JP7009349B2 - 分級機能付き粉砕装置及び被処理物の粉砕方法 - Google Patents

Description

本発明は、粉砕が十分でない被処理物を分級部から内部ケーシングを通じて粉砕部へ還流する、分級機能付き粉砕装置及び被処理物の粉砕方法に関する。

従来から、樹脂や鉱物、食品原料を粉砕する、様々な粉砕装置が使用されている。この種の粉砕装置では、粉砕後の粒度を細かくするために分級機能を備えたものがある。例えば、特許文献１のように、外部ケーシングと、外部ケーシング内の仕切られた空間を形成する内部ケーシングと、この内部ケーシングに被処理物を投入する投入口と、内部ケーシングの下方に設けられて被処理物を粉砕する粉砕部を備えた粉砕室と、この粉砕室に気流を導入する気流導入口と、内部ケーシングと外部ケーシングとの間に形成され、粉砕室で粉砕されて吹き上げられた被処理物を通過させる吹き上げ通路と、内部ケーシングの上部に設けられ、吹き上げ通路から気流搬送された被処理物を分級する分級部とを備え、粉砕が十分でない被処理物を分級部から内部ケーシングを通じて粉砕部へ還流する分級機能付き粉砕装置が知られている。

また、特許文献２のような、上方に原料供給部が連結する粉砕室の側壁に室内中心へ向けて水平面と等角度で均等に装着した複数の粉砕ノズルを有し、上部に分級機を取り付けた気流式粉砕機が知られている。この気流式粉砕機では、複数の粉砕ノズルの先端の延長線が交叉する衝突点の真下で垂直上方へ開口する薬液の噴霧口と、この噴霧口へ連通する給気管を一体化した薬液供給部を備えている。

特開２０１６－１５９２６７号公報 実用新案登録第２５０１１８５号公報

ところで、粉砕装置に設けられた分級機は、分級ロータを回転させることにより、粒子に旋回運動を与えて遠心力を形成し、粒子に働く遠心力と気流による向心力のバランスによって、粗粒子と微粒子を分級する。この場合、分級ロータは、高速回転ほど微粒を得ることができる。また、流量を低減するほど微粒を得ることができる。

更なる微粒化が必要な場合、分級ロータの高速回転化が求められるが、機械設計上問題点も多く、コスト増につながる。

一方、風量低減は、付帯設備（送風機、集塵機、ダクト等）のコンパクト化となり、コスト低減のメリットもあるが、風量を低減することにより、装置内部の温度が上昇するというデメリットもある。すなわち、発生した粉砕熱は粉砕装置に導入された空気により、外部に排気されるが、導入空気が少ないほど、装置内部の温度が上昇する。

この温度が上昇する問題点として、耐熱性の低い原料などに温度制限があったり、排気温度が高温になるため耐熱性を考慮した装置が必要となったりすることが挙げられる。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、簡単な構成で必要な微粒化と温度上昇抑制とを両立させることにある。

上記の目的を達成するために、この発明では、内部ケーシングの内部に冷却用の水を供給するようにした。

具体的には、第１の発明では、分級機能付き粉砕装置は、
外部ケーシングと、
上記外部ケーシング内の仕切られた空間を形成する内部ケーシングと、
上記内部ケーシングの下方に設けられて被処理物を粉砕する粉砕部を備えた粉砕室と、
上記粉砕室に気流を導入する気流導入口と、
上記内部ケーシングと上記外部ケーシングとの間に形成され、上記粉砕室で粉砕されて吹き上げられた被処理物を通過させる吹き上げ通路と、
上記内部ケーシングの上部に設けられ、上記吹き上げ通路から気流搬送された被処理物を分級する分級部と、
上記被処理物を投入する投入口とを備え、
粉砕が十分でない上記被処理物を上記分級部から上記内部ケーシングを通じて上記粉砕部へ還流するように構成されており、
上記内部ケーシングの内部に冷却用の水を添加する給水配管が接続されている。

ここで、水の蒸発潜熱は、非常に大きく、１ｇの水が蒸発するのに必要な熱量は、例えば２０℃のとき２４５４（Ｊ／ｇ）である。このため、上記の構成によると、内部ケーシング内に給水配管を通じて供給された水により効率的に装置内部の温度上昇が抑制される。一方、水を吹き上げ通路内に供給すると、水滴がすぐに舞い上がってしまって十分な冷却効果が得られないが、内部ケーシングの内部に供給することで、粉砕室に届きやすくなり、また、添加された水は、粉砕室における強い撹拌力により、全て蒸発するので、得られた被処理物の水分が上昇することはない。そして、装置内部の温度上昇が抑えられるので、装置の耐熱性を必要以上に向上させる必要はない。

第２の発明では、第１の発明において、
上記給水配管は、上記外部ケーシングを通過して上記内部ケーシングの内面から所定距離離れた位置に開口している。

上記の構成によると、内部ケーシングの内面に水滴が付着することなく、粉砕室内に落下していくので、水による冷却効果が十分に発揮される。

第３の発明では、上記第１の発明と同様の分級機能付き粉砕装置を用意し、
上記投入口から上記被処理物を投入し、上記粉砕室で粉砕した被処理物を上記吹き上げ通路において吹き上げて上記分級部へ上昇させると共に、
上記内部ケーシングの内部に冷却用の水を所定流量継続して又は所定の間隔で供給し、装置内部の温度上昇を調整する。

上記の構成によると、冷却用の水を所定流量だけ継続して又は所定の間隔で供給することにより、容易に装置内部の温度上昇を調整することができる。

以上説明したように、本発明によれば、内部ケーシングの内部に冷却用の水を添加するようにしたことにより、簡単な構成で必要な微粒化と温度上昇抑制とを両立させることができる。

分級機能付き粉砕装置を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る分級機能付き粉砕装置を含む粉砕システムを示す概略図である。 分級機能付き粉砕装置を示す斜視図である。 実施例及び比較例における排気空気温度を比較した表である。

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分級機能付き粉砕装置１を含む粉砕システム１０の概要を示し、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、粉砕装置１の投入口１１ａに供給されるように構成されている。一方、粉砕装置１で粉砕された被処理物は、排気ファン６による気流と共にバグフィルタ４に搬送される。そして、バグフィルタ４内で気流と粉砕製品が分離され、バグフィルタ用ロータリバルブ５を運転して粉砕製品を取り出すことができるようになっている。排気ファン６は、バグフィルタ４の下流側に接続されており、粉砕システム１０内の空気が大気中に排出されるように構成されている。

図１及び図３に示すように、粉砕装置１は、円筒状の外部ケーシング１ａを有し、その内部に、それよりも小径の円筒状の内部ケーシング１ｂが同軸上に固定されている。内部ケーシング１ｂの下方に粉砕室１１が、同じく同軸に結合されている。例えば粉砕室１１の接線方向に、気流導入口１１ｂが中心軸に対称に２箇所形成されている。また、気流導入口１１ｂとロータ１２との間には、中心に孔の空いた隔壁（図示せず）が形成されている。なお、気流導入口１１ｂは１箇所でもよく、必ずしも接線方向に形成する必要もない。

粉砕室１１の下部には、ロータ１２が回転するようになっている。ロータ１２は、粉砕室１１の下方に設けた駆動部７（図２にのみ示す）で駆動されるようになっている。具体的には、粉砕用電動モータ１３の下端に設けた駆動側プーリ（図示せず）に掛けられたＶベルトに駆動された従動側プーリによって回転軸１４が回転され、この回転軸１４に回転一体に連結されたロータ１２が回転されるように構成されている。そして、粉砕室１１の内周面には、粉砕部としての円筒状（リング状）の粉砕用ライナ１５が固定されている。一方、ロータ１２の外周には、先端が粉砕用ライナ１５に近接するように、同じく粉砕部としての複数の粉砕刃１６が取り付けられている。

また、内部ケーシング１ｂの上部には、例えば、分級用電動モータ１７ａで駆動され、粉砕された被処理物を分級する分級部１７が配置されている。

そして、内部ケーシング１ｂと外部ケーシング１ａとの間には、粉砕室１１で粉砕されて吹き上げられた被処理物を通過させる吹き上げ通路１ｃが形成されている。分級部１７と粉砕室１１の間において、内部ケーシング１ｂ内に連通するように、被処理物を投入する投入口１１ａが設けられている。投入口１１ａは、外部ケーシング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ている。

一方、分級部１７の下面からは被処理物を排出する排出管１１ｃが、内部ケーシング１ｂを貫通して外部ケーシング１ａの外側まで延びている。

気流導入口１１ｂからの気流は、粉砕室１１の底面と隔壁との間を通って回転軸１４に向かい、隔壁中央の孔を通過した後、ロータ１２の円盤１２ａと隔壁との間を通って粉砕室１１へ向かい、被処理物を舞い上げながら外部ケーシング１ａとその内部を区切る内部ケーシング１ｂとの間に形成した吹き上げ通路１ｃを通るようになっている。

そして、本実施形態では、内部ケーシング１ｂの内部に冷却用の水を添加する給水配管２０が接続されている。給水配管２０は、外部ケーシング１ａを通過して内部ケーシング１ｂの内面から所定距離（例えば給水配管２０の先端と内部ケーシング１ｂの内面との距離が１０ｍｍ程度）離れた位置に開口している。給水配管２０から、内部ケーシング１ｂの内部に冷却用の水を例えば、５～１０ｋｇ／ｈ継続して供給する。なお、水の蒸発潜熱は、非常に大きく、１ｇの水が蒸発するのに必要な熱量は、例えば２０℃のとき２４５４（Ｊ／ｇ）である。給水配管２０の内部ケーシング１ｂの内面からの飛び出し量や、水の流量は、特に限定されない。給水配管への水の供給方法は、水道水、工業用水など特に限定されない。

－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、図２に示すように、供給機２に投入された被処理物は、供給機２より粉砕室１１上部の投入口１１ａへ投入される。この投入工程に合わせ、給水配管２０から、内部ケーシング１ｂの内部に冷却用の水を例えば、５～１０ｋｇ／ｈ継続して供給する。本実施形態によると、給水配管２０の先端が内部ケーシング１ｂの内面から１０ｍｍ程度離れているので、内部ケーシング１ｂの内面に水滴が付着することなく、粉砕室１１内に落下していく。このため、水による冷却効果が十分に発揮される。

次いで、投入口１１ａから内部ケーシング１ｂに投入された被処理物は、粉砕室１１に落下し、粉砕刃１６及び粉砕用ライナ１５によって細かく粉砕された後、粉砕室１１の底部から導入された気流によって舞い上げられる。

次いで、吹き上げられた被処理物は、分級部１７に到る。この分級部１７では、所定粒度の被処理物は分級部１７を通過し、内部ケーシング１ｂの排出管１１ｃから排出される。

次いで、排出管１１ｃから排出された被処理物は、排気ファン６による気流と共にバグフィルタ４に搬送される。そして、バグフィルタ４内で気流と粉砕製品が分離され、バグフィルタ用ロータリバルブ５を運転して粉砕製品が取り出される。

一方、粉砕室１１に落下してきた被処理物は、粉砕刃１６及び粉砕用ライナ１５によって細かく粉砕された後、粉砕室１１の底部から導入された気流によって舞い上げられ、吹き上げ通路１ｃを通って再び分級部１７へと導入される。

このように、本実施形態によると、内部ケーシング１ｂ内に給水配管２０を通じて供給された水により効率的に装置内部の温度上昇が抑制される。例えば、水を吹き上げ通路１ｃ内に供給すると、水滴がすぐに舞い上がってしまって十分な冷却効果が得られないが、本実施形態のように内部ケーシング１ｂの内部に供給することで、粉砕室１１に届きやすくなる。また、添加された水は、粉砕室１１における強い撹拌力により、全て蒸発するので、得られた被処理物の水分が上昇することはない。このため、装置内部の温度上昇が抑えられるので、装置の耐熱性を必要以上に向上させる必要はない。

（実施例）
本実施例では、上述した分級機能付き粉砕装置１において、直径１５０ｍｍの分級部１７の回転数を７０００ｒｐｍ、風量１０Ｎｍ^３／ｍｉｎの条件で製品粒度６μｍが得られるものとし、更なる微粉が必要で、４．２μｍへ調整する場合を想定した。

分級部１７の回転数で調整する場合、回転数を７０００ｒｐｍから１００００ｒｐｍに上昇させる必要があり、標準仕様（直径１５０ｍｍで７０００ｒｐｍ）を大きく超えてしまう。

ここで、もう１つの方法として、回転数ではなく、風量を１０Ｎｍ^３／ｍｉｎから５Ｎｍ^３／ｍｉｎへ低減することにより、製品粒度を６μｍから４．２μｍへ調整することを想定した。

図４の比較例１では、水を添加していない通常運転時を示し、風量は、１０Ｎｍ^３／ｍｉｎとなっている。排気空気温度は、７６．１℃で問題はない。

比較例２では、風量を５Ｎｍ^３／ｍｉｎに低減し、水は添加していない。このため、図４に示すように、排気温度が１２７．８℃に上昇している。この温度になると、耐熱性の低い被処理物であれば問題が生じ、また、粉砕装置１自体の耐熱性を考慮する必要がある。

一方、実施例では、風量を５Ｎｍ^３／ｍｉｎに低減した上で、水を添加した。水は、８．６ｋｇ／ｈ継続して供給した。このように水を添加したことで、蒸気量が０．２Ｎｍ^３／ｍｉｎ検出されているが、粉砕室１１における強い撹拌力により、水分は全て蒸発する。このため、得られた被処理物の水分量は上昇していなかった。そして、排気空気温度は７６．１℃で比較例１と大差がなかった。

以上説明したように、本実施形態に係る分級機能付き粉砕装置１によると、内部ケーシング１ｂの内部に冷却用の水を添加するようにしたことにより、簡単な構成で必要な微粒化と温度上昇抑制とを両立させることができる。

（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、上記実施形態では、分級用電動モータ１７ａに駆動される分級部１７を設け、分級用電動モータ１７ａの回転数によって分級する粒度を調整するようにしたが、動力を使わないで流入する風速を調整することにより、粒度を調整するサイクロン式分級部としてもよい。

上記実施形態では、冷却用の水を給水配管から所定流量を継続して供給するようにしたが、所定の間隔で供給するようにしてもよい。例えば、排気空気温度をセンサ等で測定しながら給水量を自動で調整するようにしてもよい。

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 分級機能付き粉砕装置
１ａ 外部ケーシング
１ｂ 内部ケーシング
１ｃ 吹き上げ通路
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
１０ 粉砕システム
１１ 粉砕室
１１ａ 投入口
１１ｂ 気流導入口
１１ｃ 排出管
１２ ロータ
１２ａ 円盤
１３ 粉砕用電動モータ
１４ 回転軸
１５ 粉砕用ライナ（粉砕部）
１６ 粉砕刃（粉砕部）
１７ 分級部
１７ａ 分級用電動モータ
２０ 給水配管

Claims (1)

1. 外部ケーシングと、
   上記外部ケーシング内の仕切られた空間を形成する内部ケーシングと、
   上記内部ケーシングの下方に設けられて被処理物を粉砕する粉砕部を備えた粉砕室と、
   上記粉砕室に設けられ、上記粉砕部の少なくとも一部が設けられるロータの円盤と、
   上記粉砕室に気流を導入する気流導入口と、
   上記内部ケーシングと上記外部ケーシングとの間に形成され、上記粉砕室で粉砕されて吹き上げられた被処理物を通過させる吹き上げ通路と、
   上記内部ケーシングの上部に設けられ、上記吹き上げ通路から気流搬送された被処理物を分級する分級部と、
   上記被処理物を投入する投入口とを備え、
   粉砕が十分でない上記被処理物を上記分級部から上記内部ケーシングを通じて上記粉砕部へ還流するように構成されており、
   上記投入口よりも下方の上記内部ケーシングの内部に冷却用の水を単独で添加する給水配管が接続され、
   上記給水配管は、上記外部ケーシング及び上記吹き上げ通路を通過して上記内部ケーシングの内面から所定距離離れた位置に開口し、上記円盤の上面に向かって該開口から上記冷却用の水が流れ落ちるように構成されている
   ことを特徴とする分級機能付き粉砕装置。

Images