JP2770833B2 - 粉体の除去又は搬送の方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、粉体機器の機壁等の固体表面に付着した粉
体を除去する方法、または粉体を搬送する方法に関する
ものである。

（発明の背景及び従来の技術） 一般に、粉体機器等の機壁に付着した粉体を除去する
ために高速気流を作用させることが知られ、また機壁等
に粉体を付着させないためにも同じく高速気流を用いる
ことが知られており、これらは粉体粒子間あるいは粉体
と機壁間に働く付着力よりも、高速気流の作用で発生す
る分離力を大きくすることによって、付着の防止あるい
は付着粉体の分離を行わせることを原理としている。

しかし、従来において、高速気流の作用で上記の付着
粉体の除去等が行われる詳細は必ずしも明らかとされて
いたものではなく、経験的にあるいは実験的に、付着力
に打ち勝つ分離力を生じさせる高速気流を作用させるよ
うにしている場合が多い。

これは、粉体の機壁等の表面への付着力は、その粉体
の粉径、組成、含水分、湿度、固体表面の形状等々によ
って大きく相違し、様々な粉体の全てに渡って一律的に
決めることができないからである。

（発明が解決しようとする課題） ところで、本発明者等は、付着粉体の除去を高速気流
の作用によって行う場合の省エネルギー化を目的として
検討を重ねたところ、固体表面に付着した粉体に高速気
流を作用させてこれから分離させる際に必要な風速の下
限値（以下本明細書においてはこれを「再飛散風速」と
いう）は、気流速度の絶対値に関係することは勿論であ
るが、これだけでなく、従来考えられていなかった、気
流のもつ加速度（α）に大きな関係をもつことを知見し
た。

すなわち、実質的に加速度成分を含まない一定速度の
風速を作用させた場合に比べて、正の加速度を有する風
速を付着粉体に作用させた場合には、上記再飛散風速の
下限値が急速に低下し、他方この加速度がある程度の大
きさを越えると、それ以上加速度を大きくしても、再飛
散風速の下限値は殆ど減少しなくなる現象を見い出し
た。

このような知見に基づき、本発明者は、所定の加速度
を有する風速を作用させることで小さな値の風速で付着
粉体を固体表面から除去，分離できる、省エネルギー化
した粉体の除去方法、あるいは粉体搬送管の内壁等に付
着を生じ難い粉体の搬送方法を開発するに至ったもので
ある。

すなわち、本発明の目的は、固体表面に付着した粉体
を効率よく分離，除去することができる粉体の除去方法
を提供するところにある。

また本発明の別の目的は、固体表面への付着をできる
だけ軽減して粉体を搬送することができる粉体の搬送方
法を提供するところにある。

（課題を解決するための手段及び作用） 上記した目的を実現するための本発明方法の特徴は、
風速が上昇変化する通風の作用で固体表面の付着粉体を
脱離飛散（再飛散）させる方法であって、風速が一定率
で上昇する通風の各加速度α_ｃとこの通風で上記付着粉
体が再飛散される際の風速下限値u_cとの相対関係につき
予め求めた特性線を基準に、ある加速度α_ｃ＝ｔを設定
した時の風速下限値ｕ_ｃ＝ｔを求め、この下限値の上下
近傍に渡り上記設定加速度α_ｃ＝ｔで風速が変化する通
風を上記固体表面に作用させるようにしたところにあ
る。

また本発明方法のもう一つの特徴は、風速が変動する
通風により、粉体搬送管内で粉体を搬送する通風方法で
あって、風速が上昇変化する通風の作用で該粉体搬送管
の内壁に付着した粉体が再飛散する場合に、風速が一定
率で上昇する通風の各加速度α_ｃとこの通風で上記付着
粉体が再飛散される際の風速下限値u_cとの相対関係につ
き予め求めた特性線を基準に、ある加速度α_ｃ＝ｔを設
定した時の風速下限値ｕ_ｃ＝ｔを求め、この下限値の上
下近傍に渡り変動する通風に上記設定加速度α_ｃ＝ｔを
間欠的に与えて、この通風により粉体を搬送することに
ある。

上記方法において、加速度α_ｃを有する通風を作用さ
せた時の風速下限値u_cを加速度ゼロα_０の通風を作用さ
せた時の風速下限値u₀で除した（u_c/u₀）（加速度α_０
で（u₀/u₀）＝１）と、加速度α_ｃとの関係は、以下詳
細に説明するように多くの粉体において近似的な傾向を
示し、加速度が０〜0.15m/s²程度の範囲で上記（u_c/
u₀）は急激に低下し、他方、加速度が0.5m/s²を越える
辺りからは、（u_c/u₀）の低下が極めて緩慢となる。

したがって、付着粉体の除去等の上記目的を実現する
場合に、あまり大きな加速度による風速の変化を与える
ことは省エネルギー化を図る上ではむしろ適当でなく、
例えば加速度α_ｃを0.5m/s²変化させた場合に（u_c/u₀）
の変化が0.15程度以下になる範囲の加速度をもつ通風を
選択することが適当である場合が多い。より具体的に
は、通風の加速度α_ｃを0.17〜2m/s²、好ましくは0.5〜
1.25m/s²、最適には、0.7〜1.0m/s²の範囲ないで設定す
ることが望ましい場合が多い。

本発明方法の対象となる粉体は、組成，粒子形状等特
に限定されるものではないが、一般的には100μ以下、
好ましくは30μｍ以下、程度のものが対象とされる。

上記のような通風の加速度を与えるためには、特に限
定されるものではないが、例えば高圧気体をバルブを介
して一定時間噴出させる、又は空気源となるファン、ブ
ロワーの回転数を一定時間内に上昇させる方法などがあ
る。

また、上記方法において、粉体が再飛散するさいの下
限値の上下近傍に渡り風速を変化させる場合、風速下限
値の下側から行わせる必要は必ずしもないが、該下限値
を越える風速については、粉体の再飛散に必要十分な範
囲に渡って行うことが必要である。

本発明の加速度を有する通風により、効率的な付着粉
体の除去等が得られる理由は、次の様に考えられる。

すなわち、加速度をもつ通風によって付着粉体の再飛
散風速が変化する現象を、気流剪断力の変化による影
響、気流の乱れによる影響、凝集粒子に作用する力の加
速による影響に分けて考察すると、まず、気流剪断力の
変化は、気流加速度の変化に伴う圧力変動を各加速度で
風速が上昇する気流の10m/s、20m/s、30m/s風速時点で
の圧力差ΔＰを計測し、剪断応力τ_ｗを算出したとこ
ろ、その結果を示した第８図から分かるように、再飛散
風速u_cが急速に低下する０〜0.2m/s²の加速度範囲で
は、剪断応力の変化は極めて小さく、したがって気流剪
断力による影響は実質的に無視できる。

次に、気流の乱れによる影響については、加速気流で
は粉体の乱れはむしろ小さくなる傾向のあることが知ら
れているので、これにより付着粉体の再飛散風速が低下
することはないと考えられる。

更に、凝集粒子に作用する力の加速による影響につい
て考えると、粉体中の粒子の一般的な運動方程式は次式
で与えられる。

ここで、左辺は粒子を加速するのに必要な力、右辺第
一項は粘性抗力、第二項は加速により粒子にかかる力、
第三項は速度の変動によって粒子に働く反力、第四項は
流体流れの変化の履歴に関する力、Ｆは外力である。

そして、本発明方法が対象とするような凝集粒子径が
小さい場合には、上記第二項及び第三項は無視でき、Ｆ
は粒子間付着力であるから、粒子に分離力として働くの
は上記第一項と第二項となる。

ここで更に付着粉体の凝集粒子の飛散モデルを第９図
のように考え、凝集粒子20が粉体層21の表面に一部埋ま
った状態とすると、壁面近傍では気流の速度勾配は図示
の如く一定と考えて差し支えないから、この凝集粒子に
作用する上記第一項と第二項による分離力は曲げ応力が
支配的であり、第一項の粘性抗力による曲げ応力は であり、第二項の流体流れの履歴による曲げ応力は で与えられる。

粒子間付着力は、気流に関係なく一定であることか
ら、加速流の飛散限界曲げ応力と、定常流の場合の飛散
限界曲げ応力が等しくなることから、 _ｃ ^7/4＋1.257D_ag（ρα／πμ）^1/2u_c ^5/4 ＝u_co ^7/4 が導かれる。

そしてこのD_agを最小二乗法により求めると、実際の
凝集粒子径D_agよりかなり大きな値となるので、実験定
数ｋを導入し、実験結果に適用して図に表すと、実験結
果に略対応する。

これにより、粉体の固体表面への付着状態や粉体種に
違いがあっても、第９図の飛散モデルで説明できること
が分かる。

（実 施 例） 以下本発明方法を実施例に基づいて説明する。

実施例１ 本発明の方法を第２図〜第４図で示した装置を用い
て、風速が一定率で上昇する通風の各加速度と、この通
風で上記付着粉体が再飛散する風速下限値との相対関係
を示す特性線を求めた。

第２図において、１は第３図で拡大して示した粉体を
充填する凹部を壁面に有する断面矩形の長尺筒状のテス
ト管であり、その一端側には、コントローラ３によりモ
ータ４を介して開路状態制御で流量を調整できる流量調
整弁５が途中に設けられている空気流供給管２が接続さ
れ、更にこの供給管２の上流は、緩衝容器６を経てコン
プレッサ７に接続されている。また緩衝容器６下流の供
給管２の空気流の状態は、マスフローメータ８で検出さ
れて記録計９に送られるようになっている。

上記流量調整弁は、マスフローメータ（テレダイン
ヘイステイング−レイディス製 HFC−203C）のバルブ
開度をDCモータ（オリエンタルモータ製 2GN100K,2GN1
0XK）を利用して可変するように設けた。

10は上記テスト管１の内部状態を観察するために設け
た実態顕微鏡（オリンパス製 Model SHZ）である。

テスト管１の下流には、電気遮蔽箱12に入れられた粉
体検出装置11が配置されていて、該テスト管１から粉体
が飛散導出されたことを電流計13で電気的に検出し、上
記記録計９に信号を送るようになっている。この粉体検
出装置11の詳細は第４図に示されており、これについて
は後述する。

粉体検出装置11を通った粉体はフィルター14、緩衝容
器15、ポンプ16を通して外部に排気するようにした。

テスト管１の詳細は第３図に示され、縦3mm×幅10mm
の断面矩形の通路を有する長さ400mmの管101に、下流端
部から略75mmの位置を中心として長尺方向に、深さ1m
m、長さ20mmの凹部103を有する充填用セル102を管内壁
と面一となるように組み付けて構成されている。

次に粉体検出装置について説明すると、これは第４図
に詳細に示されている。

この図に示された粉体検出装置は、テスト管101から
の下流側接続管17に、銅製のコイル管30（内径2.6mm、
長さ約70mm）が接続されていて、飛散排出された粉体粒
子がこの内壁に接触することで接触帯電によりパルス状
の電流を発生するように設けられている。この時の発生
電流は、飛散量と略比例関係にあることは実験的に確認
されており、したがってこの発生電流を検出することで
飛散粉体量を算出することができる。

なおこの図の装置では、コイル管内部に粉体が付着し
ないように、下流側から約60m/sで吸引した。また32,33
はコイル管を支持する絶縁体である。

粉体の再飛散試験 以上の第２図〜第４図の装置を用いて以下の試験を行
った。

粉体として、球形のフライアッシュ10種を110℃で12
時間乾燥させたものを、上記充填セルに標準ふるい（フ
ライアッシュ用150メッシュ）を用いて自然落下させ、
遠心場で粉体の充填率を調整した後、薄刃のステンレス
ナイフによる粉体層表面が流路壁面と同一になるように
粉体をカットし、更に110℃で12時間乾燥させた。

次にこの充填セルをテスト管内に組込み、空気流の平
均＝０の状態から一定の加速度αで上昇させた。その
後、空気流によって飛散した粒子を、粉体検出装置で電
気的に検出し、その結果を記録計に記録した。

以上の試験を、空気流加速度を変化させて行った。但
し、加速度α＝０に相当する試験として、流速を約５分
ごとに1m/sづつ上昇させることで定常状態での飛散の有
無を確認した。なお流速を上昇させる時の加速度は約0.
02m/s²とし、気流の変化が飛散に及ぼす影響を少なくし
た。

第５図は以上によって得られた飛散粒子による発生電
流と、流速の経時的変化を示した図であり、図の下半部
は経時時間に対する平均流速の変化を示し、上半部は
発生電流Ｉの変化を示している。

この図から、空気流の流速を一定加速度上昇させる
と、ある領域から電流が発生し初め、この時の平均流速
（再飛散開始風速）を越えると電流が次第に増加するこ
とが分かる。

また発生電流と粉体層方面から飛散する粒子のフラッ
クス（単位時間、単位粉体層表面の飛散量）は略対応す
ることが分かっているため、流速が増加すると飛散フラ
ックスが多くなることが分かる。

また同図は気流加速度の異なる二つの試験結果（α＝
0.22m/s²,α＝0.03m/s²）を示しているが、加速度が大
きくなると再飛散開始風速_ｃが低下することも分か
る。

また第６図は、平均風速に対する発生電流値Ｉの波
形のピークを示しており、流速が同じでも、気流加速度
が大きい方が飛散フラックスの多くなることが分かる。

以上のことを整理し、各加速度と再飛散開始速度_ｃ
の関係を第１図に示した。

また、加速度α＝０の時の再飛散風速u₀で各加速度α
をもつ風速の再飛散風速u_cを除した（u_c/u₀）と各加速
度の関係と、上述した飛散モデルによる結果の関係を第
７図に示した。

以上の結果より、固体表面に付着した粉体を除去する
には、通風の加速度α_ｃを0.17〜2m/s²、好ましくは0.5
〜1.25m/s²、最適には0.7〜1.0m/s²の範囲ないで設定す
ることが望ましいことが確認された。

実施例２ 粉体を、フライアッシュ10種（φ＝0.30）とした他は
実施例１と同様にして、再飛散風速と各加速度の関係を
求め、その結果を第７図に示した。

実施例３ 粉体を、タルク（φ＝0.15）とし、標準ふるい（タル
ク用100メッシュ）とした他は、実施例１と同様にし
て、再飛散風速と各加速度の関係を求め、その結果を第
７図に示した。

実施例４ 固体試料片としてステンレス板を準備し、その表面に
酸化チタンを10g付着させたものを準備し、これに加速
度1.0m/s²で、上昇する風速を平均風速15m/sまで上昇さ
せて吹き当てた後、除去状態を顕微鏡で観察した。

その結果、ステンレス板の表面に付着させた酸化チタ
ンはほとんど飛散し、除去された。

比較例１ 実施例４と同様の試料片に、加速度0.02m/s²で上昇す
る風速を、実施例４と同様の平均風速まで上昇させて吹
き当てたが、付着粉体は除去されなかった。

実施例５ 粉体を酸化チタンとし輸送パイプをステンレスとし、
この輸送パイプ内を風速12m/sから15m/sの範囲で、しか
も気流加速度が1.0m/s²となるように風速を変化させ
て、酸化チタンを空気輸送したところ、パイプ内の付着
はほとんどなかった。

比較例２ 実施例５と同様で風速を15m/s一定として空気輸送を
行なったところ、パイプ内の付着が時間とともに増大し
た。

（発明の効果） 本発明の方法によれば、固体表面に付着した粉体を、
加速度を有する比較的低い風速の通風により、効率よく
分離，除去することができるため、省エネルギーに貢献
するという効果がある。

また、本発明の搬送方法によれば、固体表面への付着
が少ない状態、あるいは仮に付着してもこれを効率よく
再飛散させることができる状態で粉体を搬送でき、粉体
搬送管の詰まり等の問題を軽減できるという効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を適用して得られた実施例１の各気
流加速度と再飛散風速の関係特性線を示した図、第２図
は粉体の各加速度と再飛散風速の関係を求めるために用
いた装置の概要を示す図、第３図（ａ），（ｂ）は同テ
スト管部分の拡大図、第４図は粉体検出装置の詳細を示
した図。第５図は粉体検出装置によって検出される電流
と平均風速の関係を示した図、第６図は粉体検出装置に
よって検出される電流と平均風速の関係を示した図であ
る。 第７図は実施例１〜３の（u_c/u₀）と各加速度の関係特
性を示した図である。 第８図は各気流加速度と気流剪断応力の関係を示した特
性図、第９図は付着粉体に作用する気流による曲げ応力
を解析するためのモデルを示した図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B65G 53/00 - 53/66 B08B 5/02

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】風速が上昇変化する通風の作用で固体表面
   の付着粉体を脱離飛散させる方法であって、 風速が一定率で上昇する通風の各加速度とこの通風で上
   記付着粉体が脱離飛散される際の風速下限値との相対関
   係につき予め求めた特性線を基準に、ある加速度を設定
   した時の上記風速下限値を求め、この下限値の上下近傍
   に渡り上記設定加速度で風速が変化する通風を上記固体
   表面に作用させることを特徴とする付着粉体の除去方
   法。
2. 【請求項２】請求項１において、設定加速度による風速
   の上昇変化を繰り返し与えることを特徴とする方法。
3. 【請求項３】風速が変動する通風により、粉体搬送管内
   で粉体を搬送する通風方法であって、 風速が上昇変化する通風の作用で該粉体搬送管の内壁に
   付着した粉体が脱離飛散する場合に、風速が一定率で上
   昇する通風の各加速度とこの通風で上記付着粉体が脱離
   飛散される際の風速下限値との相対関係につき予め求め
   た特性線を基準に、ある加速度を設定した時の上記風速
   下限値を求め、この下限値の上下近傍に渡り変動する通
   風に上記設定加速度を間欠的に与えて、この通風により
   粉体を搬送することを特徴とする粉体の搬送方法。
4. 【請求項４】請求項１乃至３のいずれかにおいて、風速
   を上昇させる設定加速度が0.17〜2m/s²の範囲であるこ
   とを特徴とする方法。