JP5087450B2 - 回転式分配装置 - Google Patents

Description

本発明は、ガスハイドレートペレット等の固形物を運搬庫や貯蔵庫等に分配して搬送する分配装置に関するものである。

近年、天然ガス等の安全かつ経済的な輸送・貯蔵手段として、この天然ガスを水和させて固体状態の水和物としたガスハイドレートを用いる方法が注目されている。

一般にガスハイドレートとは、原料ガスと原料水を低温・高圧下で反応させることにより生成される、水分子と気体分子からなる氷状の固体結晶であり、水分子が構築する立体構造の籠（ケージ）の内部に気体分子が介在する包接（クラスレート）水和物（ハイドレート）の総称である。

天然ガスハイドレートは１ｍ^３のガスハイドレートの中に天然ガスを約１６５Nｍ^３も包蔵している。このため、天然ガスの輸送及び貯蔵手段としてガスハイドレートを利用する研究開発が盛んに行われている。

天然ガスをハイドレート化する利点としては、（ａ）天然ガスハイドレートは後述する自己保存効果を利用することで、大気圧下の平衡温度−８０℃（１９３Ｋ）より高い温度である−２０℃（２５３Ｋ）で安定するため、既に、実用化されている液化天然ガス（ＬＮＧ）の大気圧下における貯蔵及び輸送温度（−１６３℃（１１０Ｋ））よりも緩やかな温度条件で貯蔵や輸送が可能となること、（ｂ）また、上記のように、天然ガスハイドレートの自己保存効果を利用することで、大気圧下の平衡温度−８０℃（１９３Ｋ）より高い温度である−２０℃（２５３Ｋ）で貯蔵や輸送が可能なことから、貯蔵や輸送設備の耐久性や断熱性を大幅に簡略化できること等を上げることができる。

また、このようにして得られるガスハイドレートは水分を４０から６０重量％程度含有するスラリ状となる。そのため、脱水や再生成などによりガスハイドレートを約９０重量％まで高めて、大気圧下で圧縮成形してアーモンド状、レンズ状、球形状又は不定形状等の成形物やブロック状の大型成形物に加工することにより貯蔵しやすくするということが行われている。

さらに、天然ガスハイドレートは、自己保存効果（Self-Preservation）と称する特殊な性能を有するため、平衡条件外でも比較的安定した状態で存在することが知られている。自己保存状態にある天然ガスハイドレートの表面には透明氷膜が形成されており、この氷膜が自己保存性を発現させていることが明らかになりつつある。

この自己保存効果によると−２０℃（２５３Ｋ）付近における天然ハイドレートの分解量が最も少なく、この現象を利用すれば天然ガスハイドレートを比較的安定した状態で保存することができる。

ここで、図８に示すようにガスハイドレートを圧縮成形して球形状等にしたペレット４３を、例えばトレーラ４２の荷台等の箱状の貯蔵庫や運搬庫に搬送する際、前記ペレット４３は粉雪を押し固めたようなものであり流動性が低いため、箱状の運搬庫の上面に設置された１つの搬入口４４からペレット４３を流し込んでも、運搬庫の隅々までいきわたらないため、ペレット４３を運搬庫の複数の搬入口４４から分配して搬送する必要がある。

その分配をするための分配装置として、図９に示すサークルフィーダ５１や、図１１に示すダイバータ等の三方弁５５が用いられている。

図１１はダイバータ等の三方弁５５を示しており、１つの供給口１２より供給されるペレット４３を２つの排出口１３の任意の一方から排出するよう構成している。排出口１３の選択は切替レバー５６により行われ、前記切替レバー５６に軸５８を介して接続されたフラップ板５７で排出しない側の排出口１３を封鎖することにより、ペレット４３を任意の排出口１３から排出することを可能としている。

図９に示すサークルフィーダ５１は供給口１２より例えば直径２０ｍｍの球形状のペレット４３を投入し、前記サークルフィーダ５１の底部に設けられた回転羽根５２が回転することにより、ペレット４３を分配するよう構成している。

図１０は前記サークルフィーダ５１の底部の側面図を示しており、供給口１２より供給されたペレット４３は回転羽根５２上に落下し、駆動装置５３で回転する回転羽根５２により底部の外周方向に設けられた複数の排出口１３に分配されるよう構成されている。図１０に示す矢印はペレット４３の搬送方向を示しており、分配を行わない排出口１３は振り分け板５４で封鎖することにより、ペレット４３を任意の排出口１３から排出可能となっている。

ここで前記サークルフィーダ５１は供給口１２から大量のペレット４３を投入可能としているため、ペレット４３の自重により圧密が発生し、前記サークルフィーダ５１を閉塞してしまう問題があった。

上記の問題に対して、サークルフィーダ５１の内壁を下方に向かって広がるよう構成することで、被運搬物の内壁への付着や圧密によるサークルフィーダ５１の閉塞を防止することが行われている（例えば特許文献１参照）。
特開２００７−３０２３７４号公報

しかしながら、特許文献１に記載のサークルフィーダは第１に被搬送物をガスハイドレートペレット４３とした場合、ペレット４３はシャーベット状の粉雪のような粉体を圧縮成形したものであるため、内壁への付着が発生しやすいため閉塞を防止することはできない。つまり、サークルフィーダ内に、ペレット４３の付着と圧密によりブリッジを形成することで閉塞を引き起こす問題が発生する。

第２に図９及び図１０に示すようにサークルフィーダ５１は回転羽根５２を供えており、前記回転羽根５２を回転させることでペレット４３の分配を行っているため、常に回転羽根５２を回転させている必要があり、そのための動力を確保する必要がある。

第３にペレット４３の処理量を増加させるためにサークルフィーダ５１の大型化を考えた際、巨大な回転羽根５２を回転させることは困難であり、エネルギ効率も悪化するため大型化の実現は困難となる。

第４に回転羽根５２で分配を行う際、ペレット４３は前記回転羽根５２上で滞留するため、サークルフィーダ５１にペレット４３を供給してから排出されるまでに時間差が生じてしまう。そのため、例えばトレーラ等の運搬庫内へ分配搬送を行う際、運搬庫内の状況を見ながら直接的にペレット４３の供給量を制御することは困難となり、トレーラ等へのペレット４３積み込み作業を行う現場での作業性の低下が問題となっている。

第５にペレット４３は壊れやすいため、回転羽根５２の回転により破壊されてしまうことも多く、破壊に伴い発生するペレット４３の粒体粉が堆積しサークルフィーダ５１の閉塞の原因となる。また、ペレット４３が破壊されることで前述した自己保存効果を発揮するための水膜も破壊され、ペレット４３の保存性が悪化し、前記ペレットの分解が進むため貯蔵又は運搬の効率が大幅に低下する原因となる。

一方、ダイバータ等の三方弁５５は回転羽根５２等の動力を必要としないが、分岐が２つのみとなるため、複数個所へのペレット４３の分配をする際は、複数個の三方弁５５を多段的に組み合わせて使用する必要があり、非効率的であった。

また、ペレット４３を分配する処理量を増加するためには大型化が必要となるが、図１１に示すように三方弁５５は、フラップ板５７を軸５８で支えているため、フラップ板５７が大型となると軸５８で支えきれなくなる問題がある。

そこで、本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、ガスハイドレートペレット等の壊れやすく、かつ流動性の低い固形物を運搬庫や貯蔵庫等に分配して搬送する分配装置であって、大きな動力を必要とせずに、かつ大型化の実現が可能な回転式分配装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための本願発明に係る回転式分配装置は、筐体１４の上部に固形の被搬送物を供給する供給口１２を配置し、前記筐体１４の下部を傾斜面で構成し、前記傾斜面に被搬送物を排出するための複数の排出口１３を配置し、前記供給口１２と前記排出口１３を分配管１１が選択的に係合して連通するよう支持し、前記分配管１１を回転させるための回転装置２０を設置し、前記供給口１２に供給した被搬送物が前記排出口１３から排出されるよう構成したことを特徴とする。

上記の回転式分配装置において、前記分配管１１を湾曲した管とし、前記分配管１１は前記供給口１２と前記複数の排出口１３のいずれか１つが連通するように回転可能に支持されていることを特徴とする。

上記の回転式分配装置において、前記被搬送物がガスハイドレートペレット４３であり、前記筐体１４に冷却ガスを供給するための冷却ガス管１７を設置し、前記分配管１１に冷却ガスを分配管内に流入させるためのスリット１６を設けたことを特徴とする。

上記の回転式分配装置において、前記複数の排出口１３からペレット４３を輸送するための輸送管４１を、複数の搬入口４４をもつペレット運搬のためのトレーラ４２の前記搬入口４４にそれぞれ接続し、前記分配管１１を回転させることで任意の搬入口４４にペレットを搬入していくよう構成したことを特徴とする。

上記の回転式分配装置において、前記分配管１１から下方に筐体１４を貫通して伸ばした棒状体３４を設置し、前記棒状体３４に前記分配管１１と接続されている排出口１３を検知するための位置検知装置３０を設けたことを特徴とする。

上記の回転式分配装置において、前記回転装置２０の動力をエアシリンダとしたことを特徴とする。

分配装置における排出口１３の位置の切替を、曲管である前記分配管１１により行うことで、大きな動力を必要とせずに、かつ大型化の容易な回転式分配装置１０を提供することを可能にした。

即ち、第１に本発明の回転式分配装置１０は、ペレット４３の搬送時には、供給口１２と複数の排出口１３のいずれか１つが分配管１１で接続されているため、ペレット４３は前記サークルフィーダ５１や三方弁５５と異なり機械的な部分を通過することがなく、曲管内を搬送されるに過ぎないため、回転式分配装置１０内におけるペレット４３の付着や圧密によるブリッジの形成がほとんど発生せず、回転式分配装置１０の閉塞を抑制することを可能にした。

第２に、ペレット４３を排出する複数の排出口１３の切替時のみ分配管１１を回転させればよいため、常に回転羽根５２を回転させる必要のあるサークルフィーダ５１と比べ少ない動力で分配を行うことを可能にした。

第３に、排出口１３の切替時のみ分配管１１が回転するよう構成しているため、分配装置の大型化も容易であり、大型化に伴うエネルギ効率の低下も抑制することを可能にした。

第４に、供給口１２と排出口１３は、曲管である分配管１１で連結されるため、ペレット４３の供給に対して排出が即行われ、回転式分配装置１０におけるペレット４３の滞留等の移動抵抗がないため、ペレット４３の供給量を調整することで、ペレット４３の分配搬送先である例えばトレーラ等の運搬庫内への運搬状態を制御することが可能となる。

第５に、本発明の回転式分配装置１０内のペレット４３の搬送路は、曲管である分配管１１となり、サークルフィーダ５１の回転羽根５２や三方弁５５のフラップ板５７等の機械的な部分を通過することがないため、ペレット４３の破壊及び分解が抑制され、ハイドレートガス充填率の高い高品質なペレット４３を貯蔵、運搬することを可能にした。

第６に、回転式分配装置１０に冷却ガスを供給する冷却ガス管１７を設置したことで、例えば−２０℃に冷却されたペレット４３の温度を維持し、ペレット４３の分解を抑制することを可能とした。

第７に、分配管１１の回転方向を検知するための位置検知装置３０を設置したことで、分配管１１と排出口１３の接続を確実なものとした。さらに、分配管１１を回転させる回転装置２０の動力をエアシリンダとすることで、引火性の高い天然ガスハイドレートペレット等を分配する際に、電気モータ等で発生する放電による引火の危険性を排除し、かつオーバーシュートの発生による位置合わせの困難性を排除した。

上述のように、ペレット４３を貯蔵庫及び運搬庫等に搬送する際に使用する分配器の内部に、湾曲した分配管１１を回転可能に設置することで、大きな動力を必要とせず、かつ大型化の実現が容易な回転式分配装置１０を実現した。よって、ペレット４３を効率的に貯蔵庫及び運搬庫等への分配搬送を実現し、さらに分配器の大型化によってペレット４３の処理量の増加が可能となり、大規模なガスハイドレート製造プラントの実現の一助となるものである。

以下、本発明を図に示す実施例を参照して具体的に説明する。

図１は本発明の実施例の１つである回転式分配装置１０を示しており、筐体１４の上部にペレット４３を供給する供給口１２を配置し、筐体１４の下部の傾斜面を円錐面２９又は角錐面とし、前記円錐面２９又は角錐面にペレット４３を排出するための複数の排出口１３を配置し、湾曲した分配管１１を前記供給口１２と前記排出口１３の１つと接続するよう支持し、前記分配管１１を回転させるための回転装置２０を設置し、前記供給口１２に供給したペレット４３が前記排出口１３の任意に選択した１つから排出されるよう構成している。

筐体１４内にペレット４３を冷却するための冷却ガスを供給する冷却ガス管１７を設置している。

前記分配管１１はペレット４３の分配する場所に応じて、回転することで供給口１２と複数の排出口１３の内の１つを接続することで、被搬送物であるペレット４３を任意の排出口１３から分配して排出することを可能としている。

前記分配管１１を回転させるための回転装置２０は、エアシリンダである可動シリンダ２１と固定シリンダ２２と切替シリンダ２３を具備している。

前記分配管１１にはどの排出管１３と接続されているかの位置を検知するための位置検知装置３０が接続されている。前記分配管１１から筐体１４の外に棒状体３４が伸びており、前記棒状体３４の先端には位置表示器３３が設置されている。前記位置表示器３３の方向を目視で確認することで分配管１１に接続されている排出管１３の位置を知ることが可能となっている。

また、前記棒状体３４には位置検知カム３１が接続されており、前記位置検知カム３１はリミットスイッチ３２に連結されている。前記リミットスイッチ３２は分配管１１と排出管１３の位置合わせを行うために設置されており、分配管１１が排出口１３との接続面を行き過ぎて、ずれて接続することを防止する機能を備えている。

図２は円錐面２９に排出口１３を６つ設置した回転式分配装置１０の斜視図を示している。１つの供給口１２から供給されたペレット１２を６つの排出口１３のいずれか１つから排出することを可能としている。

図３は前記筐体１４の下部の円錐面２９に、６つの排出口１３を接続した部分の分解図を示しており、図４は前記筐体１４の下部の円錐面２９の斜視図を示している。筐体１４下部の中央には小山状の部材を設置しており、分配管１１の湾曲部が前記小山状の部材に沿って回転するよう構成している。

図５は分配管１１と回転装置２０の組み立て前の分解図を示している。分配管１１には位置検知装置３０につながる棒状体３４が固定されており、分配管１１の湾曲部の上部には分配管１１に回転の動力を伝えるため、シリンダ孔１５を設けた回転板２８を固定している。

前記回転板２８の上部に筐体１４に固定される固定枠２５が設置される。前記固定枠２５は、前記固定枠２５に固定された固定シリンダ２２から押し出されるピストンが通過し、前記シリンダ孔１５に達するよう固定孔２７が設けられている。また、可動シリンダ２１から押し出されるピストンが通過し、前記シリンダ孔１５に達するための可動孔２６が設けられている。

前記固定枠２５の上部に可動枠２４が回転可能に設置され、前記可動枠２４に切替シリンダ２３のピストン及び可動シリンダ２１が固定される。また、前記切替シリンダ２３の本体は固定枠２５又は筐体１４に固定している。

図６は回転装置２０を組立てた状態の斜視図を示している。

以下に回転装置２０の動作に関する詳細の説明を行う。

ペレット４３搬送時は固定枠２５に固定された固定シリンダ２２のピストンが、固定孔２７を貫通して前記シリンダ孔１５に嵌入されることにより、分配管１１は固定されている。これは分配管１１内部をペレット４３が移動することで、分配管１１が回転して排出口１３とずれることを防止するためである。

前記分配管１１を回転させ、異なる排出口１３へ連結する際は、まず可動シリンダ２１のピストンを可動孔２６に貫通させ、シリンダ孔１５に嵌入し、固定シリンダ２２のピストンをシリンダ孔１５から抜くことで、分配管１１の固定を解除する。

可動シリンダ２１を介して可動枠２４と分配管１１は連動する状態になっており、可動枠２４に接続された切替シリンダ２３のピストンを押し出すことで、可動枠２４は回転する。

切替シリンダ２３の押し出しにより、可動枠２４及び分配管１１を回転させ排出口１３と連結した後、固定シリンダ２２により分配管１１を固定して回転装置２０の回転を完了させる。

ここで、図３に示す排出口１３を６つ備えた回転式分配装置１０の場合、前記回転板２８のシリンダ孔１５は、同一円周上に均等に６つ設けられており、分配管１１が排出口１１のいずれと連結されている場合も、固定シリンダ２２の下方にシリンダ孔１５が位置するよう構成されている。

前記可動枠２４は、連結された切替シリンダ２３の摺動により角度が６０度の範囲で回転するよう構成されている。即ち、１回の可動枠２４の回転により分配管１１は６０度回転することとなり、１つとなりの排出口１３に移動することになる。

前記可動枠２４の動作範囲である６０度に対応するよう、固定枠２５の可動孔２６は設けられており、前記可動孔２６は、可動枠２４に固定された可動シリンダ２１から押し出されたピストンが６０度の範囲で移動可能な大きさとなっている。即ち、可動孔２６からは、回転板２８の隣り合う２つのシリンダ孔１５を望むことができる。

上記のように回転装置２０を構成することにより、分配管１１を左回転させる際には、可動孔２６の手前側に見えるシリンダ孔１５に可動シリンダ２１のピストンを嵌入し、切替シリンダ２３を押し出すことで、分配管１１を左に６０度回転させ、対応する排出口１３と接続する。

分配管１１を右回転させる際には、可動孔２６の奥側に見えるシリンダ孔１５に可動シリンダ２１のピストンを嵌入視、切替シリンダ２３を引き込むことで、分配管１１を右に６０度回転させ、対応する排出口１３と接続する。

例えば２つ隣の排出口１３に分配管１１を接続する場合には、上記の作業を２回繰り替えして行う。

また、切替シリンダ２３のピストンの押し出し量は、図１に示す位置検知装置３０から送られる制御信号３５により制御され、分配管１１と排出口１３の位置合わせが正確に行えるよう構成されている。

さらに、排出口１３が８つの回転式分配装置１０の場合には、排出口１３は４５度ずつ離れて設置されているため、シリンダ孔１５は８つとなり、可動孔２６は８つのシリンダ孔１５の少なくとも２つがのぞけるように構成し、可動枠２４は切り替えシリンダ２３によって４５度の範囲で回転可能に構成する。

本発明の回転装置２０は動力をエアシリンダとすることで、電気モータを動力とした際に発生するオーバーシュートや放電の可能性を排除している。電気モータを動力とすると、電気モータの特性により、分配管１１と排出口１３が合う位置よりも手前若しくは回り過ぎるといった現象が発生し、位置決めが正確かつ迅速に行えない問題が発生する。

さらに、電気モータを使用することで、放電が発生する可能性があり、本発明の回転式分配装置１０の被搬送物を天然ガスハイドレートペレットとした場合、引火や爆発の危険があるため、動力をエアシリンダとすることで、正確かつ安全な回転装置２０を提供可能とした。

図７は分配管１１の拡大図を示しており、分配管１１に、シリンダ孔１５を少なくとも排出口１３の数だけ設けた回転板２８を固定している。回転装置２０により分配管１１が回転する際には、分配管１１と回転板２８が一体に回転するよう構成されている。

分配管１１の側面にはスリット１６が設けられており、これは被搬送物であるペレット４３を冷却するための冷却ガスの通過スリットとなっている。例えば天然ガスハイドレートペレットは−５℃から−３０℃で冷却する必要があるため、回転式分配装置１０を通過する際に冷却を行うことで、ペレット４３の分解を押さえ、ペレット４３の品質を維持した状態で、貯蔵庫又は運搬庫等に分配搬送することを可能としている。

また、図４に示す円錐面２９内で分配管１１を回転させる際、分配管１１の排出口側の端面と前記円錐面２９の内面との接続に隙間等が発生すると、そこからペレット４３等が筐体１４内にもれ、回転式分配装置１０の不具合や故障の原因となり、さらに被搬送物が失われるため、搬送効率の低下につながる。

そこで、図７に示すように分配管１１の排出口側との接続端面は、管の長手方向に対して垂直に切断したものから、さらにＸに示す側方部を前記円錐面２９の内面に隙間なく沿うように研磨したものを使用している。

図８は本発明の回転式分配装置１０によりペレット４３を、運搬装置であるトレーラ４２の運搬庫に搬送する様子を示している。図８に示す矢印からペレット４３が供給されペレット搬送路４１を経由して、回転式分配装置１０の供給口１２に供給され、分配されたペレット４３はペレット搬送路４１を経由してトレーラ４２の搬入口４４から運搬庫内に搬送される。前記回転式分配装置１０は図示しない櫓等で支持している。

ここで、ペレット４３等の流動性の低い被搬送物は、例えばトレーラ４２の最後尾に位置する搬入口４４から搬入すると、運搬庫内で小山状に堆積し、前方まで流れて行かず、運搬庫内に均一に被搬送物を搬送することが困難となる。

そこで、本発明の回転式分配装置１０を使用することで、２台のトレーラ４２の６つの搬入口４４に分配しながらペレット４３を搬入することで、前記運搬庫内に均一にペレット４３を供給することが可能となり、ペレット４３の積み込み作業を効率的に行うことを可能とした。

上述のように、本発明の回転式分配装置１０により、ガスハイドレートペレット等の壊れやすく、かつ流動性の低い固形物を運搬庫や貯蔵庫等に分配して搬送する分配装置であって、大きな動力を必要とせずに、かつ大型化の実現が可能な回転式分配装置１０の提供を実現した。

本発明の回転式分配装置の実施例の１つを示した概略の断面図である。 回転式分配装置の概観図である。 回転式分配装置の筐体下部を示した平面図である。 回転式分配装置の筐体下部の斜視図である。 回転式分配装置の回転装置の分解図である。 回転式分配装置の回転装置の組立図である。 回転式分配装置の分配管の拡大図である。 回転式分配装置の使用状態を示した概略図である。 サークルフィーダの概略図である。 サークルフィーダの下部の側面図である。 ダイバータの概略図である。

符号の説明

１０ 回転式分配装置
１１ 分配管
１２ 供給口
１３ 排出口
１４ 筐体
１５ シリンダ孔
１６ スリット
１７ 冷却ガス管
２０ 回転装置
２１ 可動シリンダ
２２ 固定シリンダ
２３ 切替シリンダ
２４ 可動枠
２５ 固定枠
２６ 可動孔
２７ 固定孔
２８ 回転盤
２９ 円錐面
３０ 位置検知装置
３３ 位置表示器
４１ ハイドレート搬送路
４３ ペレット

Claims (4)

1. 筐体の上部に固形の被搬送物を供給する供給口を配置し、前記筐体の下部を傾斜面で構成し、前記傾斜面に被搬送物を排出するための複数の排出口を配置し、前記供給口と前記排出口を分配管が選択的に係合して連通するよう支持し、前記分配管を回転させるための回転装置を設置し、前記供給口に供給した被搬送物が前記排出口から排出されるよう構成し、
   前記分配管を湾曲した管とし、前記分配管は前記供給口と前記複数の排出口のいずれか１つが連通するように回転可能に支持されており、
   且つ前記被搬送物がガスハイドレートペレットであり、前記筐体に冷却ガスを供給するための冷却ガス管を設置し、前記分配管に冷却ガスを分配管内に流入させるためのスリットを設けたことを特徴とする回転式分配装置。
2. 前記複数の排出口からペレットを輸送するための輸送管を、複数の搬入口をもつペレット運搬のためのトレーラの前記搬入口にそれぞれ接続し、前記分配管を回転させることで任意の搬入口にペレットを搬入していくよう構成したことを特徴とする請求項２に記載の回転式分配装置。
3. 前記分配管から下方に筐体を貫通して伸ばした棒状体を設置し、前記棒状体に前記分配管と接続されている排出口を検知するための位置検知装置を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の回転式分配装置。
4. 前記回転装置の動力をエアシリンダとしたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか1項に記載の回転式分配装置。