JP4738353B2 - 粉体空気圧送方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、粉体空気圧送方法及びその方法の実施に適する粉体空気圧送装置に関する。本発明の方法及び装置は、例えば食品工業や化学工業において、粉体を輸送する際に有用である。

例えばコンクリートに使用される混和材は、建設工事設計条件やコンクリート・ミキサの能力により、添加される量が異なる。また、混和材専用の添加装置をプラントに常設することは、設備建設費が高い、設備設置スペースが無い等の理由により、実施不可能である場合が多い。そのため、従前は、混和材を使用する都度、人手によって紙袋入り粉体（混和材）を荷揚げし、紙袋を開け、プラント工程の進捗の連絡合図にあわせてコンクリート・ミキサへ投入するという作業が行われていた。

人手による荷揚げ・投入作業は重筋作業であり、プラント高所への荷揚げは、作業途中で飛来落下事故が生ずる可能性があり、危険な作業であった。また、粉体の投入作業の際には、粉塵が舞い上がるので、適切な安全対策をとり且つ保護具を着装しないと、塵肺傷害を発生する危険があるという問題もあった。更に、ヒューマン・エラーに起因する投入ミスにより、コンクリートの品質に問題が発生する虞もあった。

以上の課題を解決する手段として、仮設式の、粉体の荷揚げ・投入のための空気圧送を利用した装置が提案され、使用されるようになってきた。このような装置の構成は、概略、予め量り取った粉体を加圧タンクに投入し、それを圧送ホースでホッパへ空気圧送し、さらにホッパからミキサに投入するというものである。しかし、このような装置を使用した場合には、量り取った粉体量とホッパへ圧送された粉体量とに誤差が生じるという問題があった。

上記の誤差が生じる原因は、次のとおりであると考えられる。第一は、圧送ホース内壁には圧送中の粉体が衝突し、静電気が発生し、その静電気によって内壁に粉体が付着することである。圧送ホース内壁に付着し、ホッパへ到達しない粉体は、投入量の誤差となる。一般に、直径が２００μｍ以下の粉体は、付着性が強く、圧送ホースを通過する際にホース内壁に付着する。特に付着力が強い粉体の場合には、圧送する都度、粉体の付着塊が成長し、圧送管閉塞を生ずることさえある。これは、大きな問題である。

また、第二は、粉体の圧送量や圧送距離が変化すると実際に必要な圧送時間も変化するが、圧送時間はこのような要因を考慮して厳密に制御しているわけではないため、圧送終了時に加圧タンク内に粉体が残ることである。加圧タンク内に粉体が残らないように、即ち、常に、粉体が完全に圧送された後に装置が停止されるように、圧送時間を長く設定することも可能であるが、その場合には圧送時間が長くなり、その結果、圧送能力がプラントの混練能力に対して不足することになるという問題があった。

上記の問題点の中、圧送ホース内壁への粉体の付着の問題に対しては、特許文献１に解決する方法が開示されている。図３に示すように、特許文献１に記載の発明では、カーボンブラック等の強付着性の粉体の圧送に際し、柔軟性内管３１を備える二重管であって、外管３２の外周に圧縮空気供給口３３と排出口３４とを有するものを用い、圧送終了後、圧縮空気供給口３３から圧縮空気を間歇的に送り、内管３１の内壁に付着した粉体を剥離させ、次いで、輸送空気を内管３１内に供給して剥離された粉体を輸送する。この発明では、図３に示すように、内管３１内壁に付着した粉体を剥離させるために、内管３１をその長手方向に波状にうねらせる。ここで、符号３１ｘは通常の状態を示し、符号３１ｙはうねらせた状態を示す。特許文献１に記載された方法では、特殊な二重管を使用する必要があるが、これは、簡易・移動式の圧送装置では採用できない場合がある。

特開平５−２０１５３８号

本発明は、従来の粉体空気圧送方法及びそのための装置における、粉体の全量がホッパに輸送されないという問題を解決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検討し、輸送管である耐圧ホース自体の膨張・収縮により、ホース内壁に付着した粉体が剥離することに着目し、本発明を完成させた。

即ち、本発明は、粉体を空気圧送するためのコンプレッサ及び加圧タンクと、圧送された粉体を貯留するホッパと、加圧タンクとホッパとを連結する柔軟性耐圧ホースとを備える粉体空気圧送装置であって、加圧タンクが内圧を検出する圧力センサを備えている装置において、コンプレッサにより、粉体が投入されてなる加圧タンク内を昇圧し、加圧タンク内の圧力が０．０５ＭＰａ以上の所定圧力となったら圧縮空気による粉体の輸送を開始し、圧力センサの検出値が、定常圧送時の圧力と空気のみを流した時の圧力との中間値となった時点から、粉体の完全排出が見込まれる時間の経過後に、圧縮空気の供給を終了させることを特徴とする粉体空気圧送方法に関する。

上記粉体空気圧送方法の実施に使用する前記柔軟性耐圧ホースは、許容圧力は０．４ＭＰａ以上であり、かつ、下記式（１）又は（２）を充足する柔軟性を有するものであることが好ましい：
ホースの大気圧下での内径が１００ｍｍ以下の場合： Ｄ_２−Ｄ_１≧１ （１）
ホースの大気圧下での内径が１００ｍｍ超の場合： Ｄ_２−Ｄ_１≧２ （２）
ここで、Ｄ_１はホースの大気圧下での内径であり、Ｄ_２はホースの許容圧力での内径であり、単位はすべてｍｍである。

また、本発明は、粉体を空気圧送するためのコンプレッサ及び加圧タンクと、圧送された粉体を貯留するホッパと、加圧タンクとホッパとを連結する柔軟性耐圧ホースとを備える粉体空気圧送装置であって、柔軟性耐圧ホースが、許容圧力は０．４ＭＰａ以上であり、かつ、下記式（１）又は（２）を充足する柔軟性を有するものであることを特徴とする粉体空気圧送装置に関する。
ホースの大気圧下での内径が１００ｍｍ以下の場合： Ｄ_２−Ｄ_１≧１ （１）
ホースの大気圧下での内径が１００ｍｍ超の場合： Ｄ_２−Ｄ_１≧２ （２）
ここで、Ｄ_１はホースの大気圧下での内径であり、Ｄ_２はホースの許容圧力での内径であり、単位はすべてｍｍである。

本発明により、計量された粉体のほぼ全量を、加圧タンクからホッパへ輸送することが可能となる。これにより、粉体を計量誤差なく混合槽に投入することができるようになり、その結果、混合物や混合物に由来する製品の品質が安定する。

また、加圧タンク内の圧力降下により粉体の輸送終了を検知する態様では、予め圧送時間の設定を行う必要がなく、しかも、最適な作業時間が実現される。

以下、本発明の方法を、図１に示す一実施形態に基づいて説明する。図１は、コンクリート用粉体空気圧送装置の一例を示す模式図である。

コンクリート・ミキサに投入する粉体は、袋に詰められている。先ず、投入弁２が閉鎖されている状態で、投入シュート７に粉体を投入する。次いで、輸送弁３及び圧送弁４が閉鎖されており、排気弁５が開放されている状態で、投入弁２を開放し、加圧タンク１に所定量の粉体を投入する。粉体の投入が終了したら、投入作業員は圧送開始釦を押す。この時、輸送先のホッパ１５が空か満かを確認する必要はない。ホッパ１５が満の場合は、作業員が圧送開始釦を押すと投入弁２が閉鎖され、待機状態となる。ホッパ１５が空になり、排出弁１６が閉鎖されると、自動的に排気弁５が閉鎖され、圧送弁４が開放されて運転が始まる。投入作業員は、プラントの進捗に関係なく、加圧タンク１へ粉体を投入するだけでよく、プラント・オペレータとの連絡合図をすることなく作業が進められるため、投入ミスは発生しない。

運転が開始されると、コンプレッサから加圧タンク１へ圧縮空気を送ることにより、加圧タンク１内が昇圧される。加圧タンク１に取り付けられた圧力センサにより、加圧タンク１の圧力が０．０５ＭＰａ以上の所定圧力まで上昇したことを検知したら、昇圧完了信号が制御盤へ送られる。昇圧完了信号を受信した制御盤は、輸送弁３を開放する。これにより、加圧タンク１内の粉体は、圧送ホース１３を介してホッパ１５へ圧送される。ここで、圧送を開始する圧力は、粉体の種類や圧送量、圧送距離等を考慮して決定する。その圧力は、０．０５ＭＰａ以上であればよいが、通常は、定常の圧送圧力に最短時間で到達するように、０．０５乃至０．３０ＭＰａ、好ましくは０．０７乃至０．２０ＭＰａ、更に好ましくは０．１０乃至０．１５ＭＰａに設定する。

圧送中は、圧力調節弁９が加圧タンク１内の圧力が一定となるように給気量を調節するので、安定した圧送が行われる。粉体が圧送されている間は、圧送ホース１３内には粉体と空気との固気二相流が生じている。この二相流が圧送ホース１３の内壁に当たり、その際の抵抗により圧力が生ずる。この時、圧送ホース１３は、内圧の上昇により膨張する。

加圧タンク１内の粉体がなくなり、圧送ホース１３内の粉体もなくなると、圧送ホース１３内は空気のみの一相流となる。そして、加圧タンク１及び圧送ホース１３内の圧力は降下する。図２は、圧送ホース１３の長手方向の断面を示す模式図である。図２に示すように、圧送ホース１３内の圧力が降下すると、圧送時には符号４１ｙで示す位置まで膨張していた圧送ホース１３が収縮し、４１ｘの位置となり、その収縮の際の動きにより、内面に付着していた粉体が剥離する。圧力センサが加圧タンク１内の圧力が所定の値まで降下したことを検知すると、圧力センサは圧送が終了したことを示す信号を制御盤に送信する。

粉体の圧送が終了しても、圧縮空気の供給は、すぐには止めない。一定時間、圧縮空気の供給を続ける。これは、ホース１３内壁から剥がれ落ちた粉体の全量をホッパ１５へ輸送するためである。粉体の圧送終了後に圧縮空気のみが供給される時間は、粉体の性質や圧送量、圧送距離等によって異なり、特に限定されないが、通常は１乃至３００秒間、好ましくは１乃至１５０秒間、更に好ましくは１乃至６０秒間である。また、この時間は、例えばタイマーを用いて制御される。

粉体の圧送終了後、一定時間が経過したら、制御盤からの信号により圧送弁４が閉鎖され、圧縮空気の供給が停止される。その後、輸送弁３が閉鎖され、排気弁５が開放され、加圧タンク１内の圧力が大気圧まで降下される。次いで、投入弁２が開放され、次の圧送の準備が完了する。

ところで、粉体の空気圧送装置による圧送時間は、圧送量が増えると長くなり、圧送距離が伸びても長くなる。また、粉体固有の物性（粉体抵抗係数等）により、等しい圧送量・圧送距離でも圧送時間が変化する。従って、予め終了時を決定しておくと、最適の時間とはならない場合がある。本発明者らは、上記本発明の方法において、粉体の圧送中は粉体と気体との固気二相流により生ずる圧力損失により、加圧タンク１及び圧送ホース１３の内圧が上昇し、粉体の輸送が終了すると圧送ホース１３内の流れが気体の一相流になるために内圧が降下することに着目した。そして、加圧タンク１内の圧力を検知することで、最適な圧送時間、ひいては圧縮空気の供給停止時を決定できることを見出した。

即ち、上記本発明の方法において、圧縮空気の供給終了時は、粉体の輸送終了後に生じる加圧タンク内の圧力降下を圧力センサで検知してから一定時間経過後とすることが好ましい。このようにすると、圧送条件が変化しても、圧送条件の変化に対応した、最大且つ最適の圧送能力が実現される。ここで、「粉体の輸送又は圧送終了」とは、加圧タンク１及び圧送ホース１３からの粉体の完全除去を指すのではない。加圧タンク１内に通常の条件で輸送される粉体がなくなった等の理由により、加圧タンク内の圧力が降下した時点をいう。

粉体の輸送終了後に生じる加圧タンク内の圧力降下の検知は、例えば、以下のようにして行なう。加圧タンク１からの粉体の排出が終了し、圧送ホース１３内を末端まで粉体が移動するにつれて、加圧タンク１及び圧送ホース１３内の圧力は徐々に下がり、粉体が無くなると低い圧力で安定する。そこで、圧力変化が最も大きい圧力降下途中で、定常圧送時の圧力と空気のみを流した時の圧力との中間値となった時点を検出する。その検出の後、一定時間経過後を、圧縮空気の供給終了時とする。即ち、前記中間値の検出後に、粉体の完全排出までの時間を追加するのである。この方法では、加圧タンク内の圧力降下の検知が容易であり、且つ、安定した方法の実施が可能となる。なお、一定時間は、上記のとおり、通常は１乃至３００秒間、好ましくは１乃至１５０秒間、更に好ましくは１乃至６０秒間である。

装置内圧力の降下を検出し、圧縮空気の供給終了時を決定する方法を採用すると、次のようにして残存粉体がホッパ１５へ輸送される。粉体の圧送終了時に、加圧タンク１内の圧縮空気が加圧タンク１から一気に排出・放出され、また、圧力降下により空気が膨張するため、圧送ホース１３内を通過する際の速度が急激に増大する。その結果、加圧タンク１や圧送ホース１３内の粉体が定常より早い風速で吹き飛ばされる。これが、加圧タンク１や圧送ホース１３内の粉体の残量減少に寄与する。

次に、本発明の装置について説明する。本発明の粉体空気圧送装置は、加圧タンクとホッパとを連結するホースに特徴がある。

本発明の装置では、柔軟性を持つ材質でできた耐圧ホース、例えば、柔らかくて補強輪や樹脂製網線等の補強材で補強された樹脂製のホースを使用する。樹脂の具体例としては、ポリ塩化ビニル、テトロン、ナイロン、ポリプロピレン、ポリエチレン等の高分子材料が挙げられる。また、耐圧ホースは屋外で使用されるので、耐侯性に優れる材料を使用したものが好ましい。寒冷地で使用する場合には、耐寒性に優れる材料を使用したものが好ましい。更に、内面に静電気防止処理がなされていることが好ましい。

ホースの耐圧性能は、許容圧力で０．４ＭＰａ以上のものを用いる。これよりも耐圧性能が劣ると、粉体圧送時の圧力に耐えられず、破裂する虞がある。

また、その柔軟性は、Ｄ_１はホースの大気圧下での内径であり、Ｄ_２はホースの許容圧力での内径であり、単位はｍｍであるときに、式（１）：Ｄ_２−Ｄ_１≧１（Ｄ_１が１００ｍｍ以下の場合）又は式（２）：Ｄ_２−Ｄ_１≧２（Ｄ_１が１００ｍｍ超の場合）を充足するものである。このような柔軟性がないと、耐圧ホースの内壁に付着した粉体が、十分に剥離されない。

なお、式（１）において、Ｄ_２−Ｄ_１は、好ましくは１乃至２０ｍｍであり、更に好ましくは１乃至１０ｍｍである。また、式（２）において、Ｄ_２−Ｄ_１は、好ましくは２乃至５０ｍｍであり、更に好ましくは２乃至３０ｍｍである。

上記の本発明の方法の実施及び装置において使用する加圧タンク１は、発錆等によって突起が生じると、そのような突起に引っかかって粉体が残留することがある。従って、そのような粉体の残量を防止するため、ステンレス製のものを使用することが望ましい。粉体の滑りがよいように、ステンレス磨き板を使用することが更に望ましい。また、加圧タンク１における粉体出口は、タンク底部の粉体が常に供給される位置に設ける。これにより、圧送終了時加圧タンク１内に蓄圧された圧縮空気が、一気にホースへ排出される気流により、全量排出される。

［コンクリート混和材の粉体輸送］
（実施例１）
図１に示す装置を用い、コンクリート混和材である電気化学工業株式会社製パワーＣＳＡ２０ｋｇを、加圧タンク１からホッパ１５に輸送した。圧送ホース１３は、カナフレックス株式会社製カナラインＮ．Ｓ．であり、その許容圧力は１ＭＰａ、大気圧下での内径は５０ｍｍ、許容圧力下での内径は５１ｍｍ、Ｄ_２−Ｄ_１は１ｍｍであった。

加圧タンク１に圧縮空気を供給し、加圧タンク１内の圧力が０．１０ＭＰａとなったところで混和材の輸送を開始した。コンクリート混和材は、約０．１５ＭＰａの圧力下で輸送された。輸送開始から約２０秒後、加圧タンク１内の圧力が降下を始めた。加圧タンク１内の圧力が０．０７ＭＰａとなった５秒後に、圧縮空気の供給を止めた。なお、０．０７ＭＰａという圧力は、おおよそ、定常圧送時の圧力と空気のみを流した時の圧力との中間値に相当する。輸送終了後、ホッパ１５に輸送された混和材の重量を測定したところ、１９．８ｋｇであった。

（実施例２）
加圧タンク１内の圧力が降下を始めたら直ぐに圧縮空気の供給を止めたこと以外は、実施例１と同様の方法で、コンクリート混和材の輸送を行った。ホッパ１５に輸送されたコンクリート混和材の重量は１８．７ｋｇであった。

以上、本発明の好適例につき、詳細に説明したが、本発明は、上記好適例に限定されるわけではない。

本発明に係る空気粉体圧送装置の一例を示す模式図である。 本発明に係る柔軟性耐圧ホースの動きを説明するための模式図である。 従来の粉体空気圧送装置において使用された二重の輸送配管における内管の動きを説明するための模式図である。

符号の説明

１ 加圧タンク
２ 投入弁
３ 輸送弁
４ 圧送弁
５ 排気弁
７ 投入シュート
９ 圧力調節弁
１３ 圧送ホース
１５ ホッパ
１６ 排出弁
３１ｘ 柔軟性内管の通常の状態
３１ｙ 柔軟性内管をうねらせた状態
３２ 外管
３３ 圧縮空気供給口
３４ 排出口
４１ｘ 圧送ホースの通常の位置
４１ｙ 圧送ホースの膨張時の位置

Claims (3)

1. 粉体を空気圧送するためのコンプレッサ及び加圧タンクと、圧送された粉体を貯留するホッパと、加圧タンクとホッパとを連結する柔軟性耐圧ホースとを備える粉体空気圧送装置であって、加圧タンクが内圧を検出する圧力センサを備えている装置において、コンプレッサにより、粉体が投入されてなる加圧タンク内を昇圧し、加圧タンク内の圧力が０．０５ＭＰａ以上の所定圧力となったら圧縮空気による粉体の輸送を開始し、圧力センサの検出値が、定常圧送時の圧力と空気のみを流した時の圧力との中間値となった時点から、粉体の完全排出が見込まれる時間の経過後に、圧縮空気の供給を終了させることを特徴とする粉体空気圧送方法。
2. 前記柔軟性耐圧ホースとして、許容圧力は０．４ＭＰａ以上であり、かつ、下記式（１）又は（２）を充足する柔軟性を有するものを使用する、請求項１に記載の粉体空気圧送方法：
   ホースの大気圧下での内径が１００ｍｍ以下の場合： Ｄ _２ −Ｄ _１ ≧１ （１）
   ホースの大気圧下での内径が１００ｍｍ超の場合： Ｄ _２ −Ｄ _１ ≧２ （２）
   ここで、Ｄ _１ はホースの大気圧下での内径であり、Ｄ _２ はホースの許容圧力での内径であり、単位はすべてｍｍである。
3. 粉体を空気圧送するためのコンプレッサ及び加圧タンクと、圧送された粉体を貯留するホッパと、加圧タンクとホッパとを連結する柔軟性耐圧ホースとを備え、加圧タンクは内圧を検出する圧力センサを備えている粉体空気圧送装置であって、柔軟性耐圧ホースが、許容圧力は０．４ＭＰａ以上であり、かつ、下記式（１）又は（２）を充足する柔軟性を有するものであることを特徴とする粉体空気圧送装置：
   ホースの大気圧下での内径が１００ｍｍ以下の場合： Ｄ_２−Ｄ_１≧１ （１）
   ホースの大気圧下での内径が１００ｍｍ超の場合： Ｄ_２−Ｄ_１≧２ （２）
   ここで、Ｄ_１はホースの大気圧下での内径であり、Ｄ_２はホースの許容圧力での内径であり、単位はすべてｍｍである。

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