(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ばら粒状材料を高密度化する方法であって、ばら粒状材料を少なくとも部分的に閉じ込めることと、
回転性部材（１４、１０２）をばら粒状材料の中に沈めることと、
回転性部材（１４、１０２）を回転軸（１６）の周りに回転させることを含む方法において、
前記回転性部材（１４、１０２）は、複数の周方向に隔置され円盤形本体（３２）の上面（３６）から突き出る羽根（３４）を含み、これら羽根の各々が回転方向に対してほぼ正接方向に面する材料接触表面を画定し、各羽根（３４）が傾斜して、半径方向内端につながる半径方向外端を有し、前記材料接触表面が材料粒子を回転軸（１６）に対して正接方向および半径方向に移動させ、該材料粒子を内方に回転軸へ向けて変位させる方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、前記ばら粒状材料を閉じ込めることが、ばら粒状材料を容器（１２）に供給することを含む、方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法において、前記容器（１２）が、円形の円筒形内面（２０）を画定する壁（１８）を有し、容器（１２）が、回転性部材（１４、１０２）の回転軸（１６）と同軸である中心の縦軸を有する、方法。
【請求項４】
請求項３に記載の方法であって、高密度化したばら粒状材料の密度を制御することを含み、高密度化したばら粒状材料の密度を制御することが、容器（１２）内のばら粒状材料の滞留時間を操作すること、回転性部材（１４、１０２）の回転の角速度を操作すること、そして、容器（１２）内のばら粒状材料のレベルを操作することから成るグループから選択した方法、またはこれらの方法の２つ以上によって実行される、方法。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載の方法において、前記回転性部材（１４、１０２）の回転軸（１６）がほぼ垂直である、方法。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載の方法において、前記回転性部材（１４、１０２）が１００ｒｐｍと３５００ｒｐｍの間の角速度で回転する、方法。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載の方法において、ばら粒状材料が１ｍｍ未満の平均粒子サイズである、方法。
【請求項８】
ばら粒状材料を高密度化する装置であって、ばら粒状材料の本体を少なくとも部分的に拘束する容器（１２）と、容器（１２）内に位置し、使用時にはばら粒状材料の本体中に沈められるよう配置された回転性部材（１４、１０２）と、回転性部材（１４、１０２）に接続され、回転性部材（１４、１０２）をばら粒状材料の本体中に沈めると、回転性部材（１４、１０２）を回転することができる駆動手段（１０６、１０８、１１０、１１２）とを含む装置において、
前記回転性部材（１４、１０２）は、複数の周方向に隔置され円盤形本体（３２）の上面（３６）から突き出す羽根（３４）を含み、これら羽根の各々が回転方向に対してほぼ正接方向に面する材料接触表面を画定し、各羽根（３４）が傾斜して、半径方向内端につながる半径方向外端を有し、前記回転性部材（１４、１０２）は使用時に該回転性部材（１４、１０２）が回転されると材料粒子を回転軸（１６）に対して正接方向および半径方向に移動させ、該材料粒子を内方に回転軸へ向けて変位させる、装置。
【請求項９】
請求項８に記載の装置において、前記羽根（３４）が、駆動手段（１０６、１０８、１１０、１１２）を回転性部材（１４、１０２）に接続する駆動軸（３０）に対してほぼ正接方向である平面の材料接触表面を画定する、装置。
【請求項１０】
請求項９項に記載の装置において、各羽根（３４）の半径方向内端部分（３５）は、該羽根（３４）の半径方向内端（３５）が羽根（３４）の材料接触表面の面の回転軸（１６）と１５°から６０°の角度を形成するよう、先端を切断される、装置。
【請求項１１】
請求項８から１０のいずれか一項に記載の装置において、前記容器（１２）が、高密度化したばら粒状材料の出口（２４）を低い高さに、この出口（２４）より高い高さにばら粒状材料の入口（２２）を有し、回転性部材（１４、１０２）が容器（１２）の出口（２４）の高さに配置される、装置。
【請求項１２】
請求項８から１１のいずれか一項に記載の装置において、前記回転性部材（１４、１０２）を粒状材料の本体に沈めると、駆動手段（１０６、１０８、１１０、１１２）が、１００ｒｐｍと３５００ｒｐｍの間の角速度で回転性部材（１４、１０２）を回転することができる、装置。
【請求項１３】
請求項８から１２のいずれか一項に記載の装置において、前記容器（１２）は円形の円筒形内面（２０）を画定する壁（１８）を有し、容器（１２）が、回転性部材（１４、１０２）の回転軸（１６）と同軸である中心の縦軸を有し、回転時に回転性部材（１４、１０２）によって描かれる円の直径と容器（１２）の直径との比率が０．２５：１と０．９９：１の間である、装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の装置において、回転時に回転性部材（１４、１０２）によって描かれる円の直径と容器（１２）の直径との比率が０．９：１と０．９９：１の間である、装置。
【請求項１５】
請求項８から１４のいずれか一項に記載の装置において、前記容器（１２）が０．１ｍ3と２００ｍ3の間の容積を有する、装置。
【請求項１６】
請求項８から１５のいずれか一項に記載の装置において、前記回転性部材（１４、１０２）の回転軸（１６）がほぼ垂直である、装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明はばら（バルク）粒状材料の高密度化に係り、特にばら粒状材料を高密度化する方法および装置に関する。
【０００２】
本発明の第１の態様によると、ばら粒状材料を高密度化する方法が提供され、その方法は、
ばら粒状材料を少なくとも部分的に閉じ込めることと、
ばら粒状材料の下に沈めた回転性部材を回転軸の周囲で回転させ、材料粒子を基本的に回転軸に向かって、または回転軸から離すよう移動させて、高密度化したばら粒状材料を提供することとを含む。
【０００３】
したがって、少なくとも材料粒子と回転性部材との初期接触時に、粒子が概ね回転軸に向かって、または回転軸から離れて移動する。
【０００４】
ばら粒状材料を閉じ込め乃至拘束することは、ばら粒状材料を容器に供給することを含む。通常、容器は、円形の円筒形内面を画定する壁を有する。容器は、回転性部材の回転軸と同軸である中心の縦軸線を有することができる。
【０００５】
方法は、容器を振動させて、容器の内面に対する粒状材料の凝集または蓄積またはケーキング（固化）を防止することを含んでもよい。
【０００６】
方法は、高密度化したばら粒状材料を容器から放出することを含んでもよい。方法は、連続的に、またはバッチ式で実施し、高密度化したばら粒状材料を容器から放出して、ばら粒状材料を容器に供給し、したがってバッチ方式、または制御状態で起こることが理解される。したがって、ばら粒状材料を、連続的に容器に供給し、高密度化したばら粒状材料を連続的に容器から放出することができる。
【０００７】
方法は、容器から放出する前に、高密度化したばら粒状材料の嵩密度を測定または決定することを含んでもよい。代わりに、方法は、容器から放出した後に、高密度化したばら粒状材料の嵩密度を測定または決定することを含んでもよい。
【０００８】
方法は、高密度化したばら粒状材料の密度を制御することを含んでもよい。高密度化したばら粒状材料の密度を制御することは、容器内のばら粒状材料の滞留時間を操作すること、回転性部材の回転の角速度を操作すること、容器内のばら粒状材料のレベルを操作することから構成されるグループから選択した方法、またはこれらの方法の２つ以上によって実行してもよい。しかし、高密度化したばら粒状材料の密度の制御は、これらの方法に必ずしも制限されない。
【０００９】
回転性部材の回転軸は、ほぼ垂直でよい。回転性部材により、材料粒子が垂直回転軸に向かって内側に移動することが好ましい。本発明の別の実施形態では、同軸の回転軸と容器の縦軸とは、水平に対して約６０°の角度にある。
【００１０】
回転性部材は、１００ｒｐｍと３５００ｒｐｍの間の角速度で回転することができる。回転性部材は、５００ｒｐｍと１０００ｒｐｍの間の角速度で回転することが好ましい。通常、回転性部材は、７００ｒｐｍと８００ｒｐｍの間、例えば約７３２ｒｐｍの角速度で回転する。
【００１１】
ばら粒状材料は、１ｍｍ未満の平均粒子サイズを有してもよい。通常、ばら粒状材料は０．５ｍｍ未満、さらには１μｍ未満、例えば約０．１５μｍの平均粒子サイズである。
【００１２】
方法は、容器から微粉を抽出することを含んでもよい。
【００１３】
ばら粒状材料は、０．５μｍ未満、通常は０．２μｍ未満の粒子サイズを有する粒状シリカでよい。実際、本発明には、必ずしも限定はされないが、いわゆるシリカ・ヒュームの高密度化に用途があることが予想される。
【００１４】
高密度化したシリカの密度に対する高密度化する前のシリカの密度の比率は、少なくとも２：３である。高密度化する前のシリカの密度と高密度化したシリカの密度との比率は、高密度化する前のシリカの密度に応じて、少なくとも１：２であることが好ましい。比率は、高密度化する前のシリカの密度に応じて、１：３またはそれ以上になってもよい。
【００１５】
本発明の第２の態様によると、ばら粒状材料を高密度化する装置が提供され、装置は、
ばら粒状材料の本体を少なくとも部分的に拘束する容器と、
使用時にはばら粒状材料の本体中に沈められ、回転軸を中心に回転すると、材料粒子を基本的に回転軸に向かって、または回転軸から離れる方向に移動させる回転性部材と、
回転性部材に接続され、ばら粒状材料の本体中に沈められると回転性部材を回転することができる駆動手段とを含む。
【００１６】
容器は、高密度化したばら粒状材料の出口を低い高さに、出口より高い高さにばら粒状材料の入口を有することができる。回転性部材は、容器の入口と出口の間に配置してよい。回転性部材は、容器の出口の高さに配置することが好ましい。
【００１７】
駆動手段は、回転性部材を粒状材料の本体中に沈めた時に１００ｒｐｍと３５００ｒｐｍの間の角速度で回転性部材を回転させることができる。通常、駆動手段は、回転性部材を粒状材料の本体中に沈めた時に、５００ｒｐｍと１０００ｒｐｍとの間、例えば約７００ｒｐｍから８００ｒｐｍの角速度で回転性部材を回転することができる。
【００１８】
回転性部材は、複数の周方向に隔置された羽根を含んでもよい。羽根は、使用時にばら粒状材料を回転性部材の回転軸に対して概ね半径方向に変位させるよう配向または配置することができる。羽根は、回転性部材の回転時、少なくとも材料粒子と回転性部材との初期接触時に、材料粒子が回転軸に向かって内側に移動するよう配向または配置される。
【００１９】
回転性部材は円盤形本体を含んでもよく、そこから羽根が突き出す。羽根は、使用時に上面である円盤形本体の表面から突き出してよい。代わりに、羽根は円盤形本体の周辺から半径方向外側に突き出してもよい。
【００２０】
羽根は、平面で、駆動手段を回転性部材と接続する駆動軸に対してほぼ正接してもよい。各羽根の半径方向内端部分は、この羽根の半径方向内端が羽根の面の回転軸と１５°から６０°の角度を形成するよう、先端を切断してもよい。角度は２０°と５０°の間、例えば約３０°である。
【００２１】
容器は、円形の円筒内面を画定する壁、回転性部材の回転軸と同軸の中心の縦軸線を有してもよい。回転時の回転性部材によって描かれる円の直径と容器の直径との比率は、０．２５：１．と０．９９：１の間でよい。比率は０．５：１と０．９９：５の間であることが好ましい。通常、回転時の回転性部材によって描かれる円の直径と容器の直径との比率は、０．９：１と０．９９：１の間、例えば約０．９５：１である。
【００２２】
容器は０．１ｍ3と２００ｍ3の間の容積でよい。通常、容器は０．１ｍ3と０．５ｍ3の間の容積である。
【００２３】
回転性部材の回転軸はほぼ垂直でよい。
【００２４】
装置は、搬送手段および袋詰め手段を含んでよく、搬送手段は、高密度化したばら粒状材料を、高密度化したばら粒状材料を袋詰めする袋詰め手段へ容器から搬送するよう配置される。
【００２５】
装置は、容器を振動させて、容器の内面に対する粒状材料の凝集またはケーキングまたは蓄積を防止する振動手段を含んでもよい。
【００２６】
装置は、容器から微粉を抽出する微粉抽出手段を含んでよい。
【００２７】
回転性部材および容器の内面は、それらに対してばら粒状材料のケーキングまたは凝集または蓄積を防止する材料で被覆してもよい。
【００２８】
装置は、高密度化したばら粒状材料の嵩密度を制御するため、密度測定手段および制御手段を含んでもよい。
【００２９】
次に、本発明を添付の略図および例を参照して、例示として説明する。
【００３０】
図面の図１を参照すると、参照番号１０は、全体として、ばら粒状材料を高密度化するための本発明による装置の１つの実施形態を示す。装置１０は、ばら粒状材料を入れて拘束する容器１２、そして使用時には容器１２に入れたばら粒状材料に沈められ、縦回転軸１６を中心に回転可能である回転性部材１４を含む。
【００３１】
容器１２は、容器１２の円形の円筒内面２０を画定する円形の円筒壁１８を含む。したがって、容器１２は、回転軸１６と対応する、またはこれと同軸である中心の縦垂直軸を有する。本発明の別の実施形態では、容器の軸および回転軸は、水平に対して角度をつけて、例えば約６０°の角度で配置してもよい。
【００３２】
容器１２は、ばら粒状材料の入口２２、および高密度化されたばら粒状材料の出口２４を含む。入口２２は容器１２の屋根２６に配置され、出口２４は容器１２の床２８に配置される。
【００３３】
回転性部材１４は、入口２２と出口２４との間に配置する。回転性部材１４は駆動軸３０に機械的に取り付けられ、この軸は被駆動状に電気モータ（図示せず）に接続される。電気モータは、２６００ｒｐｍと３０００ｒｐｍの間の角速度で回転性部材１４を選択的に回転することができる。
【００３４】
回転性部材１４は円盤状本体３２を含み、そこから複数の周方向に隔置された平面の羽根３４が突き出す。羽根３４は、使用時には容器２３に含まれるばら粒状材料を回転軸１６に向かって内側に変位させるよう配向、または配置される。羽根３４は、使用時には上面である円盤状本体３２の面３６から突き出す。
【００３５】
円盤状本体３２、したがって回転状部材１４は、７２０ｍｍの直径である。容器１２は、約８００ｍｍの内径である。したがって、回転性部材１４の直径と容器１２の直径との比率は０．９：１である。
【００３６】
駆動軸３０は容器１２の屋根２６を通って延在する。駆動軸３０と屋根２６の間にシール３８を設ける。
【００３７】
出口２４の下に搬送ベルト４０を設ける。
【００３８】
容器１２に微粉抽出出口（図示せず）を設け、壁１８の外面に対して振動器（図示せず）を装着する。
【００３９】
使用時には、矢印４２で示すように、容器１２に、制御した状態でばら粒状材料４４を供給し、回転性部材１４を覆うのに十分な容器１２のばら粒状材料のレベル４６を維持する。
【００４０】
沈めた回転性部材１４は、電気モータおよび駆動軸３０によって、矢印４８の方向に約２９００ｒｐｍの角速度で回転する。羽根３４は、ばら粒状材料の粒子を回転軸１６に向かって内側に変位させ、ばら粒状材料を高密度化する。振動器を運転して、容器１２の内面に対するばら粒状材料のケーキングを防止し、形成した微粉は、微粉抽出出口を通して抽出する。
【００４１】
高密度化したばら粒状材料は、矢印５０で示すように、出口２４を通ってコンベヤ・ベルト４０へと放出し、このコンベア・ベルトは矢印５２の方向に動作する。コンベヤ・ベルト４０上で、高密度化したばら粒状材料の密度は、密度測定および制御手段（図示せず）によって測定され、この手段は、ばら粒状材料を所望の嵩密度まで高密度化するため、容器１２からの高密度化したばら粒状材料の放出速度を増減させ、それによって容器１２内のばら粒状材料の滞留時間を増減させる。
【００４２】
図面の図３を参照すると、ばら粒状材料を高密度化するための本発明による装置の別の実施形態が、全体を参照番号１００で指示されている。装置１００は装置１０と同様であり、他に指示しない限り、装置１０に関して使用したものと同じ参照番号が、装置１００の同じまたは同様の部品または機構を指示するのに使用される。
【００４３】
装置１００は回転性部材１０２を含み、これは図面の図４でさらに明白に図示されている。図４から分かるように、羽根３４は垂直かつ平面で、図４の駆動軸３０（図示せず）に対してほぼ正接し、この駆動軸は適切に作動する状態で回転性部材１０２に接続される。各羽根３４の内端部分は、各羽根３４の半径方向内端３５が、羽根３４の面で回転性部材３４の回転軸と約３０°の角度を形成するよう、先端を切断される。
【００４４】
回転性部材１０２は、容器１２の出口２４の高さに配置する。出口２４は、容器１２の壁１８の下部分に設ける。手動で操作する出口カバー１０４を設けて、使用時に容器１２から高密度化したばら粒状材料が放出される速度を制御する。
【００４５】
駆動軸３０は、２つの軸受台３３によって回転可能な状態で支持部材３１に装着され、駆動ベルト１０８および２つのプーリ１１０，１１２によって適切に作動する状態で電気モータ１０６に接続される。モータ１０６とプーリ１１０，１１２は、使用時に、モータ１０６が７００ｒｐｍから８００ｒｐｍの平均速度で回転性部材１０２を回転できるように配置する。
【００４６】
容器１２およびモータ１０６を、支持構造１１４に装着する。
【００４７】
容器１２は、約５７６ｍｍの内径および約１５００ｍｍの高さである。回転性部材１０２は約５５０ｍｍの内径である。したがって、回転性部材１０２の直径と容器１２の直径との比率は、約０．９５：１である。
【００４８】
装置１００は、装置１０と同様の方法で使用して、ばら粒状材料を高密度化する。したがって、ばら粒状材料は、入口２２を通って容器１２に供給し、回転性部材１２を覆うのに十分な容器１２のばら粒状材料のレベル（高さ）を維持し、回転性部材１０２が、電気モータ１０６および駆動軸３０によって約７３２ｒｐｍの角速度で回転する。羽根３４が、材料粒子を回転性部材１０２の回転軸に向かって内側に変位させ、ばら粒状材料を高密度化する。高密度化したばら粒状材料は、定期的に出口２４を通り、シュート１１６によってコンベヤ・ベルト４０へと放出される。コンベヤ４０は、高密度化したばら粒状材料を袋詰めプラント（図示せず）に搬送し、これは高密度化したばら粒状材料を袋詰めする。
【００４９】
（例１）
高密度化していない、または原料のシリカ・ヒューム１０００ｇを、室温で、約１５５ｍｍの内径および約３００ｍｍの高さを有する実験室規模の円筒形容器に入れた。高密度化していないシリカ・ヒュームは以下の組成であった。
0004603688.tif 000002
【００５０】
高密度化していないシリカ・ヒュームのｐＨ（５ｇ／１００ｍｌの蒸留水）は６．５と７．８の間で、約０．４％の含水率であり、平均粒子直径は約０．１５μｍであった。高密度化していないシリカ・ヒュームの嵩密度は約２８１．７ｋｇ／ｍ3であった。
【００５１】
図面の図２に示すような約１３５ｍｍの直径を有する回転性部材を、容器中のシリカ・ヒュームに沈め、約１５０秒の期間、約３０００ｒｐｍの角速度で回転し、シリカ・ヒュームを高密度化した。高密度化したシリカ・ヒュームを容器から取出、その密度を求めた。高密度化したシリカ・ヒュームは約６２３．７ｋｇ／ｍ3の密度および６９℃の温度を有することが判明した。
【００５２】
（例２）
装置１００を使用して、組成の分からないシリカ・ヒュームを高密度化した。１６回運転し、結果を下表に要約した。運転ごとに、回転性部材１０２を７３２ｒｐｍの角速度で回転し、約３秒以内で速度を上昇させ、運転終了後、約３秒停止した。
【００５３】
【表１】
0004603688.tif 000003
【００５４】
例示したように、シリカ・ヒュームなどのばら粒状材料を高密度化するため、費用効果が高い方法および装置を提供することが、本発明の利点である。例示したように、方法および装置が、シリカ・ヒュームの高密度化に使用する従来の方法および装置より高い嵩密度までシリカ・ヒュームを高密度化できることが、本発明のさらなる利点である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  ばら粒状材料を高密度化するための本発明による装置の１つの実施形態の縦断面図を示す。
【図２】  図１の装置の回転性部材の３次元図を示す。
【図３】  ばら粒状材料を高密度化するための本発明による装置の別の実施形態の縦断面図を示す。
【図４】  図３の装置の回転性部材の３次元図を示す。
【図１】
0004603688.tif 000004
【図２】
0004603688.tif 000005
【図３】
0004603688.tif 000006
【図４】
0004603688.tif 000007