JP3865568B2 - 回転胴型焼却炉・乾燥炉の混合装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転胴を有する焼却炉、乾燥炉、或いは炭化炉等における、回転胴内の原料を攪拌・混合するための回転胴型焼却炉・乾燥炉等の混合装置とそのメディアに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に個別物質の焼却、乾燥のためにはそれら個別物質を回転する回転胴の胴内に供給し順次焼却又は、乾燥する回転胴型の焼却炉、乾燥炉が用いられている。特に、最近の環境問題の顕在化により汚泥、生ゴミは乾燥化し小容積化して廃棄することが盛んに行われるようになっている。乾燥し難いこのような生ゴミ、汚泥状物等を乾燥する装置は、すでに本発明者等により開発され知られている（特開平１１−２３１５１号）。この乾燥炉は、一定回転する回転胴の一方から原料と共に乾燥を促進する熱交換用のセラミックスで作られた球状メディアを供給し、熱を加えながら回転胴の他方に送って乾燥し、他端から乾燥された原料を取り出す形式の回転胴型の乾燥炉である（特開平１１−２３１５１号）。メディアは、原料と分離されて回転胴内を循環して使用するものである。
【０００３】
このような回転胴型の乾燥炉においては、或いは焼却炉等においても同様であるが、内部に投入された生ゴミ等の原料が常に均一に熱を受けることが必要であり、そのためには回転胴内に於いて原料を攪拌・混合することが必要である。そのために手段として、回転胴の内面に攪拌・混合用の羽根を直接固定しておき、回転胴の回転により原料を攪拌・混合することが行われている。その羽根形状も色々の羽根形状のものが提案されている。
【０００４】
また、回転胴とは別に、回転胴内に別途設けた貫通軸に攪拌・混合用の羽根を固定し、回転胴の外部より貫通軸を駆動して、回転胴の回転とは別の回転を羽根に与えることによりその回転速度の相違によりより攪拌・混合効率を高めることも行われている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記の混合装置のうち、回転胴内面に直接攪拌・混合用の羽根を固定したものでは、コストは比較的安いが、作業中に原料が回転胴内面や羽根に付着し、しかもその付着物が時間とともに成長するので、時々運転を停止して清掃を行う必要があり作業効率の低下をきたし、また、別途の攪拌・混合用の羽根を設けると装置全体が大掛かりとなるとともにコスト高となる等の問題がある。
【０００６】
また、セラミックス製の球状のメディアは、回転胴内で転動し易いので原料と共に容易に移動するという機能では優れたものである。しかしながら、単位体積、又は単位重量当たりの表面積は小さく、セラミックスは材料としてみたとき熱伝導性は必ずしも良くはない。結果として、全体として見れば熱効率は必ずしも優れたものではない。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、構造簡単、低コストで、効率の良い攪拌・混合を行うことのできる回転胴型焼却炉・乾燥炉の混合装置を提供することである。
更に、本発明の他の目的は、上記課題を解決し、熱効率が良く攪拌・混合を行うことのできる回転胴型焼却炉・乾燥炉の混合装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するために本発明の回転胴型焼却炉・乾燥炉の混合装置は、内部に原料が投入されて回転する回転胴を有する回転胴型焼却炉・乾燥炉において、前記回転胴の中心に支持された中心軸と、該中心軸の前後に一体に固定された一対の歯車要素と、該各歯車要素と噛合し、該歯車要素の歯数より多い歯数を有する一対の内歯歯車要素と、該内歯歯車要素に取付けられ、前記回転胴の前後方向に延びる少なくとも一つの羽根とより構成されるていることを特徴とするものである。
【０００９】
前記回転胴は、前記焼却炉、乾燥炉のほか、炭化炉、造粒炉等にも用いられており、本発明の回転胴の混合装置は前記のような回転胴内の攪拌・混合を必要とするいかなる装置にも適用することができるものである。
【００１０】
なお、本発明における歯車要素、内歯歯車要素は、歯同志を噛み合わせて回転を伝達することができるものの総称として使用しているものであり、例えば、歯車、内歯歯車の組合わせ、本件実施の形態に示されているスプロケット、スプロケットホイール等を含む概念である。
【００１１】
また、攪拌用の前記羽根が、前記内歯歯車要素の等角度間隔に２つ以上設けることにより攪拌・混合作用を更に促進することができるし、前記攪拌用羽根を、種々の形状のものを用意しておき、それらの羽根を選択的に前記内歯歯車要素に取付け・取外し自在とすることにより、原料の相違、或いは作業の相違によりより効率的な攪拌・混合作用をさせることができる。
【００１２】
更に、回転胴型焼却炉・乾燥炉等には、金属製で内部が空間の円筒であるメデイアを原料と共に攪拌させて使用すると良い。前記円筒は、前記円筒の外径と長さがほぼ等しいものであると転動しやすいので良い。又、メディアは、前記回転胴内を循環させて使用すると良い。
【００１３】
【発明の実施の形態】
［実施の形態１］
次に、本発明の１実施の形態１について説明する。図１は、本発明による混合装置を適用した回転胴型乾燥炉の全体を示す正面断面図であり、図２は、図１のＡ−Ａ矢視側面図である。基礎台１上に、前後２箇所に従動ローラ２が回転自在に支持され、回転胴５が、従動ローラ２に回転自在に支持されている。回転胴５の回転軸心線は、従動ローラ２の位置により定められている。基礎台１上に、可変速であるが一定速度で回転することができる駆動モータ３が設けられている。
【００１４】
回転胴５の後方面に同軸に大径のスプロケット４が取りつけられており、前記駆動モータ３の出力軸のスプロケットと回転胴５のスプロケット４との間にチェーン１０で連結され、駆動モータ３により回転胴５が回転されるようになっている。回転胴５は、回転胴本体６とその前後２箇所の外周に設けられた巻きリング７とより構成されている。
【００１５】
図２に示されるように、その外周が前記従動ローラ２により直接に支持されている巻きリング７は、多数の支持板８により回転胴本体６の外周に半径方向に支持され、強度の補強とともに回転胴５の駆動部への熱伝達を遮断している。
【００１６】
回転胴本体６の前端部（図１で右端）は、前方蓋９により閉じられ、回転胴本体６の後端は（図１で左端）、円錐状蓋１２により閉じられている。円錐状蓋１２は、回転胴本体６に一体に固定され、円錐状蓋１２の中心部である後端は開口している。回転胴５の後端部には、ホッパー１３が基礎台１上に固定して配置されている。ホッパー１３は、上端に投入口１３ａを有しており、底面には原料供給用螺旋コンベア１４が、ホッパー１３を貫通し、その先端は回転胴本体６内の後部の位置で開口している。原料供給用螺旋コンベア１４は、供給用モータ１５によりスプロケット、チェーンを介して回転駆動される。
【００１７】
バーナー１６が、回転胴本体６の後部の基礎台１上に固定されている。バーナー１６は、ガス、石油等を燃料とするバーナーであり、熱風供給管１７が、バーナー１６に接続され、熱風供給管１７の先端部は、円錐状蓋１２の開口より回転胴本体６の中に侵入している。熱風供給管１７の先端部の噴出口は、斜め下向きに向けられている。
【００１８】
回転胴５内には、本発明の特徴とする攪拌・混合用の羽根装置（後述）が設けられている。そして、回転胴本体６の前端部付近の外周壁には小孔（図示せず）が全周域に開けられており、乾燥・焼却処理された原料はその小孔より排出路４６に排出されるように構成されている。
【００１９】
図１に示されるように、回転胴本体６中の熱風はその循環する一部が吸入ファン５０を介してサイクロン５１に導入され、遠心式集塵機であるサイクロン中で遠心分離された粉体は、サイクロン５１の下方部の集塵室５２に捕集されるように構成されている。
【００２０】
本発明が特徴とする攪拌・混合用の羽根装置は、図１の断面に示されるように回転胴本体６内に設けられている。回転胴本体６内の前部及び後部には支柱２２ａ，２２ｂが固定され、それらの支柱により回転胴本体６の中心部に中心軸２１が支持されている。そして、中心軸２１の前記前後の支柱２２ａ，２２ｂの内側の前後部に、前部スプロケット２３ａ及び後部スプロケット２３ｂが固定されている。前部スプロケット２３ａ、及び後部スプロケット２３ｂにはそれぞれスプロケットホイール２４ａ，２４ｂが噛合され、更にそれらのスプロケットホイール２４ａ，２４ｂに渡って、攪拌・混合用の攪拌用羽根２５、２５´が取付け・取外し自在に支持されている。
【００２１】
その詳細構造は、図１のＢ−Ｂ矢視断面図である図３に示されている。すなわち、後部スプロケット２３ｂが中心軸２１に固定されており、その後部スプロケット２３ｂの歯数より大きい歯数を有するスプロケットホイール２４ｂが噛合されている。そしてスプロケットホイール２４ｂの半径方向外周には反対方向に２つの攪拌用羽根２５、２５´が固定されている。
【００２２】
前部スプロケット２３ａ、及び前部スプロケットホイール２４ｂも後部と同じ歯数のものが用いられているので、その回転も同じである。そして攪拌用羽根２５、２５´は、前後のスプロケットホイール２４ａ，２４ｂにその取付け腕２６ｂ，２６ｂ´及び２６ａ，２６ａ´により支持され、回転胴本体６のほぼ全長に渡ってリード角が形成されている。
【００２３】
従って、回転胴５内における原料の掻き上げ作用、及び回転胴本体６の中心軸線方向に原料を送ることができる。攪拌用羽根２５、２５´自体は、単一の板材からなるブレードでも良いがハケのようなものでも良い。
【００２４】
［実施の形態１の作動］
次に、本発明の実施の形態１の作動を説明する。図１に於いて、汚泥、生ゴミ等の原料はホッパー１３の上端の投入口１３ａより投入され、供給用モータ１５によりスプロケット、チェーンを介して回転駆動される原料供給用螺旋コンベア１４により回転胴本体６内に投入される。回転胴本体６の後部内には、ガス、石油等を燃料とするバーナー１６から熱風が熱風供給管１７により、噴射される。
【００２５】
回転胴５は駆動モータ３によりチェーン１０、スプロケット４を介して一定速度で回転され、後部に投入された原料は攪拌用羽根２５、２５´により攪拌・混合されながら回転胴本体内を徐々に前方へ移動されながら乾燥される。原料が乾燥し、小容積化された段階で、乾燥原料は回転胴本体６の前端部付近の外周壁に設けられた小孔（図示せず）から、下方に落下し、排出路４６により排出される。
【００２６】
回転胴本体６中の熱風はその循環する一部が吸入ファン５０を介してサイクロン５１に導入され、遠心式集塵機であるサイクロン中で遠心分離された粉体は、サイクロン５１の下方部の集塵室５２に捕集される。
【００２７】
攪拌・混合作用は、図３により説明する。回転胴本体６が図３の矢印方向へ回転されると、回転胴本体６と一体化されている中心軸２１、及び中心軸２１に固定されている後部スプロケット２３ｂが共に回転するので、それと噛合しているスプロケットホイール２４ｂ、攪拌用羽根２５、２５´も回転されることになる。しかし、後部スプロケット２３ｂに噛合されているスプロケットホイール２４ｂは、後部スプロケット２３ｂより径が大きく、歯数が多いのでその歯数の比だけ後部スプロケット２３ｂの回転より、遅れて回転することになる。
【００２８】
したがって、回転胴本体６と攪拌用羽根２５、２５´はともに矢印方向に回転はするが、その両者間にはその回転速度の相違により前記矢印とは逆方向の相対的回転が生じることになるので、回転胴本体６内の下部に滞留する原料は攪拌用羽根２５、２５´により掻き上げられるとともに、回転胴本体６内面に付着した原料は相対回転により攪拌用羽根２５、２５´の先端部で掻き取られる。原料は回転胴本体６の回転により上方へ持ち上げられ落下するが、攪拌用羽根２５、２５´により更に掻き上げられるので十分攪拌ができるとともに、ある程度持ち上げられた状態では原料が攪拌用羽根２５、２５´を越えて徐々に落下することになるので、更に十分な攪拌・混合が行われる。
【００２９】
以上の実施の形態１に於いては、本発明の混合装置を主として汚泥、生ゴミ等の乾燥炉について説明したがその他の乾燥炉にも適用できることはいうまでもない。また、熱源量を増加することによりそのまま焼却炉とすることができるようにその他の焼却炉、或いは炭化炉、造粒炉等の、回転胴を有するものの攪拌・混合に適用することができる。
【００３０】
［実施の形態２］
前述した実施の形態１の装置で処理されるものが粘性の高いものであるとき、乾燥処理に時間がかかる場合がある。また、回転胴本体６の内部の壁面に汚泥がこびりつくことがある。更に、より熱効率を向上させたいときに、原料の攪拌を効率的に行う必要がある。図５は、本発明の実施の形態２を示す回転胴本体の断面図であり、図６は図５の立体図である。金属製のメディア６０を原料と共に回転胴本体６内を循環させるものである。
【００３１】
図７は、メディアの外観を示す立体図である。メディア６０は、金属製のパイプを短く切断したものであり、本例では錆が発生しないようにステンレス製である。メディア６０は、金属製であるから、熱伝導性が良く汚泥等の原料に接触して効率良く熱を伝達できる利点がある。
【００３２】
また、メディア６０は管を切断したものであるから内孔６１を備えており、中実のものに比して表面積は大きく原料に接触する確率が高いので汚泥等を乾燥させるときは効率が良くなる。又、管状であるから、角がありこの角で原料を攪拌、混合する。更に、メディア６０同士が衝突するので、更に攪拌の効率を高める。メディア６０の長さＬと直径Ｄは、概略同じ寸法が転動し易いので望ましい。回転胴本体６の中心軸２１の外周には、複数の透過孔６２が形成されている。
【００３３】
メディア６０は、回転胴本体６内を転動して端部に移動して帰路は中心軸２１内を通って回転胴本体６の原料投入口の近くの位置に移動する。回転胴本体６の前方蓋９の内側には、導入案内樋６５が配置されている。導入案内樋６５は、回転胴本体６の半径方向に配置されている。
【００３４】
導入案内樋６５は、最外周位置は閉じられて前方蓋９と直交する掻上部６６と、前方蓋９と平行な側板部６７、前方蓋９と直交する底板６８からなり、底板６８と対向する上方は開放されている。掻上部６６、側板部６７、前方蓋９、及び底板６８により、メディア通路６９を構成する。メディア通路６９は、中心軸２１の端部の開口７０と連通している。前方蓋９の回転胴本体６の外周には、原料透過孔７１が配置されている。
【００３５】
原料透過孔７１は、原料とメディア６０が混合された状態のものが攪拌されながら流れてくるものから原料のみを透過させるものである。即ち、原料透過孔７１は、水分含有率が低下し乾燥された原料のみを透過させるものであり、一種の篩の機能を果たすものである。以上の構造で、回転胴本体６の投入側に原料が投入されると、これに中心軸２１の中を通って帰還したメディア６０とが混合攪拌される。
【００３６】
粘土質の汚泥が原料のとき、汚泥はメディア６０の内外周面に付着する。しかしながら、金属製のメディア６０は熱伝導性が良いので、汚泥を加熱して乾燥を促進させる。更に、メディア６０の角部が汚泥の攪拌をより促進させる。原料とメディア６０は、回転胴本体６の回転と共に攪拌用羽根２５、２５´により掻き上げられながら、攪拌されて前方蓋９側に移動する。
【００３７】
前方蓋９の近傍に移動した原料とメディア６０は、回転胴本体６の外周に形成された原料透過孔７１に送られると乾燥した原料のみが排出路４６を通って原料回収箱に落下する。前方蓋９の付近に移動し回転胴本体６の下部位置まで転動しているメディア６０は、導入案内樋６５により掻き上げられメディア通路６９内に入る。メディア６０は、導入案内樋６５が回転し、水平以上の角度になるとメディア通路６９から中心軸２１の端部の開口７０に入る。
【００３８】
開口７０に入ったメディア６０は、中心軸２１内を転動する。中心軸２１内には、この中心軸線と一致するように螺旋羽根７２が固定配置されている。中心軸２１内に転動したメディア６０は、回転胴本体６が回転されると螺旋羽根７２の捻れに沿って原料の流れとは逆方向に流れ原料投入側に移動する。メディア６０に若干残って付着している原料は、中心軸２１内を移動中に中心軸２１の周面に配置された透過孔６２から原料は落下する。メディア６０は、この後に中心軸２１の原料投入側で落下し、前述した流れを行い循環する。
【００３９】
［その他の実施の形態］
前述した実施の形態の攪拌用羽根２５、２５´は、１８０度間隔で配置され、回転胴５の軸線方向にリード角を有するものであった。色々の種類、形状の羽根を用意しておき、作業の種類、原料の種類に応じて、取り替えて使用することができる。
【００４０】
なお、攪拌・混合用の羽根の支持及び回転のために上記の実施の形態ではスプロケット及びスプロケットホイールを用いているが、通常に歯車及び内歯歯車を使用しても良い。
【００４１】
また、攪拌・混合用羽根は、本実施の形態においては、互いに１８０度の間隔で２つ設けたものを示したが、１つの羽根でも良く、また３つ以上の羽根を等角度の間隔で設けることができる。また、図４に示すように、羽根の先端２５ａを回転方向に向けてスクイ角が生じるように曲げておくと、粘土の高い原料の場合、回転胴５の内周面に付着している原料の掻き上げを効率的にできる。
【００４２】
【発明の効果】
本発明の回転胴型焼却炉・乾燥炉等の混合装置は、構造簡単で、低コストで、回転胴内の原料の掻き上げ、攪拌・混合、送り効果を有する。また、既存の回転胴型焼却炉・乾燥炉等の回転胴内に、僅かな改造を加えるのみで設置可能であり、焼却炉、乾燥炉等の効率を上げることができる。
【００４３】
本発明の回転胴型焼却炉・乾燥炉等の混合装置に備えたメディアは、金属製であるので熱伝導効率が高く表面積が多いので熱効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の乾燥炉の混合装置の実施の形態を示す正面断面図である。
【図２】図２は、図１のＡ−Ａ断面矢視図である。
【図３】図３は、図１のＢ−Ｂ矢視断面図である。
【図４】図４は、羽根の先端にすくい角を設けた変形例である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態２を示す回転胴本体の断面図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態２を示す外観図である。
【図７】図７は、メディアの外観を示す図である。
【符号の説明】
５・・・ 回転胴
６・・・ 回転胴本体
１３・・・ ホッパー
１６・・・ バーナー
２１・・・ 中心軸
２３ａ，２３ｂ・・・ スプロケット
２４ａ，２４ｂ・・・ スプロケットホイール
２５，２５´・・・ 羽根
６０…メディア
６５…導入案内樋

Claims (5)

1. 内部に原料が投入されて回転する回転胴を有する回転胴型焼却炉・乾燥炉において、
   前記回転胴の中心に支持された中心軸と、
   該中心軸の前後に一体に固定された一対の歯車要素と、
   該各歯車要素と噛合し、該歯車要素の歯数より多い歯数を有する一対の内歯歯車要素と、
   該内歯歯車要素に取付けられ、前記回転胴の前後方向に延びる少なくとも一つの羽根とより構成されるている
   ことを特徴とする回転胴型焼却炉・乾燥炉の混合装置。
2. 請求項１に記載の回転胴型焼却炉・乾燥炉の混合装置において、
   前記羽根が、前記内歯歯車要素の等角度間隔に２つ以上設けられている
   ことを特徴とする回転胴型焼却炉・乾燥炉の混合装置。
3. 請求項１又は２に記載の回転胴型焼却炉・乾燥炉の混合装置において、
   前記羽根が、種々の形状の羽根を前記内歯歯車要素に取付け・取外し自在に設けられている
   ことを特徴とする回転胴型焼却炉・乾燥炉の混合装置。
4. 請求項１又は２に記載の回転胴型焼却炉・乾燥炉の混合装置において、
   前記原料と共に前記回転胴に投入して前記原料を攪拌、混合するために金属製で内部が空間の円筒であるメディアを備えていることを特徴とする回転胴型焼却炉・乾燥炉の混合装置。
5. 請求項４に記載の回転胴型焼却炉・乾燥炉の混合装置において、
   前記円筒は、前記円筒の外径と長さがほぼ等しいものである
   ことを特徴とする回転胴型焼却炉・乾燥炉の混合装置。

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