(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フレーム枠内の下階部分に密閉型の攪拌槽及び清水槽を配置し、上階部分に安定液を構成する各粉体材料を収納した複数の貯留槽を配置し、各貯留槽の下部吐出口に接続された粉体輸送手段及び混合手段を介して前記攪拌槽の上部に接続した安定液の製造プラントであって、
前記混合手段が、前記各粉体輸送手段の吐出口に連通してそれぞれが撹拌槽の上面に配置され、ジェット水流による乱流効果によって粉体材料を水に混合分散した状態で攪拌槽に投入するジェット管であることを特徴とする安定液の製造プラント。
【請求項２】
前記各貯留槽及び攪拌槽は、荷重検出手段を介してフレーム枠内に懸吊支持されていることを特徴とする請求項１に記載の安定液の製造プラント。
【請求項３】
安定液を構成する各粉体材料の荷重設定手段と、攪拌槽及び各粉体材料を貯留する貯留槽に設けた荷重検出手段と、各粉体材料を攪拌槽に向けて供給する粉体輸送手段と、供給された粉体材料を水に混合分散して攪拌槽内に供給する混合手段と、清水を攪拌槽内に供給するとともに、攪拌槽内を攪拌する清水供給手段と、設定荷重と荷重検出手段からの出力を比較して、荷重検出手段の値が設定荷重に一致した時点で各供給手段の供給を停止する制御手段とを備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の安定液の製造プラント。
【請求項４】
各粉体材料及び清水が攪拌槽内に投入された時点で、攪拌槽内の混合物を循環させるとともに、切替手段の切替により、安定液貯留槽側に移送するポンプ手段を備えたことを特徴とする請求項３に記載の安定液の製造プラント。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地盤掘削時に用いられる安定液の製造プラントに関する。
【０００２】
【従来の技術】
地盤を掘削して地中連続壁用の溝を掘削するに際し、溝壁の安定を図るため、通常はベントナイト、水溶性高分子（ＣＭＣ）泥水で構成した安定液を掘削溝に満たしながら、所要深度まで掘削作業を行い、次いで鉄筋籠を建て込み、コンクリートを打設して安定液と置換することで、連続壁を構築している。
【０００３】
以上の安定液は、各材料を水に混合分散することにより製造できるため、従来、製造装置、あるいは製造プラントとしては、特に専用のものはなく、一般に汎用の攪拌槽に水を張り、次いで、ベントナイト、水溶性高分子材料を水量に対して所定配合比となるように計量して投入し、攪拌槽内を混練ミキサーなどにより攪拌することにより材料を水に分散し、安定液を得るようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、以上の作業は、攪拌作業以外は、全てが作業員の手作業に頼っていたため、次に述べる技術的課題があった。
【０００５】
まず、第一の課題としては、各材料が粉体であるため、水に対する材料の投入に際し、材料を一時に多量に投入すると、いわゆる「ダマ」と称する二次凝集したままの塊が生じてしまい、一度塊が出来ると攪拌時間を長くしてもなかなか消失することがなく、均一に分散した安定液を得にくかった。その逆に、攪拌槽を攪拌しつつ材料を少量ずつ投入した場合には、塊は出来にくくはなるものの、同じく製造に長時間を要し、生産効率が低下していた。
【０００６】
また、計量や、搬送及び投入作業とも手作業でおこなうため、材料置場から攪拌槽まで材料を搬入するための作業に手間がかかり、また、投入作業に際して粉塵が飛散する惧れがあるほか、計量誤差などにより、一バッチ毎の製品不均一が生じ易いことなどの問題があった。
【０００７】
本発明は、以上の課題を解決するものであって、その目的は、安定液を構成する各粉体材料を自動的かつ短時間で均一に混合分散出来るようにした安定液の製造プラント提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
以上の目的を達成するため、本発明は、フレーム枠内の下階部分に密閉型の攪拌槽及び清水槽を配置し、上階部分に安定液を構成する各粉体材料を収納した複数の貯留槽を配置し、各貯留槽の下部吐出口に接続された粉体輸送手段及び混合手段を介して前記攪拌槽の上部に接続した安定液の製造プラントであって、前記混合手段が、前記各粉体搬送手段の吐出口に連通してそれぞれが撹拌槽の上面に配置され、ジェット水流による乱流効果によって粉体材料を水に混合分散した状態で攪拌槽に投入するジェット管であることを特徴とする。
【０００９】
従って、本発明では、安定液製造に必要な全装置をフレーム枠内の一カ所にパッケージしてあるため、コンパクトであり、また閉じられた系で備蓄されている材料の投入から混合分散までを行えるため、製造時における粉体材料の移送や投入に人手を要することがなく、作業を省力化でき、また粉塵の発生による問題がない。
【００１０】
また、本発明では、前記混合手段が、ジェット水流による乱流効果によって粉体材料を水に混合分散した状態で攪拌槽に投入するためのジェット管であることにより、攪拌槽内に投入した状態の材料は既に水に均一に分散され、二次凝集塊を作ることがないので、安定液の製造を短期間でおこなうことが出来る。
【００１１】
さらに、前記各貯留槽及び攪拌槽は、荷重検出手段を介してフレーム枠内に懸吊支持されていることにより、製造重量や配合比管理が簡単となる。
【００１２】
またさらに本発明では、安定液を構成する各粉体材料の荷重設定手段と、攪拌槽及び各粉体材料を貯留する貯留槽に設けた荷重検出手段と、各粉体材料を攪拌槽に向けて供給する粉体輸送手段と、供給された粉体材料を水に混合分散して攪拌槽内に供給する攪拌手段と、清水を攪拌槽内に供給するとともに、攪拌槽内を混合する清水供給手段と、設定荷重と荷重検出手段からの出力を比較して荷重検出手段の値が設定荷重に一致した時点で各供給手段の供給を停止する制御手段とを備えたことにより、各材料の計量から製造までを自動的におこなうことが出来る。
【００１３】
さらにまた本発明では、各粉体材料及び清水が攪拌槽内に投入された時点で、攪拌槽内の混合物を循環させるとともに、切替手段の切替により、安定液貯留槽側に移送するポンプ手段を備えたことにより、攪拌槽内での各材料の混合分散をさらに均一に行えるとともに、製造した安定液をそのままの状態で移送できるため、機能の無駄がない。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態につき、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００１５】
図１は本発明に係る安定液製造プラントの正面図、図２（ａ）〜（ｃ）は同プラントの側面図、並びに下階である１階の平面図、及び上階である２階の平面図である。
【００１６】
同図において、製造プラント１は、全自動のバッチ式プラントであって、平面視で長方形状に枠組みされたフレーム枠２で囲われた内部に安定液製造のために必要な全装置を一括してパッケージした構造となっている。フレーム枠２は、例えば二階建構造であり、その屋上部周囲は養生用のハンドレール３で囲われ、梯子４などにより各階が行き来可能に連絡されている。
【００１７】
製造プラント１の内部において、各装置は、以下に述べる装置及び配置となっている。まず、フレーム枠２内の下階部分である一階部分では、中央に配置された密閉式攪拌槽５と、攪拌槽５を挟む一方側（図中で左側）に配置され、外部からの給水を受けて水を蓄える清水槽６と、攪拌槽５の他方側（図中で右側）に配置され、プラント１の自動運転用シーケンサ及びマイクロコンピュータ、タッチパネルディスプレイなどを装備した制御盤７、端子板８などの運転制御用機器、及び切替弁動力源としてのコンプレッサ９を備えている。
【００１８】
また、フレーム枠２内の上階部分である二階部分では、その一方に配置されたホッパー状のベントナイト貯留槽１０と、他方に並列して配置された同じくホッパー状の高分子（ＣＭＣ）の貯留槽１１及び分散剤貯留槽１２と、各貯留槽１０〜１２の下部吐出口に供給口を接続した状態で水平配置された粉体移送用の三つのスクリューコンベア１４，１５，１６を備えている。なお、各貯留槽１０，１１、１２の頂部は図示しない粉体輸送管に接続され、残量が少なくなった場合には、順次輸送管を通じて材料が供給されるようになっている。
【００１９】
これら各貯留槽１０〜１２及び前記攪拌槽５は、フレーム枠２内において荷重検出手段としてのロードセル１７を介して懸吊支持され、このロードセル１７は後述するプラント運転時における制御のための荷重センサとして機能している。すなわち、各貯留槽１０〜１２内の材料の攪拌槽５への供給量は、ロードセル１７により稼働初期重量からの減量分として検出される。また、攪拌槽５内の材料及び清水の添加量は同じくロードセルにより稼働初期重量からの増量分として検出される。
【００２０】
各スクリューコンベア１４〜１６の吐出口は、それぞれ攪拌槽５の上面に配置された攪拌混合用の三つのジェット管１８に連通している。各ジェット管１８は、清水槽６に接続したポンプ２０からの圧力水をノズルより噴出するジェット水流によって、スクリューコンベア１４〜１６から供給される材料粉体を攪拌槽５内にジェット噴射するものであって、図３または図４に示す形状構造となっている。
【００２１】
図３に示すジェット管１８は、ＣＭＣ用のジェット管であって、スクリューコンベア１４〜１６の吐出口に連結される環状フランジ１８ａを周囲に形成した円筒形の粉体投入管１８ｂと、投入管１８ｂの下部一側部にあって、これと所要角度をなして一体に形成され、かつ矩形状フランジ１８ｃを周囲に形成した矩形状断面開口のジェット水流の吸入管１８ｄと、投入管１８ｂの他側部側にあって、前記吸入管１８ｄと同軸上に一体化され、これより断面形の大きな矩形状断面開口の吐出管１８ｅとからなるものであり、このうち前記投入管１８ｂはアクリル樹脂などの透明体から構成され、その内部を流動する粉体を外方から目視観察できるようにしている。
【００２２】
一方、図４に示すジェット管１８は、ベントナイト用のジェット管であって、矩形状断面開口の吐出管１８ｅの天井部が先端に向かって先細りとなるように傾斜してから吸入管１８ｄと平行に延びるノズル部１８ｆを有する点がＣＭＣ用のジェット管と異なっているが、その他の点はＣＭＣ用のジェット管と同じ構成となっている。
【００２３】
従って、投入管１８ｂ内に供給される粉体材料（ベントナイト、高分子材料、分散剤）は、吸入管１８ｄを通じて噴出するジェット水流に攪乱されつつ混合されて直ちに均一に分散され、この状態で吐出管１８ｅを通じて攪拌槽５内に投入されることになり、二次凝集塊を形成することなく攪拌槽５に投入され、攪拌槽５内でさらに混合されることになる。
【００２４】
なお、投入された各材料の攪拌槽５内での攪拌は、清水供給時において前記と同様にジェット水流の攪拌作用によって攪拌されるほか、全量供給後は、図１，２に示すように、攪拌槽５の側部に配置されたスラリーポンプ２１の駆動による循環攪拌作用によっておこなわれる。このポンプ２１は、後述する弁切替により一バッチ分の運転を終えた時点で製品の移送用ポンプとして作用し、配管系を通じてプラント１外に配置された図示しない安定液貯留タンクに移送される。
【００２５】
図５は以上の安定液製造プラント１の作業フローを示している。同図において、符号Ｍは各貯留槽１０〜１２のゲートの開閉駆動用バイブレータモータ及びスクリューコンベア１４〜１６の駆動用モータ、Ｖ１〜Ｖ４は圧力空気混合用あるいは循環−排出切替用の電磁バルブ、ＦＬ１〜ＦＬ４はフロートセンサであり、その他の前記と同一部分には同一符号を付している。また、図中破線で示すのはジェット水流の配管系、実線は清水、あるいは材料混合物、製品としての安定液配管系を示している。
【００２６】
そして、モータＭ、バルブＶ１〜Ｖ４は、前記ロードセル１７による荷重検出及びフロートセンサＦＬ１〜４の検出に応じて前述の制御盤７に内蔵されたシーケンサの制御により、順次駆動−停止され、製造開始から、終了までの工程を全自動か、またはオペレータの選択操作により、手動により製造するようになっている。また、制御盤７には前述するように、タッチパネルディスプレイが配置され、オペレータがこのディスプレイを操作しながら対話形式によってその運転手順、材料投入量などを選択できるようにしている。
【００２７】
図６，７はその運転手順のフローチャートを示すものである。このうち図６は操作開始から材料及び清水の投入までのステップを示し、図７は引続く循環攪拌から安定液貯留槽への移送までのステップを示している。
【００２８】
まず図６において、制御盤７の電源を投入すると、ディスプレイに初期画面が表示され（図８参照）、その表示に従って、オペレータが自動か手動かをその表示箇所に触れて選択することで、次のステップに進む（以上ステップ１〜３）。ここでオペレータが、自動運転を選択すれば、この表示に従ってオペレータにより入力設定がおこなわれる（ステップ４）。この入力項目は、同図８に示すように、各材料の１バッチの投入量、フィーダー運転時のインバータ周波数、ミキサー設定重量、繰返しバッチ回数などであり、それぞれの項目毎に順次カーソルを移動させながら、ディスプレイに表示されたテンキーの入力操作により設定がなされる。
【００２９】
以上の作業終了後、画面上の実行キーを押せば、ディスプレイの表示画面が、図９に示すように、図５のフロー図と同様な画面に切り替り、実行待ち状態となる。なお、この画面は基本的には同一であるが、運転状況の推移とともに、その状態に応じた部分を点滅あるいは数値表示により順次切替える。
【００３０】
そして、この画面上のスタートボタンを押せば、制御盤７側では内蔵された演算機能により、現在重量、設定値を書込み計算すると同時に、電磁弁Ｖ１を開け、ポンプ２０を順次起動し、各貯留槽１０〜１２のゲートを開けるとともに、各モータＭを駆動して材料を攪拌槽５側にフィードする（以上ステップ５〜９）。
【００３１】
この動作と連繋して制御盤７側では、各貯留槽１０〜１２の重量変化と前記計算値とを比較し、貯留槽５の重量が条件を満たしている場合には、その重量が計算値と等しくなった時点で各貯留槽１０〜１２のゲートを閉じ、次いで電磁弁Ｖ４を開け、攪拌槽５側に接続したポンプ２０を起動することで、攪拌槽５内に清水をさらに加えると同時に、ジェット水流による噴気効果により槽内をさらに攪拌する（以上ステップ１０〜１６）。
【００３２】
なお、以上の過程で、異常が生じた場合には自動的に非常停止動作がなされ（ステップ１２）、再び図８に示す（ステップ４）の画面に戻り、オペレータは再設定作業を行うことになる。
【００３３】
以上の運転時には、材料及び清水が攪拌槽内に供給されるが、この間は常時攪拌槽内の重量が設定値に等しいかどうかが比較され、設定値に等しい、すなわち設定された全重量の投入完了段階で、各ポンプ２０を停止し、次いでバルブＶ１，Ｖ４が閉じられる（以上ステップ１７〜１９）。
【００３４】
この後は図７に示すステップで作業が続行する。まず、攪拌槽５内に全量投入された段階で、所定時間遅れ後、バルブＶ２が開けられ、攪拌槽５内での循環が開始され、次いでポンプ２１が起動することで、攪拌槽５内が循環混合され、材料が均一に混合分散される。
【００３５】
この段階で、安定液貯留槽の水位が確認され、ＯＫであれば、タイマー処理による所定時間経過後、バルブＶ３が開き、バルブＶ２が閉じ、移送が開始されると同時に、循環が終了する（以上ステップ２０〜２４）。
【００３６】
なお、安定液貯留槽の水位が満水状態であれば、循環動作が繰返されるのみとなり、タイマー処理による所定時間経過後、自動運転を停止する。
【００３７】
循環動作終了後は、攪拌槽５内の水位が０になったかどうかが常時監視され、また安定液貯留槽の水位も満水であるか否かが同時に監視され（以上ステップ２５，２６）、攪拌槽５内がからになるとポンプ２１を停止し、バルブＶ３を閉じ、１バッチ分の作業を終了し（以上ステップ２７〜３０）、図９の表示画面中のバッチ数がプラス１される。
【００３８】
次にステップ３１で累計バッチ数が設定値に到達した場合には、自動運転を終了する。これに対し、設定値に満たない場合は再び図６のステップ６にまで戻り、これ以降の同一作業が繰返される。
【００３９】
また、攪拌槽５から安定液貯留槽への移送途中において、安定液貯留槽内が満水状態になる、すなわち、ステップ２６においてＮである場合には、バルブＶ２を開き、バルブＶ３を閉じて移送停止と再循環モードとなって（ステップ３２，３３）ステップ２２に戻り、このステップを経て自動運転を停止する。
【００４０】
なお、以上の実施形態において、各貯留槽１０〜１２における各材料の貯留量が少なく、現在製造中の配合比が設定に満たない場合であっても、ロードセル１７による荷重検出値に応じてその過不足を記憶させておき、次回の製造時において、その過不足分を差引きして配合し、同一の安定液貯留タンク内に収納することで、安定液貯留タンク内の安定液の配合比は最終的には均一となる。
【００４１】
【発明の効果】
以上の説明により明らかなように、本発明による安定液製造プラントにあっては、安定液製造に必要な全装置をフレーム枠内の一カ所にパッケージしてあるため、コンパクトであり、また閉じられた系で材料の投入から混合分散までを行えるため、製造時における粉体材料の移送や投入に人手を要することがなく、作業を省力化でき、粉塵の発生による問題がない。
【００４２】
さらには、シーケンサなどの制御機構を導入することにより、材料投入から、混合分散及び安定液貯留槽の移送までを全自動で行える利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る安定液製造プラントの正面図である。
【図２】（ａ）は同プラントの側面図、（ｂ），（ｃ）は同プラントの１，２階部分の平面図である。
【図３】混合に用いる第１のジェット管の断面図及び各側面図である。
【図４】混合に用いる第２のジェット管の断面図及び側面図である。
【図５】同プラントのフロー図である。
【図６】同プラントの運転時における制御手順を示すフローチャートである。
【図７】図５に引続く制御手順を示すフローチャートである。
【図８】同プラントに付属するタッチパネルの初期画面を示す説明図である。
【図９】同タッチパネルの運転開始時における画面を示す説明図である。
【符号の説明】
１  安定液製造プラント
２  フレーム枠
５  攪拌槽
６  清水槽
７  制御盤（制御手段）
９  コンプレッサ
１０  ベントナイト貯留槽
１１  ポリマー貯留槽
１２  分散剤貯留槽
１４〜１６  スクリューコンベア（粉体輸送手段）
１７  ロードセル（荷重検出手段）
１８  ジェット管（混合分散手段）
２０  ポンプ
２１  スラリーポンプ
Ｖ１〜Ｖ４  切替手段
【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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【図７】
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【図８】
0003937613.tif 000009
【図９】
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