JP2005296873A - 固気混合エジェクタおよびジェットミル - Google Patents

Abstract

【課題】駆動ノズルから噴射される高圧作動気体に粉状体を巻き込んで高速噴射させる固気混合エジェクタにおいて、上記作動流体の運動エネルギーを上記粉状体の加速駆動に効率良く利用し、これによりその粉状体を高速で噴射させることができるようにした固気混合エジェクタと、この固気混合エジェクタを用いて破砕効率を向上させたジェットミルを提供する。
【解決手段】高速作動気体を流路の狭窄と拡開による流速変化を生じさせながら排出口へ導いて噴射放出させる不等径導流管１１を、吸気側セクションＳ１と排気側セクションＳ２の２セクションだけで構成するとともに、両セクションは、両者が接する境界から吸入口１２および排出口１３までの全長にわたって流路径が漸次増大する拡開形状をなすようし、さらに全流路長に対する排気側セクションＳ２の流路長の割合を８０％以上とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、粉状体を高圧気体と共に高速噴射させるのに使用する固気混合エジェクタとこのエジェクタを用いたジェットミルに関する。

固気混合エジェクタは、駆動ノズルから噴射された高圧作動気体に粉状体を巻き込ませて高速噴射させるのに使用される。たとえば特許文献１に記載のジェットミルにおいて、高速ガス（気体）旋回流が形成されている破砕室内に砕料である粉状体を高圧ガスと共に噴射供給するのに使用されている。その他、粉体と気体を混合状態で高速噴射する場面で使用されることが多い。

この固気混合エジェクタは、流路途中に狭窄部を有する不等径導流管を用いて構成される。この不等径導流管は、高圧作動気体を噴射する駆動ノズルの噴射口前方で吸入口が開口するとともに、この吸入口に導入された高圧作動気体を流路の狭窄と拡開による流速変化を生じさせながら排出口へ導くように形成され、上記吸入口の上流側に導入された粉状体を上記作動気体とともに上記不等径導流管に導いて上記排出口から高速噴射させる。

図５は、特許文献１などに開示されている従来の固気混合エジェクタの構成例を示す。同図において、（ａ）は固気混合エジェクタ１０’と駆動ノズル２０の組み合せ状態、（ｂ）はそのエジェクタ１０’の要部をなす不等径導流管１１’をそれぞれ断面図で示す。

同図に示すように、従来の固気混合エジェクタは、吸入口１２から排出口１３までの間に吸気側、中間、排気側の３つの導流セクションＺ１，Ｚ２，Ｚ３が順次設けられた不等径導流管１１’を用いて構成されている。

吸気側セクションＺ１（特許文献１の負圧発生部に相当）は、上流側の吸入口１２に向けて流路径が漸次拡大する拡開形状（ホーン状）が形成されている。この吸気側セクションＺ１では、駆動ノズル２０から噴射されて吸入口に導入された高速作動気体（ガス）が口径Ｄ１からＤ２までの流路狭窄により加速される。この加速流により発生する負圧により、吸入口１２側に導入された粉状体を上記作動気体に巻き込んでエジェクタ１０’内に導流させることができる。つまり、吸気側セクションＺ１は粉状体を吸入する負圧発生部を形成する。

上記吸気側セクションＺ１の下流端すなわち流路狭窄端には中間セクションＺ２（特許文献１のスロート部に相当）が連接している。この中間セクションＺ２は、上記吸気側セクションＺ１の最小流路径Ｄ２が所定長さ（ｈ）にわたって続く等径流路部によって形成されている。吸気側セクションＺ１に導流された作動気体と粉状体は、この中間セクションＺ２を通過する間に混合促進される。

上記中間セクションＺ２の下流端には排気側セクションＺ３が連接している。この排気側セクションＺ３は、下流側の排出口１３に向けて流路径が漸次拡大する拡開形状（ホーン状）に形成されている。中間セクションＺ２にて混合促進された固気混合体は、この排気側セクションＺ３で減圧されながら排出口へ導かれて噴射放出される。

特許第３３３５３１２号

上述した従来の技術では、吸気側セクションＺ１の下流端に、その吸気側セクションＺ１の最小流路径Ｄ２が等径で連続する中間セクションＺ２が介在させられている。この中間セクションＺ２は作動気体と粉状体の混合促進に寄与するとされている。したがって、良好な固気混合状態を得ることを目的とするならば、その中間セクションＺ２の介在は有効かも知れない。

しかし、たとえばジェットミルのように、砕料である粉状体を粉砕室内にできるだけ高速で噴射させることに着目した場合、上記中間セクションＺ２は、狭窄された最小流路径Ｄ２が連続することにより、粉状体の搬送キャリアである作動流体（作動気体）を減速させる流路抵抗を増大させ、その作動流体によって搬送される粉状体の噴射速度を低下させる原因になることが判明した。

つまり、上述した従来の固気混合エジェクタ１０’は、固気の混合状態を高めることを主目的とする用途には適しているが、作動気体により搬送される粉状体の噴射速度を高めることを主目的とする用途では、その作動気体の運動エネルギーが上記粉状体の加速に効率良く利用されない、という問題のあることが判明した。

本発明は以上のような技術背景を鑑みたものであって、その目的は、駆動ノズルから噴射される高圧作動気体に粉状体を巻き込んで高速噴射させる固気混合エジェクタにおいて、上記作動流体の運動エネルギーを上記粉状体の加速駆動に効率良く利用し、これによりその粉状体を高速で噴射させることができるようにした固気混合エジェクタを提供することにある。また、本発明は、砕料である粉状体の噴射速度を高めることにより破砕効率を向上させたジェットミルを提供することも目的とする。

本発明は固気混合エジェクタにおける解決手段として、次の（１）の手段を提供する。
（１）高圧作動気体を噴射する駆動ノズルの噴射口前方で吸入口が開口するとともに、この吸入口に導入された高圧作動気体を流路の狭窄と拡開による流速変化を生じさせながら排出口へ導いて噴射放出させる不等径導流管を有し、上記吸入口の上流側に導入された粉状体を上記作動気体とともに上記不等径導流管に導いて上記排出口から高速噴射させるようにした固気混合エジェクタにおいて、
上記不等径導流管は、上流の吸入口に向けて流路径が漸次拡大する吸気側セクションと、この吸気側セクションの下流端に連接するとともに、その下流端から排出口に向けて流路径が漸次拡大する排気側セクションとが同軸状に形成され、
吸気側セクションと排気側セクションはそれぞれ、両セクションが接する境界から吸入口および排出口までの全長にわたって流路径が漸次増大する拡開形状をなすとともに、全流路長に対する排気側セクションの流路長の割合が８０％以上であることを特徴とする固気混合エジェクタ。

上記手段（１）においては、さらに次のような手段を備えることが好適または望ましい。
（２）上記（１）の手段において、前記吸気側セクションの流路長が前記吸入口の口径と同寸または少なくともその口径の０．８倍以上２倍未満であることを特徴とする固気混合エジェクタ。

（３）上記（１）または（２）の手段において、前記吸入口径が前記境界での流路径の１．５倍以上３倍以下であることを特徴とする固気混合エジェクタ。

（４）上記（１）〜（３）のいずれかの手段において、前記吸気側セクションの流路径が、流路軸に直交して前記境界を通る線上に中心を置く円弧に沿って変化していることを特徴とする固気混合エジェクタ。

（５）上記（１）〜（４）のいずれかの手段において、前記排気側セクションの流路径が、流路軸に直交して前記境界を通る線上に中心を置く円弧に沿って変化していることを特徴とする固気混合エジェクタ。

（６）上記（１）〜（５）のいずれかの手段において、前記排気側セクションの流路径と前記吸気側セクションの流路径が、それぞれ流路軸に直交して前記境界を通る線上に中心を置く円弧に沿って変化するとともに、排気側セクションの流路径変化を規定する円弧の曲率半径が、吸気側セクションの流路径変化を規定する円弧の曲率半径の２５〜５０倍に設定されていることを特徴とする固気混合エジェクタ。

（７）上記（１）〜（６）のいずれかの手段において、前記吸入口の断面と、前記排出口の軸線と直交する断面とが略同径であることを特徴とする固気混合エジェクタ。

（８）上記（１）〜（７）のいずれかの手段において、前記吸入口が前記不等径導流管の外径まで拡開されていることを特徴とする固気混合エジェクタ。

また、本発明は、ジェットミルにおける解決手段するとして、次の（９）の手段を提供する
（９）上記（１）〜（９）のいずれかの手段において、円形または環状の粉砕室内に高圧気体を噴射して高速気体旋回流を形成させるとともに、その粉砕室内に砕料である粉状体を高圧気体と共に噴射供給することにより細粒化破砕を行わせるジェットミルにおいて、上記（１）〜（８）のいずれかに記載の固気混合エジェクタを用いて上記粉状体を上記粉砕室内に噴射供給させるようにしたことを特徴とするジェットミル。

駆動ノズルから噴射される高圧作動気体に粉状体を巻き込んで高速噴射させる固気混合エジェクタにおいて、上記作動流体の運動エネルギーを上記粉状体の加速駆動に効率良く利用し、これによりその粉状体を高速で噴射させることができるようにした固気混合エジェクタを提供することができる。また、砕料である粉状体の噴射速度を高めることにより破砕効率を向上させたジェットミルを提供することができる。

図１は本発明による固気混合エジェクタの一実施形態を示す。同図において、（ａ）は固気混合エジェクタ１０と駆動ノズル２０の組み合せ状態、（ｂ）はそのエジェクタ１０の要部をなす不等径導流管１１をそれぞれ断面図で示す。

同図に示す固気混合エジェクタ１０は固体である粉状体を作動期待とともに高速噴射させるものであって、吸入口１２と排出口１３の間に流路狭窄部を有する不等径導流管１１を用いて構成されている。この不等径導流管１１は、円形断面の流路が同軸方向に直線貫通するとともに、その軸線を中心に狭窄および拡開する不等径流路を形成する。

上記不等径導流管１１は、（ａ）に示すように、高圧作動気体を噴射する駆動ノズル２０の噴射口前方にて吸入口１２が開口するように設置されている。駆動ノズル２０と不等径導流管１１は一直線上に配置されている。駆動ノズル２０の噴射口と不等径導流管１１の間すなわち上記吸入口１２の上流側には、粉状体の供給空間部２２が形成されている。

駆動ノズル２０から吸入口１２に導入された高圧作動気体は、流路の狭窄と拡開による流速変化を生じながら排出口１３へ導流されて噴射放出される。これにともない、上記吸入口１２の上流側に導入された粉状体は、上記作動気体とともに上記不等径導流管１１に導かれて上記排出口１３から高速噴射されるようになっている。

上記不等径導流管１１には、（ｂ）に示すように、上流の吸入口１２に向けて流路径が漸次拡大する吸気側セクションＳ１と、この吸気側セクションＳ１の下流端に連接するとともに、その下流端から排出口１３に向けて流路径が漸次拡大する排気側セクションＳ２とが同軸状に形成されている。図示の実施形態では排出口１３が斜めに開いているが、軸線に直交する断面では吸入口１２と略等径（Ｄ１≒Ｄ３）に形成されている。

吸気側セクションＳ１と排気側セクションＳ２はそれぞれ、両セクションＳ１，Ｓ２が接する境界から吸入口１２および排出口１３までの全長にわたって流路径が漸次増大する拡開形状をなすとともに、吸気側セクションＳ１の流路長（ｈ）に対して排気側セクションＳ２の流路長ｊが十分に長くなるように構成されている。具体的には、全流路長（ｈ＋ｊ）に対する排気側セクションＳ２の流路長（ｊ）の割合が８０％以上（ｊ／（ｈ＋ｊ）≧０．８）となるように構成されている。

さらに、図示の実施形態では、吸気側セクションＳ１の流路長（ｈ）が上記吸入口の口径Ｄ１と略同寸に形成されている。上記吸入口径Ｄ１は上記境界での流路径（Ｄ２）の約２倍に形成されている。

吸気側セクションＳ１の流路径は、流路軸に直交して上記境界を通る線Ｌ１２上に中心を置く円弧に沿って変化するように形成されている。また、排気側セクションＳ２の流路径は、上記流路軸に直交して上記境界を通る線Ｌ１２上に中心を置く円弧に沿って変化するように形成されている。

つまり、吸気側セクションＳ１の流路径と排気側セクションＳ２の流路径は共に流路軸に直交して上記境界を通る線Ｌ１２上に中心を置く円弧に沿って変化するように形成され、これにより、前者は上記吸入口１２から上記境界に向かって狭窄する流路を形成し、後者は上記境界から上記排出口１３へ向かって漸次拡開するホーン状の流路を形成する。

排気側セクションＳ２の流路径変化を規定する円弧の曲率半径Ｒ２は、ホーン状の拡開形状が実効的に形成される範囲において、吸気側セクションＳ１の流路径変化を規定する円弧の曲率半径Ｒ１よりも十分に大きく設定されている。具体的は、Ｒ２／Ｒ１＝２５〜５０倍の範囲が適当である。また、上記吸入口１２と上記排出口１３は略同径に形成されている。

上述した実施形態の固気混合エジェクタ１０では、まず、駆動ノズル２０から噴射された高速作動気体（ガス）が吸気側セクションＳ１の流路狭窄により加速されるが、この加速流により発生する負圧により、吸入口１２側に導入された粉状体が上記作動気体に巻き込まれる形で不等径導流管１１内を導流させられる、そして、吸気側セクションＳ１の流路狭窄部を作動気体とともに加速されながら通過する。

吸気側セクションＳ１にて加速された固気混合気体は、この吸気側セクションＳ１の下流端に連接する排気側セクションＳ２に導流され、ここで漸次減圧されながら排出口へ導かれて噴射放出される。

ここで注目すべきは、吸気側セクションＳ１の流路狭窄部にて加速された作動気体と粉状体の混合体は、縮径流路が連続する中間セクションを通過することなく、排気側セクションＳ２へ導かれて噴射放出されることであり、これにより、混合気体の運動エネルギーを減じる流路抵抗を大幅に少なくして粉状体の高速噴射を可能にすることができる。

この場合、中間セクション（スロート部）が介在しないことにより、作動気体と粉状体の混合率低下が懸念されるが、中間セクションの長さ部分を排気側セクションＳ２の長さに置き換えたことにより、つまり排気側セクションＳ２の長さ（ｊ）を中間セクションの分だけ長くしたことにより、その排気側セクションＳ２において固気混合が相当程度に促進されることが判明した。

上述したように、本発明に係る固気混合エジェクタ１０では、中間セクションを介在させず、吸気側セクションＳ１と排気側セクションＳ２だけの２セクション構成とすることにより、駆動ノズル２０から噴射される高圧作動気体の運動エネルギーを粉状体の加速駆動に効率良く作用させることができ、これによりその粉状体を高速で噴射させることができる。

本発明に係る固気混合エジェクタ１０では、吸気側セクションＳ１の流路長ｈが吸入口の口径Ｄ１と同寸または少なくともその口径Ｄ１の０．８倍以上２倍未満であることが好ましい。０．８倍未満では作動気体と吸入口１２内壁面間に作用する抵抗が増大し、２倍以上では粉状体を作動気体に巻き込んで加速する際の効率が低下する。

また、吸入口径Ｄ１と上記境界での流路径の比（Ｄ１／Ｄ２）は、１．５倍以上３倍以下であることが好ましい。１．５倍未満では流路狭窄が不充分なことにより負圧発生効率が低下する一方、３倍を超えると狭窄部での流路が狭くなり過ぎて流路抵抗が増大がする。

吸気側セクションＳ１の流路径は、前述したように、流路軸に直交して上記境界を通る線Ｌ１２上に中心を置く円弧に沿って変化させているが、これにより、流路狭窄による作動気体の加速を円滑にすることができる。同様に、排気側セクションＳ２の流路径も、前述したように、流路軸に直交して上記境界を通る線Ｌ１２上に中心を置く円弧に沿って変化させているが、これは、吸気側Ｓ１セクションにて加速された固気混合体をその運動エネルギーを保ちつつ緩やかに減圧して高速噴射させるのに有効である。

同様の理由により、排気側セクションＳ２の流路径変化を規定する円弧の曲率半径Ｒ２は、吸気側セクションＳ１の流路径変化を規定する円弧の曲率半径Ｒ１の２５〜５０倍の範囲が好適である。

図２は、本発明による固気混合エジェクタの別の実施形態を示す。同図において、（ａ）は固気混合エジェクタ１０と駆動ノズル２０の組み合せ状態、（ｂ）はそのエジェクタ１０の要部をなす不等径導流管１１をそれぞれ断面図で示す。
図１に示した実施形態との相違点に着目すると、図２に示す実施例体では、吸気口１２の開口が導流管１１の外径Ｄ４まで拡開している（Ｄ１≒Ｄ４）。つまり、導流管１１の縁端面がエッジ状になっているが、これにより、粉状体の吸入効率を高めることができる。

図３は、本発明による固気混合エジェクタを用いたジェットミル３０の要部断面を示す。図４は、図３のＡ−Ａ部分断面を省略して示す。なお、図１，２と共通する部分については共通符号で示す。

図３および図４に示すジェットミル３０は、円形または環状の粉砕室３２内に高圧ガスを噴射して高速ガス旋回流を形成させるとともに、その粉砕室３２内に砕料である粉状体を高圧ガスと共に噴射供給することにより細粒化破砕を行わせるものであって、上記粉状体を上記粉砕室３２内に噴射供給させる部分に上述した固気混合エジェクタ１０を使用している。

同図についてさらに詳細に説明すると、旋回粉砕室３２は円盤状または環状空間部により形成されている。この旋回粉砕室３２の内周壁に沿って７個の粉砕ノズル３３と１つの固気混合エジェクタ１０が等角間隔で配設されている。各粉砕ノズル３３および固気混合エジェクタ１０それぞれ同一回転方向に向けて気体の高速噴射を行うように配設されている。各粉砕ノズル３３および固気混合エジェクタ１０の駆動ノズル２０にはそれぞれ、高圧作動気体（ガス）供給装置４０から高圧作動気体（ガス）が供給されるようになっている。

旋回粉砕室３２の底部中央には略円錐状のセンター凸部３５が形成されている。このセンター凸部３５の上方に筒状の微粉体排出口３６が同軸状に立設されている。砕料は、砕料供給部３７から供給空間部２２に導入されてエジェクタ１０により旋回粉砕室３２内に高速噴射される。粉砕室３２内に噴射された砕料は、粉砕ノズル３３と１つの固気混合エジェクタ１０の噴射により形成される高速旋回流による粒子間衝突により破砕されて微粉化される。この微粉化された粉体（微粉体）はセンター凸部３５上の微粉体排出口３６に導出される。

上記実施形態のジェットミルは、本発明の固気混合エジェクタを用いたことにより、砕料である粉状体の噴射速度を高めることができ、これにより破砕効率を向上させることができる。

以上、本発明をその代表的な実施例に基づいて説明したが、本発明は上述した以外にも種々の態様が可能である。たとえば、本発明は、粉状体を高速で噴射する用途においてジェットミル以外にも好適に用いることができる。

駆動ノズルから噴射される高圧作動気体に粉状体を巻き込んで高速噴射させる固気混合エジェクタにおいて、上記作動流体の運動エネルギーを上記粉状体の加速駆動に効率良く利用し、これによりその粉状体を高速で噴射させることができるようにした固気混合エジェクタを提供することができる。また、砕料である粉状体の噴射速度を高めることにより破砕効率を向上させたジェットミルを提供することができる。

本発明による固気混合エジェクタの一実施形態を示す要部断面図である。 本発明による固気混合エジェクタの別の実施形態を示す要部断面図である。 本発明による固気混合エジェクタを用いたジェットミルの要部を示す省略断面である。 図３のＡ−Ａ矢視部分を示す省略断面図である。 従来の本発明による固気混合エジェクタの別の実施形態を示す要部断面図である。

符号の説明

１０ エジェクタ
１１ 不等径導流管
１２ 吸入口
１３ 排出口
Ｓ１ 吸気側セクション
Ｓ２ 排気側セクション
２０ 駆動ノズル
２２ 粉状体の供給空間部
３０ ジェットミル
３２ 旋回粉砕室
３３ 粉砕ノズル
３５ センター凸部
３６ 微粉体排出口
３７ 砕料供給部
４０ 高圧作動気体（ガス）供給装置

Claims (9)

1. 高圧作動気体を噴射する駆動ノズルの噴射口前方で吸入口が開口するとともに、この吸入口に導入された高圧作動気体を流路の狭窄と拡開による流速変化を生じさせながら排出口へ導いて噴射放出させる不等径導流管を有し、上記吸入口の上流側に導入された粉状体を上記作動気体とともに上記不等径導流管に導いて上記排出口から高速噴射させるようにした固気混合エジェクタにおいて、
   上記不等径導流管は、上流の吸入口に向けて流路径が漸次拡大する吸気側セクションと、この吸気側セクションの下流端に連接するとともに、その下流端から排出口に向けて流路径が漸次拡大する排気側セクションとが同軸状に形成され、
   吸気側セクションと排気側セクションはそれぞれ、両セクションが接する境界から吸入口および排出口までの全長にわたって流路径が漸次増大する拡開形状をなすとともに、全流路長に対する排気側セクションの流路長の割合が８０％以上であることを特徴とする固気混合エジェクタ。
2. 前記吸気側セクションの流路長が前記吸入口の口径と同寸または少なくともその口径の０．８倍以上２倍未満であることを特徴とする請求項１に記載の固気混合エジェクタ。
3. 前記吸入口径が前記境界での流路径の１．５倍以上３倍以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の固気混合エジェクタ。
4. 前記吸気側セクションの流路径が、流路軸に直交して前記境界を通る線上に中心を置く円弧に沿って変化していることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の固気混合エジェクタ。
5. 前記排気側セクションの流路径が、流路軸に直交して前記境界を通る線上に中心を置く円弧に沿って変化していることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の固気混合エジェクタ。
6. 前記排気側セクションの流路径と前記吸気側セクションの流路径が、それぞれ流路軸に直交して前記境界を通る線上に中心を置く円弧に沿って変化するとともに、排気側セクションの流路径変化を規定する円弧の曲率半径が、吸気側セクションの流路径変化を規定する円弧の曲率半径の２５〜５０倍に設定されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の固気混合エジェクタ。
7. 前記吸入口の断面と、前記排出口の軸線と直交する断面とが略同径であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の固気混合エジェクタ。
8. 前記吸入口が前記不等径導流管の外径まで拡開されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の固気混合エジェクタ。
9. 円形または環状の粉砕室内に高圧気体を噴射して高速気体旋回流を形成させるとともに、その粉砕室内に砕料である粉状体を高圧気体と共に噴射供給することにより細粒化破砕を行わせるジェットミルにおいて、請求項１〜８のいずれかに記載の固気混合エジェクタを用いて上記粉状体を上記粉砕室内に噴射供給させるようにしたことを特徴とするジェットミル。

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