JP2021108810A

JP2021108810A - 粉体の回収方法、自走式粉体処理装置および粉体回収システム

Info

Publication number: JP2021108810A
Application number: JP2020001333A
Authority: JP
Inventors: 和誉石山; Kazuyo Ishiyama; 誠安藤; Makoto Ando; 吉弘明智; Yoshihiro Akechi
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2020-01-08
Filing date: 2020-01-08
Publication date: 2021-08-02
Anticipated expiration: 2040-01-08
Also published as: JP7207334B2

Abstract

【課題】ダストに代表される粉体が多量に堆積した、例えば工場の床などにおいて、堆積した粉体の回収を安全かつ簡便に実現するための方途を提供する。【解決手段】堆積した粉体１にバインダー３を供給して該バインダー３の供給域の粉体１を固めて該粉体１の固まり（粉体１０）を順次回収する。【選択図】図１

Description

本発明は、工場の床などに大量に堆積したダストなどの粉体の回収方法および、この方法に使用し粉体を固めて成型して回収を容易にするための自走式粉体処理装置並びに、粉体回収システムに関する。

例えば、製鉄所の各工場、特に製銑や製鋼の上工程に属する工場内では、鉄粉を含むダスト（砂塵）が多量に堆積することから、定期的に人が清掃作業を行ってダストを取除いている。しかし、工場内には、人が立ち入れないような危険な区域も存在し、このような区域の清掃を人手に頼ることなく実現する手段が希求されていた。この手段の１つとして、自走式掃除機、いわゆる掃除用ロボットの適用が考えられる。

従来、掃除用ロボットとして様々な装置が提案されている。例えば、特許文献１には、塵埃を貯留するダストボックスを備える自走式集塵ロボットが記載されている。

特開2018−126276号公報

特許文献１に記載の掃除用ロボットでは、内部のダストボックスにダストを溜める方式であるため、大量のダストを処理することは難しい。なお、ダストタンクが一杯になったら別の廃棄場所に逐次搬送するような方策も考えられるが、ダストタンク内のダストを何某かの手段にて回収してから廃棄する、という煩雑な手順を踏まなければならず、現実的な策とはならない。

本発明は、前記ダストに代表される粉体が多量に堆積した、例えば工場の床などにおいて、堆積した粉体の回収を安全かつ簡便に実現するために必要となる方途について提案することを目的とする。

発明者らは、大量の粉体を処理するための手法について鋭意究明したところ、粉体の回収に先立ち、該粉体を回収しやすい状態にすることが重要であることを見出した。すなわち、粉体を回収のしやすい固まりにすること、そのためには、粉体にバインダーを供給して供給部分の固化を図ること、が有効であることを知見し、本発明を導くに到った。また、以上の回収に先立つ粉体処理を自動で行うためには、自律走行が可能な粉体の処理ロボットが必要であることから、この粉体処理ロボットについての開発も行った。その結果、既存の掃除用ロボットとは異なる、新規な機構を有する自走式粉体処理装置（粉体処理ロボット）を開発するに到った。

すなわち、本発明の要旨は次のとおりである。
１．堆積した粉体にバインダーを供給して該バインダーの供給域の粉体を固めて該粉体の固まりを回収する、粉体の回収方法。

２．自律走行可能の筐体と、
前記筐体の底面または前面に設けた開口部から前記筐体の走行経路上の粉体を前記筐体内に導入する吸引機と、
前記吸引機により吸引導入した粉体にバインダーを供給するバインダー供給機と、
前記バインダーと粉体とを混合する混合機と、
前記バインダーとの混合により固めた粉体を排出する排出部と、
を有する自走式粉体処理装置。

３．前記バインダー供給機は、
前記バインダーを貯留するタンクおよび、該タンクからのバインダーを前記吸引導入した粉体へ向けて噴射するノズルを備える、前記２に記載の自走式粉体処理装置。

４．前記筐体の走行位置を認識する認識部および
前記筐体の走行位置を記憶する記憶部
を有する前記２または３に記載の自走式粉体処理装置。

５．前記混合機は、回転容積式一軸偏心スクリューポンプである前記２から４のいずれかに記載の自走式粉体処理装置。

６．堆積した粉体にバインダーを供給するバインダー供給手段と、該バインダーの供給により固められた粉体を回収する回収手段と、を有する粉体の回収システム。

７．前記２から５のいずれかに記載の自走式粉体処理装置と、該自走式粉体処理装置から排出される粉体の固まりを回収する、自走式粉体回収装置と、を有する粉体の回収システム。

本発明によれば、バインダーを用いて粉体を固める処理を行うことにより、この処理後に人手もしくは搬送ロボットによる粉体のハンドリングをし易くできるため、ハンドリングし難い粉体の回収が簡便に実現される。特に、本発明の自走式粉体処理装置を用いることによって、粉体を固めて成型することができるため、粉体の回収を簡便かつ確実に行うことができる。

本発明の粉体回収方法の要領を示す図である。粉体処理手段の一例を示す図である。自走式粉体回収装置を示す模式図である。本発明の自走式粉体処理装置を用いた粉体の処理要領を示す図である。本発明の別の粉体回収方法の要領を示す図である。自走式粉体処理装置の構成を示す模式図である。

［第１の形態］
以下、本発明の粉体の回収方法について、図１を参照して詳しく説明する。図１は、ダストなどの粉体１が堆積した、工場の床の平面図である。図１に示すように、この床に堆積した粉体１を回収するには、まず、粉体１にバインダー供給手段２を介してバインダー３を供給する。バインダー３としては、例えば澱粉を水に溶かした溶液を用いることができる。バインダー３は、澱粉溶液に限ることなく、例えば糖蜜、タールピッチおよびポリビニルアルコール（PVA）等を用いることが可能であるが、コストや扱い易さの点で澱粉溶液が好適である。

なお、澱粉は、粉体に対して０．５〜２．０質量％となる量を供給することが好ましい。この供給割合の澱粉を粉体１に供給することによって、粉体を扱い易い固まりにするのに有利となる。また、澱粉を溶かす水の量は特に制限する必要はなく、澱粉を溶液として噴霧できればよく、例えば噴霧装置に付随するタンクの容量に応じて決定すればよい。

また、バインダー供給手段２としては、走行可能の台車などにバインダーを噴出するノズルを設置し、ノズルからバインダーを噴出しつつ、台車を図１に示したように走行させればよい。ここで、前記ノズルは、澱粉溶液などを噴出する際に目詰まりしにくい構造を有することが好ましい。例えば、図２に示すような、噴射ノズル２０を用いることができる。該噴射ノズル２０は、内部に設けたベーン２１によってバインダー３の一部を旋回流として噴出する一方、残りのバインダー３をノズル軸方向に直進させるものであり、排出能力が高く目詰まりしにくい構造を有する。なお、粉体１へのバインダー３の供給は一度に大面積で行うと、回収前に乾燥する領域が発生し回収を難しくする危惧があることから、図１に示す通り、供給手段２を前記床全面で縦横に移動させながら所定の幅でのバインダー供給を連続させることが好ましい。

次いで、回収手段４を介して、バインダー３の供給によって固めた粉体１０を、固めた順に回収する。回収手段４としては、人手による回収（運搬、廃棄）を行ってもよいが、例えば図３に示す自走式回収装置（回収ロボット）４０を用いることが好ましい。

すなわち、自走式回収装置４０は、図３（ａ）に示すように、中空の台車４１にキャタピラ４２などの走行装置の他、台車４１の走行位置を認識する認識部および台車４１の走行位置を記憶する記憶部などの自律走行に必要な機器類を有する。さらに、台車４１には走行方向に向かって開口し粉体１０を台車４１内に導入するためのスクレーパ４３をそなえ、台車４１の走行によって粉体１０を台車４１内に導入し、粉体１０を台車４１内に収容する。台車４１内が収容した粉体１０で充満したことを感知したならば、粉体１０の回収を中断し、粉体の廃棄場所まで自走し、図３（ｂ）に示すように、台車４１を斜めにリフトし粉体１０を廃棄場所へ排出する機能を有する。

［第２の形態］
上記した第１の形態では、粉体１にバインダーを供給する手段２として、粉体１にバインダーを吹きつけて粉体１を固めている。第２の形態では、さらに回収を簡便かつ確実に行うために、バインダー供給手段２に自走式粉体処理装置を適用する。すなわち、図４に、図１の場合と同様に、ダストなどの粉体１が堆積した、工場の床の平面を示すように、粉体１へのバインダー３の供給を、後述の自走式粉体処理装置２０によって行い、バインダー３を供給して粉体１を固めるとともに固めた粉体１０を成型、例えば図４に示すようなロープ状の粉体１０に成型し、回収時のハンドリングをさらに容易にする。かようにロープ状に固められた粉体１０は、例えば人手による回収作業を行う場合に、その労力を大幅に低減することができる。

また、粉体１０の回収を図３に示した自走式回収装置４０によって行う場合は、図５（ａ）から（ｃ）に示すように、自走式粉体処理装置２０で処理されたロープ状の粉体１０が自走式粉体処理装置２０の走行軌跡上に残されているため、自走式粉体処理装置２０に自走式回収装置４０を追従させれば、自走式回収装置４０にロープ状粉体１０を容易に回収することができる。なお、自走式回収装置４０の台車４１内が回収した粉体１０で充満したことを感知したならば、図５（ｂ）から（ｃ）に示すように、回収を中断し、粉体の廃棄場所５まで自走式回収装置４０を自走させ、台車４１を斜めにリフトし粉体１０を廃棄場所５へ排出する。その後、回収を中断した位置まで自走し、粉体１０の回収を再開する。

［自走式粉体処理装置］
次に、前記自走式粉体処理装置２０について図６を参照して詳しく説明する。図６（ａ）は自走式粉体処理装置２０の構成図および同図（ｂ）は側面図である。
自走式粉体処理装置２０は、自律走行可能の筐体２１と、この筐体２１の底面または前面に設けた開口部２２から筐体２１の走行経路上の粉体１を筐体２１内に導入する吸引機２３と、吸引機２３により吸引導入した粉体１にバインダー３を供給するバインダー供給機２４と、バインダー３と粉体１とを混合するための混合機２５と、混合機２５で固められて成型された粉体１０を排出する排出部２６と、を備える。

また、筐体２１の側面には、筐体２１を走行させるためのキャタピラ２７を備え、さらに、カメラやライダーなどの認識装置２８および、筐体２１の走行位置を記憶する記憶部（図示せず）を介してキャタピラ２７の駆動制御を行うことによって、前記筐体２１の自律走行を可能としている。なお、図６（ａ）において、符号２９は、吸引機２３、バインダー供給機２４、混合機２５およびキャタピラ２７の駆動軸２７ａに電力を供給する蓄電池である。

前記開口部２２は、吸引機２３から筐体２１の底面に向かって拡大する通路２２ａを介して吸引機２３に連通し、開口部２２から走行面（床）に達するブラシ２２ｂを有し、粉体１の導入に寄与させている。

この開口部２２を介して、例えばファンによる吸引機２３にて筐体２１内に導入された粉体１には、吸引機２３の出側において、バインダー供給機２４によってバインダー３が供給される。バインダー供給機２４は、バインダー３を貯留するタンク２４ａおよびタンク２４ａからのバインダー３を粉体１へ向けて噴射するノズル２４ｂを備える。なお、ノズル２４ｂには、粉体１へのバインダー３の供給圧力を制御するために圧力センサーを付帯させることが好ましい。

次いで、バインダー３が供給された粉体１は、混合機２５にてバインダー３と粉体１とを良く混合する。混合機２５としては、回転容積式一軸偏心スクリューポンプ、いわゆるモーノポンプを用いることが好ましい。すなわち、モーノポンプは、雄ねじにあたるローターと雌ねじにあたるステーターからなり、該ステーターの中にローターが差し込まれて生じる隙間は「キャビティー」という独立した一連の密閉空間になり、ここにバインダー３が供給された粉体１を取り込む。そして、ローターをステーター内で回転させることにより、強い吸引力を発生させながら新たなキャビティーを次々と生み出し、粉体とバインダーとを混合させながら両者を排出側へと移動させる。キャビティー内に吸い込まれた粉体は、密閉された空間ごと、前へ前へと連続移送されることになり、その結果、バインダー３との混合が促進されながらの定量移送が可能になる。かくして、バインダー３の供給後に混合機２５内を移送された粉体１は、固められつつロープ状に成型された粉体１０となる。

以上の構成を有する自走式粉体処理装置２０は、まず、前方の開口部２２のブラシ２２ａを介して開口部２２からダスト等の粉体１を筐体２１内に吸引する。吸引された粉体１は混合機２５内で澱粉等のバインダー３と混合される。バインダー３は、タンク２４ａに貯留され、ノズル２４ｂで混合機２５内へ噴射される。バインダー３を供給された粉体１は、混合機２５のローターおよびステーターで構成された粉体成型スクリューで成型され排出部２６から排出される。自走式粉体処理装置２０では、以上の一連の処理が自律走行しながら連続して行われる結果、ロープ状に成型処理された粉体１０を連続して生産することができる。

自走式粉体処理装置２０は、カメラやライダーなどの認識装置２８にて、走行位置（ルート）を認識し、例えば進行方向に階段等がある場合は回避する判断手段を有する。すなわち、自走式粉体処理装置２０は、認識装置２８および判断手段によって、走行したルートを記憶し、事前に設定されたエリア内の粉体処理をしながら巡回することを可能としている。また、判断手段には、バッテリー残量が少なくなったら、原点（給電場所）に戻るロジックが組まれていることが好ましい。また、認識装置２８を吸引機２３のファン上に配置すると、外側に排出されるエアーによって、認識装置２８周りに付着すると予想される粉塵（粉体）を除去することが可能になり有利である。

さらに、前記認識装置２８によって、粉体の回収を行う床上の粉体の堆積高さを認識することが可能である。この粉体の堆積高さが判明すれば、前記モーノポンプを混合機２５に用いた場合の、自走式粉体処理装置２０による粉体処理量Ｌin（ml／min）は、次式により求めることができる。
Ｌin＝Ｄ×Ｖ×Ｈ×６０
ここで、Ｄ：自走式粉体処理装置の開口部の幅（ｃｍ）
Ｖ：自走式粉体処理装置の走行速度（ｃｍ／ｓ）
Ｈ：粉体の堆積高さ（ｃｍ）

製鉄所の１００ｍ²の面積の床に３ｃｍの高さで堆積した粉体である、粉塵に対して、前記面積および高さから求めた該床上の粉塵量の０．５〜２．０質量％となる量の澱粉を水と混合してバインダーとした。該バインダーを、図１に示したところに従って前記粉塵の全面に満遍なく供給した。その後、図６に示した自走式粉体処理装置を用いて、図５に示す要領にて粉塵を固めたのち、同様に図５に示す要領にて粉塵の回収を行った。その際の粉塵処理量は、上記したＬinの式による算出結果と同等であった。

１、１０粉体
２バインダー供給手段
３バインダー
４回収手段
２０自走式粉体処理装置
２１筐体
２２開口部
２３吸引機
２４バインダー供給機
２５混合機
２６排出部
４０自走式回収装置
４１台車
４２キャタピラ
４３スクレーパ

Claims

堆積した粉体にバインダーを供給して該バインダーの供給域の粉体を固めて該粉体の固まりを回収する、粉体の回収方法。
自律走行可能の筐体と、
前記筐体の底面または前面に設けた開口部から前記筐体の走行経路上の粉体を前記筐体内に導入する吸引機と、
前記吸引機により吸引導入した粉体にバインダーを供給するバインダー供給機と、
前記バインダーと粉体とを混合する混合機と、
前記バインダーとの混合により固めた粉体を排出する排出部と、
を有する自走式粉体処理装置。
前記バインダー供給機は、
前記バインダーを貯留するタンクおよび該タンクからのバインダーを前記吸引導入した粉体へ向けて噴射するノズルを備える、請求項２に記載の自走式粉体処理装置。
前記筐体の走行位置を認識する認識部および
前記筐体の走行位置を記憶する記憶部
を有する請求項２または３に記載の自走式粉体処理装置。
前記混合機は、回転容積式一軸偏心スクリューポンプである請求項２から４のいずれかに記載の自走式粉体処理装置。
堆積した粉体にバインダーを供給するバインダー供給手段と、該バインダーの供給により固められた粉体を回収する回収手段と、を有する粉体の回収システム。
請求項２から５のいずれかに記載の自走式粉体処理装置と、該自走式粉体処理装置から排出される粉体の固まりを回収する、自走式粉体回収装置と、を有する粉体の回収システム。