(57)【要約】【課題】　容器において、粒子を均一に分散させ、緻密で、均一な粒子床を形成すること。【解決手段】　オリフィスから流れる粒子を分散させ、容器に粒子を均一に充填するための装置装置であって、該装置は、（ａ）粒子ホッパー貯蔵手段と、（ｂ）第１端部と第２端部の間に複数のオリフィスを有する、少なくとも１つの回転式充填アームと、（ｃ）各粒子分散アッセンブリがオリフィス近傍に配置され、オリフィスから流れる粒子が偏向面に衝突し、偏向面によって分散されることができるように、オリフィスに関して固定された偏向面を含んで成る、複数の粒子分散アッセンブリと、を含んで成る。この装置は、少なくとも１つの回転式充填アームを回転させるための駆動手段を含む。【選択図】　　　図１
2004130304.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
　オリフィスに関して配置された偏向面を含んで成り、該偏向面が該オリフィスに関して固定され、それにより、該オリフィスから流れる粒子が該偏向面に衝突し、該偏向面によって分散されることのできる、該オリフィスから流れる粒子を分散させるための装置。
【請求項２】
　該オリフィスに関して配置された分散面をさらに含んで成り、該偏向面上の任意の点に接する平面と、該分散面上の任意の点に接する平面が、該偏向面によって分散された粒子の少なくとも一部が該分散面に衝突し、該分散面によってさらに分散されることができるように、約３０度よりも大きく、約６０度よりも小さい夾角で交差する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
　該偏向面と該分散面が平面であり、該オリフィスからの射出が該偏向面と交差し、該分散面と交差しない、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
　該オリフィスが、管路の壁に配置された複数のオリフィスのうちの１つであり、該管路が、粒子が重力によって該管路及び該オリフィスを通して流れることができるように、垂直から約４５〜約７０度に配向された軸を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
　該偏向面と該分散面が該管路に取り付けられた、請求項２に記載の装置。
【請求項６】
　該偏向面の平面と水平面の交差によって形成される夾角が約３０〜約６０度である、請求項３に記載の装置。
【請求項７】
　該分散面が垂直方向に配向された、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
　該オリフィスが円形の穴であり、穴径／平均粒子径の比が少なくとも約４である、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
　（ａ）オリフィスに関して配置され、偏向面が該オリフィスに関して固定され、それにより、粒子が該オリフィスから流れ、該偏向面に衝突し、該偏向面によって分散される、該偏向面を提供すること、並びに、
　（ｂ）該オリフィスに粒子を供給すること、該オリフィスを通して粒子を運ぶこと、及び、該偏向面から粒子を分散させること、
を含んで成る、該オリフィスから流れる粒子を分散させるための方法。
【請求項１０】
　（ｃ）該オリフィスの近傍に配置され、該偏向面上の任意の点に接する平面と、分散面上の任意の点に接する平面が、約３０〜約６０度の夾角で交差する、該分散面を提供すること、及び、
　（ｄ）該偏向面から分散された粒子の少なくとも一部を該分散面からさらに分散させること、をさらに含んで成る、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
　（ａ）粒子ホッパー貯蔵手段と、
　（ｂ）第１端部及び第２端部を有する管路を含んで成り、該第１端部が該粒子ホッパー貯蔵手段と粒子の流れが通じ、且つ、該管路の一部が該第１端部と該第２端部の間に配置された複数のオリフィスを有する、少なくとも１つの回転式充填アームと、
　（ｃ）各粒子分散アッセンブリがオリフィス近傍に配置され、各粒子分散アッセンブリが、該オリフィスから流れる粒子が偏向面に衝突し、該偏向面によって分散されることができるように、該オリフィスに関して固定される該偏向面を含んで成る、複数の粒子分散アッセンブリと、
　（ｄ）該少なくとも１つの回転式充填アームを回転させるための駆動手段と、
を含んで成る、容器に粒子を充填するための装置。
【請求項１２】
　各粒子分散アッセンブリが、該オリフィスからの射出が該偏向面と交差しないような該オリフィスの近傍に配置される分散面をさらに含んで成り、該偏向面上の任意の点に接する平面と、該分散面上の任意の点に接する平面が、約３０〜約６０度の夾角で交差し、それにより、粒子が該偏向面によって偏向され、該分散面に衝突し、該分散面によってさらに分散されることのできる、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
　該偏向面及び該分散面が平面である、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
　複数のオリフィスのうち、任意の位置での該管路の軸が該偏向面の平面と約２０〜約４５度の夾角を形成する、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
　各偏向及び分散面がオリフィス近傍の管路部分に取り付けられた、請求項１３に記載の装置。
【請求項１６】
　該管路の軸が垂直から約４５〜７０度に配向された、請求項１１に記載の装置。
【請求項１７】
　２つの直径に沿って反対の回転式充填アームを含んで成る、請求項１１に記載の装置。
【請求項１８】
　該管路が、配管、チューブ、チャンネル、及び、それらの組み合わせから成る群より選択される、請求項１１に記載の装置。
【請求項１９】
　該回転式充填アームの回転速度を調節するための制御手段をさらに含んで成る、請求項１１に記載の装置。
【請求項２０】
　該ホッパー貯蔵手段が、付属の逆円錐形（frusto-conical）底部に底部円筒部を取り付けた円筒容器を含んで成る貯蔵アッセンブリであり、且つ、該回転式充填アームが、該駆動手段が該回転式充填アームと該貯蔵アッセンブリの両方を回転させるように、底部円筒部に取り付けられた、請求項１１に記載の装置。
【請求項２１】
　（ａ）粒子を含む粒子貯蔵ホッパーを提供すること、
　（ｂ）第１端部及び第２端部を有する管路を含んで成り、該第１端部が該粒子貯蔵ホッパーと粒子の流れが通じ、且つ、該管路の一部が該第１端部と該第２端部の間に配置された複数のオリフィスを有する、少なくとも１つの回転式充填アームを提供すること、
　（ｃ）各粒子分散アッセンブリがオリフィス近傍に配置され、各粒子分散アッセンブリが、
　　　（１）該オリフィス近傍に配置され、それにより、該オリフィスから流れる粒子が
　　　偏向面に衝突し、該偏向面によって偏向されることのできる該偏向面と、
　　　（２）該オリフィス近傍に配置され、該偏向面上の任意の点に接する平面と、分散
　　　面上の任意の点に接する平面が、約３０〜約６０度の夾角で交差する該分散面と、
を含んで成る、複数の粒子分散アッセンブリを提供すること、
　（ｄ）該回転式充填アームを通して該オリフィスに粒子を流すこと、該オリフィスを通して粒子を流すこと、該オリフィスから垂直に粒子を流すこと、該偏向面に粒子の少なくとも一部を衝突させること、偏向面から粒子を分散させること、及び、該偏向面から分散された粒子の少なくとも一部を該分散面からさらに分散させること、並びに、
　（ｅ）容器に粒子を分配して、その中に粒子床を形成するために、該少なくとも１つの回転式充填アームを回転させること、
を含んで成る、該容器に粒子を充填するための方法。
【請求項２２】
　該少なくとも１つの回転式充填アームが該容器の軸の周りを回転する、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
　該少なくとも１つの回転式充填アームが毎分約０．５〜５回転で回転する、請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
　該粒子床の充填完了に続いて、粒子の一部が床表面を水平にするために真空によって床表面から取り除かれる、請求項２１に記載の方法。
【請求項２５】
　該粒子床の充填完了に続いて、追加の粒子が手動の粉ふるいによって床表面に分散される、請求項２１に記載の方法。
【請求項２６】
　（ａ）粒子ホッパー貯蔵手段と、
　（ｂ）第１端部及び第２端部を有する第１配管部を含んで成り、該第１端部が該粒子ホッパー貯蔵手段と粒子の流れが通じ、且つ、該第１配管部が該第１端部と該第２端部の間に配置された複数のオリフィスを有する、少なくとも１つの回転式充填アームと、
　（ｃ）該第１配管部の外径よりも大きい内径を有し、第２配管部が該第１配管部に関して同軸で且つ回転可能に配置され、複数のオリフィスを有し、
　　　（１）第１同軸位置において、該第２配管部の該オリフィスが、粒子が該第１及び
　　　該第２配管部の重なり合った対のオリフィスを通して流れることができるように、
　　　該第１配管部の該オリフィスに関して配向され、且つ、
　　　（２）第２同軸位置において、該第２配管部の該オリフィスが、粒子が該第１配管
　　　部の該オリフィスを通して流れることができないよう、該第１配管部の該オリフィ
　　　スが該第２配管部によって遮断されるように、該第１配管部の該オリフィスに関し
　　　て配向される、
該第２配管部と、
　（ｄ）各粒子分散アッセンブリがオリフィス近傍の該第２配管部に取り付けられた、複数の粒子分散アッセンブリと、
　（ｅ）容器に粒子を分散させるために、該回転式充填アームを回転させる駆動手段と、
を含んで成る、該容器への粒子充填を調節するための装置。
【請求項２７】
　各粒子分散アッセンブリが、
　　　（１）該オリフィスの近傍に配置され、偏向面が該オリフィスに関して固定され、それにより、該オリフィスから垂直に流れる粒子が該偏向面に衝突し、該偏向面によって分散されることができる該偏向面と、
　　　（２）該オリフィスからの射出が該偏向面と交差しないようにオリフィスの近傍に配置され、該偏向面上の任意の点に接する平面と、分散面上の任意の点に接する平面が、約３０度よりも大きく、約６０度よりも小さい夾角で交差する該分散面と、
を含んで成り、それにより、粒子が該偏向面によって分散されることができ、該偏向面から分散した粒子の少なくとも一部が該分散面に衝突し、該分散面によって分散されることができる、請求項２６に記載の装置。
【請求項２８】
　（ａ）粒子貯蔵ホッパーを提供すること、
　（ｂ）第１端部及び第２端部を有する第１配管部を含んで成り、該第１端部が該粒子貯蔵ホッパーと粒子の流れが通じ、且つ、該第１配管部が該第１端部と該第２端部の間に配置された複数のオリフィスを有する、少なくとも１つの回転式充填アームを提供すること、
　（ｃ）該第１配管部の外径よりも大きい内径を有し、第２配管部が該第１配管部に関して同軸で且つ回転可能に配置され、複数のオリフィスを有し、
　　　（１）第１同軸位置において、該第２配管部の該オリフィスが、粒子が該第１及び
　　　該第２配管部の重なり合った対のオリフィスを通して流れることができるように、
　　　該第１配管部の該オリフィス近傍に配向され、
　　　（２）第２同軸位置において、該第２配管部の該オリフィスが、粒子が該第１配管
　　　部の該オリフィスを通して流れることができないよう、該第１配管部の該オリフィ
　　　スが該第２配管部によって遮断されるように、該第１配管部の該オリフィス近傍に
　　　配向される、
該第２配管部を提供すること、
　（ｄ）各粒子分散アッセンブリがオリフィス近傍の該第２配管部に取り付けられる、複数の粒子分散アッセンブリを提供すること、
　（ｅ）該第１同軸位置に該第１及び第２配管部を配置し、それにより、該粒子貯蔵ホッパーから、該第１配管部を通り、該第１及び第２配管部の該オリフィスを通り、該粒子分散アッセンブリを通る粒子の流れを開始すること、且つ、該少なくとも１つの回転式充填アームを回転させ、それにより、容器に粒子を充填すること、並びに、
　（ｆ）該第２同軸位置に該第１及び第２配管部を配置し、それにより、該容器への粒子の流れを終了させること、
を含んで成る、該容器への粒子充填を調節するための方法。
【請求項２９】
　各粒子分散アッセンブリが、
　　　（１）偏向面が該オリフィスに関して固定され、それにより、該オリフィスから垂直に流れる粒子が該偏向面に衝突し、該偏向面によって分散されることができる、該オリフィス近傍に配置された該偏向面と、
　　　（２）該偏向面上の任意の点に接する平面と、分散面上の任意の点に接する平面が、約３０度よりも大きく、約６０度よりも小さい夾角で交差し、それにより、該偏向面によって分散される粒子の少なくとも一部が、該分散面に衝突し、該分散面によってさらに分散される、該オリフィスに関して配置された該分散面と、
を含んで成る、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
　容器に粒子を充填して異なる種類の粒子を含む少なくとも２つの環状床を形成する装置であって、
　（ａ）第１種類の粒子を含む第１粒子ホッパー貯蔵手段と、
　（ｂ）第２種類の粒子を含む第２粒子ホッパー貯蔵手段と、
　（ｃ）以下、即ち、
　　　（１）第１端部及び第２端部を有し、該第１端部が該第１粒子ホッパー貯蔵手段と
　　　粒子の流れが通じ、該容器の軸近傍に配置され、第１管路部が該第１管路部の該第
　　　２端部と中間点の間に配置された複数のオリフィスを有し、且つ、該第１管路部の
　　　中間点が該容器の軸から選択された半径方向の距離に位置する、該第１管路部と、
　　　（２）各粒子分散アッセンブリが該第１管路部のオリフィス近傍に配置された、複
　　　数の粒子分散アッセンブリと、
を含んで成る第１回転式充填アームと、
　（ｄ）以下、即ち、
　　　（１）第１端部及び第２端部を有し、該第１端部が該第２粒子ホッパー貯蔵手段と
　　　粒子の流れが通じ、該容器の軸近傍に配置され、第２管路部が該第２管路部の該第
　　　１端部と中間点の間に配置された複数のオリフィスを有し、且つ、該第２管路部の
　　　中間点が該容器の軸から選択された半径方向の距離に位置する、該第２管路部と、
　　　（２）各粒子分散アッセンブリが該第２管路のオリフィス近傍に配置された、複数
　　　の粒子分散アッセンブリと、
を含んで成る第２回転式充填アームと、
　（ｅ）該容器内に、該第１種類の粒子を含む第１環状床と、該第２種類の粒子を含む第２環状床を形成するために、粒子を分散させる該回転式充填アームを回転させるための駆動手段と、
を含んで成る装置。
【請求項３１】
　各粒子分散アッセンブリが、
　　　（１）粒子が該オリフィスから垂直に流れ、偏向面に衝突し、該偏向面によって分散されることができる、該オリフィス近傍に配置された該偏向面と、
　　　（２）該偏向面上の任意の点に接する平面と、分散表面上の任意の点に接する平面が、約３０〜約６０度の夾角で交差し、それにより、該偏向面によって分散された粒子の少なくとも一部が該分散面に衝突し、該分散面によってさらに分散されることができる、該オリフィス近傍に配置された該分散面と、
を含んで成る、請求項３０に記載の装置。
【請求項３２】
　該第１及び第２管路部の軸が、垂直から約４５〜約７０度に配向された、請求項３０に記載の装置。
【請求項３３】
　該第１回転式充填アームと該第２回転式充填アームが直径に沿って反対である、請求項３０に記載の装置。
【請求項３４】
　該第１管路部の中間点近傍の、及び、該第１管路部の中間点と該容器軸の間の、該第１管路部に配置された付加的な粒子分散アッセンブリをさらに含んで成る、請求項３０に記載の装置。
【請求項３５】
　該第２管路部の中間点近傍の、及び、該第２管路部の中間点と該容器内壁の間の、該第２管路部に配置された付加的な粒子分散アッセンブリをさらに含んで成る、請求項３０に記載の装置。
【請求項３６】
　（ａ）第１端部と第２端部を有し、該第１端部が粒子の供給と粒子の流れが通じ、容器の軸近傍に配置され、該第２端部が該容器内壁近傍に配置され、管路が該第１端部と該第２端部の間に配置された複数のオリフィスを有する、該管路部と、
　（ｂ）各粒子分散アッセンブリが該管路部のオリフィス近傍に配置され、各粒子分散アッセンブリが、粒子が該オリフィスから垂直に流れ、偏向面によって分散されることができるように、該オリフィスに関して配置された該偏向面を含んで成る、複数の粒子分散アッセンブリと、
を含んで成り、任意の粒子分散アッセンブリの該偏向面に接する平面が、隣接する粒子分散アッセンブリの該偏向面に接する平面と、約６０〜約９０度の夾角で交差する、該容器に粒子を充填するための回転式充填アーム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　粒子材料の充填床を通して流体を均一に流すことは、圧力又は温度スイング吸着システム、及び、固定床化学反応システムの効率的な操作のために重要である。流体の軸流速度が半径方向に相当に変化すると、効果的な流体−固体接触が減少し、それによって、吸着システムにおける製品純度及び回収が減少し、化学反応器における全転化率が減少する。粒子材料の充填床を通して流体を均一に流すことは、安定且つ最小の床空隙率を有する、緻密で、均一な床を形成するために、粒子材料を容器に注意深く充填することによって実現することができる。
【背景技術】
【０００２】
　異なる種類の粒子充填法が、容器に粒子床を形成するために、この技術分野において利用された。これらの方法のうち、第１の且つ最も古いものは、投げ込み充填（dump loading）であり、該方法においては、粒子材料が単に容器に投入され、手作業で平らにされる。この方法においては、床の均一性を調節するものが全くなく、たとえ投げ込む間又はその後に床を詰めるのに振動を使用することができたとしても、粒子は十分には詰まらない。緻密で、均一な床が形成されないので、この方法は床を通って流れる均一な半径方向の流動分布を保証しない。
【０００３】
　粒子床が粒子の一連のバルク層を容器に堆積させることによって形成される、第２の方法が使用された。１つの周知の変形はソックローディング法であり、それはシュート又はフレキシブルチューブを使用して容器上のホッパーから床の表面まで粒子を運ぶ。容器が充満するにつれて、シュートは床の据付が完了するまで引き上げられる。この方法は緻密で、均一な床を提供しない、というのも粒子は不規則に配向し、不均一な据付になりやすいためである。
【０００４】
　粒子が回転分散装置から外側へ半径方向に投げ出され、次いで、床表面へ本質的には個々の粒子として落下する、第３の方法である、半径方向分散（radial dispersion）が使用された。この方法においては、粒子流がプレート又は一連の横棒などの回転装置上に落とされ、回転装置が粒子流を分割し、粒子が床表面に落下するときに、半径方向運動を個々の粒子に与える。個々に粒子を落下させることにより、半径方向分散法は緻密な充填を考慮するが、床表面の粒子分散は成り行きであるので、最終的な床表面は均一であることができない。
【０００５】
　第４の粒子充填法は分散落下（dispersed dropping）と言われる。この方法においては、粒子は１つ又は複数の穴を通り抜け、床表面に分散する。穴は床に関して静止又は可動のどちらかであることができる。１つの変形において、穴の数を増加させることで、一連の固定プレートが、粒子流を分割し、ますます小さな流れにする。最終的な粒子の副流は均一であることができるが、粒子は、落下高さが大きくない限り、個々には落下しない。床表面が高くなるにつれて、落下高さが減少し、その結果、充填密度は減少する。分散落下法のさらに新しい変形は、アームが床の上で回転しながら、粒子が床表面に流れ落下する、間隔を置いて配置した穴を具備する中空の回転式アームを利用する。この方法により、緻密で、均一な床となり、一般的に好ましい粒子充填法である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
　この技術分野で使用される粒子充填の分散落下法においては、粒子は、典型的には、多数の小さなオリフィスを通した流れによって分散され、所望の程度の分散を達成する。仮に適切な充填分散を達成することができるのであれば、より少数の大きなオリフィスを通した分散が望ましい。本発明は、以下に開示され、後に続く請求項によって規定されるが、均一な粒子分散を達成して、容器における緻密で、均一な床を形成するために、比較的大きなオリフィスと、その近傍の粒子分散アッセンブリとを組み合せて利用する、回転式アームを用いた改良型の分散落下法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
　本発明は、オリフィスに関して配置された偏向面を含んで成るオリフィスから流れる粒子を分散させるための装置に関し、偏向面はオリフィスに関して固定され、それにより、オリフィスから流れる粒子が偏向面に衝突し、偏向面によって分散されることができる。該装置は、オリフィスに関して配置された分散面をさらに含んでもよく、偏向面上の任意の点に接する平面と、分散面上の任意の点に接する平面は、偏向面によって分散された粒子の少なくとも一部が分散面に衝突し、分散面によってさらに分散されることができるように、約３０度よりも大きく、約６０度よりも小さい夾角で交差する。偏向面と分散面は平面であってもよく、オリフィスからの射出は典型的には偏向面と交差し、典型的には分散面と交差しない。
【０００８】
　オリフィスは、管路の壁に配置された複数のオリフィスのうちの１つであってもよく、管路は、粒子が重力によって管路及びオリフィスを通して流れることができるように、垂直から約４５〜約７０度に配向した軸を有する。偏向面と分散面は、好ましくは、管路に取り付けられる。偏向面の平面と水平面の交差によって形成される夾角は、約３０〜約６０度であってよい。分散面は、一般的には、垂直方向に配向することができる。オリフィスは円形の穴であってよく、穴径／平均粒子径の比は少なくとも約４であることができる。
【０００９】
　本発明はまた、（ａ）オリフィスに関して配置され、偏向面がオリフィスに関して固定され、それにより、粒子がオリフィスから流れ、偏向面に衝突し、偏向面によって分散される、偏向面を提供すること、並びに、（ｂ）オリフィスに粒子を供給すること、オリフィスを通して粒子を運ぶこと、及び、偏向面から粒子を分散させること、を含んで成る、オリフィスから流れる粒子を分散させるための方法を含む。該方法は、さらに、（ｃ）オリフィス近傍に配置され、偏向面上の任意の点に接する平面と、分散面上の任意の点に接する平面が、約３０〜約６０度の夾角で交差する、分散面を提供すること、及び、（ｄ）偏向面から分散された粒子の少なくとも一部を分散面からさらに分散させること、を含んで成ることができる。
【００１０】
　別の実施態様において、本発明は、（ａ）粒子ホッパー貯蔵手段と、（ｂ）第１端部及び第２端部を有する管路を含んで成り、第１端部が粒子ホッパー貯蔵手段と粒子の流れが通じ、且つ、管路の一部が第１端部と第２端部の間に配置された複数のオリフィスを有する、少なくとも１つの回転式充填アームと、（ｃ）各粒子分散アッセンブリがオリフィス近傍に配置され、各粒子分散アッセンブリが、オリフィスから流れる粒子が偏向面に衝突し、偏向面によって分散されることができるように、オリフィスに関して固定される偏向面を含んで成る、複数の粒子分散アッセンブリと、（ｄ）少なくとも１つの回転式充填アームを回転させるための駆動手段と、を含んで成る、容器に粒子を充填するための装置を含む。
【００１１】
　この装置において、各粒子分散アッセンブリは、オリフィスからの射出が偏向面と交差しないようにオリフィスの近傍に配置される分散面をさらに含んで成ることができ、偏向面上の任意の点に接する平面と、分散面上の任意の点に接する平面が、約３０〜約６０度の夾角で交差し、それにより、粒子が偏向面によって偏向され、分散面に衝突し、分散面によってさらに分散されることができる。偏向面及び分散面は平面であってよい。
【００１２】
　複数のオリフィスのうち、任意の位置での管路の軸は、典型的には、偏向面の平面と約２０〜約４５度の夾角を形成する。各偏向面及び分散面は、好ましくは、オリフィス近傍の管路部分に取り付けられる。管路の軸は、典型的には、垂直から約４５〜７０度に配向される。粒子充填装置は、２つの直径に沿って反対の回転式充填アームを含んで成ることができる。管路は、典型的には、配管、チューブ、チャンネル、及び、それらの組み合せから成る群より選択される。該装置は、回転式充填アームの回転速度を調節するための制御手段をさらに含んで成ることができる。ホッパー貯蔵手段は、付属の逆円錐形（frusto-conical）底部に底部円筒部を取り付けた円筒容器を含んで成る、貯蔵アッセンブリを含むことができ、回転式充填アームが、駆動手段が回転式充填アームと貯蔵アッセンブリの両方を回転させるように、底部円筒部に取り付けられる。
【００１３】
　本発明はまた、
　（ａ）粒子を含む粒子貯蔵ホッパーを提供すること、
　（ｂ）第１端部及び第２端部を有する管路を含んで成り、第１端部が粒子貯蔵ホッパーと粒子の流れが通じ、且つ、管路の一部が第１端部と第２端部の間に配置された複数のオリフィスを有する、少なくとも１つの回転式充填アームを提供すること、
　（ｃ）各粒子分散アッセンブリがオリフィス近傍に配置され、各粒子分散アッセンブリが、
　　（１）オリフィス近傍に配置され、それにより、オリフィスから流れる粒子が偏向面に衝突し、偏向面によって偏向されることのできる偏向面と、
　　（２）オリフィス近傍に配置され、偏向面上の任意の点に接する平面と、分散面上の任意の点に接する平面が、約３０〜約６０度の夾角で交差する分散面と、
を含んで成る、複数の粒子分散アッセンブリを提供すること、
　（ｄ）回転式充填アームを通してオリフィスに粒子を流すこと、オリフィスを通して粒子を流すこと、オリフィスから垂直に粒子を流すこと、偏向面に粒子の少なくとも一部を衝突させること、偏向面から粒子を分散させること、及び、偏向面から分散された粒子の少なくとも一部を分散面からさらに分散させること、並びに、
　（ｅ）容器に粒子を分配して、その中に粒子床を形成するために、少なくとも１つの回転式充填アームを回転させること、
を含んで成る、容器に粒子を充填するための方法を含む。
【００１４】
　本発明の別の実施態様は、
　（ａ）粒子ホッパー貯蔵手段と、
　（ｂ）第１端部及び第２端部を有する第１配管部を含んで成り、第１端部が粒子ホッパー貯蔵手段と粒子の流れが通じ、且つ、第１配管部が第１端部と第２端部の間に配置された複数のオリフィスを有する、少なくとも１つの回転式充填アームと、
　（ｃ）第１配管部の外径よりも大きい内径を有し、第２配管部が第１配管部に関して同軸で且つ回転可能に配置され、複数のオリフィスを有し、
　　（１）第１同軸位置において、第２配管部のオリフィスが、粒子が第１及び第２配管部の重なり合った対のオリフィスを通して流れることができるように、第１配管部のオリフィスに関して配向され、且つ、
　　（２）第２同軸位置において、第２配管部のオリフィスが、粒子が第１配管部のオリフィスを通して流れることができないよう、第１配管部のオリフィスが第２配管部によって遮断されるように、第１配管部のオリフィスに関して配向される、
第２配管部と、
　（ｄ）各粒子分散アッセンブリがオリフィス近傍の第２配管部に取り付けられた、複数の粒子分散アッセンブリと、
　（ｅ）容器に粒子を分散させるために、回転式充填アームを回転させる駆動手段と、
を含んで成る、容器への粒子充填を調節するための装置を含む。この装置においては、各粒子分散アッセンブリは、典型的には、オリフィス近傍に配置された偏向面を含んで成り、偏向面はオリフィスに関して固定され、それにより、オリフィスから垂直に流れる粒子は偏向面に衝突し、偏向面によって分散されることができる。加えて、該装置は、オリフィスからの射出が偏向面と交差しないようにオリフィスの近傍に配置される分散面を含めることができる。偏向面上の任意の点に接する平面と、分散面上の任意の点に接する平面は、典型的には、約３０度よりも大きく、約６０度よりも小さい夾角で交差し、それにより、粒子は偏向面によって分散され、偏向面から分散した粒子の少なくとも一部は、分散面に衝突し、分散面によって分散されることができる。
【００１５】
　本発明の別の実施態様において、容器への粒子充填を調節するための方法は、
　（ａ）粒子貯蔵ホッパーを提供すること、
　（ｂ）第１端部及び第２端部を有する第１配管部を含んで成り、第１端部が粒子貯蔵ホッパーと粒子の流れが通じ、且つ、第１配管部が第１端部と第２端部の間に配置された複数のオリフィスを有する、少なくとも１つの回転式充填アームを提供すること、
　（ｃ）第１配管部の外径よりも大きい内径を有し、第２配管部が第１配管部に関して同軸で且つ回転可能に配置され、複数のオリフィスを有し、
　　（１）第１同軸位置において、第２配管部のオリフィスが、粒子が第１及び第２配管部の重なり合った対のオリフィスを通して流れることができるように、第１配管部のオリフィス近傍に配向され、
　　（２）第２同軸位置において、第２配管部のオリフィスが、粒子が第１配管部のオリフィスを通して流れることができないよう、第１配管部のオリフィスが第２配管部によって遮断されるように、第１配管部のオリフィス近傍に配向される、
第２配管部を提供すること、
　（ｄ）各粒子分散アッセンブリがオリフィス近傍の第２配管部に取り付けられる、複数の粒子分散アッセンブリを提供すること、
　（ｅ）第１同軸位置に第１及び第２配管部を配置し、それにより、粒子貯蔵ホッパーから、第１配管部を通り、第１及び第２配管部のオリフィスを通り、粒子分散アッセンブリを通る粒子の流れを開始すること、且つ、少なくとも１つの回転式充填アームを回転させ、それにより、容器に粒子を充填すること、並びに、
　（ｆ）第２同軸位置に第１及び第２配管部を配置し、それにより、容器への粒子の流れを終了させること、
を含んで成る。この方法においては、各粒子分散アッセンブリは、典型的には、オリフィス近傍に配置された偏向面を含んで成り、偏向面はオリフィスに関して固定され、それにより、オリフィスから垂直に流れる粒子は偏向面に衝突し、偏向面によって分散されることができる。加えて、各粒子分散アッセンブリは、典型的には、オリフィスに関して配置された分散面を含み、偏向面上の任意の点に接する平面と、分散面上の任意の点に接する平面は、約３０度よりも大きく、約６０度よりも小さい夾角で交差し、それにより、偏向面によって分散される粒子の少なくとも一部は、分散面に衝突し、分散面によってさらに分散される。
【００１６】
　本発明はまた、異なる種類の粒子を含む少なくとも２つの環状床を形成するために、容器に粒子を充填するための装置を含み、該装置は、
　（ａ）第１種類の粒子を含む第１粒子ホッパー貯蔵手段と、
　（ｂ）第２種類の粒子を含む第２粒子ホッパー貯蔵手段と、
　（ｃ）以下、即ち、
　　（１）第１端部及び第２端部を有し、第１端部が第１粒子ホッパー貯蔵手段と粒子の流れが通じ、容器の軸近傍に配置され、第１管路部が第１管路部の第２端部と中間点の間に配置された複数のオリフィスを有し、且つ、第１管路部の中間点が容器の軸から選択された半径方向の距離に位置する、第１管路部と、
　　（２）各粒子分散アッセンブリが第１管路部のオリフィス近傍に配置された、複数の粒子分散アッセンブリと、
を含んで成る第１回転式充填アームと、
　（ｄ）以下、即ち、
　　（１）第１端部及び第２端部を有し、第１端部が第２粒子ホッパー貯蔵手段と粒子の流れが通じ、容器の軸近傍に配置され、第２管路部が第２管路部の第１端部と中間点の間に配置された複数のオリフィスを有し、且つ、第２管路部の中間点が容器の軸から選択された半径方向の距離に位置する、第２管路部と、
　　（２）各粒子分散アッセンブリが第２管路のオリフィス近傍に配置された、複数の粒子分散アッセンブリと、
を含んで成る第２回転式充填アームと、
　（ｅ）容器内に、第１種類の粒子を含む第１環状床と、第２種類の粒子を含む第２環状床を形成するために、粒子を分散させる回転式充填アームを回転させるための駆動手段と、を含んで成る。この装置においては、各粒子分散アッセンブリは、典型的には、
　　（１）粒子がオリフィスから垂直に流れ、偏向面に衝突し、偏向面によって分散されることができる、オリフィス近傍に配置された偏向面と、
　　（２）偏向面上の任意の点に接する平面と、分散表面上の任意の点に接する平面が、約３０〜約６０度の夾角で交差し、それにより、偏向面によって分散された粒子の少なくとも一部が分散面に衝突し、分散面によってさらに分散されることができる、オリフィス近傍に配置された分散面と、
を含んで成る。第１及び第２管路部の軸は、好ましくは、垂直から約４５〜約７０度に配向される。第１回転式充填アームと該第２回転式充填アームは直径に沿って反対であることができる。
【００１７】
　該装置は、第１管路部の中間点近傍の、及び、第１管路部の中間点と容器軸の間の、第１管路部に配置された付加的な粒子分散アッセンブリをさらに含んで成ることができる。該装置は、第２管路部の中間点近傍の、及び、第２管路部の中間点と容器内壁の間の、第２管路部に配置された付加的な粒子分散アッセンブリをさらに含んで成ることができる。
【００１８】
　最後の実施態様において、本発明は、
　（ａ）第１端部と第２端部を有し、第１端部が粒子の供給と粒子の流れが通じ、容器の軸近傍に配置され、第２端部が該容器内壁近傍に配置され、管路が第１端部と第２端部の間に配置された複数のオリフィスを有する、管路部と、
　（ｂ）各粒子分散アッセンブリが管路部のオリフィス近傍に配置され、各粒子分散アッセンブリが、粒子がオリフィスから垂直に流れ、偏向面によって分散されることができるように、オリフィスに関して配置された偏向面を含んで成る、複数の粒子分散アッセンブリと、
を含んで成り、任意の粒子分散アッセンブリの偏向面に接する平面が、隣接する粒子分散アッセンブリの偏向面に接する平面と、約６０〜約９０度の夾角で交差する、容器に粒子を充填するための回転式充填アームを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
　本発明は、吸着器及び化学反応器に使用する、緻密で、均一な床を形成するために、容器に粒子を充填する改良型の装置及び方法に向けられる。粒子は、１つ又は複数の回転式充填アームに粒子を通過させることによって容器に充填され、該回転式充填アームのそれぞれは、複数の穴又はオリフィスを有する。各オリフィスは、少なくとも１つの偏向面を含んで成る粒子分散アッセンブリを利用して、オリフィスを出た粒子流を分割し、その後、粒子が重力によって床に落下する。偏向面を用いて粒子流を分割することで、粒子流が散布され、その結果、床のより大きな面積が各オリフィスからの粒子によって覆われる。偏向面の使用はまた、粒子を流す際に自然と生ずる粒子の塊を分割するために働くこともできる。付加的な表面を、粒子をさらに分散させるのに使用することができる。
【００２０】
　回転式充填アームにおけるオリフィスの間隔、数及びサイズは、所望の充填速度を達成するために、及び、さらに容器の全断面に関して必要とされる充填の均一性を達成するために選択することができる。オリフィスは、比較的大きくてよく、直径は流れている粒子の平均直径の少なくとも約４倍とし、流れている粒子の平均直径の約４〜約１２倍の範囲にあることができる。
【００２１】
　本発明は、１つ又は複数の粒子層を有する円筒床を作製するために、容器に単一種類の粒子を充填するのに使用することができ、そこで、該床が軸流の流体を処理する。あるいはまた、粒子の環状床を作製するために、いくつかの異なる種類の粒子を容器に同時に充填することができ、そこで、環状床が半径方向流の流体を処理する。異なる種類の粒子材料は、異なる回転式充填アームを通して導入することができ、オリフィスと粒子分散アッセンブリの配列は調整することができるので、隣接する環状層間に重複部分が生ずることはほとんどない。あるいはまた、２つの同軸環状床間の混合環状帯域は、個々の環状床に異なる種類の粒子を分けて分配するのと同時に、異なる種類の粒子の制御された混合によって導入することができる。
【００２２】
　本発明の他の実施態様において、容器に粒子を流すことを正確に開始及び停止するための装置及び方法が提供される。これは、粒子流を与えるために重ね合わす、又は、粒子流を妨げるために放射状にずらすことのできるオリフィスを有する、同軸配管を具備する回転式充填アームを使用して達成することができる。外側の同軸配管は、回転してオリフィスをずらすことができ、それによって、オリフィスを通して粒子流を調節する。
【００２３】
　本発明の第１実施態様を図１に示し、模範的な粒子充填システムとその構成品を図示する。図１の構成品の大きさ及び向きは、必ずしも縮尺に従っていない。粒子ホッパー貯蔵手段１は、円筒ホッパー３、逆円錐形中間部５、及び、底部円筒部７を含む。第１回転式充填アーム９及び第２回転式充填アーム１１は、好ましくは、底部円筒部７に取り外し可能に取り付けられる。円筒ホッパー３、逆円錐形中間部５、底部円筒部７、並びに、回転式充填アーム９及び１１を含んで成る分配アッセンブリは、軸受アッセンブリ１３によって回転可能に支持することができる。軸受アッセンブリ１３は、分配アッセンブリの重量を支え、且つ、アッセンブリ全体を中心軸の周りに回転させることのできる、その技術分野において公知である任意のタイプの軸受アッセンブリであってよい。次に、軸受アッセンブリ１３は、サポートプレート１７に取り付けたサポート１５によって支持され、支持プレート１７は容器１９の上方の入口フランジで支えられる。回転式充填アームは、容器の軸の周りを典型的に回転し、容器が粒子で満たされる。
【００２４】
　モーター２１は、駆動機構ハウジング２３内の駆動機構（示されない）によって分配アッセンブリを回転させる。駆動機構は、ベルト駆動、チェーン駆動、ギア駆動、又は、その技術分野において公知である他の種類の回転駆動であってよい。モーター２１は、分配アッセンブリの回転速度を設定及び調節するための制御手段（示されない）を備える。この制御手段は、好ましくは、毎分約０．５〜約５回転の回転速度で、分配アッセンブリを回転させる。回転速度によって、粒子に関して、少しも遠心力を与えるべきではない。粒子は、好ましくは、粒子分散アッセンブリによって分散された後、大部分は重力によって垂直に落下する。
【００２５】
　あるいはまた、底部円筒部７は、底部円筒部７、並びに、それに付属する回転式充填アーム９及び１１のみが回転し、一方で円筒ホッパー３が回転しないように、回転シール（示されない）を用いて逆円錐形中間部５に回転可能に接続することができる。
【００２６】
　回転式充填アーム９及び１１のそれぞれは、外側端部と容器中心線付近の曲部との間のアームの一部下方表面に、複数のオリフィス（示されない）を有し、オリフィスは、緻密で、均一な粒子床２４を形成するためにオリフィスから粒子を分配する、粒子分散アッセンブリ２２（後で記載される）を取り付けられる。直径１２フィートの典型的な容器１９について、各回転式充填アームは、典型的には、外側端部から容器中心線付近の曲部まで６．４〜８．５フィートであることのできる部分を有し、各回転式充填アームのこの部分は、１０〜３０のオリフィスと、それに関連した粒子分散アッセンブリを有することができる。オリフィスを含む回転式充填アーム９及び１１の部分は、典型的には直線であるが、所望とされる場合、他の形状を有することができる。
【００２７】
　オリフィスは、任意の形状であってよいが、典型的には円形の穴である。オリフィス径／平均粒子径の比は、好ましくは、少なくとも約４であり、約４〜約１２の範囲にあることができる。各回転式充填アームは、円形断面の配管、任意の所望の断面形状を有するチューブ、若しくは、上方面が開いているチャンネル、又は、それらの組み合せから形成することのできる管路を含んで成る。回転式充填アームは、好ましくは、自己支持形であるが、必要なときには、補強ブラケット又はブレースを含むことができる。各回転式充填アームを形成する管路の軸は、典型的には、垂直から約４５〜７０度に配向される。有用な角度は、６０度であることが見出された。
【００２８】
　図１に示す粒子充填システムは、緻密で、均一な単一種類の粒子を有する円筒床を据え付けるために使用することができる。あるいはまた、該システムは、粒子ホッパー貯蔵手段１に順に異なる種類の粒子を充填すること、及び、記載されるように粒子を分配することによって、異なる種類の粒子層を据え付けるために使用することができる。
【００２９】
　必要であれば、粒子床の充填完了に続いて、水平且つ均一な床表面を形成するために、真空によって床表面から粒子の一部を注意深く取り除くことができる。あるいはまた、粒子床の充填完了に続いて、水平且つ均一な床表面を形成するよう、粒子を床表面に加えるのに手動の粉ふるいを使用することができる。水平且つ均一な床表面は、床の至るところに一様な流動分布を確実にするために重要である。選択的には、充填処置の間、穴の開いたプレートを粒子床と回転式充填アームの間に配置してもよい。このプレートを加えることによって、生じることのある粒子流におけるどんな小さな揺らぎも抑えることができ、充填の間、床表面に落下する粒子がさらに分配される。
【００３０】
　粒子充填システムは、粒子充填に先立ち、まず、底部円筒部７から回転式充填アーム９及び１１を取り外すことによって据え付けられる。粒子充填システムの残りの部分を容器１９の上方フランジの上に配置し、それに適切に取り付ける（示されない）。回転式充填アーム９及び１１のそれぞれを、サポート１５の間でうまく動かして容器１９の中に入れ、底部円筒部７に接続する。上記のように粒子を容器に充填し、充填が完了すると、回転式充填アーム９及び１１を底部円筒部７から取り外し、サポート１５の間でうまく動かして容器から取り出す。粒子充填システムの残りの部分を容器１９の上方フランジから取り除き、容器は操作の準備に入る。
【００３１】
　２つの回転式充填アームの使用が上記されるが、任意の数の充填アームを使用することができる。例えば、１つだけの充填アームは、必要な場合、直径に沿って反対の釣合い重りを用いて使用することができる。あるいはまた、３つ以上の充填アームは、所与のアームに関して、近傍の粒子流間の干渉を低減するために、アームからアームへ互い違いに配置した穴を用いて使用することができる。
【００３２】
　本発明の他の実施態様を図２に示し、別の模範的な粒子充填システムとその構成品を図示する。図２の構成品の大きさ及び向きは、必ずしも縮尺に従っていない。図２の構成品の多くは、図１の構成品と類似又は同一であってよい。例えば、軸受アッセンブリ１３、サポート１５、サポートプレート１７、モーター２１、及び、駆動機構ハウジング２３における駆動機構は、図１のものと同じであってよい。
【００３３】
　粒子ホッパー貯蔵手段２０１は、円筒ホッパー２０３、逆円錐形中間部２０５、及び、底部円筒部２０７を含む。粒子ホッパー貯蔵手段２０１は、内部分離仕切り２１３によって、第１粒子貯蔵体積２０９と第２粒子貯蔵体積２１１に分割される。第１回転式充填アーム２１５は、好ましくは、該アームが第１粒子貯蔵体積２０９と粒子の流れが通じるように、底部円筒部２０７に取り外し可能に取り付けられる。第２回転式充填アーム２１７は、好ましくは、該アームが第２粒子貯蔵体積２１１と粒子の流れが通じるように、底部円筒部２０７に取り外し可能に取り付けられる。
【００３４】
　回転式充填アーム２１５及び２１７のそれぞれは、該アームの下方表面に複数のオリフィス（示されない）を有する。充填アーム２１５のオリフィスは、容器２１９の内壁と（破線で示される）中間点２２１の間に配置され、オリフィスは、時に、その技術分野で放射状床（radial bed）と言われる、緻密で、均一な環状粒子床２２５を形成するためにオリフィスから第１種類の粒子を分配する、粒子分散アッセンブリ２２３（後で記載される）を備える。環状粒子床２２５の外表面は、円筒仕切り２２７によって支持することができる。回転式充填アーム２１７のオリフィスは、中間点２２１と容器２１９の軸との間に、より正確に言えば、中間点２２１と内部円筒仕切り２２９との間に配置される。オリフィスは、緻密で、均一な環状粒子床２３３を形成するためにオリフィスから第２種類の粒子を分配する、粒子分散アッセンブリ２３１（後で記載される）を備える。
【００３５】
　例えば、直径６フィートの典型的な容器２１９について、各回転式充填アームは、外側端部から容器の中心線まで、３．２〜４．３フィートの長さである。回転式充填アーム２１５は、典型的には、関連する粒子分散アッセンブリを具備する、５〜１５のオリフィスを有し、中間点２２１と仕切り２２７の間に第１種類の粒子を分配する。該オリフィスとそれに関連する粒子分散アッセンブリは、各充填アームに沿って間隔を置いて並べられ、その結果、落下粒子の密度は、環状床２２５を含む容器断面の至るところで均一である。この特徴は、典型的には、容器中心からの半径方向の距離が増加するにつれて、減少する隣接粒子分散アッセンブリ間の間隔につながる。回転式充填アーム２１７は、典型的には、関連する粒子分散アッセンブリを具備する、５〜１５のオリフィスを有し、中間点２２１と円筒仕切り２２９の間に第２種類の粒子を分配する。該オリフィスとそれに関連する粒子分散アッセンブリは、各充填アームに沿って間隔を置いて並べられ、その結果、落下粒子の密度は、環状床２３３を含む容器断面の至るところで均一である。この特徴は、典型的には、容器中心からの半径方向の距離が増加するにつれて、減少する隣接粒子分散アッセンブリ間の間隔につながる。オリフィスを含む回転式充填アーム２１５及び２１７の部分は、典型的には直線であるが、所望とされる場合には曲線であってもよい。
【００３６】
　各回転式充填アームは、円形断面の配管、任意の所望の断面形状を有するチューブ、若しくは、上方面が開いているチャンネル、又は、それらの組み合せから形成することのできる管路を含んで成る。回転式充填アームは、好ましくは、自己支持形であるが、必要なときには、補強ブラケット又はブレースを含むことができる。各回転式充填アームを形成する管路の軸は、典型的には、垂直から約４５〜７０度に配向される。有用な角度は、６０度であることが見出された。
【００３７】
　選択的には、付加的な粒子分散アッセンブリ２３５が、環状床２２５と２３３の間に中間混合粒子帯域（示されない）の形成を達成するために、回転式充填アーム２１５に設置されてもよい。この混合層は、第１粒子貯蔵体積２０９と第２粒子貯蔵体積２１１からそれぞれ提供された２種類の粒子を含む。あるいはまた、及び、選択的には、付加的な粒子分散アッセンブリ２３７が、環状床２２５と２３３の間に中間混合粒子層の形成を達成するために、回転式充填アーム２１７に設置されてもよい。この混合層もまた、第１粒子貯蔵体積２０９と第２粒子貯蔵体積２１１から提供された２種類の粒子を含む。さらに別の選択的な、他に代わる、付加的な粒子分散アッセンブリ２３５及び２３７を、中間混合粒子層を形成するために組み合せて使用することができる。
【００３８】
　粒子充填システムは、粒子充填に先立ち、まず、底部円筒部２０７から回転式充填アーム２１５及び２１７を取り外すことによって据え付けられる。粒子充填システムの残りの部分を容器２１９の上方フランジの上に配置し、それに適切に取り付ける（示されない）。回転式充填アーム２１５及び２１７のそれぞれを、サポート１５の間でうまく動かして容器２１９の中に入れ、底部円筒部２０７に接続する。第１種類の粒子を第１粒子貯蔵体積２０９に充填し、第２種類の粒子を第２粒子貯蔵体積２１１に充填する。第１及び第２種類の粒子を同時に容器に充填し、それによって、上記の２つの環状床２２５及び２３３を形成する。充填が完了すると、回転式充填アーム２１５及び２１７を底部円筒部２０７から取り外し、サポート１５の間でうまく動かして容器から取り出す。粒子充填システムの残りの部分を容器２１９の上方フランジから取り除き、容器は操作の準備に入る。
【００３９】
　任意の種類の粒子を、図１と図２を参照し、上記の方法を使用して充填することができる。このような粒子には、例えば、任意の吸着又は触媒反応の用途のための、粒状、押出成形、ビーズ状、又は、ペレット状の、吸着剤又は触媒を含めてもよい。典型的には、該方法は、平均直径が０．１〜５．０ｍｍの粒子に適用することができる。
【００４０】
　“種類の粒子”又は“粒子の種類”という用語は、類似した物理的及び化学的性質を有し、且つ、固有の粒度分布によって特徴づけられる粒子を意味する。“異なる種類の粒子”という用語は、２つ以上の粒子群が、物理的性質、化学的性質、及び、粒度分布のうち、１つ以上において異なることを意味する。
【００４１】
　上記のように使用する、模範的な粒子分散アッセンブリが、図３の（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）の３つの図において説明される。この粒子分散アッセンブリは、図１の粒子分散アッセンブリ２２、並びに、図２の粒子分散アッセンブリ２２３、２３１、２３５及び２３７のうち、任意の代表的なものである。図３の（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）における構成部材の大きさ及び向きは、必ずしも縮尺に従っていない。図３の（ａ）は、回転式充填アームの一部である典型的な管路３０１の底面に取り付けた粒子分散アッセンブリの正視図である。管路３０１のオリフィス３０３により、管路内部からの粒子が重力によってオリフィスを通り抜け、重力によって粒子分散アッセンブリを通り抜けて流れることが可能になる。この例における粒子分散アッセンブリは、金属などの板材から作製されてもよく、一般的には平らな部材である。ベース３０５は、典型的には管路３０１に取り付けられるが、それはまた、一般的には管路３０１のオリフィス３０３と一致するオリフィスを有する。タブ３０７はベース３０５に取り付けられる。タブ３０７下側の偏向面３０９は、オリフィス３０３から流れる粒子が偏向面３０９に衝突し、分散されるように、オリフィス３０３に関して設置される。これは、まさに管路３０１が垂直からある角度で配向しているためであり（例えば、図１の回転式充填アーム９及び１１を参照）、それゆえ、オリフィス３０３の垂直方向の射出が偏向面３０９と交差する。オリフィス３０３から流れるすべての粒子が偏向面３０９に衝突することが望ましいが、少数の粒子がこの面に衝突しないような例外的な軌道になり得る可能性がある。
【００４２】
　図３の（ｂ）は、典型的に管路３０１に取り付けられた、ベース３０５の縁面図を示す、図３の（ａ）の側面図である。管路３０１のオリフィス３０３及びベース３０５のオリフィス３０４が本質的に一致していることが示される。タブ３０７は三角接続用セグメント３０８によってベース３０５に取り付けられる。タブ３１１は、この図において、部分的にタブ３０７及び三角接続用セグメント３０８の後ろにあり、分散面３１３が正視で見える。オリフィス３０３及び３０４から流れる粒子は、（タブ３０７の背面の）偏向面３０９に衝突し、偏向され、分散される。偏向面３０９によって分散される粒子の少なくとも一部は、分散面３１３に衝突し、分散面によってさらに分散され、分散した粒子は、タブ３０７の縁とタブ３１１の表面３１３との間の隙間を通って流れ、重力によって床表面に落下する。
【００４３】
　図３の（ｂ）の端面図が、図３の（ｃ）に与えられる。オリフィス３０４を有するベース３０５は、典型的には、オリフィス３０３を有する管路３０１に取り付けられる。偏向面３０９（示されない−図３の（ａ）を参照）を有するタブ３０７は、三角接続用セグメント３０８（ここでは縁面図で示される）によってベース３０５に取り付けられる。偏向面３１３を有するタブ３１１は、ベース３０５に取り付けられる。偏向面３０９（図３の（ａ））によって分散される粒子の少なくとも一部は、分散面３１３に衝突し、分散面３１３によってさらに分散される。粒子は、タブ３０７の縁とタブ３１１の表面３１３との間の隙間を通って流れる。この隙間の幅は、典型的には、分散粒子の平均直径の２倍よりも大きい。
【００４４】
　上記に基づいて、偏向面は、オリフィスから流れる粒子によって衝突される第１表面と定義される。偏向面は、所望とされる場合、オリフィスについて唯一の粒子分散手段として働くことができる。分散面は、第１表面から分散した粒子の少なくとも一部によって衝突される第２表面と定義される。“分散”、“分散する”及び“分散した”という用語は、表面上の粒子の衝突、並びに、衝突後の粒子の結果として生ずる偏向、及び、分配を言う。
【００４５】
　図３の（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）に図示する粒子分散アッセンブリは、例えば、図４に示す板材の平らなテンプレートから製作することができる。図４の構成部材の大きさ及び向きは、必ずしも縮尺に従っていない。該テンプレートは、ベース３０５と、偏向面３０９を形成するタブ３０７と、分散面３１３を形成するタブ３１１と、三角接続用セグメント３０８、の部分を含む。オリフィス３０４はベース３０５に形成される。粒子分散アッセンブリは、三角接続用セグメント３０８に関して３０〜６０度の夾角で破線３１５に沿ってタブ３０７を上方に曲げること、ベース３０５に関して大体９０度の夾角で破線３１７に沿って三角接続用セグメント３０８を上方に曲げること、及び、ベース３０５に関して大体９０度の夾角で破線３１９に沿ってタブ３１１を上方に曲げることによって作製される。１つの実施態様においては、タブ３０７と三角接続用セグメント３０８の間の夾角は約４５度であり、三角接続用セグメント３０８とベース３０５の間の夾角は約９０度であり、タブ３１１とベース３０５の間の夾角は約９０度である。曲げを完了して粒子分散アッセンブリを作製した後、タブ３０７の平面は、約３０〜約６０の夾角でタブ３１１の平面と交差する。
【００４６】
　上記粒子分散アッセンブリの構成部材間の相対的な角度に基づいて、複数のオリフィスのうち、任意の位置での管路の軸は、偏向面の平面と約２０〜約４５度の夾角を形成する。この角度は、ベース３０５と三角接続用セグメント３０８（図４）の外側の辺との間の夾角と同様に、タブ３０７と三角接続用セグメント３０８（図３）との間の夾角（３０〜６０度の間で変えることができる）に依存し、２０〜４５度の間で変えることができる。
【００４７】
　テンプレートが粒子分散アッセンブリに形を成す前の平らであるとき、ベース３０５と三角接続用セグメント３０８の外側の辺との間の夾角、及び、ベース３０５とタブ３１１の辺との間の夾角は、４５〜７０度まで変えることができる。図４の模範的な実施態様においては、この角度は６０度であり、垂直からの回転式充填アームの角度によって決定され、この場合には、垂直からの回転式充填アームの角度は６０である（例えば、図１参照）。例えば、回転式充填アームのこの角度と、図４に示す角度を使用すると、垂直方向におけるオリフィス３０３の射出は、タブ３０７と交差する。これによって、オリフィス３０４から垂直に落下する粒子は、タブ３０７の表面３０９に衝突することが可能となる。回転式充填アームの角度と、図４のテンプレートの角度との他の組み合せは、所望とされる場合、使用することができる。選択的には、オリフィス３０４からタブ３０７の表面３０９までの垂直方向の距離は、破線３１５からオリフィス３０４までの距離を増加させるために、三角接続用セグメント３０８を偏った長斜方形に変えることによって増加させることができる。
【００４８】
　この模範的な粒子分散アッセンブリを製作する際に使用する大きさ及び曲げ角度は、本発明の範囲から外れることなく、材料の異なるサイズ及び形状、異なるオリフィスサイズ、及び、異なる充填アームの角度に適応させる必要があるときには変更することができる。他の形状及び製作方法は、ここに記載する粒子分散の必要条件の範囲内で可能である。例えば、３つ以上のタブは、選択的には、粒子分散アッセンブリにおいて使用することができる。この選択においては、タブ３０７の反対且つ下側に、第２のある角度をなすタブを形成するために、図４のタブ３１１を曲げることができ、第３の垂直タブを三角接続用セグメント３０８の後部に取り付けることができる。その時には、落下粒子は、タブ３０７とタブ３１１から曲げられた新しいタブによって順に偏向され、最後の分散が三角接続用セグメント３０８の後部に取り付けた新しい垂直タブによって達成される。
【００４９】
　複合の分散タブは、全部又は一部において、図５に示すテンプレートに類似した１つ又は複数の模範的なテンプレートから製作することができる。この図における部材の大きさ及び向きは、必ずしも縮尺に従っていない。図５の例のテンプレートは、６つのオリフィスを有する回転式充填アームに沿った向きにタブを交互にする、複合オリフィスのための分散タブを提供するように設計される。第１、第３及び第５オリフィス用の分散タブ５０１は、図４について説明したのと類似の方法で、破線５０９に沿ってテンプレートを曲げることにより作製することができる。第２、第４及び第６オリフィス用の分散タブ５０５は、破線５１１に沿って曲げることにより、同様の方法で作製することができる。図４のタブ３０７に類似した別個の偏向タブを製作することができ、縁５１５で分散タブ５０１のそれぞれに向かい合って、及び、縁５１３で分散タブ５０５に向かい合って取り付けることができる（示されない）。次いで、最終的なアッセンブリを、図４を参照して説明したように、回転式充填アームの管路に取り付けることができる。
【００５０】
　図１の回転式充填アーム１１を図６により詳細に図示する。６つの粒子分散アッセンブリ６０１−６１１が、回転式充填アーム１１を形成する配管に取り付けられているのが示される。該アッセンブリは、隣接するアッセンブリから落下する粒子流の干渉を最小限に抑えるために、示されるような前向きと後向きを交互にする方法で配向することができる。粒子分散アッセンブリ６０３、６０７及び６１１は、図３の（ｂ）図と同様の正面図において示される。粒子分散アッセンブリ６０３は、例えば、タブ６１３及び分散面６１９の一部を示し、タブ６１３は、一部分がタブ６１５と三角接続用セグメント６１７の後ろにあり、分散面６１９の一部は正視で見える。粒子分散アッセンブリ６０１、６０５及び６０９は背面図において示される。粒子は、回転式充填アーム１１の内部と、該アーム底部の一致した又は重なり合ったオリフィスと、粒子分散アッセンブリを通って流れ、より前に記載したように、偏向され、分散される。
【００５１】
　オリフィス及びそれに関連する粒子分散アッセンブリは、好ましくは、各充填アームに沿って間隔を置いて並べられ、その結果、落下粒子の密度は、容器断面の至るところで均一である。オリフィスが等しいサイズであるとき、この特徴は、典型的には、容器中心からの半径方向の距離が増加するにつれて、減少する隣接粒子分散アッセンブリ間の間隔につながる。あるいはまた、隣接粒子分散アッセンブリ間の間隔は一定であることができ、この場合には、容器中心からの半径方向の距離が増加するにつれて、オリフィスサイズが増加する。落下粒子の密度が容器断面の至るところで均一である限り、オリフィスサイズと隣接粒子分散アッセンブリ間の間隔は、任意に組み合せて使用することができる。
【００５２】
　上記の実施態様におけるオリフィスは、任意の形状であってよいが、典型的には、円形又は楕円形の穴である。あるいはまた、オリフィスは正方形、長方形、三角形、又は、その他の形状の穴であってもよい。オリフィスの限界寸法は、粒子の架橋が生じることのある最小の大きさと規定される。例えば、円形オリフィスの限界寸法は直径であり、楕円形オリフィスの限界寸法は短軸の長さであり、正方形オリフィスの限界寸法は辺の長さであり、長方形オリフィスの限界寸法は短い方の辺の長さであり、三角形オリフィスの限界寸法は最小高さである。オリフィスの限界寸法／平均粒子径の比は、好ましくは、約４より大きく、約４〜約１２の範囲にあることができる。
【００５３】
　各回転式充填アームは、ある長さの管路から形成することができ、該管路は、円断面を有する配管、任意の所望の断面形状を有するチューブ、上方面が開いているチャンネル、又は、それらの組み合せであってよい。回転式充填アームは、好ましくは、自己支持形であるが、必要なときには、補強ブラケット又はブレースを含むことができる。各回転式充填アームを形成する管路の軸は、典型的には、垂直から約４５〜約７０度に配向する。
【００５４】
　回転式充填アームのオリフィスを通る粒子の合計流動抵抗は、オリフィスから粒子の一様な分配を達成するために、管路を通る流動抵抗よりも大きくなくてはならない。典型的には、オリフィスの合計断面積は、管路の断面積の７５％未満でなくてはならない。オリフィスを充填アームに切り込むときに形成するバリは、すべてのオリフィスを通して、一様な粒子流を助長するために取り除くべきである。
【００５５】
　回転式充填アーム１１の別の図を図７に示す。図７は充填アームの軸に対して直角をなす底面図である。この図７における構成部材の大きさ及び向きは、必ずしも縮尺に従っていない。粒子分散アッセンブリ６０１−６１１は、図３の（ａ）の粒子分散アッセンブリと同じ視界方向で見える。図７は粒子分散アッセンブリの交互の配向を図示し、該アッセンブリは、隣接アッセンブリから落下する粒子流の干渉を最小限に抑えるために使用することができる。タブ６２９、６１５、６３１、６３３及び６３７は、偏向タブ又は偏向面と規定できるが、配管１１におけるオリフィスの交互の側に配置される。タブ６０２、６１３、６２１、６２３、６２５及び６２７は、分散タブ又は分散面と規定できるが、配管１１におけるオリフィスの交互の側に配置される。粒子分散アッセンブリ６０１からの粒子流は、例えば、（縁面図で見える）タブ６０２から平面に分散され、該平面は粒子分散アッセンブリ６０３の（縁面図で見える）タブ６１３から分散される粒子平面によって横から補われる。これにより、粒子分散アッセンブリ６０１−６１１がすべて同じ方向に配向される場合よりも落下粒子を一様に分配することになる。粒子分散アッセンブリのこの交互配向は、任意の粒子分散アッセンブリの偏向面に接する平面が、隣接する粒子分散アッセンブリの偏向面に接する平面と、約６０〜約９０度の夾角で交差するように幾何学的に説明することができる。
【００５６】
　図７の粒子分散アッセンブリは、タブが回転式充填アームの軸に一般的に平行である平面にあるように配向された、分散タブ６０２、６１３、６２１、６２３、６２５及び６２７を示す。これらのタブが回転式充填アームの軸に平行でない平面にあるように、粒子分散アッセンブリをオリフィスの中心線に関して回転させた、交互配向を使用することができる。例えば、粒子分散アッセンブリは、分散タブが回転式充填の軸に垂直な平面にあるように、オリフィスの中心線に関して回転させることができる。すべての配向は、請求される発明の実施態様とみなされる。
【００５７】
　粒子分散アッセンブリから粒子の流れを開始及び停止させるための手段を含む、回転式充填アームの他の実施態様を図８に示す。図８の構成部材の大きさ及び向きは、必ずしも縮尺に従っていない。この実施態様において、回転式充填アームは、第１配管８０１、及び、第２配管８０３を含み、第１配管８０１は粒子貯蔵ホッパー（示されない）と粒子の流れが通じ、第２配管８０３は第１配管８０１の下方部の周りに、同軸且つ回転可能に配置される。粒子分散アッセンブリ８０５−８１５は、互い違いの方向で、第２配管８０３に取り付けられ、図６の粒子分散アッセンブリ６０１−６１１に類似している。配管８０１及び８０３のそれぞれは、配管が図８に示す第１の位置又は開位置にあるとき、重ね合わせて、又は、重なり合って位置する類似の６つのオリフィスを有すことができる。この位置においては、粒子は、内部配管から重なり合ったオリフィスを通って粒子分散アッセンブリ８０５−８１５まで自由に流れることができる。粒子の流れを終わらせるためには、配管８０３が、オリフィスが円周にずれる閉位置まで同軸で回転し、その結果、配管８０３の内壁が配管８０１のオリフィスを遮断する。
【００５８】
　配管８０１及び８０３は、２つの配管のオリフィスが、外部配管８０３の上方端部から適切な軸方向の距離で位置することを確実にするために、外部配管８０３の上方端部に止め具（示されない）を取り付け、その結果、オリフィスは開位置で重なり合い、又は、重ね合わされる。止め具はまた、配管８０１に関して配管８０３の半径方向の配向を調整するよう提供され（示されない）、その結果、オリフィスは開位置で重なり合い、閉位置で重なり合わない。
【００５９】
　粒子充填は、配管８０３が閉位置にある間に、粒子貯蔵ホッパーに粒子を充填することによって始めることができ、配管８０３を開位置に回転させて、充填アームの回転を開始し、粒子を必要とされる床深さまで容器に充填し、配管８０３を閉位置に動かすことによって充填を終わらせ、充填アームの回転を停止させる。
【００６０】
　上記の粒子流の制御方法は、粒子の流れをすべてのオリフィスから同時に開始できるため重要であり、形成される床表面の至るところに一様な粒子流を堆積させる点において重要である。さらに、この方法は、すべてのオリフィスから粒子の流れを同時に終わらせることができ、このことは同じ理由のために重要である。他の方法は、より好ましくないが、回転式アームを形成する管路の上方端部（即ち、図１の底部円筒部７の下）で粒子流を止めることである。これは、回転式アームのオリフィスを通り抜ける残留粒子の最後の流れが一様でないのでより好ましくない。
【００６１】
　上記の実施態様は、粒子分散アッセンブリの偏向面及び分散面について平面のタブを利用するが、これらの表面は、所望とされる場合、曲がっていてもよいし、又は、平面でなくてもよい。例えば、凹面又は凸面の、偏向面及び分散面を使用することができ、それは本発明の実施態様である。タブは長方形部分を有するように示されるが、粒子の適切な偏向及び分散が達成される限り、タブはどんな形状であってもよい。
【００６２】
　上記の実施態様においては、各粒子分散アセンブリは、２つの面、偏向面と分散面を利用し、充填の間、粒子を分散させる。本発明の他の実施態様においては、粒子分散アッセンブリのうちのいくつか又はすべては、回転式充填アームの製作を簡単にするために、それぞれ１つの面のみを使用することができる。例えば、図３の（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）のタブ３１１を取り除くことができ、粒子を偏向及び分散させるためにタブ３０７のみを残す。あるいはまた、３つ以上のタブ又は表面を、粒子の偏向及び分散に使用することのできる、実施態様を考えてもよい。本発明の範囲は、オリフィスから流れる粒子を分散させるために１つ又は複数のタブ又は表面を使用する、これらの他の実施態様すべてを含む。
【００６３】
　本発明の実施態様による粒子分散の図を図９に与える。これは、図６の粒子分散アッセンブリ６０３及び配管１１の拡大図を含む。図９の構成部材の大きさ及び向きは、必ずしも縮尺に従っていない。粒子分散アッセンブリ６０３は、タブ６１３及び分散面６１９の一部を含み、タブ６１３は、一部分がタブ６１５と三角接続用セグメント６１７の後ろにあり、分散面６１９の一部は正視で見える。配管１１のオリフィス６０４は、ベース６０８のオリフィス６０６と重ね合わされ、又は、一致している。粒子は、配管１１の内部を通って、オリフィス６０４及び６０６を通って流れ、接続セグメント６１７の後ろで、一般的に垂直方向に落下する。粒子は、タブ６１５背面の偏向面に衝突し、タブ６１５と分散面６１９の間の隙間を通って流れ、そこで粒子は偏向され、濃縮粒子流６２１を形成し、次にタブ６１３の分散面６１９に衝突する。これによって、濃縮粒子流６２１が示されるような扇形の粒子流６２３に分散される。配管１１は、複数の粒子分散アッセンブリを有し、より前に記載したように容器内で回転する充填アームの一部であり、それによって、複数の均一に落下する扇形の粒子流を、粒子床の表面（示されない）に分散させる。この分散方法は、より前に記載したように、緻密で且つ均一な粒子床をもたらす。
【００６４】
　以下の例は本発明を説明するが、そこに記載した特定の詳細のどれも本発明を制限しない。
【実施例】
【００６５】
　図２に図示するものに類似の粒子分配システムを、図３の（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）に図示する粒子分散アッセンブリ、並びに、図８に示す粒子流制御アッセンブリを使用して製作した。充填アームシステムは、外側端部から容器軸近くの曲部まで、長さが３８インチである、直径２１／２インチ、スケジュール１０のＳＵＳ３０４から製作される（図８の内部配管８０１に類似の）２本の内部配管を含んで成る。１つの内部配管は、直径１５／３２インチのオリフィス９個を有し、もう１つの内部配管は、直径１５／３２インチのオリフィス１０個を有し、該アームの下面にある両オリフィスは、オリフィス間の距離が、図８に図示するように、容器軸からの半径方向の距離とともに減少するよう、アームに沿って位置される。
【００６６】
　個々の偏向タブは、図４及び図５に示すテンプレートに従って、厚さ０．０６０インチのシート鋼から切り取り、それを曲げて、図３の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）及び図７に図示する粒子分散アッセンブリを作製した。これらのアッセンブリは、具体的には、垂直から６０度傾斜した分配アームに取り付くよう設計した。
【００６７】
　上記の内部配管と同様の直径、間隔及び配向のオリフィスを有する、（図８の配管８０３に類似の）２本のより大きな、外径３インチ、スケジュール１８のＳＵＳ３０４配管を製作した。粒子分散アッセンブリを、図７に図示する交互の配向を使用して、より大きな配管上のオリフィスに関して仮付け溶接し、図８に図示するより小さい配管に関して同軸で取り付け、完全な充填アームを作製した。該充填アームを垂直から６０度に配向し、内径７２インチの容器を満たすよう設計した。該容器は以下に記載する環状床を含む。
【００６８】
　図２に記載する充填アッセンブリを、充填アームは外した状態で、満たすべき容器の上部に据えた。回転式充填アームのそれぞれを、サポート１５の間でうまく動かして容器の内部に入れ、底部円筒部２０７に接続した。外部配管は、充填アームの内部配管にあるオリフィスを開放及び遮断するために回転することができる。
【００６９】
　この例においては、直径１．５ｍｍのＬｉＮａＫＬＳＸ吸着剤粒子、３，７７５ポンドを容器の環状空間に充填することになっており、床高さを４５．５インチ、環状空間の内部半径を７．７５インチ、及び、環状空間の外部半径を３２．７５インチとした。この例においては、図２における２つの環状床ではなく、単一の環状床とした。容器には、外径が７．７５インチである、内部同軸円筒床用の支持遮壁又は仕切り２２９、及び、内径が３２．７５インチである、外部同軸円筒床用の支持遮壁又は仕切り２２７を取り付けた。この例においては、アーム２１５は、内部床用の支持遮壁又は仕切り２２９と、外部同軸円筒床用の支持遮壁又は仕切り２２７の間の長さに沿って、（粒子分散アッセンブリ２２３と同様の）粒子分散アッセンブリを有する。同様に、アーム２１７は、内部床用の支持遮壁又は仕切り２２９と、外部同軸円筒床用の支持遮壁又は仕切り２２７の間の長さに沿って、（粒子分散アッセンブリ２３１と同様の）粒子分散アッセンブリを有する。
【００７０】
　５５ガロンのドラムから、図２の円筒ホッパー２０３と、逆円錐形中間部２０５と、底部円筒部２０７を含む、粒子ホッパー貯蔵手段２０１へ、所定の速度で粒子を充填した。この例においては、内部分離仕切り２１３は使用しなかった。粒子ホッパー／充填アームアッセンブリの回転は１ＲＰＭで開始し、外部配管が回転して、内部配管のオリフィスとオリフィスの位置を調整し、粒子充填を開始した。
【００７１】
　充填操作から１２０分後、合計３，７７５ポンドの吸着剤床を容器に充填し、充填を完了した。回転式充填アーム２１５及び２１７を底部円筒部２０７から取り外し、サポート１５の間でうまく動かして容器の外に出し、容器は圧力スイング吸着プロセスにおける操作に入る準備が完了した。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】粒子ホッパー、回転式充填アームアッセンブリ、及び、粒子分散アッセンブリを含む、円筒床を充填するための、本発明の実施態様を示す。
【図２】粒子ホッパー、回転式充填アームアッセンブリ、及び、粒子分散アッセンブリを含む、環状床を充填するための、本発明の他の実施態様を示す。
【図３】（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、粒子分散アッセンブリのいくつかの図を示す。
【図４】粒子分散アッセンブリを製作するためのテンプレートの略図である。
【図５】複合粒子分散アッセンブリを製作するためのテンプレートの略図である。
【図６】本発明の実施態様におけるオリフィス及び粒子分散アッセンブリを示す回転式アームの図である。
【図７】図６の回転式充填アームの底面正視図である。
【図８】オリフィス、及び、粒子流を調節するための粒子分散アッセンブリを具備する同軸の制御配管を有する他の回転式充填アームの図である。
【図９】図６の実施態様の粒子分散アッセンブリによる粒子分散の図である。
【符号の説明】
【００７３】
１…粒子ホッパー貯蔵手段
３…円筒ホッパー
５…逆円錐形中間部
７…底部円筒部
９…第１回転式充填アーム
１１…第２回転式充填アーム
１３…軸受アッセンブリ
１５…サポート
１７…サポートプレート
１９…容器
２１…モーター
２２…粒子分散アッセンブリ
２３…駆動機構ハウジング
２４…粒子床
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2004130304.tif 000007
【図６】
2004130304.tif 000008
【図７】
2004130304.tif 000009
【図８】
2004130304.tif 000010
【図９】
2004130304.tif 000011
【外国語明細書】
2004130304000001.pdf