JP7344113B2 - ばら物の水分除去装置 - Google Patents

Description

本発明は、砕石、石炭、土砂、樹脂ペレット（マスターバッチ）、穀類など、袋に包装されていない「ばら物」と呼称される粉粒体の表面に付着する水分を除去する装置に関する。

ばら物とは、JISB8805に用語として定義されており、袋に包装されていない塊、粒および粉状の物体の呼称である。本発明では、鉱石、石炭、土砂、樹脂ペレット（マスターバッチ）、穀類等が例示できる。
ばら物の生産例として、例えば、砕石の製造に於いては、採石場の切羽で採掘した原鉱を粗破砕機で一次破砕した後に、破砕した鉱石の表面に付着した泥などの不純物を除去するための水洗を行い、水洗スクリーン（篩）によって微粒子を除去した上で、製品製造のための二次破砕機及び篩装置に供給し、要求される粒子径の砕石を選別することにより行なわれていた。

石炭の生産に於いては、炭鉱の切羽で採掘した塊状の石炭を篩装置を用いて、需要家が求める任意のサイズに篩分けし、篩分けした石炭の粒子の表面に付着した微粉を除去するために、水洗スクリーン(篩)などを用いた洗炭工程を経て、製品として出荷していた。
樹脂ペレットの生産においては、溶融・混錬した樹脂を細長い棒状に押し出し、水槽中を通して冷却後にペレット状に切断してマスターバッチとしている。

このような水洗スクリーンの篩下で分別されたばら物の微粒子は、水洗工程で散布された水分を多量に含み湿った状態で得られる。
例えば、この湿った石灰砂を炭酸カルシウム粉末などの原料として利用するために粉砕機に投入すると、多量に含まれた水分が原因となり、粉砕機内に於いて居付きが発生し、粉砕効率が悪いばかりか粉砕機を破損してしまうため、化石燃料などを熱源として乾燥した上で使用する必要があった。
しかしながら、砕石のばら物の流通価格は安価であることから、その生産の過程で発生する湿った篩下砕石を乾燥等の工程を経て使用することは、エネルギーのフローおよび費用面で出来ず、その有効利用を図ることが出来なかった。
また、石炭に於いては、洗炭によって篩分けした石炭の粒子の表面に付着した微粉を除去することで、輸送途上や貯炭場に於ける発塵を防止することが出来るが、必要以上に水に濡れることで、運搬コストが嵩む、燃料としての着火性が不良となるなどの不具合が生じていた。

このことから、ばら物のうちの砕石用途に於いては、この湿った篩下砕石を炭カル粉などの原料として利用することは出来ず、採掘剥土などを堆積する堆積場に、採掘剥土などとともに廃棄せざるをえず、資源の有効活用を図ることが出来ないばかりか、廃棄処分先の堆積場の容積圧迫の要因となっており、その解決が切望されていた。

また、樹脂フィルム作成用のマスターバッチ（樹脂ペレット）においては、樹脂ペレット表面に水分があると、フィルム成形時に発泡（レーシング）が発生し、フィルムに穴があいてしまうという問題がある。このため、乾燥処理の前段階の処理として、樹脂ペレットの製造工程で付着した多量の水分を除去する必要がある。

特許文献１には、湿潤粉体移送脱水装置が記載されている。この装置は、網状の無端ベルトを始端側回転体と終端側回転体に掛け渡してコンベアを構成し、無端ベルトの上方ベルトと下方ベルトの間に水受け容器を配置した脱水装置である。移送及び脱水は、湿式分級後の砂等の湿潤粉体が上方ベルトに載せられてコンベア上を移送されつつ、水分が上方ベルトの網目を通過して水受け容器に回収されることにより行なわれる。
しかし、この移送脱水装置では、砕石等の湿潤粉体は無端ベルト上を水平方向に移送されつつ脱水が行なわれるため、装置自体が大きくなってしまうという問題があった。また、微細粉末を含有する水が、網状の無端ベルトを重量によって垂直方向に通過することになるので、無端ベルトを構成する網に目詰まりが起こりやすいという問題点もあった。

特許文献２には、円盤状に形成されて円盤周方向に回転する上皿部と、上皿部を内部に配置する円筒状の遠心分離容器とからなる脱水装置が記載されている。脱水対象物は上皿部に載置され、上皿部が回転して上皿部上の脱水対象物が遠心力により飛ばされ、これを遠心分離容器の円筒内壁面に付着させて水を分離することとしている。

特許文献１及び２に記載された湿潤粉体の脱水装置にあっては、いずれも、高価な装置を必要とするものである。このため、技術的にはばら物の乾燥に使うことはできるとしても、ばら物製品の流通価格が安価なために、コストの面で採用できるものではなかった。

特許第４６４６３３８号 特開２００９－１２５７０９号

本発明は、このような従来の技術の問題点を克服し、エネルギーフロー及びコストの面からの制約を乗り越えて、効率的に湿ったばら物から水分を除去することに使用できる水分除去装置を提供するものである。

本発明におけるばら物の水分除去装置は、垂直方向に配置した衝突脱水板に向けて、投入ホッパから落下してくる湿ったばら物をエアで吹き飛ばして前記衝突脱水板に衝突させ、衝突により水分が分離したばら物は前記衝突脱水板の下方に落下して回収され、分離された水分はエアと共に衝突脱水板を通過して前記衝突脱水板の裏側に移動し、下方に設置された水分排出口から排出することからなる装置である。

本発明のばら物の水分除去装置は、次の構成を含むものである。
（１）衝突脱水板を垂直方向に配置し、衝突脱水板の一方の面側には、当該一方の面に向けた噴出口を有するエアノズルを水平方向に固定したエア吐出口を配置し、衝突脱水板の当該一方の面の上方には衝突脱水板とエア吐出口との間に湿ったばら物を投下供給する投入ホッパを、下方には水分除去したばら物を排出するばら物排出口を備え、
前記衝突脱水板の他方の面側には、湿ったばら物から除去された水を排出する水分排出口を備えた、ばら物の水分除去装置
（２）前記衝突脱水板は、水分を除去しようとするばら物の粒子径に応じて網目状の隙間の間隔の異なるものと交換できるように固定されている、（１）のばら物の水分除去装置。
（３）前記衝突脱水板として、ウェッジワイヤスクリーンを使用する、（１）または（２）のばら物の水分除去装置。
（４）前記エア吐出口は、湿ったばら物に要求される水分除去の程度に応じて、衝突脱水板にそって垂直方向に複数設置される、（１）～（３）のいずれかのばら物の水分除去装置。
（５）前記エア吐出口は前記エアノズルの角度を変更することができ、エアの吐出方向を微調整することができる、（１）～（４）のいずれかのばら物の水分除去装置。
（６）前記エア吐出口は、前記エアノズルから噴出するエアの圧力を調整する機能を有している、（１）～（５）のいずれかのばら物の水分除去装置。
（７）前記ばら物として砕石の水分除去を行う、（１）～（６）のばら物の水分除去装置。
（８）前記衝突板の一方の面側の下方に設置したばら物排出口部分に、高さや衝突脱水板からの距離を調整できるようにした遮蔽板を設け、この遮蔽板により分級機能を有する、（１）～（７）のいずれかのばら物の水分除去装置。

本発明の水分除去装置によれば、衝突脱水板を垂直方向に設置しているので、これに衝突して水分除去されたばら物は重力により下方に落下するため、前記衝突脱水板の目詰まりが起こることはない。仮に目詰まりすることはあっても、衝突脱水板の裏側から逆洗することにより、目詰まりは簡単に解消することができる。
また、網目の異なる衝突脱水板を交換することで、水分除去するばら物の粒度に応じて水分除去をすることができ、さらに、エア吐出口を垂直方向に設置する段数を増やすことで水分除去の程度を高めることもできる。

水分除去装置の概要図 衝突脱水板（ウェッジワイヤスクリーン）の正面図および断面図 エア吐出口の斜視図

次に、本発明を実施するための形態を説明する。この実施形態は本発明の水分除去装置の一例であり、本発明はこの実施の形態に限定されるものではない。

図１から明らかなように、本発明の水分除去装置１は、衝突脱水板１１、エア吐出口１２、投入ホッパ１３、ばら物排出口１４、水分排出口１５を主な構成要素とする。以下、それぞれの構成要素について説明する。

（衝突脱水板）
本発明における衝突脱水板は、剛性があり、網目状の隙間を多数有する板である。すなわち、エア吐出口から吐出されたエアにより吹き飛ばされたばら物が衝突脱水板に衝突すると、衝突の衝撃で水分が分離除去されたばら物は衝突脱水板に付着することなく下方に落下し、ばら物に付随して飛来した水分は、エアと共に衝突脱水板の有する網目状の隙間を通り抜けて、衝突脱水板の裏面に設置された水分排出口に集められて排出される。
本発明における衝突脱水板はこのような機能を有するもので、ばら物の種類に応じて材質や網目の間隔等を選択することができる。

脱水衝突板の具体例としては、ウェッジワイヤスクリーン、エキスパンドメタル、パンチング板、織網、溶接金網、ウレタン網、帆布、不織布などがあげられる。
例えば、ばら物として砕石や土砂の水分除去のためには、ウェッジワイヤスクリーンが適している。これについては後述する。また、石炭や土砂の水分除去には、目の細かい網が、マスターバッチ（樹脂ペレット）には溶接金網が適している。、穀物などは砕けやすいことも有り、若干の柔軟性があるものが好ましい。
また、長尺の帆布や不織布の一方の端と他方の端を接続したものをエンドレスで回転させ、回転に伴い移動しつつある帆布の一面を脱水衝突板と構成することもできる。

(ウェッジワイヤスクリーン)
ウェッジワイヤ（wedge wire）とは逆三角形の断面形状を有する金属ワイヤで、ウェッジワイヤスクリーン（以下ではＷＷスクリーンと略す）は、図２に示されるように、ウェッジワイヤを等間隔に並べて用途に適したスリットを形成して固定することで形成される。
ばら物含む流体がＷＷスクリーンの平滑面側からＷＷスクリーンを通過しようとした場合、ＷＷスクリーンに形成されたスリットがスクリーンの裏面方向に向けて末広がりになっているので、前記スリット幅より大きいばら物はウェッジワイヤ間に２点接触のみで拘束される。このため、ばら物は詰まりにくく、仮に詰まっても逆洗が容易に行なえるので、メンテナンス性に優れている。
また、個々のウェッジワイヤは支持部材に溶接で固定されるため高強度であり、スクリーン面が平滑なために磨耗度合いが一定で耐久性が高い。

本発明の1つの実施態様では、ＷＷスクリーンを構成するウェッジワイヤが垂直方向になるように、このＷＷスクリーンを垂直方向に設置するので、ＷＷスクリーンのスリットを通過できないばら物は、ＷＷスクリーンに衝突した後に下方に落下する。ばら物には重力が作用するので、ＷＷスクリーンを通過できないばら物がスリット間に固定されることは殆どない。
また、ばら物に付着した水分は、ＷＷスクリーンのスリット幅より粒子径が小さい微細砕石とともにＷＷスクリーンを通過し、ＷＷスクリーンの裏側の下方に設置された水分排出口から排出される。

（エア吐出口）
エア吐出口は、図３に示されるように、衝突脱水板の一方の面に向けた噴出口を有するエアノズルを、水平方向に固定した装置である。湿ったばら物が投入ホッパから投下されて、衝突脱水板とエア吐出口の間を通過する際に、エアノズルから噴出されるエアにより湿ったばら物を衝突脱水板に吹き飛ばして衝突させる。

本発明においては、エアの噴出圧力を変えることで、吹き飛ばされるばら物の速度が増加するので、衝突脱水板に衝突した際の水分除去効率が向上する。また、エアノズルから噴出するエアを熱風とすれば、湿ったばら物の乾燥を促進することができて効果的である。
また、エアノズルの角度を変更することにより、エアの噴出方向を調整する機能を付与することで、より効率的な水分除去を行うことができる。

また、エア吐出口を垂直方向に複数配置することにすれば、投下された湿ったばら物が落下する間に、ばら物は配置されたエア吐出口の数だけ水分除去処理を複数回受けることになる。このため、水分除去の程度がより進行することになる。

（その他の構成要素）
電磁フィーダは、本水分除去装置で水分除去を行う、湿ったばら物を投入ホッパに均一に搬送する装置である。湿ったばら物が凝集して「だま」を作らず、投入ホッパに均一に投下される様に設計されることが好ましい。
投入ホッパは、衝突脱水板とエア吐出口との間に、上方から湿ったばら物を投下する装置である。ほぼ均一な量の湿ったばら物を下方に投下できるように設計することが好ましい。
ばら物排出口は、衝突脱水板に衝突して水分除去されつつ落下してきたばら物を排出するための排出口である。また、水分は衝突脱水板を通過して回収される水分の排出口から排出される。

（分級機能）
本発明におけるばら物の水分除去装置には、簡易的な分級機能を設けることができる。
すなわち、衝突脱水板の一方の面側の下方に設置したばら物排出口部分に遮蔽板を設ける。この遮蔽板は、その高さや衝突脱水板からの距離を調整できるようにする。
そうすると、エア吐出口から吐出したエアにより飛ばされたばら物の中で、粒子径が大きく重量があるため十分な速度で飛ばされなかったものは、設置した遮蔽板により飛行が阻害され、衝突脱水板に衝突する前にばら物排出口から回収される。これを水分除去処理されたばら物と分離して回収すれば、簡易的な分級を行うことが可能となる。

以下に本発明について実施例を用いてさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

図１に示す水分除去装置を使用した。前記水分除去装置の視点Ａ側から見た外形寸法は、高さ５００ｍｍ、幅３５０ｍｍである。衝突脱水板としてスリットの幅(目開き)が１ｍｍのＷＷスクリーンを使用し、エア吐出口は、衝突脱水板の垂直方向に３段設け、それぞれのエアノズルからエアを０．２５ＭＰａの圧力で噴出して、投入ホッパから落下してくる湿ったばら物に噴射した。前記ばら物は、８．８％の水分を含み粒径が１～３ｍｍの石灰砕石を毎時３トンの投入速度で１．７ｋｇ投入した。
本発明の水分除去処理を施すことで、水分量が２．５％の石灰砕石を回収することができた。除去した水分は０．１２ｋｇで水分減少率は６．３％であった。

本発明の水分除去処理を施すことにより、８．８％の水分を含む粒径が１～３ｍｍの石灰砕石１．７ｋｇから短時間（約３秒間）のうちに、６．３％の水分量を減らすことができた。このため、低いコストで短時間のうちに石灰砕石の水分除去処理ができ、効率的なばら物の水分除去処理が可能となった。

図１に示す水分除去装置を使用し、衝突脱水板として網の目開きが２ｍｍの溶接金網を用い、ばら物として、７％の水分を含み、粒径が２～４ｍｍの材質ポリフェニレンスルファイド（PPS）の樹脂に材質ガラス繊維の無機粉体４０％を混練したマスターバッチ(樹脂ペレット)を毎時１．５トンの投入速度で１．２ｋｇ投入した。エア吐出口からは、常温のエアを０．２５ＭＰａの圧力で噴出して、投入ホッパから落下してくる湿ったばら物に噴射した。
本発明の水分除去処理装置を用いて、水分除去処理を施すことで、水分量が２．２％の樹脂ペレットを回収することができた。除去した水分は０．０６３ｋｇで水分減少率は４．８％であった。

本発明に係るばら物の水分除去装置は、従来は高額な遠心脱水機やドライヤーなどによって行なわれていたばら物の水分除去に適用できる。水分除去して得られたばら物は、炭カル粉などの粉体の原料として利用が可能なほか、そのまま製品として出荷することもできる。

１１ 衝突脱水板
１２ エア吐出口
１３ 投入ホッパ
１４ ばら物排出口
１５ 水分排出口

Claims (8)

1. 衝突脱水板を垂直方向に配置し、
   前記衝突脱水板の一方の面側には、対向する他方の面に向けた噴出口を有するエアノズルを水平方向に固定したエア吐出口を配置し、
   前記衝突脱水板の当該一方の面の上方には衝突脱水板とエア吐出口との間に湿ったばら物を投下供給する投入ホッパを、下方には水分除去したばら物を排出する排出口を備え、
   前記衝突脱水板の他方の面側には、ばら物から除去された水を排出する水分排出口を備えた、ばら物の水分除去装置。
   
2. 前記衝突脱水板は、水分除去しようとするばら物の粒子径に応じて網目状の隙間の間隔が異なったものと交換できるように固定されている、請求項１のばら物の水分除去装置。
3. 前記衝突脱水板として、ウェッジワイヤスクリーンを使用する、請求項１または２のばら物の水分除去装置。
4. 前記エア吐出口は、湿ったばら物に要求される脱水の程度に応じて、脱水衝突板にそって垂直方向に複数設置される、請求項１～３のいずれかに記載のばら物の水分除去装置。
5. 前記エア吐出口は、前記エアノズルの角度を変更することができ、エアの噴出方向を微調整することができる、請求項１～４のいずれかに記載のばら物の水分除去装置。
6. 前記エア吐出口は、前記エアノズルから噴出するエアの圧力を調整する機能を有している、請求項１～５のいずれかに記載のばら物の水分除去装置。
7. 前記ばら物として砕石の水分除去を行う、請求項１～６のいずれかに記載のばら物の水分除去装置。
8. 前記衝突脱水板の一方の面側の下方に設置したばら物排出口部分に、高さや衝突脱水板からの距離を調整できるようにした遮蔽板を設け、この遮蔽板により水分除去されたばら物の分級機能を有する、請求項１～７のいずれかに記載のばら物の水分除去装置。
   
   

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