KR102505661B1

KR102505661B1 - 분급 로터 및 분급 장치

Info

Publication number: KR102505661B1
Application number: KR1020217008680A
Authority: KR
Inventors: 미쓰기 인쿄; 마코토 사토; 마사아키 오기하라; 유타 호소노
Original assignee: 사타케 멀티믹스 가부시키가이샤; 미쓰기 인쿄
Priority date: 2018-09-26
Filing date: 2018-12-27
Publication date: 2023-03-06
Also published as: US20220032343A1; CN112739461A; JP7166351B2; WO2020066046A1; CN112739461B; DE112018008021T5; KR20210043691A; JPWO2020066046A1

Abstract

종래의 분급 로터는 분급 날개의 배면에 발생하는 박리 와류에 의해, 분급 정밀도가 나쁘다는 결점이 있었다.
본 발명의 분급 로터는 외주부에 개구부를 가지고, 상기 개구부로부터 내부로 유입된 유체를 외부로 배출하는 배출구를 가지는 회전 자재인 케이스체와, 상기 케이스체 내의 외주측 부분에, 원주 방향으로 원하는 간격을 두고 배치된 복수의 분급 날개로 이루어지고, 상기 분급 날개의 방향과, 상기 케이스체의 회전 방향이 이루는 각도가 원하는 경사 각도가 되도록 상기 분급 날개를 상기 케이스체에 설치하고, 상기 원하는 경사 각도란, 상기 이루는 각도를, 90도에서 서서히 작아지도록 상기 분급 날개를 경사지게 한 경우에, 분급 정밀도가 좋아지는 각도인 것을 특징으로 한다. 또, 분급 날개의 내측에, 복수의 정류 날개를 설치한다.

Description

분급 로터 및 분급 장치

본 발명은 예를 들면, 기체 중이나, 액체 중의 미세한 입자 등을 분급하기 위한 분급 로터에 관한 것이다. 또, 본 발명은 상기 분급 로터를 가지는 건식 또는 습식의 분급 장치에 관한 것이다. 본 발명은 특히, 지극히 높은 분급 정밀도의 분급 로터 및 분급 장치를 제공하는 것이다. 그리고, 본 발명에 의하면, 조립(粗粒)의 혼입이 매우 적고, 또, 샤프한 입도 분포를 실현할 수 있다.

분급 장치에는 공기 등의 기체 중의 미립자를 분급하는 건식 타입의 분급 장치와, 슬러리 등의 액체 중의 미립자를 분급하는 습식 타입의 분급 장치가 있다. 어느 분급 장치도, 분급 날개를 원주 방향으로 서로 이간하여, 회전 중심으로부터 방사 형상으로 배치한 분급 로터를 고속 회전시킴으로써, 미립자를 분급한다. 혹은, 어느 분급 장치도, 분급 날개를 원주 방향으로 서로 이간하고, 회전 중심으로부터 약간 편심(偏心)시켜 배치된(반경 방향으로부터 약간 경사지게 하여 배치된) 분급 로터를 고속 회전시킴으로써, 미립자를 분급한다.

상기 분급의 구조는 다음과 같다. 우선, 분급 로터의 각 인접하는 분급 날개 사이에 형성되는 분급실 내에, 기체 또는 액체 등의 유체가 외주부로부터 유입된다. 그리고, 이 유체가 외주부로부터 내주 측을 향하여 이동하는 동안, 유체 중의 입자가 분급 로터의 고속 회전에 의한 원심력(F)과, 이 원심력의 작용 방향과 역방향의 내주 방향을 향하여 흐르는 유체의 항력(R)을 받는다. 그리고, 양자가 밸런스하는(F=R가 된다) 분급 입자 지름보다 지름이 큰 조립(粗粒)은 분급 로터 밖으로 배출된다. 또, 양자가 밸런스하는 분급 입자 지름보다 지름이 작은 미립(微粒)은 분급 로터 안으로 유입하게 된다.

도 16은 건식 타입의 분급 장치(1)를 구비한 분급 시스템 전체의 개략 구성도를 나타낸다. 상기 분급 장치(1)는 예를 들면, 하우징(2)과, 상기 하우징(2) 내에 설치된 분급 로터(3)와, 상기 분급 로터(3)를 회전시키는 회전 수단(4)과, 상기 분급 로터(3)에 의해 분급되어 상기 분급 로터(3) 내로 유입한 미립을 상기 하우징(2) 밖으로 유출시키는 유출실(5)로 이루어진다. 상기 회전 수단(4)은 예를 들면, 모터(도시하지 않음)와 상기 모터에 의해 회전 구동되는 회전축(4a)으로 이루어진다.

그리고, 상기 분급 장치(1)의 상기 하우징(2) 내에, 예를 들면, 원료 공급 장치(6)로부터의 원료가 공기와 함께 공급구(2a)로부터 공급된다. 그리고, 상기 원료는 상기 하우징(2) 내에 설치된 고속 회전하는 분급 로터(3)에 의해, 조립과 미립으로 분급된다. 그리고, 조립은 상기 분급 장치(1)의 하우징(2)의 배출구(2b)로부터 배출되어 용기(7)로 회수된다. 또, 상기 분급 로터(3)의 외주부로부터 분급 로터(3) 내로 유입한 미립은, 상기 분급 로터(3)의 중심부에 형성된, 상기 분급 로터(3)의 회전축(4a) 주위에 형성된 배출구(8)로부터, 상기 배출구(8)에 연이어 통한 유출실(5)로 배출된다. 그리고, 상기 유출실(5)로부터 상기 하우징(2) 밖으로 유출된 미립은, 예를 들면, 미립과 공기를 분리시키는 백 필터(도시하지 않음)를 통하여, 미립 회수 탱크(도시하지 않음)로 회수된다.

또, 도 17은 습식 타입의 분급 장치(9)를 구비한 분급 시스템 전체의 개략 구성을 나타낸다. 상기 분급 장치(9)는 예를 들면, 하우징(10)과, 상기 하우징(10) 내에 설치된 분급 로터(11)와, 상기 분급 로터(11)를 회전시키는 회전 수단(12)과, 상기 분급 로터(11)에 의해 분급되어 상기 분급 로터(11) 내로 유입된 미립을 상기 하우징(10) 밖으로 유출시키는 상기 회전 수단(12)의 회전축(12a)에 형성된 축 방향으로 연장된 관통 구멍(13)으로 이루어진다. 상기 회전 수단(12)은 예를 들면, 모터(도시하지 않음)와, 상기 모터에 의해 회전 구동되는 회전축(12a)으로 이루어진다.

그리고, 상기 분급 장치(9)의 상기 하우징(10) 내에, 예를 들면, 원료 슬러리 탱크(14)로부터의 원료 슬러리가 정량 펌프(15)에 의해 공급구(10a)로부터 공급된다. 그리고, 상기 분급 장치(9) 내에 설치된 고속 회전하는 분급 로터(11)에 의해, 원료 슬러리가 조립과 미립으로 분급된다. 그리고, 조립은 상기 분급 장치(9)의 하우징(10)의 배출구(10b)로부터 하우징(10) 밖으로 배출된다. 또, 상기 분급 로터(11)의 외주부로부터 분급 로터(11) 내로 유입한 미립은, 상기 분급 로터(11)의 중심부에 형성된 배출구(16)로부터, 상기 배출구(16)에 연이어 통한, 상기 분급 로터(11)에 고정된 회전축(12a)의 관통 구멍(13)을 통과하여, 회수 탱크(17)로 회수되게 된다.

상기 분급 로터(3, 11)는 모두, 외주부에 상기 하우징 내의 기체나 액체 등의 유체를 내부에 도입하는 개구부를 가지고, 중앙부에, 상기 분급 로터 내부에 유입한 미립을, 분급 로터 외부로 배출하는 배출구를 가지는 회전 자재인 케이스체와, 상기 케이스체 내의 외주측 부분에, 원주 방향으로 원하는 간격을 두고, 회전 중심으로부터 방사 형상으로 배치된, 또는, 회전 중심으로부터 약간 편심하여 배치된(반경 방향으로부터 약간 경사지게 배치된) 분급 날개로 이루어진다.

상기 분급 로터(3, 11)는, 예를 들면, 도 18 및 도 19에 나타내는 바와 같이, 상하로 이간하여 같은 축에 배치된 2장의 같은 형상의 원판 형상의 판(18a, 18b)과, 상기 상측 판(18a)의 중심부에 설치된 배출구(8(16))로 이루어지는 케이스체와, 상기 2장의 판(18a, 18b)의 서로 대향하는 면의 외주측 부분 사이에, 둘레 방향에 등간격으로 회전 중심으로부터 방사 형상으로 설치되거나, 혹은, 회전 중심으로부터 약간 편심시켜 설치된(반경 방향으로부터 약간 경사지게 하여 설치된) 복수의 분급 날개(19)로 이루어진다. 그리고, 각 서로 인접하는 상기 분급 날개(19, 19) 사이에 분급실(20)이 형성된다.

예를 들면, 건식의 분급 장치로서는 예를 들면 특허 문헌 1이 있다. 또, 습식 타입의 분급 장치로서는 예를 들면, 특허 문헌 2가 있다.

그렇지만, 상기 종래의 분급 장치는 분급실 내에서는, 원심력과 항력이 밸런스하는 분급 입자 지름이 내주를 향할수록 커진다. 그리고, 고속 회전하는 분급 로터의 외측의 유체는 난류(亂流) 상태이기 때문에, 분급 로터의 분급실 내에, 설계된 분급 입자 지름보다 큰 조립이 날아 들어 왔을 경우에도, 분급 입자 지름과의 입자 지름의 차이가 작으면, 내주 측으로 섞여 들어가 중앙에 이르러, 그대로 회수될 우려가 있었다.

그 때문에, 분급실의 외주(인접하는 분급 날개의 선단 간의 둘레)에서 내주(인접하는 분급 날개의 기초부 간의 둘레)까지의 반경 방향 전역에서, 원심력(F)=효력(R)이 되는 분급 입자 지름이 일정한 지름(같은 지름)이 되도록 형성된, 개량된 분급 로터가 있다(특허 문헌 3).

특허문헌 1:일본 공개특허공보 2011－72993호 특허문헌 2:일본 공개특허공보 2002－143707호 특허문헌 3:WO2018/030429호 공보

상기 개량된 분급 로터(3, 11)의 일례는 예를 들면, 도 20 및 도 21에 나타낸다. 상기 개량된 분급 로터(3, 11)의 일례는 분급 날개(19)가 선단(외주단)으로부터 기초부(내주단)를 향하고, 원주 방향에 있어서의 두께(t)가 일정(동일)하며, 분급 로터의 회전축 방향에 있어서의 높이가 선단(외주단)으로부터 기초부(내주단)를 향하여 높게 형성되도록 형성된 분급 로터가 있다.

그리고, 분급실(20)의 직경(d) 위치에 있어서의 분급 날개(19)의 높이T(d)는 예를 들면, 하기 수학식 1에 의해 구해진다.

[수학식 1]

여기서, Q는 내주 방향을 향하는 유체의 유량, N은 원주 방향의 분급실 수, D₁은 분급 입자 지름, n은 로터의 회전수, η은 유체의 점도, ρ₁은 유체의 비중, ρ₂는 입자의 비중, t는 날개의 두께(일정)이다.

또, 상기 개량된 분급 로터(3, 11)의 다른 예는 예를 들면, 도 22 및 도 23에 나타낸다. 상기 개량된 분급 로터(3, 11)의 다른 예는 분급 날개(19)가 선단으로부터 기초부를 향하고, 분급 로터의 회전축 방향의 높이(T)가 일정(동일)하며, 원주 방향에 있어서의 두께(t)가 기초부(내주단)로부터 선단(외주단)을 향하여 두꺼워지도록 형성된다.

그리고, 분급실(20)의 직경(d) 위치에 있어서의 분급 날개의 원주 방향의 두께t(d)는 예를 들면, 하기 수학식 2에 의해 구해진다. 또한 원주 방향의 두께(이하, 단순히 날개의 두께라고 함)와 그 현(弦)과는 근사되어, 양자는 실질적으로 동일한 것으로서 취급된다.

[수학식 2]

여기서, Q는 내주 방향을 향하는 유체의 유량, N은 원주 방향의 분급실 수, D₁은 분급 입자 지름, n은 로터의 회전수, η은 유체의 점도, ρ₁은 유체의 비중, ρ₂는 입자의 비중, T는 날개의 높이(일정)이다.

또한, 도 23에 나타내는 바와 같이, 분급 날개의 내주단(기초부)에 있어서의 날개의 두께t(d)를 0으로 해도 좋다.

또, 상기 분급 로터(3, 11)의 또 다른 예는 예를 들면, 분급 날개(19)가 분급 로터의 회전축 방향에 있어서의 높이가 내주를 향하여 높게 형성됨과 함께, 원주 방향에 있어서의 두께가 외주를 향하여 두껍게 형성되도록 형성된다.

그리고, 이 분급실(20)의 직경(d) 위치에서의 분급 날개(19)의 높이T(d) 및 분급 날개(19)의 두께t(d)는 예를 들면, 하기 수학식 3, 수학식 4, 수학식 5에 의해 구해진다.

[수학식 3]

[수학식 4]

[수학식 5]

여기서, E(d)는 분급실의 직경(d) 위치에서의 날개 간의 간극, a는 내주 날개간의 간극 계수(πd₁－Nt₁)/(πd₁), b는 외주 날개 간의 간극 계수(πd₂－Nt₂)/(πd₂), d₁은 분급실의 내주 지름, d₂는 분급실의 외주 지름, t₁은 날개의 내주 두께, t₂는 날개의 외주 두께, Q는 내주 방향을 향하는 유체의 유량, N은 원주 방향의 분급실 수, D₁은 분급 입자 지름, η은 유체의 점도, ρ₁은 유체의 비중, ρ₂는 입자의 비중이다.

상기 개량된 분급 로터에 의하면, 조립이 날아 들어오는 것을 방지하고, 분급 정밀도를 높일 수 있게 된다.

또, 상기 개량된 분급 로터의 분급 날개를, 상기 로터의 반경 방향에 대하여, 약간 경사지게 한 경우에 있어서도, 마찬가지로 조립이 날아 들어오는 것을 방지하고, 약간 분급 정밀도를 높일 수 있게 된다(특허 문헌 3의 도 12 참조).

본 발명은 종래의 분급 로터나, 상기 개량된 분급 로터를 더욱 개량한 것이다. 그리고, 본 발명은 분급 날개의 배면에 발생하는 박리 와류를 방지하여, 분급 정밀도를 높이는 것이다.

또, 본 발명은 이 박리 와류의 발생에 기인한, 분급 작용에 기여하지 않는 에너지의 낭비를 방지할 수 있는 분급 로터를 제공하는 것이다. 더욱이 본 발명은 분급 로터의 마모를 방지할 수 있는 분급 로터를 제공하는 것이다.

상기의 목적을 달성할 수 있도록, 본 발명의 분급 로터는 외주부에 개구부를 가지고, 상기 개구부로부터 내부로 유입된 유체를 외부로 배출하는 배출구를 가지는 회전 자재인 케이스체와, 상기 케이스체 내의 외주측 부분에, 원주 방향으로 원하는 간격을 두고 배치된 복수의 분급 날개로 이루어지고, 상기 분급 날개의 방향과, 상기 케이스체의 회전 방향이 이루는 각도가 원하는 경사 각도가 되도록, 상기 분급 날개를 상기 케이스체에 설치하고, 상기 원하는 경사 각도란, 상기 이루는 각도를 90도에서 서서히 작아지도록 상기 분급 날개를 경사지게 한 경우에 분급 정밀도가 좋아지는 각도인 것을 특징으로 한다.

또, 상기 원하는 경사 각도는 상기 이루는 각도가 0도보다 크고 45도 이하(또는, 미만), 또는, 0도보다 크고 40도 이하(또는, 미만), 또는, 0도보다 크고 30도 이하(또는, 미만), 또는, 0도보다 크고 20도 이하(또는, 미만)가 되도록 상기 분급 날개를 상기 케이스체에 설치한 것을 특징으로 한다.

또, 상기 케이스체 내의, 상기 분급 날개보다 내측 부분에, 원주 방향으로 원하는 간격을 두고 배치된 복수의 정류 날개를 더 설치한 것을 특징으로 한다. 또, 상기 케이스체 내의, 상기 분급 날개보다 내측 부분에, 원주 방향으로 원하는 간격을 두고, 회전 중심으로부터 방사 형상으로 배치된, 또는, 회전 중심으로부터 편심하여 배치된 복수의 정류 날개를 더 설치한 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 분급 로터는 외주부에 개구부를 가지고, 상기 개구부로부터 내부로 유입된 유체를 외부로 배출하는 배출구를 가지는 회전 자재인 케이스체와, 상기 케이스체 내의 외주측 부분에 원주 방향으로 원하는 간격을 두고 배치된 복수의 분급 날개와, 상기 케이스체 내의, 상기 분급 날개보다 내측 부분에 원주 방향으로 원하는 간격을 두고 배치된 복수의 정류 날개로 이루어지는 것을 특징으로 한다. 또, 본 발명의 분급 로터는 외주부에 개구부를 가지고, 상기 개구부로부터 내부로 유입된 유체를 외부로 배출하는 배출구를 가지는 회전 자재인 케이스체와, 상기 케이스체 내의 외주측 부분에, 원주 방향으로 원하는 간격을 두고, 회전 중심으로부터 방사 형상으로 배치된, 또는, 회전 중심으로부터 편심하여 배치된 복수의 분급 날개와, 상기 케이스체 내의, 상기 분급 날개보다 내측 부분에, 원주 방향으로 원하는 간격을 두고, 회전 중심으로부터 방사 형상으로 배치된, 또는, 회전 중심으로부터 편심하여 배치된 복수의 정류 날개로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 분급 날개 및, 또는, 상기 정류 날개는 베르누이 곡선에 따라서 형성된 호 형상인 것을 특징으로 한다.

또, 인접하는 상기 분급 날개 사이에 형성되는 분급실 내의 외주에서 내주까지의 반경 방향 전역에서 분급되는 입자 지름이 일정하게 되도록, 상기 분급 날개의 형상이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 분급 장치는 상기 분급 로터를 가지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 조립의 혼입이 매우 적고, 또, 샤프한 입도 분포를 실현할 수 있게 된다. 또, 소비 동력을 작게 할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 실시예 1의 분급 로터의 사시도를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시예 1의 분급 로터의 측면도를 나타낸다.
도 3은 도 2의 A－A선 횡단면도를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시예 1의 다른 실시예의 분급 로터의 횡단면도를 나타낸다.
도 5는 분급 날개가 이루는 각도가 각각 다른 분급 로터(형상 1, 형상 2, 형상 3)의 단면도를 나타낸다.
도 6은 도 4에서의 각 분급 로터의 입도 분포를 비교한 도면이다.
도 7은 베르누이 곡선에 근거하는 분급 날개의 분급 로터(형상 4)의 단면도를 나타낸다.
도 8은 형상 3과 형상 4의 분급 로터의 입도 분포를 비교한 도면이다.
도 9는 이루는 각도를 설명하기 위한 설명용 종단면도이다.
도 10은 형상 1, 2, 3, 4의 각 분급 로터의 형상 계수(Np)를 나타낸 표이다.
도 11은 본 발명의 실시예 2의 분급 로터의 단면도이다.
도 12는 본 발명의 실시예 2의 다른 실시예의 분급 로터의 횡단면도를 나타낸다.
도 13은 정류 날개가 없는 경우의 분급 로터(형상 3)와, 정류 날개(이루는 각도(β)=90도)가 있는 경우의 분급 로터(형상 5)의 로터 내의 흐름을 CFD 해석한 도를 나타낸다.
도 14는 상기 형상 3과 형상 5의 경우의 분급 로터 내의 흐름의 모식도를 나타낸 도면이다.
도 15는 형상 3과 형상 5의 분급 로터의 입도 분포를 비교한 도면이다.
도 16은 종래의 건식 타입의 분급 장치를 가지는 분급 시스템 전체의 개략도이다.
도 17은 종래의 습식 타입의 분급 장치를 가지는 분급 시스템 전체의 개략도이다.
도 18은 종래의 분급 로터의 종단 측면도이다.
도 19는 도 18의 B－B선 횡단면도이다.
도 20은 종래의 개량된 분급 로터의 종단 측면도이다.
도 21은 도 20의 C－C선 횡단면도이다.
도 22는 종래의 개량된 다른 분급 로터의 종단 측면도이다.
도 23은 도 22의 D－D선 횡단면도이다.

본 발명을 실시하기 위한 형태의 실시예를 이하에 나타낸다.

실시예 1

본 발명의 실시예 1을 도 1∼도 10에 의하여 설명한다.

본 발명에 있어서는, 상기 종래의 분급 로터(3, 11) 대신에 분급 로터(21)를 이용한다.

상기 분급 로터(21)는 외주부에 상기 하우징(2, 10) 내의 슬러리 등의 액체나 기체 등의 유체를 내부에 도입하는 개구부를 가지고, 중앙부에 상기 로터 내부에 도입된 미립을 로터 외부로 배출하는 배출구를 가지는 회전 자재인 케이스체와, 상기 케이스체 내의 외주측 부분에 원주 방향으로 원하는 간격을 두고 배치된 복수의 분급 날개로 이루어지며, 상기 각 분급 날개와 상기 분급 로터(21)의 회전 방향이 이루는 각도(α)가, 원하는 경사 각도가 되도록 상기 분급 날개를 경사지게 설치한다.

상기 분급 로터(21)는 예를 들면, 도 1∼도 3에 나타내는 바와 같이, 상하로 이간하여 같은 축에 배치한 2장의 같은 형상의 원형 형상의 2장의 판(21a, 21b)과, 상기 상측 원판(21a)의 중심부에 설치된 배출구(22)로 이루어지는 케이스체와, 상기 2장의 판(21a, 21b)의 서로 대향하는 면의 외주측 부분 사이에, 등간격으로 복수 연결하여 설치된 분급 날개(23)로 이루어진다.

또한, 24는, 각 인접하는 분급 날개(23, 23) 사이에 형성되는 분급실을 나타낸다.

또한, 상기 각 분급 날개(23)는 예를 들면, 각각 동일 형상으로 형성된다. 또, 상기 각 분급 날개(23)는 예를 들면, 전면측(前面側)의 날개면(翼面)(회전 방향을 향하는 면)(23a)의 기초부(내주단)로부터 선단(외주단)을 향하는 형상이 직선 형상의 평판으로 이루어진다. 또, 상기 각 분급 날개(23)는 예를 들면, 상기 분급 로터(21)의 회전 중심으로부터 등거리 이간하고, 둘레 방향에 등간격으로 배치하여 설치된다. 또, 상기 각 분급 날개(23)는 예를 들면, 상기 이루는 각도(α)가 같은 각도가 되도록 설치된다.

그리고, 도 3은 분급실 내의 반경 방향 전역에서, 원심력(F)=효력(R)이 되는 분급 입자 지름이 일정(동일)하게 되도록 형성된 분급 날개의 예를 나타낸다. 상기 분급 날개의 예는, 예를 들면, 상기 각 분급 날개가 분급 로터의 회전축 방향의 높이(T)가 일정(동일)하고, 원주 방향에 있어서의 두께가 기초부(내주단)로부터 선단(외주단)을 향하여 두꺼워지도록 형성된 분급 날개의 예를 나타낸다. 또한 도 4와 같이, 분급실 내에서 분급 입자 지름이 일정(동일)하지 않은, 예를 들면, 두께가 일정(동일)한 분급 날개라도 좋다.

또, 상기 각 분급 날개(23)는 전면(前面)의 기초부(내주단)로부터 선단(외주단)을 향하는 형상이 직선 형상의 평판 이외에, 기초부로부터 선단을 향하는 형상이 원호 등의 호 형상이라도 좋다. 또, 상기 호는 예를 들면, 베르누이 곡선으로 이루어지는 호라도 좋다.

또, 상기 분급 날개(23)와 상기 분급 로터(21)의 회전 방향이 이루는 각도(α)란, 상기 분급 날개(23)의 전면측의 날개면(23a)의 선단으로부터 기초부를 향하는 방향(전면측 날개면의 방향)과, 상기 분급 날개(23)의 전면측의 날개면의 선단에 있어서의 회전 방향이 이루는 각도를 말한다. 다른 말로 하면, 상기 분급 날개(23)와 상기 분급 로터(21)의 회전 방향이 이루는 각도(α)란, 상기 분급 날개(23)의 전면측의 날개면(23a)의 선단(외주단)과 기초부(내주단) 사이에 그어진 선과, 상기 분급 로터(21)의 회전 중심점에서 상기 분급 날개(23)의 전면측의 선단(외주단)까지의 선과 직각으로 교차하는 선이 이루는 각도를 말한다. 구체적으로는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 상기 분급 날개의 전면측의 날개면의 선단으로부터 기초부를 향하는 방향(Q)과, 분급 날개의 전면측의 날개면의 상기 선단에 있어서의 회전 방향(P)과 이루는 각도(α)를 말한다.

그리고, 여러 가지 실험 등의 결과, 상기 이루는 각도(α)를 90도에서 서서히 작아지도록, 상기 분급 날개를 경사지게 한 경우에, 처음에는, 분급 정밀도가 나빠지지만(조립의 혼입이 많아지지만), 더욱 경사지게 했을 때에, 분급 정밀도가 좋아지는 각도가 있는 것을 알게 되고, 상기 각도를 원하는 경사 각도라고 한다.

그리고, 여러 가지 실험 등의 결과, 상기 이루는 각도(α)를 90도에서 서서히 작아지도록, 상기 분급 날개를 경사지게 한 경우에, 처음에는, 분급 정밀도가 나빠지지만(조립의 혼입이 많아지지만), 더욱 경사지게 하여, 특히, 50도 이하, 또는, 45도 이하가 될 때부터, 그 이전의 분급 정밀도에 비해, 크게 분급 정밀도가 좋아지는 각도가 있는 것을 알게 되고, 상기 각도를 원하는 경사 각도라고 한다.

또한, 상기 분급 정밀도가 좋아지는 각도란, 예를 들면, 상기 이루는 각도(α)를 90도에서 서서히 작아지도록 경사지게 했을 때에, 분급 정밀도가 나빠지는 부분에서부터, 좋아지기 시작한 각도를 말한다. 혹은, 상기 분급 정밀도가 좋아지는 각도란, 예를 들면, 상기 좋아지기 시작한 각도보다 더욱 경사지게 하여, 이루는 각도 90도에서 상기 좋아지기 시작한 각도 사이의 원하는 각도의 분급 정밀도보다 좋은 분급 정밀도가 되는 각도를 말한다. 혹은, 상기 분급 정밀도가 좋아지는 각도란, 예를 들면, 상기 좋아지기 시작한 각도보다 더욱 경사지게 하여, 이루는 각도 90도에서 상기 좋아지기 시작한 각도 사이에서, 가장 분급 정밀도가 좋은 각도의 분급 정밀도보다 좋은 분급 정밀도가 되는 각도를 말한다.

또한, 상기 분급 정밀도가 나빠지는 부분에서부터 좋아지기 시작한 각도가 복수 있는 경우에는, 어느 하나의 각도를 좋아지기 시작한 각도로 인정하도록 한다.

또, 상기 각도는 예를 들면, 후술하는 형상 계수를 고려하여 결정하도록 해도 좋다.

그리고, 상기 원하는 경사 각도는 여러 가지 실험 등에 의해 설정되는 값이지만, 예를 들면, 상기 이루는 각도(α)가 예를 들면, 0도보다 크고 45도 이하(또는 미만), 또는, 0도보다 크고 40도 이하(또는 미만), 또는, 0도보다 크고 30도 이하(또는 미만), 또는, 0도보다 크고 20도 이하(또는 미만)이다.

다음으로, 본 발명의 분급 로터(21)의 작용과 효과를 설명한다.

또한 하기에서는 습식 타입의 분급 장치에 있어서 설명하지만, 건식 타입의 분급 장치에서도 동일하다.

예를 들면, 습식 타입의 분급 장치(9)에 있어서, 상기 분급 장치(9)의 상기 하우징(10) 내에, 예를 들면, 원료 슬러리 탱크(14)로부터의 원료 슬러리가 정량 펌프(15)에 의해 공급구(10a)로부터 공급된다. 그리고, 상기 분급 장치(9) 내에 설치된 고속 회전하는 상기 분급 로터(21)에 의해, 원료 슬러리가 조립과 미립으로 분급된다. 그리고, 조립은 상기 분급 장치(9)의 하우징(10)의 배출구(10b)로부터 하우징(10) 밖으로 배출된다. 또, 상기 분급 로터(21)의 외주부로부터 분급 로터(21)의 분급실(24) 내로 유입한 미립은 상기 분급 로터(21)의 중심부에 형성된 배출구(22)로부터 상기 배출구(22)에 연이어 통한, 상기 분급 로터(21)에 고정된 회전축(12a)에 형성된 관통 구멍(13)을 통과하여, 회수 탱크(17)로 회수되게 된다.

또한, 원료 슬러리로서, 덴카제 용해 실리카 분산액(수도물)을 사용했다. 또, 분급 로터의 주속(周速)을 20m/s로 했다.

그리고, 상기 분급 날개(23)를, 이루는 각도(α)를 90도에서 서서히 줄여 경사지게 한 경우의 분급 정밀도에 대하여 실험했다. 그 결과, 상기 이루는 각도(α)를 90도에서 45도 정도까지 경사지게 한 경우, 형상 계수나, 분급 정밀도가 나빠지지만, 원하는 경사 각도 이하, 예를 들면, 40도 이하로 급경사로 한 경우에, 분급실 내의 와류가 경감되고, 또, 조대(粗大) 입자의 혼입 방지에 의해, 분급 정밀도가 향상되었다. 또, 소비 동력도 저감하게 되는 것을 알 수 있었다.

그래서, 상기 원하는 경사 각도를, 상기 이루는 각도(α)가 예를 들면, 0도보다 크고 45도 이하(또는 미만)가 되도록, 상기 분급 날개를 설치한다. 또는, 원하는 경사 각도를, 상기 이루는 각도(α)가 0도보다 크고 40도 이하(또는 미만)가 되도록 상기 분급 날개를 설치한다. 또는, 원하는 경사 각도를, 상기 이루는 각도(α)가 0도보다 크고 30도 이하(또는 미만)가 되도록, 상기 분급 날개를 설치한다. 또는, 원하는 경사 각도를, 상기 이루는 각도(α)가 0도보다 크고 20도 이하(또는 미만)가 되도록, 상기 분급 날개를 설치한다. 이들 원하는 경사 각도로 함으로써, 분급 정밀도를 높이는 것과 함께, 형상 계수를 작게 하여 동력을 작게 할 수 있으므로 바람직하다.

또한, 도 5(a), 도 5(b), 도 5(c)는 각각 분급 날개가 이루는 각도(α)가 75도인 분급 로터(형상 1)의 단면도와, 분급 날개가 이루는 각도(α)가 60도인 분급 로터(형상 2)의 단면도와, 분급 날개가 이루는 각도(α)가 30도인 분급 로터(형상 3)의 단면도를 나타낸다. 또, 도 6은 원료 슬러리를 상기 형상 1, 2, 3의 분급 로터에 의해, 각각 분급한 경우의 미립의 입도 분포를 비교한 도면이다. 또, 도 6은 가로축이 입자 지름(μm)이며, 세로축이 체적 기준 빈도(%)를 나타낸 것이다.

도 6에 나타내는 바와 같이, 종래의 로터인 이루는 각도(α)가 75도의 경우(형상 1)에 비해, 보다 경사지게 한, 이루는 각도(α)가 60도의 경우(형상 2)의 입도 분포는, 조립의 혼입이 증가하고 있다. 따라서, 이루는 각도(α)를 60도로 함으로써, 분급 정밀도가 나빠지는 것을 알 수 있다.

그렇지만, 더욱 경사지게 한, 이루는 각도(α)가 30도의 경우(형상 3)의 입도 분포는 이루는 각도(α)가 75도의 경우(형상 1)나 60도의 경우(형상 2)의 분급 분포에 비해, 조립의 혼입이 줄어 들고 있다. 따라서, 분급 날개를 급경사지게 함으로써, 분급 정밀도가 좋아지고 있는 것을 알 수 있다.

또, 도 7은 분급 날개가 이루는 각도(α)가 30도이며, 분급 날개의 기초부로부터 선단을 향하는 형상을 베르누이 곡선으로 한 분급 로터(형상 4)의 경우의 단면도를 나타낸다. 도 8은 원료 슬러리를, 상기 형상 3, 4의 분급 로터에 의해, 각각 분급한 경우의 미립의 입도 분포를 비교한 도면이다. 또, 도 8은 가로축이 입자 지름(μm)이며, 세로축이 체적 기준 빈도(%)를 나타낸 것이다.

도 8에 나타내는 바와 같이, 분급 날개의 기초부로부터 선단을 향하는 형상을 베르누이 곡선으로 해도, 직선 형상의 분급 날개와 같은 분급 정밀도를 높게 유지할 수 있다. 게다가, 후술하는 바와 같이, 분급 날개의 기초부로부터 선단을 향하는 형상을 베르누이 곡선으로 한 경우, 동력수(Np)를 저감할 수 있으므로, 불필요한 동력의 소비와 분급 로터의 마모를 저감할 수 있다.

또한, 분급 날개의 기초부로부터 선단을 향하는 형상이 예를 들면, 날개면의 전면측이 볼록 형상으로 부풀어 오르는 베르누이 곡선 등, 호 형상의 경우에는, 상기 이루는 각도(α)는, 도 9에 나타내는 바와 같이, 상기 분급 날개(23)의 전면측의 날개면(23a)의 선단(외주단)으로부터 기초부(내주단)를 향하는 방향과, 상기 분급 날개(23)의 전면측의 날개면의 선단(외주단)에 있어서의 회전 방향이 이루는 각도를 말한다. 다른 말로 하면, 상기 이루는 각도(α)는, 상기 분급 날개(23)의 전면측의 날개면(23a)의 선단(외주단)과 기초부(내주단) 사이에 그어진 선과, 상기 분급 로터(21)의 중심점에서 상기 분급 날개(23)의 전면측의 선단(외주단)까지의 선과 직각으로 교차하는 선이 이루는 각도를 말한다.

또, 도 10은 상기 형상 1, 2, 3, 4의 각 분급 로터의 형상 계수(Np)를 나타낸 표이다.

또, 분급 로터의 회전에 필요로 하는 소비 동력(P)은 수학식 6으로 나타낼 수 있다.

[수학식 6]

P는 소비 동력, ρ는 유체 밀도, N은 회전체의 회전수, d는 회전체의 직경, Np는 회전체 및 케이싱의 형상 계수를 나타낸다.

수학식 6에 의해, 분급 로터의 소비 동력(P)의 대소는 형상 계수(Np)로 표현할 수 있다. 그리고, 도 10에서 이루는 각도(α)가 75도인 분급 로터(형상 1)보다, 이루는 각도(α)가 60도인 분급 로터(형상 2) 쪽이 형상 계수(Np)가 크다. 그러나, 이루는 각도(α)가 60도인 분급 로터(형상 2)보다, 이루는 각도(α)가 30도인 분급 로터(형상 3) 쪽이 형상 계수(Np)가 작게 되어 있다. 따라서, 경사 각도를 원하는 경사 각도보다 작게 함으로써, 본 발명의 회전 로터의 Np는 작아지므로, 이것에 의해 소비 동력(P)을 억제할 수 있게 되는 것을 알 수 있었다.

또, 분급 날개의 기초부로부터 선단을 향하는 형상을 베르누이 곡선으로 함으로써, 직선 형상의 분급 날개에 비해, 동력수(Np)를 저감할 수 있다. 따라서, 분급 날개의 기초부로부터 선단을 향하는 형상을 베르누이 곡선으로 함으로써, 불필요한 동력의 소비와 분급 로터의 마모를 저감할 수 있다.

본 발명에 의하면, 분급 날개가 이루는 각도(α)를 상기 각도로 함으로써, 조립의 혼입이 매우 적고, 또, 샤프한 입도 분포를 실현할 수 있게 된다.

실시예 2

본 발명의 실시예 2에 있어서는, 도 11에 나타내는 바와 같이, 상기 실시예 1의 분급 로터(21), 또는, 종래의 분급 로터(3, 11), 또는, 개량된 분급 로터 등에 있어서, 상기 케이스체 내의, 상기 분급 날개(23, 19)보다 내측 부분에, 원주 방향으로 원하는 간격을 두고, 회전 중심으로부터 방사 형상으로 배치된, 또는, 회전 중심으로부터 편심하여 배치된(반경 방향에서 경사지게 배치된) 복수의 정류 날개(25)를 설치한다.

상기 각 정류 날개(25)는 예를 들면, 각각 같은 형상으로 형성된다. 또, 상기 각 정류 날개(25)는 예를 들면, 전면측의 날개면의 기초부(내주단)로부터 선단(외주단)을 향하는 형상이 직선 형상의 평판으로 이루어진다. 또, 상기 각 정류 날개(25)는 예를 들면, 상기 분급 로터(21, 3, 11)의 회전 중심으로부터 등거리 이간하고, 둘레 방향에 등간격으로 배치하여 설치된다. 또, 상기 각 정류 날개(25)는 예를 들면, 반경 방향에 대한 경사 각도가 동일하게 되도록 설치된다.

또한, 상기 분급 날개와 정류 날개(25)의 수는 특별히 한정은 없다. 상기 정류 날개(25)의 수는 상기 분급 날개의 수보다 적은 것이 바람직하다. 단, 너무 적게 되면, 정류 효과가 없어지기 때문에, 상기 정류 날개(25)의 수는 예를 들면, 상기 분급 날개의 수의 1/4배 이상의 정수의 수, 또는, 1/3배 이상의 정수의 수, 또는, 1/2배 이상의 정수의 수이다.

또, 상기 분급 날개와, 상기 정류 날개(25)는 원하는 거리 이간하여 설치된다.

또한 도 11에 나타내는 상기 실시예 2에 있어서는, 상기 정류 날개(25)는 상기 정류 날개(25)와 상기 분급 로터의 회전 방향이 이루는 각도(β)를 90도로 한 예이다. 상기 이루는 각도(β)를, 도 12에 나타내는 바와 같이, 상기 45도보다 크고 135도 이하가 되도록 경사지게 하여 설치하도록 해도 좋다.

또한, 상기 정류 날개(25)와 상기 분급 로터의 회전 방향이 이루는 각도(β)란, 상기 정류 날개(25)의 전면측의 날개면의 선단(외주단)으로부터 기초부(내주단)를 향하는 방향(전면측 날개면의 방향)과, 상기 정류 날개(25)의 전면측의 날개면의 선단(외주단)에 있어서의 회전 방향이 이루는 각도를 말한다. 다른 말로 말하면, 상기 정류 날개(25)와 상기 분급 로터의 회전 방향이 이루는 각도(β)란, 상기 정류 날개(25)의 전면측의 날개면의 선단(외주단)과 기초부(내주단) 사이에 그은 선과, 상기 분급 로터(21)의 회전 중심점으로부터 상기 정류 날개(25)의 전면측의 선단(외주단)까지의 선과 직각으로 교차하는 선이 이루는 각도를 말한다. 구체적으로는, 도 12에 나타내는 바와 같이, 상기 정류 날개의 전면측의 날개면의 선단으로부터 기초부를 향하는 방향(S)과, 정류 날개의 전면측의 날개면의 상기 선단에 있어서의 회전 방향(R)이 이루는 각도(β)를 말한다.

또한, 상기 도 12에 있어서의 분급 로터의 예는, 분급실 내의 반경 방향 전역에서, 원심력(F)=효력(R)이 되는 분급 입자 지름이 일정하게 되도록 형성된 분급 날개의 예를 나타낸다. 상기 분급 날개의 예는, 예를 들면, 상기 분급 날개가 분급 로터의 회전축 방향의 높이(T)가 일정하고, 원주 방향에 있어서의 두께가 기초부(내주단)로부터 선단(외주단)을 향하여 두꺼워지도록 형성된 분급 날개의 예를 나타낸다.

또, 상기 각 정류 날개(25)는 기초부로부터 선단을 향하는 형상이 직선 형상의 평판 이외에, 원호 등의 호 형상이라도 좋다. 또, 베르누이 곡선으로 이루어지는 호라도 좋다.

다음으로, 본 발명의 정류 날개(25)를 가지는 분급 로터의 작용과 효과를 설명한다.

본 실시예에 의하면, 정류 날개(25)를 설치함으로써, 로터 내의 분급 날개보다 내측의 유체의 흐름을 둘레 방향에서 일정하게 할 수 있게 된다.

도 13은 분급 날개가 이루는 각도(α)가 30도의 경우에 있어서, 정류 날개가 없는 경우의 분급 로터(형상 3)와, 정류 날개(이루는 각도(β)=90도)가 있는 경우의 분급 로터(형상 5)의 로터 내의 흐름을 CFD(computational fluid dynamics) 해석한 도면을 나타낸다. 정류 날개가 없는 형상 3에 있어서는, 로터 내의 분급 날개보다 내측의 유체의 흐름의 방향이 원주 방향의 장소에서 일정하게 되어 있지 않다. 그렇지만, 정류 날개가 있는 형상 5에 있어서는, 유체의 흐름의 방향이 원주 방향의 장소에서 일정하게 되어 있어, 난류가 해소되는 것을 알 수 있다.

또, 도 14는 상기 형상 3과 형상 5의 경우의 분급 로터 내의 흐름의 모식도를 나타낸 도면이다. 상기 정류 날개(25)가 없는 형상 3에 있어서는, 인접하는 분급 날개 사이에서 형성되는, 분급 작용을 가지는 분급실 내의 난류를 볼 수 있다. 그렇지만, 정류 날개가 있는 상기 형상 5에 있어서는, 상기 분급실로부터 내주 방향을 향하는 유체의 흐름의 난류가 방지되어, 정류화됨으로써, 상기 분급실(24) 내의 난류도 방지되는 것을 알 수 있다.

그리고, 도 15는 이루는 각도(α)를 30도로 하고, 정류 날개가 없는 형상 3과, 정류 날개가 있는 형상 5의 분급 로터에 의해, 원료 슬러리를, 각각 분급한 경우의 미립의 입도 분포를 비교한 도면이다. 도 15는 가로축이 입자 지름(μm)이며, 세로축이 체적 기준 빈도(%)를 나타낸 것이다. 도 15에서 정류 날개가 있는 형상 5의 분급 정밀도가 큰 폭으로 향상되어 있는 것을 알 수 있다.

종래의 정류 날개가 없는 분급 로터에 있어서는, 외주부로부터 유입하여, 분급 날개를 넘은 유체의 유동 상태가 불안정하게 되고, 그것이 분급실 내의 유동 상태에 영향을 주어, 분급 정밀도를 나쁘게 했다. 그렇지만, 정류 날개를 설치함으로써, 분급 날개보다 내측의 유체의 흐름을 안정화시킬 수 있었다. 그리고, 이것에 의해 분급실 내에 있어서의 유동 상태가 안정화되어, 분급 정밀도를 큰 폭으로 개선할 수 있게 된다.

[산업상의 이용 가능성]

본 발명의 분급 장치는, 건식, 습식에 있어서의 미크론 레벨 및 서브미크론까지의 모든 분체의 분급을 취급하는 각 공업계 전반에 이용할 수 있다. 예를 들면, 금속 공업, 화학 공업, 약품 공업, 화장품 공업, 안료, 세라믹 공업, 그 외의 공업에 이용할 수 있다.

１: 분급 장치
2: 하우징
2a: 공급구
2b: 배출구
3: 분급 로터
4: 회전 수단
4a. 회전축
5: 유출실
6: 원료 공급 장치
7: 용기
8: 배출구
9: 분급 장치
10: 하우징
10a: 공급구
10b: 배출구
11: 분급 로터
12: 회전 수단
12a: 회전축
13: 관통 구멍
14: 슬러리 탱크
15: 펌프
16: 배출구
17: 회수 탱크
18a: 판
18b: 판
19: 분급 날개
20: 분급실
21: 분급 로터
21a: 판
21b: 판
22: 배출구
23: 분급 날개
23a: 날개면
24: 분급실
25: 정류 날개

Claims

이간하여 같은 축에 배치된 원형 형상의 2장의 한쪽 및 다른 한쪽의 원판과, 이 2장의 원판의 외주부에 형성된 개구부로부터 내부로 유입된 유체를 외부로 배출하는, 상기 한쪽 원판의 중심부에 설치된 배출구로 이루어지는 회전 자재인 케이스체와,
상기 2장의 원판의 서로 대향하는 면의 외주측 부분에 원주 방향으로 원하는 간격을 두고 배치된 복수 연결하여 설치된 분급 날개와,
상기 케이스체 내의, 상기 분급 날개보다 내측 부분에, 상기 분급 날개 및 상기 배출구로부터 각각 원하는 거리 이간하여, 원주 방향으로 원하는 간격을 두고, 회전 중심으로부터 방사 형상으로 배치된, 또는 회전 중심으로부터 편심하여 배치된 복수의 정류 날개로 이루어지는 것을 특징으로 하는 분급 로터.
제 1 항에 있어서,
상기 정류 날개는 기초부로부터 선단을 향하는 형상이 직선 형상의 평판인 것을 특징으로 하는 분급 로터.
제 1 항에 있어서,
상기 정류 날개는 기초부로부터 선단을 향하는 형상이 베르누이 곡선에 따라서 형성된 호 형상인 것을 특징으로 하는 분급 로터.
제 1 항에 있어서,
상기 분급 날개의 방향과, 상기 케이스체의 회전 방향이 이루는 각도가 원하는 경사 각도가 되도록, 상기 분급 날개를 상기 케이스체에 설치되고,
상기 원하는 경사 각도란, 상기 이루는 각도를 90도에서 서서히 작아지도록 상기 분급 날개를 경사지게 한 경우에 분급 정밀도가 좋아지는 각도인 것을 특징으로 하는 분급 로터.
제 4 항에 있어서,
상기 원하는 경사 각도는 상기 이루는 각도가 0도보다 크고 45도 이하인 것을 특징으로 하는 분급 로터.
제 1 항에 있어서,
상기 분급 날개는 베르누이 곡선에 따라서 형성된 호 형상인 것을 특징으로 하는 분급 로터.
제 1 항에 있어서,
인접하는 상기 분급 날개 사이에 형성되는 분급실 내의 외주에서 내주까지의 반경 방향 전역에서, 분급되는 입자 지름이 일정하게 되도록, 상기 분급 날개의 형상이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 분급 로터.
제 1 항에 기재된 분급 로터를 가지는 분급 장치.