JP2021178277A - 分級装置 - Google Patents

Abstract

【課題】分級装置内圧及び微粒流量が安定し、分級精度が向上した分級ローターの提供。【解決手段】分級ローターは、分級される粒子を含む原料が供給されるハウジングと、ハウジング内に設けた、微粒と粗粒とに分級する分級ローターと、ハウジングを貫通して設けた、分級ローターの回転軸と、回転軸を回転駆動させる回転手段と、分級ローター内に流入した、分級された微粒を、ハウジング外に排出する微粒排出手段と、分級ローターにより分級されなかった粗粒を、ハウジング外に排出する排出口と、ハウジングに原料を供給する供給手段と、ハウジングと回転軸とを密閉する密閉手段とよりなり、更に、分級羽根と、分級羽根より内側部分に配置した複数の整流羽根とよりなり、密閉手段は、回転軸に固定した板体と、板体の面に固定した、ハウジングの内側面に近接させた複数のブレードとよりなる。【選択図】図９

Description

本発明は、分級装置、特に、メカニカルシールを用いずに、高精度分級を行う分級装置に関するものである。

（１．従来の分級装置の説明）

微粒子を高精度に分級する分級装置としては、分級羽根を円周方向に互いに離間して（円周方向に所望の間隔を存して）、回転中心から放射状に配置した、或いは、羽根の長手方向を向く、幅方向に対する中心線が回転中心を向かないように配置した分級ローターを高速回転させて、微粒子を分級する装置がある。

該分級は、分級ローターの各隣接する分級羽根間に形成される分級室内に、気体や液体などの流体が、外周部から流入して内周側に向かって移動する間、流体中の粒子が分級ローターの高速回転による遠心力Ｆと、この遠心力の作用方向と逆向きの内周方向に向かって流れる流体の抗力Ｒを受け、両者がバランスする（Ｆ＝Ｒとなる）分級粒子径より径大の粗粒は分級ローター外に排出され、径小の微粒は分級ローター内に流入するようになる。

図１２は、湿式タイプの分級装置１を示し、該分級装置１は、例えば、直径５０ｍｍ〜３００ｍｍの円筒状のハウジング２と、該ハウジング２内に設けられた分級ローター３と、前記ハウジング２の天井板２ａを貫通して垂設して設けた、前記分級ローター３の回転軸４と、該回転軸４を回転駆動させるモーター等よりなる回転手段５と、前記分級ローター３により分級され、該分級ローター３内に入流した微粒を前記ハウジング２外に流出させる、前記回転軸４に形成した軸方向に延びる貫通孔（微粒排出手段）６と、前記回転軸４に形成された貫通孔６の他端に連通し、前記分級された微粒を回収タンク（図示せず）に導く回収室７と、前記分級ローター３により分級されなかった粗粒を前記ハウジング２外に排出する排出口８と、例えば、０．１μｍ〜１００μｍの分級される粒子を含む原料スラリーを貯めた原料タンク９から、該原料スラリーを供給ポンプ１０により、前記ハウジング２内に供給する供給口１１とよりなる。

また、前記回転軸４を貫通する天井板２ａには、該天井板２ａと前記回転軸４とを摺動自在にシール（密閉）するメカニカルシール部１２が設けられ、該メカニカルシール部１２により、前記ハウジング２内が気密（液密）になるように密閉されて形成される。

なお、１３は、前記回転軸４を回転自在に支持する支持部を示す。

また、前記分級ローター３は、例えば、図１３及び図１４に示すように、上下に離間し同軸に配置した２枚の同形の円板状の板１４ａ、１４ｂと、該上側の板１４ａの中心部に設けた、前記貫通孔６に連通する排出口３ａとよりなる枠体１４と、前記２枚の板１４ａ、１４ｂの互いに対向する面の外周側部分間に、周方向に等間隔で、回転中心より放射状に設けるか、或いは、羽根の長手方向を向く、幅方向に対する中心線が回転中心を向かないように設けた複数の分級羽根１５とよりなり、各互いに隣接する前記分級羽根１５、１５間に分級室１６が形成される。

前記分級装置１においては、前記ハウジング２内に、前記原料タンク９からの原料スラリーを供給ポンプ１０により供給口１１から供給し、該分級装置１内に設けられた高速回転する分級ローター３により、前記原料スラリーが粗粒スラリーと微粒スラリーとに分級され、そして、粗粒スラリーは、前記分級装置１のハウジング２の排出口８からハウジング２外に排出されて、また、前記分級ローター３の外周部の開口部から該分級ローター３内に流入した微粒スラリーは、前記分級ローター３に形成された、前記回転軸４の貫通孔６の一端に連通した排出口３ａから、前記分級ローター３に固定された回転軸４の貫通孔６を通って、該貫通孔６の他端から前記回収室７に流入し、回収タンクに回収されるようになる。

しかしながら、前記該天井板２ａと前記回転軸４とは、摺動自在に設けたメカニカルシール部により密閉されているため、消耗、摩耗、固着、安全運転を妨げるトラブルが生ずる場合がある。

また、メカニカルシール部は、分級ローターを高速回転した際に、高圧に耐えることができない。

また、分級性能を上げるためには、ローターを高速化する必要があるが、メカニカルシール部の摺動部分での接触による発熱が大きくなり、冷却液がペーパー化してしまう場合がある。

そこで、撹拌装置の分野において、メカニカルシール部を用いずに、ハウジングを密閉するディスク部を用いた方法があり（特許文献１）、該ディスク部を、前記分級装置に組み合わせることが考えられる。

特開平８−２２９４１９号公報

（２．ディスク部を組み合わせた分級装置の説明）

図１５〜図１８は、前記分級装置１において、メカニカルシール部１２の代わりに、ディスク部を用いた分級装置を示す。該ディスク部は、例えば、ハウジング２の天井板２ａの内側面に、その上面を対向させて接近して、該天井部２ａに形成された貫通孔２ｂを貫通した回転軸４に直交して固定した、前記貫通孔２ｂよりも大きく形成された円板１７と、該円板１７の上面に固定した、円周方向に互いに離間して（円周方向に所望の間隔を存して）、回転中心から放射状に配置した、前記天井面２ａの内側面に近接させた、半径方向に延びる複数の断面矩形状の棒体からなるクラウン（ブレード）１８とよりなる。そして、前記円板１７が高速回転することにより、前記ハウジング２内をおおむね密閉構造とすることができ、前記天井板２ａの内側面と前記ブレード１８とは離間しており、メカニカルシール部１２にように摺動部分がないので、前記不都合を解消できる。

なお、前記天井板２ａの内側面は、前記貫通した回転軸４に直交した平坦面状に形成され、前記円板１７の上面に対向するようになる。

また、前記各ブレード１８は、例えば、所望の長さで、それぞれ同形状に形成されて、前記円板１７の上面の外周側に設けられ、また、該各ブレードの外端は、前記円板１７の外端に一致、或いは、若干内側に位置するように設けられる。

なお、１９は、前記ハウジング２内のスラリーが、前記ディスク部、前記貫通孔２ｂを介して、前記ハウジング２外に漏れてしまった場合、その漏れたスラリーを回収するためのスラリー排出室を示す。

しかしながら、該分級装置において、前記メカニカルシール部の代わりにディスク部を用いて、実験を行った結果、ブレードおよびローター近傍に生ずる不安定な乱流流れにより、図１９に示すように、分級装置内圧が不安定になり、高精度の分級において必要とされる「微粒スラリーの排出流量」が、図２０に示すように、安定せず、そして、図２１に示すように、分級精度が低下することが分かった。

本発明は、上記の欠点を除くようにしたものである。

前記の目的を達成すべく、本発明の分級装置は、分級される粒子を含む原料が供給されるハウジングと、該ハウジング内に設けた、微粒と粗粒とに分級する分級ローターと、前記ハウジングを貫通して設けた、前記分級ローターの回転軸と、該回転軸を回転駆動させる回転手段と、前記分級ローター内に流入した、分級された微粒を、前記ハウジング外に排出する微粒排出手段と、前記分級ローターにより分級されなかった粗粒を、前記ハウジング外に排出する排出口と、前記ハウジングに前記原料を供給する供給手段と、前記ハウジングと前記回転軸とを密閉する密閉手段とよりなり、前記分級ローターは、外周部に開口部を有し、該開口部から内部に流入した流体を外部に排出する排出口を有する回転自在な枠体と、該枠体内の外周側部分に、円周方向に所望の間隔を存して配置された複数の分級羽根と、前記分級羽根より内側部分に、円周方向に所望の間隔を存して配置された複数の整流羽根とよりなり、前記密閉手段は、前記回転軸に直交して固定した板体と、該板体の面に固定した、円周方向に所望の間隔を存して配置した、前記ハウジングの内側面に近接させた複数のブレードとよりなることを特徴とする。

また、前記複数のブレードからなるブレード抵抗体の外径Ｄと、前記分級ローターの外径ｄとの比（ｄ／Ｄ）が、０．９５〜０．７５であることを特徴とする。

また、前記比（ｄ／Ｄ）が、０．９〜０．８であることを特徴とする。

また、前記ブレードを、前記ハウジングの内側面に対して離接させる離接手段を設けたことを特徴とする。

また、前記粗粒を排出する排出口に、排出量調整手段を更に設けたことを特徴とする。

本発明によれば、分級装置内圧が安定し、高精度の分級において必要とされる微粒の排出流量が、安定し、そして、分級精度が良くなるようになる。

本発明の実施例１の分級装置の要部の説明用縦断側面図である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。 図１のＢ−Ｂ線断面図である。 本発明の実施例１の分級装置の分級ローターの分級羽根の説明図である。 本発明の実施例１の分級装置の分級ローターの整流羽根の説明図である。 本発明の実施例１の分級装置内の内圧の変動を示す図である。 本発明の実施例１の微粒スラリーの流量の変動を示す図である。 本発明の実施例１の分級装置による、原料スラリーから得られた微粒スラリーの粒度分布図である。 本発明の実施例１のディスク外径とローラ外径との比率に対する、微粒流量の安定性を評価した表である。 本発明の実施例２の分級装置の要部の説明用縦断側面図である。 本発明の実施例３の分級装置の説明用縦断側面図である。 従来の分級装置の説明用縦断側面図である。 従来の分級装置の分級ローターの説明用縦断側面図である。 従来の分級装置の分級ローターの説明用平面図である。 ディスク方式を用いた分級装置の説明用縦断側面図である。 ディスク方式を用いた分級装置の要部の説明用縦断側面図である。 ディスク方式を用いた分級装置のディスク部の説明用平面図である。 ディスク方式を用いた分級装置の分級ローターの説明用平面図である。 ディスク方式を用いた分級装置の該分級装置内の内圧の変動を示す図である。 ディスク方式を用いた分級装置の微粒スラリーの流量の変動を示す図である。 ディスク方式を用いた分級装置による、原料スラリーから得られた微粒スラリーの粒度分布図である。

本発明を実施するための形態の実施例を以下に示す。

（３．本願発明の概要）

本発明の実施例１を図面によって説明する。なお、前記分級装置と同じ部分は、同じ符号を付けて説明を省略する。

本発明においては、図１〜図３に示すように、メカニカルシール部を設ける代わりに、ディスク部を設けた前記分級装置において、前記枠体１４内の、前記分級羽根１５より内側部分に、円周方向に所望の間隔を存して、回転中心から放射状に配置された、又は、羽根の長手方向を向く、幅方向に対する中心線が回転中心を向かないように配置された複数の整流羽根２０を設ける。

また、円形状に配置した複数の前記ブレードからなるブレード抵抗体の外径Ｄ（複数のブレードの外端から構成される円の外径）と、分級ローターの外径ｄ（複数の分級羽根の外端から構成される円の外径）との比率（ｄ／Ｄ）を０．９５〜０．７５の範囲、好ましくは、０．９〜０．８の範囲、更に好ましくは、０．９〜０．８５の範囲となるように、前記ブレード抵抗体と、前記ローターを形成する。

本発明においては、整流羽根２０を設けたことにより、分級ローター内の流れを安定化させる以外に、後述するように、ハウジング２内の流れ（ブレードおよびローター近傍の流れ）を改善することができることが分かり、ディスク部を設けた分級装置においても、分級精度を良くできるようになった。

また、比率（ｄ／Ｄ）を前記範囲とすることにより、ハウジング２内の流れを改善することができることが分かり、ディスク部を設けた分級装置においても、分級精度を良くできるようになった。

なお、前記整流羽根２０を省略してもよい。また、比率（ｄ／Ｄ）を前記範囲外としてもよい。

また、前記実施例は湿式の分級装置について説明したが、乾式の分級装置であってもよい。

また、前記分級装置は、回転軸を垂設して設けたタイプの分級装置であるが、横設させたものなど、垂設以外のタイプの分級装置であってもよい。

また、前記ディスク部の円板１７は、前記分級ローターの上側の板１４ａであってもよい。

（３．１．分級羽根の説明）

なお、図４は、整流羽根２０を省略した分級ローター３を示し、該分級ローター３の各分級羽根１５は、例えば、それぞれ同一形状に形成された、前面側の翼面（回転方向を向く面）１５ａの基部（内周端）から先端（外周端）に向かう形状が直線状の平板よりなり、前記分級ローター３の回転中心から等距離離間して、周方向に等間隔に配置して設けられる。

なお、前記各分級羽根１５は、その外端が前記板１４ａ、１４ｂの外端に一致、或いは、若干内側に位置するように設けられる。

また、前記分級羽根１５は、例えば、分級室内の半径方向全域で、遠心力Ｆ＝抗力Ｒとなる分級粒子径が一定となるように形成した、例えば、前記各分級羽根が、分級ローターの回転軸方向の高さが一定で、円周方向における厚みが基部（内周端）から先端（外周端）に向かって厚くなるように形成された分級羽根や、分級室内において分級粒子径が一定ではない、例えば、厚みが一定の分級羽根であってもよい。

また、前記各分級羽根１５は、前面の基部（内周端）から先端（外周端）に向かう形状が直線状の平板以外に、基部から先端に向かう形状が円弧などの弧状であってもよく、また、ベルヌーイ曲線からなる弧であってもよい。

また、前記分級羽根１５は、回転中心より放射状に設けるか、或いは、羽根の長手方向を向く、幅方向に対する中心線が回転中心を向かないように設けられ、また、羽根の中心線が回転中心を向かないように設けられる場合、前記分級羽根１５の中心線Ｑと前記分級ローター３の回転方向Ｐとのなす角度αは、特に、限定はないが、例えば、０度より大きく４５度以下（又は未満）、又は、０度より大きく４０度以下（又は未満）、又は、０度より大きく３０度以下（又は未満）、又は、０度より大きく２０度以下（又は未満）の場合には、分級精度を良くすることができるようになる。

（３．２．整流羽根の説明）

また、前記各整流羽根２０は、例えば、図５に示すように、それぞれ同形状に形成された、前面側の翼面の基部（内周端）から先端（外周端）に向かう形状が直線状の平板よりなり、前記分級ローターの回転中心から等距離離間して、周方向に等間隔に配置して設けられる。

なお、前記分級羽根１５と整流羽根２０の数は、特に限定はないが、前記整流羽根２０の数は、前記分級羽根の数よりも少ないこと望ましく、但し、あまり少なくなると、整流効果がなくなる為、前記整流羽根２０の数は、例えば、前記分級羽根１５の数の１／４倍以上の整数の数、又は、１／３倍以上の整数の数、又は、１／２倍以上の整数の数である。

また、前記分級羽根１５と、前記整流羽根２０とは、所望の距離離間して設けられる。

なお、図５に示すように、該整流羽根２０は、回転中心から放射状に配置、すなわち、該整流羽根２０の、該羽根の長手方向を向く、幅方向に対する中心線Ｓと前記分級ローターの回転方向Ｒとのなす角度βを９０度としたもの以外に、該なす角度βを、例えば、前記４５度より大きく１３５度以下となるように傾斜させて設けるようにしてもよい。即ち、前記整流羽根２０は、回転中心から放射状に配置する、或いは、羽根の長手方向を向く、幅方向に対する中心線が回転中心を向かないように配置するようにしてもよい。

（３．３．ブレードの説明）

前記ブレード１８は、例えば、図２に示すように、それぞれ同一形状に形成された、断面矩形状の直線状の平板（棒体）よりなり、前記分級ローター３の回転中心から等距離離間して、周方向に等間隔に配置して設けられる。

なお、前記各ブレード１８は、その外端が前記円板１７の外端に一致、或いは、若干内側に位置するように設けられる。

また、前記ブレード１８は、回転中心から放射状に配置される以外に、該ブレードの長手方向を向く、幅方向に対する中心線が回転中心を向かないように配置するようにしてもよい。

また、前記ブレードの数は、特に制限はないが、１３枚〜２０枚が好ましく、特に１６枚が好ましい。

（３．４．本願発明の作用と効果）

次に、本発明の作用と効果を説明する。

本発明の分級装置においては、前記ハウジング２内に、前記原料タンク９からの原料スラリーを定量、供給ポンプ１０により供給口１１から供給し、該分級装置１内に設けられた高速回転する分級ローター３により、原料スラリーが粗粒スラリーと微粒スラリーとに分級され、そして、粗粒スラリーは、前記分級装置１のハウジング２の排出口８からハウジング２外に排出されて、また、前記分級ローター３の外周部から分級ローター３内に流入した微粒スラリーは、前記分級ローター３に形成された、前記回転軸４の貫通孔６の一端に連通した排出口３ａから、前記分級ローター３に固定された回転軸４の貫通孔６を通って、該貫通孔６の他端から前記回収室７に流入し、回収タンクに回収されるようになる。

また、前記ディスク部と、前記天井部との間に隙間があっても、前記ディスク部の高速回転により、前記ハウジング２内のスラリーが前記スラリー排出室に殆ど、入り込むようなことがなく、前記ハウジング２内を密閉することができるようになる。

そして、メカニカルシール方式の場合においては、ローターの最高周速度が３２ｍ／ｓ（ローター径が９０ｍｍで７０００ｒｐｍ、最低回転数は５００ｒｐｍ）が限界であったが、ディスク部方式を採用することにより、少なくとも５０ｍ／ｓ以上（ローター径が９０ｍｍで１１０００ｒｐｍ以上）の回転速度とすることができ、原理的には、回転数に制限がなくなるようになった。

また、本発明において、前記同様に実験を行った結果、図６に示すように、分級装置内圧が安定し、高精度の分級において必要とされる微粒の排出流量が、図７に示すように、安定し、そして、図８に示すように、分級精度が良くなった。

なお、図９は、ブレード抵抗体の外径Ｄと分級ローターの外径ｄとの比率（ｄ／Ｄ）を１．０〜０．７（例えば、ブレード抵抗体の外径Ｄを６５ｍｍとし、分級ローターの外径ｄを６５ｍｍ〜４５ｍｍ）に変化させた場合の、微粒スラリーの排出流量の安定性を評価した図である。その結果、０．９〜０．８とすることにより、安定することが分かった。

（４．第２実施例の説明）

図１０は、本発明の分級装置の第２の実施例を示し、この実施例においては、前記第１の実施例における分級装置において、前記ディスク部を、前記天井面に離接させる離接手段（図示せず）を、別途設け、スラリー濃度やスラリー粘度等に応じて、ディスク部のブレードと天井板の内側面とのクリアランスを変更できるようにする。

前記離接手段は、例えば、前記ハウジング２の上方において、前記回転軸４を、前記ハウジング２に対して相対的に、上下動させる回転軸上下動手段（図示せず）を設け、該回転軸上下動手段により、前記回転軸４を上下動させることにより、該回転軸４に固定された前記円板１７を上下動させて、ディスク部のブレード１８と天井板２ａの内側面とのクリアランスを変更できるようにする。

なお、前記離接手段として、前記回転軸上下動手段を設ける代わりに、前記ディスク部の円板１７を、前記回転軸４に対して相対的に上下動移動自在させる円板上下動手段を設け、該円板上下動手段により、前記円板１７を、前記回転軸４に対して相対的に上下動させて、ディスク部のブレード１８と天井板２ａの内側面とのクリアランスを変更できるようにしてもよい。

この実施例によれば、スラリー濃度やスラリー粘度等に応じて、ディスク部と天井面のとのクリアランスを変更させることにより、前記圧力と、微粒の流量を安定させることができるようになる。

（５．第３実施例の説明）

図１１は、本発明の分級装置の第３の実施例を示し、この実施例においては、前記第１の実施例、または、第２の実施例における分級装置において、粗粒排出口８に接続した排出管２１に、排出ポンプ２２と該排出ポンプ２２の排出量を、前記供給ポンプの原料供給量に応じて制御する制御装置とからなる流量調整手段を別途設ける。

この実施例によれば、前記供給ポンプの原料供給量に応じて、前記排出ポンプ２２により、粗粒の排出量を制御することにより、微粒の排出量も安定し、高精度の分級が可能になった。

本発明の分級装置は、湿式分級や乾式分級を扱う各工業界全般、例えば、金属工業、化学工業、薬品工業、化粧品工業、顔料、セラミック工業、その他の工業に用いることができる。

１ 分級装置
２ ハウジング
２ａ 天井板
２ｂ 貫通孔
３ 分級ローター
３ａ 排出口
４ 回転軸
５ 回転手段
６ 貫通孔
７ 回収室
８ 排出口
９ 原料タンク
１０ 供給ポンプ
１１ 供給口
１２ メカニカルシール部
１３ 支持部
１４ 枠体
１４ａ 板
１４ｂ 板
１５ 分級羽根
１６ 分級室
１７ 円板
１８ ブレード
１９ スラリー排出室
２０ 整流羽根
２１ 排出管
２２ 排出ポンプ

Claims (5)

1. 分級される粒子を含む原料が供給されるハウジングと、
   該ハウジング内に設けた、微粒と粗粒とに分級する分級ローターと、
   前記ハウジングを貫通して設けた、前記分級ローターの回転軸と、
   該回転軸を回転駆動させる回転手段と、
   前記分級ローター内に流入した、分級された微粒を、前記ハウジング外に排出する微粒排出手段と、
   前記分級ローターにより分級されなかった粗粒を、前記ハウジング外に排出する排出口と、
   前記ハウジングに前記原料を供給する供給手段と、
   前記ハウジングと前記回転軸とを密閉する密閉手段とよりなり、
   前記分級ローターは、外周部に開口部を有し、該開口部から内部に流入した流体を外部に排出する排出口を有する回転自在な枠体と、
   該枠体内の外周側部分に、円周方向に所望の間隔を存して配置された複数の分級羽根と、
   前記分級羽根より内側部分に、円周方向に所望の間隔を存して配置された複数の整流羽根とよりなり、
   前記密閉手段は、前記回転軸に直交して固定した板体と、該板体の面に固定した、円周方向に所望の間隔を存して配置した、前記ハウジングの内側面に近接させた複数のブレードとよりなることを特徴とする分級ローター。
2. 前記複数のブレードからなるブレード抵抗体の外径Ｄと、前記分級ローターの外径ｄとの比（ｄ／Ｄ）が、０．９５〜０．７５であることを特徴とする請求項１に記載の分級装置。
3. 前記比（ｄ／Ｄ）が、０．９〜０．８であることを特徴とする請求項１に記載の分級装置。
4. 前記ブレードを、前記ハウジングの内側面に対して離接させる離接手段を設けたことを特徴とする請求項１、２または３に記載の分級装置。
5. 前記粗粒を排出する排出口に、排出量調整手段を更に設けたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１に記載の分級装置。

Images