JP6079958B2 - 粉粒体輸送装置及び粉粒体輸送方法 - Google Patents

Description

本発明は粉粒体輸送装置及び粉粒体輸送方法に関し、特に、エジェクター方式の粉粒体輸送装置及び粉粒体輸送方法に関する。

従来、高速流体をノズルから噴出し、その伴流によって吸引させるエジェクター効果を利用した粉粒体輸送装置が広く使用されている。この種の粉粒体輸送装置は、構造がシンプルである、粉粒体の連続供給が可能である、等の優れた特性を有している。エジェクターは流体を高速で噴出するエジェクターノズルを備え、当該流体の噴出方向と交差する方向に設けられた吸引口から被混合物を吸引する。被混合物が粉粒体である場合、吸引口は例えば、鉛直上方に配置され、当該吸引口の上方に粉粒体を貯蔵するホッパーが配置される。ホッパーに貯蔵された粉粒体は、重力と吸引力でエジェクターに供給され、エジェクターノズルから噴出された流体とともに下流側へ輸送される。

エジェクターによる粉粒体の輸送は、耐火物の溶射補修においてその利用が広がっている。耐火物の溶射補修の一般的方法として、シリコンやアルミニウム等の可燃性の金属粉体と耐火性の粉粒体からなる溶射材を酸素などの支燃性ガスをキャリアガスとして輸送する方式がある。この方式では、被補修面の熱を利用して可燃性粉体を燃焼させることで高温を得て、耐火性の粉粒体を被補修面に溶着させる。

このような耐火物の溶射補修では可燃物質と支燃物質が同一配管で搬送されるため、燃焼が逆方向に進む逆火が生じたり、配管内部における流れが攪乱された際の摩擦で生じる火花やスパークによって発火が生じたりする。これらは大きな爆発音を伴うほか、配管が損傷した場合、損傷した配管によって作業者が怪我をしたり、損傷した配管から噴き出る火炎で作業者がやけどをしたりする可能性がある。そのため、逆火や発火が生じた際に安全を確保するための溶射装置の構造についても種々の提案がなされている（例えば、特許文献１〜４等）。

例えば、特許文献１は、溶射材ホッパーの溶射材払出口からエジェクターまでの間に常に開放している外気連通部を設けた溶射装置を開示している。当該外気連通部は、逆火が発生した際に逆火を噴出させることで、逆火をホッパーに到達させない機能を有している。特許文献２は、本体に接続するホースにフランジを設けるとともに、当該フランジと対向する位置にストッパを設けることで、逆火の衝撃でホースが本体から離脱した際の安全を確保する溶射装置を開示している。また、この技術では、本体からのフランジの離脱をセンサが検知した際に、材料供給を停止する構成を採用している。特許文献３は、酸素供給ラインに緊急停止機構を設け、緊急時に酸素を確実に遮断する溶射装置を開示している。また、特許文献４は、逆火が発生した際にフットバルブを踏むだけでキャリアガスの供給を遮断する溶射装置を開示している。

特許第４９１５９０５号公報 特開２０１１−１４９０７８号公報 特開２０１２−１１１９７３号公報 実用新案登録第３１７３３１２号公報

実際の溶射補修においては、被補修面の状態によって溶射材の吐出量を調整することで作業効率が格段に高まることがある。例えば、煉瓦の目地や亀裂などの小さい範囲を高い精度で補修する場合、吐出量を少なくすることで作業効率を高めることが可能になる。一方、比較的広範囲の摩耗や剥離を補修する場合、吐出量を多くすることで短時間での溶射補修が可能になる。

溶射材等の粉粒体を搬送する粉粒体輸送装置における粉粒体の吐出量の制御方法として、定量切り出し装置などを用いてエジェクターへの粉粒体の供給量を制御する手法が考えられる。しかしながら、溶射の場合、エジェクターの能力に対して粉粒体である溶射材の供給量が極端に低下すると溶射材の流れが不安定になり、摩擦等による発火を生じやすくなる。また、定量切り出し機構の設置により粉粒体輸送装置自体の構造が複雑になるという問題もある。

また、定量切り出し装置等を用いない吐出量の制御方法としては、例えば、エジェクターノズルからデフューザーに向かって噴出される搬送用ガスの流速を変化させる方法、エジェクターノズル径を変化させたり、デフューザー径を変化させたりする方法、エジェクターより下流における配管の径や長さを変化させる方法等が考えられる。

エジェクターノズルからデフューザーに向かって噴出される搬送用ガスの流速を変化させる手法では、例えば、搬送用ガス流速を高めることで粉粒体の吐出量を増大させることができる。このような搬送用ガス流速の調整は、搬送用ガス流量の調整で実現可能である。しかしながら、エジェクター方式の場合、粉粒体の吐出量の変化は搬送用ガス量の変化に比較して小さい。すなわち、搬送用ガス流量を増やして粉粒体の吐出量を増加させた場合、搬送用ガス量に対する粉粒体の量の比（粉粒体量／搬送用ガス量）が低下する。これに対し、溶射の場合、適正な溶射施工体を得るための、搬送用ガス量に対する溶射材の量の比は溶射材吐出量が多くなる程大きくなる。したがって、搬送用ガス量を変化させて溶射材の吐出量を変化させる場合、好適な溶射条件を満足させることができなくなる。

一方、エジェクターノズル径を変化させる手法では、搬送用ガスの流速を変化させることができ、デフューザー径を変化させる手法では、エジェクター効果の作用量に影響を与えることができる。そのため、粉粒体の吐出量を制御することができる。しかしながら、この手法により粉粒体の吐出量を変えるためには、一旦粉粒体の搬送（すなわち、溶射作業）を停止し、エジェクター部を分解して部品を交換する必要があり、煩雑な作業となる。また、目的の粉粒体吐出量に応じたエジェクターノズルやデフューザーをあらかじめ用意する必要があり、非効率的であった。

さらに、エジェクターより下流における配管の径や長さを変化させる手法では、例えば、エジェクターに接続されるホースの長さや、ホースに接続するランスの長さを長くしたり、ホースの内径や、ランスの粉粒体吐出孔の内径を細くしたりすることで吐出量を低下させることができる。また、エジェクターより下流側の粉粒体搬送経路に接続できる内径の異なるいくつかの抵抗部材を準備し、目的に応じて適正な径の抵抗部材を選択して配管に配置することで吐出量を低下させることもできる。しかしながら、この手法であっても、粉粒体の吐出量を変えるためには、一旦粉粒体の搬送を停止し、ホースやランス等の配管を交換する必要があり、煩雑な作業となる。また、目的の粉粒体吐出量に応じた部材をあらかじめ用意するが必要があり、非効率的であった。加えて、溶射では、配管部材の径や長さは作業上の取り扱いから制約があり、大幅に変更することは困難である。

以上のように、エジェクター方式による粉粒体輸送において、粉粒体吐出量の制御を簡便に行える方法は存在しなかった。

本発明は、上記従来の事情を鑑みて提案されたものであって、エジェクター方式による粉粒体輸送において、簡便な制御により、広い範囲で粉粒体の輸送量を変更でき、流体／粉粒体比も広範囲で調整できる、粉粒体輸送装置及び粉粒体輸送方法を提供することを目的とする。

発明者らはエジェクター方式における粉粒体輸送量の制御方法について検討し、エジェクターノズルに供給する搬送用流体に加えてエジェクターより下流の配管から調整用流体を導入することで粉粒体吐出量が減少し、また、それぞれの流体の流量比を調整することで粉粒体輸送量を制御できること見いだした。エジェクター方式を使用して粉粒体輸送を行う際、一般的には、搬送用流体の量を小さく抑えるとともに、搬送される粉粒体を多くする方法が検討されてきた。これに対し、本発明は、このような一般常識とは逆の発想で、あえて粉粒体輸送量を小さくしようとするものである。

すなわち、本発明に係る粉粒体輸送装置は、粉粒体を搬送用流体とともに搬送する粉粒体輸送装置であって、エジェクター及び複数の調整用流体導入部を備える。エジェクターはエジェクターノズルを備え、エジェクターノズルから搬送用流体を高速で噴出して、エジェクター効果により搬送用流体と粉粒体とを混合して下流側へ送出する。複数の調整用流体導入部は、エジェクターの下流側に設けられ、搬送用流体に混合される流体であって搬送用流体との混合により粉粒体の輸送量を制御する調整用流体を導入する。

この粉粒体輸送装置では、調整用流体導入部から調整用流体を導入することで、粉粒体輸送量を制御することができる。そのため、目的の輸送量に合わせた調整用配管部材等の変更を実施する必要がなく、これらの部材をあらかじめ用意する必要もない。また、粉粒体の輸送を中断することなく輸送量を制御することが可能である。

上記粉粒体輸送装置では、エジェクターの上方に、搬送用流体に混合される粉粒体が収容されるホッパーを設けることができる。また、１又は複数の調整用流体導入部へ調整用流体を供給する複数の調整用流体導入管のそれぞれには、調整用流体の導入及び導入停止を切り替える開閉弁を備えることが好ましい。

一方、他の観点では、本発明は、粉粒体を搬送用流体とともに搬送する粉粒体輸送方法を提供することもできる。すなわち、本発明に係る粉粒体輸送方法では、まず、エジェクターノズルを備えるエジェクターにおいて、エジェクターノズルから搬送用流体が高速で噴出され、エジェクター効果により混合された搬送用流体と粉粒体とが下流側へ送出される。そして、エジェクターの下流側に設けられた複数の調整用流体導入管を通じて、搬送用流体に混合される調整用流体を導入され、粉粒体の輸送量が制御される。

この粉粒体輸送方法において、搬送用流体の流量に対する、複数の調整用流体導入管から導入される調整用流体の総流量の比Ｒは、例えば、０＜Ｒ≦１．５の範囲とすることができる。より好ましくは、０＜Ｒ≦１．０の範囲である。このような範囲とすることで、粉粒体輸送量が著しく減少して、輸送が不可能になることを避けることができる。

本発明によれば、エジェクター方式による粉粒体輸送において、簡便な制御により、広い範囲で粉粒体の輸送量を変更することができ、また、流体／粉粒体比も広範囲で調整することができる。

本発明の一実施形態における粉粒体輸送装置を示す図 本発明の一実施形態における粉粒体輸送装置の調整用流体導入部を示す図 本発明の一実施形態における調整用酸素流量と溶射材吐出量との関係を示す図 本発明の一実施形態における総酸素流量と溶射材吐出量との関係を示す図 本発明の一実施形態における搬送用酸素流量に対する調整用酸素流量の比と溶射材吐出量との関係を示す図 本発明の一実施形態における調整用流体導入部の配置と輸送量制御特性との関係を示す図 本発明の一実施形態における粉粒体輸送装置の他の調整用流体導入部を示す図 本発明の一実施形態における粉粒体輸送装置のさらに他の調整用流体導入部を示す図 本発明の一実施形態における調整用流体導入部の構造と輸送量制御特性との関係を示す図 本発明の一実施形態における搬送用流体導入系及び調整用流体導入系の他の例を示す図

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながらより詳細に説明する。以下の実施形態では、金属シリコン粉末及び耐火性の粉粒体の混合物で構成された溶射材(粉粒体)を酸素ガス（搬送用流体）とともに搬送し、各種工業炉等の被施工体に吹き付けて溶射体を得る粉粒体輸送装置により本発明を具体化している。

図１は、本発明の一実施形態における粉粒体輸送装置を示す概略図である。図１に示すように本実施形態の粉粒体輸送装置１００は、固気混合部としてエジェクター３を備えるエジェクター式輸送機構により構成されている。

エジェクター３は、エジェクターノズル４と、当該エジェクターノズル４に対向して配置された、下流方向に向かって拡開するデフューザー（混合管）５とを備える。エジェクターノズル４は、その先端からデフューザー５に向けて高速で流体を噴射する。当該噴射流体による吸引作用（エジェクタ効果）により、流体噴射方向と交差する方向（ここでは上方）に配置された吸引口６から粉粒体を吸引する。エジェクターノズル４から噴射された流体と吸引された粉粒体はデフューザー５において混合され、下流側へ送出される。

本実施形態では、吸引口６には、ホッパー１が接続されており、当該ホッパー１内に金属シリコン粉末及び耐火性の粉粒体の混合物で構成された溶射材（粉粒体）が収容される。溶射材の供給と停止はホッパー１の下端に設けられたシャッター２の開閉により切り替えることができる。

デフューザー５の下流側に配置されたエジェクター３の吐出口にはホース７ａが接続され、当該ホース７ａの他端に第１調整用流体導入部８が接続されている。また、第１調整用流体導入部８の下流側端部にはホース７ｂが接続され、当該ホース７ｂの他端に第２調整用流体導入部９が接続されている。さらに、第２調整用流体導入部９の下流側端部にはホース７ｃが接続され、当該ホース７ｃの他端に、先端にＴ字型のランスチップ１０ａを備える溶射ランス１０が接続されている。なお、図１では、説明のため、エジェクター３、ホース７ａ、第１調整用流体導入部８、ホース７ｂ、第２調整用流体導入部９及びホース７ｃは、断面図として表示している。なお、ホース７ａ、ホース７ｂ及びホース７ｃには、粉粒体輸送装置に使用される公知の任意のホースを使用することができる。

エジェクターノズル４には、エジェクター３から溶射ランス１０へ溶射材を搬送する搬送用流体を構成する支燃性ガスをエジェクターノズル４へ供給する搬送用流体供給系が接続されている。特に限定されないが、本実施形態では、搬送用流体として酸素（純酸素）ガスを使用している。そのため、搬送用流体供給系は、酸素ガスを収容するタンク１７及び当該タンク１７内の酸素ガスをエジェクターノズル４へ供給する搬送用流体導入管１１を備える。搬送用流体導入管１１には、上流側から順に、圧力計１６、圧力調整器１５、流量調整器付流量計１４、圧力計１３及び開閉弁１２が設けられている。これにより、所定流量（所定圧力）の酸素ガスをタンク１７からエジェクターノズル４に供給することができる。なお、開閉弁１２を設けることなく、例えば、流量調整器付流量計１４の流量を低下させることにより、搬送用酸素ガスの導入及び導入停止を切り替えることも可能であるが、応答性の観点から開閉弁１２を設けることが好ましい。

一方、第１調整用流体導入部８には、上述の搬送用流体に混合される調整用流体を第１調整用流体導入部８へ供給する調整流体供給系が接続されている。調整用流体は、搬送用流体に混合されることで搬送用流体と一体となって、溶射材を下流側へ搬送する。特に限定されないが、本実施形態では、搬送用流体として酸素（純酸素）ガスを使用している。また、本実施形態では、当該酸素ガスを上述のタンク１７から供給する構成になっている。すなわち、第１調整用流体導入部８の分岐端（調整用流体が導入される端部）には、上述の圧力調整器１５と流量調整器付流量計１４との間に他端が接続された第１調整用流体導入管２１が接続されている。当該第１調整用流体導入管２１には、上流側から順に、流量調整器付流量計２４、圧力計２３及び開閉弁２２が設けられている。これにより、所定流量（所定圧力）の酸素ガスを、タンク１７から第１調整用流体導入部８に供給することができる。

同様に、第２調整用流体導入部９には、上述の搬送用流体に混合される調整用流体を第２調整用流体導入部９へ供給する調整流体供給系が接続されている。特に限定されないが、本実施形態では、搬送用流体として上述のタンク１７から供給される酸素（純酸素）ガスを使用している。すなわち、第２調整用流体導入部９の分岐端（調整用流体が導入される端部）には、上述の圧力調整器１５と流量調整器付流量計１４との間に他端が接続された第２調整用流体導入管３１が接続されている。当該第２調整用流体導入管３１には、上流側から順に、流量調整器付流量計３４、圧力計３３及び開閉弁３２が設けられている。これにより、所定流量（所定圧力）の酸素ガスを、タンク１７から第２調整用流体導入部９に供給することができる。

なお、開閉弁２２や開閉弁３２を設けることなく、例えば、流量調整器付流量計２４や流量調整器付流量計３４の流量を低下させることにより、酸素ガスの導入及び導入停止を切り替えることも可能であるが、応答性の観点から開閉弁２２及び開閉弁３２を設けることが好ましい。

図２（ａ）及び図２（ｂ）は、本実施形態における第１調整用流体導入部８の構造を示す概略図である。図２（ａ）に示すＡ−Ａ線に沿う断面が図２（ｂ）に対応し、図２（ｂ）に示すＢ−Ｂ線に沿う断面が図２（ａ）に対応する。特に限定されえないが、本実施形態では、第２調整用流体導入部９も同一の構造を有している。

図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、第１調整用流体導入部８は、ＳＵＳ（ステンレス鋼板：Steel Use Stainless）により作製された、溶射材の搬送方向に沿う軸心を有するリング状部材４１から構成される。図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、リング状部材４１は、その壁面を貫通する調整用流体導入口４２を有している。この例では、調整用流体導入口４２は溶射材搬送方向と直角に形成されており、内径は９ｍｍになっている。なお、調整用流体導入口４２はリング状部材４１の壁面の、溶射材搬送方向の中央部１箇所に設けられている。上述の第１調整用流体導入管２１は、調整用流体導入口４２に接続されており、酸素ガス（調整用流体）は調整用流体導入口４２を通じて溶射材が搬送されるリング状部材４１の内部に導入される。

なお、本実施形態では、輸送管７を構成するホース７ａ、ホース７ｂ及びホース７ｃの長さはそれぞれ０．３ｍ、１５ｍ、０．３ｍである。また、各ホース７ａ及びホース７ｃの内径はともに２５ｍｍであり、ホース７ｂの内径は、２５ｍｍのもの（吐出量が少ない場合）と３２ｍｍのもの（吐出量が多い場合）とを適宜使用した。ホース７ｃに接続する溶射ランス１０の内径は１８ｍｍ、長さは３ｍである。また、ランスチップ９ａの開口径は１６ｍｍである。

上述の構成を有する粉粒体輸送装置１００では、第１調整用流体導入部８や第２調整用流体導入部９から調整用流体を導入することで、エジェクターノズル４に導入される搬送用流体の流量が同一であっても、粉粒体の輸送量を安定して低下させることが可能となる。また、搬送用流体の流量に対する調整用流体の流量の比Ｒ（＝調整用流体流量／搬送用流体流量）を定義すると、粉粒体輸送量の低下量は比Ｒの関数となるため、比Ｒを増大させることで粉粒体の輸送量を連続的に低下させることができる。

このように粉粒体輸送量が低下する原因は明らかでないが、定性的には、調整用流体を導入することで搬送用流体の流れが妨げられ、また、調整用流体導入部より下流側の流量が増すことによって、エジェクター３と調整用流体導入部８（あるいは、調整用流体導入部９）との間の圧力が増加し、その結果、エジェクター３による粉粒体吸引量が低下して粉粒体輸送量が低下するものと推測される。

図３は、粉粒体である溶射材を、搬送用流体である酸素ガスを使用して搬送する状況下において、搬送用流体である酸素ガス（以下、搬送用酸素という。）の流量及び第１調整用流体導入部８から導入する、調整用流体である酸素ガス（以下、調整用酸素という。）の流量を変化させたときの、溶射ランス１０からの溶射材の吐出量を示す図である。図３において、横軸が搬送用酸素の流量に対応し、縦軸が溶射材の吐出量に対応する。また、図３では、調整用酸素の流量を、０、５、１０、２０、４０Ｎｍ^３／ｈとした場合のそれぞれの溶射材吐出量を示している。なお、ここでは、タンク１７の圧力は１ＭＰａであり、圧力調整器１６により０．５ＭＰａに圧力を低下させた後、流量調整器付流量計１４、２４、３４により流量を調整している。また、溶射材は一般的なシリカ質のものであり、溶射材の組成は、ＳｉＯ_２成分が８０質量％、金属シリコン粉末が１５質量％、燃焼助剤、結晶化促進剤等の添加物が５質量％である。

図３に示すように、調整用酸素の流量が０Ｎｍ^３／ｈである場合、搬送用酸素の流量が減少するにつれて溶射材吐出量は減少し、搬送用酸素の流量が増大するにつれて溶射材吐出量は増大する。一方、調整用酸素を導入すると、導入する調整用酸素の流量が増大するにつれて、溶射材の吐出量は減少する。例えば、搬送用酸素流量が２０Ｎｍ^３／ｈ、調整用酸素流量が０Ｎｍ^３／ｈである場合の溶射材吐出量は１００ｋｇ／ｈであるのに対し、調整用酸素流量を５Ｎｍ^３／ｈである場合の溶射材吐出量は７０ｋｇ／ｈ程度である。すなわち、少量の調整用酸素を導入するだけで、溶射材吐出量を３０％程度減少させることができる。また、調整用酸素の流量を特定値に固定した状態で搬送用酸素の流量を減少させると、搬送用酸素の流量が減少するにつれて、溶射材の吐出量は減少する。

ところで、溶射の場合、適正な溶射体（施工体）を得るためには溶射材吐出量と酸素ガス（支燃性ガス）の流量には適切な範囲がある。図４は、溶射ランス１０における酸素ガスの流量と溶射材吐出量との関係、及び溶射材吐出量に対応する好適な酸素ガス流量の範囲を示す図である。なお、図４に示すデータは、図３に示すデータと同一であり、横軸の記述法のみが異なっている。

図４において、横軸は搬送用酸素の流量と調整用酸素とを合算した総酸素流量（すなわち、溶射ランス１０において溶射材を搬送している酸素の総流量）に対応し、縦軸は溶射材の吐出量に対応する。また、適切な溶射体が得られる好適な溶射材吐出及び酸素流量の範囲を図中に破線で示している。なお、適切な溶射体が得られる好適な溶射材吐出及び酸素流量の範囲は、溶射材中に含まれる金属粉末の種類、量、粒度や、添加剤の種類、量により変化するものであり、図中に示す好適範囲はあくまで特定の溶射材に対するものである。しかしながら、搬送用酸素流量の調整により得られる溶射材吐出量の傾きと、好適範囲の傾きとの傾向は、他の溶射材であっても同様である。

上述のように、コークス炉煉瓦の目地や亀裂等の小さい範囲を高い精度で溶射する場合は吐出量を少なくすることが好ましく、比較的広範囲の摩耗や剥離を補修するために溶射する場合は吐出量を多くすることが好ましい。しかしながら、図４に示す調整用酸素流量が０Ｎｍ^３／ｈの場合から理解できるように、搬送用酸素流量の調整により得られる溶射材吐出量の傾きに比較して好適範囲の傾きは大きくなっており、溶射材吐出量が１２０ｋｇ／ｈ、総酸素流量が３０Ｎｍ^３／ｈ付近でしか交差していない。すなわち、搬送用酸素流量を変動させるだけでは、例えば、溶射材吐出量が８０ｋｇ／ｈのように溶射材吐出量を低下させた状態において、溶射材吐出量と総酸素流量との関係を好適範囲内に維持することはできない。これに対し、調整用酸素流量を変化させた線では、例えば、調整用酸素流量が５Ｎｍ^３／ｈにおいて、総酸素流量が３０Ｎｍ^３／ｈ付近で溶射材吐出量が８０ｋｇ／ｈの場合の好適範囲内にすることができる。すなわち、搬送用酸素流量を調整し、かつ調整用酸素流量を調整することで、溶射材吐出量を低下させた場合にも、溶射材吐出量と総酸素流量との関係を好適範囲内に維持することが可能となる。

また、図５は、搬送用酸素流量に対する調整用酸素流量の比Ｒ（＝調整用酸素流量／搬送用酸素流量）と溶射材吐出量との関係を示す図である。図５において、横軸は比Ｒに対応し、縦軸は溶射材の吐出量に対応する。なお、図５に示すデータは、図３及び図４に示すデータと同一であり、横軸の記述法のみが異なっている。

図５から理解できるように、溶射材吐出量は比Ｒの関数となり、比Ｒを増大させることで溶射材吐出量を連続的に低下させることができる。この例の場合、比Ｒが１．５よりも大きくなると、エジェクター３における溶射材の混合が困難となり、図５に破線で示す範囲では溶射材を吐出することができなくなる。そのため、溶射の場合、比Ｒは１．５以下であることが好ましいといえる。なお、本発明を適用する場合、エジェクター３の最大能力を発揮できる状態を最大吐出量として、調整用流体を導入することで粉粒体の吐出量を当該最大吐出量から減少させる構成を採用することができる。一般に、大流量を取り扱うためには大きな部材が必要となるため、仮に、調整用流体の導入量を搬送用流体の導入量よりも大きくすると、調整用流体導入部８（あるいは、調整用流体導入部９）よりも下流側の配管を、エジェクター３の最大能力を発揮できる状態よりも、より大流量を扱うことができるように構成にする必要がある。そのため、比Ｒは１以下の状態で使用するようにし、さらに吐出量の低下が必要な特殊な状況では、配管材料の内径や長さの変更、配管への抵抗部材の装着等により、吐出量の低下を実現してもよい。

次いで、調整用流体の導入位置について説明する。図６は、第２調整用流体導入部９を使用して調整用酸素を導入した場合の溶射材吐出量を示す図である。図６において、横軸が搬送用酸素の流量に対応し、縦軸が溶射材の吐出量に対応する。また、図６では、調整用酸素の流量を０Ｎｍ^３／ｈとした場合、第１調整用流体導入部８から導入する調整用酸素の流量を５Ｎｍ^３／ｈとした場合、第１調整用流体導入部８及び第２調整用流体導入部９から導入する調整用酸素の流量をそれぞれ５Ｎｍ^３／ｈとした場合のそれぞれの溶射材吐出量を示している。図６及び図３から理解できるように、上述の配管構成では、いずれの調整用流体導入部を使用して調整用酸素を導入しても、ほぼ同様の作用効果を得ることができる。すなわち、調整用酸素の導入箇所は１箇所に限定されるものではなく、配管の状態や制御の簡便さに応じて、複数箇所から調整用酸素を導入してもよいといえる。なお、複数箇所から調整用酸素を導入する場合、上述の総酸素流量は各所から導入される調整用酸素流量の総和である。

続いて、調整用流体導入部の他の構成例について説明する。ここでは、上述の調整用流体導入部８（以下、調整用流体導入部８ａという。）に代えて他の構造を有する調整用流体導入部を配置し、調整用流体導入部の構造に起因する制御特性の差異の有無を評価している。

図７（ａ）及び図７（ｂ）は、他の調整用流体導入部８ｂの構造を示す概略図である。図７（ａ）に示すＣ−Ｃ線に沿う断面が図７（ｂ）に対応し、図７（ｂ）に示すＤ−Ｄ線に沿う断面が図７（ａ）に対応する。

図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、この調整用流体導入部８ｂは、ＳＵＳにより作成された、溶射材の搬送方向に沿う軸心を有する２つのリング状部材４１、４３及びこれらのリング状部材を同軸状に連結支持する連結材４５から構成される。図７（ｂ）に示すように内側リング状部材４３の外径は、外側リング状部材４１の内径より小さくなっており、内側リング状部材４３と外側リング状部材４１との間に、全周にわたってバッファー空間４６が設けられている。バッファー空間４６の溶射材の搬送方向に沿う両端は連結材４５により閉塞されている。

また、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、外側リング状部材４１は、その壁面を貫通する調整用流体導入口４２を有している。また、内側リング状部材４３は、その壁面を貫通する貫通孔４４を有している。この例では、調整用流体導入口４２及び貫通孔４４は溶射材搬送方向と直角に形成されており、内径は、それぞれ９ｍｍと２ｍｍになっている。なお、調整用流体導入口４２は外側リング状部材４１の壁面の、溶射材搬送方向の中央部１箇所に設けられており、貫通孔４４は内側リング状部材４２の壁面の周方向に等間隔で、溶射材搬送方向の中央部８箇所に設けられている。この場合、上述の第１調整用流体導入管２１は、調整用流体導入口４２に接続され、調整用流体導入口４２に導入された酸素ガス（調整用流体）はバッファー空間４６及びいずれかの貫通孔４４を経由して溶射材が搬送される内側リング状部材４３の内部に導入される。

また、図８（ａ）及び図８（ｂ）は、さらに他の調整用流体導入部８ｃの構造を示す概略図である。図８（ａ）に示すＥ−Ｅ線に沿う断面が図８（ｂ）に対応し、図８（ｂ）に示すＦ−Ｆ線に沿う断面が図８（ａ）に対応する。

図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すように、この調整用流体導入部８ｃは、内側リング状部材４３が、その壁面を溶射材搬送方向と４５度の角度で貫通する貫通孔４７を有している点で上述の調整用流体導入部８ｂと相違する。他の構造は調整用流体導入部８ｂと同一である。貫通孔４７は、内側リング状部材４３の外周面における開口位置が溶射材搬送方向の中央部となる状態で、内側リング状部材４３の壁面の周方向に等間隔で８箇所に設けられている。

図９は、各調整用流体導入部８ａ、８ｂ、８ｃを図１における調整用流体導入部９として使用し、当該調整用流体導入部９から調整用酸素を導入した場合の溶射材吐出量を示す図である。ここでは、搬送用酸素の流量は２８Ｎｍ^３／ｈであり、調整用酸素の流量は５Ｎｍ^３／ｈである。なお、調整用流体導入部８ｃについては、貫通孔４７の傾きが溶射材搬送方向と順行する方向（貫通孔４７の内側開口が上流側で外側開口が下流側）と、逆行する方向についても評価した。順行する方向が図９に示す８ｃ１であり、逆行する方向が図９に示す８ｃ２である。

図９に示すように、各構造における明確な差異は確認できない。しかしながら、搬送用流体流量と調整用流体流量の状態によっては、調整用流体の導入によって粉粒体輸送の流れに乱れが生じ、吐出が不安定になる場合もあると考えられる。この場合、調整用流体の導入態様を工夫することによって安定化させる対応が考えられるが、図９によれば、当該導入態様の変更により、吐出量が影響を受ける可能性は小さいといえる。

以上説明したように、粉粒体輸送装置１００によれば、エジェクター方式による粉粒体輸送において、エジェクターの下流側に調整用流体導入部を設け、当該調整用流体導入部から調整用流体を導入するという簡便な構成により、広い範囲で粉粒体の輸送量を変更することができ、また、流体／粉粒体比も広範囲で調整することができる。

また、粉粒体輸送装置１００では、粉粒体吐出量が低下しても粉粒体の流れが不安定になることがないため、例えば、溶射に適用した場合に溶射材の流れが不安定になることで発生する摩擦に起因する発火が生じ難くなる。

さらに、輸送量の制御が流体流量の調整のみで実施できるため、調整用流体導入管に流量調整器を設けることで、無段階、かつ広範囲の輸送量調整が可能となる。そのため、従来のように、溶射作業途中での配管変更や配管内への調整用部材導入が不要となり、作業性を飛躍的に向上させることができる。

ところで、上記実施形態では、搬送用流体導入系を搬送用流体導入管１１の１系統で構成したが、複数系統で構成することも可能である。図１０は、搬送用流体導入系を複数の搬送用流体導入管で構成した例を示す図である。

この例では、搬送用流体導入系は、搬送用流体導入管Ｔｄ、Ｔｅ、Ｔｆの３系統で構成されている。当該搬送用流体導入系は、上述のタンク１７、圧力計１６、圧力調整器１５を備え、当該圧力調整器１５の下流側で搬送用流体導入管Ｔｄ、Ｔｅ、Ｔｆの３系統に分岐している。搬送用流体導入管Ｔｄ、Ｔｅ、Ｔｆは、それぞれ、上流側から、流量調整器付流量計５４、６４、７４、圧力計５３、６３、７３及び開閉弁５２、６２、７２を備える。また、搬送用流体導入管Ｔｄ、Ｔｅ、Ｔｆの開閉弁５２、６２、７２の下流側は、図１に示すエジェクターノズル４へ搬送用流体を供給する。

また、この例では、調整用流体導入系も、調整用流体導入管Ｃｅ、Ｃｆの２系統で構成されている。この調整用流体導入系は、上述の圧力調整器１５の下流側で調整用流体導入管Ｃｅ、Ｃｆの２系統に分岐している。調整用流体導入管Ｃｅ、Ｃｆは、それぞれ、上流側から、流量調整器付流量計８４、９４、圧力計８３、９３及び開閉弁８２、９２を備える。また、調整用流体導入管Ｃｅ、Ｃｆの開閉弁８２、９２の下流側は、例えば、図１に示す第１調整用流体導入部８へ調整用流体を供給する。

この構成では、例えば、３種の溶射条件ｄ、ｅ、ｆが必要であり、各溶射条件における溶射材の吐出量が条件ｄ＞条件ｅ＞条件ｆであるとする。この場合、搬送用流体導入管Ｔｄの流量調整器５４の流量は、溶射条件ｄに対応する搬送用流体流量に調整される。搬送用流体導入管Ｔｅの流量調整器６４の流量、及び調整用流体導入管Ｃｅの流量調整器８４の流量は、溶射条件ｅに対応する搬送用流体流量及び調整用流体流量にそれぞれ調整される。搬送用流体導入管Ｔｆの流量調整器７３の流量、及び調整用流体導入管Ｃｆの流量調整器９４の流量は、溶射条件ｆに対応する搬送用流体流量及び調整用流体流量にそれぞれ調整される。

以上の構成において、溶射条件ｄに対しては、搬送用流体導入管Ｔｄの開閉弁５２を開放して搬送用流体導入管Ｔｄにより搬送用流体を供給し、調整用流体は導入しない。また、溶射条件ｅに対しては、搬送用流体導入管Ｔｅの開閉弁６２及び調整用流体導入管Ｃｅの開閉弁８２を開放して搬送用流体導入管Ｔｅ及び調整用流体導入管Ｃｅにより搬送用流体及び調整用流体を供給する。同様に溶射条件ｆに対しては、搬送用流体導入管Ｔｆの開閉弁７２及び調整用流体導入管Ｃｆの開閉弁９２を開放して搬送用流体導入管Ｔｆ及び調整用流体導入管Ｃｆにより搬送用流体及び調整用流体を供給する。

以上の構成を採用することで、例えば、搬送用流体導入管と調整用流体導入管がそれぞれ１本しかなく、各導入管に配置された流量調整器を調整して吐出量に応じた最適流量範囲に適合させる構成に比べて、極めて短時間での切り替えが可能となり、作業効率を格段に高めることができる。

なお、上述した実施形態は本発明の技術的範囲を制限するものではなく、既に記載したもの以外でも、本発明の範囲内で種々の変形や応用が可能である。例えば、上記実施形態では、調整用流体導入部を２箇所に設けているが、エジェクターの下流側（すなわち、デフューザーの下流側）であれば、その配置数は限定されない。調整用流体導入部は１箇所でもよく、３箇所以上であってもよい。また、粉粒体輸送装置の用途やサイズ、輸送の規模等は適宜変更可能である。さらに、粉粒体や流体の組成は何ら限定されるものではなく、エジェクター方式の粉粒体輸送に適用可能な任意の粉粒体や流体を使用することができる。

また、調整用流体導入部の構造も、本発明の効果を奏する範囲において適宜変更可能である。例えば、溶射材の輸送管に対する調整用流体導入部の形状やサイズは何ら限定されるものではない。すなわち、溶射材搬送方向に垂直な断面において、調整用流体を輸送管内に導入する導入口の数は任意である。また、溶射材搬送方向に平行な断面において、調整用流体は溶射材搬送方向に対して直角に導入されてもよく、９０度以下の角度又は９０度以上の角度で斜めに導入されてもよい。導入口の形状も円形状である必要はなく、方形状、スリット状、らせん状等の任意の形状を採用可能である。さらに、溶射材輸送管の断面積や導入口の開口面積も、溶射材や搬送用流体、調整用流体の特性を勘案して任意に決めることができ、何ら限定されるものではない。加えて、輸送管は、柔軟性を有するホースの他、金属管のような剛性を有するパイプ等、任意の材質の配管を採用できる。また、配管の断面形状は円形であることが好ましいが他の断面形状を採用してもよい。

なお、上記実施形態では、搬送用流体導入管と調整用流体導入管のそれぞれに開閉弁を配置しているが、目的によっては調整用流体を導入せず、搬送用流体のみで粉粒体を搬送してもよい。すなわち、本発明は、配管の長さや配管径の変更、圧力抵抗部材の調整と組み合わせて用いてもよい。これにより、さらに広範囲での吐出量調整が可能となる。つまり、ラフなレベルでの吐出量調整を配管部材や抵抗部材で行い、細かくて精度の高い制御や輸送中の輸送量の連続的無段階切り替えを本発明を適用して行うことで、きめ細かい粉粒体の輸送量の制御が可能となる。

本発明は、エジェクター方式による粉粒体輸送において、簡便な制御により、広い範囲で粉粒体の輸送量を変更できるとともに、流体／粉粒体比も広範囲で調整でき、粉粒体輸送装置及び粉粒体輸送方法として有用である。

１００ 粉粒体輸送装置
３ エジェクター
４ エジェクターノズル
５ デフューザー
７ 輸送管
８ 第１調整用流体導入部
９ 第２調整用流体導入部
１０ 溶射ランス
１１、Ｔｄ、Ｔｅ、Ｔｆ 搬送用流体導入管
２１、３１、Ｃｅ、Ｃｆ 調整用流体導入管
１２、２２、３２、５２、６２、７２、８２、９２ 開閉弁

Claims (6)

1. 粉粒体を搬送用流体とともに搬送する粉粒体輸送装置であって、
   エジェクターノズルを備え、当該エジェクターノズルから前記搬送用流体を高速で噴出し、エジェクター効果により前記搬送用流体と前記粉粒体とを混合して下流側へ送出するエジェクターと、
   前記エジェクターの下流側に設けられ、前記搬送用流体に混合される流体であって前記搬送用流体との混合により前記粉粒体の輸送量を制御する調整用流体を導入する１又は複数の調整用流体導入部と、
   前記１又は複数の調整用流体導入部へ前記調整用流体を供給する複数の調整用流体導入管と、
   を備える粉粒体輸送装置。
2. 前記エジェクターの上方に、前記搬送用流体に混合される粉粒体が収容されるホッパーを備える、請求項１に記載の粉粒体輸送装置。
3. 前記複数の調整用流体導入管のそれぞれに介在された、前記調整用流体の導入及び導入停止を切り替える開閉弁を備える請求項１又は請求項２に記載の粉粒体輸送装置。
4. 前記エジェクターノズルへ前記搬送用流体を供給する複数の搬送用流体導入管を備える、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の粉粒体輸送装置。
5. 粉粒体を搬送用流体とともに搬送する粉粒体輸送方法であって、
   エジェクターノズルを備えるエジェクターにおいて、前記エジェクターノズルから前記搬送用流体を高速で噴出し、エジェクター効果により前記搬送用流体と前記粉粒体とを混合して下流側へ送出するステップと、
   前記エジェクターの下流側に設けられた複数の調整用流体導入管を通じて、前記搬送用流体に混合される調整用流体を導入して前記粉粒体の輸送量を制御するステップと、
   を有する粉粒体輸送方法。
6. 前記搬送用流体の流量に対する、前記複数の調整用流体導入管から導入される前記調整用流体の総流量の比Ｒが、０＜Ｒ≦１．５である、請求項５に記載の粉粒体輸送方法。
   

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