JPS61119513A - 螺旋気流による固体粒子輸送用装置 - 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】 この発明は、管路内をガス流により固体粒子をＩＱ送す
るための装置に間するものである。

Ｌえユ且３ 固体粒子を管路により輸送する手吹として従来広く用い
られているのは、輸送用ガス、特に空気を使用する方法
である。これは管路に輸送用ガスを圧入して高速のガス
流を形成させ、そのガス流に載せて固体粒子を輸送する
方法である。

どのような従来の空気輸送法の大きな欠点は。

ガスは管路の中で乱流となり、固体粒子は管壁に衝突を
繰り返しながら輸送されるため、管ダ、特に曲管部の管
壁の摩耗が激しく、ｍ期間で修理や交換を必要とするこ
とである。

本発明者等は、管路中に螺旋気流を生成させると、管轄
に沿って高密度の気体膜が！ｆｊＩＲ，されると共に、
輸送される固体粒子は管路の中心に近い低気体密度の部
分を螺＊を描Ｓながら１！？璧に触れることなく出口方
向へ移動するので、固体粒子の衝突による管壁のｆｆ耗
が生じないことを見出し、既に蝶旋気流の生成方法及び
その応用に関する多数の特許出願を行っており１蝶旋気
流生成装置に間する特許出願（特願昭５８−１６４１９
２号）も行っているが、未発明は新たな発想に基づくｆ
ｆ旋気流による固体粒子輸送用装置を提供しようとする
ものである。

即ち本発明は、底板を有する筒状本体、筒状本体の底板
と反対側に１統され徐々に径が縮小して管路径に等しく
なっているコーン体、底板中心部から筒状本体内に挿入
された固体粒子供給管、固体粒子供給管の中心部に内装
されコーン体部分で開口している高速流体送入管とより
構成され°、底板または筒状本体の側壁に通気口が設け
られている螺旋気流による固体粒子輸送用装置である。

螺旋気流による固体粒子の輸送については未発明４１等
による先願に記載されているが、未公開なので９本発明
装置をＡ体的に説明するに先立って螺ｗ１鐸流による固
体粒子の輸送とは如何なるものであるかについて説明す
る。

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

工業的にガスや液体を輸送する場合にも条件次第で渦が
発生するが、これは圧力損失を伴う好ましくない現象と
して、出来るだけ発生を避けるような工夫がなされてさ
た。

未発明者は、このようなｈ現象に関心を持って基礎的な
研究を行なって来たところ、渦を′４きつつ旋回軸方向
に進行する螺旋気流という形態において各種の工業的利
用が可能であることを見出した。

北米大陸中央部に発生するトルネート、即ち大屯巻は牛
馬、自動車、家屋さえも空中へ吸い上げて異なる地点へ
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。Ｅ１本においでも、それほど強力かつ大規模ではな
いが、五穀、魚、蛙などを吸いと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単に
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「堝」として存在
させることがでＳ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じて一般的に
考えら汽るのは、管内にその内肩のｖ１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も応用さ
れている。

太発明者は当初この方法を試みたが１％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
消滅して安定に誰持することが難しいことが判明した。

を巻の場合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ｈ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１
ｗＪち圧縮した空気を弁などを通じて＠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。

そこで＊発明者はさらに研究を重ねた結果、管路の擾よ
り太い径の円筒管内を長袖方向に流れる平行な気流をロ
ート状に滑らかに縮流して気流平均速度を高めて管路に
送入することにより、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を
生成させることができることを見出した。

本発明装置を添付！＠１図により説明すると、底板２を
有する筒状本体３．筒状太体の底板と０反対側に檀ａさ
れ徐々に径が縮小して管ｉｔの径に等しくなっているコ
ーン体４、底板中心部から筒状本体内に挿入された固体
粒子供給管５．固体粒子供給管の中心部門内装されコー
ン体ｎ分で開口している高速流体送入管６とより構成さ
れ、底板に通気ロアが設けられでいる。この通気口は筒
状本体の側壁に設けられていてもよい、さらにこれらの
通気口には通過ガス量を調節するための手段。

例えばパルプとかスライド式の蒼が設けられているのが
望ましい。

固体粒子供給管５にはスクリューコンベヤー８が内臓さ
れており、モーター９．ギヤ１０により駆動される。固
体粒子供給管の他端はホッパー１１に接続されている。

高速流体送入管６はスクリューコンベヤー８の軸を管状
にした形で固体粒子供給管８の中心部に内装されている
。

この装２の檎ｆＩｌを機１１！面から説明する。高速流
体送入管６から流体を高速で送入すると、高速流体送入
管の１ｌＪｌｏ部であるコーン体付近に負圧を生じる。

その負圧により外部のガスが通気ロアかも吸い込まれ、
筒状本体内で管路方向に流れる平行なガス流となりコー
ン体の部分で滑らかに縮流されて管路に流入する。

ざきに言及した特願昭５８−１８４１９２号においては
、与圧したガスを筒状本体の側壁から導入して筒状本体
内を長袖方向に流れる平行な気流を形成させ、それをロ
ート状に滑らかに縮流して％ｉｉｔｉ均速度を高めて管
路に送入すること′により管路内に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を
生成させているが１本発明装置においては流体を高速で
底板側から高速流体送入管６により筒状本体の中心線上
へ送入することにより周辺のガスを吸引し、筒状本体を
負圧として筒状本体内に長軸方向に流れる平行な気流を
誘発させる点が異なる。

高速流体送入管６かも送入する流体は、高速流体送入管
６の出口付近に負圧を生じさせることができるものであ
ればよく、必ずしもガス状のものに限定されず、液状の
もの、あるいは更にガス又は液に固体粒子が分散してい
る状態のものであってもよい、かかる流体の送入程度を
：ＪｒＭすることにより、生、じる負圧の程度をコント
ロールすることがで３る。

通気ロアから供給するガスの種類として最も一般的なの
は空気であるが、必要に応じｖｌ大その他常温でガス状
のもののほか、系全体を高温にして常温では液状のもの
をガス化して使用することもできる。

通気ロアに通過ガス量をｙ４Ｉ！Ｉするための手段。

例えばバルブとかスライド式の蓋とかを設けておけば、
高速流体通入管６から送入する流体の速度の２ｍｆｆ１
と合わせて螺旋気流生成のための１＆通条件を設定し得
る。

原則的には、通気ロアかうのガスの供給は内部で発生し
た負圧による吸引によればよく、あえて与圧して供給す
る必要はないが、高速流体送入管６から送入される流体
が非常に高速で、生じる負圧の程度が高い時には、若干
与圧して供給する方が好ましい場合もある。

螺旋気流生成の基本原理からは、筒状本体内を長袖方向
に流れる平行な気流がロート状に滑らぶにＮ流されて気
流平均速度を高めて管路に送入されることが望ましいの
で１部分的に急激な圧力落差が生じないように各部分の
構造や操業条件を設定することが重要である。

以上説明したように１本発明の装置を用いることにより
３本質的に管路の長袖方向のベクトルのみを与えた非圧
縮状態のガス流を管路に送入することができる。

このような状態で送入した場合、ガス流はその１１ピス
トン７０−の状態を保ちっつ出ａｔ″ｔ’ｉｌｉ行する
ことが予想されるが、気流平均速度を高めて概むね２０
ｍ／秒以上にすると管路に安定な螺旋気流が生成する。

このような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螺旋気流が生成して
いる。

もちろん螺旋気流そのものは気体であるから肉眼では直
接観察できないが、次に述べる実施例により螺旋気流の
存在を確認できる。

本発明１１ｔ置により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。０ち管路入口でｆｉ旋気気流域物体を供給すれば
その物体も螺旋を描きつつ管路比ｏ１で輸送される。ま
た丁度管軸部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。

ｆｆ旋気気流域物体を供給する為には、底板中心部から
筒状本体内に挿入された固体粒子供給管５を使用する。

ホッパー１１内の固体粒子を固体粒子供給管に内臓され
たスクリューコンベヤー８ｒＰにより管路入口に供給す
ればよい。

実施Ｍｌ 第２図に示すように、内径１．５インチの透明プラスチ
ックチューブを用いたＩＩ？路１に垂唯部分を設け、第
１図に示したような装置を用いて管路入口に送入した気
流が下部からと部へと流れるようにする。

第１図のＩＩｅＷｌの固体粒子供給管５から合成Ｓ＋ｒ
＠ペレヲト（径５ｍｍ、長さ５ｍｍの円柱状）を送入す
ると、気流速度が十分に速い場合にはベレットはこの垂
直管路を下部から上部へ瞬間的に通過するが、気流速度
を調節してペレット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が釣合うようにすると、
ペレットは垂直管中の一定位置１例えば第２図のＡ−Ａ
　’の位置に留り、その運動が肉眼で観察できるように
なる。

第３図は第２図のＡ−Ａ　’線における断面図であるが
、ペレフ）１２は矢印で示すような旋回運動をしている
ことがわかる。Ａ−Ａ’部分を手で押えてせばめてやる
と、この部分の流速が増加するのでベレットは上方へ飛
び出し、やや上部の釣合点Ｂ−Ｂ’へｊ！勤してこの断
面での旋回運動を続行する。この場合ペレット１２は管
内１ｇ１３に直ｌｔ９触してはいない、Ｓち管内９１３
に近い部分には旋回流に甚く遠心力により圧縮された気
層１４が環状に形成されている（図では環状気層の厚み
を誇張して描いているが、実際は１ｍｍ以下。

ミクロンオーダーの厚みである）、従ってベレットは環
状気層との境界部分で！！旋気流の上向きベクトルと重
力の下向きベクトルの釣合のもとに。

一定平面で螺旋気流の回転ベクトルにより旋回している
。この釣合状態から気流の流速を増せば。

ベレット自身も螺旋流を描きつつ出口方向に１０ことは
容易に理解できるであろう。

この状態から徐々に垂直管を斜めに傾けてゆくと、一定
平面で旋回していたベレットは旋回を続けながら一ヒ昇
を開始しく即ちピッチの短い螺旋流を描くことになる）
、管の傾きが成る限度に達すると、を世に吸い込まれる
ように出口方向（この場合上方）へ飛んで行き見えなく
なる。

実施例２ 内径１．５インチの透明プラスチックチューブを用いて
、出口を大気に解放した長さ２００ｍの管路をｖ！に設
した。管路は途中にカーブや若干の高低を有していた。

管路入口にｉｔ図のような構造の装置を設け、Ｖ路にお
ける平均気流速度が２６エ／抄になるようにした。この
時の管路入口部のゲ・−ジ圧はＯ，１Ｋｇ／ｃｍ”であ
りだ、コーン体の軸心に沿って挿入した固体粒子供給管
５から実施例１で用いた合成樹脂ベレットを連続的に供
給し、管路の途中をストロボライトで照らして観察した
０ところ、ベレットが螺旋を描きつつ出口方向に進行し
ていることを確認できた。

さらに管轄に近いところで１！！ｌているベレットに比
べて、管の中心に近いところを通るペレットは速度が速
く、追い抜Ｓ現象を示していることがｌ！！！寮できた
。

またこの実験を長時間続けたにも拘らず、プラスチック
チューブの柔らかい内壁に傷は全くつかず、ベレットが
内壁に直接接触していないことも確認できた。

１」 以上の実施例から明らかなように、本発明装ごを使用す
ることにより管路内部に安定な螺旋気流が生成される。

！！旋気流を管路断面に投影して見れば回転運動であり
、その回転に伴う遠心力により内部の気体粒子は外側に
投げ出される結果、？内壁に沿って圧縮された薄い気層
を形成し、内部は気体密度が低くなる。ｔた実施例２か
ら推定されるように、螺旋気流の管軸方向の進行速度は
管の中心部に近づくほど速くなる。一方気体密度は管の
中心部に近づくほど小さくなる。

本発明装置により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。即ち固体粒子供給管から管路入口の！？旋気気流
域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。ｔな丁度管軸部に供給され
た固体粒子は殆ど直線状に非常な速度で管路の出口に向
う。

輸送すべき固体粒子は原則とは１体粒子供給管５から供
給するが、高速流体送入管６から送入する流体中に賂２
の固体粒子を分散させて供給することにより、管路内で
２　Ｎｔｙ＞ｍ体粒子の混合を行うこともできる。又高
速流体として水のような液体を使用し、固体粒子供給管
５かも供給される粉体状の固体粒子との混線を行うこと
もできる。

１に１」 １）本発明１！ｔ！により形成された螺旋気流により固
体粒子は管路の管壁に衝突することなく管路出口まで輸
送されるので、管路の摩耗を生じない。

２）本発明装置を使用して２種以上の固体粒子の混合や
、粉体と液体の混練を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の基本構成を示す説明図。 ＄２図及び第３図は本発明装置により管路内に螺旋気流
が生成され固体粒子が輸送されることを確認する実施例
の説明図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 底板を有する筒状本体、筒状本体の底板と反対側に接続
   され徐々に径が縮小して管路径に等しくなっているコー
   ン体、底板中心部から筒状本体内に挿入された固体粒子
   供給管、固体粒子供給管の中心に内装されコーン体部分
   で開口している高速流体送入管とより構成され、底板ま
   たは筒状本体の側壁に通気口が設けられている螺旋気流
   による固体粒子輸送用装置。