JPH042804B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の目的 産業上の利用分野 本発明は、管路内を流れる流体のレイノルズ数
（Re）の高い領域で管路内に螺旋気流を生成させ
且つ乱流を抑制する装置に関するものである。

従来技術 管路内を流れる流体は、周知のように、レイノ
ルズ数（Re）が2300未満では管軸方向にしか速
度成分を持たない層流と呼ばれる流動状態を示
し、Reが2300以上になると乱流化することがよ
く知られている。

レイノルズ数は、 Re＝Dv／ν ここで、Ｄ：管径 ｖ：流速 ν：動粘性係数 で表わされる無次元数であつて、流動状態を判定
する一つのパラメーターである。

発明が解決しようとする問題点 管路を工業的に利用する場合に、乱流状態にお
いては、乱のためにエネルギーが消散する。ま
た、乱流状態で被輸送物の流体輸送を行う場合に
は、 (イ) 輸送効率が悪い。

(ロ) 被輸送物の動きが不規則なため輸送量が不安
定である。

などの問題がある。若し高Re領域において乱流
を抑制することができれば、多大なメリツトがあ
る。

本発明は高Re領域において、時間、空間的に
定常で、かつ乱流又は層流以外の第３のフローパ
ターンである螺旋気流を管路内に形成し、種々の
工業的メリツトを得ることを目的とする。

発明の構成 問題点を解決するための手段 本発明の装置は、管路の内径より大きい内径を
有する円筒管、その一端に接続され管路と同じ内
径まで径が次第に縮小する形状を有し管路への連
結部を構成しているロート管、円筒管の他の端を
閉鎖する底板及び円筒管の側壁に設けられたガス
送入管とよりなり、前記ガス送入管の少なくとも
一部が可撓性材料により構成され、それを挟圧す
ることによりその断面を扁平リング状又は繭形状
になし得ることを特徴とする。

これを添付図面により具体的に説明する。

第１図において、記号１は管路２の内径より大
きい内径を有する円筒管であり、その一端に管路
と同じ内径まで径が次第に縮小する形状を有する
ロート管３が接続されており、円筒管はこのロー
ト管を介して管路に連結されている。円筒管の他
の端は底板４で閉鎖され、円筒管の側壁にはガス
送入管５が設けられている。

ロート管の傾斜角（図のα）は15度以下である
ことが望ましい。

ガスの送入方向（第１図のＹ−Ｙ）は、円筒管
の軸（第１図のＺ−Ｚ）と交叉し且つ底板４の方
向に傾斜していることが望ましい。

更に本装置を利用して固体粒子を搬送すること
を目的とする場合には、円筒管の底板側から円筒
管の軸にそつて固体粒子送入管６が挿入される。

上記の構成は、特願昭58−164192号や特願昭59
−94505号に記載された装置に類似した構成であ
るが、それらにおいてはガス送入管は通常のパイ
プ、即ち断面が円形のものを使用していたのに対
し、本発明装置においてはガス送入管の少なくと
も一部が可撓性材料により構成され、それを挟圧
することによりその断面を扁平リング状又は繭形
状になし得ることを特徴としている。

第１図に示したガス送入管５のＸ−Ｘ線におけ
る断面の形状を変化させた状態を第２図、第３図
及び第４図に示す。第２図において５１はガス送
入管５の断面で、挟圧用の平板７及び８により挟
まれているが、まだ挟圧されずに円形のままであ
る基準状態を示している。この基準状態から挟圧
用の平板７及び８に力を加えて矢印方向に挟圧す
れば、第３図に示す如くガス送入管５の断面は扁
平リング状５２になる。また平板により面挟圧す
る代りに、第４図に示すように先端部を有する挟
圧子９及び１０で点挟圧をすれば、ガス送入管５
の断面は繭形状５３になる。

この扁平リング状又は繭形状の断面は、円筒管
への入口付近でかかる断面形状にすることができ
れば、円筒管への取付位置においては断面が円形
であつてもよい。即ち扁平リング状又は繭形状の
断面を有する部分で生じた気流の影響が存続した
まま円筒管に導入される範囲において、円筒管へ
の入口から離れた位置に設けることができる。

ガス送入管を構成する可撓性材料としては、天
然又は合成ゴム或るいはポリエチレン、可塑化ポ
リ塩化ビニルのような軟質プラスチツクが好適で
ある。

作 用 本発明装置の基準状態、即ちガス送入管５の断
面が円形の場合において、ガス送入管５からガス
を送入すると、管路２内の平均ガス速度が約20
ｍ／秒を越えたあたりから管路内に螺旋気流、即
ち管路断面に関しては旋回運動をなしつつ管路の
軸方向に進行する気流が生成し、乱流要素を有し
ながらも、ほぼ安定に維持される。

本装置に供給するガスは、できるだけ脈動のな
いものを使用することが好ましい。圧力は高圧を
必要としないので、ガス供給源としては往復運動
のコンプレツサーよりも回転運動のブロワーの方
が好ましい。必要に応じサージタンクを設けて脈
動を消去する。

ガスの種類として最も一般的なのは空気である
が、固体粒子の輸送に際して粉塵爆発の危険があ
る場合などは窒素ガスや炭酸ガスなどの不活性ガ
スを使用することができる。その他螺旋気流の利
用目的に応じて任意のガスを使用することができ
る。

管路に生成した螺旋気流そのものは気体である
から、肉眼で直接観察することはできないが、本
発明装置により管路内に螺旋気流が生成している
ことは次のような実験により確認できる。

第５図に示すように、透明なプラスチツク製の
垂直管路２１を設け、第１図に示した装置（図で
は垂直に設置されているが、水平に設置されてい
てもよい）から導入された気流が下から上へ流れ
るようにする。固体粒子送入管６から適当な固体
粒子、たとえば合成樹脂のペレツトとか米粒など
を送入してやると、その固体粒子は垂直管路２１
を下から上へ通過するが、平均ガス速度を加減す
ることにより、固体粒子に働く重力による下向き
のベクトルと気流による上向きのベクトルとが釣
り合うようにすると、固体粒子１４は垂直管路内
の一定レベルに留まつて回転運動をすることが観
察される。第５図には、上向きのベクトルがやや
勝つて、ピツチの短い螺旋１１を描きながら上昇
する状態を示している。

ガス送入管の断面が円形に固定された従来の装
置では、管路内は乱流状の螺旋気流である。従つ
て螺旋気流の利用目的を最小のエネルギー消費量
で達成しようとする場合、必ずしも満足すべき結
果が得られなかつた。

ところが、ガス送入管の少なくとも一部を可撓
性材料で構成し、それを挟圧することによりその
断面を第３図のような扁平リング状又は第４図の
ような繭形状にすると、同じ平均ガス速度でも螺
旋ピツチが大になる方向に変化する傾向があるこ
とを見出した。この傾向は、挟圧の程度が大きい
程大になる。即ち第３図又は第４図の如き断面に
した場合螺旋ピツチは第６図に示す如くなり、さ
らに挟圧すれば第７図に示す如く変化する。

これは例えば螺旋気流を利用して固体粒子の搬
送を行う場合、乱流によるエネルギーロスを減ら
し、搬送用ガスのエネルギーが固体粒子の旋回運
動よりも管路の軸方向への進行に効果的に使用さ
れることを意味するものである。

なお可撓性材料により構成されたガス送入管を
挟圧する力の方向は、円筒管の軸とガス送入管の
軸とを含む面内でかつガス送入管軸に垂直、即ち
第１図において図示した方向であることが最も効
果的である。

実施例 １ 第８図に示すように、内径66mmの透明プラスチ
ツクチユーブ２１を垂直に設置し、その下方に本
発明の装置を接続した。この装置へのガス送入部
５１に内径65mmのビニルホースよりなるガス送入
管５を接続した。ガス供給源として基準送風能力
10m³／分、圧力0.6Kg／cm²のルーツブロワーを使
用し、駆動用モーターの可変周波数回転数制御に
より送風量を調節した。モーター駆動周波数を22
Hzに固定した場合の送風量は3.7m³／分となる。
このときのRe数は10⁴オーダーである。

この条件でガス送入管５の断面は円形のまま、
直径39.8mm、重量約45ｇの塩化ビニル製の球１４
を管路に送入した。この球の運動状態をストロボ
ライトで照らしながら観察し、球の旋回速度及び
垂直管の軸方向の上昇速度を測定した。ガス送入
管５の断面が円形の場合、球の旋回速度（管の軸
心から球の中心部までの長さ×旋回数）は1.0〜
1.5ｍ／秒、上昇速度は３〜４mm／秒であつた。
即ちこの場合には、球は高速旋回をしながらゆつ
くりと垂直管路を上昇する。

次いでガス送入量は一定に維持したまま第８図
のＸ−Ｘ部を指先で挟圧したところ、この部分の
断面形状は第４図に示すような繭形状になつた。
挟圧度を高めるにつれて次第に球の旋回速度が減
少し、上昇速度が増加するのが観察された。挟圧
を最も強く行つた状態では、球は第７図に示した
ような運動を示し、その上昇速度は１〜２ｍ／秒
であつた。これは乱流化のためロスしていたエネ
ルギーが球の推進のエネルギーへと転換されたた
めであろう。

指先の代りに平板を用いて挟圧した場合にも同
様な現象が観察された。

発明の効果 簡単な装置で、管路内の乱流を抑制することが
でき、エネルギーロスが少なくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の構成を説明するための縦
断面図、第２図、第３図及び第４図は、第１図に
おけるガス送入管の断面形状を変化させた状態を
示す図、第５図、第６図及び第７図は管路に生成
した螺旋気流の螺旋ピツチが変化する状態を説明
するための図、第８図は実施例の説明図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 管路の内径より大きい内径を有する円筒管、
   その一端に接続され管路と同じ内径まで径が次第
   に縮小する形状を有し管路への連結部を構成して
   いるロート管、円筒管の他の端を閉鎖する底板及
   び円筒管の側壁に設けられたガス送入管とよりな
   り、前記ガス送入管の少なくとも一部が可撓性材
   料により構成され、それを挟圧することによりそ
   の断面を扁平リング状又は繭形状になし得ること
   を特徴とする、管路内に螺旋気流を生成させ且つ
   乱流を抑制する装置。 ２ 円筒管の底板側から円筒管の軸にそつて固体
   粒子送入管が挿入されている特許請求の範囲第１
   項記載の装置。 ３ ガス送入管から円筒管へのガスの送入方向
   が、円筒管の軸と交叉し且つ底板方向に傾斜して
   いるようにガス送入管が設置されている特許請求
   の範囲第１項または第２項記載の装置。 ４ ロート管の傾斜角が15度以下である特許請求
   の範囲第１項、第２項または第３項記載の装置。 ５ ガス送入管を挟圧する力の方向が円筒管の軸
   とガス送入管の軸とを含む面内でかつガス送入管
   軸に垂直である特許請求の範囲第１項、第２項、
   第３項または第４項記載の装置。