JPWO2020066046A1 - 分級ローター及び分級装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の分級ローターは、分級羽根の背面に生ずる剥離渦により、分級精度が悪いという欠点があった。【解決手段】本発明の分級ローターは、外周部に開口部を有し、該開口部から内部に流入した流体を外部に排出する排出口を有する回転自在な枠体と、該枠体内の外周側部分に、円周方向に所望の間隔を存して配置された複数の分級羽根とよりなり、該分級羽根の方向と、前記枠体の回転方向とのなす角度が、所望の傾斜角度となるように、前記分級羽根を前記枠体に設けられ、前記所望の傾斜角度とは、前記なす角度を、９０度から徐々に少なくなるように前記分級羽根を傾斜させた場合に、分級精度が良くなる角度であることを特徴とする。また、分級羽根の内側に、複数の整流羽根を設ける。【選択図】図１２

Description

本発明は、例えば、気体中や、液体中の微細な粒子などを分級するための分級ローターに関するものである。また、本発明は、前記分級ローターを有する乾式又は湿式の分級装置に関するものである。本発明は、特に、極めて高い分級精度の分級ローター及び分級装置を提供するものである。そして、本発明によれば、粗粒の混入が非常に少なく、また、シャープな粒度分布を実現できる。

分級装置には、空気などの気体中の微粒子を分級する乾式タイプの分級装置と、スラリーなどの液体中の微粒子を分級する湿式タイプの分級装置とがある。いずれの分級装置も、分級羽根を円周方向に互いに離間して、回転中心から放射状に配置した分級ローターを高速回転させることにより、微粒子を分級する。或いは、いずれの分級装置も、分級羽根を円周方向に互いに離間して、回転中心から若干偏心させて配置した（半径方向から若干傾斜させて配置した）分級ローターを高速回転させることにより、微粒子を分級する。

該分級の仕組みは次の通りである。まず、分級ローターの各隣接する分級羽根間に形成される分級室内に、気体又は液体などの流体が、外周部から流入する。そして、この流体が、外周部から内周側に向かって移動する間、流体中の粒子が分級ローターの高速回転による遠心力Ｆと、この遠心力の作用方向と逆向きの内周方向に向かって流れる流体の抗力Ｒを受ける。そして、両者がバランスする（Ｆ＝Ｒとなる）分級粒子径より径が大きい粗粒は分級ローター外に排出される。また、両者がバランスする分級粒子径より径が小さい微粒は分級ローター内に流入するようになる。

図１６は、乾式タイプの分級装置１を備えた分級システム全体の概略構成図を示す。該分級装置１は、例えば、ハウジング２と、該ハウジング２内に設けられた分級ローター３と、該分級ローター３を回転させる回転手段４と、前記分級ローター３により分級され該分級ローター３内に流入した微粒を前記ハウジング２外に流出させる流出室５とよりなる。前記回転手段４は、例えば、モーター（図示せず）と、該モーターにより回転駆動される回転軸４ａとよりなる。

そして、前記分級装置１の前記ハウジング２内に、例えば、原料供給装置６からの原料が空気と共に供給口２ａから供給される。そして、該原料は、該ハウジング２内に設けられた高速回転する分級ローター３により、粗粒と微粒とに分級される。そして、粗粒は、前記分級装置１のハウジング２の排出口２ｂから排出されて容器７に回収される。また、前記分級ローター３の外周部から分級ローター３内に流入した微粒は、該分級ローター３の中心部に形成された、前記分級ローター３の回転軸４ａの周囲に形成された排出口８から、該排出口８に連通した流出室５に排出される。そして、該流出室５から前記ハウジング２外に流出した微粒は、例えば、微粒と空気を分離させるバグフィルター（図示せず）を介して、微粒回収タンク（図示せず）に回収される。

また、図１７は、湿式タイプの分級装置９を備えた分級システム全体の概略構成を示す。該分級装置９は、例えば、ハウジング１０と、該ハウジング１０内に設けられた分級ローター１１と、該分級ローター１１を回転させる回転手段１２と、前記分級ローター１１により分級され該分級ローター１１内に入流した微粒を前記ハウジング１０外に流出させる前記回転手段１２の回転軸１２ａに形成した軸方向に延びる貫通孔１３とよりなる。前記回転手段１２は、例えば、モーター（図示せず）と、該モーターにより回転駆動される回転軸１２ａとよりなる。

そして、該分級装置９の前記ハウジング１０内に、例えば、原料スラリータンク１４からの原料スラリーが定量ポンプ１５により供給口１０ａから供給される。そして、該分級装置９内に設けられた高速回転する分級ローター１１により、原料スラリーが粗粒と微粒とに分級される。そして、粗粒は、前記分級装置９のハウジング１０の排出口１０ｂからハウジング１０外に排出される。また、前記分級ローター１１の外周部から分級ローター１１内に流入した微粒は、前記分級ローター１１の中心部に形成された排出口１６から、該排出口１６に連通した、前記分級ローター１１に固定された回転軸１２ａの貫通孔１３を通って、回収タンク１７に回収されるようになる。

前記分級ローター３、１１は、いずれも、外周部に、前記ハウジング内の気体や液体等の流体を内部に導入する開口部を有し、中央部に、前記分級ローター内部に流入した微粒を、分級ローター外部に排出する排出口を有する回転自在な枠体と、該枠体内の外周側部分に、円周方向に所望の間隔を存して、回転中心から放射状に配置された、又は、回転中心から若干偏心して配置された（半径方向から若干傾斜して配置された）分級羽根とよりなる。

該分級ローター３、１１は、例えば、図１８及び図１９に示すように、上下に離間し同軸に配置した２枚の同形の円板状の板１８ａ、１８ｂと、該上側の板１８ａの中心部に設けた排出口８（１６）とよりなる枠体と、前記２枚の板１８ａ、１８ｂの互いに対向する面の外周側部分間に、周方向に等間隔で回転中心より放射状に設けるか、或いは、回転中心から若干偏心させて設けた（半径方向から若干傾斜させて設けた）複数の分級羽根１９とよりなる。そして、各互いに隣接する前記分級羽根１９、１９間に分級室２０が形成される。

例えば、乾式の分級装置としては、例えば特許文献１がある。また、湿式タイプの分級装置としては、例えば、特許文献２がある。

しかしながら、前記従来の分級装置は、分級室内では、遠心力と抗力とがバランスする分級粒子径が、内周に向かうほど大きくなる。そして、高速回転する分級ローターの外側の流体は乱流状態であるため、分級ローターの分級室内に、設計された分級粒子径より大きな粗粒が飛び込んだ場合でも、分級粒子径との粒径の差が小さいと、内周側に混ざり込んで中央に達し、そのまま回収される恐れがあった。

そのため、分級室の外周（隣接する分級羽根の先端間の周）から内周（隣接する分級羽根の基部間の周）までの半径方向全域で、遠心力Ｆ＝効力Ｒとなる分級粒子径が一定の径（同じ径）となるように形成した、改良された分級ローターがある（特許文献３）。

特開２０１１−７２９９３号公報 特開２００２−１４３７０７号公報 ＷＯ２０１８／０３０４２９号公報

前記改良された分級ローター３、１１の一例は、例えば、図２０及び図２１に示す。該改良された分級ローター３、１１の一例は、分級羽根１９が、先端（外周端）から基部（内周端）に向かって、円周方向における厚みｔが一定（同一）で、分級ローターの回転軸方向における高さが先端（外周端）から基部（内周端）に向かって高く形成されるように形成された分級ローターがある。

そして、分級室２０の直径ｄ位置における分級羽根１９の高さＴ（ｄ）は、例えば、下記数１式により求められる。

ここで、Ｑは、内周方向に向かう流体の流量、Ｎは、円周方向の分級室数、Ｄ_１は、分級粒子径、ｎは、ローターの回転数、ηは、流体の粘度、ρ_１は、流体の比重、ρ_２は、粒子の比重、ｔは、羽根の厚み（一定）である。

また、前記改良された分級ローター３、１１の他の例は、例えば、図２２及び図２３に示す。該改良された分級ローター３、１１の他の例は、分級羽根１９が、先端から基部に向かって、分級ローターの回転軸方向の高さＴが一定（同一）で、円周方向における厚みｔが、基部（内周端）から先端（外周端）に向かって厚くなるように形成される。

そして、分級室２０の直径ｄ位置における分級羽根の円周方向の厚みｔ（ｄ）は、例えば、下記数２式により求められる。なお、円周方向の厚み（以下、単に羽根の厚みという）とその弦とは近似され、両者は実質的に同一のものとして扱われる。

ここで、Ｑは、内周方向に向かう流体の流量、Ｎは、円周方向の分級室数、Ｄ_１は、分級粒子径、ｎは、ローターの回転数、ηは、流体の粘度、ρ_１は、流体の比重、ρ_２は、粒子の比重、Ｔは、羽根の高さ（一定）である。

なお、図２３に示すように、分級羽根の内周端（基部）における羽根の厚みｔ（ｄ）を０としてもよい。

また、前記分級ローター３、１１の更に他の例は、例えば、分級羽根１９が、分級ローターの回転軸方向における高さが内周に向かって高く形成されると共に、円周方向における厚みが外周に向かって厚く形成されるように形成される。

そして、この分級室２０の直径ｄ位置における分級羽根１９の高さＴ（ｄ）及び分級羽根１９の厚みｔ（ｄ）は、例えば、下記数３式、数４式、数５式により求められる。

ここで、Ｅ（ｄ）は、分級室の直径ｄ位置における羽根間の間隙、ａは、内周羽根間の間隙係数（πｄ_１−Ｎｔ_１）／（πｄ_１）、ｂは、外周羽根間の間隙係数（πｄ_２−Ｎｔ_２）／（πｄ_２）、ｄ_１は、分級室の内周径、ｄ_２は、分級室の外周径、ｔ_１は、羽根の内周厚み、ｔ_２は、羽根の外周厚み、Ｑは、内周方向に向かう流体の流量、Ｎは、円周方向の分級室数、Ｄ１は、分級粒子径、ηは、流体の粘度、ρ_１は、流体の比重、ρ_２は、粒子の比重である。

該改良された分級ローターによれば、粗粒の飛び込みを防止し、分級精度を高めることができるようになる。

また、該改良された分級ローターの分級羽根を、前記ローターの半径方向に対して、若干傾斜させた場合においても、同様に、粗粒の飛び込みを防止し、若干分級精度を高めることができるようになる（特許文献３図１２参照）。

本発明は、従来の分級ローターや、前記改良された分級ローターを、更に改良したものである。そして、本発明は、分級羽根の背面に生ずる剥離渦を防止し、分級精度を高めるものである。

また、本発明は、この剥離渦の発生に起因した、分級作用に寄与しないエネルギーの浪費を防止できる分級ローターを提供するものである。更には、本発明は、分級ローターの摩耗を防止できる分級ローターを提供するものである。

前記の目的を達成すべく、本発明の分級ローターは、外周部に開口部を有し、該開口部から内部に流入した流体を外部に排出する排出口を有する回転自在な枠体と、該枠体内の外周側部分に、円周方向に所望の間隔を存して配置された複数の分級羽根とよりなり、該分級羽根の方向と、前記枠体の回転方向とのなす角度が、所望の傾斜角度となるように、前記分級羽根を前記枠体に設けられ、前記所望の傾斜角度とは、前記なす角度を、９０度から徐々に少なくなるように前記分級羽根を傾斜させた場合に、分級精度が良くなる角度であることを特徴とする。

また、前記所望の傾斜角度は、前記なす角度が０度より大きく４５度以下（又は、未満）、又は、０度より大きく４０度以下（又は、未満）、又は、０度より大きく３０度以下（又は、未満）、又は、０度より大きく２０度以下（又は、未満）となるように前記分級羽根を前記枠体に設けたことを特徴とする。

また、前記枠体内の、前記分級羽根より内側部分に、円周方向に所望の間隔を存して配置された複数の整流羽根を更に設けたことを特徴とする。また、前記枠体内の、前記分級羽根より内側部分に、円周方向に所望の間隔を存して、回転中心から放射状に配置された、又は、回転中心から偏心して配置された複数の整流羽根を更に設けたことを特徴とする。

また、本発明の分級ローターは、外周部に開口部を有し、該開口部から内部に流入した流体を外部に排出する排出口を有する回転自在な枠体と、該枠体内の外周側部分に、円周方向に所望の間隔を存して配置された複数の分級羽根と、該枠体内の、前記分級羽根より内側部分に、円周方向に所望の間隔を存して配置された複数の整流羽根とよりなることを特徴とする。また、本発明の分級ローターは、外周部に開口部を有し、該開口部から内部に流入した流体を外部に排出する排出口を有する回転自在な枠体と、該枠体内の外周側部分に、円周方向に所望の間隔を存して、回転中心から放射状に配置された、又は、回転中心から偏心して配置された複数の分級羽根と、該枠体内の、前記分級羽根より内側部分に、円周方向に所望の間隔を存して、回転中心から放射状に配置された、又は、回転中心から偏心して配置された複数の整流羽根とよりなることを特徴とする。

また、前記分級羽根及び、又は、前記整流羽根は、ベルヌーイ曲線に従って形成された弧状形状であることを特徴とする。

また、隣接する前記分級羽根間に形成される分級室内の外周から内周までの半径方向全域で、分級される粒子径が一定となるように、前記分級羽根の形状が形成されていることを特徴とする。

また、本発明の分級装置は、前記分級ローターを有することを特徴とする。

本発明によれば、粗粒の混入が非常に少なく、また、シャープな粒度分布を実現できるようになる。また、消費動力を小さくできるようになる。

本発明の実施例１の分級ローターの斜視図を示す。 本発明の実施例１の分級ローターの側面図を示す。 図２のＡ−Ａ線横断面図を示す。 本発明の実施例１の他の実施例の分級ローターの横断面図を示す。 分級羽根のなす角度がそれぞれ異なる分級ローター（形状１、形状２、形状３）の断面図を示す。 図４における各分級ローターの粒度分布を比較した図である。 ベルヌーイ曲線に基づく分級羽根の分級ローター（形状４）の断面図を示す。 形状３と形状４の分級ローターの粒度分布を比較した図である。 なす角度を説明するための説明用縦断面図である。 形状１、２、３，４の各分級ローターの形状係数Ｎｐを示した表である。 本発明の実施例２の分級ローターの断面図である。 本発明の実施例２の他の実施例の分級ローターの横断面図を示す。 整流羽根がない場合の分級ローター（形状３）と、整流羽根（なす角度β＝９０度）がある場合の分級ローター（形状５）のローター内の流れをＣＦＤ解析した図を示す。 前記形状３と形状５の場合の分級ローター内の流れの模式図を表した図である。 形状３と形状５の分級ローターの粒度分布を比較した図である。 従来の乾式タイプの分級装置を有する分級システム全体の概略図である。 従来の湿式タイプの分級装置を有する分級システム全体の概略図である。 従来の分級ローターの縦断側面図である。 図１８のＢ−Ｂ線横断面図である。 従来の改良された分級ローターの縦断側面図である。 図２０のＣ−Ｃ線横断面図である。 従来の改良された他の分級ローターの縦断側面図である。 図２２のＤ−Ｄ線横断面図である。

本発明を実施するための形態の実施例を以下に示す。

本発明の実施例１を図１〜図１０によって説明する。

本発明においては、前記従来の分級ローター３、１１の代わりに、分級ローター２１を用いる。

該分級ローター２１は、外周部に、前記ハウジング２、１０内のスラリーなどの液体や気体などの流体を内部に導入する開口部を有し、中央部に、前記ローター内部に導入された微粒をローター外部に排出する排出口を有する回転自在な枠体と、該枠体内の外周側部分に、円周方向に所望の間隔を存して配置された複数の分級羽根とよりなり、該各分級羽根と前記分級ローター２１の回転方向とのなす角度αが、所望の傾斜角度となるように、前記分級羽根を傾斜させて設ける。

該分級ローター２１は、例えば、図１〜図３に示すように、上下に離間し同軸に配置した２枚の同形の円形状の２枚の板２１ａ、２１ｂと、前記上側の円板２１ａの中心部に設けた排出口２２とよりなる枠体と、前記２枚の板２１ａ、２１ｂの互いに対向する面の外周側部分間に、等間隔に複数連結して設けられた分級羽根２３とよりなる。

なお、２４は、各隣接する分級羽根２３、２３間に形成される分級室を示す。

なお、前記各分級羽根２３は、例えば、それぞれ同一形状に形成される。また、前記各分級羽根２３は、例えば、前面側の翼面（回転方向を向く面）２３ａの基部（内周端）から先端（外周端）に向かう形状が直線状の平板より成る。また、前記各分級羽根２３は、例えば、前記分級ローター２１の回転中心から等距離離間して、周方向に等間隔に配置して設けられる。また、前記各分級羽根２３は、例えば、前記なす角度αが同じ角度になるように設けられる。

そして、図３は、分級室内の半径方向全域で、遠心力Ｆ＝効力Ｒとなる分級粒子径が一定（同一）となるように形成した分級羽根の例を示す。該分級羽根の例は、例えば、前記各分級羽根が、分級ローターの回転軸方向の高さＴが一定（同一）で、円周方向における厚みが基部（内周端）から先端（外周端）に向かって厚くなるように形成された分級羽根の例を示す。なお、図４のように、分級室内において分級粒子径が一定（同一）ではない、例えば、厚みが一定（同一）の分級羽根であってもよい。

また、前記各分級羽根２３は、前面の基部（内周端）から先端（外周端）に向かう形状が直線状の平板以外に、基部から先端に向かう形状が円弧などの弧状であってもよい。また、該弧は、例えば、ベルヌーイ曲線からなる弧であってもよい。

また、前記分級羽根２３と前記分級ローター２１の回転方向とのなす角度αとは、前記分級羽根２３の前面側の翼面２３ａの先端から基部に向かう方向（前面側翼面の方向）と、該分級羽根２３の前面側の翼面の先端における回転方向とのなす角度をいう。他の言葉で言えば、前記分級羽根２３と前記分級ローター２１の回転方向とのなす角度αとは、前記分級羽根２３の前面側の翼面２３ａの先端（外周端）と基部（内周端）間に引かれた線と、前記分級ローター２１の回転中心点から前記分級羽根２３の前面側の先端（外周端）までの線と直角に交差する線とのなす角度をいう。具体的には、図３に示すように、該分級羽根の前面側の翼面の先端から基部に向かう方向Ｑと、分級羽根の前面側の翼面の前記先端における回転方向Ｐとのなす角度αをいう。

そして、種々実験等の結果、前記なす角度αを９０度から徐々に少なくなるように、前記分級羽根を傾斜させた場合に、初めは、分級精度が悪くなるが（粗粒の混入が多くなるが）、更に傾斜させた時に、分級精度が良くなる角度があることが分かり、該角度を所望の傾斜角度という。
そして、種々実験等の結果、前記なす角度αを９０度から徐々に少なくなるように、前記分級羽根を傾斜させた場合に、初めは、分級精度が悪くなるが（粗粒の混入が多くなるが）、更に傾斜させ、特に、５０度以下、又は、４５度以下となる時から、それ以前の分級精度に比べて、大きく分級精度が良くなる角度があることが分かり、該角度を所望の傾斜角度という。

なお、前記分級精度が良くなる角度とは、例えば、記なす角度αを９０度から徐々に少なくなるように傾斜させた時に、分級精度が悪くなるところから、良くなり始めた角度をいう。或いは、前記分級精度が良くなる角度とは、例えば、前記良くなり始めた角度よりも更に傾斜し、なす角度９０度から前記良くなり始めた角度の間の所望の角度の分級精度よりも良い分級精度となる角度をいう。或いは、前記分級精度が良くなる角度とは、例えば、前記良くなり始めた角度よりも更に傾斜し、なす角度９０度から前記良くなり始めた角度の間で、一番分級精度が良い角度の分級精度よりも良い分級精度となる角度をいう。

なお、前記分級精度が悪くなるところから、良くなり始めた角度が複数あるような場合には、いずれかひとつの角度を良くなり始めた角度と認定するようにする。

また、前記角度は、例えば、後述する形状係数を考慮して決定するようにしてもよい。

そして、該所望の傾斜角度は、種々実験等により設定される値であるが、例えば、前記なす角度αが、例えば、０度より大きく４５度以下（又は未満）、又は、０度より大きく４０度以下（又は未満）、又は、０度より大きく３０度以下（又は未満）、又は、０度より大きく２０度以下（又は未満）である。

次に、本発明の分級ローター２１の作用と効果を説明する。

なお、下記では、湿式タイプの分級装置において説明するが、乾式タイプの分級装置でも同じである。

例えば、湿式タイプの分級装置９において、該分級装置９の前記ハウジング１０内に、例えば、原料スラリータンク１４からの原料スラリーが定量ポンプ１５により供給口１０ａから供給される。そして、該分級装置９内に設けられた高速回転する前記分級ローター２１により、原料スラリーが粗粒と微粒とに分級される。そして、粗粒は、前記分級装置９のハウジング１０の排出口１０ｂからハウジング１０外に排出される。また、前記分級ローター２１の外周部から分級ローター２１の分級室２４内に流入した微粒は、前記分級ローター２１の中心部に形成された排出口２２から、該排出口２２に連通した、前記分級ローター２１に固定された回転軸１２ａに形成された貫通孔１３を通って、回収タンク１７に回収されるようになる。

なお、原料スラリーとして、デンカ製溶解シリカ分散液（水道水）を使用した。また、分級ローターの周速を２０ｍ／ｓとした。

そして、前記分級羽根２３を、なす角度αを９０度から徐々に減らして傾斜させた場合の分級精度について実験した。その結果、前記なす角度αを９０度から４５度程度まで傾斜させた場合、形状係数や、分級精度が悪くなるが、所望の傾斜角度以下、例えば、４０度以下に急傾斜とした場合に、分級室内の渦流が軽減され、また、粗大粒子の混入防止により、分級精度が向上した。また、消費動力も低減するようになることが分かった。

そこで、前記所望の傾斜角度を、前記なす角度αが、例えば、０度より大きく４５度以下（又は未満）となるように、前記分級羽根を設ける。又は、所望の傾斜角度を、前記なす角度αが、０度より大きく４０度以下（又は未満）となるように前記分級羽根を設ける。又は、所望の傾斜角度を、前記なす角度αが、０度より大きく３０度以下（又は未満）となるように、前記分級羽根を設ける。又は、所望の傾斜角度を、前記なす角度αが、０度より大きく２０度以下（又は未満）となるように、前記分級羽根を設ける。これら所望の傾斜角度とすることにより、分級精度を上げると共に、形状係数を小さくして動力を小さくできるので好ましい。

なお、図５（ａ）、図５（ｂ）、図５（ｃ）は、それぞれ分級羽根のなす角度αが７５度である分級ローター（形状１）の断面図と、分級羽根のなす角度αが６０度である分級ローター（形状２）の断面図と、分級羽根のなす角度αが３０度である分級ローター（形状３）の断面図を示す。また、図６は、原料スラリーを、前記形状１、２，３の分級ローターにより、それぞれ分級した場合の微粒の粒度分布を比較した図である。また、図６は、横軸が粒子径（μｍ）で、縦軸が体積基準頻度（％）を表したものである。

図６に示すように、従来のローターであるなす角度αが７５度の場合（形状１）に比べて、より傾斜させた、なす角度αが６０度の場合（形状２）の粒度分布は、粗粒の混入が増えている。従って、なす角度αを６０度にすることにより、分級精度が悪くなることが分かる。

しかしながら、更に傾斜させた、なす角度αが３０度の場合（形状３）の粒度分布は、なす角度αが７５度の場合（形状１）や６０度の場合（形状２）の分級分布に比べて、粗粒の混入が減っている。従って、分級羽根を急傾斜させることにより、分級精度が良くなっていることが分かる。

また、図７は、分級羽根のなす角度αが３０度であり、分級羽根の基部から先端に向かう形状をベルヌーイ曲線とした分級ロータ（形状４）の場合の断面図を示す。図８は、原料スラリーを、前記形状３、４の分級ローターにより、それぞれ分級した場合の微粒の粒度分布を比較した図である。また、図８は、横軸が粒子径（μｍ）で、縦軸が体積基準頻度（％）を表したものである。

図８に示すように、分級羽根の基部から先端に向かう形状をベルヌーイ曲線としても、直線状の分級羽根と同様の分級精度を高く保つことができる。しかも、後述するように、分級羽根の基部から先端に向かう形状をベルヌーイ曲線とした場合、動力数Ｎｐを低減することができるので、不要な動力の消費と分級ローターの摩耗を低減することができる。

なお、分級羽根の基部から先端に向かう形状が、例えば、翼面の前面側が凸状に膨らむベルヌーイ曲線など、弧状の場合には、前記なす角度αは、図９に示すように、前記分級羽根２３の前面側の翼面２３ａの先端（外周端）から基部（内周端）に向かう方向と、該分級羽根２３の前面側の翼面の先端（外周端）における回転方向とのなす角度をいう。他の言葉で言えば、前記なす角度αは、前記分級羽根２３の前面側の翼面２３ａの先端（外周端）と基部（内周端）間に引かれた線と、前記分級ローター２１の中心点から前記分級羽根２３の前面側の先端（外周端）までの線と直角に交差する線とのなす角度をいう。

また、図１０は、前記形状１、２、３，４の各分級ローターの形状係数Ｎｐを示した表である。

また、分級ローターの回転に要する消費動力Ｐは、数６式で表すことができる。

Ｐは、消費動力、ρは流体密度、Ｎは回転体の回転数、ｄは回転体の直径、Ｎｐは、回転体およびケーシングの形状係数を示す。

数６式より、分級ローターの消費動力Ｐの大小は、形状計数Ｎｐで表現することができる。そして、図１０から、なす角度αが７５度である分級ローター（形状１）より、なす角度αが６０度である分級ローター（形状２）の方が形状係数Ｎｐが大きい。しかし、なす角度αが６０度である分級ローター（形状２）より、なす角度αが３０度である分級ローター（形状３）の方が形状係数Ｎｐが小さくなっている。従って、傾斜角度を所望の傾斜角度よりも小さくすることにより、本発明の回転ローターのＮｐは、小さくなるので、これにより消費動力Ｐを押えることができるようになることが分かった。

また、分級羽根の基部から先端に向かう形状をベルヌーイ曲線とすることにより、直線状の分級羽根に比べて、動力数Ｎｐを低減することができる。従って、分級羽根の基部から先端に向かう形状をベルヌーイ曲線とすることにより、不要な動力の消費と分級ローターの摩耗を低減することができる。

本発明によれば、分級羽根のなす角度αを前記角度にすることにより、粗粒の混入が非常に少なく、また、シャープな粒度分布を実現できるようになる。

本発明の実施例２においては、図１１に示すように、前記実施例１の分級ローター２１、又は、従来の分級ローター３、１１、又は、改良された分級ローター等において、前記枠体内の、前記分級羽根２３、１９より内側部分に、円周方向に所望の間隔を存して、回転中心から放射状に配置された、又は、回転中心から偏心して配置された（半径方向から傾斜させて配置された）複数の整流羽根２５を設ける。

前記各整流羽根２５は、例えば、それぞれ同形状に形成される。また、前記各整流羽根２５は、例えば、前面側の翼面の基部（内周端）から先端（外周端）に向かう形状が直線状の平板よりなる。また、前記各整流羽根２５は、例えば、前記分級ローター２１、３、１１の回転中心から等距離離間して、周方向に等間隔に配置して設けられる。また、前記各整流羽根２５は、例えば、半径方向に対する傾斜角度が同じになるように設けられる。

なお、前記分級羽根と整流羽根２５の数は、特に限定はない。前記整流羽根２５の数は、前記分級羽根の数よりも少ないこと望ましい。但し、あまり少なくなると、整流効果がなくなる為、前記整流羽根２５の数は、例えば、前記分級羽根の数の１／４倍以上の整数の数、又は、１／３倍以上の整数の数、又は、１／２倍以上の整数の数である。

また、前記分級羽根と、前記整流羽根２５とは、所望の距離離間して設けられる。

なお、図１１に示す前記実施例２においては、該整流羽根２５は、該整流羽根２５と前記分級ローターの回転方向とのなす角度βを９０度とした例である。該なす角度βを、図１２に示すように、前記４５度より大きく１３５度以下となるように傾斜させて設けるようにしてもよい。

なお、前記整流羽根２５と前記分級ローターの回転方向とのなす角度βとは、前記整流羽根２５の前面側の翼面の先端（外周端）から基部（内周端）に向かう方向（前面側翼面の方向）と、該整流羽根２５の前面側の翼面の先端（外周端）における回転方向とのなす角度をいう。他の言葉で言えば、前記整流羽根２５と前記分級ローターの回転方向とのなす角度βとは、前記整流羽根２５の前面側の翼面の先端（外周端）と基部（内周端）間に引かれた線と、前記分級ローター２１の回転中心点から前記整流羽根２５の前面側の先端（外周端）までの線と直角に交差する線とのなす角度をいう。具体的には、図１２に示すように、該整流羽根の前面側の翼面の先端から基部に向かう方向Ｓと、整流羽根の前面側の翼面の前記先端における回転方向Ｒとのなす角度βをいう。

なお、前記図１２における分級ローターの例は、分級室内の半径方向全域で、遠心力Ｆ＝効力Ｒとなる分級粒子径が一定となるように形成した分級羽根の例を示す。該分級羽根の例は、例えば、前記分級羽根が、分級ローターの回転軸方向の高さＴが一定で、円周方向における厚みが基部（内周端）から先端（外周端）に向かって厚くなるように形成された分級羽根の例を示す。

また、前記各整流羽根２５は、基部から先端に向かう形状が、直線状の平板以外に、円弧などの弧状であってもよい。また、ベルヌーイ曲線からなる弧であってもよい。

次に、本発明の整流羽根２５を有する分級ローターの作用と効果を説明する。

本実施例によれば、整流羽根２５を設けることにより、ローター内の分級羽根よりも内側の流体の流れを、周方向において一様にすることができるようになる。

図１３は、分級羽根のなす角度αが３０度の場合において、整流羽根がない場合の分級ローター（形状３）と、整流羽根（なす角度β＝９０度）がある場合の分級ローター（形状５）とのローター内の流れをＣＦＤ（ｃｏｍｐｕｔａｔｉｎａｌ ｆｌｕｉｄ ｄｙｎａｍｉｃｓ）解析した図を示す。整流羽根のない形状３においては、ローター内の分級羽根よりも内側の流体の流れの向きが円周方向の場所で一様になっていない。しかしながら、整流羽根のある形状５においては、流体の流れの向きが円周方向の場所で一様になっており、乱れが解消していることが分かる。

また、図１４は、前記形状３と形状５の場合の分級ローター内の流れの模式図を表した図である。前記整流羽根２５のない形状３においては、隣接する分級羽根間で形成される、分級作用を持つ分級室内の乱れが見られる。しかしながら、整流羽根のある前記形状５においては、前記分級室から内周方向に向かう流体の流れの乱れが防止され、整流化されたことにより、前記分級室２４内の乱れも防がれていることが分かる。

そして、図１５は、なす角度αを３０度とし、整流羽根のない形状３と、整流羽根のある形状５の分級ローターにより、原料スラリーを、それぞれ分級した場合の微粒の粒度分布を比較した図である。図１５は、横軸が粒子径（μｍ）で、縦軸が体積基準頻度（％）を表したものである。図１５から、整流羽根のある形状５の分級精度が大幅に向上していることが分かる。

従来の整流羽根のない分級ローターにおいては、外周部から流入し、分級羽根を超えた流体の流動状態が不安定になり、それが分級室内の流動状態に影響し、分級精度を悪くしていた。しかしながら、整流羽根を設けることで、分級羽根よりも内側の流体の流れを安定化させることができた。そして、これにより、分級室内における流動状態が安定化し、分級精度を大幅に改善することができるようになる。

本発明の分級装置は、乾式、湿式におけるミクロンレベル及びサブミクロンまでのあらゆる粉体の分級を扱う各工業界全般に用いることができる。例えば、金属工業、化学工業、薬品工業、化粧品工業、顔料、セラミック工業、その他の工業に用いることができる。

１ 分級装置
２ ハウジング
２ａ 供給口
２ｂ 排出口
３ 分級ローター
４ 回転手段
４ａ 回転軸
５ 流出室
６ 原料供給装置
７ 容器
８ 排出口
９ 分級装置
１０ ハウジング
１０ａ 供給口
１０ｂ 排出口
１１ 分級ローター
１２ 回転手段
１２ａ 回転軸
１３ 貫通孔
１４ スラリータンク
１５ ポンプ
１６ 排出口
１７ 回収タンク
１８ａ 板
１８ｂ 板
１９ 分級羽根
２０ 分級室
２１ 分級ローター
２１ａ 板
２１ｂ 板
２２ 排出口
２３ 分級羽根
２３ａ 翼面
２４ 分級室
２５ 整流羽根

Claims (8)

1. 外周部に開口部を有し、該開口部から内部に流入した流体を外部に排出する排出口を有する回転自在な枠体と、
   該枠体内の外周側部分に、円周方向に所望の間隔を存して配置された複数の分級羽根とよりなり、
   該分級羽根の方向と、前記枠体の回転方向とのなす角度が、所望の傾斜角度となるように、前記分級羽根を前記枠体に設けられ、
   前記所望の傾斜角度とは、前記なす角度を、９０度から徐々に少なくなるように前記分級羽根を傾斜させた場合に、分級精度が良くなる角度であることを特徴とする分級ローター。
2. 前記所望の傾斜角度は、前記なす角度が０度より大きく４５度以下であることを特徴とする請求項１に記載の分級ローター。
3. 前記分級羽根は、ベルヌーイ曲線に従って形成された弧状形状であることを特徴とする請求項１または２に記載の分級ローター。
4. 前記枠体内の、前記分級羽根より内側部分に、円周方向に所望の間隔を存して配置された複数の整流羽根を更に設けたことを特徴とする請求項１、２、または３に記載の分級ローター。
5. 隣接する前記分級羽根間に形成される分級室内の外周から内周までの半径方向全域で、分級される粒子径が一定となるように、前記分級羽根の形状が形成されていることを特徴とする請求項１、２、３または４に記載の分級ローター。
6. 外周部に開口部を有し、該開口部から内部に流入した流体を外部に排出する排出口を有する回転自在な枠体と、
   該枠体内の外周側部分に、円周方向に所望の間隔を存して配置された複数の分級羽根と、
   該枠体内の、前記分級羽根より内側部分に、円周方向に所望の間隔を存して配置された複数の整流羽根とよりなることを特徴とする分級ローター。
7. 隣接する前記分級羽根間に形成される分級室内の外周から内周までの半径方向全域で、分級される粒子径が一定となるように、前記分級羽根の形状が形成されていることを特徴とする請求項６に記載の分級ローター。
8. 請求項１乃至７のいずれか１に記載の分級ローターを有する分級装置。

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