(57)【要約】【課題】本発明は、導入する流体の力で装置を回転させることにより、遠心力を発生させるためのモーター等の外部装置を不要とし、高温場への適用を容易にする遠心流動層を提供することを目的とする。【解決手段】本発明による遠心流動層は、流体を導入するケーシング内部に略円筒型の分散板を回転自在に設けた遠心流動層において、ケーシング内部に導入する流体のエネルギーにより前記分散板を回転駆動するようにしたことを特徴とする。また、本発明の遠心流動層は、分散板の両端に端板を設け、一方の端板に流体のエネルギーを回転力に変換する羽根を設けたことを特徴とする。【選択図】          図  １
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を導入するケーシング内部に略円筒型の分散板を回転自在に設けた遠心流動層において、ケーシング内部に導入する流体のエネルギーにより前記分散板を回転駆動するようにしたことを特徴とする遠心流動層。
【請求項２】
分散板の両端に端板を設け、一方の端板に流体のエネルギーを回転力に変換する羽根を設けたことを特徴とする請求項１記載の遠心流動層。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導入する流体の力で装置を回転させることによって遠心力を発生させる遠心流動層に関する。
【０００２】
【従来の技術】
固気、固液、あるいは気液固系の流動層は、固体のハンドリング技術の一つとして古くから用いられている。通常の流動層は主に重力と流体抗力のバランスで層を形成しているが、遠心流動層は重力のかわりに遠心力を用いる方式である（例えば、特許文献１及び２参照）。このように遠心流動層は、重力ではなく遠心力を用いていることから、任意の流体流量に対応できることや、流動の状態をアクティブにコントロールできるといった利点がある。
【０００３】
【特許文献１】
特開平４−３２２７２４号公報
【特許文献２】
実開平７−３７３３１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の遠心流動層は、遠心力を発生させるためにモーター等の外部装置で層を回転させる必要があり、装置が複雑になるという問題があった。また高温流体を扱う場合は、モーターもしくはモーターからの回転力を伝達するベルト等が耐熱仕様である必要があるため、従来あまり高温場へは適用されていない。さらに、ベルトを水冷しながら実験を行った例はあるものの、実用的ではないという問題もあった。
【０００５】
本発明は、導入する流体の力で装置を回転させることにより、遠心力を発生させるためのモーター等の外部装置を不要とし、高温場への適用を容易にする遠心流動層を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明の遠心流動層は、流体を導入するケーシング内部に略円筒型の分散板を回転自在に設けた遠心流動層において、ケーシング内部に導入する流体のエネルギーにより前記分散板を回転駆動するようにしたことを特徴とする。
また、本発明の遠心流動層は、分散板の両端に端板を設け、一方の端板に流体のエネルギーを回転力に変換する羽根を設けたことを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による実施の形態を図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る遠心流動層の一例を説明する概念図である。
図１において、遠心流動層２をを形成する回転体１は、その円筒面を分散板３とし、分散板３の両側に端板４、５を結合する。一方の出口側の端板５の中心部分には、中空円筒状の排気管６の一端が固定される。この排気管６の外周面には、スラスト・ラジアルベアリング１０が設けられ、回転体１は、排気管６及びスラスト・ラジアルベアリング１０を介してケーシング７によって回転自在に支持される。
また、他方の入口側の端板４の中心部分には、軸１１の一端が固定されており、軸１１の他端にはケーシング７内に導入される流体のエネルギーを回転力に変換する羽根１２が固定されている。必要であれば、軸１１と端板４との間に変速ギア１４を介することによって風量に対する回転速度を調整する。羽根１２としては揚力型あるいは抗力型、どちらでも可能であるが、図１においては揚力型を示している。また、流体のエネルギーを回転力に変換する手段としては、上記羽根に限らず、例えば、遠心流動層２において燃焼反応させるようなタイプの場合は、出口側の端板５にガスタービンのタービン羽根を設ける等、種々のものが考えられる。
なお、８は入口流路、９は出口流路である。
【０００８】
今、入口流路８内を流れてきた流体は、開口１３からケーシング７内に入り、羽根１２を通過する際に羽根１２に回転力を与える。羽根１２に回転力を与えた後、流体は、分散板３を通り、回転体１内の粒子を流動化させ、排気管６を通って出口流路９に排出される。羽根１２の回転力は、軸１１及び変速ギア１４を経て回転体１に伝達され、回転体１が回転される。
【０００９】
回転体１が回転する速さは流体流量Ｑが大きいほど大きくなり、高重力場を形成するようになる。遠心流動層２では流体抗力と遠心力が働いているが、扱う流体が大流量になればそれに伴い流体抗力が増加するが、回転体１の回転する速さも増加するので遠心力も増加する。すなわち、本方式は、流体の流量Ｑによって自律的に遠心力を発生させて流動層を形成するものである。
【００１０】
図２は、粒子選択における設計例を示すフローチャートであり、また、図３は空気でガラスビーズを流動化する場合の設計試算を示したものである。
粒子選択においては、まず、処理対象の流体の種類、例えば流体密度ρｇ及び粘度μと流量Ｑを決める。流量Ｑによって、羽根１２部における流体の流速Ｖが決まり、羽根部流速Ｖ及び羽根１２の諸元から回転体１の回転速度ωが決まる。回転速度ωと分散板３の半径Ｒとから遠心効果Ｇが求まる。また、流量Ｑ、分散板３の半径Ｒ及び幅Ｂから分散板３における流体速度Ｕが決まる。遠心効果Ｇ条件下において、流体速度Ｕを最小流動化速度Ｕｍｆとする粒子径及び流体速度Ｕを限界速度Ｕｌとする粒子径が求まる。
【００１１】
図３の設計試算では流量Ｑ＝２００Ｌ／ｍｉｎに対して、約１００μｍ〜２００μｍ程度の粒子を選べば良いことが分かる。これよりも小さい粒子の場合は限界速度を超過するので気流に搬送されたりする。一方、大きな粒子の場合は流動化せずに固定層状態での運転になる。
【００１２】
図４は、流量選択における設計例を示すフローチャートであり、また、図５は空気でガラスビーズを流動化する場合の試算例を示したものである。
流量選択においては、まず、遠心流動層の諸元、すなわち、分散板３の半径Ｒ及び幅Ｂを決める。次に、粒子径ｄｐ及び粒子密度ρｐを決めることにより、その粒子における最小流動化速度Ｕｍｆ（図５の▲１▼）及び限界速度Ｕ１（図５の▲２▼）が遠心効果Ｇの関数として求まる。一方、流体流量Ｑと回転体１の回転速度ωの関係から、流体速度（図５の▲３▼）と遠心効果Ｇの関係が得られる。
図５において、▲１▼と▲３▼の交点から得られる流量Ｑが流動化のための最小流量Ｑ０で、▲２▼及び▲３▼の交点から得られる流量Ｑが流動化のための限界流量Ｑ１が求められる。  固定層での運転はＱ０よりも低い流量で行い、流動層での運転はＱ０〜Ｑ１の流量範囲で行えば良い。この試算例ではガラスビーズ２００μｍを用いた場合、流量が２０〜１０００Ｌ／ｍｉｎの範囲で流動層状態での運転となる。流量が２０Ｌ／ｍｉｎよりも小さい場合、最小流動化速度以下のため流動化せずに固定層状態になる。１０００Ｌ／ｍｉｎを超える場合は限界速度を超過するので気流に搬送されたりすることになる。
【００１３】
【発明の効果】
本発明は、つぎのような優れた効果を奏する。
（１）遠心流動層において、遠心力を発生させるための外部動力源を必要とせず、構造をシンプルにできる。
（２）外部動力源を装着しないため、耐熱仕様が作りやすく、高温流体を扱うことが容易になる。
（３）遠心流動層を流れる流体流量に応じて回転体の回転数が自動的に変化するため、自律的に遠心力を発生させることができる。このため、回転数を制御する装置が不要になる。
（４）条件を選べば、比較的流速が高い条件でも、固定層としての利用も可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る遠心流動層の一例を説明する概念図である。
【図２】粒子選択における設計例を示すフローチャートである。
【図３】粒子選択において空気でガラスビーズを流動化する場合の設計試算を示したものである。
【図４】流量選択における設計例を示すフローチャートである。
【図５】流量選択において空気でガラスビーズを流動化する場合の設計試算を示したものである。
【符号の説明】
１  回転体
２  遠心流動層
３  分散板
４  端板
５  端板
６  排気管
７  ケーシング
８  入口流路
９  出口流路
１０  スラスト・ラジアルベアリング
１１  軸
１２  羽根
１３  開口
１４  変速ギア
【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】
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