JP5846685B2 - 流体噴射装置 - Google Patents

Description

本発明は、流体噴射装置に関するものであり、例えば、落下する粉体又は粒状体に対して、同一（１本）の配管から多方向へ向かって水等の流体を均一に噴射するための装置に関するものである。

同一の配管を通じて多方向へ流体を噴射する場合、具体的には、１本の配管に複数の噴射ノズルを取り付け、当該配管を中心として放射状に等圧、等流量で水を噴射（噴霧）する場合には、１本の配管を分岐して複数の分岐管を設け、各分岐管に噴射ノズルを取り付ける構造とするのが一般的である。

しかし、このように配管を直接分岐すると、配管分岐部における管の偶角部において乱流が発生したり、水頭損失などが生じたりして、すべての噴射ノズルから噴射する流体を均等な流体圧及び流量にコントロールすることは困難である。

また、１本の配管に対して、放射形状に複数の噴射ノズルを設けた流体噴射部を、上下方向（高さ方向）に複数段並べて配置した場合には、各段の流体噴射部に対して流体供給用の配管をそれぞれ連通させる必要がある。

このような構成の流体噴射装置では、横方向あるいは斜め方向から配管を行うのが一般的であるが、このような配管を行いたくない場合もある。例えば、流体噴射装置の周囲に、流体の噴射対象となる物体（例えば、粉体や粒状体）を落下させながら、流体噴射を行う場合には、横方向あるいは斜め方向からの配管に物体が衝突するため、できるだけ横方向あるいは斜め方向からの配管を減らす必要がある。また、横方向あるいは斜め方向からの配管が複数ある場合には、配管が複雑に入り組むため、メンテナンスが難しくなるばかりでなく、美観を損なうという問題もある。

そこで、上下方向に複数段の流体噴射部を並べて設ける場合には、縦方向に配管することが考えられるが、縦方向の配管が各段の流体噴射部に設けた放射状の配管と干渉してしまい、結局、縦方向の配管を行うことができないことが多い。

従来、複数の噴射口から流体を噴射する際に、均一に流体を噴射するための技術が種々提案されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。特許文献１に記載された技術は、ノズルへの供給量に対して噴射量を増量可能とし、また、幅方向の噴射分布を均一とすることを目的としたものである。この技術は、流体供給管に接続する流入路にオリフィスを設け、当該オリフィスに近接した下流側位置の周壁に周囲の流体を吸い込む吸込孔を設けたものである。そして、流入路の下流端に流路軸線方向と直交する幅方向に広がる第１チャンバーを連通し、さらに第１チャンバーを幅方向全長に亙って同様な形状の第２チャンバーに対して第１スリット部を介して連通し、第２チャンバーに流入する流体を幅方向に均一化させ、第２チャンバーの先端を噴射孔となる第２スリット部に連通した構造となっている。

特許文献２に記載された技術は、供給口から距離の異なる複数の噴射口を設けた場合に、各噴射口間で均一な流量分布でかつ十分な流量を得ることができる噴射ノズルを提供することを目的としたものである。この技術は、供給口から距離の異なる複数の噴射口群への流体の流路を、軸心の周りに多重に配設した円管で区画される各空隙に分岐させて、各噴射口群への流体の流路となる各空隙の断面積をほぼ等しくした構造となっている。

特開２００３−２０５２５６号公報 特開２００６−１６７５３１号公報

上述したように、同一の配管に複数の噴射ノズルを取り付け、当該配管を中心として放射状に等圧、等流量で水を噴射（噴霧）することは容易ではなく、特許文献１及び特許文献２等のように種々の工夫がなされている。

しかし、特許文献１に記載された技術は、鋼板上の水切り又はダスト飛ばし、鋼板の空冷等に用いる気体ノズルや、ＰＣＢの水中エッチングや銅メッキ液の攪拌等に用いる液体ノズルに適用する技術であり、同一の配管に複数の噴射ノズルを取り付け、当該配管を中心として放射状に等圧、等流量で流体を噴射（噴霧）することを目的としたものではない。したがって、特許文献１に記載された技術が、チャンバーを有していたとしても、これをそのまま適用して、落下する粉体又は粒状体に対して、同一の配管を中心として放射状に等圧、等流量で流体を噴射（噴霧）することはできない。

また、特許文献２に記載された技術は、油浴中でリング状部材を冷却するための冷却装置や、ローラテーブル上を走行する板材を冷却するための冷却装置に用いる噴射ノズルに適用する技術であり、同一の配管に複数の噴射ノズルを取り付け、当該配管を中心として放射状に等圧、等流量で流体を噴射（噴霧）することを目的としたものではない。したがって、特許文献２に記載された技術が、供給口から距離の異なる複数の噴射口への流体の流路を、軸心の周りに多重に配設した構造を有していたとしても、これをそのまま適用して、落下する粉体又は粒状体に対して、同一の配管を中心として放射状に等圧、等流量で流体を噴射（噴霧）することはできない。

本発明は、上述した事情に鑑み提案されたもので、同一の配管に複数の噴射ノズルを取り付けて、落下する粉体又は粒状体に対して流体を噴射する場合に、各噴射ノズルから等圧、等流量で流体を噴射することが可能な流体噴射装置を提供することを目的とする。

本発明の流体噴射装置は、上述した目的を達成するため、以下の特徴点を備えている。すなわち、本発明の流体噴射装置は、落下する粉体又は粒状体に対して、同一の配管から複数方向へ流体を噴射する流体噴射部を有する流体噴射装置であって、流体噴射部は、上下方向に複数段配設されており、各段の流体噴射部は、配管に接続された複数の噴射ノズルと、配管と前記複数の噴射ノズルとの間に設けられ、各噴射ノズルからそれぞれ噴射する流体圧を均一にするための流体貯留部とを備えている。

このような構成からなる流体噴射装置では、配管を介して水等の流体が供給され、複数の噴射ノズルからそれぞれ流体が噴射（噴霧）される。この際、各噴射ノズルからそれぞれ噴射する流体は、配管と複数の噴射ノズルとの間に設けた流体貯留部により、流体圧が調整されて均一となり、各噴射ノズルから等圧かつ等流量で噴射（噴霧）される。

そして、噴射ノズルは、流体貯留部の高さ方向において、中央から上端側に設置され、流体の供給元側に配設した最基端側の流体貯留部を除く各段の流体噴射部に流体を供給する配管は、他の流体噴射部を貫通して、それぞれ各段の流体噴射部に接続されていることを特徴とするものである。

また、上述した構成に加えて、各段の流体噴射部は、それぞれ独立して流体の噴射状態を調整可能とすることが好ましい。このような構成からなる流体噴射装置では、流体の噴射対象物の状態に応じて、各段の流体噴射部毎に流体を噴出させるか否か（噴射ノズルに流体を供給するか否か）、あるいは噴出させる流体量を調整することができる。

また、噴射ノズルを流体貯留部の中央から上端側（高さ方向）に設置することで、噴射停止時の流体貯留部内の水位を保つことが可能となり、噴射ノズルに流体を供給停止した後に改めて供給を開始する場合など、短時間で噴射ノズルに対して流体を等圧、等流量で供給することができる。

また、上述した構成に加えて、各流体噴射部に設けた複数の噴射ノズルは、当該流体噴射部の中心側からそれぞれ外向きに流体を噴射する構成とすることが可能である。このような構成からなる流体噴射装置では、流体の噴射対象物（落下する粉体又は粒状体）に対して、中心側から流体を等圧かつ等流量で噴射する。

本発明の流体噴射装置は、流体貯留部を備えているため、複数の噴射ノズルからそれぞれ噴出する流体の圧力が偏ることなく、すべての噴射ノズルにおいてほぼ均一な流体噴射圧とすることができる。特に、流体噴射部の中心側からそれぞれ外向きに流体を噴射する構造の噴射ノズルの場合には、限られたスペース内に複数の噴射ノズルを配設しなければならないため、従来の技術では、各噴射ノズルにおける流体噴射圧の調整が困難であったが、本発明の流体噴射装置によれば、各噴射ノズルにおける流体噴射圧を均一なものとすることができる。

また、流体貯留部を備えることで、容易に噴射ノズルの点数ならびに離隔を調整することが可能となり、（使用する噴射ノズルの）噴射角、噴射形状など、その特性に応じて最適な配設が可能となる。すなわち、噴射ノズルの離隔が適切でない場合（例えば、配設が近すぎる場合）には、噴射した流体が互いに干渉し合い、粉体又は粒状体に対して均一に流体を行き渡らせることができないが、本発明の流体噴射装置では、このような不都合を生じることがない。

また、複数段の各流体噴射部において、それぞれ独立して流体の噴射状態を調整可能な構成とした場合には、流体の噴射対象物（落下する粉体又は粒状体）の状態（含水比、粒径、落下量等）に応じて、各流体噴射部から噴射される流体量を調整することができる。

本発明の実施形態に係る流体噴射装置の構成を示す斜視図。 本発明の実施形態に係る多段式の流体噴射装置の構成を示す斜視図。 本発明の実施形態に係る流体噴射装置を適用した加水装置の構成を示す模式図。

以下、図面を参照して、本発明に係る流体噴射装置の実施形態を説明する。図１及び図２は本発明の実施形態に係る流体噴射装置を示すもので、図１は流体噴射装置の構成を示す斜視図、図２は多段式とした流体噴射装置の構成を示す斜視図である。また、図３は本発明の実施形態に係る流体噴射装置を適用した加水装置の構成を示す模式図である。

なお、以下の説明では、水を放射状に噴霧する流体噴射装置について説明するが、噴射する流体は水に限られず、流動性を有する物質であればどのような流体であってもよく、例えば、コンクリート混和剤（空気連行剤、減水剤、凝結・硬化調節剤、増粘剤、発泡剤・起泡剤等の溶液）等、種々の流体に適用することができる。

また、本実施形態の噴射ノズルは、水を微粒子状に噴射（噴霧）するようになっているが、噴射する流体は必ずしも微粒子状である必要はない。本実施形態では、噴射ノズルから噴霧する水粒子の径は、例えば、約１０〜４００μｍである。また、噴霧する水の圧力は、例えば、約０．０５〜１．０ＭＰａである。

＜流体噴射装置＞
本発明の実施形態に係る流体噴射装置１００は、図１に示すように、落下する粉体又は粒状体に対して、１本の給水配管１０に接続された複数の噴射ノズル２０から水を噴射（噴霧）するための装置であり、円筒状の流体貯留部３０の外周面に等間隔で複数の噴射ノズル２０が取り付けられており、流体貯留部３０には、１本の給水配管１０が接続されている。図１に示す例では、流体貯留部３０及びこれに取り付けられた複数の噴射ノズル２０により、流体噴射部４０が形成される。

この流体噴射装置１００では、給水配管１０から供給される水が、流体噴射部４０において流体貯留部３０に貯留されるので、流体貯留部３０の全体にわたって等圧となり、流体貯留部３０の外周面に取り付けられた噴射ノズル２０から、それぞれ等圧かつ等流量で噴射される。

＜多段式流体噴射装置＞
また、図２に示すように、流体噴射装置１００を多段式とすることが可能である。すなわち、本発明の実施形態に係る多段式流体噴射装置１１０は、上下方向に配設した複数段の流体噴射部４０を備えており、各段の流体噴射部４０には、複数の噴射ノズル２０及び流体貯留部３０が設けられている。また、各段の流体噴射部４０に水を供給する給水配管１０は、流体噴射部４０を貫通して他の流体噴射部４０に接続されている。

この多段式流体噴射装置１１０では、上下方向に設けた複数段の流体噴射部４０に設けた複数の噴射ノズル２０から、流体が等圧かつ等流量で噴射（噴霧）される。この際、各流体噴射部４０は、それぞれ独立して流体の噴射状態を調整可能とすることが好ましい。すなわち、各流体噴射部４０に水を供給する給水配管１０の途中にそれぞれ開閉弁５０を設け、開閉弁５０の開度を調整することにより、各段の流体噴射部４０毎に水を噴出させるか否か（噴射ノズル２０に水を供給するか否か）、あるいは供給する水量を調整することができる。なお、図示しないが、開閉弁５０の下流側には、給水配管１０の水圧を測定するために、水圧計を取り付けることが好ましい。さらに、開閉弁５０の操作時における流体貯留部３０並びに給水配管１０内の水位を保つために、逆止弁を取り付けることが好ましい。

＜加水装置の概要＞
本発明の実施形態に係る流体噴射装置１００を適用可能な加水装置２００は、図３に示すように、略円筒形状の落下部２１０を備えており、この落下部２１０の上方に供給部２２０を配置している。本実施形態の供給部２２０は、ホッパー２２１、スクリューコンベア２２２及び攪拌部２２３等を有する定量供給装置からなり、ベントナイト又は空練りされたベントナイト混合土（以下、両者をベントナイト混合土２３０と総称する）をホッパー２２１に蓄え、このベントナイト混合土２３０を定量供給装置により、落下部２１０内に定量的に落下させる。落下部２１０には、ホッパー２２１の直下に位置するように拡散装置２４０が設けられており、この拡散装置２４０により、ベントナイト混合土２３０が同心円状に広がって、落下部２１０内を鉛直に落下する。

また、落下部２１０内には、落下するベントナイト混合土２３０に対して、内側及び外側から水を噴霧するための流体噴射装置が設けられている。そして、内側に配置された流体噴射装置として、上述した本実施形態の多段式流体噴射装置１１０を利用している。なお、図３では、内外の流体噴射装置に水を供給する給水配管１０が、内外それぞれ１本ずつとなっているが、実際には、図２に示すように、各段の流体噴射部４０毎に独立した給水配管１０が接続されている。また、図２に示すように、各給水配管１０にはそれぞれ開閉弁５０が設けられており、各段の流体噴射部４０において、それぞれ独立して水の供給状態を調整することができるようになっている。このような流量調整は、外側の流体噴射装置においても同様に行うことが可能である。

なお、以下の説明では、粉体又は粒状体の代表例としてベントナイト又はベントナイト混合土について説明するが、本発明を適用する粉体又は粒状体はこれに限られるものではなく、セメントのように、他の粉体や、その混合物からなる粒状体にも適用することができる。なお、本実施形態が対象とする粉体とは、粒径がおよそ１ｍｍ未満程度の固体粒子のことであり、また、本実施形態が対象とする粒状体とは、粒径がおよそ１ｍｍ〜２０ｍｍ程度の固体粒子のことである。

落下部２１０には、同心円状に広がって自由落下するベントナイト混合土２３０の内側及び外側に位置するように、かつ、落下部２１０の高さ方向に沿って、流体噴射装置（複数段の流体噴射部４０）が設けられている。この流体噴射装置には、各段の流体噴射部４０毎に複数の噴射ノズル２０が設けられており、この噴射ノズル２０から、自由落下するベントナイト混合土２３０に対して微粒子状の水を噴射（噴霧）することにより、ベントナイト混合土２３０と水とを接触させる。この際、自由落下中のベントナイト混合土２３０が水の噴射圧によって飛散しないように、噴射ノズル２０は、同心円の内外からベントナイト混合土２３０を挟み込む位置に配置して加水を行う。これにより、落下部２１０内を自由落下するベントナイト混合土２３０が、所望の状態となるまで加水される。

＜供給部＞
供給部２２０は、図３に示すように、落下部２１０の上部に設けられたホッパー２２１と、ホッパー２２１の下部に設けられた定量供給装置とからなる。ホッパー２２１は、ベントナイト混合土２３０を貯留できればどのような形状であってもよいが、本実施形態では、下向きに縮径した円錐状となっており、下端部に排出口が設けられている。なお、ホッパー２２１の形状や容量は、加水処理を行うベントナイト混合土２３０の処理量等、処理現場の状況に応じて適宜変更することができる。

＜定量供給装置＞
定量供給装置は、例えば、ホッパー２２１の下部に設けられたスクリューコンベア２２２と、スクリューコンベア２２２の回転軸を回転駆動するためのモータ（図示せず）とを備えており、さらに、ホッパー２２１内に貯留したベントナイト混合土２３０を攪拌するための攪拌部２２３を備えることが好ましい。

この定量供給装置では、スクリューコンベア２２２を等速回転させることにより、ホッパー２２１内に貯留されたベントナイト混合土２３０が、排出口から定量的に排出される。なお、定量供給装置は、スクリューコンベア２２２及びその付属機器に限定されるものではなく、ベントナイト混合土２３０を定量供給できる装置であれば、ピストン式、ダイヤフラム式、プランジャ式、スネーク式等、どのような構造であってもよい。

＜落下部＞
落下部２１０は、図３に示すように、架台２５０上に載置された円筒状の部材であり、ベントナイト混合土２３０を自由落下させる間に、所定量の加水を行うことができる高さを有している。落下部２１０の形状、径及び高さは、加水処理を行うベントナイト混合土２３０の処理量等、処理現場の状況に応じて適宜変更することができる。

＜拡散装置＞
拡散装置２４０は、図３に示すように、下向きに拡径したコーン状の部材であり、供給部２２０の直下に設けられた円筒状の拡散部２４１内に収容されている。供給部２２０から供給されるベントナイト混合土２３０は、拡散装置２４０により同心円状に広がり、落下部２１０内を自由落下する。また、拡散装置２４０の下部には、拡散装置２４０と一体となって、ベントナイト混合土２３０を同心円状に広げるために、円筒状のスカート部２４２が設けられている。すなわち、ホッパー２２１の排出口から落下するベントナイト混合土２３０は、コーン状の拡散装置２４０により同心円状に広げられるが、この際、ベントナイト混合土２３０が拡散部２４１の内壁に衝突して跳ね返り、拡散装置２４０の径よりも内側へ広がることを防止するために、緩衝部として機能するスカート部２４２が設けられている。

＜噴射ノズル＞
本実施形態の噴射ノズル２０は、落下部２１０の略中心部と外周部の内外２系統に分かれており、落下部２１０の高さ方向（上下方向）に多段に配置されている。内側系統の噴射ノズル２０は、上述したように、本実施形態の多段式流体噴射装置１１０（図２参照）を用いている。すなわち、内側系統の噴射ノズル２０は、高さ方向に複数段（例えば４〜８段）に設けられた流体噴射部４０に取り付けられている。また、各段の流体噴射部４０には、落下部２１０の中心から外側に向かって同心円状で等間隔に複数箇所（例えば４〜８カ所）の噴射ノズル２０が取り付けられている。

一方、外側系統の各噴射ノズル２０は、内側系統の各噴射ノズル２０にそれぞれ対向する位置に配置されている。すなわち、外側系統の各噴射ノズル２０は、高さ方向に複数段（例えば４〜８段）の給水配管１０に取り付けられている。各段の給水配管１０には、落下部２１０の外側から中心に向かって同心円状で等間隔に複数箇所（例えば４〜８カ所）の噴射ノズル２０が取り付けられている。なお、噴射ノズル２０の向きは、自由落下するベントナイト混合土２３０を拡散させないために略水平方向とすることが好ましいが、ベントナイト混合土２３０に対して満遍なく加水を行うために、下向きあるいは上向きに設置する場合もある。

本実施形態では、各段の流体噴射部４０毎に、噴射ノズル２０から噴射される水量の調整を行い、あるいは水を噴射する流体噴射部４０の段数を増減することにより、加水量を調整することができる。具体的には、所望の加水量となるように水圧を調整したり、各流体噴射部４０の給水配管１０に設けた開閉弁５０を開閉することにより使用する流体噴射部４０の段数を調整したりすればよい。

上述したように、本発明に係る流体噴射装置１００及び多段式流体噴射装置１１０によれば、円筒状の流体貯留部３０（バッファータンク）に貯留している流体を各噴射ノズル２０から直接噴射（噴霧）するため、各噴射ノズル２０にかかる流体圧や流量は均等であり、かつ容量の大きな流体貯留部３０（バッファータンク）を用いることにより、流体の供給配管（給水配管１０）の屈曲などによる流体の流れの乱れ（乱流状態）や、水頭損失などが生じにくい。

また、流体貯留部３０（バッファータンク）を貫通する形で各段への配管を縦方向に通すことができるため、横あるいは斜め方向からの配管を行いたくない場合であっても適用することできる。なお、外側の流体噴射装置では、給水配管１０がバッファータンクの役目を有しているが、外側の流体噴射装置においても、内側の流体噴射装置と同様にバッファ−タンクを設けてもよい。外側の流体噴射装置におけるバッファータンクは、例えば、給水配管１０を拡径すればよい。

また、この流体噴射装置１００を適用した加水装置２００によれば、例えば、ベントナイト又は予め空練りされたベントナイト混合土等の粉体又は粒状体に対して、水等の流体を多点的に噴射（噴霧）することができ、粉体又は粒状体の粒子と流体とを広く接触させることができる。

これにより、ベントナイト又はベントナイト混合土等の粉体又は粒状体が、団子状の塊となることがなく、また、粉体又は粒状体に流体を混合する装置の構造部位に付着する等の問題を生じさせることなく、均質に粉体又は粒状体に粉体を混合することが可能となる。したがって、流体を混合させた後の粉体又は粒状体の品質が向上するだけではなく、施工能率が向上するので、高品質かつ安価な加水装置２００を提供することが可能となる。

１００ 流体噴射装置
１１０ 多段式流体噴射装置
１０ 給水配管
２０ 噴射ノズル
３０ 流体貯留部
４０ 流体噴射部
５０ 開閉弁
２００ 加水装置
２１０ 落下部
２２０ 供給部
２２１ ホッパー
２２２ スクリューコンベア
２２３ 攪拌部
２３０ ベントナイト混合土
２４０ 拡散装置
２４１ 拡散部
２４２ スカート部
２５０ 架台

Claims (3)

1. 落下する粉体又は粒状体に対して、同一の配管から複数方向へ流体を噴射する流体噴射部を有する流体噴射装置であって、
   前記流体噴射部は、上下方向に複数段配設されており、
   各段の流体噴射部は、前記配管に接続された複数の噴射ノズルと、
   前記配管と前記複数の噴射ノズルとの間に設けられ、各噴射ノズルからそれぞれ噴射する流体圧を均一にするための流体貯留部と、
   を備え、
   前記噴射ノズルは、前記流体貯留部の高さ方向において、中央から上端側に設置され、
   前記流体の供給元側に配設した最基端側の流体貯留部を除く前記各段の流体噴射部に流体を供給する配管は、他の流体噴射部を貫通して、それぞれ各段の流体噴射部に接続されている、
   ことを特徴とする流体噴射装置。
2. 前記各段の流体噴射部は、それぞれ独立して流体の噴射状態を調整可能であることを特徴とする請求項１に記載の流体噴射装置。
3. 前記流体噴射部に設けた前記複数の噴射ノズルは、当該流体噴射部の中心側からそれぞれ外向きに流体を噴射することを特徴とする請求項１または２に記載の流体噴射装置。

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