JP2006506230A - ふるい分け及びろ過用多孔性要素における損傷検知のためのシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

材料分離機で使用されるスクリーンおよびフィルタの破損のための検知器が、高周波信号の送信機と、スクリーンの何れかの側に配置された高周波信号の受信機を含んでいる。分離機は高周波信号に対するバリアを、スクリーンマウントを通じて画成された前記バリアを貫通した通路と共に、含んでいる。前記スクリーンマウントは前記通路を完全に横切って延長するようにスクリーンを受容する。

Description

本発明の分野は、ふるい分け（ｓｃｒｅｅｎｉｎｇ）またはろ過（ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ）による材料分離および使用される多孔性要素のための破断検知である。

分離機システムは種々の仕事のために産業界で使用されている
それらは、乾燥した材料および液体／固体スラリを処理するために用いられる。
各分離機システムは、通常製織ワイヤメッシュまたは多孔性膜よりなるスクリーンまたはフィルタのような多孔性要素に材料の流れを案内することによって機能するのが典型的である。その材料の流れは、２つの流れに分離され、一方は多孔性要素を通過した材料を含んでおり、他方は多孔性要素によって拒否された材料を含んでいる。材料が要素を通過するか、あるいは要素の周辺で要素から押し出されるまで、多孔性要素上の材料を動いている状態にするための振動運動を生ずるために、駆動機構がハウジングに動作的に連結されうる。他の装置では、拒否された材料をクリアするための逆流を含めて、膜を通る流れを増大させるために周期的に印可して圧力を使用する。

このような分離機システムはでは、スクリーン要素をフレームに緊張架設したまたはフックを分離機自体に緊張配設した長方形および円形のスクリーンを使用する。スクリーン要素は多孔率が大きく変動し、かつ単一の要素よりなるものであってもよく、あるいは積層要素よりなるものであってもよい。分離機フレームは振動するものでも、あるいは固定したものでもよく、振動するものの場合には、ばね、ブッシュあるいはリンクのような種々の手段によって支持することができる。このようなシステムでは、緊張したまたは緊張していない、支持されたまたは支持されていないものであって、広範囲の多孔率を有し、長方形、円形、円筒形およびバッグ状等の形状のフィルタを代替的に使用する。ハウジングカバー、精巧なマニホルド、種々の変更可能な運動、速度および周期のような他の多くの特徴がもちろん利用可能である。この種のシステムおよび構成要素の少量の見本を開示した特許としては、米国特許第４０２２６９３号、米国特許第４２５１３５４号、米国特許第４５８２５９７号、米国特許第４６１３４３２号、米国特許第４６５５９１１号、米国特許第４９６８３６６号、米国特許第５０３２２１０号、米国特許第５０５１１７１号、米国特許第５１３４８９３号、米国特許第５２２１００８号、米国特許第５２２６５４６号、米国特許第５２４２０５８号、米国特許第５２５５７８９号、米国特許第５２６５７３０号、米国特許第５２７１５０４号、米国特許第５４５６３６５号、米国特許第５９５０８４１号、米国特許第６０８９３８０号、米国特許第６２０２８５６号、米国特許第６３４９８３４号、米国特許第６４３１３６８号、および米国特許第６５１３６６５号があり、これらの特許の開示は参考として本明細書に取り込まれている。

典型的にふるい分けられた材料は、粒度、かさ密度、化学的組成、温度、水分含有量、ならびに他の物理的および化学的特性が相当に変化しうる。所定の処理プラントにおける任意特定の分離機システムは、一定の特性を有する単一の材料の処理専用とされることが見込まれる。このような材料の例としては、その多様性を示すためであって包括的なリストを提供するものではないが、下記のようなものがある。
研磨剤 活性炭素
炭酸カルシウム セラミック・スラリ
塩素化合物 クエン酸
肥料 小麦粉
食料品 黒色火薬
鉱物 ペーパー・コーテイング・スラリ
医薬品 顔料
ポリスチレン・ビード 粉末金属
粉末塗料 印刷用インク
ＰＶＣ粉末 耐火材
ロケット推進剤 澱粉

したがって、効率と得られる処理済材料の品質を最大限にするためには、種々のスクリーン構造、振動形態、および環境が用いられる。

分離機システムにおける最も一般的な故障は、多孔性要素の故障である。スクリーンは、例えば、分離機上のスクリーンフレームまたはテンション装置によって緊張状態に引っ張られた微細な製織ワイヤクロスで作製されるのが通常である。故障は、磨耗や疲労破壊のような多くの要因によって惹起される。このような故障は通常、損傷したスクリーンとなるふるい分け媒体自体の破損として生ずる。そのような破損は、破れ（一連の相互に隣接した破断したワイヤ）、パンク（二方向における破れ）または穴（ふるい分け材料の欠落部分）として現れることになるであろう。スクリーンが破壊すると、分離システムの機能に障害を来たす。最低限、サイズオバーの材料がスクリーンの損傷個所を通過しうるから、そのよう材料を全部拒否することができなくなる。さらに悪いことには、破損したスクリーンの破片がふるい分けされている材料を汚染して、食品や医薬品のふるい分け作業に重大な危険を提起することになるおそれがある。どうようの破損はフィルタ要素でも生ずる。

多孔性要素は閉鎖されたハウジングの中や処理されている材料の下に配置されているのが通常であるから、そのような破損を肉眼で検知することは困難である。したがって、厳密な分離が要求されている場合には、頻繁に点検するのが望ましい。品質の高い分離を確保するためのこのような努力はダウンタイムや労力を要することになり、しかも処理された材料が信用できないことになるので、破壊を検知するための方法が古くから求められている。メッシュスクリーン自体を通る電気的または物理的通路を測定することによってスクリーン破壊を検知しようとするシステムが考案されている。米国特許第５９９８０７号を参照されたい。ない、この特許の開示は参考としてこの明細書に取り入れられている。これらは、非実用的であることが明らかでありかつ一般的は市場受容性を満たしていないと考えられている。

本発明は、分離機システムのための多孔性要素の破損の検知器およびそのような検知の方法に関する。高周波信号の送信機が多孔性要素のマウントの一側に配置され、他側には高周波信号の受信機が配置される。多孔性要素を高周波信号が通過できるのに十分な穴を生じた破断では、受信機への信号が破壊を示すことになる。

本発明の第１の別個の態様では、検知器が高周波信号に対するバリアと、そのバリアを通過する通路を有したチャンバを具備している。多孔性要素マウントが、バリアを通過する通路を完全に横切って多孔性要素を受容するようになされている。高周波信号送信機および高周波信号受信機は、一方がチャンバの内側に、他方がチャンバの外側に配置されている。

本発明の第２の別個の態様では、検知器は、弾性的に取り付けられたハウジングと、そのハウジングに動作的に連結された振動発生器を具備した分離機システムの一部である。チャンバは高周波信号に対するバリアと、そのバリアを貫通した通路を有している。多孔性要素マウントが、バリアを貫通した通路を完全に横切って１つの要素を受容するようになされている。高周波信号発信機と高周波受信機は、一方がチャンバの内側に、他方がチャンバの外側に配置される。

本発明の第３の別個の態様では、第１および第２の態様のシステムが、バリアを貫通した通路を完全に横切って延長した導電性の多孔性要素を含むことが意図されている。高周波信号は、破損されていない要素の予め構成された隙間を通過する時に少なくとも実質的に減衰される。導電性要素は金属スクリーンクロスを含んでいてもよい。

本発明の第４の個別の態様では、多孔性要素における破損を検知する方法が、分離機を通して材料を処理し、分離機の多孔性要素において高周波信号を送信し、その多孔性要素の他の側を高周波信号から遮蔽し、そして多孔性要素の破損を表わす閾値より高い高周波信号の存在を感知することを意図している。信号の生成は連続的であってよく、あるいは信号の生成時に材料を処理する分離機の無効を伴いまたは伴わずに間欠的であってもよい。

本発明の第５の別個の態様では、上記の態様がより大きな利益のために、より大きな組み合わせて用いられることが意図されている。

したがって、本発明の目的は、有用な多孔性要素破損検知システムを提供することである。他の目的およびさらなる目的は後で明らかとなるであろう。

図面をさらに詳細に参照すると、図１は、多孔性要素における破損を検知するための１つの材料分離システムに対する背景を提供するための全体として１０で示された従来の振動型スクリーン材料分離機を示している。材料分離のために用いられる多孔性要素における破損を検知するためにシステムに対しても、発明の背景で上述したシステムの範囲での非振動型ふるい分けシステムおよびろ過しシステムは大いに活用できるものである。

分離機１０は、ばね１６でベース１４に弾性的に取り付けられたハウジング１２を含んでいる。モータ２０によって駆動される振動発生器１８が、その弾性的に取り付けられたハウジング１２を、材料のふるい分けまたはろ過のために有利な周波数および振幅で振動させる。この実施例ではスクリーン２２である多孔性要素は、ハウジング１２を横切って延長していて、その上に堆積された材料を選択された特性によって分離する。スクリーン２２の上方には、オーバーズ（ｏｖｅｒｓ）出口２４あり、一方、ハウジング１２の下方には、スルーズ（ｔｈｒｏｕｇｈｓ）出口２８に供給するドーム状のマニホルド２６がある。

図３を参照すると、スクリーン２２のまわりにおけるハウジング１２のシール配置および構造が示されている。この実施形態ではスクリーン２２として定義された多孔性要素の詳細も示されている。スクリーン２２は、形成された金属リングでありうるスクリーン・フレーム３０を含んでいる。スクリーン・クロス３２は、緊張状態でスクリーン・フレーム３０に接着されている。スクリーンクロス３２は通常は、導電性ステンレススチールのワイヤメッシュである。再構成された隙間が、単位寸法当たりの織り、ワイヤ直径およびワイヤによって画成される。

ハウジング１２は、少なくとも２つの円筒状ハウジング要素３４および３６よりなるものとして示されている。これらの要素３４および３６は、スクリーン・フレーム３０上のフランジ３８のまわり集まっている。このようにして、それらの間で、完全にハウジングの内部のまわりにスクリーン・マウントが画成される。フランジ３８のまわりにガスケット４０が配置され、そしてクランプ・バンド４２が構体を全体的に引き寄せる。分離機１０は全体として、材料がスクリーン２２に送られる取入れ口を有したカバーを含むことが意図されている。

高周波信号に対するバリアを含むハウジング１２内にチャンバを形成する場合には、ハウジングの構成要素３４および３６は導電性である。カバー（図示ぜず）も、スクリーン２２の下のドーム状マニホルドと同様に導電性でありうる。オーバーズ（ｏｖｅｒｓ）出口２４およびスルーズ（ｔｈｒｏｕｇｈｓ）出口２８も導電性であってもよく、また必要に応じて、高周波信号の伝送を阻止するために、他の導電性遮蔽が考えられる。さらに、ガスケット４０は、高周波信号がスクリーン・マウント内のスクリーン・フレーム３０のまわりを流れるのを防止するために、導電性であるか、あるいは導電性のバリアを必要とすることが予想される。高周波信号に対するバイリアを形成する作用をするシート金属部品を用いて、導電性が与えられる。

上記の構成要素によって、ハウジング１２は、スクリーン２２の上方または下方に高周波信号に対するバリアを有するチャンバを画成しうる。スクリーン２２の下方に、ハウジング要素３６、ドーム状マニホルド２６、スルーズ（ｔｈｒｏｕｇｈｓ）出口２８およびガスケット４０は、必要に応じて他のシールデイング（ｓｈｉｅｌｄｉｎｇ）と共に、第１のチャンバを形成する。上方のハウジング要素３４、オーバーズ（ｏｖｅｒｓ）出口２４、ガスケット４０、およびカバー（図示せず）は、この場合にも必要に応じて付加的なシールデイングと共に、高周波信号に対するバリアを有する第２のチャンバを画成しうる。

これらの２つの画成された空間の間で、それらが両方とも１つのチャンバを形成するか、あるいは一方だけが高周波バリアを有したチャンバを形成するかに関係なく、スクリーン・マウントを通過した通路が存在する。スクリーン２２が無い場合には、処理される材料は障害物のない通路を有する。高周波信号もそうである。ハウジング１２によって画成されたスクリーン・マウント内でこの通路を横切って配置されたスクリーン２２は、選択された特性に従って、処理されている材料に対する選択的な通路を形成する。適切な高周波信号を選択することによって、導電性金属ワイヤのスクリーン２２は、破損されていないスクリーンの予め構成された隙間が損なわれない限り、スクリーン２２を横切る通路に沿った高周波信号の通過を完全に除去する程度も含めて実質的に減衰させるためのバリアとして作用することができる。市販されているふるい分け装置の範囲の隙間を有するスクリーン２２は、マイクロ波領域の高周波信号に対してはバリアである。製織ワイヤスクリーンクロスに加えて、マイクロ波を阻止するスクリーンおよび膜を含む他の多孔性要素を用いてもよい。１つの例としては、非導電性基体上の導電性被覆は、該当する領域内の高周波信号を十分に阻止することができる。

好ましい実施形態では、チャンバに対する通路を横切るバリアを具現するスクリーン２２によって画成された多孔性要素が、平面内を延長して示される。それに代えて、多孔性要素は、例えばフィルタ・バッグまたはシリンダとして形成されたチャンバの主容積部内に入るまたはそこから出るように延長していてもよく、したがって、通路は必ずしも直線でなくて、多孔性要素がその通路を完全に横切った状態で、多孔性要素マウントを通過する。多孔性要素の縁部を保持するフレームは、スクリーン２２と同様に多孔性要素に固定されてもよく、あるいはハウジングを有し、多孔性要素マウントの一部となる機構であってもよい。

図２に概略的に示されている信号系は、分離機システムを形成するために振動型材料分離機１０で用いられる。この信号系は、スクリーン２２の両側に配置された信号送信機４および信号送信機４６を含んでいる。送信機４４と受信機４６は、それぞれハウジング構成要素３４および３６にまたはそれらに関連して取り付けられうる。この信号系およびそれの構成要素は、ＲＦ（高周波）領域で動作し、さらに実際的には、市販のスクリーンの予め構成された隙間のサイズを考慮すろと、マイクロ波領域における高周波範囲の上限で動作し、この場合、信号系、送信機４４、および受信機４６はマイクロ波素子である。信号は、使用されたスクリーン２２の特性に整合するように特定の経験的同調でもって７００メガＨｚから５０ギガＨｚの範囲に入るものと理解される。

マイクロ波信号受信機４６には、信号源４８も関連している。信号源４８は、受信機４６から入力を受信し、受信機４６が閾値より高いマイクロ波信号を受信したときに受信機４６によって作動される。閾値は、破損していないスクリーンを通過する実質的に減衰された信号には信号源４８が応答しないように設定されている。同時に、閾値は、スクリーン２２に大きな破損が生じた時に信号源４８が作動されるようにも設定されなければならない。スクリーン２２のまわりでの高周波信号の漏洩は、閾値が大きな破損によって作動されるべく有意的に設定さえるように減少されるべきである。スクリーン２２の大きな破損とは、ふるい分け処理から生ずるスルーズ（ｔｈｒｏｕｇｈｓ）の質を低下させるものであり、多かれ少なかれ、処理される材料に依存して非常に大きくなる。医薬品の場合には、例えば食品処理の場合よりも最終製品に対して品質要件がはるかに厳しく、かつ質の低下はさらに厳しい基準で測定される。

多孔性要素によって、この場合にはスクリーン２２によって画成されたバリアの完全性が開口のサイズを増加させる態様で損なわれた場合には、その結果できる開口の長さが、その開口を通じての伝送が生ずることが出来る程度まで、マイクロ波信号の波長に近づく。波長の４分の１を実現する開口で検知が生じやすいことが実験的に示されている。スクリーンの破損は、マイクロ波伝送と導電性バイリアとの間のこの関係を利用して検知される。

信号源４８は、受信機４６への受信高周波信号に中断が生ずると、スクリーン２２の物理的状態の変化を認識して、警報を鳴らしたり、分離機に対するパワースイッチを開放したり等のことを行うためにオペレータが所望するように信号を発生する。

動作においては、材料分離機１０を通じて材料を処理している時における破損を検知する方法は、それの第１の側で、最も適切なのはマイクロ波帯域でありかつ多孔性要素、この実施形態ではスクリーン２２の高周波バリア特性に同調された高周波信号を送信することを含む。送信機４４は、損傷していないスクリーンが信号を大きく減衰させるようにスクリーン２２における予め構成された隙間より長い波長を有する周波数で動作する。このような差は大規模となりうる。スクリーン２２が無傷の場合には、適切な閾値を設定するためのベースライン信号伝送特性を画定するために、受信機４６を使用できる。スクリーン２２に損傷が生じると、その結果生ずる拡大した開口がマイクロ波信号のスクリーンによる減衰を低下させることになる。このことが、より強い信号が受信機４６に到達できるようにする。アナログまたはデジタル信号処理技術を用いて、この信号強度の差が検知され、そして適当な警報器が作動されて、ふるい分け処理のオペレータは修正のための対応策を採ることができる。

マイクロ波システムは連続に動作し、かつ損傷が生ずると、それを速やかに告知できることが好ましい。それは好ましいが、ほとんどの処理動作において、即時の修正のための対応策（ラインを停止するというような）は可能ではないから、必ずしも必要ではない。このシステム、スクリーン損傷が実際に生じた後の比較的短い期間内にスクリーン損傷の発生を確認するように、間欠的なモニタモードで有効に使用できる。この時間値は産業分野によって異なるが、実用的にはあらゆる用途に対して、分の値で十分である。

分離機１０が動作している間に測定が行われることが好ましい。そのようにすると、マイクロ波システムとモニタされているスクリーン２２は、従来の装置では、使用された分離機に応じて４−３０Ｈｚの周波数で約２−４Ｇの大きさを受けるであろう。あるいは、分離機１０は、測定が行われている間に、短時間だけ停止されてもよい。

分離機１０が材料を処理している間に、測定が行われることも好ましい。そのようにしている間、スクリーン２２は種々の深さに材料で覆われることになる。ほとんどの材料で、高周波信号はこれらの深さを通過することができ、その信号が効果がなくなる程度には影響を受けないであろう。問題のある材料では、分離機１０が動作を続けている間に停止されてもよい。このようにして、測定が行われる前に、処理済みの材料が流出される。

システムを設定する場合に、遮蔽（シールデイング）が行われる。本質的に、分離機１０は、ほぼ全体的にステンレススチール合金のような導電性材料で構成されているから、相当程度の遮蔽を提供する。スクリーン２２のまわりをシールするのが慣例である。しかし、シール４０は典型的にはエラストマー系である。さらに、オーバーズ（ｏｖｅｒｓ）出口２４とスルーズ（ｔｈｒｏｕｇｈｓ）出口２８に関連した開口は、エラストマー系シール４０と共に、スクリーン２２を貫通した通路を迂回するための導電性通路を提供する。ガスケットおよび放電部品に成形された導電性材料は、そのよう部品を導電性の装置で置換しあるいはそれらの装置自体のまわりを遮蔽することで、受信機が無傷のスクリーン２２と大きい破損を受けたものとを区別できるように十分な信号減衰を与えることができる。処理される材料によっては、スクリーン目詰りのような他の事象を感知してもよい。

このようにして、破損を検知できるふるい分けまたはろ過システムが開示された。本発明の実施形態および適用について図示し説明したが、ここにおける本発明の概念から逸脱することなしに多くの修正が可能であることが当業者には明らかとなるであろう。したがって、本発明は、添付特許請求の範囲の精神において以外に限定されるものではない。

検知器が使用されうる振動材料分離機の断面図である。 図１の分離機に関連された検知器の概略図である。 図１および２の装置に関連しハウジング・シール構成である。

符号の説明

１０ 分離機
１２ ハウジング
２２ スクリーン
４４ 送信機
４６ 受信機

Claims (8)

1. 材料分離機のための多孔性要素における破損の検知器であって、
   高周波信号の送信機と、
   高周波信号の受信機と、
   高周波信号に対するバリアと、このバリアを通る通路であって高周波信号と材料とを通過させることができる通路とを含んでおり、前記送信機および受信機の一方を外側に配置され、前記送信機および受信機の他方を外側に配置されたチャンバと、
   前記通路を完全に横切って多孔性要素を受容するための多孔性要素マウントとを具備する、材料分離機のための多孔性要素における破損の検知器。
2. 前記通路を完全に横切って延長するように前記多孔性要素マウントに固定可能な導電性の多孔性要素をさらに具備しており、前記導電性の多孔性要素はそれを貫通した予め構成された間隙を含んでおり、前記高周波信号が前記予め構成された間隙を通過するときに少なくとも実質的に減衰される、請求項１の検知器。
3. 前記通路を完全に横切って延長するように前記多孔性要素マウントに固定可能なスクリーンをさらに具備しており、前記スクリーンはスクリーンフレームと、貫通した予め構成された間隙を有した金属スクリーンクロスとを含んでおり、前記高周波信号が前記予め構成された間隙を通過するときに少なくとも実質的に減衰される、請求項１または２の検知器。
4. 前記高周波信号が高周波電磁エネルギーのマイクロ波帯域内にある請求項１、２または３の検知器。
5. 材料の分離機であって、
   請求項４の検知器と、
   材料入口、オーバーズ出口、スルーズ材料出口、および前記チャンバを含み、前記材料入口およびオーバーズ出口が前記チャンバの内側および外側の一方であり、前記スルーズ材料出口が前記チャンバの内側および外側の他方であるハウジングとを具備する材料の分離機。
6. 材料分離機のための多孔性要素における破損を検知するための方法であって、
   分離機を通じて材料を処理し、
   前記分離機の多孔性要素の第１の側において高周波信号を少なくとも周期的に送信し、
   前記多孔性要素の他の側を前記高周波要素から遮蔽し、
   前記多孔性要素の前記遮蔽された他の側において閾値より高い送信された高周波信号の惣菜を感知し、
   前記閾値より高い高周波信号を検知して信号源を作動させることを含む、材料分離機のための多孔性要素における破損を検知するための方法。
7. 前記送信された高周波信号の存在を感知する前に材料の流入を遮断することをさらに含む請求項６の方法。
8. 前記高周波信号の送信が連続的である、請求項６または７の方法。

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