DE4012467C2 - - Google Patents

Description

Es ist bekannt, zur Reinigung von Oberflächen mechanische Reinigungssysteme wie z. B. Bürstensysteme, Hochdruckwasserstrahl oder ähnliches einzusetzen. Die mechanische Reinigung wird häufig ergänzt durch die Anwendung chemischer Mittel.

Besonders deutlich treten die Nachteile dieser Verfahren am Beispiel der Reinigung von Wasserbecken in Kernkraftwerken zutage. Während der jährlichen Inspektionsperiode wird bisher wischbare Kontamination aus Aktivierungsprodukten mechanisch, mittels chemischer Reinigungsmittel oder durch Hochdruckwasserstrahl von Beckenseitenwänden, Beckenboden und den Beckeneinbauten beseitigt. Das Verfahren ist zeitraubend (Reaktorstillstand), setzt das Reinigungspersonal der Strahlung aus (Manndosis) und bewirkt ggf. den Eintrag von Chemikalien ins Reaktorwasser.

Allgemein bekannt sind auch Reinigungsgeräte, bei denen in einem Behälter mittels Ultraschall angeregte Flüssigkeit aufgenommen ist, in der verschiedene Gegenstände gereinigt werden können. Derartige Geräte verwenden z. B. Juweliere (Reinigung von Schmuckstücken), Optiker (Reinigung von Linsen, Brillen) oder Zahnärzte (Reinigung von Gebissen). Diese Technik wurde auch bereits ausgenutzt um Ablagerungen auf den Oberflächen der Bauteile einer wassergekühlten Kernreaktoranlage zu entfernen (DE 32 38 886 A1). Da das zu reinigende Bauteil in einen mit Flüssigkeit gefüllten Behälter eingetaucht werden muß, lassen sich sehr große Bauteile oder raumfeste Wände auf diese Weise nicht reinigen.

Aus den Deutschen Offenlegungsschriften 38 12 376 und 38 17 675 sind mit Ultraschall arbeitende Reinigungsgeräte bekannt, die relativ zu einer großen Bauteiloberfläche bewegbar sind. Diese Geräte weise eine zur zu reinigenden Fläche hin offene Glocke auf, in der eine Sonotrode aufgenommen ist. In diese Glocke wird als Spülflüssigkeit Wasser eingeleitet, das auch den Raum zwischen der Sonotrode und der Reinigungsfläche ausfüllt. Das Wasser fließt über den Rand der Glocke ab.

Um den Wasserverbrauch in Grenzen zu halten, kann am Rand der Glocke eine Dichtung vorgesehen sein, die eine gewisse Rückhaltewirkung ausübt. Die Reinigungswirkung dieser bekannten Vorrichtungen ist begrenzt. Um sie zu steigern, empfehlen die genannten Deutschen Offenlegungsschriften, die mit Ultraschall arbeitende Reinigungsglocke mit zusätzlichen mechanischen Reinigungseinrichtungen zu kombinieren.

Dies führt nicht nur zu großen, schweren und damit unhandlichen Vorrichtungen, sondern auch zu nur mäßigen Reinigungseffekten. Dies genügt deshalb den Erfordernissen der Praxis nur unzulänglich, insbesondere beispielsweise bei der Reinigung von Oberflächen in Kernkraftanlagen.

Des weiteren ist aus DE 27 17 486 A1 ein Reinigungskopf für eine Maschine zum Reinigen von Bodenflächen bekannt, deren Ultraschall-beaufschlagtem Flüssigkeitsraum eine Absaugeinrichtung für die Reinigungsflüssigkeit in Bewegungsrichtung nachgeschaltet ist. Dies birgt den Nachteil, daß die gereinigte Fläche zuletzt im Kontakt mit der verschmutzten Reinigungsflüssigkeit ist, wodurch der Reinigungseffekt teilweise wieder zunichte gemacht wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, anknüpfend an den zuletzt genannten Stand der Technik eine mit Ultraschall arbeitende Vorrichtung anzugeben, deren Reinigungswirkung erheblich gesteigert ist, und die gute Möglichkeiten für einen kompakten Aufbau als Voraussetzung für einfache Handhabung und universelle Einsetzbarkeit für die verschiedensten Reinigungsaufgaben, insbesondere in Kernkraftanlagen bietet. Ziel der Erfindung ist weiter die Angabe eines besonders wirksamen Verfahrens zur Reinigung von Oberflächen.

Die gestellte Aufgabe wird hinsichtlich der Vorrichtung mit den im Anspruch 1, hinsichtlich des Verfahrens mit den im Anspruch 9 angegebenen Mitteln gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Ansprüchen 2 bis 8 angegeben.

Der besondere Erfolg der Erfindung beruht darauf, daß gefunden werden konnte, daß die Reinigungswirkung besonders hoch ist, wenn das Fluid in dem Flächenspalt zwischen dem Ultraschallerzeuger und der zu reinigenden Oberfläche eine gerichtete Strömung ausführt. Die Relativbewegung zwischen Vorrichtung und verschmutzter Oberfläche wird beim Reinigungsvorgang so gewählt, daß die zu reinigende Oberfläche zuletzt mit frischem Spülmedium in Kontakt steht. Die Strömungsgeschwindigkeit des Spül- und Koppelmediums im Spalt zwischen Ultraschallschwinger und verschmutzter Oberfläche wird durch Spaltgeometrie und Volumenstrom bestimmt. Sie ist so zu optimieren, daß die Koppelgemeinschaften nicht durch Dopplereffekte gestört werden und dennoch die Flüssigkeit ständig in notwendigem Maße erneuert wird.

Dadurch daß die Vorschubrichtung der Vorrichtung und die vorbestimmte Strömungsrichtung des Fluids auf der zu reinigenden Oberfläche gleichgerichtet sind, wird ein derart großer Reinigungseffekt erzielt, daß hohe Arbeitsgeschwindigkeit möglich sind. Dabei ist der Energieaufwand gering.

Sind Reinigungs- oder Dekontaminationsarbeiten unter erschwerten Bedingungen (Staub, Hitze, Schadgase oder Schadstoffpartikel, Strahlen etc.) durchzuführen, so ergibt sich ein zusätzlicher Vorteil dadurch, daß der Reinigungsvorgang auch fernbedient erfolgen kann.

Das Koppelmedium kann, um mitgeführte Verunreinigungen abzutrennen, im Kreislauf über eine entsprechende Einrichtung zum Dekantieren, Filtrieren, Zentrifugieren, Flotieren, Destillieren oder dergleichen geführt werden.

Die Erfindung ist nicht auf die Reinigung ebener Oberflächen beschränkt. Die beanspruchte Vorrichtung und das beanspruchte Verfahren sind mit gleichem Vorteil sowohl bei ebenen als auch bei gekrümmten Oberflächen, z. B. Innen- oder Außenwandungen von Rohren, anwendbar. Der Aufsetzrand der Gehäuseglocke kann so ausgebildet sein, daß er sich der gekrümmten Oberfläche anpaßt. Die Gehäuseglocke könnte teil- oder vollringförmig ausgebildet sein und innen oder außen auf eine Rohrwandung aufgesetzt werden. Unter "Ultraschallerzeuger" ist eine Einrichtung zu verstehen, die eine oder auch mehrere Sonotroden umfassen kann.

Nachstehend ist die Erfindung im Rahmen eines Ausführungsbeispieles anhand der Zeichnung weiter erläutert.

Die Figur zeigt mit 5 die Gehäuseglocke, in die bei 2 das Spülfluid, z. B. Wasser zugeführt und aus der bei 6 das Fluid abgeleitet wird. Als Ultraschallquelle dient eine Balkensonotrode 3, die mit einem piezoelektrischen Konverter 4 zusammenwirkt.

Die Gehäuseglocke ist an ihrem Rand mit einem Dichtlippensystem 1 versehen, das gegen den Austritt von Spülfluid abdichtet und zwar wirksam auch bei relativ zur Oberfläche 7 bewegter Vorrichtung. Pfeil 8 verdeutlicht die gerichtete Strömung im Inneren der Gehäuseglocke. Die Vorschubbewegung der Vorrichtung erfolgt in Richtung des Pfeils 9 und ist der Strömung 8 des Fluids gleichgerichtet. Aus der Sicht der stillstehend gedachten Glocke besteht so ein "Gegenstrom" zwischen der zu reinigenden Oberfläche und dem Spül- und Koppelfluid. Dies bewirkt höhere Dekontaminationsfaktoren als sie mit anderen Verfahren erreicht werden und macht zudem den Einsatz von Reinigungschemikalien oder zusätzlich mechanisch wirkenden Reinigungseinrichtungen unnötig.

Es versteht sich, daß die Vorrichtung in Ruhe gefahren werden könnte und zum Vorschub die zu reinigende Fläche in Richtung des Pfeils 10 bewegt werden kann.

Claims (9)

1. Vorrichtung zur Reinigung von Oberflächen mittels Ultraschalles, mit einer auf die zu reinigende Oberfläche (7) aufsetzbaren, relativ zu dieser Oberfläche (7) bewegbaren und zu derselben Oberfläche (7) hin offenen Gehäuseglocke (5), mit einem in der Gehäuseglocke (5) aufgenommenen, zumindest eine der zu reinigenden Oberfläche (7) auf Spaltbreite gegenüberliegende wirksam Schall abstrahlende Fläche aufweisenden Ultraschallerzeuger (3) und mit einem den Raum zwischen der aufgesetzten Gehäuseglocke (5), dem Ultraschallerzeuger (3) und der zu reinigenden Oberfläche (7) zumindest teilweise ausfüllenden Fluids als Koppelmedium zwischen dem Ultraschallerzeuger (3) und der zu reinigenden Oberfläche (7), wobei das Fluid in der Gehäuseglocke (5) derart geführt ist, daß es den Flächenspalt zwischen dem Ultraschallerzeuger (3) und der zu reinigenden Oberfläche (7) in einer vorbestimmten, zur Oberfläche (7) im wesentlichen parallelen Richtung durchströmt, dadurch gekennzeichnet, daß während des Reinigungsvorgangs eine zu der vorbestimmten Strömungsrichtung des Fluids gleichgerichtete Bewegung der Vorrichtung auf der zu reinigenden Oberfläche (7) erzeugbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der der zu reinigenden Oberfläche (7) gegenüberliegende Rand der Gehäuseglocke (5) mit einem Dichtlippensystem (1) versehen ist, das ein Ausfließen des Koppelmediums aus der aufgesetzten Gehäuseglocke (5) verhindert.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Zuleitung (2) zum Einleiten des Fluids in die Gehäuseglocke (5) und eine Ableitung (6) zum Herausführen des Fluids aus der Gehäuseglocke (5).

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ableitung (6) eine Absaugung ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, gekennzeichnet durch eine während des Reinigungsvorgangs erfolgende kontinuierliche Beschickung der Zuleitung (2) mit Frisch-Fluid und durch eine kontinuierliche Ableitung des nach Durchströmen des Flächenspalts Verunreinigungen mitführenden Fluids aus der Gehäuseglocke (5).

6. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluid während des Reinigungsvorgangs kontinuierlich in einem geschlossenen Kreislauf über die Zuleitung (2), die Gehäuseglocke (5) und die Ableitung (6) geführt ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das aus der Gehäuseglocke (5) abgeleitete Fluid über eine Einrichtung zum Abtrennen von mitgeführten Verunreinigungen geführt ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluid Wasser ist.

9. Verfahren zum Reinigen von Oberflächen unter Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung während des Reinigungsvorgangs relativ zur Oberfläche (7) im wesentlichen parallel zu dieser Oberfläche (7) derart bewegt wird, daß die Vorschubbewegung (9) der Vorrichtung und die vorbestimmte Strömungsrichtung (8) des Fluids in dem Flächenspalt gleichgerichtet sind oder daß die Oberfläche (7) relativ zur Vorrichtung derart bewegt wird, daß die Vorschubbewegung (10) der Oberfläche (7) und die vorbestimmte Fluidströmungsrichtung (8) in dem Flächenspalt entgegengerichtet sind.