NORGE (i') [NO] STYRET FOR DET INDUSTRIELLE RETTSVERN [B] (12) UTLEGNINGSSKRIFT a» M 160060 (51) Int. Cl.'«B 21 C 1/00, 7/00 (83) (21) Patentsøknad nr. 864331 (22) Inngivelsesdag 30.10.86 (24) Løpedag 03.03.86 (62) Avdelt/utskilt fra søknad nr. (71)(7j) Søker/Patenthaver KUE ENGINEERING LIMITED, Canal Road, Bradford BD1 4SH, England. (86) Internasjonal søknad nr. PCT/GB86/00112 (86) Intemasjonai inngivelsesdag 03.03.86 (85) Videreføringsdag 30.10.86 (41) Ålment tilgjengelig'ra 30.10.86 (44) Utlegningsdag 28.11.88 (72) Oppfinner THOMAS WILLIAM KELSALL, Bradford, England. (74) Fullmektig A/S Bergen Patentkontor, Bergen. (30) Prioritet begjært 02.03.85, GB, nr 8505429. (54) Oppfinnelsens benevnelse APPARAT FOR A FJERNE FORURENSNINGER FRA OVERFLATER. (57) Sammendrag Fremgangsmåte og apparat for rensing av overflater hvor partikler av is eller annen frossen væske rettes mot overflaten med det resultat at de brukte partikler deretter smelter ved omgivelsestemperatur ag enkelt vil kunne fjernes fra stedet og separeres, om nødvendig, fra forurensningene løsnet fra overflaten. Apparatet omfatter en anordning (2,3,5,13-16,21) for å føre ispartikler kontinuerlig inn i en strøm av trykkluft (20), Fortrinnsvis blandet med vann (19,20). Anordningen kan omfatte et antall beholdere (2), hvor hver passerer i rekkefølge mellom en posisjon hvor de mottar ispartikler fra et forråd og en posisjon hvor de frigjør partiklene til strømmen. (56) Anførte publikasjoner Norsk (NO) patent nr. 152778 [B 24 C 1/00), BRD (DE) off. skrift nr. 2638323 (C 23 G 5/00), Britisk (GB) patentsøknad, publ. nr. 1538433 ( B 24 C 11/00), USA (US) patent nr. 4389820 (B 24 C 3/00), 3702519 (51-310), 2815716 (415-98), 2543344 (302-50).
1 160060 Den foreliggende oppfinnelse vedrører et apparat for å fjerne forurensninger ra overflater med ispartikler som føres i en fluidstrøm, omfattende en anordning for fremstilling av ispartikler, en skruetransportør for å introdusere partiklene i fluidstrømmen og en anordning for å lede strømmen mot overflaten. Oppfinnelsen er særlig, men ikke utelukkende, egnet til blåserensing av overflater forurenset med radioaktive substanser. Teknologien med våtblåserensing av overflater i industrielle og andre anlegg, utstyr og bygninger under anvendelse av sand eller andre uorganiske partikkelformige materialer som abrasjonsmidler, er blitt utviklet til et nivå hvor betydelig renseeffekt kan oppnås med et minimum av abrasjonsmiddel. Når forurensningene som skal fjernes er ufarlige, representerer denne mengde av abrasjonsmiddel ikke noe nevneverdig problem, og dersom det f.eks. er av sand, er det billig og relativt enkelt å deponere. Når imidlertid farlige forurensninger såsom radioaktive substanser er involvert, og strenge forholdsregler må tas under deponeringen av abrasjonsraiddlet, vil seiv minimale mengder av de refererte stoffer representere betydelige vanskeligheter, og den foreliggende oppfinnelse vedrører i det minste å delvis redusere disse vanskelighetene. Det er også utviklet teknikker hvor det anvendes tørris, dvs. frosset C0 2, som abrasjonsmiddel. Fordelen med dette middel er at det etter anvendelsen forgasses ved romtemperatur ved direkte overgang til gassformen, dvs^ ved subklimering. Eksempler på apparater til å utføre blåserensing med C0 2 er omtalt i NO-patentskrift 152.778 og US-patentskrift 4.389.820. Ved slike anlegg dannes det tørrispartikler fra flytende C0 2, noe som medfører et omfattende anlegg. Dessuten anvendes det en driv-
160060 2 gass med lavt trykk både for å fremføre C0 2 ~partiklene fra ismaskinen og til å blåse partiklene mot den overflaten som skal renses. For å forhindre at partiklene klebes sammen kan de vibreres, rystes, bestråles eller avkjøles. Denne type apparater egner seg imidlertid ikke til blåserensing med vannis siden vann og CC> 2 har forskjellige fysikalske egenskaper. Ispartikler har således en sterkere tendens til sammenhoping i klaser eller klumper og har lettere for å sette seg fast til overflater. Dette skyldes at når en del av isoverflaten smelter og fryser til igjen, kan partiklene således fryse fast til hverandre under dannelse av større klumper. Slike klumpdannelser ville forholdsvis raskt medføre tilstopping dersom man anvendte de apparter hvor det vanligvis benyttes CC^-is. Dessuten vil ikke trykkgassystemet ha noen nevneverdig evne til å løse opp slike blokkeringer, eller bryte opp partikkelansamlinger til mindre partikler. Med den foreliggende oppfinnelse tar man sikte på å frembringe et nytt og forenklet apparat til fjernin av forurensninger fra overflater med ispartikler. Apparatet ifølge den foreliggende oppfinnelse er kjennetegnet ved at det videre omfatter en transportinnretning, som er anordnet mellom isfremstillingsanordningen og skruetransportøren, og som omfatter en rotor innrettet til å rotere inne i en stasjonær sylindrisk beholder, og rotoren omfatter et antall radiale blader som rager ut til beholderinnerflaten slik at naboblader og en del av beholderen avgrenser en avdeling som beveger seg med rotoren fra en øvre stilling til en nedre stilling, og beholderen omfatter første og andre åpninger, idet den første åpning befinner seg nedenfor isfremstilleren slik at isen ved den øvre stilling kan falle ned fra denne og direkte inn i en avdeling i rekkefølge, mens den andre åpning befinner seg over skruetransportøren slik at is ved den nedre stilling kan falle ned fra hver avdeling i rekkefølge og direkte inn i skruetransportøren. Ifølge en foretrukket utførelse omfatter beholderen i transportinnretningen en tredje åpning som er plassert etter den andre åpning sett i rotasjonsretningen, og den tredje åpning anvendes til å fjerne is fra avdelinger som ikke tømmes fra den andre åpning.
3 160060 Forøvrig er hver avdeling i beholderen innrettet slik at de er lukket for istilførsel når de er åpne mot skruetransportøren. Fluidstrømmen som anvendes til å lede ispartiklene mot overflaten kan omfatte luft, fortrinnsvis blandet med vann, og den kan føres gjennom en dyse ved et trykk over atmosfæretrykket. Ved apparatet muliggjøres det at ispartiklene transporteres fra et forråd og inn i strømmen stort sett i en kontinuerlig strøm. Luften kan være avkjølt og tørket, og vannet kan blandes med frostvæske og/- eller korrosjonsinhibitor før det kontaktes med isen. Vannet og o isen kan forlate dysen med et trykk i området 0,7-17,5 kg/cm 2 og fortrinnsvi i området 1,4-11,2 kg/cm. Utførelsesformer ifølge oppfinnelsen skal nå beskrives ved eksempler, under henvisning til de medfølgeride tegninger, hvori: Fig. 1 viser et skjematisk sideriss av et blåserenseapparat for ispartikler, og fig. 2 viser et snitt langs linjen II-II på fig. 1. Sand eller andre faste partikkelformige mineraler har konvensjonelt blitt anvendt ved blåserensing, også ved våtblåserensing, og problemene med støv og med fjerningen av brukt abrasjonsmiddel har hittil vært akseptert som uungåelige og ubetinget akseptable i lys av at disse materialene er relativt billige. Selvsagt representerer deponeringen av brukt sand ikke noen nevneverdige problemer når en overflate forurenset med ufarlig materiale skal renses, men hva angår ekstremt farlige materialer som frigiøres f.eks. under polering av kjernekraftinstallasjoner, blir spørsmålet om deponering av abrasjonsmiddlet mer alvorlig fordi forurensingene fjernes fra de opprinnelige overflater og blandes med abrasjonsmiddlet under rensingen. I de tilfeller hvor det behandles radioaktive materialer, må det forurensede abrasjonsmiddel behandles med ekstrem forsiktighet og deponeres under strengt kontrollerte betingelser. Vanskelighetene og kostnadene ved en slik deponering overskrider fullstendig det anvendelige og billige sandabrasjonsmiddel. Det har nå vist seg at ved en egnet tilpassing av det konvensjonelle blåserenseutstyret, kan harde ispartikler anvendes som abrasjonsmiddel i tørr og våt blåserensing med den betydelige fordel at brukt abrasjonsmiddel eventuelt smelter og forurensningene deretter kan separeres ved filtrering, slik at det resulterende relativt harmløse filtrat omgående kan deponeres.
160060 4 Apparatet som er beskrevet ovenfor er vist på figurene og består av en trykkledning 1 som leder til en dyse (ikke vist), og til ledningen føres det komprimert luft, ispartikler og eventuelt vann for å frembringe en fluidstrøm som utstøtes fra dysen i form av en jetstråle. Anordningen som fremstiller ispartiklene omfatter en vanlig ismaskin. Denne kan bestå av trommel og skovlskraper slik at det fremstilles partikler med stort sett jevn størrelse. Som det skal forklares nedenfor er det, så langt det er mulig, viktig at de dannede ispartikler ikke må holdes stabile og i kontakt med hverandre i det tilfelle at de begynner å klebe seg sammen under innvirkning av gravitasjonen. For å opprettholde adskillelsen av de individuelle krystallene, utsettes de for ytterligere kjøling etter fremstillingen. Etter kjølingen mates partiklene ved gravitasjon inn i en transportinnretning 2 via en sjakt 3. Transportinnretningen 2 i form av en sylindrisk beholder 4 og en rotor montert aksialt inne i beholderen og blir drevet ved styrt hastighet av egnede anordninger såsom en elektrisk motor 5.. Rotoren omfatter en sylindrisk kjerne 6 fra hvilken et antall blad 7 rager radialt ut til kontakt med den indre overflate av beholderen 4. Om nødvendig kan bladene være faste eller fjærbelastet, og bladenes og beholderens konstruksjonmaterialer kan velges slik at bladene danner en effektiv trykkforsegling mot beholderen 4. Beholderen 4 er utstyrt med en innløpsåpning 8 lokalisert under sjakten 3 såvel som utløpsåpninger 9 og 10. Når rotoren drives i urviserens retning slik det vises i fig. 2, definerer bladene 7, med kjernen 6 og beholderen 4 et antall avdelinger som beveges syklisk mellom åpningene 8,9 og 10. Utløpsåpningen 9 er anordnet på linje med innløpsåpningen 11 i en skruetrasportør's 13 hus 12. Skruetransportøren drives av en elektrisk motor 14 med variabel hastighet, og transportørskruen 15 er således konstruert i forhold til retningen av motorens 14 rotasjon at materialet som kommer inn i huset 12 derved vil bli tvunget mot ledningen 1. Mellom ledningen 1 og skruetransportøren 13 er det innsatt en rekke rørelementer 16, 17 og 18. Rørelementet 17 har en forgrening 19 som er i forbindelse med en kilde for høytrykksluft
5 160060 (ikke vist) såsom en vanlig kompressorenhet trykkområde mellom 0,7-17,5 kg/cm som opererer i et og med en strømhastighet av mellom 1,415-14,15 m 3 /min. En enhet 20 for kjøling og tørking av luften innsettes i luftledningen mellom kilden og 19. forgreningen Rørseksjonen 18 har tilsvarende en forgrening ; 20 som leder o 2 til en vannkilde ved et trykk i området av 0,7-17,5 kg/cm og en ventil, ikke vist, med kapasitet til å justere vannstrømhastigheten inn i røret 18 fra 0-54,5 l/min. Som vist i fig. 1 har forgreningen 19 en spiss vinkel med rørelementets 17 akse slik at luft fra høytrykkskilden rettes mot ledningen 1. Luftstrømmen fra forgreningen mot ledningen frembringer en sugeeffekt på skruetransportørsiden av røret 17, og denne effekten forsterkes ved å anordne en Venturi overflate 21.innvendig i rørseksjonen. Under anvendelse av apparatet, blir ispartikler fremstilt av ismaskinen og deretter avkjølt, måtet via sjakten 3 slik at de faller ned i en av avdelingene i transportanordningen 2 definert mellom to blad 7. Ettersom rotoren roteres ved en kontrollert hastighet innen beholderen 4 lukkes kammeret av begge bladene 7 som beveger seg i forseglende forbindelse med den indre overflate av skallet, inntil det første bladet passerer åpningen 9 da ispartikler, eller noen av dem, på grunn av gravitasjonen faller ned gjennom åpningen 11 i huset 12 av skruetransportøren 13. Skruetransportøren drives av motoren 14 og drives derved mot rørelementet ispartiklene 16. I løpet av denne perioden introduseres komprimert, avkjølt og tørket luft inn i rørelementet 17 via forgreningen 19 mot ledningen 1, og pitot-effekten av luftstrømmen er slik at, også forsterket av skruetransportøren 13, ispartiklene blir dradd inn i luftstrømmen. Inne i rørelementet 18 blir luftstrømmen ladet med ispartikler, blandet med tilstrekkelig mengde vann som også har blitt passende avkjølt og som påkrevet blandet med frostvæske eller renser, for rensing av ledningen 1, og Høytrykksblandingen korrosjonsinhibitor. av luft, ispartikler og eventuelt vann ledes i ledningen 1 til dysen hvorfra den uttømmes f på overflaten som skal renses for forurensninger. Forutsatt at tilstrekkelige foranstaltninger har blitt gjort for å opprettholde den lave temperatur på ispartiklene, såsom ved egnet isolering av skruetrans-
160060 6 portøren, rørelementene og ledningen, vil de partiklene som når overflaten være tilstrekkelig harde og skarpe, og særlig ved hjelp av lufttrykket ha tilstrekkelig kinetisk energi til å løsne forurensninger fra overflaten på samme måte som sand gjør i konvensjonelle blåserenseoperasjoner. I motsetning til sand vil imidlertid ispartiklene smelte før eller senere slik at fjerningen av de løsnede forurensninger blir relativt enkelt utført ved å filtrere fra vannet. Det forstås av beskrivelsen av transportinnretningen 2 at etterhvert som hver avdeling definert av sideliggende bladpar 7 beveges bort fra innløpsåpningen 8, vil en annen slik avdeling ta dens plass slik at når rotoren beveges rundt og is mates til sjakten 3, vil en kontinuerlig tilførsel av is tilføres til skruetransportøren. Dersom, til tross for kontrollen av hastigheten av både skruetransportøren og rotoren, is tilføres skruetransportøren med en større hastighet enn skruetransportøren kan motta, slik at avdelingen fortsatt inneholder is etter at den har passert, åpningen 9, blir gjenværende is tømt ut fra åpningen 10 og ned i en renne 22. Materialet som trekkes av fra rennen 22 blir på konvensjonell måte returnert til ismaskinen. Igjen, dersom is fremstilles av ismaskinen med en hastighet som er større enn det som kan bli mottatt ved passasje av suksesivt tomme avdelinger under sjakten 3, dirigeres overskudds-is bort fra transportinnretningen og returneres til ismaskinen heller enn å forstyrre strømmen av is gjennom sjakten som kunne resultere i at partikler kleber seg sammen. Når sand anvendes som et abrasjonsmiddel ved blåserensing, kan støv av fine partikler medføre et betydelig problem, og ett av formålene med å introdusere vann i fluidstrømmen er å eliminere støvet. Under utøvelse av den foreliggende oppfinnelse vil støv sannsynligvis ikke representere noe problem og det trenger ikke være nødvendig å innføre vann, men ved det beskrevne apparatet er det om nødvendig mulig å introdusere vann. Seiv om oppfinnelsen er særlig anvendelig under behandling av overflater som er forurenset. med radioaktive substanser, kan den også anvendes under rensingen av bygninger p.g.a. støvreduksjonen, den reduserte skade på overflaten under det forurensede lag og det faktum at
7 160060 de brukte partikler av abrasjonsraiddelet smelter ved omgivelsestemperaturen og enkelt kan vaskes bort ned gjennom eksisterende avløp. Seiv om oppfinnelsen har blitt beskrevet ovenfor under anvendelse av is som abrasjonsmiddel, vil det forstås at isen kan erstattes av andre frosne væsker under forutsetning at den faste formen er tilstrekkelig abrasiv og smelter ved omgivelsestemperatur. Som et alternativ til å drive partiklene frem i en fluidstrøm, kan de fremdrives mekanisk f.eks. under anvendelse av en sentrifugal skovlhjulblåsemaskin av kjent type. I dette tilfelle er det fordelaktig at fluidstrømmen rettes på overflaten langsmed eller medfølgende de fremdrevne partikler for å renske bort løsnede forurensninger.
1554 160060 P A T E N T K R A V. 1. Apparat for å fjerne forurensninger fra overflater med ispartikler som føres i en fluidstrøm, omfattende en anordning for fremstilling av ispartikler, en skruetransportør (13) for å introdusere partiklene i fluidstrømmen og en anordning for å lede strømmen mot overflaten, k a r a k t e r i s e r t ved at apparatet videre omfatter en transportinnretning (2), som er anordnet mellom isfremstillingsanordningen og skruetransportøren, og som omfatter en rotor (6) innrettet til å rotere inne i en stasjonær sylindrisk beholder (4), og rotoren omfatter et antall radiale blader (7) som rager ut til beholderinnerflaten slik at naboblader og en del av beholderen avgrenser en avdeling som beveger seg med rotoren fra en øvre stilling til en nedre stilling, og beholderen omfatter første (8) og andre (11) åpninger, idet den første åpning befinner seg nedenfor isfremstilleren slik at isen ved den øvre stilling kan falle ned fra denne og direkte inn i en avdeling i rekkefølge, mens den andre åpning befinner seg over skruetransportøren slik at is ved den nedre stilling kan falle ned fra hver avdeling i rekkefølge og direkte inn i skruetransportøren (13). 2. Apparat i samsvar med krav 1, k a r a k t e r i s e r t v e d at beholderen i transportinnretningen omfatter en tredje åpning (10) som er plassert etter den andre åpning sett i rotasjonsretningen, og den tredje åpning anvendes til å fjerne is fra avdelinger som ikke tømmes fra den andre åpning.
1555 160060
/Ta 2 1 60060