JP6518607B2 - 粉砕装置 - Google Patents

Description

本発明は、樹脂、鉱物等を粉砕ロータ円周に取り付けた粉砕部で粉砕する、粉砕装置に関する。

この種の粉砕装置として、例えば、特許文献１のように、粉砕室と、この粉砕室の内部に回転自在に設けられた粉砕ロータと、この粉砕ロータの外周部との間に間隙を存して固定配置され粉砕ロータとにより原料を粉砕するライナと、粉砕ロータの上方に配置され粉砕ロータ及びライナにより粉砕されて上方にもたらされた原料のうち所定粒度以下のものを粉砕室の外部に排出する分級ロータと、分級ロータによって排出されない原料を上記間隙の下方にもたらすための循環通路とを備えた粉砕装置が知られている。

このような粉砕装置では、粉砕に伴う発熱により、被処理物及び雰囲気が高温となる。このため、粉砕室の周囲に、この粉砕室を冷却するジャケットを設け、原料の溶融や品質の悪化を防止している。

特許４８０５４７３号公報

従来の粉砕装置において、特に分級部を備えるものでは、所定の粒子径に達するまで繰り返し粉砕動作が行われるので、被処理物及びその周囲の空気が高温になりやすい。高温となると、被処理物の展延性が増加して粉砕効率が低下したり、樹脂や食品など熱影響を受けやすい被処理物の場合、製品に悪影響をもたらしたりするおそれがある。

上記特許文献１では、粉砕室の外周にジャケットを設けるようにしているが、粉砕室外周のジャケットだけでは伝熱面積が少なく、被処理物及び内部に導入された空気を冷却するのに十分な熱交換が行われない。

逆に被処理物を加熱しながら被処理物を粉砕しなければならない場合もある。この場合もジャケットだけでは十分な加熱効果が得られないことがある。

そこで、本発明は、内筒内部の空気を簡単かつ確実に冷却又は加熱できるようにすることを目的とする。

上記の目的を達成するために、この発明では、内筒内部の導入空気を直接冷却又は加熱するようにした。

具体的には、本発明の粉砕装置は、外筒と、
上記外筒とともに少なくとも一部が仕切られた空間を形成する内筒と、
上記内筒に連通して被処理物を投入する投入口と、
上記内筒の下方において回転する円板状の粉砕ロータと、
上記粉砕ロータの周縁に配置した粉砕部と、
上記外筒の下側における上記粉砕ロータの周縁との間に所定の隙間を空けて配置されるライナと、
上記内筒の内部に連通する気流導入口と、
上記内筒と上記外筒との間に形成され、上記粉砕部及びライナで粉砕されて吹き上げられた被処理物を通過させる吹上げ通路と、
上記内筒の上部に設けられ、上記吹上げ通路からの被処理物を旋回させ、所定粒度に達していない被処理物を落下させて上記内筒の内部に環流させる分級部とを備えている。

そして、上記内筒の内部における上記粉砕部の上方かつ上記投入口の下方には、上記分級部から環流されて上記粉砕部に向かって自重により落下する被処理物及び上記投入口から投入された被処理物が通過する熱交換器が内蔵されている。

上記の構成によると、内筒内部に内蔵した熱交換器で粉砕部へ落下する被処理物を含む空気が直接冷却又は加熱される。このため、冷却を行う場合には、温度上昇による製品の品質の悪化や被処理物の展延性が増加することによる粉砕効率の低下が防止される。一方、加熱する場合には、乾燥粉砕や加熱処理粉砕等、被処理物を加熱しながら粉砕する場合に効果的である。

第２の発明では、第１の発明において、
上記熱交換器は、多管式熱交換器である。

上記の構成によると、フィンチューブ式熱交換器に比べて粉体状の被処理物が詰まりにくい。

第３の発明では、第１又は第２の発明において、
上記熱交換器に振動を発生させる振動発生器が内蔵されている。

上記の構成によると、熱交換器に被処理物が詰まって運転効率が悪くなるのが避けられる。

第４の発明では、第１から第３のいずれか１つの発明において、
上下に接続用のフランジを有し、上下のフランジ間に上記外筒と上記内筒の一部をそれぞれ構成する筒部材が設けられた中間部材における内側の筒部材に上記熱交換器が取り付けられ、該熱交換器は、１つのユニットとして上下のフランジ間に取付可能に構成されている。

上記の構成によると、ユニット構成とすることで、熱交換器の脱着が極めて容易となる。

第５の発明では、第１から第４のいずれか１つの発明において、
上記外筒及び上記内筒の少なくとも一方には、冷媒が流通するジャケットが形成されており、該ジャケットに流通する冷媒が上記熱交換器の内部も流通するようになっている。

上記の構成によると、冷媒の再冷却又は再加熱を同じ装置でできるので、設置スペースなどの面で有利である。

以上説明したように、本発明によれば、内筒の内部における粉砕部の上方に熱交換器を内蔵したことにより、内筒内部の空気を簡単かつ確実に冷却又は加熱できる。

本発明の実施形態に係る粉砕装置を示す断面図である。 粉砕装置を含む粉砕システムの概略を示す概要図である。 分級部を外した粉砕装置を示す平面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

−粉砕システムの構成−
図２は本発明の実施形態の粉砕装置１を含む粉砕システム１０を示し、この粉砕システム１０は、粉砕装置１に原料を供給する供給機２を備えている。供給機２から供給される被処理物としての原料は、供給用ロータリバルブ３を介して粉砕装置１の投入口１１ａに供給されるようになっている。被処理物としては一般的な材料が使用できるが、特にゴム、プラスチック、繊維、食品等の脆性の低い材料が適している。粉砕装置１で粉砕された製品は、バグフィルタ４で捕集される。捕集された粉砕製品は、バグフィルタ用ロータリバルブ５を介して取り出すことができるようになっている。バグフィルタ４の下流側には、排気ファン６が接続され、粉砕システム１０内の空気が大気中に排出されるようになっている。粉砕装置１の下側には、駆動部７が設けられている。

図１〜図３に示すように、粉砕装置１は、円筒状の外筒１ａを有し、その内部に、それよりも小径の円筒状の内筒１ｂが同軸上に固定されている。内筒１ｂの内部の内部空間１１に上記投入口１１ａから延びる管が連通している。外筒１ａの下部の接線方向に、気流導入口１１ｂが中心軸に対称に２か所形成されている。なお、気流導入口１１ｂは１か所でもよく、必ずしも接線方向に形成する必要もない。

図１に示すように、内部空間１１の下部には、円板状の粉砕ロータ１２が回転するようになっている。そして、内部空間１１の下方には、円筒状の粉砕用ライナ１７が固定されている。粉砕ロータ１２の形状は特に限定されないが、粉砕ロータ１２は、中心に回転軸１２ａを有し、この回転軸１２ａに粉砕装置１の下方に設けた駆動部７の粉砕用電動モータ１３（図２にのみ示す）の動力が伝動ベルト７ａ等により伝達されて回転されるように構成されている。粉砕ロータ１２の外周には、先端が粉砕用ライナ１７に近接するように、複数の粉砕部１８が取り付けられている。粉砕部１８は、被処理物を打ち砕くハンマー状のものでもよいし、被処理物を切断する複数の粉砕刃を有するものでもよい。

また、図１及び図２に示すように、内筒１ｂの上部には、吹上げ通路１ｃからの被処理物を旋回させ、所定粒度に達していない被処理物を落下させて内筒１ｂの内側に還流させる役割を果たす分級部１６が配置されている。分級部１６は、電動モータ１６ａによる分級ロータ１６ｂの回転数によって分級する粒度を調整することができる。

図１及び図３に示すように、投入口１１ａは、外筒１ａに対して適度な投入角を有するように挿入された円筒体の内部に形成され、外筒１ａを通過して内筒１ｂと連通している。一方、分級部１６の下端中心からは被処理物を排出する排出口１１ｃを形成する排出管が下方へ延びた後、折れ曲がり、内筒１ｂ及び外筒１ａを通過して側方へ延びている。

気流導入口１１ｂからの気流は、所定の通路を通過して粉砕ロータ１２へ向かい、被処理物を舞い上げながら外筒１ａとその内部を区切る内筒１ｂとの間に形成した吹上げ通路１ｃを通って上方の分級部１６へ気流搬送され、分級部１６の作用によって所定の粒度の被処理物が排出口１１ｃを通って装置外へ排出されるようになっている。一方、所定の粒度に達していないものは、粉砕ロータ１２で再粉砕されるようになっている。

外筒１ａ及び内筒１ｂの内部には、冷媒としての冷却水３１が流通するウォータージャケット３２ａ，３２ｂ，３２ｃがそれぞれ形成されている。冷却水３１は、図２に示すように、冷却装置３０から供給される。外筒ウォータージャケット３２ａは、外筒１ａ内に形成された密閉空間を有し、内筒ウォータージャケット３２ｂは、内筒１ｂに形成された密閉空間を有する。ライナ側ウォータージャケット３２ｃは、外筒１ａ下部の粉砕用ライナ１７の外周に設けられた密閉空間を有する。いずれも例えばステンレス鋼板等を溶接等で接合して形成される。

また、回転軸１２ａの中心にも粉砕ロータ側ウォータージャケット３２ｄが形成されている。例えば、中心に冷却水入口３３ｄが形成され、その半径方向外側に一対の冷却水出口３４ｄが形成されている。粉砕ロータ側ウォータージャケット３２ｄは、回転軸１２ａを形成するときに、丸鋼や鋼管を機械加工する等により形成すればよい。冷却水入口３３ｄと冷却水出口３４ｄは、ロータリジョイント３５を介して上記冷却装置３０と接続されている。

冷却水３１は、例えば、冷却装置３０で３℃程度に冷却された状態で冷却水配管３６を通って冷却水入口３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄに供給され、温度が高くなった冷却水３１は、冷却水出口３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄから冷却水配管３６を通って冷却装置３０に回収され、再び冷却されるようになっている。

そして本発明の特徴として、本実施形態の内筒１ｂの内部における粉砕部１８の上方には、中間部材としての熱交換器ユニット４１が設けられている。この熱交換器ユニット４１は、その上下に外筒１ａの上部フランジ１ｄに接続される上側フランジ４１ａと、外筒１ａの下部フランジ１ｅに接続される下側フランジ４１ｂを有する。上下のフランジ４１ａ，４１ｂ間に外筒１ａと内筒１ｂの一部をそれぞれ構成する外筒部材４１ｃ及び内筒部材４１ｄが設けられている。この熱交換器ユニット４１における内筒部材４１ｄの内側に熱交換器４０が取り付けられている。このように、ユニット構成とすることで、熱交換器４０の脱着が極めて容易となる。

例えば、この熱交換器４０は、多管式熱交換器よりなる。熱交換器４０は、伝熱面積を稼ぎやすいフィンチューブ式熱交換器であってもよいが、多管式熱交換器であれば、フィンチューブ式熱交換器に比べて粉体状の被処理物が詰まりにくいという利点がある。詳しくは図示しないが、熱交換器４０内には、冷媒としてのブライン液が流通し、内筒１ｂ内部の空気と熱交換するようになっている。ブライン液は、冷却装置３０から供給されるようにしてもよい。

−粉砕システムの作動−
このように構成した粉砕システム１０では、冷却装置３０から冷却水配管３６を通って冷却水３１が循環される。具体的には、外筒ウォータージャケット３２ａ、内筒ウォータージャケット３２ｂ、ライナ側ウォータージャケット３２ｃ及び粉砕ロータ側ウォータージャケット３２ｄの４か所に冷却水３１が供給される。同様に熱交換器４０へ例えば−３０℃のブライン液が供給される。

そして、供給機２に投入された被処理物は、供給機２より投入口１１ａへ投入され、熱交換器４０上に落下する。本実施形態では、被処理物は、液体窒素などで強制的に冷却されることはないが、例えば−３０℃のブライン液が流通する熱交換器４０により被処理物を含む空気は強制的に冷やされる。このため、温度が高くなると付着しやすい被処理物であっても、熱交換器４０や内筒１ｂの内面に付着しにくい。

次いで、被処理物は、粉砕ロータ１２上に落下し、遠心力で半径方向外側へと運ばれた後、回転する粉砕部１８と衝突し、又は粉砕部１８と粉砕用ライナ１７との間で粉砕される。この間に、粉砕部１８、粉砕ロータ１２、粉砕用ライナ１７及びその周辺は、衝突、摩擦等により運転前よりも加熱される。しかし、既に熱交換器４０で一度冷却されているので、被処理物は必要以上に加熱されない。

次いで、被処理物は、気流導入口１１ｂからの気流によって吹上げ通路１ｃを通って分級部１６へと搬送される。このとき、外筒１ａと内筒１ｂとの内部を流通する冷却水３１により、吹上げ通路１ｃ内の空気がさらに冷却される。

分級部１６では、所定の大きさの被処理物のみが通過し、排出口１１ｃから排出される。粉砕が十分でない被処理物は自重により熱交換器４０の方へ落下する。このときも、被処理物は、必ず熱交換器４０を通る必要があるので、被処理物は強制的に冷却される。熱交換器４０を通過した被処理物は、再び粉砕ロータ１２へ落下して再度粉砕されるが、既に熱交換器４０により被処理物の温度がさらに低減されているので、被処理物の温度上昇は最小限に保たれる。

次いで、粉砕装置１で粉砕された製品は、バグフィルタ４にて捕集される。そして、バグフィルタ用ロータリバルブ５を介して粉砕製品を取り出す。取り出した製品は、熱交換器４０による冷却効果により高温にならないので、熱の影響を受けやすい樹脂や食品であっても、熱による品質悪化を避けることができる。

したがって、本実施形態によると、内筒１ｂの内部における粉砕部１８の上方に熱交換器４０を内蔵したことにより、内筒１ｂ内部の空気を簡単かつ確実に冷却できる。

−実施例−
このように構成した粉砕装置１において、熱交換器４０による冷却効果がどの程度か計算した結果を以下に示す。

気流導入口１１ｂから１１．０Ｎｍ^３／ｍｉｎの導入空気が−２５℃で導入された場合、内部には、その２倍の導入空気が循環すると仮定する。従来のように熱交換器４０がない構造であれば、外筒ウォータージャケット３２ａ、内筒ウォータージャケット３２ｂ、ライナ側ウォータージャケット３２ｃ及び粉砕ロータ側ウォータージャケット３２ｄによって冷却されたとしてもその伝熱面積は１ｍ^２程度であり、粉砕ロータ１２及び粉砕用ライナ１７による加熱が８．０ｋｗであれば、排出口１１ｃに排出される場合には、５．７℃まで加熱されてしまう。

一方、上記実施形態の熱交換器４０が伝熱面積６ｍ^２で交換熱量が３．７ｋｗだとすると、熱交換器４０によって分級部１６から下降してくる被処理物を含んだ空気が直接冷やされるので、熱交換器４０で再冷却された空気は、−１２．１℃まで冷却され、粉砕ロータ１２及び粉砕用ライナ１７による加熱が８．０ｋｗであっても、最終的に排出口１１ｃで排出されるときでも−４．６で０℃以下を維持できることがわかった。つまり、熱交換器４０がなく、ジャケット冷却のみの場合に比べて１０．３℃ほど低い温度を維持できることがわかった。

（その他の実施形態）
本発明は、上記実施形態について、以下のような構成としてもよい。

すなわち、熱交換器４０に振動を発生させる振動発生器が内蔵されていてもよい。具体的には、例えば配管内にチェーンなどの振動を誘発する部材を設ける方法がある。また、粉砕部１８の形状を工夫するなどにより、循環風量を増やしてもよい。こうすれば、熱交換器４０に被処理物が詰まって運転効率が悪くなるのが避けられる。

上記実施形態では、外筒ウォータージャケット３２ａ、内筒ウォータージャケット３２ｂ、ライナ側ウォータージャケット３２ｃ及び粉砕ロータ側ウォータージャケット３２ｄの全てを設けることで広範囲での冷却を可能にしているが、外筒ウォータージャケット３２ａ、内筒ウォータージャケット３２ｂ、ライナ側ウォータージャケット３２ｃ及び粉砕ロータ側ウォータージャケット３２ｄは、必ずしもなくてもよく、熱交換器４０による冷却のみでも十分に効果がある。

例えば、上記実施形態では、各ウォータージャケット内を流通する冷媒は、目標とする温度によって適宜選択すればよく、上記実施形態のように冷却水３１でもよいが、熱交換器４０内を流通するブライン液などの不凍性の液体を流通させてもよい。同様に熱交換器４０内を流通する冷媒は、各ウォータージャケット内を流通する冷却水３１でもよい。そうすれば、冷媒の再冷却又は再加熱を同じ冷却装置３０でできるので、設置スペースなどの面で有利である。

上記実施形態では、被処理物を冷却する場合を中心に説明しているが、被処理物を加熱する場合でも本発明は適用できる。その場合には、被処理物を乾燥させる乾燥粉砕が効果的に行われる。但し、温度を高温とすることで、反応を進ませる場合もある。乾燥粉砕の用途としては、乾燥させながら粉砕したい場合だけでなく、石炭、木材、紙、食品などの微粉砕のように乾燥させないと粉砕が進まないものや乾燥させないと粉砕装置１の内部に付着してしまう場合も含む。加熱する場合には、各ウォータージャケット及び熱交換器４０内に温水、水蒸気、熱媒体油等の高温の流体を流通させればよい。

上記実施形態では、分級部１６は、電動モータ１６ａで分級ロータ１６ｂを回転させる構成としているが、分級羽根が固定された固定式の分級部であってもよい。

なお、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物や用途の範囲を制限することを意図するものではない。

１ 粉砕装置
１ａ 外筒
１ｂ 内筒
１ｃ 吹上げ通路
１ｄ 上部フランジ
１ｅ 下部フランジ
２ 供給機
３ 供給用ロータリバルブ
４ バグフィルタ
５ バグフィルタ用ロータリバルブ
６ 排気ファン
７ 駆動部
７ａ 伝動ベルト
１０ 粉砕システム
１１ 内部空間
１１ａ 投入口
１１ｂ 気流導入口
１１ｃ 排出口
１２ 粉砕ロータ
１２ａ 回転軸
１３ 粉砕用電動モータ
１６ 分級部
１６ａ 電動モータ
１６ｂ 分級ロータ
１７ 粉砕用ライナ（ライナ）
１８ 粉砕部
３０ 冷却装置
３１ 冷却水（冷媒）
３２ａ 外筒ウォータージャケット
３２ｂ 内筒ウォータージャケット
３２ｃ ライナ側ウォータージャケット
３２ｄ 粉砕ロータ側ウォータージャケット
３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄ 冷却水入口
３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄ 冷却水出口
３５ ロータリジョイント
３６ 冷却水配管
４０ 熱交換器
４１ 熱交換器ユニット
４１ａ 上側フランジ
４１ｂ 下側フランジ
４１ｃ 外筒部材
４１ｄ 内筒部材

Claims (5)

1. 外筒と、
   上記外筒とともに少なくとも一部が仕切られた空間を形成する内筒と、
   上記内筒に連通して被処理物を投入する投入口と、
   上記内筒の下方において回転する円板状の粉砕ロータと、
   上記粉砕ロータの周縁に配置した粉砕部と、
   上記外筒の下側における上記粉砕ロータの周縁との間に所定の隙間を空けて配置されるライナと、
   上記内筒の内部に連通する気流導入口と、
   上記内筒と上記外筒との間に形成され、上記粉砕部及びライナで粉砕されて吹き上げられた被処理物を通過させる吹上げ通路と、
   上記内筒の上部に設けられ、上記吹上げ通路からの被処理物を旋回させ、所定粒度に達していない被処理物を落下させて上記内筒の内部に環流させる分級部とを備えており、
   上記内筒の内部における上記粉砕部の上方かつ上記投入口の下方には、上記分級部から環流されて上記粉砕部に向かって自重により落下する被処理物及び上記投入口から投入された被処理物が通過する熱交換器が内蔵されている
   ことを特徴とする粉砕装置。
2. 請求項１に記載の粉砕装置において、
   上記熱交換器は、多管式熱交換器である
   ことを特徴とする粉砕装置。
3. 請求項１又は２に記載の粉砕装置において、
   上記熱交換器に振動を発生させる振動発生器が内蔵されている
   ことを特徴とする粉砕装置。
4. 請求項１から３のいずれか１つに記載の粉砕装置において、
   上下に接続用のフランジを有し、上下のフランジ間に上記外筒と上記内筒の一部をそれぞれ構成する筒部材が設けられた中間部材における内側の筒部材に上記熱交換器が取り付けられ、該熱交換器は、１つのユニットとして上下のフランジ間に取付可能に構成されている
   ことを特徴とする粉砕装置。
5. 請求項１から４のいずれか１つに記載の粉砕装置において、
   上記外筒及び上記内筒の少なくとも一方には、冷媒が流通するジャケットが形成されており、該ジャケットに流通する冷媒が上記熱交換器の内部も流通するようになっている
   ことを特徴とする粉砕装置。

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