JP3989079B2

JP3989079B2 - 吹付ノズル

Info

Publication number: JP3989079B2
Application number: JP08171398A
Authority: JP
Inventors: 光春大沢; 雅史藤; 正章小田; 忠則柴田; 治田中; 勉堀口
Original assignee: A&A Material Corp
Current assignee: A&A Material Corp
Priority date: 1998-03-27
Filing date: 1998-03-27
Publication date: 2007-10-10
Anticipated expiration: 2018-03-27
Also published as: JPH11276939A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、吹付ノズルに係り、特に水硬性セメント等のモルタルや高粘性のスラリー中に硬化促進剤等の低粘性の液体を分散しつつこれを吹き付けるためのノズルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の吹付ノズルを図９に示す。スラリーが導入されるパイプ１の先端部にノズル孔２が形成されると共に空気インジェクタ３が固設されている。ノズル孔２はパイプ１の中心軸に対して所定の角度をなして斜めに形成されており、空気インジェクタ３はノズル孔２と同軸上で且つノズル孔２に対向して配置されている。また、パイプ１にはノズル孔２と同じ側に、低粘性液体を導入するための注入口４が開口している。
【０００３】
図示しないスラリー貯蔵装置からポンプにより搬送用ホースを介してパイプ１内に高粘性のスラリーが送り込まれ、プラグ流となってノズル孔２へ向かう。一方、パイプ１の側部に形成された注入口４からは硬化促進剤等の低粘性液体がパイプ１内に供給され、流動するスラリーと共にノズル孔２へと向かう。スラリーと低粘性液体とがノズル孔２の近傍に至ると、空気インジェクタ３から噴出される圧縮空気によってノズル孔２から分散されつつ噴射される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このようにして吹付ノズルからスラリーと低粘性液体とが噴射されるが、図９に示されるように、パイプ１内を高粘性のスラリーが流動するために注入口４から注入された低粘性液体はパイプ１の内壁に沿ってノズル孔２へと流れ、そのまま図９におけるノズル孔２の下半部から噴射される。その結果、スラリー中に低粘性液体が均一に分散しにくくなるという問題があった。低粘性液体がスラリー中に均一に分散しないと、吹き付けられたスラリーの硬化時間が吹き付けパターン内でばらついてしまう。
【０００５】
図１０に示されるように、低粘性液体を導入するための注入口４をパイプ１の空気インジェクタ３側の側部に形成すると、今度は、低粘性液体がノズル孔２の上半部から噴射されてしまい、図９の吹付ノズルと同様に、スラリー中に低粘性液体を均一に分散することが困難となる。
また、図１１に示されるように、パイプ１の側部からパイプ１内に注入管５を突出させて形成し、注入管５の先端に開口する注入口４をパイプ１の中心軸上に配置すると、低粘性液体は流動するスラリーと共にパイプ１の中心軸に沿ってノズル孔２へ向かうが、今度は、ノズル孔２の中心部のみから噴射されてしまい、吹き付けパターンの周辺部には低粘性液体が良好に分散されなくなる。さらに、パイプ１内に注入管５が突出しているので、構造が複雑となって機械加工等に手間がかかったり、スラリーが注入管５に詰まりやすくなるという問題を生じてしまう。
【０００６】
この発明はこのような問題点を解消するためになされたもので、高粘性のスラリー中に低粘性の液体を良好に分散しつつこれを吹き付けることができる吹付ノズルを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る吹付ノズルは、スラリーが導入されるパイプと、パイプの先端部にパイプの中心軸に対して所定の角度をなして形成されたノズル孔と、その先端部がノズル孔に対向するようにパイプ内に突出して配置されると共に圧縮空気を噴出する空気インジェクタと、ノズル孔近傍のノズル内壁部に設けられた低粘性液体の複数の注入口と、低粘性液体を注入しないときにスラリーの圧力により複数の注入口を閉塞するガスケットとを備えたものである。
【０００８】
複数の注入口は、ノズル孔の中心軸の回りに環状に配置することができる。また、ガスケットを複数の注入口のそれぞれに別個に設けることもできる。あるいは、ガスケットとして、複数の注入口を閉塞する一枚の環状のガスケットを用いることもできる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１にこの発明の実施の形態１に係る吹付ノズルの構成を示す。スラリーが導入されるパイプ１１の先端部にパイプ１１の中心軸に対して所定の角度、例えば４５°の角度をなして斜めに開口部１２が形成されており、この開口部１２に環状の取付部材１３によりその前方からほぼ円錐台形状のノズル先端部材１４が装着されている。ノズル先端部材１４は、その前端面中央部にノズル孔１５を有している。パイプ１１の先端部には、ノズル孔１５と同軸上で且つノズル孔１５に対向して空気インジェクタ１６が配置されている。この空気インジェクタ１６は、パイプ１１に対して出し入れできるように前後方向に摺動可能に設けられている。また、スラリーの流れに対してノズル孔１５より上流側のパイプ１１の側部からパイプ１１内に注入管１７が突出形成され、注入管１７の先端に低粘性液体をパイプ１１内に導入するための注入口１８が開口している。また、パイプ１１内には、ノズル孔１５と注入口１８との間に二つのオリフィス１９及び２０がパイプ１１の長さ方向に間隔を隔てて配置されている。これらのオリフィス１９及び２０は、それぞれ偏心した位置に開口部２１及び２２を有している。
【００１１】
次に、この実施の形態１に係る吹付ノズルの作用について説明する。図示しないスラリー貯蔵装置からポンプにより搬送用ホースを介してパイプ１１内に高粘性のスラリーが送り込まれると共に注入口１８から硬化促進剤等の低粘性液体がパイプ１１内に供給され、さらに空気インジェクタ１６からノズル孔１５に向けて圧縮空気が噴出される。スラリーは、パイプ１１内をプラグ流となってノズル孔１５へ向かい、注入口１８から注入された低粘性液体は流動するスラリーと共にノズル孔１５へと向かう。このとき、パイプ１１内には注入口１８の下流側にオリフィス１９及び２０が配置されているため、スラリーと低粘性液体は、まず第１番目のオリフィス１９の開口部２１を通り、これにより撹拌混合される。その後、スラリーと低粘性液体は、第２番目のオリフィス２０の開口部２２を通ることによって、さらに均一に混合された状態でノズル孔１５へ向かうこととなる。
【００１２】
このようにして低粘性液体が均一に混合されたスラリーは、空気インジェクタ１６から噴出される圧縮空気によりノズル孔１５から噴射される。すなわち、高粘性のスラリー中に低粘性液体を良好に分散しつつ吹き付けることが可能となる。
【００１３】
なお、オリフィス１９及び２０の開口部２１及び２２は、例えば円形の場合には内径２５ｍｍのパイプ１１に対して７〜２０ｍｍ程度の径を有している。これらの開口部２１及び２２は、円形に限るものではなく、楕円や多角形等の形状とすることもできる。これらオリフィスは、金属から形成することもできるが、ゴム等の弾力性を有する材料から形成すれば、開口部が何らかの原因で詰まったとしてもスラリーの圧力により容易に且つ自然に詰まりが解消される。
一つのオリフィスだけでも効果があるが、オリフィスの数を増やすほど、また開口部の径が小さいほど、スラリー中への低粘性液体の分散性は向上する。複数のオリフィスを使用する際に、各オリフィスの開口部は、直線的あるいはスラリー流路に沿った状態に配置されていてもよく、あるいは図１に示されるように千鳥状に配置することもできる。
さらに、オリフィスの開口部を通過する際にスラリーと低粘性液体とが撹拌混合されるため、注入口１８をパイプ１１の中心軸付近に配置する必要はなく、図９及び図１０に示したように、パイプ１１内に注入管を突出させずに、注入口をパイプ１１の内面に開口させてもよい。このような注入口とすれば、構造が簡単になり、スラリーが注入口に詰まりにくくなる。
【００１４】
実施の形態２．
図２に実施の形態２に係る吹付ノズルの構成を示す。スラリーが導入されるパイプ３１の先端部にパイプ３１の中心軸に対して所定の角度、例えば４５°の角度をなして斜めに開口部３２が形成されており、この開口部３２に液体注入装置３３が装着されている。液体注入装置３３は、その一端が開口部３２内に挿入された円筒部材３４と、円筒部材３４の外周部に配置された環状部材３５とを有している。円筒部材３４には、その側壁を貫通する複数の注入口３６が形成されており、環状部材３５によってこの円筒部材３４の外周部に、複数の注入口３６を介して円筒部材３４の内部と連通する環状のチャンバ３７が形成されている。環状部材３５の外周部には液体注入用のホース３８が取り付けられ、このホース３８から環状部材３５の側壁を通してチャンバ３７内に低粘性液体を導入することができるようになっている。
【００１５】
また、円筒部材３４の前端面と環状部材３５との間にほぼ円錐台形状のノズル先端部材３９が挟持されている。ノズル先端部材３９は、その前端面中央部にノズル孔４０を有している。パイプ３１の先端部には、ノズル孔４０と同軸上で且つノズル孔４０に対向して空気インジェクタ１６が前後方向に摺動可能に配置されている。
【００１６】
次に、この実施の形態２に係る吹付ノズルの作用について説明する。図示しないスラリー貯蔵装置からポンプにより搬送用ホースを介してパイプ３１内に高粘性のスラリーが送り込まれ、パイプ３１内をプラグ流となってノズル孔４０へと向かう。これと同時に、ホース３８を介して液体注入装置３３のチャンバ３７内に硬化促進剤等の低粘性液体が供給されると、環状のチャンバ３７内に充填された低粘性液体は、円筒部材３４に形成された複数の注入口３６を通って円筒部材３４の内部に注入される。このため、パイプ３１内を流れて円筒部材３４の内部に至ったスラリーの中に低粘性液体が均一に混合される。一方、空気インジェクタ１６からノズル孔４０に向けて圧縮空気が噴出され、これにより低粘性液体が混合されたスラリーはノズル孔４０から前方へ噴射される。このようにして、高粘性のスラリー中に低粘性液体を良好に分散しつつ吹き付けることが可能となる。
【００１７】
実施の形態３．
図３に実施の形態３に係る吹付ノズルの構成を示す。スラリーが導入されるパイプ４１の先端部にパイプ４１の中心軸に対して所定の角度、例えば４５°の角度をなして斜めに開口部４２が形成されており、この開口部４２の前方に液体注入装置４３が装着されている。液体注入装置４３は、パイプ４１に取り付けられた円筒部材４４と、円筒部材４４の内周部に装着され且つ円筒部材４４の内周面との間に環状のチャンバ４５を形成する断面コ字状の環状部材４６とを有している。これら円筒部材４４及び環状部材４６の前端部には取付部材４７によりほぼ円錐台形状のノズル先端部材４８が固定されている。ノズル先端部材４８は、その前端面中央部にノズル孔４９を有している。環状部材４６には、ノズル孔４９とは反対側を向いた複数の注入口５０が形成されており、各注入口５０の外側にゴム等の弾力性を有する材料からなるガスケット５１が取り付けられている。図４に示されるように、複数の注入口５０は、ノズル孔４９の中心軸を中心とする同一の円周上に配列されており、それぞれの注入口５０に対応してガスケット５１が設けられている。また、円筒部材４４の外周部には液体注入用のホース５２が取り付けられ、このホース５２から円筒部材４４の側壁を通してチャンバ４５内に低粘性液体を導入することができるようになっている。パイプ４１の先端部には、ノズル孔４９と同軸上で且つノズル孔４９に対向して空気インジェクタ１６が前後方向に摺動可能に配置されている。
【００１８】
次に、この実施の形態３に係る吹付ノズルの作用について説明する。図示しないスラリー貯蔵装置からポンプにより搬送用ホースを介してパイプ４１内に高粘性のスラリーが送り込まれ、パイプ４１内をプラグ流となってノズル孔４９へと向かう。これと同時に、ホース５２を介して液体注入装置４３のチャンバ４５内に硬化促進剤等の低粘性液体が供給されると、環状のチャンバ４５内に充填された低粘性液体は、環状部材４６に形成された複数の注入口５０を通り、図５に示されるように、液体の注入圧でガスケット５１を湾曲させて環状部材４６の内側に注入される。このため、パイプ４１内を流れて開口部４２から環状部材４６の内側に至ったスラリーの中に低粘性液体が均一に混合される。一方、空気インジェクタ１６からノズル孔４９に向けて圧縮空気が噴出され、これにより低粘性液体が混合されたスラリーはノズル孔４９から前方へ噴射される。
【００１９】
なお、低粘性液体がガスケット５１を湾曲させて注入口５０から押し出されるように、液体の注入圧はスラリーの圧力よりわずかに高い値に設定されている。
この実施の形態３に係る吹付ノズルにおいては、各注入口５０の外側にガスケット５１が取り付けられているので、低粘性液体を注入しない場合であっても、スラリーが注入口５０を逆流してチャンバ４５内に侵入することがなく、スラリーの逆流による注入口５０やチャンバ４５の閉塞が防止される。
【００２０】
チャンバ４５の容積を３０ｃｍ^３とし、環状部材４６にそれぞれ直径３ｍｍの注入口５０を６個形成し、空気インジェクタ１６の先端の空気孔の直径を３ｍｍとして図３に示す吹付ノズルを製造し、圧縮空気圧力２ｋｇ／ｃｍ^２、スラリー流量３０ｌ／分、低粘性液体（硬化促進剤）の流量２．５ｌ／分の条件で実際に吹き付けの実験を行ってスラリーの硬化時間を計測したところ、吹き付けパターン内において硬化時間にほとんどばらつきがなく、低粘性液体がスラリー中に均一に分散していることがわかった。なお、低粘性液体の流量は０．５〜３．５ｌ／分の間で変化させても同様に硬化時間のばらつきは確認されなかった。
【００２１】
なお、複数の注入口５０のそれぞれに別個にガスケット５１を取り付けたが、これに限るものではなく、環状のガスケットを環状部材４６に取り付けて、複数の注入口５０を一枚のガスケットで閉塞するように構成することもできる。
【００２２】
実施の形態４．
図６にこの発明の実施の形態４に係る吹付ノズルの構成を示す。スラリーが導入されるパイプ６１の先端部にパイプ６１の中心軸に対して所定の角度、例えば４５°の角度をなして斜めに開口部６２が形成されており、この開口部６２に環状の取付部材６３によりその前方からほぼ円錐台形状のノズル先端部材６４が装着されている。ノズル先端部材６４は、その前端面中央部にノズル孔６５を有している。パイプ６１の先端部には、ノズル孔６５と同軸上で且つノズル孔６５に対向して空気／液体インジェクタ６６が配置されている。この空気／液体インジェクタ６６は、内管６７と外管６８とからなる二重管構造を有し、内管６７から圧縮空気が、内管６７と外管６８の間から低粘性液体がそれぞれノズル孔６５に向けて噴出されるようになっている。また、空気／液体インジェクタ６６は、パイプ６１に対して出し入れできるように前後方向に摺動可能に設けられている。
【００２３】
ここで、外管６８の先端の液体噴出口の内径Ｄ１はノズル孔６５の径Ｄ２の０．８倍以上の値に設定されている。また、空気噴出用の内管６７としては、内径１〜５ｍｍ、肉厚０．５〜３ｍｍ程度のものが使用される。
【００２４】
次に、この実施の形態４に係る吹付ノズルの作用について説明する。図示しないスラリー貯蔵装置からポンプにより搬送用ホースを介してパイプ６１内に高粘性のスラリーが送り込まれると共に空気／液体インジェクタ６６の内管６７から圧縮空気が、内管６７と外管６８の間から硬化促進剤等の低粘性液体がそれぞれパイプ６１内に供給される。スラリーはパイプ６１内をプラグ流となってノズル孔６５へ向かい、内管６７と外管６８の間から供給された低粘性液体がスラリーの中に混合されると同時にこの低粘性液体が混合されたスラリーは内管６７からノズル孔６５に向けて噴出される圧縮空気によってノズル孔６５から前方へ噴射される。このようにして、高粘性のスラリー中に低粘性液体を良好に分散しつつ吹き付けることが可能となる。
【００２５】
外管６８の内径Ｄ１＝１３．３ｍｍ、外径１７．３ｍｍ、内管６７の内径３ｍｍ、外径６ｍｍ、ノズル孔６５の径Ｄ２＝１４ｍｍとすることによりノズル孔の径Ｄ２に対する液体噴出口の内径Ｄ１の割合を０．９５倍に設定して吹き付けの実験を行い、スラリーの硬化時間を計測したところ、吹き付けパターン内において硬化時間にほとんどばらつきがなく、低粘性液体（硬化促進剤）がスラリー中に均一に分散していることがわかった。
【００２６】
また、上述した吹付ノズルにおいて外管６８を内径Ｄ１＝１１．４ｍｍ、外径１５．４ｍｍのものに取り替える以外は同一の条件で吹き付けの実験を行った。この場合のノズル孔の径Ｄ２に対する液体噴出口の内径Ｄ１の割合は０．８１４倍である。実験の結果、吹き付けパターン内において硬化時間にほとんどばらつきがなく、低粘性液体（硬化促進剤）がスラリー中に均一に分散していることがわかった。
【００２７】
これに対して、外管６８を内径Ｄ１＝９．８ｍｍ、外径１３．８ｍｍのものに取り替えることにより、ノズル孔の径Ｄ２に対する液体噴出口の内径Ｄ１の割合を０．７倍として同様の実験を行ったところ、吹き付けパターン内において低粘性液体（硬化促進剤）の分散が不均一となり、パターンの中央部に低粘性液体が集中し、パターンの周辺部には行き渡らなかった。
【００２８】
これらの実験から、ノズル孔の径Ｄ２に対する液体噴出口の内径Ｄ１の割合を０．８倍以上とすることでスラリー中への低粘性液体の均一な分散が可能であることが判明した。
【００２９】
なお、図６の吹付ノズルにおいては、空気／液体インジェクタ６６の内管６７の先端は外管６８の先端より引込んでいるが、この引込み量Ｌ１は３０ｍｍ以下であることが好ましい。逆に、図７に示されるように、内管６７の先端を外管６９の先端より前方へ突出させることもできる。この場合の突出量Ｌ２も３０ｍｍ以下であることが好ましい。また、図７及び図８に示される外管６９及び７０の先端部の内面は前方すなわちノズル孔６５に向かって開くようなテーパ形状となっており、このようにしても低粘性液体をスラリー中に良好に分散させることが可能となる。この場合、テーパ先端部の径が液体噴出口の内径Ｄ１として見なされる。
【００３０】
この実施の形態４の吹付ノズルは、スラリーのみを吹き付ける従来型のノズル本体を何ら改造することなく、空気インジェクタの代わりに二重管構造の空気／液体インジェクタを取り付けるだけで済み、またノズル本体に低粘性液体の注入口が存在しないため構造が簡単であり、詰まり等のトラブルも生じないという利点がある。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、ノズル孔近傍のノズル内壁部に低粘性液体の複数の注入口を設け、低粘性液体を注入しないときにスラリーの圧力により複数の注入口を閉塞するガスケットを設けることにより、高粘性のスラリー中に低粘性液体を良好に分散しつつノズル孔から吹き付けることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１に係る吹付ノズルを示す断面図である。
【図２】実施の形態２に係る吹付ノズルを示す断面図である。
【図３】実施の形態３に係る吹付ノズルを示す断面図である。
【図４】図３の吹付ノズルで用いられた環状部材を示す正面図である。
【図５】図３の吹付ノズルの動作状態を示す部分拡大図である。
【図６】実施の形態４に係る吹付ノズルを示す断面図である。
【図７】実施の形態４の変形例で用いられた空気／液体インジェクタを示す断面図である。
【図８】実施の形態４の他の変形例で用いられた空気／液体インジェクタを示す断面図である。
【図９】従来の吹付ノズルを示す断面図である。
【図１０】従来の他の吹付ノズルを示す断面図である。
【図１１】従来のさらに他の吹付ノズルを示す断面図である。
【符号の説明】
１１，３１，４１，６１パイプ
１２，３２，４２，６２開口部
１５，４０，４９，６５ノズル孔
１６空気インジェクタ
１８，３６，５０注入口
１９，２０オリフィス
２１，２２開口部
３７，４５チャンバ
５１ガスケット
６６空気／液体インジェクタ
６７内管
６８，６９，７０外管

Claims

スラリーが導入されるパイプと、
前記パイプの先端部にパイプの中心軸に対して所定の角度をなして形成されたノズル孔と、
その先端部が前記ノズル孔に対向するように前記パイプ内に突出して配置されると共に圧縮空気を噴出する空気インジェクタと、
前記ノズル孔近傍のノズル内壁部に設けられた低粘性液体の複数の注入口と、
低粘性液体を注入しないときにスラリーの圧力により前記複数の注入口を閉塞するガスケットと
を備えたことを特徴とする吹付ノズル。
前記複数の注入口は、前記ノズル孔の中心軸の回りに環状に配置された請求項１に記載の吹付ノズル。
前記ガスケットは、前記複数の注入口のそれぞれに別個に設けられた請求項２に記載の吹付ノズル。
前記ガスケットは、前記複数の注入口を閉塞する一枚の環状のガスケットである請求項２に記載の吹付ノズル。