JP2005213007A - 高濃度吸引式空気輸送方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 吸引式空気輸送において、圧送式に比肩し得るような高濃度輸送を可能にすることを目的とする。
【解決手段】 粉体源（12）から粉体輸送先（14）へと輸送管（18）を介して吸引方式により粉体を高濃度で空気輸送するにあたり、輸送管（18）の途中（38、40、42）に短い圧縮空気パルスを間欠的に噴射することにより、輸送管内の真空を実質的に破壊しない程度に少量の圧縮空気で輸送管（18）の閉塞を防止する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、導管を用いて粉粒体を空気輸送する方法および装置に係り、特に、吸引式の空気輸送方法および装置に関する。より詳しくは、本発明は、吸引式空気輸送において高濃度輸送を可能にする技術に関する。

導管を用いた粉体の空気輸送は、圧力空気流によって粉体を後方から圧送する圧送式と、真空の作用により粉体を前方から吸引する吸引式とに大別することができる。

圧送方式では、輸送管内の粉体は、上流側の圧縮空気圧力と下流側の大気圧との差圧によって背後から駆動推進される。この差圧は圧縮空気源の圧力を増加させることにより任意に増大させることができるので、粉体駆動力は必要に応じて増強することができる。このように駆動力を増強可能であるので、圧送方式では、混合比（粉体と空気との重量比）を大きくすることにより、プラグ輸送のような高濃度輸送を実現することができる。従って、圧送方式には輸送量を大きくすることができるという利点があり、例えば、内径50ｍｍの輸送管で４トン／時もの高い輸送能力を達成することが可能である。
しかしながら、圧送方式には、輸送管の継ぎ目や亀裂から粉体が漏洩することがあるので、粉体の損失や粉塵による環境汚染を生じたり、粉体が可燃性の場合には粉塵爆発の危険があるという問題がある。また、圧送方式では大型のブロータンクや空気濾過装置が必要であり、多大な設備投資を要する。

これに対し、真空吸引を利用する吸引方式には、輸送管の継ぎ目や亀裂から粉体が漏洩することがない（継ぎ目の隙間や亀裂があっても、空気は逆にそこから輸送管内に吸い込まれる）ので、防爆上安全であり、粉塵汚染もないという利点がある。また、バキュームコンベヤは小型かつ安価である。
しかしながら、吸引式空気輸送の問題点は、輸送能力が小さいということである。その理由は、吸引式の空気輸送では、輸送管内の粉体は、輸送管の上流端（入口）に作用する大気圧と、真空ポンプのような真空源によって輸送管の下流端に印加される負圧ないし真空との差圧によって前方から吸引されるのであるが、この差圧は如何なる場合にも１気圧を超えることはあり得ないので、吸引式の空気輸送には粉体の駆動力・推進力に限界があるからである。
従って、吸引方式では、粉体を多量の二次空気中に分散させ、混合比を小さくしなければ、輸送管内に粉体が沈降・沈積し、輸送管が閉塞する。閉塞は、また、静電気や粘着によって粉体が輸送管の内壁に付着することによっても促進される。
このように輸送管が閉塞するおそれがあるので、吸引式の空気輸送では、短距離輸送の場合を除き、プラグ輸送のような高濃度輸送を行うことができず、輸送能力が小さいという問題があった。
圧送方式の空気輸送においては、粉体の沈積や付着による輸送管の閉塞するため、閉塞の起きやすい箇所に空気吹き込み口を設け、圧縮空気を吹き込むことにより凝集体を吹き飛ばすことが知られている（例えば、特開平8-91568）。 空気輸送の業界では、この閉塞防止方法は、吸引式の空気輸送には適用することができないと考えられている。何故ならば、真空の作用によって粉体を吸引するため輸送管内に真空を維持しなければならない吸引方式では、輸送管内に圧縮空気を吹き込むと真空破壊が起こるので、空気流が失速し、粉体推進力がむしろ低下すると考えられているからである。

このような理由で、従来、吸引式の空気輸送においては、極く短距離（例えば、数メートル）を輸送する場合を除き、高濃度輸送は実現不可能であると考えられてきたのであり、吸引方式で高濃度輸送を実現しようという試みは非常識であると考えられていた。
本発明の目的は、圧送式空気輸送の上記問題点に鑑み、吸引式空気輸送（短距離輸送を除く）において圧送式にも比肩し得るような高濃度輸送を可能にすることにある。
他の観点においては、本発明の目的は、吸引方式により粉体を高濃度で空気輸送するにあたり、輸送管の閉塞を防止することにある。

本発明は、粉体源から粉体輸送先へと輸送管を介して吸引方式により粉体を高濃度で空気輸送する方法を提供するもので、この方法は、輸送管の途中に短い圧縮空気パルスを間欠的に噴射することにより、輸送管内の真空を実質的に破壊しない程度に少量の圧縮空気で輸送管の閉塞を防止することを特徴とするものである。

好ましい実施態様においては、圧縮空気パルスは輸送管の長さ方向に離間された異なる複数箇所に異なるタイミングで噴射する。
このようにすれば、輸送管内の真空低下を最小限にすることができる。

他の観点においては、本発明は粉体を高濃度で空気輸送することの可能な吸引式空気輸送装置を提供するもので、この装置は、粉体源と粉体輸送先容器との間に配設される空気輸送管と、前記輸送管を介して粉体を粉体源から粉体輸送先容器へと吸引により輸送するべく輸送管の下流端を吸引する吸引手段と、前記輸送管の途中に短い圧縮空気パルスを間欠的に噴射する手段とを備え、輸送管内の真空を実質的に破壊しない程度に少量の圧縮空気で輸送管の閉塞を防止しながら粉体を高濃度で空気輸送するようになっている。

圧縮空気パルスは、例えば、１〜３秒の周期で、0.1〜0.5秒のパルス幅で噴射することができる。
このように圧縮空気パルスを間欠的に噴射すれば、輸送管内に沈積した粉体や内壁に付着した粉体は衝撃によって再び舞い上げられ、輸送管を閉塞することなく吸引空気流に乗って出口まで搬送される。
重要なことに、圧縮空気パルスは短い時間幅づつしか噴射されないので、合計噴射量は吸引空気流量に比して少量にすぎない。従って、圧縮空気噴射が輸送管内の真空を実質的に破壊することがなく、真空吸引空気流の流速ひいてはそれによる粉体推進力を持続させ、結果として高濃度輸送を持続させる。

従来技術においては、圧縮空気パルスの間欠噴射を吸引式の空気輸送に適用することは真空破壊を起こすので非常識であると考えられていたが、本発明は従来技術の斯る偏見を敢えて克服し、輸送管内の真空を破壊しない程度に少量の圧縮空気を噴射することにより高濃度吸引輸送における閉塞を防止したところに特徴がある。

非限定的な実施例を示す添付図面を参照しながら、本発明の方法および装置の実施例を説明する。
図１は本発明の方法を実施するための本発明の装置の全体概略図である。
図１を参照するに、空気輸送装置１０は、例えば、粉体源としてのホッパー１２に収容された粉体を他のホッパー（輸送先容器）１４に空気輸送するために使用することができる。粉体投入用ホッパー１２にはホイストから吊り下げられたフレキシブル・コンテナーバッグ１６などから粉体を投入することができる。

概略的には、この空気輸送装置１０は、一端が粉体投入用ホッパー１２に接続された輸送管１８と、輸送管１８の他端に接続されたサイクロンなどの固気分離装置２０と、サイクロン２０に接続されたバッグフィルターその他任意の形式の濾過器２２と、輸送管１８を通って吸引空気流を発生させるためのルーツブロワー、ターボブロワー、多段リングブロワー、真空ポンプなどからなる負圧源２４を備えている。

より詳しくは、ホッパー１２の下部出口にはロータリフィーダー２６のような粉体切出し装置が設けてあり、粉体輸送管１８に接続されたＴ字管２８にホッパー１２内の粉体を定量供給するようになっている。
Ｔ字管２８には輸送管１８を介してブロワー２４からの真空ないし負圧が印加されており、このＴ字管２８にはフィルター３０と二次空気制御弁３２を介して制御された量の二次空気が導入されるようになっている。二次空気制御弁を備えた更に他のＴ字管３４をＴ字管２８と輸送管１８との間に接続してもよい。二次空気に替えて不活性ガスその他の気体を導入することも可能である。

輸送管１８には、圧縮空気パルス噴射装置３６が設けてある。図示した実施例では、圧縮空気パルス噴射装置３６は輸送管１８の途中の離間した三箇所３８、４０、４２に圧縮空気パルスを噴射するように構成されているが、その数は適宜増減することができる。

圧縮空気パルス噴射装置３６は、圧縮空気を貯蔵するためのアキュムレータ４４と、アキュムレータ４４に圧縮空気を供給すると共にそこに貯えられた圧縮空気を急速開放するための急速開放弁４６と、急速開放弁４６へ供給する圧縮空気を制御する電磁三方弁４８とで構成することができる。
急速開放弁４６および電磁三方弁４８は輸送管１８への各圧縮空気供給箇所３８、４０、４２毎に各１つ設ける。

急速開放弁４６としては、（株）ＳＭＣから市販されている急速排気弁“ＡＱシリーズ”を使用することができる。この急速排気弁は、入口ポートと出力ポートと排気ポート（詳細図示省略）を備えている。
夫々の急速開放弁４６の入口ポートは圧縮空気導入管５０により夫々の電磁三方弁４８に接続し、出力ポートは圧縮空気供給管５２によりアキュムレータ４４に接続し、排気ポートは圧縮空気供給管５４により夫々の接続箇所３８、４０、４２のところで輸送管１８に接続する。

夫々の電磁三方弁４８は管路５６によりエアコンプレッサなどからなる圧縮空気源５８に接続し、例えば圧力３〜６Kg／cm^２の圧縮空気の供給を受ける。
電磁三方弁４８は電気配線（図示省略）を介して制御装置６０によって制御されるもので、圧縮空気源５８を急速開放弁４６に接続する位置（以下、導通位置）と、圧縮空気源５８を急速開放弁４６から遮断し圧縮空気導入管５０を大気開放する位置（以下、遮断位置）、との２位置を有する。

夫々の急速開放弁４６を構成する“ＡＱシリーズ”急速排気弁は、その入口ポートに圧縮空気源５８からの圧縮空気圧力が印加されている間はその出力ポートがアキュムレータ４４に接続されることにより圧縮空気源５８からの圧縮空気をアキュムレータ４４に充填し続けるが、その入口ポートが圧縮空気源５８から遮断され入口ポートが大気開放された時にはその排気ポートがアキュムレータ４４に接続されることによりアキュムレータ４４内の圧縮空気を一気に圧縮空気供給管５４へ放出するように構成されている。

制御装置６０は、通常は３つの電磁三方弁４８を導通位置に保持しているが、これら３つの電磁三方弁４８を順次に異なるタイミングで周期的に短時間だけ遮断位置に持ち来すようにプログラムされている。
制御装置６０がすべての電磁三方弁４８を導通位置に保持している間は、急速開放弁４６の入口ポートに
圧縮空気源５８からの圧縮空気圧力が印加されるので、急速開放弁４６の出力ポートはアキュムレータ４４に接続され、圧縮空気源５８からの圧縮空気はアキュムレータ４４に貯えられる。
制御装置６０がいづれかの電磁三方弁４８を遮断位置に切換えると、当該電磁三方弁４８に接続された急速開放弁４６の入口ポートが大気開放され、アキュムレータ４４内の圧縮空気は対応する圧縮空気供給管５４を介して接続箇所３８、４０、又は４２のところから急激に輸送管１８内へ放出される。
制御装置６０は、輸送管１８への圧縮空気の噴射が例えば0.1〜0.5秒の短時間だけ行われるようにプログラムすることができる。

輸送管１８の終端は固気分離装置としてのサイクロン２０の入口６２に接続されている。サイクロン２０の下部出口にはロータリフィーダー６４のような切出し装置が設けてあり、輸送元ホッパー１２からサイクロン２０へと連続的に粉体を空気輸送をしながら、サイクロン２０内で固気分離された粉体を輸送先ホッパー１４に連続的に排出できるようになっている。
サイクロン２０とロータリフィーダー６４との組合せに替えて、特願2003-3788、特願2003-19985、特願2003-29060に記載されたダブルダンパー構造のバキュームコンベヤを使用することにより連続的な空気輸送と連続的な粉体排出を可能にしてもよい。或いは、更に、サイクロン２０とロータリフィーダー６４との組合せに替えて、国際公開WO 01/87746 A1に開示されたように、輸送先ホッパー１４の上に２台のバッチ式バキュームコンベヤを設置し、それらを交互に運転することにより高濃度輸送モードで連続的に粉体を輸送することもできる。

次に、本発明の輸送方法およびこの空気輸送装置１０の作動の態様を説明するに、ブロワー２４は、粉体搬送時に輸送管１８内に例えば−40〜60KPaの真空度を維持することができ、プラグ状態の高濃度で粉体輸送を行う能力を有するものが好ましい。
ブロワー２４を作動させると、ロータリフィーダー２６によって輸送元ホッパー１２から切出された粉体と二次空気制御弁３２から導入された二次空気との混合物は輸送管１８に吸引されると共に、輸送管１８を介してサイクロン２０へ吸引され、サイクロン２０内で固気分離された粉体はロータリフィーダー６４によって連続的に輸送先ホッパー１４へ排出される。二次空気制御弁３２およびＴ字管３４から導入される二次空気をできるだけ絞ることにより、プラグ状態の高濃度で粉体輸送を行う。

粉体輸送中は、制御装置６０は、例えば１〜３秒の時間間隔で３つの電磁三方弁４８を順次に遮断位置に切換える。これにより３つの急速開放弁４６は順次にアキュムレータ４４内の圧縮空気を急速開放するので、圧縮空気パルスが順次に接続部３８、４０、４２のところで輸送管１８内へ噴射される。輸送管１８への圧縮空気パルスの噴射は例えば0.1〜0.5秒の短時間だけ行われる。

こうして輸送管１８内に圧縮空気パルスが間欠的に噴射されると、輸送管１８内に沈積していた粉体は圧縮空気パルスの衝撃により再び舞い上げられると共に、輸送管の内壁に付着していた粉体は振り落とされ、吸引空気流に乗ってサイクロン２０まで搬送される。
従って、プラグ輸送のような高濃度輸送を行っていても、輸送管１８が閉塞することがない。

しかしながら、圧縮空気パルスは短時間しか噴射されないので、真空源としてのブロワー２４の能力に比較して圧縮空気噴射量は僅少なものにすぎない。従って、圧縮空気パルスの噴射は、高濃度輸送にあたり輸送管１８内に維持すべき−40〜60KPaの真空を実質的に破壊することがない。その結果、輸送管１８内には真空吸引流の流速ひいては真空吸引による粉体推進力が維持されるので、これがまた、粉体の沈積を防止し、高濃度輸送を持続させることに寄与する。

いづれかの急速開放弁４６から圧縮空気パルスが噴射されると、制御装置６０は対応する電磁三方弁４８を再び導通位置に戻すことによりアキュムレータ４４に圧縮空気が再び充填されるのを許容し、次の急速開放弁４６からの噴射に備える。
こうして例えば１〜３秒の時間間隔で輸送管１８内に圧縮空気パルスを噴射しながら、粉体の高濃度輸送が行われる。

図１に示した輸送装置を試作して試験を行った。輸送管の水平長さは１２ｍ、垂直長さは２４ｍ、合計輸送距離は３６ｍであった。
真空源としては、3.3KW／60Hzの多段リングブロワーを２台並列接続した。この真空源による非搬送時の輸送管内の圧力は約−15Kpa、搬送時の圧力は約−50KPaであった。
内径50ｍｍのポリ塩化ビニル製の透明な輸送管を使用し、粉体による輸送管の閉塞の有無を肉眼で観察しながら、圧縮空気パルスを噴射することなく粉体輸送を行った。
重さ20Kgの酸化チタン粉末を輸送元ホッパーに投入し、それを輸送先ホッパーに輸送するに要した時間を測定し、これに基づいて時間当たりの推定輸送量を計算した。輸送量と輸送管の閉塞状況は次の通りであった。
輸送量 閉塞の有無
１回目 1,088 (Kg/時) 時々一時的に閉塞
２回目 1,230 (Kg/時) 時々一時的に閉塞

次に、３秒の周期で0.5秒のパルス幅で圧縮空気パルスを３箇所に噴射しながら同様の条件で試験を行った。輸送量と閉塞状況は次の通りであった。
輸送量 閉塞の有無
１回目 2,010 (Kg/時) 閉塞なし
２回目 1,800 (Kg/時) 閉塞なし
３回目 2,100 (Kg/時) 閉塞なし
この試験によれば、圧縮空気パルスの噴射により閉塞が防止され、その結果、輸送量が大幅に増大していることが分かる。

内径63ｍｍの輸送管を使用した点を除けば、実施例２と同一の条件で試験した。輸送量と閉塞状況は次の通りであった。
輸送量 閉塞の有無
１回目 4,220 (Kg/時) 閉塞なし
２回目 4,220 (Kg/時) 閉塞なし
３回目 3,916 (Kg/時) 閉塞なし
輸送管の太さを増したことにもよるが、従来の圧送式と同等の大輸送量を達成することができた。

以上には本発明の特定の実施例を記載したが、本発明はこれに限定されるものではなく、種々の修正や変更を施すことができる。第１に、粉体輸送用流体としては空気以外の気体（例えば不活性ガス）を使用することもでき、輸送管内に間欠噴射するガスも同種のものを使用する。次に、固気分離装置としては、重力分離器、慣性分離器、その他の形式の分離装置を使用することができる。更に、濾過器としては、バッグフィルターの他に、エレメント型フィルターその他任意の形式のフィルターを使用することができる。また、負圧源としては、ルーツブロワー、ターボブロワー、多段リングブロワー、真空ポンプを使用することができる。

本発明の方法を実施するための本発明の輸送装置の全体概略図である。

符号の説明

１０： 空気輸送装置
１２： 輸送元ホッパー（粉体源）
１４： 輸送先ホッパー
１８： 空気輸送管
２４： 吸引手段
３６： 圧縮空気パルス噴射手段
４４： アキュムレータ
４６： 急速開放弁
４８： 電磁三方弁
５８： 圧縮空気源
６０： 制御装置

特許出願人 株式会社 ワイ・エム・エス
代理人 弁理士 伊藤 宏

Claims (4)

1. 粉体源から粉体輸送先へと輸送管を介して吸引方式により粉体を高濃度で空気輸送するにあたり、輸送管の途中に短時間幅の圧縮空気パルスを間欠的に噴射することにより、輸送管内の真空を実質的に破壊しない程度に少量の圧縮空気で輸送管の閉塞を防止することを特徴とする粉体の高濃度吸引式空気輸送方法。
2. 圧縮空気は輸送管の長さ方向に離間された異なる複数箇所に異なるタイミングで噴射することを特徴とする請求項１に基づく空気輸送方法。
3. 粉体源と粉体輸送先容器との間に配設される空気輸送管と、前記輸送管を介して粉体を粉体源から粉体輸送先容器へと吸引により輸送するべく輸送管の下流端を吸引する吸引手段と、前記輸送管の途中に短時間幅の圧縮空気パルスを間欠的に噴射する手段とを備え、輸送管内の真空を実質的に破壊しない程度に少量の圧縮空気で輸送管の閉塞を防止しながら粉体を高濃度で空気輸送することを特徴とする高濃度吸引式空気輸送装置。
4. 圧縮空気パルスを噴射する前記手段は、輸送管の長さ方向に離間された異なる複数箇所に異なるタイミングで圧縮空気パルスを噴射することを特徴とする請求項３に基づく空気輸送装置。

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