(57)【要約】【課題】高精度な分配能力を有する粉粒体の分配装置および分配方法を提供すること。【解決手段】主管内を、粉粒体を１次気体によって輸送しながら主管に対して２次気体吹き込みノズルから２次気体を吹き込み、２次気体吹き込みノズルの下流に設けた複数の分配管に粉粒体を含む気体を分配する粉粒体分配装置において、２次気体の流量を変動させる気体流量変動手段を２次気体吹き込みノズルの上流側に設ける構成を有する。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主管内を、粉粒体を１次気体によって輸送しながら前記主管に対して２次気体吹き込みノズルから２次気体を吹き込み、前記２次気体吹き込みノズルの下流に設けた複数の分配管に前記粉粒体を含む気体を分配する粉粒体分配装置において、前記２次気体の流量を変動させる気体流量変動手段を前記２次気体吹き込みノズルの上流側に設けたことを特徴とする粉粒体分配装置。
【請求項２】
前記主管の軸方向に垂直な面内における前記２次気体吹込みノズルの吹き込み方向が、前記主管と軸心を同一とする直径が前記主管の直径の半分である円の領域の外側を向いていることを特徴とする請求項１に記載の粉粒体分配装置。
【請求項３】
主管内を、粉粒体を１次気体によって輸送しながら前記主管に対して２次気体吹き込みノズルから２次気体を吹き込み、前記２次気体吹き込みノズルの下流に設けた複数の分配管に前記粉粒体を含む気体を分配する粉粒体分配方法において、前記２次気体吹き込みノズルの上流側で前記２次気体の流量を変動させることを特徴とする粉粒体分配方法。
【請求項４】
前記２次気体の流量を周期的に変動させることを特徴とする請求項３に記載の粉粒体分配方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粉粒体分配装置および粉粒体分配方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、粉粒体を分配する装置は、例えば高炉の燃料吹込み設備に用いられており、その管路系は微粉炭、コークス粉等が粉流体輸送管から各分岐管を介して高炉羽口へ所定量吹込まれる配管構造となっている。このような管路系に用いられている従来の分配装置としては、輸送管の途中にY字形あるいはT字形の配管を分岐したい本数だけカスケード状に設置し、これら分岐配管に粉流体を衝突させて分配供給する方式、あるいは輸送管より大径の管体の側面に管軸線に対し直角方向に複数の分岐管を突設した分散室を輸送管に接続し、分散室の内壁に粉粒体を衝突させることにより該分散室内で粉粒体の均一分散を行わせて各分岐管に等配する方式が採用されている。
【０００３】
しかし、前記装置では、輸送されてきた粉粒体が分岐管内面に衝突することで、分岐管内面の磨耗が著しい上、粉粒体のエネルギー（圧力）損失も大きく、また分配精度も低い欠点があった。
【０００４】
それらの欠点を解決するために、特許文献１には、分散室より上流側に２次気体を接線方向に吹込むノズルを設け、粉粒体に旋回流を与え均一分散効果をより増し、分配精度の向上を図った技術が開示されている。
【０００５】
しかし、例えば航空機材料に適用されるレベルのCFRPを製造する場合の炭素繊維シート製造工程において、CFRPの層間破壊防止の目的で層間強化粒子を撒布する必要がある。この行程での撒布精度がCFRP成形後の強度と大きく関係してくるため均一な撒布が求められる。均一な撒布を行う手段の１つとして撒布ノズルを多数設けることが考えられる。当然、撒布ノズル毎に等分配された層間強化粒子の供給が要求されるのだが、本発明者らの知見によれば、特許文献１に記載の分配装置で分配した場合、旋回流によって均一分散効果は向上するが、旋回流の到達地点は常に同じ場所になることが多く、偏った分配が行われ、要求の分配精度を達成することが困難である場合があった。
【特許文献１】実願昭５６−７３９２８号（実開昭５７−１８４７３９号のマイクロフィルム）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、高精度な分配能力を有する粉粒体の分配装置および分配方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明によれば、主管内を、粉粒体を１次気体によって輸送しながら前記主管に対して２次気体吹き込みノズルから２次気体を吹き込み、前記２次気体吹き込みノズルの下流に設けた複数の分配管に前記粉粒体を含む気体を分配する粉粒体分配装置において、前記２次気体の流量を変動させる気体流量変動手段を前記２次気体吹き込みノズルの上流側に設けた粉粒体分配装置が提供される。
【０００８】
また、本発明の好ましい形態によれば、前記主管の軸方向に垂直な面内における前記２次気体吹込みノズルの吹き込み方向が、前記主管と軸心を同一とする直径が前記主管の直径の半分である円の領域の外側を向いている粉粒体分配装置が提供される。
【０００９】
また、本発明の別の形態によれば、主管内を、粉粒体を１次気体によって輸送しながら前記主管に対して２次気体吹き込みノズルから２次気体を吹き込み、前記２次気体吹き込みノズルの下流に設けた複数の分配管に前記粉粒体を含む気体を分配する粉粒体分配方法において、前記２次気体吹き込みノズルの上流側で前記２次気体の流量を変動させる粉粒体分配方法が提供される。
また、本発明の好ましい形態によれば、前記２次気体の流量を周期的に変動させる粉粒体分配方法が提供される。
【００１０】
本発明において「粉粒体」とは、樹脂・金属・金属酸化物・石炭・木炭等を原料とする体積平均粒径０．０１〜１０００μｍの粒子をいう。
【００１１】
また、本発明において「１次気体」および「２次気体」は、同じ気体であってもよいし、異なる気体であってもよい。気体としては、例えば、空気などが挙げられる。粉粒体が酸素や水蒸気を嫌う場合には、窒素・アルゴン等でもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、２次気体の流量を変動させる変動手段を設けたことによって、分配精度の高い粉粒体分配装置および粉粒体分配方法を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照しながら本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【００１４】
図４は本発明の一実施形態である粉粒体分配装置の全体構成を示した概略図である。粉粒体分配装置の全体構成は、主に、１次気体・２次気体が充填されているタンク６０、粉粒体６２が蓄えられているホッパー６３、１次気体に粉粒体を混合させるエジェクタ６５、その下流に位置して１次気体と２次気体を混合させる粉粒体分配装置６８、２次気体の流量を変動させる電磁弁７０からなる。粉粒体分配装置６８には搬送用配管６７と２次気体吹込み配管６９がつながっている。粉粒体分配装置６８より下流側には分配搬送管７１が接続されており、撒布ノズル７２につながっている。撒布ノズル７２は固定ブロック７６によって等間隔に固定されている。
【００１５】
次に１次気体・２次気体の流れについて図４を用いて説明する。
【００１６】
まず１次気体の流れについて説明する。１次気体は、タンク６０とエジェクタ６５の間の1次気体配管６１に設けられた流量調節バルブ７４によって搬送に適した流量に調節され、エジェクタ６５に流される。エジェクタ６５では、ホッパー６３に蓄えられた粉粒体６２がフィーダー６４から定量供給され、１次気体と混合され、搬送用配管６７を通過する。粉粒体６２は搬送用配管６７内で慣性力の影響を受けるため、管内断面で均一とならないまま粉粒体分配装置６８に流れる。
【００１７】
次に２次気体の流れについて説明する。２次気体は、タンク６０と電磁弁７０の間の２次気体配管６６に設けられた流量調節バルブ７５によって粉粒体分配装置６８内で適度な旋回流を起こす流量に調節され、２次気体配管６６を通過し、粉粒体分配装置６８へ流れ込む。粉粒体分配装置６８へ流れ込む前に、２次気体配管６６には、電磁弁７０が設けられており、電磁弁７０と粉粒体分配装置６８の間には、２次気体吹き込み配管６９が設けられている。電磁弁７０の動作は、シーケンサー７３によって制御できるようになっている。シーケンサー７３によって、電磁弁７０を開閉させることにより、流量変動をもった２次気体を２次気体吹込み配管６９を通して粉粒体分配装置６８に吹き込むことができるようになる。２次気体の流量変動は、特に周期性が必要なものではなく、ランダムな周期で実施しても良いが、流量変動を機械装置にて実施するには一定の周期をもたせる方が装置構成上簡便であり実施しやすい。そして、流量変動を一定周期で実施する場合は、変動周期：Ｔ１を後述する計量時間：Ｔ２で割り返した値を変動率：αとし（Ｔ１／Ｔ２＝α）、変動率αを、
１／１５００≦α≦１／６０
の範囲とすると、高い分配精度向上の効果が期待でき、更に望ましくは、
１／１５００≦α≦１／３００
の範囲とするのが良い。
【００１８】
計量時間Ｔ２は、粉粒体分配装置により分配した粉粒体を捕集容器やシート材等で捕集する時間のことで、例えば、図５のように、サイクロン１５０の下部に設置した捕集容器１５１にて粉粒体を捕集する場合は、粉粒体６２が所望の重量に達するまで粉粒体６２を供給するわけであり、その供給時間が計量時間Ｔ２となる。またその他に、図６に示すように連続したシート材１４１を矢印方向に搬送し、シート材搬送方向に直行する方向に配置した複数の散布ノズル７２により粉粒体６２をシート材１４１上に撒布する場合、シート材１４１の流れる速度をＡ（ｍ／秒）、撒布ノズル７２の撒布範囲１４２における搬送方向の長さをＬ（ｍ）とすると、シート材１４１の各箇所が粉粒体を捕集する時間が計量時間であり、計量時間Ｔ２はＬ／Ａ（秒）となる。
【００１９】
変動率αを前述の範囲とすることで分配精度が向上する理由については後述のメカニズムの解説の中で説明することとする。
【００２０】
気体流量変動手段としては電磁弁に限定する必要はないが、容易に用いることができるので電磁弁を使用することが好ましい。
【００２１】
なお、２次気体に流量変動を与える手段として、電磁弁以外の好ましい手段を以下に説明する。この気体流量変動手段には大きく分けて４つの方法に種別する。以下４種類について図を使って説明する。
（１）一つ目は、流路完全遮断型の手段である。これは本実施形態で示した電磁弁にもあてはまる。図７に示すようなボールバルブ１００のボール１０１をモーターで回転させておこなう方法も考えられる。
（２）二つ目は、流路不完全遮断型の手段である。図８に示すようにウレタンホース１１０もしくは弾力があり、再度もとの形状に戻りやすい材質のホースの外側をアクチュエーター１１１に固定されたブロック１１２で潰し、流路を不完全に遮断させる方法が考えられる。
（３）三つ目は、流路開放型の手段である。図９に示すように枝管１２１を接続し、分岐先に電磁弁１２０を接続し、シーケンサー１２２によって電磁弁１２０を開閉させ、電磁弁１２０を開とした時は流量を減らし、閉とした時は元の流量に戻るという方法も考えられる。
（４）四つ目は、流量追加型の手段である。図１０に示すように枝管１２１を接続し、分岐先に電磁弁１２０を接続し、シーケンサー１２２によって電磁弁１２０を開閉させ、電磁弁１２０を開とした時は、圧空が配管内に流れ込み流量が増加し、閉とした時は元の流量に戻るという方法も考えられる。
【００２２】
以上のように、１次気体と２次気体が搬送用配管６７、２次気体配管６６内を流れていくが、これらの気体が粉粒体分配装置６８内で、どのような流れになるかを以下に説明する。
【００２３】
図１は、本発明の一実施形態の粉粒体分配装置６８の概略縦断面図である。まず主管３は図中の太線で示す部分である。１次気体が通る搬送用配管６７は配管接続継手１に接続されている。２次気体が通る２次気体吹込み配管６９は２次気体吹込み配管接続継手６に接続されおり、主管３の中央付近に設けてある２次気体吹込みノズル５につながっている。Ａ−Ａ断面の２次気体吹込みノズル５付近を図２に示す。
【００２４】
２次気体吹込みノズル５付近の主管３は内径Ｄの円管であり、前記２次気体吹込みノズル５は、２次気体吹込みノズル５の軸心が、主管３と軸心を同一とする直径Ｄ／２の円の領域の外側、すなわち図２中の斜線領域７以外を通る位置に４カ所、周方向に等配に設けてある。このように、２次気体吹込みノズル５の軸心を主管３の中央部からずらすことで、２次気体は主管軸心を回転中心とした理想的な旋回流を生む。
【００２５】
本実施形態では２次気体吹込みノズル５を４個設けた例を示したが、特に４個に限定されることはなく５個や３個、場合によっては１個でもよいが、偏りのない高精度な旋回流を形成するためには複数個を周方向に等配で設けることが望ましい。
【００２６】
前述の通り、管内断面で均一とならないまま配管接続継手１を通って流れてきた粉粒体は２次気体吹込みノズル５を通り過ぎた時点から、２次気体吹込み配管接続継手６から流れてきた気体流量変動をもった２次気体の旋回流の作用によって主管内を旋回しながら流れ、分配管４に到達する。図３は、図１の粉粒体分配装置のＢ−Ｂ断面図である。図３に示すように、分配管４は２次気体吹込みノズルと同様に軸心を主管の中央部からずらした上、３方向に等配に配置しているため、旋回流に乗った粉粒体はスムーズに分配管４に導入される。
【００２７】
ここで、気体流量変動手段を設けたことによる分配精度向上のメカニズムを図１１を使って説明する。図１１ａは、粉粒体分配装置６８内の気体の流れを示した概念図である。図１１ｂは、２次気体の流量を図１１ａの場合より低下させたときの粉粒体分配装置６８内の気体の流れを示した概念図である。図１１ａに示すように、粉粒体６２は主管３の左端で濃度が高い、偏った状態で粉粒体分配装置６８に流れてきたとする。主管３の上流側から流れてきた１次気体流量をＦ、２次気体吹込みノズル５から流れてきた、旋回を伴う２次気体流量をＧとすると、２次気体吹込みノズル５より下流側の流れは、角度Ｉを持った螺旋状の流れＨとなる。２次気体流量が変化しない場合、角度Ｉは不変であり、高濃度部分が左端に偏った粉粒体６２は螺旋状の流れＨに沿って、常に左下方向の分配管４ｂに偏って分配されることが推測できる。図１１ｂは、１次気体流量Ｆは図１１ａの場合と同じで、２次気体流量ＫをＧより小さくした場合を示しており、そうすると角度Ｍは図１１ａの角度Ｉと比べて大きくなり、前述の流れＨに比べピッチの長い螺旋状の流れＬが形成される。この場合、高濃度部分は上方向の分配管４ａに偏って分配されることが推測できる。つまり、２次気体流量を変動させることによって螺旋状流れのピッチが変化し、高濃度部分の到達地点が変わり、偏りを均等に分散する効果が得られることで分配精度が向上するのである。
【００２８】
前述した、変動率αを１／１５００≦α≦１／６０、更に好ましくは１／１５００≦α≦１／３００とする理由であるが、まず変動率αが１／６０より大きくなる場合、計量時間Ｔ２の間に高濃度部分の到達点変化がたかだか６０回以下しか行われず、偏りの分散効果が十分に得られないため、分配精度の向上があまり望めないのである。一方、変動率αが１／３００まで小さくなると、計量時間Ｔ２の間に３００回以上の到達点変化が起こり、偏りの分散効果が十分に引き出されるようになる。また、変動率αを１／１５００以上とする理由は、装置的限界の問題からであり、変動率をこれ以上小さくすると変動の回数が膨大となり、装置の寿命低下を招き、計量時間Ｔ２が短い場合などは、装置の応答能力が速すぎる変動に追従できず、狙い通りの流量変動を発生できないという問題が発生する。変動率は１５００以上でも十分に偏りの分散効果は発揮できるため、あえてこれ以上低い変動率とする必要性は少ない。
【００２９】
以上に最良の実施形態を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、２次気体吹込みノズル５は、軸心を主管３の軸心中央部からずれた位置に配置することで旋回流を発生させたが、２次気体は必ずしも旋回流を起こす必要はなく、単に１つの２次気体吹込みノズルを主管の軸心に向かって配置する場合でも、２次気体に流量変動を与えることで、主管内の流れに変化が生じ、偏りを分散する効果が得られ、分配精度の向上効果が期待できる。また、上記のように２次気体に理想的な旋回流を発生させることを期待しない場合は、主管は円管である必然性はなく、四角形や多角形、楕円形等でもかまわない。
【実施例】
【００３０】
本発明の分配精度向上効果を以下の実施例によって評価した。評価に用いた装置は、図１に示す粉粒体分配装置である。装置の全体構成としては、図４に示す粉粒体分配装置の全体構成であり、分配搬送管７１の先端に設けられた３つの撒布ノズル７２ａ、７２ｂ、７２ｃにフィルタ７７ａ、７７ｂ、７７ｃを設置し、粉粒体６２をフィルタ７７に捕集させ、捕集前と捕集後のフィルタ７７の重量を計量し差分を粉粒体の捕集量とした。１次気体、および２次気体には最大圧力露点を１０℃以下とした通常の空気を用い、粉粒体には体積平均粒径が１００μｍのポリエーテルスルホーン粒子を用いた。電磁弁７０には高速動作可能な電磁弁（クロダニューマティクス株式会社製；直動形電磁弁：VA05PSC24-1PRE-01）を用い、これをシーケンサー７３によって所定の周期Ｔ１で開閉動作を実施することで、２次気体の流量に周期Ｔ１の変動を付与した。なお、開：閉時間の比は２：１とした。また場合によっては、電磁弁を開・閉それぞれのみの条件でも運転を実施した。その他、１次気体流量を１１０Ｌ／分、２次気体流量を電磁弁が開の状態で５５Ｌ／分、粉粒体供給量を１３ｇ／分、運転時間を１分間（すなわち前述の計量時間Ｔ２＝１分）とした。そしてこの１分間の運転を１バッチとし、計３バッチのテストを実施することで、合計９点の捕集量のデータを得た。この粉粒体の捕集量のデータから「分配率」、およびその分配率データから分配精度を代表する「ＣＶ値」を求め、各実施例、および比較例の結果を対比することで評価を行った。「分配率」、および「ＣＶ値」の計算式は以下の通りである。
【００３１】
分配率＝個別のフィルタの捕集量（ｇ）／３つのフィルタの捕集量の総和（ｇ）
ＣＶ値（％）＝９つの分配率データの標準偏差（％）／０．３３３３（％）×１００
（０．３３３３は１バッチ３点の分配率の平均値である。当然３点の平均値は１／３＝０．３３３３・・・となる。）
［実施例１］
上記の評価方法に従い、変動周期Ｔ１を０．１秒、すなわち前述の変動率αを０．１／６０＝１／６００に設定した。分配率の結果を図１２に示す。縦軸は分配率、横軸はテスト回数であり、７７ａ、７７ｂ、７７ｃの各フィルタを毎に線をつないでいる。
［比較例１］
実施例1同様の条件で、ただし電磁弁を常に開の状態で運転を実施した。分配率の結果を図１２に示す。グラフの表示は実施例１と同様である。
【００３２】
［まとめ１］
以上の結果である図１２、図１３を対比すると、２次気体の流量に変動を与えなかった比較例１では、３回のテストに対し、フィルタａ、フィルタｃが常に高い値、フィルタｂが常に低い値を示しており、分配に明らかな偏りがあるのに対し、変動を与えた実施例１では分配率が理想値である１／３（＝０．３３３３）近くに集まっており、分配精度が向上していることがわかった。
［実施例２］
実施例1同様の条件で、変動周期Ｔ１を０．０４秒、すなわち前述の変動率αを０．０４／６０＝１／１５００とした。
［実施例３］
実施例1同様の条件で、変動周期Ｔ１を０．２秒、すなわち前述の変動率αを０．２／６０＝１／３００に設定した。
［実施例４］
実施例1同様の条件で、変動周期Ｔ１を０．２５秒、すなわち前述の変動率αを０．２５／６０＝１／２４０に設定した。
［実施例５］
実施例1同様の条件で、変動周期Ｔ１を０．３秒、すなわち前述の変動率αを０．３／６０＝１／２００に設定した。
［実施例６］
実施例1同様の条件で、変動周期Ｔ１を０．５秒、すなわち前述の変動率αを０．５／６０＝１／１２０に設定した。
［実施例７］
実施例1同様の条件で、変動周期Ｔ１を１秒、すなわち前述の変動率αを１／６０に設定した。
［実施例８］
実施例1同様の条件で、変動周期Ｔ１を３秒、すなわち前述の変動率αを３／６０＝１／２０に設定した。
［比較例２］
実施例1同様の条件で、ただし電磁弁を常に閉の状態で運転を実施した。
【００３３】
［まとめ２］
以上の実施例１〜８、および比確例1、２のＣＶ値の結果を図１４に示す。横軸は変動周期Ｔ１が右に向かって増加するよう、各実施例を配置しており、右端には比較例で、変動がある場合と変動がない場合を配置している。縦軸はＣＶ値である。変動率αが１／６０以下となったところから、比較例１と対比してＣＶ値が低下し、分配精度向上効果が現れていることがわかる。更に変動率が１／３００以下となったところで、ＣＶ値は低めで安定しており、分配精度向上効果が高いレベルで飽和していることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明の粉粒体分配装置は、ＣＦＲＰの層間剥離防止の目的で層間強化粒子を均一に撒布するために利用できるが、その応用範囲はこれらに限られるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施形態の粉粒体分配装置の概略縦断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ断面図である。
【図４】本発明の一実施形態である粉粒体分配装置の全体構成を示した概略図である。
【図５】シート材を用いた計量時間の説明図である。
【図６】サイクロンと捕集容器を用いた計量時間の説明図である。
【図７】流路完全遮断型の気体流量変動手段の説明図である。
【図８】流路不完全遮断型の気体流量変動手段の説明図である。
【図９】流路解放型の気体流量変動手段の説明図である。
【図１０】流量追加型の気体流量変動手段の説明図である。
【図１１ａ】粉粒体分配装置６８内の気体の流れを示した概念図である。
【図１１ｂ】気体の流量を変動させたときの粉粒体分配装置６８内の気体の流れを示した概念図である。
【図１２】実施例の評価結果を示した図である。
【図１３】比較例の評価結果を示した図である。
【図１４】実施例１〜８、比較例１〜２の評価結果を示した図である。
【符号の説明】
【００３６】
１    配管接続継手
２    吸入管
３    ２次気体吹込みノズル付近の主管
４    分配管（４ａ、４ｂ、４ｃも同様）
５    ２次気体吹込みノズル
６    ２次気体吹込み配管接続継手
７    斜線領域
６０    タンク
６１    １次気体配管
６２    粉粒体
６３    ホッパー
６４    フィーダー
６５    エジェクタ
６６    ２次気体配管
６７    搬送用配管
６８    粉粒体分配装置
６９    ２次気体吹込み配管
７０    電磁弁
７１    分配搬送管
７２    撒布ノズル（７２ａ、７２ｂ、７２ｃも同様）
７３    シーケンサー
７４    流量調節バルブ
７５    流量調節バルブ
７６    固定ブロック
７７    フィルタ（７７ａ、７７ｂ、７７ｃも同様）
１００    ボールバルブ
１０１    ボール
１１０    ウレタンホース
１１１    アクチュエーター
１１２    ブロック
１２０    電磁弁
１２１    枝管
１２２    シーケンサー
１３２    主管
１４０    撒布ノズル
１４１    撒布ライン
１４２    撒布範囲
１５０    サイクロン
１５１    捕集容器
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１ａ】
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【図１１ｂ】
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【図１２】
2009083967.tif 000015
【図１３】
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【図１４】
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