JP2014511755A - 造粒又は凝集方法及びその器具 - Google Patents

Abstract

【解決手段】 本発明は、締結シャフトと、該締結シャフトに締結され直径ｄを有し、上面と、下面と、前記上面及び前記下面を接続する周面とを有する略円盤状の要素（１１）とを含む造粒及び／又は凝集装置用の造粒及び／又は凝集器具（１０）に関する。所望の造粒又は凝集効果をより速く、とりわけ、０．１から０．８ｍｍの範囲の極めて微粒状の材料が非常に高い歩留まりで得ることができる造粒及び／又は凝集装置用の造粒及び／又は凝集器具、対応する造粒及び／又は凝集装置、及び造粒又は凝集方法を提供するために、本発明は、周面が、締結シャフトの軸に対して平行に延在する基本的にＶ字状の複数の溝（１２）を備えることを提案する。
【選択図】 図１４

Description

本発明は、造粒又は凝集方法並びにその器具及び装置に関する。

プロセス工学において、造粒と凝集が知られている。造粒は、粒状材料、即ち粒状で容易に流入させることが可能な固体を、１以上の原料から生成することである。凝集は、粒径の範囲をより大きなサイズの側へとシフトさせるものであり、粉砕の反対の意である。
造粒又は凝集では、対応する原料と添加物とをミキサに投入し、攪拌器具を用いてそれらを混合することが知られている。

これに使用される攪拌器具の多くは、中央シャフトに取り付けられた複数のアームを備え、これらのアームは径方向外側に延出し、径方向外端が上方又は下方に傾斜している。

しかしながら、これらの器具及び装置を用いて所望の造粒又は凝集結果を得るには、非常に長い攪拌時間が必要であることが分かっている。加えて、既知の器具では、０．１から２．０ｍｍまでの範囲、又はそれよりも大きなサイズの範囲の顆粒サイズ分布の粒状材料しか得ることができない。１．０ｍｍ未満の範囲の粒状材料の歩留まりは、３０〜６０％と比較的低い。このため、０．１から０．８ｍｍまでの範囲の大きさの微粒状材料には、ほぼ１００％の歩留まりが得られるスプレー造粒機を使用することが好ましい。

したがって、上述の先行技術に鑑み、本発明は、所望の造粒又は凝集結果をより速く、とりわけ、０．１から０．８ｍｍの範囲の極めて微粒状の材料を非常に高い歩留まりで得ることができる造粒及び／又は凝集装置用の造粒及び／又は凝集器具、対応する造粒及び／又は凝集装置、並びに造粒又は凝集方法を提供することを目的とする。

本発明によれば、上記目的は、締結シャフトと、該締結シャフトに締結され直径ｄを有する略円盤状の要素とを備える造粒及び／又は凝集装置用の造粒及び／又は凝集器具であって、該円盤状要素が、上面と、下面と、上面及び下面を接続する周面とを有する器具によって達成される。さらに、周面は、シャフトの軸線に対して平行に延在する基本的にＶ字状の複数の溝を有する。

驚くべきことに、このような器具は、造粒の場合に特に、また凝集の場合にも、かなり良好な結果をもたらすことが分かった。

本発明は基本的に造粒のために開発されたことから、以下では、造粒に関してのみ本発明を説明する。しかし、凝集の場合にも効果が得られると分かったため、器具と方法は、凝集にも使用可能であることを明確に指摘する。

特に好適な一実施形態では、溝は、円盤状要素の直径ｄの０．０５〜０．４倍、好ましくは０．１〜０．３倍、最も好ましくは０．１５〜０．２５倍である溝深さｔを有する。溝は、まず、円盤状要素の上面及び下面に沿って造粒中の材料が径方向外側に十分に移動できるように、深すぎてはいけない一方で、小さすぎてもいけない。これは、所望の造粒効果が、基本的に溝内部、又は上面或いは下面と溝壁とで形成される縁部で起こるためである。このため、溝は、円盤状要素の上面から下面にかけて延在する。

よって、円盤状要素の溝壁と上面或いは下面とによって形成される縁は、できる限り鋭く、即ち、コーナ半径は１ｍｍ未満であるべきである。

更に特に好適な実施形態では、少なくとも一方の溝壁が、少なくとも部分的に、円盤状要素より硬質の材料で形成される。上述したように、所望の造粒効果は溝によって主にもたらされるため、円盤状要素の溝壁、特に溝壁と上面及び下面とによって形成される縁部における摩耗が強まる。よって、溝壁には、少なくとも部分的に、最も好ましくは周面に隣接する部分に、より硬質の材料が設けられる。したがって、円盤状要素は、その先端に、例えば、硬質金属合金（カーバイド）、セラミック材料、又は硬化鋼材料を備え得る。

これに替えて、又はこれと組み合わせて、円盤状要素の溝壁は、摩耗要素が嵌入される凹部を備え、この摩耗要素は、より硬質の材料で形成されるのが好ましい。この凹部に嵌入される要素は、円盤状要素に対して、固定的又は着脱可能に接続され得る。摩耗要素が摩耗した時には、単に交換すればよい。

あるいは、円盤状要素の、溝を構成する径方向外側領域の全体が、より硬質の材料で形成されてもよい。

より硬質の材料又は摩耗要素が、上面及び／又は下面及び／又は周面から距離ａだけ突出していると、造粒効果はより硬質の材料で形成された部分のみによってもたらされるため、造粒効果がより高められることも分かった。ここで、距離ａは、円盤状要素の厚さｅより小さくするべきである。

更に、多くの用途において、溝壁が、円盤状要素より硬質の材料で形成されて互いに離間した少なくとも２つの部分、又は、少なくとも２つの挿入される摩耗要素を備えると有利となり得る。このとき、両部分において、より硬質の材料又は摩耗要素は、上面及び／又は下面から突出するのが最も好ましい。

更に、周面から溝深さｔだけシャフトの方向に延在する円形部分における上面に、溝壁、又は溝壁上或いは内に締結されるより硬質の材料によって形成された要素よりも、軸線方向上方に突出する要素が設けられていないと、造粒効果がより高められることが分かった。様々な形状の器具を用いて調査した結果、溝壁に直接接触せず軸線方向上方に突出する突出部が円盤状要素の上側に存在すると、造粒中の材料と円盤の表面との間の接触不良に繋がり、基本的に造粒効果を妨げることとなる。

周面からシャフトの方向に、円盤状要素の直径の０．３５倍、より好ましくは０．４５倍だけ延在する円形部分における少なくとも円盤状要素の上面には、存在し得るより硬質の材料を除いて、円盤状要素の上面から突出する要素がないことが最も好ましい。円盤状要素の上面から突出するのは締結シャフトだけであることが理想である。円盤状要素の上面には何も存在せず、できる限り平滑であることが好ましい。

本発明に係る器具は原則として容器の底に直接取り付けることができないため、下面が、該下面から軸線方向に突出する渦流要素を少なくとも１つ、好ましくは少なくとも２つ備えることが、多くの用途において好都合となり得る。渦流要素は、周方向において同一の角度間隔を有することが好ましい。

即ち、渦流要素は、例えば、円盤状要素の隣り合う２つの溝間に形成される各「ウェブ」に締結され得る。或いは、渦流要素を、２つ、３つ、又は４つ置きの「ウェブ」に締結させることも可能である。

更に特に好ましい実施形態では、溝は、周方向において等間隔に配置される。

更に、周方向の溝間の距離に対する溝幅の比は、０．０５より大きく、好ましくは０．１〜５、最も好ましくは０．３〜２であると有利であることが分かった。

器具が２つの円盤状要素を備え、これらが締結シャフト上に互いに距離を置いて配置されると、多くの用途において有利となり得る。円盤状要素が２つ以上設け得ることは明らかである。

基本的に、本発明に係る器具は如何なる容器にも用いることができる。容器は、その軸線を、例えば、鉛直に、水平に、又は鉛直線に対して傾斜して配置され得る。鉛直軸の容器、即ち、器具が容器と同軸に自身の軸周りを固定位置において回転する容器、又は、ミキサの中心及び自身の軸の周りを容器の中心から偏心して回転する容器において、良好な造粒特性が確認された。

しかしながら、本発明に係る器具は、回転可能な容器を備える造粒及び／又は凝集装置に用いられるのが最も好ましい。ここで、本発明に係る造粒及び／又は凝集器具は、回転可能な容器の中に配置されるが、容器と一緒に回転しないのが最も好ましい。即ち、容器は、造粒器具の締結シャフトが基本的に同じ位置にとどまった状態で回転する。しかし、造粒器具は、シャフトの軸線周りを回転可能である。

ここで、容器の回転軸線とシャフトの軸線とは、互いに対して平行に配置されるのが好ましく、これら容器の回転軸線とシャフトの軸線とが互いに距離を置いているのが最も好ましい。

更に、容器の回転軸が、鉛直線に対して僅かに傾斜していると有利である。ここで、傾斜角度が５°〜３０°であることが特に好ましいと判明した。

更に、本発明は、造粒又は凝集される原料を容器に投入し、上述の造粒及び／又は凝集装置を使って、器具で該原料を混合する造粒及び／又は凝集方法にも関する。

その他の利点、特徴、及び可能な適用例は、好適な各実施形態の本記述によって明らかとなる。

図１は、本発明に係る造粒器具の第１の実施形態を示す。 図２は、本発明に係る造粒器具の第２の実施形態を示す。 図３は、本発明に係る造粒器具の第３の実施形態を示す。 図４は、本発明に係る造粒器具の第４の実施形態を示す。 図５は、本発明に係る造粒器具の第５の実施形態を示す。 図６は、本発明に係る造粒器具の第６の実施形態を示す。 図７は、本発明に係る造粒器具の第７の実施形態を示す。 図８は、本発明に係る造粒器具の第８の実施形態を示す。 図９は、本発明に係る造粒器具の第９の実施形態を示す。 図１０は、本発明に係る造粒器具の第１０の実施形態を示す。 図１１は、本発明に係る造粒器具の第１１の実施形態を示す。 図１２は、本発明に係る造粒器具の第１２の実施形態を示す。 図１３は、本発明に係る造粒器具の第１３の実施形態を示す。 図１４は、本発明に係る造粒器具の第１４の実施形態を示す。 図１５は、本発明に係る造粒器具の第１４の実施形態を示す。 図１６は、本発明に係る造粒器具の第１４の実施形態を示す。

図１は、本発明の第１の実施形態の平面図を示す。器具１０は、中央に開口１３を備える円盤状要素１１から構成され、円盤状要素１１は、この開口１３を介して不図示の締結シャフトに取り付け可能とされる。

円盤状要素１１は、図１において示される上面と、紙面に対向する下面と、上面及び下面を接続する周面とを有する。該周面は、溝深さｔを有するＶ字状溝１２を多数備える。

該溝は、幅ｂを有し、また溝から溝への距離は、ａである。円盤状要素１１は直径ｄを有する。溝の壁は、縁が鋭くなるように形成される。即ち、上面及び下面と溝壁との間の接合領域は、面取りされず、非常に小さい曲率半径を有する。隣り合う溝同士はそれぞれ、周方向において１８°だけ、互いに離間している。

図２は、本発明の第２の実施形態を示し、その器具２０もまた開口２３を備え、器具はこの開口２３によって締結シャフトに締結される。第２の実施形態は、第１の実施形態よりもかなり多くの溝２２を有する点において、第１の実施形態と基本的に異なる。従って、これらの溝は、周方向において、１１．２５°の角度で互いに離間している。

図３は、本発明の第３の実施形態を示す。器具３０は円盤状要素から構成される。ここでもまた、不図示の締結シャフトへ締結されるために、中央開口３３が設けられる。

この実施形態では、複数のねじ穴３４，３５がそれぞれ２つの円を成しており、これらねじ穴３４，３５の内部に、１つ以上の渦流要素が器具３０の下面において締結され得る。

図４は、本発明の第４の実施形態を示し、溝４２が、断面において対称に形成されていない。また、溝は、その基部に台形状部（プラトー）を備える。

図５は、本発明の第５の実施形態を示し、溝の幅が、隣り合う２つの溝の間の距離が最小となるほど大きい。

図６に示す器具６０の実施形態では、各溝６２が、基本的に平坦な溝壁と、凸状に湾曲した溝壁とを１つずつ備える。

図７は、本発明に係る器具７０の第７の実施形態を示す。

図８〜図１１は、本発明の第８〜１１の実施形態を示す。これら実施形態は、溝の形状、また、溝の幅及び深さにおいて異なる。

図１２は、さらに好適な実施形態を示す。器具１２０は、多数の溝１２２を有する円盤状要素１２１を備える。各溝１２２は、一方の溝壁に凹部１２５を備え、この凹部１２５は、好ましくは円盤状要素１２１の材料より硬質の材料を受けるために設けられる。ここには、例えば、硬質金属合金（カーバイド）が挿入され得る。

挿入された硬質金属合金（カーバイド）は、上面及び下面の両方から軸線方向に、また周面から突出し得る。

図１３は、本発明の第１３の実施形態を示し、溝深さが非常に小さい。

図１４〜図１６は、本発明の第１４の実施形態を示す。図１４は器具１４０の斜視図を示す。器具１４０は、２つの円盤状要素１４１，１４６を備え、これらは両方とも締結シャフト１４７に配置される。円盤状要素１４１，１４６は、軸線方向において互いに距離を置いて配置され、それぞれ複数の溝１４２を備える。どちらも、各溝１４２の一方の溝壁は、他の部分より硬質の材料、例えば硬質金属合金（カーバイド）で形成された部分を２箇所備える。これらの硬質金属合金（カーバイド）板１４７は、円盤状要素の上面、下面、及び周面から軸線方向及び径方向において突出する。さらに、上方の円盤状要素１４６はＵ型の開口１４８を４つ備え、造粒中の材料は、これら開口１４８を通って下方の円盤状要素１４１に流れることができる。

図１５は下方の円盤状要素１４１の平面図を示す。硬質金属合金（カーバイド）のインサート１４７，１４７’が、溝壁の対応する凹部内に配置されていることが分かる。

図１６に示す上方の円盤状要素１４６は、対応するＵ型開口１４８を備え、これらの開口１４８を通って、材料が上方から下方の円盤状要素１４１に流れ得る。

Claims (14)

1. 締結シャフトと、前記締結シャフトに締結され直径ｄを有する略円盤状の要素とを含む造粒及び／又は凝集装置用の造粒及び／又は凝集器具であって、
   前記円盤状要素が、上面と、下面と、前記上面及び前記下面を接続する周面とを有し、
   前記周面が、前記締結シャフトの軸線に対して平行に延在する基本的にＶ字状の複数の溝を備える器具。
2. 前記溝は、前記直径ｄの０．０５〜０．４倍、好ましくは０．１〜０．３倍、最も好ましくは０．１５〜０．２５倍の溝深さｔを有することを特徴とする請求項１に記載の器具。
3. 少なくとも一方の溝壁が、少なくとも部分的に、前記円盤状要素より硬質の材料によって形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の器具。
4. 前記円盤状要素の前記溝壁には、摩耗要素が嵌入される凹部が設けられ、
   前記摩耗要素は、好ましくは、前記円盤状要素より硬質の材料で形成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の器具。
5. 前記摩耗要素は、前記上面、及び／又は前記下面、及び／又は前記周面から距離ａだけ突出し、
   前記距離ａは、好ましくは前記円盤状要素の厚さｅより小さく、
   前記摩耗要素が前記上面から突出する前記距離ａは、前記摩耗要素が前記下面から突出する前記距離ａと等しい又は該距離ａとは異なり、また、前記摩耗要素が前記周面から突出する前記距離ａと等しい又は該距離ａとは異なることを特徴とする請求項４に記載の器具。
6. 少なくとも一方の溝壁が、互いに離間した少なくとも２つの凹部を備え、
   摩耗要素が前記凹部のそれぞれに嵌入され、
   両部分において、前記摩耗要素は、好ましくは、前記上面及び／又は前記下面から突出することを特徴とする請求項５に記載の器具。
7. 前記周面から少なくとも前記溝深さｔだけ前記締結シャフトの方向に延在する円形部分における前記上面には、溝壁、又は前記溝壁上或いは内に締結された摩耗要素を超えて軸線方向に延在する要素が設けられないことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の器具。
8. 前記下面は、前記下面から軸線方向に突出する少なくとも１つ、好ましくは少なくとも２つの渦流要素を備え、
   前記渦流要素は、好ましくは、周方向において同一の角度間隔を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の器具。
9. 前記溝は、前記周方向において等間隔で配置され、
   前記周方向の前記溝間の距離に対する溝幅の比は、好ましくは０．０５より大きく、好ましくは０．１〜５、最も好ましくは０．３〜２であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の器具。
10. 前記軸線方向において互いに距離を置いて設けられた少なくとも２つの円盤状要素が設けられたことを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の器具。
11. 容器と、前記容器内に配置された請求項１〜１０のいずれか一項に記載の造粒及び／又は凝集器具とを備える造粒及び／又は凝集装置。
12. 前記容器の回転軸線と前記シャフトの軸線とは、互いに対して平行に配置され、
    前記容器の回転軸線と前記シャフトの軸線とは、好ましくは互いに距離を置いていることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
13. 前記容器は回転可能であり、
    好ましくは、前記造粒及び／又は凝集器具のシャフトの軸線は、一位置に固定され、
    特に好ましくは、前記造粒及び／又は凝集器具は、自身のシャフトの軸線周りに回転可能であることを特徴とする請求項１２に記載の装置。
14. 造粒又は凝集する対象の原料を容器に投入して、前記原料を器具を用いて混合する造粒又は凝集方法において、
    請求項１１〜１３のいずれか一項に記載の造粒及び／又は凝集装置を用いることを特徴とする造粒又は凝集方法。

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