(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
使用時に上部管状側壁として配置される内側側壁部と、プラスチック粒体材料のための吐出し口を有する先細りした下部と、細長い挿入物とを備える、マスフローをその中に確立することによってプラスチック粒体材料を処理するホッパー構造体であって、前記挿入物は、流体密封上部と、ホッパーの前記先細りした下部に配置され且つ前記上部の反対側を向いている円錐を有する下部とを備え、前記上部は、垂線に対して角度λ≧０で、円錐を有する下部の前記上部を向いている底面に接続される位置から少なくとも上部管状側壁の半分まで軸方向に延在し、
前記ホッパーの前記先細りした下部は、先細り角度を有する少なくとも１つの側壁を備え、前記円錐を有する下部は、前記ホッパーの前記先細りした下部の先細り角度より小さな先細り角度を有し、
乾燥すべき粒体材料のための上部空隙が、前記内側側壁部と前記挿入物の上部の間に画定され、下方円錐状空隙が、前記先細りした下部と前記挿入物の下部の間に画定され、前記挿入物が前記下方円錐状空隙への高温乾燥空気のための少なくとも１つの出口を備える、ホッパー構造体。
【請求項２】
前記ホッパーの前記下部の先細りした側壁と前記挿入物の前記下部の表面との間の最小間隔は、前記粒体材料内に少なくとも１つの遮断円弧を形成させる臨界間隔よりも長い、請求項１に記載のホッパー構造体。
【請求項３】
前記挿入物の前記下部の裁頭円錐部は、穿孔されている、請求項１に記載のホッパー構造体。
【請求項４】
前記挿入物の前記上部は、下部の反対側を向いている円錐を有する円錐又は裁頭円錐形状を有する、請求項１に記載のホッパー構造体。
【請求項５】
前記挿入物の前記上部は、一定の断面を有する管状である、請求項１に記載のホッパー構造体。
【請求項６】
前記挿入物の前記上部は、一定の断面を有する管状部分を備え、円錐又は裁頭円錐上端部で終結している、請求項１に記載のホッパー構造体。
【請求項７】
前記円錐又は裁頭円錐上端部の頂点と前記ホッパーの投入口とは近接している、請求項６に記載のホッパー構造体。
【請求項８】
前記挿入物の前記上部は、一定の断面を有する管状部分を備え、前記挿入物の前記円錐を有する下部を向いている凹部を有する凹状の上端部で終結している、請求項１に記載のホッパー構造体。
【請求項９】
前記凹状の上端部は、半球形であるか、又は、上端における半球形の部分を支持する裁頭円錐部によって形成されている、請求項８に記載のホッパー構造体。
【請求項１０】
前記挿入物の前記上部は、高温乾燥空気源と流体的に通じて接続可能である、請求項１に記載のホッパー構造体。
【請求項１１】
使用時に上向きで且つ前記挿入物に沿って所定高さに配置される円錐を有する少なくとも１つの裁頭円錐状突起が、前記挿入物の断面が一定である部分に沿って設けられている、請求項５に記載のホッパー構造体。
【請求項１２】
各突起の先細り角度は、臨界角よりも小さく、したがって、様々なホッパーの高さにおいて粒体材料の下降速度に不連続を生じさせる、請求項１１に記載のホッパー構造体。
【請求項１３】
少なくとも１つの中空裁頭円錐状突起が、前記挿入物の前記下部の裁頭円錐部に沿って設けられており、各突起は、使用時に、上向きで且つ所定高さに配置された円錐を有すること、を特徴とする請求項１に記載のホッパー構造体。
【請求項１４】
各突起の先細り角度は、ゼロ以上であり、したがって、前記下部の前記裁頭円錐部と接触しているか又は近接している粒体材料の下降速度を減速させる、請求項１３に記載のホッパー構造体。
【請求項１５】
前記挿入物の前記下部は、前記粒体材料に対する内側側壁の摩擦係数よりも大きい、粒体材料に対する摩擦係数を有する材料から作られている、請求項１に記載のホッパー構造体。
【請求項１６】
前記内側側壁の摩擦係数は、前記挿入物の前記下部の摩擦係数よりも小さい、請求項１５に記載のホッパー構造体。
【請求項１７】
前記挿入物は、スペーサによって前記下部の裁頭円錐部において前記ホッパーの内部に支持されている、請求項１に記載のホッパー構造体。
【請求項１８】
前記ホッパーの前記吐出し口を向いている円錐を有する裁頭円錐形状を有し、且つ、前記下部の裁頭円錐部と前記ホッパーの前記先細りした下部との間に配置されている補助的な中空挿入物要素を備える、請求項１に記載のホッパー構造体。
【請求項１９】
前記補助的な中空挿入物要素は、スペーサを用いて支持されている、請求項１８に記載のホッパー構造体。
【請求項２０】
請求項６に記載のホッパー構造体を配置する工程と、粒体材料をホッパー内に投入する工程とを備えるホッパー内の粒体材料の下降流の制御方法であって、前記ホッパーの内側側壁に近い前記粒体材料が、前記挿入物の前記円錐又は裁頭円錐上端部と前記管状部分との間の接合部の高さにおよそ到達する量に保たれる、ことを特徴とする制御方法。
【請求項２１】
前記請求項１〜２０のいずれか１項に記載のホッパー構造体を用いて、マスフローをその中に確立することによってホッパーで粒体材料を処理する方法であって、
前記上部空隙にプラスチック粒体材料が投入されるステップと、
前記円錐状空隙へ高温乾燥空気を供給し、それによって、該高温乾燥空気を前記ホッパー構造体の上端に立ち昇らせるステップと、
前記プラスチック粒体材料の前記ホッパー構造体内での均一な下降を起こさせるステップと、からなる粒体材料を処理する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遊離材料（ｌｏｏｓｅ  ｍａｔｅｒｉａｌｓ）、特に粒体材料を収容して処理するホッパー構造体に関し、特に取出し段階において、収容される粒体材料の挙動に影響を与えるように設計された挿入物を装備しているホッパー構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
本明細書及び特許請求の範囲における「ホッパー」という用語は、その上端が開放又は密閉されている（この場合、サイロと称されることもある）任意のタイプの容器に言及する。ホッパーは、例えば、円形、正方形、又は矩形断面等、断面が様々な形状に形成されており、適切な排出バルブによって通常制御される適切な吐出し口が設けられた先細りの排出部を有する底部において終結している。ホッパーには、通常、その上端部において遊離材料が投入され、その中に詰められた材料が、その先細り部からなる底部における吐出し口を通って吐き出されることは周知である。
【０００３】
ホッパーに投入された材料を取り出す段階において、遊離材料の下降流は、一般に、「マス（ｍａｓｓ）フロー」又は「ファンネル（ｆｕｎｎｅｌ）フロー」の２つのタイプである。
【０００４】
「マスフロー」が確立すると、ホッパー内部の全ての材料が、優先的な流路を形成することなく均一に下降する。換言すれば、ホッパーの正断面平面におけるホッパー内の様々な粒体の速度ベクトル係数（ｍｏｄｕｌｉ  ｏｆ  ｓｐｅｅｄ  ｖｅｃｔｏｒｓ）は、互いに同一でないとしても非常に近似している。
【０００５】
「ファンネルフロー」が確立すると、その代わりに、ホッパーの正断面に沿った様々な粒体の不均一な速度ベクトル係数が生じる。より具体的には、同一断面におけるホッパーの中央部における速度ベクトル係数は、ホッパーの側壁に近い粒体の速度ベクトル係数よりも明らかに大きい値を有する。この現象は、少なくともホッパーの中央部における材料内に、少なくとも１つの下降する優先的な流路が確立されているという事実を示している。
【０００６】
例えばプラスチック材料を粒体に変形する加工等（「粒体」は、破片や薄片等も含むことが意図される）、粒体の処理室としてホッパーが使用される適用例の多くにおいて、ホッパー内に投入された材料の「マスフロー」下降を保証することができることが不可欠である。
【０００７】
多くのプラスチック材料の加工において、非常に重要な処理は、プラスチック材料の粒体の脱湿、すなわち、「吸湿性」と称されるポリマー材料の粒体内からの水分の除去であることは周知である。比較的高温で加工される粒体材料の溶融の際に、粒体内に残留する可能性のあるいかなる水分もポリマー分子鎖内に入り込み、ポリマー分子鎖を破壊させる可能性があることから、吸湿性の粒体からの湿気の除去が必要である。鎖の破壊は、実に、発泡、気泡、不均一な発色、及び、その他の望ましくない現象がしばしば生じることから、低品質であっていかなる場合においても最適な機械的特性が大幅に劣る最終生成物をもたらすことになる。
【０００８】
脱湿される粒体プラスチック材料は、一般に、ホッパー内に高温乾燥空気（処理空気）を吹き込むように設計された、通常「ドライヤ」と称される高温乾燥空気発生装置と流体的に通じているように設置されたホッパーやサイロ内に貯蔵される。いったんホッパーの内部に入ると、処理空気は、脱湿されるプラスチック材料の粒体の全部又は一部を通って流れ、粒体から湿気を除去し、適当な排出ダクトを通ってホッパーから出る。
【０００９】
加工機械（プレス）内での溶融を後に受ける所定の粒体プラスチック材料の所望の脱湿度合いへの到達は、多くの要因に左右される。最も重要な要因の１つは、明らかに、脱湿ホッパー内における粒体材料の滞留時間である。処理される所定の粒体材料に必要な脱湿度合いに応じて、プラスチック材料の粒体は、所定の特定時間間隔（滞留時間）の間、ホッパー内に貯蔵される必要がある。
【００１０】
ホッパー内に投入された所定のプラスチック粒体材料の均一な乾燥を得るために、ホッパーの内部に均一に空気が分配されると仮定すると、粒体材料は、一般に、各プラスチック材料について固有で特有な滞留時間の間、ホッパーの内部に滞留する必要がある。
【００１１】
材料の全ての粒体についてホッパー内部における同一の滞留時間を確保するということは、粒体材料が脱湿ホッパー内を下降している間、粒体速度群の垂直成分が、ホッパーの正断面全体において一定であることを意味する。上述したように、この種の流れは、技術文献において「マスフロー」と称されるものである。
【００１２】
一方、ホッパーの側壁に近い粒体材料の減速又は堆積の形成（ファンネルフロー）、及び、他のよりホッパーの中央の領域における加速を引き起こす原因である流れ構成は、回避されるべきである。この種の流れ構成は、互いに湿度値が異なるプラスチック粒体の形成をもたらし、いったん加工機械（プレス）に供給されると、低品質の生成物をもたらす。
【００１３】
「マスフロー」タイプの下降流を可能な限り確保するために、特許文献１（クレイマー等）において開示されて説明されているように、ホッパー下部の先細り部の上部においてホッパー内に（上向き円錐を有する）中央円錐状挿入部材や細長管状挿入物を設けることが、既に提案されている。それは、底部が閉じている有孔挿入物であり、その上端部において高温乾燥空気が供給されるため、空気がホッパー内に投入された粒体材料の全体部分に関与することはない。また、そのような挿入物の下方であってホッパーの吐出し口の上方には、温度の連続的な下降のために粒体が湿気を吸収した場合に乾燥処理空気が到達しない「デッド」ゾーンが形成され、その結果、粒体が加工（成形）されて得られる生成物の物理化学的特性に影響を与える。さらに、望ましくない「ファンネルフロー」が、排出段階においてデッドゾーンに発生し、粒体が再度混合されるという結果をもたらす。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】米国特許第６４０５４５４号明細書
【特許文献２】米国特許第６１０２５６２号明細書
【非特許文献】
【００１５】
【非特許文献１】Ｒ．Ｍ．ネデルマン「粒体材料の静力学及び運動学」（ケンブリッジ大学出版局）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明の主な目的は、内部に投入された粒体材料を乾燥させ、ホッパー内、特にホッパーの底部の排出部における材料の下降流を制御するのに適した、ホッパー又はサイロ構造体を提供することである。
【００１７】
本発明の他の目的は、ホッパー構造体の内部に投入され、ホッパー内におけるその特定の材料についての理論上の最適な滞留時間に等しい又は近い下降時間の間に内部を下降するように設計された粒体材料を、脱湿又は乾燥させるホッパー構造体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
以下においてより明らかになるはずであるこれらの及び他の目的は、使用時に上部管状側壁として配置される内側側壁部と、吐出し口を有する先細りした下部と、細長い挿入物とを備える、粒体材料を処理するホッパー構造体であって、上記挿入物が、上部と、ホッパーの上記先細りした下部に配置され且つ上記上部の反対側を向いている円錐を有する下部とを備え、上記上部が、垂線に対して角度λ≧０で、下部の底面から少なくとも上部管状部の半分まで軸方向に延在している、ことを特徴とするホッパー構造体によって達成される。
【００１９】
本発明のさらなる特徴及び利点は、添付図面を参照した限定されない例示として与えられた、いくつかの現在のところ望ましい実施形態の以下の詳細な記述から、より明らかになるはずである。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１（ａ）及び図１（ｂ）は、ホッパー又はサイロ内を下降中の粒体材料の２つのタイプの流れ（ファンネルフロー及びマスフロー）を概略的に示す。
【図２】図２は、ホッパーの下部の先細り部に配置された軸方向円錐状部材として形成された挿入物が周知の方法で設けられたホッパー内を下降中の粒体材料の流れの挙動を概略的に示す。
【図３】図３（ａ）、図３（ｂ）及び図３（ｃ）は、ホッパーの略全長にわたって延在しており且つ様々なサイズからなる軸方向挿入物を備える本発明に係るホッパー構造体を概略的に示す。
【図４】図４は、円錐状端部を有し且つホッパーの略全高にわたって延在している軸方向挿入物を有する、脱湿ホッパーを装備した脱湿プラントの概略を示す。
【図５】図５（ａ）、図５（ｂ）及び図５（ｃ）は、円錐状端部を有し且つ本発明に係る脱湿ホッパー内に配置された異なるタイプの挿入物を概略的に示し、図５（ｄ）及び図５（ｅ）は、ホッパーの下部の先細り部を向いている凹部を持つ凹状上部を有する図５（ｃ）のものと同様の挿入物を図式的に示す。
【図６】図６は、２つの軸方向挿入物が設けられた本発明に係るホッパー構造体を概略的に示す。
【図７（ａ）】図７（ａ）は、中間部に一組の円錐台状フィン（ｆｉｎｎｉｎｇｓ）が設けられた中空軸方向挿入物を有する、本発明に係るホッパーの他の実施形態を概略的に示す。
【図７（ｂ）】図７（ｂ）は、下部の先細り部に一組の円錐台状フィンが設けられた中空軸方向挿入物を有する、本発明に係るホッパーの他の実施形態を概略的に示す。
【図８】図８は、双円錐状挿入物が設けられた、本発明に係るホッパーの特に有利な実施形態を概略的に示す。
【図９】図９は、図８のホッパー構造体の有利な変形例の概略図である。
【図１０】図１０は、断面が正方形の中空挿入物を有する、同じく断面が正方形のホッパー構造体の不等角投影図である。
【図１１】図１１（ａ）乃至図１１（ｅ）は、様々なタイプの挿入物を装備し且つ粒体材料が投入された５つの異なるタイプのホッパーであって、粒体材料の下降流の挙動を評価するために比較されるホッパーを概略的に示す。
【図１２】図１２は、図１１（ａ）乃至図１１（ｅ）のホッパーの実験的解析から得られたデータに関するグラフを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
添付図面において、同等又は類似の部分や部品は、同一の参照符号によって示される。
【００２２】
まず、図１（ａ）、図１（ｂ）及び図２を参照すると、脱湿若しくは乾燥ホッパー又はサイロ２，４，６内を下降中の粒体材料１の挙動が、原則的に、２つのタイプ、すなわち、いわゆる「ファンネルフロー」又は「マスフロー」からなることがわかる。ケンブリッジ大学出版局によって出版されたＲ．Ｍ．ネデルマン氏著のテキスト「粒体材料の静力学及び運動学」において、ジュナイク氏によって開示された理論モデルによれば、ホッパー又はサイロの内部を下降中の粒体材料の挙動は、原則的に、ホッパー内における粒体の流動力によって決まる。流動力に影響する（流動学的な）パラメータは、基本的に、所定の粒体材料に特有な内部摩擦角と、特定の粒体材料にまた特有なホッパー側壁との摩擦角の２つである。ホッパー側壁との摩擦角は、粒体材料がその重量のためにホッパーの内部で下方向に流れ始める際の傾斜角である。
【００２３】
一方、これらの２つのパラメータは、まずプラスチック粒体材料の性質、粒体の形状（構造）、ホッパー又はサイロが作られる材料の種類、及び、その他の多数の評価不可能な要因に強く依存する。
【００２４】
ジュナイク氏の既知の理論から、ホッパーの下部の傾斜（先細り）側壁又は複数の側壁のうちの１つが垂線と形成する角度αに応じて、また、上述した流動学的なパラメータに応じて、所定の材料が「マスフロー」又は「ファンネルフロー」に従ってホッパー内を下降する場合には、良好な近似値を算定することが可能である。
【００２５】
ジュナイク氏の理論によれば、ホッパー２の下部の先細り側壁の角度αが大きすぎる場合には、粒体材料１において優先的な中央下降流路が形成される（図１（ａ））。垂直側壁３に近接している粒体材料は、たとえホッパー２の下部の先細り部のかなり上方であっても、中央流路における粒体材料よりも極めて低速で下降する（ファンネルフロー）。粒体材料が全く下方向に移動しない、すなわち、恒久的に停滞する場所である淀み領域さえもが中央流路のまわりに形成される可能性がある。
【００２６】
これに代えて、図１（ｂ）のホッパー４では、先細り角度βは、ホッパー２の角度αよりも小さい。これにより、「マスフロー」タイプの粒体材料の下降流となる。すなわち、ホッパー４のどの正断面に関しても、全ての材料が略一定の速度で下方向に流れる。
【００２７】
古典的なジュナイク氏の理論によれば、粒体材料の均一な下降流を得るためには、粒体材料の流動学的な性質にしたがってホッパーの下部の先細り角度を選択する必要がある。実際、ジュナイク氏の理論は、材料が下方向に非常に流れ難い場所である淀み領域３の形成を事前に推定する際に有益である。しかしながら、脱湿プラントの場合には、ホッパー又はサイロは、互いに異なる流動学的な性質を有する様々な種類の粒体材料を脱湿するために使用されるということを考慮する必要がある。
【００２８】
したがって、「マスフロー」タイプの材料の流れを確保するために、処理される粒体材料の流動学的な性質に基づいてホッパー先細り角度の寸法を決めるという解決法は、少なくとも実用的な観点からは実行不可能である。
【００２９】
本技術分野において、ホッパー内の粒体材料の流れの挙動に影響を与え、可能であれば「ファンネル」から「マス」フローに変化させる目的で、他の解決法もまた提案されている。例えば、ホッパー６の先細りした下部においてホッパー内に上向き且つ軸方向に配置された、円錐部を有する円錐状偏向挿入物５を使用することがある（図２）。偏向挿入物５の機能は、粒体材料１の中央下降流を減速させることである。しかしながら、この解決法は、粒体材料１の真に均一な下降流を確保するには十分ではない。粒体材料は、ホッパー６の先細り側壁又は複数の先細り側壁と垂直側壁又は複数の垂直側壁との間の領域内の環状周辺部において、中央部の粒体材料よりもかなり低速で下方向に流れる。脱湿ホッパーにおいて、この現象は、異なる湿度レベルを有する粒体の望ましくない混合をもたらす可能性があり、既に述べたように、再混合が脱湿された粒体材料から得られる品物の性質に影響を与えることから、これは非常に望ましくないことである。
【００３０】
図３（ａ）、図３（ｂ）及び図３（ｃ）において示された本発明の実施形態において、断面が円形である３つのホッパー又はサイロ７ａ，７ｂ，７ｃは、それぞれ、好ましくは中空である挿入物８，９，１０を備えており、これら挿入物は、ホッパー又はサイロ内に配置されており、それぞれ、好ましくは各ホッパーの上端から均一な（筒状）断面を有する上部全体にわたって軸方向に延在し且つ（下向き）円錐状先細り部１１，１２，１３を有する底部において終結しており、それぞれ、各ホッパーの下部吐出し口１５ａ，１５ｂ，１５ｃの真上の領域に通じている。各挿入物８〜１０は、外径が各筒状上部と同一である底面１６，１７，１８をそれぞれ有する円錐状又は先細りした下部１１，１２，１３を有する。
【００３１】
このような構造にともない、ホッパー７ａ，７ｂ，７ｃにおいて、環状（筒状）空隙２０が、ホッパーの内側側壁と挿入物の外側側壁との間に画定され、ホッパーの上部筒状部と略同一の範囲に及び、それぞれ、吐出し口１５ａ，１５ｂ，１５ｃの真上に通じているテーパ状の先細り部（ｔａｐｅｒｅｄ  ｌｉｇｈｔ）２１を有する円錐状空隙で下向きに終結している。
【００３２】
構造的な観点から、各中空挿入物８，９，１０は、各ホッパーの上端（カバー）１９において係合しており、通常、ホッパーの２つの円錐部と挿入物との間にそれぞれ配置された１つ以上のスペーサ又はベアリング１４によって軸方向に位置付けられて保持され得る。図４を参照してさらに後述するように、必要に応じて、カバー１９において、挿入物８，９，１０は、ドライヤからの高温乾燥空気の入口のための開口部８ａ，９ａ，１０ａをそれぞれ有する。
【００３３】
粒体材料の脱湿処理において、脱湿される粒体材料は、各吐出し口１５ａ，１５ｂ，１５ｃが閉塞されている間、ホッパーの内部における所定高さに到達するまで、環状空隙２０におけるカバー１９内に又はその真下において各ホッパー７ａ，７ｂ，７ｃの上端に設けられた（図示されない）１つ以上の入口を介して投入される。通常、使用時の吐出し口は、下に設けられた任意の適切な種類のネジコンベヤ（ｓｃｒｅｗ  ｃｏｎｖｅｙｅｒ）と通じている。このコンベヤは、ホッパー内で処理された特定の粒体材料の滞留時間ｔｒの関数である量の粒体材料を連続的に運び去るように設計されている。他の適用例において、吐出し口は、連続的段階で開閉し、粒体材料加工機械（プレス）のバッチ供給量（ｆｅｅｄｉｎｇ  ｂａｔｃｈ）と同等の量の脱湿材料を各時間に排出する。したがって、脱湿粒体材料の適切な供給は、加工機械について確保される。吐出し口の周期的な開閉頻度は、脱湿される各プラスチック粒体材料について特有な滞留時間ｔｒに関連する。処理される粒体材料の各バッチ量は、同時にホッパー上端において供給される。
【００３４】
本発明に係るホッパー構造体における中空挿入物８，９，１０を提供することにより、ホッパー内に粒体材料の優先的な流路や静止領域を形成することなく、ホッパーの同一正断面において全ての粒体の略均一な下降速度を得るように、ホッパー内の粒体材料の下降流を制御することができる。
【００３５】
本技術においてこれまでに提案された挿入物は、ホッパーの先細りした下部においてのみ下降流を制御するのを可能としているが、これはホッパー又はサイロの略全長に沿って均一な下降流を得るには不適切で不十分であり、または、ホッパーの上部において流れを制御することができるようにしているが、これは、既に述べたように、吐出し口の上方にデッドゾーンを形成してしまう。
【００３６】
したがって、例えば、従来の構造による上向きの円錐部を有する円錐状挿入物５（図２）を設けることにより、既に述べたように、ホッパー内に「ファンネルフロー」の状態が生じる。換言すれば、したがって、ホッパー内で同一の高さに位置する全ての粒体について一定の下降速度は得られない。粒体材料の流動力は、既に述べたように、内部摩擦角及びホッパー側壁又は複数の側壁との摩擦角等、流動学的な性質によって主に決まる。そこで、挿入物の上部管状（円筒状）一定断面積の側壁がないと、ホッパーの中央上部に滞留する材料が、内部摩擦によってのみ影響を受けることが理解されるだろう。ホッパーの正断面における下降粒体の速度ベクトルは、一定にとどまらず、ホッパーの中央部における粒体とホッパー側壁の近くに位置する粒体との間で、速度ベクトルについて非常に様々なモジュール値を示す。
【００３７】
これに代えて、本発明の開示に係る形状の中空挿入物８，９，１０を使用することにより、ホッパーの異なる正断面における下降粒体の速度ベクトルは、ホッパーの各正断面において略一定のままである。
【００３８】
本発明に係る挿入物のサイズは、明らかに、ホッパーの寸法及び処理される粒体材料の種類によって決まる。
【００３９】
ホッパー寸法を同一とすると、本発明に係る挿入物は、様々なサイズを有することができる。本発明に係る挿入物８，９，１０の位置は、上記ホッパー７ａ，７ｂ，７ｃの内部傾斜側壁と本発明に係る挿入物の円錐部１１，１２，１３の表面との間の最小間隔ｄ１，ｄ２，ｄ３は、「臨界間隔」よりも大きくする必要があり、これにより１つ以上の円弧を発生させて円弧の上方に位置する粒体材料の吐出し口に向かう下降を止める。経験的関係は、臨界間隔がホッパー７ａ，７ｂ，７ｃの内部を流れるように設計された平均的な粒体の最大サイズの約７倍に等しいことを示す。
【００４０】
図３（ａ）、図３（ｂ）及び図３（ｃ）に示す本発明の実施形態において、各間隔ｄ１，ｄ２，ｄ３は一定であるのに対して、頂点が吐出し口１５ａ，１５ｂ，１５ｃを向いている円錐部１１，１２，１３のそれぞれの表面と、垂線若しくは各挿入物８，９，１０の上部円筒部の仮想延長線との間に定まる角度α１，α２，α３は、それぞれ変えられている。
【００４１】
粒体材料処理ホッパー内に配置される本発明に係る挿入物の有利な寸法の選択は、多数の要因によって決まる。角度及び最小間隔ｄ１，ｄ２，ｄ３に応じて、ホッパーの内部のサイズ寸法は、一定に保たれ、各環状間隔Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３に関して異なる稼働容量（ｗｏｒｋｉｎｇ  ｖｏｌｕｍｅ）が得られる。
【００４２】
以下に解説される実施テストは、角度α１，α２，α３の最大値において、ホッパー内の粒体材料の均一な下降流が得られることを示している。なお、ホッパー７ａ，７ｂ，７ｃの下部側壁の先細り角度α７よりも小さい図３（ｃ）の最大角度α３で最良の結果が得られる。
【００４３】
一方、サイズが同一である場合、角度α３が大きくなるほど環状間隔Ｌ３は小さくなり、したがって、ホッパー７ｃと本発明に係る挿入物１０との間の環状空隙の稼働容量は、角度α３よりも小さい角度α１，α２を有する本実施形態における稼働容量よりも小さい。このため、粒体材料が流れる稼働容量と、ホッパー内のそのような粒体材料の下降の所望の均一度合いとの間における正しい折り合いをつけるように、本発明に係る挿入物８，９，１０のサイズは、処理される粒体材料の種類の特定の要件を考慮して選択される必要がある。
【００４４】
図４は、粒体材料の脱湿及び／又は乾燥処理の実施に適した本発明に係るホッパーの実施形態を示している。プラスチック粒体材料を脱湿及び／又は乾燥させるプラントにおいて、ホッパー７は、加工機械（プレス）６０の上方に配置される。加工機械６０には、ホッパー７の吐出し口１５を介して排出された、脱湿及び／又は乾燥された粒体材料１が供給され、粒体材料を所望の製品へと変形させる。
【００４５】
ホッパー７は、下部の逆円錐部１３、すなわち、ホッパーの下部吐出し口１５を向いている頂点を有する逆円錐部１３と、中間円筒部と、上部円錐部２３とによって形成された中空挿入物１０を備え、下部、中間部、及び上部は、互いに流体密封されて接続されている。下部円錐部１３は、穿孔されており、すなわち、多数の小孔３０が形成されており、これらの孔は、ドライヤ５０からの高温乾燥処理空気をホッパー内に散布するように設計されている。ドライヤ５０は、ダクト２６を介して例えば上部円錐部２３において挿入物１０の上部に通じている入口８０まで、ダクト４０を介して接続されている。
【００４６】
ドライヤ５０からの加圧処理空気は、入口８０に流入し、挿入物に沿って流れ、下部円錐部１３の小孔３０を通り、その結果、挿入物とホッパーの内面との間の空隙に投入された粒体材料内に拡散され、ホッパーの上端まで、すなわち、上記ホッパー７の下部から上部へ上昇する。
【００４７】
必要に応じて、円錐１３の頂点（先端）を切り取ることによって円錐１３の下部から空気が出てくるようにすることも可能である。底部から上方向に粒体材料を横断してホッパーの上端に到達した後、排出される空気は、適切な空気出口７０を介して、ドライヤ５０に戻るダクト３０へ送られる。
【００４８】
挿入物１０の最適な寸法決定のために、既に述べた変数の他に、上部円錐部２３の表面とその軸との間の先細り角度α１０もまた、考慮されるべきである。
【００４９】
角度α１０は、処理される粒体材料の流動学的な性質を考慮して選択される。角度α１０が大きすぎる場合には、ホッパー側壁近くの粒体材料の下降速度は、上部円錐部２３の表面に近い材料の下降速度に対して速すぎるものとなる。
【００５０】
ジュナイク氏の理論を適用することにより、特定の粒体材料の均一な下降流を得るのに適した最大角度を見積もることができる。勿論、上部円錐部２３の頂点と粒体材料投入口１９との間の距離ｄ２３が一定に保たれる場合には、上部円錐部について選択された角度α１０に応じて、挿入物の中間円筒部の高さが変化する。一般に、ホッパー内部の粒体材料の下降流の均一度合いは、距離ｄ２３を短くすると高くなる。
【００５１】
使用時に、粒体材料がバッチ毎に、すなわち、断続的な投入によってホッパー７内に投入される場合には、挿入物１０の中間円筒部の高さは、挿入物１０の円錐部２３と中間円筒部との間の接合部がホッパー７の内側側壁に近い粒体材料と略同一の高さに位置するのが好ましい。
【００５２】
なお、実際には、投入口１９を介してホッパー７内に投入されるバッチ量の粒体材料は、ホッパー内に既に投入された粒体材料上に落下し、これにより、その粒体材料の流動学的な性質に応じた傾斜角を有する円錐を形成する。
【００５３】
したがって、粒体材料の下降流における均一性を実現するために、距離ｄ２３は、ゼロに近い必要がある。
【００５４】
任意に、構造上の理由のために、上部２３は、挿入物１０の中間円筒部を向いている凹部を持つ凹状であり、直径が中間円筒部と同じである周囲円形端縁を有していてもよい。より具体的には、上部２３は、半球形であるか、又は、その上端における半球形の部分を支持する裁頭円錐部によって形成されている。
【００５５】
図５（ａ）、図５（ｂ）、図５（ｃ）、図５（ｄ）及び図５（ｅ）は、粒体材料加工プラント用の５つのホッパーを示している。各ホッパーは、内部に配置された異なる本発明に係る挿入物を有する。
【００５６】
図５（ａ）のホッパー７ａ内に設けられた挿入物８０は、エルボダクト又は二重エルボダクト２４によってホッパー上端における位置に保たれている。（図示しない）ドライヤからの高温乾燥空気用の入口２４ａを画定するエルボ２４の自由端は、適所に保持されており、ホッパー側壁に形成された各開口に密閉的に嵌合されている。その下部位置において、挿入物は、スペーサ又はベアリング１４を介して固定されている。エルボダクト２４は、上端において、中間円筒部ＴＲａ及び逆裁頭円錐状下部１１も備える挿入物の上部裁頭円錐部２１に密閉的に接続されている。中間部ＴＲａの外径は、図３（ａ）における挿入物８の円筒部の外径と等しいものとして図示されているが、異なっていてもよい。
【００５７】
ホッパー７ｂ内に設けられた中空挿入物９０は、図３（ｂ）における挿入物９のように下部円錐部１２及び中間部ＴＲｂを備えることから、挿入物９と同様に全体的に軸方向に延在している挿入物である。ただし、挿入物９０は、その上部において、カバー又は蓋体１９と係合された上端軸方向円筒部２５で終結し且つ（図示しない）適切なドライヤからの高温乾燥空気用の入口２５ａを画定する上部裁頭円錐部２２を有する点で異なる。
【００５８】
図５（ｃ）におけるホッパー７ｃ内に設けられた挿入物１００は、エルボダクト又は二重エルボダクト２６によってホッパー上端における適所に保持されている。（図示しない）ドライヤからの高温乾燥空気用の入口２６ａを形成するエルボ２６の自由端は、適所に保持されており、ホッパー７ｃの側壁に形成された各開口に密閉的に嵌合されている。
【００５９】
エルボダクト２６は、上端において、中間円筒部ＴＲｃ及び逆裁頭円錐状下部１３も備える挿入物１００の上部裁頭円錐部２３に密閉的に接続されている。中間部ＴＲｃの外径は、図３（ｃ）における挿入物１０の円筒部の外径とは等しいものとして図示されているが、異なっていてもよい。
【００６０】
図５（ｄ）は、図５（ｃ）の挿入物１００と同様の挿入物を示し、これは、挿入物１００と同様に下部円錐部１３及び中間部ＴＲｃを備えるものの、この中間部ＴＲｃを向いている凹部を有する凹状の上端部２３ａを有する上部において終結している点で挿入物１００とは異なる。凹状の上端部２３ａは、半球形である。
【００６１】
図５（ｅ）もまた、図５（ｃ）のものと同様の挿入物を示している。すなわち、それは、下部円錐部１３及び中間部ＴＲｃを備え、中間部ＴＲｃは、その上部において、下方を向いている凹部を有する凹状の上端部２３ｂを支持している。凹状の上端部２３ｂは、その上端における半球形の部分を支持する裁頭円錐部によって形成されている。
【００６２】
図６は、粒体材料の脱湿及び／又は乾燥プラントと貯蔵プラントとの双方用のホッパー又はサイロの特に有利な実施形態を示している。ホッパー７の全体構造は、図５（ａ）において示したものと同様である。ホッパー７において、逆裁頭円錐部の形状を有する（すなわち、吐出し口１５を向いている円錐部を有する）第２の中空挿入物９１が設けられており、挿入物８０を支持するスペーサ１４、及び／又は、有利には適切なスペーサ９２によって適所に保持されている。したがって、挿入物８０は、部分的に第２の挿入物９１に嵌合し、これと同軸である。吐出し口の上方におけるそのような逆裁頭円錐状挿入物９１の使用は、米国特許第６１０２５６２号明細書に開示されている。
【００６３】
そして、ホッパー７内に投入された粒体材料１の一部は、本発明に係る挿入物８０の下部円錐部１１の表面と、第２の裁頭円錐状挿入物９１の内面との間の環状空間内を下向きに流れ、一部は、第２の挿入物９１の外面と、上記ホッパー７の先細りした下部側壁との間の環状空間内を流れることになる。
【００６４】
このような部品の配置により、比較的小さい寸法の挿入物８０が使用可能であるため、図６におけるホッパーの正断面平面に沿って略均一な下降速度が得られるのと同様に、粒体材料を含むより大きな稼働容量を利用することが可能となる。
【００６５】
有利には、挿入物８０の下部裁頭円錐部及び第２の挿入物９１の双方は、（図示しない）ドライヤから入口２４ａを介して挿入物８０に供給される高温乾燥加圧空気が、ホッパー７の先細りした下部と第２の挿入物９１との間の環状部内でも拡散されるように穿孔されている。
【００６６】
図７（ａ）には、本発明の他の特に有利な実施形態が示されており、図５（ａ）を参照して既に説明された部品を示すために同じ符号が使用されている。脱湿又は乾燥プラント用に配置されたホッパー７内に、本発明に係る挿入物８０が設けられている。挿入物８０の円筒部ＴＲａに沿って、異なる高さにおいて、複数（３つ）の中空裁頭円錐状挿入物９４ａ，９４ｂ，９４ｃが設けられている。これらの挿入物９４ａ〜９４ｃは、互いに同一であり、ホッパーの上端１９を向いている円錐形状を有し、各挿入物は、所定の高さに配置されている。ジュナイク氏の理論によれば、挿入物８０の円筒表面ＴＲａと各裁頭円錐状挿入物９４ａ〜９４ｃの側壁との間の先細り角度θは、好ましくは、ホッパー７の様々な高さにおける直交断面において下降速度に不連続が生じるように、臨界角度よりも小さくする必要がある。挿入物８０の円筒部ＴＲａの表面の挿入物９４ａ〜９４ｃの下の部分は、穿孔されているのが好ましい。この解決法を取り入れることにより、例えば脱湿プラントにおいて、入口２４ａを通って流れる加圧高温乾燥処理空気は、その結果、ホッパー７の異なる高さにおいて供給されることが可能となる。
【００６７】
図７（ｂ）には、本発明のさらなる有利な実施形態が示されており、図５（ａ）及び図７（ａ）を参照して既に説明された部品を示すために同じ符号が使用されている。本発明に係る挿入物８０は、脱湿又は乾燥プラント用に配置されたホッパー７内に設けられている。
【００６８】
挿入物８０の円錐下部１１に沿って、異なる高さにおいて、複数（５つ）の中空裁頭円錐状挿入物９５ａ，９５ｂ，９５ｃ，９５ｄ，９５ｅが設けられている。これらの挿入物９５ａ〜９５ｅは、ホッパーの上端１９を向いている円錐部を有し、挿入物８０の下部１１に固定されている。挿入物８０は、中空裁頭円錐状挿入物９５ａ〜９５ｅの（ホッパーの上端１９を向いている）より小さな先細り部内に嵌合される。挿入物９５ａ〜９５ｅは、挿入物８０の下部１１の側壁と接触している及び／又は非常に近接している粒体材料の下降流をさらに改善させるために、このように配置されている。実際には、上記下部１１の近くでは、粒体材料の速度ベクトル係数は、挿入物８０と非直接的に接触している又は非常に近接している粒体材料の速度ベクトル係数よりもわずかに大きいものの略均一である。
【００６９】
処理される粒体材料が下降中に減速するようにするために、垂線と各裁頭円錐状挿入物９５ａ〜９５ｅの側壁との間の先細り角度μは、ゼロ以上である必要がある。上記角度μがゼロである場合には、裁頭円錐状挿入物９５ａ〜９５ｅは、円筒状である。先細り角度μは、処理される粒体材料の流動学的な性質及び粒体材料の所望の減速に応じて選択される。
【００７０】
なお、本発明に係る挿入物の下部１１の側壁に接触している又は非常に近接している粒体材料を減速させるための代替的な方法は、粒体材料とホッパー７の内側側壁との間の静止摩擦係数及び動摩擦係数の双方よりも粒体材料との静止摩擦係数及び動摩擦係数の双方が大きい材料で下部円錐部１１を形成する方法である。
【００７１】
図８及び図９に、本発明に係るホッパー構造体のさらなる実施形態を示す。これらの実施形態によれば、挿入物は、互いに底面において接続された２つの円錐部又は裁頭円錐部により、すなわち、頂点が各ホッパーの上端１９に向いている頂点を有する円錐部又は裁頭円錐部１１０と、例えばスペーサ１４を用いて先細り角度α７を有するホッパーの先細りした下部に配置された下部裁頭円錐部１１１とによって形成されている。上部裁頭円錐部１１０の高さは、下部裁頭円錐部１１１よりも大幅に大きく、したがって、円錐部１１０は、円錐部１１１とは異なる円錐である。粒体材料の下降速度において十分な均一性を得るために、可能な限り小さい角度（λ）が選択され、挿入物の全長がホッパーの下部先細りの上方のホッパー高さの少なくとも１／２となるように、円錐部１１０の寸法を決めることが好ましい。
【００７２】
図１０に示す脱湿ホッパーの実施形態において、方形断面のホッパー１２０が同じく方形断面の中空内部挿入物とともに示されている。挿入物は、スペーサ１４によって適所に保持された方形断面の下部裁頭角錐部１２１と、ホッパーの上端１９まで延在している同じく方形断面の上部管状部１２２とを有する。必要に応じて、ホッパー１２０及び挿入物は、双方とも、多角形断面であってもよい。
【００７３】
本発明に係る粒体材料の脱湿用ホッパー構造体の効率を検証するために試験を実施した。
【００７４】
図１１（ａ）、図１１（ｂ）、図１１（ｃ）、図１１（ｄ）、及び図１１（ｅ）に示すように、所定容積のホッパー内に配置されている上述したような異なる形状の挿入物Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇが、従来の挿入物Ｈ（図１１（ｄ））と比較された。図１２における図に結果を示す。
【００７５】
試験において、内部容積が１００リットル、ホッパーの下部における先細り角度α７が３０°である円形断面のホッパーが使用された。
【００７６】
ホッパーのタイプが選択されると、本発明に係る挿入物がその内部に配置された。総量約６１キログラム、黒色、粒体サイズが約４ミリメートルである粒体材料１が、ホッパーの稼働容量内に投入された。粒体サイズが下層の黒色材料１と略同一である白色の粒体材料の層が、このようにして投入された黒色粒体材料上に、総量約０．８７０キログラムまで投入された。
【００７７】
ホッパーの下部吐出し口１５から取り出される黒色粒体材料の１時間あたりの流量Ｑと、ホッパー内に滞留する黒色粒体材料の総量Ｐとがわかっているので、単純なアルゴリズム、すなわち、ｔｒ＝Ｐ／Ｑを用いることにより、白色粒体材料がホッパーから出始めるのに必要な「理論的滞留時間ｔｒ」が推定可能である。
【００７８】
ホッパーの断面全体にわたって下降速度が一定である場合には、全ての白色粒体材料は、６８分の理論的滞留時間ｔｒで試験中のホッパーから排出されることになる。
【００７９】
その後、実際の計測試験が白色粒体材料の取出し時間を計測することによって行われた。吐出し口から出る多数の黒色及び白色粒体材料の個数が、最初の白色粒体が吐出し口１５から排出された時間から開始して毎分サンプリングされた。本発明に係る他の３つのタイプの挿入物のそれぞれと従来のタイプの挿入物Ｈとについても、上述した条件と同一の条件で試験が繰り返された。
【００８０】
ここに、試験された様々なタイプの挿入物の角度に関する性質を示す表１を以下に載せる。
【００８１】
【表１】
0005457692.tif 000002
【００８２】
図１２の図表に関して、ｘ座標軸上に、吐出し口１５の開口からの時間（ｔ）を分単位で示し、ｙ座標軸上に、サンプリングされた（黒色＋白色）粒体の総数に対する白色粒体材料の個数のパーセント値を示している。
【００８３】
図表からわかるように、提案された構成における本発明に係る挿入物は、ホッパー内における粒体材料の下降に好ましい影響を与える。実際のところ、大多数の白色粒体は、理論的時間ｔｒ以内に下方向に流れる。従来のタイプである挿入物Ｈが使用された場合には、総サンプリング量に対する白色材料の割合は、ピークがなく、これにより、黒色及び白色材料の望ましくない混合が生じることがわかる。
【００８４】
以下の表２において、ホッパー内における白色材料の総量（０．８７０キログラム）に対する、およそ理論的時間以内、すなわち、６５分から７０分の間（図１２において示された領域に相当する）に下降する白色粒体材料の量の割合が示される。
【００８５】
【表２】
0005457692.tif 000003
【００８６】
試験結果からわかるように、異なる形状Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇの本発明に係る挿入物は、先行技術に係る挿入物Ｈに対して粒体材料の下降の均一性を大幅に改善している。
【００８７】
本発明に係る挿入物を備えた、上述したホッパー構造体は、以下の特許請求の範囲によって定義される範囲内で多数の変更例や変形例が許容されるものである。
【符号の説明】
【００８８】
１  粒体材料
２，４，６，７，７ａ，７ｂ，７ｃ，１２０  ホッパー
３  垂直側壁（淀み領域）
５  円錐状偏向挿入物
８，９，１０，８０，９０，９４ａ，９４ｂ，９４ｃ，９５ａ，９５ｂ，９５ｃ，９５ｄ，９５ｅ，１００，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ  挿入物
８ａ，９ａ，１０ａ  開口部
１１，１２，１３  下部円錐状先細り部
１４  スペーサ又はベアリング
１５，１５ａ，１５ｂ，１５ｃ  吐出し口
１６，１７，１８  底面
１９  上端（カバー）
２０  環状空隙
２１  テーパ状の先細り部、上部裁頭円錐部
２３，１１０  上部裁頭円錐部
２３ａ，２３ｂ  上端部
２４，２６  エルボダクト
２４ａ，２５ａ，２６ａ，８０  入口
２５  上端軸方向円筒部
２６  ダクト
３０  小孔
３０，４０  ダクト
５０  高温乾燥空気源（ドライヤ）
６０  加工機械
７０  空気出口
９１  第２の挿入物
９２  スペーサ
１１１  下部裁頭円錐部
１２１  下部裁頭角錐部
１２２  上部管状部
ｄ１，ｄ２，ｄ３  最小間隔
ｄ２３  距離
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３  環状間隔
Ｐ  粒体材料の総量
Ｑ  流量
ｔ  時間
ｔｒ  滞留時間
ＴＲａ  中間円筒部
ＴＲｂ  中間部
ＴＲｃ  中間円筒部
α，α１，α２，α３，α７，α１０，β，θ，λ，μ  角度
【図１】
0005457692.tif 000004
【図２】
0005457692.tif 000005
【図３】
0005457692.tif 000006
【図４】
0005457692.tif 000007
【図５】
0005457692.tif 000008
【図６】
0005457692.tif 000009
【図７（ａ）】
0005457692.tif 000010
【図７（ｂ）】
0005457692.tif 000011
【図８】
0005457692.tif 000012
【図９】
0005457692.tif 000013
【図１０】
0005457692.tif 000014
【図１１】
0005457692.tif 000015
【図１２】
0005457692.tif 000016