JPS61162425A - 流体化し得る粉状材料の流量制御式分配装置 - 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】 ０発明の技術的分野 本発明は流体化℃・又Ｉｆｆ流動イし−）ＬＬ得る粉状
物質粉状物質を１つの貯些地点から別の貯蔵地点へ、又
は１つの貯蔵地点から１つ以上の使用地点へと流体化し
た状態で移送することは既に知られている。ここで、「
流体化し得る物質」とは粉末形態を有し、且り吹入空気
の通過速度により低速度で粒子が互に離れ且つ内部での
摩擦力が低下し、その結果形成される懸濁相が均質流体
に極めて類似した性質を示すことになるような粒度及び
凝集力を有する総ての物質を意味することに留意された
い。この種の物質としては例えば強熱電解用アルミナ、
セメント及び石膏、生石灰もしくは消石灰、フライアッ
シュ、フッ化カルシウム、ゴム及ヒゲラスチック用添加
剤、澱粉、触媒、石炭粉、硫酸類や燐酸塩類粉末、金属
粉、粉末状グラスチック材料、粉末ミルク、小麦粉の如
き食料品、等々が挙げられる。

２跣行技術の説明 流体化物質の流量を調整し且つ自動制御しさえする手段
は、かなシ以前から研究されてきた（米国特許第２．６
６７．４４８号）。機械的手段（例えばダート又は弁）
は多数提案されたが、この種の手段は前掲の物質の多く
、特にアルミニウム製造で用いられるアルミナがそうで
あるように研摩性を有する物質を移送する場合には使用
できない、従って摩耗し易い機械的手段は用いずに、粉
状物質の特性を利用する必要がある。

仏国特許第１，１５２．２６９号（（シネ（ＰＥＣＨＩ
Ｎ訂））（−ラ米国特許第２，９１９，１５９号）には
流体化物質を空気によって移送する方法が開示されてい
る。この方法は、自由空気によって永続的に流体状態に
シかれる粉末が入っているカラムの底から粉末を直接流
出させて空気式移送管に供給することからなる。

仏国特許第２．２３６．７５８号（ペシネ）（＝、米国
特許第３．９６４，７９３号）には、流動化供給カラム
により平衡を保ちながらガスを注入することによって気
体による連続的移送を行なり装置の粉状物質重量流量を
制御する方法が記載されている。この方法ではガスの所
定重量流量に応じた注入ガス圧を測定し、且つ流動化カ
ラム内に導入される粉状物質の量を操作する。前記カラ
ムのヘッドは注入ガスの圧力を所定値に維持すべく大気
圧下におかれる。

仏国特許第２，３９１，１３６号（ペシネ）（＝米国特
許第４，２７９．５４９号）には粉状物質の空気による
移送を自動制御する方法が開示されている。この方法は
その下端で流出物が斜面を形成することになる供給カラ
ムと、流体化用多孔隔壁、ノズル付加圧ガス供給導管、
流体化用導管、及び移送用導管を備えた移送チャンバと
を使用する。この方法では前記斜面の傾斜角を縮小すべ
く、物質を流体化し、且つ移送路内の所望の物質流量に
応じて前記多孔隔壁の下側の目標圧力Ｐｆを選択する。

即ち移とすれば、ＰｅがＰｆより大きくなると多孔隔壁
を通過する圧力Ｐｆのガスの流れが減少し、ＰｅがＰｆ
より小さくなると前記ガスの流れが増加する。

この方法は粉状物質の流量を圧力ＰｆＫ基づいて選択し
た値の近傍に自動的に調整でき、そのため移送カラムの
詰シ状態が回避され、且つ物質の流量が固定されるとい
う利点を有する。

幻技術上の問題 現在のところ、物質を流体化して空気で移送する前述の
如き装置には、特にホール−エル−電解槽を用いるアル
ミニウム製造分野において、耐用期間及び信頼性の向上
と、電解槽への供給流量並びにフッ素含有物質に対する
アルミナの吸着性を利用してこれ゛ら電解槽から送出さ
れるフッ素含有放流体を乾式捕集する装置への供給流量
のより正確な調整とが要求されている。更に、流体化と
流体移送とに用いられる圧縮空気の消費を最小限に迅速
に行なえるようにするととも重要な問題である。これら
の要件は、電解用アルミナに限らず、あらゆる種類の流
体化物質の移送について求められるものである。

わ発明の目的 本発明の目的は既存の装置に見られる種々の欠点を解消
して、信頼性、正確さ及び使い易さに関する使用者の要
求を満たすことにある。

そのために本発明は、粉状物質貯蔵手段と、該物質の流
体化手段と、流体化粉状物質排出手段とを備えた流体化
し得る粉状物質の流量制御装置を提供する。この装置は
２つの部分、既ち前記貯蔵手段及び排出手段に接続され
る上方部分と、多孔隔壁によりこの上方部分から分離さ
れた下方部分とからなるチャンバを有する。本発明では
このチャンバの上方部分が該チャンバ内に多少侵入し得
るカラムを介して前記貯蔵手段に連結されると共に、反
対側の先端で平衡及び脱気カラムに連結さ部で流体化粉
状物質流出口にも連結される。この流出口は流体化用多
孔隔壁の高さの直ぐ上に位置し且つ管状ノズルを具備し
得、このノズルには流体化粉状物質を重力によって排出
する管が接続される。前記チャンバの下方部分は調節圧
力下の流体化用空気の導入口のみを有する。本発明の特
徴として、流体化したアルミナの流量は流体化用空気の
圧力を操作することによってのみ調整され、且つ所定の
目標圧力に応じて自動的に制御される。

説明を簡明にすべく以後「流体化用空気」という表現を
用いるが、これは勿論空気に限らず他の総ての気体流体
であシ得、例えば極めて反応し易い物質又は爆発する危
険のある物質（例えば小麦粉、アルミニウム又はマグネ
シウムの粉末）を流体化する場合にはこの気体流体をア
ルゴン、窒素、二酸化炭素等々の如き不活性ガス又は反
応性が極めて小さいガスの中から選択し得る。

具、Ａ体側シ 貯蔵容器１は、供給カラム３を介してチャンバ２に連結
される。

全体的に平行六面体形で水平方向に最も大きい寸法を有
するチャン／−？２は、 一下方部２ＢＫｉ体化用多孔隔壁４と、公知方法で所定
目標値に調整し得る一定の圧力の流体化用空気の導入口
５とを有し、 一上方部２人では、一方の先端７Ｂ側に平衡及び脱気カ
ラム６を、他端７人側に供給カラム３を備え、 一前記平衡カラムに対応する先端面７Ｂ上では、多孔隔
壁４とほぼ同じ高さでその直ぐ上方に流体化粉状物質流
出口８を有する。流出口８は流量測定用オリフィス（ｄ
ｉａｐｈｒａｇｍ・）を構成し、ノズル８人を具備し得
る。このノズルは通常管状であ夛、オリフィス８の直径
より大きい内径を有し、周シ下端はチャン／ｆの上方壁
面９と同一の平面上に位置する。（第トム、第１囮口参
照） に斜面１０を形成する。この斜面１０と流体化用多孔隔
壁との間の角度αは、粉状物質の種類と物理的状態とく
よって異なる。その法尻は最大でもオリフィス８０レベ
ルに達する程度でなければならない。さもないと停止時
に流動化作用が全く存在しなくても粉体物質が自然に継
続して流出することになる。その丸めに、カラム３の下
端３人とチャンバの対向垂直面７Ｂとの間の距離りは、
傾斜角αが測定され得るようべ粉状物質に応じて構成時
に決定する。前記斜面は、供給カラムの下端から形成さ
れ始めるのであるから、別の方法としてチャンバ上方部
内への供給カラム３の挿入レベルを調整してもよい。

排出ノズル８人を具備し得、このノズルの外側表面には
１体化粉状物質排出管１１を嵌装し得る。

このノズル８人は装置停止時の安全装置をも構成する。

即ち休止時に非流体化粉状物質が偶発的に流れ落ちても
、ノズル８人内で傾斜１０を形成しながら制止されるこ
とになる。従ってこの装置を完全に空にしなくてもその
操作を停止することができる（第２図参照）。

この装置の操作は次のように説明し得る。チャ空 ンパに粉状物質を充填しく第１図又は第２図の状態）、
且つオリフィス８を閉鎖した状態で管５と調整手段１２
とを介し、且つ多孔隔壁４を通して流体化用空気を送り
込む。粉状物質は、中て吹込まれる空気によって粒子が
互に離れ始めるため先ず流動状態になす、短時間でチャ
ンバの上方部分２人及び平衡カラム６の下方部分全体に
広がる。

前記空気の圧力を更に増加すると、平衡カラム６内で粉
状物質の高さが少しずつ上昇し一定の高さＨ（第３図参
照）Ｋ達する。この高さ■は流体化用空気の圧力Ｐｆと
平衡カラム６内の粉状物質の平均密度ｄとに依存する（
　Ｈ＝Ｐｆ／ｄ　）。

いわゆるチャンバ内では空気が粉状物質中く閉込められ
て、カラム６の上方部１４以外の場所からは流出し得な
いため、粉状物質は擬似流体化状態又は「潜在的流体化
」とも称する状態におかれる。この状態は本出願人の先
願仏画特許第２．５３４，８９１号に記載されている特
定の状態であシ、粉状物質の粒子相互間の空気が、真に
流体化した媒質においてそうであるように粒子相互を完
全に分離し運動させることも、循環することもなく、特
定レベルの圧力を維持する状態に該当する。

ここでオリフィス８を開放すると、このオリフィス部分
とその直ぐ後に位置する領域１１とにおいて空気が膨張
し得、その結果これらの領域に完全な流体化状態が生起
し、そのため粉状物質がオリフィス８とノズル８人とを
介して流体状に流出する。

オリフィス８の後方に存在する潜在的流体化状態の物質
が、供給カラム３の下端に散るまで、少しずつカスケー
ド状に継続して崩れ落ちる九め、オリフィス８からは粉
状物質が次々と流出する。

実際崩落が生じる度に、粉状物質が局部的に潜在的流体
化状態から真の流体化状態に変わるに十分な空間が°生
まれ、そのため広いｉｔ値範囲に亘って流出量に等しい
量のアルミナが供給されることになる。この流量は全く
変化しない。

この装置の他の要素の力学的平衡は下記の如く確立され
る。

ａ）流体化用圧力Ｐｆは平衡カラムの逆圧ｐ２＋ｉ体化
用多孔隔壁を介する圧力降下Ｐ、と均衡する。

Ｐｆ　＝Ｐ２＋Ｐ。

圧力Ｐ２２内は（ｈ、　＋ｈ２）　ｄ、に等しい。ｄ、
は部分的に流体化した相の平均帯＃（例えば電解用の場
合は約０．７５〜０．９５に等しい）であ夛、ｈ、は流
体化用隔壁４とオリフィス８の軸線との間の距離であ夛
、ｈ２はオリフィス８の軸線と流体化粉状物質カラムの
上方部１４との間の距離である。

平衡及び脱気カラム６の上方の圧力Ｐ・が大気圧と異な
ると仮定すれば、別のカラム高さＨ＝■−Ｐ・／ｄに関
する平衡が確立される。Ｐｅは圧力基準値；Ｏとして見
なされる大気圧との比較で示される。

ｂ）流体化用空気Ｑｆの流量は Ｑｆ　＝Ｑ　１　＋Ｑ　２　＋Ｑｐ で表わされる。

Ｑｌは流体比相と共にオリフィス８から流出し、且つ潜
在的流体化状態の粉状物質の膨張を担う空気の流量であ
シ、Ｑ２は平衡カラム内の脱気空気の流量でちゃ、Ｑｐ
は種々の損失の量（少量）極めて小さい。

Ｃ）本来そうでなければならないように平衡カラム内へ
の流出による損失を皆無とすれば、オリフィス８から排
出される粉状物質流量ＱＡは貯蔵容器２から送出される
アルミナの流量ＱＡに等しい、 本発明の最も重要な要素として、この装置は一前述の如
き平衡を有するため、粉状物質とノズル８とが一定であ
れば、粉状物質流量Ｑ、はＰｆと一対一の関係を有する
。この関係は後述の特定範囲内ではほぼ直線的である。

従ってこのような装置の粉状物質流量は、流体化用空気
の圧力を操作するだけで固定し且つ調整することができ
、流体化用空気導入口の他に移送用空気導入口をも必要
とする先行技術の方法（％に仏国特許公開第２．３９１
，１３６号（米国特許第４．２７９，５４９号）のよう
に別の空気源を用いる必要はない。

直径は、同時に所定圧力Ｐｆにおけるアルミナ流量Ｑ′
、と、関数Ｑ’Ａ　＝　ｆ　（Ｐｆ　）を表わす曲線の
形状とを決定する。

アルミナの如き流体化粉末を実際の流体と同一視し得る
ものとすれば、垂直壁面を貫通するオリフィスの容量流
量Ｑを与える法則との間に特定の関連性が認められる。

Ｑ＝に、８．＆。

Ｑは流量（ｍ”／秒）、 Ｓはオリフィスの表面積（ｍり、 ｇは重力の加速度（ガル）、 ｈは流体の上流レベルからオリフィスの中心にかけて測
定し念オリフィス充填高さく、Ｉ）、Ｋは主として流出
オリフィスの幾何学的条件に依存する係数である。尚に
の値はほぼ０．６〜１の範囲で変化し得る。

オリフィス８の断面積な７４ラメータとして、流体化用
圧力の関数之るアルミナ重量流量の曲線を描くと、これ
らの曲線が「オリフィスの直径」という７９２メータの
特定値範囲に亘って多少とも長いほぼ直線状の部分を有
することが知見される。

従って本発明の装置で用いられるｆＬ量範四では所定の
重量流量が前記直線部分のほぼ真中に対応するようにオ
リフィス８の直径を最適化し得る。

圧力Ｐｆが一定していれば粉状物質の重量流量は極めて
安定する。

著しい過剰流量を極めて急速に且つ一時的に供給したい
場合（例えば反応が極端に激しくなるような電解槽に大
量のアルミナを導入したい場合）には、平衡カラムの上
方部で粉状物質カラムの正規高さＨの上方に補助オリフ
ィス８ｂを具備し得る。この場合はＰｆを増加すること
によって２重の効果、即ちオリフィス８から流出する流
量の正常ルに達する九め［１５ｉ体化アルミナがオリフ
ィス８ｂからも流出することに起因して流量が更に増加
するという効果が得られる。

補助オリフィス８ｂは正規レベルＨの下方に設けてもよ
い。その場合はこのオリフィスから一定の、但し主オリ
フィス８の流量より少ない追加流量が排出され、場合に
よっては特定の利点をも念らし得る。

５）適用例 強熱電解によるアルミニウムの製造で使用される一連の
電解槽から排出されるフッ素含有放流体を捕集するため
のアルミナを流体化状態で適量ずつ分配する装置を作成
し念。

排出ノズル８人は底面方向へ４５傾斜した／　ＩＪメタ
クリル酸メチル製透明管１１を介して電解槽のがス捕集
器の底に連通させる。供給カラム３は、電解槽への供給
を行なう一般的装置（例えばアエを導入するための回路
に分流状に接続する。平衡カラム６は電解槽のガス捕集
器の上方部に連通させる。このガス捕集器は排気によっ
て減圧されるため、平衡カラム６の上方に存在する圧力
Ｐｅは大気圧より小さい（約−１０（ＩＩＩ（１）。ノ
ズル８人の直径は２０１１Ｉである。この値はアルミナ
の平均重量流量Ｑ、＝１．８ｔ／時の場合の最適値に該
当する。公称流量の場合の流体化用圧力Ｐｆは、４００
ＫＩＩの水柱に相当するように調整する（：３９２０　
Ｐａ　）。流体化用多孔隔壁の総表面積は４、５４ｍ’
であシ、空気の総流量Ｑｔ＝ｘ１ｔ／分に相当する。

流体化用多孔隔壁を介する圧力降下Ｐ、ば、２０１１１
０Ｅである。従ってＰ２（平衡カラムの逆圧）＝４００
−２０即ち３８０ａｃＣＥ（＝３７２０Ｐａ）となる。

流体化アルミナを一定量ずつ供給するこの装置を用いて
、１２０１１ｍの電解槽からなる列のフッ素含有放流体
捕集操作を数ケ月間実施しな。装置は完壁な規則正しさ
をもって作動した。流体化用空気の消費量は、５００鵡
のＣＥ（４９００Ｐａ）下で１　、Ｉ　７時・−を下回
る。

この装置は流体化用圧力Ｐｆ及び流出オリフィス８を調
整するだけで、本明細書の背頭で列挙したあらゆる種類
の粉状物質に適用し得る。

【図面の簡単な説明】 空 第１図及び第２図は停止時の本発明の装置を示す垂直方
向断面図、第１Ｂ［！Ｌは該装置のノズル付流出口の拡
大断面図、第３図は作動中の前記装置を示す垂直方向断
面図、第４図は前記装置の線Ｍ。 による水平方向断面図である。 ｌ・・・貯薦容器、２・・・チャンノ４．２人・・・上
方部分、２Ｂ・・・下方部分、３・・・供給カラム、４
・・・多孔隔壁、６・・・平衡及び脱気カラム、８・・
・流出オリフィス、８人・・・ノズル、８Ｂ・・・補助
オリフィス。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）流体化し得る粉状物質を流量を制御しながら分配
   するための装置であつて、前記粉状物質の貯蔵手段及び
   流体化手段と、流体化した粉状物質の排出手段とを備え
   、チャンバを含み、このチャンバが前記貯蔵手段及び排
   出手段に連通する上方部分と、流体化用多孔隔壁により
   上方部分から分離される下方部分とに２分され、このチ
   ャンバの上方部分が一方の先端でカラムを介して前記貯
   蔵手段に連通すると共に対向端の上方部で平衡及び脱気
   カラムに、下方部で前記流体化用多孔隔壁の高さの直ぐ
   上に位置する流体化粉状物質流出オリフィスに連通し、
   且つ前記チャンバの下方部分が調節された圧力の流体化
   用ガスの導入口に連通することを特徴とする流量制御式
   分配装置。
2. （２）前記オリフィスが排出ノズルを備え、このノズル
   の内径が該オリフィスの直径より大きいことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項に記載の流量制御式分配装置。
3. （３）追加補助流量を供給すべく、前記第１オリフィス
   の高さより上方に位置する第２流出オリフィスを備える
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項に記
   載の流量制御式分配装置。
4. （４）追加流量を供給するための前記第２オリフィスが
   好ましくは、前記平衡カラム内の粉状物質が正規の流量
   状態下で到達するレベルより上に位置することを特徴と
   する特許請求の範囲第３項に記載の流量可調整型分配装
   置。