(57)【要約】      （修正有）【課題】低床コンベアに適用可能であり、樋の最上部に堆積した落下物も洗浄し除去できる落下物の除去装置を提供する。【解決手段】ベルトコンベアの下方に設けられた傾斜する樋３０に一定量の洗浄水を間欠的に放出させて落下物を除去する落下物の除去装置１０であって、傾斜する樋の最上部よりもさらに高く設けられた獅子脅し式洗浄水放出装置１２と、樋の最上部に設けられ、樋の幅方向に延在し、傾斜する樋を流れる洗浄水の上流方向斜め下方に洗浄水を噴出させるノズルが設けられたノズルヘッダ２２と、獅子脅し式洗浄水放出装置から放出される洗浄水をノズルヘッダに案内する配管と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベルトコンベアの下方に設けられた傾斜する樋に一定量の洗浄水を間欠的に放出させて落下物を除去する落下物の除去装置であって、
傾斜する前記樋の最上部よりもさらに高い位置に設けられた獅子脅し式洗浄水放出装置と、
前記樋の最上部に設けられ、前記樋の幅方向に延在し、傾斜する前記樋を流れる洗浄水の上流方向斜め下方に前記洗浄水を噴出させるノズルが設けられたノズルヘッダと、
前記獅子脅し式洗浄水放出装置から放出される前記洗浄水をノズルヘッダに案内する配管と、を有する、落下物の除去装置。
【請求項２】
前記ノズルは、前記樋の幅方向に沿った長い矩形のスリットであり、
前記スリットの幅は、前記樋の幅から１６０ｍｍを引いた幅以上である、請求項１に記載の落下物の除去装置。
【請求項３】
前記スリットは、前記樋の水流方向に垂直な方向を基準として、前記ノズルヘッダの長手方向垂直断面の中心を時計回りする角度が３０°以上６０°以下となる位置に前記スリットの中心線が設けられる、請求項２に記載の落下物の除去装置。
【請求項４】
ベルトコンベアの下方に設けられた傾斜する樋に一定量の洗浄水を間欠的に放出させる落下物の除去方法であって、
傾斜する前記樋の最上部よりもさらに高い位置に設けられた獅子脅し式洗浄水放出装置から前記樋に間欠的に洗浄水を放出するとともに、前記樋の幅方向に延在するノズルヘッダから傾斜する前記樋を流れる洗浄水の上流方向斜め下方に向けて前記洗浄水を噴出させる、落下物の除去方法。
【請求項５】
前記樋の水流方向に垂直な方向を基準として、前記ノズルヘッダの長手方向垂直断面の中心を時計回りする角度が３０°以上６０°以下となる方向に、前記洗浄水を前記樋に噴出させる、請求項４に記載の落下物の除去方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ベルトコンベアから落下した石炭やコークス等の落下物を受ける樋において、これら落下物を除去する落下物の除去装置および除去方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ベルトコンベア火災は、一度発生すると鎮火が難しく、延焼範囲が大きくなり、生産を停止させることになるので問題である。従来から、ベルトコンベア火災が発生するメカニズムとして、下記２つのパターンが知られている。
【０００３】
１つ目のパターンとして、まず、ベルトコンベアから落下した石炭を受ける樋の上に、石炭がリターンローラーまで大量に堆積し、これにより、リターンローラーが回転しにくくなってベアリングが発熱し、発熱部に接する石炭に着火して炎が発生する。当該炎にベルトコンベアのベルトがあぶられ、最終的にベルトに延焼してベルトコンベア火災となる。
【０００４】
２つ目のパターンは、リターンローラーのベアリングが破損して発熱し、ベアリングの発熱により生じた石炭等の赤熱片の火の粉が落下し、樋の上に堆積している石炭に着火して炎が発生する。当該炎にベルトコンベアのベルトがあぶられ、最終的にベルトに延焼してベルトコンベア火災となる。
【０００５】
いずれのパターンにおいても、樋に落下し堆積した石炭を除去すればベルトへの延焼を阻止できる。したがって、ベルトコンベア火災の発生を防止するには、樋に堆積した石炭等の落下物をすみやかに除去することが重要になる。
【０００６】
樋に堆積した石炭等の落下物を除去する技術として、特許文献１には、樋の最上部を獅子脅しに改造し、大流量の水を断続的に流す技術が開示されている。また、特許文献２には、コンベア上流に、別途給水口とセンターが偏心した貯水タンクを設け、一定量の水が貯水タンクに貯まった段階で獅子脅しのように貯水タンクが回転し、貯水タンク内の水をケースおよび放流パイプを通じて、断続的に樋に流す技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−２６９４４３号公報
【特許文献２】実用新案登録第３１５２８１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献１に開示された技術では、ベルトコンベアのベルトの下部に獅子脅しを設置し稼働させるスペースが必要になるので、ベルトと樋との高さの差が小さい低床コンベアには適用できないという課題があった。樋とリターンローラーとの距離が近く、ベルトコンベア火災の発生リスクが高い低床コンベアこそ火災防止対策が必要になるところ、特許文献１に開示された技術は低床コンベアに適用できるものではなかった。
【０００９】
また、特許文献２に開示された技術では、獅子脅しを樋から離したことで低床コンベアへ適用することが可能になったものの、放流パイプより上流の１００ｍｍ程度の樋の範囲に堆積した落下物には放流水がうまくかからず、樋の最上部に石炭等の落下物が残留するという課題があった。本発明は、これらの課題を鑑みてなされたものであり、低床コンベアに適用可能であり、樋の最上部に堆積した落下物も洗浄し除去できる落下物の除去装置および除去方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するための手段は、以下の通りである。
（１）ベルトコンベアの下方に設けられた傾斜する樋に一定量の洗浄水を間欠的に放出させて落下物を除去する落下物の除去装置であって、傾斜する前記樋の最上部よりもさらに高い位置に設けられた獅子脅し式洗浄水放出装置と、前記樋の最上部に設けられ、前記樋の幅方向に延在し、傾斜する前記樋を流れる洗浄水の上流方向斜め下方に前記洗浄水を噴出させるノズルが設けられたノズルヘッダと、前記獅子脅し式洗浄水放出装置から放出される前記洗浄水をノズルヘッダに案内する配管と、を有する、落下物の除去装置。
（２）前記ノズルは、前記樋の幅方向に沿った長い矩形のスリットであり、前記スリットの幅は、前記樋の幅から１６０ｍｍを引いた幅以上である、（１）に記載の落下物の除去装置。
（３）前記スリットは、前記樋の水流方向に垂直な方向を基準として、前記ノズルヘッダの長手方向垂直断面の中心を時計回りする角度が３０°以上６０°以下となる位置に前記スリットの中心線が設けられる、（２）に記載の落下物の除去装置。
（４）ベルトコンベアの下方に設けられた傾斜する樋に一定量の洗浄水を間欠的に放出させる落下物の除去方法であって、傾斜する前記樋の最上部よりもさらに高い位置に設けられた獅子脅し式洗浄水放出装置から前記樋に間欠的に洗浄水を放出するとともに、前記樋の幅方向に延在するノズルヘッダから傾斜する前記樋を流れる洗浄水の上流方向斜め下方に向けて前記洗浄水を噴出させる、落下物の除去方法。
（５）前記樋の水流方向に垂直な方向を基準として、前記ノズルヘッダの長手方向垂直断面の中心を時計回りする角度が３０°以上６０°以下となる方向に、前記洗浄水を前記樋に噴出させる、（４）に記載の落下物の洗浄方法。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る落下物の除去装置および落下物の除去方法は、低床コンベアにも適用でき、かつ、樋の最上部に放流水を流すことができる。これにより、樋の最上部に堆積した落下物も有効に洗浄し除去できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態に係る落下物の除去装置１０の一例と、樋３０を示す側面断面模式図および斜視図である。
【図２】スリットノズル２４の幅とノズル放流水２６の広がり幅との関係を確認するのに用いた装置の模式図である。
【図３】流量とスリットノズル２４の間隙との関係を示したグラフである。
【図４】上述した樋３０を用いた場合の流量とスリットノズル２４の間隙との関係を示すグラフである。
【図５】試験に用いた落下物の除去装置におけるノズルヘッダ２２と樋３０の位置関係を示す側面模式図である。
【図６】図５の（Ａ）部の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を本発明の実施形態を通じて説明する。図１は、本実施形態に係る落下物の除去装置１０の一例と、樋３０を示す側面断面模式図（図１（ａ））および斜視図（図１（ｂ））である。樋３０は、石炭などの原料を搬送するベルトコンベアの直下に設けられ、両端で高低差が生じるように傾斜して配置された溝状の部材である。樋３０には、ベルトコンベアから落下した石炭等の落下物が堆積する。上述したように、樋３０に堆積した落下物はベルトコンベア火災の原因になるので、落下物の除去装置１０から定期的に洗浄水を樋３０に流して、堆積した石炭等の落下物を洗浄し除去する。
【００１４】
落下物の除去装置１０は、獅子脅し式洗浄水放出装置１２と、ノズルヘッダ案内配管２０と、ノズルヘッダ２２とを有する。獅子脅し式洗浄水放出装置１２は、樋３０の最上部よりも高い位置に設けられている。獅子脅し式洗浄水放出装置１２は、給水口１４と、外部タンク１６と、トラフ１８とを有する。給水口１４から水が供給され、トラフ１８に洗浄水として貯水される。トラフ１８内に一定量の洗浄水が貯水されると、トラフ１８が獅子脅し式に回転し、トラフ１８に貯水されていた一定量の洗浄水が外部タンク１６から放出される。洗浄水が放出されたトラフ１８は、逆回転して元の位置に戻り、再び、給水口１４から水が供給され、洗浄水がトラフ１８に貯水される。トラフ１８による貯水と放出とが繰り返し実施されることで、獅子脅し式洗浄水放出装置１２から一定量の洗浄水が間欠的に放出される。
【００１５】
樋３０の最上部の上方には、樋３０の幅方向に延在したノズルヘッダ２２が設けられている。獅子脅し式洗浄水放出装置１２から放出された洗浄水は、ノズルヘッダ案内配管２０によってノズルヘッダ２２に案内される。ノズルヘッダ２２には、樋３０の幅方向に沿って樋３０を流れる放流水の上流方向斜め下方に洗浄水を噴出させるスリットノズル２４が設けられている。ノズルヘッダ２２に案内された洗浄水は、ノズルヘッダ案内配管２０を通ってスリットノズル２４から樋３０の最上部に向けて噴出される。なお、本実施形態において、スリットノズル２４から噴出される洗浄水をノズル放流水２６と定義する。
【００１６】
このように、本実施形態に係る落下物の除去装置１０では、洗浄水をノズル放流水２６として傾斜する樋３０を流れる洗浄水の上流方向斜め下方へ噴出させる。これにより、従来技術では十分に洗浄できなかった樋３０の最上部（特許文献２に記載の放流パイプより上流の１００ｍｍ程度の範囲）に堆積した落下物にノズル放流水２６をかけることができ、当該位置に堆積した落下物を洗浄し除去できる。
【００１７】
次に、スリットノズル２４の幅と、ノズル放流水２６の広がり幅について説明する。ここでは、スリットノズル２４の長手方向を幅と称し、スリットノズル２４の上下幅を間隙と称する。なお、スリットノズル２４の間隙は、幅方向に一定とした。図２は、スリットノズル２４の幅とノズル放流水２６の広がり幅との関係を確認するのに用いた装置の模式図である。スリットノズル２４の高さが地上４０から１００ｍｍとなるようにノズルヘッダ２２を設置し、水量を変えてスリットノズル２４からノズル放流水２６を噴出させ、地上４０におけるノズル放流水２６の広がり幅を測定した。試験条件および試験結果を下記表１に示す。
【００１８】
【表１】
2020186094.tif 000003
【００１９】
表１に示すように、ノズル放流水２６の広がり幅は、１００ｍｍ下方の地上４０に届く前に少なくとも１６７ｍｍ広がることがわかった。この結果から、スリットノズル２４の長さは、樋３０の幅寸法から１６０ｍｍを引いた幅以上とした。
【００２０】
次に、樋３０を流れる水の流量について説明する。土砂を堆積させずに水を流すには、０．６ｍ／ｓｅｃ以上の水の流速が必要であることが知られている。石炭は土砂よりも比重が軽いので、樋３０を流れる水の流速を０．６ｍ／ｓｅｃ以上とすれば、樋３０に堆積した石炭を十分に洗浄し除去できると考えられる。樋３０を流れる水の平均流速Ｖ１は、マニングの式により下記（１）式で表すことができる。
【００２１】
【数１】
2020186094.tif 000004
上記（１）式において、Ｒは水理学的平均水深（流れの断面積である流積を流れに接する固体壁の断面長さで除した値）であり、Ｉは水勾配であり、Ｖ１は必要流速であり、ｎは粗度係数である。ここで、Ｖ１＝０．６ｍ／ｓｅｃ（必要流速）とし、粗度係数ｎを０．０１２（鋼製の樋であることから鋼でライニングされた水路）とすると、水理学的平均水深Ｒは、下記（２）式で表すことができる。
【００２２】
【数２】
2020186094.tif 000005
【００２３】
樋３０の幅をＹとすると、Ｙに比べてＲは十分に小さい。このため、Ｒは樋３０を流れる水の高さとみなすことができる。よって、樋３０を流れるノズル放流水２６の流量Ｑ１は、下記（３）式で表すことができる。
【００２４】
【数３】
2020186094.tif 000006
【００２５】
樋３０の設計最大流量Ｑ２を流量Ｑ１に対して安全率を３倍として設定した。設計最大流量Ｑ２は下記（４）式で表すことができる。
【００２６】
【数４】
2020186094.tif 000007
【００２７】
ここで、最大流量と必要流量について説明する。本実施形態において、最大流量とは、スリットノズル２４から流せる瞬間の最大流量を意味する。スリットノズル２４の断面積をＡとし、ノズルヘッダ２２の断面積をＢとすると、断面積Ａが断面積Ｂ以上である場合、大気解放と同義のため、最大流量は、設計最大流量Ｑ２となる。一方、断面積Ａが断面積Ｂ未満である場合、ノズルヘッダ２２に水が充満しスリットノズル２４で圧損が発生し、最大流量は設計最大流量Ｑ２未満となる。
【００２８】
一方、必要流量とは、スリットノズル２４の位置で０．６ｍ／ｓｅｃの流速が維持できる流量を意味する。スリットノズル２４の間隙をＣとすると、必要流量Ｑ３は、下記（５）式で表すことができる。
【００２９】
【数５】
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【００３０】
この最大流量と必要流量の余力が最大になるスリットノズル２４の間隙が最適なスリットノズル２４の間隙となるが、これはスリットノズル２４の断面積Ａがノズルヘッダ２２の断面積Ｂと等しい場合である。したがって、ノズルヘッダ２２の内径をＤとすると下記（６）式が成り立ち、最適なスリットノズル２４の間隙Ｃは下記（７）式で表すことができる。
【００３１】
【数６】
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【００３２】
【数７】
2020186094.tif 000010
【００３３】
また、必要流量Ｑ３は、設計最大流量Ｑ２未満となることが条件となるので、スリットノズル２４の間隙Ｃは、下記（８）式の範囲内に限定される。
【００３４】
【数８】
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【００３５】
図３は、流量とスリットノズル２４の間隙との関係を示したグラフである。スリットノズル２４の間隙Ｃは、余力が最大となる最適な間隙πＤ２／｛４×（Ｙ−０．１６）｝とするのが好ましく、また、間隙の限界値１．８Ｙ／｛（Ｙ−０．１６）×Ｉ3/4｝未満とする必要があることがわかる。
【００３６】
次に、樋３０の壁面高さについて確認した結果について説明する。全長５５ｍのベルトコンベアに適用できる傾斜角度７°、幅１５６０ｍｍ、壁面高さ１００ｍｍ、全長５５ｍである樋３０を用いて行った。なお、傾斜角度７°および全長５５ｍの樋３０の水勾配Ｉは０．１２２である。
【００３７】
上記（４）式を用いて計算した結果、設計最大流量Ｑ２は８．６Ｌ／ｓｅｃ（０．５２ｍ３／ｍｉｎ）であったので、設計最大流量の１０倍の９０Ｌをトラフ１８の容量とし、給水口から１５Ｌ／ｍｉｎの水をトラフ１８に給水し、６分に１回、獅子脅し式にトラフ１８が回転し、外部タンク１６に洗浄水が放出されるように設定した。
【００３８】
図４は、上述した寸法の樋３０を用いた場合の流量とスリットノズル２４の間隙との関係を示すグラフである。スリットノズル２４の間隙Ｃは、必要流量と最大流量との差である余力が最も大きくなる７.３×１０-３ｍとすることが最も好ましい。また、必要流量が設計最大流量以下とするため、スリットノズル２４の間隙Ｃを９.７×１０−３ｍ未満とする必要がある。
【００３９】
図５は、試験に用いた落下物の除去装置におけるノズルヘッダ２２と樋３０の位置関係を示す側面模式図である。図５に示すように、ノズルヘッダ２２の径は１００Ａとし、樋３０の最上部から下流方向へ１１０ｍｍの位置がノズルヘッダ２２の中心になるようにノズルヘッダ２２を設置した。
【００４０】
図６は、図５の（Ａ）部の拡大図である。図６を用いてスリットノズル２４の角度を説明する。スリットノズル２４の角度は、図６に示す角度θ１である。すなわち、スリットノズル２４の角度とは、樋３０の水流方向に垂直となる方向を基準とし、ノズルヘッダ２２の長手方向垂直断面におけるノズルヘッダ２２中心からスリットノズル２４の間隙中心に向かう角度θ１（時計回り）である。このスリットノズル２４の角度θ１が４５°となるようにノズルヘッダ２２を設置して試験を行った。試験条件と試験結果を下記表２に示す。
【００４１】
【表２】
2020186094.tif 000012
【００４２】
上述したように設計最大流量Ｑ２は０．５２ｍ３／ｍｉｎであるので、試験番号１２が設計最大流量のノズル放流水２６を流した試験にほぼ相当する。表２に示すように、流量を設計最大流量Ｑ２の２倍となる１．２０ｍ３／ｍｉｎとした試験番号１４で樋３０からの水溢れが発生した。この結果から、樋３０の壁面高さを１００ｍｍとすることで、設計最大流量Ｑ２以内では樋３０からの水溢れが生じないことが確認された。
【００４３】
次に、スリットノズル２４の角度について説明する。表２の試験で用いた試験装置を用いて、スリットノズル２４の角度だけを変え、ノズル放流水２６の噴出状況および落下物の洗浄、除去状況を確認した。試験条件と試験結果を下記表３に示す。
【００４４】
【表３】
2020186094.tif 000013
【００４５】
表３に示すように、スリットノズル２４の角度が３０°以上６０°以下の範囲内では、樋３０からの水溢れが発生せず、また、樋３０の最上部に堆積した全ての落炭が洗浄され除去された。一方、スリットノズル２４の角度が２８°の場合は、噴出したノズル放流水２６が樋３０から跳ね返って樋３０の外に飛散した。また、スリットノズル２４の角度が６２°の場合は樋３０からの水溢れが有った。これらの結果から、スリットノズル２４の角度を３０°以上６０°以下とすることが好ましいことが確認された。
【符号の説明】
【００４６】
１０  落下物の除去装置
１２  獅子脅し式洗浄水放出装置
１４  給水口
１６  外部タンク
１８  トラフ
２０  ノズルヘッダ案内配管
２２  ノズルヘッダ
２４  スリットノズル
２６  ノズル放流水
３０  樋
４０  地上
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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