JP6767079B2 - 粉体輸送用の配管および粉体輸送方法 - Google Patents

Description

本発明は、粉体輸送用の配管および粉体輸送方法に関する。

気力輸送される粉体が通過する輸送経路には、粉体の堆積を抑制するための各種技術が用いられている（例えば、特許文献１−４を参照）。

特開平０６−２８６８７４号公報 特開平０９−０７２４９９号公報 特開平０９−２７８１８３号公報 特開平０１−２２０６３８号公報

気力輸送される粉体が通過する輸送経路内に堆積する粉体への対応策としては、例えば、堆積した粉体を狙ったエアーブローや、粉体を輸送する気流への脈動の付与、管内面に縦横に形成された細孔からの気流の吹き出しといった各種の対応策が考えられる。しかし、堆積した粉体を狙ったエアーブローは、粉体の気力輸送を中断して行われるので、粉体の連続的な処理を意図した設備に適用する場合は処理の中断が不可避となり煩わしい。また、粉体を輸送する気流への脈動の付与は、粉体の流量を不可避的に変動させることになるので、粉体に加熱等の各種処理を施す設備に適用する場合は粉体の性状や品質に悪影響を及ぼす可能性がある。また、管内面に縦横に形成された細孔から気流を吹き出す場合、管体自体が複雑な構造となるが故に、細孔付近における微量な残留粉体の清浄化が著しく困難となり、多品種生産が行われる設備に適用する場合は粉体のコンタミネーションが問題となる可能性がある。

そこで、本発明は、気力輸送中の粉体の堆積を簡単な構造の管体で抑制可能な技術を提供することを解決課題とする。

上記課題を解決するため、本発明では、粉体が通過する輸送経路の曲管において、内周面に沿った旋回流となる方向へ気体を吹き込むことにした。

詳細には、本発明は、粉体輸送用の配管であって、曲管で形成される部位を有し、気力輸送される粉体が通過する輸送経路と、曲管の内周面に形成された開口から輸送経路へ気体を吹き込む吹込経路と、を備え、吹込経路は、開口から輸送経路へ吹き込まれた気体が曲管の内周面に沿った旋回流となる方向へ気体を吹き込む。

上記の配管には曲管で形成される部位があるものの、当該曲管部分においては吹込経路から輸送経路への気体の吹き込みが行われている。そして、この吹込経路からの気体は、曲管の内周面に沿った旋回流となっている。よって、このような吹込経路からの気体の吹き込みが無い場合に生ずる、曲線状の輸送経路の中心軸を含む平面を挟んで対称な２つの螺旋流の形成が防止され、主に曲管の内周部分に発現し得るよどみ点の発生が可及的に抑制される。この結果、上記配管においては、曲管内における固体粒子の堆積が防止されることになる。

なお、吹込経路は、曲管の断面を形成する円の接線沿いに気体を吹き込むものであってもよい。また、吹込経路は、曲管の外周側から曲管の曲率半径の中心点へ向けて気体を吹き込むものであってもよい。また、輸送経路は、９０度の曲管で形成されており、吹込経路は、曲管の３０度から６０度までの間の何れかの部位にある開口から輸送経路へ気体を吹き込むものであってもよい。また、輸送経路は、９０度の曲管で形成されており、吹込経路は、曲管の４５度の部位にある開口から輸送経路へ気体を吹き込むものであってもよい。曲管部分において吹込経路から輸送経路へ吹き込まれる気体がこのように吹き込まれれば、曲線状の輸送経路の中心軸を含む平面を挟んで対称な２つの螺旋流の形成が効果的に防止されるので、曲管内における固体粒子の堆積を可及的に防止することが可能である。

また、輸送経路は、曲管で形成される部位を複数有し、吹込経路は、複数ある曲管の内周面の各開口から時間差で輸送経路へ気体を吹き込むものであってもよい。曲管部分において吹込経路から輸送経路へ吹き込まれる気体がこのように吹き込まれれば、輸送経路全体の気流の変動が抑制される。

また、本発明は、方法の側面から捉えることもできる。例えば、本発明は、粉体輸送方法であって、曲管で形成される部位を有する輸送経路を用いて粉体を気力輸送するステップと、曲管の内周面に形成された開口から、輸送経路へ吹き込まれた気体が曲管の内周面に沿った旋回流となる方向へ気体を吹き込むものであってもよい。

上記の粉体輸送用の配管および粉体輸送方法であれば、気力輸送中の粉体の堆積を簡単な構造の管体で抑制可能である。

図１は、実施形態に係る配管を示した図である。 図２は、図１において符号Ａ−Ａで示した一点鎖線における配管の断面図である。 図３は、比較例に係る配管を示した図である。 図４は、輸送経路を流れる気流の流速の分布を示した図である。 図５は、輸送経路内を流れる気流の方向を矢印で示した図である。 図６は、配管の適用例を示した第１の図である。 図７は、配管の適用例を示した第２の図である。

以下、実施形態について説明する。以下に示す実施形態は、単なる例示であり、本開示の技術的範囲を以下の態様に限定するものではない。

図１は、実施形態に係る配管１を示した図である。配管１は、粉体の気力輸送に用いられる配管であり、曲管１Ａ、及び、曲管１Ａの両端に繋がる直管１Ｂを備える。曲管１Ａ及び直管１Ｂは、気力輸送される粉体が通過する輸送経路２を形成する。曲管１Ａと直管１Ｂは、溶接等で一体的に形成されていてもよいし、或いは、フランジ等を介して互いに連結されていてもよい。また、図１では、曲管１Ａが直管１Ｂ同士を９０度の角度で繋いでいる様子が図示されているが、曲管１Ａは、９０度よりも鈍角で直管１Ｂ同士を繋ぐものであってもよいし、或いは、９０度よりも鋭角で直管１Ｂ同士を繋ぐものであってもよい。また、図１では、曲管１Ａが直管１Ｂ同士を繋いでいる様子が図示されているが、曲管１Ａの両端または一端には、他の曲管が繋がっていてもよい。

配管１は、曲管１Ａと直管１Ｂの他に、曲管１Ａの外周面に繋がる枝管１Ｃを備える。枝管１Ｃは、輸送経路２へ吹き込む気体が通過する吹込経路３を形成する。枝管１Ｃは、曲管１Ａに対し、溶接等で一体的に形成されていてもよいし、或いは、フランジ等を介して連結されていてもよい。枝管１Ｃは、曲管１Ａの外周側において曲管１Ａに対し真横から繋がっている。よって、枝管１Ｃが形成する吹込経路３は、曲管１Ａの外周側から曲管１Ａの曲率半径の中心点へ向けて気体を吹き込むことになる。

なお、図１では、９０度の角度を有する曲管１Ａの４５度の部位に枝管１Ｃが設けられている様子が図示されているが、枝管１Ｃは、この形態に限定されるものではない。枝管１Ｃは、例えば、曲管１Ａの３０度から６０度までの間の何れかの部位に設けられていてもよい。

ところで、枝管１Ｃは、曲管１Ａよりも細い円管である。そして、吹込経路３から輸送経路２へ吹き込まれた気体が曲管１Ａの内周面に沿った旋回流となるようにするため、枝管１Ｃは、中心軸が曲管１Ａの接線寄りとなる位置で曲管１Ａと繋がっている。図２は、図１において符号Ａ−Ａで示した一点鎖線における配管１の断面図である。

図２に示されるように、枝管１Ｃは、曲管１Ａよりも細い円管である。そして、枝管１Ｃは、曲管１Ａの内周面に形成された開口４から輸送経路２へ気体を吹き込む吹込経路３を形成している。また、枝管１Ｃは、中心軸が曲管１Ａの接線寄りとなる位置で曲管１Ａと繋がっている。よって、図２において矢印で示されるように、吹込経路３から輸送経路２へ吹き込まれた気体は、曲管１Ａの内周面に沿った旋回流となる。この結果、輸送経路２を流れる気力輸送中の粉体は、曲管１Ａを通過する途中で開口４から輸送経路２内へ吹き込まれる吹込経路３からの気流を受け、輸送経路２内で旋回流となる。

配管１の効果を検証したので、その検証結果を以下に示す。図３は、比較例に係る配管１０１を示した図である。配管１０１は、枝管１Ｃが省略されている点以外は配管１と同様である。すなわち、配管１０１は、配管１と同様、輸送経路１０２を形成する曲管１０１Ａ及び直管１０１Ｂを備える。

本検証では、輸送経路２，１０２を流れる気流の分布について比較した。図４は、輸送経路２，１０２を流れる気流の流速の分布を示した図である。図４に示されるように、比較例においては、９０度の角度を有する曲管１０１Ａの４５度の部位の辺りから下流側の部分に低流速域が発生している。そして、比較例と実施例とを見比べると、比較例において輸送経路１０２内に出現している低流速域が、実施例の場合にはほとんど解消していることが判る。比較例において輸送経路１０２内に出現している低流速域が、実施例の場合に解消する理由を以下に説明する。

図５は、輸送経路１０２内を流れる気流の方向を矢印で示した図である。輸送経路１０２を流れる流体は、直管１０１Ｂから曲管１０１Ａへ進入すると、曲管１０１Ａの曲率に沿って進路を徐々に変更する。そして、図５（Ｂ）に示されるように、曲管１０１Ａが形成する曲線状の輸送経路１０２の中心軸を含む平面を挟んで対称な２つの螺旋流が形成される。この螺旋流を、以下、本願では「二次流れ」と呼ぶことにする。

配管１は粉体の気力輸送に用いられるものであるため、本検証においても、輸送経路２，１０２には気体と固体粒子が混合して流れる固気混相流が流れることを前提としている。ここで、固気混相流における固体粒子の流れは、固体粒子を搬送する気体の流れと同一であるとは限らない。例えば、粒径の大きい固体粒子は、粒径の小さい固体粒子に比べて気体の流れの影響を受けにくいため、直管１０１Ｂから曲管１０１Ａへ進入する場面において、曲管１０１Ａの外周側の管壁へ向かって直線的に進むことになる。しかし、例えば
、コンタミネーションが特に忌避される薬剤のような微粒粉の気力輸送においては、気体の流れから大きく外れた粉体の流れは生じにくい。また、気体の流れから大きく外れる粉体は概して大粒径であり、微粒粉を管内に堆積せしめる固気混相流と管壁との間の摩擦によって生ずる静電気による吸着力とは無縁のこのような大粒径の固体粒子の堆積によるコンタミネーションの問題は、例えば、製剤のような分野において要求される水準に比べれば問題となりにくい。よって、本検証では、気力輸送される固体粒子も気体と同じ流れを辿るという前提で考察を行う。

輸送経路１０２を流れる固気混相流が直管１０１Ｂから曲管１０１Ａへ進入することによって曲管１０１Ａ内で生ずる二次流れにより、曲管１０１Ａ内では、図５（Ｂ）において直線状の矢印で示される曲管１０１Ａの内周部分において、曲管１０１Ａが形成する曲線状の輸送経路１０２の中心軸を含む平面を挟んで二次流れが対峙する部位が生じる。この結果、曲管１０１Ａの内周部分によどみ点が発生し、固体粒子が堆積する。図４において「比較例」で示す低流速域は、このようなよどみ点が発現した部位といえる。したがって、配管１０１においては、曲管１０１Ａの４５度の部位の辺りから下流側の部分に固体粒子が堆積する。

一方、配管１では、枝管１Ｃが曲管１Ａの４５度の部位に設けられている。そして、枝管１Ｃが形成する吹込経路３から輸送経路２へ吹き込まれる気体により、輸送経路２では曲管１Ａの内周面に沿った旋回流が発生する。したがって、曲管１Ａの４５度の部位の辺りから下流側の部分においては、配管１０１において発現するような二次流れが解消され、図４において「実施例」で示したようによどみ点の発生が抑制される。したがって、配管１においては、曲管１Ａ内における固体粒子の堆積が防止される。

図６は、配管１の適用例を示した第１の図である。また、図７は、配管１の適用例を示した第２の図である。配管１は、例えば、図６に示されるような、製剤の連続生産に用いる乾燥ユニット１１のドライヤ１２に用いることができる。ドライヤ１２は、上面視略矩形状に形成された螺旋状の配管１で形成されており、直線部分を構成する直管１Ｂ、角の部分を構成する曲管１Ａ、及び曲管１Ａに繋がる枝管１Ｃを備える。また、ドライヤ１２は、枝管１Ｃへ圧縮空気を供給するヘッダ１４と電磁弁１５を備える。乾燥ユニット１１は、造粒ユニット２１において造粒された粒子を、ドライヤ１２を形成する螺旋状の配管１内で乾燥させる。なお、乾燥ユニット１１は、上位装置である造粒ユニット２１において造粒された粒子が気力搬送によって流入するドライヤ１２よりも下流側に、粒度の仕分けを行うサイクロン１３を更に擁する。

乾燥ユニット１１においては、ドライヤ１２の四隅において枝管１Ｃに各々繋がる４つの枝管１Ｃへヘッダ１４の圧縮空気が順に供給されるよう、４つの電磁弁１５のうち何れか１つが開くような電磁弁１５の制御が行われる。４つの電磁弁１５は、タイマーにより一定の時間間隔で順に開く。４つの電磁弁１５が一定の時間間隔で順に開くことにより、配管１に複数ある曲管１Ａの内周面の開口４から時間差で輸送経路２へ気体が吹き込まれる。よって、４つの電磁弁１５が同時に開く場合に比べると、配管１内の輸送経路２を通過する固気混相流に与える流量変動が抑制される。

上記実施形態の配管１は、例えば、管内面に縦横に形成された細孔から気流を吹き出すような形態に比べると管体の構造が簡単なため、管体に残留する粉体のコンタミネーションを招く可能性が低い。また、上記実施形態の配管１は、吹込経路３から吹き込む気体で粉体の残留を防いでいるため、堆積した粉体を狙ったエアーブローのような粉体の気力輸送の中断を必要としない。また、上記実施形態の配管１は、吹込経路３から内周面沿いの旋回流の気体を吹き込んでいるため、例えば、粉体を輸送する気流を脈動させるような場合に比べて粉体の輸送量の変動が小さい。よって、例えば、薬剤の連続生産のように粉体
の性状や品質に及ぼす影響の可及的な除去が望まれる設備に好適である。

なお、上記実施形態の配管１は、図６に示したような箇所への適用に限定されるものでない。上記実施形態の配管１は、粉体の気力輸送が行われる各種設備に適用可能である。

１，１０１・・配管：１Ａ，１０１Ａ・・曲管：１Ｂ，１０１Ｂ・・直管：１Ｃ・・枝管：２，１０２・・輸送経路：３・・吹込経路：４・・開口：１１・・乾燥ユニット：１２・・ドライヤ：１３・・サイクロン：１４・・ヘッダ：１５・・電磁弁：２１・・造粒ユニット

Claims (6)

1. 曲管で形成される部位を有し、気力輸送される粉体が通過する輸送経路と、
   前記曲管の内周面に形成された開口から前記輸送経路へ気体を吹き込む吹込経路と、を備え、
   前記輸送経路は、９０度の曲管で形成されており、
   前記吹込経路は、前記曲管の断面を形成する円の接線方向に気体を吹き込むことにより、前記開口から前記輸送経路へ吹き込まれた気体が前記曲管の内周面に沿った旋回流となる方向へ前記気体を吹き込む経路であり、前記曲管の３０度から６０度までの間の何れかの部位にある前記開口から前記輸送経路へ気体を吹き込む、
   粉体輸送用の配管。
2. 前記吹込経路は、前記曲管の断面を形成する円の接線沿いに気体を吹き込む、
   請求項１に記載の粉体輸送用の配管。
3. 前記吹込経路は、前記曲管の外周側から前記曲管の曲率半径の中心点へ向けて気体を吹き込む、
   請求項１または２に記載の粉体輸送用の配管。
4. 前記吹込経路は、前記曲管の４５度の部位にある前記開口から前記輸送経路へ気体を吹き込む、
   請求項１から３の何れか一項に記載の粉体輸送用の配管。
5. 前記輸送経路は、前記曲管で形成される部位を複数有し、
   前記吹込経路は、複数ある前記曲管の内周面の各開口から時間差で前記輸送経路へ気体を吹き込む、
   請求項１から４の何れか一項に記載の粉体輸送用の配管。
6. ９０度の曲管で形成される部位を有する輸送経路を用いて粉体を気力輸送するステップと、
   前記曲管の内周面に形成された開口から、前記曲管の断面を形成する円の接線方向に気体を吹き込むことにより、前記輸送経路へ吹き込まれた気体が前記曲管の内周面に沿った
   旋回流となる方向へ前記気体を吹き込むステップであって、前記曲管の３０度から６０度までの間の何れかの部位にある前記開口から前記輸送経路へ気体を吹き込むステップと、を有する、
   粉体輸送方法。

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