JP7487908B1 - 岩盤掘削機 - Google Patents

Abstract

【課題】液体燃料への微細気泡の導入を可能としながら、燃料タンクとは別のサブタンクを設置しなくてもエンジンに支障を来し難くすることができる微細気泡導入システムを提供すること。【解決手段】微細気泡発生装置８を、エンジン９に供給するための液体燃料を貯留する燃料タンク１０内において前記液体燃料に浸漬する状態で配するか、前記燃料タンク１０内の液体燃料を該燃料タンク１０の下部から外部に導出して前記エンジン９に通さずに前記燃料タンク１０の上部に戻すように構成された循環流路中に設け、前記微細気泡発生装置８によって発生させたウルトラファインバブルを前記液体燃料に導入するように構成した。【選択図】図１

Description

特許法第３０条第２項適用 １．令和４年１１月７日 ｈｔｔｐｓ：／／ｘｔｅｃｈ．ｎｉｋｋｅｉ．ｃｏｍ／ａｔｃｌ／ｎｘｔ／ｃｏｌｕｍｎ／１８／００１４２／０１４４４／にて公開（詳細内容は各証明書の記載を参照）

本発明は、例えば、エンジンに供給する軽油等の液体燃料に空気、酸素などの微細気泡を導入する微細気泡導入システムを備えた岩盤掘削機に関する。

従来、液体燃料を貯留する燃料タンクからこの液体燃料が供給されるエンジンまでの液体燃料供給ラインに微細流体発生手段を設け、液体燃料に微細化した空気の泡を導入するようにした装置が知られている（特許文献１）。

斯かる従来の装置によれば、液体燃料に空気を混入して、エンジンの燃焼を促進させることにより、出力の増加、エンジンの低燃費化、ならびにエンジンから排出される有害汚染物質の低減を同時に達成することができる、とされている。

特開２００８－１６９２５０号公報

ところで、上記従来の装置では、液体燃料に混入した空気の泡の径が比較的大きくなってしまうとエンジン（例えばディーゼルエンジン）の作動に支障を来すことから、前記液体燃料供給ラインに燃料タンクとは別のサブタンク（貯留タンク）を設置し、このサブタンクで比較的大径の泡を除去するのが合理的である。しかし、こうしたサブタンクを特に後付けで設置するのはスペース上の制約等の関係で困難であることも多く、サブタンクを設けずに微細流体発生手段を後付け設置した場合、微細流体発生手段が故障し、例えば過剰な泡が液体燃料に混入される等するとエンジンの作動に支障を来すことになる。

本発明は上述の事柄に留意してなされたもので、その目的は、液体燃料への微細気泡の導入を可能としながら、燃料タンクとは別のサブタンクを設置しなくてもエンジンに支障を来し難くすることができる微細気泡導入システムを備えた岩盤切削機を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係る岩盤切削機は、微細気泡発生装置を、エンジンに供給するための液体燃料を貯留する燃料タンク内において前記液体燃料に浸漬する状態で配するか、前記燃料タンク内の液体燃料を該燃料タンクの下部から外部に導出して前記エンジンに通さずに前記燃料タンクの上部に戻すように構成された循環流路中に設け、前記微細気泡発生装置によって発生させたウルトラファインバブルを前記液体燃料に導入するように構成した微細気泡導入システムを備えた岩盤切削機であって、岩盤切削機に搭載した発電機又はバッテリーからの電力により作動するコンプレッサーの下流側にエアータンクを設け、このエアータンクから分岐して延びる二つの配管のうちの一方に第１のボールバルブ及び集塵機をこの順に設け、他方に第２のボールバルブ及び前記微細気泡発生装置をこの順に設け、前記コンプレッサーから前記集塵機に圧縮空気を送ることにより、集塵機による集塵を行い、かつ、前記コンプレッサーから前記微細気泡発生装置に圧縮空気を送ることにより、ウルトラファインバブルを発生させるように構成してある（請求項１）。

本願発明では、液体燃料への微細気泡の導入を可能としながら、燃料タンクとは別のサブタンクを設置しなくてもエンジンに支障を来し難くすることができる微細気泡導入システムを備えた岩盤切削機が得られる。

すなわち、本願の各請求項に係る発明の岩盤切削機では、微細気泡発生装置を燃料タンク内又は燃料タンクに繋がりエンジンに通さない循環流路中に設けるので、液体燃料への微細気泡（ウルトラファインバブル）の導入が可能である。また、仮に微細気泡発生装置が故障する等し、液体燃料中に過剰な泡や比較的大径の泡が混入してしまい、その状態の液体燃料がエンジンに供給されるとエンジンの作動に支障を来すおそれがあるが、燃料タンクで液体燃料中の過剰な泡や比較的大径の泡を除去（自然消滅等による除去を含む）するのが容易であるので、燃料タンクとは別のサブタンクを設置しなくてもエンジンに支障を来し難くすることができる。

請求項１に係る発明の岩盤切削機では、集塵機に用いるエアータンクを微細気泡発生装置にも利用することにより、集塵機による集塵と微細気泡発生装置による液体燃料への微細気泡導入とを可能にしながら全体の構成のコンパクト化をも図ることができる。

（Ａ）は本発明の一実施の形態に係る岩盤切削機の正面図、（Ｂ）は前記岩盤切削機の要部を概略的に示す構成図である。 （Ａ）は本発明の他の実施の形態に係る微細気泡導入システムの要部の構成を概略的に示す構成図、（Ｂ）は（Ａ）の変形例を示す構成図である。

本発明の実施の形態について以下に説明する。

図１（Ａ）に示す岩盤切削機は、軟岩から硬岩領域の岩盤を低騒音、低振動で岩盤を緩めることなく効率的に掘削することを目的とする自走式建設機械であり、車体中央部の下側に掘削用回転ドラム１があり、その外周面に超硬チップを埋め込んだビット１ａが螺旋状に並んでいる。この岩盤切削機は、前後に左右１対ずつ計四つのクローラー（履帯）２で走行しながら、ドラム１を手前からすくいあげる方向（アップカット）に回転させ、自重を反力にして連続的に岩盤を掘削する。その最大掘削深さは例えば３５ｃｍ程度である。

また、この岩盤切削機は、岩盤切削に伴って生じる粉塵の対策として、車体後部の集塵機３を用いた集塵を可能とする。本例では、図１（Ｂ）に示すように、コンプレッサー（空気供給手段の一例）４から集塵機３までの間に、容量が例えば４０Ｌのエアータンク５、ボールバルブ６、エア用のレギュレーター７をこの順に設けつつこれらを配管Ｈで繋いであり、コンプレッサー４から集塵機３に所定圧力の圧縮空気を送ることにより、集塵機３による集塵を行う。なお、図１（Ａ）では、車体に内蔵され外側に表れないコンプレッサー４、エアータンク５のおおよその位置を示してある。

さらに、この岩盤切削機は、図１（Ｂ）に示すように、微細気泡発生装置８を、エンジン９（図１（Ａ）参照）に供給するための液体燃料を貯留する容量が例えば３０００Ｌの燃料タンク１０内において液体燃料に浸漬する状態で配し、微細気泡発生装置８によって発生させたウルトラファインバブル（ナノバブル）を液体燃料に導入するように構成した微細気泡導入システムを具備する。なお、図１（Ａ）では、車体に内蔵され外側に表れないエンジン９、燃料タンク１０のおおよその位置を示してある。

本例の岩盤切削機は、コンプレッサー４と微細気泡発生装置８との間に、エアータンク５、ボールバルブ１１、エア用のレギュレーター１２、流量計１３をこの順に設けつつこれらを配管Ｈで繋いであり、コンプレッサー４から微細気泡発生装置８に所定圧力（流量）の圧縮空気を送ることにより、燃料タンク１０内で微細気泡を発生させて液体燃料に導入する。

微細気泡発生装置８は、燃料タンク１０内の液体燃料に浸漬した状態で、供給された空気（気体の一例）をウルトラファインバブルとして放出するものであり、本例では、中空の多孔質セラミックスの内側に空気を供給するとその外側にウルトラファインバブルを放出する微細孔式のファインバブル発生器（例えば株式会社ノリタケカンパニーリミテドの商品名セラポールクール（浸漬型）：型式ＮＢＸ‐Ｄ）を用いる。また、一例として、レギュレーター１２の使用圧力は０．１５～０．２ＭＰａ、気体流量は０．１Ｌ／ｍｉｎとすることが考えられる。

なお、岩盤切削機のような建設機械の場合、液体燃料としての軽油によって駆動するディーゼルエンジンがエンジン９として用いられることが多いが、例えば軽油（液体燃料）に界面活性剤を添加し、気液界面張力を低下させてウルトラファインバブルをより確実に発生させるようにしてもよい。

上記のように構成した微細気泡導入システムでは、微細気泡発生装置８を燃料タンク１０内に設けるので、液体燃料への微細気泡（ウルトラファインバブル）の導入が可能であり、液体燃料に空気を混入して、エンジン９の燃焼を促進させることにより、出力の増加、エンジン９の低燃費化、ならびにエンジン９から排出される有害汚染物質の低減を同時に達成することができる。

また、仮に微細気泡発生装置８が故障する等し、液体燃料中に過剰な泡や比較的大径の泡が混入してしまい、その状態の液体燃料がエンジン９に供給されるとエンジンの作動に支障を来すおそれがあるが、本例の微細気泡導入システムでは、燃料タンク１０で液体燃料中の過剰な泡や比較的大径の泡を除去（自然消滅等による除去を含む）するのが容易であるので、燃料タンク１０とは別のサブタンクを設置しなくてもエンジン９に支障を来し難くすることができる。すなわち、燃料タンク１０は、その内部で発生したガスが抜け、内圧が自動的に調整される構造になっている。こうした構造は、例えば燃料タンク１０の上部に外気に開放される部分（空気穴等）や安全弁等を設けておくことにより実現することができる。

詳述すると、ファインバブル（直径が１００μｍより小さな泡）のうち、直径１～１００μｍの泡はマイクロバブル、それより小さい直径１μｍ未満の泡はウルトラファインバブルと呼ばれる。そして、マイクロバブルやそれより大きい泡（ミリバブル等）は、液中で発生してもすぐに液面に浮上して弾けて消滅するのであり、こうした消滅による除去を燃料タンク１０で行える。一方、ウルトラファインバブルは、発生後に液中に残存する性質があり、その大部分は燃料タンク１０内で除去されることなく液体燃料に分散した状態でエンジン９に供給されることになる。

ここで、液中のウルトラファインバブルは、刺激を与えなければほとんど溶解も浮上もせず、数週間から数か月の寿命があると報告されているが、岩盤切削機に設ける燃料タンク１０内という環境下では、走行時、そして特に岩盤切削時には振動という強い刺激が加えられ、短寿命化する恐れがある。そこで、エンジン始動時には一定時間（例えば５分間）微細気泡発生装置８に圧縮空気を供給し、走行時には長時間おき（例えば３０分おき）に一定時間（例えば５分間）微細気泡発生装置８に圧縮空気を供給し、岩盤切削時には常時あるいは短時間おき（例えば１０分おき）に一定時間（例えば５分間）微細気泡発生装置８に圧縮空気を供給する、というような制御手段を設けることが考えられる。なお、本実施形態では、エンジンが駆動している間は、微細気泡発生装置８に圧縮空気を常時供給するように構成してある。

そして、上記の微細気泡導入システムを備えた本例の岩盤切削機では、集塵機３に用いるコンプレッサー４及びエアータンク５を微細気泡発生装置８にも利用することにより、集塵機３による集塵と微細気泡発生装置８による液体燃料への微細気泡導入とを可能にしながら全体の構成のコンパクト化をも図ることができる。

なお、エンジン９が駆動中にエアータンク５内の圧力が低いと判断される場合、オルタネータ等の岩盤切削機に搭載した発電機やバッテリーからの電力により作動するコンプレッサー４が自動稼働しエアータンク５の内圧を一定範囲に保持する制御手段を設けてあってもよく、エンジン９の停止後もボールバルブ６，１１を閉じればエアータンク５内の圧力はしばらく（例えば２０時間程度）保持されることから、その間はエンジン９を駆動させることなくボールバルブ１１を開けてエアータンク５から微細気泡発生装置８に圧縮空気を送って微細気泡を発生させることが可能である。

なお、本発明は、上記の実施の形態に何ら限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々に変形して実施し得ることは勿論である。例えば、以下のような変形例を挙げることができる。

上記実施の形態では、微細気泡発生装置８を燃料タンク１０内において液体燃料に浸漬する状態で配しているが、これに限らず、例えば図２（Ａ）に示すように、燃料タンク１０内の液体燃料を燃料タンク１０の下部から外部に導出してエンジン９に通さずに燃料タンク１０の上部に戻すように構成された循環流路１４中に微細気泡発生装置１５を設けるようにしてもよい。

図２（Ａ）の例では、燃料タンク１０の下部にあるドレンバルブ１６と上部にある排出バルブ１７とに循環流路（透明ホース等）１４の両端を接続し、循環流路１４中には微細気泡発生装置１５の他に送油ポンプ１８を設けている。また、微細気泡発生装置１５には、エアフィルタ１９及びエアゲージ２０を有するエア供給ライン２１を接続してある。なお、図示していないが、このエア供給ライン２１には、空気を供給するための装置（例えばコンプレッサ）や空気の流量を調整するための手段（例えば流量調整弁）等を設けてある。

図２（Ａ）の微細気泡発生装置１５は、液体燃料と空気（気体の一例）の合流箇所で空気を微細にする乱流を生じさせてその微細な空気を液体燃料に分散導入するように構成したものであり、本例では、有限会社ＯＫエンジニアリングのノズル型のマイクロバブル発生器（型式：ＯＫＥ－ＭＢ０７ＦＪ）を用いる。また、一例として、微細気泡発生装置１５の吐出量（送油ポンプ１８の使用流量）は７Ｌ／ｍｉｎ、エア供給ライン２１から微細気泡発生装置１５に導入する空気の流量は０．２Ｌ／ｍｉｎとすることが考えられる。

上記のような構成を有する図２（Ａ）に示す微細気泡導入システムでは、燃料タンク１０内の液体燃料を循環流路１４に流すことにより、微細気泡発生装置１５によって液体燃料にウルトラファインバブル（微細気泡）を導入することができるのであり、この導入を行う一連の作動のタイミングや実施時間は適宜に定めればよく、例えば１日一回給油時に１５分行うといったことが考えられる。

そして、上記のようにしてウルトラファインバブルが導入された液体燃料は、燃料タンク１０の下部であってドレンバルブ１６とは離れた位置（例えば燃料タンク１０において互いに逆となる側）にある導出口から燃料フィルタ２２を経てエンジン９に供給されるのであり、余剰の液体燃料はリターンパイプ２３を経て燃料タンク１０へ戻される。この点は、図１（Ａ）及び（Ｂ）の例でも同様である。

図２（Ａ）の例では、燃料タンク１０のドレンバルブ１６と排出バルブ１７とに循環流路１４の両端を接続してあるが、これに限らず、例えば図２（Ｂ）に示すように、燃料タンク１０の給油口１０ａから燃料タンク１０内に差し込んだ二本のパイプ２４，２５に循環流路１４の両端を接続するようにしてもよい。

すなわち、図２（Ｂ）の例では、燃料タンク１０内の液体燃料は、燃料タンク１０の下部に位置するパイプ２４の先端から導出されて循環流路１４を経た後、燃料タンク１０の上部に位置するパイプ２５の先端から燃料タンク１０内に戻される。なお、循環流路１４を流れる間に微細気泡発生装置１５によってウルトラファインバブルが導入される点は図２（Ａ）の例と同様である。

図２（Ａ）、（Ｂ）の給油ポンプ１８は、オルタネータ等の岩盤切削機に搭載した発電機やバッテリーからの電力供給により駆動させることが考えられる。

以上の実施例では、岩盤切削機を対象としているが、これに限らず、例えばホイールローダー等の他の建設機械等に設けることも可能である。また、以上の実施例では燃料タンク１０が岩盤切削機等に搭載されているが、本発明の燃料タンクは岩盤切削機等に搭載されるものに限らず、例えば、岩盤切削機等に搭載されずにその外部に配されるドラム缶や給油機のタンク等であってもよい。この場合、ドラム缶等の内部に貯留した液体燃料にウルトラファインバブルを導入しておき（この導入は、図１（Ｂ）の例と同様に液体燃料に微細気泡発生装置８を浸漬して行うようにしてもよいし、図２（Ａ）、（Ｂ）の例と同様に微細気泡発生装置１５を含む循環流路１４に液体燃料を流して行うようにしてもよい）、このドラム缶等から岩盤切削機等に給油することにより、ウルトラファインバブルが導入された液体燃料を岩盤切削機等に供給することができる。

本明細書で説明した変形例どうしを適宜組み合わせてもよいことはいうまでもない。

１ 掘削用回転ドラム
１ａ ビット
２ クローラー
３ 集塵機
４ コンプレッサー
５ エアータンク
６ ボールバルブ
７ レギュレーター
８ 微細気泡発生装置
９ エンジン
１０ 燃料タンク
１０ａ 給油口
１１ ボールバルブ
１２ レギュレーター
１３ 流量計
１４ 循環流路
１５ 微細気泡発生装置
１６ ドレンバルブ
１７ 排出バルブ
１８ 送油ポンプ
１９ エアフィルタ
２０ エアゲージ
２１ エア供給ライン
２２ 燃料フィルタ
２３ リターンパイプ
２４ パイプ
２５ パイプ
Ｈ 配管

Claims (1)

1. 微細気泡発生装置を、エンジンに供給するための液体燃料を貯留する燃料タンク内において前記液体燃料に浸漬する状態で配するか、前記燃料タンク内の液体燃料を該燃料タンクの下部から外部に導出して前記エンジンに通さずに前記燃料タンクの上部に戻すように構成された循環流路中に設け、前記微細気泡発生装置によって発生させたウルトラファインバブルを前記液体燃料に導入するように構成した微細気泡導入システムを備えた岩盤切削機であって、
   岩盤切削機に搭載した発電機又はバッテリーからの電力により作動するコンプレッサーの下流側にエアータンクを設け、このエアータンクから分岐して延びる二つの配管のうちの一方に第１のボールバルブ及び集塵機をこの順に設け、他方に第２のボールバルブ及び前記微細気泡発生装置をこの順に設け、
   前記コンプレッサーから前記集塵機に圧縮空気を送ることにより、集塵機による集塵を行い、かつ、前記コンプレッサーから前記微細気泡発生装置に圧縮空気を送ることにより、ウルトラファインバブルを発生させるように構成してある岩盤切削機。