させる。このようにすれば、出射部39を固定して設けても、対物レンズ46を任意の位置に移動させることで、レーザーLの焦点を移動させることがきるため、任意の範囲にレーザーLを照射することができる。
Figure 14 shows a third example of the construction mode. In this third example, an
図15に施工態様の第4例を示す。この第4例では、出射部39(図8)の出射側から延びる導波デバイス47を備える。この導波デバイス47は、光ファイバーなどで構成される。そして、この導波デバイス47と対物レンズ46を、任意に屈曲かつ支持が可能な屈曲支持管48で一体化させている。屈曲支持管48は、熱交換器6の伝熱管13の配置にあわせて屈曲させることができる。そして、導波デバイス47を任意の形状に固定することができる。このようにすれば、導波デバイス47を用いて、目視不可領域(不可視領域)の表面17にレーザーLを照射することができる。
Figure 15 shows a fourth example of the construction mode. In this fourth example, a
図16および図17に施工態様の第5例を示す。この第5例は、出射軸39Aを中心として円周方向に向けてレーザーLを照射する機構となっている。例えば、出射部39におけるレーザーLの出射軸39Aと一致する箇所に回転軸49が設けられている。この回転軸49に反射デバイス42が支持されている。そして、反射デバイス42は、出射軸39Aに対して角度をもって、かつ回転軸49を中心として回転される。なお、円筒形状を成す支持管50の内部に、出射部39と反射デバイス42と回転軸49とが収容されている。さらに、支持管50の外周面に沿って、レーザーLが通過可能な窓51が設けられている。
16 and 17 show a fifth example of the construction mode. This fifth example has a mechanism for irradiating the laser L in the circumferential direction around the
出射部39は、出射軸39Aが延びる方向が、伝熱管13が延びる方向と同じに成る向きに配置される。そして、出射部39から出射されたレーザーLは、反射デバイス42によって反射される。回転軸49によって反射デバイス42が回転することで、出射軸39Aを中心として円周方向にレーザーLを照射することができる。このようにすれば、周囲の複数の伝熱管13に対してレーザーLを照射することができるため、除去効率を向上させることができる。
The
支持管50が金属などの光を透過させない素材で形成されている場合には、窓51によりレーザーLを透過させることができる。なお、支持管50は、円筒形以外の形状、例えば、四角形状またはその他の形状でも良い。
If the
また、支持管50は、所定のフレームを用いて形成された構造でも良い。ただし、この場合のフレームは、レーザーLの照射に対して障害物となり得るので、作業時にフレームの設置の態様に注意する必要がある。
The
第1例から第5例において、レーザーLの照射範囲は、一般的に数十μm程度であるため、除去対象物20の除去が不要、または、所定の事情によって除去対象物20の除去が望まれない箇所への照射を容易に避けることができる。 In the first to fifth examples, the irradiation range of the laser L is generally on the order of several tens of μm, so irradiation of areas where removal of the object to be removed 20 is not required or where removal of the object to be removed 20 is not desired due to certain circumstances can be easily avoided.
このように、金属の表面17の除去対象物20を除去することが可能となれば、清浄な金属を表面17に露出させることが可能となる。このようにすれば、熱交換器6のような表面状態が性能に影響を及ぼすような機器に対して、熱交換率を復活させることができる。また、腐食の程度によっては、金属の表面17に凹凸がランダムに生じるため、表面17を清浄にすることによって、塗装の前処理に適した表面状態が得られる。
In this way, if it becomes possible to remove the object to be removed 20 from the
次に、除去対象物20の成分とレーザーLの波長との関係を図18から図19を参照して説明する。 Next, the relationship between the components of the object to be removed 20 and the wavelength of the laser L will be explained with reference to Figures 18 and 19.
除去対象物20の成分は、金属材料が置かれている環境(雰囲気成分、飛散成分、湿度、温度)によってさまざま異なり、化合物によってレーザーLの吸収特性が大きく異なる。特に、炭素鋼の場合、化合物として酸化鉄、水酸化鉄、オキシ水酸化鉄が生じる。酸化鉄およびオキシ水酸化鉄の25μm~200μmの吸収特性が確認されている。さらに、吸収測定が困難な紫外線または可視光線の領域、近赤外線の領域である600nm~1100nmの領域では、拡散反射測定が行われている。なお、反射特性と、吸収特性については、反射率の対数をとることで吸収特性が得られる。測定の影響などによって、多少の値の違いは出るものの、特徴的な吸収波長を見出すことが可能である。 The components of the object to be removed 20 vary depending on the environment (atmospheric components, flying components, humidity, temperature) in which the metal material is placed, and the absorption characteristics of the laser L vary greatly depending on the compound. In particular, in the case of carbon steel, compounds such as iron oxide, iron hydroxide, and iron oxyhydroxide are generated. The absorption characteristics of iron oxide and iron oxyhydroxide at 25 μm to 200 μm have been confirmed. Furthermore, in the ultraviolet or visible light ranges, where absorption measurements are difficult, and in the near-infrared range of 600 nm to 1100 nm, diffuse reflection measurements are performed. The reflection and absorption characteristics can be obtained by taking the logarithm of the reflectance. Although there will be some differences in the values due to the influence of the measurement, it is possible to find characteristic absorption wavelengths.
また、現実の除去対象物20の吸収特性は、これらの生成量または混合状態によって決定される。特に、鉄系腐食生成物については、約7μmから25μmの範囲に吸収領域が存在する。例えば、酸化鉄では11.0μm付近に吸収領域が存在する。水酸化鉄では12.0μm付近に吸収領域が存在する。オキシ水酸化鉄では2.5μm~3.0μm、15.0μmまたは17.0μm付近に吸収領域が存在する。
The absorption characteristics of the
600nmから2.5μmの範囲においては、750nm付近に反射率の高い領域が存在する。ここを頂点に短波長側では反射率は小さく、つまり吸収は強くなる。一方、長波長側では、酸化鉄では、900nm付近、水酸化鉄およびオキシ水酸化鉄、920nm付近に吸収が強くなる領域が存在する。 In the range from 600 nm to 2.5 μm, there is a region of high reflectance around 750 nm. From this peak, the reflectance decreases on the shorter wavelength side, meaning that absorption becomes stronger. On the other hand, on the longer wavelength side, there is a region of strong absorption around 900 nm for iron oxide, and around 920 nm for iron hydroxide and iron oxyhydroxide.
さらに、長波長側に目を向けると酸化鉄、水酸化鉄では吸収のピークは認められない。水酸化鉄では1460nm付近にも吸収領域が存在するが、750nmの吸収領域よりも係数は小さい。 Furthermore, looking at the longer wavelength side, no absorption peaks are observed in iron oxide and iron hydroxide. Iron hydroxide also has an absorption region around 1,460 nm, but the coefficient is smaller than the absorption region at 750 nm.
紫外線から可視光線の領域では、酸化鉄の場合、580nm付近に吸収領域が存在する。ここで、500nm付近まで反射率が増加し飽和傾向にある。オキシ水酸化鉄では、570nm付近から620nm付近に吸収のピークが存在する。また、それぞれの金属材料は、500nm以下の領域で吸収が最も大きい。 In the ultraviolet to visible light range, for iron oxide, there is an absorption region around 580 nm. Here, the reflectance increases up to around 500 nm and tends to saturate. For iron oxyhydroxide, there is an absorption peak around 570 nm to 620 nm. Also, each metal material has the greatest absorption in the region below 500 nm.
これらの波長または、これらに近しい波長のレーザーLを除去対象物20に照射することで効率的に除去することができる。さらに、レーザーLの強度を必要以上に高める必要がないため、除去対象物20が生じていない健全な金属母材にダメージを与えることがない。
By irradiating the
一方、例えば、ガスタービン2などで燃焼させる燃料には、金属を腐食させる成分が配合されている場合がある。この腐食成分が熱交換器6の内部に流入し、熱交換器6の伝熱管13といった部品を腐食させ、金属腐食生成物以外にも化合物が生成されるようになる。
On the other hand, for example, the fuel burned in the
特に、硫酸アンモニウムが存在する熱交換器6が認められており、伝熱管13および熱交換フィン14の表面17の除去対象物20には、鉄系腐食生成物に加えて、硫酸アンモニウムが含まれている。この場合の除去条件を検討すると、鉄系腐食生成物の吸収特性に加えて硫酸アンモニウムの吸収特性を考慮に入れた上で、レーザーLの波長を選択しなければならない。
In particular, a
図19に示すように、硫酸アンモニウムの近赤外領域の反射スペクトルに着目する。特に所定の範囲Rに着目する。ここで、硫酸アンモニウムの場合には、850nm、950nm付近に僅かな吸収が認められるが、概して200nmから1000nm程度まで、反射率が高い領域が続いている。そして、1060nm付近、1390nm付近、1590nm付近に吸収領域が認められ、2.0μmから2.1μm付近に吸収のピークが認められる。また、赤外線の領域では、3.3μm付近に広い領域の吸収のピークが確認できる。さらに、6.6μm付近、10.0μm付近に急峻な吸収のピークが確認できる。 As shown in Figure 19, we focus on the reflection spectrum of ammonium sulfate in the near infrared region. We pay particular attention to the specified range R. Here, in the case of ammonium sulfate, slight absorption is observed near 850 nm and 950 nm, but the region of high reflectance generally continues from about 200 nm to 1000 nm. Absorption regions are observed near 1060 nm, 1390 nm, and 1590 nm, and an absorption peak is observed near 2.0 μm to 2.1 μm. In the infrared region, a wide absorption peak can be confirmed near 3.3 μm. Furthermore, steep absorption peaks can be confirmed near 6.6 μm and 10.0 μm.
従って、本実施形態では、有意な量で硫酸アンモニウムと鉄系腐食生成物が混合しているような除去対象物20に対しては、吸収のピークが同一領域に存在することが条件となる。この波長領域は、900nmから1390nmの近赤外線の領域および9.0μmから18.0μmの赤外線の領域である。 Therefore, in this embodiment, for the object to be removed 20 in which ammonium sulfate and iron-based corrosion products are mixed in significant amounts, the condition is that the absorption peaks are in the same region. This wavelength region is the near-infrared region from 900 nm to 1390 nm and the infrared region from 9.0 μm to 18.0 μm.
特に、近赤外線の領域は、赤外線の領域に比べ波長範囲が狭く、一般的に高強度の光源を選択できる可能性があるため好適である。なお、紫外領域では、鉄系腐食生成物の吸収は大きいが、硫酸アンモニウムの反射率が高いため、適しているとは言い難い。 The near-infrared region is particularly suitable because it has a narrower wavelength range than the infrared region and generally allows the selection of a high-intensity light source. In the ultraviolet region, the absorption of iron-based corrosion products is high, but the reflectance of ammonium sulfate is high, making it difficult to say that it is suitable.
例えば、除去対象物20を構成する化合物ごとに、それぞれ異なる吸収波長に合わせた、複数の光源を用意し、除去対象物20へ照射するレーザーLの波長を周期的に変化させることで、より効率的に除去できる。ただし、1台の光源を用いる場合と比べ、光源および波長変換素子を複数台構成することは、装置のコストと光学設計のコストの面では劣ってしまう。 For example, more efficient removal can be achieved by preparing multiple light sources, each matched to a different absorption wavelength for each compound constituting the object to be removed 20, and periodically changing the wavelength of the laser L irradiated onto the object to be removed 20. However, compared to using a single light source, using multiple light sources and wavelength conversion elements is inferior in terms of equipment cost and optical design cost.
本実施形態では、近赤外線の領域において、硫酸アンモニウムの吸収領域と、酸化鉄およびオキシ水酸化鉄の吸収領域が重複しており、この領域が効率的に除去対象物20を除去することが可能である。 In this embodiment, in the near-infrared region, the absorption region of ammonium sulfate overlaps with the absorption region of iron oxide and iron oxyhydroxide, and this region can efficiently remove the object to be removed 20.
現在実現されているもので、9.0μm~18.0μmの範囲で発振可能で、一般的なものは、量子カスケードレーザーとCO2レーザーが挙げられる。その他にも、光パラメトリック発振または差周波発生技術を用いれば実現可能である。この中では、加工用レーザーとして用いられるCO2レーザーであれば比較的高い強度を得られる。 Currently realized lasers can oscillate in the range of 9.0 μm to 18.0 μm, and the most common ones are quantum cascade lasers and CO2 lasers. In addition, it can be realized by using optical parametric oscillation or difference frequency generation technology. Among these, CO2 lasers used as processing lasers can obtain relatively high intensity.
近赤外線の領域においては、選択肢は多く、前述の波長領域を発振可能なものは、ファイバーレーザー、半導体レーザー、YAGレーザー、ディスクレーザーなどが挙げられる。この波長領域では、導波デバイス38としての光ファイバーによる導波が可能であるため、容易に照射部位を変更できる。
In the near-infrared region, there are many options, and those capable of oscillating in the aforementioned wavelength region include fiber lasers, semiconductor lasers, YAG lasers, and disk lasers. In this wavelength region, it is possible to guide the light using optical fibers as the
次に、本実施形態の表面浄化システム30を用いて実行される表面浄化方法について図20のフローチャートを用いて説明する。なお、前述の図面を適宜参照する。
Next, the surface purification method performed using the
まず、ステップS1において、表面浄化方法を行う作業者は、成分特定工程を実行する。ここで、作業者は、熱交換器6を構成する材質の成分または燃焼ガスGの成分の少なくとも一方に基づいて、除去対象物20の成分を特定する。なお、取得される情報は、例えば、過去に取得した情報でも良い。また、熱交換器6の設計情報に基づいても良い。
First, in step S1, an operator performing the surface purification method executes a component identification process. Here, the operator identifies the components of the
追加的または代替的に、作業者は、熱交換器6の表面17から除去対象物20のサンプルを採取する。そして、このサンプルの成分に基づいて、除去対象物20の成分を特定する。
Additionally or alternatively, the operator takes a sample of the material 20 to be removed from the
次のステップS2において、作業者は、表面浄化システム30を用いて波長特定工程を実行する。ここで、表面浄化システム30の制御部32は、データベース35に蓄積された情報を参照し、除去対象物20の成分に基づいて、除去対象物20に最も吸収され易いレーザーLの波長を特定する。なお、予め母材の材料および析出物の材料が判っている場合には、予め特定された波長のレーザーLを出射するレーザー浄化装置31を使用しても良い。
In the next step S2, the operator performs a wavelength identification process using the
次のステップS3において、作業者は、表面浄化システム30を用いてレーザー設定工程を実行する。ここで、制御部32の波長設定部34は、特定された波長に基づいて、熱交換器6の表面17に照射するレーザーLの波長を設定する。
In the next step S3, the operator executes a laser setting process using the
なお、設定される波長は、除去対象物20に最も吸収され易い波長でも良いし、この波長に近似している波長でも良い。また、複数の波長の候補がある場合には、その候補のうちのいずれか1つでも良い。 The wavelength to be set may be the wavelength that is most easily absorbed by the object to be removed 20, or a wavelength that is close to this wavelength. If there are multiple wavelength candidates, any one of the candidates may be used.
また、レーザー設定工程では、レーザーLの波長の設定のみならず、レーザーLの強度と照射時間と照射範囲などのその他の設定も行われる。さらに、熱交換器6の構造に対応してレーザーLの設定が行われる。例えば、図1に示すように、熱交換器6には、燃焼ガスGが最初に当たる高温部分6Aと、中程度の温度となる中温部分6Bと、燃焼ガスGが最後に当たる低温部分6Cとが存在する。これらの部分6A~6Cごとに、除去対象物20の成分または堆積の態様が異なる。これら熱交換器6の構造を加味してレーザーLの波長などの各種の設定が行われる。
In addition, in the laser setting process, not only is the wavelength of the laser L set, but other settings such as the intensity, irradiation time, and irradiation range of the laser L are also performed. Furthermore, the laser L is set according to the structure of the
図20に戻り、次のステップS4において、制御部32は、レーザー浄化装置31を制御し、熱交換器6の表面17の除去対象物20を除去するレーザー除去工程を実行する。なお、レーザー除去工程は、制御部32により自動的に行う。なお、レーザー除去が行われた施工箇所は、施工記録部36に記録される。
Returning to FIG. 20, in the next step S4, the
なお、本実施形態では、制御部32が自動的にレーザー浄化装置31を制御する態様を例示するが、その他の態様であっても良い。例えば、制御部32は、作業者(ユーザ)の入力操作を受け付けてレーザー浄化装置31を制御するようにしても良い。つまり、制御部32は、作業者の手動操作によりレーザー浄化装置31を制御するための遠隔操作部でも良い。
In this embodiment, the
事前に熱交換器6の材質の成分または燃焼ガスGの成分から除去対象物20の成分を特定し、または、サンプルを採取して除去対象物20の成分を特定することで、この除去対象物20に吸収され易い波長のレーザーLを照射することができ、効率的に除去対象物20を除去することができる。
By identifying the components of the
次のステップS5において、作業者は、熱交換器6の表面17に塗装を行う塗装工程を実行する。本実施形態では、熱交換器6の表面17に塗装を行う前に、この表面17にレーザーLを照射して除去対象物20を除去するため、長期間に亘って塗装が剥がれ難くなる。
In the next step S5, the worker performs a painting process to paint the
そして、表面浄化方法を終了する。以上のステップは、表面浄化方法に含まれる少なくとも一部の処理であり、他のステップが表面浄化方法に含まれていても良い。 Then, the surface purification method is terminated. The above steps are at least a part of the processing included in the surface purification method, and other steps may be included in the surface purification method.
なお、本実施形態のフローチャートにおいて、各ステップが直列に実行される形態を例示しているが、必ずしも各ステップの前後関係が固定されるものでなく、一部のステップの前後関係が入れ替わっても良い。また、一部のステップが他のステップと並列に実行されても良い。 In the flowchart of this embodiment, an example is shown in which each step is executed in series, but the order of steps is not necessarily fixed, and the order of some steps may be interchanged. Also, some steps may be executed in parallel with other steps.
本実施形態の表面浄化システム30は、専用のチップ、FPGA(Field Programmable Gate Array)、GPU(Graphics Processing Unit)、またはCPU(Central Processing Unit)などのプロセッサを高集積化させた制御装置と、ROM(Read Only Memory)またはRAM(Random Access Memory)などの記憶装置と、HDD(Hard Disk Drive)またはSSD(Solid State Drive)などの外部記憶装置と、ディスプレイなどの表示装置と、マウスまたはキーボードなどの入力装置と、通信インターフェースとを備える。この表面浄化システム30は、通常のコンピュータを利用したハードウェア構成で実現できる。
The
なお、本実施形態の表面浄化システム30で実行されるプログラムは、ROMなどに予め組み込んで提供される。もしくは、このプログラムは、インストール可能な形式または実行可能な形式のファイルでCD-ROM、CD-R、メモリカード、DVD、フレキシブルディスク(FD)などのコンピュータで読み取り可能な非一過性の記憶媒体に記憶されて提供するようにしても良い。
The program executed by the
また、この表面浄化システム30で実行されるプログラムは、インターネットなどのネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせて提供するようにしても良い。また、この表面浄化システム30は、構成要素の各機能を独立して発揮する別々のモジュールを、ネットワークまたは専用線で相互に接続し、組み合わせて構成することもできる。
The programs executed by this
なお、本実施形態では、レーザーLを用いて除去対象物20を除去しているが、その他の態様であっても良い。例えば、レーザーLの除去とともに、ブラストまたは薬液を用いた浄化方法を併用しても良い。
In this embodiment, the
なお、本実施形態では、伝熱管13および熱交換フィン14が炭素鋼で形成されているものを例示しているが、その他の態様であっても良い。例えば、伝熱管13および熱交換フィン14がステンレス鋼などで形成されていても良い。
In this embodiment, the
なお、本実施形態では、火力発電プラント1の廃熱回収ボイラ5の内部の熱交換器6の伝熱管13の表面17を浄化しているが、その他の態様であっても良い。例えば、原子力プラントに設けられている復水器が備える水蒸気を凝縮させる冷却水が流れる凝縮管の表面を、本実施形態を用いて浄化しても良い。
In this embodiment, the
以上説明した少なくとも1つの実施形態によれば、少なくとも鉄を主成分として含む材質で形成された機器における燃焼ガスに接触する表面に存在する除去対象物を少なくともレーザーを用いて除去することにより、燃焼ガスに接触する機器の表面に存在する除去対象物を選択的かつ効率的に除去することができる。 According to at least one of the embodiments described above, by using at least a laser to remove the object to be removed that is present on the surface of the equipment that is made of a material that contains at least iron as a main component and that comes into contact with the combustion gas, it is possible to selectively and efficiently remove the object to be removed that is present on the surface of the equipment that comes into contact with the combustion gas.
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。これら実施形態またはその変形は、発明の範囲と要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, substitutions, modifications, and combinations can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments or modifications thereof are within the scope of the invention and its equivalents as set forth in the claims, as well as the scope and spirit of the invention.
1…火力発電プラント、2…ガスタービン、3…第1発電機、4…排気ダクト、5…廃熱回収ボイラ、6…熱交換器、6A…高温部分、6B…中温部分、6C…低温部分、7…脱硝装置、8…煙突、9…水循環ライン、10…蒸気タービン、11…第2発電機、12…復水器、13…伝熱管、14…熱交換フィン、15…伝熱管の間、16…熱交換フィンの間、17…表面、18…腐食生成物、19…付着物、20…除去対象物、21…再生成物、30…表面浄化システム、31…レーザー浄化装置、32…制御部、33…記憶部、34…波長設定部、35…データベース、36…施工記録部、37…発振器、38…導波デバイス、39…出射部、39A…出射軸、40…ロボットアーム、41…集光レンズ、42…反射デバイス、43…ヘッド、44…視認方向を示す矢印、45…フレーム、46…対物レンズ、47…導波デバイス、48…屈曲支持管、49…回転軸、50…支持管、51…窓、G…燃焼ガス、L…レーザー、R…所定の範囲、W…水。 1...thermal power plant, 2...gas turbine, 3...first generator, 4...exhaust duct, 5...waste heat recovery boiler, 6...heat exchanger, 6A...high temperature section, 6B...medium temperature section, 6C...low temperature section, 7...denitrification device, 8...chimney, 9...water circulation line, 10...steam turbine, 11...second generator, 12...condenser, 13...heat transfer tube, 14...heat exchange fin, 15...between heat transfer tubes, 16...between heat exchange fins, 17...surface, 18...corrosion products, 19...deposits, 20...object to be removed, 21...reproducts, 30...surface purification system, 31 ...Laser purification device, 32...Control unit, 33...Memory unit, 34...Wavelength setting unit, 35...Database, 36...Construction record unit, 37...Oscillator, 38...Waveguide device, 39...Emitting unit, 39A...Emitting axis, 40...Robot arm, 41...Condensing lens, 42...Reflecting device, 43...Head, 44...Arrow indicating viewing direction, 45...Frame, 46...Objective lens, 47...Waveguide device, 48...Bent support tube, 49...Rotating axis, 50...Support tube, 51...Window, G...Combustion gas, L...Laser, R...Predetermined range, W...Water.
Claims (12)
前記材質の成分、前記燃焼ガスの成分、前記機器における前記燃焼ガスに接触する表面から採取した前記除去対象物のサンプルの成分の少なくともいずれかに基づいて、前記除去対象物の成分を特定し、
鉄系腐食生成物および硫酸アンモニウムの前記レーザーの吸収特性に応じて構築され、複数種類の前記除去対象物に含まれる成分とそれぞれの成分に最も吸収され易い前記レーザーの波長との関係を示す情報を蓄積したデータベースを参照し、前記除去対象物の成分に基づいて、前記除去対象物に最も吸収され易い前記レーザーの波長を特定し、
前記特定された波長に基づいて、前記機器における前記燃焼ガスに接触する表面に照射する前記レーザーの波長を設定する、
表面浄化方法。 1. A method for removing a target object present on a surface of equipment in a power plant that generates electricity by burning fossil fuels, the equipment being made of a material containing at least iron as a main component and contacting combustion gas, the method comprising the steps of:
Identifying the components of the removal target based on at least one of the components of the material, the components of the combustion gas, and the components of a sample of the removal target taken from a surface of the device that comes into contact with the combustion gas;
referring to a database constructed according to the laser absorption characteristics of iron-based corrosion products and ammonium sulfate, which stores information indicating a relationship between components contained in a plurality of types of the objects to be removed and the wavelength of the laser most easily absorbed by each component, and identifying the wavelength of the laser most easily absorbed by the objects to be removed based on the components of the objects to be removed;
and setting a wavelength of the laser to be irradiated onto the surface of the device that is in contact with the combustion gas based on the identified wavelength.
Surface cleaning methods.
請求項1に記載の表面浄化方法。 The portion where the laser is irradiated to remove the removal target includes a narrow portion of the device.
The method for purifying a surface according to claim 1 .
請求項2に記載の表面浄化方法。 The narrow portion includes at least one of a space between heat transfer tubes of a heat exchanger as the equipment or a space between heat exchange fins provided on the heat transfer tubes.
The method for purifying a surface according to claim 2 .
請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の表面浄化方法。 A waveguide device is used to guide the laser from an oscillator to a surface of the equipment in contact with the combustion gas, and an emission portion of the waveguide device from which the laser is emitted is movable or angle changeable with respect to the surface of the equipment in contact with the combustion gas.
The surface purification method according to any one of claims 1 to 3 .
請求項4に記載の表面浄化方法。 irradiating the laser using the waveguide device integrally combined with a lens for focusing the laser and a reflecting device for reflecting the laser;
The method for purifying a surface according to claim 4 .
請求項4または請求項5に記載の表面浄化方法。 An objective lens is provided for adjusting the irradiation distance, and the objective lens is moved along the optical axis.
The surface purification method according to claim 4 or 5 .
請求項4から請求項6のいずれか1項に記載の表面浄化方法。 Fixing the waveguiding device in an arbitrary shape to guide the laser to a surface in a blind area that is not visible to an operator in the equipment;
The method for purifying a surface according to any one of claims 4 to 6 .
請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の表面浄化方法。 irradiating the laser while periodically changing a reflection angle of a reflecting device that reflects the laser;
The method for purifying a surface according to any one of claims 1 to 7 .
請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の表面浄化方法。 Rotating a reflecting device that reflects the laser, the laser is irradiated in a circumferential direction with respect to an emission axis of the laser.
The method for purifying a surface according to any one of claims 1 to 8 .
請求項1から請求項9のいずれか1項に記載の表面浄化方法。 a reflecting device is provided inside the equipment to reflect the laser so as to guide the laser to a surface in a non-visible area that is not visible to an operator of the equipment;
The method for purifying a surface according to any one of claims 1 to 9 .
請求項1から請求項10のいずれか1項に記載の表面浄化方法。 Before painting the surface of the device, the laser is irradiated onto the surface of the device to remove the object to be removed.
The method for purifying a surface according to any one of claims 1 to 10 .
鉄系腐食生成物および硫酸アンモニウムの前記レーザーの吸収特性に応じて構築され、複数種類の前記除去対象物に含まれる成分とそれぞれの成分に最も吸収され易い前記レーザーの波長との関係を示す情報を蓄積したデータベースを備え、
前記材質の成分、前記燃焼ガスの成分、前記機器における前記燃焼ガスに接触する表面から採取した前記除去対象物のサンプルの成分の少なくともいずれかに基づいて、前記除去対象物の成分を特定し、
前記データベースを参照し、前記除去対象物の成分に基づいて、前記除去対象物に最も吸収され易い前記レーザーの波長を特定し、
前記特定された波長に基づいて、前記機器における前記燃焼ガスに接触する表面に照射する前記レーザーの波長を設定する、
前記表面浄化方法に用いる、
表面浄化システム。 A surface purification system for use in a surface purification method that removes, by using at least a laser, a removal target that is present on a surface of equipment in a power plant that generates electricity by burning fossil fuels and that is made of a material containing at least iron as a main component and that comes into contact with combustion gas, comprising:
A database is provided which is constructed according to the laser absorption characteristics of iron-based corrosion products and ammonium sulfate, and which stores information indicating a relationship between components contained in a plurality of types of objects to be removed and the wavelength of the laser which is most easily absorbed by each of the components;
Identifying the components of the removal target based on at least one of the components of the material, the components of the combustion gas, and the components of a sample of the removal target taken from a surface of the device that comes into contact with the combustion gas;
referring to the database, and identifying the wavelength of the laser that is most easily absorbed by the object to be removed based on the components of the object to be removed;
and setting a wavelength of the laser to be irradiated onto the surface of the device that is in contact with the combustion gas based on the identified wavelength.
The surface purification method includes:
Surface purification systems.
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