JPS58898B2 - リユウタイエネルギ−ミル - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は流体エネルギー・ミル、特に各軸壁（上下面）
から突出した同軸的に対称の不連続部分を備えた密閉渦
流型の流体エネルギー・ミルに関する。

本発明における不連続部分の作用によって、軸壁の近傍
で生じやすい半径方向の大きい速度が減少し、その結果
として、寸法の過大な粒子が軸壁に沿って逃げて製品捕
集器内に入ってしまう傾向が減少し、製品の均質性が向
上する。

これまでも、密閉渦流型の流体エネルギー・ミルはよく
知られており、例えば顔料、化粧品およびプラスチック
工業などの工業分野において、粉状固体を微粉砕する場
合のその効率および経済性の点から、広く使用されてい
る。

初期の多くの装置については米国特許第２，０３２，８
２７号に比較的詳しく説明されている。

流体エネルギー・ミルは大半のものが、軸壁（軸に直角
な壁面）を構成する一般に平行な２つの円形板と、周壁
を構成する環状のリムとによって包囲された円盤状の室
から成り、その室の軸方向の長さ、つまり室の高さはそ
の直径よりも実質上短かい基本構造を種々に変更したも
のである。

流体エネルギー・ミルの外周部には等しい間隔で複数の
噴射孔が設けられ、それらにより微粉砕化エネルギーを
与える気体状流体を噴射し、また一方、微粉砕される粒
状固体を供給するための１または２以上の注入手段も設
けられる。

これらの噴射孔の配列は、前記室の外周よりも小さな円
の外周に対して接線方向に気体状流体および粒状固体が
注入されるように配列される。

粉砕室と共軸でかつ直接に接続した導管を設けて微粉砕
粒子をサイクロンまたはバッグ・フィルターに排出し、
捕集する。

流体エネルギー・ミルは１つの室で粉砕および分級の両
方を組み合わせて行なうものであり、これらの２つの処
理工程を支配する流体の機械的原理については文献に記
載されている通りである。

気体状流体が微粉砕すべき粒子と共に室の周辺部に接線
方向に供給されるにつれ、渦流が形成され、このため粒
子はスパイラル経路に沿って吹き飛ばされて最終的には
中心部の出口から排出される。

粒子を搬送する流体の径路は、速度の接線方向成分Ｖｔ
（粒子に作用して粒子を室の外周縁部に保持させようと
する遠心力の大きさ）と、速度の半径方向成分Ｖｒ（粒
子に及ぼす流体の抵抗作用により生ずる、粒子を中心排
出口に向わせる抗力の大きさ）とに分解できる。

流体噴射の速度および方向などの条件を適当に選ぶこと
によって、上記のような対抗する力を調整して、一定の
寸法を越える粒子が、他の粒子および室の壁との衝突に
よって十分な摩耗を起こし、所望寸法にまで微細化され
るまでミル内に保持されるようにする。

所望寸法になったとき、抗力が遠心力よりも大きくなり
粒子は中心部の排出帯域に抑流される。

流体エネルギー・ミルは単一粒子の付着体あるいは凝集
体を微粉砕するのに最も適したものである。

しかし、これらの流体エネルギー・ミルは、そのような
目的に対し他に優るものがないと一般に考えられている
にもかかわらず、しばしば、望ましくない程に大きな粒
子寸法の粒子が、ミル処理中の一定の条件について計算
された粒度分布をもとに予想されるよりもかなり多く製
品中に入ってしまうことが知られている。

寸法の過大な粒子の量を少なくするためには、固体の供
給速度を小さくしまた流体対固体の比を増すことによっ
て粉砕の程度を大きくすることが必要であるが、それで
はミルの処理能力が低下するから結局費用が高くつくこ
とになる。

二酸化チタン顔料工業において多くの場合、これは顔料
の”オーバー・グラインデング（ｏｖｅｒ ｇｒｉｎｄ
ｉｎｇ）”といわれる結果をももたらし、色および白亜
化抵抗に逆の効果を与えてしまう。

これまでにも、望ましくない過大寸法の粒子が製品中に
入るのを防止する目的で各種の改変が提案されてきたが
、いずれも十分に満足のゆくというものではなかった。

本発明は密閉渦流型の流体エネルギー・ミルの流れ機構
を詳細に検討することから生まれたものである。

従来は、一定の条件の組み合せの下で操作した場合、単
純な回転流れが生じ、渦流室の内部での一定の半径方向
の地点にあっては、速度の接線方向成分Ｖｔと速度の半
径方向成分Ｖｒとの軸近傍での分布が一様であると一般
に考えられていた。

しかし、本発明者の実験によれば、このような従来の考
え方はＶｔについては正しいが、Ｖｒについては正しく
なく、室の袖壁の近傍において平均の半径方向速度より
もはるかに大きい速度がみられる。

これらの偏差量については、均一な流れ断面を仮定して
計算した平均の半径方向速度Ｖｒに対する接線方向の速
度ＶｔＯ比に依存することが分かった。

Ｖｔ／Ｖｒ＜４の場合には、壁部における半径方向の最
大速度は平均値の約４倍であり、Ｖｔ／Ｖｒが１０に近
づくにつれて平均値の７倍に増大する。

Ｖｔ／Ｖｒの値が２０近くにあるとき、袖壁近傍の境界
層における半径方向の最大速度は平均値の１０倍にまで
増大する。

このように半径方向の速度の大きい領域にあっては、過
大寸法粒子が、所望寸法にまで微細化される前に、ミル
から逃がれて製品の捕集器に入ってしまうような機作を
つくりだす。

計算によれば、袖壁近傍の境界層における半径方向の速
度がそのように大きいことは、軸近傍で一様の半径方向
速度分布がみられる場合に可能であるよりも１桁大きい
粒子の排出を許容するということである。

本発明によれば、渦流型の流体エネルギー・ミルの上述
のような欠点は、袖壁に不連続部分を設けることによっ
て軽減することができる。

より詳細には、本発明者は、粉砕室の上下の袖壁のそれ
ぞれに、これから内部に突出した、軸近傍に対称な不連
続部分を設けることにより、上記袖壁近くの半径方向速
度を減少させて、分級および粉砕作用の実質的な改良が
達成できることを見出した。

“不連続部分ｄｉｓｃｏｎｔｉｎｕｉｔｙ ”の用語は
ここでは流体の流れに一般に認められている意味で使い
、曲面に対立するものとしての交差面、すなわち気体が
流れる時に必ず、減圧状態を生ずる少なくともいくらか
の小境界領域を生ずる交差面を意味する。

本発明の流体エネルギー・ミルの袖壁における不連続部
分は、袖壁の急激な変化（発散）すなわち、１３５°以
下の角度で交差する面によって構成される階段状の断面
からなる。

粉砕室の中心軸に対して同心円の環状に配置された上記
不連続部分は、該中心軸からほぼ０．８６Ｒ〜０．５０
Ｒ１最も好ましくはほぼ０．７０Ｒ〜０．８ＯＲの距離
の地点に設ける。

ここに、Ｒは上記室の軸から周縁部にまで測った該室の
半径である。

各突起部の袖壁からの突出の程度はほとんど重要でない
ことが分かったが、しかし、一般には室の高さを上下−
緒になって約５〜５０％だけ変化させることが好ましい
。

通常は各袖壁から少なくとも０．１６Ｃｍ（１／１６″
）の突起部（全体で０．３２ｃｍ（１／８″））が望ま
しいが、好適最小値は全体で少なくとも０．５１ｃｍ（
０，２０″）だけ軸近傍の高さを変化させる０、２５ｃ
ｍ（０，１０″）である。

主として粒子の分級を著しく改善するという理由から、
本発明は従来法に比較して粒子が小さく、また粒度の分
布幅が狭いという点ですぐれた製品の製造を可能にする
。

本発明によるさらに他の利益は、流体速度を不必要に制
限することなく、したがって粉砕速度を落とすことなく
、あるいは閉塞を引き起こすことなく、改良された微粉
化処理が達成できることである。

次に、本発明を添付図面を参照してさらに説明する。

各図面は縮尺通りではなく、また図中同一の符号は同一
部材を示すものである。

第１図および第２図において１は流体源であって、過熱
蒸気の場合には温度制御機構および圧力制御機構を備え
ている。

流体ヘッダー（管よせ）２は環状の粉砕室５０周壁４を
取り巻いている。

４個だけ示しであるノズル３は流体ヘッダー２と粉砕室
５とを相互に連絡している。

円筒状の排出孔６の壁部と排気ダクト７とは軸方向に配
置されている。

各ノズル３は粉砕室の外壁を貫通して内部に入っている
が、その角度は、ノズルの中心軸の延長方向が、該室の
半径Ｒより半径の小さい該室と同心の円の接線方向とな
るような角度である。

複数のノズルを使用するのが有利であって、直径９１．
４ｃｍ（３６インチ）の室については１６個が好都合で
ある。

室５は大体において円盤状の形態をもったものとして示
されているが、実際の大きさは、上部および下部円板８
および９、周壁（リム）４、ならびに同心環状の対向す
る対称的な不連続部分１２を構成する１対の同一形状の
上部および下部リング１１によって定められる。

ベンチュリー型の供給装置１０は粉砕する固体材料を粉
砕室に案内するように作用し、上記室内の渦流への該固
体および流体の流れを促進するために多少とも接線方向
となるように配列する。

排出孔６によって形成された円筒状の排出口は、円錐包
囲体１３と組み合わせられて遠心分離器を構成し、該遠
心分離器内で粉砕製品は沈降し、一方流体は排気ダクト
７を通って流れ出る。

例えば、ルチルまたは鋭錐石型の二酸化チタンのように
堅くて結晶性の無機物質を微粉砕するために流体エネル
ギー・ミルを使用する場合、粉砕室は硬化合金あるいは
耐火性炭化物材料を適当に成形した裏張りを設けるべき
である。

すでに説明したように、不連続部分、つまり階段状部は
渦流の中心軸つまり室の中心軸から０．８６Ｒ〜０．５
ＯＲの間の距離だけ離れて設けられており、ここに、Ｒ
は第３図に示しであるように、中心部から周縁部に向っ
て測った室の半径である。

これらの階段状部の好適位置は、粉砕室の幾何学的形態
、排出孔の大きさ、および流体および固体の供給速度に
よって多少変化する。

大抵の場合において好ましい位置は、袖壁の近傍の境界
層（ｂｏｕｎｄａｒｙ １ａｙｅｒｓ）の厚さが最大に
なる地点あるいはその近傍ということで、０．７５付近
、つまり約０．７０〜０．８ＯＲである。

ある場合には、第５図に示すように、各袖壁に２以上の
不連続部を設けることが有利であることかある。

第３図に示す渦流室にあっては、軸近傍の高さがｈであ
り、また断面が三角形で、それぞれ高さがｙである不連
続部１２が上下の袖壁に１つづつ、合計２つ設けである
。

これらの不連続部は距離Ｘだけ離れており、Ｘはｈ−２
ｙに等しく、２ｙはｈのほぼ５〜５０％である。

不連続部分の角度は約７５°である。

第４図にあっては不連続部は９０°の階段から構成され
ている。

第５図にあっては各不連続部分は２個の切り立った階段
から構成される。

第６図および第７図はさらに別の具体化例を示す。

不連続部分の形態に関係なく、袖壁は相対的に平面的で
あっても、あるいは例えば米国特許第３．４６２，０８
６号に開示されているように、収束型（ｃｏｎｖｅｒｇ
ｉｎｇ）であってもよい。

図面にあって垂直軸を中心に同心的に配置された排出孔
６と７は微粉砕製品を分離器に向けて一方向に排出でき
、一方気体流体は反対方向に排出されることが理解され
よう。

無機顔料を微粉砕し、気体状流体として蒸気を使用する
場合には、この配列は好ましいものである。

他の例、特に気体状流体として空気を使用する場合には
、製品および気体はいずれかの壁部に設けた１つの大き
な導管を通して排出させてサイクロンまたはバッグ・フ
ィルターに送ることもできる。

次に本発明を実施例に関連してさらに説明する。

以下に示す実施例■ないしＶにおいて使用する流体エネ
ルギー・ミルは、直径が２０．３ｃｍ（８″）で最大高
さ２．５４ｃｍ（１″）の室を有するもので、超音速で
気体を噴出させるための７個の一連の接線方向のリング
噴射孔、および１個の接線方向のベンチュリ型固体注入
孔を備え、前記噴射孔はこのミルの周縁部に等間隔で配
置されている。

袖壁部の不連続部分は、特定の形状を有する取り換え可
能なミル・ヘッドおよび底板を使用することによってい
るいろに変えてみた。

ここにいう“比較例”は他の条件は同じであるが、比較
するために、従来の流体エネルギー・ミルを使用した例
を指すものである。

使用した従来の流体エネルギー・ミルは米国特許第３，
４６２，０８６号に開示されているように、不連続部分
の代わりになだらかに収束する（ｃｏｎｖｅｒｇｉｎｇ
）袖壁を備えた点を除いてすでにこれまでに説明したも
のと同じである。

具体的には、袖壁は周縁部における２、５４ｃｍ（１″
）の最大高さから６°の角度で内側に向って収束し、１
０．２ｃｍ（４″）の排出帯域で終っている。

このような形態の収束する壁をもったミルは、これまで
、粒子寸法が非常に均一な製品を製造できるというミル
から、重要なものと考えられてきたのであった。

実施例■ 使用した粒子固体はＨｅｒｃｕｌｅｓ社製のＰｒｏｆａ
ｘ（登録商標）ポリプロピレン粉末である。

これは平均直径がＯ，Ｏ８ミクロンの粒子の凝集物から
成り、ふるい分は試験をして測定すると、この凝集物は
８５％が７４ミクロンより大で９０％が３７ミクロンよ
り大である。

渦流のエネルギー源として、またポリプロピレン粉末供
給のエネルギー源として、２４℃（７５°Ｆ）および７
ｋｇ／ｃｍ２（ゲージ）（１００ｐｓｉｇ）の空気を使
用する。

空気の供給速度は２．８３標準ｍ３／ｍｉｘ（１００Ｓ
ＣＦＭ）である。

ベンチュリー型の注入孔には±２重量％の精度で固体を
送ってくる振動供給器によって供給物が供給される。

ガスおよび微粉砕固体の両者は上方に伸びた直径１０．
２ｃｍ（４″）の中央導路から排出されて面積４．６５
ｍ２（５０ｆｔ２）のフィルター・バッグに送られる。

微粉砕製品の粒子寸法分布はＡｌｐｉｎｅ社製のＬａｂ
ｏｒａｔｏｒｙ Ｊｅｔ ５ｉｅｖｅによって測定する
。

ミルの形状は第１〜３図に関連して説明したものに大体
相当するものであり、軸方向の端板を用いて、周縁部か
ら半径方向に２．５４Ｃｍ（１インチ）の距離だけ内側
に向って１４°の角度でせばまっている周縁粉砕区域を
設けている。

この位置（０，７５Ｒ）で高さｏ、６４ｃｍ（１／４〃
）の階段が両軸壁に設けられることになるので、軸近傍
の高さは合計１．２７ｃｍ（１／２〃）大きくなり、ｈ
は２．５４ｃｍ（１インチ）である。

このような条件のもとで、ポリプロピレン粉末を２２．
７ｋｇ（５０１ｂｓ）／ｈｒの割合で処理すると、得ら
れる微粉砕粉末は９９重量％が７４ミクロン未満であり
、一方８４重量％が３４ミクロン未満である。

固体の供給割合が１１．４ｋｇ（２５１ｂｓ）／ｈｒの
ときは、製品は９９．６重量％が７４ミクロン未満であ
り、９５．０重量％が３７ミクロン未満である。

２２．７ｋｇ（５０１ｂｓ）／ｈｒの割合で固体を供給
する場合において、比較例の微粉砕した粒子の寸法を測
定すると、粒子のわずか８１重量％が７４ミクロン未満
であって、またわずか７２重量％が３７ミクロン未満で
ある。

固体の供給を１１．４ｋｇ（２５１ｂｓ）／ｈｒにまで
減少させた場合でも、まだわずか９０重量％が７４ミク
ロン未満であって、またわずか８５重量％が３７ミクロ
ン未満である。

実施例■ 本例の場合、ミルの形状は第４図に示したそれに相当す
るものである。

■、２７ｃｍ（１／２〃）離れた平行な袖壁から成る粉
砕区域は０．７５Ｒの地点まで周縁部から内側に向って
２．５４ｃｍ（１インチ）だけ伸びており、上記地点に
おいて各袖壁に設けられた０、６４ｃｍ（１／４〃）の
階段は室の軸方向の高さを全体で１．２７ｃｍ（１／２
〃）増加させる。

そして、これらの袖壁は、出口孔と交叉するまで、お互
いに平行に伸びている。

２２．７ｋｇ（５０１ｂｓ）／ｈｒの割合で前記のポリ
プロピレン粉末を供給すると、製品は、ふるい分は試験
によれば、９７重量％が７４ミクロン未満であって７２
重量％が３７ミクロン未満である。

供給割合が１１．４ｋｇ（２５１ｂｓ）／ｈｒの場合、
製品を分析すると、９９重量％が７４ミクロン未満であ
って、９０重量％が３７ミクロン未満である。

実施例■ 本例の場合、ミルは第５図に示すように二段の不連続部
分が各袖壁に設けられている。

最初の不連続部は０．８１Ｒの位置にあり、この点での
階段は０．３２ｃｍ（１／８″）の深さである。

内側の不連続部は深さが０．６４ｃｍ（１／４〃）であ
って０．７５Ｈの点に位置している。

第２番目の不連続部から内側に伸びている袖壁は平行で
２．５４ｃｍ（１インチ）だけ離れている。

前記のポリプロピレン粉末を２２．７に９（５０１ｂｓ
）／ｈｒの割合でミルに供給するとき、微粉砕した粉末
の粒子寸法は、分析の結果によれば、９６重量％が７４
ミクロン未満で８０重量％が３７ミクロン未満である。

固体の供給割合が１１．４に９（２５１ｂｓ）／ｈｒの
とき、製品の９８．４重量％が７４ミクロン未満であっ
て、９６重量％が３７ミクロン未満である。

実施例Ｉ、■および■の結果を次の表に要約して示す。

これからも直ちに明らかなように、比較例と比較した場
合、本発明に係るミル装置によれば、微粉砕して得られ
る製品中の寸法の過大な物質の量は実質的に減少する。

実施例■ 微粉砕すべき物質は、ネオプレンの良く知られた加硫促
進剤である粉末の２−メルカプトイミダシリンである。

これは２〜５ミクロンの粒子の凝集体から成る。

微細化は実施例Ｉで用いたと同じミルを使って行なう。

固体の供給が１９．５ｋｇ（４３１ｂｓ）／ｈｒである
点を除いて条件は同じである。

粉砕された製品は、湿式ふるいわけ分析によれば、９４
．３重量％が２０ミクロン未満であることが分かる。

同様にして得られた比較例の製品はわずか８１．８重量
％が２０ミクロン未満である。

実施例Ｖ 本例の場合、ミルは実施例Ｉにおいて述べたと同じ大き
さおよび形状のものであるか、製品は底板に取り付けら
れた直径１２．７ｃｍ（５″）の導管から排出され、ま
た流体は上板に取り付けられたより小さな導管を経て逃
げる。

微粉砕すべき粉末は高光沢のルチルＴｈ０２顔料である
。

７個のリング噴射孔および１個の供給物性入孔に供給さ
れる流体は４００℃、９ｋｇ／ｃｍ２（ゲージ） （１
２８ｐｓｉｇ）の過熱蒸気である。

１４５．３ｋｇ（３２０１ｂｓ）／ｈｒの蒸気の流量を
一定に保ちながら、供給物であるＴｌＯ２を５．２〜１
．３ｋｇ蒸気／ｋｙ Ｔｉ０２（時間当りＴｉＯ２２８
〜１１３．５に９（６２〜２５０１ｂｓ））の間で変化
する各種速度でミルに供給し、各供給速度について、試
料の採取前において均一な条件が全体に及ぶように注意
する。

得られた顔料は、比較例と対照的に、それに含まれる寸
法の過大な粒子の量において明らかにすぐれている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る装置の垂直断面図、第２図は導入
噴射孔の高さで中心軸に直角に切った平面断面図、第３
〜７図はそれぞれ各種形態の不連続部分を有する渦流室
の立面断面図である。 これらの図において主要部分は次の通りである。 １：流体源、２：流体ヘッダー、３：ノズル、４：周壁
、５：粉砕（渦流）室、６：排出子、７：排気ダクト、
８，９：上部、下部円板（袖壁）、１０：ペンチユリ−
型供給装置、１１：上部、下部リング、１２：不連続部
分、１３：円錐包囲体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 対向する円形状の一対の軸壁と周壁により形成され
   た円盤状の室と、 上記室の半径Ｒよりも小さい半径を有する円の接線方向
   に向けて気体状流体を該室に案内するように配列された
   上記周壁を貫いて伸びている複数の導入口と、 上記室の側壁部分に粉状固体を供給する手段と、上記室
   の中心軸に沿って粉状固体および気体状流体を取り出す
   手段と、 を組み合わせて備えた、粉状固体を微粉砕する密閉渦流
   型の流体エネルギー・ミルにおいて；前記室の中心軸と
   同心的に該中心軸からほぼ０．５Ｒないし０．８６Ｈの
   距離だけ離れて位置する少なくとも１個のほぼリング状
   の突起部が、対向する円形の前記軸壁のそれぞれから前
   記室の内側に向かって突出して、間隔を置いて上下対称
   形に不連続部を形成しており該不連続部は１３５°以下
   の角度で交差する平面によって構成されることを特徴と
   する流体エネルギー・ミル。