(57)【要約】【課題】滑剤を注入しない場合であっても、流体と管路の内壁との間で生じる摩擦抵抗による損失を低減し得る流体搬送管路および流体搬送装置を提供する。【解決手段】この流体搬送管路２０は、流体を搬送する管路（１，２，３）と、その管路内に設けられるノズル部１０と、を備えている。そして、このノズル部１０は、管路の内壁面８に固定される基端部４と、その基端部４から前記流体の搬送方向下流側に向けて縮径しつつ延びる環状部５と、を有して構成されている。【選択図】図１
2007182908.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を搬送する管路と、その管路内に設けられるノズル部と、を備え、
前記ノズル部は、前記管路の内壁面に固定される基端部と、その基端部から前記流体の搬送方向下流側に向けて縮径しつつ延びる環状部と、を有し、
前記環状部は、前記管路の内壁面よりも内側に設けられていることを特徴とする流体搬送管路。
【請求項２】
前記ノズル部は、その環状部に、貫通孔を有することを特徴とする請求項１に記載の流体搬送管路。
【請求項３】
前記貫通孔は、前記管路の径方向に向けて貫通しており、さらに、当該貫通孔が、前記環状部の周方向に間隔を隔てて複数の箇所に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の流体搬送管路。
【請求項４】
前記管路は、前記流体の搬送方向に相互に連結される複数の配管を備えて構成されており、
前記ノズル部は、当該複数の配管の間の少なくとも一箇所を繋ぐ接続管内に形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の流体搬送管路。
【請求項５】
処理対象となる汚泥等が高濃度に含まれている高濃度流体を、その高濃度流体よりも濃度の低い分離流体と、その高濃度流体よりも濃度の高い濃縮流体と、に分離しつつ搬送する流体搬送装置において、
前記高濃度流体を搬送するためのポンプと、そのポンプによる圧力で前記高濃度流体を搬送可能な流体搬送管路と、を備え、
前記流体搬送管路に、請求項１〜４のいずれか一項に記載の流体搬送管路を用いていることを特徴とする流体搬送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体の搬送に使用される流体搬送管路および流体搬送装置に係り、特に、処理対象となる汚泥等が高濃度に含まれている高濃度流体を、その高濃度流体よりも濃度の低い分離流体と、その高濃度流体よりも濃度の高い濃縮流体と、に分離しつつ搬送する用途で好適に使用し得る流体搬送管路および流体搬送装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の流体搬送管路ないし流体搬送装置を備える設備は、例えば下水処理場や例えば地下トンネル建設における土圧シールド工法等で用いられている。
例えば下水処理場では、高濃度流体である汚泥から水分を分離して約７５％から８０％に濃縮した後に、これを配管を介して焼却設備に搬送している。また、例えば地下トンネル建設における土圧シールド工法では、掘削土砂に微量の添加剤を加えた後に、これを配管を介して搬送している。
【０００３】
このような、下水処理場での汚泥を濃縮する設備や、トンネル建設での土圧シールド工法における掘削土砂を搬送する設備では、汚泥や掘削土砂等が高濃度に含まれている高濃度流体を、例えばピストンポンプを用いて、そのポンプによる圧力で搬送している。
しかし、このような設備での高濃度流体の搬送は、配管内壁で生じる摩擦抵抗による損失が大きい。そのため、ピストンポンプの吐き出しには多大な揚程が必要となる。また、地下トンネル建設では、掘削土砂等の高濃度流体を搬送する距離が長いので、ピストンポンプを中継することが一般的である。したがって、いずれの場合も、ポンプの揚程を少なくすることができれば、設備のコスト低減、メンテナンス費用の削減に繋がるため好ましい。
【０００４】
そこで、この種の設備において、その配管の内壁で生じる摩擦抵抗による損失を低減させ得る技術として、例えば、特許文献１に記載の技術が開示されている。
この特許文献１に記載の技術では、ピストンポンプの吐き出し口の近傍に、管路内に高圧で滑剤を注入する装置（以下、滑剤注入装置という）を設けている。図２に、その装置の例を説明する概略構成図を示す。
同図に示すように、この流体搬送管路１００は、内部に高濃度流体５０を搬送可能に配管されており、上流側の配管１０１と、下流側の配管１０３と、これら配管１０１、１０３同士を繋ぐ滑剤注入管１０２と、を備えている。
【０００５】
この滑剤注入管１０２には、管路の延びる方向での略中央部分に、その周囲に亘って環状空間１０２ｂが画成されている。さらに、この環状空間１０２ｂ内には、滑剤注入管１０２の壁面に、その周方向に複数の細孔１０６が穿孔されている。そして、この環状空間１０２ｂには、接続口１０２ａが連通して設けられており、この接続口１０２ａは、滑剤注入ポンプ１０４を介して滑剤タンク１０５に接続されている。これにより、この滑剤注入装置は、滑剤タンク１０５内の滑剤（例えば水）を、滑剤注入ポンプ１０４で環状空間１０２ｂ内に高圧で送り出し、複数の細孔１０６から管路内に高圧で噴射して、配管内周に噴射された滑剤による被膜を形成することができる。そのため、流体搬送管路１００の内壁での高濃度流体５０の生じる摩擦抵抗による損失を、滑剤による被膜によって低減することができる。
【特許文献１】特開平１−１０５１００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、この特許文献１に記載の技術は、いわば高圧力のエネルギーを高速度のエネルギーに変換するものである。しかし、高濃度流体内での滑剤液の速度が失われる度合いは早い。そのため、管路の長さが短い場合においては有効であるものの、管路の長さが長い場合には、滑剤の速度が失われる度合いに応じて滑剤の効果が低減するので、未だ検討の余地がある。
【０００７】
また、この技術で用いられる滑剤注入装置は高価であり、また、滑剤注入装置の材料費のみならず、そのメンテナンス費用も発生する。さらに、滑剤液として薬液を用いた場合には、高濃度流体がその薬液を含有することになるので、流体の処理設備や焼却設備にとって好ましいことではない。
そこで、本発明は、このような問題点に着目してなされたものであって、滑剤を注入しない場合であっても、流体と管路の内壁との間で生じる摩擦抵抗による損失を低減し得る流体搬送管路および流体搬送装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は、流体を搬送する管路と、その管路内に設けられるノズル部と、を備える流体搬送管路であって、前記ノズル部は、前記管路の内壁面に固定される基端部と、その基端部から前記流体の搬送方向下流側に向けて縮径しつつ延びる環状部と、を有し、前記環状部は、前記管路の内壁面よりも内側に設けられていることを特徴としている。
【０００９】
また、本発明は、処理対象となる汚泥等が高濃度に含まれている高濃度流体を、その高濃度流体よりも濃度の低い分離流体と、その高濃度流体よりも濃度の高い濃縮流体と、に分離しつつ搬送する流体搬送装置において、前記高濃度流体を搬送するためのポンプと、そのポンプによる圧力で前記高濃度流体を搬送可能な流体搬送管路と、を備え、前記流体搬送管路に、本発明に係る流体搬送管路を用いていることを特徴としている。
【００１０】
本発明によれば、流体を搬送する管路内にノズル部を備えており、このノズル部は、流体の搬送方向下流側に向けて縮径しつつ延びる環状部を有して形成されているので、例えば、流体として処理対象となる汚泥等が高濃度に含まれている高濃度流体を搬送する場合、ノズルの圧入原理によって、ノズル出口の周囲に水分を分離させて、ノズル部より上流での高濃度流体よりも濃度の低い分離流体の層を管路の周囲に形成することができる。そのため、このノズル部から先の管路では、管路の周囲の濃度の低い分離流体と、その内側の濃度の高い濃縮流体と、に分離された状態で搬送されることになる。したがって、ノズル部より下流での管内壁近傍では、濃度の低い分離流体が搬送されるので、上流での高濃度流体のままの状態と比べて、その摩擦抵抗が軽減される。そして、この分離の原理は、ノズルの圧入原理によっているので、上述の例のような、滑剤を注入することなく、その配管の内壁と流体との間で生じる摩擦抵抗による損失を低減することができる。なお、上述のノズル部を有することで、そのノズル部の箇所で流体との抵抗が生じることは事実であるが、ノズル部での抵抗による損失に比べて、ノズル部から配管の末端の吐き出し口までの摩擦抵抗による損失をより少なくすることが可能となるので、配管全体での摩擦抵抗による損失を少なくすることができるのである。
【００１１】
したがって、本発明に係る流体搬送管路を備えた流体搬送装置によれば、ポンプの揚程を軽減することができる。そして、特に、例えば、二連のピストンポンプでは、吸い込みから吐き出しへ、吐き出しから吸い込みへ、それぞれ配管が切り替わる瞬間に、吐き出し配管内に残存する流体が逆流しないように工夫されているが、本発明に係るノズル部を設けることにより、このノズル部が、逆流に対して大きな抵抗となるので、より好適に逆流を緩和することができる。
ここで、前記ノズル部は、その環状部に、貫通孔を有する構成とすればより好ましい。このような構成であれば、形成された貫通孔が、いわば水切り孔として作用するので、例えば高濃度流体から水分を分離する際に、より有効である。
【００１２】
また、前記貫通孔は、前記管路の径方向に向けて貫通しており、さらに、当該貫通孔が、前記環状部の周方向に間隔を隔てて複数の箇所に形成されている構成であればより好ましい。このような構成であれば、複数の貫通孔を通して、より好適に水分を分離して、下流での濃縮流体の濃縮の度合いをより高くすることができる。また、例えば、異物のない（貫通孔の目詰まりのおそれの少ない）流体液種によっては、小さな貫通孔を多数設けることで、水分を更に好適に分離することもできる。
【００１３】
また、前記管路は、前記流体の搬送方向に相互に連結される複数の配管を備えて構成されており、前記ノズル部は、当該複数の配管の間の少なくとも一箇所を繋ぐ接続管内に形成されている構成とすればより好ましい。このような構成であれば、ノズル部を有する接続管を外すことができるので、ノズル部のメンテナンスが容易になる。また、例えば既設の流体搬送管路に対し、本発明に係る流体搬送管路を比較的容易に後付けすることができる。
【発明の効果】
【００１４】
上述のように、本発明によれば、滑剤を注入しない場合であっても、流体と管路の内壁との間で生じる摩擦抵抗による損失を低減し得る流体搬送管路および流体搬送装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明に係る流体搬送管路および流体搬送装置の一実施形態について、図面を適宜参照しつつ説明する。
図１は、本発明に係る流体搬送管路の一実施形態の要部を説明する図であり、同図（ｂ）では、当該要部を、その軸線を含む断面図で示している。また、同図（ａ）は、ノズル部を、同図（ｂ）での符号Ａ方向から見た図で示している。
【００１６】
ここで、本実施形態は、流体搬送管路で搬送される高濃度流体を、その高濃度流体よりも濃度の低い分離流体と、その高濃度流体よりも濃度の高い濃縮流体と、に分離しつつ搬送する流体搬送装置の例であり、この流体搬送装置は、同図（ｂ）に示すように、処理対象となる汚泥等が高濃度に含まれている高濃度流体５０を搬送するためのピストンポンプ３０と、そのピストンポンプ３０による圧力で高濃度流体５０を搬送可能な流体搬送管路２０と、を備えている。
なお、この流体搬送装置は、以下説明する点を除き、例えば上記例示した下水処理場や地下トンネル建設における土圧シールド工法等で用いられているものと同様の構成なので、その説明については適宜省略する。
【００１７】
図１に示すように、この流体搬送管路２０は、それぞれ略円筒状の、上流側の配管１と、下流側の配管３と、これら配管１、３同士を繋ぐ接続管２と、を備えて構成されている。配管１は、その下流側の端部に、径方向外向きに張り出す円環状のフランジ１ａを有している。そして、接続管２は、そのフランジ１ａに対向するフランジ２ａを有しており、これらフランジ１ａ、２ａが、不図示のボルト・ナット締結によって相互に接続可能に構成されている。さらに、同様に、配管３は、その上流側の端部にフランジ３ｂを有し、接続管２は、そのフランジ３ｂに対向するフランジ２ｂを有しており、これらフランジ３ｂ、２ｂが、不図示のボルト・ナット締結によって相互に接続可能に構成されている。これにより、この流体搬送管路２０は、上流側から配管１、接続管２、配管３の順に相互が接続されることで、その内部に高濃度流体５０を搬送可能に配管されている。
【００１８】
ここで、この流体搬送管路２０は、その管路内にノズル部１０が設けられている。
詳しくは、このノズル部１０は、接続管２の内部に形成されている。そして、ノズル部１０は、管路の延びる方向での略中央部分がその基端部４になっている。この基端部４は、接続管２の内壁面８に、その全周に亘って円環状に、溶接によって固定されている。そして、その基端部４の位置から、いわば漏斗状の環状部５が、管路の内壁面８よりも内側に設けられている。つまり、環状部５は、高濃度流体５０の搬送方向下流側に向けて縮径しつつ斜めに延びることで略漏斗状をなして管路内に形成されている。これにより、管路の内壁面８と環状部５の外側の面との間に、断面視が鋭角をなして画成される空間Ｓが形成される。
【００１９】
そして、環状部５先端となる部分が、開口部７になっている。この開口部７は、管路とほぼ同心の円形をなしている。換言すれば、略漏斗状をなす環状部５の、搬送方向下流側に向けて斜めの傾き度合いが、上記の開口部７の位置になる傾きの度合いで形成されている。
さらに、このノズル部１０は、環状部５に、管路の径方向に向けて円形に貫通する貫通孔６を有している。この貫通孔６は、環状部５の周方向に間隔を隔てて複数の箇所（この例では、等間隔に８箇所）形成されている。また、この貫通孔６は、環状部５に、管路の延びる方向での中央よりもやや上流寄りの位置に設けられている。
【００２０】
次に、この流体搬送管路２０および流体搬送装置の作用・効果について説明する。
上述のように、この流体搬送管路２０は、流体を搬送する管路内に、ノズル部１０を備えており、このノズル部１０は、高濃度流体５０の搬送方向下流側に向けて縮径しつつ延びる環状部５を有して形成されているので、図１（ｂ）に示すように、ノズルの圧入原理によって、ノズル出口の周囲に水分を分離させて、ノズル部１０より上流での高濃度流体５０よりも濃度の低い分離流体５２の層を管路の周囲に形成することができる。
【００２１】
そのため、このノズル部１０から先の管路となる下流側の配管３内では、その管路の周囲の濃度の低い分離流体５２と、その内側の濃度の高い濃縮流体５４と、に分離された状態で搬送されることになる。したがって、ノズル部１０より下流での管内壁近傍では、濃度の低い分離流体５２が搬送されるので、上流での高濃度流体５０のままの状態と比べて、その摩擦抵抗が軽減される。そして、この分離の原理は、ノズルの圧入原理によっているので、上述の例のような、滑剤を注入することなく、その配管（下流側の配管３）の内壁と下流での流体との間で生じる摩擦抵抗による損失を低減することができる。
【００２２】
したがって、この流体搬送管路２０を備える流体搬送装置は、処理対象となる汚泥等が高濃度に含まれている高濃度流体５０を、その高濃度流体５０よりも濃度の低い分離流体５２と、その高濃度流体５０よりも濃度の高い濃縮流体５４と、に分離しつつ搬送する際に、高濃度流体５０と管路の内壁との間で生じる摩擦抵抗による損失を低減することができるので、高濃度流体５０を搬送するためのポンプの揚程を軽減することができる。
【００２３】
さらに、この流体搬送管路２０によれば、ノズル部１０は、その環状部５に、貫通孔６を有するので、その貫通孔６が、いわば水切り孔として作用する。そのため、高濃度流体５０からの水分の分離に、より効果がある。
また、この流体搬送管路２０によれば、貫通孔６は、環状部５に、管路の径方向に向けて貫通しており、さらに、この貫通孔６は、環状部５の周方向に間隔を隔てて複数の箇所に形成されているので、これら複数の貫通孔６を通してより好適に水分を分離して、下流での濃縮流体５４の濃縮の度合いをより高くすることができる。なおまた、例えば、異物のない（貫通孔の目詰まりのおそれの少ない）流体液種によっては、小さな貫通孔を多数設けることで、水分を更に好適に分離することもできる。
【００２４】
また、この流体搬送管路２０によれば、管路は、高濃度流体５０の搬送方向に相互に連結される複数の配管１，２，３を備えて構成されており、ノズル部１０は、複数の配管１，３を繋ぐ接続管２内に形成されているので、ノズル部１０を有する接続管２を容易に外すことができる。そのため、ノズル部１０のメンテナンスが容易になる。また、このような構成であるので、例えば既設の流体搬送管路に対し、本発明に係る流体搬送管路を比較的容易に後付けすることができる。
【００２５】
以上説明したように、この流体搬送管路２０および流体搬送装置によれば、滑剤を注入しない場合であっても、高濃度流体５０と管路の内壁との間で生じる摩擦抵抗による損失を低減させることができる。
なお、本発明に係る流体搬送管路および流体搬送装置は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しなければ種々の変形が可能である。
【００２６】
例えば、上記実施形態では、流体搬送装置は、ピストンポンプ３０を備える例で説明したが、流体を搬送可能なポンプであれば、これに限定されず、種々のポンプが適用可能である。なお、ポンプとしては、高濃度流体を搬送可能な高圧ポンプ、または脈動を少なくした二連のピストンポンプを好適に使用できる。特に、二連のピストンポンプでは、吸い込みから吐き出しへ、吐き出しから吸い込みへ、それぞれ配管が切り替わる瞬間に、吐き出し配管内に残存する流体が逆流しないように工夫されているが、本発明に係るノズル部を設けることにより、このノズル部が、逆流に対して大きな抵抗となるので、より好適に逆流を緩和することができる。
【００２７】
また、上記実施形態では、処理対象となる汚泥等が高濃度に含まれている高濃度流体を、その高濃度流体よりも濃度の低い分離流体と、その高濃度流体よりも濃度の高い濃縮流体と、に分離しつつ搬送する流体搬送装置に適用した例で説明したが、これに限定されず、本発明に係る流体搬送管路は、流体を搬送する管路での適宜の位置に配置可能である。その配置例としては、例えば、上記ピストンポンプ３０の吐き出し管部（水平配管、または垂直配管部）において好適に用いることができる。
【００２８】
また、上記実施形態では、流体搬送管路での要部について、その１箇所の設置例で説明しているが、これに限定されず、本発明に係るノズル部は、流体搬送管路での、複数箇所に設置可能なのは勿論である。
また、上記実施形態では、ノズル部１０は、その環状部５に、貫通孔６を有する例で説明しているが、これに限定されず、貫通孔６を有しない構成としてもよい。しかし、その貫通孔６による水切り孔としての作用によって、高濃度流体５０からの水分の分離効果を向上させる上では、環状部５に貫通孔６を形成した構成とすることが好ましい。
【００２９】
また、この貫通孔６を形成する場合でも、その貫通方向、形状、個数および配置についても、上記実施形態の例に限定されないが、高濃度流体５０からの水分の分離効果をより向上させる上では、貫通孔６は、環状部５に、管路の径方向に向けて貫通しており、さらに、当該貫通孔６が、環状部５の周方向に間隔を隔てて複数の箇所に形成されている構成とすることが好ましい。なお、貫通孔は、上記実施形態では、貫通方向での形状が円形の例で説明したが、変形例としては、例えば、長孔や、スリット状の孔で貫通孔を形成してもよい。
【００３０】
また、上記実施形態では、ノズル部１０は、その環状部５が、いわば漏斗状に一体に形成されている例で説明したが、これに限定されず、環状部は、複数の板材を組み合わせて円環状に形成してもよい。また、例えば、複数の板材同士の間に僅かな隙間（スリット）を設けて形成してもよい。このような構成であれば、この隙間に、上記のスリット状の貫通孔としての機能をもたせることもできる。
【００３１】
また、上記実施形態では、ノズル部１０は、接続管２内に形成されている例で説明しているが、これに限定されず、流体搬送管路内での適宜の箇所に設けることができる。しかし、ノズル部１０を有する接続管２を容易に外し得て、ノズル部１０のメンテナンスを容易とし、また、例えば既設の流体搬送管路に対し、本発明に係る流体搬送管路を比較的容易に後付け可能とする上では、ノズル部は、流体搬送管路を構成する複数の配管の間の少なくとも一箇所を繋ぐ接続管内に形成される構成とすることが好ましい。
【００３２】
なお、本発明に係る流体搬送管路および流体搬送装置は、上記例示したような滑剤を注入することなく、その作用・効果を奏するものであるが、上記例示したような、既存の滑剤注入装置を更に組み合わせて使用してもよい。
例えば、ノズル部１０の出口手前において、特殊な薬液を添加し、濃縮流体５４の更なる固形化、並びに水分の分離をはかる構成としてもよい。これによる固形化の目的は、一旦は濃縮された濃縮流体５４が、再び分離流体５２内に溶解することを防止することにある。また、濃縮流体５４内の水分を更に分離することによって、より固形化された濃縮流体５４とし、管内壁との摩擦抵抗による損失をより軽減することにある。しかし、例えば下水処理場での濃縮汚泥において、あるいは、土圧シールド工法での掘削土砂においても、これに水分を加えることは、設備にとって好ましいとはいえないので、このような場合には、設備に、既存の滑剤注入装置を組み合わせることなく、本発明を適用することが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係る流体搬送管路の一実施形態を説明する図である。
【図２】従来の、管路の内壁と高濃度流体との間で生じる摩擦抵抗による損失を低減するための装置の例を説明する図であり、同図（ａ）は、その概略構成図であり、同図では、流体搬送管路の要部を、その軸線を含む断面図で示している。また、同図（ｂ）は、同図（ａ）でのＺ−Ｚ断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１    （上流側の）配管
２    接続管
３    （下流側の）配管
４    基端部
５    環状部
６    貫通孔
７    開口部
８    （接続管の）内壁面
１０    ノズル部
２０    流体搬送管路
３０    ピストンポンプ（ポンプ）
５０    高濃度流体
５２    分離流体
５４    濃縮流体
１００    流体搬送管路
１０１    （上流側の）配管
１０２    滑剤注入管
１０３    （下流側の）配管
１０４    滑剤注入ポンプ
１０５    滑剤タンク
１０６    細孔
【図１】
2007182908.tif 000003
【図２】
2007182908.tif 000004