野田玲治，ガス吹込み不要で安定粒子輸送が可能なループシール，JST新技術説明会，2021.9.14 （オンライン）
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ガス吹込み不要で安定粒子輸送が可能なループシール
2021/9/14
野田玲治
群馬大学大学院理工学府
環境創生部門 准教授

1野田玲治，ガス吹込み不要で安定粒子輸送が可能なループシール，JST新技術説明会，2021.9.14 （オンライン）
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併産による生産プロセスの高度化
バイオマスから液体燃料シフト反応
3室内部循環流動層

熱分解 燃焼 ガス化
水添ガス化

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三室内部循環流動層トータルシステム
試験プラント

三室内部循環流動層運転に成功
ただし、誰でも簡単に、というわけにはいかない野田玲治，ガス吹込み不要で安定粒子輸送が可能なループシール，JST新技術説明会，2021.9.14 （オンライン）
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循環流動層とループシール
粒子リサイクル
チャンバー

サプライ
チャンバー

ガス
空気

外部循環流動層

典型的なループシール構造

空気

内部循環流動層

ループシール：ガスの逆流防止＋粒子循環制御

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ループシールの問題点
ループシール内部のガス流れが粒子循環量に強く粒子出口影響する。
↓閉塞や背圧変化等による急激なガス流れ場の変化による粒子循環量の不安
強い流動化 定化が起こりやすいuout >> umf

粒子入口

弱い流動化
uin ≈ umf
ガス

ガス
ガス

低いガス流速↓閉塞が生じやすい野田玲治，ガス吹込み不要で安定粒子輸送が可能なループシール，JST新技術説明会，2021.9.14 （オンライン）
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ループシールの粒子循環挙動
理想的な粒子挙動

粒子循環速度 Gs [A.U.]－0層高差（入口側ー出口側） Δh [A.U.]＋

ループシール運転条件
操作（循環速度増加）

粒子循環速度 Gs [A.U.]

一般的な粒子挙動－0層高差（入口側ー出口側） Δh [A.U.]＋

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開発ターゲット
構造的限界
ダウンカマー
入り口高さなど耐圧限界
ガス吹き抜けなど

ループシール運転条件
操作（循環速度増加）

粒子循環速度 Gs [A.U.]

操作可能範囲－0層高差（入口側ー出口側） Δh [A.U.]＋

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アイデア（その1）
パルス操作ループシール（POLS）

粒子出口

パルスジェット

粒子入口

粒子層とガス相の２層構造• 粒子層（固定層）であるため気密性が高い• 高圧ジェットであるため背圧の影響をほとんど受けない

移動層式
ダウンカ
マーuin ≈ 0
パルスジェット野田玲治，ガス吹込み不要で安定粒子輸送が可能なループシール，JST新技術説明会，2021.9.14 （オンライン）
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ポート位置の影響
平均ガス吹込み速度：8umf，パルス間隔：0.5Hz，パルス時間：0.3s
連続

パルス

傾きは安定性

入口側
流動層高Δhin

従来型構造において、ガスの供給方法を連続からパルスに変更することで、理想的な粒子循環特性に近づけることができた野田玲治，ガス吹込み不要で安定粒子輸送が可能なループシール，JST新技術説明会，2021.9.14 （オンライン）
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運転条件と安定性
50000

35000
連続吹き込み型
パルス駆動型条件
吹き込み口 Ｂ
周波数 0.5Ｈｚ

40000
30000
20000
10000
01umf

2umf

4umf

8umf

Gs/Δh [(kg/(m2・min))/m]

Gs/Δh [(kg/(m2・min))/m]

60000

30000
25000
20000

条件
吹き込み口 Ｂ
平均流速 8umf
パルス駆動型

15000
10000
5000
0
連続吹き込み型 1.0Hz

0.5Hz 0.25Hz 0.1Hz

平均ガス吹込み速度：安定性はあまり変化しない（特にパルスでは高い安定性）
パルス間隔：低周波数で高い安定性＝高周波数で連続に近づく野田玲治，ガス吹込み不要で安定粒子輸送が可能なループシール，JST新技術説明会，2021.9.14 （オンライン）
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POLSの弱点

パルス空気を用いて粒子を流動化させずに固定層として切り出すことにより、粒子循環速度を一定にできる
パルス駆動ループシール

機械駆動弁の応答が遅く、理想的なパルスガスを作り出すためには高圧ガスが必要

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パルスに代わるガス供給方法の模索
スピーカコーンを利用したガス供給試験装置

・ 幅広い周波数、高い応答性・ 空気の振動パターンを簡単に変えられる12野田玲治，ガス吹込み不要で安定粒子輸送が可能なループシール，JST新技術説明会，2021.9.14 （オンライン）
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実験装置

1. 粒子を充填
2. 空気を供給
3. スタンドパイプ内の層高減少
速度をCCDカメラで測定
4. 粒子排出速度を算出

最もシンプルな正弦波で試験を実施

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粉体層の振動状態
電圧増加

流動化状態 気泡が抜けきらずに消失(モードA)

粒子層が固定層のまま運動層の振幅が極小(モードC)

周波数増加

周波数増
加層が上下に移動(モードB)

流動化状態 気泡が抜けきる(モードA’)

電圧増加

電圧増加層が吹き飛ぶ(モードB’)

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実験結果
ガラスビーズ dp=83μm

振動ガスにより理想的な粒子循環特性を実現

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振幅制御による循環速度制御
ガラスビーズ dp=224μm

電圧（供給額の最大流速）によって排出速度を制御することが可能

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まとめ
循環流動層のループシールを振動ガス（正弦波）で駆動することにより、外乱（層高差や排圧など）の影響を受けにくい運転を実現できる。
さらに、同様の効果をもつパルス駆動ループシールに比べて以下の特徴を持つ。
コンプレッサが不要ダイヤフラム機構で実現可能外部からのガス供給がないためコンタミの発生がない

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本技術に関する知的財産権

・発明の名称： ループシール動作方法、及び、ループシール

・出願番号： 特願2021-148771

・出願人： 群馬大学・発明者： 野田玲治、佐藤弘樹

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お問い合わせ先

群馬大学 産学連携・知的財産活用センター〒376-8515 群馬県桐生市天神町1-5-1
TEL

0277-30-1171～1175

FAX0277-30-1178

e-mail tlo@ml.gunma-u.ac.jp

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