(57)【要約】【課題】従来の粉砕装置よりエネルギを消費せず、したがって従来の粉砕装置より効率のよい、約６１ｍ／秒を超える衝突速度を発生することができる粉砕装置を提供すること。【解決手段】本発明は６１ｍ／秒を超える例えば４５７ｍ／秒の衝突速度を発生することができる粉砕装置を提供する。この粉砕装置は、従来の粉砕装置より少ないエネルギを消費し、このためより効率がよい。粉砕装置は投げ出しホイールと、衝突ロータと、モータとを備える。投げ出しホイールは所望の衝突速度に向けて材料粒子を加速するために遠心力と接線方向力とを発生する。衝突ロータは衝突面であってこれに粒子が衝突するときに粒子を砕くための衝突面を有する。モータは衝突ロータと投げ出しホイールと動力を供給することができる。粒子の衝突速度を増大するため、衝突面は、粒子が投げ出しホイールを出るときに粒子に向けて動く。したがって、粉砕装置は従来の粉砕装置が発生する衝突速度を超える衝突速度を発生し、粒子をより小さい破片に砕く。【選択図】図１
2007504933.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
材料の粒子を砕くための装置であって、
前記粒子を衝突速度に向けて加速するために前記粒子に遠心力を生じさせるように操作可能である投げ出しホイールと、
衝突面を含み、前記粒子が前記衝突面と衝突するときに前記粒子を砕くように操作可能である衝突ロータであって前記粒子の衝突速度を増大させるために前記粒子に向けて前記衝突面を移動するように操作可能である衝突ロータと、
前記衝突ロータと前記投げ出しホイールとに動力を供給するように操作可能であるモータとを含む、装置。
【請求項２】
第１のモータが前記投げ出しホイールに動力を供給するように操作可能であり、また第２のモータが前記衝突ロータに動力を供給するように操作可能である、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記粒子の衝突速度は約４５７ｍ／秒である、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記粒子の衝突速度は約２９０ｍ／秒である、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記投げ出しホイールはホイール軸線の周りに回転し、
前記衝突ロータはロータ軸線の周りに回転し、
前記ホイール軸線及び前記ロータ軸線は互いに直交するか又は実質的に直交する、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記投げ出しホイールはホイール軸線の周りに回転し、
前記衝突ロータはロータ軸線の周りに回転し、
前記ホイール軸線及び前記ロータ軸線は互いに一列に整列され又は実質的に一列に整列されている、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記投げ出しホイールと前記衝突ロータとは反対方向に回転する、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記投げ出しホイールはホイール軸線の周りに回転し、また
前記ホイール軸線が貫通し、加速される材料の粒子を受け入れるように操作可能であるハブと、
前記ホイールのハブから前記ホイールの周縁に材料の粒子を向けるように操作可能であるチャンネルと、
前記周縁に位置し、材料の粒子が前記投げ出しホイールを出るときに通過する出口とを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記投げ出しホイールは２０個のチャンネルを含む、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記衝突ロータはロータ軸線の周りに回転し、また
前記ロータ軸線が貫通するロータハブと、
前記衝突面が位置するロータ周縁部とを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記衝突ロータは４０個の衝突面を有する、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
さらに、２又はそれ以上の衝突ロータを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
各衝突ロータは共通のロータ軸線の周りに円形路上でその衝撃面を回転させるように操作可能であり、また２又はそれ以上の円形路が互いに同心である、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
各衝撃面はその円形路を、前記衝撃面が隣接する円形路を進む方向と反対の方向に進む、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
材料の粒子を衝突速度に向けて加速するための投げ出しホイールであって、
ホイール軸線が貫通する中心部であって前記投げ出しホイールがモータにより動力を供給されるときに前記ホイール軸線の周りに回転する中心部と、
周縁と、
前記投げ出しホイールの中心部に位置し、材料の粒子を受け入れるように操作可能であるハブと、
前記ハブから前記周縁に向けて伸び、前記ホイールのハブから前記周縁に材料の粒子を向けるように操作可能であるチャンネルであって前記投げ出しホイールが前記ホイール軸線の周りに回転するときに前記粒子が前記周縁に向けて加速され前記周縁を経て出る、チャンネルとを含む、投げ出しホイール。
【請求項１６】
前記チャンネルは前記ハブから前記周縁に向けて真っ直ぐな又は実質的に真っ直ぐな方向へ伸びる、請求項１５に記載の投げ出しホイール。
【請求項１７】
前記チャンネルは前記ハブから前記周縁に向けて真っ直ぐな又は実質的に真っ直ぐな方向へ伸びかつ前記周縁に約９０°で交差する、請求項１５に記載の投げ出しホイール。
【請求項１８】
前記チャンネルは前記ハブから前記周縁に向けて湾曲した方向へ伸びる、請求項１５に記載の投げ出しホイール。
【請求項１９】
前記チャンネルは直線で囲まれた断面を有する、請求項１５に記載の投げ出しホイール。
【請求項２０】
前記ホイールは２０個のチャンネルを有する、請求項１５に記載の投げ出しホイール。
【請求項２１】
材料の粒子を砕くための衝突ロータであって、
ロータ軸線であって前記衝突ロータがモータにより動力を与えられるときに前記衝突ロータが前記ロータ軸線の周りに回転するロータ軸線と、該ロータ軸線から離れた半径方向距離に位置する周縁領域とを含む本体と、
それぞれが前記周縁領域から伸びかつ衝突面であって材料の粒子が前記衝突面に衝突するときに前記粒子を砕くように操作可能である衝突面を含む複数の衝突歯であって、衝突の瞬間に前記粒子に生じる力を増大させるために各衝突面が前記ロータ軸線に関して角度的に配置されまた半径が前記ロータ軸線から前記衝突面に向けて垂直に伸びる複数の衝突歯とを含む、衝突ロータ。
【請求項２２】
各衝突面はその半径に関して９０°及び０°の間で、また前記ロータ軸線に関して４５°及び０°の間で角度的に配置されている、請求項２１に記載の衝突ロータ。
【請求項２３】
各衝突面はその半径に関して約３４°で、また前記ロータ軸線に関して約０°で角度的に配置されている、請求項２１に記載の衝突ロータ。
【請求項２４】
各衝突歯は、前記本体の周縁領域から前記ロータ軸線と平行に又は実質的に平行に伸びる、請求項２１に記載の衝突ロータ。
【請求項２５】
各衝突歯は、前記本体の周縁領域から、各半径が前記ロータ軸線から各衝突歯に向けて伸びると同じ方向へ伸びる、請求項２１に記載の衝突ロータ。
【請求項２６】
前記本体は円形のディスクからなる、請求項２１に記載の衝突ロータ。
【請求項２７】
前記衝突歯は、前記本体の周縁領域に取り外し可能に取り付けられている、請求項２１に記載の衝突ロータ。
【請求項２８】
前記衝突ロータは４０個の衝突歯を含み、各衝突歯は一つの衝突面を含む、請求項２１に記載の衝突ロータ。
【請求項２９】
前記衝突面は平坦であるか又は実質的に平坦である、請求項２１に記載の衝突ロータ。
【請求項３０】
各衝突面は各衝突歯に取り外し可能に取り付けられている、請求項２１に記載の衝突ロータ。
【請求項３１】
材料の粒子を砕くための方法であって、
投げ出しホイールを用いて材料の粒子を衝突速度に向けて加速すること、
前記ホイールの出口から軌道上に前記粒子を投げ出すこと、
材料の粒子の衝突速度を増すために前記粒子に向けて衝突ロータの衝突面を移動させること、
前記材料の粒子を砕くために前記衝突面に前記粒子を衝突させることを含む、方法。
【請求項３２】
前記材料の粒子を加速することは、前記粒子に遠心力を生じさせることを含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記材料の粒子を加速することは、前記投げ出しホイールの中心から前記粒子に向けて伸びる半径に垂直である前記粒子への接線方向力を生じさせることを含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３４】
前記材料の粒子を加速することは、
前記粒子に遠心力を生じさせること、及び
前記投げ出しホイールの中心から前記粒子に向けて伸びる半径に垂直である前記粒子への接線方向力を生じさせることを含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３５】
前記衝突面を移動させることは、ロータ軸線の周りに前記衝突面を回転させることを含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３６】
さらに、前記衝突面との衝突後に前記衝突ロータの衝突面をそのままにしておくこと、
第２の衝突ロータの衝突面を前記材料の粒子の破片に向けて移動させること、及び
前記第２の衝突ロータの衝突面に前記破片を衝突させることを含む、請求項３１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
多くの異なるタイプの材料が粉砕される。すなわち、様々な異なる理由のため、材料の微粒子のサイズが減少される。例えば、炭坑から掘り出された石炭は、しばしば、石炭の輸送を容易にし及び／又は炉内での一貫した燃焼を提供するために微粒子のサイズをより小さくかつより均一にすべく、粉砕される。小麦のような食材は、しばしば、小麦粉にするために粉砕される。また、所望の鉱石を含む岩石は、鉱石及び鉱石に含まれる金属の入手をより容易にするために粉砕される。
【０００２】
材料を粉砕する通常の方法は、前記材料の粒子を衝突面に衝突させることである。この衝突は、前記粒子の表面及びその内部に前記粒子が２又はそれ以上の小さい破片に砕かれるようにする力を発生させる。前記衝突で発生する力の大きさは、前記粒子の衝突速度（衝突の瞬間における前記衝突面に関する前記粒子の速度）に正比例し、前記衝突速度が増すに従って増大する。前記粒子上及びその内部で発生した力の大きさが増大するに従って、前記衝突面との前記粒子の衝突から生じる前記破片のサイズは減少する。
【０００３】
衝突面に材料の粒子を衝突させる多くの異なる粉砕装置が存在する。例えば、ハンマーミルは、衝突面を有する複数のハンマーの回転セットを用いて材料の粒子を粉砕する。運転中、前記材料は前記ミル中に投下され、重力により前記ハンマーに供給される。前記ハンマーは前記材料の粒子を小さい破片に粉砕し、また前記粒子及び破片の一部を前記ミルの反対側に投げる。ハンマーミルでは、前記粒子の衝突速度は前記ハンマーの回転速度に大きく依存する。
【０００４】
他のタイプの粉砕装置はピンミル（pin mill）である。このピンミルは、反対方向に回転する複数のピンの多数のリングで材料の粒子を粉砕する。運転中、前記材料は前記ミルの中心に落とされ、各リングで前記ピンの通路を経て外方へ移動する。材料の粒子が移動すると、前記ピンが前記粒子を強く打つ。ピンミルでは、前記粒子の衝突速度は前記通路に沿って移動する前記ピンの速度に大きく依存する。
【０００５】
他のタイプの粉砕装置はジェットミル(jet mill)である。ジェットミルは、空気の噴流を用いて前記粒子を加速し、かつ加速された粒子を、静止又は非静止状態にある衝突面あるいは粒子の反対方向の噴流に向ける。運転中、空気の噴流が発生され、次いで粒子がこれを加速すべく前記噴流中に供給される。一旦、所望の速度に加速されると、前記粒子は衝突面又は反対方向の噴流の他の粒子に向けられ、これらに衝突する。ジェットミルでは、前記衝突面が静止している場合、粒子の衝突速度は前記粒子の速度に大きく依存し、また前記衝突面が移動し又は粒子の反対方向噴流が用いられる場合には、粒子の衝突速度は前記粒子と前記衝突面又は反対方向噴流の粒子との組み合わせ速度に大きく依存する。
【０００６】
あいにく、これらの粉砕装置はそれぞれ問題を有する。これらの装置は、それぞれ、多くのタイプの材料を粉砕するためには極めて効率的でなく、これらの装置は、所与の微粒子サイズで前記材料の価値を持つように前記材料を粉砕するためにエネルギ量を消費する。各粉砕装置は材料を所望の微粒子サイズに粉砕するために相当な量のエネルギを消費する。ハンマーミル及びピンミルは、典型的に、効果的な粉砕のために典型的に望まれている約１６８ｍ／秒（約５５０フィート／秒）以上の衝突速度と比べると、約１０７ｍ／秒（約３５０フィート／秒）の最大衝突速度を発生するため、試験で示されているように、材料の微粒子サイズにおけるかなりの低下は前記材料が２回以上これらのミルに通されることを必要とする。したがって、粉砕工程の間に消費されるエネルギの量は、多数回の運転の間にこれらのミルを作動させるために必要なエネルギの量を含む。さらに、より早い衝突速度（約１６８ｍ／秒（約５５０フィート／秒）以上）を発生させるため、前記ハンマー及び前記ピンは、従来の構造が相当な摩滅又は破壊的な故障に耐えうることなくして許すであろうよりも早く回転／移動しなければならない。ジェットミルはハンマーミル及びピンミルよりも早い衝突速度を発生することができるが、粒子を加速するための空気の噴流を生じさせることは典型的には相当のエネルギ量を必要とするため、ジェットミルが消費するエネルギの量もかなりのものである。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、従来の粉砕装置よりエネルギを消費せず、したがって従来の粉砕装置より効率のよい、約６１ｍ／秒（約２００フィート／秒）を超える衝突速度を発生することができる粉砕装置を提供する。例えば、前記粉砕装置は約４５７ｍ／秒（約１５００フィート／秒）の衝突速度を発生することができる。前記粉砕装置は、材料の粒子を所望の衝突速度まで加速するために前記粒子に遠心力及び接線方向力を生じさせる投げ出しホイールと、衝突面を含む衝突ロータであって前記粒子が前記衝突面に衝突するときに前記粒子を砕くための衝突面を含む衝突ロータと、前記衝突ロータと前記投げ出しホイールとに動力を与えるように操作可能であるモータとを含む。前記粒子の衝突速度を増大させるため、前記粒子が前記投げ出しホイールを出るときに前記衝突面が前記粒子に向けて移動する。したがって、前記粉砕装置は、従来の粉砕装置により発生される衝突速度を超える衝突速度を発生することができ、その結果、一度の運転後に粒子を小さい破片に砕くことができる。さらに、前記投げ出しホイールは前記粒子を衝突速度に向けて加速するために遠心力を用いるため、前記粉砕装置は、前記粒子の加速の間、従来のジェットミルよりも少ないエネルギを生じする。したがって、前記粉砕装置は従来の粉砕装置より少ないエネルギでより大きい衝突速度を発生することができる。
【０００８】
本発明の一の面において、前記投げ出しホイールはホイール軸線が貫通する中心と、周縁と、材料の粒子を受け入れるための前記中心に位置するハブと、該ハブから前記周縁に向けて伸びる、前記材料の粒子を前記ホイールハブから前記周縁に向けるためのチャンネルとを含む。前記投げ出しホイールが前記ホイール軸線の周りに回転するとき、前記ホイールは前記ハブ内に受け入れられた粒子に接線方向力を及ぼし、前記粒子は前記遠心力により前記周縁に向けて加速する。前記周縁において、前記粒子は前記投げ出しホイールを軌道上に出る。前記粒子の軌道は、前記チャンネルが前記ハブから前記周縁に向けて伸びる方向を変えることにより変更することができる。例えば、前記チャンネルは前記ハブから真っ直ぐ又は実質的に真っ直ぐな方向へ伸びかつ前記周縁に約９０°で交差する。あるいは、前記チャンネルは前記ハブから真っ直ぐ又は実質的に真っ直ぐな方向へ伸びかつ前記周縁に９０°以外の角度で交差する。あるいは、前記チャンネルは、前記ハブから湾曲した方向へ伸びる。前記粒子の軌道を変更することにより、所望に応じて、前記粒子の衝突速度を増大又は減少させることができる。
【０００９】
本発明の他の面において、前記衝突ロータは、モータが前記衝突ロータに動力を供給するときに前記衝突ロータが回転するロータ軸線を有する本体と、前記ロータ軸線から半径距離を離れて位置する周縁領域とを含む。また、前記衝突ロータは複数の衝突歯を含み、各衝突歯は前記周縁領域から伸び、衝突面であって前記材料の粒子が前記衝突面に衝突するときに前記粒子を砕くための衝突面を含む。各衝突面は、衝突の瞬間に粒子に発生する力を増大させるために、前記ロータ軸線と、前記ロータ軸線から前記衝突面に向けて垂直に伸びる半径とに関して角度的に配置されている。例えば、前記粒子の衝突速度を最大にするため、前記衝突面は、衝突の瞬間に前記粒子の軌道と垂直であるように角度的に配置される。前記衝突歯は、摩滅された又は他の好ましくない衝突面を除去しかつ取り替えることを可能とすべく、前記衝突ロータから取り外し可能とすることができる。さらに、各衝突面はその衝突歯から取り外し可能とすることができる。
【００１０】
本発明のさらに他の面において、前記粉砕装置は２又はそれ以上の衝突ロータを含み、各衝突ロータは、２又はそれ以上の円形路が互いに同心であるように共通のロータ軸線の周りに円形路上でそれぞれの衝突面を回転させるように寸法が定められている。外方の衝突面と衝突する粒子のための高い衝突速度を維持するために、前記衝突ロータは隣接する衝突ロータと反対の方向に回転することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下の議論は、当業者が本発明について製造し、使用することができるように示されている。開示された実施例に種々の変更がなされることは当業者には明らかであり、ここに示す一般的な原理は、特許請求の範囲に定義された本発明の精神および範囲から逸脱することなく、他の実施例および用途に適用される。したがって、本発明は、示された実施例に限定されるものではなく、ここに開示された原理および特徴と一致する最も広い範囲で認められる。
【００１２】
図１は、本発明の一実施例に係る粉砕装置２０の部分断面図である。粉砕装置２０は、材料の粒子（明瞭化のため図示せず）を衝突速度に向けて加速する投げ出しホイール２２（図２Ａ及び図３に関連して詳細に説明する。）と、前記粒子が投げ出しホイール２２から抜け出た後に衝突する衝突面２６（図２Ａ及び図５により明瞭に示す。）であって、前記粒子を粉砕する衝突面２６を有する衝突ロータ２４（図２Ａ及び図５に関連して詳細に説明する。）とを含む。また、粉砕装置２０は、ロータ軸線３０の周りに衝突ロータ２４を回転させるためのモータ２８と、衝突ロータ２４の回転と反対の方向へホイール軸線３４の周りに投げ出しホイール２２を回転させるための他のモータ３２とを含む。さらに、粉砕装置２０は、前記材料の粒子を受け入れるための入口ホッパ３６と、前記材料の粒子をホッパ３６から投げ出しホイール２２へ向けるための導管３８と、加工された材料を収集するための出口ホッパ４０とを含む。
【００１３】
投げ出しホイール２２と衝突ロータ２４とを反対方向に回転させることにより、前記粒子の衝突速度は、前記粒子の速度と前記衝突面の速度とを組み合わせたものになる。衝突の瞬間に前記粒子の軌道が衝突面２６の軌道と反対向きに一列に並ぶと、前記粒子の衝突速度は前記粒子の速度と前記衝突面の速度との和になる。したがって、粉砕装置２０は、従来の粉砕装置により生じる衝突速度を上回る衝突速度を生じさせることができる。衝突面２６の方向を前記粒子の軌道に整列させる衝突面２６の方向と組み合わされた衝突速度のこの増加は、衝突の瞬間に前記粒子上及びその内部に生じる力を増大させる。したがって、前記材料の粒子は、粉砕装置２０を通過した後、より小さい破片に細かく破砕され、粉砕装置２０により材料を効率的に粉砕することが可能である。
【００１４】
さらに図１を参照すると、粉砕装置２０は、運転中、材料の粒子を衝突速度に向けて加速させるために接線方向力と遠心力とを用いる。まず、材料がホッパ３６に投入され、導管３８を経て投げ出しホイール２２のハブ４２（図２Ａ及び図３に関連して詳細に説明する。）へ流れる。導管３８は、前記材料の投げ出しホイール２２への流量の制御を可能にするバルブ（図示せず）を備えるものとすることができる。前記粒子がハブ４２に入ると、投げ出しホイール２２の回転により、前記粒子に接線方向力が作用し、また各粒子には、各粒子をハブ４２から投げ出しホイール２２の出口に向けて移動させる遠心力が生じる。各粒子がハブ４２から離れるにつれて、接線方向力と遠心力とが前記粒子を衝突速度に向けて加速させる。各粒子は、投げ出しホイール２２から出ると、軌道上を進み続け、次いで前記粒子に向けて移動中の衝突ロータ２４の衝突面２６に衝突する。衝突面２６に衝突した後、前記粒子及び/又は前記粒子の破片は、衝突ロータ２４の他の部分及び/又は投げ出しホイール２２と衝突するが、最終的にホッパ４０に落下する。
【００１５】
図２Ａは、粉砕装置２０（図１）に組み込まれた投げ出しホイール２２及び衝突ロータ２４の図１に示した断面図の拡大図である。
【００１６】
一の実施例では、投げ出しホイール２２および衝突ロータ２４は、ホイール軸線３４とロータ軸線３０とが一直線または実質的に一直線になるように粉砕装置２０に据え付けられている。投げ出しホイール２２は、ボルト・ナットのような任意の所望の固定手段を用いてモータ３２に取り付けることができ、また衝突ロータ２４は同様にモータ２８に取り付けることができる。モータ３２、２８は任意の所望のモータ、例えば、投げ出しホイール２２又は衝突ロータ２４を、所定流量の材料を粉砕装置２０に通すのに望ましい回転速度で回転させるように設計された電動機とすることができる。
【００１７】
さらに図２Ａを参照すると、一実施例では、投げ出しホイール２２のハブ４２は、導管３８を経て衝突ロータ２４の穴４３を通る材料の粒子を受け入れる。投げ出しホイール２２は、前記粒子が衝突速度に向けて加速するように、前記材料の粒子をハブ４２からホイールの出口４６が位置する投げ出しホイール２２の周縁に向けるチャンネル４４を含む。投げ出しホイール２２はホイール軸線３４の周りに回転することにより前記粒子を加速させる遠心力を発生させるため、各粒子を衝突速度に向けて加速させるのに要するエネルギー量は、従来の粉砕装置によりしばしば必要とされたエネルギー量に比べて少ない。
【００１８】
さらに図２Ａを参照すると、一実施例において、衝突ロータ２４は、前記材料の粒子が導管３８から投げ出しホイール２２のハブ４２に入ることを可能にする穴４３を有するロータハブ４８を含むものとすることができる。加えて、衝突ロータ２４は、衝突面２６が位置するロータ周縁部５０を含むものとすることができる。衝突ロータ２４がロータ軸線３０の周りに回転するとき、前記衝突面が投げ出しホイール２２の周りを円軌道を描いて回転する。このため、粒子が出口４６を経て投げ出しホイール２２から離れた後、前記粒子と衝突面２６とが衝突し、前記粒子を細かい破片に粉砕する。
【００１９】
粉砕装置の他の実施例が考えられる。例えば、粉砕装置は、図２Ｂに示すように、２又はそれ以上の衝突ロータ５２を備えるものとすることができる。各衝突ロータ５２は、各ロータ５２がロータ軸線３０の周りに円軌道を描いて回転する衝突面５３を備えることができる。各円軌道は他の円軌道と同心であり、各衝突ロータ５２の回転方向は、隣接する他の衝突ロータ５２の回転方向と反対にすることができる。粉砕装置のさらに他の実施例は、ホイール軸線３４とロータ軸線３０とが実質的に一列に並ばないように粉砕装置２０に取り付けられた投げ出しホイール２２及び衝突ロータ２４を備えるものとすることができる。
【００２０】
図３は、本発明の実施例に係る、図１、図２Ａ及び図２Ｂに示した投げ出しホイール２２の斜視図である。投げ出しホイール２２は、材料の粒子を衝突速度に向けて加速し、出口４６から前記粒子を投げ出しホイール２２から離れた軌道上へ投げ出す。前記粒子の衝突速度を増加させるため、投げ出しホイール２２は、衝突の瞬間に衝突面２６（図１及び図２）の方向に整列され又はこれにできる限り近いように整列された軌道上に前記粒子を投げ出すように、設計されている。
【００２１】
粒子が出口４６を経て投げ出しホイール２２から離れるとき、前記粒子の軌道は、周縁５４の接線方向に伸びる方向成分とハブ４２の半径方向に伸びる他の方向成分とを含む。これらの方向成分のそれぞれの大きさは、前記粒子が投げ出しホイール２２から離れるときの前記粒子の速度と加速度とに依存する。チャンネル４４が周縁５４に向けて伸びるように各チャンネル４４の方向を修正しかつ各チャンネル４４が周縁５４と交差する角度を修正することにより、前記粒子の軌道の２つの方向成分を修正することができる。
【００２２】
一の実施例において、投げ出しホイール２２は、ハブ４２から周縁５４へ真っ直ぐ又はほぼ真っ直ぐに伸び、かつ周縁５４と約９０°で交差するチャンネル４４（明瞭化のために３つのみを示す。）を含む。各チャンネル４４は、図３に示すような長方形断面又は円形断面のような任意の所望の断面を有するものとし、また各チャンネル４４内を加速する前記粒子によって生じる摩耗を軽減する保護被膜を有するものとすることができる。さらに、投げ出しホイール２２は任意の所望の直径を有するものとし、また高い毎分回転数での回転で受ける応力に耐え得る任意の所望の材料により形成することができる。例えば、前記投げ出しホイールは、約４１．９ｃｍ（１６．５インチ）の直径を有するものとし、またＥｎグレード３０Ｂ炭素鋼（英国指定）又はこれに近い米国の同等品ＡＩＳＩグレード４３４０炭素鋼で製造することができる。
【００２３】
投げ出しホイール２２の他の実施例が考えられる。例えば図４Ａ、図４Ｂ及び図４Ｃに、投げ出しホイール２２の他の３つの実施例が示されている。図４Ａ及び図４Ｂに示すように、投げ出しホイール５６は、それぞれがハブ６０から周縁６２に向けて真っ直ぐ又はほぼ真っ直ぐに伸びかつ周縁６２と９０°以外の角度で交差する複数のチャンネル５８を含む。図４Ａに示すように、各チャンネル５８は、投げ出しホイール５６の半径６４に関してかつ投げ出しホイール５６が回転する方向６６から離れるように傾斜するものとすることができる。図４Ｂに示すように、各チャンネル５８は、投げ出しホイール５６の半径６４に関してかつ投げ出しホイール５６が回転する方向６６に向けて傾斜するものとすることができる。また、図４Ｃに示すように、投げ出しホイール６８は、それぞれがハブ７２から周縁７４へ向けて湾曲して伸び、かつ周縁７４と９０°で交差し又は交差しない複数のチャンネル７０を含むものとすることができる。
【００２４】
図５は、本発明の一実施例に係る、図１及び図２の衝突ロータ２４の斜視図である。衝突ロータ２４は、前記粒子が投げ出しホイール２２（図３）により加速された後に衝突する、前記粒子を破砕するための衝突面２６（明瞭化のために２つのみを示す。）を含む。前記粒子の衝突速度を増大させるため、衝突ロータ２４は、投げ出しホイール２２を離れた粒子に向けて衝突面２６を移動させるように設計されている。さらに、衝突ロータ２４上の各衝突面２６の方向は、衝突面２６の方向が衝突の瞬間の前記粒子の軌道と整列するように設計されている。前記粒子の衝突速度を増大しかつ前記衝突面の方向を前記粒子の軌道と整列させることにより、粉砕装置２０（図１）は、従来の粉砕装置により発生された力を上回る力を衝突の際の粒子に生じさせることができる。
【００２５】
衝突ロータ２４は任意の所望の形状の本体７６を含み、各衝突面２６は所望のように配置し、またロータ軸線３０と該ロータ軸線から垂直に伸びる各半径７８（明瞭化のために１つのみが示されている。）とに関して所望のように角度的に配置することができる。例えば、前記粒子の衝突速度を最大にするため、各衝突面２６は衝突の瞬間における前記粒子の軌道と直角をなす。ロータ軸線３０に関する前記角度的位置はαで特定され、また半径７８に関する前記角度的位置はθで特定されている（線８２はロータ軸線３０と平行である。）。一の実施例では、本体７６は、ロータ軸線３０から直径約２３．２ｃｍ及び約２８ｃｍ（９．１２インチ及び１１．０インチ）の間に規定された周縁領域８０を有する円形のディスクからなる。各衝突面２６は周縁領域８０に配置され、αが約０°及びθが約５６°であるように角度的に配置されている。しかし、他の実施例では、各衝突面２６の角度位置はαの範囲及びθの範囲内に規定される。例えば、α及びθは０°及び９０°間の範囲にある。
【００２６】
さらに図５を参照すると、衝突ロータ２４は複数の衝突歯８４と、それぞれが衝突面２６を含む複数の衝突板８６（明瞭化のために１つのみを示す。）とを含むものとすることができる。一の実施例では、衝突ロータ２４は４０個の衝突歯８４と、４０個の衝突板８６とを含む（明瞭化のために２つのみを示す。）。各衝突歯８４は、ロータ軸線３０と平行又はほぼ平行な方向に周縁領域８０から伸び、また本体７６と一体の部分からなり、あるいは任意の所望の固定手段を用いて本体７６に取り付けられている。例えば、各歯８４はボルト及びナット（図示せず）を用いて取り付けることができる。各衝突板８６は、該衝突板を各衝突歯８４に保持することができる任意の所望の固定手段により、各衝突歯８４に取り付けることができる。例えば、各衝突板８６は、ヘンケルテクノロジー社(Henkel Technologies)により製造されたロックタイト(Loclite)（商標）のような従来の接着剤を用いて、各衝突歯に接着することができる。各衝突面２６は希望により湾曲し又は平坦なものとすることができる。
【００２７】
他の実施例が考えられる。例えば、衝突ロータ２４が衝突板８６を含まず、その代わりに各衝突歯８４が、粉砕される前記材料に応じて硬くされ又は硬くされない衝突面２６を含むものとすることができる。加えて、各衝突歯は、図示のようにまた図７Ａ及び図７Ｂにおいて議論するように、本体７６の周縁領域８０から他の方向へ伸びるようにすることができる。また、各衝突板８６は、該衝突板に設けられた突起又はボスを各衝突歯８４に設けられた受け口に挿入することにより、各衝突歯８４に取り付けることができる。このタイプの取り付け方においては、衝突板８６が衝突歯８４から分離しないように前記受け口が前記突起又はボスを保持する。これは、前記衝突板を容易に取り除き、また異なるタイプの衝突板と取り替えるために好ましい。
【００２８】
さらに図５を参照すると、本体７６、衝突歯８４及び衝突板８６は、かなりの摩滅を受けることなしに材料の粒子との数多くの衝突に耐え、また運転の間に本体７６、歯８４及び板８６に生じる応力に耐えるに十分に頑丈な任意の所望の材料で形成することができる。例えば、一の実施例では、本体７６及び歯８４は、Ｅｎグレード３０Ｂ炭素鋼（英国指定）又はこれに近い米国の同等品、ＡＩＳＩグレード４３４０炭素鋼で製造することができ、また各衝突板８６は、炭化タングステン、浸炭された炭素鋼、厚膜のダイヤモンドコーティングを含む炭素鋼のような焼結炭化物あるいは金属間化合物を含むセラミックスで製造することができる。
【００２９】
図６Ａ及び図６Ｂは、本発明の他の実施例に係る衝突ロータ８８を示す図である。図６Ａは衝突ロータ８８の斜視図であり、図６Ｂは衝突ロータ８８の断面図である。衝突ロータ８８は、αが０°より大きくかつ材料の粒子が隣接する衝突歯９２間を通過することができないことを除いて、衝突歯２４（図５）と同様である。各衝突面９０をロータ軸線３０に関して０°より大きく角度的に配置し、かつ材料の粒子が隣接衝突歯９２間を通過することを阻止することは、一の粒子が有する、一又はそれ以上の衝突面９０との衝突数を減じるために好ましい。
【００３０】
他の実施例が考えられる。例えば、各衝突面９０は、αが０°より大きいが、図６Ａ及び図６Ｂに示された方向とは逆に傾けられるように角度的に配置することができる。これは、一の粒子が有する、一又はそれ以上の衝突面９０との衝突数を増大させるために好ましい。
【００３１】
図７Ａ及び図７Ｂは、本発明のさらに他の例に係る衝突ロータ９４の図である。図７Ａは衝突ロータ９４の斜視図であり、図７Ｂは衝突ロータ９４の側面図である。衝突ロータ９４は、衝突歯９６が本体９８から各歯の各半径１００と同じ方向に伸びることを除いて、衝突ロータ２２（図５）と同様である。これは、運転の間に衝突ロータ９４と投げ出しホイール２４（図３）とが同心でないときに好ましい。各衝突板１０２が、湾曲端部１０４を溝１０６に挿入し、かつロータ軸線１０８に沿った方向に衝突板１０２を各衝突歯９６に保持するために接着剤を付けることにより、衝突歯９６のそれぞれに取り付けられる。衝突板１０２は、所望によりその衝突面１１０がロータ軸線１０８から離れて、又はロータ軸線１０８に向けて相対するように、取り付けることができる。
【００３２】
図８及び図９は、本発明の他の実施例に係る粉砕装置１１２の図である。図８は粉砕装置１１２の側面図であり、図９は粉砕装置１１２の平面図である。粉砕装置１１２は、約２９０ｍ／秒（約９５０フィート／秒）の衝突速度を効率的に発生する。
【００３３】
粉砕装置１１２は、円筒状の衝突ロータ１１４であって材料の粒子と衝突してこれらを砕く衝突面１１６を有する衝突ロータ１１４と、前記材料の粒子を加速し、これらを衝突ロータ１１４へ向けるための２つの粒子加速器１１８とを含む。粉砕装置１１２は、先ず一方の加速器１１８を用いて約６１−９１ｍ／秒（約２００−３００フィート／秒）まで前記材料の粒子を加速する。次に、前記粒子は、加速器１１８から離れる前記粒子に向けて約１９８ｍ／秒（６５０フィート／秒）又はそれ以上の速度で衝突面１１６を移動させるように回転する衝突ロータ１１４に向けられる。したがって、粉砕装置１１２は約２５９ｍ／秒（約８５０フィート／秒）又はそれ以上の衝突速度を発生することができる。
【００３４】
一の実施例において、粒子加速器１１８は投げ出しホイール１２０（図９に示す。明瞭化のために図８から除かれている。）と、投げ出しホイール１２０を回転させるためのモータ１２８とを含み、投げ出しホイール１２０は外径１２２（図８に示す。明瞭化のため図９から除かれている。）と、衝突速度に向けて材料の粒子を加速するために軸線１２６の周りに回転する複数のブレード１２４（図９に示す。明瞭化のために図８から除かれている。）とを有する。また、加速器１１８は、材料の粒子を受け入れ、軸線１２６上に配置された入口１３２にこれらを供給するホッパ１３０と、衝突ロータ１１４に前記材料の粒子を向けるための出口１３４とを含む。
【００３５】
加速器１１８を出る粒子の速度は前記投げ出しホイールの外径１２２と回転速度とに大きく依存するため、加速器１１８は粒子を任意の所望の退去速度に加速するように設計される。前記退去速度は、実質的に、投げ出しホイール１２０の前記回転速度に軸線１２６からの前記粒子の距離（外径１２２の半分）を乗じることにより決定される。したがって、前記退去速度は、前記投げ出しホイールの外径１２２及び／又は回転速度を増大させることにより増加させることができ、また前記投げ出しホイールの外径１２２及び／又は回転速度を低減することにより減じることができる。
【００３６】
運転中、加速器１１８は、材料の粒子を入口１３２に向けるホッパ１３０を通して前記粒子を受け入れる。一旦入口１３２におかれると、前記粒子は軸線１２６から離れるように移動され、回転中の投げ出しホイール１２０のブレード１２４に拾い上げられ、加速される。前記粒子の速度が増大するにつれて、遠心力が前記粒子を外径１２２に向けて移動させ、それぞれの速度が増大するブレード１２４の複数の前進領域を通過させる。したがって、前記粒子が外径１２２に向けて移動し続けると、ブレード１２４は前記粒子を衝突速度まで加速し続ける。次に、出口１２０が前記粒子を受け入れ、衝突ロータ１１４に向ける。
【００３７】
衝突ロータ１１４は、粒子加速器１１８により加速された前記材料の粒子と衝突しこれらを砕くための衝突面１１６を含む。前記粒子の衝突速度を増大するため、モータ１３４（図９に示す。しかし、明瞭化のために図８では省略されている。）が軸線１３６（図８に示す。明瞭化のために図９で省略されている。）の周りに衝突ロータ１１４を回転させる。ベルト１３８がモータ１３４を衝突ロータ１１４に連結し、モータ１３４の出力を衝突ロータ１１４に伝達する。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の一実施例に係る粉砕装置の部分断面図である。
【図２Ａ】本発明の一実施例に係る粉砕装置に組み入れられた投げ出しホイール及び衝突ロータの図１に示す断面図の拡大図である。
【図２Ｂ】投げ出しホイール及び２つの衝突ロータを組み入れた本発明の他の実施例に係る粉砕装置の断面図である。
【図３】本発明の一実施例に係る図１、図２Ａ及び図２Ｂの投げ出しホイールの斜視図である。
【図４Ａ】本発明の他の実施例に係る投げ出しホイールの斜視図である。
【図４Ｂ】本発明のさらに他の実施例に係る投げ出しホイールの斜視図である。
【図４Ｃ】本発明のさらに他の実施例に係る投げ出しホイールの斜視図である。
【図５】本発明の一実施例に係る図１及び図２Ａの衝突ロータの斜視図である。
【図６Ａ】本発明の他の実施例に係る衝突ロータの斜視図である。
【図６Ｂ】図６Ａの衝突ロータの断面図である。
【図７Ａ】本発明のさらに他の実施例に係る衝突ロータの斜視図である。
【図７Ｂ】図７Ａの衝突ロータの側面図である。
【図８】本発明の他の実施例に係る粉砕装置の側面図である。
【図９】図８の粉砕装置の平面図である。
【符号の説明】
【００３９】
２０  粉砕装置
２２  投げ出しホイール
２４  衝突ロータ
２６  衝突面
２８，３２  モータ
３０  ロータ軸線
３４  ホイール軸線
４２  ハブ
【図１】
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【図３】
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【図５】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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