JP5405975B2

JP5405975B2 - 粉砕乾燥装置

Info

Publication number: JP5405975B2
Application number: JP2009239222A
Authority: JP
Inventors: 敬士長谷川
Original assignee: ミクロパウテック株式会社; 富士車輌株式会社
Priority date: 2009-10-16
Filing date: 2009-10-16
Publication date: 2014-02-05
Anticipated expiration: 2029-10-16
Also published as: JP2011085340A

Description

本発明は、水分を含む有機物等の原料を粉砕し乾燥する粉砕乾燥装置に関する。

原料を粉砕する装置が特許文献１，２に開示されている。原料を乾燥させる装置が特許文献３に開示されている。このような技術によって原料を粉砕し、又は乾燥して得られる粉体は、食品、医療、又は工業の分野で広く利用されている。従来、原料の粉砕と乾燥とは個別の装置で行われていたので、所望の性状の粉体を得るには、２つの装置を順次に動作させるために長い時間を要する。２つの装置をメンテナンスする作業は繁雑であり、また２つの装置を組み合わせると複雑で大掛かりな構造になる。

国際公開第２００８／０９３８３９号公報国際公開第２００８／０３２６５５号公報特開２０００−１４６４３３号公報

本発明は、小型で構造が簡単であり、しかも熱による原料へのダメージを極力与えずに原料の粉砕と乾燥を短時間で同時に行える粉砕乾燥装置を提供することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するため、回転軸を中心に回転する羽根状のロータと、前記ロータを内部に収納し、前記回転軸の軸方向に互いに隔たる先端と後端とを有する円筒形槽と、前記円筒形槽の先端からその内部に、前記ロータに対向する開口端を延出し、前記円筒形槽の内部に前記開口端を経て熱風を導入する導入ダクトと、前記円筒形槽に投入される原料を、前記円筒形槽の内部の前記ロータよりも後端側に導く原料投入部と、前記円筒形槽に投入される原料を加熱するヒータと、前記軸方向に交差する姿勢で、前記導入ダクトの開口端よりも前記円筒形槽の先端側に設けられた送出ダクトとを備え、前記円筒形槽に投入される原料を前記ロータで打撃し前記ロータの回転により発生する気流で揉み合わせることにより粉砕して成る粉体を、前記円筒形槽の内部の熱風で乾燥させ、前記送出ダクトから熱風と共に送出することを特徴とする。

また、本発明は、前記導入ダクトに熱風を供給する熱風供給手段と、前記送出ダクトから送出される粉体を捕集する捕集手段とを備えることを特徴とする。

また、本発明は、複数の前記粉砕ローが、互いに前記軸方向に移動自在に間隔を空けて前記回転軸に設けられ、前記複数のロータの間隔を増減することにより粉体の粒度を調整できることを特徴とする。

また、本発明は、前記円筒形槽の内部が、前記ロータから前記円筒形槽の先端に向かうに従い内径が減じるコーン形であることを特徴とする。

本発明に係る粉砕乾燥装置によれば、円筒形槽に投入された原料を、ヒータで加熱し、ロータの打撃により円筒形槽の内部で飛散させる。この原料がロータの回転により発生する気流に伴い流動する過程で、原料は、相互に揉み合わされることにより更に細かい粉体となるよう粉砕される。このような粉体は、粉砕される前の原料に比べ表面積が飛躍的に増大するので、円筒形槽の内部の熱風に短い時間触れるだけで良好に乾燥し、送出ダクトから熱風と共に送出される。

本発明に係る粉砕乾燥装置は、以上のように原料の粉砕と乾燥とを一つの円筒形槽の内部で同時に実現できるので、原料が乾燥した粉体になるのに要する時間を短縮することができる。しかも、当該粉砕乾燥装置は、従来のような個別の装置を設置する場合に比べ、そのメンテナンスの作業が容易であり、また小型で簡素な構造である。

上記の熱風はボイラー等の廃熱であっても良いが、本発明に係る粉砕乾燥装置が導入ダクトに熱風を供給する熱風供給手段を備える場合、ボイラー等に依存することなく、所望の温度、又は風量になるよう設定された熱風を、円筒形槽の内部へ流入させることができる。また、捕集手段は、送出ダクトから送出された熱風から粉体を分離し、この粉体を容器等に貯留することができる。

また、本発明に係る粉砕乾燥装置によれば、ロータの回転数、及び回転軸の軸方向に配列され複数のロータの間隔を増減することにより粉体の粒度を調整できる。粉体の粒度を小さくするには、複数のロータの間隔を狭めれば良く、この間隔を広げれば粉体の粒度が大きくなる。これには次の利点がある。即ち、粉体の粒度を小さくするために原料を円筒形槽の内部に長く滞留させなくて済むので、原料を粉砕する時間が遅延することがない。

また、本発明に係る粉砕乾燥装置によれば、円筒形槽の内部をロータから円筒形槽の先端へ向かうに従い内径が減じるコーン形としているので、比較的に比重の大きな粉体が円筒形槽の底部に落下しても、このような粉体を堆積させることなく、ロータに向けて滑降させ、再びロータで打撃することができる。円筒形槽の径方向の断面積は、円筒形槽の先端に向かうに従い小さくなるので、ロータの回転により発生する気流が円筒形槽の先端に向かうに従って加速され、原料の揉み合わせが促進されることになる。

本発明に係る粉砕乾燥装置を構成する要素の概略図。（ａ）は本発明に係る粉砕乾燥装置の要部の平面図、（ｂ）はその側面図。本発明に係る粉砕乾燥装置の要部の断面図。本発明に係る粉砕乾燥装置の要部を一部破断した正面図。

図１は、粉砕乾燥装置１を構成する熱風供給手段３、導入ダクト５、円筒形槽７、原料投入部９、ヒータ１１、原料フィーダ１３、送出ダクト１５、捕集手段１７、及び吸引手段１９の概略を示している。図２は、導入ダクト５、円筒形槽７、原料投入部９、ヒータ１１、送出ダクト１５、及び筐体２１の外観を表している。図３，４は円筒形槽７の内部を表している。図面は特に断らない限り図１〜４を参照する。

熱風供給手段３は、図１に示すブロワー２３から送風される空気を加熱することにより約２００〜３００℃の熱風を発生し、この熱風を導入ダクト５に供給するものである。ここで、空気の加熱は電熱器、又は過熱蒸気で行うことができる。導入ダクト５は、円筒形槽７の先端２７を塞ぐ円板２９を貫き、円板２９から円筒形槽７の内部へ突出した開口端３１を、ロータ３３に対向させたものである。

円筒形槽７は、ロータ３３を収納する円筒型のハウジングである。先端２７からロータ３３の区間で、円筒形槽７の内周面４５は、ロータ３３から円筒形槽７の先端２７へ向かうに従い内径が減じるコーン形であり、この内側を後述の流動スペースとしている。円筒形槽７の後端３５は、回転軸３７が挿通された端板材３９で塞がれている。ロータ３３から後端３５の区間で、円筒形槽７の内周面４６の内径は一定である。内周面４６の内径は、約０．５〜１．０ｍの範囲で設定するのが好ましい。

ロータ３３は、その中心を回転軸３７に固定された平板であり、図４に示すように、複数の羽根部３４を回転軸３７の径方向に延出している。図３は、互いに回転軸３７の軸方向に間隔を空けて配置された３枚のロータ３３を例示しているが、ロータ３３は１枚以上であれば良い。回転軸３７は回転機４１の出力軸に接続されている。回転機４１は、図２に示す筐体２１に収納され、ロータ３３をその羽根部３４の先端の周速度が約１０ｍ／ｓになるよう回転させるものである。回転軸３７と回転機４１との間に変速機を設けても良い。

原料投入部９は、円筒形槽７の端板材３９とロータ３３との間に原料を導くパイプ、シュート、又はこれに原料フィーダ１３から供給される原料を受け止めるホッパー４３を接合したものである。原料とは、緑茶葉、紅茶葉、珈琲粕、大豆、又は海苔のような食品、又はその廃棄物の他、医療、有機化学工業の分野で用いられる材料、又はその廃棄物を含意する。ヒータ１１は、円筒形槽７の後端３５側の外周に取り付けられた電熱器、又はスチームジャケットであり、約２００〜３００℃に発熱温度を設定されている。

送出ダクト１５は、円筒形槽７の内周面４５，４６に対する接線方向に沿う起立姿勢で、導入ダクト５の開口端３１よりも円筒形槽７の先端２７側に寄せて設けられている。捕集手段１７は、その導入口を送出ダクト１５に接続されたサイクロンセパレータである。吸引手段１９は、ブロワーの吸気口を捕集手段１７の排気口に接続したものである。

粉砕乾燥装置１の動作を以下に説明する。先ず、ヒータ１１を所望の温度まで上昇させ、熱風供給手段３を始動させる。熱風供給手段３の熱風は、導入ダクト５の開口端３１を経て円筒形槽７の内部に流入し、矢印ｆで示すように端板材３９に達したところで、回転軸３７の径方向に流れ、更に円筒形槽７の先端２７へ向けて押し返される。一方、回転機４１を起動してロータ３３を回転させる。これにより、円筒形槽７の内部の熱風にロータ３３の回転力を作用させ、内周面４５の周方向に旋回しながらロータ３３から円筒形槽７の先端２７へ向けて流れる気流を発生させる。これを以下で単に「気流」と記す。

続いて、原料フィーダ１３が適当な量の原料を投下する。この原料は、原料投入部９から円筒形槽７の内部に投入され、ロータ３３の回転に従って円筒形槽７の端板材３９とロータ３３との間の内周面４６を周回しながら内周面４６に沿うよう延ばされる。これにより、内周面４６が原料に接触する面積を積極的に増やし、内周面４６に伝導したヒータ１１の熱によって原料を効率良く加熱し乾燥させることができる。

原料の乾燥がある程度進み水分が減少すると原料の粒体が軽くなる。このような原料がロータ３３に打撃されることにより飛散し、更に気流の動圧を受けることにより、気流に伴い流動スペース内を高速で流動する。この過程で、原料が相互に揉み合わされ、パウダー状の粉体となる。言い換えると、原料の粒体同士が互いに激しく衝突し、又は擦り合いを繰り返すのに加え、原料の粒体と内周面４５とが衝突することにより、原料の粒体が更に細かく粉砕される。また、ロータ３３による原料の打撃は、原料の粉砕を助成する。

更に、粉体は、円筒形槽７の内部の熱風と共に送出ダクト１５を経て捕集手段１７に送られ、捕集手段１７によって熱風から分離され、容器２５に貯留される。原料フィーダ１３が更に原料を投下すれば、粉砕乾燥装置１は原料の粉砕と乾燥を継続して行うことができる。

以上のように、粉砕乾燥装置１は原料の粉砕と乾燥とを一つの円筒形槽７の内部で同時に実現できるので、原料が乾燥した粉体になるのに要する時間を短縮することができる。しかも、粉砕乾燥装置１は、従来のような個別の装置を設置する場合に比べ、そのメンテナンスの作業が容易であり、設置スペースの節約ができ、また小型で簡素な構造である。

上記のように原料が粉砕された時点で、その表面積が増大する分、粉体と熱風との間の熱交換が飛躍的に促進される。これにより、粉体は流動スペースを通過する短い時間で良好に乾燥するので、熱によるダメージを殆ど受けない。また、熱風供給手段３の供給する熱風の温度、流量、及び円筒形槽７の内部の容積は、粉体が乾燥するときに放出する水蒸気で気流が飽和しないよう設定されている。

内周面４５はコーン形であるため、粉体が流動スペースを通過する間に、比較的に比重の大きな粉体が落下しても、このような粉体を円筒形槽７の底部に堆積させることなく、ロータ３３へ向けて滑降させ、ロータ３３で打撃することができる。流動スペースの径方向の断面積は、円筒形槽７の先端２７に向かうに従い小さくなるので、気流が円筒形槽７の先端２７に向かうに従って加速され、原料の揉み合わせが促進されることになる。

複数のロータ３３の間隔をスペーサで保つようにしておけば、このスペーサを厚みの異なるものに交換することで、複数のロータ３３の間隔を増減し、又は個々のロータ３３の配置を変更できる。ロータ３３の回転数、及びロータ３３の枚数を増減しても良い。また、複数のロータ３３の間隔を増減することにより、粉体の粒度を容易に調整できる。例えば、粉体の粒度を小さくするには、複数のロータ３３の間隔を狭め、或いはロータ３３の回転数を高くすれば良い。複数のロータ３３の間隔を広げれば、粉体の粒度が大きくなる。これには次の利点がある。即ち、粉体の粒度を小さくするために原料を円筒形槽７の内部に長く滞留させなくて済むので、原料を粉砕する時間が遅延することがない。

また、粉砕乾燥装置１によれば、２種類以上の原料を粉砕乾燥装置１により粉砕し乾燥すると、これらの原料にそれぞれ由来する成分が均一に混ざり合った粉体を得ることができる。例えば、珈琲粕と木屑とを原料として得られる粉体は、これを攪拌する工程を介することなく、速やかに燃料となるペレットに成形することができる。

尚、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々なる改良、修正、又は変形を加えた態様で実施できる。熱風供給手段３、又はヒータ１１によって空気を加熱するための熱源として、ボイラーの排気ガスや余熱を利用しても良い。捕集手段１７が熱風から分離できない程微細な粉体を、吸引手段１９と捕集手段１７との間の経路に設けたフィルター等で受け止めても良い。

また、原料については何ら限定されるものではない。例えば、排水処理装置によって生じる余剰汚泥の粒子がパウダー状に粉砕されると、その容積の大部分を占める水分が流出する。このため、粉砕乾燥装置１によって余剰汚泥を粉砕し乾燥させると、含水した余剰汚泥に比べて著しく少量の粉体として、余剰汚泥を処理することができる。

粉砕乾燥装置１の用途は限定されるものではなく、建築廃材の処理、又はリサイクルの工程で粉砕乾燥装置１を使用しても良い。

１…粉砕乾燥装置、３…熱風供給手段、５…導入ダクト、７…円筒形槽、９…原料投入部、１１…ヒータ、１３…原料フィーダ、１５…送出ダクト、１７…捕集手段、１９…吸引手段、２１…筐体、２３…ブロワー、２５…容器、２７…先端、２９…円板、３１…開口端、３３…ロータ、３４…羽根部、３５…後端、３７…回転軸、３９…端板材、４１…回転機、４３…ホッパー、４５，４６…内周面。

Claims

回転軸を中心に回転する羽根状のロータと、
前記ロータを内部に収納し、前記回転軸の軸方向に互いに隔たる先端と後端とを有する円筒形槽と、
前記円筒形槽の先端からその内部に、前記ロータに対向する開口端を延出し、前記円筒形槽の内部に前記開口端を経て熱風を導入する導入ダクトと、
前記円筒形槽に投入される原料を、前記円筒形槽の内部の前記ロータよりも後端側に導く原料投入部と、
前記円筒形槽に投入される原料を加熱するヒータと、
前記軸方向に交差する姿勢で、前記導入ダクトの開口端よりも前記円筒形槽の先端側に設けられた送出ダクトとを備え、
前記円筒形槽に投入される原料を前記ロータで打撃し前記ロータの回転により発生する気流で揉み合わせることにより粉砕して成る粉体を、前記円筒形槽の内部の熱風で乾燥させ、前記送出ダクトから熱風と共に送出することを特徴とする粉砕乾燥装置。
前記導入ダクトに熱風を供給する熱風供給手段と、前記送出ダクトから送出される粉体を捕集する捕集手段とを備えることを特徴とする請求項１に記載の粉砕乾燥装置。
複数の前記粉砕ローが、互いに前記軸方向に移動自在に間隔を空けて前記回転軸に設けられ、前記複数のロータの間隔を増減することにより粉体の粒度を調整できることを特徴とする請求項１又は２に記載の粉砕乾燥装置。
前記円筒形槽の内部は、前記ロータから前記円筒形槽の先端に向かうに従い内径が減じるコーン形であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一つに記載の粉砕乾燥装置。