JP7769853B2 - Decontamination method, decontamination device, and decontamination system - Google Patents
Decontamination method, decontamination device, and decontamination systemInfo
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Description
本発明は、レーザービームの照射によって例えばコンクリート構造物のような無機質系構造物の汚染層を除去するための除染方法、除染装置及び除染システムに関する。 The present invention relates to a decontamination method, decontamination device, and decontamination system for removing contaminated layers from inorganic structures, such as concrete structures, by irradiating them with a laser beam.
レーザービームにより被加工物表面の急速加熱を行うレーザー加工技術は、切断、穴あけ、表層除去等の材料除去分野にも利用されている。このうち、例えばコンクリート構造物を被加工物(材料除去対象物)とする場合、コンクリート構造物には骨材となる砂利や砂の主成分としてシリカ(二酸化ケイ素)に代表される無機質の固体粒子が多く含まれており、レーザービームの照射で加熱され溶融(融解)したシリカ等(無機質固体粒子)が急冷されると、ガラス転移により高粘性で非晶質のガラス状態になるときがある(ガラス化現象)。そして、このガラス状態部分については、仮に一層高出力のレーザービームを再照射して再溶融したとしても、再溶融部分又はその周囲に改めてガラス化現象を生ずるおそれがあるので、切削、衝撃破壊等の機械的手段によって除去しなければならなくなる。 Laser processing technology, which uses a laser beam to rapidly heat the surface of a workpiece, is also used in material removal applications such as cutting, drilling, and surface layer removal. For example, when a concrete structure is used as the workpiece (object to be removed), the concrete structure contains many inorganic solid particles, such as silica (silicon dioxide), which are the main component of the aggregate gravel and sand. When silica and other inorganic solid particles are heated and melted by laser beam irradiation and then rapidly cooled, they can undergo glass transition, becoming a highly viscous, amorphous glass (vitrification phenomenon). Even if this glassy portion is re-melted by irradiating it with a higher-power laser beam, there is a risk of further vitrification occurring in the re-melted portion or its surroundings. Therefore, it must be removed by mechanical means such as cutting or impact destruction.
特許文献1には、放射能で汚染されたコンクリート表面の放射性汚染層をレーザービームの照射によって表層除去する除染技術であって、レーザービームの照射により放射性汚染層を溶融するレーザー照射工程と、溶融汚染層に高圧ガスを噴射して冷却し汚染物質粉に粉砕する高圧ガス噴射工程と、汚染物質粉を回収する汚染物質粉回収工程と、を順次実施して、コンクリート表面の放射性汚染層を除去、回収する除染(表層除去)技術が開示されている。 Patent Document 1 discloses a decontamination technology that removes the radioactive contamination layer on the surface of radioactively contaminated concrete by irradiating it with a laser beam. The decontamination (surface layer removal) technology sequentially performs the following steps: a laser irradiation process in which the radioactive contamination layer is melted by irradiating it with a laser beam; a high-pressure gas injection process in which high-pressure gas is injected onto the melted contamination layer to cool it and pulverize it into contaminant powder; and a contaminant powder recovery process in which the contaminant powder is recovered.
特許文献1の除染技術によれば、汚染物質粉を噴射ガスとともに回収することによって二次汚染の回避が容易である。しかし、汚染物質粉の発生や回収を促すために高圧ガスの噴射速度を上げれば溶融汚染層の冷却速度を上げることになり、急速冷却によってガラス化現象が発生しやすくなる。よって、特許文献1にあっては、レーザー照射工程と高圧ガス噴射工程との間に所定の時間差を設定して溶融汚染層の冷却タイミングを緩和するなど、高圧ガスの噴射による溶融汚染層の急冷を避け、ガラス化現象の発生を回避する工夫が必要となる。 The decontamination technology in Patent Document 1 makes it easy to avoid secondary contamination by collecting contaminant powder together with the sprayed gas. However, if the spray speed of high-pressure gas is increased to promote the generation and collection of contaminant powder, the cooling rate of the molten contaminated layer will increase, making vitrification more likely to occur due to rapid cooling. Therefore, in Patent Document 1, it is necessary to devise a way to avoid rapid cooling of the molten contaminated layer due to the spraying of high-pressure gas and avoid the occurrence of vitrification, such as by setting a predetermined time difference between the laser irradiation process and the high-pressure gas spraying process to ease the timing of cooling the molten contaminated layer.
一方、特許文献2には、コンクリート構造物をレーザービームの照射によって切断又は破砕する除去技術であって、冷却ガス又は冷却液を噴射しつつ、レーザービームの照射によるコンクリート表面温度が融点以下となるように、レーザービームの出力等を制御する除去(切断又は破砕)技術が開示されている。 Meanwhile, Patent Document 2 discloses a removal (cutting or crushing) technology that cuts or crushes concrete structures by irradiating them with a laser beam, in which cooling gas or liquid is sprayed while the output of the laser beam is controlled so that the temperature of the concrete surface caused by the laser beam irradiation is kept below the melting point.
特許文献2の除去技術によれば、レーザービームの照射による表面温度が融点以下に制御されてコンクリートは溶融せず、ガラス化現象を発生することもなくなるので、冷却ガス又は冷却液の噴射による溶融層の急冷について配慮を要しない。しかしながら、コンクリートの表面温度を融点以下に制御するには、特許文献2に記載されているように、放射温度計を装備し、制御部により温度測定データの解析とレーザービームの出力制御とを作業中常に実行する機能が必要である。よって、特許文献2のように、コンクリート構造物の厚さ全体を一回ないし数回の行程で終える切断(又は破砕)除去分野においては遅滞なく実行可能であっても、表層が少しずつ多数回にわたり除去され表面温度分布等が絶えず変動する表層除去分野においては、データ解析に時間を要し出力制御の実行に遅れを生じるおそれがある。 According to the removal technology of Patent Document 2, the surface temperature caused by irradiation with a laser beam is controlled below the melting point, so the concrete does not melt and vitrification does not occur, eliminating the need to consider rapid cooling of the molten layer by injecting cooling gas or liquid. However, as described in Patent Document 2, controlling the surface temperature of the concrete below the melting point requires the installation of a radiation thermometer and the ability for a control unit to constantly analyze temperature measurement data and control the output of the laser beam during the operation. Therefore, while this can be done without delay in cutting (or crushing) removal, where the entire thickness of a concrete structure is completed in one or several steps, as in Patent Document 2, in surface layer removal, where the surface layer is removed little by little over multiple steps and the surface temperature distribution, etc., is constantly fluctuating, the time required for data analysis may result in delays in the execution of output control.
本発明の課題は、レーザービームの照射によりコンクリート構造物のような無機質系構造物の表面部の汚染層を剥離・破壊して除去する際に、除染作業中に表面部の継続的な温度計測を要せずともガラス化現象の発生を容易に回避でき、汚染層の除去に伴う二次汚染の発生も容易に回避できる除染技術(除染方法、除染装置及び除染システム)を提供することにある。 The objective of the present invention is to provide a decontamination technology (decontamination method, decontamination device, and decontamination system) that can easily avoid the occurrence of vitrification without requiring continuous temperature measurement of the surface during decontamination work when peeling off, destroying, and removing a contaminated layer on the surface of an inorganic structure such as a concrete structure by irradiating it with a laser beam, and that can easily avoid the occurrence of secondary contamination associated with the removal of the contaminated layer.
上記課題を解決するために、本発明の除染方法は、
無機質の固体粒子を含み、多数の気泡が内在するとともに、少なくとも表面部が汚染物質によって汚染された汚染層をなす無機質系構造物の除染方法であって、
前記表面部を囲む状態で閉鎖された負圧空間において、レーザービームを前記表面部に照射すると同時に、微粒化又は霧化した液体を、少なくとも前記表面部に位置する気泡の内部でレーザービームにより急加熱され急激に膨張するようにレーザービームの照射位置と同一個所に噴射し、汚染層を剥離・破壊して除去することを特徴とする。
In order to solve the above problems, the decontamination method of the present invention comprises:
A method for decontaminating an inorganic structure that contains inorganic solid particles, has a large number of bubbles present therein, and has a contaminated layer at least on its surface that is contaminated with a contaminant, comprising:
In a closed negative pressure space surrounding the surface portion, a laser beam is irradiated onto the surface portion, and at the same time, atomized or atomized liquid is sprayed at the same location as the laser beam irradiation position so that the liquid is rapidly heated by the laser beam and rapidly expands at least inside the bubbles located on the surface portion , thereby peeling off, destroying, and removing the contaminated layer.
また、上記課題を解決するために、代表的な本発明の除染方法は、
骨材として無機質の固体粒子を含み、多数の微細な独立気泡やそれよりも大きな混入気泡の形態で気泡が内在するとともに、少なくとも表面部が汚染物質によって汚染された汚染層をなすコンクリート構造物の除染方法であって、
前記表面部を囲む状態で閉鎖された負圧空間において、レーザービームを前記表面部に照射すると同時に、微粒化又は霧化した液体を、少なくとも前記表面部に位置する気泡の内部でレーザービームにより急加熱され急激に膨張するようにレーザービームの照射位置と同一個所に噴射し、汚染層を剥離・破壊して除去することを特徴とする。
In order to solve the above problems, a representative decontamination method of the present invention includes:
A method for decontaminating a concrete structure that contains inorganic solid particles as aggregate, has air bubbles present in the form of numerous fine closed bubbles and larger entrained bubbles , and has a contaminated layer at least on the surface that is contaminated with a contaminant, comprising:
In a closed negative pressure space surrounding the surface portion, a laser beam is irradiated onto the surface portion, and at the same time, atomized or atomized liquid is sprayed at the same location as the laser beam irradiation position so that the liquid is rapidly heated by the laser beam and rapidly expands at least inside the bubbles located on the surface portion , thereby peeling off, destroying, and removing the contaminated layer.
このように、レーザービームの照射と同時にかつその照射位置と同一個所に、微粒化又は霧化した液体(例えば水)を噴射し、微粒化又は霧化された液体が表面部に達すると、蒸発時に生ずる気化熱によって表面部を冷却して溶融を抑制するとともに、表面部に位置する気泡の内部での急加熱による膨張によって汚染層を剥離・破壊する。したがって、除染作業中に絶えず表面部の温度を監視しレーザービームの出力制御を行わなくてもガラス化現象の発生を容易に回避できる。また、微粒化又は霧化された液体は気化されて、剥離・破壊された汚染片とともに回収されるので、二次汚染の発生も容易に回避できる。 In this way, atomized or atomized liquid (e.g., water) is sprayed simultaneously with and at the same location as the laser beam irradiation. When the atomized or atomized liquid reaches the surface, the heat of vaporization generated during evaporation cools the surface, preventing melting, while the rapid heating and expansion of bubbles located on the surface peels off and destroys the contaminated layer. Therefore, vitrification can be easily avoided without constantly monitoring the surface temperature and controlling the laser beam output during decontamination work. Furthermore, the atomized or atomized liquid is vaporized and collected along with the peeled-off or destroyed contaminated fragments, easily avoiding secondary contamination.
本発明において「汚染物質」は、有毒物質、放射性物質、細菌等のように大気、水、土等の環境を汚染したり、除染作業者や周辺住民の健康を阻害したりするおそれのある有害な物質一般をいう。例えば高速道路、地下鉄等のトンネルにおいては、主として黒煤、NOx粉塵、SOx粉塵、PM粉塵、ダイオキシン等の有毒物質である。また、原子力発電所、核燃料再処理工場及びそれらの周辺地域においては、主としてセシウム、プルトニウム等の放射性物質である。 In this invention, "pollutants" refers to harmful substances in general, such as toxic substances, radioactive substances, bacteria, etc., that may contaminate the environment, such as the air, water, or soil, or that may harm the health of decontamination workers or surrounding residents. For example, in highway and subway tunnels, these are primarily toxic substances such as black soot, NOx dust, SOx dust, PM dust, and dioxins. Furthermore, in nuclear power plants, nuclear fuel reprocessing plants, and their surrounding areas, these are primarily radioactive substances such as cesium and plutonium.
ここで、「微粒化又は霧化した液体をレーザービームの照射位置と同一個所に噴射すること」における「照射位置と同一個所」とは、静止するレーザービームにおいては「ビームの焦点位置」を意味し、移動した場合には「ビーム焦点の移動軌跡」で表される。なお、出力増幅のため円形軌道上を回転するレーザービームにおいては「ビームの回転径(例えば50mm)内」を意味し、また、回転しながら移動するレーザービームにおいては「ビームの移動幅(例えば50mm)内」を意味する。 Here, "the same location as the irradiation position" in "spraying atomized or atomized liquid at the same location as the irradiation position of the laser beam" means "the focal position of the beam" in the case of a stationary laser beam, and is expressed as "the moving trajectory of the beam focal point" in the case of a moving laser beam. Furthermore, in the case of a laser beam that rotates on a circular orbit to amplify its output, this means "within the rotation diameter of the beam (e.g., 50 mm)," and in the case of a laser beam that moves while rotating, this means "within the moving width of the beam (e.g., 50 mm)."
さらに、上記「液体」として通常は水が用いられ、純水や蒸留水でなくても、一般的な水道水、井戸水、湧き水等でよい。「微粒化又は霧化した液体」としては、後述するように「超音波霧化した水」すなわち「超音波ミスト」が推奨される。 Furthermore, water is typically used as the "liquid," but it does not have to be pure water or distilled water; ordinary tap water, well water, spring water, etc. are acceptable. As for the "atomized or atomized liquid," "ultrasonic atomized water," or "ultrasonic mist," is recommended, as described below.
汚染層の剥離・破壊について、具体的には、
上記表面部に向けて噴射された液体は(蒸発時に生ずる気化熱によって)レーザービームにより加熱された表面部を冷却して溶融を抑制するとともに、
汚染層の気泡よりも小なる粒径であって汚染層の気泡に入り込んだ液体はレーザービームで急加熱され、気泡内で急激に膨張して(小規模の水蒸気爆発的な現象の発生により)汚染層を剥離・破壊する。
Regarding peeling and destruction of the contaminated layer, specifically:
The liquid sprayed onto the surface cools the surface heated by the laser beam (by the heat of vaporization generated when it evaporates) to prevent melting, and
Liquid that is smaller in diameter than the bubbles in the contaminated layer and that has entered the bubbles in the contaminated layer is rapidly heated by the laser beam, and expands rapidly within the bubbles (causing a small-scale steam explosion-like phenomenon) to peel off and destroy the contaminated layer.
このように、微粒化又は霧化され表面部に向けて噴射された液体は、気化熱により表面部を冷却するとともに、表面部が溶融することなく、あるいは一部溶融することがあってもガラス化現象の発生前に汚染層の気泡に入り込み、気泡内で急激に膨張し水蒸気爆発的な現象を発生して汚染層を剥離・破壊し、汚染片として放出することができる。 In this way, the atomized or atomized liquid sprayed toward the surface cools the surface due to the heat of vaporization, and penetrates into the bubbles in the contaminated layer without melting the surface, or even if it does melt partially, before vitrification occurs. It then expands rapidly within the bubbles, causing a steam explosion-like phenomenon that peels off and destroys the contaminated layer, releasing it as contaminated fragments.
さらに、上記したレーザービームの照射及び液体の噴射は汚染層の同一個所に対して連続的又は断続的に、互いに同期して実行され(汚染層を線香花火のような細かい汚染片に破壊して除去す)る。 Furthermore, the above-mentioned laser beam irradiation and liquid spraying are performed continuously or intermittently, synchronized with each other, on the same location on the contaminated layer (breaking the contaminated layer into fine contaminant pieces like sparklers and removing them).
これによって、汚染層の剥離・破壊及び汚染片の除去が中断することなく継続して行われる。なお、レーザービームの照射及び液体の噴射が断続的に実行されるとき、パルス的に作動するケースと、往復動を反復するケースとが含まれる。また、レーザービームには、連続的に照射されるCWレーザーと、断続的に照射されるパルスレーザーのいずれを用いてもよい。 This allows the contaminated layer to be peeled off and destroyed, and the contaminated fragments to be removed continuously without interruption. When the laser beam is irradiated and the liquid is sprayed intermittently, this includes cases where it operates in a pulsed manner, and cases where it repeats a reciprocating motion. The laser beam may be either a CW laser, which is irradiated continuously, or a pulsed laser, which is irradiated intermittently.
ところで、「コンクリート構造物」には、コンクリート舗装、コンクリート擁壁、コンクリート建屋、コンクリート隧道(トンネル)等が含まれる。また、「コンクリート」は、セメントコンクリート、アスファルトコンクリート、レジンコンクリート等を含む。 By the way, "concrete structures" include concrete pavements, concrete retaining walls, concrete buildings, concrete tunnels, etc. Also, "concrete" includes cement concrete, asphalt concrete, resin concrete, etc.
さらに、「無機質系構造物」は、上記「コンクリート構造物」の他に例えば以下のものを含む。
・モルタル壁、しっくい壁、土壁、れんが壁、タイル壁;
・コンクリートブロック舗装、アスファルトブロック舗装、れんが舗装、タイル舗装。
Furthermore, "inorganic structures" include, in addition to the above-mentioned "concrete structures", the following:
- Mortar walls, plaster walls, earth walls, brick walls, tile walls;
-Concrete block paving, asphalt block paving, brick paving, tile paving.
なお、鉄筋コンクリート造りや竹枠(竹小舞)入り土壁の場合、本発明の除染方法は鉄筋を除くコンクリート部分や竹枠(竹小舞)を除く塗壁部分に適用される。 In the case of reinforced concrete construction or mud walls with bamboo frames (bamboo latticework), the decontamination method of the present invention applies to the concrete parts excluding the reinforcing bars and the plaster wall parts excluding the bamboo frames (bamboo latticework).
さらに、上記課題を解決するために、本発明の除染装置は、
無機質の固体粒子を含み、多数の気泡が内在するとともに、少なくとも表面部が汚染物質によって汚染された汚染層をなす無機質系構造物の除染装置であって、
吸引機構が接続され、前記表面部を囲む状態で閉鎖された負圧空間を形成する除染室と、
レーザービームを前記表面部に照射するレーザー照射機構と、
微粒化又は霧化した液体を前記表面部に噴射する液体噴射機構と、を備え、
前記除染室内で前記レーザー照射機構がレーザービームを前記表面部に照射すると同時に、前記液体噴射機構が微粒化又は霧化した液体を、少なくとも前記表面部に位置する気泡の内部でレーザービームにより急加熱され急激に膨張するようにレーザービームの照射位置と同一個所に噴射し、剥離・破壊された汚染層を前記吸引機構が吸引・除去することを特徴とする。
Furthermore, in order to solve the above problems, the decontamination apparatus of the present invention comprises:
A decontamination device for an inorganic structure that contains inorganic solid particles, has a large number of bubbles present therein, and has a contaminated layer at least on its surface that is contaminated by a contaminant,
a decontamination chamber to which a suction mechanism is connected and which forms a closed negative pressure space surrounding the surface portion;
a laser irradiation mechanism that irradiates the surface portion with a laser beam;
a liquid injection mechanism that injects atomized or atomized liquid onto the surface,
The decontamination chamber is characterized in that the laser irradiation mechanism irradiates the surface portion with a laser beam, and at the same time, the liquid injection mechanism injects the atomized or misted liquid at the same location as the laser beam irradiation position so that the liquid is rapidly heated by the laser beam at least inside the bubbles located on the surface portion and rapidly expands , and the suction mechanism sucks up and removes the peeled or destroyed contaminated layer.
また、上記課題を解決するために、代表的な本発明の除染装置は、
骨材として無機質の固体粒子を含み、多数の微細な独立気泡やそれよりも大きな混入気泡の形態で気泡が内在するとともに、少なくとも表面部が汚染物質によって汚染された汚染層をなすコンクリート構造物の除染装置であって、
吸引機構が接続され、前記表面部を囲む状態で閉鎖された負圧空間を形成する除染室と、
レーザービームを前記表面部に照射するレーザー照射機構と、
微粒化又は霧化した液体を前記表面部に噴射する液体噴射機構と、を備え、
前記除染室内で前記レーザー照射機構がレーザービームを前記表面部に照射すると同時に、前記液体噴射機構が微粒化又は霧化した液体を、少なくとも前記表面部に位置する気泡の内部でレーザービームにより急加熱され急激に膨張するようにレーザービームの照射位置と同一個所に噴射し、剥離・破壊された汚染層を前記吸引機構が吸引・除去することを特徴とする。
In order to solve the above problems, a representative decontamination apparatus of the present invention is as follows:
A decontamination device for a concrete structure that contains inorganic solid particles as aggregate, has air bubbles in the form of a large number of fine closed bubbles and larger entrained bubbles , and has a contaminated layer at least on the surface that is contaminated with a contaminant,
a decontamination chamber to which a suction mechanism is connected and which forms a closed negative pressure space surrounding the surface portion;
a laser irradiation mechanism that irradiates the surface portion with a laser beam;
a liquid injection mechanism that injects atomized or atomized liquid onto the surface,
The decontamination chamber is characterized in that the laser irradiation mechanism irradiates the surface portion with a laser beam, and at the same time, the liquid injection mechanism injects the atomized or misted liquid at the same location as the laser beam irradiation position so that the liquid is rapidly heated by the laser beam at least inside the bubbles located on the surface portion and rapidly expands , and the suction mechanism sucks up and removes the peeled or destroyed contaminated layer.
このように、レーザー照射機構によるレーザービームの照射と同時にかつその照射位置と同一個所に、液体噴射機構により微粒化又は霧化した液体(例えば水)を噴射し、微粒化又は霧化された液体が表面部に達すると、蒸発時に生ずる気化熱によって表面部を冷却して溶融を抑制するとともに、表面部に位置する気泡の内部での急加熱による膨張によって汚染層を剥離・破壊する。したがって、除染作業中に絶えず表面部の温度を監視しレーザービームの出力制御を行わなくてもガラス化現象の発生を容易に回避できる。また、微粒化又は霧化された液体は気化されて、剥離・破壊された汚染片とともに回収されるので、二次汚染の発生も容易に回避できる。 In this way, the liquid injection mechanism injects atomized or atomized liquid (e.g., water) simultaneously with and at the same location as the laser beam irradiation mechanism. When the atomized or atomized liquid reaches the surface, the heat of vaporization generated during evaporation cools the surface, preventing melting, and the rapid heating and expansion of bubbles located on the surface peels off and destroys the contaminated layer. Therefore, vitrification can be easily avoided without constantly monitoring the surface temperature and controlling the laser beam output during decontamination work. Furthermore, the atomized or atomized liquid is vaporized and collected along with the peeled-off or destroyed contaminated fragments, easily avoiding secondary contamination.
なお、上記液体噴射機構として霧化機構が推奨される。霧化機構には、負圧発生部の吸引作用を利用する吸引霧化方式と、負圧発生部以外の駆動源によって駆動される被駆動霧化方式とが知られている。前者の方式には、毛細管現象を利用して吸い上げられた液体(水)に空気流を霧吹き状に吹き付ける霧吹き式、ベンチュリやディフューザが付設される増速機構式等が含まれる。一方、後者の方式には、加圧ポンプ等によって加速するエジェクタ式、高速回転によって加速する遠心式、超音波によって加振する超音波式等が含まれる。 An atomization mechanism is recommended as the liquid injection mechanism. Known atomization mechanisms include suction atomization, which utilizes the suction action of a negative pressure generator, and driven atomization, which is driven by a drive source other than the negative pressure generator. The former includes atomization methods that use capillary action to spray airflow onto liquid (water) drawn up in a mist, and acceleration mechanism methods equipped with a venturi or diffuser. The latter includes ejector methods that use a pressure pump for acceleration, centrifugal methods that use high-speed rotation for acceleration, and ultrasonic methods that use ultrasonic vibration.
上記吸引機構は、除染室内で発生する汚染エアを負圧吸引するための負圧ポンプ(吸引ファン)と、負圧ポンプの吸引流路に配置され、エアフィルタを内蔵する集塵機とを有している。このエアフィルタは、吸引流路の下流側に位置しHEPAフィルタ、ULPAフィルタ等の高性能エアフィルタで構成されるメインフィルタと、メインフィルタよりも吸引流路の上流側に位置し粗塵用エアフィルタで構成されるプレフィルタとを含む。 The suction mechanism includes a negative pressure pump (suction fan) for negatively sucking contaminated air generated within the decontamination chamber, and a dust collector with a built-in air filter, located in the suction flow path of the negative pressure pump. This air filter includes a main filter located downstream of the suction flow path and composed of a high-performance air filter such as a HEPA filter or ULPA filter, and a pre-filter located upstream of the main filter in the suction flow path and composed of a coarse dust air filter.
HEPAフィルタ(high efficiency particulate air filter)は定格流量で粒径が0.3μmの粒子に対して99.97%以上の粒子捕集率をもち、ULPAフィルタ(ultra low penetration air filter)は定格流量で粒径が0.15μmの粒子に対して99.9995%以上の粒子捕集率をもつ。特に、粒子捕集率が99.9999%以上のものを超ULPAフィルタと呼ぶこともある。また、粗塵用エアフィルタ(coarse particle air filter)は主として粒径が5μmより大きい粒子の除去に用いられる。さらに、メインフィルタとプレフィルタとの間に、例えば中性能エアフィルタ(medium efficiency particulate air filter;すなわち主として粒径が5μmより小さい粒子に対して中程度の粒子捕集率をもつエアフィルタ)で構成される中間フィルタを追加してもよい。なお、これらのエアフィルタはJIS Z8122「コンタミネーションコントロール用語」に準拠する。 HEPA filters (high-efficiency particulate air filters) have a particle capture efficiency of 99.97% or more for particles 0.3 μm in diameter at the rated flow rate, while ULPA filters (ultra-low penetration air filters) have a particle capture efficiency of 99.9995% or more for particles 0.15 μm in diameter at the rated flow rate. Filters with a particle capture efficiency of 99.9999% or more are sometimes called ultra-ULPA filters. Coarse particle air filters are primarily used to remove particles larger than 5 μm in diameter. Furthermore, an intermediate filter, such as a medium-efficiency particulate air filter (i.e., an air filter with a moderate particle capture efficiency for particles smaller than 5 μm in diameter), may be added between the main filter and prefilter. These air filters comply with JIS Z8122, "Terminology for Contamination Control."
上記液体噴射機構は、超音波霧化により汚染層の気泡よりも小なる粒径とされた霧を噴射する。 The liquid injection mechanism uses ultrasonic atomization to inject mist with particle sizes smaller than the air bubbles in the contaminated layer.
コンクリート構造物(concrete structure)は体積の大部分を占める骨材(aggregate)をセメント、アスファルト、樹脂等の結合材(binder)で固めたものである。骨材は、砂利、砕石のようにおよそ5mm以上の粗骨材(coarse aggregate)と、砂、砕砂のようにおよそ5mm未満の細骨材(fine aggregate)とが用いられる。 A concrete structure is made up of aggregate, which makes up the majority of its volume, solidified with a binder such as cement, asphalt, or resin. The aggregates used include coarse aggregates of approximately 5 mm or larger, such as gravel and crushed stone, and fine aggregates of less than 5 mm, such as sand and crushed sand.
また、コンクリート構造物の内部には、結合材と水との混練時に閉じ込められた、比較的大きな混入気泡(mixed cell;例えば0.1mm以上)と、混和材(admixture)として加えられるAE剤(空気連行剤air-entraining agent)によって発生する微細な独立気泡(close cell;例えば0.01~0.1mm,平均0.05mm)とが存在する。 In addition, within concrete structures, there are relatively large mixed cells (e.g., 0.1 mm or larger) that are trapped when the binder and water are mixed, as well as tiny closed cells (e.g., 0.01 to 0.1 mm, average 0.05 mm) that are generated by the air-entraining agent (AE agent) added as an admixture.
一方、超音波霧化により発生する霧(超音波ミストultrasonic mist)の粒径は、一般的に0.001~0.01mm(平均0.005mm)程度とされている。したがって、超音波ミストの粒径はコンクリート構造物に内在する独立気泡よりも小さくできる。 On the other hand, the particle size of the mist generated by ultrasonic atomization (ultrasonic mist) is generally said to be around 0.001 to 0.01 mm (average 0.005 mm). Therefore, the particle size of ultrasonic mist can be made smaller than the closed bubbles present in concrete structures.
レーザービームの照射によって破壊された表面部に独立気泡や混入気泡が開口し、噴射された超音波ミストがこれらの気泡に次々と入り込んでレーザービームで急加熱され、これらの気泡内で急激に膨張して小規模の水蒸気爆発的な現象の発生により汚染層を次々と剥離・破壊し、微細な汚染片を発生する。このように、超音波ミストを用いることにより汚染層の剥離・破壊及び汚染片の除去が円滑に進行する。 Independent and entrained bubbles open up on the surface destroyed by the laser beam irradiation, and the sprayed ultrasonic mist enters these bubbles one after another and is rapidly heated by the laser beam. It then expands rapidly within these bubbles, creating a small-scale steam explosion-like phenomenon that peels off and destroys the contaminated layer one after another, generating tiny pieces of contaminant. In this way, the use of ultrasonic mist allows for smooth peeling and destruction of the contaminated layer and removal of the contaminated fragments.
上記レーザー照射機構には、レーザービームを照射するための単一のレンズ又は組合せレンズと、これらのレンズのうち表面部に最も近いレンズにおいて表面部に対向するレンズ面である対物レンズ面へ送風するための気体噴射機構とが設けられ、
気体噴射機構は、レーザー照射機構の作動中に常時対物レンズ面に向けて送風する。
the laser irradiation mechanism is provided with a single lens or a combination of lenses for irradiating a laser beam, and a gas injection mechanism for blowing air onto an objective lens surface, which is a lens surface facing the surface of the lens closest to the surface of these lenses;
The gas injection mechanism constantly blows air toward the objective lens surface while the laser irradiation mechanism is in operation.
このように、気体噴射機構から送風される気体によって、表面部の汚染層から剥離・破壊された汚染片がレーザー照射機構の対物レンズ面に接触(衝突)するのを抑制し、レーザー照射機構の長寿命化に貢献できる。 In this way, the gas blown from the gas injection mechanism prevents contaminant fragments peeled off or destroyed from the contaminated surface layer from coming into contact (impacting) with the objective lens surface of the laser irradiation mechanism, contributing to a longer lifespan for the laser irradiation mechanism.
なお、気体噴射機構から送風される気体として一般的には空気が用いられるが、空気の代わりにあるいは空気に加えて不活性ガス(すなわち、希ガス(ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン、ラドン)、窒素ガス、炭酸ガス等)を用いることもできる。また、気体噴射機構から送風される気体の一部を上記液体噴射機構へ導入し、液体噴射機構から噴射される、微粒化又は霧化された液体(例えば超音波ミスト)を送風気体(例えば空気)によって加速してもよい。 Although air is generally used as the gas blown from the gas injection mechanism, an inert gas (i.e., rare gases (helium, neon, argon, krypton, xenon, radon), nitrogen gas, carbon dioxide, etc.) can be used instead of or in addition to air. Furthermore, a portion of the gas blown from the gas injection mechanism can be introduced into the liquid injection mechanism, and the atomized or atomized liquid (e.g., ultrasonic mist) sprayed from the liquid injection mechanism can be accelerated by the blown gas (e.g., air).
そして、上記課題を解決するために、本発明の除染システムは、
無機質の固体粒子を含み、多数の気泡が内在するとともに、少なくとも表面部が汚染物質によって汚染された汚染層をなす無機質系構造物の除染システムであって、
吸引機構が接続され、前記表面部を囲む状態で閉鎖された負圧空間を形成する除染室と、
レーザービームを前記表面部に照射するレーザー照射機構と、
微粒化又は霧化した液体を前記表面部に噴射する液体噴射機構と、
前記レーザー照射機構及び前記液体噴射機構に対して制御信号を発する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記除染室内で前記レーザー照射機構がレーザービームを前記表面部に照射すると同時に、前記液体噴射機構が微粒化又は霧化した液体を、少なくとも前記表面部に位置する気泡の内部でレーザービームにより急加熱され急激に膨張するようにレーザービームの照射位置と同一個所に噴射し、剥離・破壊された汚染層を前記吸引機構が吸引・除去するように制御信号を発することを特徴とする。
In order to solve the above problems, the decontamination system of the present invention comprises:
A decontamination system for an inorganic structure that contains inorganic solid particles, has a large number of bubbles present therein, and has a contaminated layer at least on its surface that is contaminated by a contaminant,
a decontamination chamber to which a suction mechanism is connected and which forms a closed negative pressure space surrounding the surface portion;
a laser irradiation mechanism that irradiates the surface portion with a laser beam;
a liquid injection mechanism that injects atomized or atomized liquid onto the surface;
a control unit that issues control signals to the laser irradiation mechanism and the liquid ejection mechanism,
The control unit is characterized in that, at the same time as the laser irradiation mechanism irradiates the surface portion with a laser beam within the decontamination chamber, the liquid injection mechanism injects the atomized or misted liquid at the same location as the laser beam irradiation position so that the liquid is rapidly heated by the laser beam at least inside the bubbles located on the surface portion and rapidly expands , and issues a control signal so that the suction mechanism sucks up and removes the peeled or destroyed contaminated layer.
また、上記課題を解決するために、代表的な本発明の除染システムは、
骨材として無機質の固体粒子を含み、多数の微細な独立気泡やそれよりも大きな混入気泡の形態で気泡が内在するとともに、少なくとも表面部が汚染物質によって汚染された汚染層をなすコンクリート構造物の除染システムであって、
吸引機構が接続され、前記表面部を囲む状態で閉鎖された負圧空間を形成する除染室と、
レーザービームを前記表面部に照射するレーザー照射機構と、
微粒化又は霧化した液体を前記表面部に噴射する液体噴射機構と、
前記レーザー照射機構及び前記液体噴射機構に対して制御信号を発する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記除染室内で前記レーザー照射機構がレーザービームを前記表面部に照射すると同時に、前記液体噴射機構が微粒化又は霧化した液体を、少なくとも前記表面部に位置する気泡の内部でレーザービームにより急加熱され急激に膨張するようにレーザービームの照射位置と同一個所に噴射し、剥離・破壊された汚染層を前記吸引機構が吸引・除去するように制御信号を発することを特徴とする。
In order to solve the above problems, a representative decontamination system of the present invention comprises:
A decontamination system for a concrete structure that contains inorganic solid particles as aggregate, has air bubbles in the form of a large number of fine closed bubbles and larger entrained bubbles , and has a contaminated layer at least on the surface that is contaminated with a contaminant,
a decontamination chamber to which a suction mechanism is connected and which forms a closed negative pressure space surrounding the surface portion;
a laser irradiation mechanism that irradiates the surface portion with a laser beam;
a liquid injection mechanism that injects atomized or atomized liquid onto the surface;
a control unit that issues control signals to the laser irradiation mechanism and the liquid ejection mechanism,
The control unit is characterized in that, at the same time as the laser irradiation mechanism irradiates the surface portion with a laser beam within the decontamination chamber, the liquid injection mechanism injects the atomized or misted liquid at the same location as the laser beam irradiation position so that the liquid is rapidly heated by the laser beam at least inside the bubbles located on the surface portion and rapidly expands , and issues a control signal so that the suction mechanism sucks up and removes the peeled or destroyed contaminated layer.
このように、レーザー照射機構によるレーザービームの照射と同時にかつその照射位置と同一個所に、液体噴射機構により微粒化又は霧化した液体(例えば水)を噴射し、微粒化又は霧化された液体が表面部に達すると、蒸発時に生ずる気化熱によって表面部を冷却して溶融を抑制するとともに、表面部に位置する気泡の内部での急加熱による膨張によって汚染層を剥離・破壊するように、制御部は制御信号を発する。したがって、除染作業中に絶えず表面部の温度を監視しレーザービームの出力制御を行わなくてもガラス化現象の発生を容易に回避できる。また、微粒化又は霧化された液体は気化されて、剥離・破壊された汚染片とともに回収されるので、二次汚染の発生も容易に回避できる。 In this way, the liquid injection mechanism injects atomized or atomized liquid (e.g., water) simultaneously with and at the same location as the laser beam irradiation by the laser irradiation mechanism. When the atomized or atomized liquid reaches the surface, the controller issues a control signal to cool the surface by the heat of vaporization generated during evaporation, preventing melting, and to exfoliate or destroy the contaminated layer by the expansion caused by rapid heating inside the bubbles located on the surface . Therefore, vitrification can be easily avoided without constantly monitoring the temperature of the surface during decontamination work and controlling the output of the laser beam. Furthermore, the atomized or atomized liquid is vaporized and collected along with the exfoliated or destroyed contaminated fragments, easily avoiding secondary contamination.
上記した除染室、レーザー照射機構、液体噴射機構及び制御部を搭載又は牽引するとともに、制御部から発せられた制御信号により除染対象である作業領域において表面部に対する位置を一括して変更可能な移動装置(例えば移動式作業車両や高所作業車両)をさらに備える。 The system further includes a moving device (e.g., a mobile work vehicle or aerial work vehicle) that mounts or tows the above-mentioned decontamination chamber, laser irradiation mechanism, liquid injection mechanism, and control unit, and that can simultaneously change its position relative to the surface in the work area to be decontaminated in response to a control signal issued from the control unit.
これによって、開放作業領域での除染作業の場合、制御信号により作業車両を自動運転しながら除染作業の自動化が可能となる。なお、作業者が作業車両を運転しながら除染作業のみの自動化も可能である。 This means that when decontamination work is being carried out in an open work area, it is possible to automate the decontamination work by automatically driving the work vehicle using a control signal. It is also possible to automate only the decontamination work while the worker drives the work vehicle.
上記した除染室、レーザー照射機構及び液体噴射機構を搭載するとともに、除染対象である作業領域において表面部に対する位置を一括して変更可能な移動装置(例えばロボットアーム付き移動作業台車)をさらに備え、
制御部は作業領域外の所定位置に配置され、
移動装置は、制御部での遠隔操作に基づき発せられた制御信号により、除染室、レーザー照射機構及び液体噴射機構を作業領域内にて位置変更する。
The decontamination chamber, the laser irradiation mechanism, and the liquid injection mechanism are mounted, and a moving device (for example, a mobile work platform with a robot arm) capable of collectively changing the position relative to the surface portion in the work area to be decontaminated is further provided.
The control unit is located at a predetermined position outside the work area,
The moving device changes the positions of the decontamination chamber, the laser irradiation mechanism, and the liquid injection mechanism within the work area in response to control signals issued based on remote control by the control unit.
これによって、閉鎖作業領域での除染作業の場合、作業領域外の安全な制御部(外部の制御室)から作業者が見守る中で、制御信号に基づきロボットアームや移動作業台車の移動を含む全除染作業工程の完全自動化が可能となる。 When decontamination work is being carried out in a closed work area, this makes it possible to fully automate the entire decontamination work process, including the movement of the robot arm and mobile work cart, based on control signals, while workers monitor the work from a safe control unit (external control room) outside the work area.
以下、本発明の実施の形態につき図面に示す実施例を参照して説明する。図1は本発明に係る除染装置の一例を模式的に示す説明図である。図1に示す除染装置100は、載置台B上に載置された、塊状のコンクリート構造物CSを除染する。除染装置100は、吸引機構40が接続され、コンクリート構造物CS全体を囲む状態で閉鎖された負圧空間を形成する除染ブース10(除染室)と、レーザービームLBをコンクリート構造物CSの表面部S(図2参照)に照射するレーザー照射機構20と、超音波霧化した超音波ミストUMを表面部Sに噴射する水噴射機構30(液体噴射機構)と、を備える。なお、図1では載置台Bは地面上に固定配置されているが、図の左右方向(矢印方向)、紙面と直交する方向等に地面上で移動可能としてもよい。 Embodiments of the present invention will now be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an example of a decontamination apparatus according to the present invention. The decontamination apparatus 100 shown in FIG. 1 decontaminates a massive concrete structure CS placed on a mounting table B. The decontamination apparatus 100 includes a decontamination booth 10 (decontamination chamber) connected to a suction mechanism 40 and forming a closed negative-pressure space surrounding the entire concrete structure CS, a laser irradiation mechanism 20 that irradiates a laser beam LB onto the surface S of the concrete structure CS (see FIG. 2), and a water injection mechanism 30 (liquid injection mechanism) that sprays ultrasonically atomized ultrasonic mist UM onto the surface S. Note that while the mounting table B is shown fixedly positioned on the ground in FIG. 1, it may be movable on the ground in the left-right direction (direction of the arrow) or in a direction perpendicular to the plane of the drawing.
図2に示すように、コンクリート構造物CSは、体積の大部分(例えば7割)を占め、無機質の固体粒子である骨材CA,FAがセメント、アスファルト、樹脂等の結合材で固められている。砂利、砕石からなりおよそ5mm以上の粗骨材CAと、砂、砕砂からなりおよそ5mm未満の細骨材FAとが骨材を構成する。コンクリート構造物CSの内部には、例えば0.1mm以上の比較的大きな混入気泡MCと、例えば0.01~0.1mm,平均0.05mmの多数の微細な独立気泡CCとが存在する。混入気泡MCは結合材と水との混練時に閉じ込められた気泡であり、独立気泡CCは混和材として加えられるAE剤(空気連行剤)によって発生する。コンクリート構造物CS(例えば、原子力発電所で発生した放射性廃棄物)において、少なくとも表面部Sが汚染物質(例えば放射性物質)によって汚染された汚染層(例えば放射性汚染層)をなす。 As shown in Figure 2, concrete structure CS occupies a majority (e.g., 70%) of its volume. It consists of aggregates CA and FA, which are inorganic solid particles, solidified with a binder such as cement, asphalt, or resin. The aggregate consists of coarse aggregate CA, consisting of gravel or crushed stone, approximately 5 mm or larger, and fine aggregate FA, consisting of sand or crushed sand, approximately 5 mm or smaller. Contained within concrete structure CS are relatively large entrained air bubbles MC, e.g., 0.1 mm or larger, and numerous fine closed air bubbles CC, e.g., 0.01 to 0.1 mm, with an average of 0.05 mm. Entrained air bubbles MC are air bubbles trapped during the mixing of binder and water, while closed air bubbles CC are generated by air-entraining agents (AE agents) added as admixtures. In concrete structure CS (e.g., radioactive waste generated at a nuclear power plant), at least the surface portion S forms a contaminated layer (e.g., a radioactively contaminated layer) contaminated by contaminants (e.g., radioactive materials).
図1に戻り、除染ブース10は、コンクリート構造物CSを上方から蓋状にすっぽりと覆うフレーム11と、フレーム11の外側を囲む蛇腹状カバー12とを有し、内部に閉鎖空間を形成する。 Returning to Figure 1, the decontamination booth 10 has a frame 11 that completely covers the concrete structure CS from above like a lid, and a bellows-shaped cover 12 that surrounds the outside of the frame 11, forming an enclosed space inside.
レーザー照射機構20はレーザービームLBをコンクリート構造物CSの表面部Sに向けて下向きに照射するレーザーガン21を有する。レーザーガン21にはレーザービームLBを照射するための組合せレンズ22が内蔵される。レーザーガン21は光ファイバー21Fを介してレーザー発振器21Lと接続される。 The laser irradiation mechanism 20 has a laser gun 21 that emits a laser beam LB downward toward the surface S of the concrete structure CS. The laser gun 21 contains a combination lens 22 for emitting the laser beam LB. The laser gun 21 is connected to a laser oscillator 21L via an optical fiber 21F.
また、レーザー照射機構20にはエア噴射ノズル23(気体噴射機構)が付設される。エア噴射ノズル23は、組合せレンズ22のうち表面部Sに最も近いレンズ(対物レンズ)においてコンクリート構造物CSの表面部Sに対向するレンズ面である対物レンズ面22Sに沿って、レーザー照射機構20の作動中常に横向きに噴射エアJAを送風する。エア噴射ノズル23はエアホース23Hを介してエアコンプレッサ23Cと接続される。 The laser irradiation mechanism 20 is also equipped with an air injection nozzle 23 (gas injection mechanism). The air injection nozzle 23 constantly blows injected air JA sideways along the objective lens surface 22S, which is the lens surface facing the surface S of the concrete structure CS of the lens (objective lens) closest to the surface S of the combined lens 22, while the laser irradiation mechanism 20 is operating. The air injection nozzle 23 is connected to an air compressor 23C via an air hose 23H.
レーザービームLBはレーザー発振器21Lで発生し、光ファイバー21Fを介してレーザーガン21から下向きに照射される。一方、噴射エアJAはエアコンプレッサ23Cで発生し、エアホース23Hを介してエア噴射ノズル23から横向きに送風される。 The laser beam LB is generated by the laser oscillator 21L and emitted downward from the laser gun 21 via the optical fiber 21F. Meanwhile, the spray air JA is generated by the air compressor 23C and blown sideways from the air spray nozzle 23 via the air hose 23H.
水噴射機構30は、超音波霧化器32(微粒化機構)で超音波霧化された水(霧)を噴霧ノズル31から超音波ミストUMとして斜め下向きに噴霧する。超音波霧化器32はホース23Hを介してポンプ32Pと接続される。タンク32T内の水はポンプ32Pで汲み上げられ、ホース23Hを介して超音波霧化器32に至り、超音波ミストUMとなって噴霧ノズル31から斜め下向きに噴霧される。また、エア噴射ノズル23から送風される噴射エアJAの一部を噴霧ノズル31へ導入し、噴霧ノズル31から噴霧される超音波ミストUMを噴射エアJAによって加速している。 The water injection mechanism 30 ultrasonically atomizes water (mist) in the ultrasonic atomizer 32 (atomization mechanism), and sprays it diagonally downward from the spray nozzle 31 as ultrasonic mist UM. The ultrasonic atomizer 32 is connected to the pump 32P via the hose 23H. Water in the tank 32T is pumped up by the pump 32P and reaches the ultrasonic atomizer 32 via the hose 23H, where it becomes ultrasonic mist UM and is sprayed diagonally downward from the spray nozzle 31. In addition, a portion of the spray air JA blown from the air injection nozzle 23 is introduced into the spray nozzle 31, and the ultrasonic mist UM sprayed from the spray nozzle 31 is accelerated by the spray air JA.
なお、超音波ミストUMの粒径は、一般的に0.001~0.01mm(平均0.005mm)程度とされている。したがって、超音波ミストUMの粒径は、コンクリート構造物CSに内在する独立気泡CC、混入気泡MCのいずれよりも小さくできる。 The particle size of ultrasonic mist UM is generally around 0.001 to 0.01 mm (average 0.005 mm). Therefore, the particle size of ultrasonic mist UM can be made smaller than both the closed air bubbles CC and the entrained air bubbles MC present in the concrete structure CS.
吸引機構40は、除染ブース10内で発生する汚染エアDAを負圧吸引するための負圧ポンプ41(吸引ファン)と、負圧ポンプ41の吸引流路に配置されたフレキシブルホース42Hの出口側に接続され、エアフィルタ42Fを内蔵する集塵機42とを有している。フレキシブルホース42Hの入り口側(吸い込み側)は除染ブース10に開口する。 The suction mechanism 40 has a negative pressure pump 41 (suction fan) for negatively suctioning the contaminated air DA generated within the decontamination booth 10, and a dust collector 42 with a built-in air filter 42F, which is connected to the outlet side of a flexible hose 42H arranged in the suction flow path of the negative pressure pump 41. The inlet side (suction side) of the flexible hose 42H opens into the decontamination booth 10.
電源設備90は、レーザー発振器21L、エアコンプレッサ23C、ポンプ32P、超音波霧化器32及び負圧ポンプ41にそれぞれ駆動用の電源を供給する。なお、図1において、一点鎖線は電源供給線を表す。 The power supply equipment 90 supplies power to drive the laser oscillator 21L, air compressor 23C, pump 32P, ultrasonic atomizer 32, and negative pressure pump 41. Note that in Figure 1, dashed lines represent power supply lines.
次に、主として図2により、除染装置100によるコンクリート構造物CSの除染について説明する。レーザー照射機構20のレーザーガン21によるレーザービームLBの下向き照射と同時にかつその照射位置と同一個所に、水噴射機構30の噴霧ノズル31により超音波ミストUMを斜め下向きに噴射する。超音波ミストUMは、表面部Sに達すると蒸発時に生ずる気化熱により表面部Sを冷却するとともに、表面部Sが溶融することなく、あるいは一部溶融することがあってもガラス化現象の発生前に汚染層の独立気泡CC及び混入気泡MCに入り込み、これらの気泡CC,MC内で急激に膨張し水蒸気爆発的な現象を発生して汚染層を剥離・破壊し、汚染片PPとして放出する。汚染片PPはエア噴射ノズル23から送風された噴射エアJAとともに汚染エアDAとなって負圧ポンプ41により負圧吸引され、フレキシブルホース42Hを通り集塵機42のエアフィルタ42Fで捕捉される(図1参照)。 Next, referring primarily to Figure 2, we will explain the decontamination of a concrete structure CS using the decontamination device 100. Simultaneously with the downward irradiation of a laser beam LB by the laser gun 21 of the laser irradiation mechanism 20, ultrasonic mist UM is sprayed obliquely downward from the spray nozzle 31 of the water injection mechanism 30 at the same location. When the ultrasonic mist UM reaches the surface S, it cools the surface S due to the heat of vaporization generated during evaporation. It also penetrates the closed bubbles CC and entrained bubbles MC of the contaminated layer without melting the surface S, or even if it does partially melt, before vitrification occurs. It rapidly expands within these bubbles CC and MC, causing a steam explosion-like phenomenon that peels off and destroys the contaminated layer, releasing them as contaminated fragments PP. The contaminated fragments PP, together with the spray air JA blown from the air injection nozzle 23, become contaminated air DA, which is vacuum-sucked by the vacuum pump 41, passes through the flexible hose 42H, and is captured by the air filter 42F of the dust collector 42 (see Figure 1).
このように、除染作業中に絶えず表面部Sの温度を監視しレーザービームLBの出力制御を行わなくてもガラス化現象の発生を容易に回避できる。また、超音波ミストUMは気化されて、剥離・破壊された汚染片PPとともに回収されるので、二次汚染の発生も容易に回避できる。 In this way, the temperature of the surface S is constantly monitored during decontamination work, and vitrification can be easily avoided without controlling the output of the laser beam LB. Furthermore, because the ultrasonic mist UM is vaporized and collected along with the peeled and destroyed contaminated fragments PP, secondary contamination can also be easily avoided.
この実施例では、レーザーガン21はレーザービームLBを下向きに照射し、噴霧ノズル31は超音波ミストUMを斜め下向きに噴射しているが、互いの向きを交換してもよい。すなわち、噴霧ノズル31を下向き噴射、レーザーガン21を斜め下向き照射に変更できる。あるいは、両者ともに斜め下向きに変更してもよく、さらに両者の傾斜角度を異ならせてもよい。 In this embodiment, the laser gun 21 emits the laser beam LB downward, and the spray nozzle 31 sprays the ultrasonic mist UM diagonally downward, but the directions may be interchanged. That is, the spray nozzle 31 can be changed to spray downward, and the laser gun 21 can be changed to irradiate diagonally downward. Alternatively, both may be changed to point diagonally downward, and the inclination angles of the two may be different.
図3は本発明に係る除染システムの第一例として路面開放作業領域用除染システムを模式的に示す説明図である。図3に示す路面開放作業領域用除染システム(以下、単に除染システムという)1000は、コンクリート構造物としてのコンクリート舗装CP(例えば原子力発電所内の舗装路)の地表面(表面部)を除染する。除染システム1000は、吸引機構40が接続され、コンクリート舗装CPの表面部S(図2参照)を囲む状態で閉鎖された負圧空間を形成する除染ブース10(除染室)と、レーザービームLBをコンクリート舗装CPの表面部Sに照射するレーザー照射機構20と、超音波霧化した超音波ミストUMを表面部Sに噴射する水噴射機構30(液体噴射機構)と、レーザー照射機構20及び水噴射機構30に対して制御信号を発するコントローラ200(制御部)と、を備える。 Figure 3 is an explanatory diagram schematically illustrating a decontamination system for an open road surface work area as a first example of a decontamination system according to the present invention. The decontamination system for an open road surface work area (hereinafter simply referred to as the decontamination system) 1000 shown in Figure 3 decontaminates the ground surface (surface portion) of a concrete pavement CP (e.g., a paved road in a nuclear power plant) as a concrete structure. The decontamination system 1000 includes a decontamination booth 10 (decontamination chamber) to which a suction mechanism 40 is connected and which forms a closed negative pressure space surrounding the surface portion S of the concrete pavement CP (see Figure 2), a laser irradiation mechanism 20 that irradiates a laser beam LB onto the surface portion S of the concrete pavement CP, a water injection mechanism 30 (liquid injection mechanism) that sprays ultrasonically atomized ultrasonic mist UM onto the surface portion S, and a controller 200 (control unit) that issues control signals to the laser irradiation mechanism 20 and the water injection mechanism 30.
さらに、除染システム1000は、除染ブース10、レーザー照射機構20及び水噴射機構30を牽引しかつコントローラ200を搭載するとともに、コントローラ200から発せられた制御信号により除染対象である作業領域(路面)において表面部Sに対する位置を一括して変更可能な移動式作業車両300(移動装置)をさらに備える。除染ブース10のフレーム11は連結バー310(連結機構)によって移動式作業車両300と連結(牽引)され、フレーム11の下端には路面を移動するためのキャスタ13が装備される。 The decontamination system 1000 further includes a mobile work vehicle 300 (movement device) that tows the decontamination booth 10, laser irradiation mechanism 20, and water injection mechanism 30, is equipped with a controller 200, and can change its position relative to the surface S in the work area (road surface) to be decontaminated in a single operation in response to a control signal issued from the controller 200. The frame 11 of the decontamination booth 10 is connected (towed) to the mobile work vehicle 300 by a connecting bar 310 (connection mechanism), and casters 13 are attached to the lower end of the frame 11 for moving along the road surface.
電源設備90は、レーザー発振器21L、エアコンプレッサ23C、ポンプ32P、超音波霧化器32、負圧ポンプ41及びコントローラ200にそれぞれ駆動用の電源を供給する。一方、コントローラ200は、レーザーガン21、エア噴射ノズル23、噴霧ノズル31、電源設備90及び移動式作業車両300に対してそれぞれ制御信号を発する。なお、図3において、一点鎖線は電源供給線、破線は制御信号線をそれぞれ表す。以下の各図においても同様である。 The power supply equipment 90 supplies driving power to the laser oscillator 21L, air compressor 23C, pump 32P, ultrasonic atomizer 32, negative pressure pump 41, and controller 200. Meanwhile, the controller 200 issues control signals to the laser gun 21, air injection nozzle 23, spray nozzle 31, power supply equipment 90, and mobile work vehicle 300. In Figure 3, dot-dash lines represent power supply lines, and dashed lines represent control signal lines. This also applies to the following figures.
次に、図4は図3の除染システムに基づく工程説明図を示す。まず、S1にて電源設備90にON指令を発し、レーザー発振器21L、エアコンプレッサ23C、ポンプ32P、超音波霧化器32及び負圧ポンプ41を始動させ、除染準備を行う。S2にてレーザーガン21、エア噴射ノズル23及び噴霧ノズル31を同期作動させ除染作業を実施する。S3にて移動式作業車両300に自動運転指令を発し、路面開放作業領域内を移動する。S4にて移動の結果路面開放作業領域の終端に到達して除染作業が終了に至ったかを確認し、終端に到達していなければ(S4でNO)S2に戻り、終端に到達していれば(S4でYES)終了する。 Next, Figure 4 shows a process diagram based on the decontamination system of Figure 3. First, in S1, an ON command is issued to the power supply equipment 90, starting the laser oscillator 21L, air compressor 23C, pump 32P, ultrasonic atomizer 32, and negative pressure pump 41 to prepare for decontamination. In S2, the laser gun 21, air injection nozzle 23, and spray nozzle 31 are operated synchronously to carry out decontamination work. In S3, an automatic driving command is issued to the mobile work vehicle 300, and it moves within the road surface opening work area. In S4, it is confirmed whether the end of the road surface opening work area has been reached as a result of the movement and the decontamination work has been completed. If the end has not been reached (NO in S4), the process returns to S2; if the end has been reached (YES in S4), the process ends.
図5は本発明に係る除染システムの第二例として壁面開放作業領域用除染システムを模式的に示す説明図である。図5に示す壁面開放作業領域用除染システム(以下、単に除染システムという)2000は、コンクリート構造物としてのコンクリート擁壁CW(例えば原子力発電所内の防護壁)の外壁面(表面部)を除染する。除染システム2000は、吸引機構40が接続され、コンクリート擁壁CWの表面部S(図2参照)を囲む状態で閉鎖された負圧空間を形成する除染ブース10(除染室)と、レーザービームLBをコンクリート擁壁CWの表面部Sに照射するレーザー照射機構20と、超音波霧化した超音波ミストUMを表面部Sに噴射する水噴射機構30(液体噴射機構)と、レーザー照射機構20及び水噴射機構30に対して制御信号を発するコントローラ200(制御部)と、を備える。 Figure 5 is an explanatory diagram schematically illustrating a decontamination system for an open-wall work area as a second example of a decontamination system according to the present invention. The decontamination system for an open-wall work area (hereinafter simply referred to as the decontamination system) 2000 shown in Figure 5 decontaminates the outer wall surface (surface portion) of a concrete structure, such as a concrete retaining wall CW (e.g., a protective wall in a nuclear power plant). The decontamination system 2000 includes a decontamination booth 10 (decontamination room) to which a suction mechanism 40 is connected and which forms a closed negative-pressure space surrounding the surface portion S (see Figure 2) of the concrete retaining wall CW; a laser irradiation mechanism 20 that irradiates a laser beam LB onto the surface portion S of the concrete retaining wall CW; a water injection mechanism 30 (liquid injection mechanism) that sprays ultrasonically atomized ultrasonic mist UM onto the surface portion S; and a controller 200 (control unit) that issues control signals to the laser irradiation mechanism 20 and the water injection mechanism 30.
さらに、除染システム2000は、除染ブース10、レーザー照射機構20及び水噴射機構30を保持しかつコントローラ200を搭載するとともに、コントローラ200から発せられた制御信号により除染対象である作業領域(外壁面)において表面部Sに対する位置を一括して変更可能な高所作業車両400(移動装置)及び昇降装置500(移動装置)をさらに備える。除染ブース10のフレーム11は連結リンク530(連結機構)によって昇降装置500の巻掛伝動機構520(例えばモータ510で駆動されるローラチェン)と連結され、フレーム11の先端には外壁面を移動するためのキャスタ13が装備される。 The decontamination system 2000 further comprises an aerial work vehicle 400 (moving device) and a lifting device 500 (moving device) that hold the decontamination booth 10, laser irradiation mechanism 20, and water injection mechanism 30, are equipped with a controller 200, and can simultaneously change their positions relative to the surface S in the work area (exterior wall surface) to be decontaminated in response to control signals issued from the controller 200. The frame 11 of the decontamination booth 10 is connected to the winding transmission mechanism 520 (e.g., a roller chain driven by a motor 510) of the lifting device 500 by a connecting link 530 (connecting mechanism), and casters 13 are attached to the tip of the frame 11 for moving along the exterior wall surface.
電源設備90は、レーザー発振器21L、エアコンプレッサ23C、ポンプ32P、超音波霧化器32、負圧ポンプ41、モータ510及びコントローラ200にそれぞれ駆動用の電源を供給する。一方、コントローラ200は、レーザーガン21、エア噴射ノズル23、噴霧ノズル31、電源設備90、モータ510及び高所作業車両400に対してそれぞれ制御信号を発する。 The power supply equipment 90 supplies driving power to the laser oscillator 21L, air compressor 23C, pump 32P, ultrasonic atomizer 32, negative pressure pump 41, motor 510, and controller 200. Meanwhile, the controller 200 issues control signals to the laser gun 21, air injection nozzle 23, spray nozzle 31, power supply equipment 90, motor 510, and aerial work vehicle 400.
次に、図6は図5の除染システムに基づく工程説明図を示す。まず、S1にて電源設備90にON指令を発し、レーザー発振器21L、エアコンプレッサ23C、ポンプ32P、超音波霧化器32及び負圧ポンプ41を始動させ、除染準備を行う。S2にてレーザーガン21、エア噴射ノズル23及び噴霧ノズル31を同期作動させ除染作業を実施する。S3’にて高所作業車両400に自動運転指令を発し、昇降装置500に昇降駆動指令を発し、壁面開放作業領域内を移動する。S4にて移動の結果壁面開放作業領域の終端に到達して除染作業が終了に至ったかを確認し、終端に到達していなければ(S4でNO)S2に戻り、終端に到達していれば(S4でYES)終了する。なお、S3’において、高所作業車両400は図5の紙面と直交する方向(すなわち、コンクリート擁壁CWの外壁面に沿う方向)等へも移動可能である。 Next, Figure 6 shows a process diagram based on the decontamination system of Figure 5. First, in S1, an ON command is issued to the power supply equipment 90, starting the laser oscillator 21L, air compressor 23C, pump 32P, ultrasonic atomizer 32, and negative pressure pump 41 to prepare for decontamination. In S2, the laser gun 21, air injection nozzle 23, and spray nozzle 31 are operated synchronously to carry out decontamination work. In S3', an automatic operation command is issued to the aerial work vehicle 400, and an elevation drive command is issued to the lifting device 500, which moves within the wall-opening work area. In S4, it is confirmed whether the end of the wall-opening work area has been reached and the decontamination work has been completed. If the end has not been reached (NO in S4), the process returns to S2; if the end has been reached (YES in S4), the process ends. In addition, in S3', the aerial work vehicle 400 can also move in a direction perpendicular to the plane of the paper in Figure 5 (i.e., a direction along the outer wall surface of the concrete retaining wall CW).
図7は本発明に係る除染システムの第三例として建屋内閉鎖作業領域用除染システムを模式的に示す説明図である。図7に示す建屋内閉鎖作業領域用除染システム(以下、単に除染システムという)3000は、コンクリート構造物としてのコンクリート建屋CH(例えば原子力発電所内の使用済み核燃料貯蔵庫)の内壁面及び天井面(表面部)を除染する。除染システム3000は、吸引機構40が接続され、コンクリート建屋CHの表面部S(図2参照)を囲む状態で閉鎖された負圧空間を形成する除染ブース10(除染室)と、レーザービームLBをコンクリート建屋CHの表面部Sに照射するレーザー照射機構20と、超音波霧化した超音波ミストUMを表面部Sに噴射する水噴射機構30(液体噴射機構)と、レーザー照射機構20及び水噴射機構30に対して制御信号を発するコントローラ200(制御部)と、を備える。 Figure 7 is an explanatory diagram schematically illustrating a decontamination system for a closed work area within a building as a third example of a decontamination system according to the present invention. The decontamination system for a closed work area within a building (hereinafter simply referred to as the decontamination system) 3000 shown in Figure 7 decontaminates the inner wall and ceiling surfaces (surface portions) of a concrete building CH (e.g., a spent nuclear fuel storage facility in a nuclear power plant), which is a concrete structure. The decontamination system 3000 includes a decontamination booth 10 (decontamination room) to which a suction mechanism 40 is connected and which forms a closed negative pressure space surrounding the surface portion S (see Figure 2) of the concrete building CH; a laser irradiation mechanism 20 that irradiates a laser beam LB onto the surface portion S of the concrete building CH; a water injection mechanism 30 (liquid injection mechanism) that sprays ultrasonically atomized ultrasonic mist UM onto the surface portion S; and a controller 200 (control unit) that issues control signals to the laser irradiation mechanism 20 and the water injection mechanism 30.
さらに、除染システム3000は、除染ブース10、レーザー照射機構20及び水噴射機構30を搭載するとともに、除染対象である作業領域(内壁面及び天井面)において表面部Sに対する位置を一括して変更可能な移動作業台車600(移動装置)及びロボットアーム700(移動装置)をさらに備え、コントローラ200は作業領域(内壁面及び天井面)外の遠隔地に配置される。移動作業台車600及びロボットアーム700は、コントローラ200での遠隔操作に基づき発せられた制御信号により、除染ブース10、レーザー照射機構20及び水噴射機構30を作業領域(内壁面及び天井面)内にて位置変更する。除染ブース10のフレーム11はロボットアーム700によって移動作業台車600と連結され、フレーム11の先端には内壁面及び天井面を移動するためのキャスタ13が装備される。 The decontamination system 3000 is equipped with a decontamination booth 10, a laser irradiation mechanism 20, and a water spray mechanism 30, and further includes a mobile work platform 600 (moving device) and a robot arm 700 (moving device) that can simultaneously change their positions relative to the surface S in the work area (inner wall and ceiling surfaces) to be decontaminated, and the controller 200 is located in a remote location outside the work area (inner wall and ceiling surfaces). The mobile work platform 600 and the robot arm 700 change the positions of the decontamination booth 10, the laser irradiation mechanism 20, and the water spray mechanism 30 within the work area (inner wall and ceiling surfaces) in response to control signals issued based on remote operation by the controller 200. The frame 11 of the decontamination booth 10 is connected to the mobile work platform 600 by the robot arm 700, and casters 13 are attached to the tip of the frame 11 for moving along the inner wall and ceiling surfaces.
電源設備90は、レーザー発振器21L、エアコンプレッサ23C、ポンプ32P、超音波霧化器32、負圧ポンプ41、移動作業台車600、ロボットアーム700及びコントローラ200にそれぞれ駆動用の電源を供給する。一方、コントローラ200は、レーザーガン21、エア噴射ノズル23、噴霧ノズル31、電源設備90、移動作業台車600及びロボットアーム700に対してそれぞれ制御信号を発する。 The power supply equipment 90 supplies power to drive the laser oscillator 21L, air compressor 23C, pump 32P, ultrasonic atomizer 32, negative pressure pump 41, mobile work platform 600, robot arm 700, and controller 200. Meanwhile, the controller 200 issues control signals to the laser gun 21, air injection nozzle 23, spray nozzle 31, power supply equipment 90, mobile work platform 600, and robot arm 700.
次に、図8は図7の除染システムに基づく工程説明図を示す。まず、S1にて電源設備90にON指令を発し、レーザー発振器21L、エアコンプレッサ23C、ポンプ32P、超音波霧化器32及び負圧ポンプ41を始動させ、除染準備を行う。S2にてレーザーガン21、エア噴射ノズル23及び噴霧ノズル31を同期作動させ除染作業を実施する。S3”にて移動作業台車600に自動走行指令を発し、ロボットアーム700に回転、伸縮の駆動指令を発し、建屋内閉鎖作業領域内を移動する。S4にて移動の結果建屋内閉鎖作業領域の終端に到達して除染作業が終了に至ったかを確認し、終端に到達していなければ(S4でNO)S2に戻り、終端に到達していれば(S4でYES)終了する。 Next, Figure 8 shows a process diagram based on the decontamination system of Figure 7. First, in S1, an ON command is issued to the power supply equipment 90, starting the laser oscillator 21L, air compressor 23C, pump 32P, ultrasonic atomizer 32, and negative pressure pump 41 to prepare for decontamination. In S2, the laser gun 21, air injection nozzle 23, and spray nozzle 31 are operated synchronously to carry out decontamination work. In S3", an automatic travel command is issued to the mobile work platform 600, and drive commands to rotate and extend are issued to the robot arm 700, causing it to move within the enclosed work area within the building. In S4, it is confirmed whether the end of the enclosed work area within the building has been reached as a result of the movement and the decontamination work has been completed. If the end has not been reached (NO in S4), the process returns to S2; if the end has been reached (YES in S4), the process ends.
図9は本発明に係る除染システムの第四例として隧道内閉鎖作業領域用除染システムを模式的に示す説明図である。図9に示す隧道内閉鎖作業領域用除染システム(以下、単に除染システムという)4000は、コンクリート構造物としてのコンクリート隧道CT(例えば高速道路や地下鉄のトンネル)の傾斜内面(表面部)を除染する。除染システム4000は、吸引機構40が接続され、コンクリート隧道CTの表面部S(図2参照)を囲む状態で閉鎖された負圧空間を形成する除染ブース10(除染室)と、レーザービームLBをコンクリート隧道CTの表面部Sに照射するレーザー照射機構20と、超音波霧化した超音波ミストUMを表面部Sに噴射する水噴射機構30(液体噴射機構)と、レーザー照射機構20及び水噴射機構30に対して制御信号を発するコントローラ200(制御部)と、を備える。 Figure 9 is an explanatory diagram schematically illustrating a decontamination system for a closed work area inside a tunnel as a fourth example of a decontamination system according to the present invention. The decontamination system for a closed work area inside a tunnel (hereinafter simply referred to as the decontamination system) 4000 shown in Figure 9 decontaminates the inclined inner surface (surface) of a concrete tunnel CT (e.g., a highway or subway tunnel) as a concrete structure. The decontamination system 4000 includes a decontamination booth 10 (decontamination chamber) to which a suction mechanism 40 is connected and which forms a closed negative pressure space surrounding the surface S (see Figure 2) of the concrete tunnel CT; a laser irradiation mechanism 20 that irradiates a laser beam LB onto the surface S of the concrete tunnel CT; a water injection mechanism 30 (liquid injection mechanism) that sprays ultrasonically atomized ultrasonic mist UM onto the surface S; and a controller 200 (controller) that issues control signals to the laser irradiation mechanism 20 and the water injection mechanism 30.
さらに、除染システム4000は、除染ブース10、レーザー照射機構20及び水噴射機構30を搭載するとともに、除染対象である作業領域(傾斜内面)において表面部Sに対する位置を一括して変更可能な移動作業台車600(移動装置)及びロボットアーム700(移動装置)をさらに備え、コントローラ200は作業領域(傾斜内面)外の遠隔地に配置される。移動作業台車600及びロボットアーム700は、コントローラ200での遠隔操作に基づき発せられた制御信号により、除染ブース10、レーザー照射機構20及び水噴射機構30を作業領域(傾斜内面)内にて位置変更する。除染ブース10のフレーム11はロボットアーム700によって移動作業台車600と連結され、フレーム11の先端には傾斜内面を移動するためのキャスタ13が装備される。 The decontamination system 4000 is further equipped with a mobile work platform 600 (moving device) and a robot arm 700 (moving device) that are capable of simultaneously changing their positions relative to the surface S in the work area (inclined inner surface) to be decontaminated, and the controller 200 is located in a remote location outside the work area (inclined inner surface). The mobile work platform 600 and the robot arm 700 change the positions of the decontamination booth 10, the laser irradiation mechanism 20, and the water spray mechanism 30 within the work area (inclined inner surface) in response to control signals issued based on remote operation by the controller 200. The frame 11 of the decontamination booth 10 is connected to the mobile work platform 600 by the robot arm 700, and casters 13 are attached to the tip of the frame 11 for moving along the inclined inner surface.
電源設備90は、レーザー発振器21L、エアコンプレッサ23C、ポンプ32P、超音波霧化器32、負圧ポンプ41、移動作業台車600、ロボットアーム700及びコントローラ200にそれぞれ駆動用の電源を供給する。一方、コントローラ200は、レーザーガン21、エア噴射ノズル23、噴霧ノズル31、電源設備90、移動作業台車600及びロボットアーム700に対してそれぞれ制御信号を発する。 The power supply equipment 90 supplies power to drive the laser oscillator 21L, air compressor 23C, pump 32P, ultrasonic atomizer 32, negative pressure pump 41, mobile work platform 600, robot arm 700, and controller 200. Meanwhile, the controller 200 issues control signals to the laser gun 21, air injection nozzle 23, spray nozzle 31, power supply equipment 90, mobile work platform 600, and robot arm 700.
図9の除染システムに基づく工程説明図は図8と同一であるため省略する。 The process diagram based on the decontamination system in Figure 9 is the same as Figure 8, so it is omitted here.
なお、除染システム1000,2000,3000,4000の各実施例(図3,図5,図7,図9)において、除染装置100(図1)の各部と共通する機能を有する部位には同一符号を付して詳細な説明を省略した。 In each embodiment of the decontamination systems 1000, 2000, 3000, and 4000 (Figures 3, 5, 7, and 9), parts that have functions common to those of the decontamination apparatus 100 (Figure 1) are designated by the same reference numerals and detailed descriptions thereof are omitted.
また、これらの実施例は、技術的な矛盾を生じない範囲において適宜組み合わせて実施できる。さらに、コンクリート構造物CS(図2)において記述した放射性物質に限らず、有毒物質、細菌等のように大気、水、土等の環境を汚染する汚染物質を除去する方法、装置及びシステム一般に適用できる。 Furthermore, these embodiments can be implemented in any suitable combination as long as no technical contradictions arise. Furthermore, the present invention is not limited to the radioactive materials described in the concrete structure CS (Figure 2), but can also be applied to general methods, devices, and systems for removing contaminants that contaminate the environment, such as air, water, and soil, such as toxic substances and bacteria.
10 除染ブース(除染室)
11 フレーム
12 蛇腹状カバー
13 キャスタ
20 レーザー照射機構
21 レーザーガン
21F 光ファイバー
21L レーザー発振器
22 組合せレンズ
22S 対物レンズ面
23 エア噴射ノズル(気体噴射機構)
23C エアコンプレッサ
23H エアホース
30 水噴射機構(液体噴射機構)
31 噴霧ノズル
32 超音波霧化器(微粒化機構)
32H ホース
32P ポンプ
32T タンク
40 吸引機構
41 負圧ポンプ(吸引ファン)
42 集塵機
42F エアフィルタ
42H フレキシブルホース
90 電源設備
100 除染装置
200 コントローラ(制御部)
300 移動式作業車両(移動装置)
310 連結バー(連結機構)
1000 路面開放作業領域用除染システム(除染システム)
400 高所作業車両(移動装置)
500 昇降装置(移動装置)
510 モータ
520 巻掛伝動機構
530 連結リンク(連結機構)
2000 壁面開放作業領域用除染システム(除染システム)
600 移動作業台車(移動装置)
700 ロボットアーム(移動装置)
3000 建屋内閉鎖作業領域用除染システム(除染システム)
4000 隧道内閉鎖作業領域用除染システム(除染システム)
B 載置台
CS コンクリート構造物
CA 粗骨材
FA 細骨材
CC 独立気泡
MC 混入気泡
PP 汚染片
S 表面部(汚染層)
CP コンクリート舗装(コンクリート構造物)
CW コンクリート擁壁(コンクリート構造物)
CH コンクリート建屋(コンクリート構造物)
CT コンクリート隧道(コンクリート構造物)
LB レーザービーム
UM 超音波ミスト
JA 噴射エア
DA 汚染エア
10. Decontamination booth (decontamination room)
11 Frame 12 Accordion-shaped cover 13 Caster 20 Laser irradiation mechanism 21 Laser gun 21F Optical fiber 21L Laser oscillator 22 Combined lens 22S Objective lens surface 23 Air injection nozzle (gas injection mechanism)
23C Air compressor 23H Air hose 30 Water injection mechanism (liquid injection mechanism)
31 Spray nozzle 32 Ultrasonic atomizer (atomization mechanism)
32H Hose 32P Pump 32T Tank 40 Suction mechanism 41 Negative pressure pump (suction fan)
42 Dust collector 42F Air filter 42H Flexible hose 90 Power supply equipment 100 Decontamination device 200 Controller (control unit)
300 Mobile work vehicle (mobile device)
310 Connecting bar (connecting mechanism)
1000 Decontamination system for open road work areas (decontamination system)
400 High-altitude work vehicle (moving device)
500 Lifting device (moving device)
510 Motor 520 Winding transmission mechanism 530 Connecting link (connecting mechanism)
2000 Decontamination system for open wall work areas (decontamination system)
600 Mobile work cart (mobile device)
700 Robot arm (movement device)
3000 Decontamination system for closed work areas inside buildings (decontamination system)
4000 Decontamination system for closed work areas inside tunnels (decontamination system)
B: Placement base CS: Concrete structure CA: Coarse aggregate FA: Fine aggregate CC: Closed air bubbles MC: Entrained air bubbles PP: Contaminated pieces S: Surface (contaminated layer)
CP Concrete pavement (concrete structure)
CW Concrete retaining wall (concrete structure)
CH Concrete building (concrete structure)
CT Concrete tunnel (concrete structure)
LB Laser beam UM Ultrasonic mist JA Jet air DA Contaminated air
Claims (12)
前記表面部を囲む状態で閉鎖された負圧空間において、レーザービームを前記表面部に照射すると同時に、微粒化又は霧化した液体を、少なくとも前記表面部に位置する気泡の内部でレーザービームにより急加熱され急激に膨張するようにレーザービームの照射位置と同一個所に噴射し、汚染層を剥離・破壊して除去することを特徴とする除染方法。 A method for decontaminating an inorganic structure that contains inorganic solid particles, has a large number of bubbles present therein, and has a contaminated layer at least on its surface that is contaminated with a contaminant, comprising:
A decontamination method characterized by irradiating a laser beam onto the surface in a closed negative pressure space surrounding the surface, and simultaneously spraying atomized or atomized liquid at the same location as the laser beam irradiation position so that the liquid is rapidly heated by the laser beam at least inside bubbles located on the surface and rapidly expands , thereby peeling off, destroying, and removing the contaminated layer.
前記表面部を囲む状態で閉鎖された負圧空間において、レーザービームを前記表面部に照射すると同時に、微粒化又は霧化した液体を、少なくとも前記表面部に位置する気泡の内部でレーザービームにより急加熱され急激に膨張するようにレーザービームの照射位置と同一個所に噴射し、汚染層を剥離・破壊して除去することを特徴とする除染方法。 A method for decontaminating a concrete structure that contains inorganic solid particles as aggregate, has air bubbles present in the form of numerous fine closed bubbles and larger entrained bubbles , and has a contaminated layer at least on the surface that is contaminated with a contaminant, comprising:
A decontamination method characterized by irradiating a laser beam onto the surface in a closed negative pressure space surrounding the surface, and simultaneously spraying atomized or atomized liquid at the same location as the laser beam irradiation position so that the liquid is rapidly heated by the laser beam at least inside bubbles located on the surface and rapidly expands , thereby peeling off, destroying, and removing the contaminated layer.
汚染層の気泡よりも小なる粒径であって汚染層の気泡に入り込んだ液体はレーザービームで急加熱され、気泡内で急激に膨張して汚染層を剥離・破壊する請求項1又は請求項2に記載の除染方法。 The liquid sprayed toward the surface portion cools the surface portion heated by the laser beam to prevent melting, and
3. A decontamination method according to claim 1 or claim 2, wherein liquid having a particle size smaller than that of the bubbles in the contaminated layer and entering the bubbles in the contaminated layer is rapidly heated by the laser beam, and expands rapidly within the bubbles, peeling off and destroying the contaminated layer.
吸引機構が接続され、前記表面部を囲む状態で閉鎖された負圧空間を形成する除染室と、
レーザービームを前記表面部に照射するレーザー照射機構と、
微粒化又は霧化した液体を前記表面部に噴射する液体噴射機構と、を備え、
前記除染室内で前記レーザー照射機構がレーザービームを前記表面部に照射すると同時に、前記液体噴射機構が微粒化又は霧化した液体を、少なくとも前記表面部に位置する気泡の内部でレーザービームにより急加熱され急激に膨張するようにレーザービームの照射位置と同一個所に噴射し、剥離・破壊された汚染層を前記吸引機構が吸引・除去することを特徴とする除染装置。 A decontamination device for an inorganic structure that contains inorganic solid particles, has a large number of bubbles present therein, and has a contaminated layer at least on its surface that is contaminated by a contaminant,
a decontamination chamber to which a suction mechanism is connected and which forms a closed negative pressure space surrounding the surface portion;
a laser irradiation mechanism that irradiates the surface portion with a laser beam;
a liquid injection mechanism that injects atomized or atomized liquid onto the surface,
A decontamination device characterized in that, within the decontamination chamber, the laser irradiation mechanism irradiates the surface portion with a laser beam, and at the same time, the liquid injection mechanism injects atomized or misted liquid at the same location as the laser beam irradiation position so that the liquid is rapidly heated by the laser beam at least inside bubbles located on the surface portion and rapidly expands , and the suction mechanism sucks up and removes the peeled or destroyed contaminated layer.
吸引機構が接続され、前記表面部を囲む状態で閉鎖された負圧空間を形成する除染室と、
レーザービームを前記表面部に照射するレーザー照射機構と、
微粒化又は霧化した液体を前記表面部に噴射する液体噴射機構と、を備え、
前記除染室内で前記レーザー照射機構がレーザービームを前記表面部に照射すると同時に、前記液体噴射機構が微粒化又は霧化した液体を、少なくとも前記表面部に位置する気泡の内部でレーザービームにより急加熱され急激に膨張するようにレーザービームの照射位置と同一個所に噴射し、剥離・破壊された汚染層を前記吸引機構が吸引・除去することを特徴とする除染装置。 A decontamination device for a concrete structure that contains inorganic solid particles as aggregate, has air bubbles in the form of a large number of fine closed bubbles and larger entrained bubbles , and has a contaminated layer at least on the surface that is contaminated with a contaminant,
a decontamination chamber to which a suction mechanism is connected and which forms a closed negative pressure space surrounding the surface portion;
a laser irradiation mechanism that irradiates the surface portion with a laser beam;
a liquid injection mechanism that injects atomized or atomized liquid onto the surface,
A decontamination device characterized in that, within the decontamination chamber, the laser irradiation mechanism irradiates the surface portion with a laser beam, and at the same time, the liquid injection mechanism injects atomized or misted liquid at the same location as the laser beam irradiation position so that the liquid is rapidly heated by the laser beam at least inside bubbles located on the surface portion and rapidly expands , and the suction mechanism sucks up and removes the peeled or destroyed contaminated layer.
前記気体噴射機構は、前記レーザー照射機構の作動中に常時前記対物レンズ面に向けて送風する請求項5ないし請求項7のいずれか1項に記載の除染装置。 the laser irradiation mechanism is provided with a single lens or a combination of lenses for irradiating a laser beam, and a gas injection mechanism for blowing air onto an objective lens surface, which is a lens surface facing the surface of the lens closest to the surface among these lenses;
8. The decontamination apparatus according to claim 5, wherein the gas injection mechanism constantly blows air toward the objective lens surface while the laser irradiation mechanism is in operation.
吸引機構が接続され、前記表面部を囲む状態で閉鎖された負圧空間を形成する除染室と、
レーザービームを前記表面部に照射するレーザー照射機構と、
微粒化又は霧化した液体を前記表面部に噴射する液体噴射機構と、
前記レーザー照射機構及び前記液体噴射機構に対して制御信号を発する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記除染室内で前記レーザー照射機構がレーザービームを前記表面部に照射すると同時に、前記液体噴射機構が微粒化又は霧化した液体を、少なくとも前記表面部に位置する気泡の内部でレーザービームにより急加熱され急激に膨張するようにレーザービームの照射位置と同一個所に噴射し、剥離・破壊された汚染層を前記吸引機構が吸引・除去するように制御信号を発することを特徴とする除染システム。 A decontamination system for an inorganic structure that contains inorganic solid particles, has a large number of bubbles present therein, and has a contaminated layer at least on its surface that is contaminated by a contaminant,
a decontamination chamber to which a suction mechanism is connected and which forms a closed negative pressure space surrounding the surface portion;
a laser irradiation mechanism that irradiates the surface portion with a laser beam;
a liquid injection mechanism that injects atomized or atomized liquid onto the surface;
a control unit that issues control signals to the laser irradiation mechanism and the liquid ejection mechanism,
The control unit is configured to, within the decontamination chamber, cause the laser irradiation mechanism to irradiate the surface portion with a laser beam, and at the same time, cause the liquid injection mechanism to inject the atomized or misted liquid at the same location as the laser beam irradiation position so that the liquid is rapidly heated by the laser beam at least inside bubbles located on the surface portion and rapidly expands , and to issue a control signal so that the suction mechanism sucks up and removes the peeled or destroyed contaminated layer.
吸引機構が接続され、前記表面部を囲む状態で閉鎖された負圧空間を形成する除染室と、
レーザービームを前記表面部に照射するレーザー照射機構と、
微粒化又は霧化した液体を前記表面部に噴射する液体噴射機構と、
前記レーザー照射機構及び前記液体噴射機構に対して制御信号を発する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記除染室内で前記レーザー照射機構がレーザービームを前記表面部に照射すると同時に、前記液体噴射機構が微粒化又は霧化した液体を、少なくとも前記表面部に位置する気泡の内部でレーザービームにより急加熱され急激に膨張するようにレーザービームの照射位置と同一個所に噴射し、剥離・破壊された汚染層を前記吸引機構が吸引・除去するように制御信号を発することを特徴とする除染システム。 A decontamination system for a concrete structure that contains inorganic solid particles as aggregate, has air bubbles in the form of a large number of fine closed bubbles and larger entrained bubbles , and has a contaminated layer at least on the surface that is contaminated with a contaminant,
a decontamination chamber to which a suction mechanism is connected and which forms a closed negative pressure space surrounding the surface portion;
a laser irradiation mechanism that irradiates the surface portion with a laser beam;
a liquid injection mechanism that injects atomized or atomized liquid onto the surface;
a control unit that issues control signals to the laser irradiation mechanism and the liquid ejection mechanism,
The control unit is configured to, within the decontamination chamber, cause the laser irradiation mechanism to irradiate the surface portion with a laser beam, and at the same time, cause the liquid injection mechanism to inject the atomized or misted liquid at the same location as the laser beam irradiation position so that the liquid is rapidly heated by the laser beam at least inside bubbles located on the surface portion and rapidly expands , and to issue a control signal so that the suction mechanism sucks up and removes the peeled or destroyed contaminated layer.
前記制御部は作業領域外の所定位置に配置され、
前記移動装置は、前記制御部での遠隔操作に基づき発せられた制御信号により、前記除染室、前記レーザー照射機構及び前記液体噴射機構を作業領域内にて位置変更する請求項9又は請求項10に記載の除染システム。 a moving device that is equipped with the decontamination chamber, the laser irradiation mechanism, and the liquid injection mechanism and that can collectively change the position of the decontamination chamber, the laser irradiation mechanism, and the liquid injection mechanism relative to the surface portion in the work area to be decontaminated;
The control unit is disposed at a predetermined position outside the working area,
11. The decontamination system according to claim 9 or 10, wherein the moving device changes the positions of the decontamination chamber, the laser irradiation mechanism, and the liquid ejection mechanism within a working area in response to a control signal issued based on remote operation by the control unit.
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