KR101223391B1

KR101223391B1 - 원심식 공기분급기

Info

Publication number: KR101223391B1
Application number: KR1020087019545A
Authority: KR
Inventors: 미쓰히로 이토
Original assignee: 다이헤이요 세멘토 가부시키가이샤
Priority date: 2006-02-24
Filing date: 2006-02-24
Publication date: 2013-01-16
Also published as: CA2642489A1; EP1992422A1; US8353408B2; CN101370600B; EP1992422A4; CA2642489C; KR20080113200A; CN101370600A; US20090065403A1; DK1992422T3; JP5048646B2; EP1992422B1; JPWO2007097042A1; WO2007097042A1

Abstract

로터 회전축을 축으로 하고, 로터 블레이드에 외접하는 원통 또는 원추대의 측면의 면적 S1과, 상기 로터 회전축과 직교하고, 또한, 상기 로터 블레이드에 외접하는 원의 직경의 산술 평균치 D와의 관계가, S1/D²=0.9~1.6이고, 또한, 상기 S1에 있어서, 분급용 공기의 유입 단면적 S2과, 상기 D와의 관계가, S2/D²=0.8~1.4인 원심식 공기분급기.

Description

원심식 공기분급기{CENTRIFUGAL AIR CLASSIFIER}

이 발명은, 분체 상태의 원료를 미분(fine powder)과 조분(coarse powder)으로 분리하는 원심식 공기분급기에 관한 것이다. 분쇄 조작 등에 의해서 얻은 분체에 대해서, 분급기에 의해 불필요한 크기의 입자를 제거하고, 필요한 크기의 입자를 얻는 것은 분체에 요구되는 기능을 얻고, 또한 기능 향상을 도모하기 위해서, 시멘트 공업뿐만 아니라, 각종 광공업, 식품공업, 약품공업 및 각종 화학공업 등 많은 분야에서 중요시되고 있다.

이들 중에서, 각종 광공업, 시멘트 공업, 제철 공업 등에서는, 분급의 대상이 되는 분체량이 극히 많고, 설비 투자액이나 러닝코스트(전기 에너지비 등)가 고액이 되기 때문에, 이들 비용 저감이 절실히 요망되고 있다. 또한, 이것은, 자원 에너지 절약 면에서도 중요하다. 한편, 이들 공업에서 취급하는 분체의 가격은 비교적 싸기 때문에, 설비 투자액이나 러닝코스트를 저감하는 것은, 이들 공업의 경제성의 관점으로부터도 강한 기대가 있다.

분체에 요구되는 기능을 창출 혹은 향상하기 위해서, 하나 하나의 입자의 크기에 따라서, 조분과 미분(세분)으로 나누는 분급 조작에는, 원심식 분급기, 관성식 분급기, 중력식 분급기 등이 사용된다. 이들 중에서, 입도 컨트롤의 용이성, 대 량 처리성, 고분급 정밀도 등의 면으로부터, 원심식 분급기가 가장 널리 사용되고 있다(예를 들면, 일본 쇼와 57년 특허 출원 공고 제24188호, 쇼와 57년 특허 출원 공고 제24189호 공보 참조).

특히, 각종 광공업, 시멘트 공업, 제철 공업 등에서는, 분급의 대상이 되는 분체량이 극히 많고, 설비 투자액이나 러닝코스트(전기 에너지비 등)가 고액이 되기 때문에, 경제성뿐만 아니라 자원 에너지의 절약이라는 관점으로부터도, 원심식 분급기에 있어서, 분급 정밀도를 저하시키는 경우가 없고 이들 비용을 절감하는 기술의 확립이 강하게 요망되고 있다.

원심식 분급기는, 공기 또는 가스를 연속적으로 다량으로 사용하는 것이며, 일반적으로, 처리하는 분체의 단위 질량당 공기 또는 가스의 유량을 적게 하면 분급 정밀도는 대폭 저하한다. 이러한 종류의 분급기는 원심식 공기분급기 (Centrifugal Air Classifier)로도 불린다.

또한, 분급된 후의 미분은, 상기 분급기를 통과한 다량의 공기 또는 가스 내에 포함되어 있으며, 이 함진공기 또는 함진가스로부터 미분을 회수하기 위해서는, 대형의 집진장치가 필요하게 된다.

따라서, 만약, 분급 정밀도를 저하시키지 않고 공기 또는 가스의 유량을 적게할 수 있는 기술을 확립할 수 있으면, 분급기 본체의 소형화, 팬 또는 블로어의 소용량화, 백 필터(bag filter) 등의 집진장치의 소용량화가 가능하게 되어, 설비 코스트, 러닝 코스트의 쌍방을 저감 할 수 있다.

그러나, 현재 있는 원심식 분급기를 이용하여 적절한 구조 변경을 행하지 않고 공기 또는 가스의 유량을 낮추면, 앞서 설명한 바와 같이 분급 정밀도가 대폭 저하하여, 분체 제품의 품질(기능)의 저하나 제품 분체(미분측 혹은 조분측의 어느 하나)의 회수율이 저하하여, 결과적으로 악화하는 방향이 된다.

이 발명은, 상기 사정을 감안하여, 종래보다 적은 공기 또는 가스 유량에 의해, 요구되는 분급 성능을 얻는 것을 목적으로 한다.

본건 발명자는, 도 1 및 도 2에 예시한 기존의 원심식 분급기에 대해서, 어떠한 구조 변경을 실시함으로써, 분급에 필요한 공기 또는 가스 유량을 줄일 수 없는지를 검토하였다.

도 1 및 도 2에 나타내는 원심식 분급기의 대표적인 예는, 하부를 원추형상의 호퍼(h)로 한 케이싱(k)과, 상기 케이싱 원통형상부 접선 방향으로 향하는 공기 공급구(7)와, 상기 케이싱 정상부에 부착한 미분 배출구(8)와, 상기 케이싱 원통 부 내의 거의 중심에 부착되어, 모터(M)에 의해 회전하는 로터 회전축(10)과, 상기 회전축(10)에 고정된 회전판(11)과, 분체 공급구(1)로부터 분체 원료(3)가 낙하하는 위치에 부착한 분산판(2)과, 일단을 상기 회전판(11)에 고정하고, 타단을 분산판(2)에 고정한 복수의 로터 블레이드(5)와, 상기 로터 블레이드(5)에 부착되어, 상기 분산판(2)과 상기 회전판(11) 사이에서 구성되는 분급실을 복수층으로 구분하는 구분판(9)과, 상기 케이싱(k) 내에 설치되어, 상기 로터 블레이드(5)와 분급 공간(12)을 개재하여 대향하는 가이드 베인(4)을 구비하고 있다. 한편, 도 1과 도 2의 원심식 공기분급기는, 그 구성 효과에 있어서 기본적으로 동일하지만, 도 1의 분급기는, 원통의 로터, 즉, 회전판(11)의 지름과 분산판(2)의 지름이 동일하게 형성되고, 가이드 베인(4) 및 로터 블레이드(5)가 로터 회전축(10)과 평행(수직형상)하게 설치되어 있는데 비하여, 도 2의 분급기는, 원추대의 로터, 즉, 회전판(11)의 지름이 분산판(2)의 지름보다 작게 형성되고, 로터 블레이드(5) 및 가이드 베인(4)이 로터 회전축(10)에 대해서 경사각 θ1, θ2 경사하고 있는 점에서 상이하다. 한편, 이 경사각 θ1, θ2는, 예를 들면, 0~40도의 범위에서 적절히 선택된다.

종래로부터의 상식으로서, 동일한 분급기에 있어서, 분급에 이용하는 공기 또는 가스(이하, 간단히, '분급용 공기'라 한다)의 유량을 줄이면, 분급 정밀도나 제품 회수율은 대폭 저하하는 것을 사실로서 알 수 있다.

따라서, 본건 발명자는, 이 사실을 상세하게 분석한 결과, 로터의 회전 속도와 분급용 공기 속도의 로터 반경 방향 안쪽 방향 성분이 분급 정밀도나 제품 회수율에 크게 영향을 미치는 것으로 판명하였다. 즉, 상술한 바와 같이 분급용 공기의 유량을 줄이면, 분급 정밀도나 회수율이 저하하는 것은, 이때, 동일한 분리 입자 지름을 유지하기 위해서는 로터 회전 속도도 늦출 필요가 생겨, 상술한 로터의 회전 속도와 분급용 공기 속도의 로터 반경 방향 안쪽 방향 성분의 쌍방이 저하하기 때문이라는 것을 발견하였다.

이러한 분석 결과는, 분급 정밀도나 회수율을 유지하기 위해서는, 로터의 회전 속도와 분급용 공기 속도의 로터 반경 방향 안쪽 방향 성분은 저하시켜서는 안된다는 것을 의미하며, 많은 설계자에 의해서, 경험적으로 적절한 값이 거의 파악되어, 실제사용에 제공되고 있는 듯하다.

또한, 본건 발명자는, 로터의 높이에 주목하였다. 분급 정밀도나 회수율의 향상에 관해서, 이 높이에는 정량적인 정설이 없고, 2개의 상반되는 정성적인 가설에 머물고 있다. 첫번째 가설은, '모든 입자에 분급의 기회를 충분히 부여하기 위해서, 로터의 높이는 충분히 높게 하는 편이 좋다.'고 하는 것이고, 또한, 두번째 가설은, '분급시에 불필요한 크기의 입자가 혼입하지 않도록, 로터는 낮게 하여 재빨리 분급을 완료하는 것이 좋다.'고 하는 것이다.

첫번째 가설에 대해서는, 그 방식을 모식적으로 상상도로서 도시한 것이 도 3이다. 이 도 3에서, 도 1, 도 2와 동일 도면 부호는, 그 명칭도 기능도 동일하다. 분체 공급구(1)로부터 분산판(2) 상에 공급된 분체 원료(3)는, 가이드 베인(4)과 회전하는 로터 블레이드(5)의 사이의 분급 공간(12)에 들어가, 이 공간(12)을 낙하해 나가는 동안에, 입자에 작용하는 원심력과 항력의 밸런스에 의해서 분급 작용을 받는다. 이 밸런스는, 로터(6)의 회전 속도와 공기 공급구(7)로부터 공급되는 분급용 공기의 유량에 의해서 정해지지만, 작은 입자 B는 분급용 공기 A와 함께 로터 블레이드(5)의 안쪽으로 들어가 미분 배출구(8)로부터 배출되고, 미분(세분) B는 집진기(도시 생략)로 분리·포집된다.

한편, 대분 입자(조분) C는, 상기 분급 공간(12)을 낙하하여, 아래쪽에 설치된 콘부(도 3에는 생략되어 있다)에서 회수된다. 이때, 분급에는 입자의 이동에 기초한 시간을 요하는 것과, 도 3에도 도시한 바와 같이, 큰 입자(C)에 부착한 미립자 B를 떼어내려면(분산) 더 긴 시간이 필요하다는 것을 생각할 수 있다. 즉, 이러한 시간과 입자군의 낙하시간을 정확하게 계산할 수 있으면, 로터 높이의 적정치는 계산할 수 있다. 그러나, 이러한 시간이나 입자군의 낙하시간을 계산하는 이론체계는 전혀 생성되어 있지 않고, 아무리 고성능의 컴퓨터를 사용해도, 계산이나 시뮬레이션이 생기는 상태에는 이르지 않았다. 또한, 이러한 분급기는, 완강한 구조를 필요로 하기 때문에 금속으로 만들 필요가 있는 등의 문제로, 분급기 내부의 입자군의 거동을 시각적인 방법 등으로 관찰하는 것도 불가능하다. 이러한 상황에서, 현 상황에서는 각 설계자는, 기술적으로 뒷받침되는 이유 없이, 또한, 적정치인지의 여부를 알 수 없는 상태에서 로터의 높이를 결정해야만 했다.

한편, 두번째 가설을 실천하여, 로터 높이를 극히 낮게 하여 널리 시판되고 있는 분급기로서, 도 4에 그 예를 나타낸다. 이 도 4에 있어서, 상기 각 도면과 동일한 도면 부호는, 그 명칭도 기능도 동일하다. 도 4의 15는 분급 로터, 16은 공기 및 원료, 17은 분산 날개, 19는 분급 날개, 20은 조분 방출구, 21은 공기, 22는 나사형 케이싱, 23은 상기 분급 로터(15)에 중합하는 밸런스 로터, 24는 로터의 지지대, 25는 로터 회전축을 각각 나타낸다.

이러한 종류의 원심식 분급기에 대해서, 본건 발명자가 실험적으로 조사한 결과는, 미분 분급이 될수록, 또한 분체 공급량이 극히 적은 경우에 한하여 분급 정밀도는 좋지만, 분체 공급량이 공업 스케일까지 증가하면, 분급 정밀도, 제품 회수율 모두 대폭 저하했다. 이렇게, 로터의 높이의 고려방식에는 정설이 없고, 종래에, 그 높이의 최적 설계는 각각의 설계자의 독단에 달려 있었다고 할 수 있다. 따라서, 분급 정밀도나 회수율을 유지하기 위해서 로터의 회전 속도와 분급용 공기 속도의 로터 반경 방향 안쪽 방향 성분은, 저하시키는 경우 없이, 적절한 높이의 로터 높이를 조사할 필요가 있다. 여기에는, 여러 가지 크기의 해당 분급기에 대하여 여러 가지 높이의 로터를 제작하여 실험을 행하면, 유용한 결과는 얻을 수 있겠지만, 수백억원 규모의 실험이 되어, 이 분야에서는 현실성이 전혀 없다. 따라서, 본건 발명자는, 여러 가지로 검토한 결과, 이것을 현실적인 방법으로 조사하는 방법을 발견하였다. 그것은, 시멘트 분야 등에서, 실제 조업 분급기로서 오랜 세월, 예를 들면, 15년 이상 사용한 원심식 공기분급기를 선정하여, 로터 블레이드의 마모 상황을 조사하는 것이다.

그 고려방식은, 도 3에 모식적으로 상상도를 도시한 바와 같이, 위쪽으로부터 공급된 분체 원료는 분급 작용을 받아, 미분 B측(공기와 함께 로터의 내부에 들어가 배출된다)이 되거나, 조분 C측(아래쪽으로 낙하하여 배출된다)이 되거나의 경계의 입자 지름이 분리 입자 지름으로서, 실제로 입자의 분급 작용을 받는 것이 로터 블레이드(5)의 선단(배열된 로터 블레이드(5)의 바깥둘레부)의 위치이기 때문에, 이 작용을 행하고 있는 한, 로터 블레이드(5) 선단은 마모가 진행할 것이다. 즉, 로터 블레이드(5) 선단의 마모 상황을, 로터의 높이 방향으로 조사하면, 당연히, 상부는 마모가 진행되고 있겠지만, 하부가 전혀 마모하고 있지 않다면 그 부분은 분급 작용을 하고 있지 않는, 즉, 분급기에 있어서 여분이며, 생략해도 되는 것을 의미하는 것이다.

여러 가지 원심식 공기분급기에 대해서 이것을 조사해 보면, 로터 블레이드의 마모는 극히 적고, 15년 이상 사용한 원심식 공기분급기를 대상으로 조사하지 않으면 목적한 조사는 달성할 수 없는 것을 알 수 있다.

도 5에는, 15년 이상 사용한, 크기 및 처리량이 다른 A(도 5(A)), B(도 5(B)), C(도 5(C))의 3종류의 실제 조업에 사용되는 해당 분급기의 로터 블레이드의 마모 상황을 나타냈다. 측정한 마모 깊이 d는, 최대로도 2㎜정도로 얕았지만, 도 5에서는, 알기 쉽게 하기 위해서, 마모 깊이만 확대하여 표현했다.

이 도면으로부터도 알 수 있듯이, 로터 블레이드(5)는, 분산판(2)과 회전 원판(11)의 사이에 설치되고, 또한, 수평의 둥근 고리형상의 구분판(9)에 의해 복수층으로 나누어지고 있다. 이 로터 블레이드(5)의 마모부(m)는, 상부(5a)로부터 하부(5b)를 향하여 작아지고 있으며, 하부(5b)에서는 마모가 검출되지 않았다. 한편, 수평 구분판(9)의 바로 아래의 부분의 마모가 적은 것은, 구분판(9)의 선단(9a) 부근으로부터 낙하한 분체는, 중력에 의해서 연직 방향으로 낙하해 나가는 동안에 분급 작용을 받으면서 로터 블레이드(5) 선단(미분은 더 로터 내부로)을 향하여 진행되기 때문에, 분체가 거의 존재하지 않는 영역이 발생하기 때문이라고 생각된다.

여기서, 로터 블레이드(5) 선단의 높이 방향에 있어서, 분급 작용이 달성된 부분과 달성되지 못한 부분의 경계를 특정하기 위해서, 도 5에 도시한 바와 같이, 마모 깊이 d가 가장 깊은 부분을 직선 T로 연결하여, 마모 깊이 d가 제로가 된다고 추정되는 위치(경계점)(CP)를 조사했다.

본건 발명자는, 이 CP의 위치가, 분급기의 용량(처리량에 기초한 분급기 치수의 크기)에 따라서 어떻게 특징지어질 것인지를 검토하였다. 그 결과 발견된 방법은, 다음과 같다.

즉, 이 CP의 위치와, 분산판의 연직 방향 거리를 H'로 하고, 각 부의 설계 치수로부터 후술하는 S1 및 S2를 구하여, 로터 블레이드(5) 외접원의 직경 D의 2승에 대해서 플롯하면 직선 관계가 얻어진다.

여기서, S1, S2를 도 2, 도 5, 도 6에 의해 설명하지만, 상기 각 도면의 도면 부호와 동일한 도면 부호는 그 명칭도 기능도 동일하다. S1은, 로터 회전축(10)을 축으로 하고, 로터 블레이드(5)에 외접하는 원통(또는 원추대)의 측면의 면적(로터 측면적)(㎡)이고, 이 S1(로터 측면적)은,

πH'(D1+D2)/2에 의해 구할 수 있다. 여기서, H'는 로터 블레이드(5)의 분산판으로부터 CP까지의 연직 방향 높이(m), (D1+D2)/2는, 로터 회전축에 직교하고, 또한, 로터 블레이드에 외접하는 원의 직경의 산술적 평균치(m)이다. D1는 상기 로터 블레이드(5)의 상단부에 외접하는 원의 직경(m), D2는, 상기 로터 블레이드의 CP부에서 외접하는 원의 직경(m)이며, 도 1, 도 5에 도시한 원통의 로터에서는, 평균 직경 D=D1=D2가 된다. S2는, 분급용 공기의 유입 단면적(㎡)이고, 이 S2(분급용 공기의 유입 단면적)는, 상기 S1-(로터 블레이드의 단면적 SB+구분판(9)의 단면적 SH)+로터 블레이드와 구분판(9)의 겹치는 부분의 면적 SY에 의해 구할 수 있다. 상기 단면적 SB는, 로터 블레이드의 분산판과 CP간의 단면적(㎡)이며, 이 SB는, tBㆍH'ㆍnB에 의해 구할 수 있다. tB는 로터 블레이드(5)의 두께(m), nB는 로터 블레이드 전체매수를 각각 나타낸다. 상기 단면적 SH는, πㆍDHㆍtHㆍnH의해 구할 수 있다. DH는 구분판(9)의 직경(m), tH는 구분판(9)의 두께(m), nH는 구분판(9)의 분산판과 CP 사이에 존재하는 전체매수를 각각 나타낸다. 상기의 로터 블레이드와 구분판이 겹치는 부분의 면적 SY는, tBㆍtHㆍnBㆍnH에 의해 구할 수 있다. 한편, 구분판을 갖지 않는 로터도 존재하지만, 상기 로터의 경우는, SH=0이 되므로, S2=S1-SB가 된다. 도 7 및 도 8에 있어서, 상기 S1 또는 상기 S2와 상기 D²가 직선 관계가 되는 것은, 즉, 분급기의 용량(크기)이 바뀌어도, S1과 D²의 비, 혹은 S2와 D²의 비가 일정한 값으로서, 각각 거의 0.93 및 0.80인 것이다.

도 7 및 도 8의 가로축의 D×D(=D²)는, 분급 장치의 크기(처리량)의 차이를 의미하는 것이다. 한편, 표 1중의 (S1/D²) 및 (S2/D²)은, CP의 위치를 무시하고, 해당 분급기의 로터의 종래의 치수(로터 블레이드의 높이가 H)로 동일하게 계산한 것이다.

로터 및 로터 블레이드가, 이 S1 및 S2보다 작아지도록 하는 설계를 행하면, 분급 정밀도나 제품 회수율이 저하할 가능성이 충분히 있다. 또한, 이 S1 및 S2보다 큰 설계를 하면, 분급 정밀도나 회수율의 문제는 없어지지만, 설비 투자액이나 러닝 코스트의 증대를 초래한다.

따라서, 다소의 안전의 관점에서, 상기 S1이나 S2는 도 7 및 도 8에 나타낸 값으로부터 조금 높은 범위에서 임의로 결정하면 좋고, 그 범위는, S1/D² 및 S2/D²로 표현하면,

S1/D²=0.9~1.6, S2/D²=0.8~1.4이다.

그러나, 상술의 위치 CP는, 로터 블레이드 선단의 마모가 검출되지 않게 되는 부분의 경계점으로서, 거기보다 아래쪽에서는 다이나믹한 분급은 일어나지 않겠지만, 분급 작용이 전혀 일어나지 않는다고 하는 보증은 없다. 또한, 로터 및 로터 블레이드의 높이가 높아지면, 즉, S1/D² 또는 S2/D²의 값이 커지면, 투자액이나 러닝 코스트 저감의 효과가 작아진다. 한편, S1/D² 또는 S2/D²의 값이 너무 작으면, 분급 정밀도나 회수율의 저하의 우려가 있다.

따라서, 상기 S1/D² 및 S2/D²는, 바람직하게는,

S1/D²=1.1~1.5, S2/D²=0.9~1.3의 범위가 좋다.

또한, 본건 발명자는, 분체 공급구가 2개소에서, 로터 회전축에 대해서 180°의 방향으로 설치되어 있는 해당 분급기에 있어서, 1개의 분체 공급구를 닫고, 1개소의 공급구로부터 원료 분체를 전량 공급해 보는 실험을 행하였더니, 분급 정밀도와 회수율은 대폭 저하했다.

이 이유에 대해서, 본건 발명자는, 해당 분급기에 공급된 분체는, 로터 상부의 분산판 바깥둘레부로부터 분급 공간(가이드 베인과 로터 블레이드의 사이)에 들어가 분급 작용을 받지만, 분산판 바깥둘레부의 어느 1개소로부터 집중적으로 들어가는 것보다도, 분산판 바깥둘레부에서, 전체둘레에 걸쳐 될 수 있는 한 확대하여 균일하게 들어가는 것이 분체의 단위 공간당의 농도도 옅어지고, 분체의 분산이 가속되어 바람직한 분급에 가까워진다고 결론지었다.

즉, 분체 공급구는, 적절히 설치하는 것에 의해서, 분급 정밀도나 회수율이 향상하므로, 로터 높이를 본 발명과 같이 설정함으로써, CP(경계점)의 위치보다 아래쪽에서의 약간의 분급을 없애도, 분급 정밀도나 회수율이 악화되는 경우는 없다고 생각할 수 있다.

그 구체적인 방법으로서 도 9와 같이, 로터 회전축(10)을 중앙에 포함한 영역에 1개소 설치하는 방법이, 로터(6)의 상부 바깥둘레부에서의 분체의 전체둘레 균일 분산성의 관점으로부터 가장 바람직하다.

그러나, 이 방법에서는, 분산판(2)의 로터 회전축(10) 근방에서는 공급된 분체 원료(3)에 원심력이 거의 작용하지 않기 때문에, 분체 원료(3)가 로터(6)의 상부 바깥둘레부로 진행하는 속도가 느리고, 분체 원료의 공급 속도를 비교적 크게 취하지 못하는 것이 결점이다.

한편, 도 9에 있어서, 상기 각 도면의 도면 부호와 동일 도면 부호는, 그 명칭도 기능도 동일하다. 도 9에서는, 미분 배출구(8A)는 로터(6)의 아래쪽에 설치되어 있다.

따라서, 도 10과 같이, 예를 들면, 방형상의 분체 공급구(1)가, 로터 회전축 (10)을 포함하지 않는 위치에 1개 또는 복수개 설치되어, 로터 회전축(10)으로부터 각각의 분체 공급구(1)의 수평 단면에 외접하는 2개의 직선 L1 및 L2, L3 및 L4에서, 또한 이들 직선이 로터 회전축(10)에 수직인 경우의 2개의 해당 직선이 이루는 내각 θi 및 θj, θk 및 θn의 합계(전체 분체 공급구 부분) θF를, 90°이상으로 하는 것,

즉, 90°≤θF≤360°로 하는 것,

에 의해서, 분체 원료의 공급 속도를 공업적으로 충분히 빠르게 취할 수 있고 또한, 전체둘레 균일 분산에 가까운 분급 정밀도가 되는 것이, 본건 발명자에 의한 실험으로 확인할 수 있었다. 물론, 이 경우의 분체 공급구는, 둘레방향에 치우치지 않고, 전체둘레에 될 수 있는 한 균등하게 배치되는 것이 바람직하다.

한편, 분체 원료 공급구(1)의 형상은, 방형상에 한정되는 것이 아니고, 필요에 따라서 그 형상이나 크기는 적절히 선택된다.

한편, 도 10에 있어서, 상기 각 도면과 동일한 도면 부호는, 그 명칭도 기능도 동일하다.

또한, 상기 도 5의 고찰로 알 수 있지만, 로터 블레이드(5)의 수평인 구분판 (9)의 바로 아래의 부분은, 마모가 적고, 분급에는 거의 공헌하고 있지 않다. 따라서, 로터 블레이드 선단부의 높이 방향 전역에서 분급 작용이 유효하게 작용하도록 하기 위해서, 이 구분판(9)의 선단(9a)의, 로터 블레이드(5)의 선단(5S)으로부터의 돌출 길이(w)는, 극히 적은 편이 좋다. 이 돌출 길이(w)는, 예를 들면, 0~7㎜, 바람직하게는, 2~5㎜로 하고, 로터 블레이드(5)의 선단(5S)과 구분판(9)의 선단(9a)이 거의 동일 평면상에 위치하도록 하는 것이 바람직하다.

이상의 대책에 의해, 불필요하게 많은 분급용 공기(공기 또는 가스)를 사용하지 않는 원심식 공기분급기를 설계할 수 있고, 병설되는 팬 또는 블로어, 및 집진기로서의 백 필터도 불필요하게 큰 것을 설치할 필요도 없다.

이렇게 해서 결정된 공기 또는 가스 유량은, 로터 자신의 치수에도 영향을 미친다. 즉, 가이드 베인의 사이를 통과하여 로터 내부에 유입한 분급용 공기는, 분급에 의해서 미분측이 된 분체의 전량을 로터, 미분 배출구 및 그 후에 연결된 덕트를 경유하여 집진장치까지 함진기류의 상태로 수송할 필요가 있기 때문에, 로터 내부에서 그 위쪽에 연결된 덕트를 향할 때의 공기 또는 가스의 로터 최상부에서의 속도의 연직 방향 성분은, 12㎧이상, 바람직하게는 16~22㎧가 되도록, 로터 및 그 주변을 설계할 필요가 있다.

[발명을 실시하기 위한 최선의 형태]

이 발명은, 케이싱 내에 설치된 로터로서, 로터 회전축에 상하 방향으로 간격을 두고 고정되어 있는 분산판 및 회전판과, 상기 양 판의 바깥둘레부에 끼워 지지되어 있는 복수의 로터 블레이드를 가진 로터; 상기 로터 블레이드의 바깥쪽에 설치되고, 상기 로터 블레이드와 분급 공간을 개재하여 대향하는 가이드 베인; 상기 케이싱에 설치되고, 상기 가이드 베인을 개재하여 상기 분급 공간에 분급용 공기를 공급하는 공기 공급구; 상기 케이싱의 상부에 설치되어, 상기 분산판에 대향하는 분체 공급구; 분급된 미분을 분급기 외부로 배출하는 미분 배출구를 구비한 원심식 분급기에 있어서:

상기 로터 회전축을 축으로 하고, 상기 로터 블레이드에 외접하는 원통 또는 원추대의 측면의 면적 S1과, 상기 로터 회전축에 직교하고, 또한, 상기 로터 블레이드에 외접하는 원의 직경의 산술 평균치 D와의 관계가, S1/D²=0.9~1.6인 것을 특징으로 한다.

이 발명은, 케이싱 내에 설치된 로터로서, 로터 회전축에 간격을 두고 고정되어 있는 회전 원판 및 분산판과, 상기 양 판의 바깥둘레부에 끼워 지지되어 있는 복수의 로터 블레이드를 가진 로터; 상기 로터 블레이드의 바깥쪽에 설치되어, 상기 로터 블레이드와 분급 공간을 개재하여 대향하는 가이드 베인; 상기 케이싱에 설치되어, 상기 가이드 베인을 개재하여 상기 분급 공간에 분급용 공기를 공급하는 공기 공급구; 상기 케이싱의 상부에 설치되어, 상기 분산판에 대향하는 분체 공급구; 분급된 미분을 분급기 외부로 배출하는 미분 배출구를 구비한 원심식 분급기에 있어서:

분급용 공기의 유입 단면적 S2와, 상기 직경의 산술 평균치 D와의 관계가, S2/D²=0.8~1.4인 것을 특징으로 한다.

이 발명은, 케이싱 내에 설치된 로터로서, 로터 회전축에 간격을 두고 고정되어 있는 회전 원판 및 분산판과, 상기 양 판의 바깥둘레부에 끼워 지지되어 있는 복수의 로터 블레이드를 가진 로터; 상기 로터 블레이드의 바깥쪽에 설치되어, 상기 로터 블레이드와 분급 공간을 개재하여 대향하는 가이드 베인; 상기 케이싱에 설치되어, 상기 가이드 베인을 개재하여 상기 분급 공간에 분급용 공기를 공급하는 공기 공급구; 상기 케이싱의 상부에 설치되어, 상기 분산판에 대향하는 분체 공급구; 분급된 미분을 분급기 외부로 배출하는 미분 배출구를 구비한 원심식 공기분급기에 있어서:

상기 S1과 상기 D와의 관계가, S1/D²=0.9~1.6이고, 또한, 상기 S2와 상기 D와의 관계가, S2/D²=0.8~1.4인 것을 특징으로 한다.

이 발명의 상기 분체 공급구가, 1개소이고, 또한, 상기 로터 회전축을 포함한 위치에 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.

이 발명의 상기 분체 공급구가, 상기 로터 회전축을 포함하지 않는 위치에, 1개, 또는, 복수개 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.

이 발명의 상기 분급 공간을 통과하여 로터 내부에 유입하는 분급용 공기는, 미분 배출구를 향할 때의 로터 최상부에서의 속도의 연직 방향 성분이, 12㎧이상, 바람직하게는, 16㎧~22㎧인 것을 특징으로 한다.

이 발명의 로터 블레이드는, 수평인 둥근 고리형상의 구분판에 의해 복수층으로 나누어지고, 상기 구분판의 선단은, 상기 로터 블레이드의 선단과 거의 동일 평면상에 위치하고 있는 것을 특징으로 한다.

이 발명의 상기 구분판의 선단이, 상기 로터 블레이드의 선단보다 0~7㎜ 돌출하고 있는 것을 특징으로 한다.

[발명의 효과]

본건 발명을, 시멘트 제조 공장 등의 설비에 적용했을 경우, 필요한 최저 한도의 분급용 공기의 유량으로 소정의 정밀도와 회수율의 분급이 가능하므로, 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다. 한편, 상술한 바와 같이, 상기 분급용 공기에는, 공기 외에, 가스가 포함되어 있는 것은 물론이다.

(1) 필요한 최소 한도의 설비 투자가 이루어진다(분급기 본체, 팬 또는 블로어, 백 필터 등의 집진기).

(2) 필요 최소 한도의 러닝 코스트가 소비된다(필요 최소 한도의 설비에 따른 소요 전력비 저감, 백 필터 여과포 등 소모품의 유지보수 및 교환 비용).

(3) 자원 에너지의 절약 및 환경 부하 저감이 이루어진다(필요 최소 한도의 설비에 따른 설비의 소형화 및 소요 전력 에너지 소비 저감).

도 1~도 6은, 실험에 이용한 원심식 분급기를 나타내는 도면으로, 도 1은, 원통의 로터를 구비한 분급기의 사시도, 도 2는 원추대의 로터를 구비한 분급기의 종단면도이다.

도 3, 도 4는, 로터의 높이를 비교하기 위한 실험에 이용한 원심식 분급기를 나타내는 도면으로, 도 3은 종래의 로터 높이가 높은 원심식 공기분급기의 주요부 확대도, 도 4는 로터의 높이가 낮은 원심식 공기분급기의 주요부 확대도이다.

도 5, 도 6은, 로터 블레이드의 분급에 공헌하고 있는 부분을 조사하기 위한 실험에 이용한 원심식 공기분급기로서, 도 5(A)는 2매의 구분판을 구비한 비교적 소형의 원심식 공기분급기의 주요부 확대도, 도 5(B)는 3매의 구분판을 구비한 중 형의 원심식 공기분급기의 주요부 확대도, 도 5(C)는 4매의 구분판을 구비한 비교적 대형의 원심식 분급기의 주요부 확대도, 도 6은, 로터 측면적 S1, 공기유입 단면적 S2를 구하는 식을 설명하기 위한 주요부 확대 사시도이다.

도 7은 상기 S1과, 상기 D×D와의 관계를 나타내는 도면, 도 8은 상기 S2와 상기 D×D와의 관계를 나타내는 도면이다.

도 9, 도 10은, 분체 공급구의 수에 의한 분급 효과를 비교하기 위한 실험에 이용한 원심식 공기분급기로서, 도 9는, 분체 공급구(1)가 1개인 경우를 나타내는 종단면도, 도 10은, 분체 공급구가 복수의 경우를 나타내는 도면이고, 도 10(A)는 평면도, 도 10(B)는 종단면도이다.

실시예 1

이 발명의 제1 실시예에 대하여 설명한다.

도 1, 도 2에 도시한 원심식 공기분급기는, 세계의 시멘트 공장에서 종래로부터 널리 실제 조업에 사용되고 있는 전형적인 해당 분급기이다. 상술한 바와 같이, 이 분급기는, 하부를 원추형상의 호퍼(h)로 한 케이싱(k)과, 상기 케이싱 원통형상부 접선 방향을 향한 공기 공급구(7)와, 상기 케이싱 정상부에 부착한 미분 배출구(8)와, 상기 케이싱 원통부 내의 거의 중심에 부착한 로터 회전축(10)과, 상기 회전축(10)에 축장한 회전판(11)과, 분체 공급구(1)로부터 분체 원료(3)가 낙하하는 위치에 부착한 분산판(2)과, 일단을 상기 회전판(11)에 고정하고, 타단을 분산판(2)에 고정한 복수의 로터 블레이드(5)와, 상기 로터 블레이드(5)에 부착되어, 상기 분산판(2)과 상기 회전판(11) 사이에서 구성되는 분급실을 복수층으로 구분하는 수평의 구분판(9)과, 상기 케이싱(k)내에 설치되어, 상기 로터 블레이드(5)와 분급 공간(12)을 개재하여 대향하는 가이드 베인(4)을 구비하고 있다.

이 분급기의 작동을 간단하게 설명한다. 분체 공급구(1)로부터 투입된 분체 원료(3)는, 회전하고 있는 로터(6)의 분산판(2) 상에 낙하하고, 분산되면서 수평 방향으로 비산하여, 충돌판(13)에 충돌하여 분산(또는 해쇄)된 후, 분급 공간(12)내로 낙하한다. 이때, 분급용 공기(공기 또는 가스) A가, 공기 공급구(7)로부터 공급되어 가이드 베인(4)을 통과하여 상기 분급 공간(12)에 유입하고 있다.

이 분급용 공기 A는 속도가 로터(6)의 중심을 향하는 성분을 가지고 선회류를 형성하고, 로터 블레이드(5)에 의해서 분급에 필요한 속도까지 가속된다. 상기 분급 공간(12)에 공급된 입자(분체 원료)(3)는, 상기 분급용 공기 A와 함께 선회 운동을 시작한다. 이때, 상기 입자에 작용하는 원심력과 항력의 밸런스에 의해서 분급이 이루어진다. 상기 밸런스에 의해서 정해지는 분리 입자 지름보다 작은 입자 (미분) B는, 상기 분급용 공기 A와 함께, 로터(6)의 내부로 들어가, 분산판(2) 및 구분판(9)의 중앙 관통 구멍을 통과하여 미분 배출구(8)로부터 분급기 외부로 배출되어 도시하지 않은 백 필터에 의해 포집된다. 또한, 상기 분리 입자 지름보다 큰 입자(조분) C는, 반복 분급 작용을 받으면서, 중력에 의해서 침하하여, 호퍼(h) 하부로부터 배출된다. 한편, 상기 분리 입자 지름은, 로터(6)의 회전 속도에 의해서 조정된다.

본건 발명자는, 상기 원심식 공기분급기를, 본 발명에 기초하여 개조하여, 공기유량, 분급 정밀도 및 회수율(이 실시예에서는 분쇄기와 연결한 폐회로 분쇄 프로세스이므로, '분쇄량'으로 평가한다.)을 조사한바, 표 2에 나타내는 결과를 얻었다.

한편, 상기 S1(㎡)는, 개조 전 8.54 개조 후 5.98,

상기 S2(㎡)는, 개조 전 7.35 개조 후 5.15,

상기 D(m)는, 개조 전 2.15 개조 후 2.15로 설정되어 있다. 이 설정은, 보통 시멘트, 조강 시멘트의 어느 경우나 동일하다.

이 표 2중에서, '비표면적'은 분체 제품(이 경우 시멘트)의 세밀함을 종합적으로 나타낸 것이다. 또한, '32㎛ 잔분'은 시멘트의 품질과 분급 정밀도의 양부를 표시하는 지표로서, 값이 작을수록 품질, 분급 정밀도 모두 높고(좋고), '분할율 β'는 분급 정밀도와 회수율의 쌍방을 나타낸 지표로서, 값이 작아질수록 분급 정밀도, 회수율 모두 높은(좋은) 것을 의미한다. 한편, 이 분할율 β의 계산방법과 상세한 설명은 많은 서적에 기재되어 있다.(예를 들면, 이토 미츠히로 저(著) '분체 기기·장치의 기초'(공업 조사회, 2005년) p.47-51)

이 표 2로부터도 알 수 있듯이, 보통 시멘트 및 조강 시멘트의 어느 쪽의 경우든, 개조 전의 단계에서 분급 공기유량을 25%~30% 저감했을 경우(표 2의 '개조 전(참고)'란), 회수율, 분급 정밀도 모두 대폭 악화되고 있다. 그러나, 본 발명에 의한 개조 후에는, 분급 공기유량을 개조 전에 비하여 30% 정도 저감했음에도 불구하고, 분급 정밀도(이 경우, 32㎛ 잔분과 분할율 β) 및 회수율(이 경우, 분쇄량)이 함께 종래의 값을 유지하고 있으며, 분체 공급구를 더 증가하는 것에 의해서, 분급 정밀도 및 회수율은 약간 향상하고 있다. 한편, 이들 값은, 시멘트 제조에 관련된 기술자라면 일견하여 알 수 있지만, 극히 좋은 값이다.

표 2에 있어서, *는, 분급용 공기의 유량을 약 30% 저감했을 경우, **는, 분급용 공기유량을 약 30% 저감함과 함께, 분체 공급구의 수를 증가시켰을 경우를 각각 나타낸다.

실시예 2

실시예 2는, 개조가 아니라, 본 발명에 기초한 비교적 대형의 해당 분급기를 새롭게 설치한 케이스이며, 실시예 1과 동일한 원심식 분급기를 본 발명에 기초하여 다시 설계한 것이다. 성능의 비교 대상으로서는, 실시예 1과 동류로 또한 동일 시멘트 공장 내에서 인접하여 조업 중인 동일 생산 규모의 원심식 분급기로서, 본 발명의 기술이 적용되지 않은 케이스이며, 이들 각종 데이터를 표 3에 나타냈다.

한편, S1(㎡)은, 본 발명 9.00 비교 대상 12.86, S2(㎡)는, 본 발명 7.75 비교 대상 11.07, D(m)는, 본 발명 2.64 비교 대상 2.64, 이다. 보통 시멘트, 조강 시멘트의 어느 경우나 동일하게 설정했다.

이 표로부터도 알 수 있듯이, 실시예 1과 마찬가지로, 분급에 사용하는 공기량은, 대상이 되는 종래 사양의 동일 종류의 분급기에 비해, 30% 정도 저감(비교 대상의 3000㎥/min에 대해서 본 발명에서는 2100㎥/min)하고 있음에도 불구하고, 분급 정밀도(이 경우, 30㎛ 잔분, 45㎛ 잔분과 분할율 β) 및 회수율(이 경우, 분쇄량) 모두 비교 대상에 비해 좋은 값이 되어 있으며, 즉, 본 발명에 의해서 분급용 공기의 유량을 30% 저감하고 있음에도 불구하고, 분급 정밀도 및 회수율 모두 좋은 성능을 나타내고 있다.

Claims

케이싱 내에 설치된 로터로서, 로터 회전축에 축방향으로 간격을 두고 고정되어 있는 분산판 및 회전판과, 상기 양 판의 바깥둘레부에 끼워 지지되어 있는 복수의 로터 블레이드를 가진 로터; 상기 로터 블레이드의 바깥쪽에 설치되어, 상기 로터 블레이드와 분급 공간을 개재하여 대향하는 가이드 베인; 상기 케이싱에 설치되어, 상기 가이드 베인을 개재하여 상기 분급 공간에 분급용 공기를 공급하는 공기 공급구; 상기 케이싱의 상부에 설치되어, 상기 분산판에 대향하는 분체 공급구; 분급된 미분을 분급기 외부로 배출하는 미분 배출구를 구비한 원심식 공기분급기에 있어서,

상기 로터 회전축을 축으로 하고, 상기 로터 블레이드에 외접하는 원통 또는 원추대의 측면의 면적 S1과, 상기 로터 회전축에 직교하고, 또한, 상기 로터 블레이드에 외접하는 원의 직경의 산술 평균치 D와의 관계가,

S1/D²=0.9~1.6

인 것을 특징으로 하는 원심식 공기분급기.
제 1 항에 있어서, 상기 S1/D²=1.1~1.5인 것을 특징으로 하는 원심식 공기분급기.
케이싱 내에 설치된 로터로서, 로터 회전축에 축방향으로 간격을 두고 고정되어 있는 분산판 및 회전판과, 상기 양 판의 바깥둘레부에 끼워 지지되어 있는 복수의 로터 블레이드를 가진 로터; 상기 로터 블레이드의 바깥쪽에 설치되어, 상기 로터 블레이드와 분급 공간을 개재하여 대향하는 가이드 베인; 상기 케이싱에 설치되어, 상기 가이드 베인을 개재하여 상기 분급 공간에 분급용 공기를 공급하는 공기 공급구; 상기 케이싱의 상부에 설치되어, 상기 분산판에 대향하는 분체 공급구; 분급된 미분을 분급기 외부로 배출하는 미분 배출구를 구비한 원심식 공기분급기에 있어서,

분급용 공기의 유입 단면적 S2와, 상기 로터 회전축에 직교하고, 또한, 상기 로터 블레이드에 외접하는 원의 직경의 산술 평균치 D와의 관계가,

S2/D²=0.8~1.4

인 것을 특징으로 하는 원심식 공기분급기.
제 3 항에 있어서, 상기 S2/D²=0.9~1.3인 것을 특징으로 하는 원심식 공기분급기.
케이싱 내에 설치된 로터로서, 로터 회전축에 간격을 두고 고정되어 있는 회전 원판 및 분산판과, 상기 양판의 바깥둘레부에 끼워 지지되어 있는 복수의 로터 블레이드를 가진 로터; 상기 로터 블레이드의 바깥쪽에 설치되어, 상기 로터 블레이드와 분급 공간을 개재하여 대향하는 가이드 베인; 상기 케이싱에 설치되어, 상기 가이드 베인을 개재하여 상기 분급 공간에 분급용 공기를 공급하는 공기 공급구; 상기 케이싱의 상부에 설치되어, 상기 분산판에 대향하는 분체 공급구; 분급된 미분을 분급기 외부로 배출하는 미분 배출구를 구비한 원심식 공기분급기에 있어서,

상기 로터 회전축을 축으로 하고, 상기 로터 블레이드에 외접하는 원통 또는 원추대의 측면의 면적 S1과, 상기 로터 회전축에 직교하고, 또한, 상기 로터 블레이드에 외접하는 원의 직경의 산술 평균치 D와의 관계가, S1/D²=0.9~1.6이고,

분급용 공기의 유입 단면적 S2와 상기 D와의 관계가, S2/D²=0.8~1.4인 것을 특징으로 하는 원심식 공기분급기.
제 5 항에 있어서, 상기 S1/D²=1.1~1.5이고, 상기 S2/D²=0.9~1.3인 것을 특징으로 하는 원심식 공기분급기.
제 1, 2, 3, 4 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 분체 공급구가, 1개소이고, 또한, 상기 로터 회전축을 포함한 위치에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 원심식 공기분급기.
제 1, 2, 3, 4 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 분체 공급구가, 상기 로터 회전축을 포함하지 않는 위치에, 1개, 또는, 복수개 설치되어 있으며,

상기 로터 회전축으로부터 상기 각 분체 공급구의 수평 단면에 외접하여 끼워지고, 또한, 상기 로터 회전축에 수직인 2개의 직선이 이루는 내각의 합계 θF 는,

90°≤θF≤360°

인 것을 특징으로 하는 원심식 공기분급기.
제 1, 2, 3, 4 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 분급 공간을 통과하여 로터 내부에 유입하는 분급용 공기는, 미분 배출구를 향할 때의 로터 최상부에서의 속도의 연직 방향 성분이, 12㎧이상인 것을 특징으로 하는 원심식 공기분급기.
제 9 항에 있어서, 상기 미분 배출구를 향할 때의 로터 최상부에서의 속도의 연직 방향 성분이, 16㎧~22㎧인 것을 특징으로 하는 원심식 공기분급기.
제 9 항에 있어서, 상기 분체 공급구가, 1개소이고, 또한, 상기 로터 회전축을 포함한 위치에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 원심식 공기분급기.
제 9 항에 있어서, 상기 분체 공급구가, 상기 로터 회전축을 포함하지 않는 위치에, 1개, 또는, 복수개 설치되어 있으며,

상기 로터 회전축으로부터 상기 각 분체 공급구의 수평 단면에 외접하여 끼워지고, 또한, 상기 로터 회전축에 수직인 2개의 직선이 이루는 내각의 합계 θF는, 90°≤θF≤360°

인 것을 특징으로 하는 원심식 공기분급기.
제 1, 2, 3, 4 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 로터 블레이드는, 수평인 둥근 고리형상의 구분판에 의해 복수층으로 나누어지고, 상기 구분판의 선단은, 상기 로터 블레이드의 선단으로부터 0~7㎜ 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 원심식 공기분급기.
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