JPH05345119A - 爆轟圧力による粉体溶解促進方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 爆轟によるガス圧を液圧又は弾圧に変換し、
溶液中の粉体の溶解を促進することを目的とする。 【構成】 燃焼室１は火炎の進行につれて断面積が一端
部１Ａから次第に小さくなるように設定され、他端部１
Ｂでは最小通路断面積をもつ収束部が形成され、他端部
１Ｂの開口に、圧力室１２の上面が臨んでいる。燃焼室
１内の火炎は進行と共に該燃焼室の断面積が小さくなる
ので圧力が上昇し、他端部１Ｂではきわめて高い圧力と
なる。この高圧は圧力室１２内で圧力波に変換され、該
圧力波により溶液処理装置１３の溶液中の粉体の溶解が
促進される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、簡便に高圧の衝撃圧力
が得られる爆轟圧力による粉体溶解促進方法及び装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】溶液中へ粉体を溶解させる場合、溶液を
撹拌させながら粉体を入れ溶解させるが、比較的時間が
かかる。溶解速度を上げるためには、粉体を微細化した
り溶液温度を上げる等の処理が必要である。

【０００３】一例として、汚泥脱水工程中の高分子凝集
剤（ポリマー）の溶解の場合は、凝集剤溶解槽の水に凝
集剤供給装置によりポリマーを少量づつ定量的に供給し
スクリュー等を用いて６０〜１２０分かけてポリマー溶
液を作る。その間、本槽は脱水工程に使用できないの
で、予備槽が必要となる等の問題がある。

【０００４】粉体溶解促進方法の一つとして、衝撃波や
圧力波による方法（粉体の微細化、溶液の活性化等）が
有効と考えられる。すなわち、従来の研究によると、気
泡などの異物を含む液体中を衝撃波が通過すると、それ
ぞれの異物の周囲に強い渦が形成され、これに伴って異
物が微細化する現象がみられたとの報告がある。

【０００５】従来、液体中にこのような衝撃波を発生さ
せるためにいくつかの手法が知られている。

【０００６】例えば、先ず第一に、加圧用の水等の液体
中に弾丸を打ち込んで、衝撃液圧を液体中に発生させ、
その圧力を板材等の部材に印加して該部材を金型へ圧し
て三次元成形せんとする衝撃液圧発生装置が特開平０１
−１５７７２５号にて提案されている。

【０００７】また、第二には、水中で爆薬を燃焼させる
ことによって衝撃水圧を発生せしめ、その圧力で薄板の
三次元成形を行う爆発成形装置も知られている。この装
置は主として大型部品の成形に利用されている。

【０００８】さらには第三として、容器に収容された加
圧用の液体の液面に、ガス圧等により高速に加速された
ピストンを衝突させることにより衝撃液圧を発生させる
こととした装置も知られている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た第一ないし第三の装置による衝撃液圧発生の手法にあ
っては、共通のあるいはそれぞれ個有の問題を次のごと
く有している。 1. 容器内壁全面又は一部が高温高圧場に直接さらされ
ること。 2. 危険でかつ高価な爆薬を使用すること。 3. 大きな騒音を発生すること。 4. 危険性を伴うため、設置場所の制約があること。 5. 到達圧力の大幅変更が難しいこと。 6. 短時間での繰返し運転に適さないこと。 7. 大規模な設備が必要であること。 8. ピストンなどの可動部品の交換が必要であること。 9. 圧力の持続時間が長いため、液圧室へのダメージが
大きいこと 10. 液圧室内に固形物等が残留すること。 11. 装置の構造が複雑であるため、保守、点検等がや
りにくいこと。 12. １ショットにて、１回の衝撃水圧しか得られない
こと。

【００１０】すなわち、上述の第一の手法にあっては１
〜６，８，９〜12、第二の手法では１〜７，９，10，1
2、そして第三の手法では１，４〜９，11，１2の欠点を
有している。

【００１１】本発明は、上述の従来の手法による諸問題
を解決し、安全で、短時間で繰返し運転でき、かつ高速
・高圧の衝撃圧力が得られ、該圧力による粉体の溶解を
促進する方法及び装置を提供することを目的とするもの
である。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、上記目
的は、先ず爆轟圧力による粉体溶解促進方法に関し、可
燃性混合気を着火することにより発生するデトネーショ
ン波をその進行と共に収束し、収束部で得られる高圧を
液体、弾性体、又はこれらの組合わせで成る圧力媒体に
伝達して液圧又は弾圧に変換し、該圧力により膜体を介
しもしくは直接、粉体溶解液内に圧力波を伝達させるこ
とにより達成される。

【００１３】また、上記方法を実施するための装置に関
しては、一端部から他端部へ向け断面積が小さくなる燃
焼室と、燃料の供給を受け点火栓が配設された着火室
と、着火室から分岐して延び上記燃焼室の一端部へ連通
する路程の等しい複数の誘導路と、上記燃焼室の最小通
路断面積部たる他端部の開口に接続される圧力室とを備
え、該圧力室には膜体を介しもしくは直接圧力を受け
る、粉体溶解液が収容されていて、粉体を含む処理溶液
を連続的又は間欠的に圧力室に導入及び排出させるため
の供給・排出装置を備え、かつ該供給・排出装置と着火
装置とが連動して上記溶液を連続的又は間欠的に処理で
きるように配設されていることにより得られる。

【００１４】

【作用】かかる本発明において、高圧力は次の要領で得
られ、粉体の溶解促進がなされる。

【００１５】 先ず、互いに連通せる燃焼室、誘導路
そして着火室にほぼ理論混合比の可燃性混合ガスを充填
する。

【００１６】 次に、着火室にて着火を行う。

【００１７】 着火すると火炎は爆轟（デトネーショ
ン）により誘導路を経て燃焼室内を進行する。その際、
各誘導路は等しい路程となっているので、燃焼室の一端
部には各誘導路火炎が同時に到達する。

【００１８】 燃焼室では、上記火炎は他端部に向け
伝播するが、燃焼室はその断面積が他端部に向け減少す
るので、火炎の圧力は上昇し他端部にて最大値になる。
該他端部の開口には圧力室が接続されて圧力媒体の上面
が該開口に臨んでいるので、上記圧力は圧力室内の圧力
媒体に伝達される。

【００１９】 かかる動的圧力（圧力波）により、処
理溶液中の粉体を微細化して該粉体の処理溶液との接触
面積を大きくし粉体の溶解促進がなされる。

【００２０】

【実施例】以下、添付図面にもとづいて本発明の実施例
を説明する。

【００２１】図１は本実施例装置の縦断面図である。図
において、１は燃焼室で、下方に向け円錐状をなし横断
面における断面積は上端部１Ａで最大、下端部１Ｂで最
小となって収束部を形成するようになっている。

【００２２】上記燃焼室１の上端部１Ａの内壁はやや上
方に弯曲形成せられ、ここに複数の孔状の誘導路２が連
通している。該複数の誘導路２は上方にて、円板空間状
の分散室３に集束せられている。該分散室３には上方に
延びる着火室４が連通接続されている。そして、該着火
室４の上部には、着火装置６により作動する点火栓５が
設けられていると共に、流量計７，８を経て燃料供給源
９、酸化剤供給源１０がそれぞれ接続されている。な
お、１１は着火室４内の圧力を確認するための圧力計で
ある。

【００２３】上記燃焼室１の下端部１Ｂは開口されてお
り、ここに圧力室１２が接続され、そしてその直下に液
圧使用の一例としての溶液処理装置１３が設けられてい
る。上記力圧室１２には圧力媒体としての水等の液体、
弾性体、又は液体・弾性体から成る物質が収容されてい
るが、その上面は図のごとく上記燃焼室１の下端部１Ｂ
に直接面していても、強靭かつ変形容易な膜体で介面を
形成していてもよい。上記圧力室１２には弁を介して空
気抜き用の管１４、そして弁を介して液圧用の水等の液
体供給装置１５が接続されている。

【００２４】上記溶液処理装置１３は粉体供給装置１８
により粉体（例えば、ポリマー等）が供給され、該溶液
処理装置１３には、処理対象溶液の出入口が設けられて
おり、連続又は断続的に処理溶液が供給又は循環されて
いる。

【００２５】かかる本実施例装置において、衝撃圧力の
発生そしてこれを利用した粉体の溶解促進は次のごとく
になされる。

【００２６】 先ず、圧力を受けるべき処理溶液が供
給又は循環され、粉体供給装置１８により粉体が散気さ
れる。

【００２７】 次に、真空ポンプ装置１７によって着
火室４、分散室３、誘導路２そして燃焼室１内が所定の
真空度とされる。（なお、真空引き時間をさらに短縮す
る必要がある場合には、装置本体と真空ポンプとの間に
真空タンクを設置すれば、バルブ操作により、短時間で
真空引きが可能である。）

【００２８】 しかる後、圧力媒体が液体の場合には
圧力室１２内に、例えば、水が充填され、着火室４、分
散室３、誘導路２そして燃焼室１内には、ほぼ理論混合
比の可燃性ガスが、燃料供給源９、酸化剤供給源１０に
より充填される。

【００２９】 かかる設定の完了後、着火装置６によ
って点火栓５を作動させる。着火室４内では着火により
爆轟が起こりその火炎が分散室３そして誘導路２を経て
燃焼室１の上端部１Ａに伝播される。その際、複数の誘
導路２の路程はそれぞれ等しく設定されているので、複
数の誘導路２の火炎は同時に上記上端部１Ａに達する。

【００３０】 燃焼室１内では火炎は上端部１Ａから
下端部１Ｂへと進行するが、燃焼室１の断面積は下方に
向け次第に小さくなっているために、その圧力は上昇し
下端部１Ｂではきわめて高圧となる。

【００３１】 上記燃焼室１の下端部１Ｂの開口部に
は、圧力室１２内の圧力媒体の上面が臨んでいるため、
上記高圧は該圧力媒体へと伝播され、溶液処理装置１３
内の溶液を加圧し、粉体の溶解促進が行われる。すなわ
ち、従来の研究によると、気泡、塵を含む液体中を衝撃
波又は圧力波が通過した場合、粉体自体に動的な高圧が
加わり変形・破壊されること、粉体のまわりに強い渦が
発生することがよく知られている。したがって、異物が
複数の粉体のかたまりから成り、かつ粉体同士の結合が
弱い場合には、上記現象に伴って粉体が微粒化し、溶解
が促進される。

【００３２】 しかる後、処理対象の溶液を交換又は
回収すると共に、上記〜の工程を繰り返すことによ
って、次々と粉体溶解の促進処理を行うことができる。

【００３３】なお、本実施例では、衝撃圧力の利用方法
として粉体の溶解促進を挙げたが、他の種の加圧、ある
いは駆動源等としての他の分野においても広く利用可能
である。

【００３４】図２に本実施例における爆轟圧力について
数値をもって具体的に説明する。図は燃焼室１の他端部
１Ｂに臨む液面近傍における圧力測定の結果を示すもの
で、燃焼室中心部でのガス圧を３７万気圧としたとこ
ろ、圧力は約１５μsec の間生じ、その間に一次波と二
次波が得られた。一次波は３２００kgf/cm² 、二次波は
３５００kgf/cm² であった。なお、この圧力は、燃焼室
内に充填するガス圧（量）や混合比を加減することによ
り容易に調整することができる。

【００３５】次に、図３にもとづき本発明の第二実施例
装置を説明する。なお、図において図１に示した前実施
例装置と共通部分には同一符号を付してその説明は省略
する。

【００３６】本実施例では燃焼室１’は半径方向に拡が
る横型に形成されている。該燃焼室１’は下方にふくら
む略球面の一部の上壁面によって中心に向かってその断
面積が減ずる形になっている。燃焼室１’の中心部に圧
力室１２が配設されている。

【００３７】かかる本実施例装置によれば、装置寸法を
高くできない場合に都合がよい。作用に関しては、前実
施例の場合と同様であり、火炎は誘導路２から燃焼室
１’の一端部たる周囲部１’Ａに到達した後、他端部た
る中心部１’Ｂに向かって進行する。その進行の際、断
面積の減少に伴い圧力はきわめて高くなる。そして、そ
の高圧は圧力室１２内の圧力媒体に伝播され、処理装置
１３にて衝撃圧力を粉体を含む処理溶液１６に加えて粉
体溶解の促進処理が行われる。

【００３８】

【発明の効果】本発明は以上のごとく構成されるので、
その方法にあっては、従来の方法に比して、安価、かつ
容易に立上りが急峻で特性の優れた衝撃圧力を得られる
と共に衝撃圧力のレベルは、爆轟装置の初期充填ガス圧
に依存しているので、圧力制御性に優れており、粉体の
溶解促進の程度に応じた最適条件の設定が容易に行える
という効果を得る。

【００３９】また、本発明装置によれば、従来の弾丸打
込式、爆発方式のように火薬を用いないため、設置上の
制約を受けない装置となり、又、連続的に衝撃圧力を発
生させることができるようになるという効果を得る。そ
して、容易かつ安全に衝撃圧力を得ることができるの
で、上記粉体の溶解促進装置をはじめ加工分野等の広い
工業分野での本格的な応用が可能になった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例装置の縦断面図である。

【図２】図１装置における液圧波形の一例を示す図であ
る。

【図３】第二実施例装置の断面図である。

【符号の説明】

１ 燃焼室 １Ａ 一端部（上端部） １Ｂ 他端部（下端部） ２ 誘導路 ４ 着火室 ５ 点火栓 １２ 圧力室 １３ 溶液処理室 １６ 処理溶液 １８ 粉体供給装置 １９ ノズル

フロントページの続き (72)発明者 鈴木 実 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 可燃性混合気を着火することにより発生
   するデトネーション波をその進行と共に収束し、収束部
   で得られる高圧を液体、弾性体、又はこれらの組合わせ
   で成る圧力媒体に伝達して液圧又は弾圧に変換し、該圧
   力により膜体を介しもしくは直接、粉体溶解液内に圧力
   波を伝達させることとした爆轟圧力による粉体溶解促進
   方法。
2. 【請求項２】 一端部から他端部へ向け断面積が小さく
   なる燃焼室と、燃料の供給を受け点火栓が配設された着
   火室と、着火室から分岐して延び上記燃焼室の一端部へ
   連通する路程の等しい複数の誘導路と、上記燃焼室の最
   小通路断面積部たる他端部の開口に接続される圧力室と
   を備え、該圧力室には膜体を介しもしくは直接圧力を受
   ける、粉体溶解液が収容されていることとした爆轟圧力
   による粉体溶解促進装置。
3. 【請求項３】 粉体溶解液を連続的又は間欠的に圧力室
   に導入及び排出させるための供給・排出装置を備え、か
   つ該供給・排出装置と着火装置とが連動して上記溶液を
   連続的又は間欠的に処理できるように配設されているこ
   ととした請求項２に記載の爆轟圧力による粉体溶解促進
   装置。
4. 【請求項４】 可燃性混合気は、下水処理場で発生する
   消化ガスと空気との混合気であることとした請求項２に
   記載の爆轟圧力による粉体溶解促進装置。