JP6081112B2 - 粉体分級装置 - Google Patents

Description

本発明は、気体と混合状態にて搬送される原料粉体を、粉体のサイズまたは密度（もしくは比重）に応じて分離することで、原料粉体を複数種類の粉体に分級する粉体分級装置に関する。

従来、粒径分布を有する原料粉体を気体に混合させて搬送して、粉体のサイズまたは密度に応じて複数の種類の粉体に分級するような粉体分級装置として様々な構成のものが知られている。例えば、原料粉体を細粉と粗粉とに分級処理するような粉体分級装置では、原料粉体として例えばミクロンオーダーの粒径分布の粉体を含む、いわゆる微細な粉体が取り扱われる。

このような従来の粉体分級装置において、原料粉体流路として長方形状流路断面を採用した粉体分級装置が知られている（例えば、非特許文献１参照）。非特許文献１の粉体分級装置では、長方形状流路断面の原料粉体流路を細粉流路と粗粉流路とに分岐し、この分岐部分にて慣性力を用いてそれぞれの流路に流れ込む粉体のサイズを分級している。

また、原料粉体流路として、長方形状流路断面に代えて円環状流路断面を採用した粉体分級装置が提案されている（例えば、非特許文献２参照）。非特許文献２の粉体分級装置では、円環状流路断面を有する原料粉体流路において軸方向に沿って均一な原料粉体の気流が形成され、この原料粉体流路を細粉流路と粗粉流路とに分岐し、この分岐部分にて慣性力を用いてそれぞれの流路に流れ込む粉体のサイズを分級している。

このような非特許文献２の粉体分級装置では、非特許文献１の装置のように長方形状流路断面の構成では存在していた流路端部（短辺側端部）を無くすことができ、分級精度を向上させることができる。

"Improvement of the Classification Performance of a Rectangular Jet Virtual Impactor", Kuniaki Gotoh and Hiroaki Masuda, Aerosol Science and Technology 32:221-232(2000), 2000 American Association for Aerosol Research "Development of annular-type virtual impactor", Kuniaki Gotoh and Hiroaki Masuda, Powder Technology 118(2001)68-78

近年、分級処理が行われる原料粉体の対象が多様化しており、さらに原料粉体から細粉や粗粉（あるいは高密度粉体や低密度粉体）を高い分級精度でもって分級し、所定の粒径（あるいは密度）範囲の粉体を選択的に確実に取り出したいという要望が増えつつある。

しかしながら、非特許文献２の粉体分級装置では、円環状の流路（原料粉体流路）を採用しているため、装置を構成する各部品の取り付け精度などによっては均一な円環状の気流を形成することが難しく、さらに高い分級精度を得ることが難しいという課題がある。

従って、本発明の目的は、上記問題を解決することにあって、気体と混合状態にて搬送される原料粉体を、粉体のサイズまたは密度（もしくは比重）に応じて複数種類の粉体に分級する粉体分級処理において、分級精度を高めることができる粉体分級装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。

本発明の第１態様によれば、気体と混合された状態で供給される原料粉体を、慣性力を用いて第１粉体と第２粉体とに分級する粉体分級装置において、円環状流路断面を有する原料粉体流路と、円環状流路断面を有し、原料粉体流路に連通されるとともに原料粉体流路と略同じ流路方向に配置された第１粉体流路と、原料粉体流路と第１粉体流路との連通部分にて、原料粉体流路の内周側壁面に開口された開口部を通じて原料粉体流路に連通された第２粉体流路とを備え、原料粉体流路には、円環状流路断面の周方向に沿った旋回流が形成される、粉体分級装置を提供する。

本発明の第２態様によれば、原料粉体流路に旋回流形成手段が設けられている、第１態様に記載の粉体分級装置を提供する。

本発明の第３態様によれば、旋回流形成手段として、原料粉体流路の流路方向に対して傾斜した方向に延在するように突起部または凹部が流路壁面に形成されている、第２態様に記載の粉体分級装置を提供する。

本発明の第４態様によれば、旋回流形成手段として、原料粉体流路に対して円環状流路断面の接線方向に原料粉体を導入する導入口が設けられている、第２態様に記載の粉体分級装置を提供する。

本発明の第５態様によれば、原料粉体流路において、内周側壁面の開口部に対向するように外周側壁面が配置されている、第１態様から第４態様のいずれか１つに記載の粉体分級装置を提供する。

本発明の第６態様によれば、第１粉体流路に旋回流形成手段が設けられている、第１態様から第５態様のいずれか１つに記載の粉体分級装置を提供する。

本発明の第７態様によれば、第２粉体流路に旋回流形成手段が設けられている、第１態様から第６態様のいずれか１つに記載の粉体分級装置を提供する。

本発明の第８態様によれば、第２粉体流路の旋回流形成手段は、原料粉体流路における旋回流とは逆向きの旋回流を形成する、第７態様に記載の粉体分級装置を提供する。

本発明によれば、円環状流路断面を有する原料粉体流路において、円環状流路断面の周方向に沿った旋回流が形成される構成を採用している。このように旋回流を用いることにより、周方向におけるそれぞれの流路の微小な構造的不均一さを解消することが可能となる。また、軸方向の力と遠心力とを慣性力として利用して分級を行うことができる。よって、粉体分級処理において、分級精度を高めることができる。

本発明の一の実施形態にかかる粉体分級システムのフロー図 実施の形態の粉体分級装置の外観正面図 実施の形態の粉体分級装置の外観側面図 実施の形態の粉体分級装置の分解図 粉体分級装置内における各流れの模式図（縦断面） 粉体分級装置内における各流れの模式図（横断面） 粉体分級装置内における各流れの模式図（斜視図） 図５Ａの装置における分級部近傍の各流れの模式図 細粉吸引部の上面図 細粉吸引部の側面図 変形例に係る細粉吸引部の上面図 粗粉排出フランジの上面図 粗粉排出フランジの側面図 図８Ａの粗粉排出フランジの貫通孔の部分断面図 分岐部分における流路断面図

以下に、本発明にかかる実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

本発明の一の実施の形態にかかる粉体分級装置を備える粉体分級システムの主要な構成について、図１に示すフロー図を用いて説明する。

図１に示すように、粉体分級システム１は、定量フィーダ２と、分散機３と、粉体分級装置４と、細粉回収用バグフィルタ５と、粗粉回収用バグフィルタ６と、真空ポンプ７と、クリーンエア供給部８とを備えている。

本実施の形態にかかる粉体分級システム１では、例えば０．１μｍ〜数十μｍの粒径分布を含むような原料粉体を気体に混合させた状態（すなわち、固気混合状態）にて搬送して、粉体分級装置４にて細粉（第２粉体：例えば粒径０．１μｍ〜１μｍ程度）と粗粉（第１粉体：例えば１μｍを超える粒径）に分級して回収するシステムである。また、原料粉体に混合される気体としては、空気の他に、イオンガスや不活性ガスなどを用いることができる。

このような原料粉体としては、ファインセラミックス、金属材料、高分子材料、電池・電子材料、複合材料、医薬品材料、食品材料など、電子、エネルギ、医療、食品などの各種技術分野にて用いられる無機物および有機物の微粉を含む粉体を対象とするものである。原料粉体から特定の仕様（サイズ、密度など）の粉体を選択的に取り出す処理が本発明の粉体分級処理である。また、原料粉体に含まれる特定の仕様の粉体以外の異物を、原料粉体から取り除く処理についても本発明の粉体分級処理に含まれる。

定量フィーダ２は、粉体分級システム１内に対して、原料粉体を定量供給する装置であり、本実施の形態では、例えばマイクロフィーダが用いられる。

分散機３はエジェクタを備え、定量フィーダ２にて定量供給された原料粉体をエジェクタ内に通過させることにより解砕して分散させる。分散機３としてはこのように原料粉体を解砕・分散する機能を有する装置であればよく、エジェクタ以外の構成を採用しても良い。また、複数の分散機で構成してもよく、必要に応じて粉体分級装置４の直前に配置しても良い。

粉体分級装置４は、分散機３にて分散されて気体と混合状態にて搬送される原料粉体に対して、慣性力を用いて細粉と粗粉とに選択的に分級する装置である。この粉体分級装置４には、分級部１０が備えられおり、装置内に供給された原料粉体に対して分級部１０にて分級処理を行う。また、粉体分級装置４には、クリーンエア供給部８が接続されており、装置内にクリーンエアが供給される。クリーンエア供給部８より供給されるクリーンエアの流れにより原料粉体が取り囲まれた状態にて分級部１０にて分級処理が行われるため、分級部１０の内壁面に原料粉体が付着することが抑制され、高い分級精度を得ることができる。なお、粉体分級装置４の詳細な構成については後述する。

細粉回収用バグフィルタ５は、粉体分級装置４にて分級された細粉を含む粉体気流を濾過して細粉を回収する。同様に、粗粉回収用バグフィルタ６は、粉体分級装置４にて分級された粗粉を含む粉体気流を濾過して粗粉を回収する。

図１に示すように、粉体分級システム１において、上述したそれぞれの装置構成は管路（原料粉体の搬送用配管）にて接続されている。真空ポンプ７は、粉体分級システム１の管路全体の下流側端部に接続されており、管路内を吸引することにより、管路内が負圧に保たれて原料粉体の気流による搬送が行われる。

細粉回収用バグフィルタ５および粗粉回収用バグフィルタ６のそれぞれの出口の管路上には、開度調節弁５ａ、６ａ、流量計５ｂ、６ｂ、および圧力計５ｃ、６ｃが設けられている。また、クリーンエア供給部８の管路は後述するように２本の管路に分岐されており、それぞれの管路上においても開度調節弁８ａ、８ｄ、流量計８ｂ、８ｅ、および圧力計８ｃ、８ｆが設けられている。それぞれの流量計および圧力計が適切な値を示すようにそれぞれの開度調節弁を調節することで、クリーンエア、細粉、粗粉の各流れのバランスを制御できる。

次に、粉体分級装置４の構成について図面を参照しながら説明する。粉体分級装置４の外観図（正面図（一部断面図））を図２Ａに示し、外観図（側面図（一部断面図））を図２Ｂに示し、分解図を図３に示す。なお、図３の分解図では、図２Ａおよび図２Ｂの粉体分級装置４の外観図に示す構成部材のうちの主要な構成部材についてのみ示しており、例えば、ボルト、ナット、ガスケットなどの構成部材の接続部品や細部の部品については図示を省略している。

図２Ａ、図２Ｂおよび図３に示すように、粉体分級装置４は、細粉排出管１１と、第１クリーンエア導入部１２と、旋回管固定フランジ１３と、原料粉体導入部１４と、旋回管１５と、第２クリーンエア導入部１６と、細粉排出管固定部１７と、細粉吸引部１８と、粗粉排出フランジ１９と、粗粉排出部２０とを備えている。

第１クリーンエア導入部１２、旋回管１５、原料粉体導入部１４、および第２クリーンエア導入部１６は、それぞれ大略円筒形状を有している。粉体分級装置４において、第２クリーンエア導入部１６の内側に原料粉体導入部１４が配置され、原料粉体導入部１４の内側に旋回管１５が配置され、旋回管１５の内側に細粉排出管１１が配置され、それぞれの内周側壁面と外周側壁面との間に、円環状の流路が形成された構成を有している。なお、第１クリーンエア導入部１２は、旋回管１５の上部に接続されて旋回管１５の内部と連通されている。

原料粉体導入部１４は、定量フィーダ２および分散機３より管路を経由して搬送される原料粉体の導入部となっており、大略円筒状の本体部１４ａと、本体部１４ａに対して円周（接線）方向に接続された原料粉体の導入口（導入管）１４ｂとを備える。また、大略円筒状の旋回管１５が原料粉体導入部１４の本体部１４ａの内側に配置されることにより、旋回管１５の外周側壁面と、本体部１４ａの内周側壁面との間に円環状流路断面を有する原料粉体流路が形成される。原料粉体導入部１４において、導入口１４ｂより導入された原料粉体は、原料粉体流路内にて旋回流を形成して図示下方へと搬送される。

第１クリーンエア導入部１２は、クリーンエア供給部８からの一方の管路に連通されたクリーンエアの導入部となっており、大略円筒状の本体部１２ａと、本体部１２ａに対して円周方向に接続された第１クリーンエア導入口１２ｂとを備える。また、細粉排出管１１が第１クリーンエア導入部１２の本体部１２ａの内側に配置されることにより、細粉排出管１１の外周側壁面と、本体部１２ａの内周側壁面との間に円環状流路断面を有する第１クリーンエア流路が形成される。また、本体部１２ａの下部は、旋回管１５の上部に接続されており、旋回管１５の内周側壁面と、細粉排出管１１の外周側壁面との間に第１クリーンエア流路が連続して形成されている。第１クリーンエア導入部１２において、第１クリーンエア導入口１２ｂより導入されたクリーンエアは、第１クリーンエア流路内にて旋回流を形成して図示下方へと搬送される。なお、第１クリーンエア流路の途中には、整流板（例えば、網状の金属部材など）を配置しても良い。また、原料粉体導入部１４、旋回管１５、および第１クリーンエア導入部１２は、旋回管固定フランジ１３により互いに固定されている。

第２クリーンエア導入部１６は、クリーンエア供給部８からの他方の管路に連通されたクリーンエアの導入部となっており、大略円筒状の本体部１６ａと、本体部１６ａの円周方向に接続された第２クリーンエア導入口１６ｂとを備える。また、原料粉体導入部１４の下部が第２クリーンエア導入部１６の本体部１６ａの内側に配置されることにより、原料粉体導入部１４の外周側壁面と、本体部１６ａの内周側壁面との間に円環状流路断面を有する第２クリーンエア流路が形成される。第２クリーンエア導入部１６において、第２クリーンエア導入口１６ｂより導入されたクリーンエアは、第２クリーンエア流路内にて旋回流を形成して図示下方へと搬送される。なお、第２クリーンエア流路の途中には、整流板（例えば、網状の金属部材など）を配置しても良い。

細粉排出管固定部１７は、大略円環形状を有しており、その内部開口部分に細粉排出管１１の下部が接続されて連通されている。また、細粉排出管固定部１７の上部は、旋回管１５の下部内側に配置されており、旋回管１５の下部内周側壁面（傾斜面）と細粉排出管固定部１７の上部外周側壁面（傾斜面）との間に、円環状流路断面を有する第１クリーンエア流路の一部が形成されている。さらに、細粉排出管固定部１７の下部は、第２クリーンエア導入部１６の本体部１６ａの下部内側に配置されており、第２クリーンエア導入部１６の本体部１６ａの内周側壁面と細粉排出管固定部１７の下部外周側壁面との間に、円環状流路断面を有する合流流路が形成されている。この合流流路は、第１および第２クリーンエア流路と、原料粉体流路とが合流した流路となっており、詳細については後述する。

細粉吸引部１８は、細粉排出管固定部１７の下部に接続されるとともに、第２クリーンエア導入部１６の本体部１６ａの下部内側に配置される。細粉吸引部１８の上面と細粉排出管固定部１７の下面との間に細粉流路が形成され、この細粉流路は、合流流路から円環状流路断面の中心方向に向かって分岐され、細粉排出管１１の内側に連通されている。また、細粉吸引部１８の外周側壁面と第２クリーンエア導入部１６の本体部１６ａの下部内周側壁面との間に、合流流路の流路方向と同じ方向に延在し、円環状流路断面を有する粗粉流路が形成される。

第２クリーンエア導入部１６の下部は、粗粉排出フランジ１９を介して粗粉排出部２０に接続されている。また、粗粉排出部２０は、細粉吸引部１８の下部と係合されている。粗粉排出部２０は、大略円筒状の本体部２０ａと、本体部２０ａに対して円周方向に接続された粗粉排出口２０ｂとを備える。本体部２０ａにおける円筒部分の内部には、円環状流路断面を有する粗粉流路が形成されており、細粉吸引部１８の外周側壁面と第２クリーンエア導入部１６の本体部１６ａの下部内周側壁面との間に形成された粗粉流路が、この粗粉流路に連通されている。なお、粗粉排出部２０の粗粉排出口２０ａは、管路を通じて粗粉回収用バグフィルタ６に接続されている。

細粉排出管１１は、その下端開口部分が細粉排出管固定部１７に接続されるとともに、旋回管１５および第１クリーンエア導入部１２の本体部１２ａの内側を通過するように配置され、その内側に細粉流路を形成する。細粉排出管１１の上端開口部が細粉排出口１１ａとなっており、細粉排出口１１ａは、管路を通じて細粉回収用バグフィルタ５に接続されている。

ここで、粉体分級装置４における原料粉体およびクリーンエアなどのそれぞれの流路について、概略的に図４Ａおよび図４Ｂに示す。なお、図４Ａは粉体分級装置４の縦断面における流路の模式図であり、図４Ｂは、図４ＡにおけるＡ−Ａ線断面における流路の模式図である。

図４Ａおよび図４Ｂに示すように、粉体分級装置４の上部側には、円環状流路断面を有する原料粉体流路２１が形成されており、原料粉体流路２１の内周側に円環状流路断面を有する第１クリーンエア流路２２が配置され、原料粉体流路２１の外周側に円環状流路断面を有する第２クリーンエア流路２３が配置されている。

それぞれの流路２１、２２、２３は下流側に向かってその流路断面積が小さく設定されており、原料粉体流路２１と合流流路２４との連通部分にて、内周側より第１クリーンエア流路２２が、外周側より第２クリーンエア流路２３が合流している。なお、この合流部分では、原料粉体流路２１に対して、第１および第２クリーンエア流路２２、２３が傾斜した状態（例えば、傾斜角３０度）にて合流されている。このように、原料粉体流路２１の内周側および外周側から第１および第２クリーンエア流路２２、２３が合流していることにより、合流流路２４では、円環状の原料粉体の流れが、クリーンエアの流れにより内周側および外周側から囲まれた状態とすることができる。

合流流路２４の流路断面積は、合流直前の原料粉体流路２１、第１および第２クリーンエア流路２２、２３の流路断面積の合計よりも小さく設定されている（すなわち、下流側に向かって流路断面が絞られている）。したがって、原料粉体の流れは、合流流路２４を通過する際に加速されることになる。なお、合流流路２４には、原料粉体流路２１からの原料粉体が流れ込むことになるため、広義には合流流路２４は原料粉体流路の一部でもある。

合流流路２４は、合流流路２４の流路方向と大略同じ方向に向かう円環状流路断面を有する粗粉流路２５と、合流流路２４の内周側壁面に開口された開口部２４ａより中心（軸心）側に向かう細粉流路２６とに分岐されている。この分岐部分Ｐが、原料粉体を細粉と粗粉とに分級する分級位置となっている。

粗粉流路２５は、粗粉排出口２０ｂを通じて装置外部の管路に連通されている。また、細粉流路２６は、装置の軸心上に配置された細粉排出管１１内の細粉流路２７に連通されており、細粉流路２７は上方に向かう細粉の流れを形成するとともに、細粉排出口１１ａを通じて装置外部の管路に連通されている。

ここで、粉体分級装置４内のそれぞれの流路の流れを図５Ａに示す模式斜視図に示す。また、図５Ａにおける分岐位置Ｐにおける流路断面の流れを図５Ｂに示す。

上述したように、それぞれ円環状流路断面を有する原料粉体流路２１、第１および第２クリーンエア流路２２、２３には、円環状流路断面の周方向に沿った旋回流が形成される。このような旋回流は旋回流形成手段により形成され、例えば、図２Ａおよび図２Ｂに示すように、原料粉体導入口１４ｂ、第１および第２クリーンエア導入口１２ｂ、１６ｂを通して円周方向に沿ってそれぞれの流体が導入されることにより旋回流が形成される。なお、これらの流路２１、２２、２３において形成されるそれぞれの旋回流の方向は同じ方向である。

そのため、合流流路２４においても、円環状流路断面の周方向に沿った同一方向の旋回流Ｆ１が形成される。なお、この合流流路２４における旋回流Ｆ１では、原料粉体の流れ全体が、内周側および外周側からクリーンエアにより囲まれた状態とされている。

合流流路２４における分岐部分Ｐでは、粗粉流路２５および細粉流路２６のそれぞれを通して真空ポンプ７による吸引力が付与されている。合流流路２４にて形成された旋回流Ｆ１により原料粉体に対して遠心力（慣性力）が作用するとともに図示下方へ向かう力（軸方向の力（慣性力））が作用する。比較的粒径が大きいまたは密度が高い粗粉は、比較的大きな慣性力が作用するため、合流流路２４と同じ流路方向に形成された粗粉流路２５へと吸引される。これに対して、比較的粒径が小さいまたは密度が低い細粉は、作用する慣性力が吸引力（向進力（円心へ向かう力））に比して小さいため、この慣性力に抗して、中心側へと向かう細粉流路２６へと吸引される。すなわち、旋回流により生じる慣性力（遠心力および下方へ向かう力）の大きさと吸引力の大きさとの関係により、粗粉と細粉とが分級されることになる。

粗粉流路２５に吸引された粗粉は、旋回流Ｆ２を形成しながら粗粉排出口２０ａより排出される。細粉流路２６に吸引された細粉は、旋回流Ｆ３を形成しながら中心側へと向かい、中心側にて連通された細粉流路２７内に吸引され、その後、旋回流Ｆ４を形成しながら細粉流路２７を通して上方に向かって、細粉排出口１１ａより排出される。

次に、粉体分級装置４内に形成されるそれぞれの流路において、旋回流を形成するための旋回流形成手段について、具体的に説明する。

まず、上述したように、原料粉体導入口１４ｂ、第１および第２クリーンエア導入口１２ｂ、１６ｂを通して円周方向に沿ってそれぞれの流体が導入されることにより旋回流を形成することができる。そのため、これらの導入口１４ｂ、１２ｂ、１６ｂが旋回流形成手段の一例となっている。同様に、粗粉排出部２０の本体部２０ａの円周方向に沿って粗粉が排出されるように、粗粉排出口２０ｂが本体部２０ａに接続されていることにより、粗粉流路２５内にて旋回流を形成することができる。そのため、粗粉排出口２０ｂについても旋回流形成手段の一例となっている。

さらに、図２Ａおよび図２Ｂに示すように、旋回管１５の外周側壁面には図示斜め下方に向かって延在する複数の凹部１５ａが周方向に所定の間隔にて配列して形成されている。すなわち、原料粉体流路２１の流路方向（図示下方）に対して傾斜した方向に延在して複数の凹部１５ａが形成されている。このように傾斜して形成された複数の凹部１５ａは、原料粉体流路２１を通過する原料粉体を旋回方向に導く作用を有する。よって、これらの凹部１５ａについても旋回流形成手段の一例となっており、旋回流の形成を促進できる。特に、原料粉体流路２１において、上流側よりも流路幅が狭められた部分（図２Ａ参照）にこのような凹部１５ａを設けることにより、原料粉体を凹部１５ａの形成方向（延在方向）に方向付ける効果を高めることができる。なお、このような凹部１５ａに代えて傾斜した突起部を旋回流形成手段として形成しても良い。また、原料粉体導入部１４の本体部１４ａの内周側壁面にこのような凹部あるいは突起部を形成しても良く、また、他の流路の壁面に形成しても良い。

次に、細粉流路２６、２７において旋回流を形成する旋回流形成手段について説明する。図６Ａに細粉吸引部１８の上面図を示し、図６Ｂに側面図（一部断面図）を示す。

図６Ａに示すように、細粉吸引部１８の上面には、放射方向に対して傾斜した方向に沿った流路を形成する複数の旋回案内部３１が所定の間隔にて同一円周上に形成されている。旋回案内部３１は、細粉吸引部１８の上面より上方に向かって突出形成されており、図２Ａおよび図２Ｂに示すように、それぞれの上端は細粉排出管固定部１７の下部に接触して配置されている。これにより、隣接する旋回案内部３１の間には、旋回方向に沿って傾斜された複数の流路が形成されるとともに、それぞれの流路を介して、細粉流路２６が細粉流路２７に連通されている。

このように細粉流路２６と細粉流路２７の連通部分に、旋回方向に気流を案内する複数の旋回案内部３１が形成されていることにより、細粉流路２７内に吸い込まれる細粉に対して旋回流を形成することができる。よって、細粉排出管１１の内周側壁面に細粉が付着することを抑制できる。また、このように旋回案内部３１により形成される旋回流は、合流流路２４における旋回流Ｆ１と同じ方向に形成され、細粉流路２６から細粉流路２７内に円滑に細粉を導くことができる。

また、図７に示す変形例に係る細粉吸引部１８（上面図）のように、旋回案内部３１により形成される旋回流の向きを、合流流路２４の旋回流Ｆ１と逆向きとしても良い。このような場合には、細粉流路２６内の旋回流Ｆ３と細粉流路２７内の旋回流Ｆ４との間の相対速度を高めることができ、細粉流路２７内に粗粉が混入する可能性を低減することができ、分級精度をさらに高めることができる。

次に、粗粉流路２５において旋回流Ｆ２を形成する旋回流形成手段について説明する。図８Ａに粗粉排出フランジ１９の上面図を示し、図８Ｂに側面図（一部断面図）を示し、図８Ｃに図８ＡのＢ−Ｂ線の部分断面図を示す。

粗粉排出フランジ１９には、複数の貫通孔３２が同一円周上に配列して形成されている。それぞれの貫通孔３２は、粗粉流路２５において、合流流路２４に連通する流路部分と、粗粉排出口２０ｂに連通する流路部分とを接続する。さらに、図８Ｃに示すように、それぞれの貫通孔３２は、合流流路２４の旋回流Ｆ１と同じ方向に傾斜して形成されている。これにより、合流流路２４における旋回流Ｆ１を維持しながら、粗粉流路２５において、貫通孔３２を通過させることで粗粉の旋回流Ｆ２を保つことができる。このように粗粉流路２５内においても、合流流路２４の旋回流Ｆ１と同じ方向の旋回流Ｆ２を積極的に形成することにより、分岐部分Ｐにおける気流の流れを安定させる（すなわち、気流の乱れを低減する）ことができ、安定した分級を行うことができる。また、このような旋回流Ｆ２を用いて、粗粉排出口２０ｂを通して粗粉を安定して排出することができる。

次に、分岐部分Ｐにおける流路形状について、図９の流路断面図を用いて説明する。

図９に示すように、分岐部分Ｐにおいて、細粉流路２６が合流流路２４に連通する開口部２４ａの上端側には、曲面部（Ｒ部）２４ｂが形成されている。このように曲面部２４ｂが形成されていることにより、曲面部２４ｂ近傍において気流の乱れが発生することを抑制できる。

また、同じ流路方向に配置される合流流路２４の外周側壁面と粗粉流路２５の外周側壁面との間には、下流側の部分が中心側へ突出する段部２５ａが形成されている。この段部２５ａは、細粉流路２６に連通する開口部の下端側に対向する部分に形成されている。このように段部２５ａが形成されていることにより、合流流路２４の外周側壁面と粗粉流路２５の外周側壁面とに沿って気流を導くことができ、分岐部分Ｐにて気流の剥離や乱れを抑制できる。

このように、分岐部分Ｐにおいて、曲面部２４ｂや段部２５ａが形成されていることにより、気流の乱れが発生することを抑制して、分級精度を向上させることができる。

本実施の形態の粉体分級装置４によれば、円環状流路断面を有する原料粉体流路２１、第１および第２クリーンエア流路２２、２３、合流流路２４において、同一方向の旋回流が形成される構成が採用されている。このように旋回流を用いることにより、周方向におけるそれぞれの流路の微小な構造的不均一さを解消することが可能となる。すなわち、それぞれの流路において周方向における流路幅の微小な相違を、旋回流を採用することにより実質的に均一化することができる。よって、流路幅の微小な相違により生じるおそれがある気流や圧力バランスの乱れを抑制することができ、分級精度を高めることができる。

また、合流流路２４において旋回流を形成することにより、分岐部分Ｐにて、慣性力として、遠心力と下方へ向かう力とを利用することができ、より高い分級精度を得ることができる。

さらに、合流流路２４の流路断面積を、合流する前の合計流路断面積よりも小さく設定していることにより、合流流路２４にて旋回流の速度を、原料粉体流路２１における旋回流の速度よりも高めることができる。よって、分岐部分Ｐにて高い慣性力を得ることができ、安定した分級を行うことができる。また、流路断面積を調整することにより、所望の仕様（サイズ、密度）の原料粉体を高い精度でもって分級することが可能となる。

また、分岐部分Ｐよりも下流側の流路、すなわち、細粉流路２６や粗粉流路２５においても、合流流路２４と同じ方向の旋回流が維持されることにより、分岐部分Ｐにおいて気流の乱れが生じることを抑制でき、安定した分級を行うことができる。

また、合流流路２４と略同じ流路方向に粗粉流路２５が形成されていることにより、遠心力に加えて下方へ向かう力を慣性力として積極的に利用することが可能となり、高い分級精度を得ることができる。

また、分岐部分Ｐにおいて、細粉流路２６へと連通する開口部２４ａが内周側壁面に形成され、この開口部２４ａに対向する部分には外周側壁面が配置されていることにより、合流流路２４から粗粉流路２５へと向かう気流を安定させることができ、安定した分級が行える。

また、原料粉体流路２１と、原料粉体流路２１を囲むように配置された第１および第２クリーンエア流路２２、２３とが合流流路２４にて合流するようにしている。これにより、合流流路２４における内周側壁面側および外周側壁面側にクリーンエアの流れが形成され、その内側に原料粉体の流れが形成される。よって、気流が安定する領域に原料粉体の流れを配置でき、分級精度を高めることができる。また、壁面側にクリーンエアの流れを形成して原料粉体の流れを包み込むことにより、原料粉体が壁面に付着することを抑制することができる。

なお、旋回流形成手段としては、上述した様々な構成の他にも、様々な手段を採用することができる。流路に対して、旋回流を形成する方向に向かって外部から気流を吹き出すことで、旋回流を形成しても良い。例えば、合流流路２４の外周側壁面より合流流路２４内に旋回方向に気流を吹き出すことで、所望の旋回流を形成することもできる。また、原料粉体流路２１の外周側壁面あるいは内周側壁面から気流を吹き出すことで、旋回流を形成しても良い。ただし、合流流路２４における分岐位置Ｐの近傍では、気流の乱れが少ないことが好ましいため、このような気流吹き出しによる旋回流の形成は、分岐位置Ｐの近傍以外の流路にて行うことが好ましい。

上述の実施の形態では、粉体分級装置４において、円環状流路断面を有する原料粉体流路２１を内外周から囲むように、円環状流路断面を有する第１および第２クリーンエア流路２２、２３を備える構成について一例として説明したが、本発明の粉体分級装置はこのような構成についてのみ限定されるものではない。このような構成に代えて、例えば、粉体分級装置４において、第１および第２クリーンエア流路を設けないような構成を採用しても良い。原料粉体流路２１において、壁面への付着の程度が少ない使用の原料粉体が用いられるような場合にあっては、クリーンエアを用いることなく分級を行うことも可能である。

また、粉体分級装置４が第１および第２クリーンエア流路２２、２３を備えるような構成では、第１および第２クリーンエア流路２２、２３に流れるクリーンエアの流量を、クリーンエア供給部８の管路上設けられた開度調節弁８ａ、８ｄを操作することにより、調整することが可能である。このような開度調節弁８ａ、８ｄに代えて、流量調節弁を用いても良い。また、第１および第２クリーンエア流路２２、２３を備えるような構成において、必要に応じて開度調節弁８ａ、８ｄの開閉状態を選択して、第１クリーンエア流路２２のみにクリーンエアを流すようにしても良く、逆に第２クリーンエア流路２３のみにクリーンエアを流すようにしても良い。さらに、開度調節弁８ａ、８ｄを閉止して、第１および第２クリーンエア流路２２、２３のいずれにもクリーンエアを流さないようにすることもできる。取り扱われる原料粉体の仕様や求められる分級精度などに応じて、クリーンエアの流量（流量ゼロも含む）を調整することが可能である。

また、円環状流路断面を有する原料粉体流路２１の途中において、内周側壁面あるいは外周側壁面の一方を他方に対して近づけその後離れるようにして、連続的に流路が縮小しその後拡大するような、流路の絞り部分を設けても良い。このような流路の絞り部分では、原料粉体の流れを圧縮しその後拡散することができ、原料粉体を分散・解砕させる効果を得ることができる。よって、均一に分散された状態の原料粉体に対して分級を行うことができ、分級精度をさらに高めることができる。

上述の実施の形態では、粉体分級装置４が、原料粉体を粉体サイズに応じて分離して、粗粉（第１粉体）と細粉（第２粉体）とに分級するような場合を例として説明したが、本発明の粉体分級装置は、このような場合についてのみに限定されない。本発明の粉体分級装置にて、原料粉体を粉体密度に応じて分離して、原料粉体を高密度粉体（第１粉体）と低密度粉体（第２粉体）とに分級するような場合であっても良い。

なお、上記様々な実施の形態のうちの任意の実施の形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。

１ 粉体分級システム
２ 定量フィーダ
３ 分散機
４ 粉体分級装置
５ 細粉回収用バグフィルタ
６ 粗粉回収用バグフィルタ
７ 真空ポンプ
８ クリーンエア供給部
１０ 分級部
１１ 細粉排出管
１２ 第１クリーンエア導入部
１３ 旋回管固定フランジ
１４ 原料粉体導入部
１５ 旋回管
１６ 第２クリーンエア導入部
１７ 細粉排出管固定部
１８ 細粉吸引部
１９ 粗粉排出フランジ
２１ 原料粉体流路
２２ 第１クリーンエア流路
２３ 第２クリーンエア流路
２４ 合流流路
２５ 粗粉流路
２６ 細粉流路
２７ 細粉流路

Claims (8)

1. 気体と混合された状態で供給される原料粉体を、慣性力を用いて第１粉体と第２粉体とに分級する粉体分級装置において、
   円環状流路断面を有し、円環状流路断面の軸方向に対して平行に円環状流路断面が延びる原料粉体流路と、
   円環状流路断面を有し、原料粉体流路に連通されるとともに原料粉体流路と同じ流路方向に延びる第１粉体流路と、
   原料粉体流路と第１粉体流路との連通部分にて、原料粉体流路の内周側壁面に開口された開口部を通じて原料粉体流路に連通された第２粉体流路とを備え、
   原料粉体流路には、円環状流路断面の周方向に沿った旋回流が形成される、粉体分級装置。
2. 原料粉体流路に旋回流形成手段が設けられている、請求項１に記載の粉体分級装置。
3. 旋回流形成手段として、原料粉体流路の流路方向に対して傾斜した方向に延在するように突起部または凹部が流路壁面に形成されている、請求項２に記載の粉体分級装置。
4. 旋回流形成手段として、原料粉体流路に対して円環状流路断面の接線方向に原料粉体を導入する導入口が設けられている、請求項２に記載の粉体分級装置。
5. 原料粉体流路において、内周側壁面の開口部に対向するように外周側壁面が配置されている、請求項１から４のいずれか１つに記載の粉体分級装置。
6. 第１粉体流路に旋回流形成手段が設けられている、請求項１から５のいずれか１つに記載の粉体分級装置。
7. 第２粉体流路に旋回流形成手段が設けられている、請求項１から６のいずれか１つに記載の粉体分級装置。
8. 第２粉体流路の旋回流形成手段は、原料粉体流路における旋回流とは逆向きの旋回流を形成する、請求項７に記載の粉体分級装置。

Images