JP5660343B2 - 溶射装置 - Google Patents

Description

本発明は耐火物の溶射補修に適用される溶射装置に関する。

工業窯炉や溶融金属容器等においては、その使用に伴って、耐火物からなる内張り等に損傷が発生する。このような損傷に対しては、適宜、補修が実施される。例えば、製鉄所のコークス炉は建設してから２０年以上経過したものが多く、特に、炭化室の壁は補修を繰り返しながら操業を継続している。

操業を継続しながら補修を実施する技術として溶射補修法がある。この溶射補修法には、例えば、プラズマ溶射、レーザー溶射、火炎溶射がある。しかしながら、これらの溶射方法には大掛かりな装置が必要である。そのため、近年、比較的簡易な装置で実現可能な、金属の酸化発熱反応を利用した溶射方法も利用されている。この溶射方法では、金属粉末（燃焼剤）と耐火性粉末の混合物を酸素で搬送し、高熱の補修面に吹き付ける。吹き付けられた混合物は、補修面からの受熱により起こる金属粉末の酸化発熱反応により耐火性組成物を形成すると共に溶融し、補修面に付着する。

溶射材料と酸素が溶射ランスから噴射され、補修面において正常に燃焼している場合、順調に炉壁を補修することができる。しかしながら、作業中に、補修箇所の火が燃え移って溶射ランスの噴射口で発火する事態（以下、先端着火という。）や、溶射ランスから供給ホースを伝って溶射装置本体まで火が遡る事態（以下、逆火という。）が発生することがある。先端着火は逆火を誘引する可能性がある。そして、逆火は、体積の膨張を伴いながら音速を超える爆発（いわゆる、爆轟）を引き起こし、供給ホースの破裂や、破裂により分離した供給ホースが跳ね回る危険をもたらす。

このように、逆火は、大変危険な事態を招くほか、溶射作業を再開できるようにするための復旧作業に時間を要するため、発生を防止することが好ましい。しかしながら、逆火の原因を特定することは難しく、発生そのものを回避することは困難である。そのため、逆火が発生することは不可避との前提で、溶射装置に逆火対策を採用することが通例となっている。

最も簡易な逆火対策は、逆火を誘引する先端着火が発生した時点で、溶射ランスを持つ作業者により溶射ランスを供給ホースから分離させ、供給ホースから溶射ランスへの溶射材料及び酸素の供給を遮断するという逆火回避操作を義務づけることである。これにより、供給ホースに達する逆火を防いで供給ホースの破裂を回避させることが可能になる。しかしながら、逆火回避操作を実施した際に逆火が発生した場合には、溶射ランスを持つ作業者のところで爆発を生じさせることになるため、作業者を危険に晒しかねない。そのため、溶射装置本体と供給ホースとをクイックジョイント（いわゆる、カプラ）により接続し、逆火による体積膨張又は爆発を利用して溶射機本体と供給ホースとを分離させ、爆発時に発生する燃焼ガスを排出して供給ホースの破裂を回避する構成が採用されている。この構成では、溶射装置本体のところで爆発が生じ、溶射装置本体を破損するおそれがあるが、作業者を危険に晒すより好ましいと考えられる。

溶射装置本体と供給ホースとを分離させる構成では、分離した供給ホースが遠くへ離れたり、暴れたりしないように、ワイヤで溶射装置本体と連結することが必要になる。しかしながら、ワイヤによる不十分な連結や連結忘れをなくすことができないため、供給ホースが遠くへ離れたり、暴れ回ったりすることを完全に防止できずにいる。供給ホースが遠くへ離れることだけなら問題ないが、分離した供給ホースが暴れ回ることは溶射装置本体の作業者に大きな危険をもたらす。

また、いずれの対策であっても、溶射ランスを持つ作業者が溶射装置本体の作業者に先端着火の発生を大声で告げ、溶射材料及び酸素の供給を停止させることは必須である。しかしながら、溶射装置本体の作業者が不在だったり、作業周辺の環境騒音のために掛け声が伝達できなかったりして、溶射材料及び酸素の供給を停止させることができず、先端着火が逆火を誘引する可能性を高めていた。また、溶射材料及び酸素の供給を停止できない結果、噴射する溶射材料が供給ホース端や溶射装置本体の供給口にこびりつき、復旧作業をより困難にすることもあった。このような課題に対する対策として、種々の技術が提案されている（例えば、特許文献１〜３参照）。

特許文献１は、ホッパーの払出口からエジェクターまで原料粉体を移送する原料粉体移送路に、外気に連通する外気連通部を設けた溶射装置を開示している。また、この溶射装置は、ホッパー内部に、原料粉体の払い出し方向に平行な方向への払出口の投影領域の少なくとも一部に位置する状態で配置された邪魔部材を備えている。この装置によれば、噴射手段からエジェクターまで逆火が生じても、外気連通部から逆火が放散され、逆火が原料粉体を貯蔵するホッパーまで達することを減少できるとされている。

特許文献２は、溶射装置本体に接続する供給ホースに掛止フランジを設けるとともに、当該掛止フランジと対向する位置にストッパを設けることで、逆火の衝撃でホースが本体から離脱した際の安全を確保する溶射装置を開示している。また、この技術では、溶射装置本体からのフランジの離脱をセンサが検知した際に、材料供給を停止する構成を採用している。この溶射装置は、供給口から外れた供給ホースの掛止フランジをストッパに掛合させることにより、溶射機本体から分離した供給ホースが遠くへ離れたり、暴れたりすることを防止でき、また、溶射材料及び酸素の供給を確実に停止できるとされている。

特許文献３は、酸素供給ラインに緊急停止機構を設けた溶射装置を開示している。この緊急停止機構は、原料粉体と酸素とを混合するエジェクターに酸素を供給する酸素供給ラインに介在させた緊急閉鎖バルブと、酸素供給ラインから分岐した酸素分岐ラインと、酸素分岐ラインを接続したホース検知バルブと、ホース検知バルブと緊急閉鎖バルブとを結ぶ加圧ラインと、加圧ラインに設けた酸素排気バルブとを備える。この溶射装置は、緊急時に酸素を確実に遮断することができるとされている。

一方、本発明に関連する技術として、特許文献４は、エジェクター作用によって粉粒体を輸送する装置において、粉粒体を貯溜するためのホッパー部の下端に、粉粒体を下方向へ一定量ずつ縦搬送するための縦搬送部の上端を連通連結し、搬送されてきた粉粒体を吸引するためのディフューザー部の基端を縦搬送部の下端に連通連結した構成を開示している。ディフューザー部と縦搬送部との連結部近傍にはノズル部が配設されており、ノズル部からディフューザー部に向けて粉粒体供給方向に沿った圧力空気が噴出される。この装置では、縦搬送部として、上下縦方向に伸延形成したケーシング中にスクリューコンベアが設置され、当該縦搬送部の下方に付勢スプリングを備える逆止弁が配置されている。この逆止弁は、「スクリューコンベアによる押出しは許容するもののエジェクターノズル部からの圧力空気の逆流を阻止することができるよう」に構成されている。

特開２００７−２３８９７７号公報 特開２０１１−１４９０７８号公報 特開２０１２−１１１９７３号公報 特開平６−１６２３７号公報

しかしながら、特許文献１が開示するような外気連通部を設けるだけでは、原料粉体を貯蔵するホッパーまで逆火が達することを減少させることは可能であるが、完全に防止することはできない。また、ホッパー内の邪魔部材も、払い出し口の投影領域の一部にしか重なっていないため、逆火がホッパーに到達した際に邪魔部材が存在しない領域から原料 粉体が吹き上げられる。すなわち、逆火の衝撃波によりホッパー内原料粉体が飛散するという問題がある。

また、特許文献２、３が開示する構成では、供給ホースが分離するには、供給ホース内及びエジェクター内部の圧力上昇が必要である。逆火の衝撃波により圧力上昇は発生するが、このような圧力上昇が発生するとエジェクター部からホッパー内への酸素ガスの逆流が発生し、特許文献１の構成と同様、ホッパー内原料粉体が飛散することになる。

このようなホッパー内原料粉体の飛散は、特許文献４が開示する構成を採用することで防止できるとも思える。しかしながら、特許文献４が開示する逆止弁を溶射装置に適用すると、逆火発生の際、逆止弁がすぐには作動しないという問題があった。すなわち、特許文献４が開示する構成では、溶射作業中、スクリューコンベアを用いて原料粉体を排出している。逆止弁が閉弁するためには、弁体と弁座の間に存在する原料粉体が移動する必要があるが、特許文献４の構成では、スクリューコンベアの羽根が当該原料粉体の移動を妨げるため、エジェクター部の圧力上昇によって弁体と弁座の間に存在する原料粉体及びスクリューコンベア内に溜まった原料粉体がホッパー内に吹き上げられるまで逆止弁は作動できない。したがって、特許文献４が開示する構成でも逆火の衝撃波によるホッパー内原料粉体の飛散を防止することはできない。

本発明は、上記従来の事情を鑑みて提案されたものであって、金属燃焼溶射において不可避である逆火に起因するホッパー内原料粉体の燃焼及び飛散を確実に防止できる溶射装置を提供することを目的とする。

本願発明者らは、逆火時に発生するホッパーからの原料粉体の吹き上げを防止する方法について、特に、逆止弁を設けることが有効と考え、逆止弁が効果的に作動する要件を検討した結果、本発明に至った。

まず、本発明は、可燃性粉体と耐火性粉体とを含む原料粉体を支燃性のキャリアガスとともに搬送し、被施工体に噴射して耐火組成物を形成する溶射装置を前提とする。そして、本発明に係る溶射装置は、エジェクター、ホッパー、搬送路、逆止弁及び狭窄部を備える。エジェクターは、エジェクターノズルを備え、当該エジェクターノズルから加圧されたキャリアガスを噴出し、エジェクター効果によりキャリアガスと原料粉体とを混合して下流側へ送出する。ホッパーは、エジェクターの上方に配置され、キャリアガスに混合される原料粉体を収容する。搬送路は、ホッパーの払い出し口からエジェクターの入口まで原料粉体を搬送する。逆止弁は当該搬送路に設けられ、ホッパーの払い出し口から排出された原料粉体が重力による自然降下によって流入するとともに、エジェクターの内圧上昇に伴って開状態から閉状態になる。狭窄部は逆止弁の出口からエジェクターの入口までの間の搬送路に設けられる。狭窄部における原料粉体の搬送断面積は、ホッパーの払い出し口から逆止弁の入口までの間の搬送路における原料粉体の最小搬送断面積よりも小さい。

この溶射装置では、搬送路の全域において、原料粉体を重力による自然降下によって搬送する構成を採用することができる。また、逆止弁の出口における原料粉体の搬送断面積が、ホッパーの払い出し口から逆止弁の入口までの搬送路における原料粉体の最小搬送断面積よりも小さく、かつ逆止弁の出口からエジェクターの入口までの搬送路において、逆止弁の出口が最大の搬送断面積を有する構成を採用することもできる。

以上の溶射装置において、逆止弁は、ホッパーの払い出し口に配置され、原料粉体が通過する円形状の弁口を有する弁座部を備える構成を採用することができる。この場合、弁座部に着座して弁口を閉弁する弁体は、弁座部の鉛直下方に配置され、平面視円形かつ弁座部側に突出する形状を有する構成を採用することができる。また、この構成において、逆止弁は弁体を鉛直方向にのみ案内するガイドを備える構成を採用することができる。

本発明によれば、金属燃焼溶射において不可避である逆火に起因する、火や圧力のホッパーへの逆流を確実に防止でき、ホッパー内原料粉体の燃焼及び飛散を確実に防止することができる。その結果、作業者の安全性を大幅に高めることができる。

本発明の一実施形態における溶射装置を示す図 本発明の一実施形態における溶射装置が備える逆止弁及び取付座を示す図 本発明の一実施形態における逆止弁の動作を示す図 本発明の一実施形態における逆止弁の弁体形状の一例を示す図

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながらより詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態における溶射装置を示す概略図である。図１に示すように本実施形態の溶射装置１０は、固気混合部としてエジェクター３を備えるエジェクター式輸送機構により構成されている。

エジェクター３は、エジェクターノズル４と、当該エジェクターノズル４に対向して配置された、下流方向に向かって拡開するディフューザー（混合管）５とを備える。エジェクターノズル４は、その先端からディフューザー５に向けて高速で気体を噴射する。当該噴射気体による吸引作用（エジェクタ効果）により、気体噴射方向と交差する方向（ここでは上方）に配置された吸引口３ａから原料粉体（溶射材料）を吸引する。エジェクターノズル４から噴射された気体と吸引された原料粉体はディフューザー５において混合され、下流側へ送出される。エジェクターノズル４には、原料粉体と混合される支燃性のキャリアガスをエジェクターノズル４へ供給するキャリアガス供給系（図示せず）が接続されている。

ディフューザー５の下流側出口には供給ホース６が接続され、当該供給ホース６の他端に溶射ランス７が接続されている。供給ホース６はディフューザー５の出口の外側に摺動可能に密着して接続されている。この構成では、逆火によって溶射ランス７内の圧力が高まり、当該圧力が供給ホース６を逆流してエジェクター３に到達するとディフューザー５から供給ホース６が離脱して圧力が外部へ解放される。

吸引口３ａの上方には、ホッパー１が接続されており、当該ホッパー１内に可燃性粉体及び耐火性粉体の混合物で構成された原料粉体が収容される。ホッパー１の払い出し口１ａはホッパー１の下端に設けられており、ホッパー１に収容された原料粉体は重力による自然降下によって払い出し口１ａから排出される。特に限定されないが、本実施形態では、払い出し口１ａは平面視において円形である。

ホッパー１とエジェクター３との間には逆止弁２が配置されている。逆止弁２は、逆火に伴って発生した圧力がエジェクター３に到達して供給ホース６が離脱するまでの間のエジェクター３の内圧上昇に伴って開状態から閉状態になる。

特に限定されないが、本実施形態では、逆止弁２の弁座部２ａは、原料粉体が通過する円形状の弁口２ｅを有し、ホッパー１の払い出し口１ａに配置されている。そして、弁座部２ａに着座して弁口２ｅを閉弁する弁体２ｂは、弁座部２ａの下方に配置されている。この例では、弁口２ｅは、払い出し口１ａの縁に沿って配置されており、平面視円形である。弁体２ｂに付勢力を付与する付勢手段は設けられておらず、弁体２ｂは弁座部２ａと対向する位置に固定された取付座２ｄ上で自重により静止している。弁体２ｂは、下方から力が作用することによって上昇して弁座部２ａに着座する。

逆止弁２の直下にはシャッター部８が設けられており、シャッター部８とエジェクター３の吸引口３ａとが接続管９により接続されている。シャッター部８のシャッター８ａの開閉により原料粉体の供給と停止とを切り替えることができる。また、エジェクターノズル４へのキャリアガスの供給と停止とは、キャリアガス供給系に介在された電磁弁の開閉により切り替えることができる。シャッター８ａの開閉や、電磁弁の開閉は、制御盤面のスイッチ操作により実現されてもよく、無線送信器による遠隔操作により実現されてもよい。また、これらの開閉は、供給ホース６がディフューザー５の出口に適切に取り付けられたときに開となり、供給ホース６の取り付け状態が不適切な状態であるときに閉となる機構を併設してもよい。なお、図１では、説明のため、溶射ランス７以外を断面図として表示している。

ホッパー１の払い出し口１ａから排出され、開状態の逆止弁２を通過した原料粉体は、エジェクター３の吸引口３ａまで供給される。エジェクター３に到達した原料粉体はディフューザー５においてエジェクターノズル４から噴出されるキャリアガスと混合され、当該混合物が供給ホース６を経由して溶射ランス７まで搬送される。溶射ランス７の先端から高温の被施工体に吹き付けると、受熱により可燃性粉体が燃焼して耐火物粉体を溶融し、被施工体上に溶射体が形成される。

さて、本実施形態の溶射装置１０では、逆止弁２の出口２ｃからエジェクター３の入口である吸引口３ａまでの原料粉体の搬送路に狭窄部が設けられる。狭窄部における原料粉体の搬送断面積は、ホッパー１の払い出し口１ａから逆止弁２の入口である弁口２ｅまでの間の搬送路における原料粉体の最小搬送断面積よりも小さい。なお、搬送断面積は、原料粉体の搬送路において、搬送方向に垂直な断面において実質的に原料粉体の搬送に寄与している部分の開口面積を意味する。

上述のように、ホッパー１の払い出し口１ａから排出された原料粉体は逆止弁２へ供給され、逆止弁２を通過した原料粉体はエジェクター３の吸引口３ａへと供給される。原料粉体の静圧を無視すれば、搬送路の特定位置における原料粉体の下方への供給量、すなわち搬送路の特定位置における単位時間当たりの原料粉体の落下量は当該位置の搬送断面積の関数となり、搬送断面積が大きければ落下量は多くなり、搬送断面積が小さくなれば落下量は少なくなる。そのため、エジェクター３への原料粉体の供給量は、ホッパー１の払い出し口１ａからエジェクター３の吸引口３ａまでの搬送路において、最も搬送断面積が小さい部分によって決定されることになる。一方、溶射ランス７への原料粉体の供給速度は、エジェクター３による吸引力の作用により上述の単位時間当たりの原料粉体の落下量よりも多少大きくなるものの、仮に、吸引力が一定であるとすると、原料粉体の供給速度、すなわち、ホッパー１の払い出し口１ａからエジェクター３の吸引口３ａまでの搬送路の最も搬送断面積が小さい部分によって決定されることになる。

このような、最も搬送断面積が小さい搬送断面積最小部位を、逆止弁２の出口２ｃからエジェクター３の吸引口３ａまでの原料粉体の搬送路に設けると、ホッパー１の払い出し口１ａから排出される原料粉体量が、搬送断面積最小部位を通過する原料粉体量よりも多くなる。そのため、搬送断面積最小部位の上方に原料粉体が蓄積する状態となり、その結果、逆止弁２の内部に原料粉体が充填されることになる。

本願発明者らによる実験では、ホッパー１の払い出し口１ａから逆止弁２の弁口２ｅまでの最小搬送断面積を、逆止弁２の出口２ｃからエジェクター３の吸引口３ａまでの原料 粉体の搬送路における最小搬送断面積より小さくした場合、エジェクター３の内部圧力の上昇に伴って逆止弁２は動作するものの、ホッパー１からの原料粉体の吹き上げを完全に防止することはできなかった。これに対し、逆止弁２の内部を原料粉体で充填すると、エジェクター３の内部圧力の上昇に対する逆止弁２の応答速度を速めることができ、ホッパー１からの原料粉体の吹き上げが全く確認できなくなった。これは、後者の場合、逆止弁２の内部（特に弁体２ｂの下流側）が原料粉体で充填されている状態でエジェクター３の内部圧力が上昇するため、当該圧力の上昇に伴う原料粉体の上昇が弁体２ｂを効率よく上方に移動させ、素早く逆止弁２が作動できるためであると考えられる。これに対し、前者の場合、逆止弁２の内部において原料粉体が空中を落下する状態であるため、ガスの流れによって弁体２ｂが上方に移動されることになる。そのため、弁体２ｂの移動に十分なガス流がなければ弁体２ｂを上昇させることはできない。すなわち、一定量のガスが流れた後でなければ逆止弁２が閉弁しない。そのため、ホッパー１からの原料粉体の吹き上げを低減することができたとしても、完全に防止することは不可能であると考えられる。

例えば、図１に示す構成において、ホッパー１の払い出し口１ａ（＝逆止弁２の弁口２ｅ）の搬送断面積をＤ_ｈ、逆止弁２の出口２ｃの搬送断面積をＤ_ｃ、吸引口３ａの搬送断面積をＤ_ｅとする。以上の考察に基づけば、この場合、Ｄ_ｈ＞Ｄ_ｃ、あるいはＤ_ｈ＞Ｄ_ｅであることが好ましい。この例では、逆止弁２の出口２ｃ又は吸引口３ａが狭窄部となる。

このように払い出し口１ａの搬送断面積Ｄ_ｈを、逆止弁２の出口２ｃの搬送断面積Ｄ_ｃ又は吸引口３ａの搬送断面積をＤ_ｅよりも大きくすると、ホッパー１の払い出し口１ａから逆止弁２へ供給される原料粉体量は、逆止弁２の出口２ｃから排出される原料粉体量よりも多くなる。そのため、逆止弁２の内部が原料粉体で充填される。また、さらに逆止弁２の出口２ｃの搬送断面積Ｄ_ｃより吸引口３ａの搬送断面積Ｄ_ｅを小さくすることで、エジェクター３の吸引口３ａまで原料粉体で満たされる。その結果、より効率的に圧力を弁体２ｂに伝達することができる。したがって、Ｄ_ｈ＞Ｄ_ｃ＞Ｄ_ｅとすることがより好ましく、さらに、逆止弁２及び逆止弁２とエジェクター３の吸引口３ａとの間の搬送路の内部を速やかな充填を実現する観点では、逆止弁２の出口２ｃからエジェクター３の吸引口３ａまでの搬送路において、逆止弁２の出口２ｃの搬送断面積Ｄ_ｃが最大であることが好ましい。逆に、払い出し口１ａの搬送断面積Ｄ_ｈが最も小さくなるような場合、上述のように、逆止弁２の応答速度が低下してしまう。

また、本実施形態では、原料粉体は重力による自然流動により降下し、逆止弁２の内部を充填するため、比較的小さな力でも容易に弁体２ｂを移動させることができる。これに対し、ホッパー１の払い出し口１ａにスクリューコンベアのように強制的に力を加えて原料粉体を排出する構成では、逆止弁２の内部を充填する原料粉体（弁体２ｂの上方に存在する原料粉体）は押し固められているため、少々の力では弁体２ｂを移動させることができない。すなわち、逆止弁２の応答速度が低下してしまう。この観点では、ホッパー１の払い出し口１ａからエジェクター３の吸引口３ａまで原料粉体を搬送する搬送路の全域において、原料粉体は重力による自然降下によって搬送される構成であることが特に好ましいといえる。なお、自然流動による降下は、原料粉体供給のための動力エネルギーを必要としないという点で経済的にも利点もある。

以下、逆止弁２の構造について詳細に説明する。図２（ａ）〜図２（ｄ）は、本実施形態における逆止弁２が備える弁体２ｂ及び取付座２ｄを示す図である。図２（ａ）は弁体２ｂの平面図に対応する。図２（ｂ）は弁体２ｂの正面図に対応する。図２（ｃ）は取付座２ｄの平面図に対応する。図２（ｄ）は取付座２ｄの正面図に対応する。

図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、逆止弁２の弁体２ｂは、弁座部２ａに着座して弁口２ｅを閉弁する円錐状の傘部２１と、当該傘部２１の底面に、傘部２１と同軸に配置された円柱状の支持軸２２を備える。図１に示すように、支持軸２２は鉛直方向に沿って配置され、傘部２１の頂点が弁座部２ａ側に向けて配置される。

図１に示すように、弁体２ｂは、弁座部２ａと対向する状態で固定支持された取付座２ｄに設置される。図２（ｃ）及び図２（ｄ）に示すように、取付座２ｄは、円筒状のガイド２６と、当該ガイド２６を逆止弁２の筐体に固定する支持部材２７を備える。特に限定されないが、本実施形態では、取付座２ｄは、板状の４つの支持部材２７を備えており、当該支持部材２７の弁座部２ａ側の端面とガイド２６の弁座部２ａ側の端面とは面一に構成されている。

取付座２ｄは、ガイド２６の軸が鉛直方向に沿う状態で逆止弁２の筐体に固定され、当該ガイドに弁体２ｂの支持軸２２が挿入される。本構成では、弁体２ｂは、傘部２１の底面がガイド２６及び支持部材２７に当接する状態（以下、通常位置という。）で保持され、弁体２ｂの移動方向は鉛直方向にのみ制限されることになる。このように弁体２ｂの移動方向を制限することで、弁体２ｂは、正確かつ最短の移動距離で弁座部２ａに着座することができる。なお、支持軸２２の長さが、通常位置から着座位置までの移動距離より大きいことはもちろんである。

図３（ａ）及び図３（ｂ）は、逆止弁２の動作を示す図である。図３（ａ）が開状態に対応し、図３（ｂ）が閉状態に対応する。図３（ａ）に示すように、逆火が発生することなくホッパー１内の原料粉体がエジェクター３に搬送される状態では、弁体２ｂは通常位置に配置されている。当該状態では、原料粉体は弁体２ｂの周囲を下流側に向けて流下する。逆火の発生によりエジェクター３の内部圧力が上昇すると、上述のように逆止弁２の内部に充填された原料粉体の移動に伴って弁体２ｂが上方へ移動して弁座部２ａに着座する。これにより、逆止弁２よりも下流側に存在する原料粉体のホッパー１への逆流を防止することができる。また、ホッパー１との連通口である弁座部２ａの弁口２ｅが閉弁されるため、逆火によって発生した高圧のガスがホッパー１へ流入することを防止できる。その結果、ホッパー１からの原料粉体の吹き上げや飛散を確実に防止することができる。圧力が解放されると、弁体２ｂの自重と原料粉体の自然降下とによって弁体２ｂは通常位置に戻る。

傘部２１は中実であってもよく、中空であってもよい。しかしながら、傘部２１の底面側が開放した中空構造を採用することは好ましくない。このような構成では、上方より自然降下する原料粉体が傘部２１の下方側から回り込んで傘部２１の中空部を充填することができないため、該部分に空隙が生じる。この場合、エジェクター３の内部圧力の上昇に伴って原料粉体が移動した際に、当該空隙が充填されるまで弁体２ｂが移動せず応答速度が低下してしまう。

弁体２ｂの移動の容易さの観点では、一般的には、弁体２ｂは軽量であることが好ましい。しかしながら、本実施形態の構成では、原料粉体が逆止弁２の内部に充填された状態で弁体２ｂが移動するため、弁体２ｂが弁座部２ａに着座している状態において、弁体２ｂの支持軸２２とガイド２６との間に原料粉体が進入する。そのため、弁体２ｂがあまりにも軽量であると、支持軸２２とガイド２６との間に進入した原料粉体により支持軸２２の移動が阻害され弁体２ｂが通常位置に移動し難くなる。したがって、本実施形態の構成では、弁体２ｂは、ある程度の重量を有していることが好ましい。

なお、弁体２ｂを支持する構成は、特に限定されず、任意の構成を採用することができる。例えば、支持軸２２やガイド２６の数は複数であってもよく、その断面形状も円形に限定されない。また、取付座２ｄは、ガイド２６を支持し、かつ原料粉体を下方へ通過させることができる構造であればよく、その構造は特に限定されない。また、本実施形態では、支持軸２２及びガイド２６を、弁体２ｂを挟んで弁座部２ａと反対の位置に設けているが、弁座部２ａ側（すなわち、弁体２ｂよりもホッパー１側）に設けてもよい。このように、弁体２ｂよりもホッパー１側に支持軸及びガイド配置する構成では、弁体２ｂはより軽量であることが好ましい。さらに、支持軸を備えることも必須ではなく、弁体２ｂの外縁に当接して弁体２ｂを案内するガイドを採用することも可能である。

また、弁体２ｂの傘部２１は、弁座部２ａに着座して弁口２ｅを閉弁可能であればよく、その形状は任意である。下流側（エジェクター３側）の内部圧力の上昇に応じた効率的な移動を実現する観点では、傘部２１は下流側に向かって断面積が大きくなる形状、すなわち、弁座部２ａ側に突出する形状を有することが好ましい。また、自然降下による原料 粉体の流下を阻害しない観点では、弁座部２ａの弁口２ｅを平面視円形にするとともに、弁体２ｂを、弁座部２ａ側に突出する頂点を有する軸対象の回転体で構成することが好ましい。この構成により、原料粉体を弁体２ｂ上に滞留させることなくスムーズに下流側へ通過させることができる。図４（ａ）、図４（ｂ）は、当該観点に基づく弁体２ｂの傘部の形状の他の例を示す正面図である。図４（ａ）では、弁体２ｂは、支持軸２２に半球状の傘部２３が固定された構成を有する。また、図４（ｂ）では、弁体２ｂは、支持軸２２に弁座部２ａ側に凹曲面を有する回転体状（円錐の側面を凹入させた形状）の傘部２４が固定されている。

本実施形態の溶射装置１０にて使用する原料粉体の組成やキャリアガスの組成は特に限定されない。例えば、可燃性粉体として金属シリコンを使用することができ、耐火物粉体としてシリカ、コージュエライト等を使用することができる。キャリアガスとしては純酸素等を使用することができる。

また、ホッパー１の大きさ、エジェクター３のサイズ、原料粉体の吐出量、供給ホース６の径や長さ、材質も特に限定されない。供給ホース６には、柔軟性を有するホースの他、金属管のような剛性を有するパイプ等、任意の材質の配管を採用できる。また、当該配管の断面形状は円形であることが好ましいが他の断面形状を採用してもよい。また、供給ホース６として、溶射装置１０に接続する適当な長さの管と当該管より下流側の管とをカップリングなどによって接続した構成を採用することもできる。この構成では、供給ホース６内面の損耗が激しいディフューザー５の出口側の部分だけを容易に交換することができ、メンテナンス性を向上させることができる。

例えば、金属シリコン１５質量％と珪石８５質量％とからなる原料粉体を使用した溶射に図１に示す構成を適用する場合、吐出量は、数十〜２００ｋｇ／ｈ程度とすることができる。キャリアガスは純度１００％の酸素とする場合、流量は３０Ｎｍ^３／ｈとし、材料供給速度を１００ｋｇ／ｈ等とすることができる。

供給ホース６は、内径３０ｍｍで長さが数ｍ〜１００ｍのものを利用できる。上述のように、供給ホース６を複数の間を接続して構成する場合、ディフューザー５の出口側の部分の長さは１００〜５００ｍｍとすることができる。

当該構成において、逆火を発生させたところ、ホッパー１内の原料粉体の吹き上げの発生を完全に防止することができた。また、ホッパー１内への火の進入を確実に防止することができた。なお、本確認は、ホッパー１の払い出し口１ａ（弁口２ｅ）の直径を２５ｍｍ、逆止弁２の出口２ｃの直径を２３ｍｍ、エジェクター３の吸引口３ａの直径を１８．５ｍｍとし、逆止弁２の内部において通常位置にある弁体２ｂが埋まる程度まで原料粉体によって充填された状態で実施している。また、本例では弁体２ｂの直径は２８ｍｍであり、ホッパー１の払い出し口１ａの直径よりも３．０ｍｍ大きく、逆止弁２の出口２ｃの直径よりも５．０ｍｍ大きくなっている。

当該構成において、エジェクター３の吸引口３ａと逆止弁２との間の搬送路に外気に連通する孔を設けてもよい。これにより、孔から逆火を放散させることが可能になる。エジェクター３の吸引口３ａと逆止弁２との間の搬送路は、溶射作業中に原料粉体が充填されているため、多少の材料こぼれが発生する可能性があるが、当該こぼれが許容できる範囲であれば、当該孔を設けることを何ら妨げない。

また、上述のように、逆止弁２の内部が原料粉体で満たされていない場合、エジェクター３内部の圧力上昇に対する逆止弁２の応答速度が低下する。そのため、逆止弁２の内部が原料粉体で満たされているか否かを確認するための確認窓やセンサを逆止弁２に設け、原料粉体で満たされている場合にのみエジェクター３が動作可能になる構成を採用してもよい。

以上説明したように、本発明によれば、金属燃焼溶射において不可避である逆火に起因する、火や圧力のホッパー１への逆流を確実に防止でき、ホッパー１内の原料粉体の燃焼及び飛散を確実に防止することができる。その結果、作業者の安全性を大幅に高めることができる。

なお、上述した実施形態は本発明の技術的範囲を制限するものではなく、既に記載したもの以外でも、本発明の範囲内で種々の変形や応用が可能である。例えば、上記実施形態では、ホッパー１の払い出し口１ａの下側に逆止弁２を設け、さらにその下方にエジェクター３を設けているが、これらは連続して接続してもよく、適当な長さの接続管を介して接続してもよい。また、弁座部２ａは、弁口２ｅを払い出し口１ａに直接接続してもよい。この場合、弁座部２ａは払い出し口１ａと一体に構成することができる。さらに、弁口２ｅの形状や各接続管の断面形状等も任意に設定することができる。加えて、上述の実施形態では、逆止弁２とエジェクター３との間にシャッター部８を設置しているが、シャッター部８の設置は必須ではなく任意である。

本発明は、金属燃焼溶射において不可避である逆火に起因するホッパー内原料粉体の燃焼及び飛散を確実に防止することができ、溶射装置として有用である。

１ ホッパー
１ａ 払い出し口
２ 逆止弁
２ａ 弁座部
２ｂ 弁体
２ｃ 出口
２ｄ 取付座
２ｅ 弁口
３ エジェクター
３ａ 吸引部（エジェクターの入口）
４ エジェクターノズル
５ ディフューザー
６ 供給ホース
７ 溶射ランス
１０ 溶射装置

Claims (5)

1. 可燃性粉体と耐火性粉体とを含む原料粉体を支燃性のキャリアガスとともに搬送し、被施工体に噴射して耐火組成物を形成する溶射装置であって、
   エジェクターノズルを備え、当該エジェクターノズルから加圧された前記キャリアガスを噴出し、エジェクター効果により前記キャリアガスと前記原料粉体とを混合して下流側へ送出するエジェクターと、
   前記エジェクターの上方に配置され、前記キャリアガスに混合される前記原料粉体を収容するホッパーと、
   前記ホッパーの払い出し口から前記エジェクターの入口まで前記原料粉体を搬送する搬送路と
   前記搬送路に設けられ、前記ホッパーの払い出し口から排出された原料粉体が重力による自然降下によって流入するとともに、前記エジェクターの内圧上昇に伴って開状態から閉状態になる逆止弁と、
   前記逆止弁の出口から前記エジェクターの入口までの前記搬送路に設けられ、前記原料 粉体の搬送断面積が前記ホッパーの払い出し口から前記逆止弁の入口までの前記搬送路における前記原料粉体の最小搬送断面積よりも小さい狭窄部と、
   を備える溶射装置。
2. 前記搬送路の全域において、前記原料粉体は重力による自然降下によって搬送される請求項１に記載の溶射装置。
3. 前記逆止弁の出口における前記原料粉体の搬送断面積が、前記ホッパーの払い出し口から前記逆止弁の入口までの前記搬送路における前記原料粉体の最小搬送断面積よりも小さく、前記逆止弁の出口から前記エジェクターの入口までの前記搬送路において、前記逆止弁の出口が最大の搬送断面積を有する、請求項１又は請求項２に記載の溶射装置。
4. 前記逆止弁が、
   前記ホッパーの払い出し口に配置され、前記原料粉体が通過する円形状の弁口を有する弁座部と、
   前記弁座部の鉛直下方に配置され、前記弁座部に着座して前記弁口を閉弁する平面視円形かつ弁座部側に突出する形状を有する弁体と、
   を備える請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の溶射装置。
5. 前記逆止弁が前記弁体を鉛直方向にのみ案内するガイドを備える請求項４に記載の溶射装置。
   

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