JP2010112563A - 水平式回転容器形粉体処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】筒状回転容器内の気密精度を著しく高めることができ、真空雰囲気下での粉体処理を極めて容易に行うことができる水平式回転容器形粉体処理装置を提供する。
【解決手段】本発明の水平式回転容器形粉体処理装置１は、水平方向の軸を中心として回転可能に設置された筒状回転容器２と、筒状回転容器２に取り付けられ筒状回転容器２内の気体を排出するための真空雰囲気形成手段３と、筒状回転容器２の一端に設けられ粉体の供給口および排出口を構成する開口端４と、開口端４内に挿入されると共に筒状回転容器２の軸と同軸方向に移動可能に設けられた粉体供給管体５と、粉体供給管体５の外面において回転可能に取り付けられた回転弁６とを有し、回転弁６は粉体供給管体５の筒状回転容器２側への移動に伴って開口端４に当接して封止すると共に筒状回転容器２の回転に伴って回転可能に構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ロータリーキルン、ロータリードライヤー、またはロータリー混合機等の筒状回転容器内に粉体原料を供給し、円筒形容器の回転により粉体原料を攪拌させ、焼成（ロータリーキルン）、乾燥（ロータリードライヤー）、混合（ロータリー混合機）などを行う水平式回転容器形粉体処理装置に関する。

従来の水平式回転容器形粉体処理装置としては、例えば特開２００２−２０６８６２号公報に示された構造のものが一般に使用されている。
この水平式回転容器形粉体処理装置８０のロータリーキルンであり、その基本構造は、図８に示すように、筒状回転容器８１と、筒状回転容器８１を回転させるための駆動手段（図示しない）と、筒状回転容器８１の外面に沿って円環状に固設されたタイヤ８２，８３と、タイヤ８２，８３の回転を許容しつつ支持する受けローラー８４，８５と、タイヤ８２，８３の間において筒状回転容器８１の周囲に設けられ筒状回転容器８１を加熱するための雰囲気室８６と、筒状回転容器８１の一端側に設けられ粉体原料を供給するための原料供給チャンバー８７と、筒状回転容器８１の他端側に設けられ処理された粉体を排出するための排出チャンバー８８とを有した構造となっている。

そして、この水平式回転容器形粉体処理装置８０によって粉体処理（焼成）を行う場合は、原料供給チャンバー８７側から原料供給手段８９によって回転する筒状回転容器８１内に粉体原料を供給する。筒状回転容器８１は雰囲気室８６の作用により加熱されているため、内部に供給された粉体原料が焼成される。焼成された粉体は筒状回転容器８１が傾斜されることで、次第に排出チャンバー８８側に移行し排出チャンバー８８の下端に設けられた排出口９０から排出されるように構成されている。

ところで、このようなロータリー方式の粉体処理（焼成、乾燥または混合処理等）は、通常、大気圧下もしくは低真空雰囲気（数千Ｐａ）下で行われているが、近年の産業界の要望では、筒状回転容器内の圧力を０．１〜１Ｐａ程度まで下げて粉体処理を行うことが求められている。例えば、焼成では、金属酸化物粉末や無機鉱物粉末に対して熱変成を行う場合、還元操作を行う場合、さらには、高温下で酸化を嫌う素材の熱処理を行う際や水素脆性金属を熱処理する際には不活性ガス（アルゴン等）や還元性ガス（水素等）を筒状回転容器内に充填するが、これに先立って筒状回転容器内を真空にして前記ガスの置換操作が行われている。そのような場合には、筒状回転容器内の圧力を０．１〜１Ｐａ程度まで下げる必要がある。

しかし、従来の水平式回転容器形粉体処理装置８０では、筒状回転容器（回転部分）８１と原料供給チャンバー（定置部分）８５や排出チャンバー（定置部分）８６との隙間をパッキン材（ＯリングやＸリング等）で封止してはいるが高い精度でシールすることが困難で筒状回転容器８１内の気密性を保持できなかった。また、この気密性を保持するためには、筒状回転容器８１の回転軸が変動しないことが必要であるが、タイヤ８２，８３の摩耗、受けローラー８４，８５の摩耗、或いは筒状回転容器８１の製造上の真円度などが原因で回転軸を一定に保つことができず、筒状回転容器８１内を略真空に保つことが困難であった。さらに、筒状回転容器（回転部分）８１の直径が大きくなる程、筒状回転容器（回転部分）８１の相対速度が大きくなる程、定置部分とのシールが困難であり、略真空雰囲気下での粉体処理が求められる場合は、筒状回転容器８１にハッチ（蓋体）を設けハッチの開閉による回分操作（バッチ操作）に依らざるを得なかった。
特開２００２−２０６８６２号公報

そこで、本願発明者は、上記問題点を一挙に解決できる水平式回転容器形粉体処理装置を想起し本発明を完成するに至ったものであり、すなわち、本発明の課題は、筒状回転容器内の気密精度を著しく高めることができ、真空雰囲気下での粉体処理を極めて容易に行うことができる水平式回転容器形粉体処理装置を提供することにある。

上記課題を解決するものは、水平方向を軸として回転可能に設置された筒状回転容器と、該筒状回転容器に取り付けられ当該筒状回転容器内の気体を排出するための真空雰囲気形成手段と、該筒状回転容器の一端に設けられ粉体の供給口および排出口を構成する開口端と、該開口端内に挿入されると共に前記筒状回転容器の軸と同軸方向に移動可能に設けられた粉体供給管体と、該粉体供給管体の外面において回転可能に取り付けられた回転弁とを有し、該回転弁は前記粉体供給管体の前記筒状回転容器側への移動に伴って前記開口端に当接して封止すると共に前記筒状回転容器の回転に伴って回転可能に構成されていることを特徴とする水平式回転容器形粉体処理装置である。

前記水平式回転容器形粉体処理装置は、前記筒状回転容器を回転可能に支持するための支持部を有しており、該支持部は前記筒状回転容器の一端側を降下させるための昇降手段を有していることが好ましい。前記筒状回転容器は、正逆回転可能に設置されており、該筒状回転容器の一端側内面には、粉体の排出に際して前記筒状回転容器を逆方向に回転させると前記粉体を掻き上げ可能とする螺旋状スコップが設けられていることが好ましい。前記開口端の面積は、前記筒状回転容器の縦断面積に比して小さく形成されていることが好ましい。

請求項１に記載した発明によれば、筒状回転容器内の気密精度を著しく高めることができ、略真空雰囲気下での粉体処理を極めて容易に行うことができる。
請求項２に記載した発明によれば、上記請求項１の発明の効果を奏すると共に、処理された粉体を容易に排出させることかできる。
請求項３に記載した発明によれば、上記請求項１の発明の効果を奏すると共に、処理された粉体をより容易に排出させることかできる。
請求項４に記載した発明によれば、筒状回転容器内の気密精度をより高めることができる。

本発明の水平式回転容器形粉体処理装置は、筒状回転容器の一端に粉体の供給口および排出口として兼用される開口端を構成し、この開口端に当接して封止すると共に筒状回転容器の回転に伴って回転する回転弁により筒状回転容器内の気密性を保持する構造を採用したことで、筒状回転容器内の気密精度を著しく高めることができ、略真空雰囲気下での粉体処理を極めて容易に行うことができる水平式回転容器形粉体処理装置を実現した。

図１は本発明の水平式回転容器形粉体処理装置の一実施例の一部縦断面図であり、図２は図１に示した水平式回転容器形粉体処理装置の回転弁付近の拡大縦断面図であり、図３は図１に示した水平式回転容器形粉体処理装置の螺旋状スコップを説明するための斜視図であり、図４は図１に示した水平式回転容器形粉体処理装置の螺旋状スコップを説明するための筒状回転容器の縦断面図であり、図５ないし図７は図１に示した水平式回転容器形粉体処理装置の作用を説明するための説明図である。

この実施例の水平式回転容器形粉体処理装置１はロータリーキルンであり、図１に示すように、水平方向を軸心として回転可能に設置された筒状回転容器２と、筒状回転容器２に取り付けられ筒状回転容器２内の気体を排出するための真空雰囲気形成手段３と、筒状回転容器２の一端に設けられ粉体の供給口および排出口を構成する開口端４と、開口端４内に挿入されると共に筒状回転容器２の軸と同軸方向に移動可能に設けられた粉体供給管体５と、粉体供給管体５の外面において回転可能に取り付けられた回転弁６と、筒状回転容器２を加熱するための雰囲気室７とを有し、回転弁６は粉体供給管体５の筒状回転容器２側への移動に伴って開口端４に当接して封止すると共に筒状回転容器２の回転に伴って回転可能に構成されている。以下、各構成について順次詳述する。

筒状回転容器２は、内部に粉体を供給して焼成する部位であり、水平方向を軸として回転可能に設置されている。具体的には、筒状回転容器２の一端側外周には環状のタイヤ８が一体的に設けられており、筒状回転容器２の他端には軸部９が設けられている。そして、後述する上部ベッド１０に設けられた受けローラー１１でタイヤ８を支持し、他方、上部ベッド１０に設けられた軸受け部１２で軸部９を支持した状態で、上部ベッド１０の他端側に設けられ正逆回転可能な回転駆動用モーター１３の駆動により筒状回転容器２が回転可能に構成されている。

真空雰囲気形成手段３は、筒状回転容器２内の気体を排出するためのものであり、この実施例では筒状回転容器２の他端に取り付けられている。具体的には、この実施例の真空雰囲気形成手段３は真空ポンプ（なお、ボンプ自体は図示しない）であり、筒状回転容器２内の気体はロータリージョイント１４を介してこの真空ポンプにて排気され筒状回転容器２内を真空雰囲気にすることができるようには構成されている。

開口端４は、粉体の供給口および排出口として機能すると共に、筒状回転容器２内を真空にするために唯一封止が必要な部位であり、封止部材である回転弁６の弁座としても機能する部位である。具体的には、開口端４は、図１に示すように、筒状回転容器２の一端に一体的に設けられた円筒状縮径部１５の端面にて構成されている。なお、この実施例の開口端４は、円筒状縮径部１５の端面にて構成されているが、これに限定されるものではなく、例えば多角筒状部の端面であってもよい。ただし、開口端４の面積は、この実施例のように、筒状回転容器２の縦断面積に比して小さく形成されていることが好ましい。より具体的には、この開口端４の直径は、筒状回転容器２の直径の約１／２であり、面積比として約１／４に構成されている。開口端の面積が小さいほど、シールを要する部分が小さくなり、筒状回転容器内の気密精度をより高めることができるからである。

粉体供給管体５は、開口端４内に挿入され粉体原料を筒状回転容器２内に供給するための部位である。粉体供給管体５は粉体供給装置１６の一部であり、粉体供給装置１６は、粉体供給管体５と、粉体原料を投入するためのホッパー１７と、ホッパー１７の下部に設けられたシャッター１８と、粉体供給管体５内に設けられたスクリューフィダー１９と、粉体供給管体５を筒状回転容器２の軸と同軸方向に移動可能とするためのスライダー２０とを有している。

回転弁６は、開口端４を封止可能として筒状回転容器２内の気密性を保持するためのものであり、粉体供給管体５の外面（この実施例では外周面）において回転可能に取り付けられている。具体的には、この実施例の回転弁６は、図２に示すように、中央部に粉体供給管体５に挿通するための貫通穴２１を有した円盤状に構成されており、他端側に開口端４に当接して封止するための拡径部２２を有している。この拡径部２２の他端側面積は、開口端４の面積より大きく形成されているため開口端４に当接して封止することができる。なお、タイヤ８の摩耗、受けローラー１２の摩耗、或いは筒状回転容器２の製造上の真円度などが原因で回転軸を一定に保つことができず、筒状回転容器２の回転軸が多少変動しても、この拡径部２２の他端側面積を大きく形成することで筒状回転容器２内の気密性を保持することができる。

回転弁６は、ベアリング２３，２４を介して粉体供給管体５の外周を回転可能に取り付けられており、粉体供給管体５の外面と回転弁６との間の気密性は真空シール用Ｏリング２５，２６により担保されている。また、開口端４と回転弁６との気密性は、拡径部２２の他端側外周縁部に埋設された環状パッキン２７により担保されている。さらに、回転弁６は係止部２８により粉体供給管体５の軸方向への移動が抑止されている。

そして、回転弁６は、スライダー２０の作用によって粉体供給管体５が筒状回転容器２側へ移動すると、粉体供給管体５に伴って筒状回転容器２側へ移動し開口端４に当接して封止すると共に、この封止状態を保持したまま、筒状回転容器２の回転に伴って回転するように構成されている。

このように、本発明の水平式回転容器形粉体処理装置１は、筒状回転容器２の一端に粉体の供給口および排出口として兼用される開口端４を構成し、この開口端４のみを封止することにより筒状回転容器２の気密性を保持できる構造とした。また、開口端４を封止する部材に回転弁６（回転部分）を採用することで、筒状回転容器２（回転部分）の封止を定置部分で行わない構造として気密精度を高めた。さらに、開口端４の面積を筒状回転容器２の縦断面積に比してかなり小さく形成することにより、筒状回転容器２内の気密精度を高めた。さらに、この拡径部２２の他端側面積を大きく形成することにより、タイヤ８の摩耗、受けローラー１２の摩耗、或いは筒状回転容器２の製造上の真円度などが原因で回転軸を一定に保つことができず回転軸が多少変動しても、筒状回転容器２の気密性を保持できる構造とした。

なお、この実施例の筒状回転容器２は支持部２９により回転可能に保持されているため、以下、支持部２９について説明する。この支持部２９は、図１に示すように、上部ベッド１０と下部ベッド３０とから構成されている。

上部ベッド１０は、筒状回転容器２の一端側に設けられたタイヤ８を支持する受けローラー１１と、筒状回転容器２の他端に設けられた軸部９を支持するための軸受け部１２を有しており、これらにより筒状回転容器２が回転可能に支持されている。また、上部ベッド１０の他端側には回転駆動用モーター１３が取り付けられており、これにより、筒状回転容器２が正逆回転可能に構成されている。さらに、上部ベッド１０の一端側には、処理された粉体を排出するための排出用チャンバー３１と、粉体供給管体５およびスライダー２０を含む粉体原料供給装置１６が取り付けられている。さらに、上部ベッド１０には、筒状回転容器２を貫通させた雰囲気室７が載置されている。この雰囲気室７の内部には電気発熱体が設けられており、この電気発熱体により雰囲気室７内が高温化されることで筒状回転容器２が加熱され、筒状回転容器２内における熱貫流によって粉体原料が焼成されるように構成されている。なお、この実施例の水平式回転容器形粉体処理装置１はロータリーキルンであるため、乾燥（ロータリードライヤー）と共にこのような雰囲気室を有しているが、ロータリー混合機の場合は雰囲気室は不要となる。

下部ベッド３０は、上部ベッド１０を支持すると共に、筒状回転容器２の一端側を降下させるための部位であり、一端側に設けられた昇降手段３２と、他端側に設けられた上部ベッド用支点３３で上部ベッド１０を支持している。昇降手段３２はシリンダーで構成されており、シリンダーロッド３２ａを収縮させると、図７に示すように、上部ベッド１０の一端側が降下し、それに伴って筒状回転容器２の一端側が降下する。この降下によって処理された粉体が開口端４から排出されるように構成されている。

また、焼成処理された粉体の排出は、螺旋状スコップ３４によって促される。具体的には、この螺旋状スコップ３４は、図３に示すように、筒状回転容器２の一端側内面において螺旋状に設けられており、筒状回転容器２が正回転（時計回り）に回転する時は粉体を掻き上げず、逆回転（反時計回り）に回転する時のみ粉体を掻き上げるように構成されている。そして、図４に示すように、掻き上げられた粉体は、螺旋状スコップ３４の先端において開口端４側に向かって斜め方向に屈曲されて形成された粉体導出用片３４ａに誘導されて開口端４より外方に排出されるように構成されている。

つぎに、水平式回転容器形粉体処理装置１の使用方法について説明する。
筒状回転容器２内に粉体原料を供給するには、図５に示すように、上部ベッド１０を水平状態とし、これに伴って筒状回転容器２を水平状態とする。回転駆動用モーター１３を駆動させて、筒状回転容器２を図中正回転（時計回り：矢印ｈ方向）に回転させる。スライダー２０により粉体供給管体５を筒状回転容器２側（矢印ｋ方向）に移動させ、筒状回転容器２の開口端４を回転弁６で封止する。回転弁６は、筒状回転容器２の開口端４を封止した状態で筒状回転容器２と共に回転する。粉体供給装置１６のスクリューフィダー１９を回転させ、シャッター１８を開くとホッパー１７からバッチ量の粉体原料が粉体供給管体５内に落下し、粉体原料はスクリューフィダー１９の回転によって筒状回転容器２内に投入される。この時の筒状回転容器２内は大気圧である。

そして、筒状回転容器２内で粉体原料を焼成するには、図６に示すように、粉体供給装置１６のシャッター１８を閉じる。回転弁６は筒状回転容器２の開口端４を封止した状態で筒状回転容器２と共に回転している。雰囲気室７を加熱状態とし筒状回転容器２を加熱させる。真空雰囲気形成手段（真空ポンプ）３により、筒状回転容器２内の気体をロータリージョイント１４を介して排気し筒状回転容器２内を真空雰囲気とし焼成する。

さらに、筒状回転容器２内で焼成した粉体を排出するには、真空雰囲気形成手段（真空ポンプ）３を停止すると共に、図７に示すように、スライダー２０により粉体供給管体５を一端側（図７中右側方向：矢印ｍ方向）に移動させ、筒状回転容器２の開口端４と回転弁６とを離間させる。これにより、筒状回転容器２内は大気圧に戻る。つぎに、回転駆動用モーター１３を駆動させて筒状回転容器２を図中逆回転（反時計回り：矢印ｎ方向）に回転させると共に、昇降手段３２のシリンダーロッド３２ａを収縮させて、上部ベッド１０の一端側を降下させ、これに伴って筒状回転容器２の一端側を降下させる。これらにより処理された粉体は螺旋状スコップ３４にて掻き上げられ、排出チャンバー３１を介して外部に排出される。

このように、本発明の水平式回転容器形粉体処理装置１では、真空雰囲気下における粉体処理をバッチ連続式で容易に行うことができる。また、原料供給位置と排出位置がほぼ同位置でありレイアウト上も有利で粉体処理作業もより容易に行うことができる。

本発明の水平式回転容器形粉体処理装置の一実施例の一部縦断面図である。 図１に示した水平式回転容器形粉体処理装置の回転弁付近の拡大縦断面図である。 図１に示した水平式回転容器形粉体処理装置の螺旋状スコップを説明するための斜視図である。 図１に示した水平式回転容器形粉体処理装置の螺旋状スコップの作用を説明するための筒状回転容器の縦断面図である。 図１に示した水平式回転容器形粉体処理装置の作用を説明するための説明図である。 図１に示した水平式回転容器形粉体処理装置の作用を説明するための説明図である。 図１に示した水平式回転容器形粉体処理装置の作用を説明するための説明図である。 従来の水平式回転容器形粉体処理装置の縦断面概略図である。

符号の説明

１ 水平式回転容器形粉体処理装置
２ 筒状回転容器
３ 真空雰囲気形成手段
４ 開口端
５ 粉体供給管体
６ 回転弁
７ 雰囲気室
８ タイヤ
９ 軸部
１０ 上部ベッド
１１ 受けローラー
１２ 軸受け部
１３ 回転駆動用モーター
１４ ロータリージョイント
１５ 円筒状縮径部
１６ 粉体供給装置
１７ ホッパー
１８ シャッター
１９ スクリューフィダー
２０ スライダー
２１ 貫通穴
２２ 拡径部
２３ ベアリング
２４ ベアリング
２５ 真空シール用Ｏリング
２６ 真空シール用Ｏリング
２７ 環状パッキン
２８ 係止部
２９ 支持部
３０ 下部ベッド
３１ 排出用チャンバー
３２ 昇降手段
３３ 上部ベッド用支点
３４ 螺旋状スコップ

Claims (4)

1. 水平方向を軸として回転可能に設置された筒状回転容器と、該筒状回転容器に取り付けられ当該筒状回転容器内の気体を排出するための真空雰囲気形成手段と、該筒状回転容器の一端に設けられ粉体の供給口および排出口を構成する開口端と、該開口端内に挿入されると共に前記筒状回転容器の軸と同軸方向に移動可能に設けられた粉体供給管体と、該粉体供給管体の外面において回転可能に取り付けられた回転弁とを有し、該回転弁は前記粉体供給管体の前記筒状回転容器側への移動に伴って前記開口端に当接して封止すると共に前記筒状回転容器の回転に伴って回転可能に構成されていることを特徴とする水平式回転容器形粉体処理装置。
2. 前記水平式回転容器形粉体処理装置は、前記筒状回転容器を回転可能に支持するための支持部を有しており、該支持部は前記筒状回転容器の一端側を降下させるための昇降手段を有している請求項１に記載の水平式回転容器形粉体処理装置。
3. 前記筒状回転容器は、正逆回転可能に設置されており、該筒状回転容器の一端側内面には、粉体の排出に際して前記筒状回転容器を逆方向に回転させると前記粉体を掻き上げ可能とする螺旋状スコップが設けられている請求項１または２に記載の水平式回転容器形粉体処理装置。
4. 前記開口端の面積は、前記筒状回転容器の縦断面積に比して小さく形成されている請求項１ないし３のいずれかに記載の水平式回転容器形粉体処理装置。

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