JP2007269476A - 粉体供給方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構造で、かつ、エアレーション化（エーロゾル化）のエネルギー効率も良好で、更には、粒子径が相対的に大きくても（例えば１〜１０μｍ）吹き抜け（ラットホール）が発生することもない新規な構成の粉体供給方法を提供すること。
【解決手段】 貯留タンク５６内に貯留されている貯留粉体を上面側から順次、エーロゾル（aerosol）化しながら、集塵ダクト等の粉体移送路４６に差圧供給する粉体供給方法。貯留タンク５６内に垂下させた長さの異なる２本の圧縮気体供給ホース５８、６０を、短い方の１本５８は、噴出口を前記貯留粉体Ｐの上面側に臨む長さとし、長い方の一本６０の該噴出口を貯留粉体Ｐの底部側に臨む長さとする。そして、前記複数の噴出口を、貯留粉体Ｐが供給されて順次降下していく貯留粉体Ｐの上面に追従するように臨ませながら、前記複数の噴出口から圧縮気体を噴出させてランダム移動させることによりエーロゾル化を行う。
【選択図】図２

Description

本発明は、凝集性を有する微細粉体を流動化させてエーロゾル化して、粉体移送路に差圧供給（エアレーション供給）するのに好適な方法及び装置に関する。

ここで、微細粉体とは平均粒径約２０μm以下を意味し、特に、平均粒径１０μm以下の微細粉体（下限１μｍ超）で凝集性の高いものをエアレーション供給するのに好適な粉体供給方法及びその装置に係る発明である。

上記のような凝集性を高い微細粉体の供給装置は、スクリューコンベア等のような機械的供給方法では、棚吊り（ブリッジ、アーチともいう。）現象が発生して安定供給させることが困難である。

このような微細粉体を安定供給するための方法として、エアレーション方式があり、例えば、貯留タンクの下方に配された通気多孔板からエア（流体）を上方へ噴き上げて、粉体を貯留タンク内で浮遊させ流動化させるとともに差圧供給する、いわゆる「粉体流動槽方式」がある（特許文献１・２等参照）。

しかし、これらの「粉体流動槽方式」は、圧損が大となり（特に、凝集性を有する微細粉体の場合）、動力装置が大掛かりになる。なお、これらの特許文献１・２は、トナーや静電塗装用粉体等の有機粉体（吸湿性を有しない）などの供給を予定している。

また、他のエアレーション方式として、微細粉体（原料粉体）を充填させたエーロゾル生成容器内の底部の水平円周方向にエア噴出口を配し、該エア噴出口からキャリアガスを噴出させて原料粉体を噴き上げてエーロゾルを成形させて差圧供給する、いわゆる「粉体エーロゾル方式」がある（特許文献３等参照）。

この特許文献３に記載のエーロゾル方式の粉体供給方法は、粒子径１μm以下（望ましくは０．３μm）の超微細粉体（チタン酸ジルコン酸鉛）を予定しており（段落００１１参照）、平均粒子径が１μm以上の微細粉体の場合、吹き抜け（ラットホール）が発生し易い。なお、吹き抜けが発生した場合には、別途攪拌手段が必要となり、構造が複雑となる。
特開２００２−２７３２７５号公報（要約等） 特開２００５−６７６５２号公報（要約等） 特開２００４−１２４１２６号公報（要約等）

本発明は、上記にかんがみて、簡単な構造で、かつ、エアレーション化（エーロゾル化）のエネルギー効率も良好で、更には、粒子径が相対的に大きくても（例えば１〜１０μｍ）吹き抜け（ラットホール）が発生することもない新規な構成の粉体供給方法および粉体供給装置を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記課題を解決するために、鋭意開発に努力をする過程で下記構成の粉体供給方法および粉体供給装置に想到した。

貯留タンク内に貯留されている貯留粉体を上面側から順次、エーロゾル（aerosol）化しながら、粉体移送路に差圧供給する粉体供給方法であって、
前記貯留タンク内に、複数本の圧縮気体供給ホースを、少なくとも一本の噴出口が自由垂下時において前記貯留タンクの底部位置近傍に位置するように上方から配設し、
前記複数の噴出口を、前記貯留粉体が供給されて順次降下していく前記貯留粉体の上面に追従するように臨ませながら、前記複数の噴出口から圧縮気体を噴出させてランダム移動させることにより前記エーロゾル化を行うことを特徴とする。

上記方法を採用することにより、エーロゾル化が、貯留粉体の上面側から順次、効率良く行われ、しかも、粒径が１〜１０μｍであっても、エア吹き抜け現象（ラットホール）が発生し難い。なお、１本では、エア吹き抜け現象が発生することを本発明者らは確認している。

即ち、複数本の圧縮気体供給ホースが、その噴出口が貯留流粉体の上面側に臨み同時的にランダム移動することにより屈曲運動して相互に干渉しあう。その結果、一つの圧縮気体供給ホースの噴出口が一時的に停止したとしても、他の圧縮気体供給ホースの屈曲運動により前記噴出口は移動を開始する。こうして、ランダム移動する噴出口から圧縮気体が噴出されるため、貯留粉体は極めて効率よくかつ均一にエーロゾル化がなされる。

よって、結果的に圧縮気体の噴出のための動力（エネルギー）も少なくて、粉体移送路への微細粉体の安定定量供給が可能となる。

その要因は、前記複数本の圧縮気体供給ホースが、異なる長さのものを含んでいることが望ましい。長さが異なることにより、屈曲運動の動き形態に差が発生し、圧縮気体供給ホースが粉体に作用する干渉力に差が出るためである。即ち、前記複数本の圧縮気体供給ホースの相互干渉作用が確実となる。

上記構成において、通常、前記複数本の圧縮気体供給ホースを、前記複数本の圧縮気体供給ホースの少なくとも他の一本の噴出口が自由垂下時において前記貯留粉体の充填高さ位置近傍に位置する構成とする。

こうすることにより、貯留粉体を、上面側からほとんどなくなるまで、エーロゾル化して粉体移送路に安定供給可能となる。

上記各構成において、前記圧縮気体供給ホースに間欠的に前記圧縮気体を供給することができる。エーロゾル化された粉体量が過剰となって、粉体移送路への供給が過剰となるような場合に、安定定量供給を維持することができる。

上記粉体供給方法を、実現するための粉体供給装置は、下記構成となる。

貯留タンク内に貯留された貯留粉体を上面側から順次エーロゾル（aerosol）化しながら、次工程に差圧供給する粉体供給装置であって、
前記貯留タンク内に、複数本の圧縮気体供給ホースが、自由垂下時において少なくとも１本の噴出口は、前記貯留粉体の設定貯留高さ位置近傍に、少なくとも他の１本の噴出口は前記貯留タンクの底部位置近傍に臨ませて配設されていることを特徴とする。

また、上記粉体供給装置をブラスト設備における集塵ダクトに発火抑制剤を供給する粉体供給装置に適用したブラスト設備は、下記構成となる。

ブラスト装置と、該ブラスト装置で発生した粉塵を研磨材と分級する分級装置と、該分級装置で分級された粉塵を捕集する集塵装置とを備えたブラスト設備において、
前記分級装置と集塵装置との間を接続する集塵ダクトに発火抑制剤を供給する粉体供給装置を備え、該粉体供給装置が前記構成の粉体供給装置であることを特徴とする。

本発明の粉体供給方法及び装置によれば貯留タンク内の貯留粉体が、微細でかつ凝集性を有する粉体であっても、
（１）貯留粉体の上面側から貯留タンク内に流動化浮遊（エーロゾル化）させ、
（２）そのエーロゾル化（流動）粉体を差圧により（吸引して）貯留タンク外の粉体移送路へ差圧供給（排出）をするに際して、
上記（１）（２）を継続して、貯留タンク内の貯留粉体にエア吹き抜け現象（ラットホール）を発生させずに、貯留粉体を運転当初から最後まで安定排出（供給）することができる。そして、装置の構造は簡単であり、かつ、エーロゾル化の所要動力（エネルギー）の節減も期待できる。

すなわち、従来の貯留粉体した底部側（下部）よりの固定的な圧縮気体の噴出（吹き上げ）ではなく、貯留粉体の上面側でランダム移動する複数本の圧縮気体供給ホースの噴出口からの圧縮気体の噴出によりエーロゾル化される。

以下、本発明の一実施形態を図例に基づいて、説明をする。ここでは、図１に示すようなブラスト設備における集塵ダクト（粉体移送路）に発火抑制剤を供給する粉体供給装置に適用した場合を例に採り説明する。

ブラスト設備１２は、ブラスト装置１４と、該ブラスト装置１４で発生した粉塵を研磨材（噴射材）と分級する分級装置（サイクロン）１６と、該分級装置１６で分級された粉塵を捕集する集塵装置（エアバッグ式集塵装置）１８とを備えている。そして、それらの相互関係は下記の如くである。

ブラスト装置１４は、被処理品（被加工品）２０をセットするブラスト室２２と噴射材供給ユニット２４とを備えたものである。ブラスト室２２内には、被処理品載置台２６を備え、噴射材供給ユニット２４は、圧縮気体が供給され先端に噴射ノズル２８ａを備えた供給管２８と、該供給管２８に噴射材（研磨材）を供給する貯蔵タンク３０とを備えている。

そして、噴射ノズル２８ａから圧縮気体で、ブラスト室２２内の被処理品２０に噴射された噴射材は、落下して第１コンベヤ３２・アキュームレータ３４及び第２コンベヤ３６を介して、貯蔵タンク３０へ戻される。

他方、ブラスト室２２からエアにより粉塵ととともにダクト３８で移送される噴射材は、サイクロン１６で遠心捕獲され、下方の振動ふるい４２へ自重落下する。振動ふるい４２で分級された所定径以上の噴射材はアキュームレータ３４、第２コンベヤ３６を介して貯蔵タンク３０へ戻される。所定径未満の噴射材は、廃棄ボックス４４に回収される。

サイクロン１６で噴射材と分級（分離）された粉塵（軽合金粉末等の）は、集塵ダクト４６を介して集塵装置１８へ移送され、該集塵装置１８でバッグフィルタ１８ａ、１８ａ・・・により捕集される。

なお、上記ダクト３８及び集塵ダクト（粉体移送路）４６には、発火防止の見地から静電気除去アース（図示せず）が接続されている。

そして、集塵装置１８は、エア入口１８ｂ及び出口１８ｃに、万一発火した場合に備えて防火ダンパ４８、４８がそれぞれ配され、また、捕集粉塵の排出口１８ｄには、ロータリバルブ５０が配されている。該ロータリバルブ５０の下方には粉塵ボックス５２が配されている。また、集塵装置１８のバッグフィルタ１８ａを形成するろ布は、静電気発生を抑制するために帯電防止ろ布とされている。

上記構成において、本実施形態では、サイクロン（分級装置）１６と集塵装置１８との間を接続する集塵ダクト（粉体移送路）４６に発火抑制剤を供給する発火抑制剤供給装置（粉体供給装置）５４を備えており、該発火抑制剤供給装置５４が図２に示すような下記構成とされている。

粉体貯留タンク（ホッパー）５６内に、２本の長さの異なる圧縮気体供給ホース５８、６０、即ち、短ホース５８と長ホース６０とを備えている。そして、自由垂下時において短ホース５８の噴出口は、前記貯留粉体Ｐの貯留高さ位置近傍に、長ホース６０の噴出口は貯留タンクの底部位置近傍に臨むようになっている。

ここで、貯留タンク５６の形状は、本実施形態では、角筒体（四角筒体）であるが、他の角筒体又は円筒体さらにはホッパー形（逆角錐または逆円錐）であってもよい。

ここで圧縮気体供給ホースの材質は、可撓性（屈曲性）と耐磨耗性に優れておれば、特に限定されない。たとえば、ポリウレタンゴムホースやそれと同等特性を有するホースを好適に使用できる。

また、圧縮気体供給ホースの本数は、３本以上でもよく、また、同一長さでもよい。なお、圧縮気体供給ホースへのエア供給の方法は、別配管で噴出圧力を変えて供給するようにしてもよい。

次に、発火抑制剤を集塵ダクト４６に発火抑制剤を供給する背景を述べる。

様々な分野に使用されるアルミニウム合金、マグネシウム合金製のダイカスト等の軽合金製品を被処理品とし、当該被処理品のバリ、カエリ等の除去、スケールや砂落とし、鋳肌の改良、コーキングなどの加工をする方法として、前記被処理品に研磨材（エアーブラスト装置においては「噴射材」、ショットブラスト装置においては「投射材、またはショット」という）を高速で衝突させて加工するブラスト法が広く採用されている。

被処理品が上記軽合金製品であるブラスト加工に用いられる研磨材には、アルミニウム、スチール、ステンレス鋼等がある。

(1)研磨材の材質がアルミニウムの場合は、軟質で研掃効果が小さいうえに磨耗により発生したアルミニウムの粉塵が粉塵爆発乃至火災の原因となる。

(2)研磨材の材質がスチール、ステンレス鋼である場合は、研磨材の硬さが硬すぎるために被処理品の表面を荒らす上に、発生した被処理品である軽合金製品の粉塵が爆発乃至火災の原因となる。

なお、上記(1)、(2)の粉塵爆発乃至火災は、ブラスト装置内よりも集塵ろ過機で発生する場合が多い。

それは、サイクロンを経て集塵ろ過機内に収集された軽合金粉体を主体とする粉塵は、粒径が平均粒径５μｍ乃至５０μｍ以下の微細粉体であり、発火し易い状態となっているためである。

前記のような粉塵爆発乃至火災の防止用に用いられる発火抑制剤としては、通常、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ₃）や消石灰（Ｃａ（ＯＨ）₂）が、主として、粉塵爆発乃至火災の防止効果及びコストのバランスから使用されている。

なお、発火抑制剤としては、上記以外に、炭酸バリウム、硫酸バリウム、硫酸カルシウム、酸化マグネシウム、炭酸水素ナトリウム、ヨウ化ナトリウム、ニ酸化チタニウム、ニ酸化ジルコニウム等を使用可能である。

そして、これらの発火抑制剤は、平均粒径が１０μm（望ましくは５μm）以下と非常に細かくて、凝集性が高い。また、発火防止のためには、流入粉塵（ダスト）（平均粒径３〜１０μm）が粉塵粒子６２相互間に介在するように発火抑制剤粒子６４を均一混合させる必要がある（図３参照）。この均一混合のためには発火抑制剤の粒子径は、流入粉塵の粒子径以下であることが望ましい。なお、被処理粉塵と発火抑制剤の混合比は、被処理粉塵及び発火抑制剤の組み合わせにより異なる（例えば、被処理粉塵／発火抑制剤（質量混合比）＝１０／７〜７／１０とする。）。

次に、前記実施形態の粉体供給装置の使用態様について説明をする。

先ず、貯留タンク５６に、発火抑制剤（粉体）を充填する。このとき、貯留タンク５６の天井側には、エーロゾル化のための空間（エーロゾル空間）が必要である。その高さは、粉体の種類、タンク（容器）の大きさにより異なるが、例えば、貯留タンク５６の大きさが３００ｍｍ□×４５０mmHで、発火抑制剤が炭酸カルシウム、消石灰の場合、エーロゾル空間の高さｈは、充填時（当初）において、１５０〜２５０mmとする。

また、圧縮気体供給ホースの１本（短ホース）５８は、貯留粉体Ｐの上面に噴出口を臨ませ、他の１本（長ホース）６０は、貯留粉体Ｐの底部側に噴出口を臨ませておく。

そして、ブラスト設備１２を稼動させる。すると、前述の如く、サイクロン４０で分離された粉塵は集塵ダクト４６を吸引（減圧）搬送される。

発火抑制剤供給装置（粉体供給装置）５４の長短の圧縮気体供給ホース５８、６０に、圧縮気体を同時的に供給する。圧縮気体としては、通常、エアとするが、窒素、炭酸ガス等の不活性ガスであってもよい。

上記圧縮気体の加圧力は、ホース材質の口径により異なる（例えば、ポリウレタンゴムホースで口径が内径φ2.5ｍｍの場合、ゲージ圧で０．２〜0.５MPa、望ましくは0.３MPaとする。）。

すると前述の如く、長ホース６０及び短ホース５８の上面側における噴出口が、（貯留粉体（発火抑制防止剤）Pが供給されて順次降下していく上面に追従してランダム移動しながら気体噴出する。これにより上面側から順次、粉体が均一にかつ効率良くエーロゾル化（ガス化）される。

そして、該エーロゾル化された発火抑制剤は集塵ダクト４６に吸引供給されて粉塵と均一混合される。このとき、粉塵に対する発火抑制剤の混合比率が、通常、過剰となる。このため、発火抑制剤供給装置の運転は間欠運転とする（例えば、圧縮気体の送入時間：２〜１０秒、停止時間：１０〜６０秒）。

そして、発火抑制剤の残量が少なくなってきたら、レベル計からの検知信号により、発火抑制剤を供給する。こうして、長時間、連続運転が可能となる。

本発明の効果を確認するために行った実施例・比較例について説明する。

なお、実施例・比較例の各粉体供給装置は、それぞれ図２、図４に示すものを使用した。そして、実施例及び比較例の仕様は下記の如くであった。

実施例・・・貯留タンク５６：３００mm□×４５０mmH、
短ホース５８：外径４mmφ×内径2.５mmφ、L＝15.０mm、
長ホース６０：外径４mmφ×内径2.５mmφ、L＝３０.０mm
エア供給配管接続高さＨ：３７０mm
比較例・・・貯留タンク５６：３００mm□×４５０mmH、
エア噴出手段：中心部に底部近傍まで延設したエア供給直管６６の下端に十字噴出パイプ（パイプ全長：150mm）６８を接続して噴出口４個（外径４mmφ×内径2.５mmφ）をもつものとした。

上記実施例・比較例の貯留タンク５６に、約２５０mmの高さ位置まで炭酸カルシウム（NS＃400、充填量約１５ｋｇ）または消石灰（特号、充填量約１２ｋｇ）を充填（充填量２２L）して、それぞれ下記噴射圧力、間欠噴射の条件で運転を行い、貯留タンク５６の単位時間当たりの重量減（ｇ／min）で供給量を求めた
実施例・・・0.３MPa、３秒噴射１０秒停止
比較例・・・0.２MPa、炭酸カルシウム：５秒噴射10秒停止
消石灰：１秒噴射３０秒停止
それらの結果を実施例については図５に、比較例については、図６に示す。

実施例では、炭酸カルシウム、消石灰ともに当初から十分な量を長時間（１２０分経過後も）安定供給可能であったのに対し、比較例では、炭酸カルシウムは、３０〜６０分で、また、消石灰では９０分で、それぞれ供給量が０ｇ／minになった。なお、炭酸カルシウムでは、１０min程で吹き抜け現象が発生した。

本発明を適用するショットブラスト設備の一例を示す流れ図である。 本発明の粉体供給装置（実施例）のモデル断面図である。 発火抑制剤の作用説明モデル図である。 比較例とした粉体供給装置のモデル断面図である。 実施例のエーロゾル化した粉体供給量の試験結果を示すグラフ図である。 比較例のエーロゾル化した粉体供給量の試験結果を示すグラフ図である。

符号の説明

１２ ブラスト設備
１４ ブラスト装置
１６ サイクロン（分級装置）
１８ 集塵装置
４６ 集塵ダクト（粉体移送路）
５４ 発火防止剤供給装置（粉体供給装置）
５６ 粉体貯留タンク
５８ 圧縮気体供給ホース（短ホース）
６０ 圧縮気体供給ホース（長ホース）

Claims (6)

1. 貯留タンク内に貯留されている貯留粉体を上面側から順次、エーロゾル（aerosol）化しながら、粉体移送路に差圧供給する粉体供給方法であって、
   前記貯留タンク内に、複数本の圧縮気体供給ホースを、少なくとも一本の噴出口が自由垂下時において前記貯留タンクの底部位置近傍に位置するように上方から配設し、
   前記複数の噴出口を、前記貯留粉体が供給されて順次降下していく前記貯留粉体の上面に追従するように臨ませながら、前記複数の噴出口から圧縮気体を噴出させてランダム移動させることにより前記エーロゾル化を行うことを特徴とする粉体供給方法。
2. 前記複数本の圧縮気体供給ホースが、異なる長さのものを含んでいることを特徴とする請求項１記載の粉体供給方法。
3. 前記複数本の圧縮気体供給ホースの少なくとも他の一本の噴出口が自由垂下時において前記貯留粉体の充填高さ位置近傍に位置することを特徴とする請求項１又は２記載の粉体供給方法。
4. 前記圧縮気体供給ホースに間欠的に前記圧縮気体を供給することを特徴とする請求項１、２又は３記載の粉体供給方法。
5. 貯留タンク内に貯留された貯留粉体を上面側から順次エーロゾル（aerosol）化しながら、次工程に差圧供給する粉体供給装置であって、
   前記貯留タンク内に、複数本の圧縮気体供給ホースが、自由垂下時において少なくとも１本の噴出口は前記貯留粉体の充填高さ位置近傍に、少なくとも他の１本の噴出口は前記貯留タンクの底部位置近傍に臨ませて上方から配設されていることを特徴とする粉体供給装置。
6. ブラスト装置と、該ブラスト装置で発生した粉塵を研磨材と分級する分級装置と、該分級装置で分級された粉塵を捕集する集塵装置とを備えたブラスト設備において、
   前記分級装置と集塵装置との間を接続する集塵ダクトに発火抑制剤を供給する粉体供給装置を備え、該粉体供給装置が請求項３記載のものであることを特徴とするブラスト設備。

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