JP2021176631A - 粉末製造装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】粒径の揃った粉末を得ることができる粉末製造装置を提供すること。【解決手段】粉末製造装置10は、燃焼炎を生成するバーナー22と、燃焼炎が流入され、燃焼炎が周方向に流れる円環状の燃焼室16と、燃焼室16の中心部に設けられ、燃焼炎が噴出する円環状のフレームジェット噴射口13と、フレームジェット噴射口13の中心部に設けられ、原料を流下させる供給路14aが形成されたセンターコーン14と、噴射口13の内部に設けられ、燃焼室16から流入した燃焼炎を、噴射口13の中心軸に向けて噴出させる複数の整流板38と、を有する。【選択図】図8

Description

本発明は、原料に燃焼炎を噴射して粉砕することで粉末を得る粉末製造装置に関する。
従来、原料に燃焼炎を噴射して粉砕し、粉末を得る粉末製造装置がある(例えば、特許文献1参照)。
特開2016−204718号公報
粉末製造装置は、例えば、燃焼炎を、流下する原料の周囲に噴射して破砕し、微細な粉末を生成することができるが、粒径の揃った粉末を得るには改善の余地があった。
本発明は、粒径の揃った粉末を得ることができる粉末製造装置を提供することを目的としている。
請求項1に記載の粉末製造装置は、燃焼炎を生成する燃焼炎発生装置と、前記燃焼炎が流入され、前記燃焼炎が周方向に流れる円環状の燃焼室と、前記燃焼室の中心部に設けられ、前記燃焼炎が噴出する円環状の噴射口と、前記噴射口の中心部に設けられ、原料を流下させる供給路が形成された供給路形成部材と、前記噴射口の内部に設けられ、前記燃焼室から流入した前記燃焼炎を、前記噴射口の中心軸に向けて噴出させる複数の整流板と、を有し、前記整流板と前記整流板との間に形成され前記燃焼炎が通過する燃焼炎通過路の幅方向中心線が、前記噴射口の中心軸に向けられている。
請求項1に記載の粉末製造装置では、燃焼炎発生装置で生成された燃焼炎が円環状の燃焼室の流入し、燃焼室の内部で燃焼炎が周方向に流れる。燃焼室の内部を流れる燃焼炎は、燃焼室の中心部に設けられた噴射口を介して外部へ噴出される。
ここで、噴射口の内部には、燃焼室から流入した燃焼炎を、噴射口の中心軸の延長線上に向けて噴出させる複数の整流板が設けられている。このため、燃焼炎が、整流板と整流板との間を通過し、噴射口の中心軸に向けて噴出する。
そして、各整流板の間を通過した各燃焼炎が噴射口の中心軸上で衝突するので、該中心軸上に供給路を介して金属等の原料を流下させると、流下された原料に対して各整流板の間を通過した各燃焼炎が噴射口を介して衝突し、原料は加熱されると共に粉砕される。
整流板と整流板との間に形成された燃焼炎通過路の幅方向中心線が、噴射口の中心軸に向けられているため、燃焼炎通過路を通過した燃焼炎を、噴射口の中心軸に向けて確実に噴射させることができる。整流板と整流板との間を通過した燃焼炎は、噴射口の中心軸に向けて集中するように噴出させることができるので、該中心軸に沿って流下する原料を、粒径の揃った粉末となるように効率的に粉砕することができる。
本発明の粉末製造装置によれば、原料に当たる燃焼炎の旋回を抑制できるので、粒径の揃った粉末を得ることができる、という優れた効果を有する。
参考例に係る粉末製造装置を示す中心軸に沿った縦断面図である。 参考例に係る粉末製造装置を示す水平方向断面図である。 整流板の配置を示す燃焼室の平面図である。 他の参考例に係る粉末製造装置の整流板の配置を示す燃焼室の平面図である。 さらに他の参考例に係る粉末製造装置の整流板の配置を示す燃焼室の平面図である。 4つのバーナーを備えた他の参考例に係る粉末製造装置を示す水平方向断面図である。 6つのバーナーを備えた他の参考例に係る粉末製造装置を示す水平方向断面図である。 (A)は、実施形態に係る粉末製造装置の整流板の配置を示す燃焼室の断面図であり、(B)は図8(A)に示す粉末製造装置の8(B)−8(B)線断面図である。
以下、図面に基づき、参考例に係る粉末製造装置10について説明する。
図1及び図2に示すように、粉末製造装置10は、燃焼器本体12とバーナー22とを有している。
燃焼器本体12は、厚みが小さい函状を成し、燃焼室16、円形口18、取付口20、バーナー22、整流板24、及び熱交換手段26を有している。燃焼室16は、燃焼器本体12の内部に形成されており、側壁16aで円形状に囲まれた円盤状の空間を成している。また、燃焼器本体12の取付口20には、ナット21を使用してセンターコーン14が取り付けられている。
円形口18は、燃焼室16の上下1対の内壁16b,16cのうち、下側の内壁16bの中央部を貫通して設けられている。円形口18は、円形を成し、燃焼室16から下方に向かって、径が徐々に小さくなるようテーパー状に形成されている。取付口20は、燃焼室16の上側の他方の内壁16cの中央部を貫通して設けられている。取付口20は、円形を成し、円形口18の径より大きい径を有している。
図2に示すように、燃焼器本体12には、2つのバーナー22が取り付けられており、円形口18の中心軸CLbに対して回転対称の位置に配置されている。
バーナー22は、筒体22Aの一方の端部に燃料と空気とを混合して噴出する噴射装置22Bを備えている。燃料としては、例えば、灯油、プロパンガス、水素等の可燃性の液体燃料またはガスが用いられる。筒体22Aの他方の端部からは、燃焼器本体12に向けて燃焼炎が噴射されるようになっている。
燃焼器本体12は、バーナー22から噴出される燃焼炎を燃焼室16の内部に導く燃焼路28、及び点火プラグ30を有している。燃焼路28は、燃焼室16の側壁16aの接線方向に沿って、燃焼器本体12の外壁から燃焼室16まで真っ直ぐ伸びるよう設けられている。点火プラグ30は、バーナー22から噴出された混合気に点火するよう、燃焼室16の側壁16aに設けられている。
バーナー22は、混合気を燃焼路28に向かって噴射し、その混合気に点火プラグ30で点火されると、燃焼室16に向かって燃焼炎を噴射するように構成されている。燃焼器本体12は、発生した燃焼炎が燃焼室16の内部で、燃焼室16の側壁16aに沿って円形口18の周囲を回転するよう構成されている(図2中の矢印C参照)。なお、バーナー22は、燃焼炎として還元炎を発生することができる。
図1、及び図3に示すように、燃焼室16の内壁16bの上面には、放射方向に延びる複数の整流板24が周方向に一定の角度で等間隔に形成されている。整流板24は、平面視形状で径方向に細長い略三角形に形成されており、上方に向けて立ち上がるように設けられている。
図3に示すように、整流板24と整流板24との間には、一定幅の燃焼炎通過路32が形成されている。本参考例では、燃焼炎通過路32の幅方向中心線CLは、円形口18の中心軸CLbと交差している。
整流板24の長さ寸法(円形口18の径方向に沿った方向の寸法)は、整流板24の高さ寸法よりも長く設定されており、燃焼炎通過路32の長さ寸法は、燃焼炎通過路32の幅寸法、及び高さ寸法よりも長く設定されている。
図1に示すように、熱交換手段26は、燃焼室16の周囲に設けられた熱交換室26a,26b,26cと、熱交換室26a,26b,26cに熱交換媒体を循環させるための熱交換循環装置(図示せず)とを有している。熱交換手段26は、熱交換循環装置により熱交換室26a,26b,26cに、水等の熱交換媒体を循環させることにより、燃焼室16と熱交換媒体との間で熱交換を行い、燃焼室16を冷却可能に構成されている。
センターコーン14は、円形口18の上流側の取付口20から円形口18の内側に向かって伸びるよう設けられ、燃焼室16の内部で円形口18に向かって徐々に外径が細くなるようテーパー状に形成されている。センターコーン14は、先端部が、円形口18との間に間隔をあけて円形口18の内側に配置されている。これにより、円形口18の縁が外側縁を成し、センターコーン14の先端部の外壁が内側縁を成す円環状のフレームジェット噴射口13が形成されている。なお、フレームジェット噴射口13の中心軸は、円形口18の中心軸CLbと同じである。
センターコーン14は、断面円形の供給路14aと環状の冷却部14bとを有している。供給路14aは、センターコーン14の中心軸に沿って貫通して設けられ、先端の開口が供給口14cを成している。供給路14aは、溶融金属、金属線材、金属粉末またはガラスの溶融原料を含む液体原料などの、液体状、線材状または粉末状の金属または非金属の原料Mを通過させて、供給口14cからフレームジェット噴射口13の内側に供給するよう構成されている。冷却部14bは、バーナー22の取付口20付近から供給路14aの周囲に設けられ、冷却部14bに液体または気体の冷却媒体を循環させることにより、センターコーン14を冷却可能に構成されている。
粉末製造装置10は、バーナー22で生成された燃焼炎が、燃焼室16の内部で円形口18の周囲を回転してその流れを整えた後、円環状のフレームジェット噴射口13からフレームジェットFJとなって噴射するよう構成されている。また、フレームジェット噴射口13から噴射する円環状のフレームジェットFJが、ほぼ均等な速度および圧力で、供給口14cから供給される金属または非金属の原料の外周に衝突するよう構成されている。なお、粉末製造装置10は、燃焼器本体12の燃焼室16の内壁とセンターコーン14の燃焼室16の内部の外壁とに、図示しないサーマルバリアコーティングが施されている。
(作用、効果)
次に、参考例に係る粉末製造装置10の作用、効果について説明する。
(1) バーナー22から燃焼炎が噴射されると、燃焼炎は、燃焼路28を介して環状の燃焼室16の内部に流入する。
(2) 燃焼室16の内部へ流入された燃焼炎は、図2に示すように、燃焼室16の内部を矢印C方向に周回し、燃焼室16の内部で周方向に均一化される。そして、燃焼室16の内部の燃焼炎は、図3の矢印Dで示すように、各々の燃焼炎通過路32を通過した後、円形口18の中心軸CLbに向かって高温、高速のフレームジェットFJとして噴射され、中心軸CLb上で衝突するようになっている。本参考例では、燃焼炎通過路32の幅方向中心線CLと、燃焼炎通過路32から噴射されるフレームジェットFJの幅方向中心線CLjとが一致している。
(3) フレームジェット噴射口13からフレームジェットFJを噴射した状態で、供給口14cから、例えば溶融金属M(図1において、1点鎖線で図示)を中心軸CLbに沿って流下させると、供給口14cから流下する溶融金属Mの外周に高温、高速のフレームジェットFJが衝突し、溶融金属Mは粉砕されて微細な金属粉末となる。なお、本参考例の粉末製造装置10では、バーナー22の燃料、及び空気の供給量を調整することで、音速よりも速い速度(一例として、マッハ3〜5)でフレームジェット噴射口13からフレームジェットFJを噴射させることができる。なお、溶融金属Mは、例えば、センターコーン14の上方に設けた坩堝34から供給することができる。
本参考例では、溶融金属Mに、高温(溶融金属Mの融点よりも高い温度)のフレームジェットFJが衝突するので、溶融金属MはフレームジェットFJが衝突する前よりも高温となって粘度が下がるため破砕され易く、微細化し易くなる。
ところで、フレームジェットFJの幅方向中心線CLjが円形口18の中心軸CLbからズレていると、フレームジェットFJが中心軸CLbからズレた方向に噴射され、噴射されたフレームジェットFJが溶融金属Mの周りを旋回してしまう、言い換えれば中心軸CLbを中心として旋回してしまうことがある。
溶融金属Mに衝突させるフレームジェットFJが溶融金属Mの周りを旋回してしまうと、フレームジェットFJが旋回しない場合に比較して、溶融金属Mの粉砕性能が低下してしまい、微細化し難くなったり、得られる金属粉末の粒径にバラツキが大きくなる等の問題が生じ易くなる。
参考例に係る粉末製造装置10では、整流板24の長さ寸法が整流板24の高さ寸法よりも長く設定されていることで、燃焼炎通過路32の長さ寸法が燃焼炎通過路32の幅寸法、及び高さ寸法よりも長く設定されており、燃焼炎の通過する燃焼炎通過路32の長さが十分に長くされているため、燃焼炎通過路32の長さ寸法が燃焼炎通過路32の高さ寸法に比較して短く設定された場合に比較して、整流板24による燃焼炎の整流効果が高められ、燃焼炎通過路32から噴出する燃焼炎を円形口18の中心軸CLbに確実に向けることができる。
各々の燃焼炎通過路32を通過した燃焼炎は、円環状のフレームジェット噴射口13から円環状のフレームジェットFJとなって噴射され、円環状のフレームジェットFJは、円形口18の中心軸CLbに向けて噴射される。このため、円形口18の中心軸CLbの一端側から見て、フレームジェットFJは円形の供給口14cから流下する溶融金属Mの外周面に対して直角に噴射され、フレームジェットFJが流下する溶融金属Mの周りを回転することが確実に抑制される。
このように、フレームジェットFJの回転が抑制されることで、フレームジェットFJが回転した場合に比較して溶融金属Mの粉砕能力を向上することができ、さらには、微細で、且つ粒径の揃った金属粉末を効率的に得ることができる。
なお、参考例に係る粉末製造装置10は、円環状のフレームジェット噴射口13の内側に配置された供給口12cから、フレームジェット噴射口13から噴射する円環状のフレームジェットFJによる負圧下で、原料を軸線上に沿って供給することができる。また、酸素を少なめにして燃料を燃焼させることで、燃焼炎を還元炎とすることができ、これによって金属粉末の酸化を抑制することも可能となる。
参考例に係る粉末製造装置10は、ガラス粉末の製造装置、金属の溶射装置として使用することもできる。なお、粉末製造装置10をアトマイズ装置として使用する場合、原料として金属線材を使用し、その金属線材に対して高温の円環状のフレームジェットFJを噴射することにより、金属線材を溶かしつつ、その溶融金属を粉砕することもできる。
こうして粉砕された溶融金属を、雰囲気中を落下または飛散するうちに静的に過冷却させてアモルファス化させることにより、球状で微細なアモルファス化した金属粉末を得ることができる。
また、フレームジェット噴射口13の下方に、水等の液体状冷却媒体をストレート状、シャワー状、またはミスト状に噴出するノズル36を設け、フレームジェットFJで粉砕された金属粉末を液体状冷却媒体で急冷するようにしてもよい。これにより、空冷するよりも効率的かつ確実にアモルファス化した金属粉末を得ることができる。
[その他の参考例]
以上、参考例について説明したが、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。
上記参考例では、図3に示すように、燃焼炎通過路32の幅方向中心線CLが、円形口18の中心軸CLbと交差していたが、図4に示すように燃焼炎通過路32から噴射されるフレームジェットFJが中心軸CLbに向かって噴射され、フレームジェットFJの幅方向中心線CLjが中心軸CLbと交差し、かつフレームジェットFJが回転しないのであれば、燃焼炎通過路32の幅方向中心線CLが、中心軸CLbと若干ずれていてもよい(言い換えれば、燃焼炎通過路32の向きが中心軸CLbと若干ずれていてもよい)。
上記参考例では、燃焼炎通過路32の幅が一定であったが、例えば、フレームジェット噴射口13に向けて幅が徐々に狭くなっていてもよい。
また、上記参考例では、図3、及び図4に示すように、燃焼炎通過路32が一直線状に延びていたが、図5に示すように、燃焼室16の内部を矢印C方向に旋回する燃焼炎が燃焼炎通過路32に入り易いように、燃焼炎通過路32の一部が燃焼炎の旋回する方向(矢印C方向)と反対方向に湾曲していてもよい。
上記参考例の粉末製造装置10では、燃焼器本体に2つのバーナー22が設けられていたが、バーナー22の数は1つであってもよく、3つ以上であってもよい。一例として、図6には4つのバーナー22を備えた燃焼器本体12が示されており、図7には、4つのバーナー22を備えた燃焼器本体12が示されている。
[実施形態]
上記参考例の粉末製造装置10では、燃焼室16の内壁16bの上面に、放射方向に延びる複数の整流板24が周方向に一定の角度で等間隔に形成されていたが、図8(A)、(B)に示す実施形態の粉末製造装置10では、円形口18の内周面に、放射方向に延びる複数の整流板38を周方向に一定の角度で等間隔に形成されている。なお、図示を省略するが、センターコーン14の外周面に放射方向に延びる複数の整流板を周方向に一定の角度で等間隔に形成してもよい。
本実施形態の粉末製造装置10では、整流板38と整流板38との間に形成された燃焼炎通過路40の幅方向中心線CLが円形口18の中心軸CLbに向けられて中心軸CLbと交差している。したがって、燃焼炎通過路40を通過した燃焼炎は、フレームジェット噴射口13の下端からフレームジェットFJとなって噴射され、フレームジェットFJは、円形口18の中心軸CLbに向けて噴射される。このため、円形口18の中心軸CLbの一端側から見て、フレームジェットFJは円形の供給口14cから流下する溶融金属Mの外周面に対して直角に噴射され、前述した参考例に係る粉末製造装置10と同様に、フレームジェットFJが流下する溶融金属Mの周りを回転することが確実に抑制される。
したがって、本実施形態の粉末製造装置10においても、フレームジェットFJの回転が抑制されることで、フレームジェットFJが回転した場合に比較して溶融金属Mの粉砕能力を向上することができ、さらには、微細で、且つ粒径の揃った金属粉末を効率的に得ることができる。
10 粉末製造装置
13 フレームジェット噴射口(噴射口)
14 センターコーン(供給路形成部材)
14a 供給路
16 燃焼室
22 バーナー(燃焼炎発生装置)
32 燃焼炎通過路
38 整流板
40 燃焼炎通過路
M 溶融金属(原料)
FJ フレームジェット
CL 幅方向中心線
CLb 中心軸

Claims (1)

  1. 燃焼炎を生成する燃焼炎発生装置と、
    前記燃焼炎が流入され、前記燃焼炎が周方向に流れる円環状の燃焼室と、
    前記燃焼室の中心部に設けられ、前記燃焼炎が噴出する円環状の噴射口と、
    前記噴射口の中心部に設けられ、原料を流下させる供給路が形成された供給路形成部材と、
    前記噴射口の内部に設けられ、前記燃焼室から流入した前記燃焼炎を、前記噴射口の中心軸に向けて噴出させる複数の整流板と、
    を有し、
    前記整流板と前記整流板との間に形成され前記燃焼炎が通過する燃焼炎通過路の幅方向中心線が、前記噴射口の中心軸に向けられている、
    粉末製造装置。
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