JP2017159215A - 分級機能付粉砕装置 - Google Patents

Abstract

【課題】分級機能付粉砕機において、粗い粒度域の被処理物を装置のサイズを大きくすることなくシャープな粒度分布を得ることができるようにする。【解決手段】内部ケーシング１ｂの上部に、吹上げ通路１ｃから気流搬送された被処理物を含む気流を旋回させて被処理物を分級する複数の分級羽根２２を有する分級部１６を設ける。分級部１６の底部に、排出管１１ｃへ気流を誘導する円形のガイド部２０を設け、そのガイド部２０と排出管１１ｃとの間に、排出管１１ｃに連通する中央貫通孔２１ａを有する円筒体２１を設ける。【選択図】図３

Description

本発明は、樹脂、鉱物等を粉砕室内で回転する粉砕ロータ円周に取り付けた粉砕部で粉砕する、分級機能付の粉砕装置に関する。

従来から使用されている粉砕装置として、円筒状の粉砕室の内部の粉砕ロータと、粉砕室内周面に取り付けられたライナとで被処理物を粉砕するものがある。また、粉砕した被処理物を分級し、所定粒度に達していないものを再び粉砕ロータに誘導する粉砕装置も開発されている。

例えば特許文献１の分級機能を備えた粉砕装置では、装置下部の粉砕ロータで粉砕された被処理物は、粉体処理室の外周を通り、迂回経路を経由して分級部へと気流搬送される。

また、特許文献２の分級機能を備えた粉砕装置のように、分級部が円形の天板円周上に配置されたルーバ翼（分級羽根）で構成されるものが知られている。この粉砕装置では、粉砕された被処理物は、この分級羽根で発生した旋回流によって分級されるようになっている。

特開２００７−２０９９３４号公報 特開２０１０−０９４５７４号公報

しかしながら、特許文献２のような固定式分級機において、従来よりも粗い粒度領域で分級しようとすると、旋回方向の気流速度（吐出速度）を遅くする必要があり、その際は装置の外径を大きくしたり分級羽根の高さを高くしたりする必要があった。装置の外径を大きくすると装置全体の大きさが大きくなってしまうという問題がある。また、分級羽根の高さを高くすると、天板からの距離によって旋回方向の気流速度のバラツキが大きくなり、分級点（分級粒子径）が異なってしまう。そのため、シャープな粒度分布を得ることができないという問題がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、分級機能付粉砕機において、粗い粒度域の被処理物を装置のサイズを大きくすることなく且つシャープな粒度分布が得られるよう処理可能にすることにある。

上記の目的を達成するために、この発明では、分級部において、分級羽根の下方のガイド部と上方の排出管との間に円筒体を設けた。

具体的には、第１の発明の分級機能付粉砕装置は、
外部ケーシングと、
上記外部ケーシングと少なくとも一部が仕切られた空間を形成する内部ケーシングと、
上記内部ケーシングに連通する被処理物を投入する投入口と、
上記内部ケーシングの下方に設けられて被処理物を粉砕する粉砕部を備えた粉砕室と、
上記粉砕室に連通する気流導入口と、
上記内部ケーシングと上記外部ケーシングとの間に形成され、上記粉砕室で粉砕されて吹き上げられた被処理物を通過させる吹上げ通路と、
上記内部ケーシングの上部に設けられ、上記吹上げ通路から気流搬送された被処理物を含む気流を旋回させて被処理物を分級する複数の分級羽根を有する分級部と、
上記分級部で分級された被処理物を排出する排出管とを備え、
上記分級部は、
該分級部の底部に設けられ、上記排出管へ気流を誘導する円形のガイド部と、
上記ガイド部と上記排出管との間に設けられ、該排出管に連通する中央貫通孔を有する円筒体とを備えている。

上記の構成によると、被処理物を含むエアは、必ずガイド部と円筒体との間の狭い隙間を通る必要があるので、中心方向へ向かう気流の速度が速くなり、分級羽根の高さや幅を変更することなく、粗い粒度領域で分級することが可能となる。また、円筒体の外周で十分に整流された状態で被処理物を含むエアがガイド部と円筒体との間を通って排出管に導かれるので、旋回方向の気流速度のバラツキが少なくシャープな粒度分布を得ることができる。

第２の発明では、第１の発明において、
上記ガイド部の上面は、テーパ状の側面を有し、該側面と上記円筒体の下面とのクリアランスは、半径方向内側に向かって徐々に狭くなっている。

上記の構成によると、簡単な構成で確実に中心方向の気流の速度を速くすることができる。

以上説明したように、本発明によれば、分級部の底部に設けられて排出管へ気流を誘導する円形のガイド部と排出管との間に、排出管に連通する中央貫通孔を有する円筒体を設けたことにより、粗い粒度域の被処理物を装置のサイズを大きくすることなく且つシャープな粒度分布を得ることができる。

図３のＩ部拡大断面図である。 本発明の実施形態に係る粉砕装置を含む粉砕システムの概略を示す図である。 粉砕装置を示す断面図である。 円筒体及び分級羽根を拡大して示す平面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

−粉砕システムの構成−
図２は本発明の実施形態に係る分級機能付の粉砕装置１を含む粉砕システム１０の概要を示し、この粉砕システム１０は、粉砕装置１に原料を供給する供給機２を備えている。供給機２から供給される被処理物としての原料は、供給用ロータリバルブ３を介し、粉砕装置１の投入口１１ａに供給されるように構成されている。一方、粉砕装置１で粉砕された被処理物は、排気ファン６による気流と共にバグフィルタ４に搬送される。バグフィルタ４内で気流と粉砕製品が分離され、バグフィルタ用ロータリバルブ５を運転して取り出すことができるようになっている。バグフィルタ４の下流側には、排気ファン６が接続され、粉砕システム１０内の空気が大気中に排出されるように構成されている。粉砕装置１の下側には、駆動部７が設けられている。

図３に示すように、粉砕装置１は、円筒状の外部ケーシング１ａを有し、その内部に、それよりも小径の円筒状の内部ケーシング１ｂが同軸上に固定されている。内部ケーシング１ｂの下方に粉砕室１１が、同じく同軸に結合されている。例えば粉砕室１１の接線方向に、気流導入口１１ｂが中心軸に対称に２箇所形成されている。なお、気流導入口１１ｂは１箇所でもよく、必ずしも接線方向に形成する必要もない。

粉砕室１１の下部には、粉砕ロータ１２が回転するようになっている。粉砕ロータ１２は、粉砕室１１の下方に設けた駆動部７で駆動されるようになっている。詳しくは図示しないが、粉砕用電動モータ１３（図２にのみ示す）の動力により粉砕ロータ１２が回転されるように構成されている。そして、粉砕室１１の内周面には、例えば円筒状の粉砕用ライナ１７が固定されている。一方、粉砕ロータ１２の外周には、先端が粉砕用ライナ１７に近接するように、複数の粉砕部１８が取り付けられている。

また、内部ケーシング１ｂの上部には、吹上げ通路１ｃからの気流を旋回させ、所定粒度に達していない被処理物を落下させて内部ケーシング１ｂに還流させる役割を果たす分級部１６が配置されている。分級部１６と粉砕室１１の間において、内部ケーシング１ｂに連通するように、被処理物を投入する投入口１１ａが設けられている。投入口１１ａは、外部ケーシング１ａに対して適度な投入角を有するように挿入された円筒体の内部に形成され、外部ケーシング１ａを通過して内部ケーシング１ｂと連通している。一方、分級部１６の上端中心からは被処理物を排出する排出管１１ｃが上方へ延びている。

気流導入口１１ｂからの気流は、所定の通路を通過して粉砕室１１へ向かい、被処理物を舞い上げながら外部ケーシング１ａとその内部を区切る内部ケーシング１ｂとの間に形成した吹上げ通路１ｃを通って上方の分級部１６へ気流搬送され、所定の粒度の被処理物が排出管１１ｃを通って装置外へ排出されるようになっている。一方、所定の粒度に達していないものは、内部ケーシング１ｂへと落下し、粉砕室１１で再び粉砕されるようになっている。

そして、本実施形態の特徴として、分級部１６は、その底部に排出管１１ｃへ気流を誘導する円形のガイド部２０を有する。このガイド部２０と排出管１１ｃとの間には、排出管１１ｃに連通する中央貫通孔２１ａを有する円筒体２１が設けられている。円筒体２１の半径ｒ１は、複数の分級羽根２２の先端で形成される円の半径ｒ０よりも小さい。

ガイド部２０は、例えば円錐台であり、テーパ状の側面２０ａを有し、例えば、この側面２０ａと円筒体２１の下面における中央貫通孔２１ａの周縁との間は、半径方向内側に向かって徐々に狭くなっている。ガイド部２０は、先端が尖った円錐形でもよい。円錐形であれば堆積物が溜まりにくい。ガイド部２０の半径ｒ２は、円筒体２１の半径ｒ１と同じであるのが望ましいが、円筒体２１の半径ｒ１よりも小さくてもよい。なお、図４に示すように、円筒体２１の円板状の天板２１ｂは、例えば分級羽根２２を覆う大きさを有している。

−ガイド部に傾斜をつける必要性−
次いで、このガイド部２０のテーパ状の側面２０ａに傾斜をつける必要性について図１、図３及び図４を用いて説明する。

まず、分級粒子径Ｄ（ｍ）は式（１）のように求められる。ここで、μ：流体の粘性係数（ｋｇ／ｍ ｓｅｃ）、ρｓ：粉体の密度（ｋｇ／ｍ^３）、ρｆ：流体の密度（ｋｇ／ｍ^３）、Ｖｔ：回転方向の気流（粒子）の速度（ｍ／ｓ）、Ｖｒ：中心方向の気流の速度（ｍ／ｓ）、ｒ：半径（ｍ）

本実施形態の粉砕装置１のように、向心回転流動している場合、回転方向の速度分布（Ｖｔ）と半径（ｒ）の関係は、式（２）のようになる。この式（２）では、回転方向の速度分布（Ｖｔ）は中心に向かうほど速度が速くなる関係にある。このとき、エネルギー損失がない理想的回転流の場合はｎ＝１となる。

仮に円筒体２１の下部のクリアランスＣを一定とすると、半径ｒの位置によって分級点（分級粒子径Ｄ）が異なってしまう。より精密な分級を必要とする場合は、どの半径ｒの位置においても分級粒子径を一定とすることが望ましい。このため、ガイド部２０の側面を角度αのテーパ状にしている。角度αは、例えば、円筒体２１の外径が２５０ｍｍで最小のクリアランスＣが１０ｍｍのとき、α＝１７°である。また、分級羽根２２のある空間の下面と円筒体２１の下端との高さの差ｈ’は、０よりも大きくする必要がある。従来のように、整流されずにショートパスして排出管１１ｃに到達するのを避けるためである。

−粉砕装置の作動−
本実施形態に係る粉砕システム１０では、図３に白抜き矢印で示すように、供給機２に投入された被処理物は、供給機２から粉砕室１１上部の投入口１１ａへ投入される。

そして、投入された被処理物は、内部ケーシング１ｂの底部に取り付けられた漏斗１ｄ内で降下し、粉砕ロータ１２上に落下する。

粉砕ロータ１２上に落下した被処理物は、遠心力で外周へ運ばれ、粉砕部１８と粉砕用ライナ１７との間で粉砕される。

粉砕された被処理物は、図３に細い実線の矢印で示すように、粉砕室１１の底部から導入された気流によって舞い上げられ、内部ケーシング１ｂと外部ケーシング１ａとの隙間の吹上げ通路１ｃを通って分級部１６へと導入され、分級される。

具体的には、粉砕された被処理物は気流搬送されて分級部１６の円周側から入り、分級部１６の内部では、分級羽根２２による旋回流で旋回される。所定粒度に達していない粒度の大きい被処理物は分級羽根２２の内周面に衝突して、再び粉砕室１１へ落下する。

本実施形態では、円筒体２１が設けられているので、排出管１１ｃに向かう被処理物を含んだ空気は、ガイド部２０のテーパ面状の側面２０ａと、円筒体２１の下面との間を通る必要がある。このテーパ面と円筒体２１の下面との間の最小のクリアランスＣが小さく設定されているので、中心方向の気流の速度Ｖｒが速くなり、従来よりも粒度の大きな被処理物が円筒体２１の中央貫通孔２１ａを通って排出管１１ｃから排出される。

次いで、粉砕装置１で粉砕された被処理物は、排出管１１ｃから排気ファン６による気流と共にバグフィルタ４に搬送される。バグフィルタ４内で気流と粉砕製品が分離され、バグフィルタ用ロータリバルブ５を運転して粉砕製品を取り出す。

−分級部の作用−
まず、従来の円筒体２１のない分級部では、例えば、処理風量１０ｍ^３／ｍｉｎで粉体密度１０００ｋｇ／ｍ^３の条件において、分級粒子径を７〜４０μｍの範囲で計画する場合、例えば、分級羽根の高さｈ＝２００ｍｍ、半径ｒ＝２００ｍｍ、排出管の内径１３０ｍｍで計画することができる。このときの回転方向の気流の速度、つまり、接線方向から吐出する速度Ｖｔは、５〜３０ｍ／ｓの範囲で調整が必要となる。その調整は、分級羽根間の寸法Ｂを３．５〜２１ｍｍ間で可変にすることにより、分級粒子径のコントロールが可能となる。しかし、さらに粗い粒度域で計画しようとすると、吐出速度Ｖｔを遅くする必要がある。その場合は、Ｂ寸法を大きくするか、吐出部（分級羽根）の高さｈを高くする必要がある。Ｂ寸法を大きくするためには粉砕装置１全体が大きくなってしまう。また、ｈ寸法を大きくすると天板２１ｂからの距離によって旋回方向の気流速度のバラツキが大きくなり、シャープな粒度分布を得ることができなかった。

そこで、上述したように、本実施形態では、分級羽根２２の半径方向内側に円筒状の円筒体２１を設けたので、被処理物を含むエアは、必ずガイド部２０と円筒体２１との間の狭いクリアランスＣを通る必要がある。このため、中心方向の気流の速度Ｖｒが速くなり、分級羽根２２の高さｈ及び分級羽根２２間の隙間Ｂを変更することなく、粗い粒度領域も分級することが可能となる。ガイド部２０の側面２０ａと、円筒体２１下面とのクリアランスＣを例えば２０ｍｍとすると、上記従来の分級部と同じ条件で２３〜１３７μｍの範囲で分級粒子径の調整ができることがわかった。さらに、円筒体２１の周りで十分に整流された状態で排出管１１ｃへ導かれるので、シャープな粒度分布を得ることができる。

以上説明したように、本発明によれば、分級部１６の底部に設けられて排出管１１ｃへ気流を誘導する円形のガイド部２０と排出管１１ｃとの間に、排出管１１ｃに連通する中央貫通孔２１ａを有する円筒体２１を設けたことにより、粗い粒度域の被処理物を粉砕装置１のサイズを大きくすることなくシャープな粒度分布を得ることができる。

（その他の実施形態）
本発明は、上記実施形態について、以下のような構成としてもよい。

すなわち、粉砕の方式は、粉砕室１１内に粉砕ロータ１２を有する方式（回転式）として、粉砕部１８と粉砕用ライナ１７の間で粉砕や破砕、磨砕される方式の他に、粉砕ロータ１２を設けずに、旋回流に乗せて被処理物を回転させ、粉砕用ライナ１７に衝突させる渦流式等も採用できる。

なお、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物や用途の範囲を制限することを意図するものではない。

１ 粉砕装置（分級機能付粉砕装置）
１ａ 外部ケーシング
１ｂ 内部ケーシング
１ｃ 通路
１ｄ 漏斗
２ 供給機
３ 供給用ロータリバルブ
４ バグフィルタ
５ バグフィルタ用ロータリバルブ
６ 排気ファン
７ 駆動部
１０ 粉砕システム
１１ 粉砕室
１１ａ 投入口
１１ｂ 気流導入口
１１ｃ 排出管
１２ 粉砕ロータ
１３ 粉砕用電動モータ
１６ 分級部
１７ 粉砕用ライナ
１８ 粉砕部
２０ ガイド部
２０ａ 側面
２１ 円筒体
２１ａ 中央貫通孔
２１ｂ 天板
２２ 分級羽根

Claims (2)

1. 外部ケーシングと、
   上記外部ケーシングと少なくとも一部が仕切られた空間を形成する内部ケーシングと、
   上記内部ケーシングに連通する被処理物を投入する投入口と、
   上記内部ケーシングの下方に設けられて被処理物を粉砕する粉砕部を備えた粉砕室と、
   上記粉砕室に連通する気流導入口と、
   上記内部ケーシングと上記外部ケーシングとの間に形成され、上記粉砕室で粉砕されて吹き上げられた被処理物を通過させる吹上げ通路と、
   上記内部ケーシングの上部に設けられ、上記吹上げ通路から気流搬送された被処理物を含む気流を旋回させて被処理物を分級する複数の分級羽根を有する分級部と、
   上記分級部で分級された被処理物を排出する排出管とを備え、
   上記分級部は、
   該分級部の底部に設けられ、上記排出管へ気流を誘導する円形のガイド部と、
   上記ガイド部と上記排出管との間に設けられ、該排出管に連通する中央貫通孔を有する円筒体とを備えている
   ことを特徴とする分級機能付粉砕装置。
2. 請求項１に記載の分級機能付粉砕装置において、
   上記ガイド部の上面は、テーパ状の側面を有し、該側面と上記円筒体の下面とのクリアランスは、半径方向内側に向かって徐々に狭くなっている
   ことを特徴とする分級機能付粉砕装置。

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