JPS6048473A - 揮発成分を含む粉体又はスラリ−を乾燥又は濃縮する方法 - 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】 Ｃ゛１」的及び背景） 本発明は揮発成分を含む粉体又はスラリーを乾燥又は濃
縮する方法に関するものであり、使用エネルギーが少な
く効率の良い方法を提供することを［］的とする。

木発明者等はこれまで螺旋気流を用いる粒塊の輸送力法
に関する研究を行って来たが、その研究過程において、
揮発成分を含む粉体又はスラリーを螺旋気流中に送入す
ると乾燥又は濃縮が行われることを見出し、本発明を完
成するに全った。

まず説明の順序として、木発明者等が研究中の螺旋気流
を用いる粒塊の輸送方法について説明する。

１１：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、家屋さえも空中へ吸いトげで廣な′る
地ヘヘ落Ｆさせ、大きな被害をもたらすことはよく知ら
れている。１１木においても、それほど強力かつ大規模
ではないが、打穀、魚、川などを吸いＬげて遠方に降ら
せる、いわゆる＋″４−＋：Ｍ４−＋：Ｍ現象いる。

かかる自然現象は不特定地慌て不時に発ノ↓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しめ
設定した特定の場所の間における安定な・・”場ノ：と
じて存在させることかできれば、それを利用して物体を
輸送することかｏｆ能になる。

本発明者等はこのような発想に基いて安定な芭巻類似現
象を生成させる試みを行った。

そこでまず竜巻そのものについて考察すると、その本体
は」−Ａする気流塊であり、上昇速度が増８１；するに
従ってその中心部分は低圧Ｉ比する。このｌＬｋ　）＋
一部なＬ１指して周囲から空気が流入し、この流込する
空気によりその気流塊は旋回し始め、その回転に伴う遠
心力により中心部はさらに低圧化して、プらに多くの空
気を引寄せて旋回は一層加速されるようになる。

１′α巻の場合は熱上昇気流であるが、空気を管路に強
制的に高速で進入すれば同様に旋回流を発生するかとい
うと、−［業師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とを通じて断熱膨張的に
圧力落差のある状態で送入しｊ−のでは乱流を生じるだ
けで安定な旋回流は生じない。

そこで本発明者等はさらに研究を重ねた結果、本質的に
管路の長袖方向のベクトルのみをｔｉ−えた気流を管路
に送入し、気流へ）・均速度を２０ｍ／抄以七とするこ
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か形成され、そ
の螺旋気流域に粒塊を供飴することにより粒塊の輸送を
行うことかできるのを見出した。

更に具体的に説明すると、本質的に管路の長袖方向のベ
クトルのみを与えた気流を管路に送入するということは
、沓０図的に回転連動を促すようなベクトルを一切グ、
えることなく、また管路込［〕で急激な膨張を生じさせ
ることもなく、いわば管路の長軸方向にピストンフロー
のような状態で％流か滑らかに流線を乱さずに送入され
るようにすることを意味する。それゆえ送入気流に脈動
があることも好まし、くない。また軸方向に渦を巻（よ
うな現象もなくすために、ブロワ−等から導かれた気体
を管路に送入する部分は管径か急激に拡大又は縮小する
ような構造を避ける。

このような状態で送入した場合、気流はそのままピスト
ンフローの状態を保ちつつ出「］まで進行することか予
想されるが、気流平均速度を２０ｍ／秒以封とした場合
には管路に安定な螺旋気流かノＬ成することを見出した
。

このような条件ドでは管路人口から数Ｊ−ｃ　ｍ以内で
既に省路断面に対しては旋回流をなしつつ管路長袖方向
に進行する螺旋気流が生成していることか確認された。

もちろん中累旋気が仁そのものは気体であるから肉眼で
は直接観察できないか１次に辿＼る実験により螺旋気流
の存在を確認できる。

この基音、管路出口が大気に解放されている蒔は省路人
［］の圧力がゲージ圧で１Ｋｇ／ｃｍ２を越えることは
ない。

実験１ 第】図に示すように、内径１．５インチの透明プラスチ
ンク壬ユーブを用いた管路１に垂直部分を設け、前記の
条件に従って送入した気流が下部から上部へと流れるよ
うにする。そこで管路入口から合成柑脂ペレント（径５
ｍｍ、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Ｉ・はこの事項管路を一ト一
部がら上部・＼瞬間的に通過するか、気流速度を調節し
てベレフトに１動く重力によるド向きの・＼りトルと気
流にょる」二向きのベクトルが釣合うようにすると、ペ
レツトは垂直管中の一定位置、例えば第１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２図は第１図のＡ−Ａ′線におりる断面図であるが
、ペレソＩ・２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／％′部分を手で押えてせばめてやる
と５　この部分の流速が増加するのでペレット１才１ニ
ブＪへ飛び出し、ややＬ部の釣合点Ｂ−Ｂ′へ移動して
この断げ１１での旋回連動を続行する。この場合ベレフ
ト２は管内壁Ｊ１に直接接触してはいない。即ち管内壁
１１に近い部分には旋回流に基〈遠・ｂカにより圧縮さ
れｊ−気層３が環状に形成されている（Ｉ￥１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
５　ミクロンオーグーの厚みである）。従ってペレンＩ
・は環状気層との境界部分で螺旋気流の」ニ１１１］き
ベクトルと重力の下向きベクトルの釣合のもとに一５ｒ
ｌ　’ｌｉ面で螺旋気流の回転ベクトルにより旋１−ｑ
ｌしている。この釣合状態から気流の流速を増せは　ペ
レッ］自身も螺旋流を描きつつ出「１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垂直管を斜めに傾けてゆくと、一定
・Ｐ面で旋回していたベレントは旋回を続けなから上刃
を開始しく即ちピッチの短い螺旋流を描くことになる）
、管の傾きか有る限度に達すると、急激に吸い込まれる
ように出口方向（この場合に方）へ飛んで行き見えなく
なる。

−Ｕ験２ 内７ｐ　１　、５インチの透明プラスチンクチューブを
「Ｈいて、出■１を人気に解放した長さ２００ｍの′６
・路を敷設した。管路は途中にカーブや若干の高低なイ
１していた。管路入１」に第３図のような構造のフィー
ター４を設け、空気送入管４１から送入された空気か管
路の軸方向に乱れのないピストン流となり、そのまま徐
々に縮小されて管路入ｔコ１２に達するようにし、管路
における平均気流速度が２６１ｍ／秒になるようにした
。この時の管路入口部のケージ圧（゛オＯ，ＬＫｇ／ｃ
ｍ２であった。

フィーダー４の軸心に沿って挿入した粒塊導入管４２か
ら実験ｌ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Ｉ・ロホライトで１ｊ（１゜らして観察
したところ、ペレッ）・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。

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ぺ１／・・ト１オ速度
が速く、追い抜き現象をポしていることが観察できた。

よ１ここの実験を長時間続けたにも拘らず、ブラズチリ
クチューブの柔らかい内壁に錫は全くつがず、ぺ１／ン
トが内壁に直接接触していないことも確認できた。

以りの実験から明らかなように、管路内部には安定な螺
旋気流か形成されている。螺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１オ外側に投げ出される結果、管内壁に
泊ってＥＥ縮された薄い気層を形成し、内部は気体密度
が低くなる。この気体密度が低い部分において螺旋気流
が存在しているのである。しかも実験２から推定される
ように、！！旋気流の管軸方向の進行速度は管の中心部
に近つどほど速くなる。一方気体雀度は管の中心部に近
づくほど小さくなる。このようにして管内の各部におい
てＦ場のエネルギー」とｆ？動（７）エネルギー」の合
計１が一定になるようなパラ〉′ス状態が保たれている
ものと推定される。

木質的に管路の長袖方向のベクトルのみを与えた気流を
一定速度以上で管路に送入しただけで何７ｉＱに回転方
向のベクトルが発生するのかということは、まだ理論的
に説明し得る段階には達していない。台風などの場合に
は、七Ａ気流に対して地球の自転の力が働いて回転流を
発生させると説明されているが、本発明の場合において
は必ずしもその理論を適用することは出来ない。螺旋気
流の廻る方向、即ち春巻か左巻かは、時により異り一定
していない（竜巻の場合も春巻と左巻かあるという）。

現段階で計えることは、現実に管路に螺旋気流が発生し
安定に存在していること、旋回連動の結果生ずる遠心力
の影響及び軸方向の運動に伴なうコリオリのカも加わっ
て気体粒子は外側へ投げ出され大部分が′ｉｉｌ＋壁に
沿って薄い動きの少ない環状の気層を形成していること
、管の中心部に近いはと気圧が低イ又気流進行速度も速
いこと号である。

現段階においては推定の域を出ないが、気体零☆子は遠
心力により管壁に押しく−１けられてはいるものの、管
軸、即ち旋回軸の最も気圧の低い部分に向って常に流れ
込もうといラポテンシャルを有しており、現実に分子レ
ベルで１士そのような動５を生じていることは予想でき
る。これは丁度竜巻の中心や台風の目に四方がら空気が
流れ込む動きと同様であり、管路入口の僅かな形状の差
によって発生した回転方向のベクＩ・ルがこの為に強調
されて安定な螺旋気流を生成するのではないがとも考え
られる。

そこでその螺旋気流域に粒塊を供給すれば、粒塊も螺旋
を描きつつ気体密度の薄い部分を通過する。管内壁とは
圧縮された気層で隔てられてＩ７）るので、粒塊が硬い
ものであっても管内壁を傷つ（することはない。この、
壱が従来の各種空気輸送方法とは人きく異なるところで
ある。

さきに、螺旋気流の場合は管路人口と管路出口との差圧
はＩＫｇ／Ｃｍ２を越えることｉｔなｕ〜と述＼たか、
この点について更に詳細に説明する。

？【り・路人１−１と出口との差圧は、主として管径、
管路長、気流速度の関数になる。近似曲に言えｉｆ、管
路長が２倍になれば差圧は２倍になり、また気ｍ速度を
２倍にしても差圧は２倍になる。逆←こ管件が大きくな
れば差圧は減少するブＪ同になり、管１イか小ざいうち
は管径の２乗に反比例して減少するか、管径か大になる
につれて影響度は小さくなる。

螺旋気流の発生条件として平均気流速度を２０ｍ　、／
秒置４〕にするということを述−＼たか、これＶＬｆ・
”ｆ塊をごく少品、実験的に供給して螺旋流の存イＥを
確認した場合の下限の値であり、粒塊を多Ｎにイ共ル１
）シた場合には途中でスタグネーションを起す危険があ
る。従ってＴ業師実用限界としては少なくともその１割
増しの数字、即ち２２ｍ／秒以トとするのか好ましい。

１り勾配を有する管路で粒塊を輸送する場合には、更に
高めに設定した方がよい。平均気流速度“を高めれば螺
旋気流の安定性が増し、大きな、または徂い粒塊の輸送
が容易になるが、その反面入口圧がそれに比例して増加
するので、管路長、即ち輸送距離が短くなると共に必要
な動力も増加するというマイナスも生しる。

管路入口のフィーダーは、木質的に管路の長軸方向のベ
クトルのみを榮えた気流を管路に送入できる構造にする
必要があり、その１例を第３図に示す。フィーター４は
直管状で、その一端は閉鎖されており、その閉鎖端４３
に近い場所にブロワ−などから送られた気体の送入管４
１を設ける。

使用する気体は多くの場合空気でよいが、粉塵爆発の危
険が予想される場合などは窒素等の不活性カスを使用す
る。フィーダーのＶ径は最初から輸送管路ｌと同じ径で
あってもよいが、第３図のように気体の導入部は管路よ
り太くし、徐々にローｒ４４状にせばめて管路１と同し
管径にして接続するのが効果的である。ロート部の形状
は一葉双曲面回転体状とするのが最も好ましい。さらに
フ４−ダー４の管軸に沿って、閉鎖端側から粒塊送入管
４２を挿入設置する。送入管４１から送り込まれた気体
はフィーダー内壁と粒塊送入管４２の外壁との間の環状
通路を通って平行流となり、管路式＋：＋　１．２に向
う。このような状態でフィーダーの出口から管路入口に
かけて螺旋気流が発生するので、その螺旋気流域に送入
管４２から粒塊を供給すると、その粒塊は生成した螺旋
気流に乗って目らも螺旋流を描きつつ出口方向に向う。

また丁度管軸部に供給された粒塊は殆ど直線状に非常な
　、速度で管路の出口に向う・ 本発明者等は、上記の輸送試験を実施中に揮発取分を含
む粉体又はスラリーを螺旋気流中に送入したところ、管
路の出口において管軸に直角の位置に設置した受面に固
化物または濃縮物が堆積することを発見し本発明を得る
に至った。

（構成） 即ち本発明は、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５ｉ４な螺旋気流な形
成させ、その螺旋気流域に揮発成分を含む粉体又はスラ
リーを供給することよりなる揮発成分を含む粉体又はス
ラリーを乾燥又は濃縮する方法である。

上記発明方法により、螺旋気流が形成された管路内にお
いて既に乾燥又は濃縮が行なわれるが、さらに管路内に
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形成させ、その螺旋気流域に揮
発成分を含む粉体又はスラリーを供給し管路の出１１か
ら管軸に直角又はほぼ直角に設置した受面に噴射させる
と、乾燥物又は濃縮物を堆積物として分離できる。

本発明の原理について考察すると、既述のように螺旋気
流が形成されている管路においては螺旋気流の回転軸、
即ち管軸に近い部分はど気体密度が小さく、中心部分で
は真空に近くなっている。

そこでこのような螺旋気流域に供給された揮発成分を含
む粉体又はスラリーは管路を出口方向に移動中゛帛に減
圧雰囲気ドにあるので、含有している揮発成分は気化し
、ａ縮又は乾燥が行なわれる。

粉体ｔたはスラリー山に含まれる揮発成分としては管路
内の減圧雰囲気で気化し得るものならば何でもよく、水
、溶剤、あるいは生体組織の細胞１ｉ２内の水分でさえ
も浸透圧の効果を利用して気化させることかできる。

この際気化した揮発成分は気流の旋回運動に巻き込まれ
て、管路入口から送入した搬送用′ＡＩＩＬの気体分子
と同様に遠心力により管内壁に圧縮されるのて、管路の
中央部は常に減几状態を保ちつづけ、揮発成分の気化は
管路の全長にわたって進行する。

従って揮発成分の気化が進行するに十分な時間を与える
だけの管路長を設定すれば、強度の濃縮又は乾燥を行な
うことができる。

そこで管路出口を自由空間に解放すれば、乾燥固化物は
粉体として、また濃縮物は湿った粉体または濃スラリー
状で回収される。

さらにここで、管路の出口から若干の距離を隔てて管軸
に直角またはほぼ直角に設置した受面に噴射させると、
その受面上に堆積物を生しる。この堆積物は巾電旋気流
を自由空間に解放して得られた乾燥物またはＳ縮物より
もさらにコンパクト化されている。

これは管路用［」で管壁による制約から解放された螺旋
気流は直ちに拡散するのではなく、ロー１・状に広がる
一方、重い固体粒子成分は省軸方向に進行して管軸に直
角またはほぼ１白角に設層された受面に衝突し堆積する
が、その堆積は真空に近い減圧下で行なわれるので固体
粒子間には気層が殆と存在せず粒子と粒子とか密着し強
固な結合状態を作り出すためと思われる。

管路出口と管軸に直角またはほぼ直角に設置される受面
との間隔は、理論的には１ｃｍ以下の至近距離でもよい
が、受面で反射された気流かバックフローとなって管路
内の螺旋気流に影響を与えないようにすること及び堆積
物が管路出口を閉塞しないようにすることを考慮すれば
概ね５ｃｍ以上とすることが好ましい。

また間隔の」ユ限は螺旋気流が拡散してしまし）減化状
態が保てなくなる点か限界であり、これは管径挾υ気流
平均速度により１なるので一部に定められないか、大き
くすることによる利点は特１こないので、必要とする堆
積物の大きさや装置全体のレイアウト等を考慮したＬで
なるべく小さめに設定する方かよい。

また受面を固定せずに面方向に移動するような構造にし
ておけば、堆積物を連続的に外部へ取り出すことかでき
る。また受面の形状は平面に限られるものではなく、適
当な形状のくぼみを多数設けＩ−形状にし、ぞのくぼみ
からあふれた余分なものを掻き取るようにしておけば、
そのくぼみの形状に応した固化物、例えばタブレット状
のものを取り出すことかできる。

本発明の方法は、既に揮発成分を含んでいる粉体または
スラリーの乾燥またはＳ縮に用（・られるたけでなく、
粉体に７へインター性を有する揮発成分を加えて本発明
方法を実施することにより粉体なさらに大きな塊状物と
して得るために用いることもできる。この際添加するパ
イングー性を有する揮発成分としては、水または管路内
の減圧雰囲気で少なくともその一部が気化し得る成分、
例えば有機溶剤、粘着性組成物、重油ミスト等対象に応
じて選べばよい。

実施例１ 内径１．５Ｃｍ、長さ２ｍの水道用ゴムホースを（史用
し、直径１５ｃｍのパイプから徐々に径が細くなるよう
にして上記ゴムホースに接続し、毎分１．４２Ｎｍ３の
割合で空気を送入して、ゴムホース内に螺旋気流を形成
させた（気流平均速度１３４ｍ／秒）。この時の入口空
気圧は０．０２５　Ｋ　ｇ　／　ｃ　ｍ　２であった。

ゴムホース人口側から螺旋気流域に９５〜９９％の水分
を含むヘドロを供給したところ、含水率約５０％のａ縮
物が得られた。この濃縮物について再度同じ装置と同じ
条件で本発明を実施したところ含水率は３０％に低「し
た。

実施例２ 実施例１と同じ実験装置を使用し、ゴムホースｉｌ：　
ＩＩを水平とし、出口から５ｃｍ離してカラス板？垂直
に設置した。実施例１と同じ条件で空気を１Ｌ人し、そ
の螺旋気流域にへインターとして３０％の水を加えたコ
ーヒー粉末を供給したところ、由り−」のカラス板上に
コーヒーが山状に堆積した。

での山を削り取りモース硬度をｆｆ１１１定したところ
、１〜２であった。また水分は１５％に減少して（，１
１こ。

実施例３ 実施例２と同じ装置と同じ条件で漢方薬力・ンコン湯粉
末に３０％の水を加えたものを供給したところ、モース
硬度１〜２．含水率１５％の塊を得た。

実施例４ 実施例２と同じ装置と同し条件で、２００メ・。

シュ以丁の石炭粉末にパインターとして重油ミス１を２
５〜３０％加えたものを供給したところ、モース硬変３
の石炭塊を得た。この石炭塊中の揮発成分は１２〜１５
％であった。

実施例５ 実施例２と同じ装置と同し条件で、関東ローム層の土に
３０％の水を加えたものを供給したところ、モース硬度
４〜４．５の固い土塊を得た。含水率は５〜６％に減少
していた。

なお上記各実施例では、木質的に管路の長軸方向のベク
トルのみを与えた気流を管路に送入し、気流ｆ均速度を
２０ｍ／秒以にとすることにより螺旋気流を形成させた
か、数十ｍ以内の長さならば管路入口で管の内周の切線
方向から高速で気流を送入する方法でも螺旋気流が形成
される。これはサイクロン等で使用されている方法であ
り、そのような方法を用いてもよい。

（効果） （１）加熱装置または真空装置を用いることなく揮発成
分を含む粉体またはスラリーを乾燥固化または濃縮する
ことかできる。

（２）熱に弱い、あるいはＩａ縮すると粘度が高くなる
ものの乾燥または濃縮に適している。

（３）粉体から、あるいはスラリーから粉体を経て、塊
状物を作ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は垂直管路で下からトヘ流れる１裸旋
気流を形成させた時に、小さな粒体が同一」・面で旋回
遅動を行うことを説明するための図、第３図は管路メロ
へ気流及び粒塊、粉末、スラリー等の供給を行う為のフ
ィーターの構造の１例を小す説明図である。 キシ許出願人　堀　井　精　２ 同　４：Ｊ　ｌ’）Ｉ　Ｎ詮 代理人　弁理士　青　麻　昌　二 第１１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｌ　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形成させ、その螺
   旋気流域に揮発成分を含む粉体又はスラリーを供給する
   ことよりなる揮発成分を含も粉体メはスラリーを乾燥又
   は濃縮する方法。 ２　管路内に管路断１ｆＩ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中（旋気垢を形成させ、
   その螺旋気随域に揮発成分を含む粉体又はスラリーを供
   給し管路の出口から管軸に直角又はほぼ直角に設置した
   受面に噴射して乾燥物又は濃縮物を受面に堆ｆｈさせて
   分離することよりなる特Ａ′ｉ請求の範囲第１項の方法
   。