JP5081392B2

JP5081392B2 - 充填剤充填装置

Info

Publication number: JP5081392B2
Application number: JP2006115682A
Authority: JP
Inventors: 譲宮澤; 克昌鈴木; 康信磯部
Original assignee: Taiyo Nippon Sanso Corp
Current assignee: Taiyo Nippon Sanso Corp
Priority date: 2006-04-19
Filing date: 2006-04-19
Publication date: 2012-11-28
Anticipated expiration: 2026-04-19
Also published as: JP2007283253A

Description

本発明は、充填剤充填装置に関し、詳しくは、筒内に除害剤、吸着剤、乾燥剤、触媒等の粒状充填剤を充填して各種ガス処理を行う充填筒に充填剤を充填するための充填剤充填装置に関する。

各種ガスや液体を処理する充填剤を充填した充填筒は、様々な分野で広く使用されている。例えば、半導体製造装置からの排ガスを無害化する排ガス処理装置として、粒状の除害剤を充填した充填筒を有する排ガス処理装置が知られている。このような排ガス処理装置等に用いられている充填筒への充填剤の充填は、該充填筒の上部に設けられた開口の蓋を開き、該開口を通してホッパー等から充填剤を自然落下させることにより行われていた。

一方、真空断熱貯槽等の断熱空間内に粒状断熱材を充填する場合は、断熱空間の下部に接続した真空ポンプで断熱空間内を真空引きしながら、断熱空間の上部から粒状断熱材を充填することが行われている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平８−４９８１号公報

しかし、ホッパー等を利用して自然落下で充填剤を充填筒内に充填する場合は、ホッパー等を充填筒の上部に保持するための機器が必要になり、充填に要する時間も長く掛かるという問題があった。また、特許文献１に記載されているように、断熱空間の下部から真空引きしながら上部から断熱材を充填する場合、断熱材のように断熱空間内に密に充填するものには適用できるが、ガスを流通させる充填筒にこの方法を適用すると、充填剤が充填筒内に圧密状態で充填されるため、ガスの流通性が損なわれ、所望のガス処理が行えなくなってしまうことがある。

そこで本発明は、充填筒への充填剤の充填を効率よく短時間で行うことができ、また、充填剤が圧密状態になることもなく、しかも安全性の向上が図れ、充填剤等を大気に暴露させずに充填することも可能な充填剤充填装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明の充填剤充填装置は、一端部から導入される流体を粒状の充填剤に接触させて他端部から導出する充填筒の内部に前記充填剤を充填するための充填剤充填装置であって、充填筒に充填する充填剤を供給する充填剤供給源と、前記充填筒内からガスを吸引する吸引手段と、前記充填剤供給源と前記充填筒の上部に開口して設けられた充填口とを接続する充填経路と、前記吸引手段と前記充填筒の上部に開口して設けられた吸引口とを接続する吸引経路とを備え、前記充填口は、該充填口から充填筒内に投入される充填剤の投入方向をガイドするためのガイド筒を備えており、該ガイド筒は、充填剤の投入方向が調整可能に形成され、前記吸引手段は、前記充填剤供給源から充填材を前記充填筒内に充填する際に、前記充填筒内のガスを前記吸引経路を介して吸引して充填筒内を負圧にし、前記充填経路内には、充填筒内の負圧によって前記充填剤供給源から充填筒に向かうガスの流れが発生し、発生したガスの流れに同伴して前記充填剤供給源内の新しい充填剤を充填筒内に搬送充填させることを特徴としている。

さらに、本発明の充填剤充填装置は、前記充填剤供給源は、充填剤を収納する密閉容器で形成され、該密閉容器内に不活性ガスを導入する経路を備えていることを特徴としている。

本発明によれば、充填筒上部からガスを吸引することによって充填剤供給源から充填筒に向かうガスの流れを発生し、このガスの流れに同伴させて充填剤を充填剤供給源から充填筒内に充填するので、ホッパー等を利用した場合に比べて短時間で充填剤を充填することができる。

また、充填剤供給源に不活性ガスを導入して大気の侵入を防止することにより、充填剤や充填筒内を大気に接触させることなく充填操作を行うことができる。さらに、充填筒上部から充填筒内のガスを吸引しているので、充填剤が圧密状態になることはなく、充填中に筒内に舞い上がる微粉体はガスと一緒に吸引されて充填筒内から除去されるので、所定粒径の充填剤のみを充填することができる。

図１は本発明の充填剤充填装置の基本構成を示す説明図である。まず、充填筒１１は、例えば金属製の円筒体の両端開口を鏡板で閉塞したものであって、内部下方位置には、通気性を有する充填剤支持部材１２が設けられており、この充填剤支持部材１２の上部に充填剤が支持されて所定高さに充填されている。充填筒１１の上部には、半導体製造装置からの排ガス等が導入されるガス入口管１３が設けられ、充填剤支持部材１２より下部には、処理後のガスが導出される処理ガス出口管１４が設けられている。さらに、充填筒１１の上部には、ガイド筒１５ａを備えた充填口１５とガイド筒１６ａを備えた吸引口１６とが設けられている。

この充填筒１１内に充填剤を充填するための充填剤充填装置は、充填筒１１に充填する充填剤Ｆを供給する充填剤供給源となる充填剤供給容器２１と、充填筒１１内からガスを吸引する吸引手段２２と、前記充填剤供給容器２１と前記充填筒１１の充填口１５とを接続する充填経路となる充填ホース２３と、前記吸引手段２２と前記充填筒１１の吸引口１６とを接続する吸引経路となる吸引ホース２４とで形成されている。また、前記吸引手段２２の吸入管２２ａには、コンダクタンス調整バルブ２２ｂが設けられており、充填剤供給容器２１には、容器内にガスを流入させるためのガス流入部２１ａが設けられている。

吸引手段２２は、各種形式のものを使用可能であるが、風量調節が可能なものを使用することが好ましく、また、吸引部への塵埃の侵入を防止するためのフィルターや集塵手段を備えていることが好ましい。さらに、クリーンルーム内での使用を考慮すると、吸引手段２２の排気を別途設置した排気経路に排出できるようにしておくことが好ましい。

充填ホース２３の先端は充填口１５のガイド筒１５ａの突出端に、吸引ホース２４の先端は吸引口１６のガイド筒１６ａの突出端に、接続時に十分な気密性を得られるフランジ結合、ねじ結合等の周知の結合手段によってそれぞれ着脱可能に形成されている。充填ホース２３の結合手段は、内部を充填剤が高速で通過するため、内側の凹凸が少なく、耐摩耗性に優れた材料、形状を選択することが望ましい。一方、吸引ホース２４の結合手段は、内部を充填剤が通らないため、気密性よく結合できればどのような手段でもよい。また、ガイド筒１５ａ及びガイド筒１６ａの突出端には、充填時以外、すなわち、前記ホース２３，２４の非接続時には、各筒１５ａ，１６ａの端部開口に蓋部材を装着して充填口１５及び吸引口１６を閉塞するようにしている。

充填経路や吸引経路は、任意の材料で形成することができるが、少なくとも一部を柔軟なフレキシブルホースとした充填ホース２３や吸引ホース２４で各経路を形成することにより、充填口１５や吸引口１６への各ホース２３，２４の着脱を容易に行うことができ、形状、大きさが異なる充填筒にも対応可能となる。また、配管やホースには、帯電が防止されたものを使用することが好ましく、その他の機器についても、静電気の発生を防止するため、充填剤の充填中は接地しておくことが好ましい。

各口や経路の口径は、充填剤の大きさに応じて設定されるものであって、屈曲部等での詰まりを防止するため、通常は、充填剤の大きさの５倍以上の口径とすることが好ましいが、口径を大きくし過ぎると充填剤の搬送に大量のガスを高速で流す必要が生じ、コスト増ともなるので、最大でも５０ｍｍ程度の口径とすることが望ましい。

充填剤を搬送するガスの流速は任意に設定できるが、早すぎると充填剤が擦れ合って充填剤やホース等が損傷するおそれがあり、また、吸引口１６から流出するガスに充填剤が同伴されてしまうこともあるため、充填経路を構成する配管やホースの径を含めて適当な範囲の流速に設定することが好ましい。特に、充填剤充填後に充填口１５から充填筒１１内に高速でガスのみが噴出すると、充填後の充填剤の表面部分がガス流れによって乱され、充填剤充填面に高低差を発生させることがあるので、充填剤の重量等を考慮して適切な流速に設定する必要があり、充填剤充填後は、吸引手段２２を速やかに停止させることが好ましい。さらに、前記コンダクタンス調整バルブ２２ｂを操作して吸引手段２２と吸引口１６との間のコンダクタンスを調整したり、吸引手段２２の吸引風量を調節したりすることにより、充填条件を最適化することができる。

また、吸引口１６からの吸引速度を適度に設定し、かつ、吸引口１６に適度なメッシュのフィルターを設けたり、所定粒径の充填剤が吸引されることを防止するための邪魔板を設けたりしておくことにより、新しい充填剤に含まれている微粉体や充填剤同士の接触等で生じた微粉体を吸引口１６に吸引されるガスに同伴させて充填筒１１内から排出することができる。これにより、充填筒１１内に粒径の大きな有効な充填剤のみを充填することができるので、充填剤支持部材１２の開口を大きくすることが可能となり、ガス処理時の圧力損失を低減することができ、微粉体による充填剤支持部材１２の目詰まりも防止できる。

前記充填剤供給容器２１は、容器底部に充填ホース２３の端部を開口させることにより、該容器２１内に投入された充填剤の全量を充填筒１１に供給できるように形成されている。充填剤供給容器２１の形状は任意であるが、図２に示すように、充填剤供給容器２１を密閉可能とし、ガス流入部２１ａを設けてここから窒素等の不活性ガスを充填剤供給容器２１に導入できるように形成しておくことにより、大気との接触が好ましくない充填剤を充填する場合や、充填筒１１内への大気の流入が好ましくない場合にも対応できる。

さらに、充填筒１１内への充填剤の充填を効率よく行うため、充填口１５及び吸引口１６の位置や軸線を適切に設定することが好ましい。充填口１５及び吸引口１６は、図３（Ａ）に示すように充填口１５及び吸引口１６を共に充填筒１１の上部鏡板に設けたり、図３（Ｂ）に示すように充填口１５及び吸引口１６のいずれか一方を充填筒１１の周壁上部に設けたり、図３（Ｃ）に示すように充填口１５及び吸引口１６を共に充填筒１１の周壁上部に設けたりすることができる。充填筒１１への充填口１５及び吸引口１６の取付方向は任意であるが、充填口１５から筒内に流入した充填剤が直接的に吸引口１６に吸引されないように考慮する。例えば、両口１５，１６を充填筒１１の周壁上部に設ける場合は、図３（Ｄ）に示すように、充填口１５と吸引口１６とが対向しない位置に設けることが好ましい。

充填口１５及び吸引口１６は、ガイド筒１５ａ，１６ａを設けずに充填筒１１の上部鏡板や周壁上部に直接開口させるようにしてもよいが、ガイド筒１５ａ，１６ａを設けることによって充填筒１１内のガスの流れを制御することができ、充填剤の充填をより効率よく行うことができる。なお、ガイド筒１５ａ，１６ａを充填口１５及び吸引口１６に取り付けるのに代えて、各ホース２３，２４の先端にガイド筒となる部分を設けておき、これを充填口１５及び吸引口１６に所定の状態で接続できるようにしてもよい。

また、図４に示すように、充填口１５のガイド筒１５ａは、充填筒１１の筒径Ａ、高さＢ及び充填高さＣが決まれば、開口位置Ｘ及び軸線の角度θの最適範囲が決まり、ガイド筒１５ａの軸線１５ｂが充填筒１１の鉛直方向の中心線１１ａに対して充填剤の充填高さＣ以下の位置、特に、充填高さＣの１／２付近の位置で交差するように設定することにより、充填剤充填面の高低差を小さくすることができる。

また、充填筒１１内におけるガイド筒１６ａの開口端の高さをガイド筒１５ａの開口端の高さ以上とし、各ガイド筒１５ａ，１６ａの開口端に高低差を設けたり、ガイド筒１５ａ，１６ａの各軸線の方向を、互いに平行な方向、あるいは、充填筒内部方向の延長線が離間する方向に向けたりすることにより、ガイド筒１５ａから充填筒１１内に投入された充填剤が吸引口１６に吸入されるのを抑制することができる。さらに、充填筒における充填剤の充填高さを変更する場合に備えてガイド筒１５ａ，１６ａの取付角度を調整可能な構造としておくこともできる。

このような充填剤充填装置は、充填剤供給容器２１及び吸引手段２２を一体的に形成し、例えばキャスター付きの筐体内に収納しておくことにより、充填剤を充填する充填筒１１の場所への移動を容易に行うことができ、一つの充填剤充填装置で複数の充填筒１１の充填剤充填に対応することができる。

充填剤を充填剤供給容器２１から充填ホース２３を通して充填筒１１に搬送するための力（吸引力）は、風量、断面積及び圧力によって決まるものであり、風量は吸引手段２２の性能（風量と到達圧力の相関）及び各経路のコンダクタンスによって決まるものであり、圧力も前記コンダクタンスによって決まる。すなわち、吸引手段２２の風量を多くし、各経路のコンダクタンスを大きくすることにより、充填剤を移送するための吸引力を強くすることができる。

また、吸引力が十分に強い場合には、充填口１５から充填筒１１内に流入する充填剤の速度が高くなり、略直線的に充填面に到達するため、前述のようにして充填口１５の開口位置Ｘ及び軸線の角度θを容易に決定することが可能である。しかしながら、吸引力が強すぎると、先に充填された充填剤を吹き飛ばしてしまうため、充填面の均一性が失われてしまう。一方、吸引機の風量が不足している場合や各経路のコンダクタンスが小さい場合は、吸引力が弱くなって充填剤の流入速度が低くなり、重力による放物線軌道を描いて充填面に到達するため、充填口１５の開口位置Ｘ及び軸線の角度θは、放物線軌道を考慮して決定する必要がある。

したがって、吸引力は、予想される最大重量、最大粒径の充填剤を想定して設定しておき、軽い充填剤を充填する際には、コンダクタンス調整バルブ２２ｂを操作してコンダクタンスを調整し、その充填剤に最適な吸引力となるように設定することが好ましい。また、吸引手段２２の吸引風量を調整するようにしてもよい。

新たに作成した充填筒、あるいは、充填剤を交換するために古い充填剤を排出した後の充填筒に新たな充填剤を充填する際には、ガス入口管１３及び処理ガス出口管１４を弁等で遮断して充填筒１１内への大気の流入を防止した状態で、充填剤供給容器２１に所定量の充填剤Ｆを用意するとともに、充填ホース２３を充填口１５のガイド筒１５ａに、吸引ホース２４を吸引口１６のガイド筒１６ａにそれぞれ接続し、吸引手段２２を起動する。これにより、充填筒１１内のガスが吸引口１６から吸引ホース２４を介して吸引手段２２に吸引されるため、充填筒１１内が負圧になって充填ホース２３内に充填剤供給容器２１から充填筒１１に向かうガスの流れが発生し、このガスの流れに充填剤供給容器２１内の新しい充填剤Ｆが同伴され、充填筒１１内に搬送されて充填される。

このように、充填筒１１の上部から筒内のガスを吸引して筒上部から充填剤を充填することにより、筒下部から吸引する場合のように充填剤が圧密状態になることがなく、また、微粉体は、吸引口１６から吸引されるガスに同伴されて充填筒１１内から排出されるので、ガス処理時の圧力損失を低減して効果的なガス処理を行うことができる。また、充填筒１１内に充填剤Ｆを充填する場合、充填剤Ｆの充填量、粒径、重量、充填筒内の圧力等の様々な条件に応じて、吸引手段２２と吸引口１６との間のコンダクタンス、充填口１５の位置、角度、吸引手段２２の吸引風量等を適宜に調整することにより、最適な条件で充填剤Ｆを充填することができる。

充填筒１１に充填剤を所定量充填するためには、充填剤供給容器２１にあらかじめ所定量の充填剤を用意して全量を充填したり、充填剤供給容器２１の重量変化や内部の充填剤の残量、減少量を測定したり、充填筒１１の重量変化や内部の充填高さを測定したりすることによって行うことができる。

また、有害ガスを処理した充填筒１１に充填剤を充填する場合や、クリーンルーム内で充填作業を行う場合に備えて、充填剤供給容器２１から充填筒１１を介して吸引手段２２までの各経路にパージガスを流通させるための機構を設けておくこともできる。

さらに、既存の充填筒については、通常、筒上部に充填剤を出し入れするための着脱可能な蓋が設けられているため、この蓋を、充填口１５及び吸引口１６を備えた蓋状部材に交換するだけで容易に対応することができる。

実施例１
内径約２６０ｍｍ、内側高さ約６３５ｍｍの充填筒に、直径４ｍｍ、重量３０ｍｍｇ（密度０．８ｋｇ／Ｌ）で略球形の粒状充填剤を１１．７ｋｇ、充填高さ約３００ｍｍに充填する実験を行った。充填筒における充填口及び吸引口の口径はそれぞれ３０ｍｍとし、充填口のガイド筒は、水平面に対する仰角を４５度とし、外周から４８．７７ｍｍ内側に設けた。各口に接続する各経路には口径３２ｍｍで長さ３ｍのゴム製のホースをそれぞれ使用し、吸引手段には、最大風量３ｍ^３／ｍｉｎ、到達圧力６１０Ｔｏｒｒの吸引機を使用した。また、図５に示すように、充填筒１１は床面からの高さＨが６０ｃｍの位置に設置し、充填剤供給容器２２及び吸引手段２２は床面にそれぞれ設置した。ガス入口管１３及び処理ガス出口管１４には、蓋１３ａ，１４ａを取り付けて閉塞した。

充填剤供給容器に１１．７ｋｇの充填剤を用意し、吸引機を起動して充填剤の充填を開始し、充填剤供給容器内の充填剤が無くなった時点で吸引機を停止させて充填操作を終了した。要した時間は６０秒であり、吸引口からは微粉体のみが吸引されて充填剤は吸引されなかった。また、充填高さは略３００ｍｍとなり、充填面の高低差も８０ｍｍ程度であった。一方、充填筒の蓋を開いて充填剤を充填する従来法では、同じ量の充填剤を充填するのに１０分以上を要してしまった。

実施例２
実施例１において、充填口のガイド筒の仰角を４０度から７０度まで変化させ、充填後の充填面の高低差を測定した。その結果を図６に示す。また、各角度の充填口から投入された粒状充填剤の充填筒内での落下軌跡をシミュレーションした。なお、粒状充填剤は、３ｍの充填ホース中を１秒で移送することから、粒状充填剤の速度を３００ｃｍ／ｓｅｃとして計算した。仰角が８０度の場合を含め、４０度の場合を除いたシミュレーション結果を図７に示す。これらの結果から、充填剤の落下軌跡が充填筒鉛直方向の中心線に充填高さの中心付近で交わる角度、即ち、この実験条件の場合は、ガイド筒の仰角が７０度のときに充填面の高低差を小さくできることがわかる。

本発明の充填剤充填装置の基本構成を示す説明図である。充填剤供給容器の形状例を示す説明図である。充填筒に設ける充填口及び吸引口の配置例を示す説明図である。充填筒に設ける充填口の位置及び角度の説明図である。実施例１における各機器の配置状態を示す説明図である。実施例２で測定した充填口の角度と充填面の高低差との関係を示す図である。実施例２で粒状充填剤の充填筒内での落下軌跡をシミュレーションした結果を示す図である。

符号の説明

１１…充填筒、１２…充填剤支持部材、１３…ガス入口管、１４…処理ガス出口管、１５…充填口、１６…吸引口、１５ａ，１６ａ…ガイド筒、２１…充填剤供給容器、２１ａ…ガス流入部、２２…吸引手段、２２ａ…吸入管、２２ｂ…コンダクタンス調整バルブ、２３…充填ホース、２４…吸引ホース

Claims

一端部から導入される流体を粒状の充填剤に接触させて他端部から導出する充填筒の内部に前記充填剤を充填するための充填剤充填装置であって、
充填筒に充填する充填剤を供給する充填剤供給源と、前記充填筒内からガスを吸引する吸引手段と、前記充填剤供給源と前記充填筒の上部に開口して設けられた充填口とを接続する充填経路と、前記吸引手段と前記充填筒の上部に開口して設けられた吸引口とを接続する吸引経路とを備え、
前記充填口は、該充填口から充填筒内に投入される充填剤の投入方向をガイドするためのガイド筒を備えており、
該ガイド筒は、充填剤の投入方向が調整可能に形成され、
前記吸引手段は、前記充填剤供給源から充填材を前記充填筒内に充填する際に、前記充填筒内のガスを前記吸引経路を介して吸引して充填筒内を負圧にし、
前記充填経路内には、充填筒内の負圧によって前記充填剤供給源から充填筒に向かうガスの流れが発生し、発生したガスの流れに同伴して前記充填剤供給源内の新しい充填剤を充填筒内に搬送充填させる
ことを特徴とする充填剤充填装置。
前記充填剤供給源は、充填剤を収納する密閉容器で形成され、該密閉容器内に不活性ガスを導入する経路を備えていることを特徴とする請求項１記載の充填剤充填装置。