JPH0673812B2 - 粉体加速方法及び粉体噴射装置並びに粉体輸送装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本願発明は、粉体加速方法及びこの粉体加速方法を適用
した粉体噴射装置並びに粉体輸送装置に関するものであ
る。

（従来の技術） 従来、粉体を加速させあるいはこれを輸送する場合に、
ポンプあるいはブロアにより粉体通路内に液体流動ある
いは空気流動を機械的に発生させ、この液体あるいは空
気の流動エネルギーによって粉体の加速、輸送を行うこ
とが知られている。

尚、「Tooling ＆ Production/May 1985 64頁〜65頁:HU
EBNER発行」には、液体の流動エネルギーを利用して粉
体を加速し、これを高速高圧で噴射させて切断作用を行
わしめるようにしたアブレシブジェット切断システムが
提案されている。

（発明が解決しようとする課題） ところが、機械的手段によって粉体通路内に流動エネル
ギーを発生させ、これによって粉体の加速、輸送を行う
ようにした場合には、 （１）ポンプとかブロア等の機械的な駆動装置が必要で
あることから、装置の構造が複雑となり、コストアップ
を招く、 （２）粉体通路の長さが長くなるほど通路途中での詰ま
りが発生し易くなり、運転維持経費が高く付き、また、
これを防止しようとすれば駆動装置が大掛かりとなる、 等の問題があった。

そこで本願発明は、機械的手段によらずに粉体を加速す
ることを可能ならしめる粉体加速方法を提案し、さらに
併せてこの方法を利用して粉体の高速高圧噴射を行う粉
体噴射装置及び粉体輸送を行う粉体輸送装置を提供する
ことを目的としてなされたものである。

（発明の技術的背景） 本願発明者らは、機械的手段を使用せずに粉体の加速を
行うための方法を研究する過程において、液体の相変化
に着目した。

即ち、管内で液体が気体に相変化した場合の管内流れ
は、連続の式より次のようになる。

ρｌ・Vl・Ａ＝ρｇ・Vg・Ａ Vg＝（ρl/ρｇ）・Vl…（式１） ここで、ρ：密度、V:速度、A:管断面席、l:液体、g:気
体とする。

式１において、ρl/ρｇは通常1000程度の大きさとな
る。従って、原理的には、管内で液体が気体に相変化し
た時には、流速を1000倍とするような加速が得られるこ
ととなる。このため、管内で低温の液体と粉体との混合
物を加熱して液体を蒸発（気体への相変化）させると、
高速且つ高圧のガス流体が発生し、その流動エネルギー
によって粉体が加速され、その管長を適正に確保すれば
最終的には粉体速度はガス流速と一致するまで加速され
ることになる。

本願発明者らは、このような液体の相変化に伴う現象に
着目し、ガス流体の流動エネルギーを利用して粉体の加
速及び輸送を行うことに想到したものである。

（課題を解決するための手段） このような背景技術に立脚し、本願各発明では上記の如
き課題を解決するための手段として次のような構成を採
用している。

（１）粉体加速方法に関する請求項１記載の発明では、
第３図及び第４図に例示するように、加熱によって気体
への相変化を行う液体Ｈを液体噴射手段Ｑにより管路状
の粉体通路Ｌに向けて噴射し且つこの液体噴流に粉体Ｐ
を混合させるとともに、この混合物Ｍを管路状の粉体通
路Ｌ内において加熱し上記液体Ｈの気体への相変化時の
体積膨張に伴う流動エネルギーによって上記粉体Ｐを上
記粉体通路Ｌ内において加速させることを特徴としてい
る。

（２）粉体噴射装置に関する請求項２記載の発明では、
第３図に例示するように、加熱によって気体への相変化
を行う液体Ｈを管路状の粉体通路Ｌに向けて噴射する液
体噴射手段Ｑと、該液体噴流に粉体Ｐを混合せしめる混
合手段Ｘと、この混合物Ｍを上記粉体通路Ｌ内において
加熱する加熱手段Ｙとを備え、該加熱手段Ｙにより上記
液体Ｈを加熱して気体に相変化させ該気体の体積膨張に
伴う流動エネルギーによって上記粉体Ｐを加速させて外
部へ高圧高速で噴射させるようにしたことを特徴として
いる。

（３）粉体輸送装置に関する請求項３記載の発明では、
第４図に示すように、加熱によって気体への相変化を行
う液体Ｈを管路状の粉体通路Ｌに向けて噴射する液体噴
射手段Ｑと、該液体噴流に粉体Ｐを混合せしめる混合手
段Ｘと、この混合物Ｍを上記粉体通路Ｌ内において加熱
する加熱手段Ｙとを備え、該加熱手段Ｙにより上記液体
Ｈを加熱して気体に相変化させ該気体の体積膨張に伴う
流動エネルギーによって上記粉体Ｐを加速させて該粉体
通路Ｌ内をその下流側に向けて移動させるようにしたこ
とを特徴としている。

（作用及び効果） 本願各発明ではこのような構成であるから、それぞれ次
のような作用及び効果が得られる。

（１）請求項１記載の発明では、管路状の粉体通路Ｌに
向けて液体を噴射してこの液体噴流に粉体Ｐを混合させ
るともに、この混合物Ｍを上記粉体通路Ｌ内において加
熱して上記液体Ｈを蒸発させることにより該粉体通路Ｌ
内に高速で体積膨張するガス流体が発生し、そのガス流
体の体積膨張時の流動エネルギーによって粉体Ｐが加速
されるものである。

従って、この発明では、何等の機械的駆動手段を設ける
ことなく粉体Ｐを加速させることができることから、機
械的駆動手段による場合に比して、装置の簡略化及び低
コスト化が図れるとともに、メンテナンスフリー化によ
り装置の維持管理が容易になるという効果が得られる。

（２）請求項２記載の発明では、液体噴射手段Ｑにより
管路状の粉体通路Ｌに向けて噴射される液体Ｈに対して
混合手段Ｘにより粉体Ｐを混合させて混合物Ｍを生成さ
せるとともに、この混合物Ｍを粉体通路Ｌにおいて加熱
手段Ｙで加熱して該液体Ｈを蒸発させて高速高圧のガス
流体を発生させることにより、該粉体Ｐは該ガス流体の
流動エネルギーを受て高速高圧で上記粉体通路Ｌから噴
射されることになる。

従って、この発明では、例えば、これを切断装置に適用
した場合には、従来のアブレシブジェット切断システム
のように高速高圧の流体を用いる必要がないところか
ら、装置のコンパクト化、低コスト化が図れるという効
果が得られる。

（３）請求項３記載の発明では、液体噴射手段Ｑにより
管路状の粉体通路Ｌに向けて噴射される液体Ｈに対して
混合手段Ｘにより粉体Ｐを混合させて混合物Ｍを生成さ
せるとともに、この混合物Ｍを粉体通路Ｌにおいて加熱
手段Ｙで加熱して該液体Ｈを蒸発させて高速高圧のガス
流体を発生させることにより、該粉体Ｐは該ガス流体の
流動エネルギーを受て上記粉体通路Ｌ内で加速され、該
粉体通路Ｌの長さを十分にとれば、最終的には該粉体は
ガス流体とほぼ同じ速度で輸送されることになる。

従って、この発明では、ポンプ、ブロア等の機械的駆動
装置を設けることなく粉体Ｐの輸送ができるところか
ら、機械的駆動装置を設ける場合に比して、装置の構造
の簡略化、低コスト化が図れるとともに、例え粉体通路
Ｌが長くてもその任意の位置で液体Ｈを蒸発させて粉体
の加速を行わしめることができるところから、輸送作業
能率及び信頼性が向上するという効果も得られる。

（実施例） 以下、添付図面を参照して本願発明の好適な実施例を説
明する。

第１実施例 第１図には、請求項１及び２記載の発明を適用した粉体
噴射装置の一実施例としてのアブレシブジェット切断装
置Z₁が示されている。このアブレシブジェット切断装置
Z₁は、粉体加速用の作動液体として液体窒素を用いた切
断装置であって、液体窒素タンク１と加圧窒素ボンベ２
とを備え、該液体窒素タンク１内の液体窒素を加圧窒素
のガス圧力で後述の噴射部３へ加圧供給するようにして
いる。

噴射部３は、特許請求の範囲中の液体噴射手段Ｑに該等
するものであって、第１図及び第２図に示すように、上
記液体窒素タンク１に接続され液体窒素の供給通路とな
るノズル４の先端4aに、その上流端7aをオリフィス５と
した所定長さの蒸発管７を締め金６により固定して構成
されている。

この蒸発管７は、そのオリフィス５の直下流部分7bを大
径通路状に形成してこれを混合室９とするとともに、該
混合室９より下流部分は小径管路状に形成してこれを粉
体通路Ｌとしている。また、この蒸発管７の上記混合室
９の外側には、所定容積をもつアブレシブタンク10が配
置されている。このアブレシブタンク10は、粉体を貯蔵
し必要に応じて上記混合室９側に供給するものであっ
て、該混合室９の周壁に多数形成した連通路11,11,…を
介して該混合室９に連通せしめられている。この実施例
ではアブレシブタンク10と連通路11,11,…と上記混合室
９で請求項２記載の混合手段Ｘが構成されている。

さらに、この蒸発管７の粉体通路Ｌに対応する部分に
は、特許請求の範囲中の加熱手段Ｙに該当するヒーター
８が該粉体通路Ｌの外側を取り巻くようにして設けられ
ている。また、第１図において符号12は、上記ノズル４
の外周に取り付けられた断熱材である。

続いて、このアブレシブジェット切断装置Z₁を用いて被
切断物14を切断する場合について説明すると、先ずアブ
レシブタンク10に粉体を供給するとともに、ノズル４側
に液体窒素を圧送する。すると、第３図に示すように、
オリフィス５から加圧状態で吹き出される液体窒素によ
り混合室９内が負圧化し、アブレシブタンク10内の粉体
は順次各連通路11,11,…を通って混合室９側に流入せし
められる。その結果、該混合室９内においては粉体Ｐと
液体窒素とが混合され混合物Ｍとなって該混合室９から
粉体通路Ｌ側に送り出される。

一方、粉体通路Ｌ内に送り出された混合物Ｍは、ヒータ
８によって加熱される。すると、該混合物Ｍ内の液体窒
素が蒸発し、高速高圧のガス流体が粉体通路Ｌ内に発生
し、このガス流体の流動エネルギーによって粉体Ｐは加
速され、蒸発管７の先端から高速高圧の粉流13として噴
射される。この粉流13を、第１図に示すように、被切断
物14に衝突させてこれを切断するものである。

このように、この実施例のアブレシブジェット切断装置
Z₁によれば、従来のアブレシブジェット切断装置のよう
に高速高圧の流体により粉体Ｐの加速を行うものでな
く、単に液体窒素を粉体と混合させて粉体通路Ｌ内に送
り出し、これを該粉体通路Ｌ内において加熱することに
より該粉体Ｐを加速することができるものであり、装置
の構造の簡略化、低コスト化に寄与できるものである。

尚、請求項２記載の発明にかかる粉体噴射装置として
は、この実施例のようなアブレシブジェット切断装置Z₁
の他に、例えばショットブラスト装置等にも適用可能で
ある。

第２実施例 第４図には、請求項１及び３記載の発明の実施例にかか
る粉体輸送装置Z₂が示されている。この粉体輸送装置Z₂
は、上記第１実施例と同じように、液体窒素の蒸発に伴
うガス流体の流動エネルギーを利用して粉体Ｐを加速し
これを所定の位置まで輸送しようとするものであって、
第４図に示すように、所定容積をもつ混合室９と該混合
室９に接続された蒸発管７を有している。そして、この
蒸発管７はほぼ水平に配置され、この内部は管路状の粉
体通路Ｌとされている。また、この蒸発管７の粉体通路
Ｌに対応する位置の外周にはヒータ８が取り付けられて
いる。

一方、上記混合室９には、液体窒素供給用のノズル４
（特許請求の範囲中の液体噴射手段Ｑに該当する）と粉
体供給用のアブレシブタンク10が接続されている。尚、
このノズル４の上流側には、第１実施例と同じように、
液体窒素タンクと加圧窒素ボンベが取り付けられている
（図示省略）。

この粉体輸送装置Z₂においては、アブレシブタンク10か
ら混合室９に粉体Ｐを供給しながらノズル４から液体窒
素Ｈを供給し、該粉体Ｐと液体窒素Ｈとを混合して混合
物Ｍとし、これを粉体通路Ｌ側に送り出す。そして、粉
体通路Ｌ内に送り出された混合物Ｍを該粉体通路Ｌ内に
おいてヒータ８によって加熱しその液体窒素Ｈを蒸発さ
せる。すると、粉体は液体窒素Ｈの蒸発に伴うガス流体
の流動エネルギーにより加速され、次第にその下流側に
向けて輸送される。この場合、粉体通路Ｌの通路長さが
十分長ければ、粉体Ｐは最終的にはガス流体と同じ程度
の高速で輸送される。

このように、この実施例の粉体輸送装置Z₂においては、
従来の粉体輸送装置において不可欠であったファンとか
ブロア等の機械的駆動装置を設けなくとも粉体Ｐを十分
に加速させてこれを輸送することができるものであり、
それだけ装置の簡略化、コンパクト化及び低コスト化に
寄与できるものである。

また、この実施例のものにおいては、蒸発管７の長さ方
向における混合物Ｍに対する加熱位置あるいは加熱程度
を適宜に変更設定（即ち、液体窒素の蒸発時期及び蒸発
量を変更）することにより粉体の輸送速度、輸送力を調
整することができるため、輸送距離あるいは粉体通路Ｌ
の通路面積等の大小にかかわらず常に良好な輸送を得る
ことができるものである。

さらに、上記各実施例のように作動液体として液体窒素
を用いた場合には、粉体通路Ｌの酸化という心配がない
ことから、常にクリーンな状態での輸送が行えるという
利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本願発明の第１実施例にかかるアブレシブジェ
ット切断装置のシステム図、第２図は第１図に示したア
ブレシブジェット切断装置の噴射部の要部拡大縦断面
図、第３図は該噴射部を粉体が流れる場合の状態説明
図、第４図は本願発明の第２実施例にかかる粉体輸送装
置の要部縦断面図である。 １……液体窒素タンク ２……加圧窒素ボンベ ３……噴射部 ４……ノズル ５……オリフィス ６……締め金 ７……蒸発管 ８……ヒータ ９……混合室 10……アブレシブタンク 11……連通路 12……断熱材 Ｈ……液体 Ｌ……粉体通路 Ｍ……混合物 Ｐ……粉体 Ｑ……液体噴射手段 Ｘ……混合手段 Ｙ……加熱手段

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】加熱によって気体への相変化を行う液体
   （Ｈ）を液体噴射手段（Ｑ）により管路状の粉体通路
   （Ｌ）に向けて噴射し且つこの液体噴流に粉体（Ｐ）を
   混合させるとともに、この混合物（Ｍ）を管路状の粉体
   通路（Ｌ）内において加熱し上記液体（Ｈ）の気体への
   相変化時の体積膨張に伴う流動エネルギーによって上記
   粉体（Ｐ）を上記粉体通路（Ｌ）内において加速させる
   ことを特徴とする粉体加速方法。
2. 【請求項２】加熱によって気体への相変化を行う液体
   （Ｈ）を管路状の粉体通路（Ｌ）に向けて噴射する液体
   噴射手段（Ｑ）と、該液体噴流に粉体（Ｐ）に混合せし
   める混合手段（Ｘ）と、この混合物（Ｍ）を上記粉体通
   路（Ｌ）内において加熱する加熱手段（Ｙ）とを備え、
   該加熱手段（Ｙ）により上記液体（Ｈ）を加熱して気体
   に相変化させ該気体の体積膨張に伴う流動エネルギーに
   よって上記粉体（Ｐ）を加速させて外部へ高圧高速で噴
   射させるようにしたことを特徴とする粉体噴射装置。
3. 【請求項３】加熱によって気体への相変化を行う液体
   （Ｈ）を管路状の粉体通路（Ｌ）に向けて噴射する液体
   噴射手段（Ｑ）と、該液体噴流に粉体（Ｐ）に混合せし
   める混合手段〔Ｘ）と、この混合物（Ｍ）を上記粉体通
   路（Ｌ）内において加熱する加熱手段（Ｙ）とを備え、
   該加熱手段（Ｙ）により上記液体（Ｈ）を加熱して気体
   に相変化させ該気体の体積膨張に伴う流動エネルギーに
   よって上記粉体（Ｐ）を加速させて該粉体通路（Ｌ）内
   をその下流側に向けて移動させるようにしたことを特徴
   とする粉体輸送装置。