JP2011045819A - 粉体分級装置 - Google Patents

Abstract

【課題】微細な粒子を高精度に分級することができる粉体分級装置を提供する。
【解決手段】粉体供給口２６から供給された粉体は、粉体分散室２４に入り、第１のエアノズル３４からの加圧空気の噴出による旋回空気流に晒されて旋回運動を行い、分散されつつ遠心分離室１６内に落下する。遠心分離室１６の周方向外周部は環状の周壁部材１８によって閉鎖され、第１のエアノズル３４および第２のエアノズル３６からの加圧空気の噴出に起因して遠心分離室１６内にも旋回空気流が形成されており、粉体分散室２４から落下してきた粉体は、遠心分離室１６内において旋回し、ここで遠心分離作用を受け、分級点以下のサイズを有する微粉が空気流と共に微粉排出口３０から吸引されて排出される。
【選択図】図１

Description

この発明は、粒度分布を有する粉体を所望の粒径（分級点）において分級する粉体分級装置に関し、より詳細には、旋回空気流により粉体に与えられる遠心力と、抗力とのバランスを利用して、好ましくはサブミクロンの粉体を分級する粉体分級装置に関する。

従来からガイドベーンを用いて旋回空気流を形成し、粉体に旋回運動を与えて粗粉と微粉とに遠心分離する分級装置が知られている。
例えば、特許文献１に提案された粉体分級装置では、円錐面状の粉体通路の下方に複数のガイドベーンが仕切板により上下２段に分割されつつ環状に配列され、排気管から排気することで、ガイドベーン間を通過する旋回空気流が形成され、円錐面状の粉体通路を通って上側のガイドベーン間に落下した粉体に旋回運動が与えられ、遠心力と抗力とのバランスによって粉体が分級される。

また、特許文献２には、原料供給筒の周に沿って複数のガイドベーン（案内羽根）を環状に配置し、隣接するガイドベーン間の二次空気流入路から外部空気を原料供給筒内に導くことにより、原料供給筒内に供給された粉体原料を分散させる原料供給装置が示されている。排気管からの吸引排気に起因した空気流により、原料は分散状態において高速度で旋回しながら原料供給筒内を下降し、分級室内に流入して粗粉と微粉とに遠心分離される。
さらに、特許文献３には、分級室の外周部に複数のガイドベーン（ルーバー）を環状に配置し、隣接するガイドベーン間に空気流入路を設け、排気管からの吸引排気により、分級室内に供給された粉体を高速度で旋回させて微粉と粗粉とに遠心分離する気流分級装置が示されている。

特公平６−８３８１８号公報 特開平８−５７４２４号公報 特開平１１−１３８１０３号公報

以上のようなガイドベーンを利用した分級装置によれば、例えばブロアを用いて排気管から吸引排気することで、ガイドベーン間を通過する空気により旋回空気流を形成し、粉体に旋回運動を与えて粗粉と微粉とに遠心分離することができる。
しかしながら、より微細な粒子を分級するためには、旋回空気流の流量を大きくする必要があり、より高圧・高風量のブロア装置が必要である。しかし、ブロア装置の吸引圧力に限界があり、サブミクロン粉体を分級しようとしても粒子密度の大きな粒子に限られるという問題がある。

この発明は、このような従来の問題点を解消するためになされたもので、微細な粒子を高精度に分級することができる粉体分級装置を提供することを目的とする。

この発明に係る粉体分級装置は、ほぼ円盤形状の遠心分離室と、遠心分離室の一方の側に遠心分離室と同軸上に配置され且つ遠心分離室に連通するリング状の粉体分散室と、遠心分離室の他方の側に遠心分離室と同軸上に配置され且つ遠心分離室に連通するリング状の粉体再分級室とが内部に形成されると共に遠心分離室の周方向外周部を閉鎖する周壁部を有するケーシングと、粉体分散室に連通するようにケーシングに形成され且つ粉体分散室内に粒度分布を有する粉体を供給するための粉体供給口と、遠心分離室に連通するようにケーシングに形成され且つ遠心分離室から微粉を含む空気流を排出するための微粉排出口と、粉体再分級室に連通するようにケーシングに形成され且つ粉体再分級室から粗粉を排出するための粗粉排出口と、ケーシングの周壁部にその周方向に沿って配列されると共にそれぞれ粉体分散室の内部に加圧空気を噴出して旋回空気流を形成するための複数の第１のエアノズルと、ケーシングの周壁部にその周方向に沿って配列されると共にそれぞれ粉体再分級室の内部に加圧空気を噴出して旋回空気流を形成するための複数の第２のエアノズルとを備えたものである。

好ましくは、微粉排出口は、遠心分離室を挟んで遠心分離室の軸方向に対向する一対の面のうち一方の中央部に開口し、前記一対の面の少なくとも一方の中央部に遠心分離室に向かって突出するリング状のエッジ部が形成されている。

この発明によれば、ほぼ円盤形状の遠心分離室の周方向外周部を周壁部で閉鎖し、この周壁部に周方向に沿って配列された複数の第１のエアノズルおよび複数の第２のエアノズルから粉体分散室および粉体再分級室の内部に加圧空気を噴出して旋回空気流を形成するようにしたので、微細な粒子を高精度に分級することが可能となる。

この発明の実施の形態１に係る粉体分級装置の構成を示す正面断面図である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。 図１のＢ−Ｂ線断面図である。 実施の形態２に係る粉体分級装置の構成を示す正面断面図である。 実施の形態３に係る粉体分級装置の構成を示す正面断面図である。 実施例の分級効果を示すグラフである。

以下、図面に示す好適な実施の形態に基づいて、この発明を詳細に説明する。
実施の形態１
図１に、実施の形態１に係る粉体分級装置の構成を示す。この粉体分級装置は、頂点を鉛直下方に向けて配置された、ほぼ円錐台形状のケーシング１０を有している。ケーシング１０内の上部には、上部円盤状部材１２と下部円盤状部材１４とが上下方向に所定の間隔を隔てて対向配置されており、これら円盤状部材１２および１４の間にほぼ円盤形状の遠心分離室１６が区画形成され、遠心分離室１６の周方向外周部は環状の周壁部材１８によって閉鎖されている。

ケーシング１０は、中心部に開口を有する円板状の天井板２０を有しており、この天井板２０の下面に上部円盤状部材１２および周壁部材１８が支持されている。さらに、周壁部材１８の下部にコーン部材２２が固定され、このコーン部材２２を介して下部円盤状部材１４が取り付けられている。
上部円盤状部材１２の外周部と天井板２０との間には、遠心分離室１６の周に沿って遠心分離室１６に連通するように遠心分離室１６と同軸上にリング状の粉体分散室２４が区画形成されており、この粉体分散室２４を臨むように天井板２０に粉体供給口２６が形成されている。粉体供給口２６は、粉体分散室２４を介して遠心分離室１６に連通している。
また、下部円盤状部材１４の外周部と周壁部材１８との間には、遠心分離室１６の周に沿って遠心分離室１６に連通するように遠心分離室１６と同軸上にリング状の粉体再分級室２８が区画形成されている。

上部円盤状部材１２には、遠心分離室１６の中央部に向かって開口する微粉排出口３０が接続されている。この微粉排出口３０は、天井板２０の開口を介してケーシング１０の上方へ延出され、バグフィルター等を介して図示しない吸引ブロワに接続されている。一方、円錐台形状のケーシング１０の下端には、粉体再分級室２８を介して遠心分離室１６に連通する粗粉排出口３２が形成されている。
また、上部円盤状部材１２には、遠心分離室１６を臨む微粉排出口３０の開口端に、遠心分離室１６に向かって突出するリング状のエッジ部１２ａが形成され、このエッジ部１２ａに対向する下部円盤状部材１４の中央部には、遠心分離室１６に向かって突出するリング状のエッジ部１４ａが形成されている。すなわち、これらエッジ部１２ａおよび１４ａが遠心分離室１６を挟んで対向配置されている。

粉体分散室２４に面した周壁部材１８の内周部には、それぞれ粉体分散室２４内に対向するように６つの第１のエアノズル３４が配列され、同様に、粉体再分級室２８に面した周壁部材１８の内周部には、それぞれ粉体再分級室２８内に対向するように６つの第２のエアノズル３６が配列されている。

図２に示されるように、６つの第１のエアノズル３４は、それぞれ粉体分散室２４の接線方向に対して所定の角度を有しながら、周方向に互いに均等な間隔で配置されている。
同様に、図３に示されるように、６つの第２のエアノズル３６は、それぞれ粉体再分級室２８の接線方向に対して所定の角度を有しながら、周方向に互いに均等な間隔で配置されている。
これら第１のエアノズル３４と第２のエアノズル３６は、それぞれ図示しない加圧空気供給源に接続されており、第１のエアノズル３４および第２のエアノズル３６からそれぞれ加圧空気を噴出することにより、粉体分散室２４内および粉体再分級室２８内に互いに同一方向に旋回する旋回空気流が形成される。さらに、これらの旋回空気流は、遠心分離室１６内に流入し、遠心分離室１６内にも旋回空気流が形成される。

次に、実施の形態１に係る粉体分級装置の動作について説明する。
まず、図示しない吸引ブロワにより微粉排出口３０を介して遠心分離室１６内から所定の風量で吸気を行うと共に、図示しない加圧空気供給源から６つの第１のエアノズル３４および６つの第２のエアノズル３６にそれぞれ加圧空気を供給することにより、粉体分散室２４、粉体再分級室２８および遠心分離室１６の内部に旋回空気流を形成する。
この状態で、粉体供給口２６から粒度分布を有する粉体を所定の流量で供給すると、粉体は、粉体分散室２４に入り、ここで旋回空気流に晒されて旋回運動を行い、分散されつつ上部円盤状部材１２と周壁部材１８との間を通って遠心分離室１６内に落下する。

第１のエアノズル３４および第２のエアノズル３６からの加圧空気の噴出に起因して遠心分離室１６内にも旋回空気流が形成されているため、粉体分散室２４から落下してきた粉体は、遠心分離室１６内において旋回し、ここで遠心分離作用を受ける。その結果、遠心分離室１６の中央部に形成されているリング状のエッジ部１２ａおよび１４ａにより粒径の大きな粗粉を残して、分級点以下のサイズを有する微粉が空気流と共に微粉排出口３０から吸引されて排出される。このため、粒度分布を有する粉体から微粉を分級して回収することができる。このようにして回収された微粉中には、分級点を越えるような粗粉が含まれることは極めて少ない。

一方、微粉排出口３０から排出されなかった粉体の残部は、下部円盤状部材１４と周壁部材１８との間を通って遠心分離室１６から粉体再分級室２８へと落下していく。このようにして粉体再分級室２８へ落下しようとする粉体には、分級点を越える粗粉だけでなく、分級点以下の微粉も含まれていることが多いが、粉体再分級室２８内には第２のエアノズル３６からの加圧空気の噴出により旋回空気流が形成されているため、微粉は旋回空気流に乗って遠心分離室１６内に戻される。これにより、微粉が粗粉から効率的に除去され、微粉排出口３０から排出される。
このような粉体再分級室２８における再分級作用を受けた後、分級点を越える粗粉は、粉体再分級室２８から粗粉排出口３２へと落下し、排出される。

ここで、分級点を小さくする、すなわち、より微細な粒子を分級するためには、遠心分離室１６内に形成される旋回空気流の流量を大きくする必要がある。従来のガイドベーンを利用した分級装置では、遠心分離室内に外部空気を導入する目的で、互いに隣接するガイドベーン間に隙間を形成していた。このため、この実施の形態１のように、エアノズルを配設して大流量の空気を強制的に遠心分離室内に流入させると、ガイドベーン間の隙間から遠心分離室に流れる空気速度が小さくなり、ガイドベーンが渦を乱す要因になるため分級精度が悪化し、その結果、例えば粒径が１μｍを下回るサブミクロン粒子を精度よく分級することは困難であった。

これに対して、実施の形態１に係る粉体分級装置では、ガイドベーンを使用せず、ほぼ円盤形状の遠心分離室１６の周方向外周部が環状の周壁部材１８によって閉鎖されているので、第１のエアノズル３４および第２のエアノズル３６から大流量の加圧空気を強制的に流入させても、遠心分離室１６の周方向外方へ空気が漏出することがなく、ガイドベーンによって渦が乱れることがない。このため、特に粉体分散室２４内に旋回空気流を形成するための第１のエアノズル３４からの加圧空気の流入量を大きくすることにより、サブミクロン粒子を高精度に且つ安定して分級することが可能となる。
サブミクロン粒子のように微細な粒子は互いに凝集しやすい性質を有するが、実施の形態１に係る粉体分級装置によれば、第１のエアノズル３４および第２のエアノズル３６から大流量の加圧空気を噴出することにより、効率よく分級することができる。また、粉体としては、シリカ、トナー等の低比重のものから、金属、アルミナ等の高比重のものまで各種の粉体を分級対象として用いることができる。
また、ガイドベーン等の可動部材を使用しないので、小型の粉体分級装置が実現される。

なお、第１のエアノズル３４および第２のエアノズル３６の設置角度を、それぞれ粉体分散室２４および粉体再分級室２８の中心に向かう角度を０度、粉体分散室２４および粉体再分級室２８の接線方向に向かう角度を９０度と定義したとき、第２のエアノズル３６の設置角度を第１のエアノズル３４の設置角度よりもわずかに小さくすることが好ましい。
さらに、第１のエアノズル３４および第２のエアノズル３６の個数は、それぞれ６つに限定されるものではなく、適宜個数のエアノズルを設置することができる。
また、第１のエアノズル３４に対向する部分の上部円盤状部材１２の面は、鉛直方向に対して４５〜９０度の傾斜角度を有することが好ましい。このように構成することで、粉体を効果的に分散させることが可能となる。
なお、上記の実施の形態１では、リング状のエッジ部１２ａおよび１４ａが遠心分離室１６を挟んで互いに対向配置されていたが、これらエッジ部１２ａおよび１４ａのうち一方のみを形成するようにしてもよい。

実施の形態２
図４に、実施の形態２に係る粉体分級装置の構成を示す。図１に示した実施の形態１の粉体分級装置では、微粉排出口３０がケーシング１０に対して上方へ延出されると共に粗粉排出口３２がケーシング１０に対して下方へ延出され、微粉と粗粉を互いに逆方向へ排出したが、実施の形態２に係る粉体分級装置は、微粉と粗粉を共に下方へ排出するようにケーシング１０Ａを構成したものである。
ケーシング１０Ａ内には、上部円盤状部材４２と下部円盤状部材４４とが所定の間隔を隔てて対向配置されており、これら円盤状部材４２および４４の間にほぼ円盤形状の遠心分離室４６が区画形成され、遠心分離室４６の周方向外周部は環状の周壁部材４８によって閉鎖されている。

ケーシング１０Ａは、円板状の天井板５０を有しており、この天井板５０の下面に上部円盤状部材４２および周壁部材４８が支持されている。さらに、周壁部材４８の下部に支持部材５２が固定され、この支持部材５２を介して下部円盤状部材４４が取り付けられている。
上部円盤状部材４２の外周部と天井板５０との間には、遠心分離室４６の周に沿って遠心分離室４６に連通するようにリング状の粉体分散室５４が区画形成されており、この粉体分散室５４を臨むように天井板５０に粉体供給口５６が形成されている。粉体供給口５６は、粉体分散室５４を介して遠心分離室４６に連通している。
また、下部円盤状部材４４の外周部と周壁部材４８との間には、遠心分離室４６の周に沿って遠心分離室４６に連通するようにリング状の粉体再分級室５８が区画形成されている。

下部円盤状部材４４には、遠心分離室４６の中央部に向かって開口し且つ下方へ向かって延出された微粉排出口６０が接続され、この微粉排出口６０にバグフィルター等を介して図示しない吸引ブロワが接続される。
また、支持部材５２に、粉体再分級室５８を介して遠心分離室４６に連通する粗粉排出口６２が下方に向けて形成されている。
また、下部円盤状部材４４には、遠心分離室４６を臨む微粉排出口６０の開口端に、遠心分離室４６に向かって突出するリング状のエッジ部４４ａが形成され、このエッジ部４４ａに対向する上部円盤状部材４２の中央部には、遠心分離室４６に向かって突出するリング状のエッジ部４２ａが形成されている。

粉体分散室５４に面した周壁部材４８の内周部には、それぞれ粉体分散室５４内に対向するように６つの第１のエアノズル６４が配列され、同様に、粉体再分級室５８に面した周壁部材４８の内周部には、それぞれ粉体再分級室５８内に対向するように６つの第２のエアノズル６６が配列されている。
これら第１のエアノズル６４および第２のエアノズル６６は、実施の形態１で用いられた第１のエアノズル３４および第２のエアノズル３６と同様のものである。

このような構成の粉体分級装置によっても、実施の形態１の装置と同様に、第１のエアノズル６４および第２のエアノズル６６から大流量の加圧空気を強制的に流入させることにより、サブミクロン粒子を高精度に且つ安定して分級することが可能となる。

実施の形態３
図５に、実施の形態３に係る粉体分級装置の構成を示す。この粉体分級装置は、図１に示した実施の形態１の粉体分級装置において、上部円盤状部材１２の代わりに肉薄の上部円盤状部材１３を天井板２０の下面に取り付けたものである。このような上部円盤状部材１３を用いることにより、ケーシング１０Ｂ内において、周壁部材１８の内周部に配置された第１のエアノズル３４および第２のエアノズル３６が遠心分離室１６に対して上下方向に略対称な位置となる。

上部円盤状部材１３の外周部と天井板２０との間には、遠心分離室１６の周に沿って遠心分離室１６に連通するようにリング状の粉体分散室２５が区画形成されている。
実施の形態１の粉体分級装置では、第１のエアノズル３４が上部円盤状部材１２の外周部の上面に対向していたが、この実施の形態３に係る粉体分級装置では、第１のエアノズル３４が上部円盤状部材１３の外周尖端部に対向しており、第１のエアノズル３４からの加圧空気が、上部円盤状部材１３に対して上側の粉体分散室２５だけでなく、上部円盤状部材１３の下側の遠心分離室１６に対しても噴出される。このため、遠心分離室１６内における分散および分級作用がより強化されることとなる。

なお、この実施の形態３における上部円盤状部材１３にも、実施の形態１の上部円盤状部材１２と同様に、遠心分離室１６を臨む微粉排出口３０の開口端に、遠心分離室１６に向かって突出するリング状のエッジ部１３ａが形成されている。
以上のような構成の粉体分級装置においても、遠心分離室１６の周方向外周部が環状の周壁部材１８によって閉鎖されているので、実施の形態１の装置と同様に、第１のエアノズル３４および第２のエアノズル３６から大流量の加圧空気を強制的に流入させることにより、サブミクロン粒子を高精度に且つ安定して分級することが可能となる。

実施例として、図１〜３に示した実施の形態１の粉体分級装置を使用し、平均粒径０．８３６μｍのアルミナからなる粉体を対象として分級試験を行った。
なお、第１のエアノズル３４および第２のエアノズル３６のノズル径をそれぞれ１．３ｍｍおよび０．８ｍｍ、第１のエアノズル３４から噴出する加圧空気の吐出圧力を０．７０ＭＰａおよび６つのエアノズルの合計吐出流量を５６０Ｌ／ｍｉｎ、第２のエアノズル３６から噴出する加圧空気の吐出圧力を０．５０ＭＰａおよび６つのエアノズルの合計吐出流量を１８０Ｌ／ｍｉｎ、微粉排出口３０の口径を４０ｍｍ、吸引ブロワによる吸引風量を２．０ｍ^３／ｍｉｎ、遠心分離室１６内のリング状のエッジ部１２ａおよび１４ａの高さを共に６ｍｍとした。

また、比較例として、実施の形態１の粉体分級装置において遠心分離室１６の周方向外周部を周壁部材１８で閉鎖する代わりに計１６個のガイドベーンを周方向に等間隔に配設した装置を使用し、上記の実施例と同一の粉体を対象として分級試験を行った。
なお、隣接するガイドベーン間の隙間を３ｍｍ、第１のエアノズル３４および第２のエアノズル３６のノズル径を共に０．８ｍｍ、第１のエアノズル３４から噴出する加圧空気の吐出圧力および流量をそれぞれ０．６０ＭＰａおよび２４０Ｌ／ｍｉｎ、第２のエアノズル３６から噴出する加圧空気の吐出圧力および流量をそれぞれ０．４０ＭＰａおよび１６０Ｌ／ｍｉｎとした他は、上記の実施例と同一条件とした。

実施例および比較例における試験で得られた微粉および粗粉に対し、粗粉の収率に対する微粉の割合を表す部分分級効率を粒径毎に測定した結果を図６に示す。部分分級効率５０％の粒径は、比較例においては１．２０μｍであったのに対し、実施例では０．４４μｍであった。
このように、実施例では、例えば粒径が１μｍを下回るサブミクロン粒子を精度よく分級し得ることがわかった。

１０，１０Ａ，１０Ｂ ケーシング、１２，１３，４２ 上部円盤状部材、１４，４４ 下部円盤状部材、１６，４６ 遠心分離室、１８，４８ 周壁部材、２０，５０ 天井板、２２ コーン部材、２４，２５，５４ 粉体分散室、２６，５６ 粉体供給口、２８，５８ 粉体再分級室、３０，６０ 微粉排出口、３２，６２ 粗粉排出口、３４，６４ 第１のエアノズル、３６，６６ 第２のエアノズル、５２ 支持部材、１２ａ，１３ａ，１４ａ，４２ａ，４４ａ リング状のエッジ。

Claims (2)

1. ほぼ円盤形状の遠心分離室と、前記遠心分離室の一方の側に前記遠心分離室と同軸上に配置され且つ前記遠心分離室に連通するリング状の粉体分散室と、前記遠心分離室の他方の側に前記遠心分離室と同軸上に配置され且つ前記遠心分離室に連通するリング状の粉体再分級室とが内部に形成されると共に前記遠心分離室の周方向外周部を閉鎖する周壁部を有するケーシングと、
   前記粉体分散室に連通するように前記ケーシングに形成され且つ前記粉体分散室内に粒度分布を有する粉体を供給するための粉体供給口と、
   前記遠心分離室に連通するように前記ケーシングに形成され且つ前記遠心分離室から微粉を含む空気流を排出するための微粉排出口と、
   前記粉体再分級室に連通するように前記ケーシングに形成され且つ前記粉体再分級室から粗粉を排出するための粗粉排出口と、
   前記ケーシングの前記周壁部にその周方向に沿って配列されると共にそれぞれ前記粉体分散室の内部に加圧空気を噴出して旋回空気流を形成するための複数の第１のエアノズルと、
   前記ケーシングの前記周壁部にその周方向に沿って配列されると共にそれぞれ前記粉体再分級室の内部に加圧空気を噴出して旋回空気流を形成するための複数の第２のエアノズルと
   を備えたことを特徴とする粉体分級装置。
2. 前記微粉排出口は、前記遠心分離室を挟んで前記遠心分離室の軸方向に対向する一対の面のうち一方の中央部に開口し、
   前記一対の面の少なくとも一方の中央部に前記遠心分離室に向かって突出するリング状のエッジ部が形成された請求項１に記載の粉体分級装置。

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