(57)【要約】【課題】粉体の付着、凝集、閉塞の各現象に基づく粉体機器のトラブルを、粉体機器等に影響を及ぼすことなく良好に回避できること。【解決手段】粉体機器２内の粉体１中に複数混入され、磁性材料を含む粒子または小球からなる強磁性体１１と、粉体機器２の外部に設置されて強磁性体１１に磁場を作用する磁石１２とを有し、この磁石１２からの磁場を調整することにより粉体１中の強磁性体１１の位置を変更して、当該粉体１の挙動を制御するよう構成されたものである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉体機器内の粉体中に複数混入され、磁性材料を含む粒子または小球からなる磁性体と、
前記粉体機器の内部または外部に設置されて、前記磁性体に磁場を作用する磁石とを有し、
この磁石からの磁場を調整することにより前記粉体中の前記磁性体の位置を変更して、当該粉体の挙動を制御するよう構成されたことを特徴とする粉体制御装置。
【請求項２】
前記磁石が永久磁石である場合に、この永久磁石を移動させる磁石移動手段、または前記永久磁石からの磁場を遮断可能な磁場遮断手段が具備されたことを特徴とする請求項１に記載の粉体制御装置。
【請求項３】
前記粉体機器内の粉体、または当該粉体機器から排出された粉体に関する情報を計測する計測手段と、この計測手段からの情報に基づき磁石からの磁場を調整する磁場調整手段と、を有することを特徴とする請求項１または２に記載の粉体制御装置。
【請求項４】
前記粉体機器から粉体と共に流出した磁性体を回収する回収手段が設置されたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の粉体制御装置。
【請求項５】
前記回収手段は、回収した磁性体を、搬送経路を経て粉体機器内へ再投入するよう構成されたことを特徴とする請求項４に記載の粉体制御装置。
【請求項６】
前記粉体機器に収容される粉体が放射性物質である場合、中性子線を遮蔽する中性子線遮蔽手段が磁石を覆って配置されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の粉体制御装置。
【請求項７】
粉体機器内の粉体中に、磁性材料を含む粒子または小球からなる磁性体を複数混入し、
前記粉体機器の内部または外部に設置された磁石からの磁場を調整することによって、前記粉体中の前記磁性体の位置を変更して、当該粉体の挙動を制御することを特徴とする粉体制御方法。
【請求項８】
前記粉体機器内の粉体に関する情報に基づき、磁石が前記粉体中の磁性体に作用する磁場を調整して、粉体中の磁性体の位置を変更することを特徴とする請求項７に記載の粉体制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粉体機器内に収容された粉体の付着、凝集、閉塞を防止するために、粉体機器内で粉体の挙動を制御する粉体制御装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの工業的な分野、例えば食品、セメント、セラミックス、半導体、薬品、廃棄物処理などの分野では、粉体を取り扱うことが多い。このような様々な工業分野で粉体プロセスは重要な役割を担っているが、粉体プロセスにおけるトラブルは、気体や液体系のプロセスとは異なり、困難な問題とされている。その主な原因は、粉体の物性が各工業分野で大きく異なり、データが充分整備されていないことと、気液系のような連続体モデルが適用できないため理論的検討が困難であること等、粉体独特の特性が未だ解明されていないためと考えられる。
【０００３】
粉体プロセスのトラブルで代表的なものは、粉体の壁面への付着現象、凝集現象、及び閉塞現象である。これらの３つの現象で全体のトラブル件数の５７％を占め、これらのトラブルは、主に粉体の供給、排出、輸送、貯蔵の各工程で発生している（非特許文献１）。
【０００４】
これらの各工程では、ホッパーや配管、フィーダー、貯留槽が粉体機器として用いられている。これらの粉体機器では、付着や凝集、閉塞の各現象を抑制するために、例えば、粉体機器の壁面に粉体が付着しないように壁面を振動させたり（振動方式）、攪拌装置としてのスクリューを粉体機器の内部に備えたり（撹拌方式）、粉体にガスを直接注入したり（通気方式）、異なる粉体を混合して流動性を回復させる（微粒子添加方式）等の方法が考えられてきた。
【０００５】
つまり、粉体の付着や凝集、閉塞を防止するために、従来、図３に示すような方法が用いられている。この図３では、粉体機器２としてホッパーを採用し、振動方式、攪拌方式、通気方式、微粒子添加方式の例を示している。粉体機器２は、ホッパー以外であっても同様である。
【０００６】
振動装置３により粉体機器２の壁面８を揺らすことで、壁面８への粉体１の付着を防止する。また、通気装置４を通じてガス５を粉体機器２の内部へ注入することで、凝集した粉体１に流動性を与える。また、撹拌装置６により粉体１に流動性を回復させて凝集を防止する。更に、粉体１に微粒子７をごく僅か含ませることで閉塞を防止する。この閉塞のメカニズムは十分に解明されてはいないが、粉体１の長距離相関によって発生すると考えられ、微粒子７はその長距離相関を断ち切る役割を担っている。実際、閉塞現象の起り易さの指標としての安息角は、微粒子７の混入によって幾分減少し、その結果として粉体１の流動性が回復する場合がある。この他にも方法はあるが、以上が、粉体プロセスにおける粉体機器のトラブル解消に対し代表的な方法として挙げている。
【非特許文献１】（社）日本粉体工業技術協会編：「粉体工業におけるトラブルとその対策に関する調査研究」（１９９２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
粉体プロセスで発生する付着や凝集、閉塞の防止策としては、上述のような振動方式、撹拌方式、通気方式及び微粒子添加方式によって、粉体１の付着力を減少させる方法が採用されてきた。
【０００８】
しかし、振動装置３により粉体機器２の壁面８を振動させる振動方式は、粉体機器２に繰り返し力が加わるため、壁面８にクラックが生じる恐れがある。また、通気方式や撹拌方式においては、ガス５や撹拌装置６により粉体１そのものをダイナミックに動かすため、粉塵が発生し易く、通気装置４そのものに閉塞の恐れがあり、撹拌装置６も粉体圧力で動作しなくなる恐れがある。また場合によっては、撹拌装置６を粉体機器２に設置できないことがある。更に、微粒子添加方式では、添加に適した微粒子７が存在しないことがあり、また添加した場合にもｐｐｍオーダーの量ではあるが、粉体１の品質に少なからず影響を与える恐れがある。
【０００９】
従って、これらの振動、撹拌、通気及び微粒子添加の各方式は、粉体プロセスのトラブルの大半を占める付着、凝集、閉塞の防止対策として、必ずしも十分であるとはいえない。特に、粉体１が放射性物質や毒物等を有している場合には、粉体機器２の修理時に作業者がその粉体機器２に容易に近寄れない。このため、粉体機器２を故障しにくい構造に構成し、また粉体機器２を修理する場合にも、作業者がその粉体機器２に直接触れなくてもよいようにしておく必要がある。
【００１０】
本発明の目的は、上述の事情を考慮してなされたものであり、粉体の付着、凝集、閉塞の各現象に基づく粉体機器のトラブルを、粉体機器等に影響を及ぼすことなく良好に回避できる粉体制御装置及び方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る粉体制御装置は、粉体機器内の粉体中に複数混入され、磁性材料を含む粒子または小球からなる磁性体と、前記粉体機器の内部または外部に設置されて、前記磁性体に磁場を作用する磁石とを有し、この磁石からの磁場を調整することにより前記粉体中の前記磁性体の位置を変更して、当該粉体の挙動を制御するよう構成されたものである。
【００１２】
本発明に係る粉体制御方法は、粉体機器内の粉体中に、磁性材料を含む粒子または小球からなる磁性体を複数混入し、前記粉体機器の内部または外部に設置された磁石からの磁場を調整することによって、前記粉体中の前記磁性体の位置を変更して、当該粉体の挙動を制御するものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る粉体制御装置及び方法によれば、粉体機器内の粉体中に磁性体を複数混入させ、粉体機器の内部または外部に設置された磁石からの磁場を調整することによって、粉体中の磁性体の位置を変更して粉体の挙動を制御することから、磁石からの磁場によって磁性体を粉体機器の壁面に配置することで粉体の壁面への付着を防止し、また、磁石からの磁場によって磁性体を粉体中で振動させることで、粉体に流動性を付与しまたは回復させて粉体の凝集を防止すると共に、粉体間の長距離相関を遮断して粉体の閉塞を防止する。これらによって、粉体の付着、凝集、閉塞の各現象に基づく粉体機器のトラブルを良好に回避できる。このとき、粉体機器内の粉体に混入された磁性体に磁石からの磁場が作用するだけなので、粉体機器等に影響を及ぼすことがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面に基づき説明する。但し、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではない。
【００１５】
［Ａ］第１の実施の形態（図１）
図１は、本発明に係る粉体制御装置の第１の実施の形態を、粉体機器であるホッパーと共に示す構成図である。この第１の実施の形態において、前記背景技術と同様な部分は、同一の符号を付して説明を簡略化し、または省略する。
【００１６】
本実施の形態の粉体制御装置１０は、粉体機器２（例えばホッパー）内に収容された粉体１に対し、粉体機器２の壁面８への付着、凝集、閉塞の各現象が発生しないように、粉体１の挙動を制御するものであり、磁性体としての強磁性体１１と、磁石１２とを有して構成される。
【００１７】
強磁性体１１は、粉体機器２内に収容された粉体１中に複数（多数）混入される。各強磁性体１１は、全体が磁性材料から構成されてもよいが、例えば樹脂材料に磁性材料が含有されて構成されてもよい。磁性材料としては鉄やコバルト、ニッケルなどが挙げられるが、これらのそれぞれを主成分とする化合物であってもよい。磁性材料が強磁性を保持するためには、強磁性体１１が混入される粉体１の温度がキュリー温度以下である必要がある。このキュリー温度は、磁性材料が鉄の場合には７７０℃、磁性材料がニッケルの場合には３５４℃である。
【００１８】
また、強磁性体１１の形状は粒子または小球形状が好ましく、粉体１の条件や磁石１２が与える磁場の強度によって適宜選択される。
【００１９】
磁石１２は、粉体機器２の外部または内部に、粉体１に対し非接触状態で配置される。本実施形態は、磁石１２は、粉体機器２の外側周囲に配置されている。この磁石１２は、粉体機器２内の粉体１中に混入された強磁性体１１に磁場を付与(作用)するものであり、電磁石または永久磁石が採用される。
【００２０】
磁石１２は、制御性を考慮した場合には電磁石が好ましい。この電磁石は、常電導磁石であっても超電導磁石であってもよいが、強磁場を形成する場合には超電導磁石が、コストを重視する場合には常電導磁石がそれぞれ用いられる。
【００２１】
磁石１２として永久磁石を採用した場合には、磁石移動手段としての例えばエアシリンダ１３、または磁場遮断手段としての磁場遮断プレート１４が具備される。エアシリンダ１３は、永久磁石である磁石１２を粉体機器２に接近させ、または粉体機器２から離反させるものである。また、磁場遮断プレート１４は、永久磁石である磁石１２と粉体機器２との間に挿入または引き抜き可能に配設されて、挿入時に磁石１２からの磁場を遮断し、この磁場が粉体機器２に作用しないようにする。これらのエアシリンダ１３または磁場遮断プレート１４によって、永久磁石である磁石１２から粉体１中の強磁性体１１へ作用する磁場が制御される。
【００２２】
上述の磁石１２の設置位置及び磁石１２の仕様は、永久磁石の場合にも電磁石の場合にも、粉体機器２内の粉体１中に混入された強磁性体１１の位置を変更させるためにどのような磁場配置が好ましいかを基準に設定される。例えば、磁石１２は粉体機器２の外側の周囲に連続して、或いは所定間隔をおいて設置される。
【００２３】
粉体機器２内の粉体１中に混入された強磁性体１１へ磁石１２（永久磁石または電磁石）から作用する磁場を調整することによって、粉体１中での強磁性体１１の位置が変更されて粉体１の挙動が制御され、粉体１について、粉体機器２の壁面８への付着や、凝集、閉塞の各現象が防止される。
【００２４】
具体的には、磁石１２が永久磁石である場合に、エアシリンダ１３により磁石１２を粉体機器２の壁面８に接近させ、または磁石１２と粉体機器２との間から磁場遮断プレート１４を引き抜くことにより、それぞれ強磁性体１１に作用する磁場を強め、これにより、粉体機器２内の粉体１中の強磁性体１１を粉体機器２の壁面８の内側に集めて、この壁面８に粉体１が付着することを防止する。磁石１２が電磁石の場合には、磁石１２に大電流を供給することで強磁性体１１に作用する磁場を強め、粉体機器２内の粉体１中の強磁性体１１を粉体機器２の壁面８の内側に集めて、同様に、粉体１の壁面８への付着を防止する。
【００２５】
また、磁石１２が永久磁石である場合に、エアシリンダ１３により磁石１２を粉体機器２に対して交互に接近若しくは離反させ、または磁場遮断プレート１４を磁石１２と粉体機器２との間に交互に挿入または引き抜くことにより、それぞれ強磁性体１１に作用する磁場を変化させ、これにより、粉体機器２内の粉体１中で強磁性体１１を磁石１２に引き寄せたり引き離して振動させる。磁石１２が電磁石の場合には、この磁石１２に交流電流を供給することで、強磁性体１１に作用する磁場を変化させ、粉体機器２内の粉体１中で強磁性体１１を振動させる。このように粉体１中で強磁性体１１を振動させることにより、粉体１に流動性を付与しまたは回復させて凝集を防止し、且つ粉体１からの長距離相関を遮断して閉塞を防止する。
【００２６】
尚、粉体１の閉塞防止は、粉体１に微粒子を混入する従来手法と同様に、粉体１中に多数の強磁性体１１を混入して粉体１間の長距離相関を断ち切ることで実現されるが、粉体１中で強磁性体１１を振動させることにより一層効果的となる。
【００２７】
以上のように構成されたことから、本実施の形態によれば次の効果（１）〜（３）を奏する。
【００２８】
（１）粉体機器２内の粉体１中に強磁性体１１を多数混入させ、粉体機器２の外部に設置された磁石１２からの磁場を調整することによって、粉体１中の強磁性体１１の位置を変更して粉体１の挙動を制御する。つまり、磁石１２からの磁場によって強磁性体１１を粉体機器２の壁面８の内側に配置することで、粉体１の壁面８への付着を防止し、また、磁石１２からの磁場によって強磁性体１１を粉体１中で振動させることで、粉体１に流動性を付与しまたは回復させて粉体１の凝集を防止させると共に、粉体１間の長距離相関を遮断して粉体１の閉塞を防止させる。これらによって、粉体１の付着、凝集、閉塞の各現象に基づく粉体機器２のトラブルを良好に回避できる。このとき、粉体機器２内の粉体１に混入された強磁性体１１に磁石１２からの磁場が作用するだけなので、粉体機器２の壁面８にクラック等が生ずることがなく、粉体機器２に影響を及ぼすことがない。
【００２９】
（２）粉体機器２内の粉体１中の強磁性体１１に磁石１２から作用する磁場を調整することで、強磁性体１１の位置を変更して、粉体機器２内の粉体１の挙動を制御することから、強磁性体１１の位置を磁力を用いて非接触に変更できる。このため、磁石１２のメンテナンスのみを実施すれば足りるのでメンテナンスが容易となる。しかも、粉体１が毒性を有していても、メンテナンス時に作業者が粉体機器２内の粉体１に直接触れることがないので安全性を確保できる。
【００３０】
（３）粉体機器２内の粉体１を撹拌装置６(図３)を用いて撹拌させ、または粉体機器２内の粉体１中に通気装置４(図３)からガス５を吹き込む背景技術の場合には、通気装置４のガス吹込口が粉体１によって閉塞されたり、撹拌装置６が粉体１の粉体圧力によって動作不可能となるなど機械的な不具合が発生し易い。これに対し、本実施の形態では、粉体機器２の外側に配置された磁石１２からの磁力の作用で、粉体機器２内の粉体１に混入された強磁性体１１を移動させ、その位置を変更するだけなので、上述のような機械的な不具合が発生することがない。
【００３１】
［Ｂ］第２の実施の形態（図２）
図２は、本発明に係る粉体制御装置の第２の実施の形態を、粉体機器であるホッパーなどと共に示す構成図である。この第２の実施の形態において、前記第１の実施の形態及び背景技術と同様な部分は、同一の符号を付して説明を簡略化し、または省略する。
【００３２】
本実施の形態の粉体制御装置２０が前記第１の実施の形態の粉体制御装置１０と異なる点は、粉体機器２から排出された粉体１、または粉体機器２内の粉体１に関する情報に基づいて、磁石１２が粉体１中の強磁性体１１に作用する磁場を調整する磁場調整システム２１と、回収手段としての強磁性体回収システム２２と、中性子線遮蔽手段としての中性子線遮蔽材２３とを有する点である。
【００３３】
磁場調整システム２１は、粉体１に関する情報を計測する計測器２４と、この計測器２４からの粉体に関する情報に基づき、磁石１２が粉体１中の強磁性体１１に作用する磁場を調整する調整信号Ａを出力する磁場調整器２５とを有して構成される。計測器２４が計測手段として、磁場調整器２５が磁場調整手段としてそれぞれ機能する。
【００３４】
計測器２４は、粉体機器２の粉体排出口２６付近、または粉体機器２内に設置されて、粉体排出口２６から排出された粉体に関する情報、または粉体機器２内の粉体１に関する情報を随時計測する。この粉体に関する情報は、粉体１の粒径分布や、粉体機器２から排出される粉体１の排出量などである。
【００３５】
磁場調整器２５から出力される調整信号Ａは、磁石１２が電磁石の場合には、この磁石１２へ供給される電流値を変更し、または磁石１２へ交流電流を供給するための電源装置（不図示）に対して出力される。磁石１２が永久磁石である場合には、磁場調整器２５から出力される調整信号Ａは、磁石１２を移動させるためにエアシリンダ１３へ圧縮空気を送給するエア供給装置（不図示）に対して、または磁場遮断プレート１４を移動させる駆動装置（不図示）に対してそれぞれ出力される。
【００３６】
磁場調整器２５からの調整信号Ａにより磁石１２が粉体１中の強磁性体１１に作用する磁場が調整されることで、強磁性体１１が粉体機器２の壁面８に移動したり、粉体１中で強磁性体１１が振動するなど、強磁性体１１の位置が変更されて、粉体機器２内における粉体１の挙動が制御される。これにより、粉体機器２において粉体１の付着、凝集、閉塞の発生が防止される。
【００３７】
例えば、粉体機器２から排出された粉体１の粒子径が小さいことが計測器２４により計測された場合には、粉体機器２内で壁面８に粉体１が付着し易いので、磁場調整器２５は、粉体機器２内の粉体１中の強磁性体１１を粉体機器２の壁面８に集めるための調整信号Ａを出力して、磁石１２から強磁性体１１に作用する磁場を調整し、粉体１の付着の発生を防止する。
【００３８】
また、粉体機器２から排出された粉体１の排出量が少ないことが計測器２４により計測された場合には、粉体機器２内で粉体１が凝集または閉塞していると想定されるので、磁場調整器２５は、粉体機器２内の粉体１中の強磁性体１１を振動させるための調整信号Ａを出力して、磁石１２から強磁性体１１へ作用する磁場を調整し、粉体１の凝集、閉塞を防止する。
【００３９】
前記強磁性体回収システム２２は、強磁性体回収部２７及び強磁性体搬送経路２８を有してなり、強磁性体回収部２７が回収用磁石２９を備える。強磁性体回収部２７は、粉体機器２の粉体排出口２６付近に設置され、この粉体排出口２６から粉体１と共に排出された強磁性体１１を回収用磁石２９を用いて吸引して回収する。この回収された強磁性体１１は、強磁性体搬送経路２８により搬送されて粉体機器２内へ投入される。
【００４０】
前記中性子線遮蔽材２３は、粉体機器２内に収容される粉体１が放射性物質である場合に、粉体機器２と磁石１２との間に配置されて磁石１２を覆い、粉体機器２から放射される中性子線が磁石１２へ至らないように遮蔽する。これにより、磁石１２の中性子線による損傷等が回避される。
【００４１】
以上のように構成されたことから、本実施の形態によれば、前記第１の実施の形態の効果（１）〜（３）と同様な効果を奏するほか、次の効果（４）〜（６）を奏する。
【００４２】
（４）粉体機器２内の粉体１、または粉体機器２から排出された粉体１に関する情報を計測器２４が計測し、この情報に基づき磁場調整器２５が、粉体機器２内の粉体１中の強磁性体１１に作用する磁石１２からの磁場を調整するための調整信号Ａを出力して、粉体１中の強磁性体１１の位置を変更し、粉体機器２内の粉体１の挙動を制御することから、粉体機器２内の粉体１の付着、凝集、閉塞の各現象を確実かつ迅速に防止することができる。
【００４３】
（５）粉体機器２の粉体排出口２６から粉体１と共に排出された強磁性体１１を、強磁性体回収部２７において回収用磁石２９を用いて回収することから、粉体１に強磁性体１１が混入された状態とならず、除去された状態となるので、粉体１の品質に影響を及ぼすことを防止できる。しかも、回収された強磁性体１１が強磁性体搬送経路２８を経て粉体機器２内に投入されて再使用されることから、強磁性体１１の無駄を省くことができる。
【００４４】
（６）粉体機器２内に収容される粉体１が放射性物質である場合に、粉体機器２と磁石１２との間に中性子線遮蔽材２３が設置されて、この中性子線遮蔽材２３により磁石１２が中性子線から遮蔽されるので、磁石１２の中性子線による損傷を防止できる。更に、磁石１２のメンテナンス時に作業者が粉体機器２内の粉体１に直接触れることがなく、しかも、磁石１２が中性子線から遮蔽されているため、作業者は磁石１２の修理を容易に実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明に係る粉体制御装置の第１の実施の形態を、粉体機器であるホッパーと共に示す構成図。
【図２】本発明に係る粉体制御装置の第２の実施の形態を、粉体機器であるホッパーなどと共に示す構成図。
【図３】従来の粉体機器であるホッパーを示す概略側断面図。
【符号の説明】
【００４６】
１  粉体
２  粉体機器
８  壁面
１０  粉体制御装置
１１  強磁性体（磁性体）
１２  磁石
１３  エアシリンダ（磁石移動手段）
１４  磁場遮断プレート（磁場遮断手段）
２０  粉体制御装置
２１  磁場調整システム
２２  強磁性体回収システム
２３  中性子線遮蔽材（中性子線遮蔽手段）
２４  計測器（計測手段）
２５  磁場調整器（磁場調整手段）
２７  強磁性体回収部（回収手段）
２８  強磁性体搬送経路（搬送経路）
２９  回収用磁石
【図１】
2008200588.tif 000003
【図２】
2008200588.tif 000004
【図３】
2008200588.tif 000005