JP2009529482A - 粒子処理装置 - Google Patents

Abstract

例えばワックスなどのコーティングを用いて、粒子の固化を防止するために硫酸アンモニウムなどの複数の粒子を処理する装置に関する。装置は、供給シュート、ディフューザおよび出口シュートを含む。コーティングをディフューザから下向きに所定のパターンで噴射するために、アプリケータがディフューザのベースに隣接して取り付けられている。出口シュートは偏向器を含み、偏向器はディフューザから落下する粒子のカーテンと交差し、粒子をコーティングの所定パターンに方向変更する。加熱要素が偏向器に取り付けられ、偏向器を所定の温度に維持することにより、偏向器上へのコーティングの堆積を防止する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば固化防止剤を用いて硫酸アンモニウムの顆粒を処理する、粒子を処理する装置に関する。

従来技術では、典型的には液状のコーティングを固体粒子に塗布する様々な方法が提示されている。これら従来技術のシステムの多くは水平回転式チャンバまたはドラムを使用し、ドラム内で粒子が回転するとき、液体コーティングが塗布される。これらのドラム型システムの例は米国特許第５，４４３，６３７号および５，５０１，８７４号に開示されている。これらのドラムシステムは作動させるのに大きな空間およびエネルギーを必要とする。また、これらのシステムは製造、維持および設置に費用がかかる。他の従来技術のシステムはコーティングを塗布するために他の回転部品を利用するが、これらは同様に高価でありまた故障が発生しがちである。例えば、米国特許第４，５９６，２０６号および２，８６２，５１１号は液体コーティングを塗布するための回転アプリケータを利用する。他の例として、米国特許第４，２７５，６８２号は液体コーティングを分散させるために回転する円錐形プレートを利用し、米国特許第４，５２０，７５４号は粒子に対して電荷を与え、次に回転アプリケータによりこの粒子を反対の電荷を持つコーティングでコーティングするデバイスを開示している。

上述の設計における欠点を回避するために、従来技術では、米国特許第５，９９３，９０３号に示されている代替システムを開発しており、これは可動部分の数を最小化している。特許第５，９９３，９０３号は、全長に沿って配置された多数のスプレーアプリケータを備える多数の収束および発散円錐体を有するデバイスを開示している。しかし、特許第５，９９３，９０３号は、吹き付けられるコーティングの量についてデバイスを通過する粒子の数のスループットを最適化しない。言い換えると、特許第５，９９３，９０３号は、吹き付けられるコーティングの量に対して粒子の最適スループットを実現して、コーティングされる粒子の所望の割合を達成することができない。特許第５，９９３，９０３号は、コーティング工程の効率を最適化するための試みをすることなく、単に収束および発散円錐体の各交差位置において粒子に吹き付けるだけである。

これに加えて、従来技術ではシステム自体の構成部品にコーティングが貼り付く問題に対応していない。言い換えると、作動中、コーティングはシステムの様々な構成部品上で固化し、これによりシステムの効率を低下させる。

したがって、比較的大きいスループットの粒子を効率的に処理すると同時に、様々な構成部品上のコーティングの固化に関連する不具合を回避する、最小数の可動部分を備えるデバイスを開発する必要が依然としてある。

コーティングにより複数の粒子を処理する装置である。装置は粒子を受け入れる入口および粒子を排出する出口を有する供給シュートを備える。ディフューザは供給シュートに隣接して配置され、出口から排出される粒子と交差しおよびディフューザ周りに粒子のカーテンを生成する、傾斜した壁面およびベースを有する。アプリケータがディフューザのベースに隣接して取り付けられ、コーティングをディフューザから下向きに所定のパターンに噴射する。粒子のカーテンを捕捉する出口シュートがディフューザ周りに配置され、出口シュートは、粒子のカーテンと交差しおよび粒子をコーティングの所定のパターンに方向変更する偏向器を含む。加熱要素が偏向器に取り付けられ、偏向器を所定の温度に維持することにより、偏向器上でのコーティングの堆積を防止する。

以上の点から、本発明は、最小量のコーティングを用いて最大量の粒子を効率的に処理し、およびコーティングが装置の特定の構成要素上で固化しないことを保証する装置を提供する。

本発明の他の利点は、添付図面と併せて考慮される場合、以下の詳細な説明を参照することによってより理解されることは言うまでもない。

図を参照すると、同一参照符合はいくつかの図を通して同一または対応する部分を指し、本発明による装置は全体として図１および２において参照符号２０で示されている。装置２０は供給シュート２２および出口シュート２４を含む。供給シュート２２は粒子を受け入れる入口および粒子を排出する出口を有する（粒子はこの図には示されていない）。好ましくは、供給シュート２２は入口に傾斜した壁面を有するホッパとして構成される。出口シュート２４は以下により詳細に説明される。以下により詳細に説明されるディフューザ２６およびディフューザハウジング２８は、供給シュート２２と出口シュート２４と間に配置されている。供給コンベア３０は好ましくは供給シュート２２の上方に配置され、粒子の所望の流入を提供する。出口コンベア３２は好ましくは出口シュート２４の下方に配置され、粒子が装置２０から排出されるとき、処理された粒子を捕捉および搬送する。供給シュート２２、出口シュート２４およびコンベア３０、３２は当業者には公知であり、任意の適切な設計または構成であってもよい。

粒子がディフューザ２６と交差する前に複数の粒子をふるい分けするためのスクリーン３４が、供給シュート２２内に取り付けられている。スクリーン３４は所定サイズの複数の開口を有しており、所定サイズよりも大きい粒子はいずれもスクリーン３４を通過することができない。開口は任意の適切なサイズまたは構成であってもよいことは言うまでもない。考えられる一実施形態では、開口のそれぞれのサイズは１平方インチである。好ましくは、開口サイズは供給シュート２２とディフューザ２６と間の間隙の寸法に基づいて決まる。このように、スクリーン３４は供給シュート２２とディフューザ２６との間で粒子が目詰まりするのを防止するために設けられる。図１に示されるとおり、バイパスシュート３６が供給シュート２２に取り付けられ、所定のサイズ（スクリーン３４により決まる）より大きい全ての粒子が方向変更されてバイパスシュート３６内に入るように、スクリーン３４に位置合わせされている。バイパスコンベア３８は、粒子がバイパスシュート３６から排出されながら所定サイズより大きい粒子を収集する。

図１〜３についてみると、ディフューザ２６およびディフューザハウジング２８がより詳細に示されている。ディフューザハウジング２８は供給シュート２２に近接してディフューザ２６を支持する。ディフューザ２６は傾斜した壁面４０およびベース４２を含み、ほぼ円錐形の形状を形成する。ディフューザ２６は必要に応じて任意の適切な形状であってもよいことは言うまでもない。

図１に示されるとおり、アプリケータ４４または噴射ノズルがディフューザ２６のベース４２に近接して取り付けられている。好ましくは、アプリケータ４４はディフューザ２６の下に中心合わせして取り付けられ、粒子による損傷または目詰まりの可能性を低減する。入口管４８がアプリケータ４に接続され、アプリケータ４４に必要なコーティング材料を提供する。以下により詳細に説明されるとおり、アプリケータ４４はディフューザ２６から下向きにコーティングを噴射する。本発明に適切なアプリケータ４４は当業者には公知であり、したがって詳細には説明されない。

図３に明示されるとおり、ディフューザハウジング２８は実質的に箱形構造を形成する４つの壁面を含み、壁面の１つには窓が設けられている。第１の一対のスロット５０が壁面の１つに形成され、第２の一対のスロット５２が対向する壁面に第１の一対のスロット５０と位置合わせして形成されている。一対のレール５４がディフューザハウジング２８を横切って延び、レールの各第１端部は対応する第１スロット５０から外に突き出ており、各第２端部は対応する第２スロット５２から外に突き出ている。レール５４の第１端部はブラケット５６により相互に結合される。第１のねじ付きシャフト５８はブラケット５６をディフューザハウジング２８に相互結合する。レール５４の第２端部はプレート６０に固定される。好ましくは、第２の一対のねじ付きシャフト６２がプレート６０をディフューザハウジング２８に相互に結合する。ディフューザ２６は、ディフューザ２６をディフューザハウジング２８に装着するために、レール５４に取り付けられる。レール５４、ブラケット５６、プレート６０およびねじ付きシャフト５８、６２はディフューザハウジング２８とディフューザ２６との間に結合される調節機構を備え、この調節機構によりディフューザハウジング２８に対するディフューザ２６の高さを調節する。さらに、調整機構は、供給シュート２２に対するディフューザ２６の高さを調節し、ディフューザ２６と供給シュート２２との間の所望の間隙を画定する。好ましくは、ディフューザ２６の高さは、装置２０の作動に先立って、供給シュート２２に対して固定される。

また図４〜６に示されるとおり、装置２０の半組立品は参照符号６４で概略的に示されている。半組立品６４は、供給シュート２２と、ディフューザ２６と、アプリケータ４４および出口シュート２４とを含む。本発明の操作上の特徴のいくつかを最良に説明するために、これらの図では取り付け要素の多くは取り除かれており、したがってこの半組立品６４では細部は幾分概略的に示されている。図４〜６では、アプリケータ４４は入口管４８を介してディフューザ２６のベース４２に固定されている。

図１〜２および４〜７に明示されるとおり、出口シュート２４はディフューザ２６まわりに配置される。供給シュート２２と同様に、好ましくは、出口シュート２４は入口において傾斜した壁面を有するホッパとして構成される。出口シュート２４は、ディフューザ２６およびアプリケータ４４の下方に配置される偏向器６６を含む。偏向器６６は、上部６７および底部６９を含み、上部６７の直径は底部６９の直径より大きい。好ましくは、偏向器６６は上部６７から底部６９に下向きに傾斜している。偏向器６６は、出口シュート２４を目詰まりさせることなく、またはアプリケータ４４の動作に干渉することなく粒子を適切に方向変更するように傾斜している。さらにより好ましくは、偏向器６６はベース４２の範囲にまで及び、ベース４２から落下する粒子のカーテン全体が偏向器６６により方向変更されるようにしている。

図４〜６の実施形態では、出口シュート２４は捕捉部分６８と捕捉部分６８より直径が小さい排出部分７０とを含む。偏向器６６は、より大きい捕捉部分６８とより小さい排出部分７０との間に角度を形成して位置する。好ましくは、出口シュート２４の捕捉部分６８は、ベース４２に近接して偏向器６６を配置するためにディフューザ２６に隣接して位置する。偏向器６６は代替として、例えば図１および２に示されているように、ディフューザハウジング２８に直接取り付けられてもよい。図５および６に明示されるとおり、ディフューザ２６のベース４２または出口シュート２４の捕捉部分６８に対する偏向器６６の角度αは４５から８０°であってもよく、好ましくは６０°である。

図１〜２および４〜７で明示されるとおり、加熱要素７８が偏向器６６に取り付けられ、偏向器を所定の温度に維持する。これは偏向器６６上へのコーティングの堆積を防止する。偏向器６６の所定の温度は、使用されるコーティングの種類および量に依存して変化する。石油ワックスなどの典型的なワックスコーティングについては、偏向器６６の所定の温度は華氏１２５から２２０度の範囲にあり、理想的には華氏１８０度に維持される。好ましくは、加熱要素７８は偏向器６６の周りに少なくとも部分的に巻き付けられている。さらにより好ましくは、加熱要素７８は、偏向器６６のほぼ全体が高温に加熱されるように、偏向器６６の上部６７から底部６９にまで偏向器の周りに巻き付けられる。最も好ましい実施形態では、加熱要素７８はさらに、偏向器６６の周りに巻き付けられた加熱ケーブルとして形成される。加熱要素７８は任意の適切な設計または構成であってもよいことは理解される。図１および２に概略的に示されるとおり、コントローラ８０が加熱要素７８に機能的に接続され、所定の温度が比較的一定に維持されることを保証する。

図５は半組立品６４を通過する単一粒子を示しており、図６は半組立品６４を通過する複数の粒子を示している。好ましくは、複数の粒子はさらに、複数の顆粒として定義される。さらにより好ましくは、複数の顆粒はさらに、例えば肥料用途に使用される種類などの多数の硫酸アンモニウムの顆粒として定義される。顆粒は、球体、楕円形または任意の他の適切な形状である。

好ましい実施形態の装置２０を利用するコーティングを用いて複数の粒子を処理する特定の方法のステップは、図４〜６を参照して以下に詳細に説明される。最初に、複数の粒子が供給コンベア３０から供給シュート２２に供給される。供給シュート２２の出口から出る粒子はディフューザ２６と交差し、ディフューザ２６周りに落下する粒子のカーテンを生成する。好ましくは、粒子は傾斜した壁面４０と交差し、ベース４２周りに落下する粒子のカーテンを生成する。上述のとおり、ディフューザ２６の高さは供給シュート２２に対して調節される。好ましくは、ディフューザ２６の高さは、粒子がディフューザ２６と交差するステップの前に、供給シュート２２に対して固定される。

複数の粒子は供給シュート２２を、およびディフューザ２６周りを高スループット率で通過し、これにより、本発明は比較的短期間で多量の粒子を効率的に処理できる。装置２０を通過する材料の割合は粒子の種類および粒子のサイズに依存して変化する可能性があることは理解される。１つの非限定的実施例では、１時間当たり２００から４０，０００ｌｂｓで供給シュート２２を、およびディフューザ２６周りを通過する、粒子のスループットが含まれる。別の非限定的実施例として、粒子のスループットは、１時間当たり１０，０００から２５，０００の割合で、供給シュート２２を、およびディフューザ２６周りを通過する。粒子のスループットは任意の適切なデバイスまたは計算により決定できる。

コーティングは、出口シュート２４の偏向器６６に向かってディフューザ２６から下向きに、所定のパターンでアプリケータ４４から噴射される。図示されている実施形態では、コーティングは、噴射されるコーティングの外側周辺部を画定する円錐形パターンで下向きに噴射される。コーティングは、コーティングが偏向器６６に向かって下向きに噴射される限り代替パターンで噴射されてもよいことは言うまでもない。コーティングは中空の円錐形パターンで下向きに噴射されて、偏向器６６に向かって直接コーティングの大部分を噴射してもよい。代替として、コーティングは中実の円錐形パターンで下向きに噴射されて、偏向器６６に向かって直接コーティングの一部を吹き付けおよび偏向器６６の下方の出口シュート２４の排出部分７０内にコーティングの別の一部を吹き付けてもよい。いずれの場合でも、コーティングの外側周辺部は偏向器６６の一部と交差する。図示されているとおり、コーティングの外側周辺部はディフューザ２６のベース４２の幅に近い幅で、偏向器６６と交差する。好ましくは、コーティングはさらに固化防止剤として画定される。さらにより好ましくは、コーティングは石油ワックスであって、噴射される前に加熱される。偏向器６６を加熱することは、加熱されたワックスコーティングが偏向器６６上で固化また堆積しないことを保証する。この固化また堆積は偏向器６６の効率を低下させることになる。これに加えて、偏向器６６上に加熱されたワックスコーティングを維持することにより、偏向器６６上のコーティングが、コーティングの外側周辺部の下方で偏向器６６と交差する粒子に塗布される（以下に説明される）ことを可能にし、これにより全工程が向上する。

ディフューザ２６のベース４２から落下する粒子のカーテンは出口シュート２４により捕捉され、偏向器６６と交差して、コーティングの所定のパターンに粒子を方向変更し、コーティングを用いて粒子のそれぞれを処理する。好ましくは、粒子がコーティングを用いて処理される前に、粒子は偏向器６６と交差して、粒子を所定のパターンに方向変更する。言い換えると、粒子は、粒子のカーテンがディフューザ２６周りに落下し、偏向器６６により方向変更されるときは、処理されない状態を維持している。したがって、好ましくは、粒子が処理されるのは、粒子が噴射コーティングの外側周辺部に方向を変更した後である。本発明のこの特徴はおそらく図１０に最も明瞭に示されている。粒子の一部は粒子自体から離れるように方向変更されて、典型的には複数回数で偏向器６６と交差する。偏向器６６を加熱することにより、粒子が偏向器６６内に方向変更されるとき、ワックスコーティングが粒子の適切な処理を連続的に促進する状態を維持することを保証する。

粒子の噴射パターンおよび方向変更によって、コーティングは、装置２０を通過する高スループット率の粒子と比較すると、比較的低スループット率で噴射される。また、コーティングは本発明の全体範囲から逸脱することなく任意の適切な割合で噴射されてもよいことは言うまでもない。１つの非限定的実施例では、コーティングは１時間当たり１５から８０ｌｂｓ、好ましくは１時間当たり２５ｌｂｓの割合で噴射できる。好ましくは、偏向器と交差する粒子の少なくとも２５％は工程中に処理される。さらにより好ましくは、偏向器と交差する粒子の約３５から５０％が処理される。非限定的実施例として、硫酸アンモニウム粒子の５０％未満はこれら粒子の固化を防止するためにコーティングされる必要があることが判明している。別の非制限の例として、硫酸アンモニウム粒子のほぼ１００％はこれらの粒子の固化を防止するためにコーティングされる必要があることが判明している。粒子に対する被覆率の割合は粒子の種類、粒子のサイズ、大気条件ならびに多数の他の要因に依存することは言うまでもない。したがって、被覆率の割合は、本発明の全体範囲から逸脱することなく大幅に変化する可能性がある。本発明はしたがって、コーティングが偏向器６６上で固化または堆積しないことを保証すると同時に、最小量のコーティングを用いて多量の粒子を処理する効果的な方法を画定する。

処理された粒子は次に出口シュート２４から排出され、出口コンベア３２に沿って堆積する。上述のとおり、所定のサイズを超過する粒子は、バイパスシュート３６の下のバイパスコンベア３８に再び導かれる。

図７を参照すると、装置２０の代替の半組立品６４が全体に示されている。この代替の半組立品６４は、上述と同一の効果的な処理ステップを実際に実行するための異なる構造体を組み込んでいる。特には、代替の半組立品６４は外部チャンバ７２と、ディフューザ２６と、アプリケータ４４および代替として構成された偏向器６６とを含む。外部チャンバ７２は、供給シュートおよび出口シュートの両方を画定し、任意の適切なサイズまたは構成である。代替として、供給シュートおよび／または出口シュートは外部チャンバ７２に取り付けられる個別の構成要素であってもよい。ディフューザ２６およびアプリケータ４４は実際には同一構成を有する。ただし、偏向器６６は、外部チャンバ７２から内向きに延びる傾斜壁面６６である。同様の加熱要素７８は傾斜壁面６６周りに配置され、好ましくは偏向器６６を加熱するために傾斜壁面６６周りに巻き付けられる。

本発明は例示によって説明されてきたが、用いられている用語は限定でなく説明の用語の性質を有するものであることは言うまでもない。当業者には明らかなとおり、上記の教示に照らして本発明の多くの修正例および変形例が可能である。したがって、添付の特許請求の範囲内で、本発明は具体的に記載されているものとは異なって実現されてもよいことは言うまでもない。

本発明を組み込んだ装置の一部破断側面図である。 装置の一部破断端面図である。 ディフューザハウジング内のディフューザの斜視図である。 供給シュート、ディフューザ、アプリケータおよび出口シュートを概略的に示している装置の半組立品の一部破断斜視図である。 単一粒子が通過している状態の半組立品の概略的部分断面図である。 複数の粒子が通過している状態の半組立品の別の概略的部分断面図である。 外部チャンバ、ディフューザ、アプリケータおよび偏向器を有する装置の代替の半組立品の概略的部分断面図である。

Claims (12)

1. コーティングを用いて複数の粒子を処理する装置において、
   前記粒子を受け入れる入口と前記粒子を排出する出口とを有する供給シュートと、
   前記供給シュートに隣接して配置され、前記出口から排出される粒子と交差し、周りに粒子のカーテンを生成する傾斜した壁面およびベースを有するディフューザと、
   前記ディフューザの前記ベースに隣接して取り付けられ、前記コーティングを前記ディフューザから下向きに所定のパターンで噴射するアプリケータと、
   前記粒子のカーテンを捕捉するために前記ディフューザ周りに配置され、前記粒子のカーテンと交差し、前記粒子を前記コーティングの前記所定のパターンに方向変更する偏向器を含む出口シュートと、
   前記偏向器に取り付けられ、前記偏向器を所定の温度に維持することにより、前記偏向器上での前記コーティングの堆積を防止する加熱要素と、
   を有することを特徴とする装置。
2. 前記加熱要素は前記偏向器の周りに少なくとも部分的に巻き付けられていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記偏向器は、上部および底部を含み、前記上部の直径は前記底部の直径より大きく、前記加熱要素は前記偏向器の周りに前記上部から前記底部まで巻き付けられていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
4. 前記加熱要素はさらに、前記偏向器の周りに巻き付けられた加熱ケーブルとして形成されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
5. 前記所定の温度を比較的一定に維持することを保証するために、前記加熱要素に機能的に接続されたコントローラをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
6. 前記加熱要素は、前記偏向器を華氏１２５から２２０度の温度に維持することを特徴とする請求項１に記載の装置。
7. 前記偏向器を前記ベースに近接して配置するために、前記出口シュートは前記ディフューザに隣接して位置することを特徴とする請求項１に記載の装置。
8. 前記粒子が前記ディフューザと交差する前に、前記複数の粒子をふるい分けするために前記供給シュート内に取り付けられており、これにより前記供給シュートと前記ディフューザとの間の前記粒子の目詰まりを防止するスクリーンをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
9. 前記供給シュートに取り付けられ、前記スクリーンにより画定される所定のサイズより大きい粒子を受け入れるように前記スクリーンに位置合わせされているバイパスシュートをさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の装置。
10. 前記ディフューザの前記傾斜壁面は実質的に円錐形状を形成していることを特徴とする請求項１に記載の装置。
11. 前記アプリケータは前記円錐形状のディフューザの下に中心合わせして取り付けられていることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
12. 前記ディフューザを支持するディフューザハウジングと、前記ディフューザハウジングに対して前記ディフューザの高さを調節するために前記ディフューザハウジングと前記ディフューザとの間に結合される調節機構と、をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。

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