JP5496430B2 - 粉粒体冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は、各種粉粒体を効率よく冷却する装置に関する。

従来、特許文献１のように、上部からコンクリート材料（冷却対象物）を落下させ、落下途中で冷却媒体と接触させてかかる冷却対象物を冷却する装置が提案されている。

特開昭６２−７４６０３号公報

しかし、中央部の一箇所から冷却対象物を落下させるのでは、落下により形成される冷却対象物の流路は細長い線状になり、一度に多くの冷却対象物に冷却媒体を接触させることが出来ない。

したがって本発明の目的は、落下する粉粒体を効率よく冷却する装置を提供することである。

本発明に係る粉粒体冷却装置は、粉粒体冷却筒部と、粉粒体冷却筒部の上部から落下し粉粒体冷却筒部の内部を通過する粉粒体の流路を広げて、粉粒体を分散させる分散部と、粉粒体冷却筒部の内部に水を噴霧する噴霧部と、粉粒体冷却筒部の内部に空気を送る空気導入部とを備え、粉粒体との熱交換で、噴霧部から噴霧された水が蒸発して発生した水蒸気は、空気導入部から送られてきた空気とともに粉粒体冷却筒部の上方又は下方から排出され、分散部は、中央部が上方に盛り上がった山型形状を有し、錐状の頂部や側面に投入された粉粒体が衝突するような位置関係に設けられた第１分散部を有する。

粉粒体冷却筒部の内部で、高温の粉粒体（例えば、鋳物砂）に水を噴霧するとともに空気を供給して、噴霧した水の潜熱と顕熱（気化熱）で粉粒体を冷却する。水を噴霧しているので粉粒体冷却筒部の内部の湿度が高い状態になり、湿度が低い状態に比べてガス比熱（単位重さの空気から熱を奪う量）が大きくなって、冷却効率を高い状態で冷却を行うことが出来る。

蒸発した水（水蒸気）は、供給された空気とともに上方又は下方から排出されるため、粉粒体冷却筒部の内部を粉粒体に付着した水滴が蒸発する程度の所望の湿度に保つことが可能になる。

分散部を使って、粉粒体の流路を広く分散させることにより、多くの粉粒体に冷却媒体である水を接触させて効率よく冷却することが可能になる。第１分散部が、重力により粉粒体が落下する流路上に設けられ、動力などで分散部を動かす必要なく、通過する粉粒体の落下位置を分散させることが出来る。

好ましくは、第１分散部は、斜面に粉粒体の粒子径よりも大きい孔を有する。

粉粒体が落下する際に形成される流路は、第１分散部の底面形状に沿った略柱状になる。略柱状になることにより、流路が略筒状になる形態に比べて、粉粒体を広く分散させることが出来る。

また、好ましくは、分散部は、粉粒体冷却筒部の内部であって、噴霧部よりも上部に設けられ、格子状の板又は多孔板で形成される第２分散部を有する。

第１分散部を介して分散した鋳物砂は、第２分散部を通ることにより更に水平方向に分散が進む。

また、好ましくは、分散部は、粉粒体冷却筒部の内部であって、噴霧部よりも下部に設けられ、格子状の板又は多孔板で形成される第３分散部を有する。

噴霧部からの圧縮空気（ノズルが二流体ノズルの場合のみ）や空気導入部から送られてくる空気又は圧縮空気によって粉粒体冷却筒部の中心軸の方に偏った落下中の粉粒体を再度分散させたり、該粉粒体冷却筒部の内壁面に対向する粉粒体の面を変えたり、粉粒体同士の位置を入れ替えたりすることが可能になる。

また、好ましくは、噴霧部が取り付けられる粉粒体冷却筒部の孔と噴霧部の間に、空気又は圧縮空気が流れるように、空気導入部の一部が粉粒体冷却筒部の孔に設けられる。

落下中の粉粒体がノズル（の先端）に付着するのを防止出来る。

また、好ましくは、粉粒体冷却筒部の上部から落下し粉粒体冷却筒部の内部を通過する粉粒体の流路における少なくとも上流と下流に噴霧部のノズルが複数設けられる。

粉粒体冷却筒部の内部を均一に分散落下する粉粒体の流路の広い範囲に、冷却に必要な水を無駄なく噴霧することが可能となり、効率よく冷却することができる。また、粉粒体に余剰な水分が残留することに起因するダマの発生を抑止できる。

さらに好ましくは、上流に設けられる噴霧部のノズルの数は、下流に設けられる噴霧部のノズルの数よりも多くなるように、噴霧部が配置される。

高い温度の粉粒体に水を多く噴霧出来る。

また、好ましくは、粉粒体冷却筒部の下部には粉粒体冷却筒部で冷却された粉粒体を排出する排出装置が設けられ、粉粒体冷却筒部と排出装置の間であって、排出装置によって粉粒体が排出される箇所以外は、連接されている。

さらに好ましくは、排出装置によって粉粒体が排出される箇所は、粉粒体によってマテリアルシールが施される。

また、好ましくは、粉粒体冷却筒部の上部に排気口が設けられ、粉粒体冷却筒部の上部は粉粒体を投入する箇所と排気口以外が密閉される。

空気は上方向に流れ、粉粒体は重力により下方向に流れるので、空気を下方向に流す形態に比べて、冷却効率が高い。

さらに好ましくは、排気口から排出された空気に含まれる微小な粉粒体を集める集塵部を更に備える。

また、好ましくは、粉粒体冷却筒部の下部に排気口が設けられ、粉粒体冷却筒部の上部は粉粒体を投入する箇所以外が密閉される。

空気を下方向に流す形態では、粒子径が小さい粉粒体を冷却する場合でも上方への微粒子成分の飛散を抑制することができる。

さらに好ましくは、排気口から排出された空気に含まれる微小な粉粒体を集める集塵部を更に備える。

以上のように本発明によれば、落下する粉粒体を効率よく冷却する装置を提供することができる。

本実施形態における鋳物砂の冷却装置を含む鋳物砂の処理工程の構成図である。 空気を上方向に流す場合の鋳物砂の冷却装置の構成図である。 粉粒体冷却筒部に噴霧部や空気導入部を取り付ける前の孔の位置関係を示す斜視図である。 円錐形状の第１分散部を示す斜視図である。 中央部が上方に盛り上がった山型形状で側面（斜面）を有する第１分散部の例を示す斜視図である。 斜面に孔を設けた円錐形状の第１分散部を示す斜視図である。 斜面に孔を設けたコーン形状のものを重ねた第１分散部を示す斜視図である。 空気を下方向に流す場合の鋳物砂の冷却装置の構成図である。 空気を上方向に流す場合の実験用の鋳物砂の冷却装置の構成図である。 空気を下方向に流す場合の実験用の鋳物砂の冷却装置の構成図である。 山型十文字形状の第１分散部の例を示す斜視図である。 山型十文字形状のものを上下に配置した第１分散部の例を示す斜視図である。

以下、本実施形態について、図を用いて説明する。鋳物砂を冷却する装置を使って粉粒体を冷却する装置の一例を示すが、本実施形態に示される発明は、鋳物砂に限らず、各種の粉粒体を冷却する装置に利用することも出来る。具体的には、鉱物などの無機物、樹脂ペレットなどの有機物、及び金属の粉粒体や、これらからなる混合物・成形体・造粒物の冷却に利用することが出来る。本実施形態における鋳物砂の冷却装置１は、鋳物砂の処理工程の中で利用される。鋳物砂の処理工程において、冷却装置１の前段に解枠機１１と磁選機１３とロータリースクリーン１５が設けられ、後段にサンドホッパー２１、混練機２３、エアレーター２５、造型機２７が設けられる（図１参照）。

鋳物砂（生型砂）は、解枠機１１で鋳物が分離され、磁選機１３やロータリースクリーン（ふるい）１５を使って異物や粗粒が除去された後に、冷却装置１で冷却される。冷却後、サンドホッパー２１に貯蔵され、混練機２３で水を含む材料の分散と粘結力の付与が行われ、エアレーター２５でほぐしが行われ、造型機２７で所望の鋳物型に成型される。

次に、冷却装置１の詳細について説明する（図２参照）。冷却装置１は、第１搬送部３１、粉粒体供給シュート３２、粉粒体冷却筒部３３、排出装置３４、第２搬送部３５、第１排気管３６、集塵機３７、ロータリーバルブ３８、微小砂シュート３９、第２排気管４０、分散部５１（第１分散部５１ａ〜第３分散部５１ｃ）、噴霧部５３（第１噴霧部５３ａ〜第３噴霧部５３ｃ）、空気導入部５５（第１空気導入部５５ａ〜第４空気導入部５５ｄ）、検知部５７（温度センサ、流量センサ）、制御部５９を備える。図２、図８、図９、図１０の構成図は、内部の構造が分かるように粉粒体冷却筒部３３や第１排気管３６に関する部分だけ断面を示し、他の部分は模式的な図を示す。なお、第２排気管４０は、図示しない排気ブロワーに連接されている。

第１搬送部３１は、ベルトコンベアやスクリューフィーダーなどで構成され、ロータリースクリーン１５によって異物や粗粒が除去された後の鋳物砂を、粉粒体供給シュート３２に搬送するために用いられ、搬送された鋳物砂は、粉粒体供給シュート３２を介して、粉粒体冷却筒部３３に投入される。

粉粒体冷却筒部３３は、周壁が鉛直方向に延びる筒形状を有し、上部は粉粒体供給シュート３２と第１排気管３６とが接続される部分（排気口）だけ開口し他は密閉される。下部の開口した部分は排出装置３４の鋳物砂を搬送する部分と対向する。粉粒体冷却筒部３３の内側には、分散部５１が設けられる。

粉粒体冷却筒部３３の周壁には第１孔部３３ａ〜第４孔部３３ｄが設けられ、第１孔部３３ａ〜第３孔部３３ｃには、各々第１噴霧部５３ａ〜第３噴霧部５３ｃや第１空気導入部５５ａ〜第３空気導入部５５ｃが取り付けられ、第４孔部３３ｄには、第４空気導入部５５ｄが取り付けられる。なお、空気導入部５５のそれぞれには、図示しない空気導入管を介して供給ブロワーとエアーフィルターに連接されているが、第１空気導入部５５ａ〜第３空気導入部５５ｃは、上記空気導入管を介して圧縮空気の供給源に連接してもよい。

第１孔部３３ａは、Ｎ１個の孔を有し、かかるＮ１個の孔は、粉粒体冷却筒部３３の側面における高い位置の第１円周ｃ１上に略等間隔に配置される。第２孔部３３ｂは、Ｎ２個の孔を有し、かかるＮ２個の孔は、粉粒体冷却筒部３３の側面における中程度の高さの第２円周ｃ２上に略等間隔に配置される。第３孔部３３ｃは、Ｎ３個の孔を有し、かかるＮ３個の孔は、粉粒体冷却筒部３３の側面における低い位置の第３円周ｃ３上に略等間隔に配置される。

第１孔部３３ａの孔の数（Ｎ１）、第２孔部３３ｂの孔の数（Ｎ２）、第３孔部３３ｃの孔の数（Ｎ３）は、同数であってもよいが、高い温度の鋳物砂に水を多く噴霧出来るように、Ｎ１≧Ｎ２≧Ｎ３とするのが望ましい。例えば、流量が２５ｔ／ｈの鋳物砂を冷却する場合には、Ｎ１＝１８、Ｎ２＝１２、Ｎ３＝６として、計３６個の孔のそれぞれに二流体ノズルの噴霧部を設ける形態が考えられる。

また、より多くの鋳物砂に噴霧した水が接触出来るように（各ノズルの噴霧領域が干渉しないように）、粉粒体冷却筒部３３を上面から見たときに、第１孔部３３ａ、第２孔部３３ｂ、第３孔部３３ｃの孔が重ならないようにそれぞれの孔が配置されるのが望ましい（図３参照）。ただし、図２の断面構成図は、説明を簡素化するために、粉粒体冷却筒部３３を上面から見たときに、第１孔部３３ａ、第２孔部３３ｂ、第３孔部３３ｃの孔が重なるようにそれぞれの孔が配置される例を示している。

第４孔部３３ｄは、Ｎ４個の孔を有し、かかるＮ４個の孔は、粉粒体冷却筒部３３の側面における第３孔部３３ｃよりも低い位置の第４円周ｃ４上に略等間隔に配置される。

排出装置３４は、スクリューフィーダーなどの粉粒体を搬送する装置で、粉粒体冷却筒部３３と排出装置３４との間は、排出装置３４によって鋳物砂が排出される箇所以外は開口しないように、排出装置３４の側壁が粉粒体冷却筒部３３の下部又は周壁と連接されているのが望ましい。排出装置３４によって鋳物砂が排出される箇所は開口するが、冷却処理時は排出装置３４上が鋳物砂で満たされて、当該開口箇所はマテリアルシールされた状態になる。

第２搬送部３５は、ベルトコンベアやスクリューフィーダーなどで構成され、粉粒体冷却筒部３３で冷却され排出装置３４から排出された鋳物砂を後段のサンドホッパー２１に輸送する。

第１排気管３６は、粉粒体冷却筒部３３の上部に取り付けられ、粉粒体冷却筒部３３の内部の空気を外部に排出させるために使用される。粉粒体冷却筒部３３から第１排気管３６に排出される空気には、噴霧された水が蒸発した水蒸気や微小な鋳物砂が混じっており、集塵機（サイクロン）３７で微小な鋳物砂が排気空気と分離され、かかる微小な鋳物砂は、ロータリーバルブ３８や微小砂シュート３９を介して、第２搬送部３５に送られる。水蒸気を含む空気は、第２排気管４０、排気ブロワー（不図示）を介して系外に排出される。

分散部５１は、粉粒体供給シュート３２を介して粉粒体冷却筒部３３に投入された鋳物砂を均一に分散させる、すなわち、落下時に形成される鋳物砂の流路を広げる装置で、第１分散部５１ａ〜第３分散部５１ｃを有する。分散部５１を使って、鋳物砂の流路を広く分散させることにより、多くの鋳物砂に冷却媒体である水を接触させて効率よく冷却することが可能になる。

第１分散部５１ａは粉粒体冷却筒部３３の上部近傍に設けられた分散装置で、円錐など錐体（錐状の立体形状）に形成される。第１分散部５１ａは、錐状の頂部や側面に粉粒体供給シュート３２を介して投入された鋳物砂が衝突するような位置関係（例えば、粉粒体供給シュート３２の真下）に配置される。錐状の頂部や側面に衝突した鋳物砂は、錐体の側面に沿って放射状に分散する。この場合、鋳物砂が落下する際に形成される流路は、第１分散部５１ａの底面形状に沿った略筒状になる。

第１分散部５１ａの形状は、錐状の頂部を有し、側面に沿って落下する際に放射状に鋳物砂を分散出来るものであれば、図４に示すような円錐形状に限るものではないし、錐体に限るものでもない。例えば、中央部が上方に盛り上がった山型形状で側面（斜面）を有する他の形状であってもよい（図５、図１１参照）。また、山型十文字形状のものを数段重ねて、その重なり具合を調整することにより分散具合を調整してもよい（図１２参照）。

また、斜面に鋳物砂の粒子径よりも大きい孔を設けて、底面の開口部からも鋳物砂を落下させる形態であってもよい（図６参照）。この場合には、鋳物砂が落下する際に形成される流路は、第１分散部５１ａの底面形状に沿った略柱状になる。略柱状になることにより、流路が略筒状になる形態（図４参照）に比べて、鋳物砂を広く分散させることが出来る。

また、さらに、孔を空けた斜面を二重に構成し、二重の斜面の重なり具合を調整することにより、孔の大きさを調整出来る形態であってもよい（図７参照）。図７は、斜面に孔が設けられたコーン形状のものを２枚重ね、重なり具合により鋳物砂が通る孔の大きさが変化する第１分散部５１ａの形状例を示す。

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また、図１１や図１２に示す山型十文字形状の第１分散部５１ａの斜面に鋳物砂の粒子径よりも大きい孔を設けて、その孔から鋳物砂を落下させる形態であってもよい。

第２分散部５１ｂ、第３分散部５１ｃは、格子状の板又は多孔板で形成される。格子の目や、多孔板の孔は、鋳物砂の粒子よりも大きく、直径３ｍｍから２０ｍｍ程度のものが適している。第２分散部５１ｂは、第１分散部５１ａの下部で、且つ第１噴霧部５３ａよりも上部に設けられ、第３分散部５１ｃは、第１噴霧部５３ａよりも下部で、且つ第３噴霧部５３ｃよりも上部に設けられる。

本実施形態では、第２分散部５１ｂとして、３枚の多孔板が第１噴霧部５３ａよりも上部に設けられ、第３分散部５１ｃとして、１枚の多孔板が第１噴霧部５３ａと第２噴霧部５３ｂの間に設けられ、１枚の多孔板が第２噴霧部５３ｂと第３噴霧部５３ｃの間に設けられる。

第１分散部５１ａを介して分散した鋳物砂は、第２分散部５１ｂを通ることにより更に水平方向に分散が進む。第３分散部５１ｃは、第１噴霧部５３ａや第２噴霧部５３ｂからの圧縮空気（ノズルが二流体ノズルの場合のみ）や第１空気導入部５５ａや第２空気導入部５５ｂから送られてくる空気又は圧縮空気によって粉粒体冷却筒部３３の中心軸の方に偏った落下中の鋳物砂を再度分散させたり、粉粒体冷却筒部３３の内壁面に対向する鋳物砂の面を変えたり、鋳物砂同士の位置を入れ替えたりするために使用される。

第１分散部５１ａ〜第３分散部５１ｃは、重力により鋳物砂が落下する流路上に設けられ、動力などで第１分散部５１ａ〜第３分散部５１ｃを動かす必要なく、通過する鋳物砂の落下位置を分散させることが出来る。

噴霧部５３は、分散部５１を介して落下し粉粒体冷却筒部３３の内部を通過する鋳物砂に、水を噴霧するためのものである。具体的には、噴霧部５３は、第１孔部３３ａ、第２孔部３３ｂ、第３孔部３３ｃの孔のそれぞれに設けられ、略水平方向で且つ粉粒体冷却筒部３３の中心軸方向に向けて水を噴霧するノズルを有する噴霧装置で、第１孔部３３ａに設けられた第１噴霧部５３ａ、第２孔部３３ｂに設けられた第２噴霧部５３ｂ、第３孔部３３ｃに設けられた第３噴霧部５３ｃを有する。

すなわち、粉粒体冷却筒部３３の上部から落下し粉粒体冷却筒部３３の内部を通過する鋳物砂の流路における少なくとも上流と下流に噴霧部５３のノズルが複数設けられる。また、上流に設けられる噴霧部５３のノズルの数は、下流に設けられる噴霧部５３のノズルの数よりも多くなるように、噴霧部５３が配置されるのが望ましい。

各ノズルは、一流体ノズルであっても、二流体ノズルであってもよい。また、霧の粒子径が２０μｍ以下になるようなノズルを使用するのが望ましい。また、落下中の鋳物砂が付着しないように、ノズルの先端が粉粒体冷却筒部３３の内壁よりも内側方向に突出しないように、すなわち内壁よりも外側方向に引っ込むように、噴霧部５３を設置するのが望ましい。

各ノズルの噴霧方向は、略水平方向で且つ粉粒体冷却筒部３３の中心軸方向に向けられるのが適当であるが、水平方向や鉛直方向に各ノズルを移動させることが可能なアクチュエータ（不図示）を設けて、噴霧方向を調整出来る形態であってもよい。例えば、後述する検知部５７で得られた鋳物砂の流量や温度に関する情報に基づいて、制御部５９が各ノズルの噴霧方向を調整する形態が考えられる。

複数のノズルから水を噴霧させることにより、粉粒体冷却筒部３３の内部を均一に分散落下する鋳物砂の流路の広い範囲に、冷却に必要な水を無駄なく噴霧することが可能となり、効率よく冷却することができる。また、粉粒体に余剰な水分が残留することに起因するダマ（塊）の発生を抑止できる。

第１噴霧部５３ａ〜第３噴霧部５３ｃが取り付けられる粉粒体冷却筒部３３の孔（第１孔部３３ａ〜第３孔部３３ｃ）と第１噴霧部５３ａ〜第３噴霧部５３ｃの間に、空気又は圧縮空気が流れるように、空気導入部の一部（第１空気導入部５５ａ〜第３空気導入部５５ｃ）が第１孔部３３ａ〜第３孔部３３ｃに設けられる。

具体的には、第１噴霧部５３ａ〜第３噴霧部５３ｃは、各々第１孔部３３ａ〜第３孔部３３ｃの内面との間に僅かな間隙を有して固定され、落下中の鋳物砂が各噴霧部５３の各ノズル（の先端）に付着するのを防止するために、各々第１空気導入部５５ａ〜第３空気導入部５５ｃから上記の間隙に、供給ブロワーからの空気又は圧縮空気を流している。なお、圧縮空気を供給する場合は、断続的な供給であってもよい。

第４空気導入部５５ｄは、分散部５１を介して落下し粉粒体冷却筒部３３の内部を通過する鋳物砂に空気を送るためのものである。具体的には、第４空気導入部５５ｄは、第４孔部３３ｄの孔に設けられ、略水平方向で且つ粉粒体冷却筒部３３の中心軸方向に向けて空気を送る送気装置である。

検知部５７は、粉粒体冷却筒部３３の入口における鋳物砂（第１搬送部３１から粉粒体供給シュート３２に投入される鋳物砂）や、粉粒体冷却筒部３３の出口における鋳物砂（排出装置３４又は第２搬送部３５で輸送される鋳物砂）の温度を検出する温度センサ、流量を検出する流量センサなどを有し、鋳物砂の温度や流量や含水率に関する情報を制御部５９に出力する。

制御部５９は、コンピュータなどの制御装置で、検知部５７からの情報に基づいて、第１搬送部３１と排出装置３４の搬送速度、噴霧部５３の各ノズルから噴霧する水量、第４空気導入部５５ｄから供給する空気量などを調整する。

次に、本実施形態において鋳物砂が冷却されるメカニズムについて説明する。

まず、供給ブロワーを作動し、エアーフィルターで清浄化された空気を、第４空気導入部５５ｄを介して粉粒体冷却筒部３３に供給する。そして、排気ブロワーを作動し、第１排気管３６、集塵機３７及び第２排気管４０を経て、粉粒体冷却筒部３３から、該粉粒体冷却筒部３３に供給されたと同量の空気を吸引、排気する。第４空気導入部５５ｄから粉粒体冷却筒部３３に入った空気は、均一な空塔速度で該粉粒体冷却筒部３３の内部を上昇し、第３分散部５１ｃ、第２分散部５１ｂを通過して、第１排気管３６に排出される。

続いて、第１搬送部３１を稼働して鋳物砂を定量供給すると共に、排出装置３４及び第２搬送部３５も稼働する。また噴霧部５３から水を連続的に噴霧すると共に、第１空気導入部５５ａ〜第３空気導入部５５ｃから空気又は圧縮空気を供給する。

第１搬送部３１から粉粒体供給シュート３２に投入された鋳物砂は、第１分散部５１ａ〜第３分散部５１ｃを通過する際に水平方向に分散し、分散した状態で落下する。

落下する際に、まず第１噴霧部５３ａのノズルから噴霧された水滴が鋳物砂の粒子に付着し、鋳物砂が濡れた状態にされる。

鋳物砂に付着した水は、鋳物砂の持つ熱と主に第４空気導入部５５ｄから供給された空気とによって蒸発し、その水蒸気は上記空気に同伴して排気口から排出される。一方鋳物砂は、付着した水の顕熱と潜熱（気化熱）とによってその温度が下がる。落下中の鋳物砂は、順次第２噴霧部５３ｂのノズル、第３噴霧部５３ｃのノズルから噴霧された水により上記の作用を受け、次第にその温度が下がっていく。

排出装置３４に到達した鋳物砂は、粉粒体供給シュート３２に投入された時よりも冷却された状態で、第２搬送部３５に排出される。排出装置３４は落下してきた鋳物砂で満たされている、すなわち粉粒体冷却筒部３３の下部の開口部は鋳物砂でマテリアルシールされるので、空気導入部５５からの空気は排出装置３４を介して排気されず、上方向に流れる。

水蒸気や微小な鋳物砂を含む空気は第１排気管３６を介して集塵機３７に送られる。

微小な鋳物砂は集塵機３７において空気と分離され、ロータリーバルブ３８、微小砂シュート３９を介して、第２搬送部３５に送られ、排出装置３４を介して送られてきた鋳物砂と合流する。一方水蒸気を含む空気は、第２排気管４０からブロワーを介して系外に排出される。なお、後記する筒径が短い実験機では、排気ブロワー又は供給ブロワーのいずれか一方を省いてもよい。

本実施形態では、粉粒体冷却筒部３３の内部で、高温の鋳物砂に水を噴霧するとともに空気を供給して、噴霧した水の顕熱と潜熱（気化熱）で鋳物砂を冷却する。また、水を噴霧しているので粉粒体冷却筒部３３の内部の湿度が高い状態になり、湿度が低い状態に比べてガス比熱（単位重さの空気から熱を奪う量）が大きくなって、冷却効率が高い状態で冷却を行うことが出来る。

蒸発した水（水蒸気）は、供給された空気とともに上部の第１排気管３６から排出されるため、粉粒体冷却筒部３３の内部を鋳物砂に付着した水滴が蒸発する程度の所望の湿度に保つことが可能になる。

粉粒体冷却筒部３３内において、空気は上方向に流れ、鋳物砂は重力により下方向に流れるので、空気を下方向に流す形態に比べて、冷却効率が高い。

ただし、空気を上方向に流す場合には、落下する鋳物砂の殆どが上方に吹き飛ばされないように送気量を調整して、空塔速度を所定速度（例えば、０．１８ｍ／ｓ）以下になるように調整する必要がある。

このため、空気も下方向に流す形態であってもよい（図８参照）。図２に示す装置で上部に設けられた第１排気管３６が接続される排気口は、下部（粉粒体冷却筒部３３の側面であって、第３孔部３３ｃと排出装置３４の間）に設けられ、粉粒体冷却筒部３３の上部の粉粒体供給シュート３２以外は密閉される。空気を供給する第４孔部３３ｄは、上部（例えば、第１分散部５１ａと第２分散部５１ｂの間）に設けられる。

この場合、空気は鋳物砂や水蒸気とともに下方向に流れ、粉粒体冷却筒部３３の底面の排出装置３４に到達したあと、水蒸気を含む空気は第１排気管３６から排気され、鋳物砂は排出装置３４から排出される。なお、第１排気管３６の後段にも、集塵機３７、ロータリーバルブ３８、微小砂シュート３９、排気ブロワー（不図示）などを設けておくのが望ましい。

空気を下方向に流す形態では、粒子径が小さい鋳物砂を冷却する場合でも上方への微粒子成分の飛散を抑制することができる。

本実施形態では、鋳物砂が落下する間に冷却するため、水平方向に狭い場所を有効に活用して冷却装置１を設置することが可能になる。

次に、空気を上方向に流す形態（図９参照）と、空気を下方向に流す形態（図１０参照）で、冷却効果を比較した実験について説明する。粉粒体冷却筒部３３は、筒径が２００ｍｍで、噴霧部５３のノズルは、一流体ノズルで噴霧圧力が６ＭＰａＧで２．４ｋｇ／ｈのものを６個使用し、２０μｍの水滴を噴霧し、空気流量は０．３４ｍ^３／ｍｉｎ、空塔速度は０．１８ｍ／ｓとした。

実験では、第２分散部５１ｂや噴霧部５３が設けられた第１筒部３３１と空気導入部５５が設けられた第２筒部３３２とで粉粒体冷却筒部３３を構成し、空気を上方向に流す形態では、第１筒部３３１が第２筒部３３２よりも上になるように配置し、空気を下方向に流す形態では、第２筒部３３２が第１筒部３３１よりも上になるように配置した。第１筒部３３１における噴霧部５３のノズルが設置された箇所から第１筒部３３１の下端までの鉛直方向長さが８５０ｍｍのものを使用した。

実験機は、筒径が短く、ノズルを水平方向に向けると対向する壁面に噴霧雲が到達してしまうため、壁面の内側で下向きに噴霧されるように設置した。なお、実際の粉粒体冷却筒部３３の筒径は０．６ｍ以上と考えられるので、ノズルは略水平方向に向けた形態で問題ない。

空気を上方向に流す形態では、平均粒子径が約４００μｍで粒子径が１５０μｍ以下の粒子の割合が１％未満の鋳物砂を使用し、分散部５１は、円錐形状の第１分散部５１ａと、３ｍｍ径の多孔板３枚で構成された第２分散部５１ｂを使用し、鋳物砂の流量を３６０ｋｇ／ｈとし、水の噴霧流量を１４．４ｋｇ／ｈとした。第１排気管３６に相当するものは使用せず、粉粒体冷却筒部３３の上部を開口させている。

この場合には、粉粒体供給シュート３２への投入時点で１２０℃であった鋳物砂の温度が、排出装置３４を介して粉粒体冷却筒部３３から排出された時点で４０℃にまで下がり、供給時２０℃の空気は粉粒体冷却筒部３３の上部から排気された時点で９５℃であった。

空気を下方向に流す形態では、平均粒子径が約２００μｍで粒子径が１５０μｍ以下の粒子の割合が５％未満の鋳物砂を使用し、分散部５１は、円錐形状の第１分散部５１ａと、５ｍｍ径の多孔板３枚で構成された第２分散部５１ｂを使用し、鋳物砂の流量を６０ｋｇ／ｈとし、水の噴霧流量を２．４ｋｇ／ｈとした。第１筒部３３１の下部の側面に排気口を設け、第１排気管３６を取り付けた。

この場合には、粉粒体供給シュート３２への投入時点で１２０℃であった鋳物砂の温度が、排出装置３４を介して粉粒体冷却筒部３３から排出された時点で５０℃にまで下がり、供給時２４℃の空気は粉粒体冷却筒部３３の下部から排気された時点で６５℃であった。

１ 冷却装置
１１ 解枠機
１３ 磁選機
２１ サンドホッパー
２３ 混練機
２５ エアレーター
２７ 造型機
３１ 第１搬送部
３２ 粉粒体供給シュート
３３ 粉粒体冷却筒部
３３ａ〜３３ｄ 第１孔部〜第４孔部
３３１、３３２ 第１筒部、第２筒部
３４ 排出装置
３５ 第２搬送部
３６ 第１排気管
３７ 集塵機
３８ ロータリーバルブ
３９ 微小砂シュート
４０ 第２排気管
５１分散部
５１ａ〜５１ｃ 第１分散部〜第３分散部
５３ 噴霧部
５３ａ〜５３ｃ 第１噴霧部〜第３噴霧部
５５ 空気導入部
５５ａ〜５５ｄ 第１空気導入部〜第４空気導入部
５７ 検知部
５９ 制御部

Claims (13)

1. 粉粒体冷却筒部と、
   前記粉粒体冷却筒部の上部から落下し前記粉粒体冷却筒部の内部を通過する粉粒体の流路を広げて、粉粒体を分散させる分散部と、
   前記粉粒体冷却筒部の内部に水を噴霧する噴霧部と、
   前記粉粒体冷却筒部の内部に空気を送る空気導入部とを備え、
   粉粒体との熱交換で、前記噴霧部から噴霧された水が蒸発して発生した水蒸気は、前記空気導入部から送られてきた空気とともに前記粉粒体冷却筒部の上方又は下方から排出され、
   前記分散部は、中央部が上方に盛り上がった山型形状を有し、錐状の頂部や側面に投入された粉粒体が衝突するような位置関係に設けられた第１分散部を有することを特徴とする粉粒体冷却装置。
2. 前記第１分散部は、斜面に粉粒体の粒子径よりも大きい孔を有することを特徴とする請求項１に記載の粉粒体冷却装置。
3. 前記分散部は、前記粉粒体冷却筒部の内部であって、前記噴霧部よりも上部に設けられ、格子状の板又は多孔板で形成される第２分散部を有することを特徴とする請求項１に記載の粉粒体冷却装置。
4. 前記分散部は、前記粉粒体冷却筒部の内部であって、前記噴霧部よりも下部に設けられ、格子状の板又は多孔板で形成される第３分散部を有することを特徴とする請求項１に記載の粉粒体冷却装置。
5. 前記噴霧部が取り付けられる前記粉粒体冷却筒部の孔と前記噴霧部の間に、空気又は圧縮空気が流れるように、前記空気導入部の一部が前記粉粒体冷却筒部の孔に設けられることを特徴とする請求項１に記載の粉粒体冷却装置。
6. 前記粉粒体冷却筒部の上部から落下し前記粉粒体冷却筒部の内部を通過する粉粒体の流路における少なくとも上流と下流に前記噴霧部のノズルが複数設けられることを特徴とする請求項１に記載の粉粒体冷却装置。
7. 前記上流であって前記粉粒体冷却筒部の上部から等距離の位置に周設される前記噴霧部のノズルの数が、前記下流であって前記粉粒体冷却筒部の上部から等距離の位置に周設される前記噴霧部のノズルの数よりも多くなるように、前記噴霧部が配置されることを特徴とする請求項６に記載の粉粒体冷却装置。
8. 前記粉粒体冷却筒部の下部には前記粉粒体冷却筒部で冷却された粉粒体を排出する排出装置が設けられ、
   前記粉粒体冷却筒部と前記排出装置の間であって、前記排出装置によって粉粒体が排出される箇所以外は、連接されていることを特徴とする請求項１に記載の粉粒体冷却装置。
9. 前記排出装置によって粉粒体が排出される箇所は、粉粒体によってマテリアルシールが施されることを特徴とする請求項８に記載の粉粒体冷却装置。
10. 前記粉粒体冷却筒部の上部に排気口が設けられ、前記粉粒体冷却筒部の上部は前記粉粒体を投入する箇所と前記排気口以外が密閉されることを特徴とする請求項１に記載の粉粒体冷却装置。
11. 前記排気口から排出された空気に含まれる微小な粉粒体を集める集塵部を更に備えることを特徴とする請求項１０に記載の粉粒体冷却装置。
12. 前記粉粒体冷却筒部の下部に排気口が設けられ、前記粉粒体冷却筒部の上部は前記粉粒体を投入する箇所以外が密閉されることを特徴とする請求項１に記載の粉粒体冷却装置。
13. 前記排気口から排出された空気に含まれる微小な粉粒体を集める集塵部を更に備えることを特徴とする請求項１２に記載の粉粒体冷却装置。
    

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