JPS6258100A - 管路に螺旋流体流を生成させる装置 - 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】 この発明は管路に螺旋流体流を生成させる装置に関する
ものである。

従来の０ 管路に螺旋気流を生成させ、その螺旋気流域に固体粒子
を供給すると固体粒子は管路壁に接触することなく螺旋
Ｍ動をしながら管路中を輸送されることは特開昭６０−
３１４３７　ｒ螺旋気流による粒塊の輸送方法」に記載
されている。

そのほか螺旋気流を応用する発明として、特１＋１１昭
６０−３４２６９　ｒ螺旋気流による吹付研削法」、 特開昭６０−４８８２５　ｒ補完螺旋気流による粒塊の
輸送方法」、 特開昭６０−４８４７３　ｒ揮発成分を含む粉体ヌはス
ラリーを乾燥又は濃縮する方法」、特開昭６０−５１５
２８　ｒ螺旋気流による混合ガスの分離方法」、 特開昭６０−５１５８１　ｒ粉粒塊の分離方法」、特開
昭６０−５３７９２　ｒ螺旋気流による熱の分離方法」 特開昭６０−５４７２９　ｒ螺旋気流による化学反応の
側進方法」、 特開昭６０−５９２３８号「螺旋気流を用いるドレッジ
ング方法」等が発表されている。

このように管路内の螺旋気流は極めて興味ある挙動を示
すものであり、工業的応用範囲が広い現象である。

管路に安定な螺旋気流を生成させるための装置の概念に
ついては前記各公開公報にも記載されているが、特開昭
６０−５６７２３　ｒ管路に安定なｆｌ：旋気流を生成
させる装置」には更に具体的に記載されている。

魚明が解決しようこする問題点 未発ＩＪＩは前記各公開公報に記載された装置を改良し
、応用範囲を拡大して、管路に安定な螺旋流体流、即ち
気体、液体、スラリーなどの流体が渦を巻きつつ旋回軸
方向に進行する流れを生成させる為の装置に関するもの
であり、本発明装置により管路内に生成された安定な螺
旋流体流を用いれば、前記各公開公報に記載された発明
と同様な目的を達成できるほか、更に広範な応用用途に
利用することができる。

発明の構成 問題点　解　するためへ玉量 本発明に係る管路に螺旋流体流を生成させる装置は、管
路の径より太い径の部分を有する主筒の太い枠側の端に
環状の細隙を介して補助筒が接続され、その環状の細隙
の主筒側の壁面は滑らかに湾曲して主筒の内壁に移行し
、細隙の補助筒側の壁面は折れ曲がって補助筒の内壁に
移行するように形成され、主筒の反対側の端は次第に径
せばめて管路径に等しくなるコーン状に形成されて管路
に接続される構造を有すると共に、前記環状の細隙の外
側に加圧流体を供給するＬ段を備えていることを特徴と
する。

これを第１図により説明すると、管路９の径より太い径
の部分を有する主筒１の太い枠側の端、図では右・瑞に
環状の細隙（スリット）３を介して補助筒２が接続され
、その環状の細隙３の１三筒ｌ側の壁面３１は滑らかに
湾曲して主筒の内壁１１に移行し、細隙３の補助筒２側
の壁面３２は折れ曲がって補助筒２の内壁２１に移行す
るように形成され、主筒の反対側の端１図では左端は次
第に径せばめて管路９の径に等しくなるコーン状に形成
されて管路に接続される構造を有している。

主筒１は、第１図又は第２図に示すように環状の細隙側
から直ちにコーン状に形成されていてもよいし、第３図
又は第４図に示すように環状の細隙側から円筒部分１２
を経てコーン状に形成されていてもよい。

細隙の補助筒側の壁面３２が直角に折れ曲がって補助筒
２の内壁２１に移行する場合は第１図に示すように補助
筒２は円筒状となり、細隙の補助筒側の壁面３２が鋭角
的に折れ曲がって補助筒２の内壁２１に移行する場合は
第３図に示すように補助筒２は外開きのコーン状となる
。また細隙の補助筒側の壁面３２が鈍角に折れ曲がって
補助筒２の内壁２１に移行する場合は、第９図に示すよ
うに補助筒２は外すぼみのコーン状となる。

細隙３の補助筒側の壁面３２が直角に折れ曲がって補助
筒２の内壁２１に移行する場合の細隙部分の拡大図を第
５図乃至第８図に示す、　　・第５図は、細隙の主筒側
の壁面３１が滑らかに湾曲して主筒の内壁１１に移行し
終った位置、即ち主筒の内壁面に対応する位置で、細隙
３の補助筒′２側の壁面３２が折れ曲がって補助筒２の
内壁２１に移行するように形成され、第６図は、細隙の
■部側の壁面３１が滑らかに湾曲して主筒の内壁１１に
移行し始める位置、即ち図のＡ点に対応する位置で、細
隙３の補助０２側の壁面３２が折れ曲がって補助筒２の
内壁２１に移行するように形成され、第７図は、細隙の
１筒側の壁面３１が滑らかに湾曲して主筒の内壁１１に
移行し始める位置より−ｒ前、即ち図のＢ点に対応する
位置で、細隙３の補助筒２側の壁面３２が折れ曲がって
補助筒２の内壁２１に移行しするように形成されている
場合を示している。

これらの位置の中でどれを選択するかは、装置のスケー
ル、使用する加圧流体の圧力及びＮ　ｉｉ）、ｄｔｇ旋
流を形成させる流体の種類、ｔ！！旋流を搬送の目的に
利用する場合は被搬送物の社類、比重及び大きさ等を考
慮して、最少のエネルギー消費で［Ｉ的を達成できるよ
うに決定する。

また環状の細隙３は、第５図〜第７図に示すように１筒
ｌの内壁１１に対して垂直であることは必要条件でなく
、第８図に示すように主筒ｌ側へ傾斜していてもよい。

主筒と補助筒との接続部における環状の細隙３の幅は任
意に調節できる構造とすることが好ましい。これは細隙
の幅を通過するガス量−に応じて調節できるようにする
ためである。

ｊ１体的構造としては、第１図、第３図又は第４図に示
すように「筒ｌに直結する外筒４と補助筒２かねじ構造
４１で接続されるようにすれば、補助筒のねじ込み加減
により環状の細隙３の幅を任意に調節することができる
。

補助筒の外側、［；μち細隙と反対側は、螺旋筬に関グ
、させる流体が空気である場合には第１図、第３図又は
第４図に示すように大気に解放されていてよいが　その
他の流体である場合には第２図に示すように底板２２で
閉鎖して、対象となる流体を二次流体導入管５から導入
するようにすればよい。

管路の径より太い径の部分を有する主筒を使用し、を筒
の反対側の端を次第に径せばめて管路径に等しくなるコ
ーン状に形成して、管路に接続するのは、主筒を管路方
向に流れる流体流に半径方向のベクトルを！Ｆえて螺旋
連動の生成を容易にするためのものである。

コーン部の形状は第１図〜第４図に示したようなしＪ頭
内錐状でもよいが、さらに滑らかなｉｉ線をケーえるも
のならば一層好ましい。

コーン部の傾斜角Ｏ（第１図参照）は、ｔａｎＯが１／
４〜ｌ／８程度になるようにするのが適ちである。

コーン部におけるしぼり率、即ち管路の径と主筒の径（
いずれも内径）の比率は、１７２〜１７５程度とするの
が適当である。即ち断面積比では１／４〜１／２５程度
となる。

その゛結果流体の管路内の流速は主筒内の流速の４〜２
５倍に増速されることになる。

環状の細隙の外側（主筒ｌ及び補助筒２の外壁側）に加
圧流体を供給する手段としては適宜の手段を採用できる
が、第１図〜第４図に示す如くモ筒ｌを囲むように（主
筒ｌに直結する外筒４の内壁と主筒１の外壁との間隙を
利用して）加圧流体分配室６を設け、この加圧流体分配
室６から細隙３の外側に連通口６１により連通ずるよう
にすれば、この流体室に外部から加圧流体供給管７を通
じて流体を送入すると、加圧流体は連通口６１を鶴って
環状の細隙３の外側へ均等に供給されるようになる。あ
るいは第９図に示す如く、中空トーナッツ状に形成した
加圧流体分配室６を直接環状の細隙の外側に接続しても
よい。

固体粒子−その他の被搬送物を管路搬送するためにこの
螺旋流体泣生成装置を使用する場合、ｈ（１助筒入［１
では外部の流体の吸い込み現象が起きているので、被搬
送物が軽く細かい粉粒体などの場合は、それを補助鏑人
日付近に供給するだけで外部流体と共に吸い込まれ、管
路方向に搬送される。

しかし搬送ｒ、）のコントロール、粉塵の防ＩＩ：　ｉ
の観点からは、第２図又は第４図に示すように補助筒の
外側から−主筒の軸方向に被搬送物供給？ｉ？８を挿入
し、この管を通じて被搬送物を供給するようにすること
が好ましい。

被搬送物供給管を通して固体粒子などを供給するξＦ段
としては、スクリューコンベヤー等の公知の１段を任益
に用いることができる。

作」■ 螺旋流体流を生成させるべき流体が空気である場合を代
表例として説明する。

細隙３の外側から内側へ加圧空気（−次流体）を高速で
送入すると、細隙の出目で空気は空力学的作用（コアン
ダ効果として知られている）により１筒側へ傾いた流線
（第１図〜第４図に矢印αで示す）を描き、その結果、
その流線の補助筒側には負圧域を生じる。その負圧域へ
補助筒の反対側から外部の空気（二次流体）が流れ込み
（第１図〜第４図に矢印βで示す）、細隙からの空気流
の連動ベクトルと補助筒外部からの空気流の運動ベクト
ルとは合成されて円筒管内を管路側へ進行する空気流が
形成される。

なおコアンダ効果（Ｃｏａｎｄａ　ｅｌｅｃｔ）とは、
気体や液体の噴流が、噴流軸の方向と湾曲した壁の方向
とが離れていても、壁の曲面に沿った方向の近くを流れ
ようとする傾向をいい、流体素子としての応用が考えら
れている。

円筒管内を浣れる空気量は、補助筒の側から吸引される
空気９が加わるため、細隙へ送入された空気量よりも数
倍に増幅されている。

細隙へ送入する空気の圧力は、２〜ｘｏＫｇ／ｃｍ２Ｇ
程度が適当である。

円筒管内を管路側へ進行する空気流は、コーン部分で次
第に径をせばめられ、その際半径方向のベクトルを与え
らる。この゛ト径方向のベクトルが旋回ベクトルに転換
し、直進ベクトルと合せて螺旋連動を生ずるにｆる。

このような条件下では管路入口から数七〇ｍ以内、ある
いはコーン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＋！＋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。

流体が狭い径の通路へ収斂して流れる場合に螺旋流が生
成することは、例えば浴槽を排水する場合、排水口付近
に渦巻が出来ることからも理解できるでろう。

流体の種類として最も−・般的なのは空気であるが、必
要に応じ窒素、水素その他の気体のほか、水やスラリー
のような液体でも本装置を使用して螺旋流とすることが
できる。

細隙から送入される加圧流体（−次流体）と。

補助筒の外側から吸引される流体（二次流体）とは同種
のものであってもよいし、異なるものであってもよい６
例えば−次流体が水素で、二次流体が窒素であってもよ
い。但し混合された流体が爆発その他の異常反応を起さ
ないような組み合せにする必要があることは当然である
。

スラリーを螺旋流としたい場合には、細隙の閉塞を避け
るため、−・次流体として水を使用し、スラリーは二次
流体として供給する方が好ましい。

既に述べたように、流体の没れに対して直角。

即ち半径方向に与えられたベクトルが旋回運動を生じる
起動力となる。

未発明装置ではコーン体において流れを絞ることにより
半径方向のベクトルを′ｊえて旋回ベクトルに転換して
いるが、それだけでは次第に旋回ベクトルが減衰するこ
とは避けられない。

そこで管路の途中でも半径方向のベクトルを補給するこ
とができれば、螺旋流体流の持続距離は延長される。

管路の途中で半径方向のベクトルを与える一つの方法は
、長い管路°の途中に適宜間隔をおいて第９図のように
構成した未発Ｉｌｌ装置をブースターとして使用するこ
とである。Ｉ！ｌち第１の管路９１の末端を、１曽■隙
側から見て外すぼみコーン状に形成した補助筒２を有す
る本発明装置に接続し、さらに第２の管路９２に接続す
ればよい。

また管路の途中で半径方向のベクトルを補給する他の方
法として、弾力性を有する材料、例えばプラスチックチ
ューブとかゴム管（又はゴム内張管）で管路を構成する
と、弾力性のある管路は使用中゛ト径方向への伸ＴＭ運
動を伴ない半径方向のベクトルを１Ｆえるので、本発明
装置に弾力性を有する材料でＪｌｉ成されている管路を
接続すると、螺旋流体流の持続距離は延長される。

実施例１ 第１０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管路に爪直部分９３を設け、第
４図に示した形状の装置を用いて生成させた螺旋気流が
下部からＦ一部へと流れるようにする。

第４図に示した形状の装置の被搬送物供給管８から合成
樹脂ペレット（径５ｍｍ、長さ５ｍｍの円柱状）を送入
すると、気流速度が部分に速い場合にはペレットはこの
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改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１θ図のＡ
−Ａ′の位置に留り、その連動が肉眼で観察できるよう
になる。第１１図は第１０図のＡ−Ａ’線における断面
図であるが、ペレット９４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ペレットは、Ｌ方へ飛び出し、や
や上部の釣合点Ｂ−Ｂ’　へ移動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９４は管内壁９５に
直接接触してはいない、即ち管内壁９５に近い部分には
旋回流に広く遠心力により圧縮ごれた気層９６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Ｆ、ミクロンオーダーの厚み
である）、従ってペレットは環状気層との境界部分で螺
旋気流のＬ向きベクトルとｔ力のド向きベクトルの釣合
のもとに、一定モ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、ベレー。

ト自身も螺旋流を描きつつ出口方向に進むことは容易に
理解できるであろう。

この状態から徐々に東直管を斜めに傾けてゆくと、一定
ｆ面で旋回していたペレットは旋回を続けなからＬ　’
；Ｌ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、急激に吸い込ま
れるように出口方向（この場合−Ｌ二方）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［１を大気に解放した反さ２００ｍの管路を敷設し
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［」に第４図のような構造の装置を設け、管路にお
けるモ均気流速度が２６ｍ／秒になるようにした。

■筒のの軸方向に挿入した被搬送物供給管８から実施例
１で用いた合成樹脂ペ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ところ、ペレ
ットが螺旋を描きつつ出ｒ１方向に進行していることを
確認できた。

ざらに管壁に近いところで運動しているペレットに比べ
て、管の中心に近いところを通るペレットは速度が速く
、追い抜さ現象を示していることが？ｉ！！察できた。

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なかった。

実施例３ 第２図に示したような補助筒２の外側を閉鎖した構造の
本発明装置を使用し、二次流体導入管５を水タンクに接
続し、加圧流体供給管７から加圧水を送入して透明管路
内に螺旋水流を形成させ。

被搬送物供給管８から米粒を送入したところ、米粒は旋
回運動をしながら管路出口方向へ進行するのが観察され
た。

発明の効果 （１）本発明装置を用いることにより管路内に安定な螺
旋流体流が容易に生成される。

（２）本発明装置により生成した螺旋気流を用いて固体
粒子の搬送を行なうことができ、かつ管路内１ｖには圧
縮された環状の気層が形成され輸送中の固体粒子は直接
管壁に接触するのを抑制するので、配管材料には殆ど摩
耗を生じない。

（３）環状気層が存在するため、搬送される固体粒Ｙ−
は管路を構成する配管材料に直接接触していないので、
搬送終了後の配管内面は特定の物質によって１り染され
ることなく、異なる種類の固体粒子に切り換えて搬送を
行うことが容易である。

（４）従来の空気輸送技術では輸送困難な大きな固体粒
子を輸送することができる。

（５）輸送のほか、粉砕、乾爆、研削等、新たな応用面
が開ける。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の構造の一例を示す図、第２図は第
１図に示したタイプの装置に生成した螺旋流体流に物体
を供給するための被搬送物供給管を設けたもので、実施
例３に使用した装置の図、第３図は本発明装置の構造の
他の例を示す図、第４［Ａは第３図に示したタイプの装
置に生成した螺旋流体流に物体を供給するための被搬送
物供給管を設けたもので、実施例１及び２に使用した装
置の図、第５図、第６図、第７図及び第８図は未発ＩＩ
装置における細隙付近の構造を示す部分拡大断面図、第
９図は管路の途中におけるブースターとして使用する本
発明装置の図、第１０図及び第１１図は本発明装置によ
り螺旋気流が生成していることを確認する実験の説明図
で、垂直な透明プラスチックチューブの一部を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　管路の径より太い径の部分を有する主筒の太い径側
   の端に環状の細隙を介して補助筒が接続され、その環状
   の細隙の主筒側の壁面は滑らかに湾曲して主筒の内壁に
   移行し、細隙の補助筒側の壁面は折れ曲がって補助筒の
   内壁に移行するように形成され、主筒の反対側の端は次
   第に径せばめて管路径に等しくなるコーン状に形成され
   て管路に接続される構造を有すると共に、前記環状の細
   隙の外側に加圧流体を供給する手段を備えていることを
   特徴とする管路に螺旋流体流を生成させる装置。 ２　主筒と補助筒との接続部における環状の細隙の幅が
   任意に調節できる構造となっている特許請求の範囲第１
   項記載の管路に螺旋流体流を生成させる装置。 ３　補助筒の外側から主筒の軸方向に被搬送物供給管が
   挿入されている特許請求の範囲第１項又は第２項記載の
   管路に螺旋流体流を生成させる装置。 ４　弾力性を有する材料で構成されている管路に接続さ
   れている特許請求の範囲第１項、第２項又は第３項記載
   の管路に螺旋流体流を生成させる装置。