JP2016193387A - スラリー送液装置およびスラリー送液設備 - Google Patents

Abstract

【課題】高比重の粉体を含有するスラリーであっても、均一な濃度で送液することができるスラリー送液装置を提供すする。【解決手段】スラリーを排出するシリンダー式ポンプ１１を備えており、シリンダー式ポンプ１１は、先端にスラリー排出口１２ｅを有するシリンダー本体１２と、シリンダー本体１２内部に摺動可能に設けられたピストン１３と、ピストン１３を、ピストン１３の移動方向に沿って貫通する駆動軸１５と、駆動軸１５におけるシリンダー本体１２の先端側に位置する端部に設けられた攪拌翼１６と、を備えており、駆動軸１５は、ピストン１３と相対的に摺動可能かつ回転可能に設けられており、シリンダー本体１２の先端には、攪拌翼１６が配置される攪拌翼収容部１１ｃが形成されており、攪拌翼収容部１１ｃの内側面には、複数の邪魔板１７が設けられている。【選択図】図１

Description

本発明は、スラリー送液装置およびスラリー送液設備に関する。さらに詳しくは、金属粉等のなどの比重の大きい粉体を含有するスラリーを送液するスラリー送液装置およびスラリー送液設備に関する。

金属粉を製造する設備では、粉体を含むスラリー（以下単にスラリーという）を送液して所定の反応装置等に供給して、所定の物質が製造される。かかる設備において、粒子径を増大するために、少量のスラリーを高圧で送液することが求められる場合がある。

流体を高圧で送液する場合、種々のポンプが使用される。例えば、モーノ式やダイヤフラム式、プランジャー式などのポンプが一般的に使用されている。多くの場合、これらのポンプによってスラリーを搬送することも可能である。

しかし、スラリーに含まれる粉体の性質によっては、これらのポンプではスラリーを搬送できない場合がある。例えば、金属粉を含むスラリーの場合、モーノ式のポンプを採用しても、スラリーに含まれる粉体によってロータやステーターの摩耗による損傷が生じる。かかる摩耗が生じれば、キャビティの密閉性が低下して、スラリーを搬送できなくなる。

また、金属粉などのように密度が大きい粉体の場合には沈降性が高くなるので、ダイヤフラム式のポンプでは、チャンバー内において粉体が沈降してしまう。すると、スラリーを構成する液体は送液できても、粉体が送液できない可能性がある。しかも、沈降した粉体がチャンバー内に堆積してしまえば、ポンプ自体が作動できなくなる。
同様に、プランジャー式のポンプでも、沈降性が高い粉体では、粉体がチャンバー内へ堆積して、ポンプが作動できなくなる。

一方、スラリーを搬送する装置として、シリンダー式のポンプのシリンダー内に攪拌機を備えたものが開発されている（特許文献１参照）。この技術では、シリンダー内に流入したスラリーを攪拌機で攪拌することによって固形物の沈澱を防ぎ濃度を均一に保つことができる旨が記載されている。

特開２０１４−４５２７号

しかるに、特許文献１の装置は、比較的比重が小さい粉体を含むスラリーの送液を想定しているものであり、金属粉のような比重が非常に大きい粉体(例えば真比重が９ｇ／ｃｍ^３の金属粉等)を含むスラリーは想定されていない。

そして、比重が非常に大きい粉体を含むスラリーの場合、適切な攪拌を行わなければ簡単に沈降してしまうので、攪拌機やシリンダーの形状等を適切に設計することが必要と考える。

しかし、特許文献１の装置では、攪拌機に関する具体的な記載は開示されておらず、単にスラリーを攪拌する攪拌機が開示されているだけある。したがって、特許文献１の装置では、上述したような高比重の粉体を含むスラリーを均一な濃度で送液することは困難であると考えられる。

本発明は上記事情に鑑み、高比重の粉体を含有するスラリーであっても、均一な濃度で送液することができるスラリー送液装置およびかかるスラリー送液装置を備えたスラリー送液設備を提供することを目的とする。

（スラリー送液装置）
第１発明のスラリー送液装置は、スラリーを排出するシリンダー式ポンプを備えており、該シリンダー式ポンプは、先端にスラリー排出口を有するシリンダー本体と、該シリンダー本体内部に摺動可能に設けられたピストンと、該ピストンの移動方向に沿って該ピストンを貫通する駆動軸と、該駆動軸における前記シリンダー本体の先端側に位置する端部に設けられた攪拌翼と、を備えており、前記駆動軸は、前記ピストンと相対的に摺動可能かつ回転可能に設けられており、前記シリンダー本体の先端には、前記攪拌翼が配置される攪拌翼収容部が形成されており、前記攪拌翼収容部の内側面には、複数の邪魔板が設けられていることを特徴とする。
第２発明のスラリー送液装置は、第１発明において、前記駆動軸は、前記シリンダー本体の中心軸と同軸となるように配設されており、前記シリンダー本体の攪拌翼収容部は、前記攪拌翼を収容する空間の断面が、前記シリンダー本体と同軸な円形に形成されており、前記複数の邪魔板は、前記シリンダー本体の中心軸周りに等角度間隔で配置されていることを特徴とする。
第３発明のスラリー送液装置は、第１または第２発明において、前記攪拌翼は、その高さが、前記複数の邪魔板の前記シリンダー本体の軸方向の長さよりも短くなるように形成されており、前記シリンダー本体の軸方向において、前記複数の邪魔板における該シリンダー本体の軸方向の両端縁間に位置するように配設されていることを特徴とする。
第４発明のスラリー送液装置は、第１、第２または第３発明において、前記シリンダー本体には、前記攪拌翼収容部よりも先端側に、該攪拌翼収容部から該シリンダー本体の先端に向かって凹んだ窪み部を備えており、該窪み部は、該シリンダー本体の軸方向と直交する中央平坦面と、該中央平坦面と該攪拌翼収容部の内側面との間に設けられた傾斜面と、を備えていることを特徴とする。
第５発明のスラリー送液装置は、第１、第２、第３または第４発明において、前記攪拌翼は、その翼幅が、前記シリンダー本体の攪拌翼収容部の内径Ｄに対して０．２Ｄ〜０．３Ｄとなるように形成されていることを特徴とする。
第６発明のスラリー送液装置は、第１乃至第５発明のいずれかに、前記スラリーを構成する粉体が、真比重が９．０ｇ／ｃｍ^３以上の物質であることを特徴とする。
（スラリー送液設備）
第７発明のスラリー送液設備は、第１乃至第６発明のいずれかに記載のスラリー送液装置と、該スラリー送液装置にスラリーを供給するスラリー供給手段と、前記スラリー送液装置のピストンを作動させるポンプ駆動手段と、前記駆動軸を回転させる駆動軸作動手段と、を備えており、前記スラリー供給手段は、前記ピストンに対して前記シリンダー本体の先端側の先端側空間に連通されており、前記ポンプ駆動手段は、前記ピストンに対して前記シリンダー本体の基端側の基端側空間に連通されており、該基端側空間に液体を供給するものであることを特徴とする。

（スラリー送液装置）
第１発明によれば、ピストンを移動させることによって、スラリーを排出口から排出できる。しかも、駆動軸によって攪拌翼を回転させればスラリーを攪拌できるので、スラリー中の粉体の混合状態、つまり、スラリーの濃度を均一にすることができる。そして、邪魔板を設けることによって攪拌翼によって発生する攪拌流による攪拌効果を強くすることができるので、粉体と流体の比重差が大きくても、粉体を効果的に混合することができる。
第２発明によれば、攪拌翼を回転させたときに発生する攪拌流を軸流に近い状態とすることができるので、攪拌されたスラリーの濃度を均一に近づけやすくなる。
第３発明によれば、攪拌翼の回転によって発生するスラリーの流れを効果的に邪魔板と干渉させることができるので、スラリーを攪拌する効果を高くすることができる。
第４発明によれば、攪拌翼が回転したときに周方向の流れに加えて軸方向の流れも効果的に発生させることができるので、スラリーを攪拌する効果を高くすることができる。
第５発明によれば、攪拌翼が回転したときに、スラリーを攪拌する効果を高くすることができる。
第６発明によれば、一般的なポンプで搬送が難しい比重の高い粉体を含有するスラリーを少量でも高圧で搬送することができる。
（スラリー送液設備）
第７発明によれば、スラリー供給手段から先端側空間へのスラリーの供給とポンプ駆動手段から基端側空間への流体の供給を調整すれば、ピストンを移動させて、スラリーを排出することができる。そして、先端側空間にスラリーが収容されている状態で駆動軸作動手段によって駆動軸を回転させれば、攪拌翼によってスラリーを攪拌することができる。したがって、スラリー送液装置から均一な濃度のスラリーを供給することができる。しかも、基端側空間が液体によって満たされているので、スラリーが基端側空間に漏れることを防止する効果を高くすることができる。

本実施形態スラリー送液装置１０の概略説明図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線断面矢視図である。 本実施形態スラリー送液装置１０を備えたスラリー送液設備１の概略ブロック図である。 実施例のモデルの説明図であり、（Ａ）が本モデルであり、（Ｂ）が比較モデルである。 数値計算結果を示した図であり、（Ａ）が本モデルの結果であり、（Ｂ）が比較モデルの結果である。

本発明のスラリー送液装置は、粉体を含むスラリーを送液するための装置であって、粉体の比重が大きくても均一な濃度のスラリーを高圧で送液できるようにしたことに特徴を有している。

本発明のスラリー送液装置は、オートクレーブ等の反応槽にスラリーを供給する場合のように、少量のスラリーを高圧で送液する場合に使用されるものである。例えば、１．０〜５．０ ＭＰａ程度の圧力のスラリーを１６．６〜６００ｍｌ／ｍｉｎ程度の流量で送液する場合に適している。なぜなら、かかる圧力かつ流量のスラリーの場合、スラリーの濃度が均一に混合されていければ配管などの閉塞などが生じやすい。しかし、本発明のスラリー送液装置では均一な濃度のスラリーを送液できるので、配管などの閉塞等を防ぐことができるからである。

とくに、本発明のスラリー送液装置では、スラリーを構成する液体と粉体の比重差が大きく、粉体の沈降速度が速いスラリーを送液する装置に適している。例えば、水と粉体を混合して形成されたスラリーの場合、真比重が８．０ｇ／ｃｍ^３以上、好ましくは９．０ｇ／ｃｍ^３以上である粉体の送液に適している。かかる真比重が９．０ｇ／ｃｍ^３以上の粉体としては、例えば、ニッケルやコバルト等を挙げることができる。
なお、以下では、金属粉などの比重の大きい粉体が水に混合されたスラリーを送液する場合を説明する。

（スラリー送液設備１）
まず、図３に基づいて、本実施形態スラリー送液装置１０を備えたスラリー送液設備１について説明する。
なお、図３では、スラリー送液設備１の構造を分かりやすくするために、ブロック図として記載している。

図３に示すように、スラリー送液設備１は、シリンダー式ポンプ１１を備えた２つのスラリー送液装置１０を備えている。この２つのスラリー送液装置１０のシリンダー式ポンプ１１から交互にスラリーを排出することによって、スラリー送液設備１は、オートクレーブ等の反応槽等の装置にスラリーを供給するようになっている。つまり、２つのスラリー送液装置１０のシリンダー式ポンプ１１から交互にスラリーを排出することによって、オートクレーブ等の反応槽等に連続してスラリーを供給できるように構成されている。

スラリー送液設備１は、スラリー送液装置１０の駆動軸１３を回転させる駆動軸作動手段４を備えているが、駆動軸作動手段４については、後述する。

図３に示すように、上述した２つのスラリー送液装置１０には、いずれもスラリー供給手段２およびポンプ駆動手段３が接続されている。

（スラリー供給手段２）
スラリー供給手段２は、スラリー送液装置１０に対して、オートクレーブ等の反応槽等の装置に供給するスラリーを供給するものである。このスラリー供給手段２は、粉体と水を混合してある程度均一なスラリーを形成して、このスラリーをある程度高圧（０．０５〜０．４ＭＰａ程度）でスラリー送液装置１０に供給するものである。例えば、図３であれば、配管を通して、粉体と水を収容して混合するタンク２ａからスラリー送液装置１０にスラリーを供給するように、スラリー供給手段２は構成されている。

上記スラリー送液装置１０において、シリンダー本体１２の空間１２ｈ内はピストン１３によって分離されており、ピストン１３に対して先端側の空間がスラリー供給手段２からスラリーが供給される先端側空間１２ａである。

なお、スラリー供給手段２は、所定の圧力かつある程度均一に混合されたスラリーをスラリー送液装置１０に供給できる構成であればよく、上記の構成に限定されない。

（ポンプ駆動手段３）
ポンプ駆動手段３は、スラリー送液装置１０に対して、シリンダー式ポンプ１１を駆動するための作動流体を供給するものである。具体的には、ポンプ駆動手段３は、スラリー送液装置１０におけるピストン１３に対して基端側の空間（基端側空間１２ｂ）に、高圧（１．０〜５．０ＭＰａ程度）の作動流体を供給するものである。つまり、ポンプ駆動手段３は、スラリー供給手段２から供給されるスラリーよりも高圧の作動流体を基端側空間１２ｂに供給するものである。例えば、図３であれば、配管を通して、作動流体を収容する供給タンク３ａからスラリー送液装置１０に作動流体を供給するように、ポンプ駆動手段３は構成されている。また、ポンプ駆動手段３は、スラリー送液装置１０から排出された作動流体を回収する回収タンク３ｂを有している。なお、この回収タンク３ｂは、供給タンク３ａと兼用で使用してもよい。

なお、ポンプ駆動手段３は、所定の圧力の作動流体をスラリー送液装置１０に供給できる構成であればよく、上記の構成に限定されない。

（スラリー送液設備１の作動について）
以上のような構成であるので、スラリー供給手段２から所定の量のスラリーを一のスラリー送液装置１０に対して供給し、その後、一のスラリー送液装置１０に対してポンプ駆動手段３から作動流体を供給すれば、一のスラリー送液装置１０から所定の圧力を有するスラリーをオートクレーブ等の反応槽等の装置に供給することができる。

このときのスラリーの圧力は、１．０〜５．０ＭＰａ程度となる。例えば、スラリー供給手段２から供給されるスラリーの圧力が０．０５〜０．４ＭＰａ程度、ポンプ駆動手段３から供給される作動流体の圧力が１．０〜５．０ＭＰａ、であれば、ポンプ駆動手段３から供給されるスラリーの圧力は約１．０〜５．０ＭＰａとなる。

一方、一のスラリー送液装置１０に対してポンプ駆動手段３から作動流体が供給されているときには、他のスラリー送液装置１０には、スラリー供給手段２からスラリーが供給される。そして、一のスラリー送液装置１０からオートクレーブ等の反応槽等の装置へのスラリーの供給が終了すると、他のスラリー送液装置１０に対してポンプ駆動手段３から作動流体が供給される。すると、オートクレーブ等の反応槽等の装置に対して、スラリーの供給が途切れることなく、連続してスラリーを供給することができる。

そして、他のスラリー送液装置１０に対してポンプ駆動手段３から作動流体が供給されているときには、再び、一のスラリー送液装置１０にスラリー供給手段２からスラリーが供給される。そして、他のスラリー送液装置１０からオートクレーブ等の反応槽等の装置へのスラリーの供給が終了すると、再び、一のスラリー送液装置１０にポンプ駆動手段３から作動流体が供給されるようになり、他のスラリー送液装置１０には再びスラリー供給手段２からスラリーが供給されるようになる。

以上の動作が繰り返されることによって、オートクレーブ等の反応槽等の装置に対して、スラリー送液設備１から連続してスラリーを供給することができる。

なお、スラリー供給手段２やポンプ駆動手段３から作動流体やスラリーを供給するスラリー送液装置１０を切り換える方法はとくに限定されない。例えば、図３に示すように、配管に３方弁等を設けて、供給するスラリー送液装置１０を切り換えてもよいし、自動弁や電磁弁等によって供給するスラリー送液装置１０を切り換えるようにしてもよい。

（スラリー送液装置１０）
つぎに、スラリー送液装置１０について詳細に説明する。
なお、以下では、スラリー送液装置１０のシリンダー式ポンプ１１の軸方向が鉛直方向と平行となるように配設され、かつ、シリンダー式ポンプ１１の先端（スラリーを排出する端部）が下方に位置する場合を説明する。

図１に示すように、スラリー送液装置１０は、シリンダー式ポンプ１１を備えている。
このシリンダー式ポンプ１１は、中空な円筒状のシリンダー本体１２と、その内部に収容されたピストン１３と、を備えている。

（シリンダー本体１２）
図１に示すように、シリンダー式ポンプ１１のシリンダー本体１２は、内部に中空な空間１２ｈを有する筒状の部材である。

このシリンダー本体１２の先端部（図１では下端部）には、シリンダー本体１２の軸方向に沿って、シリンダー本体１２の先端面から空間１２ｈ（具体的には先端側空間１２ａ）まで連続する排出口１２ｅが形成されている。この排出口１２ｅは、シリンダー本体１２の先端側空間１２ａ内に収容されたスラリーを排出するために設けられている。そして、この排出口１２ｅは、シリンダー本体１２と同軸となるように形成されている。
なお、排出口１２ｅは、必ずしもシリンダー本体１２と同軸でなくてもよい。

また、このシリンダー本体１２の基端部（図１では上端部）に、シリンダー本体１２の軸方向に沿って、シリンダー本体１２の基端面から空間１２ｈまで連続する貫通孔１２ｇが形成されている。この貫通孔１２ｇも、シリンダー本体１２と同軸となるように形成されている。この貫通孔１２ｇには、後述するように駆動軸１４が挿通されている。この駆動軸１４と貫通孔１２ｇの内面との間は、公知のシール部材によって、駆動軸１４が回転可能かつ液密性となるようにシールされている。このシール部材には、例えば、O-リングなどを採用することができる。

（攪拌翼収容部１２ｋおよび邪魔板２０）
そして、シリンダー本体１２は、その先端部に攪拌翼収容部１２ｋを備えている。この攪拌翼収容部１２ｋは、後述する攪拌翼１５が配置される部分であり、その内周面に沿って複数枚の邪魔板２０が設けられている。複数枚の邪魔板２０は、シリンダー本体１２の中心軸に対して軸対称となるように配設されている。そして、邪魔板２０は、その表面がシリンダー本体１２の中心軸とほぼ平行となるように設けられている。

（ピストン１３）
図１に示すように、シリンダー本体１２内には、シリンダー本体１２の軸方向に沿って移動可能に、ピストン１３が設けられている。このピストン１３によって、シリンダー本体１２内の空間１２ｈは、先端側空間１２ａと基端側空間１２ｂに液密に分割されている。なお、ピストン１３の外周面とシリンダー本体１２の内面との間は、公知のシール部材によって、摺動可能かつ液密にシールされている。このシール部材には、例えば、O-リングなどを採用することができる。

このピストン１３には、シリンダー本体１２の軸方向を貫通する貫通孔１３ｇが設けられており、この貫通孔１３ｇに、後述するように駆動軸１４が挿通されている。この駆動軸１４と貫通孔１３ｇの内面との間は、公知のシール部材によって、駆動軸１４が回転可能かつ摺動可能にシールされている。しかも、このシール機構は、駆動軸１４が回転したり摺動したりしても、液密性が維持できる構造となっている。このシール機構には、例えば、O-リングなどを採用することができる。

（駆動軸１４）
図１に示すように、駆動軸１４は、シリンダー本体１２の基端部とピストン１３を貫通するように配設されている。
この駆動軸１４の先端部は、攪拌翼収容部１２ｋ内に位置するように設けられている。つまり、駆動軸１４の先端に設けられる攪拌翼１５が攪拌翼収容部１２ｋ内に位置するように、駆動軸１４は配設される。

一方、この駆動軸１４の基端部は、シリンダー本体１２の基端部から外部に突出している。この基端部は駆動軸１４を回転させる駆動軸作動手段４に接続されている。この駆動軸作動手段４は、駆動軸１４を回転させることができるものであればよく、とくに限定されない。例えば、図１に示すように、駆動軸作動手段４としてモータを採用し、この駆動軸作動手段４の主軸を駆動軸１４の基端に直結したり、減速機を介して連結したりしてもよい。

（攪拌翼１５）
図１に示すように、駆動軸１４の先端には攪拌翼１５が設けられている。この攪拌翼１５は、駆動軸１４に連結されるボス部１５ａと、このボス部１５ａの周囲に設けられた複数枚の翼板１５ｂとを備えている。複数枚の翼板１５ｂは、ボス部１５ａの周囲に等角度間隔で設けられている。

以上のごとき構成であるので、駆動軸作動手段４によって駆動軸１４を回転させれば、攪拌翼１５を攪拌翼収容部１２ｋ内で回転させることができる。したがって、シリンダー本体１２の先端側空間１２ａ内にスラリーが収容された状態で、駆動軸作動手段４を作動させれば、先端側空間１２ａ内のスラリーを攪拌することができる。すると、スラリー中の粉体を液体中に均一に分散させることができるので、スラリー濃度を均一にすることができる。

また、攪拌翼収容部１２ｋ内に邪魔板２０が設けられているので、攪拌翼１５の回転によって形成された攪拌流が邪魔板２０に衝突する。すると、攪拌流の乱れが大きくなりスラリーを攪拌する効果が高くなるので、スラリー濃度を均一にしやすくなる。

しかも、邪魔板２０は、その表面がシリンダー本体１２の中心軸とほぼ平行となるように設けられているので、攪拌流が邪魔板２０に衝突すれば、シリンダー本体１２の軸方向への流れを強くすることができる。すると、スラリー中の粉体が沈降してシリンダー本体１２の先端内面に堆積しても、堆積した粉体を巻き上げる効果を高くできる。したがって、沈降しやすい粉体、例えば、比重が大きい粉体を含むスラリーであっても、比重の大きい粉体を均一に混合することが可能となる。

（窪み部１１ｄ）
とくに、シリンダー本体１２の先端内面が、その先端に向かって凹むように形成されていれば、堆積した粉体を巻き上げる効果を高くできるので望ましい。つまり、シリンダー本体１２は、攪拌翼収容部１２ｋよりも先端側に、攪拌翼収容部１２ｋからシリンダー本体１２の先端に向かって凹んだ窪み部１１ｄを備えていることが望ましい。かかる窪み部１１ｄを設けておけば、攪拌翼１５とシリンダー本体１２の先端内面との間にスラリーの流れを生じさせる十分な空間を形成することができる。つまり、攪拌翼１５が回転したときに、攪拌翼１５で発生したスラリーの流れの一部を、シリンダー本体１２の先端内面に向かって流すことができる。その流れは、シリンダー本体１２の先端内面で反転して、シリンダー本体１２の先端から基端に向かう流れとなって攪拌翼収容部１２ｋに流入し、攪拌翼１５によって攪拌される。つまり、邪魔板２０だけでなく、窪み部１１ｄの効果によって、攪拌翼１５で発生する周方向の流れを軸方向の流れに変換することができる。すると、シリンダー本体１２の先端内面に向かって粉体が沈降しても、沈降した粉体を再び巻き上げることができるから、比重の高い粉体を含むスラリーであっても、均一な濃度とすることが可能となる。しかも、反転流の影響で、先端側空間１２ａ内で発生するスラリーの流れをより複雑にできるので、スラリーを攪拌する効果（つまりスラリーの濃度を均一にする効果）を高めることができる。

とくに、窪み部１１ｄが、シリンダー本体１１の中央から内側面に向かうにしたがって基端側に傾斜する傾斜面ｉｐを備えていることが望ましい。かかる傾斜面ｉｐが設けられていれば、シリンダー本体１２の先端から基端に向かう流れを形成しやすくなるので、沈降した粉体を巻き上げる効果をより高くできる。

さらに、窪み部１１ｄは、傾斜面ｉｐに加えて、その中央部に、シリンダー本体１２の軸方向と直交する中央平坦面ｐｐを備えていることが望ましい。かかる中央平坦面ｐｐを設ければ、傾斜面ｉｐだけを設けるよりも、撹拌翼で生じた下向きの流れを効果的に上昇させることが可能となる点で好ましい。

（邪魔板２０について）
攪拌翼収容部１２ｋに設ける邪魔板２０の数はとくに限定されず、シリンダー本体１２の大きさやスラリーの性質（例えば粉体の素材等）に応じて適宜設計される。しかし、攪拌翼１５が回転した際にスラリーを攪拌する効果を高くする上では、攪拌翼１５は、２〜６枚とすることが望ましい。

また、複数枚の邪魔板２０の高さＨ（つまりシリンダー本体１２の軸方向の長さＨ）はとくに限定されず、シリンダー本体１２の大きさやスラリーの性質（例えば粉体の素材等）に応じて適宜設計すればよい。しかし、攪拌翼１５が回転したときに、スラリーを攪拌する効果を高くする上では、邪魔板２０の高さＨは、シリンダー本体１２の攪拌翼収容部１２ｋの内径Ｄに対して、０．２〜０．３Ｄとなるように形成することが望ましい。

さらに、複数枚の邪魔板２０の幅Ｗ（つまり攪拌翼収容部１２ｋ内への突出量Ｗ）はとくに限定されず、シリンダー本体１２の大きさやスラリーの性質（例えば粉体の素材等）に応じて適宜設計すればよい。しかし、攪拌翼１５が回転したときに、スラリーを攪拌する効果を高くする上では、邪魔板２０の幅Ｗは、シリンダー本体１２の攪拌翼収容部１２ｋの内径Ｄに対して、０．０５〜０．１５Ｄとなるように形成することが望ましい。

さらに、複数枚の邪魔板２０は、その表面がシリンダー本体１２の軸方向と平行となるように配設する。

（攪拌翼１５について）
なお、攪拌翼１５に設ける翼板１５ｂの数はとくに限定されず、シリンダー本体１２の大きさやスラリーの性質（例えば粉体の素材等）に応じて適宜設計すればよい。しかし、攪拌翼１５が回転したときに、スラリーを攪拌する効果を高くする上では、２〜６枚とすることが望ましい。

なお、複数枚の翼板１５ｂの翼幅Ｌは、シリンダー本体１２の大きさやスラリーの性質（例えば粉体の素材等）に応じて適宜設計すればよい。しかし、攪拌翼１５が回転したときに、スラリーを攪拌する効果を高くする上では、シリンダー本体１２の攪拌翼収容部１２ｋの内径Ｄに対して、０．２Ｄ〜０．３Ｄとなるように形成することが望ましい。

また、複数枚の翼板１５ｂの高さもとくに限定されず、一般的な攪拌翼と同等程度、具体的には、翼幅Ｌに対して、０．５〜１．０Ｄとなるように形成すればよい。とくに、上記範囲であって、複数枚の翼板１５ｂの高さが、複数の邪魔板２０の高さよりも短くなるように形成されていることが望ましい。この場合、シリンダー本体１２の軸方向において、複数の邪魔板２０におけるシリンダー本体１２の軸方向の両端縁間に位置するように配設することができる。すると、攪拌翼１５の回転によって発生するスラリーの流れを効果的に邪魔板２０と干渉させることができるので、スラリーを攪拌する効果を高くすることができる。

さらに、複数枚の翼板１５ｂの表面の傾きもとくに限定されないが、その表面の傾きが駆動軸１４の軸方向（つまりシリンダー本体１２の軸方向）に対して４０〜５０°となるように設けていることが望ましい。この場合、シリンダー本体１２の軸方向の流れと周方向の流れのバランスを適切にすることができるので、攪拌効果や巻き上げ効果を高くすることができる。

（スラリー供給位置）
スラリーは、先端側空間１２ａと外部を連通する先端側連通孔を通して、スラリー供給手段２から先端側空間１２ａに供給される。この先端側連通孔を設ける位置はとくに限定されないが、少なくとも、ピストン１３が下限（先端側の移動限界）まで移動した際でも、ピストン１３によって塞がれない位置に設けられる。つまり、この先端側連通孔は、ピストン１３の下限位置よりも先端側に設けられる。このように先端側連通孔を設けておけば、ピストン１３が下限まで移動した状態でも、先端側連通孔を通してスラリー供給手段２からスラリーを供給できる。したがって、ピストン１３の位置に係らず、スラリー供給手段２から供給されるスラリーの圧力によって、ピストン１３を基端側に向かって移動させることができる。

（作動流体供給位置）
また、作動流体は、基端側空間１２ｂと外部を連通する基端側連通孔を通して、ポンプ駆動手段３から基端側空間１２ｂに供給される。この基端側連通孔を設ける位置はとくに限定されないが、少なくとも、ピストン１３が上限（基端側の移動限界）まで移動した際でも、ピストン１３によって塞がれない位置に設けられる。つまり、この基端側連通孔は、ピストン１３の上限位置よりも基端側に設けられる。このように基端側連通孔を設けておけば、ピストン１３が上限まで移動した状態でも、基端側連通孔を通してポンプ駆動手段３から作動流体を供給できる。したがって、ピストン１３の位置に係らず、ポンプ駆動手段３から供給される作動流体の圧力によって、ピストン１３を先端側に向かって移動させることができる。

（作動流体排出位置）
なお、上述した基端側連通孔は、スラリーによってピストン１３が基端側に移動された際に、作動流体を外部に排出するための孔としても機能する。しかし、ポンプ駆動手段３から作動流体を供給する孔と、作動流体を排出する孔を別に設ければ、動作性が向上する等の点で好ましい。

（移動規制部材１３ｓ）
ピストン１３の移動量は、先端側空間１２ａに供給されるスラリーの量と、基端側空間１２ａに供給される作動流体の量を調整すれば調整できる。しかし、ピストン１３が攪拌翼１５や邪魔板２０等に衝突するなどの問題を防ぐ上では、機械的にピストン１３の移動量を制限する機構を設けておくことが望ましい。例えば、図１に示すように、ピストン１３に先端が連結され他端がシリンダー本体１２の基端から突出した移動規制棒１６ａと、移動規制棒１６ａの基端に取り付けられたリミットスイッチ１６ｓと、を有する移動規制機構１６を設ける。すると、リミットスイッチ１６ｓがシリンダー本体１２の基端と当たる位置までしかピストン１３は移動できないので、リミットスイッチ１６ｓの位置を調整すれば、ピストン１３が攪拌翼１５や邪魔板２０等に衝突するなどの問題を確実に防ぐことができる。

（その他）
上記例では、駆動軸１４や攪拌翼収容部１２ｋの中心軸が、シリンダー本体１２の中心軸と同軸の場合を説明した。しかし、駆動軸１４や攪拌翼収容部１２ｋの中心軸と、シリンダー本体１２の中心軸は、必ずしも同軸でなくもよい。この場合、撹拌翼径が小さくなり内部撹拌効率が低下することが懸念されるが、スラリーの種類や排出口の位置によっては、かかる構造を採用することも可能である。

本発明のスラリー送液装置において、スラリーを攪拌して均一な濃度とすることができることを数値シミュレーションにより確認した。

数値シミュレーションでは、本発明のスラリー送液装置と、従来のスラリー送液装置（攪拌機構有）で、スラリーを攪拌した場合の濃度を調べた。

使用したモデルを図４に示す。
図４（Ａ）は本発明のスラリー送液装置のモデル（本モデル）である。本モデルは、直径１０５ｍｍの内径を有するシリンダー内に、４か所の邪魔板をシリンダーの軸周りに９０度間隔で設けたものである。そして、邪魔板を設けた位置に、攪拌翼を設けている。
なお、邪魔板および攪拌翼のスペックは以下のとおりである。

１）邪魔板
高さ：３０ｍｍ
幅 ：１０ｍｍ
２）攪拌翼
外径 ：６５ｍｍ
高さ ：３０ｍｍ
羽根幅 ：３２．５ｍｍ
翼の傾き：４５°

一方、図４（Ｂ）は従来のスラリー送液装置のモデル（比較モデル）である。比較モデルは、直径８０ｍｍの内径を有するシリンダー内に、攪拌翼だけを設けたものである。
比較モデルの攪拌翼のスペックは以下のとおりである。

１）攪拌翼
外径 ：４０ｍｍ
高さ ：１０ｍｍ
羽根幅 ：２０ｍｍ
翼の傾き：４５°

数値シミュレーションは、ANSYS CFXを用いて行った。計算では、スラリーの濃度は５３０ｇ/Ｌとし、液体には１２００ｇ/Ｌ、粉体には高比重のニッケル粒子、を使用した。

図５に結果を示す。
図５（Ｂ）に示すように、比較モデルでは、攪拌翼を回転させても旋回流が生じるだけであり、スラリーの濃度は底部が高いままであった。つまり、堆積した粉体を巻き上げて、スラリーの濃度を均一にする効果はほとんど得られなかった。

一方、図５（Ａ）に示すように、本モデルでは、攪拌翼を回転させことによって、旋回流と軸方向への流れが生じていることが確認できた。そして、スラリーの濃度も全体として高くなり、スラリー濃度の均一化が進んでいることが確認された。

以上の結果より、本発明のスラリー送液装置を採用することによって、沈澱速度の大きい粉体を含むスラリーであっても、スラリー濃度を均一にできることが確認された。

本発明のスラリー送液装置は、ニッケル粉やその他金属粉を製造する設備のように、粉体を含む少量のスラリーを高圧で送液することが必要とされる設備において、スラリーを送液する装置に適している。

１ スラリー送液設備
２ スラリー供給手段
３ ポンプ駆動手段
３ 駆動軸作動手段
１０ スラリー送液装置
１１ シリンダー式ポンプ
１２ シリンダー本体
１３ ピストン
１４ 駆動軸
１５ 攪拌翼
２０ 邪魔板

Claims (7)

1. スラリーを排出するシリンダー式ポンプを備えており、
   該シリンダー式ポンプは、
   先端にスラリー排出口を有するシリンダー本体と、
   該シリンダー本体内部に摺動可能に設けられたピストンと、
   該ピストンの移動方向に沿って該ピストンを貫通する駆動軸と、
   該駆動軸における前記シリンダー本体の先端側に位置する端部に設けられた攪拌翼と、を備えており、
   前記駆動軸は、前記ピストンと相対的に摺動可能かつ回転可能に設けられており、
   前記シリンダー本体の先端には、前記攪拌翼が配置される攪拌翼収容部が形成されており、
   前記攪拌翼収容部の内側面には、複数の邪魔板が設けられている
   ことを特徴とするスラリー送液装置。
2. 前記駆動軸は、
   前記シリンダー本体の中心軸と同軸となるように配設されており、
   前記シリンダー本体の攪拌翼収容部は、
   前記攪拌翼を収容する空間の断面が、前記シリンダー本体と同軸な円形に形成されており、
   前記複数の邪魔板は、
   前記シリンダー本体の中心軸周りに等角度間隔で配置されている
   ことを特徴とする請求項１記載のスラリー送液装置。
3. 前記攪拌翼は、
   その高さが、前記複数の邪魔板の前記シリンダー本体の軸方向の長さよりも短くなるように形成されており、
   前記シリンダー本体の軸方向において、前記複数の邪魔板における該シリンダー本体の軸方向の両端縁間に位置するように配設されている
   ことを特徴とする請求項１または２記載のスラリー送液装置。
4. 前記シリンダー本体には、
   前記攪拌翼収容部よりも先端側に、該攪拌翼収容部から該シリンダー本体の先端に向かって凹んだ窪み部を備えており、
   該窪み部は、
   該シリンダー本体の軸方向と直交する中央平坦面と、
   該中央平坦面と該攪拌翼収容部の内側面との間に設けられた傾斜面と、を備えている
   ことを特徴とする請求項１、２または３記載のスラリー送液装置。
5. 前記攪拌翼は、
   その翼幅が、前記シリンダー本体の攪拌翼収容部の内径Ｄに対して０．２Ｄ〜０．３Ｄとなるように形成されている
   ことを特徴とする請求項１、２、３または４記載のスラリー送液装置。
6. 前記スラリーを構成する粉体が、真比重が９．０ｇ／ｃｍ^３以上の物質である
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のスラリー送液装置。
7. 請求項１乃至６のいずれかに記載のスラリー送液装置と、
   該スラリー送液装置にスラリーを供給するスラリー供給手段と、
   前記スラリー送液装置のピストンを作動させるポンプ駆動手段と、
   前記駆動軸を回転させる駆動軸作動手段と、を備えており、
   前記スラリー供給手段は、
   前記ピストンに対して前記シリンダー本体の先端側の先端側空間に連通されており、
   前記ポンプ駆動手段は、
   前記ピストンに対して前記シリンダー本体の基端側の基端側空間に連通されており、該基端側空間に液体を供給するものである
   ことを特徴とするスラリー送液設備。