JP2016080270A - ロータリーキルン - Google Patents

Abstract

【課題】被処理物の混合性の向上と微粉化の進行抑制とを両立することのできるリフト構造体を備えるロータリーキルンを提供すること。
【解決手段】軸心周りに回転可能な円筒状の回転ドラム２を備えるロータリーキルン１であって、回転ドラムは、回転ドラムの内部に投入される被処理物Ｐを撹拌するためのリフタ構造体１０を含む。リフタ構造体１０は、回転ドラム２の内周面２ｓから突出して設けられ、その断面幅方向が、回転ドラム２の回転中心ＣＬ及びその基端部１２ａを通過する半径方向ラインｒ１に対して回転方向の下流側に傾斜して設けられる板状の第１プレート部材１２、又は回転ドラム２の内周面２ｓとの間に所定の離間距離ｓを有して設けられ、その断面幅方向が回転ドラム２の円周方向に沿うように設けられる板状の第２プレート部材１６、の少なくともいずれか一方を有する。
【選択図】 図２

Description

本開示は、被処理物を加熱するためのロータリーキルンに関する。

炭化炉や熱分解炉、加熱処理炉等に利用されるロータリーキルンは、被処理物を加熱して減容化または製品化するための装置である。ロータリーキルンは、軸心周りに回転可能な円筒状の回転ドラムを備えており、この回転ドラムを回転させながらドラム内部に投入される被処理物を加熱分解する。

このようなロータリーキルンに関する従来技術としては、例えば特許文献１などが挙げられる。

特許第３５９９６０８号公報

ところで、回転ドラムの内周面には、被処理物を均一かつ効率的に加熱できるように、被処理物を撹拌して混合するためのリフタ構造体が設けられている。
従来のリフタ構造体は、例えば回転ドラムの内周面から半径方向に沿って垂直に突出した板状体として構成される。そして、回転ドラムの回転に伴い、被処理物が板状体によって所定の高さまで持ち上げられた後に落下することで、被処理物が撹拌されるようになっている。

しかしながら、所定の高さまで持ち上げてから落とす動作が繰り返されることにより、被処理物に落下による衝撃荷重が繰り返し加わり、これにより被処理物の微粉化が進行してしまう。被処理物の微粉化が進行すると、１）回転ドラムから排出される排気ガスへの同伴による製品回収率の低下、２）粉塵爆発リスクの増大、３）表面積が大きくなることによる反応性の高まり、等の不具合が生じる。すなわち、被処理物の混合性の向上と、微粉化の進行とはトレードオフの関係にあると言えるものである。

本発明の少なくとも一つの実施形態は、このような従来技術の状況の基になされた発明であって、その目的とするところは、被処理物の混合性の向上と微粉化の進行抑制とを両立することのできるリフト構造体を備えるロータリーキルンを提供することにある。

（１）本発明の少なくとも一つの実施形態にかかるロータリーキルンは、
軸心周りに回転可能な円筒状の回転ドラムを備えるロータリーキルンであって、
前記回転ドラムは、前記回転ドラムの内部に投入される被処理物を撹拌するためのリフタ構造体を含み、
前記リフタ構造体は、
前記回転ドラムの内周面から突出して設けられる板状の第１プレート部材であって、前記第１プレート部材の断面幅方向が、前記回転ドラムの中心と前記第１プレート部材の基端部を通過する半径方向ラインに対して回転方向の下流側に傾斜して設けられる第１プレート部材、又は
前記回転ドラムの内周面との間に所定の離間距離を有して設けられる板状の第２プレート部材であって、前記第２プレート部材の断面幅方向が前記回転ドラムの円周方向に沿うように設けられる第２プレート部材、
の少なくともいずれか一方を有する。

上記（１）に記載のロータリーキルンは、回転ドラムの内周面から突出して設けられる板状の第１プレート部材であって、第１プレート部材の断面幅方向が、回転ドラムの中心と第１プレート部材の基端部を通過する半径方向ラインに対して回転方向の下流側に傾斜して設けられる第１プレート部材、又は回転ドラムの内周面との間に所定の離間距離を有して設けられる板状の第２プレート部材であって、第２プレート部材の断面幅方向が回転ドラムの円周方向に沿うように設けられる第２プレート部材、の少なくともいずれか一方を有するリフタ構造体を備えている。
ここで、プレート部材の「断面幅方向」とは、回転ドラムを軸方向に視認した断面における板状のプレート部材の幅方向（板状部材の断面おける長手方向）を意味するものとする。
このようなリフタ構造体は、例えば回転ドラムの内周面から半径方向に沿って垂直に突出した板状体として構成される従来のリフタ構造体と比べて、被処理物の混合性の向上と微粉化の進行抑制とを両立することのできる優れた性能を有している。

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）に記載のロータリーキルンにおいて、リフタ構造体は、第１プレート部材を有する。

上記（２）に記載の実施形態によれば、回転ドラムの内周面から突出して設けられる板状の第１プレート部材であって、第１プレート部材の断面幅方向が、回転ドラムの中心と第１プレート部材の基端部を通過する半径方向ラインに対して回転方向の下流側に傾斜して設けられる第１プレート部材を有するリフタ構造体を備えている。この第１プレート部材は、例えば回転ドラムの内周面から半径方向に沿って垂直に突出した板状体として構成される従来のリフタ構造体と比べて、回転方向の下流側に傾斜して設けられている分だけ、被処理物の落下高さを低くすることが出来る。したがって、このような第１プレート部材を有するリフタ構造体は、従来のリフタ構造体と比べて、微粉化の進行を抑制することが出来る。

（３）幾つかの実施形態では、上記（２）に記載のロータリーキルンにおいて、第１プレート部材の断面幅方向と回転ドラムの半径方向とのなす角度（α）が、３０度以上６０度以下である。

上記（３）に記載の実施形態によれば、上記角度（α）を４５度±１５度の範囲である３０度以上６０度以下とすることで、第１プレート部材を有するリフタ構造体において、混合性の向上と微粉化の進行抑制の両面において優れた性能が発揮される。

（４）幾つかの実施形態では、上記（２）または（３）に記載のロータリーキルンにおいて、リフタ構造体は、回転ドラムの内周面から突出して設けられる板状の第３プレート部材であって、第３プレート部材の断面幅方向が、前記回転ドラムの中心と前記第３プレート部材の基端部を通過する半径方向ラインに対して回転方向の上流側に傾斜するとともに、前記第３プレート部材の先端部が前記第１プレート部材の先端部と接続するように設けられる第３プレート部材をさらに有する。

上記（４）に記載の実施形態によれば、第１プレート部材と第３プレート部材とにより、断面視において三角形状のリフタ構造体が形成される。そして、この第３プレート部材により、第１プレート部材の背面と回転ドラムの内周面の間に被処理物が回り込むのを防ぐことが出来る。これにより、第１プレート部材のみを有するリフタ構造体と比べて、混合性を高めることが出来る。

（５）幾つかの実施形態では、上記（４）に記載のロータリーキルンにおいて、第１プレート部材の基端部が回転ドラムの最下点に位置しているときに、第３プレート部材の断面幅方向と、回転ドラムの回転中心と第１プレート部材の基端部を通過する半径方向ラインとのなす角度（β）が、７５度以上１０５度以下である。

上記（５）に記載の実施形態によれば、第３プレート部材における上記角度（β）を９０度±１５度の範囲である７５度以上１０５度以下とすることで、第１プレート部材の先端部を乗り越えた被処理物が第３プレート部材の上を滑るように移動するため、被処理物に作用する衝撃荷重を低減することが出来る。これにより、混合性の向上と微粉化の進行抑制の両面において優れた性能を発揮するリフタ構造体とすることが出来る。

（６）幾つかの実施形態では、上記（４）または（５）に記載のロータリーキルンにおいて、第１プレート部材の基端部が回転ドラムの最下点に位置しているときに、最下点から第１プレート部材の先端部までの高さをｈ、回転ドラムの内径をＤとしたときに、比ｈ／Ｄが０．０５以上０．２以下である。

被処理物を均一かつ効率的に加熱するためには、回転ドラムの内部に投入される被処理物の堆積深Ｈは、回転ドラムの内径Ｄに対してＨ／Ｄがおおよそ０．１５〜０．３０の範囲にあるとよい。一方、本発明者が検討したところでは、被処理物の堆積深さをＨとしたときに、上記（４）または（５）に記載のロータリーキルンのリフタ構造において、ｈ／Ｈが０．３〜０．７５の範囲で、混合性の向上と微粉化の進行抑制の両面において特に優れた性能を発揮することが分かった。
したがって、上記（４）または（５）に記載のロータリーキルンのリフタ構造において、上記比ｈ／Ｄを０．０５以上０．２以下とすることで、被処理物を均一かつ効率的に加熱することが出来るとともに、混合性の向上と微粉化の進行抑制の両面において優れた性能を発揮するリフタ構造体とすることが出来る。

（７）幾つかの実施形態では、上記（６）に記載のロータリーキルンにおいて、前記比ｈ／Ｄが０．０７５以上０．１５以下である。

本発明者が検討したところでは、被処理物の堆積深さをＨとしたときに、上記（４）または（５）に記載のロータリーキルンのリフタ構造において、ｈ／Ｈが０．５のときに、最も混合性の向上と微粉化の進行抑制の両面において特に優れた性能を発揮することが分かった。
したがって、上記（６）に記載のロータリーキルンのリフタ構造において、上記比ｈ／Ｄを０．０７５以上０．１５以下とすることで、混合性の向上と微粉化の進行抑制の両面において特に優れた性能を発揮するリフタ構造体とすることが出来る。

（８）幾つかの実施形態では、上記（６）または（７）に記載のロータリーキルンにおいて、回転ドラムは、回転ドラムの一端側から他端側に向かって、回転ドラムの内部に投入される被処理物を搬送するように構成されている。そして、最下点から第１プレート部材の先端部までの高さｈが、回転ドラムの一端側よりも他端側の方が小さくなるように構成される。

被処理物の加熱に伴い、回転ドラムの一端側から他端側に向かうにつれて被処理物の体積は水分の蒸発などによって小さくなる。よって、被処理物の堆積深さＨも回転ドラムの一端側から他端側に向かうにつれて低くなっていく。
したがって、上記（７）に記載の実施形態によれば、このような被処理物の体積減少を考慮して、最下点から第１プレート部材の先端部までの高さｈが、回転ドラムの一端側よりも他端側の方が小さくなるように構成することで、回転ドラムの一端側から他端側までの全長において上記比ｈ／Ｄを好ましい範囲内に設定することが可能となる。

（９）幾つかの実施形態では、上記（１）に記載のロータリーキルンにおいて、リフタ構造体は、第２プレート部材を有する。

上記（９）に記載の実施形態によれば、回転ドラムの内周面との間に所定の離間距離を有して設けられる板状の第２プレート部材であって、第２プレート部材の断面幅方向が回転ドラムの円周方向に沿うように設けられる第２プレート部材を有するリフタ構造体を備えている。この第２プレート部材は、回転ドラムの内周面との間に所定の距離を有し、且つ、その断面幅方向が回転ドラムの円周方向に沿うように設けられるため、被処理物を持ち上げることなく撹拌する。また、第２プレート部材を境として被処理物が上下２層に切断されるような形となり、これら２層が互いに異なるタイミング（回転位相）で滑り落ちるように落下することで高い混合性が発揮される。したがって、このような第２プレート部材を有するリフタ構造体は、従来のリフタ構造体と比べて、混合性の向上と微粉化の進行抑制の両面において優れた性能を発揮する。

ここで上述した「第２プレート部材の断面幅方向が回転ドラムの円周方向に沿うように」とは、第２プレート部材の断面幅方向と、この第２プレート部材と最も近接している回転ドラムの内周面における接線方向とが、おおよそ平行に近い状態にある場合を意味する。

（１０）幾つかの実施形態では、（９）に記載のロータリーキルンにおいて、第２プレート部材の断面幅方向と、回転ドラムの回転中心と第２プレート部材の断面幅方向における中心を通過する半径方向ラインとのなす角度（γ）が、７５度以上１０５度以下である。

上記（１０）に記載の実施形態によれば、上記角度（γ）を９０度±１５度の範囲である７５度以上１０５度以下とすることで、第２プレート部材を有するリフタ構造体において、混合性の向上と微粉化の進行抑制の両面において優れた性能が発揮される。

本発明の少なくとも一つの実施形態によれば、被処理物の混合性の向上と微粉化の進行抑制とを両立することのできるリフト構造体を備えるロータリーキルンを提供することが出来る。

本発明の一実施形態にかかるロータリーキルンの構成例を示す図である。 本発明の一実施形態にかかるリフタ構造体を説明するための説明図である。 図２に示す実施形態のリフタ構造体によって被処理物が撹拌される様子を示した断面図である。 本発明の一実施形態にかかるリフタ構造体を説明するための説明図である。 図３に示す実施形態のリフタ構造体によって被処理物が撹拌される様子を示した断面図である。 本発明の一実施形態にかかるリフタ構造体を説明するための説明図である。 図４に示す実施形態のリフタ構造体によって被処理物が撹拌される様子を示した断面図である。 比較例としての従来のリフタ構造体を説明するための説明図である。 図５に示す従来のリフタ構造体によって被処理物が撹拌される様子を示した断面図である。 図２〜図５に示す各々のリフタ構造体における混合性能と被処理物に作用する衝撃荷重とをシミュレーションした結果を示すグラフである。 図３に示すリフタ構造体において、第１プレート部材のリフタ高さｈと被処理物の堆積深Ｈとの比ｈ／Ｈを変化させた場合における混合性能と衝撃荷重とをシミュレーションした結果を示すグラフである。 図３に示すリフタ構造体において、内筒の軸方向における第１プレート部材のリフタ高さの変化を示したグラフである。

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

図１は、本発明の一実施形態にかかるロータリーキルン１の構成例を示す図である。
本発明の一実施形態にかかるロータリーキルン１は、いわゆる外燃式と呼ばれる形式のロータリーキルンであって、下水汚泥などの有機系廃棄物からなる被処理物を加熱分解して燃料用炭化物を生成するための装置である。
図１に示すように、本発明の一実施形態にかかるロータリーキルン１は、内筒（回転ドラム）２、外筒３、ガス燃焼炉４、スクリューコンベア５、シュート６等からなる。

内筒２は、円筒形状を有しており、その軸心周りに回転可能に構成されている。一実施形態では、内筒２の内径Ｄは約１．５〜３ｍ、内筒２の全長Ｌは約２０ｍであり、その回転速度は最大約４ｒｐｍである。
外筒３は、例えば中空のＢＯＸ形状を有しており、内筒２の端部２ａ，２ｂを除いた真ん中部分を囲むように配置され、内筒２を回転可能に支持する。また外筒３は、内筒２の外周面との間で加熱空間Ｓを画定する。この加熱空間Ｓには、ガス燃焼炉４で生成された加熱ガスが加熱ガス供給管８を介して供給されるようになっている。加熱空間Ｓに供給された加熱ガスは、内筒２の外周面を加熱した後、加熱ガス排出管９に設けられている誘引ファン７によって加熱ガス排出管９を介して排出される。

内筒２の一端部２ａには、スクリューコンベア５が配置されている。そして、スクリューコンベア５の投入口５ａから投入された被処理物Ｐが、スクリューコンベア５によって搬送され、内筒２の一端部２ａから内筒２の内部に投入される。内筒２の内部に投入された被処理物Ｐは、加熱されながら内筒２の一端部２ａから他端部２ｂに向かって搬送される。被処理物Ｐは、加熱分解により徐々に体積が減少する。そして、燃料用炭化物となった被処理物Ｐが、内筒２の他端部２ｂに配置されているシュート６から排出される。

内筒２の内周面には、内筒２の内部に投入される被処理物Ｐを撹拌するためのリフタ構造体１０が設けられている。図示した実施形態では、リフタ構造体１０として、内筒２の軸方向に沿って３つのリフタ構造体１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃが設けられている。なお、この内筒２の軸方向におけるリフタ構造体１０の数および長さは、特に限定されるものではなく、被処理物Ｐの撹拌に適した数および長さであればよい。

図２〜図４は、本発明の一実施形態にかかるリフタ構造体１０を説明するための説明図である。図５は、比較例としての従来のリフタ構造体１０´を説明するための説明図である。図２〜図５において、（ａ）は回転ドラム２及び２´の全体断面図であり、（ｂ）はリフタ構造体１０及び１０´を拡大して示した拡大断面図である。

図２Ａは、図２に示す実施形態のリフタ構造体１０によって被処理物Ｐが撹拌される様子を示した断面図である。図３Ａは、図３に示す実施形態のリフタ構造体１０によって被処理物Ｐが撹拌される様子を示した断面図である。図４Ａは、図４に示す実施形態のリフタ構造体１０によって被処理物Ｐが撹拌される様子を示した断面図である。図５Ａは、図５に示す比較例のリフタ構造体１０´によって被処理物Ｐが撹拌される様子を示した断面図である。これらの図において、（ａ）が内筒２の回転前の初期状態を示しており、（ａ）→（ｂ）→（ｃ）→（ｄ）→（ｅ）→（ｆ）の順に内筒２の反時計回り方向への回転が進んだ状態を示している。

図６は、図２〜図５に示す各々のリフタ構造体１０において、その混合性能と被処理物に作用する衝撃荷重とをシミュレーションした結果を示すグラフである。被処理物Ｐに作用する衝撃荷重が大きい程に微粉化が進行するため、衝撃荷重が小さい程に微粉化の進行を抑制する性能が高いことを意味している。
なお、図６において、内筒２の内径および回転速度、被処理物Ｐの種類および堆積深、などのシミュレーションに必要な各種諸元は、図２〜図５において同じ条件としている。また、後述する第１プレート部材１２（図２〜図３）の断面幅Ｂ２，Ｂ３、第２プレート部材１６（図４）の断面幅Ｂ４、および板状体１２´（図５）の断面幅Ｂ５は、図２〜図５において同じ長さとなっている。

幾つかの実施形態では、図２および図３に示すように、リフタ構造体１０は、回転ドラム２の内周面２ｓから突出して設けられる板状の第１プレート部材１２を有する。図示した実施形態では、第１プレート部材１２は平坦面を有する板状部材である。リフタ構造体１０は、内筒２の円周方向に沿って９０度ずつ位相がずらされて４つ設けられている。この第１プレート部材１２は、図２の（ｂ）に示すように、その断面幅方向が、内筒２の回転中心ＣＬと第１プレート部材１２の基端部１２ａを通過する半径方向ラインｒ１に対して、回転方向Ｒの下流側に傾斜して設けられる。

このような実施形態によれば、例えば内筒２の内周面２ｓから半径方向に沿って垂直に突出した板状体１２´として構成される図５に示す比較例としての従来のリフタ構造体１０´と比べて、第１プレート部材１２が回転方向Ｒの下流側に傾斜して設けられている分だけ、被処理物Ｐの落下高さを低くすることが出来る。

すなわち、内筒２の内部に堆積した状態にある被処理物Ｐは、内筒２の回転に伴って内筒２と一緒に回転しようとするが、その堆積面の傾斜角度が被処理物Ｐの安息角ａｃを超えると、その安息角ａｃを超えた部分の被処理物Ｐが順次下方に滑り落ちる。図５に示す従来のリフタ構造体１０´では、板状体１２´が半径方向ｒ´に沿って垂直に突出しているため、図５Ａの（ｅ）及び（ｆ）に示すように、被処理物Ｐが高くまで持ち上げられてから落下する。これに対して図２に示す実施形態のリフタ構造体１０では、第１プレート部材１２が回転方向の下流側に傾斜しているため、比較例のリフタ構造体１０´と比べて被処理物Ｐがあまり高くまで持ち上げられることがない（図２Ａの（ｅ）および（ｆ）を参照）。
したがって、このような第１プレート部材１２を有するリフタ構造体１０は、図６に示すように、従来のリフタ構造体１０´と比べて、落下に伴って被処理物Ｐに作用する衝撃荷重を小さく抑えることができるため、被処理物Ｐの微粉化の進行を抑制することが出来るようになっている。

幾つかの実施形態では、図２及び図３に示す実施形態において、第１プレート部材１２の断面幅方向と内筒２の半径方向とのなす角度αが、３０度以上６０度以下である。図示した実施形態では、角度αは４５度となっている。
このような実施形態によれば、角度αを４５度±１５度の範囲である３０度以上６０度以下とすることで、第１プレート部材１２を有するリフタ構造体１０において、混合性の向上と微粉化の進行抑制の両面において優れた性能が発揮される。

幾つかの実施形態では、図３に示すように、リフタ構造体１０は、上述した第１プレート部材１２に加えて、内筒２の内周面２ｓから突出して設けられる板状の第３プレート部材１４をさらに有する。図示した実施形態では、第３プレート部材１４は平坦面を有する板状部材である。第３プレート部材１４は、その断面幅方向が、内筒２の回転中心ＣＬと第３プレート部材１４の基端部１４ａを通過する半径方向ラインｒ２に対して回転方向Ｒの上流側に傾斜するとともに、第３プレート部材１４の先端部１４ｂが第１プレート部材１２の先端部１２ｂと接続するように設けられる。

このような実施形態によれば、第１プレート部材１２と第３プレート部材１４とにより、断面視において三角形状のリフタ構造体１０が形成される。そして、この第３プレート部材１４により、第１プレート部材１２の背面１２ｒと内筒２の内周面２ｓの間に被処理物Ｐが回り込むのを防ぐことが出来る。第１プレート部材１２の背面１２ｒと内筒２の内周面２ｓの間では、被処理物Ｐの撹拌は殆ど進行しない。このため、第３プレート部材１４を設けて第１プレート部材１２の背面１２ｒと内筒２の内周面２ｓの間に被処理物Ｐが回り込むのを防ぐことで、図６に示すように、第１プレート部材１２のみを有するリフタ構造体１０と比べて、さらに混合性を高めることが出来る。

なお、図１に示した実施形態では、リフタ構造体１０としては、内筒２の軸方向に沿って３つのリフタ構造体１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃが設けられている。このため、各リフタ構造体１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃにおける軸方向の両端面は、被処理物Ｐが入り込まないように閉塞されていることが望ましい。

幾つかの実施形態では、図３に示すリフタ構造体１０において、第１プレート部材１２の基端部１２ａが内筒２の最下点に位置しているときに、第３プレート部材１４の断面幅方向と、内筒２の回転中心ＣＬと第１プレート部材１２の基端部１２ａを通過する半径方向ラインｒ１とのなす角度βが、７５度以上１０５度以下である。図示した実施形態では、角度βは９０度となっている。
このような実施形態によれば、角度βを９０度±１５度の範囲である７５度以上１０５度以下とすることで、例えば図３Ａの（ｄ）〜（ｆ）に示すように、第１プレート部材１２の先端部１２ｂを乗り越えた被処理物Ｐが第３プレート部材１４の上を滑るように移動する。このため、図６に示すように、被処理物Ｐに作用する衝撃荷重を低減することが出来る。これにより、混合性の向上と微粉化の進行抑制の両面において優れた性能を発揮するリフタ構造体１０とすることが出来る。

図７は、図３に示すリフタ構造体１０において、被処理物Ｐの堆積深Ｈと第１プレート部材１２のリフタ高さｈとの比ｈ／Ｈを変化させた場合における混合性能と衝撃荷重とをシミュレーションした結果を示すグラフである。
幾つかの実施形態では、図３に示すリフタ構造体１０において、第１プレート部材１２の基端部１２ａが内筒２の最下点に位置しているときに、最下点から第１プレート部材１２の先端部１２ｂまでの垂直方向の高さをｈ（以下、「リフタ高さ」と呼ぶ。）、内筒２の内径をＤとしたときに、その比ｈ／Ｄが０．０５以上０．２以下である。

被処理物Ｐを均一かつ効率的に加熱するためには、内筒２の内部に投入される被処理物Ｐの堆積深Ｈは、内筒２の内径Ｄに対してＨ／Ｄがおおよそ０．１５〜０．３０の範囲にあるとよい。一方、本発明者が検討したところでは、図７に示すように、被処理物Ｐの堆積深さをＨとしたときに、図３に示すリフタ構造体１０において、その比ｈ／Ｈが０．３〜０．７５の範囲で混合性の向上と微粉化の進行抑制の両面において特に優れた性能を発揮することが分かった。

図７に示すように、比ｈ／Ｈが０．３よりも小さいと混合性能が急激に低下してしまう。また、ｈ／Ｈが０．７５よりも大きいと混合性能には大きな変化がない一方で衝撃荷重が急激に上昇してしまう。
したがって、図３に示すリフタ構造体１０において、上述した比ｈ／Ｄを０．０５以上０．２以下とすることで、被処理物Ｐを均一かつ効率的に加熱することが出来るとともに、混合性の向上と微粉化の進行抑制の両面において優れた性能を発揮するリフタ構造体１０とすることが出来る。

また、図７に示すように、図３に示すリフタ構造体１０は、その比ｈ／Ｈが０．５のときに、特に混合性の向上と微粉化の進行抑制の両面において最も優れた性能を発揮する。
したがって、図３に示すリフタ構造体１０において、上述した比ｈ／Ｄを０．０７５以上０．１５以下とすることで、混合性の向上と微粉化の進行抑制の両面において特に優れた性能を発揮するリフタ構造体１０とすることが出来る。

図８は、図３に示すリフタ構造体１０において、内筒２の軸方向における第１プレート部材１２のリフタ高さの変化を示したグラフである。
幾つかの実施形態では、図３に示すリフタ構造体１０を備えるロータリーキルン１において、図８に示すように、第１プレート部材１２のリフタ高さｈが、内筒２の一端部２ａよりも他端部２ｂの方が小さくなるように構成される。

例えば、内筒２の一端部２ａから他端部２ｂに向かって符号１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの３つのリフタ構造体を有する図１に示すロータリーキルン１において、図８の（ａ）に示すように、リフタ構造体１０Ａにおけるリフタ高さをｈａ、リフタ構造体１０Ｂにおけるリフタ高さをｈｂ、リフタ構造体１０Ｃにおけるリフタ高さをｈｃとした時に、ｈａ＞ｈｂ＞ｈｃの関係にある。

被処理物Ｐの加熱に伴って、内筒２の一端部２ａから他端部２ｂに向かうにつれて被処理物Ｐの体積は水分の蒸発などによって小さくなる。よって、図８に示すように、被処理物Ｐの堆積深さＨも内筒２の一端部２ａから他端部２ｂに向かうにつれて低くなっていく。
したがって、このような実施形態によれば、上述した被処理物Ｐの体積減少を考慮して、リフタ高さｈが内筒２の一端部２ａよりも他端部２ｂの方が小さくなるように構成することで、内筒２の一端部２ａから他端部２ｂまでの全長において上述した比ｈ／Ｄを好ましい範囲内に設定することが可能となる。

なお、図８の（ａ）に示す実施形態では、製造性を考慮して、リフタ構造体１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃにおける各リフタ高さｈａ，ｈｂ，ｈｃは夫々均一な高さとして設定した。しかしながら、本発明はこれに限定されず、例えば図８の（ｂ）に示す実施形態のように、リフタ構造体１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃにおける各リフタ高さｈａ，ｈｂ，ｈｃは、被処理物Ｐの堆積深Ｈの減少に応じて順次小さくなるように設定してもよいものである。

幾つかの実施形態では、図４に示すように、リフタ構造体１０は、内筒２の内周面２ｓとの間に所定の離間距離ｓを有して設けられる板状の第２プレート部材１６を有する。この第２プレート部材１６は、内筒２の内周面２ｓにおいて、その軸方向に所定の間隔で設けられた不図示の支柱によって支持されている。図示した実施形態では、第２プレート部材１６は平坦面を有する板状部材である。またリフタ構造体１０は、内筒２の円周方向に沿って９０度ずつ位相がずらされて４つが設けられている。

そして、図４の（ｂ）に示すように、この第２プレート部材１６は、その断面幅方向が内筒２の円周方向に沿うように設けられている。
ここで「第２プレート部材１６の断面幅方向が内筒２の円周方向に沿うように」とは、第２プレート部材１６の断面幅方向と、この第２プレート部材１６と最も近接している近接点ｎでの内筒２における接線Ｔの延伸方向とが、おおよそ平行に近い状態にある場合を意味するものとする。図示した実施形態では、第２プレート部材１６の断面幅方向と、近接点ｎにおける内筒２の接線Ｔの延伸方向とは平行である。

このような実施形態にかかるロータリーキルン１は、内筒２の内周面２ｓとの間に所定の離間距離ｓを有して設けられる板状の第２プレート部材１６を備えている。この第２プレート部材１６は、内筒２の内周面２ｓとの間に所定の離間距離ｓを有し、且つ、その断面幅方向が内筒２の円周方向に沿うように設けられるため、図４Ａ，Ｂの（ａ）〜（ｆ）に示すように、被処理物Ｐを殆ど持ち上げることなく撹拌する。また、特に図４Ａ，Ｂの（ｃ）および（ｄ）に示すように、第２プレート部材１６を境として被処理物ＰがＬ１，Ｌ２の上下２層に切断されるような形となり、これらＬ１，Ｌ２の２層が互いに異なるタイミング（回転位相）で滑り落ちるように落下することで高い混合性が発揮される。したがって、このような第２プレート部材１６を有するリフタ構造体１０は、図６に示すように、従来のリフタ構造体１０´と比べて、混合性の向上と微粉化の進行抑制の両面において優れた性能を発揮する。

幾つかの実施形態では、図４に示すリフタ構造体１０において、第２プレート部材１６の断面幅方向と、内筒２の回転中心ＣＬと第２プレート部材１６の断面幅方向における中心位置１６ｃを通過する半径方向ラインｒ３とのなす角度γが、７５度以上１０５度以下である。
このように、角度γが少なくとも７５度以上１０５度以下の範囲であれば、第２プレート部材１６の断面幅方向と、上述した接線Ｔの延伸方向とは、おおよそ平行に近い状態にあると言える。

このような実施形態によれば、角度γを９０度±１５度の範囲である７５度以上１０５度以下とすることで、第２プレート部材１６を有するリフタ構造体１０において、混合性の向上と微粉化の進行抑制の両面において優れた性能が発揮される。

以上、本発明の好ましい形態について説明したが、本発明は上記の形態に限定されるものではない。例えば上述した実施形態を組み合わせても良く、本発明の目的を逸脱しない範囲での種々の変更が可能である。

例えば、上述した実施形態では、第１プレート部材１２、第２プレート部材１４、第３プレート部材１６の夫々は平坦面を有する板状部材であった。しかしながら、本発明の少なくとも一つの実施形態にかかるロータリーキルン１はこれに限定されず、平坦面ではなく、または平坦面とともに、曲面を有する板状部材であってもよい。曲面の曲率半径としては、特に限定されないが、内筒２の内周面２ｓの曲率半径以上とするのがよい。

また例えば、上述した実施形態では、外燃式のロータリーキルン１の場合を例にして説明した。しかしながら、本発明の少なくとも一つの実施形態にかかるロータリーキルン１はこれに限定されず、バーナなどによって内筒の内部を直接加熱するように構成される内燃式のロータリーキルンにも適用可能である。

１ ロータリーキルン
２ 内筒
２ａ 一端部
２ａ 他端部
２ｓ 内周面
２ｂ 他端側
３ 外筒
４ ガス燃焼炉
５ スクリューコンベア
５ａ 投入口
６ シュート
７ 誘引ファン
８ 加熱ガス供給管
９ 加熱ガス排出管
１０ リフタ構造体
１２ 第１プレート部材
１２´ 板状体
１２ａ 基端部
１２ｂ 先端部
１２ｒ 背面
１４ 第３プレート部材
１４ａ 基端部
１４ｂ 先端部
１６ 第２プレート部材
１６ｃ 中心位置
ＣＬ 回転中心
Ｄ 内径
Ｌ 全長
Ｐ 被処理物
Ｒ 回転方向
Ｓ 加熱空間
Ｔ 接線
ｎ 近接点
ｒ１〜３ 半径方向ライン
ｓ 離間距離

Claims (10)

1. 軸心周りに回転可能な円筒状の回転ドラムを備えるロータリーキルンであって、
   前記回転ドラムは、前記回転ドラムの内部に投入される被処理物を撹拌するためのリフタ構造体を含み、
   前記リフタ構造体は、
   前記回転ドラムの内周面から突出して設けられる板状の第１プレート部材であって、前記第１プレート部材の断面幅方向が、前記回転ドラムの中心と前記第１プレート部材の基端部を通過する半径方向ラインに対して回転方向の下流側に傾斜して設けられる第１プレート部材、又は
   前記回転ドラムの内周面との間に所定の離間距離を有して設けられる板状の第２プレート部材であって、前記第２プレート部材の断面幅方向が前記回転ドラムの円周方向に沿うように設けられる第２プレート部材、
   の少なくともいずれか一方を有するロータリーキルン。
2. 前記リフタ構造体は、前記第１プレート部材を有する請求項１に記載のロータリーキルン。
3. 前記第１プレート部材の断面幅方向と前記回転ドラムの半径方向とのなす角度（α）が、３０度以上６０度以下である請求項２に記載のロータリーキルン。
4. 前記リフタ構造体は、
   前記回転ドラムの内周面から突出して設けられる板状の第３プレート部材であって、前記第３プレート部材の断面幅方向が、前記回転ドラムの中心と前記第３プレート部材の基端部を通過する半径方向ラインに対して回転方向の上流側に傾斜するとともに、前記第３プレート部材の先端部が前記第１プレート部材の先端部と接続するように設けられる第３プレート部材をさらに有する請求項２または３に記載のロータリーキルン。
5. 前記第１プレート部材の基端部が前記回転ドラムの最下点に位置しているときに、前記第３プレート部材の断面幅方向と、前記回転ドラムの回転中心と前記第１プレート部材の基端部を通過する半径方向ラインとのなす角度（β）が、７５度以上１０５度以下である請求項４に記載のロータリーキルン。
6. 前記第１プレート部材の基端部が前記回転ドラムの最下点に位置しているときに、前記最下点から前記第１プレート部材の前記先端部までの高さをｈ、前記回転ドラムの内径をＤとしたときに、比ｈ／Ｄが０．０５以上０．２以下である請求項４または５に記載のロータリーキルン。
7. 前記比ｈ／Ｄが０．０７５以上０．１５以下である請求項６に記載のロータリーキルン。
8. 前記回転ドラムは、前記回転ドラムの一端側から他端側に向かって、前記回転ドラムの内部に投入される被処理物を搬送するように構成されており、
   前記最下点から前記第１プレート部材の前記先端部までの高さｈが、前記回転ドラムの一端側よりも他端側の方が小さくなるように構成される請求項６または７に記載のロータリーキルン。
9. 前記リフタ構造体は、前記第２プレート部材を有する請求項１に記載のロータリーキルン。
10. 前記第２プレート部材の断面幅方向と、前記回転ドラムの回転中心と前記第２プレート部材の断面幅方向における中心を通過する半径方向ラインとのなす角度（γ）が、７５度以上１０５度以下である請求項８に記載のロータリーキルン。

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