(57)【要約】【課題】液状滑剤のみ、あるいは空気などの気体のみを配管内に注入あるいは圧送する圧力損失低減方法に比べて圧力損失低減効果が高く、液状滑剤および空気等の気体の使用量が従来の方法に比べて少なくて済む、高粘度物質の配管搬送における圧力損失低減装置を提供する。【解決手段】配管３の少なくともポンプ吐出口２ｆ近傍に、水と空気との気液混合物を配管１２内周壁面の全周に穿設した多数の噴射口１２ａから噴射可能な圧力損失低減装置１１を接続するとともに、その圧力低減装置１１を、水を貯留可能な貯留タンク１７と、一軸偏心ねじポンプ１３と、貯留タンク１７の排出口と一軸偏心ねじポンプ１３の吸込口とを接続する水の供給管１５と、この供給管１５に介設されるオリフィス１９と、供給管１５のオリフィス１９下流側に接続される圧縮空気の供給管１６と、一軸偏心ねじポンプ１３の吐出口と配管１２の全ての噴射口とを接続する気液混合物の噴射管２４とを具備する。【選択図】　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
汚泥等の高粘度物質をポンプにより配管を通して搬送する配管搬送過程において、
上記配管の少なくともポンプ吐出口近傍に、該配管の内周壁面の全周にわたり上記高粘度物質の周囲に添うように水や油等の液状滑剤を均等に霧状化して含有させた空気・窒素等の気体を圧入し、上記高粘度物質と上記配管の内周壁面との間に気液膜を形成して高粘度物質搬送時の圧力損失を低減すること
を特徴とする高粘度物質の配管搬送における圧力損失低減方法。
【請求項２】
上記気体の圧入前に、上記配管の内周壁面に沿って上記高粘度物質の周囲との間に水や油等の液状滑剤を注入して液膜を形成すること
を特徴とする請求項１記載の高粘度物質の配管搬送における圧力損失低減方法。
【請求項３】
汚泥等の高粘度物質をポンプにより配管を通して搬送する配管搬送用装置において、
上記配管の少なくともポンプ吐出口近傍に、水等の液状滑剤と空気等の気体との気液混合物を配管内周壁面の全周にわたり設けた多数の噴射口から圧入可能な圧力損失低減装置を接続するとともに、
その圧力損失低減装置が、液状滑剤を貯留可能な貯留タンクと、一軸偏心ねじポンプと、上記貯留タンクの排出口と一軸偏心ねじポンプの吸込口とを接続する液状滑剤の供給管と、この供給管に介設されるオリフィスと、上記供給管のオリフィス下流側に接続される圧縮空気等の気体の供給管と、上記一軸偏心ねじポンプの吐出口と上記配管の噴射口とを接続する気液混合物の噴射管とを具備すること
を特徴とする高粘度物質の配管搬送用装置における圧力損失低減装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、下水汚泥を脱水した汚泥ケーキのような含水率が低く粘度が非常に高くて流動性に乏しい高粘度物質を、ポンプにより配管を通して搬送（圧送）する際に、搬送中の圧力損失（以下、圧損ともいう）を低減する方法とその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の圧力損失低減方法には、従来、▲１▼液状滑剤の注入法、および▲２▼圧縮空気圧送法がある。
【０００３】
前者▲１▼は、高粘度物質の搬送用配管の途中に、水、油、界面活性剤などの液状滑剤を注入するための注入ノズルを設け、配管内を搬送される高粘度物質と管内周壁面との間に液状滑剤を注入して、搬送時の摩擦抵抗を低減することによって圧力損失を低減する方法である（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
後者▲２▼は、高粘度物質の搬送用配管の途中に、大量の圧縮空気を間欠的に圧送するためのエジェクタ等を備えておき、高粘度物質をプラグ状にして圧縮空気層と交互に送り出し、圧送する方法である（例えば、特許文献２参照。）。
【０００５】
そのほか、▲３▼配管の途中に、搬送方向に向けて漸次縮径される縮径部を形成し、その下流端側において拡径する拡径部を設け、配管内を搬送中の高粘度物質をいったん絞ることにより縮径することで、管内周壁との間に隙間を生じさせ、摩擦抵抗を低減する方法が提案されている。この方法に加えて、拡径部から配管内に液状の滑剤を注入し、さらに摩擦抵抗を低減する方法についても併せて提案されている（例えば、特許文献３参照。）。
【０００６】
【特許文献１】
特公平６−１２１６０号公報（第３頁左欄中段〜第４頁左欄上段、第２図・第９図〜第１１図）。
【特許文献２】
特開平３−２８８７２３号公報（明細書２頁・同４頁〜６頁、第１図・第２図）。
【特許文献３】
特開平１０−２４６３９９号公報（第２頁右欄上段〜同第３頁左欄上段、図１〜図６）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した各圧力損失低減方法には、いずれも次のような不都合な点がある。すなわち、
▲１▼　液状滑剤を配管内に注入する方法の場合、常時定量ずつ注入する作業を継続しなければならないために、液状滑剤注入用ポンプや液状滑剤貯留用タンクの維持・管理が必要であり、また圧損低減効果が限定的、つまり配管の内周壁面に沿った液膜の形成が不完全であり、かつ液膜が形成される長さが短いために圧損低減効果が十分とはいえない。
【０００８】
▲２▼　大量の圧縮空気を間欠的に圧入して高粘度物質をプラグ状にして圧送する方法の場合、高圧の空気を大量に必要とするとともに、搬送先において高粘度物質から発生する臭気が空気とともに発散されるおそれがあり、そのための対策を施す必要がある。
【０００９】
▲３▼　配管の内周壁を搬送方向に沿って縮径したのち拡径させているが、拡径部からは液状滑剤を注入するので、上記▲１▼と共通の問題点がある。
【００１０】
本発明は上述の点に鑑みなされたもので、液状滑剤のみ、あるいは空気などの気体のみを配管内に注入あるいは圧入する圧力損失低減方法に比べて圧力損失低減効果が高く、液状滑剤および空気等の気体の使用量が従来の方法に比べて少なくて済む、高粘度物質の配管搬送における圧力損失低減方法とその装置を提供しようとするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために請求項１にかかる圧損低減方法は、汚泥等の高粘度物質をポンプにより配管を通して搬送する配管搬送において、上記配管の少なくともポンプ吐出口近傍に、該配管の内周壁面の全周にわたり上記高粘度物質の周囲に添うように水や油等の液状滑剤を均等に霧状化して含有させた空気・窒素等の気体を圧入し、上記高粘度物質と上記配管の内周壁面との間に気液膜（液分含有の気体膜）を形成して高粘度物質搬送時の圧力損失を低減することを特徴としている。なお、「配管の少なくともポンプ吐出口近傍に」とは、配管が長くなれば、距離をあけて配管の複数箇所に噴射させる場合を含むことを意味する。
【００１２】
このように構成することにより、配管内を高粘度物質が搬送される際の、高粘度物質が配管の内壁に接触しながら搬送されることによる摩擦抵抗が、配管内周壁と高粘度物質との間に気液膜が形成されることから、高粘度物質と管内周壁面間の滑りが良くなって低減される。つまり、配管の内周壁面と高粘度物質との間に気液膜の層が搬送方向に沿ってでき、両者間に気液膜による一種の空間（隙間）が生じることから、搬送時の摩擦抵抗が低減される。気液膜の層は配管内の搬送方向に沿って不均一に形成されるが、高粘度物質が配管内壁面に接触している箇所があっても霧状の液体（例えば水）が両者間に介在していることから、高粘度物質が配管内壁面に直接に接触している場合に比べて摩擦抵抗が軽減し、圧損が低減される。この結果、搬送用の配管の口径を小さくでき、また搬送用ポンプの駆動馬力を下げられ、さらに配送用配管に介設される開閉弁などのバルブ径を小さくできるとともに、ランニングコストも低減できる。また、配管内に圧入させる気液の量は、液状滑剤のみおよび気体のみを噴射する場合に比べて極端に少なくて済む（液状滑剤のみの圧入量は高粘度物質搬送量の４〜７ｗｔ％で、本発明では同１ｗｔ％以下）ので、ランニングコストが少なくて済み、また悪臭防止の対策もほとんど不要である。
【００１３】
請求項２に記載のように、請求項１記載の圧損低減方法において、上記気体（気液）の圧入前に、上記配管の内周壁面に沿って上記高粘度物質の周囲との間に水や油等の液状滑剤を注入して液膜を形成することができる。
【００１４】
このように構成することによって、最初に高粘度物質と管内周壁との間に液膜が形成され、その液膜に向けて霧状の気液が噴射されるので、気液が高粘度物質と管内周壁との間を円滑に通って気液膜が形成される。このため、水などの液状滑剤の注入量は僅かでも十分であり、いいかえれば液状滑剤を注入する時間は短時間で十分であり、その後は霧状気液の圧入を継続すればよい。
【００１５】
請求項３にかかる圧損低減装置は、汚泥等の高粘度物質をポンプにより配管を通して搬送する配管搬送用装置において、上記配管の少なくともポンプ吐出口近傍に、水等の液状滑剤と空気等の気体との気液混合物を配管内周壁面の全周にわたり設けた多数の噴射口から圧入可能な圧力損失低減装置を接続するとともに、その圧力損失低減装置が、液状滑剤を貯留可能な貯留タンクと、一軸偏心ねじポンプと、上記貯留タンクの排出口と一軸偏心ねじポンプの吸込口とを接続する液状滑剤の供給管と、この供給管に介設されるオリフィスと、上記供給管のオリフィス下流側に接続される圧縮空気等の気体の供給管と、上記一軸偏心ねじポンプの吐出口と上記配管の噴射口とを接続する気液混合物の噴射管とを具備することを特徴としている。なお、「配管の少なくともポンプ吐出口近傍に」とは、配管が長くなれば、距離をあけて配管の複数箇所に圧力損失低減装置を接続する場合を含むことを意味する。
【００１６】
上記の構成を有する配管搬送用装置における圧力損失低減装置によれば、ポンプ、例えばプランジャー式・ピストン式の往復動型ポンプ、スクリューポンプ、一軸偏心ねじポンプにより高粘度物質を圧送して配管内を搬送する際に生じる圧力損失を以下のようにして低減する。高粘度物質が配管内を搬送される配管内周壁面の全周に設けられた多数の噴射口から高圧の気液が霧状になって圧入される。この霧状の気液は、貯留タンク内に貯留された液状滑剤、例えば水や油のような液状滑剤が供給管を介して一軸偏心ねじポンプにより吸引され、同時に例えば圧縮空気や圧縮窒素などの圧縮気体も気体の供給管から共通の供給管を通って一軸偏心ねじポンプにより吸引されるが、液状滑剤はオリフィスを通して吸引されるので、気体の吸引量に比べて大幅に制限され、気体中に霧状になって均一に混合される。そして、一軸偏心ねじポンプが容積形ポンプであることから、気体中に混合される液状滑剤の量はオリフィスによって常に一定に制限されるとともに、高粘度物質搬送用の配管内へは一軸偏心ねじポンプにより加圧されて高圧で吐出され、噴射口から霧状になって内周壁面に沿って圧入される。したがって、高粘度物質が配管の内周壁面に接触しようとしても、高圧下で霧状の気液が両者間に噴射・圧入され、気液膜の層が形成されることによって、高粘度物質は配管内を円滑に搬送されるので、摩擦抵抗が大幅に低減される。
【００１７】
なお、請求項３記載の圧損低減装置において、上記配管内周壁面に添って上記噴射口の上流側に環状カバーの一端部を、高粘度物質の搬送方向に向けて他端が開放されるように装着することができる。
【００１８】
このように構成された圧力損失低減装置によれば、滑剤としての気液が配管内に圧入される際に、環状カバー内の気液貯留部にいったん溜まった状態で高粘度物質の搬送方向に沿って噴射される。また、環状カバーによって噴射口からの高粘度物質の逆流が防止される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明にかかる圧力損失低減装置の実施の形態を図面に基づいて説明し、併せて圧力損失低減方法についても説明する。
【００２０】
図１は本例の圧力損失低減装置を備えた脱水ケーキ（汚泥）の配管搬送装置を示す概略図、図２（ａ）は図１の配管に介設した実施の形態１にかかる圧入ノズルを拡大して示す断面図、図２（ｂ）は図１の配管に介設した実施の形態２にかかる圧入ノズルを拡大して示す断面図、図３は汚泥の配管輸送時における実験データを示す線図で、上から順に▲１▼滑剤注入なし、▲２▼水注入、および▲３▼気液（水＋空気）圧入の各データを表すものである。
【００２１】
図１に示すように、１は汚泥を脱水したケーキ（汚泥ケーキ）を搬送ポンプ２により配管３を用いて搬送する装置で、搬送ポンプ２には本例では一軸偏心ねじポンプを使用している。図４に示すように、この搬送ポンプ２のケーシング２ａの上部入り口（吸込口）２ｃには、上端を開口したホッパー４の下端排出口が直結されている。ポンプケーシング２ａの一端開口にポンプ本体２ｂを連接した構造からなる。ポンプ本体２ｂは、図４に示す公知の構造からなり、金属製外筒２ｈ内にゴム製の雌ねじ形ステータ２ｄを一体に備え、このステータ２ｄの断面開口長円形の雌ねじ孔２ｅ内に断面円形の雄ねじ形ロータ２ｇが回転可能に嵌挿されている。またステータ２ｄの吐出口２ｆには、配管３の一端開口が接続されている。ステータ２ｄ内でロータ２ｇが雌ねじ孔２ｅの長手方向に沿って往復移動しながら同時に回転する。このためにロータ２ｇはステータ２ｄの中心軸回りを偏心して回転するので、図示を省略した電動モータの駆動軸とロータ２ｇとは、連接棒２ｋのほか自在継手２ｊやフレキシブルロッド（図示せず）などの偏心量を吸収する回転伝達手段を介して接続されている。ここまでの構成は、従来の配管搬送装置ととくに変わるところがない。
【００２２】
さて、本例の場合、配管３におけるポンプ吐出口２ｆの近傍には、図２（ａ）に示す圧入ノズル１２ａを備えた短寸の気液圧入用配管１２が介設されている。
この配管１２の長さ方向における中間位置に、多数の噴射口（圧入ノズル）１２ａが周方向に間隔をあけかつ長さ方向にも間隔をあけて３列穿設されている。また、全ての噴射口１２ａを取り囲むように環状枠体１２ｂが配管１２の外周面側に固設されている。環状枠体１２ｂの周方向の一部には、気液導入口１２ｃが開口されて接続プラグ１２ｄが取り付けられている。この気液圧入用配管１２は、本発明にかかる圧力低減装置１１の一部をなすものである。
【００２３】
圧力低減装置１１は、配管１２のほかに下記の構成部材を含むものである。すなわち、液状滑剤としての水と滑剤用気体としての空気を吸引・混合してスプレー（霧）状にし高圧下で配管１２の圧入ノズル１２ａへ供給するための一軸偏心ねじポンプ１３を備えている。このポンプ１３の構造は上記の一軸偏心ねじポンプ２と共通しているが、ポンプ２に比べて小容量である。ポンプ１３の吐出口１３ｆと圧入ノズル１２ａの接続プラグ１２ｄとがスプレー状気液の噴射管２４で接続され、この噴射管２４には電磁開閉弁２５が介設されている。
【００２４】
ポンプ１３の吸込口１３ｃに水および空気の供給管１４の一端が接続されている。供給管１４の他端側は分岐され、一方の供給管１５が水の貯留タンク１７の下端排水口１７ａに接続されている。他方の供給管１６は圧縮空気源としてのコンプレッサ１８に接続されている。水Ｗの供給管１５にはオリフィス（小孔）１９が介設され、このオリフィス１９を挟むように跨って並列に供給管１５に対しバイパス管２０が接続されており、バイパス管２０には電磁開閉弁２１が介設されている。圧縮空気Ａの供給管１６には電磁流量制御弁２２、流量計２３が分岐部側から順に介設されている。
【００２５】
以上のようにして実施形態１にかかる圧力損失低減装置１１が構成される。ここで、本例の圧力損失低減装置１１を備えた上記配管搬送装置１について、圧力損失低減のための使用態様を説明する。
【００２６】
図１に示すように、電磁開閉弁２１を閉じるとともに、流量計２３を見ながら電磁流量制御弁２２を調整してコンプレッサ１８にて圧縮した空気の流量を水に対し１０倍、言い換えれば圧縮空気Ａ：水Ｗの流量比を１０：１にする。そして、電磁開閉弁２５を開放した状態で、ポンプ１３を運転して空気と水とをポンプケーシング１３ａ内に吸引し本体１３ｂ内で加圧して噴射管２４よりスプレー状の気液を圧入ノズル１２ａから配管３（１２）内に噴射する。
【００２７】
こうした操作の直前あるいはほぼ同時に搬送ポンプ２の運転を開始し、ホッパー４内に投入された汚泥ケーキＸを配管３を通して搬送する。搬送ポンプ２から配管３内に吐出された汚泥ケーキＸは、配管３の内周壁に接触し、摩擦抵抗が上昇しようとする。しかし、圧入ノズル１２ａから圧縮空気Ａと水Ｗの混合物がスプレー状に噴射され、配管３の内周壁面と脱水ケーキＸとの間に気液膜の層が形成され、この気液膜層は配管３に沿ってほぼ全周に生じる。したがって、摩擦抵抗が大幅に軽減され配管３内の圧力損失が低減される。この結果、搬送ポンプ２の動力（馬力）を下げて小型化でき、またランニングコストも下がる。
【００２８】
以上のような効果は、例えば図３に示すように簡単な比較実験から明らかになる。
【００２９】
口径１００ｍｍの配管を用いて汚泥ケーキを搬送する際に、▲１▼液状滑剤等の注入なし、▲２▼水だけを注入、▲３▼気液（上記実施形態１）を圧入、の３種類のテストを行った。
【００３０】
結果は図３に示すように、▲１▼の場合：圧損が０．０６ＭＰａ／ｍ前後あったものが、▲２▼の場合：０．０４ＭＰａ／ｍ前後に低減された。
【００３１】
本発明の▲３▼の場合には、０．００４ＭＰａ／ｍ程度まで大幅に低減された。そして、とくに▲３▼の場合には、汚泥ケーキの搬送量が０．０８ｍ３／ｈから０．１７ｍ３／ｈ程度と２倍に増加しても、圧損は０．００４ＭＰａ／ｍ前後とほとんど変化しなかった。
【００３２】
次に、図２（ｂ）は気液圧入用配管の他の実施形態を示す中央断面図である。
本例の配管１２’は、上記した配管１２の３列の圧入ノズル（噴射口）１２ａ出口側を覆う環状カバー２６の一端部を内周壁面に固定したことが相違する。環状カバー２６の一端部は、図２（ｃ）のように圧入ノズル１２ａのやや上流側の内周壁に全周にわたり固定され、他端側が開放されている。また、この環状カバー２６は汚泥ケーキＸ（図１参照）の搬送方向に向けて、内径が漸次やや縮小されるようにテーパ状に形成されている。その他の構成については、上記の圧力低減装置１１と共通するので説明を省略する。
【００３３】
配管１２’を配管１２に代えて使用した圧力損失低減装置を備えた配管搬送装置により別の実施形態にかかる圧力損失低減方法について説明する。
【００３４】
配管搬送装置１については基本的に相違がないので、図１を用いて説明する。
図１において、搬送ポンプ２による運転を開始した状態で、電磁流量制御弁２２を完全に閉鎖する一方、バイパス管２１の電磁開閉弁２０を開放し、一軸偏心ねじポンプ１３を駆動する。これにより、貯留タンク１７内の水Ｗがポンプ１３内に吸引され圧送されて、圧入ノズル１２ａより配管１２’内の脱水ケーキ搬送方向へ噴射され、脱水ケーキＸと配管３（１２’）の内周壁間に水膜が形成される。この状態をしばらく継続した後、電磁開閉弁２１を閉鎖するとともに、流量計２３を見ながら電磁流量制御弁２２を開放し開度を調整してコンプレッサ１８にて圧縮した空気の流量を水の１０倍程度（容積比）にする。そして、ポンプ１３の運転を継続して圧縮空気Ａと水Ｗとをポンプケーシング１３ａ内に吸引し本体１３ｂ内で加圧して噴射管２４よりスプレー状の気液（霧状水含有空気）を圧入ノズル１２ａより環状カバー２６の一端開口からから配管１２’内に、汚泥ケーキＸの搬送方向に向けて噴射する。
【００３５】
脱水ケーキと配管内周壁間に液膜が形成されている状態で、気液の混合物がスプレー状に噴射・圧入されるので、水膜層を通って汚泥ケーキと内周壁間をスムーズに通過し、水膜層に代わって気液膜（含水空気膜）層が形成される。この状態を継続することにより、汚泥ケーキ搬送時の圧損が著しく低減された。
【００３６】
以上に本発明の圧力損失低減装置および同方法について二つの実施形態を挙げたが、これらに限定されるものではなく、例えば下記のように実施することもできる。
【００３７】
▲１▼　滑剤としての気液を同時に吸引混合し高圧下で注入するためのポンプ１３には、一軸偏心ねじポンプを使用する必要があるが、汚泥ケーキ等の高粘度物質を搬送するためのポンプ３には、一軸偏心ねじポンプの他、スクリューポンプ、ピストン式・プランジャー式・ダイヤフラム式の往復動型ポンプなどを使用できる。
【００３８】
▲２▼　注入する液状滑剤には、水の他、油、高分子系潤滑剤などが使用され、また気体には空気の他に窒素なども使用される。気液の混合割合は容積比で１０：１に限定されず、例えば５〜２０：１でもよく、高粘度物質の種類等によって適宜決定される。また、配管２の長さ（つまり、搬送距離）が長くなれば、搬送ポンプ２の吐出口２ｆ近傍だけでなく、例えば５０ｍおきに複数箇所へ気液を圧入できるようにするのが望ましい。
【００３９】
▲３▼　圧縮空気はコンプレッサを用いて供給するほか、畜圧タンクに貯留された圧縮空気源を用いることもできる。
【００４０】
【発明の効果】
以上に説明したことから明らかなように、本発明の圧力損失低減方法および同装置には、次のような優れた効果がある。
【００４１】
すなわち、従来の液状滑剤注入方法および空気圧送方法に比べて、圧力損失低減効果が高い。また、従来の液状滑剤注入方法に比べて、液状滑剤の使用量が少なく、さらに、従来の空気圧送方法に比べて空気の使用量が少なく、かつ空気圧も低くできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態にかかる圧力損失低減装置を備えた脱水ケーキ（汚泥）の配管搬送装置を示す概略図である。
【図２】図２（ａ）は図１の配管に介設した実施の形態１にかかる圧入ノズルを拡大して示す断面図、図２（ｂ）は図１の配管に介設した実施の形態２にかかる圧入ノズルを拡大して示す断面図である。
【図３】汚泥の配管輸送時における実験データを示す線図で、上から順に▲１▼滑剤注入なし、▲２▼水注入、▲３▼気液（水＋空気）圧入の各データを表すものである。
【図４】本発明の圧力損失低減装置に使用した一軸偏心ねじポンプの一例を示す、一部を断面で表した側面図である。
【符号の説明】
１　配管搬送装置
２　搬送ポンプ
３　配管
４　ホッパー
１１　圧力損失低減装置
１２　気液圧入用配管
１２ａ圧入ノズル（噴射口）
１２ｂ環状枠体
１２ｃ気液導入口
１２ｄ接続プラグ
１３　一軸偏心ねじポンプ
１４・１５・１６　供給管
１７　貯留タンク
１８　コンプレッサ
１９　オリフィス（小孔）
２０　バイパス管
２１　電磁開閉弁
２２　電磁流量制御弁
２３　流量計
２４　噴射管
２５　電磁開閉弁
２６　環状カバー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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