JP5905204B2 - 粉体搬送システム - Google Patents

Description

本発明は粉体搬送システムに関する。

包装袋内の粉体（例えば、二次電池の電極材料用のカーボン微粒子等）を包装袋から取り出し、後工程（例えば、ミキサーによる粉体撹拌工程）に送ることができる粉体搬送システムが、従来から知られている。

この種の粉体搬送システムは、例えば、包装袋から取り出した粉体の計量に用いる計量ホッパおよびロードセル、包装袋から計量ホッパ内に粉体を吸引移送（空気輸送）できるエジェクタポンプ、粉体を含む粉体空気流を空気と粉体とに分離できるフィルタ内蔵の分離器（例えば、サイクロン）、計量ホッパ内の粉体のミキサーへの送り込みに用いるスクリューフィーダ（排出装置）等、各種機器により構成されている。

ところで、上記従来例では、サイクロンにおいて分離後の空気を外部（例えば、工場建屋内や屋外）に排気している。しかし、粉体空気流中の粉体が、サイクロンにより完璧にトラップできるとは言い難い（換言すると、完璧にトラップするには、高価な分離器が必要となる）。よって、この場合、粉体の外部への飛散が生じ、作業環境が悪化するという問題がある。例えば、粒度が１００ナノメートル以下の特殊なカーボン微粒子が外部に飛散すると、その取り扱いが厄介になることが知られている。

このため、上記粉体空気流から分離後の空気を粉体の供給系に戻し、これを再利用するという閉ループの空気流路を形成することが、粉体による作業環境汚染を抑制できて好ましいと考えられている。そして、かかる閉ループの空気流路を備える粉体搬送システムがすでに提案されている（例えば、特許文献１、２、３参照）。

特開昭５６−５２３２５ 特開平３−２８８７２３ 特開平８−１６５０２１

しかし、上記特許文献１〜３の粉体搬送システムでは、何れも、包装袋等の粉体容器の開封口を大気開放にし、粉体を粉体容器から粉体供給器（ホッパ等）に移し替える必要がある。よって、このような粉体の移し替えの途中において、粉体の飛散が生じ、作業環境が悪化する。つまり、以上の粉体搬送システムは、粉体の外部への飛散防止という点からは中途半端なシステムに陥っており、未だ改善の余地がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、粉体の外部への飛散を従来例よりも抑制できる粉体搬送システムを提供することを目的とする。

本件発明者等は、粉体の外部飛散の適切な防止には、粉体容器の開封口から最終の粉体の収容室（例えば、計量ホッパ等）まで、気体（例えば、空気）の流路を密閉することが必須であると考えている。

本発明は、このような知見に基づいて案出できたものであり、粉体容器内の粉体の取り出しに用いる密閉ボックスと、前記密閉ボックス内の粉体を含む粉体気流を通す第１流路と、前記粉体気流を前記粉体と気体とに分離する分離器と、前記分離器により前記粉体気流から分離された前記気体を通す第２流路と、前記分離器により前記粉体気流から分離された前記粉体を、密閉状態において収容できる収容室と、前記粉体を前記密閉ボックスから前記分離器に向かう方向に移送できる移送手段と、を備え、前記第１流路および前記第２流路は、前記密閉ボックス内の粉体気流中の気体が、前記移送手段の駆動力により前記分離器を経由して前記密閉ボックスに戻ることができる閉ループを構成している、粉体搬送システムを提供する。

かかる構成により、粉体容器の開封口から最終の収容室まで密閉でき、第１流路および第２流路を用いて、粉体を粉体容器から収容室に移送することができる。よって、本発明の粉体搬送システムでは、粉体の外部（例えば、工場建屋内や屋外）への飛散を従来例よりも抑制できる。その結果、粉体による作業環境汚染を適切に防止できる。

また、本発明の粉体搬送システムは、前記粉体の前記分離器への移送に用い、前記第１流路を形成する配管を備えてもよく、前記移送手段を前記配管に取り付けてもよい。

また、本発明の粉体搬送システムは、前記気体の前記密閉ボックスへの環流に用い、前記第２流路を形成する配管を備えてもよく、前記移送手段を前記配管に取り付けてもよい。

また、本発明の粉体搬送システムは、前記配管は、前記粉体の移送方向において上り勾配を形成する上り勾配配管を含んでもよく、前記上り勾配配管が、蛇管またはループ管を構成してもよい。

本発明によれば、粉体の外部への飛散を従来例よりも抑制できる粉体搬送システムが得られる。

図１は、本発明の実施形態による粉体搬送システムの一例を示した図である。 図２は、本発明の第１変形例による粉体搬送システムの一例を示した図である。 図３は、本発明の第２変形例による粉体搬送システムの一例を示した図である。 図４は、図３の上り勾配配管の要部を示した図である。 図５は、上り勾配配管の他の例の要部を示した図である。

以下、本発明の実施形態による粉体搬送システムの具体的な構成例について、図面を参照しながら説明する。

なお、以下では全ての図面を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する場合がある。

また、以下の具体的な説明は、上記粉体搬送システムの特徴を例示しているに過ぎない。例えば、上記粉体搬送システムを特定した用語と同じ用語或いは相当する用語に適宜の参照符号を付して以下の具体例を説明する場合、当該具体的な構成要素は、これに対応する上記粉体搬送システムの構成要素の一例である。

従って、上記粉体搬送システムの特徴は、以下の具体的な説明によって限定されない。

（実施形態）
図１は、本発明の実施形態による粉体搬送システムの一例を示した図である。図１（ａ）は、上記粉体搬送システムの全体を模式的に平面視した図である。また、図１（ｂ）は、図１（ａ）の密閉ボックス（グローブボックス）を側面視した図である。

なお、ここでは、粉体搬送システムの構成を理解し易くする趣旨から、粉体搬送システムの各部の内部の様子についても、適宜、図中において表している。

図１に示すように、粉体搬送システム１００は、ポリエチレンフィルム等の包装袋Ｐ（粉体容器）内の粉体Ｍの取り出しに用いるグローブボックス１０を備える。

グローブボックス１０は、外気を遮断して作業する場合に利用される機密性の高いステンレス製の筐体１５を備え、この筐体１５には、作業者が筐体１５の内部の様子を確認しながら作業が行えるよう、覗き窓１２とグローブ１３が配置されている。

また、グローブボックス１０の筐体１５の側壁には、開閉扉１１が配置されている。この開閉扉１１を開くことにより（図１の実線参照）、ベルトコンベア１７上の包装袋Ｐを、グローブボックス１０内のローラーコンベア１８上に受け入れることができる。そして、開閉扉１１を閉めることにより（図１の二点鎖線参照）、グローブボックス１０の内部を密閉できる。このとき、作業者は、密閉状態のグローブボックス１０内の包装袋（図示せず）を覗き窓１２から確認しながら、グローブ１３を用いて包装袋を開封できる。すると、粉体Ｍは、重力の作用により、ローラーコンベア１８のローラ間から下方に自然落下する。

図１に示すように、グローブボックス１０のローラーコンベア１８の下方には、略逆錐状のファンネル１４が配され、ファンネル１４の先端部に排出口１４Ａが設けられている。

これにより、ファンネル１４は、ファンネル１４内に落ちる粉体Ｍを排出口１４Ａに集め、ここから粉体Ｍを送り配管２０（後述）に送ることができる。なお、ファンネル１４の下端部には、エアースライド装置１６が設けられ、これにより、粉体Ｍに空気を含ませて粉体Ｍを流動化できる。

図１に示すように、粉体搬送システム１００は、グローブボックス１０内の粉体Ｍの移送に用いる送り配管２０と、粉体Ｍを含む粉体空気流を粉体Ｍと空気とに分離可能なフィルタ２５Ａ内蔵のサイクロン２５（分離器）と、送り配管２０の途中に配置されたダイヤフラムポンプ３０と、を備える。なお、送り配管２０の一端は、ファンネル１４の排出口１４Ａと接続し、その他端は、サイクロン２５内に延びている。

このように、送り配管２０は、粉体Ｍを含む粉体空気流を通す流路を形成している。また、ダイヤフラムポンプ３０は、送り配管２０内の上記器粉体空気流を吸入および排出することにより、送り配管２０内の粉体Ｍをグローブボックス１０からサイクロン２５に向かう方向に移送できる移送手段として機能する。

但し、以上のサイクロン２５およびダイヤフラムポンプ３０の構成自体は周知である。よって、ここでは、これらの機器２５、３０の詳細な説明は省略する。

また、図１に示すように、粉体搬送システム１００は、サイクロン２５により粉体空気流から分離された粉体Ｍを計量できる計量器４０を備える。

計量器４０は、図１に示すように、サイクロン２５の下方に配置され、密閉状態において粉体Ｍを収容できる計量ホッパ４１（粉体Ｍの収容室）と、計量ホッパ４１に連結された荷重検知器（ロードセル）ＬＣと、計量ホッパ４１の底部に設けられたスクリューフィーダ４３（粉体Ｍの排出装置）と、を備える。なお、ロードセルＬＣは、架台４４上に配置されている。

分離後の粉体Ｍが、重力の作用により自然落下するときに、粉体Ｍは、計量ホッパ４１内に一時的に保持される。

一方、スクリューフィーダ４３は、スクリューフィーダ４３の駆動部４３Ａと、駆動部４３Ａの回転軸に連結されたスクリュー４３Ｂと、を備える。図１に示すように、スクリューフィーダ４３のスクリュー４３Ｂは、計量ホッパ４１内の底部を貫通し、その先端が、後工程に用いられるミキサー５０のホッパ５１の上方に到達するよう、配置されている。そして、モータ及びギア等からなる駆動部４３Ａによって、スクリューフィーダ４３のスクリュー４３Ｂが回転すると、計量ホッパ４１の底部に一時的に保持された粉体Ｍがスクリューフィーダ４３の先端方向へ送られて、粉体Ｍがその先端から排出される。

これにより、粉体Ｍが、ミキサー５０のホッパ５１に供給され、その結果、粉体Ｍは、ミキサー５０において撹拌される。なお、ホッパ５１に蓋（図示せず）を設け、スクリューフィーダ４３からホッパ５１への粉体Ｍの排出途中において、粉体Ｍが外部に飛散しないよう、ホッパ５１を密閉する必要がある。

計量ホッパ４１は、ロードセルＬＣにより支持され、これにより、ロードセルＬＣから出力される荷重信号（電気信号）が、周知の信号処理回路（Ａ／Ｄ変換器、アンプ、フィルタ等；図示せず）を経て制御器２００に入力される。

制御器２００は、例えば、ＣＰＵと、このＣＰＵの動作プログラム及び動作パラメータ等が記憶されているＲＯＭ及びＲＡＭのメモリ等を備えたマイクロコントローラ等からなる。制御器２００のＣＰＵがＲＯＭに記憶されている動作プログラムを実行することにより、粉体搬送システム１００全体の動作の制御等を行う。また、制御器２００は、ロードセルＬＣから出力される荷重信号を受け取り、この荷重信号に基づいて計量ホッパ４１に保持されている粉体Ｍの重量を算出する重量算出手段として機能する。

計量ホッパ４１からの粉体Ｍの排出には、バッチ排出と、ロスイン排出と、がある。バッチ排出では、制御器２００が、計量ホッパ４１内の粉体Ｍの重量を計量した後、全ての粉体Ｍが排出される。一方、ロスイン排出では、単位時間当たりの粉体Ｍの排出流量を設定し、この流量になるように排出装置の運転速度（本例では、スクリュー４３Ｂの回転数）をコントロールしながら所望の流量で粉体Ｍが排出される。なお、このロスイン排出では、制御器２００は、ロードセルＬＣを用いて計量ホッパ４１内の粉体Ｍの重量を常時監視し、粉体Ｍの排出前の初期重量から丁度設定された重量分だけ、計量ホッパ４１内の粉体Ｍの重量が減少したときに、スクリュー４３Ｂの回転を停止させる。これにより、粉体Ｍの排出量を高精度に調整できる。

また、図１に示すように、粉体搬送システム１００は、サイクロン２５により、粉体空気流から分離された空気のグローブボックス１０への環流に用いる戻り配管６０を備える。つまり、戻り配管６０の一端が、サイクロン２５の排出口（フィルタ２５Ａ）と接続し、その他端は、上記エアースライド装置１６に接続し、これにより、戻り配管６０は、粉体空気流から分離された空気を通す流路を形成している。

以上により、ダイヤフラムポンプ３０による粉体空気流の吸入および排出の作用を用いて、粉体空気流から分離された空気をエアースライド装置１６に戻すことができる。その結果、ファンネル１４内の粉体Ｍをファンネル１４外（ここでは、送り配管２０）に運ぶ粉体空気流の空気として、上記戻り空気を、グローブボックス１０において再利用できる。

なお、図１に示すように、戻り配管６０は、分岐部６１において分岐する分岐配管６２を備え、分岐配管６２は、エアースライド装置１６の上方のファンネル１４内に連通している。また、分岐配管６２の途中に、分岐配管６２内を流れる空気量を調整するための調整弁６３が設けられている。これにより、調整弁６３を用いて、エアースライド装置１６に送る空気量を適量に調整することができる。

このようにして、本実施形態の粉体搬送システム１００では、送り配管２０および戻り配管６０は、グローブボックス１０内の粉体空気流中の空気が、ダイヤフラムポンプ３０の駆動力によりサイクロン２５を経由してグローブボックス１０に戻ることができる密閉状態の閉ループ（以下、単に「閉ループ」と略す場合がある）を構成している。

かかる構成により、包装袋Ｐの開封口から最終の計量ホッパ４１まで密閉でき、送り配管２０および戻り配管６０を用いて粉体Ｍを包装袋Ｐから計量ホッパ４１に移送することができる。よって、本実施形態の粉体搬送システム１００では、粉体Ｍの外部（例えば、工場建屋内や屋外）への飛散を従来例よりも抑制できる。その結果、粉体Ｍによる作業環境汚染を適切に防止できる。また、粉体Ｍの無駄な放出を防止できるという利点もある。

また、送り配管２０および戻り配管６０が、閉ループを構成しているので、粉体空気流中の空気量を必要最小限に制御でき、ダイヤフラムポンプ３０の動力を省力化できる。

また、送り配管２０および戻り配管６０が、閉ループを構成しているので、サイクロン２５において粉体空気流から粉体および空気への分離が完璧である必要はなく、サイクロン２５を簡素に構成できる。よって、粉体搬送システム１００Ａのコストアップを抑制できる。

（第１変形例）
図２は、本発明の第１変形例による粉体搬送システムの一例を示した図である。

本変形例の粉体搬送システム１００Ａが、実施形態の粉体搬送システム１００（図１）と異なるところは、ポンプ３０Ａの位置であり、実施形態の粉体搬送システム１００では、粉体Ｍを含む粉体空気流が直接、ダイヤフラムポンプ３０内を通るのに対し、本変形例の粉体搬送システム１００Ａでは、ポンプ３０Ａが、戻り配管６０側に設けられている。よって、ポンプ３０Ａ内には、サイクロン２５を用いて、粉体空気流から粉体Ｍが分離された空気のみが通る。

なお、本変形例の粉体搬送システム１００Ａでは、ポンプ３０Ａの駆動力により、計量ホッパ４１を含む流路内が減圧され、これにより、粉体Ｍが空気とともに吸い上げられる吸引型の空気輸送が行われる。

以上により、本変形例の粉体搬送システム１００Ａは、ポンプ３０Ａ内を粉体Ｍが殆ど通過しないので、ポンプ３０Ａとして、ダイヤフラムポンプ以外にも、他のポンプ、例えば、ターボブロワ等の回転型送風機（吸気機）を用いることができる。

また、粉体の空気輸送の場合、一般的に、大量の空気が、外部（例えば、工場建屋内や屋外）に排出されるので、このような空気を清浄するのに、粉体空気流の分離器が大規模な装置になり、装置コストが嵩むという不都合がある。

これに対し、本変形例の粉体搬送システム１００Ａでは、上述のとおり、粉体空気流中の空気は外部に排出されない。このため、サイクロン２５において粉体空気流から粉体および空気への分離が完璧である必要はなく、サイクロン２５を簡素に構成できる。よって、粉体搬送システム１００Ａのコストアップを抑制できる。

一方、計量ホッパ４１の底部のスクリューフィーダ４３として、外気が逆流しない構造を備えるフィーダを用いる必要がある。また、空気が通過しやすい粉体Ｍの場合、ポンプ３０Ａの能力を上げて、空気の流れに粉体Ｍを乗せる、いわゆる低濃度浮遊流型空気輸送に近い形態にする必要もある。

（第２変形例）
図３は、本発明の第２変形例による粉体搬送システムの一例を示した図である。図４は、図３の上り勾配配管の要部を示した図である。

実施形態の粉体搬送システム１００では、ダイヤフラムポンプ３０の脈動によって一時的に粉体空気流の流量が少なくなる。すると、粉体Ｍの移送方向において上り勾配を形成する上り勾配配管（例えば、鉛直方向に延びる配管）では、粉体空気流を一気に送ることができず、重力の作用により、粉体空気流の粉体が空気と分離して配管内を落下する場合がある。この場合、配管の下方に粉体が集まる。最悪、通気性のある粉体の場合、空気だけが流れて粉体が配管内に残り、配管内が粉体によりブロックされ、その結果、粉体を移送できない事態にも発展し得る。

そこで、送り配管２０Ａが、粉体Ｍの移送方向において上り勾配を形成する上り勾配配管を含む場合、図３および図４に示す如く、上り勾配配管は、単純な直管構造よりも、水平部１２０Ａと折り返し部１２０Ｂとからなる蛇管１２０を構成している方が好ましい。

これにより、ダイヤフラムポンプ３０の脈動によって上記粉体空気流が一時的に途切れても、粉体Ｍを蛇管１２０の水平部１２０Ａにおいて保持でき、次回の粉体空気流の発生時、粉体Ｍを上段の水平部１２０Ａに送ることができる。

なお、ここでは、詳細な説明は省略するが、図４の蛇管１２０に代えて、図５に示す如く、ループ部１３０Ａと、両隣のループ部１３０Ａを連結する鉛直部１３０Ｂとを備えるループ管１３０でも、上記と同じ効果が得られる。

（第３変形例）
本実施形態の粉体搬送システム１００では、粉体Ｍを運ぶため、粉体空気流を用いているが、これに限らない。送り配管２０および戻り配管６０が、閉ループを構成しているので、粉体を運ぶ気体として、例えば、粉体Ｍと反応が起こりにくい不活性ガス等を用いてもよい。

（第４変形例）
本実施形態の粉体搬送システム１００では、ミキサー５０に供給する粉体Ｍの種類が一つである例を示しているが、これに限らない。例えば、ミキサー５０に供給する粉体の種類が複数の場合、複数台の粉体搬送システムを用いて、粉体の種類に応じて予め設定された比率に基づき、粉体のそれぞれの単位時間当たりの供給量を設定どおりに制御し、複数種の粉体をミキサー５０のホッパ５１に供給するとよい。

本発明によれば、粉体の外部への飛散を従来例よりも抑制できる粉体搬送システムが得られる。よって、本発明は、粉体容器内の粉体（例えば、二次電池の電極材料用のカーボン微粒子等）を粉体容器から取り出し、後工程（例えば、ミキサによる粉体撹拌工程）に送ることができる粉体搬送システムに利用できる。

１０ グローブボックス
１１ 開閉扉
１２ 覗き窓
１３ グローブ
１４ ファンネル
１５ 筐体
１６ エアースライド装置
１７ ベルトコンベア
１８ ローラーコンベア
２０ 送り配管
２５ サイクロン
３０ ダイヤフラムポンプ
４０ 計量器
４１ 計量ホッパ
４３ スクリューフィーダ
４４ 架台
５０ ミキサー
５１ ホッパ
６０ 戻り配管
６１ 分岐部
６２ 分岐配管
６３ 調整弁
１００、１００Ａ、１００Ｂ 粉体搬送システム
１２０ 蛇管
１３０ ループ管
２００ 制御器
ＬＣ ロードセル
Ｍ 粉体
Ｐ 包装袋

Claims (4)

1. 粉体容器内の粉体の取り出しに用いる密閉ボックスと、
   前記密閉ボックス内に配されたファンネルと、
   前記ファンネル内の粉体を含む粉体気流を通す第１流路と、
   前記粉体気流を前記粉体と気体とに分離する分離器と、
   前記ファンネルの下端部に設けられたエアースライド装置と、
   前記分離器により前記粉体気流から分離された前記気体を通し、前記エアースライド装置と接続された第２流路と、
   前記分離器により前記粉体気流から分離された前記粉体を、密閉状態において収容できる収容室と、
   前記粉体を前記ファンネルから前記分離器に向かう方向に移送できる移送手段と、
   を備え、
   前記第１流路および前記第２流路は、前記密閉ボックスの前記ファンネル内の粉体気流中の気体が、前記移送手段の駆動力により前記分離器を経由して前記密閉ボックス内のエアースライド装置に戻ることができる閉ループを構成している、粉体搬送システム。
2. 前記粉体の前記分離器への移送に用い、前記第１流路を形成する配管を備え、
   前記移送手段は、前記配管に取り付けられている、請求項１に記載の粉体搬送システム。
3. 前記気体の前記密閉ボックスへの環流に用い、前記第２流路を形成する配管を備え、
   前記移送手段は、前記配管に取り付けられている、請求項１に記載の粉体搬送システム。
4. 前記配管は、前記粉体の移送方向において上り勾配を形成する上り勾配配管を含み、
   前記上り勾配配管が、蛇管またはループ管を構成している、請求項２に記載の粉体搬送システム。

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