(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ（１）内に、シリンダ（１）内を移動可能にしてタンデム状に一定のピストン間隔を置いて２つのピストン（２），（３）がピストン軸（６）に固定して配置され、シリンダ（１）の上部に、ピストン間隙に１個の固体粒子を固体粒子の重さによって装填させるロート（９），および水流管（１４）に接続された粒子導入管（１２）が、そして下部に、水流出管（１１）が設けられ、
ピストン（２），（３）は、移動に伴なってロート（９）からピストン間隙に装填された１個の固体粒子をシリンダ（１）内を移送して、一方のピストン（２）は、シリンダ（１）内で水を押圧し、水流出管（１１）は、押圧された水によってピストン間隙に移送された固体粒子を粒子導入管（１２）へ排出させるように構成されたことを特徴とするピストン輸送方式固体粒子供給装置。
【請求項２】
シリンダ（１）内に、シリンダ（１）内を移動可能にしてタンデム状に一定のピストン間隔を置いて２つのピストン（２），（３）がピストン軸（６）に固定して配置され、シリンダ（１）の上部に、ピストン間隙に１個の固体粒子を固体粒子の重さによって装填させるロート（９），および水流管（１４）に接続された粒子導入管（１２）が、そして下部に、水流出管（１１）が設けられたピストン輸送方式固体粒子供給装置による固体粒子の装填方法において、
ピストン（２），（３）を移動させてロート（９）から１個の固体粒子をピストン間隙に装填し、ピストン（２），（３）を更に移動させて固体粒子をシリンダ（１）内を移送し、一方のピストン（２）によってシリンダ（１）内の水を押圧して、押圧された水を水流出管（１１）を介してピストン間隙に流し、ピストン間隙に流された水によって、ピストン間隙に移送された固体粒子を粒子導入管（１２）へと排出させて水流管（１４）に供給されることを特徴とする固体粒子の装填方法。
【請求項３】
請求項２において、水より軽いか、または同じ密度の固体粒子が使用され、アルキメデスの原理と積み上げられた固体粒子の重さで、ロート（９）から１個の固体粒子がピストン間隙に、ピストン（２）（３）の移動サイクル毎に装填されることを特徴とする固体粒子の装填方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、輸送などの工業分野でも積極的に利用されている混相流に関するもので、特に固液二相流に関するものである。固液二相流とは、固体と液体の流れで、土石流に代表される自然現象の他、水力輸送でも広く見受けられる。この発明は、管外から垂直管内水流中に固体粒子（以下、「粒子」と呼ぶ。）を供給するときに利用され、粒子をピストンで輸送することにより、粒子を１つずつ管外から管内水流中へ供給する装置（以下、「粒子供給装置」と呼ぶ。）であり、かつその粒子供給装置の方法に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の粒子供給方法は、ホッパーを用いる方式が主であった。この方式では、液体密度より大きな密度を持つ粒子を水平管内水流中に連続的に供給する。従って、液体密度より小さな密度の粒子や液体密度と同程度の密度の粒子の供給には適していない。また、粒子を１つずつ制御して供給させる場合に適用することも難しい。他に、粒子を供給する方法として、水が流れる前に管内に粒子を固定し、水を流してから粒子を水流中に放つ方法がある。この方式では、粒子を管内に固定するために水を流さないので、輸送を効率的に行えない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、この発明では、１）垂直管内水流中への粒子の供給、２）水と同じか、または小さい密度の粒子の供給、３）単一で、連続的な粒子の供給、を満たすように粒子供給装置を発明したものである。その他に、種々の大きさの粒子に使用でき、輸送の必要性に応じ、任意のタイミングで粒子を供給できるようにしたものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
この粒子供給装置はピストン輸送方式を採用し、粒子の浮力と水流、または水流のみを利用して、粒子を管外から水が流れている垂直管内に供給する装置である。
ピストン輸送方式の粒子供給装置の斜視図、断面図を図１、図２に示す。
この粒子供給装置は、タンデム状のピストン（２）、（３）とピストン軸（６）、シリンダー（１）、粒子を入れるロート（９）、粒子をシリンダー内から水の流れている水流管（１４）内に送り出すための粒子導入管（１２）、圧縮した水が流れ出る水流出管（１１）、ピストンを前後させるための握部（８）と空気穴（７）からなる。ピストン（２）、（３）は、それぞれ止め輪（Ｅ型止め輪）で両側からピストン軸（６）に固定されており、水の逆流防止や水の移動を確実にするため、それぞれＯリング（４）、（５）が巻かれている。また、ピストン軸（６）とピストン（２）、（３）の接触面は、水漏れ防止のため、シリコーンシーラントでシーリングされている。粒子導入管（１２）と水流管（１４）は、途中、ビニールチューブ（１３）で接続されており、粒子供給装置を取り外せるようにしてある。ロート（９）内の首の部分は、小さい粒子の場合、２個以上同時にシリンダー（１）内に入ってしまう恐れがあるので、これを防ぎ１個ずつ入れるため、種々の大きさの粒子に応じて変えられるスペーサー（１０）を取り付け可能とした。握部（８）は、止め輪（Ｅ型止め輪）とナットで両側からピストン軸（６）に固定されている。また、管類（ロートも含む。）は、接着剤（アクリルサンデー）で接着してある。
材料は、ピストン軸（６）にはステンレス材を使用し、ピストン（２）、（３）、シリンダー（１）等には粒子の移動を観測するため、アクリル材を使用した。また、握部（８）には真鍮を使用した。
なお、装置説明上の便宜から、ピストン（２）とピストン（３）の間隙のことをピストン間隙とし、シリンダー（１）頭部内壁とピストン（２）の間隙をシリンダー内間隙と呼ぶ。
この発明は、以上のような構成からなる、ピストン輸送方式の粒子供給装置である。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、ピストンと水および粒子の運動を各行程（図３（ａ）〜（ｄ））に添って説明する。
図３（ａ）で、同じ大きさで、水より小さい密度の粒子をロート（９）内に数個入れると、その内の１個がシリンダー（１）内（ピストン間隙）の水に浮く。粒子の比重がγ＜１．０であるから、アルキメデスの原理によると、その粒子の比重により、いくらかの粒子の直径分が水面上に出ているが、ロート（９）内にある数個の積み上げられた粒子の重さにより、ほぼ粒子１個全体が水面下に沈む。ここで、粒子の比重がγ＝１．０の場合は、１個のみ、ロート（９）内へ粒子を入れる。
図３（ｂ）で、ピストン軸（６）の握部（８）を手で押すことにより、水中に沈んだ１個の粒子がピストン（３）に押されて、シリンダー（１）内を移動する。ピストン（２）もピストン軸（６）に固定されているので、ピストン（３）との間隔（ピストン間隙）を保ちながら共に移動する。また、ロート（９）内にある次の最下位の粒子は、次にピストン間隙が戻って来るまで、ピストン（３）の後部上に乗り続けており、シリンダー（１）内に入ることはない。ここで、次の粒子の輸送の準備が完了される。
図３（ｃ）で、ピストン間隙が粒子導入管（１２）の入口位置まで移動すると粒子は浮力により、粒子導入管（１２）内を移動する。また、ピストン（２）の移動に伴い、シリンダー内間隙が狭くなる。水は非圧縮性であることから、シリンダー内間隙の体積縮小分は、その間隙からの水の移動となる。シリンダー内間隙より押し出された水はピストン間隙を通過し、粒子導入管（１２）より水流管（１４）内へ排出される。粒子はこの流れにより、粒子導入管（１２）内を水流管（１４）内へ向け移動する。
図３（ｄ）で、更にピストン（２）、（３）を移動させると、シリンダー内間隙の体積縮小分の水が、図３の（ｃ）の説明でも述べたように、粒子を輸送させる働きとなり、更に粒子は粒子導入管（１２）内を移動し続け、シリンダー内間隙が最小となる前に、粒子は、水流管（１４）内に供給（輸送）される。
その後、ピストン（２）、（３）は引き戻され、ビストン間隙がロート（９）の粒子出口の位置まで戻った時、１サイクルが完了する。
なお、ピストン（２）、（３）に取り付けてあるＯリング（４）、（５）により、粒子導入管（１２）内や水流出管（１１）内からの水が、ピストン（３）の後方やロート（９）へ逆流することは、サイクル中起こらない。
【０００６】
【実施例】
以下、この発明の実施例について説明する。
（イ）まず、水より軽い、材質がポリプロピレンの粒子（比重γ＝０．９１直径φ＝３／８ｉｎｃｈ）を選択し、その大きさに応じたスペーサー（１０）をロート（９）内の底へ取り付ける。次にピストン（２）、（３）を引いた状態で、その選択した粒子をロート（９）内に数個入れる。そうすると、比重γ＝０．９１の場合は、アルキメデスの原理によると、粒子が１個だけの状態では、粒子直径の約９％（約０．９ｍｍ）が水面上に出ているが、積み上げられた粒子の重さ（粒子１個の重さは、約０．４ｇ）により、ほぼ粒子１個全体が、水で満たされているシリンダー（１）内（ピストン間隙）の水面下に沈み、装填する。
（ロ）握部（８）を手で押すと、ピストン軸（６）と共にピストン（２）、（３）が移動する。そうすると、装填された粒子が１個だけ、シリンダー（１）内を移動する。
（ハ）ピストン間隙が粒子導入管（１２）の入口の位置にくると、浮力により粒子が粒子導入管（１２）内へ移動する。
（ニ）更に、ピストン（２）、（３）が移動すると、水で満たされたシリンダー内間隙の水が押圧され、その水は水流出管（１１）内を通って、ピストン間隙を移動し、それに伴い、粒子が粒子導入管（１２）内から水流管（１４）内の方向に移動する。
（ホ）更に、ピストン（２）、（３）が移動すると、粒子は押圧された水により、水流管（１４）内へ供給（輸送）する。図４に、この実施例の粒子の軌跡を示す。軌跡を明確にするため、粒子に色を付けた。１つの粒子が水の流れている水流管（１４）内に送り出されたことがわかる。握部（８）を手で引き戻すことにより、ピストン軸（６）と共にピストン（２）、（３）が引き戻され、次の輸送の準備が完了する。
他にも、同じ材質、同じ比重で、大きさの異なる粒子（直径φ＝１／８、５／３２、７／３２、９／３２、１／２ｉｎｃｈ）の場合についても、同様に１つずつ水流管（１４）内に粒子を送り出す。また、比重γ＝１．０の粒子についても、１つずつ水流管（１４）内に供給する。
【０００７】
【発明の効果】
このようにして、水より小さいか、または同じ密度の粒子でそれぞれ大きさが異なる粒子を、輸送の必要性に応じ任意のタイミングで、管外から垂直管内水流中へ１つずつ連続的に供給する。これにより、今まで適した装置と方法がなかった垂直固液二相流の粒子供給系に対して、この発明した装置を持って対応ができる。また、固液二相流による輸送の効率化ばかりでなく、その研究分野に対しても、その研究の効率化が図られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明装置を透視した斜視図である。
【図２】  本発明装置を水流管に取り付けた状態での断面図である。
【図３】  本発明装置のピストンと粒子の動きを示した説明図（行程図）で
ある。
【図４】  本発明装置によりピストン方式により輸送される粒子の軌跡の一
例を示す写真（多重露出撮影写真）である。
【符号の説明】
１  シリンダー    ２及び３  ピストン      ６  ピストン軸
９  ロート        １１  水流出管          １２  粒子導入管
１４  水流管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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