JP3987349B2 - 水回転噴射装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば煙突等の筒状物の内壁を高圧水の噴射で洗浄したりするのに使用する水回転噴射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば煙突の内壁を洗浄する一般的な装置や方法として、高圧水の噴射により洗浄する方策がある。例えば特開昭４９−８３９３７「煙突内部付着灰除去方法」では、煙突の上部開口からワイヤにより吊り下げたゴンドラを４つのステーやローラ等により煙突内部で上下移動可能に支持し、ゴンドラに２つのノズルを回転可能に取付け、外部より高圧水をホースでノズルに導入し、ノズルから高圧水を噴射させながら、その反動でノズルを回転させることで、煙突内部に付着した灰を除去している。なお、ゴンドラの上下動は、地上に仮設したウインチにより行っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公報記載の方法では、ホースを介して外部から導入した高圧水をそのままノズルから単に噴射させているだけであるため、ノズルから噴射される水圧が不安定であり、またそれによりノズルの回転も一様でない。このため、煙突内部に万遍なく高圧水を噴射させるのが難しく、洗浄できない部分が残り易い。また、構造は簡素であるが、ホースとノズルをニップルやパイプだけで連結してあるので、余り高い圧力を掛けることはできず、堅牢性に難点がある。
【０００４】
このような問題点は、上記公報記載の技術に固有ではなく、高圧水の噴射により洗浄する他の装置や方法にも一般的に該当する。
【０００５】
従って、本発明は、そのような問題点に着目してなされたものであって、高圧水を安定して噴射させることができると共に、かなりの高圧水に対しても十分な強度を有する水回転噴射装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、この発明の水回転噴射装置は、軸に固定され、軸に沿って対向する筒状の内部分、及び内部分に間隔を置いて対向する筒状の外部分を有するハウジングと、このハウジングの内部分と外部分との間の空間にハウジングに対して回転可能に支持され、一端部が前記内部分と外部分との間の空間よりも突出する筒状のロータとを備え、前記ロータの突出部分とは反対側の端部に対向すると共にその端部外周のほぼ接線方向に水が噴射されるように前記ハウジングの外部分に少なくとも１個の高圧水導入口を設け、この高圧水導入口に対向してロータの端部外周に多数個の凹部を形成し、前記ロータの突出部分に複数個の水噴出口を設け、前記凹部と水噴出口とを連通する環状の流路を設け、前記環状の流路は、ロータの外周面とハウジングの外部分の内周面との間隙により形成された環状の外路と、ロータ内部に形成された環状の内路とからなり、前記高圧水導入口から導入された高圧水は、ロータの凹部に当たり、前記環状の外路及び環状の内路を順に通過し、ロータの水噴出口から噴射されることを特徴とする。
【０００７】
この水回転噴射装置では、高圧水をハウジングの外部分の高圧水導入口よりロータの凹部に向けて噴射すると、高圧水はロータの外周に並んで設けられた凹部に次々に当たり、ロータが回転する。つまり、ロータは回転自在であり、高圧水は高圧水導入口からロータの外周のほぼ接線方向に噴射されるため、高圧水の圧力が凹部に伝わり、ロータには高圧水の圧力に応じた回転力が付与される。それによりロータは回転する一方、凹部に当たった高圧水は、環状の流路を通じて凹部とは反対側の水噴出口に達し、水噴出口から外部に噴射される。ここに、ロータは回転しているから、水噴出口からの高圧水も回転しながら噴射される。
【０００８】
この水回転噴射装置によれば、ハウジングが筒状の内部分及び外部分を有する２重の筒状であり、その内部分と外部分との間の空間でロータが水圧により回転し、水がロータの一端部の凹部から他端部の水噴出口まで環状の流路を通じて移動する構造であるため、ロータの水噴出口から噴射される高圧水の圧力が安定し、ロータの回転も安定する。また、構造的に十分な強度を有するので、入力としてかなりの高圧水を導入することができ、それにより出力としての噴射水にも十分な圧力があり、洗浄能力が高い。
【０００９】
上記基本構成において、高圧水導入口は少なくとも１個設けられるが、２個設けることで、水噴出口からの出力としての水圧を落とさずにロータの回転を自由に制御できる。この場合、２個の高圧水導入口のうち、一方の高圧水導入口は、当該導入口からの噴射水によりロータを一方向に回転させるようにロータの端部外周の凹部に対して開口し、他方の高圧水導入口は、当該導入口からの噴射水によりロータを反対方向に回転させるようにロータの端部外周の凹部に対して開口することとする。
【００１０】
このロータの回転制御に関していうと、仮に１個の高圧水導入口から高圧水を導入するだけであると、高圧水の圧力にもよるが、ロータの回転が高速になるほど、水は水噴出口から霧状になって噴出し、低速（例えば３０〜６０ｒｐｍ程度）になると、水は水噴出口から直線状に噴出するようになる。当該装置の用途が煙突等の筒状物の内壁洗浄である場合は、水が霧状に噴出すると綺麗に洗浄できないので、ロータの回転数を落とす必要がある。
【００１１】
そこで、高圧水導入口を２個設け、一方の高圧水導入口から高圧水を導入することで、ロータを一方向に回転させるのと併行して、他方の高圧水導入口からもロータの所望の回転数に応じた水圧の水を逆噴射させることで、ロータの回転を制動し、その回転数を低下させるようにする。勿論、高圧水を導入する高圧水導入口を変えることで、ロータの回転方向（右回り・左回り）も制御できる。
【００１２】
つまり、高圧水導入口の一方をロータ回転用とし、他方を回転制御用とすることで、水噴出口から噴出する水の圧力を低下させることなく、ロータの回転を自由に制御できる。因みに、単に１個の高圧水導入口から導入される高圧水の圧力を変化させる場合は、導入水の圧力を下げれば、ロータの回転数も落ちるが、水噴出口から噴出する水の圧力も低下し、筒状物の内壁洗浄には役立たなくなる。
【００１３】
また、環状の流路が、ロータの外周面とハウジングの外部分の内周面との間隙により形成された環状の外路と、ロータ内部に形成された環状の内路とからなるので、ロータ一端部の凹部に向けて噴射された高圧水をロータ他端部の水噴出口までスムーズに導くことができ、導入された高圧水のエネルギーロスが少なくなる。
【００１４】
更に、凹部は、半球形状であることとすれば、それ以外の形状（例えば矩形）に比べて、右回り・左回りのいずれの方向へも、高圧水導入口から噴射される高圧水の圧力を回転力としてロータに最も効率良く伝えることができ、これも高圧水のエネルギーロスを少なくすることができる。
【００１５】
なお、本発明の水回転噴射装置は、水噴出口から噴射される水を直線状や霧状に適宜切り換えると共に、その圧力を変えることで様々な用途に適用できる。例えば前記したように筒状物の内壁の洗浄用、或いは農産物・植物等への水撒き用、消火用、噴水用等である。
【００１６】
上記筒状物とは、煙突を始めとして、配管、パイプ、タンク、樽等を指し、それらの内壁も円形の内周面が一般的であるが、必ずしも円形である必要はなく、四角形でも構わない。この他、それら筒状物の設置方向も鉛直方向、水平方向など限定はなく、それら筒状物の大きさも特定されない。すなわち、本発明の水回転噴射装置は、用途対象物の大きさに応じて作製すればよく、各部の材質も、煙突等の或る程度大きいものを対象とする場合はより強度を高めるために金属製とし、口径の小さなパイプ等では必要に応じてプラスチックでもよい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態により、この発明を更に詳細に説明する。
【００１８】
実施形態に係る水回転噴射装置の概略平面図（上面図）を図１に、その縦断面図を図２に示す。この水回転噴射装置は、図２において、軸１に固定され、軸１に沿って対向する筒状の内部分としてのベース１１、及びベース１１に間隔を置いて対向する筒状の外部分としてのケーシング１２を有するハウジング１０と、このハウジング１０のベース１１とケーシング１２との間の空間にハウジング１０に対して回転可能に支持され、一端部がベース１１とケーシング１２との間の空間よりも突出する筒状のロータ２０とを備える。
【００１９】
ハウジング１０は、筒状のベース１１及びケーシング１２からなる２重の筒状構造であり、ハウジング１０の中心に軸１が挿通され、ベース１１とケーシング１２との間の空間にロータ２０が配置された形態である。このハウジング１０は、ベース１１が軸１の両端部にてワッシャ１５を介してナット１６により取付けられることで、軸１に固定される。ベース１１は、軸１に沿って対向する筒状部分１１ａと、この筒状部分１１ａの一端部に付設されたフランジ部分１１ｂとからなる。
【００２０】
ケーシング１２は、ベース１１のフランジ部分１１ｂに一体に取付けられ、ベース１１の筒状部分１１ａに一定間隔を置いて対向する。このケーシング１２の一端部側（ベース１１のフランジ部分１１ｂ側）には、ロータ２０の突出部分２０ａとは反対側の端部に対向すると共にその端部外周のほぼ接線方向に水が噴射されるように２個の高圧水導入口１３が形成されている。
【００２１】
２個の高圧水導入口１３のうち、一方は当該導入口からの噴射水によりロータ２０を一方向（例えば右回り）に回転させるようにロータ２０の後記凹部２１に対して開口し、他方は当該導入口からの噴射水によりロータ２０を反対方向（例えば左回り）に回転させるようにロータ２０の凹部２１に対して開口する。但し、図２では便宜上、高圧水導入口１３はロータ２０の端部外周に垂直方向に描かれている。また、図２には示されていないが、各高圧水導入口１３にはそれぞれバルブが設けられており、バルブにより導入口１３を開閉できるようになっている。この高圧水導入口１３に外部から高圧水を導入するための例えばノズル７０が取付けられる。ノズル７０はホースでもよい。
【００２２】
ロータ２０は、ベース１１とケーシング１２との間の空間よりも突出する部分２０ａを有すると共に、この突出部分２０ａとは反対側の端部、すなわちケーシング１２の高圧水導入口１３に対向する外周部分に、多数個の半球形状の凹部２１を有する。凹部２１は、図３にロータ２０の正面図を示すように、外周に等間隔で多数形成されている。この凹部２１に対して、ロータ２０の突出部分２０ａには、複数個（ここでは４個）の水噴出口２２が等角度（９０°）間隔を置いて形成されている。この水噴出口２２に高圧水を外部へ噴射するための例えばパイプ７１が取付けられる。
【００２３】
ロータ２０の凹部２１と水噴出口２２は、環状の流路２３により連通している。流路２３は、ロータ２０の外周面とケーシング１２の内周面との間隙により形成された環状の外路２３ａと、ロータ２０内部に形成された環状の内路２３ｂとからなる。外路２３ａは、ロータ２０を部分的に幾分薄肉にすることで形成され、内路２３ｂは、ロータ２０の外周寄り内部に形成される。従って、ケーシング１２の高圧水導入口１３から導入された高圧水は、矢印で示すように、凹部２１からケーシング１２の内周面とロータ２０の外周面との間隙、外路２３ａ、内路２３ｂを順に通過し、ロータ２０の水噴出口２２からパイプ７１に流入し、パイプ７１の先端から噴射される。
【００２４】
一方、ロータ２０はハウジング１０のベース１１及びケーシング１２に対して回転可能であるが、ここでは、ロータ２０の一端部（凹部２１側）の内周面と当該内周面に対向するベース１１の筒状部分１１ａの外周面との間に設けられた軸受３１と、ロータ２０の他端部（水噴出口２２側）の内周面と当該内周面に対向するベース１１の筒状部分１１ａの外周面との間に設けられた軸受３２とにより、ロータ２０が回転可能に支持される。なお、図２では、ロータ２０は回転に伴い水の移動方向に応じて図中の上方向に移動しようとするが、このロータ２０の移動は上側のワッシャ１５及びナット１６により規制される。
【００２５】
また、軸受３１，３２の両側にはそれぞれパッキン４１，４２が配置され、高圧水がベース１１の筒状部分１１ａの外周面とロータ２０の内周面との間隙に浸入しないようになっている。更に、ケーシング１２の内周面とロータ２０の外周面との間にもパッキン４３が配置され、高圧水が当該間隙にも浸入しないようになっている。
【００２６】
他方、ケーシング１２の端面には、環状のフタ５０がパッキン５１を介してネジ５２により取付けられ、パッキン４３を収容した空間がフタ５０で覆い隠される。ロータ２０の端面には、環状のカバー６０がネジ６１により取付けられ、ロータ２０の突出部分２０ａの内側の空間がカバー６０で覆い隠される。カバー６０は筒状の軸受支持部６２を有し、この軸受支持部６２に軸受３３が取付けられ、軸受３３は軸受３１，３２と同様にロータ２０を回転可能に支持する。更に、軸受３３にはスリーブ状のカラー６３が取付けられ、カラー６３はロータ２０の回転を安定して支持する。
【００２７】
このように構成した水回転噴射装置では、ケーシング１２の高圧水導入口１３にノズル７０を接続し、このノズル７０に例えばホース（図示せず）を介して高圧水供給源（ポンプ等）を接続する（図１参照）。また、ロータ２０の水噴出口２２にパイプ７１を接続し、高圧水が外部に噴射されるようにする。
【００２８】
そして、高圧水を一方の高圧水導入口１３より導入すると、高圧水はロータ２０の凹部２１に当たる。高圧水はロータ２０の外周部分のほぼ接線方向に噴射されるため、凹部２１が受けた圧力によりロータ２０は回転し始める。すると、高圧水がロータ２０の外周に並ぶ凹部２１に次々と当たるため、ロータ２０には高圧水の圧力に応じた回転力が付与され、ロータ２０が一定速度で回転する。ロータ２０の回転と併行して、凹部２１に当たった高圧水は、環状の流路２３（外路２３ａ、内路２３ｂ）を流れて凹部２１とは反対側の水噴出口２２に達し、水噴出口２２からパイプ７１に流入し、パイプ７１のノズル状先端部から外部に噴射される。勿論、ロータ２０は回転しているから、水噴出口２２に接続されたパイプ７１も回転しながら水を噴射する。
【００２９】
ここで、前記したように、高圧水を一方の高圧水導入口１３から導入するだけであると、水圧にもよるが、ロータ２０の回転が高速になるほど、水は水噴出口２２から霧状になって噴出する。水が噴霧状になると、煙突の内壁を綺麗に洗浄することができないので、他方の高圧水導入口１３からも或る程度の水圧で水を導入する。すると、他方の高圧水導入口１３からの水はロータ２０の回転方向とは反対方向にロータ２０に当たるため、ロータ２０の回転数が低下し、低速回転（例えば３０〜６０ｒｐｍ程度）になると、水は水噴出口２２から直線状に噴出するようになる。
【００３０】
この場合、ロータ２０を一方向に回転させる水圧はそのままにして、水を反対方向に噴射させることでロータ２０の回転を制御するので、ロータ２０の回転を単に水圧低下により下げるのとは異なり、水噴出口２２からの噴射水の圧力は落ちない。このため、煙突の内壁を強力に洗浄できる。
【００３１】
そして、この水回転噴射装置によれば、ハウジング１０が筒状の内部分としてのベース１１と筒状の外部分としてのケーシング１２を有する２重の筒状であり、そのベース１１の筒状部分１１ａとケーシング１２との間の空間でロータ２０が水圧により回転し、水がロータ２０の一端部の凹部２１から他端部の水噴出口２２まで環状の流路２３を通じて移動する構造であるため、ロータ２０の水噴出口２２から噴射される高圧水の圧力が安定し、ロータ２０の回転も安定する。また、構造的に十分な強度を有するので、入力としてかなりの高圧水を導入することができ、それにより出力としての噴射水にも十分な圧力があり、洗浄能力が高い。
【００３２】
これに加えて、環状の流路２３が外路２３ａと内路２３ｂからなるため、ロータ２０一端部の凹部２１に噴射された高圧水をロータ２０他端部の水噴出口２２までスムーズに導くことができ、導入された高圧水のエネルギーロスが少なくなる。
【００３３】
しかも、凹部２１が半球形状であるので、それ以外の形状（例えば矩形）に比べて、右回り・左回りのいずれの方向へも、高圧水導入口１３から噴射される高圧水の圧力を回転力としてロータ２０に最も効率良く伝えることができ、これも高圧水のエネルギーロスを少なくすることができる。
【００３４】
従って、この水回転噴射装置を用いて例えば煙突内部を洗浄する場合、当該装置を煙突内部に配置し、２個の高圧水導入口１３からの導入水によりロータ２０の回転を適切に制御すれば、高い洗浄能力により、煙突の内壁を綺麗に洗浄することができる。また、例えば前記軸１の代わりにワイヤを通し、ワイヤに当該装置を固定し、巻上機によりワイヤを上下に移動させることで、煙突の内壁を上下にわたって洗浄できる。ワイヤの他に、角ねじ等のように雄ネジを形成したシャフトを通し、ベース１１の筒状部分１１ａの内周面に雌ネジを形成し、両ネジを螺合させてシャフトを回転させることにより、当該装置を上下に移動させてもよい。
【００３５】
煙突の内壁の洗浄以外としては、消火にも適用できる。すなわち、高圧水導入口１３に設けたバルブを遠隔操作できるようにしておき、当該装置を火災場所に梯子車の梯子等により位置させれば、装置を中心にして３６０°の方向に放水することができる。このとき、ロータ２０の回転を制御することで、火災の状況に応じて水を直線状又は霧状に噴射する。これに関連して、水噴出口２２からの水を上向きに放出するようにすることで、噴水用にも適用可能である。
【００３６】
或いは、上記実施形態では、高圧水導入口１３は２個設けられているが、１個だけでもよい。高圧水導入口１３が１個だけの場合は、前記から明らかなように水噴出口２２からの噴出水の圧力を変えずにロータ２０の回転を制御することはできないが、ロータ２０を高圧水により高速回転させると、水が水噴出口２２から霧状に噴出するので、芝生、植物、農産物等への水撒きに利用できるだけでなく、スプリンクラー、散水機としても使用できる。
【００３７】
この他、上記実施形態では、ロータ２０の水噴出口２２は４個設けられているが、２個や３個でもよい。但し、ロータ２０の回転を安定して行うには、水噴出口２２は等角度間隔で設けるのが好ましい。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の水回転噴射装置によれば、ハウジングが筒状の内部分及び外部分を有する２重の筒状であり、その内部分と外部分との間の空間でロータが水圧により回転し、水がロータの一端部の凹部から他端部の水噴出口まで環状の流路を通じて移動する構造であるため、ロータの水噴出口から噴射される高圧水の圧力が安定し、ロータの回転も安定する。
また、環状の流路は、ロータの外周面とハウジングの外部分の内周面との間隙により形成された環状の外路と、ロータ内部に形成された環状の内路とからなるので、ロータ一端部の凹部に噴射された高圧水をロータ他端部の水噴出口までスムーズに導くことができ、導入された高圧水のエネルギーロスが少なくなる。
【００３９】
また、構造的に十分な強度を有するので、入力としてかなりの高圧水を導入することができ、それにより出力としての噴射水にも十分な圧力があり、洗浄能力が高い。
【００４０】
請求項２の構成とすれば、水噴出口から噴出する水の圧力を低下させることなく、ロータの回転を自由に制御でき、用途に応じて水噴出口から水を直線状又は霧状に噴出させることができる。
【００４２】
請求項３の構成とすれば、それ以外の形状（例えば矩形）に比べて、右回り・左回りのいずれの方向へも、高圧水導入口から噴射される高圧水の圧力を回転力としてロータに最も効率良く伝えることができ、これも高圧水のエネルギーロスを少なくすることができる。
【００４３】
更に、本発明の水回転噴射装置は、広範な用途に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係る水回転噴射装置の概略平面図である。
【図２】同水回転噴射装置の縦断面図である。
【図３】同水回転噴射装置におけるロータの正面図である。
【符号の説明】
１ 軸
１０ ハウジング
１１ ベース（内部分）
１１ａ 筒状部分
１１ｂ フランジ部分
１２ ケーシング（外部分）
１３ 高圧水導入口
２０ ロータ
２０ａ 突出部分
２１ 凹部
２２ 水噴出口
２３ 流路
２３ａ 外路
２３ｂ 内路

Claims (3)

1. 軸に固定され、軸に沿って対向する筒状の内部分、及び内部分に間隔を置いて対向する筒状の外部分を有するハウジングと、このハウジングの内部分と外部分との間の空間にハウジングに対して回転可能に支持され、一端部が前記内部分と外部分との間の空間よりも突出する筒状のロータとを備え、前記ロータの突出部分とは反対側の端部に対向すると共にその端部外周のほぼ接線方向に水が噴射されるように前記ハウジングの外部分に少なくとも１個の高圧水導入口を設け、この高圧水導入口に対向してロータの端部外周に多数個の凹部を形成し、前記ロータの突出部分に複数個の水噴出口を設け、前記凹部と水噴出口とを連通する環状の流路を設け、
   前記環状の流路は、ロータの外周面とハウジングの外部分の内周面との間隙により形成された環状の外路と、ロータ内部に形成された環状の内路とからなり、前記高圧水導入口から導入された高圧水は、ロータの凹部に当たり、前記環状の外路及び環状の内路を順に通過し、ロータの水噴出口から噴射されることを特徴とする水回転噴射装置。
2. 前記高圧水導入口は２個設けられ、一方の高圧水導入口は、当該導入口からの噴射水によりロータを一方向に回転させるようにロータの端部外周の凹部に対して開口し、他方の高圧水導入口は、当該導入口からの噴射水によりロータを反対方向に回転させるようにロータの端部外周の凹部に対して開口することを特徴とする請求項１記載の水回転噴射装置。
3. 前記凹部は、半球形状であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の水回転噴射装置。

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