チューブとパイプを内側から外側へ洗浄する

原材料の金属がどのようにチューブやパイプに加工されるかに関係なく、製造プロセスでは表面にかなりの量の残留物が残ることがあります。 ミルでの成形と溶接、ドローベンチでの絞り、またはピルガーミルや押出プレスの使用とそれに続く長さの切断プロセスでは、チューブやパイプの表面が潤滑剤で汚れ、場合によっては破片が散乱する可能性があります。 内面および外面から除去する必要がある一般的な汚染物質には、油性および水性の両方の絞り用潤滑剤および切削用潤滑剤が含まれます。 切断作業で発生した金属片。 ほこりやゴミを買います。

一般的なチューブやパイプの内部の洗浄方法は、水性であろうと溶剤であろうと、外部表面の洗浄に使用されるものと同じです。 これらには、フラッシング、スワブ洗浄、および超音波キャビテーションが含まれます。 これらの方法はすべて効果的であり、何十年も使用されてきました。

もちろん、どのプロセスにも限界があり、これらの洗浄方法も例外ではありません。 多くの場合、フラッシングには手動のマニホールドが必要ですが、流体がチューブの表面に近づくとフラッシング液の速度が低下するため、その効果が失われます。これが境界層効果です（「境界層効果」を参照）。図1 ）。 綿棒で拭く方法はうまく機能しますが、非常に労力がかかるため、医療用途の製品 (皮下注射または内腔チューブ) などの非常に小さな直径では実用的ではありません。 超音波エネルギーは外面の洗浄には効果的ですが、固体表面には浸透せず、特に製品が束ねられている場合、チューブの内部領域に到達するのが困難です。 もう 1 つの欠点は、超音波エネルギーが表面損傷を引き起こす可能性があることです。 音波の泡はキャビテーションによって洗浄され、表面近くで大量のエネルギーを放出します。

これらのプロセスに代わる真空サイクル核生成 (VCN) は、気泡を成長させ、崩壊させて流体を移動させます。 超音波処理とは基本的に異なり、金属の表面を損傷する危険はありません。

VCN は蒸気の泡を使用してチューブやパイプの内部の流体を撹拌し、パージします。 浸漬プロセスは真空下で動作し、水性流体および溶剤流体で使用できます。

鍋の中の水が沸騰し始めるときに蒸気の泡が形成されるのと同じ原理で機能します。 最初の泡は、特に使い込んだ鍋では特定の場所に形成されます。 これらの場所を詳しく見ると、通常、これらの領域に粗い斑点やその他の表面欠陥があることがわかります。 パンの表面が所定の液体量とより多く接触するのは、これらの領域です。 また、これらの領域は自然対流冷却から保護されているため、気泡が発生しやすくなります。

沸騰熱伝達では、熱が流体に伝達され、流体の温度が沸点まで上昇します。 沸点に達すると温度の上昇は止まります。 さらに熱を加えると、最初は蒸気泡として蒸気が形成されます。 熱が急速に加えられると、表面上のすべての流体が蒸気になり、これは膜沸騰として知られています。

これは、鍋の水が沸騰すると必ず起こることです。 最初は鍋の表面の特定の点に泡が発生し、その後、水が渦を巻いてかき混ぜると、水は表面から急速に蒸発します。 地表近くでは蒸気ですが、目には見えません。 蒸気が周囲の空気と接触して冷えると、水蒸気が凝縮し、鍋の上に水蒸気が形成されるのが簡単にわかります。

これが 212 °F (100 °C) で起こることは誰もが知っていますが、これは完全ではありません。 この温度、標準大気圧、つまり 14.7 ポンド/平方インチ (PSI [1 bar]) で発生します。 言い換えれば、海面での気圧が 14.7 PSI の日には、水は海面で 212 °F で沸騰します。 同じ日に、その地域の海抜 5,000 フィートの山岳地帯では、大気圧は 12.2 PSI となり、水は 203 °F で沸騰します。

つまり、気圧を下げることで沸点を下げることができます。

真空処理システム

VCN プロセスでは、液体の温度を沸点まで上げるのではなく、チャンバー圧力を周囲温度での液体の沸点まで下げます。 沸騰熱伝達と同様に、圧力が沸点に達すると、温度と圧力は一定に保たれます。 この圧力は蒸気圧として知られています。 チューブまたはパイプの内面が蒸気で満たされると、チャンバーを蒸気圧に維持するために必要な蒸気が外面によって補充されます。

沸騰熱伝達はVCNの原理を示していますが、VCNプロセスは沸騰とは逆に機能します。

選択的洗浄プロセス。 気泡核生成は、特定の領域を洗浄対象とする選択的なプロセスです。 空気をすべて除去すると、大気圧が蒸気圧である 0 PSI まで下がり、表面に蒸気が発生します。 成長する蒸気泡により、流体がチューブまたはパイプの表面から押し出されます。 真空が停止すると、チャンバーは大気圧に戻され、パージされます。 次の真空サイクルに備えて、新鮮な液体がチューブに補充されます。 真空/加圧サイクルは通常 1 ～ 3 秒に設定されますが、ワークのサイズや汚染物質に応じて任意のサイクル数に設定できます。

このプロセスの利点は、汚染箇所から始めてチューブの表面を洗浄できることです。 蒸気が成長するにつれて、流体はチューブの表面に沿って押し出されて加速し、チューブの壁に激しい撹拌が生じます。 最も激しく撹拌されるのは、蒸気が成長する壁の近くです。 本質的に、このプロセスは境界層を破壊するので、表面に隣接する流体の化学ポテンシャルは高いままになります。図2は、0.1 パーセントの水溶液で界面活性剤を使用するプロセスの 2 段階を示しています。

蒸気を形成するには、固体表面上に泡が形成される必要があります。 これは、洗浄プロセスが表面から液体に至るまで行われることを意味します。 同様に重要なことは、気泡の核生成は微細な気泡から始まり、表面で合体して最終的に安定した気泡を形成することです。 したがって、核形成では、チューブやパイプの ID など、液体の​​体積に対する表面積が大きい領域が優先されます。

チューブは凹状に湾曲しているため、チューブ内で蒸気が発生しやすくなります。 ID 上では気泡が発生しやすいため、最初に蒸気がそこで急速に形成され、通常は液体の 70 ～ 80 パーセントが排出されます。 真空ステージのピークにおける表面近くの流体はほぼ 100% 蒸気であり、沸騰熱伝達における膜沸騰をシミュレートします。

核形成プロセスは、本質的にあらゆる長さや構成の直線、曲がった、またはコイル状の製品に対してうまく機能します。

隠れた貯蓄を見つける。 VCN を使用した水系システムは、重要なコスト削減を実現します。 このプロセスでは、チューブ表面近くでの撹拌が活発になるため、より高い化学物質濃度が維持されるため (図 1 を参照)、化学物質の拡散を促進するために高濃度の化学物質を必要としません。 処理と洗浄が高速化されると、特定の機械のスループットも向上し、装置の価値が高まります。

最後に、VCN プロセスは、水ベースでも溶剤ベースでも、真空乾燥を行うことで生産性を向上させます。 これには追加の機器は必要ありません。 それは単なるプロセスの一部です。

チャンバーの密閉設計と温度の柔軟性により、VCN システムはさまざまな方法で構成できます。

真空サイクル核形成プロセスは、小径の医療製品 (左) や無線信号伝送に使用される大径の導波管 (右) など、さまざまなサイズや用途の管状コンポーネントを洗浄するために使用されます。

溶剤系の場合は、VCN に加えて、蒸気やスプレーなどの他の洗浄技術も使用できます。 一部のユニークなアプリケーションでは、VCN を増強するために超音波システムを追加できます。 溶剤を使用する場合、VCN プロセスは、1991 年に初めて特許を取得した真空から真空 (またはエアレス) プロセスによってサポートされています。このプロセスは、溶剤の排出と使用量を 97% 以上に制限します。 このプロセスは、暴露と使用を制限する効果があるとして、環境保護庁とカリフォルニア州南海岸大気質管理地区の両方によって認められています。

VCN を使用した溶媒システムは、すべてのシステムが真空蒸留に対応しており、溶媒回収率を最大化できるため、コスト効率が高くなります。 これにより、溶剤の購入と廃棄物の廃棄が削減されます。 このプロセス自体が溶剤の耐用年数を延ばします。 動作温度が低下するにつれて、溶媒の分解速度は低下します。

必要に応じて、これらのシステムは、酸性溶液による不動態化や過酸化水素や他の化学物質による滅菌などの追加処理に適応できます。 VCN プロセスの表面活性により、これらの処理は迅速かつコスト効率が高く、単一の装置設計に組み合わせることができます。

現在まで、現場の VCN ユニットは、直径 0.25 ミリメートルの小さなチューブや、直径と壁の厚さの比が 1,000 対 1 を超えるチューブを処理してきました。実験室での研究では、VCN は内部汚染物質を視覚的に除去するのに効果的でした。長さ 1 メートル、直径 0.08 mm のコイル状のチューブに入っています。 実際の用途では、直径0.15 mmの小さなスルーホールを洗浄できます。

化学物質の消費に関する情報は、ご要望に応じて入手可能です。

Donald Gray, Ph.D. が社長で、JP Schuttert が真空処理システムの販売を監督しています (住所: PO Box 822, East Greenwich, RI 02818, 401-397-8578, [email protected])。