JP4150368B2 - ロータリーキルンのシール構造 - Google Patents

Description

本発明は、各種原料の熱処理に使用されるロータリーキルンのキルン本体の端部と固定フードとの接合部におけるシール構造の改良に関するものである。

上記のようなロータリーキルンの具体例が、例えば特開平３−２５１６８３号公報に開示されている。その装置は、図３に示すように、横置きされた長尺な筒状のキルン本体３１を備え、このキルン本体３１は、その両端部側の外周面に設けられた環状のタイヤ部３２・３２の部位で、転動自在に下側から支持されている。さらに、外周面に設けられたスプロケット３３を図示しないモータによって駆動することで、このキルン本体３１を回転し得るようになっている。

前記キルン本体３１には、図において左端側の入口側フード部３４を通して原料粉体が供給され、キルン本体３１の回転に伴って前記原料粉体は右端側へと送られる。このとき、キルン本体３１の外周に設けられている加熱手段３５によって所定の熱処理が与えられ、熱処理後の製品粉体は、右端側の出口側フード部３６を通して回収される。

上記の各フード部３４・３６とキルン本体３１との間に、キルン本体３１内を外部雰囲気から密閉するためのシール装置３７・３８が設けられている。このようなシール装置としては、固定部と回転部とが対面する部位における相対回転運動に対する気密の他、少なくとも一方の端部側では、熱膨張によるキルン本体３１の回転軸方向の長さ変化を許容し得るようになっていることが必要である。このために、上記装置における右端側のシール装置３８では、図４に示すように、キルン本体３１の端部外周側に環状のフレーム体４１が設けられている。このフレーム体４１は、出口側フード部３６から延びるレール４２によって、キルン本体３１とほぼ同心の位置を保持して、回転軸方向に移動自在に支持されている。

上記フレーム体４１における左端側には、図５に示すように、径方向に広がるリング状のシール板４３が設けられている。一方、キルン本体３１の外周面に、上記シール板４３に対面する円盤状のディスク板４４が設けられ、そして、このディスク板４４とシール板４３との間の距離を一定に保つために、シール板４３に、ディスク板４４の外方端側を挟み込んで回転自在に案内するための一対のガイドローラー４５・４５が取付けられている。

このように一定の間隔で保持されるシール板４３とディスク板４４との間に、弾性体より成る断面が略「く」の字状のリップ型シール材４６が配設されている。このリップ型シール材４６は、外方端側がシール板４３に押付けられた状態で、内方端側がディスク板４４側に固定されており、これによって、回転するキルン本体３１と、非回転のフレーム体４１との間の相対回転運動に対しての気密が与えられるようになっている。

また、上記構造により、フレーム体４１はキルン本体３１の端部側の軸方向の変位に追随するものとなるが、このフレーム体４１の軸方向の移動を許容して、フレーム体４１と出口側フード部３６との間をシールするために、両者４１・３６間を蛇腹状で伸縮可能なベローズ４７で連結し、これによって、キルン本体３１から出口側フード部３６に至る全体を、外気雰囲気からシールする構成となっている。

しかしながら、上記装置においては、リップ型シール材４６は、それ自身が弾性を有することが必要であり、ほとんどの場合ゴム部材により構成されているが、ゴム部材の弾性力だけでは摺動部の面圧を高く保持できないことから、シール性が不充分になりやすく、内部からのガス洩れや、逆に外部空気の炉内への侵入などが生じやすいという問題があった。

また、リップ型シール材４６は、シール板４３と常時回転摺動しているため、運転時間とともに磨耗するので定期的に交換が必要となるが、ゴム部材では寿命が短く、また、磨耗するに従ってシール性能が低下するという問題があった。

本発明は、上記した従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、摺動部の面圧を高く保持することにより安定したシール性能が得られ、シール部材の寿命を長くすることができ、また、シール部材の磨耗がしてもシール性能が低下しないことを可能とするロータリーキルンのシール構造を提供することにある。

本発明のロータリーキルンのシール構造は、上記の目的を達成するために、請求項１は、回転しながら被処理物を移送する筒状のキルン本体と、前記キルン本体の両端部にそれぞれ設けられた固定フードと、前記キルン本体の少なくとも１方の端部に設けた環状のディスク板と、前記環状のディスク板と対応する固定フードに伸縮自在なベローズを介して連結された環状の押さえ板と、この押さえ板を前記ディスク板の回転方向に沿って回転自在に固定する手段とを備え、前記ディスク板と前記押さえ板との間に摺動可能なシール部材を配置して気密にシールするロータリーキルンのシール構造において、前記押さえ板の前記ディスク板側に開口するとともに、前記押さえ板と同心円状に形成され、外部から駆動され且つ前記キルン本体の回転軸方向に任意の押圧が発生可能な加圧手段を有した第１の溝と、外周面を１周するシール部材を有し且つ前記第１の溝に装着され且つ前記加圧手段と当接することにより前記キルン本体の回転軸方向に移動可能な第１のシールリングと、前記押さえ板の前記ディスク板側に開口するとともに、前記押さえ板と同心円状に形成され、外部から駆動され且つ前記キルン本体の回転軸方向に任意の押圧が発生可能な加圧手段を有した第２の溝と、外周面を１周するシール部材を有し且つ前記第２の溝に装着され且つ前記加圧手段と当接することにより前記キルン本体の回転軸方向に移動可能な第２のシールリングと、前記第１の溝と第２の溝との間に外部から気体または液体を導入する導入穴を備え、前記導入穴に気体または液体を注入する手段と、前記導入穴に注入される気体または液体の圧力を制御する手段を設けたことを特徴としている。

また請求項２は、請求項１において前記加圧手段を、外部と貫通する駆動穴から注入される気体または液体の圧力により駆動され且つ外部とシールされた複数個のピストンで構成したことを特徴としている。

また請求項３は、請求項２において前記駆動穴と前記導入穴に注入される気体または液体を空気、窒素、水蒸気、水、油脂のいずれかとしたことを特徴としている。

また請求項４は、請求項２において前記駆動穴に注入される気体または液体を空気、窒素、水蒸気、水、油脂のいずれかとし、前記導入穴の内部圧力を前記キルン本体の内部圧力よりも小さくし、前記導入穴から流出する前記キルン本体内雰囲気気体を無害化処理する手段を備えたことを特徴としている。

また請求項５は、請求項１から請求項４までいずれか１項において前記第１のシールリングと前記第２のシールリングをカーボンまたは鋼材で構成したことを特徴としている。

上記構成においては、環状の押さえ板のシール面側に同心円状に２本のシール部が形成されているので、従来の１本のシール部のみによるシール構造に比べて２重のシール性能が得られ、さらに前記２本のシール部の間には炉内圧より高圧の例えば窒素や水等の気体または液体が封入されているので、炉内部からのガス洩れや逆に外部空気の炉内への侵入などを完全に防止することが可能となり、従来のシール構造に比べて合計３重のシール性能が得られる。

また、環状の押さえ板のシール面側に同心円状に２本のシール部が形成されているので、従来の１本のシール部のみによるシール構造に比べて２重のシール性能が得られ、さらに、前記導入穴の内部圧力を前記キルン本体の内部圧力よりも小さくし、前記導入穴から流出するキルン本体内雰囲気気体を無害化処理する手段を備えれば、前記２本のシール部の間の圧力も前記キルン本体の内部圧力よりも小さくなるので、キルン内部から漏れたガスと外部から進入した空気は、いずれも前記導入穴から吸収排出され、前記無害化処理する手段によって無害化されるので、炉内部からのガス洩れや逆に外部空気の炉内への侵入などを完全に防止することが可能となり、従来のシール構造に比べて合計３重のシール性能が得られると共に、環境汚染を防止することも可能となる。

また、前記２本のシール部に設置されている第１および第２のシールリングと、ディスク板との間に形成されるシール面の面圧は、前記第１および第２のシールリングの後部に設置されている例えば外部から駆動されるピストンが、前記第１および第２のシールリングを前記キルン本体の回転軸方向、即ち、ディスク板の方向に押し出すことにより得られる。従って、前記ピストンの駆動力を外部から制御することにより、前記シール面の面圧を自由に設定することができ、シールに必要な常時安定した面圧を得ることが可能となる。

以上により、従来のシール構造に比べてシール性能が大幅に向上し、内部からのガス洩れや逆に外部空気の炉内への侵入などを完全に防止すると共に、環境汚染を防止することも可能となる。

さらに、前記第１および第２のシールリングの材質として、幅広い種類を選択することができ、例えば硬質で摺動性の良好なカーボンや鋼材を選択することにより、従来例のゴム部材に比べて、シールリングの寿命を飛躍的に向上させることが可能となる。これにより、シールリングの定期交換の回数が減少することになり、メンテナンスの容易なロータリーキルンのシール構造を提供することができる。

加えて、前記ピストンを例えば外部と貫通する駆動穴から注入される例えば窒素や水などの気体または液体の圧力により駆動され且つ外部とシールされた複数個のピストンで構成すれば、前記第１および第２のシールリングの磨耗が進行し、その厚みが減少した場合でも、前記複数個のピストンが前記第１および第２のシールリングをディスク板の方向に常に一定の圧力で押し出すことができる。従って、シール部材の磨耗が進行してもシール性能が低下しないことを可能とするロータリーキルンのシール構造を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。本発明は図３に示すように、横置きされた長尺な筒状のキルン本体３１を備え、このキルン本体３１は、その両端部側の外周面に設けられた環状のタイヤ部３２・３２の部位で、転動自在に下側から支持されている。さらに、外周面に設けられたスプロケット３３を図示しないモータによって駆動することで、このキルン本体３１を回転し得るようになっている。

前記キルン本体３１には、図において左端側の入口側フード部３４を通して原料粉体が供給され、前記原料粉体は、キルン本体３１の回転に伴って右端側へと送られる。このとき、キルン本体３１の外周に設けられている加熱手段３５によって所定の熱処理が与えられ、熱処理後の製品粉体は、右端側の出口側フード部３６を通して回収される。

前記の各フード部３４・３６とキルン本体３１との間に、キルン本体３１内を外部雰囲気から密閉するためのシール装置３７・３８が設けられている。以上の点は従来から知られている構成を前提としている。

以下に本発明の従来との相違点および特徴を述べる。図１の要部断面図に示すように、本発明は前記キルン本体３１の少なくとも１方の端部に環状のディスク板４４を設け、環状のディスク板４４と対応する固定フード３６に伸縮自在なベローズ４７を介して連結された環状の押さえ板５と、この押さえ板５を前記ディスク板の回転方向に沿って回転自在に固定する手段とを備えている。

前記回転自在に固定する手段として具体的には、図２（ａ）および（ｂ）に示すように、ディスク板４４の外方端側を挟み込んで回転自在に案内するための一対のガイドローラー４５・４５を有したローラーブラケット７を、押さえ板５の周囲に複数個設ける。

このような構造とすることにより、図１におけるディスク板４４と押さえ板５の隙間間隔ｄを、熱膨張による、キルン本体３１の回転軸方向の長さ変化とは無関係に、一定に保つことができる。なお、キルン本体３１の長さ変化は、炉内の気密性を保ったままベローズ４７によって吸収される。隙間間隔ｄを一定に保つ必要がある理由は、以下に述べる第１のシールリング４および第２のシールリング２と、ディスク板４４の間に形成されるシール面の面圧が、熱膨張の影響を受けるのを防止するためである。

また本発明は、押さえ板５のディスク板４４と向き合うシール面側に、外部から駆動され且つキルン本体３１の回転軸方向に任意の押圧が発生可能な加圧手段を有した第１の溝３と、外周面を１周するシール部材９を有し且つ前記第１の溝３に装着され且つ前記加圧手段と当接することによりキルン本体３１の回転軸方向に移動可能な第１のシールリング４と、外部から駆動され且つキルン本体３１の回転軸方向に任意の押圧が発生可能な加圧手段を有した第２の溝１と、外周面を１周するシール部材９を有し且つ前記第２の溝１に装着され且つ前記加圧手段と当接することによりキルン本体３１の回転軸方向に移動可能な第２のシールリング２を備えている。

前記加圧手段として具体的には、外部と貫通する駆動穴１１から注入される例えば窒素や水などの気体または液体の圧力により駆動される複数個のピストン６で構成する。ピストン６は、図１に示すように、ほぼ円柱形状でその外周面にシール溝が設けられ、このシール溝にゴム部材等で構成されたＯリング８が装着されており、これにより外部とシールされているので、前記気体または液体がシール部や炉内に侵入することはない。

前記第１の溝３および第２の溝１は環状の押さえ板５と同心円状に形成されており、これら溝の底部には、図２（ａ）および（ｂ）に示すように複数個の前記ピストン６がその押し出し面が前記溝の底部に露出するように設置されている。

さらに、前記第１の溝３および第２の溝１には、図１に示すように、これらの溝断面とほぼ合致するような断面形状をした第１のシールリング４および第２のシールリング２が装着されている。また、これらシールリングの外周面には全周に渡ってシール溝１０・１０が形成されており、これらシール溝にはゴム部材等で構成されたシール部材９・９が装着されている。

シール部材９・９は、第１の溝３と第１のシールリング４の間の隙間と、第２の溝１と第２のシールリング２の間の隙間から、炉内部のガスが洩れたり逆に外部空気が炉内へ侵入したりすることを防止するために設けられる。

このような構造にすると、駆動穴１１から例えば窒素や水などの気体または液体を注入することにより、その圧力で複数のピストン６が、キルン本体３１の回転軸方向、即ち、ディスク板４４の方向に、ほぼ均一の圧力で押し出されるので、これと当接する第１のシールリング４および第２のシールリング２も、同様にディスク板４４の方向に押し出されることになる。従って、第１のシールリング４および第２シールリング２と、ディスク板４４の間に、同心円状に２つのシール面が形成される。

これらシール面の面圧は、駆動穴１１から注入される気体または液体の圧力を制御することにより任意に選択可能であるが、面圧を大きくするとシールリングの磨耗が激しくなり、小さくするとシール性能が低下するので、最適値に選定するのが良い。また、前記気体または液体の圧力を制御する手段として具体的には、例えばコンプレッサーや減圧弁等の従来技術を用いて、容易に実現することができる。

さらに本発明は、前記第１の溝３と第２の溝１との間に外部から気体または液体を導入する導入穴１２を備え、前記導入穴１２に気体または液体を注入する手段と、前記導入穴１２に注入される気体または液体の圧力を制御する手段を備えている。

前記導入穴１２は、図２（ｂ）に示すように、第１の溝３と第２の溝１との間に複数個設けられている。前記気体または液体を注入する手段と、圧力を制御する手段として具体的には、例えばコンプレッサーや減圧弁等の従来技術を用いて、容易に実現することができる。

このような構造にすると、前記導入穴１２から注入された例えば窒素や水などの気体または液体は、前記２つのシール面間に形成されている密閉空間に充満する。従って、前記気体または液体の圧力を炉内の圧力より大きくすることにより、炉内部からのガス洩れや逆に外部空気の炉内への侵入などを完全に防止することが可能となる。前記気体または液体の圧力の大きさは、前述の如く炉内の圧力より大きくすることが好ましく任意に選択可能であるが、大き過ぎると、前記気体または液体が、前記２つのシール面を介して炉の内外に漏れ出し、問題となることがある。また前記圧力が小さすぎると、シール性能が低下するので、最適値に選定するのが良い。

また、さらに本発明は、前記導入穴１２の内部圧力を前記キルン本体３１の内部圧力よりも小さくし、前記導入穴１２から流出する前記キルン本体内雰囲気気体を無害化処理する手段を備えた構造とすることもできる。前記導入穴１２の内部圧力を前記キルン本体の内部圧力よりも小さくする手段として具体的には、例えば真空ポンプや減圧弁等の従来技術を用いて容易に実現することができ、前記無害化処理する手段として具体的には、例えば触媒による化学分解反応を用いたり、あるいは集塵フィルターを用いる等の従来技術を用いて容易に実現することができる。

このような構造にすると、前記２つのシール面間に形成されている密閉空間の圧力も前記キルン本体３１の内部圧力よりも小さくなるので、キルン内部から漏れたガスと外部から進入した空気は、いずれも前記導入穴１２から吸収排出され、前記無害化処理する手段によって無害化されるので、炉内部からのガス洩れや逆に外部空気の炉内への侵入などを完全に防止すると共に、環境汚染を防止することも可能となる。前記導入穴１２の内部圧力の大きさは、前述の如く炉内の圧力より小さくすることが必要であり任意に選択可能であるが、小さ過ぎると、前記導入穴１２から吸収排出されるガスの量が多くなり、前記無害化処理する手段の処理能力を大とする必要が生じ、製造コストや設備の大きさが問題となることがある。また前記圧力の小ささが十分でないと、シール性能が低下するので、最適値に選定するのが良い。

なお、これまで述べてきた気体または液体の種類として、窒素および水の他に、空気、水蒸気、油脂を用いても良く、その選定基準として、炉内外の雰囲気の種類や圧力、コスト、耐久性、メンテナンスの容易さ等を勘案し、最適に選定するのが良い。

以上の説明により明らかなように、本発明のロータリーキルンのシール構造は、環状の押さえ板５のシール面側に、同心円状に２本のシール部が形成されているので、従来の１本のシール部のみによるシール構造に比べて２重のシール性能が得られ、さらに前記２本のシール部の間には、炉内圧より高圧の例えば窒素や水等の気体または液体が封入されているので、内部からのガス洩れや、逆に外部空気の炉内への侵入などを完全に防止することが可能となり、従来のシール構造に比べて合計３重のシール性能が得られる。

また、環状の押さえ板のシール面側に同心円状に２本のシール部が形成されているので、従来の１本のシール部のみによるシール構造に比べて２重のシール性能が得られ、さらに、前記導入穴の内部圧力を前記キルン本体の内部圧力よりも小さくし、前記導入穴から流出する前記キルン本体内雰囲気気体を無害化処理する手段を備えれば、前記２本のシール部の間の圧力も前記キルン本体の内部圧力よりも小さくなるので、キルン内部から漏れたガスと外部から進入した空気は、いずれも前記導入穴から吸収排出され、前記無害化処理する手段によって無害化されるので、炉内部からのガス洩れや逆に外部空気の炉内への侵入などを完全に防止することが可能となり、従来のシール構造に比べて合計３重のシール性能が得られると共に、環境汚染を防止することも可能となる。

また、前記２本のシール部に設置されている第１および第２のシールリングと、ディスク板との間に形成されるシール面の面圧は、前記第１および第２のシールリングの後部に設置されている例えば外部から駆動されるピストンが、前記第１および第２のシールリングを前記キルン本体の回転軸方向、即ち、ディスク板の方向に押し出すことにより得られる。従って、前記ピストンの駆動力を外部から制御することにより、前記シール面の面圧を自由に設定することができ、シールに必要な常時安定した面圧を得ることが可能となる。

以上により、従来のシール構造に比べてシール性能が大幅に向上し、内部からのガス洩れや逆に外部空気の炉内への侵入などを完全に防止すると共に、環境汚染を防止することも可能となる。

さらに、前記第１および第２のシールリングの材質として幅広い種類を選択することができ、例えば硬質で摺動性の良好なカーボンや鋼材を選択することにより、従来例のゴム部材に比べて、シールリングの寿命を飛躍的に向上させることが可能となる。これにより、シールリングの定期交換の回数が減少することになり、メンテナンスの容易なロータリーキルンのシール構造を提供することができる。

加えて、前記ピストンを例えば外部と貫通する駆動穴から注入される例えば窒素や水などの気体または液体の圧力により駆動され且つ外部とシールされた複数個のピストンで構成すれば、前記第１および第２のシールリングの磨耗が進行し、その厚みが減少した場合でも、前記複数個のピストンが前記第１および第２のシールリングをディスク板の方向に、常に一定の圧力で押し出すことができる。従って、シール部材の磨耗が進行してもシール性能が低下しないことを可能とするロータリーキルンのシール構造を提供することができる。

よって本発明は、従来の問題点を解消したロータリーキルンのシール構造として、工業的価値はきわめて大きい。

本発明の一実施例におけるロータリーキルンのシール構造を示す要部断面図である。 上記ロータリーキルンにおけるキルン本体と可動端側ダクト部との連結部位を示すものであって、同図（ａ）は断面図、同図（ｂ）は同図（ａ）におけるＡ−Ａ線矢視半断面図である。 従来のロータリーキルンの構成を示す正面図である。 図３に示すロータリーキルンにおけるシール部の要部平面図である。 図３に示すロータリーキルンにおけるシール部の要部断面図である。

符号の説明

１ 第２の溝
２ 第２のシールリング
３ 第１の溝
４ 第１のシールリング
５ 押さえ板
６ ピストン
７ ローラーブラケット
８ Ｏリング
９ シール部材
１０ シール溝
１１ 駆動穴
１２ 導入穴
３１ キルン本体
３２ タイヤ部
３３ スプロケット
３４ 入口側フード部
３５ 加熱手段
３６ 出口側フード
３７ 入口側シール装置
３８ 出口側シール装置
４１ フレーム体
４２ レール
４３ シール板
４４ ディスク板
４５ ガイドローラー
４６ リップ型シール材
４７ ベローズ

Claims (5)

1. 回転しながら被処理物を移送する筒状のキルン本体と、前記キルン本体の両端部にそれぞれ設けられた固定フードと、前記キルン本体の少なくとも１方の端部に設けた環状のディスク板と、前記環状のディスク板と対応する固定フードに伸縮自在なベローズを介して連結された環状の押さえ板と、この押さえ板を前記ディスク板の回転方向に沿って回転自在に固定する手段とを備え、前記ディスク板と前記押さえ板との間に摺動可能なシール部材を配置して気密にシールするロータリーキルンのシール構造において、前記押さえ板の前記ディスク板側に開口するとともに、前記押さえ板と同心円状に形成され、外部から駆動され且つ前記キルン本体の回転軸方向に任意の押圧が発生可能な加圧手段を有した第１の溝と、外周面を１周するシール部材を有し且つ前記第１の溝に装着され且つ前記加圧手段と当接することにより前記キルン本体の回転軸方向に移動可能な第１のシールリングと、前記押さえ板の前記ディスク板側に開口するとともに、前記押さえ板と同心円状に形成され、外部から駆動され且つ前記キルン本体の回転軸方向に任意の押圧が発生可能な加圧手段を有した第２の溝と、外周面を１周するシール部材を有し且つ前記第２の溝に装着され且つ前記加圧手段と当接することにより前記キルン本体の回転軸方向に移動可能な第２のシールリングと、前記第１の溝と第２の溝との間に外部から気体または液体を導入する導入穴を備え、前記導入穴に気体または液体を注入する手段と、前記導入穴に注入される気体または液体の圧力を制御する手段を設けたことを特徴とするロータリーキルンのシール構造。
2. 前記加圧手段を、外部と貫通する駆動穴から注入される気体または液体の圧力により駆動され且つ外部とシールされた複数個のピストンで構成したことを特徴とする請求項１に記載のロータリーキルンのシール構造。
3. 前記駆動穴と前記導入穴に注入される気体または液体を空気、窒素、水蒸気、水、油脂のいずれかとしたことを特徴とする請求項２に記載のロータリーキルンのシール構造。
4. 前記駆動穴に注入される気体または液体を空気、窒素、水蒸気、水、油脂のいずれかとし、前記導入穴の内部圧力を前記キルン本体の内部圧力よりも小さくし、前記導入穴から流出する前記キルン本体内雰囲気気体を無害化処理する手段を備えたことを特徴とする請求項２に記載のロータリーキルンのシール構造。
5. 前記第１のシールリングと前記第２のシールリングをカーボンまたは鋼材で構成したことを特徴とする請求項１から請求項４までいずれか１項に記載のロータリーキルンのシール構造。

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