JPWO2007097042A1 - 遠心式空気分級機 - Google Patents

Abstract

ロータ回転軸を軸とし、前記ロータブレードに外接する円筒又は円錐台の側面の面積Ｓ１と、前記ロータ回転軸と直交し、かつ、前記ロータブレードに外接する円の直径の算術平均値Ｄとの関係が、Ｓ１／Ｄ２＝０．９〜１．６であり、又、前記Ｓ１において、分級用空気の流入断面積Ｓ２と、前記Ｄとの関係が、Ｓ２／Ｄ２＝０．８〜１．４ である遠心式空気分級機。

Description

この発明は、粉体状の原料を微粉と粗粉とに分離する遠心式空気分級機に関するものである。粉砕操作などによって得た粉体について、分級機によって不必要な大きさの粒子を除去し、必要な大きさの粒子を得ることは、粉体に要求される機能を得、また機能向上を図るために、セメント工業のみならず、各種鉱工業、食品工業、薬品工業および各種化学工業など多くの分野で重要視されている。
これらの中で、各種鉱工業、セメント工業、製鉄工業などでは、分級の対象となる粉体量が極めて多く、設備投資額やランニングコスト（電気エネルギー費など）が多額になるために、これらのコスト低減は切望されている。また、このことは、資源エネルギーの節約の面でも重要である。一方、これらの工業で扱う粉体の価格は比較的安いために、設備投資額やランニングコストを低減することは、これらの工業の経済性の観点からも強い期待がある。

粉体に要求する機能を創出あるいは向上するために、１つひとつの粒子の大きさによって、粗分と微粉（細粉）に分ける分級操作には、遠心式分級機、慣性式分級機、重力式分級機などが使用される。これらの中で、粒度コントロールの容易性、大量処理性、高分級精度などの面から、遠心式分級機が最も広く使用されている（例えば、日本国 昭和５７年特許出願公告第２４１８８号、昭和５７年特許出願公告第２４１８９号公報参照）。
特に、各種鉱工業、セメント工業、製鉄工業などでは、分級の対象となる粉体量が極めて多く、設備投資額やランニングコスト（電気エネルギー費など）が多額になるために、経済性のみならず資源エネルギーの節約と言った観点からも、遠心式分級機において、分級精度を低下させること無くこれらのコストを低減する技術の確立は強く望まれている。

遠心式分級機は、空気またはガスを連続的に多量に使用するものであり、一般に、処理する粉体の単位質量あたりの空気またはガスの流量を少なくすると分級精度は大幅に低下する。この種の分級機は遠心式空気分級機（Ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ Ａｉｒ Ｃｌａｓｓｉｆｉｅｒ）とも呼ばれる。
さらに、分級された後の微粉は、該分級機を通過した多量の空気またはガス中に含まれており、この含塵空気または含塵ガスから微粉を回収するには、大型の集塵装置が必要になる．
そこで、もし、分級精度を低下させること無く空気またはガスの流量を下げることのできる技術が確立できれば、分級機本体の小型化、ファンまたはブロワの小容量化、バグフィルタなどの集塵装置の小容量化が可能になり、設備コスト、ランニングコストの双方が低減できる。
しかし、現有の遠心式分級機を用いて適切な構造変更を行わずに空気またはガスの流量を下げると、先に述べたように分級精度が大幅に低下し、粉体製品の品質（機能）の低下や製品粉体（微粉側もしくは粗粉側のどちらか）の回収率が低下し、結果的に悪化の方向になる。
この発明は、上記事情に鑑み、従来より少ない空気又はガス流量により、要求される分級性能を得ることを目的とする。
本件発明者は、第１図および第２図に例示した既存の遠心式分級機について、何らかの構造変更を施すことによって、分級に必要な空気またはガス流量を減らすことができないか検討した。
第１図及び第２図に示す遠心式分級機の代表的な例は、下部を円錐状のホッパｈとしたケーシングｋと、該ケーシング円筒状部接線方向に向けた空気供給口７と、前記ケーシング頂部に取り付けた微粉排出口８と、前記ケーシング円筒部内のほぼ中心に取り付けられ、モータＭにより回転するロータ回転軸１０と、前記回転軸１０に固定した回転板１１と、粉体供給口１から粉体原料３が落下する位置に取り付けた分散板２と、一端を前記回転板１１に固定し、他端を分散板２に固定した複数のロータブレード５と、該ロータブレード５に取り付けられ、前記分散板２と前記回転板１１間で構成される分級室を複数階に仕切る仕切板９と、前記ケーシングｋ内に設けられ、前記ロータブレード５と分級空間１２を介して対向するガイドベーン４と、を備えている。なお、第１図と第２図の遠心式空気分級機は、その構成効果に於いて基本的に同一であるが、第１図の分級機は、円筒のロータ、即ち、回転板１１の径と分散板２の径が同一に形成され、ガイドベーン４及びロータブレード５がロータ回転軸１０と平行（垂直状）に設けられているのに対し、第２図の分級機は、円錐台のロータ、即ち、回転板１１の径が分散板２のそれより小さく形成され、ロータブレード５及びガイドベーン４がロータ回転軸１０に対して傾斜角θ１、θ２傾斜している点で、相違している。なお、この傾斜角θ１、θ２は、例えば、０〜４０度の範囲で適宜選択される。
従来からの常識として、同一の分級機において、分級に用いる空気又はガス（以下、単に、「分級用空気」という）の流量を減らすと、分級精度や製品回収率は大幅に低下することが事実としてわかっている。
そこで、本件発明者は、この事実を詳細に分析した結果、ロータの回転速度と分級用空気速度のロータ半径方向内側向き成分が分級精度や製品回収率に大きく影響を及ぼすことが判明した。すなわち、上述のように分級用空気の流量を減らすと、分級精度や回収率が低下するのは、このとき、同一の分離粒子径を保つためにはロータ回転速度も下げる必要が生じ、前述のロータの回転速度と分級用空気速度のロータ半径方向内側向き成分の双方が低下するためである、ということを見出した。
この分析結果は、分級精度や回収率を保つためには、ロータの回転速度と分級用空気速度のロータ半径方向内側向き成分は低下させてはならないと言うことでもあり、多くの設計者によって、経験的に適切な値がほぼ把握され、実用に供されているようである。
更に、本件発明者は、ロータの高さに注目した。分級精度や回収率の向上に関して、この高さには定量的な定説がなく、２つの相反する定性的な説に留まっている。第１番目の説は、「すべての粒子に分級の機会を充分に与えるために、ロータの高さは充分に高くする方が良い。」とするものであり、又、第２番目の説は、「分級時に不必要な大きさの粒子が混入しないように、ロータは低くして素早く分級を完了した方が良い。」とするものである。
第１番目の説については、その考え方を模式的に想像図として示したのが第３図である。この第３図において、第１図、第２図と同一図面符号は、その名称も機能も同一である。粉体供給口１から分散板２上に供給された粉体原料３は、ガイドベーン４と回転するロータブレード５の間の分級空間１２に入り、この空間１２を落下していく間に、粒子にはたらく遠心力と抗力のバランスによって分級作用を受ける。このバランスは、ロータ６の回転速度と空気供給口７から供給される分級用空気の流量によって決まるが、小さな粒子Ｂは分級用空気Ａとともにロータブレード５の内側に入って微粉排出口８から排出され、微粉（細粉）Ｂは集塵機（図示省略）で分離・捕集される。
一方、大粉粒子（粗粉）Ｃは、前記分級空間１２を落下し、下方に設置されたコーン部（第３図には省略されている）で回収される。このとき、分級には粒子の移動に基づいた時間を要することと、第３図にも示したように、大きな粒子Ｃに付着した微粒子Ｂを解す（分散）には更に長い時間が必要と考えられている。すなわち、このような時間と粒子群の落下時間が正確に計算できれば、ロータ高さの適正値は計算できる。しかし、このような時間や粒子群の落下時間を計算する理論体系は全くできておらず、どんなに高性能のコンピュータを使用しても、計算やシミュレーションができる状態に達していない。また、このような分級機は、頑強な構造を必要とするため金属で作る必要があるなどの問題で、分級機内部の粒子群の挙動を視覚的な方法などで観察することも不可能である。このような状況で、現状では各設計者は、技術的に裏付けられた理由無く、かつ、適正値かどうかわからないままロータの高さを決めざるを得ない。
一方、第２番目の説を実践し、ロータ高さを極めて低くして広く市販されている分級機として、第４図にその例を示す。この第４図において、前記各図と同一図面符号は、その名称も機能も同一である。第４図の１５は分級ロータ、１６は空気及び原料、１７は分散羽根、１９は分級羽根、２０は粗粉取出し口、２１は空気、２２はうず巻ケーシング、２３は前記分級ロータ１５に重合するバランスロータ、２４はロータの支持台、２５はロータ回転軸、をそれぞれ示す。
この種の遠心式分級機について、本件発明者が実験的に調べた結果は、微粉分級になるほど、かつ粉体供給量が極めて少ない場合に限って分級精度は良いが、粉体供給量が工業スケールにまで増すと、分級精度、製品回収率ともに大幅に低下した。このように、ロータの高さの考え方には定説が無く、従来、その高さの最適設計はそれぞれの設計者の独断によっていたと言える。したがって、分級精度や回収率を保つためにロータの回転速度と分級用空気速度のロータ半径方向内側向き成分は、低下させることなく、適切な高さのロータ高さを調べる必要がある。これには、種々の大きさの当該分級機について種々の高さのロータを製作して実験を行えば、有用な結果は得られるであろうが、数百億円規模の実験になり、この分野においては現実性が全く無い。そこで、本件発明者は、種々検討の結果、これを現実的な方法で調べる方法を見出した。それは、セメント分野などで、実操業分級機として長年、例えば、１５年以上使用した遠心式空気分級機を選定し、ロータブレードの摩耗状況を調べることである。
その考え方は、第３図に模式的に想像図を示すように、上方から供給された粉体原料は分級作用を受け、微粉Ｂ側（空気と一緒にロータの内部に入って排出される）になるか、粗粉Ｃ側（下方に落下して排出される）になるかの境目の粒子径が分離粒子径であって、実際に粒子の分級作用を受けるのがロータブレード５の先端（配列されたロータブレード５の外周部）の位置であるため、この作用を行っている限り、ロータブレード５先端は摩耗が進行するはずである。すなわち、ロータブレード５先端の摩耗状況を、ロータの高さ方向に調べ、当然、上部は摩耗が進んでいるであろうが、下部が全く摩耗していないならばその部分は分級作用をしていない、すなわち、分級機にとって余分であり、割愛しても良いことを意味するものである。
種々の遠心式分空気分級機についてこれを調べてみると、ロータブレードの摩耗は極めて少なく、１５年以上使用した遠心式空気分級機を対象に調べないと、目的の調査は達成できないことがわかった。
第５図には、１５年以上使用した、大きさおよび処理量の異なるＡ（第５図（Ａ））、Ｂ（第５図（Ｂ））、Ｃ（第５図（Ｃ））、の３種類の実操業当該分級機のロータブレードの摩耗状況を示した。測定した摩耗深さｄは、最大でも２ｍｍ程度と浅かったが、第５図では、わかりやすくするために、摩耗深さのみ拡大して表現した。
この図からもわかるように、ロータブレード５は、分散板２と回転円板１１との間に設けられ、かつ、水平な円環状の仕切板９により複数階に仕切られている。このロータブレード５の摩耗部ｍは、上部５ａから下部５ｂに向かって少なくなっており、下部５ｂでは摩耗が検出されなかった。なお、水平仕切り板９のすぐ下の部分の摩耗が少ないのは、仕切板９の先端９ａ付近から落下した粉体は、重力によって鉛直方向に落下していく間に分級作用を受けながらロータブレード５先端（微粉はさらにロータ内部へ）に向かって進むために、粉体のほとんど存在しない領域ができるためと考えられる。
ここで、ロータブレード５先端の高さ方向において、分級作用を果たしている部分と果たしていない部分の境界を特定するために、第５図に示すように、摩耗深さｄの最も深い部分を直線Ｔで結び、摩耗深さｄがゼロになると推定される位置（境界点）ＣＰを調べた。
本件発明者は、このＣＰの位置が、分級機の容量（処理量に基づく分級機寸法の大きさ）によってどのように特徴付けられるかを検討した。その結果見出された方法は、次の通りである。
すなわち、このＣＰの位置と、分散板の鉛直方向距離をＨ´とし、各部の設計寸法から後述のＳ１およびＳ２を求め、ロータブレード５外接円の直径Ｄの２乗に対してプロットすると直線関係が得られた。
ここで、Ｓ１、Ｓ２を第２図、第５図、第６図により説明するが、前記各図の図面符号と同一な図面符号はその名称も機能も同一である。Ｓ１は、ロータ回転軸１０を軸とし、ロータブレード５に外接する円筒（又は円錐台）の側面の面積（ロータ側面積）（ｍ^２）であり、このＳ１（ロータ側面積）は、
πＨ´（Ｄ１＋Ｄ２）／２ により求められる。ここで、Ｈ´はロータブレード５の分散板からＣＰまでの鉛直方向高さ（ｍ）、（Ｄ１＋Ｄ２）／２は、ロータ回転軸に直交し、かつ、ロータブレードに外接する円の直径の算術的平均値（ｍ）である。Ｄ１は前記ロータブレード５の上端部に外接する円の直径（ｍ）、Ｄ２は、前記ロータブレードのＣＰ部において外接する円の直径（ｍ）であり、第１図、第５図に示す円筒のロータでは、平均直径Ｄ＝Ｄ１＝Ｄ２ となる。Ｓ２は、分級用空気の流入断面積（ｍ^２）であり、このＳ２（分級用空気の流入断面積）は、
前記Ｓ１−（ロータブレードの断面積ＳＢ＋仕切板９の断面積ＳＨ）＋ロータブレードと仕切板９の重なり部の面積ＳＹ により求められる。前記断面積ＳＢは、ロータブレードの分散板とＣＰ間の断面積（ｍ^２）であり、このＳＢは、ｔＢ・Ｈ´・ｎＢ により求められる。ｔＢはロータブレード５の厚み（ｍ）、ｎＢはロータブレード全枚数、をそれぞれ示す。前記断面積ＳＨは、π・ＤＨ・ｔＨ・ｎＨ により求められる。ＤＨは仕切板９の直径（ｍ）、ｔＨは仕切板９の厚み（ｍ）、ｎＨは仕切板９の分散板とＣＰ間に存在する全枚数、をそれぞれ示す。前記のロータブレードと仕切板の重なり部の面積ＳＹは、ｔＢ・ｔＨ・ｎＢ・ｎＨ により求められる。 なお、仕切板を有しないロータも存在するが、該ロータの場合は、ＳＨ＝０ となるので、Ｓ２＝Ｓ１−ＳＢ となる。第７図及び第８図において、前記Ｓ１または前記Ｓ２と前記Ｄ^２とが直線関係になるということは、即ち、分級機の容量（大きさ）が変わっても、Ｓ１とＤ^２の比、あるいはＳ２とＤ^２の比が一定の値であって、それぞれほぼ０．９３および０．８０であるということである。
第７図および第８図の横軸のＤ×Ｄ（＝Ｄ^２）は、分級装置の大きさ（処理量）の違いを意味するものである。なお、表１中の（Ｓ１／Ｄ^２）及び（Ｓ２／Ｄ^２）は、ＣＰの位置を無視して、当該分級機のロータの従来の寸法（ロータブレードの高さがＨ）で、同様に計算したものである。

ロータおよびロータブレードが、このＳ１およびＳ２より小さくなるような設計を行うと、分級精度や製品回収率が低下する可能性が充分に有る。又、このＳ１およびＳ２より大きい設計をすれば、分級精度や回収率の問題はなくなるが、設備投資額やランニングコストの増大を招く。
従って、幾らかの安全を見て、前記Ｓ１やＳ２は第７図および第８図に示した値から少し高めの範囲で任意に決定すればよく、その範囲は、Ｓ１／Ｄ^２およびＳ２／Ｄ^２で表現すると、
Ｓ１／Ｄ^２＝０．９〜１．６、 Ｓ２／Ｄ^２＝０．８〜１．４ である。
しかしながら、上述の位置ＣＰは、ロータブレード先端の摩耗が検出されなくなるところの境界点であって、そこよりも下方ではダイナミックな分級は起こっていないであろうが、分級作用が全く起こっていないという保証は無い。また、ロータおよびロータブレードの高さが高くなると、即ち、Ｓ１／Ｄ^２又はＳ２／Ｄ^２の値が大きくなると、投資額やランニングコスト低減の効果が小さくなる。一方、Ｓ１／Ｄ^２又はＳ２／Ｄ^２の値が小さすぎると、分級精度や回収率の低下の心配がある。
そこで、上記Ｓ１／Ｄ^２およびＳ２／Ｄ^２は、望ましくは、
Ｓ１／Ｄ^２＝１．１〜１．５、Ｓ２／Ｄ^２＝０．９〜１．３ の範囲が良い。
さらに、本件発明者は、粉体供給口が２箇所で、ロータ回転軸に対して１８０°の方向に設置されている当該分級機において、１つの粉体供給口を閉塞させ、１箇所の供給口から原料粉体を全量供給してみる実験を行ったところ、分級精度と回収率は大幅に低下した。
この理由について、本件発明者は、当該分級機に供給された粉体は、ロータ上部の分散板外周部から分級空間（ガイドベーンとロータブレードの間）に入って分級作用を受けるが、分散板外周部のどこか１箇所から集中的に入るよりも、分散板外周部で、全周に亘ってなるべく広がって均一に入った方が粉体の単位空間あたりの濃度も薄くなり、粉体の分散が加速されて望ましい分級に近づくと結論付けた。
すなわち、粉体供給口は、適切に設置することによって、分級精度や回収率が向上するので、ロータ高さを本発明の如く設定することにより、ＣＰ（境界点）の位置より下方での僅かの分級を無くしても、分級精度や回収率が悪化することはない、と考えられる。
その具体的な方法として、第９図のように、ロータ回転軸１０を中央に含む領域に１ヶ所設置する方法が、ロータ６の上部外周部での粉体の全周均一分散性の観点から最も望ましい。
しかし、この方法では、分散板２のロータ回転軸１０近傍では供給された粉体原料３に遠心力がほとんど働かないため、粉体原料３がロータ６の上部外周部へ進む速度が小さく、粉体原料の供給速度を比較的大きくとることができないことが欠点である。
なお、第９図において、前記各図の図面符号と同一図面符号は、その名称も機能も同一である。第９図では、微粉排出口８Ａはロータ６の下方側に設けられている。
そこで、第１０図のように、例えば、方形状の粉体供給口１が、ロータ回転軸１０を含まない位置に１個または複数個設置され、ロータ回転軸１０からそれぞれの粉体供給口１の水平断面に外接する２本の直線Ｌ１及びＬ２、Ｌ３及びＬ４で、かつこれらの直線がロータ回転軸１０に垂直である場合の２本の当該直線の成す内角θｉ及びθｊ、θｋ及びθｎの合計（全粉体供給口分）θＦを、９０°以上にすること、
即ち、９０°≦θＦ≦３６０°にすること、
によって、粉体原料の供給速度を工業的に充分に大きくとることができ、かつ、全周均一分散に近い分級精度となることが、本件発明者による実験で確認できた。勿論、この場合の粉体供給口は、周方向で偏ることなく、全周になるべく均等に配置されることが望ましい。
なお、粉体原料供給口１の形状は、方形状に限定されるものではなく、必要に応じてその形状や大きさは適宜選択される。
なお、第１０図において、前記各図と同一図面符号は、その名称も機能も同一である。
又、前記第５図の考察で分かったことであるが、ロータブレード５の水平な仕切板９のすぐ下の部分は、摩耗が少なく、分級には殆ど貢献していない。そこで、ロータブレード先端部の高さ方向全域で分級作用が有効に働くようにするため、この仕切板９の先端９ａの、ロータブレード５の先端５Ｓからの突出長さｗは、極力少ない方が良い。この突出長さｗは、例えば、０〜７ｍｍ、好適には、２〜５ｍｍにし、ロータブレード５の先端５Ｓと仕切板９の先端９ａがほぼ同一平面上に位置するようにすることが好ましい。
以上の対策により、不必要に多い分級用空気（空気またはガス）を使用することのない遠心式空気分級機が設計でき、併設されるファンまたはブロワ−、および集塵機としてのバグフィルタも不必要に大きなものを設置する必要もない。
この様にして決定された空気またはガス流量は、ロータ自身の寸法にも影響を及ぼす。すなわち、ガイドベーンの間を通ってロータ内部に流入した分級用空気は、分級によって微粉側となった粉体の全量をロータ、微粉排出口及びその後に連結されたダクトを経由して集塵装置まで含塵気流のかたちで輸送する必要があるため、ロータ内部でその上方に連結されたダクトに向かうときの空気またはガスのロータ最上部での速度の鉛直方向成分は、１２ｍ／ｓ以上、望ましくは１６〜２２ｍ／ｓになるように、ロータおよびその周辺を設計する必要がある。

第１図〜第６図は、実験に用いた遠心式分級機を示す図で、第１図は、円筒のロータを備えた分級機の斜視図、第２図は、円錐台のロータを備えた分級機の縦断面図である。
第３図、第４図は、ロータの高さを比較するための実験に用いた遠心式分級機を示す図で、第３図は従来のロータ高さの高い遠心式空気分級機の要部拡大図、第４図はロータの高さが低い遠心式空気分級機の要部拡大図である。
第５図、第６図は、ロータブレードの分級に貢献している部分を調べるための実験に用いた遠心式空気分級機であり、第５図（Ａ）は２枚の仕切板を備えた比較的小型の遠心式空気分級機の要部拡大図、第５図（Ｂ）は３枚の仕切板を備えた中型の遠心式空気分級機の要部拡大図、第５図（Ｃ）は４枚の仕切板を備えた比較的大型の遠心式分級機の要部拡大図、第６図は、ロータ側面積Ｓ１、空気流入断面積Ｓ２を求める式を説明するための要部拡大斜視図である。
第７図は前記Ｓ１と、前記Ｄ×Ｄとの関係を示す図、第８図は前記Ｓ２と、前記Ｄ×Ｄとの関係を示す図、である。
第９図、第１０図は、粉体供給口の数による分級効果を比較するための実験に用いた遠心式空気分級機であり、第９図は、粉体供給口１が１個の場合を示す縦断面図、第１０図は、粉体供給口が複数の場合を示す図で、第１０図（Ａ）は平面図、第１０図（Ｂ）は縦断面図である。

この発明は、ケーシング内に設けられたロータであって、ロータ回転軸に上下方向に間隔をあけて固定されている分散板及び回転板と、該両板の外周部に挟持されている複数のロータブレードと、を有するロータ；該ロータブレードの外側に設けられ、該ロータブレードと分級空間を介して対向するガイドベーン；前記ケーシングに設けられ、前記ガイドベーンを介して前記分級空間に分級用空気を供給する空気供給口；前記ケーシングの上部に設けられ、前記分散板に対向する粉体供給口；分級された微粉を機外に排出する微粉排出口；を備えた遠心式分級機において：
前記ロータ回転軸を軸とし、前記ロータブレードに外接する円筒又は円錐台の側面の面積Ｓ１と、前記ロータ回転軸に直交し、かつ、前記ロータブレードに外接する円の直径の算術平均値Ｄとの関係が、Ｓ１／Ｄ^２＝０．９〜１．６ であることを特徴とする。
この発明は、ケーシング内に設けられたロータであって、ロータ回転軸に間隔をあけて固定されている回転円板及び分散板と、該両板の外周部に挟持されている複数のロータブレードと、を有するロータ；該ロータブレードの外側に設けられ、該ロータブレードと分級空間を介して対向するガイドベーン；前記ケーシングに設けられ、前記ガイドベーンを介して前記分級空間に分級用空気を供給する空気供給口；前記ケーシングの上部に設けられ、前記分散板に対向する粉体供給口；分級された微粉を機外に排出する微粉排出口；を備えた遠心式分級機において：
分級用空気の流入断面積Ｓ２と、前記直径の算術平均値Ｄとの関係が、
Ｓ２／Ｄ^２＝０．８〜１．４であることを特徴とする。
この発明は、ケーシング内に設けられたロータであって、ロータ回転軸に間隔をあけて固定されている回転円板及び分散板と、該両板の外周部に挟持されている複数のロータブレードと、を有するロータ；該ロータブレードの外側に設けられ、該ロータブレードと分級空間を介して対向するガイドベーン；前記ケーシングに設けられ、前記ガイドベーンを介して前記分級空間に分級用空気を供給する空気供給口；前記ケーシングの上部に設けられ、前記分散板に対向する粉体供給口；分級された微粉を機外に排出する微粉排出口；を備えた遠心式空気分級機において：
前記Ｓ１と前記Ｄとの関係が、Ｓ１／Ｄ^２＝０．９〜１．６ であり、又、前記Ｓ２と前記Ｄとの関係が、Ｓ２／Ｄ^２＝０．８〜１．４であることを特徴とする。
この発明の前記粉体供給口が、１箇所で、かつ、前記ロータ回転軸を含む位置に設けられていることを特徴とする。
この発明の前記粉体供給口が、前記ロータ回転軸を含まない位置に、１個、又は、複数個設けられていることを特徴とする。
この発明の前記分級空間を通ってロータ内部に流入する分級用空気は、微粉排出口に向かう時のロータ最上部での速度の鉛直方向成分が、１２ｍ／ｓ 以上、好ましくは、１６ｍ／ｓ〜２２ｍ／ｓ、であることを特徴とする。
この発明のロータブレードは、水平な円環状の仕切板により複数階に仕切られ、該仕切板の先端は、前記ロータブレードの先端とほぼ同一平面上に位置していることを特徴とする。
この発明の前記仕切板の先端が、前記ロータブレードの先端より０〜７ｍｍ突出していることを特徴とする。

この発明の第１実施例について説明する。
第１図、第２図に示す遠心式空気分級機は、世界のセメント工場で従来から広く実操業使用されている典型的な当該分級機である。前述したように、この分級機は、下部を円錐状のホッパｈとしたケーシングｋと、該ケーシング円筒状部接線方向に向けた空気供給口７と、前記ケーシング頂部に取り付けた微粉排出口８と、前記ケーシング円筒部内のほぼ中心に取り付けたロータ回転軸１０と、前記回転軸１０に軸装した回転板１１と、粉体供給口１から粉体原料３が落下する位置に取り付けた分散板２と、一端を前記回転板１１に固定し、他端を分散板２に固定した複数のロータブレード５と、該ロータブレード５に取り付けられ、前記分散板２と前記回転板１１間で構成される分級室を複数階に仕切る水平な仕切板９と、前記ケーシングｋ内に設けられ、前記ロータブレード５と分級空間１２を介して対向するガイドブレード４と、を備えている。
この分級機の作動を簡単に説明する。粉体供給口１から投入された粉体原料３は、回転しているロータ６の分散板２上に落下し、分散されながら水平方向に飛散し、衝突板１３に衝突して分散（又は解砕）された後、分級空間１２内に落下する。この時、分級用空気（空気又はガス）Ａが、空気供給口７から供給され、ガイドベーン４を通って前記分級空間１２に流入している。
この分級用空気Ａは速度がロータ６の中心に向かう成分をもって旋回流を形成し、ロータブレード５によって分級に必要な速度まで加速される。前記分級空間１２に供給された粒子（粉体原料）３は、前記分級用空気Ａと共に旋回運動を始める。この時、前記粒子に働く遠心力と抗力のバランスによって分級が行われる。前記バランスによって定まる分離粒子径より小さい粒子（微粉）Ｂは、前記分級用空気Ａとともに、ロータ６の内部に入り、分散板２及び仕切板９の中央貫通穴を通って微粉排出口８から機外に排出され、図示しないバグフィルタにより捕集される。又、前記分離粒子径より大きい粒子（粗粉）Ｃは、繰り返し分級作用を受けながら、重力によって沈下し、ホッパｈ下部から排出される。なお、前記分離粒子径は、ロータ６の回転速度によって調整される。
本件発明者は、前記遠心式空気分級機を、本発明に基づいて改造し、空気流量、分級精度、および回収率（この実施例では粉砕機と連結した閉回路粉砕プロセスであるので、「粉砕量」で評価する。）を調べたところ、表２に示す結果を得た。
なお、前記Ｓ１（ｍ^２）は、改造前 ８．５４ 改造後５．９８、
前記Ｓ２（ｍ^２）は、改造前 ７．３５ 改造後５．１５、
前記Ｄ（ｍ）は、改造前 ２．１５ 改造後２．１５、に設定されている。この設定は、普通セメント、早強セメントの何れの場合も同じである。

この表２の中で、「比表面積」は粉体製品（この場合セメント）の細かさを総合的に表したものである。また、「３２μｍ残分」はセメントの品質と分級精度の良否を表す指標で、値が小さいほど品質、分級精度ともに高（良）く，「分割率β」は分級精度と回収率の双方を表した指標であり、値が小さくなるほど分級精度、回収率ともに高い（良い）ことを意味する。なお、この分割率βの計算方法と詳細な説明は多くの書物に記載されている。（例えば、伊藤光弘著「粉体機器・装置の基礎」（工業調査会、２００５年）ｐ．４７−５１）
この表２からもわかるように、普通セメントおよび早強セメントの何れの場合も、改造前の段階で分級空気流量を２５％〜３０％低減した場合（表２の「改造前（参考）」欄）、回収率、分級精度ともに大幅に悪化している。しかし、本発明による改造後は、分級空気流量を改造前に比べて３０％程度低減したにもかかわらず、分級精度（この場合、３２μｍ残分と分割率β）および回収率（この場合、粉砕量）ともに従来の値を保っており、さらに粉体供給口を増すことによって、分級精度および回収率は若干向上している。なお、これらの値は、セメント製造に関わる技術者ならば一見でわかることであるが、極めて良い値である。
表２において、＊は、分級用空気の流量を約３０％低減した場合、＊＊は、分級用空気流量を約３０％低減するとともに、粉体供給口の数を増加させた場合、をそれぞれ示す。

実施例２は、改造ではなく、本発明に基づく比較的大型の当該分級機を新たに設置したケースであり、実施例１と同類の遠心式分級機を本発明に基づいて設計し直したものである。性能の比較対象としては，実施例１と同類でかつ同一セメント工場内で隣接して操業中の同一生産規模の遠心式分級機であって、本発明の技術が適用されていないケースであり、これらの各種データを表３に示した。
なお、Ｓ１（ｍ^２）は、本発明 ９．００ 比較対象１２．８６、Ｓ２（ｍ^２）は、本発明７．７５ 比較対象 １１．０７、Ｄ（ｍ）は、本発明 ２．６４ 比較対象 ２．６４、 である。普通セメント、早強セメントの何れの場合も同一に設定した。

この表からもわかるように、実施例１と同様に、分級に使用する空気量は、対象となる従来仕様の同類の分級機に比べて、３０％程度低減（比較対象の３０００ｍ^３／ｍｉｎに対して本発明では２１００ｍ^３／ｍｉｎ）しているにもかかわらず、分級精度（この場合、３０μｍ残分，４５μｍ残分と分割率β）および回収率（この場合，粉砕量）ともに比較対象に比べて良い値になっており、すなわち、本発明によって分級用空気の流量を３０％低減しているにもかかわらず、分級精度および回収率ともに良い性能を示している。
［発明の効果］
本件発明を、セメント製造工場などの設備に適用した場合、必要かつ最低限の分級用空気の流量で所定の精度と回収率の分級ができるので、次のような効果を得ることができる。なお、前述のように、前記分級用空気には、空気のほか、ガスが含まれていることは勿論である。
（１）必要最小限の設備投資になる（分級機本体、ファンまたはブロワ、バグフィルタなどの集塵機）。
（２）必要最小限のランニングコストとなる（必要最小限の設備に伴う所要電力費低減、バグフィルタ濾過布など消耗品のメンテナンスおよび交換費用）。
（３）資源エネルギーの節約および環境負荷低減となる（必要最小限の設備に伴う設備の小型化および所要電力エネルギー消費低減）。

Claims (14)

1. ケーシング内に設けられたロータであって、ロータ回転軸に軸方向に間隔をあけて固定されている分散板及び回転板と、該両板の外周部に挟持されている複数のロータブレードと、を有するロータ；該ロータブレードの外側に設けられ、該ロータブレードと分級空間を介して対向するガイドベーン；前記ケーシングに設けられ、前記ガイドベーンを介して前記分級空間に分級用空気を供給する空気供給口；前記ケーシングの上部に設けられ、前記分散板に対向する粉体供給口；分級された微粉を機外に排出する微粉排出口；を備えた遠心式空気分級機において：
   前記ロータ回転軸を軸とし、前記ロータブレードに外接する円筒又は円錐台の側面の面積Ｓ１と、前記ロータ回転軸に直交し、かつ、前記ロータブレードに外接する円の直径の算術平均値Ｄとの関係が、
   Ｓ１／Ｄ^２＝０．９〜１．６
   であることを特徴とする遠心式空気分級機。
2. 前記Ｓ１／Ｄ^２＝１．１〜１．５であることを特徴とする請求項１記載の遠心式空気分級機。
3. ケーシング内に設けられたロータであって、ロータ回転軸に軸方向に間隔をあけて固定されている分散板及び回転板と、該両板の外周部に挟持されている複数のロータブレードと、を有するロータ；該ロータブレードの外側に設けられ、該ロータブレードと分級空間を介して対向するガイドベーン；前記ケーシングに設けられ、前記ガイドベーンを介して前記分級空間に分級用空気を供給する空気供給口；前記ケーシングの上部に設けられ、前記分散板に対向する粉体供給口；分級された微粉を機外に排出する微粉排出口；を備えた遠心式空気分級機において：
   分級用空気の流入断面積Ｓ２と、前記直径の算術平均値Ｄとの関係が、
   Ｓ２／Ｄ^２＝０．８〜１．４
   であることを特徴とする遠心式空気分級機。
4. 前記Ｓ２／Ｄ^２＝０．９〜１．３ であることを特徴とする請求項３記載の遠心式空気分級機。
5. ケーシング内に設けられたロータであって、ロータ回転軸に間隔をあけて固定されている回転円板及び分散板と、該両板の外周部に挟持されている複数のロータブレードと、を有するロータ；該ロータブレードの外側に設けられ、該ロータブレードと分級空間を介して対向するガイドベーン；前記ケーシングに設けられ、前記ガイドベーンを介して前記分級空間に分級用空気を供給する空気供給口；前記ケーシングの上部に設けられ、前記分散板に対向する粉体供給口；分級された微粉を機外に排出する微粉排出口；を備えた遠心式空気分級機において：
   前記Ｓ１と前記Ｄとの関係が、Ｓ１／Ｄ^２＝０．９〜１．６ であり、
   前記Ｓ２と前記Ｄとの関係が、Ｓ２／Ｄ^２＝０．８〜１．４
   であることを特徴とする遠心式空気分級機。
6. 前記Ｓ１／Ｄ^２＝１．１〜１．５であり、前記Ｓ２／Ｄ^２＝０．９〜１．３、であることを特徴とする請求項５記載の遠心式空気分級機。
7. 前記粉体供給口が、１箇所で、かつ、前記ロータ回転軸を含む位置に設けられていることを特徴とする請求項１、２、３、４、又は、５記載の遠心式空気分級機。
8. 前記粉体供給口が、前記ロータ回転軸を含まない位置に、１個、又は、複数個設けられており、
   前記ロータ回転軸から前記各粉体供給口の水平断面に外接して挟み、かつ、該ロータ回転軸に垂直な２本のなす内角の合計θＦは、
   ９０°≦θＦ≦３６０°
   であることを特徴とする請求項１、２、３、４、又は、５記載の遠心式空気分級機。
9. 前記分級空間を通ってロータ内部に流入する分級用空気は、微粉排出口に向かう時のロータ最上部での速度の鉛直方向成分が、１２ｍ／ｓ 以上であることを特徴とする請求項１、２、３、４、又は、５記載の遠心式分級機。
10. 前記微粉排出口に向かう時のロータ最上部での速度の鉛直方向成分が、１６ｍ／ｓ〜２２ｍ／ｓであることを特徴とする請求項９記載の遠心式分級機。
11. 前記粉体供給口が、１箇所で、かつ、前記ロータ回転軸を含む位置に設けられていることを特徴とする請求項９記載の遠心式空気分級機。
12. 前記粉体供給口が、前記ロータ回転軸を含まない位置に、１個、又は、複数個設けられており、
    前記内角の合計θＦは、９０°≦θＦ≦３６０°
    であることを特徴とする請求項９記載の遠心式空気分級機。
13. 前記ロータブレードは、水平な円環状の仕切板により複数階に仕切られ、該仕切板の先端は、前記ロータブレードの先端とほぼ同一平面上に位置していることを特徴とする請求項１、２、３、４、又は、５記載の遠心式空気分級機。
14. 前記仕切板の先端が、前記ロータブレードの先端より０〜７ｍｍ突出していることを特徴とする請求項１３記載の遠心式空気分級機。

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