(57)【要約】【課題】管体から固形物を抜き出す作業の作業効率及び作業精度の向上を図ることができるノズル、固形物の抜き出し装置、固形物の抜き出しシステム、及び固形物の抜き出し方法を提供する。【解決手段】ノズル１００は、ガスを流通させる流路１４０と、流路１４０の先端側に形成された先端開口部１１１と、流路１４０の基端側に形成された基端開口部１２１と、先端開口部１１１よりも基端側に形成され、流路１４０を流れるガスの一部を基端側へ向けて吐出させる側孔と、を有し、先端開口部は、流路の方向に向けて１以上形成されており、側孔は、流路の周方向に沿って１以上形成されており、基端開口部よりガスを供給したときに、１以上の先端開口部から吐出されるガス流量（Ｑ１ａ）と１以上の側孔から吐出されるガス流量（Ｑ１ｂ）の比（Ｑ１ａ／Ｑ１ｂ）が０．０５〜０．７となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒状の固形物が充填された管体へガスを供給する導管に接続可能なノズルであって、
前記ガスを流通させる流路と、
前記流路の先端側に形成された先端開口部と
前記流路の基端側に形成された基端開口部と、
前記先端開口部よりも基端側に形成され、前記流路を流れる前記ガスの一部を基端側へ向けて吐出させる側孔と、を有し、
前記先端開口部は、前記流路の方向に向けて１以上形成されており、
前記側孔は、前記流路の周方向に沿って１以上形成されており、
前記基端開口部より前記ガスを供給したときに、１以上の前記先端開口部から吐出されるガス流量（Ｑ１ａ）と１以上の前記側孔から吐出されるガス流量（Ｑ１ｂ）の比（Ｑ１ａ／Ｑ１ｂ）が０．０５〜０．７となる、ノズル。
【請求項２】
前記側孔は、前記流路の長手方向に沿う軸線に対して３０°以上９０°未満の角度で前記ノズルの基端側へ向けて開口している、請求項１に記載のノズル。
【請求項３】
前記側孔は、前記流路の周方向に沿って互いに均等な間隔を設けて２以上形成されている、請求項１又は請求項２に記載のノズル。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のノズルと、
前記ノズルが接続された前記導管と、を備える固形物の抜き出し装置。
【請求項５】
前記導管は、前記ノズルの先端側へ向けて付与された押し込み力を前記管体に充填された前記固形物へ伝達可能に構成されている、請求項４に記載の固形物の抜き出し装置。
【請求項６】
前記導管は、前記導管の延在方向に沿って分割されるとともに所定の剛性を備える複数の中継管と、隣接する前記中継管同士を接続する接続部と、を有する請求項５に記載の固形物の抜き出し装置。
【請求項７】
前記管体に挿入可能に構成され、前記管体に充填された前記固形物に対して衝撃力を付与するための衝撃力付与部材を有する、請求項４〜６のいずれか１項に記載の固形物の抜き出し装置。
【請求項８】
請求項４〜７のいずれか１項に記載の固形物の抜き出し装置と、
前記導管及び前記ノズルを介して、前記ガスを前記管体の内部へ供給するガス供給機と、
前記管体の内部に吸引力を発生させ、前記固形物を前記管体の外部へ移動させる吸引機と、を有する固形物の抜き出しシステム。
【請求項９】
導管に接続されたノズルから粒状の固形物が充填された管体へガスを供給しつつ、前記管体の内部に吸引力を発生させて前記固形物を前記管体の外部へ抜き出す固形物の抜き出し方法であって、
前記ガスの供給は、前記ノズルの流路の方向に向けて前記ノズルに１以上形成された先端開口部から前記管体に充填された前記固形物に向けて前記ガスを吐出させつつ、前記ノズルの周方向に沿って前記ノズルに１以上形成された側孔から前記ノズルの基端側へ向けて前記ガスを吐出させることを含み、
１以上の前記先端開口部から吐出されるガス流量（Ｑ１ａ）と１以上の前記側孔から吐出されるガス流量（Ｑ１ｂ）の比（Ｑ１ａ／Ｑ１ｂ）が０．０５〜０．７である、固形物の抜き出し方法。
【請求項１０】
１以上の前記先端開口部及び１以上の前記側孔から吐出される前記ガスの単位時間当たりの合計の吐出量（Ｑ１）と前記管体の内部を単位時間当たりに吸引する吸引量（Ｑ２）の比（Ｑ１／Ｑ２）が１以下である、請求項９に記載の固形物の抜き出し方法。
【請求項１１】
前記管体の内部には、異なる種類の前記固形物が層状に充填されている、請求項９又は請求項１０に記載の固形物の抜き出し方法。
【請求項１２】
前記管体の内部に充填された前記固形物に対して衝撃力を付与することを含む、請求項９〜１１のいずれか１項に記載の固形物の抜き出し方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多管式反応器の反応管など、管体内に充填された粒状の固形物を抜き出すために使用されるノズル、固形物の抜き出し装置、固形物の抜き出しシステム、及び固形物の抜き出し方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
石油化学工業の分野において、管式反応器を用いた炭化水素類の分解反応、改質反応、酸化反応、アンモ酸化反応、還元反応などの接触反応は数多く実施されている。これらの反応に使用される反応器には数千から数万本もの反応管（以下、「管体」と言うこともある）が備えられ、反応管内には各々の接触反応に適した触媒や不活性物質等の粒状の固形物が充填されている（以下、管体内部に充填された触媒等の粒状固形物を「充填物」と言うこともある）。例えば、特許文献１には、モリブデン、ビスマス及び鉄を必須の構成成分とする第一段反応用触媒を充填した層と、モリブデン及びバナジウムを必須の構成成分とする第二段反応用触媒を充填した層との間に不活性物質の充填層を設け、一つの熱交換型多管式反応器を用いて二段階の接触気相酸化反応によりプロピレンからアクリル酸を合成する方法が開示されている。【０００３】
これら接触反応に使用される触媒等の充填物は、化学プラントにて長期間使用されると、被毒、コーキング、シンタリングなどによって活性や選択率などの触媒機能が損なわれたり、機械的強度が低下したり、圧力損失が増大したりして、安定かつ効率的なプラントの操業ができなくなる。そのため、性能等が低下した触媒等の固形物は、別の新しい触媒等と入れ替えるために管体から抜き出される。また、反応器や管体等を修繕したり、検査したりする場合にも管体から触媒等の固形物を抜き出す作業が実施されることもある。【０００４】
反応器内の管体からこれら触媒等の固形物を抜き出す方法としては、例えば、管体の下端に形成された開口部を利用する方法が知られている。この方法では、作業者が反応器の内部に入り、管体の下端に形成された開口部から棒状の部材等を挿入して触媒等の充填物を突き上げ、管体の内部の固形物をほぐしながら落下させる。【０００５】
上記の方法では、作業者が棒状の部材で突き上げる度に管体の内部に充填された触媒等の固形物やこれらの破砕物が落下して作業者に降り注ぐことになる。また、作業場所は大量の粉塵が発生して劣悪な環境となることから、作業者は防塵服、粉塵マスク、ゴーグル、手袋等の着用が不可避である。このように、上記方法による抜き出し作業は効率面や衛生面の観点から好ましい方法とは言えない。【０００６】
特許文献２に記載された方法では、上記のような課題を考慮して、例えば第１の実施形態として、管体の内部に挿入した吸引ホースにより吸引力を発生させて固形物を管体の上端に形成された開口部から抜き出す作業手順を採用している。また、第２の実施形態として、固形物をより一層効率良く抜き出すために、管体の内部に吸引力を発生させつつ、管体の内部に挿入した噴出管から固形物に向けてエア等のガスを吐出させることで、管体の内部の充填物を流動させて抜き出す作業手順が採用されている。【０００７】
上記の方法は、作業者が手作業で管体の下端に形成された開口部から充填物を抜き出す方法と比較して作業効率を向上させることができる。また、吸引ホースにより管体の上端側へ吸い上げた充填物は、捕集用の容器やポンプ車へ直接送り込むことができるため、作業者に充填物が降り注ぐことがなく、衛生面の改善を図ることもできる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−１３０７２２号公報
【特許文献２】特開２００７−９０２１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、例えば、特許文献２において第２の実施形態として記載された方法では、下記のような点が課題として挙げられる。【００１０】
管体に充填された触媒等の固形物に向けてガスを吐出させる際、ガスの吐出量（噴き付け量）が過剰に大きいと、ガスの噴き付けによって大量の固形物が流動し、管体の上端側へ一気に巻き上げられてしまう。その結果、管体の内部に挿入されたガス吐出用ホース又は噴出管と反応管内壁との間に固形物が引っかかってしまう二次的閉塞（ブリッジ）が発生しやすくなり、その都度抜き出し作業を中断して閉塞を取り除く処理が必要になるため、却って抜き出し作業の効率が低下してしまうことになる。また、大量の固形物が一気に抜き出されることから、抜き出す必要のない固形物まで抜き出されることにもなり、抜き出し量の精度も低下する。【００１１】
一方で、管体に充填された固形物に向けて吐出されるガス量が過剰に小さいと、管体内の固形物が流動しにくくなり、管体の上端に形成された開口部側へ固形物を巻き上げる量が減り、抜き出し効率が低下してしまう。また、ガス吐出量が極端に小さい場合、固形物が管体の上端にまで移動せず、固形物がまったく抜き出されなくなる場合もある。この場合、固形物を管体の上端に形成された開口部側へ移動させるために、管体の内部に極めて大きな吸引力を発生させる必要が生じるが、過剰に大きな吸引力を発生させてしまうと、管体の下端の開口部側から管体の上端部側へ向かうガスのアップフローが生じ、固形物が管体の上端側へ向けて流動する。そのため、特許文献１に記載されているような管体の内部に異なる種類の固形物が層状に充填されているような場合において、上層側に充填された固形物のみを選択的に抜き出す際、上記のようなガスのアップフローによる固形物の流動が生じると、上層側に充填された固形物とともに、下層側に充填された固形物も一緒に抜き出してしまう可能性がある。【００１２】
以上のように、特許文献２に記載されているような管体から粒状の固形物を抜き出す作業において、固形物に向けてガスを吐出させる方法を採用した場合、固形物を流動させつつ管体の上端側へ移動させるガスの吹き出し量や吸引量の設定を適切に調整しないと、結果的に作業効率を低下させてしまったり、本来抜き出す必要のない固形物まで抜き出してしまうといった抜き出し精度の低下が生じてしまったりすることもある。【００１３】
本発明者らは、固形物の抜き出し方法に関する従来技術に鑑み、特許文献２の実施形態２に記載されているような固形物を抜き出す方法において、管体の内部に挿入した噴出管から固形物に向けてガスを吐出させることで管体内部の固形物を流動させる際に、噴出管からガスを吐出させて固形物を流動させるためのガス流量と、流動した固形物を管体の上部に形成された開口部側へスムーズに移動させるためのガス流量とを各々適切に調整すれば、上記したような課題が解決できるのではないかと着想し、本発明を完成するに至った。【００１４】
すなわち、本発明は、管体から固形物を抜き出す作業の作業効率及び作業精度の向上を図ることができるノズル、固形物の抜き出し装置、固形物の抜き出しシステム、及び固形物の抜き出し方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の一の形態に係るノズルは、粒状の固形物が充填された管体へガスを供給する導管に接続可能なノズルであって、前記ガスを流通させる流路と、前記流路の先端側に形成された先端開口部と、前記流路の基端側に形成された基端開口部と、前記先端開口部よりも基端側に形成され、前記流路を流れる前記ガスの一部を基端側へ向けて吐出させる側孔と、を有し、前記先端開口部は、前記流路の方向に向けて１以上形成されており、前記側孔は、前記流路の周方向に沿って１以上形成されており、前記基端開口部より前記ガスを供給したときに、１以上の前記先端開口部から吐出されるガス流量（Ｑ１ａ）と１以上の前記側孔から吐出されるガス流量（Ｑ１ｂ）の比（Ｑ１ａ／Ｑ１ｂ）が０．０５〜０．７となるノズルである。【００１６】
本発明の他の形態に係る固形物の抜き出し方法は、導管に接続されたノズルから粒状の固形物が充填された管体へガスを供給しつつ、前記管体の内部に吸引力を発生させて前記固形物を前記管体の外部へ抜き出す固形物の抜き出し方法であって、前記ガスの供給は、前記ノズルの流路の方向に向けて前記ノズルに１以上形成された先端開口部から前記管体に充填された前記固形物に向けて前記ガスを吐出させつつ、前記ノズルの周方向に沿って前記ノズルに１以上形成された側孔から前記ノズルの基端側へ向けて前記ガスを吐出させることを含み、１以上の前記先端開口部から吐出されるガス流量（Ｑ１ａ）と１以上の前記側孔から吐出されるガス流量（Ｑ１ｂ）の比（Ｑ１ａ／Ｑ１ｂ）が０．０５〜０．７である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、管体の内部に充填された粒状の固形物を抜き出す際、充填された固形物を流動させるために固形物に向けて吐出されるガスの吐出量と、流動された固形物を管体の上端開口部側に移動させるために吐出されるガスの吐出量とのバランスを適切に調整することができる。そのため、管体の内部に吐出されたガスにより管体の内部から固形物が所望以上の量で抜き出されてしまうことを抑制でき、固形物の抜き出しの作業効率を上げるとともに抜き出しの精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施形態に係る抜き出し装置の一部を拡大して示す斜視図である。
【図２】実施形態に係るノズルの平面図である。
【図３】図２に示す矢印３方向から見たノズルの正面図である。
【図４】図２に示す矢印４方向から視たノズルの背面図である。
【図５】ノズル及び導管の長手方向に沿う縦断面図である。
【図６】図５に示す破線部６で囲んだ部分を拡大して示す図である。
【図７】変形例に係るノズルの正面図である。
【図８】実施形態に係る反応器を簡略的に示す図である。
【図９】実施形態に係る管体の内部を示す断面図である。
【図１０】実施形態に係る固形物の抜き出し方法を説明するための断面図である。
【図１１】実施形態に係る固形物の抜き出し方法を説明するための断面図である。
【図１２】実施形態に係る固形物の抜き出し方法を説明するための断面図である。
【図１３】実施形態に係る固形物の抜き出し方法を説明するための断面図である。
【図１４】実施形態に係る固形物の抜き出し方法を説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。以下の記載は特許請求の範囲に記載される技術的範囲や用語の意義を限定するものではない。また、図面の寸法比率は説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。また、本明細書において示す範囲「Ｘ〜Ｙ」は「Ｘ以上、Ｙ以下」を意味する。
【００２０】
図１〜図７は、実施形態に係る固形物の抜き出し装置（以下、「抜き出し装置」とする）１０、ノズル１００、及び導管２００を示す図、図８は、実施形態に係る固形物の抜き出しシステム（以下、「抜き出しシステム」とする）１及び反応器５００を簡略的に示す図、図９は、実施形態に係る管体５１０の内部５１３を示す断面図、図１０〜図１４は、実施形態に係る固形物の抜き出し方法（以下、単に「抜き出し方法」とする）を説明するための断面図である。
【００２１】
本実施形態に係る抜き出し方法は、例えば、図８、図９に示すように、化学プラントに設置された反応器５００の管体５１０の内部５１３に充填された粒状の固形物（以下、単に「固形物」とする）Ｍ１を管体５１０の外部へ抜き出すために実施することができる。
【００２２】
管体５１０は、例えば、粒状の触媒、粒状のセラミックス（例えば、シリカの球状体、アルミナの球状体、ジルコニアの球状体）、粒状の金属製ラシヒリングなどが充填される反応管である。管体５１０の高さ方向（図８、図９に示す矢印ｚ１−ｚ２方向）の上端には、管体５１０の外部と連通する上端開口部５１１が形成されている。管体５１０の高さ方向の下端には、管体５１０の外部と連通する下端開口部５１２が形成されている。管体５１０は、目的とする接触反応にもよるが、例えば、内径が１０ｍｍ〜６０ｍｍで、高さが１０００ｍｍ〜１５０００ｍｍに形成することができる。
【００２３】
管体５１０の内部５１３には、同一種の固形物のみが充填されていてもよいし、例えば、図８及び図９に示すように異なる種類の固形物Ｍ１、Ｍ２により構成された複数の層Ｌ１、Ｌ２が、管体５１０の高さ方向の異なる位置に充填されていてもよい。管体５１０の内部５１３に異なる種類の固形物が充填されている場合、第１の層Ｌ１は、粒状の固形物Ｍ１で構成することができ、第２の層Ｌ２は、粒状の固形物Ｍ２で構成することができる。固形物Ｍ１は、例えば、外径が１ｍｍ〜１５ｍｍに形成された球形の接触反応用の触媒を用いることができる。固形物Ｍ２は、例えば、固形物Ｍ１とは異なる形状または組成を有する接触反応用の触媒や、リング形状（環状）に成型された金属製のラシヒリングを用いることができる。図示は省略するが、管体５１０の内部５１３において、第２の層Ｌ２よりも管体５１０の下端側には、さらに、固形物Ｍ１又は固形物Ｍ２と同種あるいは異種の粒状の固形物により他の層が形成されていてもよい。
【００２４】
管体５１０は化学プラントに設置された反応器５００の反応管に限定されることはない。また、各固形物Ｍ１、Ｍ２の種類は例示したものに限定されることはない。また、各固形物Ｍ１、Ｍ２の形状や大きさも限定されることはない。また、各固形物Ｍ１、Ｍ２が管体５１０の内部５１３に充填される形態（層の形成の有無、各層の高さ、層の数等）も限定されることはない。また、管体５１０は図８に示すように鉛直方向に配置されていなくてもよく、例えば、斜め方向や水平方向に配置されていてもよい。
【００２５】
＜ノズル＞
ノズル１００は、粒状の固形物Ｍ１、Ｍ２が充填された管体５１０へガスを供給する導管２００に接続可能なノズルである。ノズル１００は、図１、図２、図５に示すように、ガスを流通させる流路１４０と、流路１４０の先端側に形成された先端開口部１１１と、流路１４０の基端側に形成された基端開口部１２１と、先端開口部１１１よりも基端側に形成され、流路１４０を流れるガスの一部を基端側へ向けて吐出させる側孔と、を有する。先端開口部１１１は、流路１４０の方向に向けて１以上形成されており、側孔は、流路１４０の周方向に沿って１以上形成されている。ノズル１００は、例えば、図１において符号１５１、１５２、１５３、１５４、１５５、１５６で示す６つの側孔を有することができる。ノズル１００は、ノズル１００の基端開口部１２１より先端側へ向けてガスを供給したときに、１以上の先端開口部１１１から吐出されるガス流量（Ｑ１ａ）と１以上の側孔から吐出されるガス流量（Ｑ１ｂ）の比（Ｑ１ａ／Ｑ１ｂ）が０．０５〜０．７となるように、先端開口部１１１と側孔が設けられている。
【００２６】
各図面では、ノズル１００の長手方向を符号Ｘで示し、長手方向と直交する第１方向を符号Ｙで示し、長手方向及び第１方向の各々と直交する第２方向を符号Ｚで示す。また、本明細書の説明において、ノズル１００の先端側とは、管体５１０内への挿入方向の先端側（図２の左側及び図５の下側）を意味し、ノズル１００の基端側とは、ノズル１００に接続された導管２００が配置される側（図２の右側及び図５の上側）を意味する。
【００２７】
図１０に示すように、ノズル１００の先端開口部１１１から吐出されるガス流れａ１は主に管体５１０の内部５１３に充填されている固形物Ｍ１をほぐし、ノズル１００の１以上の側孔から吐出されるガス流れａ２は主に解された固形物Ｍ１を管体５１０の上端開口部５１１へ押し上げる（移動させる）役目がある。この結果、固形物Ｍ１を管体５１０の外部へ効率的に抜き出すことができる。
【００２８】
ノズル１００は、図１、図２、図３に示すように、先端部１１０と、基端部１２０と、先端部１１０と基端部１２０との間に位置する胴部１３０と、を有することができる。
【００２９】
先端部１１０は、先端側に向けて外径が小さくなるテーパー形状を有するように形成することができる。なお、先端部１１０の形状は特に限定されない。先端部１１０は、例えば、先端が先端側に向けて丸く湾曲した形状を有していてもよいし、先端側に向けて一定の外径で略直線状に延びていてもよい。
【００３０】
胴部１３０は、例えば、先端部１１０と基端部１２０との間で略一定の外径で延在するように形成することができる。基端部１２０は、例えば、胴部１３０と略同一の外径を有するように形成することができる。
【００３１】
ノズル１００は、例えば、金属材料で形成することができる。ノズル１００を形成する金属材料としては、例えば、ＳＵＳを用いることができる。ただし、ノズル１００を形成する材料は特に限定されない。ノズル１００は、ＳＵＳ以外の金属材料で形成してもよいし、樹脂などの金属材料以外の材料で形成してもよい。
【００３２】
胴部１３０の断面形状（Ｙ−Ｚ平面で示される直交断面の形状）は、例えば、略円形に形成することができる。ノズル１００の胴部１３０の断面形状が円形となるようにするには、例えば、六角形の断面形状を有する管状部材の平坦な６つの平面の各々に側孔を１つずつ形成した後、管状部材の断面形状が円形をなすように当該管状部材の各平面に対して面取り加工を施すことで製造することができる。なお、胴部１３０の断面形状は円形に限定されない。例えば、胴部１３０の断面形状は、楕円形であってもよいし、六角形状などの多角形であってもよい。ただし、胴部１３０の断面形状が円形（換言すると、胴部１３０の外形形状が円筒形状）である場合、ノズル１００の基端側へ移動される固形物Ｍ１がノズル１００と管体５１０の内壁との間に挟まりにくくなる。そのため、固形物Ｍ１の抜き出す作業を実施する際、固形物Ｍ１を管体５１０の上端側へ向けて円滑に移動させることが可能となり、管体５１０の内部で固形物Ｍ１の二次的閉塞が発生することを抑制できる。
【００３３】
流路１４０は、図２、図５に示すように、先端部１１０の内部に形成された第１部位１４１と、胴部１３０の内部に形成された第２部位１４２と、基端部１２０の内部に形成された第３部位１４３と、を有するように形成することができる。
【００３４】
流路１４０は、円形の断面形状（Ｙ−Ｚ平面で示される直交断面の形状）を有するように形成することができる。例えば、図５に示すように、第１部位１４１は、第２部位１４２及び第３部位１４３よりも径（流路径）を小さく形成することができる。また、第１部位１４１と第２部位１４２との間には、先端側に向けて径が次第に小さくなる移行部を形成することができる。なお、第３部位１４３の形成は省略してもよい。また、第１部位１４１と第２部位１４２は、略同一の径を有していてもよいし、異なる径を有していてもよい。
【００３５】
図２、図５に示すように、第３部位１４３には、導管２００の先端部２１０をノズル１００の基端部１２０に挿入して接続するための段差部１４３ａを形成することができる。このとき、導管２００は、導管２００の先端部２１０を段差部１４３ａに突き当てて配置した状態で、ノズル１００と固定することができる。基端開口部１２１を形成する位置は、ノズル１００の１以上の側孔よりも基端側であり、かつ、流路１４０内にガスを供給することが可能な限り、特に限定されることはない。導管２００とノズル１００を固定する方法は特に限定されないが、導管２００及びノズル１００の材質等に応じて、接着、溶着、溶接等の方法を採用することができる。なお、導管２００の先端部２１０の内部にノズル１００の基端部１２０を挿入して、導管２００とノズル１００とを固定することもできる。また、導管２００とノズル１００は、別の管状部材（アダプター）を介して接続することもできる。
【００３６】
ノズル１００の先端開口部１１１は、図３に示すように、ノズル１００の正面からの平面視（図２に示す矢印３方向から見た平面視）において、円形に形成することができる。ノズル１００は、導管２００を介してノズル１００の流路１４０内に流入したガスを、先端開口部１１１を介してノズル１００の先端側へ向けて吐出させる。先端開口部１１１の平面形状は、円形のみに限定されず、例えば、楕円形や多角形等であってよい。また、ノズル１００に形成される先端開口部１１１の個数は１以上であれば特に限定されない。また、先端開口部１１１は、ノズル１００の先端側に固形物Ｍ１を流動させるためのガス流れを形成することが可能な限り具体的な形状等は特に限定されない。例えば、先端開口部１１１は、図５に示す流路１４０の軸線ｃ１に対して斜め方向に開口していてもよい。
【００３７】
ノズル１００には、流路１４０を流れるガスの一部をノズル１００の基端側へ向けて吐出させるための側孔がノズル１００の周方向に沿って１以上形成されている。なお、ノズル１００に形成される側孔の数は、１以上であれば特に限定されない。
【００３８】
ノズル１００の第１側孔１５１は、図２に示すように、Ｘ−Ｙ平面で見た際の平面視において、略円形に形成することができる。側孔の個数は１以上であればよく、２以上が好ましい。一例として図１〜図３では６つの側孔を有するノズル１００の例を示している。ノズル１００では、第１側孔１５１、第２側孔１５２、第３側孔１５３、第４側孔１５４、第５側孔１５５、第６側孔１５６の各々を略同一の形状に形成することができる。ただし、ノズル１００に形成される１以上の側孔の各々は、形状や外径等が異なっていてもよい。また、側孔の平面形状は、円形のみに限定されず、例えば、楕円形や多角形等であってよい。また、側孔は、ノズル１００の基端側へ向かうガス流れを形成し得る限り、ノズル１００において形成される位置は特に限定されない。また、ノズル１００に２以上の側孔を形成する場合、それぞれの側孔はノズル１００の周方向において互いに均等な間隔を空けて形成されることが好ましい。また、例えば、側孔は、胴部１３０以外の部分に形成してもよい。
【００３９】
ノズル１００の先端開口部１１１の個数及び開口径や、ノズル１００の側孔の個数及び開口径は、１以上の先端開口部から吐出されるガス流量（Ｑ１ａ）と、１以上の側孔から吐出されるガス流量（Ｑ１ｂ）との比が０．０５〜０．７になる範囲で任意に設定することができる。例えば、先端開口部１１１の開口形状が円形であり、先端開口部１１１が１つだけ設けられる場合、先端開口部１１１の直径ｄ１（図６を参照）は、０．５〜４．０ｍｍとすることができる。また、例えば、側孔の開口形状が円形であり、側孔が６つ設けられる場合、各側孔の径ｄ２（図６を参照）は、０．５〜４．０ｍｍとすることができる。
【００４０】
図３において、ノズル１００では、各側孔同士が流路１４０の周方向（図５に示す軸線ｃ１の周方向）に沿って互いに均等な間隔を空けて配置されている。図３に示すノズル１００には、６つの側孔が形成されており、流路１４０の周方向において隣り合う各側孔の角度θ１は６０°となっている。なお、角度θ１は、厳密に６０°でなくてもよく、例えば、寸法公差の範囲でばらつきがあってもよい。また、ノズル１００に形成される側孔の数が６つ以外の個数である場合、角度θ１は、側孔の数に応じて変更することができる。また、側孔の間に形成される角度θ１は、均一な大きさでなくてもよく、流路１４０の周方向で大きさが異なっていてもよい。ただし、側孔からガスを吐出させた際に、ノズル１００の周囲に均等なガス流れを形成する観点より、角度θ１は全て均等であることが好ましい。
【００４１】
ノズル１００の長手方向（Ｘ軸方向）における１以上の側孔の位置については特に限定されないが、管体５１０の内部５１３において流動した固形物Ｍ１を速やかに管体５１０の上端開口部５１１の方へ移動させるために、ノズル１００の先端開口部１１１から長手方向の基端側へ３ｍｍ〜５０ｍｍ離れた位置に１以上形成することが好ましく、先端開口部１１１から長手方向の基端側へ５ｍｍ〜２５ｍｍの位置に形成することがより好ましく、先端開口部１１１から長手方向の基端側へ５ｍｍ〜１５ｍｍの位置に形成することがさらに好ましい。また、側孔は、ノズル１００に１以上形成される場合、ノズル１００の長手方向（Ｘ軸方向）で異なる位置に形成されていてもよい。つまり、孔が２以上の場合、全側孔が流路１４０の同一周方向に沿って形成されていてもよいし、同一周方向に沿って形成されていなくてもよい。
【００４２】
ノズル１００の先端開口部１１１の開口面積は、例えば、０．２ｍｍ２〜１２．６ｍｍ２で形成することができる。また、ノズル１００の先端開口部１１１の開口面積は、０．７９ｍｍ２〜４．９ｍｍ２が好ましく、１．１３ｍｍ２〜２ｍｍ２がより好ましい。
【００４３】
上記のような寸法例で先端開口部１１１と各側孔を形成することにより、ノズル１００の基端開口部１２１からガスを供給したときに、１以上の先端開口部１１１から吐出されるガス流量（Ｑ１ａ）と１以上の側孔から吐出されるガス流量（Ｑ１ｂ）の比（Ｑ１ａ／Ｑ１ｂ）を所望の大きさ０．０５〜０．７とすることができる。
【００４４】
ノズル１００に形成された１以上の側孔は、図６に示すように、流路１４０の軸線ｃ１に対して、３０°以上９０°未満の角度でノズル１００の基端側へ向けて開口させることができる。各側孔が軸線ｃ１に対して傾斜する角度θ２は、例えば、図６に示す長手方向に沿うノズル１００の断面図上において、各側孔が一定の径を有する場合、側孔の中心位置を通る直線ｈ１と軸線ｃ１との間に形成される角度で定義することができる。また、側孔が一定の径を有さない場合（例えば、テーパー状に径が変化するような断面形状を有する場合）、角度θ２は、例えば、ノズル１００の内壁側に位置する側孔の中心位置とノズル１００の外壁側に位置する側孔の中心位置とを結んだ線と、軸線ｃ１との間に形成される角度で定義することができる。なお、図６では、図示の都合上、第２側孔１５２及び第５側孔１５５のみを示しているが、他の側孔１５１、１５３、１５４、１５６も第２側孔１５２及び第５側孔１５５と同様に、ノズル１００の軸線ｃ１に対して３０°以上９０°未満の角度でノズル１００の基端側へ向けて開口させることができる。
【００４５】
側孔が傾斜する角度θ２は、側孔から吐出させたガスによりノズル１００の基端側へ向けたガス流れを形成可能であればよく、その限りにおいて特に限定されない。例えば、側孔が傾斜する角度θ２は、０°よりも大きければよい。ただし、ノズル１００に側孔を形成する際の作業性を考慮した場合、側孔が傾斜する角度θ２は３０°以上９０°未満であることが好ましい。
【００４６】
ノズル１００は、各側孔が上記のような角度で基端側へ向けて開口しているため、各側孔からガスを吐出させた際、管体５１０の内部５１３で固形物Ｍ１を巻き上げた状態（図１０に示す状態）に容易に維持することができる。なお、各側孔が基端側へ向けて開口する角度θ２は、管体５１０の内部５１３で固形物Ｍ１が巻き上がり、かつ、閉塞（ブロッキング）が起こりにくい状態をより安定的に維持することを考慮して、例えば、３０°〜６０°が好ましく、４０°〜５０°がより好ましい。
【００４７】
ノズル１００の各部の寸法は、特に限定されないが、例えば、ノズル１００の長手方向の長さは、２０ｍｍ〜４００ｍｍに形成することができる。なお、第１部位１４１、第２部位１４２、第３部位１４３の径は、それぞれ異なっていてもよいし、全て同じでもよい。また、流路１４０の第２部位１４２の径は、例えば、４ｍｍに形成することができる。また、ノズル１００の胴部１３０の外径は、例えば、５ｍｍに形成することができる。
【００４８】
図７には、第１側孔１５１、第２側孔１５２、第３側孔１５３、第４側孔１５４の４つの側孔が形成されたノズルを示している。このノズルのように、ノズルに形成される側孔の数は１以上であれば特に限定されない。また、このノズルでは、４つの側孔が形成されており、流路１４０の周方向で隣り合う側孔の角度θ１は、周方向で均一になるように９０°に形成することが好ましい。また、このノズルのように側孔が複数形成されている場合、角度θ１は、流路１４０の周方向で全て同一としてもよいし、異なるようにしてもよい。また、このノズルにおいて、側孔が基端側へ向けて開口する角度θ２は、すべて同一の大きさとすることもでき、また、対角の位置（図７に示す正面図上において対向する位置）にある２つの側孔（例えば、側孔１５１、１５３）を同一の大きさ（例えば、４５°）とし、他の対となる側孔（例えば、側孔１５２、１５４）を別の同一の大きさ（例えば、６０°）とすることもできる。上記の側孔が基端側へ開口する角度は一例であり、変更することが可能である。また、ノズルに形成される側孔の数が４以上の偶数である場合にも、対で配置された側孔ごとに開口する角度θ２を異ならせることができる。また、ノズルに１以上の側孔が形成される場合、側孔が開口する角度θ２は、１以上の側孔の各々で異なっていてもよいし、同一の角度を有する側孔の組とその他の角度を有する側孔が形成されていてもよい。なお、ノズルに複数の側孔を形成する場合、側孔の数は奇数であってもよい。ノズルに形成される側孔の数が奇数の場合であっても、側孔の間に形成される角度θ１及び側孔が開口する角度θ２の大きさは特に限定されない。
【００４９】
なお、本発明に係るノズルは、先端開口部が１以上設けられており、側孔が１以上設けられており、１以上の先端開口部から吐出されるガス流量（Ｑ１ａ）と１以上の側孔から吐出されるガス流量（Ｑ１ｂ）の比（Ｑ１ａ／Ｑ１ｂ）が０．０５〜０．７である限り、その具体的な構成は限定されない。例えば、ノズルは、１つの先端開口部と、１つの側孔とが設けられており、側孔の角度θ２が３０°以上９０°以下の角度であってもよい。また、例えば、ノズルは、複数の側孔が設けられる場合において、側孔の間に形成される角度θ１は均等でなくてもよい。
【００５０】
＜導管＞
導管２００は、図５に示すように、内部に流路２１５が形成された中空の管状部材で構成することができる。図５では、導管２００の先端部２１０は、ノズル１００の基端開口部１２１を介してノズル１００の流路１４０に挿入されている。導管２００の流路２１５は、ノズル１００が接続された状態において、導管２００の先端開口部２１１を介してノズル１００の流路１４０と連通される。導管２００の流路２１５内に供給されたガスは、導管２００の流路２１５及び先端開口部２１１を介してノズル１００の流路１４０内へ流入する。
【００５１】
導管２００は、例えば、ゴム製、樹脂製、金属製等の公知の配管（又は管状部材）で構成することができる。導管２００は、例えば、管体５１０の上端開口部５１１側（図９を参照）からノズル１００の先端側へ向けて導管２００に対して付与された押し込み力を、管体５１０に充填された固形物Ｍ１に対して伝達可能な材料等で構成することができる。なお、上端開口部５１１は、実施形態の説明において便宜的に「管体の上端」の位置を示しているが、管体５１０へのノズル１００及び導管２００の挿入箇所は、管体５１０の上端のみに限定されない。
【００５２】
固形物Ｍ１は、管体５１０の内部５１３において静置されている間に、水分等を吸着してダマ状に硬化したり、また、触媒反応を一定期間継続した際に反応副生物や触媒成分の一部などが固形物表面に付着して、固形物同士が固着したり、管体５１０の内壁に固着したりすることがある。上記のように導管２００が押し込み力を伝達可能に構成されている場合、固形物Ｍ１を抜き出す作業を行う際、図１２に示すように、導管２００を管体５１０の内部５１３へ押し込んで、管体５１０の内部５１３で固着した固形物Ｍ１に対してノズル１００の先端部１１０を衝突させて衝撃力を付与することにより、固形物Ｍ１の固着をほぐすことができる。それにより、固形物Ｍ１を円滑に抜き出すことができる。
【００５３】
導管２００は、上記のように管体５１０の内部５１３で固着した固形物Ｍ１に対して衝撃力を付与可能とするために、例えば、剛性が比較的高い樹脂材料もしくは金属材料で構成されていることが好ましい。
【００５４】
導管２００の外径は特に限定されないが、導管２００を管体５１０の内部５１３に挿入した際、管体５１０の内壁と導管２００との間に固形物Ｍ１や固形物Ｍ２が引っ掛かって詰まりが発生することを防止できる寸法で形成されていることが好ましい。また、導管２００の内径も特に限定されないが、導管２００の内径が過度に小さいと、固形物Ｍ１を浮き上がらせるために十分な量のガスをノズル１００へ送り込むことができなくなる。このような観点より、管体５１０の内径及び導管２００の外径は、例えば、次の式１を満たすように形成することが好ましい。
（式１）  固形物Ｍ１又は固形物Ｍ２の粒径［ｍｍ］≦（管体５１０の内径［ｍｍ］−導管２００の外径［ｍｍ］）／２
導管２００の内径については、固形物Ｍ１や固形物Ｍ２をほぐし、導管２００の基端側に移動させることができる量のガスを導入できる程度の内腔を導管２００が有していればよく、例えば、２ｍｍ〜１０ｍｍにすることができる。
【００５５】
導管２００は、例えば、管体５１０の内部５１３で固着した固形物Ｍ１に対して衝撃力を付与可能とするために、図１３に示すように、導管２００の延在方向に沿って分割されるとともに所定の剛性を備える複数の中継管２５０と、隣接する中継管２５０同士を接続する接続部２５１と、を有することもできる。各中継管２５０の長さは、導管２００の全長よりも短く形成される。そのため、導管２００全体がその全長に亘って管体５１０の内部５１３で極端に撓むことを防止できる。したがって、導管２００を管体５１０の内部５１３へ押し込む際、各中継管２５０を介して導管２００の先端側へ確実に押し込み力を伝達することが可能になる。なお、中継管２５０の材料、接続部２５１の材料は特に限定されないが、例えば、樹脂材料や金属材料を用いることができる。また、中継管２５０の個数、一つの中継管２５０の長さも特に限定されない。
【００５６】
＜抜き出し装置＞
図１、図５に示すように、抜き出し装置１０は、ノズル１００と、ノズル１００が接続された導管２００と、を有することができる。
【００５７】
抜き出し装置１０は、固形物Ｍ１の抜き出し方法に使用可能な装置として構成することができる。導管２００の内部には、ガスを流通することが可能な流路２１５が形成されている。ノズル１００は、導管２００の先端部２１０に接続可能である。ノズル１００は、導管２００及び基端開口部１２１からノズル１００の流路１４０内へ供給されたガスをノズル１００の１以上の先端開口部１１１及び１以上の側孔を介して、ノズル１００の外部へ吐出させる。ノズル１００の先端開口部１１１から吐出されるガス流れを図１０中に矢印ａ１で概略的に示しており、ノズル１００の１以上の側孔から吐出されるガス流れを図１０中に矢印ａ２で概略的に示している。なお、ノズル１００から吐出させるガスの種類については特に制限はなく、窒素や空気、窒素と空気を一定比率で混合したものなどを用いることができるが、安全面や経済面の観点から、空気が最も好ましい。
【００５８】
抜き出し装置１０は、図９、図１１に示すように、ノズル１００が接続された導管２００とともに管体５１０の内部５１３に挿入可能に構成された衝撃力付与部材３１０を備えることもできる。衝撃力付与部材３１０は、管体５１０の上端開口部５１１側からノズル１００の先端側へ向けて付与された押し込み力を、管体５１０に充填された固形物Ｍ１に対して伝達可能に構成することができる。衝撃力付与部材３１０は、前述したように、固形物Ｍ１が管体５１０の内部５１３で固着している場合に、管体５１０の内部５１３で固着した固形物Ｍ１に対して衝撃力を付与するために使用することができる。衝撃力付与部材３１０は、例えば、金属製の線状部材（ピアノ線等）や棒状部材で構成することができる。なお、衝撃力付与部材３１０の長さ、断面形状、太さ、具体的な材質等は特に限定されない。
【００５９】
また、抜き出し装置１０は、図１４に示すように、ノズル１００の先端部１１０又は胴部１３０の外周面の一部に取り付けられる衝撃力付与部材３３０を有していてもよい。衝撃力付与部材３３０は、例えば、衝撃力付与部材３１０と同様に金属製や樹脂製の線状部材や棒状部材で構成することができる。管体５１０の内部５１３から固形物Ｍ１を抜き出す際、ノズル１００の先端開口部１１１からガスを吐出させつつ、衝撃力付与部材３３０で管体５１０の内部５１３で固着した固形物Ｍ１に衝撃力を付与することにより、固形物Ｍ１の固着をほぐして、固形物Ｍ１を円滑に抜き出すことができる。なお、衝撃力付与部材３３０の先端は、例えば、先端側に向けて尖った鋭利な形状に形成することができる。衝撃力付与部材３３０の先端を上記のような形状で形成することにより、管体５１０の内部５１３で固着した固形物Ｍ１の固着を容易にほぐすことが可能になる。衝撃力付与部材３３０の長さ、断面形状、太さ、ノズル１００への取り付け位置、具体的な材質等は特に限定されない。
【００６０】
＜抜き出しシステム＞
抜き出しシステム１は、図８及び図９に示すように、ノズル１００及び導管２００を備える抜き出し装置１０（図１を参照）と、ノズル１００及び導管２００を介して管体５１０の内部５１３へガスを供給するガス供給機４１０と、管体５１０の内部５１３に吸引力を発生させ、固形物Ｍ１を管体５１０の外部へ移動させる吸引機４２０と、を有することができる。
【００６１】
ガス供給機４１０は、例えば、圧縮した空気を送出可能な公知のコンプレッサーで構成することができる。導管２００は、ガス供給機４１０と連結することができる。抜き出しシステム１には、例えば、導管２００を延長してガス供給機４１０に接続するチューブ、ガス供給機４１０の出力を調整するユニット（制御装置）や所定のバルブ等を設けることができる。なお、抜き出し方法を実施している間におけるガス供給機４１０の出力の調整は、例えば、図示省略する作業者等により実施させることができる。
【００６２】
吸引機４２０は、例えば、ガスを吸引して負圧を発生させる公知の集塵機で構成することができる。吸引機４２０は、図８、図９に示すように、配管３２０、チューブｔ１、捕集容器４３０、及びチューブｔ２を介して、管体５１０と連結することができる。
【００６３】
管体５１０の内部５１３から固形物Ｍ１を抜き出すためには、管体５１０の内部５１３に充填された固形物Ｍ１を管体５１０の外部へ移動させる方向に働くガス線速を、固形物Ｍ１の終末沈降速度（ｕ）よりも大きくする必要がある。本実施形態では、管体５１０の内部５１３におけるガス線速が終末沈降速度（ｕ）と等しくなる流体量（Ｑ０）を越える量の流体量（Ｑ２）で、管体５１０の内部５１３を吸引することにより、固形物Ｍ１を抜き出すことができる。なお、本明細書における終末沈降速度（ｕ）の定義については後述する。
【００６４】
ここで、本実施形態におけるガス吸引量Ｑ２は、例えば、次の式２を満足することを条件とすることができる。
（式２）  Ｑ２／Ｑ０  ＞  １
例えば、Ｑ２／Ｑ０≦１であると、固形物Ｍ１の抜き出しが困難になる。したがって、式２の条件を満たすことが好ましい。なお、Ｑ２／Ｑ０は１よりも大きければよいが、抜き出し作業時の経済的な面から、１．５以下、好ましくは１．３以下、より好ましくは１．１５以下である。
【００６５】
図９に示すように、配管３２０には、ガスが流通可能な内部空間３２１を形成することができる。チューブｔ１は、配管３２０の一端側に位置する開口部に接続することができる。配管３２０の他端側に位置する開口部は、管体５１０の上端開口部５１１に接続することができる。管体５１０の内部５１３は、配管３２０及びチューブｔ１を介して、捕集容器４３０に連結することができる。また、図８に示すように、捕集容器４３０と吸引機４２０は、チューブｔ２を介して連結することができる。吸引機４２０を作動させると、管体５１０の内部５１３が吸引され、抜き出し対象である固形物Ｍ１が配管３２０、及びチューブｔ１を介して捕集容器４３０へ移される。なお、抜き出しシステム１に使用される装置、機器、部材、器具等の種類、レイアウト等は特に限定されず、適宜変更することが可能である。
【００６６】
各チューブｔ１、ｔ２は、例えば、流路が内部に形成された中空の管状部材で構成することができる。捕集容器４３０は、例えば、金属製の容器（ドラム缶等）で構成することができる。捕集容器４３０の内部構造は特に限定されない。捕集容器４３０は、抜き出された固形物をその内部に捕集して貯め、チューブｔ２及び吸引機４２０へなるべく固形物を移動させないような構造を有することができる。
【００６７】
配管３２０は、例えば、公知のＬ字管で構成することができる。図９に示すように、配管３２０には、配管３２０の内部空間３２１を介して管体５１０の内部５１３にノズル１００及び導管２００を挿入するための孔３２１ａと、配管３２０の内部空間３２１を介して管体５１０の内部５１３に衝撃力付与部材３１０を挿入するための孔３２１ｂを形成することができる。なお、孔３２１ａは、ノズル１００及び導管２００を挿入することが可能な限り、大きさや形状は限定されない。また、孔３２１ｂは、衝撃力付与部材３１０を挿入することが可能な限り、大きさや形状は限定されない。例えば、孔３２１ａと孔３２１ｂは同一の口径で形成されていてもよいし、異なる径で形成されていてもよい。また、配管３２０には孔３２１ａと孔３２１ｂの両方の機能を持つ一つの孔を設けてもよい。
【００６８】
＜抜き出し方法＞
次に、固形物Ｍ１の抜き出し方法を説明する。ここでは、管体５１０に層状に充填された固形物Ｍ１、Ｍ２のうち、第１の層Ｌ１を形成する固形物Ｍ１を選択的に抜き出す際の作業手順の一例を説明する。
【００６９】
本実施形態に係る抜き出し方法では、図８、図９に示すように、固形物Ｍ１が充填された管体５１０の内部５１３にノズル１００及び導管２００を挿入する。また、必要であれば、本実施形態に係る抜き出し方法では、抜き出し装置１０に備えられる衝撃力付与部材３１０を管体５１０の内部５１３に挿入する。なお、抜き出し方法は、例えば、作業者Ｈ１と作業者Ｈ２のように複数人で行ってもよいし、作業者Ｈ１または作業者Ｈ２が単独で行ってもよい。
【００７０】
図８、図９及び図１０に示すように、本実施形態に係る抜き出し方法では、導管２００及びノズル１００を介して固形物Ｍ１が充填された管体５１０の内部５１３にガス供給機４１０からガスを供給しつつ、吸引機４２０によって管体５１０の内部５１３に吸引力を発生させて固形物Ｍ１を管体５１０の外部へ抜き出す。本実施形態に係る抜き出し方法では、管体５１０の内部５１３へガスを供給する際、ノズル１００に形成された先端開口部１１１（図２、図６を参照）から管体５１０の内部５１３に充填された固形物Ｍ１に向けてガスを吐出させつつ、ノズル１００に形成された１以上の側孔（図２、図６を参照）からノズル１００の基端側へ向けてガスを吐出させる。吸引機４２０の吸引により発生するガス流れの方向は、導管２００及びノズル１００を通して供給されるガスの供給方向と逆方向、すなわち、管体５１０の上端開口部５１１側へ向かう方向とすることが好ましい。なお、図１０において、吸引機４２０によるガスの吸引を矢印ｂで示す。
【００７１】
前述したように、ノズル１００は、基端開口部１２１側からガスを供給したときに、１以上の先端開口部１１１から吐出されるガス流量（Ｑ１ａ）と、１以上の側孔から吐出されるガス流量（Ｑ１ｂ）の比（Ｑ１ａ／Ｑ１ｂ）が０．０５〜０．７となる。そのため、１以上の先端開口部１１１から吐出されるガスの流量と、１以上の側孔から吐出されるガスの合計の流量が適切なバランスに調整される。したがって、ノズル１００は、充填された固形物Ｍ１に対して直接的に噴き付けられるガスの流量が過度に大きくなったり、過度に小さくなったりすることを抑制できる。また、ノズル１００は、複数の固形物Ｍ１が管体５１０の内部５１３で固着しているような場合にも、先端開口部１１１から吐出させたガスによって固形物Ｍ１の固着をほぐすことができ、管体５１０の上端開口部５１１側へ固形物Ｍ１を容易に巻き上げることができる。
【００７２】
管体５１０の上端開口部５１１側へ巻き上げられた固形物Ｍ１は、１以上の側孔からノズル１００の基端側へ向けて吐出されたガスが噴き付けられることにより、管体５１０の内部５１３で巻き上げられた状態に維持される。本実施形態に係る抜き出し方法では、ノズル１００から吐出させたガスにより固形物Ｍ１を巻き上げつつ、吸引機４２０を作動させて管体５１０の内部５１３に吸引力を発生させることにより、管体５１０の上端開口部５１１を介して固形物Ｍ１を管体５１０の外部へ円滑に移動させて抜き出すことができる。
【００７３】
ここで、固形物Ｍ１を抜き出す方法では、１以上の先端開口部１１１及び１以上の側孔から吐出されるガスの単位時間当たりの合計の吐出量（Ｑ１）と、管体５１０の内部５１３を単位時間当たりに吸引する吸引量（Ｑ２）の比（Ｑ１／Ｑ２）を１以下に設定することが好ましい。Ｑ１／Ｑ２を１よりも大きくしても固形物Ｍ１を抜き出すことは可能であるが、Ｑ１／Ｑ２が１以下の方が管体５１０の上端側まで移動させた固形物Ｍ１を反応器５００の外部に配置された捕集容器４３０へ効率よく排出することができる。また、このようにガスの吐出量（Ｑ１）と吸引量（Ｑ２）の関係を調整することにより、管体５１０の内部５１３に供給されるガスの流入量と、管体５１０の内部５１３から吸引されるガスの吸引量のバランスが適切なものとなる。例えば、ガスの吸引量と比較してガスの吐出量が過剰に大きいと、ガスが管体５１０の下端開口部５１２まで流れてしまい、第１の層Ｌ１よりも下側に位置する第２の層Ｌ２に充填された固形物Ｍ２が流動してしまう。その結果、固形物Ｍ２が管体５１０の内部５１３で巻き上がって、固形物Ｍ１とともに固形物Ｍ２が管体５１０の外部へ移動してしまう。また、例えば、ガスの吸引量と比較してガスの流入量が過剰に小さいと、管体５１０の下端開口部５１２を介して管体５１０の内部５１３へ管体５１０の外部の空気が引き込まれてしまうため、第１の層Ｌ１よりも下側に位置する第２の層Ｌ２に充填された固形物Ｍ２が流動してしまう。その結果、ガスの吸引量と比較してガスの流入量が過剰に大きい場合と同様に、固形物Ｍ１とともに固形物Ｍ２が管体５１０の外部へ移動してしまう。
【００７４】
上記のような課題に対して、１以上の先端開口部１１１及び１以上の側孔から吐出されるガスの単位時間当たりの合計の吐出量（Ｑ１）と管体５１０の内部５１３の単位時間当たりの吸引量（Ｑ２）の比（Ｑ１／Ｑ２）を１以下とすることで、管体５１０の内部５１３に供給されるガスの流入量と、管体５１０の内部５１３から吸引されるガスの吸引量のバランスが適切なものとなり、第１の層Ｌ１に充填された固形物Ｍ１を精度良く抜き出すことが可能になる。
【００７５】
なお、上記のように、１以上の先端開口部１１１及び１以上の側孔から吐出されるガスの単位時間当たりの合計の吐出量（Ｑ１）と管体５１０の内部５１３の単位時間当たりの吸引量（Ｑ２）の比（Ｑ１／Ｑ２）は、１以下であることが好ましいが、管体５１０の内部５１３へのガスの流入量と管体５１０の内部５１３から吸引されるガスの吸引量のバランスを考慮して、０．３〜０．８が好ましく、０．５〜０．７がより好ましい。
【００７６】
管体５１０の内部５１３で固形物Ｍ１が固着している場合、本実施形態に係る抜き出し方法では、例えば、図１１に示すように衝撃力付与部材３１０を使用して、管体５１０の内部５１３で固着した固形物Ｍ１に衝撃力を付与することにより、固形物Ｍ１の固着をほぐすことができる。なお、衝撃力付与部材３１０を使用して衝撃力を付与する際、ノズル１００からのガスの吐出は継続してもよいし、停止してもよい。例えば、第２の層Ｌ２まで衝撃力が付与される可能性がある場合には、ノズル１００からのガスの吐出を停止させることにより、第２の層Ｌ２に充填された固形物Ｍ２がガスにより過剰に流動することを抑制できる。
【００７７】
また、図１２、図１３、図１４に示すように、導管２００を先端側へ押し込んで、ノズル１００を介して直接、あるいは、衝撃力付与部材３３０を用いて衝撃力を付与することにより、固形物Ｍ１の固着をほぐすことができる。衝撃力付与部材３１０を使用して衝撃力を付与する作業と、導管２００や衝撃力付与部材３３０を使用して衝撃力を付与する作業は、一つの管体５１０から固形物Ｍ１を抜き出す作業において任意に組み合わせて実施することが可能である。また、固形物Ｍ１に対して衝撃力を付与する作業を実施するタイミングや回数等は特に限定されない。また、固形物Ｍ１を抜き出す作業と、固形物Ｍ１に対して衝撃力を付与する作業は、一人の作業者Ｈ１が実施してもよいし、複数の作業者で実施してもよい。
【００７８】
以上のように、本実施形態に係るノズル１００は、粒状の固形物Ｍ１が充填された管体５１０へガスを供給する導管２００に接続可能に構成されたノズルである。ノズル１００は、ガスを流通させる流路１４０と、流路１４０の先端側に形成された先端開口部１１１と、流路１４０の基端側に形成された基端開口部１２１と、先端開口部１１１よりも基端側に形成され、流路１４０を流れるガスの一部を基端側へ向けて吐出させる側孔と、を有している。先端開口部１１１は、流路１４０の方向に向けて１以上形成されており、側孔は、流路１４０の周方向に沿って１以上形成されている。ノズル１００は、基端開口部１２１よりガスを供給したときに、１以上の先端開口部１１１から吐出されるガス流量（Ｑ１ａ）と１以上の側孔から吐出されるガス流量（Ｑ１ｂ）の比（Ｑ１ａ／Ｑ１ｂ）が０．０５〜０．７となる。
【００７９】
また、固形物の抜き出し方法は、導管２００に接続されたノズル１００を介して粒状の固形物Ｍ１が充填された管体５１０へガスを供給しつつ、管体５１０の内部５１３に吸引力を発生させて固形物Ｍ１を管体５１０の外部へ抜き出す固形物の抜き出し方法である。ガスの供給は、ノズル１００の流路１４０の方向に向けてノズル１００に１以上形成された先端開口部１１１から管体５１０に充填された固形物Ｍ１に向けてガスを吐出させつつ、ノズル１００の周方向に沿ってノズル１００に１以上形成された側孔からノズル１００の基端側へ向けてガスを吐出させることを含む。固形物の抜き出し方法は、１以上の先端開口部１１１から吐出されるガス流量（Ｑ１ａ）と１以上の側孔から吐出されるガス流量（Ｑ１ｂ）の比（Ｑ１ａ／Ｑ１ｂ）が０．０５〜０．７である。
【００８０】
本実施形態によれば、管体５１０の内部５１３に充填された粒状の固形物Ｍ１を抜き出す際、充填された固形物Ｍ１を流動させるために固形物Ｍ１に向けて吐出されるガスの吐出量と、流動された固形物Ｍ１を管体５１０の上端開口部５１１側に移動させるために吐出されるガスの吐出量とのバランスを適切に調整することができる。そのため、管体５１０の内部５１３に吐出されたガスにより管体５１０の内部５１３から固形物Ｍ１が所望以上の量で抜き出されてしまうことを抑制でき、固形物Ｍ１の抜き出しの作業効率を上げるとともに抜き出しの精度を向上させることができる。
【００８１】
＜実施例＞
以下、本発明の効果を説明するための実施例である。実施例では、管体に充填されたセラミックボールを管体から抜き出す例を挙げて、本発明の実施形態を具体的に説明する。なお、実施例の説明では、前述した実施形態で示した一部の図面を部材番号とともに引用して説明する。ただし、本発明は、各図面に表された内容及び以下に説明する実施例の内容のみに限定されることはない。
【００８２】
表１には、実施例で使用したノズルの仕様を示す。また、表２には、実施例の結果を示す。
【００８３】
実施例ではノズルに形成された側孔が６個の場合の例を示すが、これに限定されるものではなく、本発明の趣旨に従って側孔の数、θ１やθ２などは適宜変更できることは言うまでもない。
【００８４】
実施例では各々の条件においてセラミックボール（粒状の固形物）を充填した１０本の管体（反応管）について抜き出し作業を行った。
【００８５】
実施例で説明する「平均抜き出しの所要時間」、「二次的閉塞の発生回数」、「先端開口部から吐出されるガス流量（Ｑ１ａ）と側孔から吐出されるガス流量（Ｑ１ｂ）の比（Ｑ１ａ／Ｑ１ｂ）」、「終末沈降速度（ｕ）及び終末沈降速度（ｕ）を形成する空気量（Ｑ０）」、は以下のように求めることができる。
【００８６】
（１）平均抜き出しの所要時間（管体１本当たりの平均抜き出し時間）について
平均抜き出しの所要時間（秒／本）＝１０本の管体から固形物（固形物Ｍ１）を抜き出すのに要した合計時間（秒）／１０で求めた。
【００８７】
（２）二次的閉塞の発生回数について
１０本の管体に対して抜き出し作業を実施した際に二次的閉塞が発生した頻度である。なお、二次的閉塞とは、管体の内部において、管体の内部に挿入した導管の外表面と管体の内壁との間又はノズルの外表面と管体の内壁との間に固形物が引っかかって詰まりが生じた状態である。二次的閉塞が発生した場合においても、管体の内部から固形物を完全に抜き出すことができなくなることはない。
【００８８】
（３）先端開口部から吐出されるガス流量（Ｑ１ａ）と側孔から吐出されるガス流量（Ｑ１ｂ）の比（Ｑ１ａ／Ｑ１ｂ）について
Ｑ１ａ：ノズルの先端開口部より吐出されるガス流量（Ｎｍ３／Ｈｒ）
Ｑ１ｂ：ノズルの全側孔より吐出されるガス流量（Ｎｍ３／Ｈｒ）
Ｑ１：基端側よりノズルに流入するガス流量（Ｎｍ３／Ｈｒ）であり、ノズルの全吐出量。Ｑ１＝Ｑ１ａ＋Ｑ１ｂに相当する。
実施例では、導管２００を介してノズル１００にＱ１の流量でガスを導入した。ノズル１００の先端開口部１１１に流量測定用のチューブを取り付けた。流量測定用のチューブの他端は、ガス流量計に接続し、ノズル１００の先端開口部１１１から吐出されるガスのみを対象としてガス流量Ｑ１ａを測定した。ガス流量Ｑ１及びガス流量Ｑ１ａより、ノズル１００の全側孔から吐出されるガス流量Ｑ１ｂを求めた（Ｑ１ｂ＝Ｑ１−Ｑ１ａ）。以上より、ノズル１００の先端開口部１１１から吐出されるガス流量Ｑ１ａとノズル１００の全側孔から吐出されるガス流量Ｑ１ｂの比（Ｑ１ａ／Ｑ１ｂ）を求めた。
【００８９】
（４）終末沈降速度（ｕ）及び終末沈降速度（ｕ）を形成する空気量（Ｑ０）について
抜き出しを行う固形物と同じ直径６ｍｍのセラミックボール（シリカアルミナボール）を準備した。次いで、抜き出しを行う管体と同じステンレス製チューブ（内径２５ｍｍ、長さ６５００ｍｍ）を鉛直方向に設置し、チューブの下端開口部から空気を所定の流量で流通させた。準備したシリカアルミナボール１粒をチューブの上端開口部からチューブ内に投下し、シリカアルミナボールがチューブ内で浮遊した状態になるときの空気流量を測定することにより、終末沈降速度（ｕ）を形成する空気量（Ｑ０）を求めた。なお、そのような空気量は、具体的には、たとえば、次のいずれかの方法によって測定することができる。（ａ）初期にチューブの下端開口部から流通させる空気量が少なく、投下したシリカアルミナボールがチューブの下端開口部から落下してしまう場合は、下端開口部側からの空気量を徐々に高めていき、シリカアルミナボールがチューブの下端開口部から落下しなくなった時点での空気量とする。（ｂ）初期にチューブの下端開口部から流通させる空気の流量が高く、投下したシリカアルミナボールがステンレスチューブの上端開口部から飛び出してしまう場合は、下端開口部側からの空気量を徐々に低下させていき、シリカアルミナボールがチューブの上端開口部から飛び出さなくなった時点での空気量とする。（ｃ）シリカアルミナボールをチューブ内に落下させたときに、シリカアルミナボールがチューブの下端開口部から落下もせず上端開口部から飛び出しもしない場合は、そのときの空気量を採用する。上記作業を５回実施し、平均値を、該シリカアルミナボールの該チューブ内における終末沈降速度（ｕ）を形成する空気量（Ｑ０）とした。
【００９０】
＜抜き出し作業の条件＞
管体５１０として、内径２５ｍｍ、長さ６５００ｍｍのステンレス製チューブを鉛直方向に設置し、チューブの下端にステンレス製金網を取り付けて、チューブ内に充填した固形物がチューブ下部から落下しないようにサポートした。チューブに直径６ｍｍのシリカアルミナボールを充填層高さが６０００ｍｍになるように充填した後、以下に示す条件の下、抜き出し作業を実施した。
（１）吐出用のガスとして、空気を使用した。
（２）導管２００として、外径６ｍｍ、内径４．５ｍｍのナイロン製チューブを使用した。
（３）ノズル１００の各部の寸法は、次の通りである。長手方向の長さは４０ｍｍ、基端開口部１２１の直径および流路１４０の第２部位１４２の径は共に４ｍｍ、流路１４０の胴部１３０の外径は５ｍｍ、胴部１３０の断面形状は円形である。
（４）ノズル１００の材質はＳＵＳ３０４製である。
（５）ノズル１００には、１個の先端開口部１１１と、先端開口部から１０ｍｍ基端側の周方向上に６個の側孔を設けた。先端開口部１１１と側孔の開口形状はいずれも円形である。表１に示すｄ１は先端開口部１１１の直径であり、ｄ２は各側孔の径である。
（６）固形物を抜き出す際、ノズル１００内へ空気を２５．０ｍ３／Ｈｒ（Ｑ１）で導入した。なお、ノズル１００についての上記（３）、（４）以外の各仕様を変更したものを表１にノズル番号１〜１０で示す。また、各ノズルに空気を２５．０ｍ３／Ｈｒ（Ｑ１）で導入したときのＱ１ａ／Ｑ１ｂの値を表１及び表２に示す。ここで、表１に示す＊１〜＊２は、下記の仕様であることを意味する。
＊１：図３に示すノズル（流路の周方向における各側孔の角度θ１が６０°のノズル）において、側孔１５１、１５３、１５５の図６に示す角度θ２が４５°であり、側孔１５２、１５４、１５６の図６に示す角度θ２が６０°である。
＊２：ノズルの先端に、直径１．５ｍｍ、長さ２０ｍｍのＳＵＳ３０４製の棒を衝撃力付与部材３３０として溶接した（図１４を参照）。
（７）固形物を抜き出す際、ステンレス製チューブの内部は、ステンレス製チューブの上端開口部側に配置した配管３２０と吸引機４２０（図８、図９を参照）を使用して所定の吸引量Ｑ２で吸引した。吸引量Ｑ２は、表２に示すＱ２／Ｑ０となるように調整した。なお、ステンレス製チューブ内においてセラミックボールの終末沈降速度（ｕ）を実現できる空気量（Ｑ０）は、３９ｍ３／Ｈｒであった。
【００９１】
（実施例１）
ノズル１００として、表１に示すノズル番号１のものを使用した。導管２００に接続したノズル１００の先端を管体５１０の上端開口部５１１から管体５１０の下部に向かって徐々に挿入しながら、管体５１０の内部５１３に吸引力を発生させ、管体５１０の内部５１３に充填されているセラミックボールを全て抜き出した。この抜き出し作業を合計１０本の管体５１０に対して実施した。１０本の管体５１０からセラミックボールを抜き出す作業において、計１２回の二次的閉塞が発生した。平均抜き出しの所要時間は４０秒であった。
【００９２】
（実施例２〜６）
実施例２〜６は、ノズル１００の種類を表１に示すノズル番号２〜６のものにそれぞれ変更した以外は、実施例１と同様とし、セラミックボールを充填した１０本の管体５１０に対して抜き出し作業を実施した。抜き出し作業中に発生した二次的閉塞の発生回数及び平均抜き出しの所要時間を表２に示す。
【００９３】
（実施例７〜１０）
実施例７〜１０では、ノズル１００の種類を表１に示すノズル番号７〜１０のものにそれぞれ変更するとともに、Ｑ１／Ｑ２及びＱ２／Ｑ０を表２に記載の通りに変更した。その他の条件は、実施例１と同様とし、セラミックボールを充填した１０本の管体５１０に対して抜き出し作業を実施した。抜き出し作業中に発生した二次的閉塞の発生回数及び平均抜き出しの所要時間を表２に示す。
【００９４】
（実施例１１）
実施例１１では、実施例９と同じノズル番号９のノズル１００を使用し、Ｑ１／Ｑ２及びＱ２／Ｑ０を表２に記載の通りに変更するとともに、ピアノ線（４ｍｍ×２ｍｍ角、長さ７０００ｍｍ）を衝撃力付与部材３１０（図１１を参照）として管体５１０の上端側から挿入して、セラミックボールに衝撃力を付与した。その他の条件は、実施例１と同様とし、セラミックボールを充填した１０本の管体５１０に対して抜き出しを実施した。抜き出し作業中の二次的閉塞の発生回数及び平均抜き出しの所要時間を表２に示す。
【００９５】
【表１】
2020153127.tif 000003
【００９６】
【表２】
2020153127.tif 000004
【００９７】
表２に示す結果より、１以上の先端開口部から吐出されるガス流量（Ｑ１ａ）と、１以上の側孔から吐出されるガス流量（Ｑ１ｂ）の比（Ｑ１ａ／Ｑ１ｂ）が０．０５〜０．７であることにより、管体５１０の内部５１３での二次的閉塞の発生を抑制しつつ、管体５１０から速やかに固形物を抜き出すことが可能となることを確認できた。また、実施例１０、実施例１１より、衝撃力付与部材３１０、３３０を利用することにより、固形物の抜き出し時間を短縮させることが可能になることを確認できた。
【００９８】
以上、実施形態及び実施例を通じて本発明に係るノズル、固形物の抜き出し装置、固形物の抜き出しシステム、及び固形物の抜き出し方法を説明したが、本発明に係るノズル、固形物の抜き出し装置、固形物の抜き出しシステム、及び固形物の抜き出し方法は明細書において説明した内容のみに限定されるものでなく、特許請求の範囲の記載に基づいて適宜変更することが可能である。
【００９９】
本出願は、２０１９年１月２５日に出願された日本国特許出願第２０１９−０１１４６７号に基づいており、その開示内容は、参照により全体として引用されている。
【符号の説明】
【０１００】
１  固形物の抜き出しシステム
１０  固形物の抜き出し装置
１００  ノズル
１１０  ノズルの先端部
１１１  ノズルの先端開口部
１２０  ノズルの基端部
１２１  ノズルの基端開口部
１３０  ノズルの胴部
１４０  ノズルの流路
１５１  第１側孔（側孔）
１５２  第２側孔（側孔）
１５３  第３側孔（側孔）
１５４  第４側孔（側孔）
１５５  第５側孔（側孔）
１５６  第６側孔（側孔）
２００  導管
２１５  導管の流路
２５０  中継管
２５１  接続部
３１０、３３０  衝撃力付与部材
３２０  配管
４１０  ガス供給機
４２０  吸引機
５００  反応器
５１０  管体
５１１  管体の上端開口部
５１３  管体の内部
Ｍ１、Ｍ２  固形物
【図１】
2020153127.tif 000005
【図２】
2020153127.tif 000006
【図３】
2020153127.tif 000007
【図４】
2020153127.tif 000008
【図５】
2020153127.tif 000009
【図６】
2020153127.tif 000010
【図７】
2020153127.tif 000011
【図８】
2020153127.tif 000012
【図９】
2020153127.tif 000013
【図１０】
2020153127.tif 000014
【図１１】
2020153127.tif 000015
【図１２】
2020153127.tif 000016
【図１３】
2020153127.tif 000017
【図１４】
2020153127.tif 000018
【国際調査報告】
2020153127.tif 000019
2020153127.tif 000020
2020153127.tif 000021
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