JP2017202438A - 縦型ミル - Google Patents

Abstract

【課題】複雑な機構を要することなく、粒度の揃った粉砕物を得ることができる縦型ミルを提供する。【解決手段】筒状の胴部１１を有する円筒容器１０と、円筒容器１１内に胴部と軸線を一致させて回転自在に配置された回転軸１５の下部に設けられたロータ１６、１７と、ロータの外周部に円周方向に間隔をおいて複数設けられ、胴部１１の内周面との間で原料を粉砕可能に設けられた粉砕板２０と、胴部の粉砕板に臨む位置に形成されて円筒容器内に原料と空気との混合物を供給する供給口３０と、円筒容器内から原料の粉砕物と空気との混合物を排出する排出口３８とを備え、ロータ１６、１７の上部に開口部２２を形成するとともに、ロータの粉砕板の内方に、板面を上記軸線側から外周部側に向けて漸次上記回転方向の後方側に傾斜させた羽根２５を円周方向に間隔をおいて複数配置した。【選択図】図２

Description

本発明は、特にバイオマス原料等を微粉砕する際に用いて好適な縦型ミルに関するものである。

生物由来の有機性資源であるバイオマス原料から得られるバイオエネルギーは、燃焼することによって放出される二酸化炭素が、生物の成長過程において大気中から吸収したものであることから、化石資源由来の化石燃料に代えて使用することにより、二酸化炭素の総排出量の増加を抑制することができる。

このため、間伐材、建設廃材あるいはもみ殻等のバイオマス原料から、固形化燃料やアルコール等のバイオマス燃料を製造するための様々な技術が開発されている。
ところで、上記バイオマス燃料を製造するためには、先ず数ミリから数十ミリ程度の上記バイオマス原料を、用途に応じて500μｍ程度に粉砕する必要がある。

これに対して、本発明者等は、先に下記特許文献１において、このような固形物を高速で旋回する粉砕板によって微粉状に粉砕し得る微粉砕機を提案している。
この微粉砕機は、筒状の胴部を有するステータハウジングと、このステータハウジングの上記胴部の内面に嵌合された円筒状のライナーと、このライナーの内側に当該ライナーと同軸状に配置されたロータと、このロータの外周部に当該ロータの軸方向及び周方向に間隔をおいて複数設けられ、板面が上記ロータによる回転方向に向けられていると共に、当該ロータからの半径方向外側の先端が上記ライナーの内周面に近接する粉砕板とを備えたものである。

上記構成からなる微粉砕機によれば、粉砕板とライナーとの間を通る粉砕対象物に、より撹乱された渦流や空気振動等によって、従来の粉砕機よりも大きな衝撃力、剪断力、圧縮力等を作用させることができ、よって上記粉砕対象物を容易に所定の粒度に粉砕することができるという効果が得られる。

一方、近年においては、より簡易な装置で、かつ微粉の品質および生産効率を高めた微粉砕機が要請されており、その改良が望まれていた。

特開２００５−３２４１２６号公報

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、複雑な機構を要することなく、粒度の揃った粉砕物を得ることができ、よって製品となる粉砕物の品質を向上させることが可能になる縦型ミルを提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、下端部が底板によって塞がれた筒状の胴部を有する円筒容器と、この円筒容器内に上記胴部と軸線を一致させて回転自在に配置された回転軸と、この回転軸の下部に設けられたロータと、このロータの外周部に円周方向に間隔をおいて複数設けられ、上記胴部の内周面との間で原料を粉砕可能に設けられた粉砕板と、上記胴部の上記粉砕板に臨む位置に形成されて上記円筒容器内に上記原料と空気との混合物を供給する供給口と、上記円筒容器内の上記ロータの上方空間から上記原料の粉砕物と空気との混合物を排出する排出口とを備えた縦型ミルにおいて、上記ロータの上部に開口部を形成するとともに、上記ロータの上記粉砕板の内方に、板面を上記軸線側から上記外周部側に向けて漸次上記回転方向の後方側に傾斜させた羽根を上記円周方向に間隔をおいて複数配置したことを特徴とするものである。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、上記円筒容器の上部に分級室を設け、この分級室と上記円筒容器内部との間の仕切板に上記軸線を中心とする開口部を形成するとともに、上記開口部に位置する上記回転軸の外周に、上記軸線側から水平方向へ放射状に延出する複数本のフィンガーを設けたことを特徴とするものである。

さらに、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、上記胴部の外周に当該外周を気密的に囲繞するとともに上記空気の導入管が接続された空気室を設け、当該空気室を上記供給口に連通させたことを特徴とするものである。

請求項１〜３のいずれかに記載の発明においては、供給口から空気と共に円筒容器内に供給された原料は、胴部の内周面と回転する粉砕板との間において粉砕されつつ空気と共にロータの上方空間に送り出されて行く。そして、この上方空間において上昇気流の速度が低下することにより、比較的粗大な粉砕物は上昇できずに落下する。

すると、上記ロータの上部に開口部を形成するとともに、上記ロータの粉砕板の内方に、板面を上線側から外周部側に向けて漸次回転方向の後方側に傾斜させた羽根を上記円周方向に間隔をおいて複数配置しているために、上記開口部からロータ内に落下した上記粉砕物は、上記羽根の回転によって外周側に送られ、再び粉砕板と胴部の内周面との間で粉砕される。

このように、比較的粗大な粉砕物を、円筒容器内において循環させて粉砕することにより、複雑な機構を要することなく、粒度の揃った粉砕物を得ることができ、よって製品となる粉砕物の品質を向上させることができる。

加えて、請求項２に記載発明によれば、円筒容器の上部に設けた分級室との間の仕切板に開口部を形成し、この開口部に位置する回転軸の外周に、上記軸線側から水平方向へ放射状に延出する複数本のフィンガーを設けているために、回転するフィンガーの間を通過する際に、粒径の大きな粉砕物ほどフィンガーに衝突して上昇速度が減少する。この結果、一定の粒径以上の粉砕物を下方へと落下させて、同様に再粉砕することができる。

したがって、上記フィンガーの本数を適宜選択することにより、この縦型ミルの内部において、所定の分級効果も得ることが可能になる。

ところで、例えば本発明に係る縦型ミルをバイオマス原料の粉砕に用いる場合に、一般的にバイオマス原料は湿気を帯びており、特に間伐材は数十％の水分を含んでいる。これに対して、上記バイオマス原料をバイオマス燃料に利用するには、粉砕された製品の水分を１０％程度以下にすることが要求されている。

一方、この縦型ミルにおいては、原料の粉砕時に、原料と粉砕板あるいは原料同士の衝突および摩擦によって円筒容器内に発熱が生じる。そこで、請求項３に記載の発明においては、円筒容器の胴部の外周に空気室を設け、上記発熱の一部を空気室内の空気に熱吸収させて昇温させることにより、供給口から円筒容器内に供給する前段階において、混合する上記空気によって原料を乾燥させることができる。

本発明の一実施形態が用いられる原料の粉砕システムを示す概略構成図である。 本発明の一実施形態を示す縦断面図である。 図２のロータを示す分解斜視図である。 図２のフィンガーを示す底面図である。

図１は、間伐材、建設廃材あるいはもみ殻等のバイオマス原料を本発明に係る縦型ミルの一実施形態によって粉砕して分級することにより、固形化燃料やアルコール等のバイオマス燃料の元となる製品を製造するための粉砕システムを示すものである。

この粉砕システムは、上記バイオマス原料および空気が供給される本発明の一実施形態である縦型ミル１と、この縦型ミル１において粉砕されて排出された粉砕物を分級して製品を取り出すサイクロン（分級装置）２と、このサイクロン２から排出された空気から微粉砕物を捕集するバグフィルタ（分級装置）３と、縦型ミル１側から上記空気を吸引することにより縦型ミル１側からバグフィルタ３側へ向かう気流を形成させる給気装置４とから概略構成されたものである。

図２〜図４は、上記縦型ミル１を示すもので、図中符号１０が円筒容器である。
この円筒容器１０は、円筒状の胴部１１の下端部が底板１２によって塞がれるとともに、上部に分級室１３が形成されたもので、この円筒容器１０内の中心部に、モータ１４（図１参照）によって駆動される回転軸１５が回転自在に支承されている。

そして、この回転軸１５の下部に、上部ロータ１６と下部ロータ１７とがボルト結合されて一体化されたロータが固定されている。ここで、上部ロータ１６は、上部円板１８と複数本（図では８本）の支持部１９ａが周方向に等間隔をおいて放射状に形成された支持板１９とが軸線方向に間隔をおいて配置され、互いの外周間に配置された複数本の（図では８本）の帯板状の粉砕板２０によって一体化されたもので、粉砕板２０は、各々の板面を胴部１１の内周面と対向させて周方向に等間隔をおいて配設されている。

他方、下部ロータ１７は、上部ロータ１６と同形状の支持板１９と上記上部円板１８と同径の下部円板２１とが軸線方向に間隔をおいて配置され、互いの外周間に配置された複数本の（図では８本）の帯板状の粉砕板２０によって一体化されたもので、同様に粉砕板２０は、各々の板面を胴部１１の内周面と対向させて周方向に等間隔をおいて配設されている。

そして、上部円板１８には、平面視において支持板１９の支持部１９ａ間に位置するように、複数（図では１６）の円形の開口部２２が穿設されている。また、下部円板２１には、平面視において支持板１９の支持部１９ａ間に位置する部分が扇状に切り欠かれた開口部２３が形成されている。

さらに、上下部ロータ１６、１７の中心部側には、各々上下部円板１８、２１と支持板１９とに接続されて回転軸１５を囲繞する内周板２４が設けられている。そして、内周板２４と粉砕板２０との間に位置する支持部１９ａと上下部円板１８、２１との間には、それぞれ羽根２５が円周方向に等間隔をおいて設けられている。

これら上下部ロータ１６、１７内に設けられた羽根２５は、板面を上記軸線側から外周部側に向けて漸次回転方向の後方側に傾斜させることにより、回転時に内部の空気を外周側に向けて送り出すように配置されている。また、下部ロータ１７における下部円板２１の下面にも、同様の羽根２５が設けられている。

そして、これら上下部ロータ１６、１７が、互いの粉砕板２０を軸線方向に連続させて配置され、支持板１９同士がボルト（図示を略す。）によって結合されることにより、ロータが構成されている。上記構成からなるロータは、回転軸１５により円筒容器１０の底板１２上に回転自在に設けられている。ここで、底板１２の外周部分には、環状の凹部が形成されており、当該凹部内に下部円板２１の下面に固定された羽根２５が所定の隙間を介して配置されている。

また、ロータの外径寸法、すなわち上部円板１８、支持板１９および下部円板２１の外径寸法は、粉砕板２０と胴部１１の内周面との間に、原料を粉砕可能な隙間が形成される寸法に設定されている。さらに、ロータの高さ寸法（上記軸線方向の長さ寸法）は、胴部１１の軸線方向の長さ寸法の１／２以下に設定されており、これにより円筒容器１０内には、ロータ上に広い空間Ｓが形成されている。

そして、円筒容器１０の胴部１１の側面であって、上部ロータ１６の側板２０に臨む位置に、間伐材等のバイオマス原料と空気の混合物を円筒容器１０内に導入するための供給口３０が配置されている。

また、この供給口３０の上方に位置する胴部１１の外周には、胴部１１よりも大径の円筒状の側板３１ａと天板３１ｂおよび底板３１ｃによって気密的に囲繞する空気室３１が設けられている。そして、天板３１ｂに空気の導入管３２が接続されるとともに、底板３１ｃに供給口３０への連通管３３が接続されている。

他方、円筒容器１０の上部に設けた分級室１３と円筒容器１０との間の仕切板３４には、回転軸１５の軸線と同軸の円形状の開口部３５が形成されており、回転軸１５は、この開口部３５内に挿通されて上端部が胴部１１の天板１１ａに回転自在に支承されている。

また、回転軸１５の上記開口部３５に臨む位置には、開口部３５の内径よりも小径の円板３６が水平に固定されるとともに、この円板３６の外周部の下面に、複数本（図では２４本）の帯板状のフィンガー３７が円周方向に等間隔をおいて配置され、円板３６から放射状に延出するように固定されている。ここで、円板３６は、仕切板３４の開口部３５とほぼ同一レベルに配置されており、フィンガー３７の先端部が開口部３５の縁部を下方から覆うように配置されている。

そして、分級室１３の外周に、円筒容器１０内のロータの上方空間Ｓから開口部３５を経て分級室１３内に流入した上記原料の粉砕物と空気との混合物を、図１に示したサイクロン２へと供給するための排出口３８が形成されている。

以上の構成からなる縦型ミルにおいては、給気装置４による吸引により、供給口３０から上記バイオマス原料と空気が円筒容器１０内に導入され、胴部１１の内周面と回転する粉砕板２０との間において原料が粉砕されつつ空気と共にロータの上方空間Ｓに送り出されて行く。そして、この上方空間Ｓにおいて上昇気流の速度が低下することにより、比較的粗大な粉砕物は上昇できずに落下する。

すると、落下した粉砕物は、上記ロータの上部ロータ１６の上部円板１８に形成した開口部２２から上記ロータの内部に進入した後に、羽根２５の回転によって外周側に送られて、再び粉砕板２０と胴部１１の内周面との間を上昇する過程で粉砕される。

また、羽根２５による送風によっても外周側に送られなかった粗大な粉砕物は、下部ロータ１７の下部円板２１に形成した開口部２３から底板１２側に落下し、底板１２の凹部内において下部円板２１の下面に設けられた羽根２５との間で粉砕されて上記外周側へと送られ、さらに粉砕板２０と胴部１１の内周面との間を上昇する過程で粉砕される。

このようにして、円筒容器１０の内周面とロータの粉砕板２０との間で粉砕されても、未だ粒径が大きな粉砕物は、空間Ｓからロータ側へと落下することにより、円筒容器１０内において循環されて更に粉砕され、粒度の小さな粉砕物となって分級室１３へと送られて行く。

そして、上記空間Ｓにおいて落下しなかった比較的粒径の小さな粉砕物、および円筒容器１０内において循環されて粉砕されることにより粒度が小さくなった粉砕物は、上昇気流に同伴して円筒容器内１０を上昇し、回転するフィンガー３７間から分級室１３内へと流入する。この際に、回転するフィンガー３７間において、より粒径が大きな粉砕物ほどフィンガー３７に衝突して上昇速度が減少することにより、下方へと落下し、再び粉砕板２０によって粉砕される。

これにより、所定の粒度以下となった粉砕物のみが分級室１３から排出口３８を介して、上述したサイクロン２へと送られて行く。そして、サイクロン２において、平均粒径が約500μmの粉砕物が製品として回収され、さらにバグフィルタ３において数十μmの微粉砕物が製品として回収される。

また、この縦型ミルにおいては、円筒容器１０と粉砕板２０との間で原料の粉砕時に、原料と粉砕板２０あるいは原料同士の衝突および摩擦によって円筒容器１０内に発熱が生じる。そして、この熱によって円筒容器１０の胴部１１の外周に設けた空気室３１内の空気が加熱され、昇温した空気によって原料が乾燥されて供給口３０から円筒容器１０内へと供給される。

以上説明したように、上記縦型ミル１によれば、円筒容器１０内のロータの上方に広い空間Ｓを形成し、かつロータの上部円板１８に開口部２２を形成するとともに、上記ロータの粉砕板２０の内方に、内部の空気を外周側に送る羽根２５を設けているため、上記空間Ｓにおいて上昇気流の速度が低下することにより、上昇できずに落下した比較的粗大な粉砕物を、ロータ内部から外周側に送り出して再び円筒容器１０と粉砕板２０との間で粉砕することができる。

この結果、比較的粗大な粉砕物を、円筒容器１０内において循環させて粉砕することにより、複雑な機構を要することなく、粒度の揃った粉砕物を得ることができ、よって製品となる粉砕物の品質を向上させることができる。

加えて、円筒容器１０の上部に設けた分級室１３との間の仕切板３４に開口部３５を形成し、この開口部３５に位置する回転軸１５の外周に、水平方向へ放射状に延出する複数本のフィンガー３７を設けているために、回転するフィンガー３７の間を通過する際に、比較的粒径の大きな粉砕物をフィンガー３７に衝突させて上昇速度を減少させることにより、下方へと落下させることができる。

したがって、上記フィンガー３７の本数を適宜選択することにより、この縦型ミルの内部において、所定の分級効果を得ることができる。

また、供給口３０に供給されるバイオマス原料は、例えば間伐材では約４０％、建設廃材では約２０％、もみ殻では約１４％の水分を含んでいるが、上記縦型ミル１においては、円筒容器１０の胴部１１の外周に空気室３１を設け、円筒容器内において原料の粉砕時に発生した熱の一部を空気室３１内の空気に熱吸収させて昇温させることにより、供給口３０から円筒容器１０内に供給する前段階において、上記バイオマス原料を乾燥させることができ、よって容易にサイクロン２やバグフィルタ３から回収される製品の水分を、一般的に要求される１０％程度以下にすることができる。

なお、上記実施形態においては、本発明の一実施形態の縦型ミルによって、間伐材等のバイオマス原料を粉砕した場合についてのみ説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、他の様々な粉砕対象物の粉砕に用いることが可能である。

１ 縦型ミル
１０ 円筒容器
１１ 胴部
１２ 底板
１３ 分級室
１４ モータ
１５ 回転軸
１６ 上部ロータ
１７ 下部ロータ
１８ 上部円板
１９ 支持板
２０ 粉砕板
２１ 下部円板
２２、２３ 開口部
２４ 内周板
２５ 羽根
２６ 円板
３０ 供給口
３１ 空気室
３２ 空気の導入管
３３ 連通管
３４ 仕切板
３５ 開口部
３７ フィンガー
３８ 排出口
Ｓ 空間

Claims (3)

1. 下端部が底板によって塞がれた筒状の胴部を有する円筒容器と、この円筒容器内に上記胴部と軸線を一致させて回転自在に配置された回転軸と、この回転軸の下部に設けられたロータと、このロータの外周部に円周方向に間隔をおいて複数設けられ、上記胴部の内周面との間で原料を粉砕可能に設けられた粉砕板と、上記胴部の上記粉砕板に臨む位置に形成されて上記円筒容器内に上記原料と空気との混合物を供給する供給口と、上記円筒容器内の上記ロータの上方空間から上記原料の粉砕物と空気との混合物を排出する排出口とを備えた縦型ミルにおいて、
   上記ロータの上部に開口部を形成するとともに、
   上記ロータの上記粉砕板の内方に、板面を上記軸線側から上記外周部側に向けて漸次上記回転方向の後方側に傾斜させた羽根を上記円周方向に間隔をおいて複数配置したことを特徴とする縦型ミル。
2. 上記円筒容器の上部に分級室を設け、この分級室と上記円筒容器内部との間の仕切板に上記軸線を中心とする開口部を形成するとともに、
   上記開口部に位置する上記回転軸の外周に、上記軸線側から水平方向へ放射状に延出する複数本のフィンガーを設けたことを特徴とする請求項１に記載の縦型ミル。
3. 上記胴部の外周に当該外周を気密的に囲繞するとともに上記空気の導入管が接続された空気室を設け、当該空気室を上記供給口に連通させたことを特徴とする請求項１または２に記載の縦型ミル。

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