JP6982467B2 - 粉体処理装置 - Google Patents
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Description
図1は、本発明にかかる粉体処理装置の断面図である。粉体処理装置Aは、塊状の材料を粉粒体に破砕処理する。図1に示すように、粉体処理装置Aは、筐体10と、原料供給部20と、駆動部30と、粉砕部40と、旋回気流発生部50と、案内部60と、気流流出部70とを備える。なお、中心軸C1が延びる方向を上下方向とする。上下方向と直交する方向を径方向とし、中心に向う側を内側、中心から離れる側を外側とする。また、中心軸C1を中心とする円周に沿う方向を周方向とする。
筐体10は、ハウジング11と、軸保持部12と、原料受入孔13と、気流流入部14と、ボトムカバー15と、ヒンジ16と、を備える。ハウジング11は、上下に延びる中心軸C1に沿って延びる円筒状である。
図1に示すように、ハウジング11は、ハウジング底部111と、ハウジング筒部112と、フランジ部113と、ハウジング天板部114と、を備える。ハウジング底部111は、外側に拡がる円板状である。ハウジング11は、ハウジング底部11が水平となるように、図示を省略した架台等に固定される。ハウジング筒部112は、ハウジング底部111の外縁部から中心軸C1に沿って上側に向かって延びる筒状である。ハウジング筒部112は、中心軸C1を中心とする円筒状である。
図1に示すように、軸保持部12は、ハウジング底部111の中心部分に配置されて上下に延びる筒状である。軸保持部12は、中心が中心軸C1と一致する。軸保持部12は、ハウジング底部111にねじ等の固定具にて固定される。
原料受入孔13は、原料供給部20から供給される塊状の原料を、ハウジング筒部112、すなわち、筐体10内部に受け入れる。図1に示すように、原料受入孔13は、ハウジング筒部112に設けられ、径方向に貫通する貫通孔である。原料受入孔13は、ハウジング筒部112の内部に配置された、粉砕部40よりも上側に配置される。
気流流入部14は、ハウジング筒部112の外部から内部に流れ込む気流が供給される。図1に示すように、気流流入部14は、ハウジング筒部112に設けられ、径方向に貫通する貫通孔である。気流流入部14は、粉砕部40よりも下側に配置される。
ボトムカバー15は、ハウジング筒部112の内部において、粉砕部40よりも下側に配置される。ボトムカバー15は円環状である。ボトムカバー15と第1回転体41とは、上下に間隙をあけて対向する。そして、ボトムカバー15の上面と粉砕部40の第1回転体41の下面との間隙に気流が流入する。この気流によって、粉砕部40で粉砕された粉粒体が上側及び内側に搬送される。そのため、気流流入部14から供給される気流を、粉粒体を搬送する搬送気流と称する。
図1に示すように、原料供給部20は、原料供給管21と、スクリューコンベア22とを備える。原料供給管21は、管体であり、一部が原料受入孔13からハウジング筒部112の内部に挿入されて、固定される。原料供給管21の内部には、スクリューコンベア22が回転可能に配置される。スクリューコンベア22は、回転することで塊状の原料を原料供給管21に沿って移動させる。スクリューコンベア22にて移動された塊状の原料は、原料受入孔13からハウジング筒部112の内部に投入される。なお、スクリューコンベア以外の搬送方法を採用してもよい。
駆動部30は、粉砕部40及び旋回気流発生部50を駆動する。図1に示すように、駆動部30は、第1シャフト31と、第2シャフト32と、第1ベルト331と、第2ベルト332と、を備える。
第1シャフト31は筒状である。第1シャフト31の上端には、第1回転体41が固定される。第1シャフト31は、軸保持部12の内部に不図示のベアリングを介して回転可能に支持される。第1シャフト31は、軸保持部12に対して、上下方向に支持されるとともに中心軸C1周りに回転可能に支持される。
第2シャフト32は、円柱状であり、筒状の第1シャフト31の内部に配置される。第2シャフト32は、不図示のベアリングを介して第1シャフト31に回転可能に支持される。つまり、第2シャフト32は、軸保持部12に中心軸C1周りに回転可能に支持される。
粉砕部40は、原料供給部20よりも下側に配置される。そして、粉砕部40は、原料供給部20から供給された塊状の原料を粉粒体に粉砕する。ここで、粉砕部40の詳細について、新たな図面を参照して説明する。図2は、粉砕部の平面図である。図3は、図2に示す粉砕部のIII-III線断面図である。図1〜図3に示すように、粉砕部40は、ハウジング筒部112の内部に配置され、第1回転体41と、ハンマー42と、ライナー43とを備える。
図2に示すように、第1回転体41は、上下方向に見て円形である。すなわち、第1回転体41は円板状である。第1回転体41の中央には、上下に貫通した軸固定孔411が備えられる。軸固定孔411は、第1シャフト31が、回り止めされつつ、固定される。なお、第1シャフト31と軸固定孔411との固定は、例えば、圧入を挙げることができる。また、ねじ止め溶接、接着等、他に固定できる固定方法を広く採用できる。また、キー溝及びキーを用いて確実に回り止めするようにしてもよいし、第1シャフト31の断面形状を円形以外の形状として、回り止めするようにしてもよい。
ハンマー42は、粉砕部材の一例である。ハンマー42は、ハンマーベース421と、立ち上り部422と、粉砕刃423とを備える。ハンマーベース421は、平板状でありハンマー取付部412に挿入される。そして、ハンマーベース421は、例えば、ねじ40aで第1回転体41に固定される(図2、図3参照)。なお、固定方法は、溶接や接着等であってもよい。
図2に示すように、ライナー43は、環状である。ライナー43の内面は、ハンマー42の外面と径方向に間隙をあけて対向する。ライナー43は、複数個のライナーチップ431を備え、ライナーチップ431はハウジング筒部112の内周面に沿って周方向に互いに接して並設される。これにより、ライナー43はハンマー42に対向する内周面が多角形の環状に形成される。ライナーチップ431は、例えば、ねじでハウジング筒部112に固定されてもよい。ライナーチップ431は、内側の面に、凹凸が形成された粉砕刃432を備える。粉砕刃432は、ハンマー42の粉砕刃423と同様、上下に延びる凹凸であってもよい。また、粉砕刃432は、凹溝を交差させて形成し、凸部を正方形、正三角形等の多角形状に形成してもよい。また、ピン状の凸部を、2次元配列してもよい。
旋回気流発生部50は、筐体10の内部で粉砕部40の上側に配置される。すなわち、旋回気流発生部50の上側には、排出孔116が設けられる。旋回気流発生部50は、回転することで、筐体10の内部に旋回気流を発生させる。そして、旋回気流発生部50は、旋回気流を発生させることで、粉粒体に遠心力を付与する。旋回気流発生部50の詳細について、新たな図面を参照して説明する。図4は、旋回気流発生部及び案内部の平面図である。図1及び図4に示すように、旋回気流発生部50は、第2回転体51と、複数枚のブレード52と、を備える。
図4に示すように、第2回転体51は、平面視円形である。すなわち、第2回転体51は円板状である。第2回転体51には、第2シャフト32が回り止めされつつ、固定される。第2回転体51と第2シャフト32とは、中心が中心軸C1と重なる。なお、第2シャフト32の固定は、不図示の貫通孔に圧入することでなされてもよいし、ねじ止め、溶接、接着等、を採用してもよい。また、キー及びキー溝を用いて、回り止めを行ってもよい。これにより、第2シャフト32が回転することで、第2回転体51、すなわち、旋回気流発生部50は、中心軸C1周りに回転する。
第2回転体51の上面には、放射状に延び、複数枚のブレード52が周方向に等間隔且つ放射状に固定されている。複数枚のブレードは、例えば、第2回転体51の上面に形成された凹溝に挿入した後、溶接、接着等で固定してもよい。第2回転体51の上面に固定されたブレード52は、上側が外側に拡がる。すなわち、旋回気流発生部50が回転したとき、ブレード52の上端部分の外側の端部が通過する部分が、ブレード52の通過領域において、最も外側の部分となる。
図1、図4に示すように、案内部60は、ハウジング筒部112の内部に配置された、案内板61と、支持リブ62とを備える。案内板61は、案内部材の一例である。
図4に示すように、ハウジング筒部112の内部に複数枚(ここでは、6枚)の案内板61が、周方向に等間隔に配列されている。案内板61は、長方形板であり、案内板61は、上下に延びる。そして、案内板61は、旋回気流発生部50と径方向に対向する案内面611を備える。図1に示すように、案内面611の下端部は、旋回気流発生部50のブレード52の下端部と、同じ又は略同じ位置まで伸びている。
図1、図4に示すように、支持リブ62は、案内板61の案内面611と反対側の面とハウジング筒部112との内面とに固定される板状である。支持リブ62は、案内板61を固定している。支持リブ62を備えていることで、案内板61に気流が吹き付けられたときのたわみを抑制し、案内板61が、旋回気流を内側に案内する。
案内部60の他の例について説明する。図5は、案内板の他の取り付け方を示す断面図である。図5に示すように、案内板61を、ハウジング天板部114の下面に固定するようにしてもよい。図5では、案内板61をハウジング天板部114にねじ止めで固定しているが、ねじ止め以外にも溶接、溶着等を採用してもよい。また、図5に示すように、ハウジング天板部114の下面に直接取り付けて固定する案内板61aであってもよく、ハウジング天板部114の下面に形成され上側に凹む凹部に挿入して固定する案内板61bであってもよい。このように構成することで、ハウジング天板部114を取り外すことで、案内板(61a、61b)を外部に取り出すことができるため、案内板(61a、61b)のメンテナンスが容易である。なお、案内板をハウジング天板部114に取り付ける場合、案内板はハウジング天板部114の開閉時に邪魔になりにくい形状であればよい。また、ハウジング天板部114はヒンジを介することなく、フランジ部113に取り付けてもよい。
気流流出部70は、気流流入部14から流入した気流(空気)を外部に排出する。図1に示すように、気流流出部70は、ハウジング天板部114の上面に取り付けられる。気流流出部70は、排気筒部71と、排気フランジ72と、を備える。排気筒部71は、円筒形であり、ハウジング天板部114の中央に設けられた排出孔116と連通する。そして、ハウジング11の内部の空気は、排出孔116を介して排気筒部71に流入する。
本発明にかかる粉体処理装置Aは、以上示した構成を有している。次に、粉体処理装置Aを使用した粉体処理システムについて説明し、粉体処理システムに含まれる粉体処理装置の動作について説明する。図8は、本発明にかかる粉体処理システムの一例の概略配置図である。図8に示す粉体処理システムCLは、原料供給装置Maと、粉体処理装置Aと、フィルタ装置Ftと、ブロワBwとを備える。
粉体処理装置では、旋回気流発生部50によって発生する旋回気流と搬送気流で搬送された気流を用いて、内側に移動する粉粒体の粒径を調整可能である。このことを利用して、一定未満の粒径の粉粒体を排出しつつ、ハンマー42の粉砕刃423とライナー43の粉砕刃432との間で研磨を繰り返すことで、一定の粒径で、尖った部分が少ない、すなわち、球形に近い粉粒体を生成する(球形化と称する)ことができる。そして、粉体処理装置Aのハウジング筒部112に不図示の取出し口を設けておき、取出し口から取り出すことで、球形化された粉粒体を得ることができる。
本発明にかかる粉体処理装置Aの特性の評価を行った。比較例として、従来の粉体処理装置Pを用いた。図9は、比較例の試験に用いた従来の粉体処理装置の断面図である。
以下の評価において、本発明の粉体処理装置Aを用いた試験結果を実施例とし、従来の粉体処理装置Pを用いて行った試験結果を比較例とする。粉砕部40のハンマー42の外側の外径をハンマー外径とする。実施例及び比較例ともに、同じ条件で試験を行っている。試験の条件は以下のとおりである。なお、評価毎に条件が変わっている部分については、評価毎に説明を行う。以下の説明に用いるグラフにおいて、実施例を四角、比較例を三角で示す。
ハンマー粉砕刃の形状 : タテミゾ
ハンマー外径 : 318.1mm
ハンマー個数 : 12個
粉砕部回転数 : 7000rpm
旋回気流発生部回転数 : 2000rpm〜7000rpm
粉砕原料 : 重質炭酸カルシウム(粒径約1mm)
評価1では、粉体処理装置A及び粉体処理装置Pの動作条件を以上のとおりとし、各粉体処理装置で搬送気流の流量を変えて試験1、試験2を行った。各試験における搬送気流の流量は、次の通りである。
試験1
搬送気流流量 : 標準流量
試験2
搬送気流流量 : 標準流量の1/3の流量
次に、実施例及び比較例ともに搬送気流の流量を標準流量の1/3.75として、原料の供給を停止した後に無負荷状態になる、すなわち、空転に戻るまでの時間を比較した。その結果を、図12に示す。図12は、原料供給停止後に粉砕部が空転状態に戻るまでの時間を示すグラフである。
次に、原料を重質炭酸カルシウムから鱗状黒鉛(メジアン径D50が85μm)に変更した。さらに、ライナー43の粉砕刃432として、溝が直交して凸部が矩形状になる角ミゾのライナーを用いている。粉砕部40の回転数は、実施例、比較例ともに6800rpm、旋回気流発生部50の回転数は、実施例、比較例ともに3000rpmと7000rpmとしている。搬送気流の流量は、実施例、比較例ともに標準流量の1/3としている。試験結果を図13に示す。図13は、粉砕効率を示すグラフである。図13のグラフは、図13のグラフと同様、縦軸を粉砕効率、横軸をメジアン径D50としている。
評価4では、原料をポリスチレンとして、試験を行った。ポリスチレンのように割れにくい材料を用いた場合、搬送気流の流量が低いと、従来の粉体処理装置Pでは、粉砕負荷の変動が大きくなり、安定した運転ができなかった。このことから、本発明にかかる粉体処理装置Aは、従来の粉体処理装置Pに比べて低風量における運転の安定性が高いことが分かった。つまり、本発明にかかる粉体処理装置Aは、従来の粉体処理装置Pよりも、低風量化が可能であることが分かった。
次に、評価5では、原料をフレーク状粉体塗料(□5mm、厚さ1mm)として、試験を行った。そして、気流流出部70から排出された粉粒体に含まれる微粉(粒径9.25μm未満)の含有率(微粉率)を体積比率で取得した。試験の条件は、評価1の試験2と同じである。その結果を、図14に示す。図14は、生成された粉粒体に含まれる微粉の含有率を示すグラフである。図14は、縦軸を微粉率、横軸をメジアン径D50としている。
評価6では、評価1〜評価5で用いたものとは大きさが異なる粉体処理装置A1及び粉体処理装置P1を用いて試験を行った。試験条件は以下の通りである。
ハンマー粉砕刃の形状 : タテミゾ
ハンマー外径 : 430.3mm
ハンマー個数 : 32個
粉砕部回転数 : 6600rpm
旋回気流発生部回転数 : 3000rpm〜5400rpm
粉砕原料 : 重質炭酸カルシウム(粒径約1mm)
ライナー粉砕刃の形状 : 三角ミゾ
搬送気流の流量 : 標準流量の2/3
11 ハウジング
111 ハウジング底部
112 ハウジング筒部
113 フランジ部
114 ハウジング天板部
115 貫通孔
116 排出孔
12 軸保持部
13 原料受入孔
14 気流流入部
15 ボトムカバー
20 原料供給部
30 駆動部
31 第1シャフト
311 第1プーリ
32 第2シャフト
321 第2プーリ
331 第1ベルト
332 第2ベルト
40 粉砕部
41 第1回転体
412 ハンマー取付部
42 ハンマー
423 粉砕刃
43 ライナー
432 粉砕刃
50 旋回気流発生部
51 第2回転体
52 ブレード
60 案内部
61 案内板
611 案内面
62 支持リブ
63 案内板
64 案内部材
65 案内部材
66 案内部材
70 気流流出部
71 排気筒部
72 排気フランジ
A 粉体処理装置
CL 粉体処理システム
Ft フィルタ装置
Bw ブロワ
Claims (9)
- 鉛直方向に延びる筒状の筐体と、
前記筐体内に原料を供給する原料供給部と、
前記原料供給部の下側に配されて鉛直方向に延びる中心軸周りに回転する第1回転体と、
前記第1回転体の径方向外縁部に配されて前記原料を粉粒体に粉砕する粉砕部材と、
前記筐体内において前記第1回転体の上側に配置されて前記筐体内に旋回方向の気流を発生させる旋回気流発生部と、
前記筐体の前記回転体の下側に配されて前記筐体内に気流を流入させる気流流入部と、
前記筐体の上部から前記気流を流出させる気流流出部と、を備え、
前記筐体の内部には、前記旋回気流発生部と径方向に対向するとともに前記旋回気流発生部の回転方向における前側が後側に比べて径方向内側に位置する案内面を有する案内部を備え、
前記旋回気流発生部は、中心軸周りに回転する第2回転体と、前記第2回転体の周部に放射状に立設された複数枚のブレードと、を備え、
前記案内面の前記第2回転体の回転方向における前端部から周方向に延長した面は、前記旋回気流発生部よりも径方向外側に位置する粉体処理装置。 - 前記筐体は、前記中心軸に沿って延びる筒状のハウジング筒部を、備え、
前記案内部の少なくとも一つは、前記ハウジング筒部から径方向内側に延びる請求項1に記載の粉体処理装置。 - 前記筐体の上端部には、中心軸と直交する方向に拡がるハウジング天板部を、備え、
前記案内部の少なくとも一つは、前記ハウジング天板部の下面から下方に延びる請求項1又は請求項2に記載の粉体処理装置。 - 前記案内部は、板状である請求項1から請求項3のいずれかに記載の粉体処理装置。
- 前記案内面は、周方向の中間部分が径方向に膨らんだ曲面である請求項1から請求項4のいずれかに記載の粉体処理装置。
- 前記案内面は、上側が下側に対して、前記旋回気流発生部の回転方向における前側に位置する請求項1から請求項5のいずれかに記載の粉体処理装置。
- 請求項1から請求項6のいずれかに記載の粉体処理装置を備え、
前記気流流入部より熱風を流入させる気流乾燥装置。 - 請求項1から請求項6のいずれかに記載の粉体処理装置を備え、
前記筐体の内部で、粉粒体を分級し、
前記気流流出部の外部に前記気流流出部から排出される気流に含まれる外径が所定範囲に収まる粉粒体を捕集する捕集部を備えた分級装置。 - 請求項1から請求項6のいずれかに記載の粉体処理装置を備え、
前記筐体は、前記筐体内で形成された球形の粉粒体を外部に取り出す球形粒体を取り出す粒体取出部を備えた球形化装置。
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