JP5283001B2 - ロータリーキルンのシール構造 - Google Patents

Description

この発明は、供給した原料を加熱処理するロータリーキルンのシール構造、更に詳しくは、回転炉とその両端部に設けた固定フードとの連結部に備えるシール構造に関する。

ロータリーキルンは、供給した原料を加熱処理して固形物として取り出す装置であり、図５に示すように、回転しながら原料を移送する回転炉５１と、回転炉５１の両端部にそれぞれ設けた入口側固定フード５２および出口側固定フード５３と、回転炉５１の外周を覆う外部加熱装置５４とを有する。このロータリーキルンは、回転炉５１の両端部側の外周面に環状のタイヤ部５５，５５が設けられており、その各タイヤ部５５の下側に接触させた２つのローラ５６，５６で回転炉５１が回転自在に支持されている。また、このロータリーキルンは、回転炉５１の外周面に設けたスプロケット５７を図示しないモータによって駆動することで、回転炉５１を回転し得るようになっている。

このように構成されたロータリーキルンは、外部加熱装置５４で高温状態になった回転炉５１に原料を供給して出口側固定フード５３に移送するとともに、出口側固定フード５３を介して回転炉５１に反応ガスを供給する。このとき、生成された固形物が出口側固定フード５３を介して排出され、生成されたガスおよび未反応のガスが入口側固定フード５２を介して排出される。

ここで、ロータリーキルンは、生成されたガスや未反応のガスが外部に漏れるのを防止するため、回転炉５１と固定フード５２，５３との連結部にシール構造５８を備えている。

このロータリーキルンのシール構造５８として、例えば図６に示すように、回転炉５１の端部外周に第１の筒状部材５９を設け、その第１の筒状部材５９の外径側に間隔をあけて対向配置される第２の筒状部材６０を固定フード５２に設け、その第１の筒状部材５９と第２の筒状部材６０との間にロータリーキルンの内部を密封するグランドパッキン６１を装着し、そのグランドパッキン６１の外部側の空間６２を、第１の筒状部材５９に外部側に向かって弾性変形して接触するリップパッキン６３で密封し、そのリップパッキン６３で密封された空間６２にグリースを充填したものが知られている（特許文献１）。

このロータリーキルンのシール構造５８は、ロータリーキルンの内部のガスが第１の筒状部材５９と第２の筒状部材６０との間を通って外部側に流出するのをグランドパッキン６１で防止するとともに、たとえグランドパッキン６１が摩耗や腐食などにより劣化して、ロータリーキルンの内部のガスがグランドパッキン６１の外部側に流出しても、そのガスの流通が前記グリースによって阻止されて、ロータリーキルンの内部のガスの外部への漏れを防止している。

特開２００３−１４３７４号公報

上記ロータリーキルンは、回転炉５１が高温になると、図６に示す１点鎖線のように、回転炉５１の熱でタイヤ部５５が膨張して回転炉５１が上方にずれてしまうことがある。回転炉５１が上方にずれると、第１の筒状部材５９の下部５９ａとグランドパッキン６１との間にすきまが生じ、そのすきまからロータリーキルンの内部のガスがグランドパッキン６１の外部側に流出しやすくなる。

同様に、リップパッキン６３で密封された空間６２に充填されたグリースと第１の筒状部材５９の下部５９ａとの間にもすきまが生じやすくなり、グランドパッキン６１の外部側に流出したガスの流通をグリースで阻止することが困難となる。

一方、リップパッキン６３は、第１の筒状部材５９に弾性変形して接触しているので、回転炉５１が上方に押上げられても、その弾性復元力によって、第１の筒状部材５９の下部５９ａとリップパッキン６３の間の接触が維持され、ロータリーキルンの内部を密封した状態に保つことができる。

しかし、リップパッキン６３は、第１の筒状部材５９に外部側に向かって変形しているので、ロータリーキルンの内部の圧力が外部の圧力よりも大きくなり外部側に向かって押圧されると、第１の筒状部材５９への接触圧が小さくなってしまう。そのため、リップパッキン６３と第１の筒状部材５９の間にすきまが生じやすくなり、そのすきまからロータリーキルンの内部のガスが外部へ漏れてしまう可能性があった。

そこで、ロータリーキルンの内部のガスの外部への漏れを防止するため、リップパッキンを内部側に向かって弾性変形させて第１の筒状部材５９に接触させることが考えられる。このようにすると、ロータリーキルンの内部の圧力が外部の圧力よりも大きくなりリップパッキンが外部側に向かって押圧されたときに、リップパッキンの第１の筒状部材５９への接触圧が大きくなるので、リップパッキンと第１の筒状部材５９との間の接触が維持されて、ロータリーキルンの内部のガスの外部への漏れが生じない。

しかし、ロータリーキルンの内部の圧力が外部の圧力よりも小さくなったときに、リップパッキンが内部側に向かって押圧されるので、リップパッキンの第１の筒状部材５９への接触圧が小さくなってしまう。そのため、リップパッキンと第１の筒状部材５９の間にすきまが生じやすくなり、そのすきまから外部の空気がロータリーキルンの内部に流入するおそれが生じる。

この発明が解決しようとする課題は、外部の空気がロータリーキルンの内部に流入するのを防止しつつ、ロータリーキルンの内部のガスが外部に漏れるのを防止することである。

上記課題を解決するために、この発明のロータリーキルンのシール構造は、回転炉の端部外周に第１の筒状部材を設け、その第１の筒状部材の外径側に間隔をあけて対向配置される第２の筒状部材を固定フードに設け、その第１の筒状部材と第２の筒状部材との間にロータリーキルンの内部を密封するグランドパッキンを装着し、そのグランドパッキンの外部側の空間を、前記第１の筒状部材に外部側に向かって弾性変形して接触する第１のリップパッキンで密封し、その第１のリップパッキンの外部側の空間を、前記第１の筒状部材に内部側に向かって弾性変形して接触する第２のリップパッキンで密封したのである。

このようにすると、ロータリーキルンの内部の圧力が外部の圧力よりも大きくなり、ロータリーキルンの内部のガスが第１のリップパッキンの外部側に流出しても、第２のリップパッキンが内部側に向かって弾性変形して第１の筒状部材に接触しているので、第１のリップパッキンの外部側に流出したガスによって第２のリップパッキンが外部側に向かって押圧されたときに、第２のリップパッキンの第１の筒状部材への接触圧が大きくなる。そのため、第２のリップパッキンと第１の筒状部材との間の接触が維持され、ロータリーキルンの内部のガスの外部への漏れが第２のリップパッキンで防止される。

また、第１のリップパッキンが外部側に向かって弾性変形して第１の筒状部材に接触しているので、ロータリーキルンの内部の圧力が第２のリップパッキンで密封された空間内の圧力よりも小さくなり、第１のリップパッキンが内部側に向かって押圧されたときに、第１のリップパッキンの第１の筒状部材への接触圧が大きくなり、第１のリップパッキンと第１の筒状部材との間の接触が維持される。そのため、たとえ外部の空気が第２のリップパッキンの内部側に流入しても、その空気のロータリーキルンの内部への流入が第１のリップパッキンで防止される。

前記第２のリップパッキンで密封された空間内の圧力は、運転前のロータリーキルンの内部の圧力よりも高く設定すると好ましい。このようにすると、第１のリップパッキンと第２のリップパッキンの第１の筒状部材への接触圧が大きくなるので、ロータリーキルンの内部のガスが第１のリップパッキンの外部側に流出しにくくなるとともに、外部の空気が第２のリップパッキンの内部側に流入しにくくなる。

前記第２のリップパッキンを覆うように排気フードを設置し、その排気フードから大気を吸引し続けることで、第２のリップパッキンの外部側に流出したガスが排気フードに吸引されるようにすると好ましい。このようにすると、万が一ロータリーキルンの内部のガスが第２のリップパッキンの外部側に流出しても、そのガスが外部の空気とともに排気フードに吸引されるので、安全である。

また、第２のリップパッキンで密封された空間内のガスを外部装置で吸引し続けるようにしてもよい。このようにすると、ロータリーキルンの内部のガスや外部の空気が第２のリップパッキンで密封された空間に流入しても、その流入したガスや空気が外部装置で吸引されるので、ロータリーキルンの内部のガスの外部への漏れや外部の空気のロータリーキルンの内部への流入が防止される。

この発明によれば、第１のリップパッキンの外部側の空間にロータリーキルンの内部のガスが流入しても、そのガスの外部への漏れが第２のリップパッキンで防止される。また、第２のリップパッキンの内部側の空間に外部の空気が流入しても、その空気のロータリーキルンの内部への流入が第１のリップパッキンで防止される。

この発明の実施の形態のシール構造を備えたロータリーキルンの正面図 図１のロータリーキルンをタイヤ部の部位で切断した拡大断面図 図１のロータリーキルンのシール構造近傍の部分拡大断面図 図１のロータリーキルンの回転炉が上方にずれた状態のシール構造近傍を示す部分拡大断面図 従来のシール構造を備えたロータリーキルンの正面図 図５のロータリーキルンのシール構造近傍の拡大断面図

以下、この発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。図１は、この発明の実施の形態のシール構造を備えたロータリーキルンの正面図である。ロータリーキルン１は、回転しながら原料を移送する筒状の回転炉２と、回転炉２の両端部にそれぞれ設けられた入口側固定フード３および出口側固定フード４と、回転炉２の外周を覆う外部加熱装置５と、回転炉２と両固定フード３，４との連結部に設けたシール構造６（以下、ロータリーキルン１のシール構造６という）とを有する。

回転炉２は、その両端部側の外周面に環状のタイヤ部７，７が取り付けられ、図２の実線に示すように、各タイヤ部７の下側に接触させた２つのローラ８，８で回転自在に支持されている。また、回転炉２は、その外周面に取り付けられたスプロケット９を図示しないモータによって駆動することで、回転し得るようになっている。

入口側固定フード３には、原料投入口１０ａが設けられたスクリューフィーダ１０が入口側固定フード３の側面を貫通して回転炉２内に臨ませて設置されている。入口側固定フード３の上部は、回転炉２内のガスを排出する排ガス出口３ａが形成されている。

出口側固定フード４は、その上部に回転炉２内に反応ガスを供給するガス入口４ａが形成されており、その下部には回転炉２内で生成した固形物を排出する固形物出口４ｂが形成されている。

外部加熱装置５は、回転炉２の外周から加熱して、回転炉２内に供給された原料を加熱処理する。

ロータリーキルン１のシール構造６は、入口側と出口側とで向きが逆であるがともに構造は同じであるので、以下、入口側のシール構造６についてのみ説明する。

ロータリーキルン１のシール構造６は、図３に示すように、回転炉２の端部外周を覆う第１の筒状部材１１が、回転炉２の端部外周面に固定されたリング状の仕切部材１２を介して、回転炉２と一体に設けられている。

第１の筒状部材１１の外径側には、第１の筒状部材１１と間隔をあけて対向配置された第２の筒状部材１３が入口側固定フード３にボルトで固定されている。第２の筒状部材１３は、その固定フード３側の端部に外径側と内径側に突出するフード側フランジ１４が形成され、その反対側の端部には外径側に突出する反フード側フランジ１５が形成されている。

第１の筒状部材１１と第２の筒状部材１３との間には、ロータリーキルン１の内部１ａを密封するグランドパッキン１６が装着されている。これにより、ロータリーキルン１の内部１ａのガスが第１の筒状部材１１と第２の筒状部材１３との間を通ってグランドパッキン１６の外部側に流出するのを防止している。

グランドパッキン１６は、第１の筒状部材１１と第２の筒状部材１３との間の空間を、ロータリーキルン１の内部１ａ側に位置する第１の空間１７と、ロータリーキルン１の外部側に位置する第２の空間１８とに分けている。これら第１の空間１７と第２の空間１８には、それぞれランタンリング１９，２０が設けられている。

第２の空間１８のランタンリング２０の外部側には、グランドパッキン１６とランタンリング１９，２０を第２の筒状部材１３のフード側フランジ１４の内径側突出部分１４ａに押し付ける筒状のパッキン押さえ２１が設けられている。パッキン押さえ２１は、第２の筒状部材１３の反フード側フランジ１５よりも外部側に位置する端部に外径側に突出するフランジ２２が設けられている。

パッキン押さえ２１の外部側には筒状のリップパッキン押さえ２３が設けられており、そのリップパッキン押さえ２３とパッキン押え２１とにより、２つの第１のリップパッキン２４，２４がスペーサ２５を間に挟んで挟持されている。第１のリップパッキン２４は、外部側に向かって弾性変形して第１の筒状部材１１に接触している。これにより、第１のリップパッキン２４は、第２の空間１８を密封するとともに、その外部側のリップパッキン押さえ２３と第１の筒状部材１１との間に第３の空間２６を形成している。

リップパッキン押さえ２３には、その内部側の端部と外部側の端部にそれぞれ外径側に突出するフランジ２７，２８が形成されている。リップパッキン押さえ２３と、パッキン押さえ２１と、第２の筒状部材１３とは、これらの各フランジ１５，２２，２７がボルト２９で連結されている。これにより、グランドパッキン１６とランタンリング１９，２０がパッキン押さえ２１に押圧されて第２の筒状部材１３に保持される。

リップパッキン押さえ２３の外部側のフランジ２８には、２つの第２のリップパッキン３０，３０がスペーサ３１を間に挟んでボルト３２で固定されている。第２のリップパッキン３０は、内部側に向かって弾性変形して第１の筒状部材１１に接触しており、これにより、第３の空間２６を密封している。

また、第２の筒状部材１３には、第１の空間１７に開口する窒素ガス注入口１３ａと第２の空間１８に開口するグリース注入口１３ｂとが形成されている。第１の空間１７は、窒素ガス注入口１３ａに接続された窒素ガス供給管（不図示）から窒素ガスを供給することで、窒素ガス雰囲気となっている。そのため、ロータリーキルン１の内部１ａのガスがグランドパッキン１６に接触することが抑制されるので、ロータリーキルン１の内部１ａのガスがＨＦガスなどの腐食性ガスであっても、その影響を受けにくくなり、グランドパッキン１６の寿命が向上する。

第２の空間１８は、グリース注入口１３ｂに接続されたグリース注入管（不図示）から注入されたグリースが充填されている。これにより、たとえグランドパッキン１６が摩耗や腐食などにより劣化して、ロータリーキルン１の内部１ａのガスがグランドパッキン１６の外部側に流出しても、そのガスの流通がグリースによって阻止される。

また、リップパッキン押さえ２３には、第３の空間２６に開口する窒素ガス注入口２３ａが形成されており、その窒素ガス注入口２３ａに窒素ガス供給管（不図示）が接続されている。第３の空間２６は、窒素ガス供給管から供給された窒素ガスが封入されており、運転前のロータリーキルン１の内部１ａの圧力よりも高い圧力に設定されている。これにより、第１のリップパッキン２４と第２のリップパッキン３０は、第１の筒状部材１１への接触圧が大きくなる方へ押し付けられて、その密封性を向上させている。

回転炉２の両端部上方には、図１、図３に示すように、排気フード３３，３３が設置されている。排気フード３３は、第２の筒状部材１３の反フード側フランジ１５近傍から第２のリップパッキン３０の外部側近傍までを覆っており、図３に示す矢印のように、リップパッキン３０の外部側から外部の空気を吸引し続けることで、第２のリップパッキン３０の外部側に流出したガスを外部の空気とともに吸引するようになっている。

このように構成されたシール構造６を備えたロータリーキルン１は、次のようにして動作する。

まず、外部加熱装置５で回転炉２を加熱して回転炉２内を高温状態とし、その状態で図示しないモータによってスプロケット９を駆動することで回転炉２を回転させる。次に、図１の矢印のように、スクリューフィーダ１０の原料投入口１０ａに原料を投入して回転炉２に供給し、その原料を出口側固定フード４に移送しつつ、ガス入口４ａから回転炉２に反応ガスを供給する。次いで、供給された原料と反応ガスとが加熱処理されて生成した固形物が固形物出口４ｂから排出されるとともに、生成したガスおよび未反応のガスが排ガス出口３ａから排出される。

ここで、回転炉２が高温状態になると、図２に示す２点鎖線のように、回転炉２の熱でタイヤ部７が膨張して回転炉２が上方にずれてしまうことがある。回転炉２が上方にずれると、図４に示すように、第１の筒状部材１１の下部１１ａとグランドパッキン１６との間にすきまが生じ、そのすきまからロータリーキルン１の内部１ａのガスが第２の空間１８に流出しやすくなる。

同様に、第２の空間１８に充填されたグリースと第１の筒状部材１１の下部１１ａとの間にもすきまが生じやすくなるので、第２の空間１８に流出したガスの流通をグリースで阻止することが困難となる。

一方、第１のリップパッキン２４は、第１の筒状部材１１に弾性変形して接触しているので、回転炉２が上方にずれても、その弾性復元力によって、第１の筒状部材１１の下部１１ａとの間で接触が維持され、ロータリーキルン１の内部１ａを密封した状態に保つことができる。同様に、第２のリップパッキン３０も第１の筒状部材１１に弾性変形して接触しているので、第１の筒状部材１１の下部１１ａとの間で接触が維持される。

しかし、ロータリーキルン１のシール構造６は、第１のリップパッキン２４が外部側に向かって変形しているので、ロータリーキルン１の内部１ａの圧力が第３の空間２６の圧力よりも大きくなって第１のリップパッキン２４が外部側に向かって押圧されると、第１のリップパッキン２４の第１の筒状部材１１への接触圧が小さくなってしまう。そのため、第１のリップパッキン２４と第１の筒状部材１１の間にすきまが生じ、そのすきまから第３の空間２６にロータリーキルン１の内部１ａのガスが流出するおそれが生じる。

しかし、ロータリーキルン１のシール構造６は、第３の空間２６を運転前のロータリーキルン１の内部１ａの圧力よりも高い圧力に設定しているので、第１のリップパッキン２４の第１の筒状部材１１への接触圧が大きく、第１のリップパッキン２４と第１の筒状部材１１の間にすきまが生じにくい。そのため、ロータリーキルン１の内部１ａのガスが第１のリップパッキン２４と第１の筒状部材１１との間を通って第３の空間２６に流出しにくい。

また、ロータリーキルン１のシール構造６は、第２のリップパッキン３０が内部側に向かって弾性変形して第１の筒状部材１１に接触しているので、たとえロータリーキルン１の内部１ａのガスが第３の空間２６に流出しても、そのガスによって第２のリップパッキン３０が外部側に向かって押圧されたときに、第２のリップパッキン３０の第１の筒状部材１１への接触圧が大きくなる。そのため、第２のリップパッキン３０と第１の筒状部材１１との間の接触が維持され、ロータリーキルン１の内部１ａのガスの外部側への流出が第２のリップパッキン３０で防止される。

また、第３の空間２６に流出したガスが、万が一第２のリップパッキン３０と第１の筒状部材１１の間を通って外部側に流出しても、そのガスが排気フード３３に吸引されるので、ロータリーキルン１の内部１ａのガスの外部への漏れが確実に防止されて安全である。

また、ロータリーキルン１のシール構造６は、第３の空間２６を高い圧力に設定することで、第２のリップパッキン３０の第１の筒状部材１１への接触圧を大きくしているので、第３の空間２６内の圧力が外部の圧力よりも小さくなりにくい。そのため、外部の空気が第２のリップパッキン３０と第１の筒状部材１１との間を通って第３の空間２６に流入しにくい。

また、ロータリーキルン１のシール構造６は、第１のリップパッキン２４が外部側に向かって弾性変形して第１の筒状部材１１に接触しているので、ロータリーキルン１の内部１ａの圧力が第３の空間２６内の圧力よりも小さくなって第１のリップパッキン２４が内部側に向かって押圧されても、第１のリップパッキン２４の第１の筒状部材１１への接触圧が大きくなり第１のリップパッキン２４と第１の筒状部材１１との間の接触が維持される。そのため、たとえ外部の空気が第３の空間２６に流入しても、その空気のロータリーキルン１の内部１ａへの流入が第１のリップパッキン２４で防止される。

上記実施形態では、第３の空間２６に封入するガスとして窒素ガスを用いたが、ヘリウムやネオンなどの他の不活性ガスであってもよい。

また、上記実施形態では、第３の空間２６に窒素ガスを封入して、第３の空間２６内を高い圧力に設定したが、リップパッキン押さえ２３の窒素ガス注入口２３ａに吸引ポンプなどの外部装置を接続して、第３の空間２６内のガスを吸引し続けるようにしてもよい。このようにすると、ロータリーキルン１の内部１ａのガスや外部の空気が第３の空間２６に流入したときに外部装置で吸引されるので、ロータリーキルン１の内部１ａのガスの外部への漏れや外部の空気のロータリーキルン１の内部１ａへの流入が防止される。

１ ロータリーキルン
１ａ ロータリーキルンの内部
２ 回転炉
３ 入口側固定フード
６ シール構造
１１ 第１の筒状部材
１３ 第２の筒状部材
１６ グランドパッキン
１８ 第２の空間
２４ 第１のリップパッキン
２６ 第３の空間
３０ 第２のリップパッキン
３３ 排気フード

Claims (4)

1. 回転しながら原料を移送する回転炉（２）と、その回転炉（２）の端部に設ける固定フード（３）との連結部に備えるロータリーキルン（１）のシール構造（６）において、
   前記回転炉（２）の端部外周に第１の筒状部材（１１）を設け、その第１の筒状部材（１１）の外径側に間隔をあけて対向配置される第２の筒状部材（１３）を固定フード（３）に設け、前記第１の筒状部材（１１）と第２の筒状部材（１３）との間にロータリーキルン（１）の内部（１ａ）を密封するグランドパッキン（１６）を装着し、そのグランドパッキン（１６）の外部側の空間（１８）を、前記第１の筒状部材（１１）に外部側に向かって弾性変形して接触する第１のリップパッキン（２４）で密封し、その第１のリップパッキン（２４）の外部側の空間（２６）を、前記第１の筒状部材（１１）に内部側に向かって弾性変形して接触する第２のリップパッキン（３０）で密封したことを特徴とするロータリーキルンのシール構造。
2. 前記第２のリップパッキン（３０）で密封された空間（２６）内の圧力は、運転前のロータリーキルン（１）の内部（１ａ）の圧力よりも高く設定される請求項１に記載のロータリーキルンのシール構造。
3. 前記第２のリップパッキン（３０）を覆うように排気フード（３３）を設置し、その排気フード（３３）から外部の空気を吸引し続けることで、第２のリップパッキン（３０）の外部側に流出したガスが前記排気フード（３３）に吸引されるようにした請求項１又は２に記載のロータリーキルンのシール構造。
4. 前記第２のリップパッキン（３０）で密封された空間（２６）内のガスを外部装置で吸引し続けるようにした請求項１に記載のロータリーキルンのシール構造。

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