JP7236470B2 - ノズル、固形物の抜き出し装置、固形物の抜き出しシステム、及び固形物の抜き出し方法 - Google Patents
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Description
ノズル100は、粒状の固形物M1、M2が充填された管体510へガスを供給する導管200に接続可能なノズルである。ノズル100は、図1、図2、図5に示すように、ガスを流通させる流路140と、流路140の先端側に形成された先端開口部111と、流路140の基端側に形成された基端開口部121と、先端開口部111よりも基端側に形成され、流路140を流れるガスの一部を基端側へ向けて吐出させる側孔と、を有する。先端開口部111は、流路140の方向に向けて1以上形成されており、側孔は、流路140の周方向に沿って1以上形成されている。ノズル100は、例えば、図1において符号151、152、153、154、155、156で示す6つの側孔を有することができる。ノズル100は、ノズル100の基端開口部121より先端側へ向けてガスを供給したときに、1以上の先端開口部111から吐出されるガス流量(Q1a)と1以上の側孔から吐出されるガス流量(Q1b)の比(Q1a/Q1b)が0.05~0.7となるように、先端開口部111と側孔が設けられている。
導管200は、図5に示すように、内部に流路215が形成された中空の管状部材で構成することができる。図5では、導管200の先端部210は、ノズル100の基端開口部121を介してノズル100の流路140に挿入されている。導管200の流路215は、ノズル100が接続された状態において、導管200の先端開口部211を介してノズル100の流路140と連通される。導管200の流路215内に供給されたガスは、導管200の流路215及び先端開口部211を介してノズル100の流路140内へ流入する。
(式1) 固形物M1又は固形物M2の粒径[mm]≦(管体510の内径[mm]-導管200の外径[mm])/2
導管200の内径については、固形物M1や固形物M2をほぐし、導管200の基端側に移動させることができる量のガスを導入できる程度の内腔を導管200が有していればよく、例えば、2mm~10mmにすることができる。
図1、図5に示すように、抜き出し装置10は、ノズル100と、ノズル100が接続された導管200と、を有することができる。
抜き出しシステム1は、図8及び図9に示すように、ノズル100及び導管200を備える抜き出し装置10(図1を参照)と、ノズル100及び導管200を介して管体510の内部513へガスを供給するガス供給機410と、管体510の内部513に吸引力を発生させ、固形物M1を管体510の外部へ移動させる吸引機420と、を有することができる。
(式2) Q2/Q0 > 1
例えば、Q2/Q0≦1であると、固形物M1の抜き出しが困難になる。したがって、式2の条件を満たすことが好ましい。なお、Q2/Q0は1よりも大きければよいが、抜き出し作業時の経済的な面から、1.5以下、好ましくは1.3以下、より好ましくは1.15以下である。
次に、固形物M1の抜き出し方法を説明する。ここでは、管体510に層状に充填された固形物M1、M2のうち、第1の層L1を形成する固形物M1を選択的に抜き出す際の作業手順の一例を説明する。
以下、本発明の効果を説明するための実施例である。実施例では、管体に充填されたセラミックボールを管体から抜き出す例を挙げて、本発明の実施形態を具体的に説明する。なお、実施例の説明では、前述した実施形態で示した一部の図面を部材番号とともに引用して説明する。ただし、本発明は、各図面に表された内容及び以下に説明する実施例の内容のみに限定されることはない。
平均抜き出しの所要時間(秒/本)=10本の管体から固形物(固形物M1)を抜き出すのに要した合計時間(秒)/10で求めた。
10本の管体に対して抜き出し作業を実施した際に二次的閉塞が発生した頻度である。なお、二次的閉塞とは、管体の内部において、管体の内部に挿入した導管の外表面と管体の内壁との間又はノズルの外表面と管体の内壁との間に固形物が引っかかって詰まりが生じた状態である。二次的閉塞が発生した場合においても、管体の内部から固形物を完全に抜き出すことができなくなることはない。
Q1a:ノズルの先端開口部より吐出されるガス流量(Nm3/Hr)
Q1b:ノズルの全側孔より吐出されるガス流量(Nm3/Hr)
Q1:基端側よりノズルに流入するガス流量(Nm3/Hr)であり、ノズルの全吐出量。Q1=Q1a+Q1bに相当する。
実施例では、導管200を介してノズル100にQ1の流量でガスを導入した。ノズル100の先端開口部111に流量測定用のチューブを取り付けた。流量測定用のチューブの他端は、ガス流量計に接続し、ノズル100の先端開口部111から吐出されるガスのみを対象としてガス流量Q1aを測定した。ガス流量Q1及びガス流量Q1aより、ノズル100の全側孔から吐出されるガス流量Q1bを求めた(Q1b=Q1-Q1a)。以上より、ノズル100の先端開口部111から吐出されるガス流量Q1aとノズル100の全側孔から吐出されるガス流量Q1bの比(Q1a/Q1b)を求めた。
抜き出しを行う固形物と同じ直径6mmのセラミックボール(シリカアルミナボール)を準備した。次いで、抜き出しを行う管体と同じステンレス製チューブ(内径25mm、長さ6500mm)を鉛直方向に設置し、チューブの下端開口部から空気を所定の流量で流通させた。準備したシリカアルミナボール1粒をチューブの上端開口部からチューブ内に投下し、シリカアルミナボールがチューブ内で浮遊した状態になるときの空気流量を測定することにより、終末沈降速度(u)を形成する空気量(Q0)を求めた。なお、そのような空気量は、具体的には、たとえば、次のいずれかの方法によって測定することができる。(a)初期にチューブの下端開口部から流通させる空気量が少なく、投下したシリカアルミナボールがチューブの下端開口部から落下してしまう場合は、下端開口部側からの空気量を徐々に高めていき、シリカアルミナボールがチューブの下端開口部から落下しなくなった時点での空気量とする。(b)初期にチューブの下端開口部から流通させる空気の流量が高く、投下したシリカアルミナボールがステンレスチューブの上端開口部から飛び出してしまう場合は、下端開口部側からの空気量を徐々に低下させていき、シリカアルミナボールがチューブの上端開口部から飛び出さなくなった時点での空気量とする。(c)シリカアルミナボールをチューブ内に落下させたときに、シリカアルミナボールがチューブの下端開口部から落下もせず上端開口部から飛び出しもしない場合は、そのときの空気量を採用する。上記作業を5回実施し、平均値を、該シリカアルミナボールの該チューブ内における終末沈降速度(u)を形成する空気量(Q0)とした。
管体510として、内径25mm、長さ6500mmのステンレス製チューブを鉛直方向に設置し、チューブの下端にステンレス製金網を取り付けて、チューブ内に充填した固形物がチューブ下部から落下しないようにサポートした。チューブに直径6mmのシリカアルミナボールを充填層高さが6000mmになるように充填した後、以下に示す条件の下、抜き出し作業を実施した。
(1)吐出用のガスとして、空気を使用した。
(2)導管200として、外径6mm、内径4.5mmのナイロン製チューブを使用した。
(3)ノズル100の各部の寸法は、次の通りである。長手方向の長さは40mm、基端開口部121の直径および流路140の第2部位142の径は共に4mm、流路140の胴部130の外径は5mm、胴部130の断面形状は円形である。
(4)ノズル100の材質はSUS304製である。
(5)ノズル100には、1個の先端開口部111と、先端開口部から10mm基端側の周方向上に6個の側孔を設けた。先端開口部111と側孔の開口形状はいずれも円形である。表1に示すd1は先端開口部111の直径であり、d2は各側孔の径である。
(6)固形物を抜き出す際、ノズル100内へ空気を25.0m3/Hr(Q1)で導入した。なお、ノズル100についての上記(3)、(4)以外の各仕様を変更したものを表1にノズル番号1~10で示す。また、各ノズルに空気を25.0m3/Hr(Q1)で導入したときのQ1a/Q1bの値を表1及び表2に示す。ここで、表1に示す*1~*2は、下記の仕様であることを意味する。
*1:図3に示すノズル(流路の周方向における各側孔の角度θ1が60°のノズル)において、側孔151、153、155の図6に示す角度θ2が45°であり、側孔152、154、156の図6に示す角度θ2が60°である。
*2:ノズルの先端に、直径1.5mm、長さ20mmのSUS304製の棒を衝撃力付与部材330として溶接した(図14を参照)。
(7)固形物を抜き出す際、ステンレス製チューブの内部は、ステンレス製チューブの上端開口部側に配置した配管320と吸引機420(図8、図9を参照)を使用して所定の吸引量Q2で吸引した。吸引量Q2は、表2に示すQ2/Q0となるように調整した。なお、ステンレス製チューブ内においてセラミックボールの終末沈降速度(u)を実現できる空気量(Q0)は、39m3/Hrであった。
ノズル100として、表1に示すノズル番号1のものを使用した。導管200に接続したノズル100の先端を管体510の上端開口部511から管体510の下部に向かって徐々に挿入しながら、管体510の内部513に吸引力を発生させ、管体510の内部513に充填されているセラミックボールを全て抜き出した。この抜き出し作業を合計10本の管体510に対して実施した。10本の管体510からセラミックボールを抜き出す作業において、計12回の二次的閉塞が発生した。平均抜き出しの所要時間は40秒であった。
実施例2~6は、ノズル100の種類を表1に示すノズル番号2~6のものにそれぞれ変更した以外は、実施例1と同様とし、セラミックボールを充填した10本の管体510に対して抜き出し作業を実施した。抜き出し作業中に発生した二次的閉塞の発生回数及び平均抜き出しの所要時間を表2に示す。
実施例7~10では、ノズル100の種類を表1に示すノズル番号7~10のものにそれぞれ変更するとともに、Q1/Q2及びQ2/Q0を表2に記載の通りに変更した。その他の条件は、実施例1と同様とし、セラミックボールを充填した10本の管体510に対して抜き出し作業を実施した。抜き出し作業中に発生した二次的閉塞の発生回数及び平均抜き出しの所要時間を表2に示す。
実施例11では、実施例9と同じノズル番号9のノズル100を使用し、Q1/Q2及びQ2/Q0を表2に記載の通りに変更するとともに、ピアノ線(4mm×2mm角、長さ7000mm)を衝撃力付与部材310(図11を参照)として管体510の上端側から挿入して、セラミックボールに衝撃力を付与した。その他の条件は、実施例1と同様とし、セラミックボールを充填した10本の管体510に対して抜き出しを実施した。抜き出し作業中の二次的閉塞の発生回数及び平均抜き出しの所要時間を表2に示す。
10 固形物の抜き出し装置
100 ノズル
110 ノズルの先端部
111 ノズルの先端開口部
120 ノズルの基端部
121 ノズルの基端開口部
130 ノズルの胴部
140 ノズルの流路
151 第1側孔(側孔)
152 第2側孔(側孔)
153 第3側孔(側孔)
154 第4側孔(側孔)
155 第5側孔(側孔)
156 第6側孔(側孔)
200 導管
215 導管の流路
250 中継管
251 接続部
310、330 衝撃力付与部材
320 配管
410 ガス供給機
420 吸引機
500 反応器
510 管体
511 管体の上端開口部
513 管体の内部
M1、M2 固形物
Claims (12)
- 粒状の固形物が充填された管体へガスを供給する導管に接続可能なノズルであって、
前記ガスを流通させる流路と、
前記流路の先端側に形成された先端開口部と、
前記流路の基端側に形成された基端開口部と、
前記先端開口部よりも基端側に形成され、前記流路を流れる前記ガスの一部を基端側へ向けて吐出させる側孔と、を有し、
前記先端開口部は、前記流路の方向に向けて1以上形成されており、
前記側孔は、前記流路の周方向に沿って2以上形成されており、
前記先端開口部の開口面積は、0.2mm 2 ~12.6mm 2 であり、
前記側孔は、前記流路の長手方向に沿う軸線に対して30°以上90°未満の角度で前記ノズルの基端側へ向けて開口しており、
前記基端開口部より前記ガスを供給したときに、1以上の前記先端開口部から吐出されるガス流量(Q1a)と2以上の前記側孔から吐出されるガス流量(Q1b)の比(Q1a/Q1b)が0.05~0.67となる、ノズル。 - 前記側孔は、前記流路の周方向に沿って互いに均等な間隔を設けて形成されている、請求項1に記載のノズル。
- 前記側孔は、前記流路の周方向に沿って互いに60°の間隔を設けて6つ形成されている、請求項2に記載のノズル。
- 請求項1~3のいずれか1項に記載のノズルと、
前記ノズルが接続された前記導管と、を備える固形物の抜き出し装置。 - 前記導管は、前記ノズルの先端側へ向けて付与された押し込み力を前記管体に充填された前記固形物へ伝達可能に構成されている、請求項4に記載の固形物の抜き出し装置。
- 前記導管は、前記導管の延在方向に沿って分割されるとともに所定の剛性を備える複数の中継管と、隣接する前記中継管同士を接続する接続部と、を有する請求項5に記載の固形物の抜き出し装置。
- 前記管体に挿入可能に構成され、前記管体に充填された前記固形物に対して衝撃力を付与するための衝撃力付与部材を有する、請求項4~6のいずれか1項に記載の固形物の抜き出し装置。
- 請求項4~7のいずれか1項に記載の固形物の抜き出し装置と、
前記導管及び前記ノズルを介して、前記ガスを前記管体の内部へ供給するガス供給機と、
前記管体の内部に吸引力を発生させ、前記固形物を前記管体の外部へ移動させる吸引機と、を有する固形物の抜き出しシステム。 - 導管に接続されたノズルから粒状の固形物が充填された管体へガスを供給しつつ、前記管体の内部に吸引力を発生させて前記固形物を前記管体の外部へ抜き出す固形物の抜き出し方法であって、
前記ガスの供給は、前記ノズルの流路の方向に向けて前記ノズルに1以上形成された開口面積が0.2mm 2 ~12.6mm 2 の先端開口部から前記管体に充填された前記固形物に向けて前記ガスを吐出させつつ、前記流路の長手方向に沿う軸線に対して30°以上90°未満の角度で前記ノズルの基端側へ向けて開口し、かつ前記ノズルの周方向に沿って前記ノズルに2以上形成された側孔から前記ノズルの基端側へ向けて前記ガスを吐出させることを含み、
1以上の前記先端開口部から吐出されるガス流量(Q1a)と2以上の前記側孔から吐出されるガス流量(Q1b)の比(Q1a/Q1b)が0.05~0.67である、固形物の抜き出し方法。 - 1以上の前記先端開口部及び2以上の前記側孔から吐出される前記ガスの単位時間当たりの合計の吐出量(Q1)と前記管体の内部を単位時間当たりに吸引する吸引量(Q2)の比(Q1/Q2)が1以下である、請求項9に記載の固形物の抜き出し方法。
- 前記管体の内部には、異なる種類の前記固形物が層状に充填されている、請求項9又は請求項10に記載の固形物の抜き出し方法。
- 前記管体の内部に充填された前記固形物に対して衝撃力を付与することを含む、請求項9~11のいずれか1項に記載の固形物の抜き出し方法。
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