JP2018167975A - 粉体供給システム - Google Patents

Abstract

【課題】混練装置のバッチ処理に対応して、安定して連続的に精度よく粉体を供給できる技術を提供する。【解決手段】粉体供給システムは、粉体貯蔵機能およびロードセル１６を含む粉体計量機能を有する粉体ホッパー１０と、粉体ホッパー１０から排出された粉体を空気圧送する粉体空気圧送手段２０と、粉体空気圧送手段２０により圧送された粉体を気体と粉体とに分離する気体サイクロン３０とから構成される。気体サイクロン３０により分離された粉体は混練装置４０に供給される。【選択図】図１

Description

本発明は、ホッパーに貯蔵されている粉体を、例えば混練プラント等に供給する粉体供給システムに関する。

一般的な粉体供給システムについて説明する。粉体貯蔵槽であるホッパーの下部に、スクリューフィーダー、ロータリーフィーダー、振動フィーダー、テーブルフィーダー等のフィーダーを設置する。粉体をホッパーから引き出し、排出された粉体をフィーダーによりロードセル等が装備された計量装置に移送する。計量装置により計量し、計量された粉体をそのまま混練装置に供給する。

従って、粉体供給システムに要求される能力は、粉体の安定した連続供給が可能であること、さらに、バッチ毎に所望量の供給が必要な場合は、各回の供給量が高精度であることである。

しかしながら、粒径が細かいサブミクロンの粉体やセメント等は、供給ホッパーに貯蔵している間に自重によって粒子間隙が狭まって脱気が進み、圧迫された粉体が引き締まったり、静電気帯電によってホッパー内の特に、コーン部内壁に付着したり、棚かきやブリッジおよびラットホールが発生しやすくなるため、供給ホッパーから安定的に粉体が排出されず供給量が一定しない、或いは全く供給されないといった現象が生じることがあった。

その結果、粉体の安定した連続供給、とくに、バッチ毎に精度よく供給することができなかった。

ところで、棚かきやブリッジおよびラットホールに対し、振動フィーダ―によって粉体ホッパーに振動を与えたり（例えば、特許文献１参照。）、圧送空気をイオン化させる装置と加湿器を組み合わせることによって帯電した粉体を除電して排出しやすくさせたり（例えば、特許文献２参照。）、スクリューフィーダーで粉体を引き出す際に発生した、棚かきやブリッジを解消させるために、ホッパー内の粉体を撹拌するための部材を取り付けた回転軸を設けるなどの技術（例えば、特許文献３参照。）が提案されている。

特開平１１−２６８７９１号公報 特開２００５−１８１８号公報 特開２００６−８９１７５号公報

しかしながら、上記技術により棚かき等の不具合を解消しても、ただちに、１バッチ当たりの供給量の精度が向上するわけではない。

従来の計量方法に拠れば、必要な供給量に達するまで、こまめにホッパーから排出し、その都度計量して調整しなければならない。特に、計量器に移された粉体量が必要供給量を超えるような状況であれば、過剰分は、取除くかホッパーに戻さなければならず、過剰分を取出すための調整も含め、作業が大変厄介になる。

その結果、連続するバッチ処理の際に、支障があった。たとえば、既存の混練プラントでは、所定のバッチ処理時間間隔でバッチ処理が繰り返されている。したがって、混練装置のバッチ処理時間内に、速やかに、粉体供給をする必要がある。計量に手間取れば、混練装置のバッチ処理時間内に粉体供給できなくなる。

さらに、既存のプラントに、新たな粉体を供給する場合、新たな粉体供給システムを既設建屋内に追加することは、スペースの制約があり困難であった。とくに、計量装置を狭い建屋内に設置することは極めて困難であった。一方、計量装置が混練装置の側にないと、計量精度が低下するおそれがある。

本発明は上記課題を解決するものであり、粉体の安定した連続供給が可能であり、さらに、バッチ毎に所望量の供給が必要な場合は、各回の供給量が高精度である粉体供給システムを提供する。

さらに、本発明は、設置上の制約が著しく少ない粉体供給システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明は、粉体を混練装置に供給する粉体供給システムである。粉体貯蔵機能およびロードセルを含む粉体計量機能を有する粉体ホッパーと、前記粉体ホッパーから排出された粉体を空気圧送する粉体空気圧送手段と、前記粉体空気圧送手段により圧送された粉体を気体と粉体とに分離する気体サイクロンとを備える。

これにより、粉体計量機能と空気圧送とが連動すると、計量精度が向上する。その結果、精度よく粉体を供給できる。

本発明において、好ましくは、前記粉体ホッパーは複数のロードセルを介して架台上に載置されている。これにより前記粉体ホッパーの粉体計量機能が形成される。

これにより、ロードセルはホッパー内貯蔵物を含むホッパー全重量を計測できる。その結果、排出前後の重量差に基づき精度よく計量できる。

本発明において、好ましくは、前記粉体空気圧送手段は、前記粉体ホッパー排出口から前記気体サイクロン流入口まで密閉されている。

これにより、圧送効果が向上する。また、負圧により滑らか安定的に粉体は排出される。

本発明において、好ましくは、前記気体サイクロンは、前記混練装置の上方に設置されている。

これにより、実質的に追加スペースは必要ない。新たな粉体供給システムを既存の混練プラントに追加することもできる。

本発明において、好ましくは、前記粉体ホッパー排出口に設けられる開閉弁と、前記開閉弁と、前記粉体計量機能と、前記粉体空気圧送手段と、前記気体サイクロンとの動作を制御する制御装置を備える。前記制御装置は、前記混練装置から粉体供給開始信号を入力し、前記粉体供給開始信号に基づいて、前記開閉弁を開口させ、前記粉体空気圧送手段を作動開始させ、前記粉体ホッパーの粉体計量機能を作動開始させ、前記気体サイクロンを作動開始させ、前記粉体計量機能からの計量完了信号を入力し、前記計量完了信号に基づいて、前記開閉弁を閉口させる。

これにより、混練装置のバッチ処理に対応して、安定して連続的に精度よく粉体を混練装置に供給できる。

本発明において、好ましくは、前記混練装置は既設建屋内に設けられている。

本発明は、スペース上の制約を有する既設建屋にも適用できる。

本願発明では、粉体の安定した連続供給が可能である。さらに、バッチ毎に所望量の供給が必要な場合は、各回の供給量を高精度とすることができる。

さらに、粉体供給システムは設置上の制約が著しく少ない。その結果、既存のプラントにも追加適用できる。

本実施形態に係る粉体供給システムの概念図である。 粉体ホッパーの外観図である。 粉体供給システムにかかる制御シーケンス図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。図１は、本実施形態に係る粉体供給システムの概念図である。

〜概略構成〜
本実施形態に係る粉体供給システムは、主に、粉体貯蔵機能およびロードセル１６を含む粉体計量機能を有する粉体ホッパー１０と、粉体ホッパー１０から排出された粉体を空気圧送する粉体空気圧送手段２０と、粉体空気圧送手段２０により圧送された粉体を気体と粉体とに分離する気体サイクロン３０とから構成される。

気体サイクロン３０により分離された粉体は混練装置４０に供給される。

〜粉体ホッパー〜
粉体ホッパー１０について説明する。図２は、粉体ホッパー１０の外観図である。粉体ホッパー１０は粉体貯蔵機能を有する。

粉体ホッパー１０は、基本構成として、粉体ホッパー本体１１と排出口１２と開閉弁１３とを有している。粉体は粉体ホッパー本体１１上部より供給され、粉体ホッパー本体１１に貯蔵され、開閉弁１３が開くと粉体は排出口１２より排出され、開閉弁１３が閉じると粉体の排出は停止される。このように、粉体貯蔵機能を有していれば、特に限定されない。

粉体ホッパー本体１１の形状は、特に限定されないが、好ましくは、ホッパーの排出口に向かう部分の形状が、逆円錐形又は逆ｎ角錐形（ｎは３以上の整数）のような漏斗状のものが好ましい。より好ましくは、当該部の形状が、装置製造上の生産性と質量計測性を鑑み、逆円錐形又は逆４角錐形とする。また、逆ｎ角錐形（ｎは３以上の整数）逆円錐形のホッパーの上部の形状は、円柱形、また逆ｎ角錐形（ｎは３以上の整数）のホッパーの上部の形状は、ｎ角柱形が好ましい。

また、粉体ホッパー本体１１は貯蔵庫も兼ねるため、上端部にダストや吸湿防止用の蓋があるものが望ましい。前記目的にかなう蓋であれば特に限定されず、手動で開閉できる蓋でも良い。また、粉体ホッパーの貯蔵容量は制限されない。但し、必要容量以上のホッパーでは、装置サイズも過大になり、設置上の自由度が減少する虞がある。

開閉弁１３は、開閉による排出量調整ができる構造のものが好ましく、たとえば、エアー駆動式弁が好ましい。他にモーター駆動式・電磁駆動式のバタフライ弁等も用いることができる。

粉体ホッパー１０は、特徴構成として、粉体計量機能を有する。粉体計量機能は、粉体排出量が精度よく計量できれば、何れのものでも良い。以下、粉体計量機能の一例について説明する。

粉体ホッパー本体１１は複数のロードセル１６を介して架台１７上に載置されている。たとえば、粉体ホッパー本体１１側面に治具１４が設けられ、治具１４がロードセル１６上に支持される。すなわち、粉体ホッパー本体１１は、ロードセル１６以外、接していない。粉体ホッパー本体１１が架台１７と接することなく、粉体ホッパー本体１１下半分が架台１７が形成する空間内に位置する。

架台１７の形状は、粉体ホッパー本体１１を間接的に支持する構造であれば、特には限定されない。ホッパー内貯蔵物を含むホッパー全重量とロードセルの全重量が加わっても変形・破損しない耐力を具備し、床又は地面上に据え付けられるものとする。

ロードセル１６には、粉体ホッパー本体１１重量と粉体ホッパー本体１１内の粉体重量が作用する。その結果、ロードセル１６は、粉体ホッパー本体１１重量と粉体ホッパー本体１１内の粉体重量の合計を計量する。

ロードセル１６として、例えば歪みゲージ式ロードセルを好適に挙げることができる。

また、ロードセル１６の数は、少なくとも３個とする。より好ましくは、ホッパー本体１１の形状と関連し、例えば、ホッパーの排出口に向かう部分の構造が、逆円錐形状なら少なくとも３個、又は逆ｎ角錐形状（ｎは３以上の整数）ならｎ個とする。各ロードセルは、できるだけ偏在なく均等にホッパーの質量がかかるよう、ホッパー本体の垂直中心軸に対し等角度に配置されるのが望ましい。

粉体計量機能は、粉体排出前の全重量と粉体排出後の全重量とを計測し、その差に基づいて粉体排出量を計測する。または、粉体排出前の全重量および所望の粉体排出量から、粉体排出後の全重量を推定する。粉体計量機能と開閉弁１３は連動する。すなわち、開閉弁１３が開くことにより計量が開始し、所定の粉体排出量が計測されると、開閉弁１３が閉じる。

なお、粉体計量機能はロードセル１６とロードセル１６の計測値に基づく簡単な演算機能から構成される。演算機能について後述する制御装置５０が代替してもよい。

さらに、粉体ホッパー１０に係る付随的な構成について説明する。

また粉体ホッパー本体１１の排出口１２周辺には、滑らかな粉体の排出のため、エアノッカー１８および／又はエアバイブレーター１９が装備されている。

これにより、棚かきやラットホールを形成することなく粉体が流動化し、残留無く均一に排出できるので好ましい。なお、エアノッカー１８やエアバイブレーター１９には、粉体空気圧送手段２０から圧縮空気が供給される。
さらに、粉体ホッパーの内壁にはテフロン（登録商標）シートを貼り付けたものとし、粉体のすべりが良くなるように加工されているとより好ましい。

〜粉体空気圧送手段〜
粉体空気圧送手段２０は、粉体ホッパー１０から排出された粉体を、気体サイクロン３０まで空気圧送する。

粉体空気圧送手段２０は、粉体圧送機２１と、エアドライア２２と、レシーバータンク２３と、エンジンコンプレッサ２４と、粉体圧送ホース２５とを有している。

粉体圧送機２１はホースを介してホッパー排出口１２と気体サイクロン３０に導かれるホース２５とに接続されている。エンジンコンプレッサ２４による圧縮空気が供給されると、圧縮エネルギーが速度エネルギーに変換される。これにより、ホッパ側は負圧になり、吸引される。合流エアーはサイクロン側に排出される。これにより、空気の流れが形成され、粉体が圧送される。なお、圧縮空気の供給にはエンジンコップレッサが好ましい。他にルーツブロワ―等の低圧・大風量の機器、ロータリーブロワ―、シロッコファン等も使用することができる。

レシーバータンク２３はエンジンコンプレッサ２４からの圧縮空気を蓄えておく。これにより、空気圧力の脈動を平準化し、一時的に多量の空気が消費される場合の急激な圧力降下を防止する。

エアドライア２２は圧縮空気に含まれている水分を取り除いて、乾燥させる。

粉体空気圧送手段２０の構造・仕様は限定されるものではなく、例えば、市販の粉流体搬送機などが使用できる。

粉体空気圧送手段２０は、粉体ホッパー排出口１２から気体サイクロン３０流入口まで密閉されている。これにより、効率よく圧縮エネルギーが速度エネルギーに変換され、より確実に圧送できる。

粉体空気圧送手段２０は、粉体計量機能および開閉弁１３と連動する。すなわち、空気圧送開始に併せて開閉弁１３が開く。これにより、滑らか安定的に粉体は排出される。一方、開閉弁１３が閉じたのちに、空気圧送を停止する。これにより、計量した所定量の粉体は全て残らず圧送される。その結果、所定量の粉体が精度よく供給される。

なお、圧送空気の一部はエアノッカー１８および／又はエアバイブレーター１９にも供給される。

〜気体サイクロン〜
気体サイクロン３０は、空気圧送された粉体を取り込み、気体と粉体に分離するものである。気体サイクロン３０は混練装置４０の上方に設置されている。

気体サイクロン３０の構造・仕様は特に限定するものではなく、例えば、市販の接続流入式反転型気体サイクロンなどが使用できる。

気体サイクロン３０は、粉体空気圧送手段２０によって空気圧送された粉体を捕集し、空気と粉体を分離する。空気は、システム外に排出される。粉体は混練装置４０に供給される。

〜効果〜
以上、本実施形態の各構成と各動作について説明した。さらに、本実施形態の効果についてまとめる。

本実施形態の粉体計量機能は、ホッパー内貯蔵物を含むホッパー全重量に基づき粉体を計量することにより、精度を確保できる（計量精度）。

本実施形態の粉体計量機能と空気圧送とが連動する。その結果、計量精度が向上するとともに、精度を維持して粉体を供給できる（供給精度）。

したがって、粉体計量機能が混練装置４０の側になくとも精度を維持できる。例えば、既存のプラントに、新たな粉体を供給する場合、粉体計量機能（粉体ホッパー１０）が混練装置４０のある建屋外にあっても精度を維持できる。また、気体サイクロン３０は混練装置４０の上方に設置されているため、実質的に追加スペースは必要ない。このように、本実施形態はスペースの制約が実質的にないため、新たな粉体供給システムを既存の混練プラントに追加することもできる。

〜制御〜
本実施形態に係る粉体供給システムは、さらに制御装置５０（たとえば、集中制御盤）を具備するのが望ましい。制御装置５０は、電気的信号を介して、開閉弁１３と、粉体計量機能と、粉体空気圧送手段２０と、気体サイクロン３０との動作を制御する。

なお、粉体供給システムを含む混練プラントを新設する場合は統一した制御系とするが、以下、新たな粉体供給システムを既存の混練プラントに追加する場合を想定し、制御装置５０は既存プラントの制御系と連動する。

図３は、粉体供給システムにかかる制御シーケンス図である。

混練装置４０は既存の制御系を有し、バッチ処理を所定時間間隔にて繰り返す。バッチ処理毎に混練開始信号を発信する。

制御装置５０は、混練開始信号を受信し入力すると、開閉弁１３、空気圧送手段２０およびサイクロン３０を作動させる。

まず、開閉弁１３を開口させ、粉体空気圧送手段２０を作動開始させる。負圧により、滑らか安定的に粉体は排出される。

事前に、ロードセル１６より、ホッパー内貯蔵物を含むホッパー全重量を取得しておく。これを計量開始時重量とする（ゼロ調整）。さらに、計量開始時重量から所望の排出量を減じて、排出後の全重量を推測する。そして、粉体排出時のホッパー内貯蔵物を含むホッパー全重量をリアルタイムで計測する。

ロードセル１６より排出後重量を取得すると、計量完了と判断する。言い換えるとロードセル１６より計量完了信号を入力する。そして開閉弁１３を閉口させる。これにより、精度のよい計量ができる。

計量完了直後は、空気圧送手段２０およびサイクロン３０の作動を継続させる。これにより、計量された所定量の粉体は全て残らず圧送され、精度よく混練装置４０に供給される。

制御装置５０は時間管理機能を有し、混練開始信号受信からの経過時間を管理する。そして、所定時間経過したと判断すると、空気圧送手段２０およびサイクロン３０の作動を停止させる。なお、計量完了信号受信からの経過時間に基づいて、空気圧送手段２０およびサイクロン３０の作動を停止させてもよい。

上記一連の処理は、混練装置４０バッチ処理の間に行なわれる。制御装置５０は、次回の混練開始信号を受信し入力すると、上記処理を繰り返す。

このように、制御装置５０により各構成は効率よく連動する。その結果、本システムは、混練装置４０のバッチ処理に対応して、短時間で、安定して連続的に精度よく粉体を混練装置４０に供給できる。

〜実証実験〜
既存の混練プラントに新たな粉体供給システムを追加し、実証実験を行った。制御装置５０およびサイクロン３０は既設混練プラントの建屋内に設置し、それ以外の装置はプラント建屋の屋外に設置した。具体的には、以下の機器を用いた。
粉体ホッパー本体（（株）フィールドエクセル製、ＳＵＳ304製逆四角錐型：容量1440Ｌ）
ロードセル（（株）エー・アンド・デイ製、ＬＣＭ13Ｔ001）
エアノッカー（エクセン（株）製）
エアバイブレーター（ミナギ（株）、ブローディスク）
バタフライ弁 （巴バルブ（株）製）
粉体圧送機（（株）ブレス製、ブレスライダーＫ-40）
粉体圧送ホース（帯電防止ホース、内径φ50mm）
サイクロン（（株）フィールドエクセル製、ＳＵＳ304製気体サイクロン）
制御装置（（株）エー・アンド・デイ製、ＡＤ-4402）
エンジンコンプレッサー（デンヨー（株）製、ＤＩＳ-70ＬＢ）
レシーバータンク
エアドライヤー（ＳＭＣ（株）製、ＩＤＦ37Ｃ1）
既設混練プラント（（株）北川鉄工所、ペレガイア）

既存の混練プラントにおいて連続１０バッチの混練が行われる。さらに、バッチ毎に新たな粉体を追加供給する。１バッチ当たりの処理時間は2分30秒であり、その間に１バッチあたり１０ｋｇのセメントを供給する。実証実験結果を表１に示す。

全１０バッチにおいて、所定のバッチ処理時間（2分30秒）内に、設定供給量（１０ｋｇ）の誤差１％以内で、粉体を混練装置に供給できた。つまり、バッチ処理に対応して、安定して連続的に精度よく粉体を供給できることを実証実験により確認した。

１０ 粉体ホッパー
１１ 粉体ホッパー本体
１２ 排出口
１３ 開閉弁
１４ 治具
１６ ロードセル
１７ 架台
１８ エアノッカー
１９ エアバイブレーター
２０ 粉体空気圧送手段
２１ 粉体圧送機
２２ エアドライア
２３ レシーバータンク
２４ エンジンコンプレッサ
２５ 粉体圧送ホース
３０ 気体サイクロン
４０ 混練装置
５０ 制御装置

Claims (6)

1. 粉体を混練装置に供給する粉体供給システムであって、
   粉体貯蔵機能およびロードセルを含む粉体計量機能を有する粉体ホッパーと、
   前記粉体ホッパーから排出された粉体を空気圧送する粉体空気圧送手段と、
   前記粉体空気圧送手段により圧送された粉体を気体と粉体とに分離する気体サイクロンと
   を備えることを特徴とする粉体供給システム。
2. 前記粉体ホッパーの粉体計量機能は、前記粉体ホッパーが複数のロードセルを介して架台上に載置されて、形成される
   ことを特徴とする請求項１記載の粉体供給システム。
3. 前記粉体空気圧送手段は、前記粉体ホッパー排出口から前記気体サイクロン流入口まで密閉されている
   ことを特徴とする請求項１または２記載の粉体供給システム。
4. 前記気体サイクロンは、前記混練装置の上方に設置されている
   ことを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の粉体供給システム。
5. 前記粉体ホッパー排出口に設けられる開閉弁と、
   前記開閉弁と、前記粉体計量機能と、前記粉体空気圧送手段と、前記気体サイクロンとの動作を制御する制御装置を備え、
   前記制御装置は、
   前記混練装置から粉体供給開始信号を入力し、
   前記粉体供給開始信号に基づいて、前記開閉弁を開口させ、前記粉体空気圧送手段を作動開始させ、前記粉体ホッパーの粉体計量機能を作動開始させ、前記気体サイクロンを作動開始させ、
   前記粉体計量機能からの計量完了信号を入力し、
   前記計量完了信号に基づいて、前記開閉弁を閉口させる
   ことを特徴とする請求項１〜４いずれか記載の粉体供給システム。
6. 前記混練装置は既設建屋内に設けられている
   ことを特徴とする請求項１〜５いずれか記載の粉体供給システム。