JPS60128128A - 螺旋気流により固体粒子を輸送する装置及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （目的及び背景） 本発明は管陶に安定な螺旋気流、すなわちガスが渦を巻
きつつ長軸方向に進行する気流を生成させ、その螺旋気
波域に固体粒子を供給して輸送する為の装置に関するも
のである。

螺旋気流による固体粒子の輸送は、これまで工業的に取
り上げられたことのない未開拓の分野であるので、まず
螺旋気流による輸送とは如何なるものであるかを説明す
る。。

ガスや液体が渦を巻く現象は１例えば竜巻、台風、渦潮
など広く自然界に存在する。

北米大陸中央部に発生するトルネート、即ち大竜巻は牛
馬、自動車、家屋でさえも空中へ吸いヒげて異なる地点
へ落下させ、大きな被害をもたらすことはよく知られて
いる。日本においても、それほど強力かつ大規模ではな
いが、五穀、魚、蛙などを吸い上げて遠方に降らせる、
いわゆる怪雨現象が報告されている。

かかる自然現象は不特定地点で不時に発生するので巾に
災害を与えるに過ぎないが、類似の現象をあらかじめ設
定した特定の場所の間における安定な「場内として存在
させることができれば、それを利用して物体を輸送する
ことが可能になる。

人工的に旋回流を発生させるための方法として一般的に
考えられるのは、管内にその内周の切線方向から高速で
気流を送入する方法で、サイクロンその他に応用されて
いる。

だがそのようにして生成させた旋回流による固体粒子の
輸送では、供給された固体粒子は管路入口付近の管壁に
激しく衝突して管壁を摩耗させるので長期間の使用に耐
えず、またこのようにしてエネルギーを失うために、気
流の送入口付近では旋回流が形成されても管路が長い場
合には次第に消滅して安定に維持することが難しいこと
が判明した。

竜巻などの成因は熱上昇気流であるが、空気を管路に強
制的に高速で送入すれば同様に旋回流を発生するかとい
うと、工業的に空気輸送などで一般に用いられている条
件、即ち圧縮した空気を弁などを通じて断熱膨張的に圧
力落差のある状態で送入したのでは乱流を生じるだけで
安定な旋回流は生じない。このような高速気流による固
体粒子の輸送では管壁に固体粒子が激しく衝突するため
にやはり管路の摩耗が激しい。

そこで更に研究を重ねた結果、木質的に管路の長袖方向
のベクトルのみを与えた非圧縮状態の気流を管路に送入
すると、気流平均速度が２０ｍ／秒以ヒとなるあたりか
ら管路内に管路断面に関しては旋回流をなしつつ管路長
軸方向に進行する安定な螺旋気流が生成することが見出
された。

本質的に管路の長袖方向のベクトルのみを与えた非圧縮
状態の気流を管路に送入するということは、意図的に旋
回運動を促すようなベクトルを一切与えることなく、ま
た管路入口で急激な膨張又は圧縮を生じさせることもな
く、いわば管路の長袖方向にピストンフローのような状
態で気流が滑らかに１１ｔ線′を乱さずに送入されるよ
うな状態を与えることを意味する。

このような状態で送入された場合、気流はそのままピス
トンフローの状態を保ちつつ出口まで進行することが予
想されるが、気流平均速度がおよそ２０ｍ／秒以上にな
ると一管路に安定な螺旋気流が生成している。

このようにして生成した安定な螺旋気流は、トルネート
や竜巻と同じように物体の輸送能力を有している。そこ
でこの螺旋気流域に固体粒子を供給すれば、その固体粒
子も螺旋を描きつつ管路出口まで輸送される。また丁度
螺旋気流の中心に供給された物体は殆ど直線状に非常な
速度で管路の出口に向う。

螺旋気流による固体粒子の輸送を行なうための装置の基
本構成を添付第１図により説明すると、１は管路６より
も大きい径の円筒体で、底板２を崩している。ガス送入
管３は円筒体側面の底板から離れた位置に円筒体の軸心
に向けて取り付けである。また円筒体に直結したコーン
体４は径を管路径に等しくなるまで徐々に縮小して管路
６に接続している。５が固体粒子のフィーダーである。

カス送入管３から円筒体の軸心に向けて送入されたカス
は、旋回運動を生ずることなく円筒体ｌ中をコーン体４
の方向に流れるが、円筒体中のガス速度を低速とし、か
つガス送入時のガス流の乱れが消えるに十分な距離を与
えれば、円筒体中のガスは滑らかな乱れのない流れとし
てコーン体に導入され、ここでしぼられて次第に速度が
早くなり管路６に送入される。

管路内の気流平均速度が２０ｍ／秒以Ｅとなる条件下で
は管路入口から数十Ｃｍ以内、あるいはコーン体部分に
おいて既に管路断面に対しては旋回流をなしつつ管路長
軸方向に進行するｎ旋気流が生成している。そこでその
螺旋気流域に供給管５から固体粒子を供給すれば、その
固体粒子は螺旋気流に伴なわれて管路出口まで輸送され
る。

螺旋気流による輸送の特色の一つは、螺旋気流内では旋
回運動に甚く遠心力により気体分子の大部分は管路内壁
に近い部分に圧縮された気層を形成する為に、輸送され
る固体粒子はこの気層に遮られて直接管壁に接触せず管
路の摩耗を生じなし〜ことである。

他の特色は、螺旋気流の中心部では竜巻の°中心と同じ
く気圧が非常に低下していて空気抵抗が非常に少ない状
態になっているため固体粒子の輸送エネルギーが小さい
ことである。

輸送すべき固体粒子は第１図に示す如く気流平均速度が
増加して螺旋気流が生成する管路入口付近のコーン体部
分に供給するのが好ましい。微細な、または軽い固体粒
子ならば低流速の部分に供給しても結局螺旋気流域に到
達するが、大きい、又は重い固体粒子の場合は円筒体の
下部に堆積する恐れがある。

固体粒子を供給するフィーダーとしては量的コントロー
ルが容易な点でスクリューフィーダーなどが好ましいが
、フィーダーの先端部には気流を乱す恐れのある支持具
を設けることができないので、重量のあるスクリューフ
ィーダーなどの一端だけを支持してコーン体部分まで長
く突出するのは構造強度上問題がある。これは大型の装
置になるほど重要な問題となる。

また螺旋気流生成用のガス送入量に対して固体粒子の供
給量が多すぎると管路の途中でスタグネーションが起き
易く、逆に少なすぎると輸送効率やエネルギーの利用効
率が悪くなる。そこでガス送入量と固体粒子供給量を相
互に関連づけて制御することが望ましいが、第１図に示
されるような装置ではそのような制御を行うのが難しい
。

本発明はこのような問題点を解決した螺旋気流により固
体粒子を輸送する装置及びその制御方法に関するもので
ある。

（第１の発明の構成及び効果） 即ち第１の発明は、管路より大きい径の有底円筒体９円
筒体に直結し管路径に等しくなるまで徐々に径を縮小し
て管路に接続するコーン体９円筒体へのガス送入管９円
筒体の軸心と軸心を一致させて設置した一端はコーン体
部分に開口し且つその端より離れた位置にガス導入口を
有する固体粒子供給用ガイド管及び該ガイド管へ外部か
ら固体粒子を供給するフィーダーとよりなる螺旋気流に
より固体粒子を輸送する装置である。

本発明に係る装置の一例を第２図により説明すると、７
が固体粒子供給用ガイド管であり、ガイド管７の軸心は
円筒体１の軸心と一致するように設置され、その一端７
１はコーン体４の部分に開口している。さらにその１０
端７１より離れた位置にガス導入ロア２を有する。５は
このガイド管７へ外部から固体粒子を供給するスクリュ
ーフィーダーであり、ホッパー５１に充填された固体粒
子はこのスクリューフィーダーによりガイド管７に供給
される。

操業時におけるガイド管内部の状態を第３図に拡大して
示すと、スクリューフィーダー５により供給された固体
粒子は記号８の如くガイド管の手前側に堆積するが、ガ
ス導入ロア２から入って来る気流（図の矢印線）に伴わ
れて管路入口の螺旋気流域に供給される。

ガス導入ロア２は第３図の如くフィーダーに密に嵌合し
たガイド管の上部に大型またはスリット状その他適当な
形状の孔を一個乃至複数個設けてもよいし、また第４図
Ａ及びその正面図である第４図Ｂ、或いは第５図Ａ及び
その正面図である第５図Ｂに示す如く、太めのガイド管
に挿入された細めのスクリューフィーダーとの間隙であ
ってもよい。第５図Ａ及び第５図Ｂにおける記号７３は
ガイド管をスクリューフィーダーに固定するための支持
具である。

ガイド管７の重量も結局フィーダーの固定部により支え
られるが、ガイド管は薄く軽い材料で製作できるので、
その重量負担は軽減される。

さらに固体粒子はスクリューフィーダーで直接螺旋気流
域に送られるよりも早い初速で螺旋気流域に供給され、
最も輸送速度の早い中心部を通るものが多くなるという
利点もある。

なお、ガス導入ロア２の取付位置、または太きさに関し
て実験的に確かめられた好ましい条件を述べる。

輸送する固体粒子の最大径をｄとする時、第３図に例示
したようなフィーダーに密に嵌合したガイド管の一ヒ部
に孔を設けた構造においては、フィーダーの先端から孔
の中心までの長さ文を８０ｄ以Ｌ、好ましくはｆｏｏｄ
以上とするのがよく、第４図に示したような太めのガイ
ド管に細めのフィーダーを挿入して上部に間隙を設けた
ものにおいてはその間隙の最大価ｇ１を８〜ｌｏｄとし
、第５図に例示したようなフィーダーの周囲に間隙を有
するものにおいてはその間隙ｇ２を２〜３ｄとするのが
よい。これはフィーダー出口に固体粒子が適当に堆積し
て、ガスがフィーダー内部へ／くツクフローしないよう
にするためである。

円筒体の径は管路中の気流平均速度を２０ｍ／秒以ヒと
した場合でも円筒体中の％流速度が１０ｍ／秒以下、望
ましくは５ｍ／秒以下となるような割合で定めるのがよ
い。

この装置で使用するガスは通常空気でよいが、粉塵爆発
の危険が予想され、る場合など特殊の場合には窒素その
他のガスを使用することは自由である。

（第２の発明の構成及び効果） 第２の発明は上記第１の発明の装置の制御方法に関する
ものであり、管路より大きい径の有底円筒体９円筒体に
直結し管路径に等しくなるまで徐々に径を縮小して管路
に接続するコーン体１円筒体へのガス送入管１円筒体の
軸心と軸心を一致させて設置した一端はコーン体部分に
開口し且つその端より離れた位置にガス導入口を有する
固体粒子供給用ガイド管及び該カイト管へ外部から固体
粒子を供給するフィーダーとよりなる螺旋気流により固
体粒子を輸送する装置において、固体粒子供給用ガイド
管に滞留する固体粒子の星を計測して適正値になるよう
にガス送入量またはフィーダーからの固体粒子供給量の
いずれか一方または両方を調節することよりなる。　［ 即ち第２図に示したような装置を使用して螺旋気流によ
る固体粒子の輸送を行う場合、スクリューフィーダー５
により固体粒子供給用ガイド管７に供給された固体粒子
は、ガス送入量と固体粒子供給量との割合次第で第６図
に示すような３通りの状態になる。

第６図Ａは送入ガス量に対する固体粒子の供給量が多す
ぎる場合で、ガイド管内の固体粒子滞留量８が次第に増
加して遂にガス導入ロア２を閉塞するに至った状態を示
すものであり、このような状態になってしまうと第１の
発明が目的とする効果は達成されない。

第６図Ｃは送入ガス量に対する固体粒子の供給量が少な
すぎる場合で、ガイド管内の固体粒子の滞留量は少なく
第１の発明が目的とする効果は一応達成されるが、必要
以上のガス量を使用していることになりエネルギー効率
が悪い。

従って最も好ましいのは、Ａ、Ｃの中間である第６図Ｂ
のようにガイド管内の固体粒子滞留量が適正に保たれて
いる場合である。

第２の発明はこのような状態を維持するための制御方法
に関するものであり、ガイド管に滞留−する固体粒子の
量を計測して適正値になるように力゛ス送入量またはフ
ィーダーからの固体粒子供給量のいずれか一方または両
方を調節する。

ガイド管に滞留する固体粒子の量を計測する方法の一例
を第７図に示す。第７図Ａが側面図、第７図ＢがＥ方か
ら見た図であり、ガイド管７のガス導入ロア２をはさむ
ようにして一方の側に光源９を設け、反対側に線状の光
学センサ（−次元アレイセンサ）１Ｏを設けてガス導入
ロア２の切欠き部分に見える固体粒子の山の高さをお測
する。

この山の高さが増加するようであれば固体粒子供給量を
減らすかガス送入量を増すかし、山の高さが減少するよ
うであれば固体粒子供給量を増すかガス供給量を減らす
かする。必要に応じて両方の操作を行ってもよい。

第８図はこの制御を自動的に行うシステムの概・念を示
すものであり、ｌＯがセンサ、１１かガスブロワ−及び
固体粒子供給フィーダーの制御指令回路、１２がフィー
ダー制御装置、１３がフィーダーのモーター、１４がガ
スブロワ−の制御指令回路、１５がガスブロワ−のモー
ターである。

固体粒子供給用ガイド管に滞留する固体粒子の量を計緩
する方法は第７図に示されたものに限定されるものでは
なく、第９図のように超音波、あるいは静電容量型等の
センサ１６を用い、必要に応じて２箇所以上を計測して
もよい、またガイド管の全部または一部を透明材料で製
作して任意の場所で光学センサを使用することもできる
。

このようにして第１の発明の装置を制御することにより
、Ｒ＆もエネルギー効率の高い状態で定常的に固体粒子
を輸送することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用する螺旋気流生成装置の一例を示
す図、第２図は本発明装置の基本概念とその一例を示す
図、第３図は第２図に示した本発明装置の作用機構の説
明図、第４図及び第５図は異なるタイプの本発明装置を
示す図、第６図はガイド管内の固体粒子の滞留状態を示
す、モデル図、第７図はガイド管内の固体粒子の滞留状
態を計測する方法の一例を示す図、第８図は自動制御シ
ステムの説明図？第９図は他の計測方法を示す図である
。 代理人　弁理士　青　麻　昌　二 第３図 第４因Ｂ　第４国Ａ 第　６因 第　７国Ａ 第８１！１ ？８９　図 第１頁の続き ０発　明　者　三　１）　稔 ＠発明者堀井　清之

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　管路より大きい径の有底円筒体１円筒体に直結し管
   路径に等しくなるまで徐々に径を縮小して管路に接続す
   るコーン体１円筒体へのガス送入管、円筒体の軸心と軸
   心を一致させて設置した一端はコーン体部分に開口し且
   つその端より離れた位置にガス導入口を有する固体粒子
   供給用ガイド管及び該ガイド管へ外部から固体粒子を供
   給するフィーダーとよりなる螺旋気流により固体粒子を
   輸送する装置６ ２　管路より大きい径の有底円筒体１円筒体に直結し管
   路径に等しくなるまで徐々に径を縮小１．て管路に接続
   するコーン体２円筒体へのガス送入管、円筒体の軸心と
   軸心を一致させて設置した一端はコーン体部分に開口し
   、且つその端より離れた位置にガス導入口を有する固体
   粒子供給用ガイド管及び該ガイド管へ外部から固体粒子
   を供給するフィーダーとよりなる装置において、固体粒
   子供給用ガイド管に滞留する固体粒子の量を計測して適
   正値になるようにガス送入量またはフィーダーからの固
   体粒子供給量のいずれか一方または両方を調節すること
   よりなる螺旋気流により固体粒子を輸送する装置の制御
   方法。