(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円周方向に適宜の間隔を存して回転中心より放射状に或いは断面３角形をなして、その頂点が同一内周円上にあって回転中心を向かないようにし、しかも断面形状及び向きが同一に配置される複数の羽根と、羽根間の分級室を有するロータを有し、分級室に流入した流体が外周側より内周側に流入する間に分級粒子径より大なる粒子を外周側に、分級粒子径より小なる粒子を内周側に移動させて流体中の微粒子を分級する装置において、前記分級室は外周から内周までの半径方向全域で分級粒子径が一定となるように構成され、また前記羽根はロータの回転軸方向の高さが一定で、円周方向における厚みが外周に向かって厚く形成され、前記分級室の直径ｄ位置における羽根の厚みｔ（ｄ）が下記数１５式を満足するロータを有することを特徴とする分級装置。
【数１５】
0006713540.tif 000043
ここでＱ：流量、Ｎ：円周方向の分級室数、Ｄ１：分級粒子径、
ｎ：ロータの回転数、η：流体の粘度、ρ１：流体の比重、
ρ２：粒子の比重、Ｔは羽根の高さ（一定）である。
【請求項２】
羽根内周端における羽根の厚みｔ（ｄ）は０である請求項１記載の分級装置。
【請求項３】
円周方向に適宜の間隔を存して回転中心より放射状に或いは断面３角形をなして、その頂点が同一内周円上にあって回転中心を向かないようにし、しかも断面形状及び向きが同一に配置される複数の羽根と、羽根間の分級室を有するロータを有し、分級室に流入した流体が外周側より内周側に流入する間に分級粒子径より大なる粒子を外周側に、分級粒子径より小なる粒子を内周側に移動させて流体中の微粒子を分級する装置において、前記分級室は外周から内周までの半径方向全域で分級粒子径が一定となるように構成され、また前記羽根は円周方向における厚みが一定で、ロータ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、分級室の直径ｄ位置における羽根の高さＴ（ｄ）が下記数１１式を満足するロータを有することを特徴とする分級装置。
【数１１】
0006713540.tif 000044
ここでＱ：流量、Ｎ：円周方向の分級室数、Ｄ１：分級粒子径、ｎ：ロータの回転数、η：流体の粘度、ρ１：流体の比重、ρ２：粒子の比重、ｔ：羽根の厚み
【請求項４】
円周方向に適宜の間隔を存して回転中心より放射状に或いは断面３角形をなして、その頂点が同一内周円上にあって回転中心を向かないようにし、しかも断面形状及び向きが同一に配置される複数の羽根と、羽根間の分級室を有するロータを有し、分級室に流入した流体が外周側より内周側に流入する間に分級粒子径より大なる粒子を外周側に、分級粒子径より小なる粒子を内周側に移動させて流体中の微粒子を分級する装置において、前記分級室は外周から内周までの半径方向全域で分級粒子径が一定となるように構成され、また前記羽根は、ロータ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、前記分級室の直径ｄ位置における羽根高さＴ（ｄ）及び羽根の厚みｔ（ｄ）が下記数１８式、数１９式及び数２１式を満足するロータを有することを特徴とする分級装置。
【数１８】
0006713540.tif 000045
【数１９】
0006713540.tif 000046
【数２１】
0006713540.tif 000047
ここでａ：内周羽根間の隙間係数（πｄ１−Ｎｔ１）／πｄ１
ｂ：外周羽根間の隙間係数（πｄ２−Ｎｔ２）／πｄ２
ｄ１：ロータ内周径、ｄ２：ロータ外周径、ｔ１：羽根の内周厚み
ｔ２：羽根の外周厚み、Ｑ：流量、Ｎ：円周方向の分級室数、
Ｄ１：分級粒子径、ｎ：ロータの回転数、η：流体の粘度、
ρ１：流体の比重、ρ２：粒子の比重
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体中又はスラリー中の微細な粒子を分級する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
分級装置には、図１に示すように羽根１を周方向に等間隔で回転中心より放射状に設けるか、或いは断面３角形にして、その頂点が同一内周円上にあって回転中心を向かないようにし、しかも断面形状及び向きを同一とし、羽根間を分級室にしたロータ２を有し、該ロータ２を高速回転させることにより、空気中の微粒子を分級する乾式タイプのものと、スラリー中の微粒子を分級する湿式タイプのものがある。
【０００３】
図２は、内部に前記ロータ２を備えた乾式タイプの分級装置３を有する分級システム全体の概略構成を示すもので、分級装置３には原料供給装置５から原料が空気と共に供給され、高速回転するロータ２により原料が粗粒と微粒に分級され、粗粒は分級装置３より排出されて容器６に回収される一方、微粒はロータ２に連結される駆動軸７の周りの流出室８を通ってバグフィルター１１に流出し、このバグフィルター１１において微粒が空気と分離され、容器１２に回収されるようにしてある。この種乾式タイプの分級装置の一例が下記特許文献２に開示されている。【０００４】
図３は、湿式タイプの分級装置１４を備えた分級システム全体の概略構成を示すもので、分級装置１４にはスラリータンク１５より原料スラリーがスラリーポンプ１６により供給され、高速回転するロータ１７により原料スラリーが粗粒を含むスラリーと、微粒を含むスラリーに分級され、粗粒スラリーは分級装置１４より機外に排出される一方、微粒スラリーはロータ１７に連結された中空の駆動軸１８を通してタンク１９に回収されるようにしてある。この種湿式タイプの分級装置の一例が下記特許文献１に開示されている。【０００５】
図１に示す前記ロータ２における分級は、気体又はスラリー（以下、流体という）がロータ２内に流入して内周側に向かって移動する間、流体中の粒子がロータ２の高速回転による遠心力と、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による抗力を受け、両者がバランスする粒子径より径大の粗粒と径小の微粒とに分級されるようになっている。このことを図１に示す高速回転するロータ２の羽根１間の任意の分級室９流入する粒子１０について説明する。【０００６】
分級室９の直径ｄ位置において、粒子１０は径方向外方に働く遠心力Ｆと、内周側を向く流体の流れによる、前記遠心力Ｆと逆向きに作用する抗力Ｒの相反する作用を受け、遠心力Ｆは粒子１０が球であると仮定したときの直径をＤ、ロータ２の回転数をｎ、流体の比重をρ１、粒子１０の比重をρ２、重力加速度をｇとすると、下記数１式で表される。
【数１】
0006713540.tif 000002
【０００７】
一方、抗力Ｒは流体の粘度をη、内方向に向かう流体の線速度をｓとすると、ストークスの定理より下記数２式で表される。
【数２】
0006713540.tif 000003
【０００８】
ここで線速度ｓは、図１に示す分級室９の直径ｄ位置における円周上の円弧面積（以下、単に円弧面積という）をＡ、内周方向の分級室９の数をＮ、内周方向に向う流体の流量をＱとすると、下記数３式で表される。
【数３】
0006713540.tif 000004
【０００９】
数３式に示す前記円弧面積Ａは、直径ｄ位置における円周上の円弧の長さにロータの回転軸方向長さ（高さ）を乗じたもので、分級室は多数あってＮ≫１であるため、円弧及び該円弧の弦の長さは小さく、弦における断面積である弦の長さとロータの回転軸方向長さ（高さ）を乗じたものに近似される。したがって本明細書において両者は実質的に同一なものとして取り扱う。同様に直径ｄ位置における羽根の円周方向の厚み（以下、単に羽根の厚みという）と弦、及び直径ｄ位置における羽根間の円周方向の円弧長さである隙間（以下、単に羽根間の隙間という）と弦についても、円弧と弦の長さは近似されるから、本明細書では両者は実質的に同一なものとして取り扱う。【００１０】
分級室９の直径ｄ位置において、遠心力Ｆ＝抗力Ｒとなる粒子１０の分級粒子径Ｄ１は、前記数１〜数３式より下記数４式で求められる。
【数４】
0006713540.tif 000005
【００１１】
分級室９の直径ｄ位置においては、前記遠心力Ｆと抗力Ｒがバランスする粒径の分級粒子径Ｄ１を基準に分級が行われ、Ｒ＞Ｆとなる粒子は、分級粒子径Ｄ１より小なる粒径の粒子で内周側に移動する一方、Ｒ＜Ｆとなる粒径の粒子は分級粒子径Ｄ１より径大であることから径方向外方に移動する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００２−１４３７０７号
【特許文献２】特開２０１１−７２９９３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
特許文献１に開示される従来機においては、数４式で示す通り分級粒子径Ｄ１は、数３式で表される線速度ｓ＝Ｑ／（Ａ・Ｎ）、Ｇ＝（ｄ・ｎ２）／（２×８９４）で表わされる遠心効果Ｇ、及び直径ｄの関数となり、線速度ｓが大きくなる程、また遠心効果Ｇ及び直径ｄが小さくなる程大きくなる。因みに従来機においては、ロータの羽根は高さ及び厚みが径方向に一定であることから、円弧面積は内周に向かう程小さくなり、数３式から線速度ｓは大きくなる。また遠心効果Ｇは直径ｄが小さくなるほど小さくなる。【００１４】
特許文献２に開示される分級機は、分級室の直径方向で羽根厚さ及び円弧面積を一定にした条件下で、線速度の一定化のため、羽根高さを内周に向かうほど増大させているが、羽根高さの増大は直径ｄの減少による遠心効果Ｇの低下を補うほどではない。数４式中のＱ／（Ａ・Ｎ）で表わされる線速度ｓを一定化させたとしても、直径ｄによる分級粒子径Ｄ１の増加は避けられない。要するに特許文献２に開示される分級機は、従来機より分級粒子径の増加割合を幾分低下できる程度で、分級粒子径の増大は解消されないのである。【００１５】
以上述べたように、前記いずれ分級機においても分級粒子径Ｄ１は内周に向かうほど大きくなるが、高速回転するロータの外側の流体は乱流状態であるため、分級粒子径Ｄ１より大きな粗粒が飛び込んだ場合、分級粒子径Ｄ１との粒径の差が小さいと、内周側に混ざり込んで内周に達し、そのまま回収され易くなる。【００１６】
分級粒子径Ｄ１は前述するように数４式より求められるが、次のように表わすこともできる。
図１の紙面と直交する方向、すなわちロータ２の回転軸方向における羽根１の高さをＴ、羽根間の隙間をＥ、羽根１の厚みをｔとすると、直径ｄ位置における前記円弧面積Ａは、
【数５】
0006713540.tif 000006
で表され、この数５式と前記数４式から、前記分級粒子径Ｄ１は、
【数６】
0006713540.tif 000007
となる。【００１７】
ここで流量Ｑ、分級室数Ｎ、羽根１の高さＴ、羽根１の厚みｔ、ロータ２の回転数ｎを設定値とし、流体の粘度η及び比重ρ１、粒子１０の比重ρ２を一定とすると、分級粒子径Ｄ１は直径ｄの関数となり、数６式から分かるように分級室９の直径ｄが大きくなる程、分級粒子径Ｄ１は小さくなり、逆に直径ｄが小さくなる程、分級粒子径Ｄ１は大きくなる。【００１８】
次に以下の表１に示す設定値で前記分級粒子径Ｄ１がロータ２の径方向で具体的にどの程度変化するかをシミュレーション計算した。結果を以下の表２に遠心効果Ｇ、前記円弧面積Ａ、羽根間の隙間Ｅ、ロータ内周側に向かう流体の移動速度である線速度ｓと共に示した。【００１９】
【表１】
0006713540.tif 000008
【００２０】
【表２】
0006713540.tif 000009
【００２１】
特許文献２には、半径減少と共に羽根高さを増大させて前記円弧面積Ａを一定にし、線速度ｓが一定となるロータを用いて分級する方法が開示されている。
この方法による場合の分級粒子径Ｄ１について、ロータの回転数ｎ、粘度η、流量Ｑ、流体の比重ρ１、粒子の比重ρ２、羽根の厚みｔ及び分級室数Ｎを表１に記載される設定値と同じくし、かつ線速度ｓを表２の直径位置０．４０ｍであり、かつ分級室外周における０．０００８４ｍ／ｓｅｃと同じに設定し、前記数５式及び数６式を用い、羽根高さＴ及び分級粒度径Ｄ１をシミュレーション計算して求めた。なお羽根間の隙間Ｅは、前記数５式から（πｄ−ｔＮ）／Ｎとなる。結果を以下の表３に示す。【００２２】
【表３】
0006713540.tif 000010
0006713540.tif 000011
0006713540.tif 000012
【００２３】
表３において、直径位置ｄで求められる羽根間の隙間Ｅでの羽根高さＴは、数５式において、表３に示す一定の円弧面積Ａと、表３に示す羽根間の隙間Ｅを代入することによって求め、線速度ｓは前記数３式より、また分級粒子径Ｄ１は表１の該当項目を前記数６式に代入してシミュレーション計算することにより求めた。【００２４】
特許文献１に示される従来機は表２に見られるように、分級粒子径Ｄ１及び線速度ｓが共に内周に向かう程大きくなっている。特許文献２に示される分級機は、線速度ｓが一定に設定されていても、（ｄ・ｎ２）／（２×８９４）で表わされる遠心効果Ｇが内周に向かう程低下するため、分級粒子径Ｄ１は表３に見られるように、増加割合は減少しているものの、増加していることに変わりがない。【００２５】
本発明は、前述の従来機に比べ、粗粒の混入が少なくシャープな粒度分布と、高い分級精度が得られる分級装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
本発明は、円周方向に適宜の間隔を存して回転中心より放射状に或いは断面３角形をなして、その頂点が同一内周円上にあって回転中心を向かないようにし、しかも断面形状及び向きが同一に配置される複数の羽根と、羽根間の分級室を有するロータを有し、分級室に流入した流体が外周側より内周側に流入する間に分級粒子径より大なる粒子を外周側に、分級粒子径より小なる粒子を内周側に移動させて流体中の微粒子を分級する装置において、前記分級室は外周から内周までの半径方向全域で分級粒子径が一定となるように構成したことを特徴とする。
【００２７】
分級粒子径を半径方向で一定化する方法として、本発明は内周に向かって低下する遠心効果に対し、それを補完するために内周に向かって線速度ｓを低下させる必要があり、その実現のために内周に向かって円弧面積Ａを増大させようとするもので、以下の三方式がある。【００２８】
第１は、羽根厚さを直径方向で一定にし、羽根高さを特許文献２に開示されるものよりも、内周に向かう程増大させる方式であり、第２は特許文献１に開示される従来機と同様、羽根高さを一定にし、羽根厚さを内周に向かう程減少させていく方式である。第３は、第１及び第２の方式の組み合わせ、すなわち内周に向かう程羽根高さを増大させると共に、羽根厚さを減少させる方式である。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によると、分級室の外周から内周までの半径方向全域において、分級粒子径を同一に設定することにより、分級粒子径以下の微粒を外周から内周までの全域で分級させながら内周側に移動させ、分級粒子径より大きな粗粒が飛び込んで侵入したとしても、分級作用が分級室全域で行われることにより外周側に弾き出され易くなり、その結果、粗粒混入が起こり難く、したがって粗粒の回収製品への混入がほとんど生じず、そのためシャープな粒度分布と分級性能の高い製品を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】分級装置を構成するロータの横断面図。
【図２】乾式タイプの分級装置を備えたシステム全体の構成を示す模式図。
【図３】湿式タイプの分級装置を備えたシステム全体の構成を示す模式図。
【図４】本発明に係る実施形態のロータの縦断面図。
【図５】図４に示すロータのＡ−Ａにおける断面図。
【図６】別の実施形態のロータの縦断面図。
【図７】図６に示すロータのＢ−Ｂ線における断面図。
【図８】図７に示すロータの変形態様の横断面図。
【図９】実施例１の分級装置で用いられるロータと、そのサイズを示す図。
【図１０】比較例１の分級装置で用いられるロータと、そのサイズを示す図。
【図１１】原料の粒度分布と図９及び図１０に示す分級装置を用いた分級後の粒子の粒度分布を示す図。
【図１２】実施例２の分級装置で用いられるロータと、そのサイズを示す図。
【図１３】比較例２の分級装置で用いられるロータと、そのサイズを示す図。
【図１４】原料の粒度分布と図１２及び図１３に示す分級装置を用いた分級後の粒子の粒度分布を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
本実施形態の分級装置は、羽根を周方向に等間隔で回転中心より放射状に設けるか、或いは羽根を断面３角形にして、その頂点が同一内周円上にあって回転中心を向かないようにし、しかも断面形状及び向きを同一にし、羽根間を分級室としたロータを用い、該ロータを高速回転させてロータに流入する流体中の微粒子を分級する装置において、前述する第１〜第３のいずれかの方式を用いて、前記分級室の外周から内周までの半径方向の全域で分級粒子径が一定となるようにして分級することよりなるもので、以下には各方式で用いる分級装置の構造について説明する。
【００３２】
図４及び図５は、第１の方式で用いる分級装置のロータを示すもので、図４はロータ２３の縦断面、図５は図４のＡ−Ａ線断面を示すもので、図５に示すロータ２３は、図１に示すロータ２とは横断面が同一となっているが、縦断面を異にしている。
【００３３】
このロータ２３における分級粒子径Ｄ１は前記したと同様にして求められる。すなわち、図５に示すロータ２３の直径ｄ位置において、前述した遠心力Ｆと抗力Ｒがバランスする分級粒子径Ｄ１は、図５に示す羽根２１の紙面と直交する方向での高さを直径ｄの関数としてＴ(ｄ)で表わすと、前述の数６式から、
【数７】
0006713540.tif 000013
となり、直径ｄ位置において前述したように、分級粒子径Ｄ１より粒径の大なる粒子は径方向外方に弾き出される一方、分級粒子径Ｄ１より粒径の小さな粒子は径方向内方に移動する。なお数７式におけるＱ、Ｎ、ｔ、Ａ、ｎ、η、ρ１及びρ２は数６式で前述した通りで、Ｑは流体の流量、Ｎは分級室の室数、ｎはロータ２３の回転数、ηは流体の粘度、ρ１は流体の比重、ｔは羽根２１の厚み、ρ２は流体に含まれる粒子の比重である。
【００３４】
直径ｄの関数として表される分級室２２の円弧面積Ａ(ｄ)は、直径ｄ位置における羽根間の隙間をＥ(ｄ)、羽根２１の高さをＴ(ｄ)とすると、
【数８】
0006713540.tif 000014
であるから、前記数７式と及び数８式より下記数９式で求められる。
【数９】
0006713540.tif 000015
【００３５】
分級粒子径Ｄ１を一定にするための直径ｄ位置における円弧面積Ａ(ｄ)は、流量Ｑ、分級室２２の室数Ｎ、ロータの回転数ｎ、流体の粘度η、流体及び粒子の比重ρ１及びρ２を設定値とし、一定とすると、前記数９式における円弧面積Ａ(ｄ)は、Ａ(ｄ)＝Ｃ／ｄとなり、直径ｄの関数で、直径ｄに反比例するものとなる。
【００３６】
ここで前記Ｃは下記数９式で示される定数である。
【数１０】
0006713540.tif 000016
【００３７】
数８式と数９式より、直径ｄの関数である分級羽根２１の高さＴ(ｄ)は下記数１１式で求められる。
【数１１】
0006713540.tif 000017
【００３８】
分級室２２の外周から内周にわたるまでの全域で分級粒子径Ｄ１を一定にするための羽根高さＴ(ｄ)は数１１式より求められ、数１１から羽根２１の高さＴ(ｄ)は直径ｄの関数で表され、外周に向かって直径ｄが大きくなるほど小さくなり、逆に直径ｄが小さくなるほど大きくなる。したがって、ロータ２３は図４に示されるように内周側が膨らんだ断面形状をなすようになる。なお羽根間の隙間Ｅ(ｄ)は、数８式よりＥ(ｄ)が（πｄ−ｔＮ）／Ｎで表わされ、直径ｄに比例して外周に向かうほど大きくなる（図５）。
【００３９】
以上のように羽根高さＴを内周側に向かって高くした本実施形態のロータ２３を用い、以下の表４に示す流量Ｑ、羽根の厚みｔ、分級室数Ｎ、ロータ回転数ｎ、粘度η、流体の比重ρ１、粒子の比重ρ２を表１と同じに設定し、かつ分級粒子径Ｄ１を以下の表４に示す設定値とし、前記数３式、数８式、数９式及び数１１式を用いて直径ｄ位置での線速度ｓ、円弧面積Ａ(ｄ)、羽根間の隙間Ｅ(ｄ)及び羽根高さＴ(ｄ)をシミュレーション計算して求めた。計算結果を以下の表５に示す。なお、表４において分級粒子径Ｄ１を０．９２μｍと設定したのは、表１に示す該当項目を数６式に代入してシミュレーション計算して求めた表２に示す分級粒子径Ｄ１のうち、最小値である直径位置０．４０ｍにおけるロータ外周の分級粒子径Ｄ１に合わせたものである。
【００４０】
【表４】
0006713540.tif 000018
【００４１】
【表５】
0006713540.tif 000019
【００４２】
前記実施形態の数１１式は、分級粒子径Ｄ1を分級室内の径方向で一定にするための羽根２１の高さＴ(ｄ)を求めたものである。
図６及び図７は、前記第２の方式で用いる分級装置のロータを示すもので、図６はロータ２５の縦断面、図７は図６のＢ−Ｂ線断面を示す。ロータ２５は図６に示すように、羽根２６の高さＴを径方向で一定にし、かつ羽根の円周方向の厚みｔ(ｄ)を図７に示すように内周より外周に向かう程大きくし、分級室２７を内周に向かう程巾広く形成して径方向に変化させている。羽根２６の内周での厚みｔ(ｄ)は０でなくてもよいが、好ましくは０にされる。羽根２６の内周での厚みを０にすることにより、羽根２６の内周の径を短くすることができ、羽根の直径方向の長さを長くすることにより分級室での分級が十分に行えるようになるからである。
【００４３】
第２の方式を実施するための実施形態において、直径ｄ位置における円弧面積Ａ(ｄ)は、羽根間の円周隙間をＥ(ｄ)とすると、
【数１２】
0006713540.tif 000020
で表され、分級粒子径Ｄ１を一定にするための直径ｄと円弧面積Ａ(ｄ)との関係式である前記数９式と前記数１２式から直径ｄ位置における羽根間の隙間Ｅ(ｄ)は下記数１３式で求められる。
【数１３】
0006713540.tif 000021
【００４４】
羽根高さＴを以下の表６に示すように一定の０．０３８１ｍとし、羽根２６の円周方向の厚みｔ(ｄ)を以下の数１５式で求めた以外は表４と同じ設定値にして前記数１２式及び数１３式よりシミュレーション計算して求めた直径ｄ位置における円弧面積Ａ(ｄ)と羽根間の隙間Ｅ(ｄ)を、羽根の円周方向の厚みｔ(ｄ)、遠心効果Ｇ及び線速度ｓと共に以下の表６に示す。
【００４５】
羽根高さＴを０．０３８１ｍと設定したのは、表４における流量Ｑと同じにして分級粒子径Ｄ１＝０．９２μｍを満足させるためで、直径ｄ＝０．２０ｍでの羽根の厚みｔ(ｄ)＝０とし、分級室数Ｎ＝１２とすると、Ｅ(ｄ)＝πｄ／ＮよりＥ(ｄ)＝０．０５２ｍとなり、このＥ(ｄ)値と表４中の該当項目を数１３式に代入すると、直径ｄ=０．２０ｍにおける羽根高さＴが０．０３８１ｍとして求められる。直径ｄ位置における羽根厚みｔ(ｄ)は、下記数１４式より求められる。
【数１４】
0006713540.tif 000022
【００４６】
数１４式のＥ(ｄ)に数１３式を代入すると、羽根２６の厚みｔ(ｄ)は下記数１５式になり、この数１５式に表４の該当項目を代入してシミュレーション計算することにより分級室外周から内周まで分級粒子径Ｄ１が一定の０．９２μｍとなる羽根厚さｔ(ｄ)が求められる。
【数１５】
0006713540.tif 000023
【００４７】
【表６】
0006713540.tif 000024
【００４８】
図７に示すロータ２５は、分級室２７が外周側に向かって先細りで、かつ回転中心に向く放射状に形成されているが、図８に示すロータ３１のように、外周側に向かって断面積が拡大する羽根３３及び先細りの形態をなす分級室３２が回転中心を向かないように形成されてもよい。
【００４９】
前述する第３の方式を実施するためのロータの更に別の実施形態においては、ロータが図４及び図５に示すロータ２３と、図６、図７又は図８のロータ２５、３１を組み合わせて構成される。すなわち羽根の高さを図４に示すように内周に向かって次第に高くしてロータの内周側を膨らませると共に、図６、図７又は図８に示すように、羽根の厚みを外周側に向かう程厚くし、分級室が内周側に向かう程広く形成される。
【００５０】
本実施形態において、直径ｄ位置における円弧面積Ａ(ｄ)は、羽根間の円周方向における隙間Ｅ(ｄ)、羽根の高さをＴ(ｄ)とすると、
【数１６】
0006713540.tif 000025
で表され、直径ｄの関数として表わされる羽根２６の厚みｔ(ｄ)は、数１５式のＴをＴ(ｄ)とした下記数１７式
【数１７】
0006713540.tif 000026
より求められ、数１７式を数１６式に代入すると、高さＴ(ｄ)は、
【数１８】
0006713540.tif 000027
となる。
また、数１８式の隙間Ｅ(ｄ)は下記１９式より求められる。
【００５１】
【数１９】
0006713540.tif 000028
【００５２】
数１９式において、ｄ１は分級室の内周径、ｄ２は外周径、ａは、（πｄ１−Ｎｔ１）／πｄ１である内周羽根間隙間係数、ｂは（πｄ２−Ｎｔ２）／πｄ２である外周羽根間隙間係数である。またｔ１は羽根２６の内周端での厚み、ｔ２は同外周端での厚みである。このことから内周径ｄ１での円周隙間と外周径ｄ２での円周隙間の差はπ（ｂｄ２−ａｄ１）／Ｎで表される。直径ｄ２と直径ｄ１の間の任意の径ｄにおいては、前記差を（ｄ２−ｄ）／（ｄ２−ｄ１）で按分することにより下記数２０式で求められ、前記数１９式はこの数２０式より求められる。
【００５３】
【数２０】
0006713540.tif 000029
羽根２６の厚みｔ(ｄ)は、ｔ(ｄ)＝｛πｄ−Ｎ・Ｅ(ｄ)｝／Ｎであるから、Ｅ(ｄ)に数１８式を代入すると、ｔ(ｄ)は下記数２１式より求まる。
【数２１】
0006713540.tif 000030
【００５４】
羽根厚さを除いて前記表４に示されるのと同じ設定値と、前記ａを１、ｂを０．８にそれぞれ設定のうえ、数１９式より求めた直径ｄ位置における羽根間の隙間Ｅ（ｄ）を用い、数１８式より羽根高さＴ（ｄ）、数２１式より羽根の厚みｔ（ｄ）についてシミュレーション計算した計算値を円弧面積Ａ(ｄ)及び遠心効果Ｇと共に以下の表７に示す。
【００５５】
【表７】
0006713540.tif 000031
【００５６】
以上の第１から第３の方式を実施するための各実施形態に示されるように、分級粒子径を分級室の径方向で一定にするための羽根形状を備えたロータが求められる。
前記各実施形態の図示するロータ２３、２５、３１は縦向きの分級装置に用いられているが、横向きの分級装置においても同様に用いることができる。
【実施例１】
【００５７】
図２に示す乾式タイプの分級装置３におけるロータとして、外周径２００ｍｍでの厚みが５ｍｍ、内周径１６５ｍｍでの厚みが０であり、厚みが数１５式を満足する羽根４１を周方向に一定間隔で４０枚、ロータ中心から放射状に配置した図９に示すサイズのロータ４２を製作し、原料として粒子径が平均粒子径Ｄ５０で２．５０μｍ、最大粒子径Ｄ１００で１３．２０μｍである、表８及び図１１に示す粒度分布を有し、かつ下記表９に示す物性の重質炭酸カルシュームよりなる原料７３．５ｋｇ／ｈをエアー５５０Ｎｍ３／ｈ（０．１５３Ｎｍ３／ｓ）と共に分級装置３に供給し、表１０に示す設定値及び表１１に示す計算値に基づく設定条件で分級を行った。そして容器１２に回収された微粒をサンプリングし、粒径とその割合を測定した結果を以下の表８及び図１１に示す。測定した微粒は、平均粒径Ｄ５０で１．２４μｍ、Ｄ１００で５．８６μｍであった。前記測定は、株式会社堀場製作所製のレーザ回折／散乱型粒子径分布測定装置（商品名ＬＡ−７００）を用いて行った。【００５８】
【表８】
0006713540.tif 000032
【００５９】
【表９】
0006713540.tif 000033
【００６０】
【表１０】
0006713540.tif 000034
【００６１】
【表１１】
0006713540.tif 000035
【００６２】
表１１に示す分級粒子径Ｄ１の２．３１μｍは、分級室外周における羽根４１の厚みｔ(ｄ)を５ｍｍに設定して求めた分級室外周における分級粒子径で、表１０に記載の該当項目を数６式に代入してシミュレーション計算して求めた。表１１に示す各直径位置における羽根厚さｔ(ｄ)は、分級室の半径方向で一定に設定した分級粒子径Ｄ１と、表１０の該当項目を数１５式に代入することにより求め、ｔ＝０における内周径ｄは数１５式より求めた。また遠心効果Ｇは、表１０に記載のロータ回転数ｎをＧ＝（ｄ・ｎ２）／（２×８９４）に代入することにより、円弧面積Ａはｔをｔ(ｄ)とした数５式において、前記により求めた羽根厚さｔ(ｄ)と表１０の該当項目を数５式に代入することにより、線速度ｓは数３式に、前記により求めた円弧面積Ａと表１０の該当項目を代入することにより、また羽根間の隙間Ｅ(ｄ)は前記厚みｔ(ｄ)と数１４式によりそれぞれ求めた。表８に示すように、このときの実施例１における最大粒子径１００は、５．８６７μｍであった。
【比較例１】
【００６３】
分級装置のロータとして、図１０に示すように羽根４３の厚みを一定の５ｍｍとした以外は図９に示すロータ４２と同じ構造及びサイズのロータ４４を有し、ロータ以外は実施例１の分級装置と同じ構造をなす分級装置を用い、かつ実施例１と同じ原料を用い、同じ条件下で分級を行った。下記表１２及び表１３はシミュレーション計算に用いた項目と計算結果を示している。表１３中の分級粒子径Ｄ１は、表１２の該当項目を数６式に代入することにより求め、円弧面積Ａ(ｄ)は表１２の該当項目を数５式に代入することにより求め、遠心効果Ｇは、Ｇ＝（ｄ・ｎ２）／（２×８９４）に表１２に記載のロータ回転数ｎを代入することにより、線速度ｓは数３式に、求めた円弧面積Ａ(ｄ)と表１２の該当項目を代入することにより求め、また羽根間の隙間Ｅ(ｄ)は、Ｅ(ｄ)＝Ａ(ｄ)／Ｔに前記円弧面積Ａ(ｄ)と表１２の羽根高さＴを代入することによりそれぞれ求めたものである。
結果を表８に示すと共に図１１に実施例１と共に示す。この比較例１において、実施例１と同じ測定装置を用い、実施例１と同じ方法で粒度測定を行ったところ、図２に示す容器１２に回収された微粒の粒径は、平均粒子径Ｄ５０が１．７９μｍ、最大粒子径Ｄ１００が８．８１μｍであった。
【００６４】
【表１２】
0006713540.tif 000036
【００６５】
【表１３】
0006713540.tif 000037
分級室で分級粒子径が一定となり、かつ羽根の厚みが数１５式を満たすようにして製作した図９に示すロータを備えた乾式タイプの分級装置と、羽根の厚みを一定にしたロータを備えた分級装置を用いて以上述べたような比較実験を行ったところ、図１１に示されるように、実施例１の粒度分布は、比較例１の粒度分布より図の左側にシフトし、微粒化が進むと共に、シャープ化が進み、粗粒の飛び込みが低下するようになった。
【実施例２】
【００６６】
図３に示す湿式タイプの分級装置１４のロータ１７として、外周径８６ｍｍでの厚みが３ｍｍ、内周径７０．２ｍｍでの厚みが０であり、厚みが数１５式を満足する羽根４６を周方向に一定間隔で３０枚、ロータ中心から放射状に配置した図１２に示すサイズのロータ４７を製作し、原料として粒子径が平均粒子径Ｄ５０で５μｍ、Ｄ９８で１４μｍであり、かつ以下の表１４及び図１４に示す粒度分布を有する株式会社デンカ製の球状溶融シリカ（商品名ＦＢ−５ＳＤＣ）よりなる原料を０．２ｗｔ％ヘキサメタリン酸水溶液に混合させた原料スラリーを用い、表１５に示す設定値及び該設定値よりシミュレーション計算して求めた表１６に示す計算値よりなる設定条件に基づく実験を３回を行った。結果を以下の表１４及び図１４に示す。また各実験ごとにタンク１９に回収された微粒スラリーをサンプリングし、それぞれの粒径を測定したところ、平均粒径Ｄ５０で２．７、２．９、２．９μｍであり、Ｄ９８で５．７、６．６、６．８μｍであった。この測定は、株式会社島津製作所製のレーザ回折式粒度分布測定装置（商品名ＳＡＬＤ−３１００）を用いて行った。【００６７】
【表１４】
0006713540.tif 000038
【００６８】
【表１５】
0006713540.tif 000039
【００６９】
【表１６】
0006713540.tif 000040
【００７０】
表１６に示す分級粒子径Ｄ１は、分級室外周における羽根４６の厚みｔ(ｄ)を３ｍｍに設定して求めた分級室外周における分級粒子径で、表１５に記載の該当項目を数６式に代入してシミュレーション計算して求めた。半径方向の分級粒子径を一定の１．５２μｍに設定し、この分級粒子径と表１５の該当項目を数１５式に代入して各直径位置における羽根厚さｔ(ｄ)を求め、また数１５式よりｔ＝０である内周径ｄを求めた。遠心効果Ｇは表１５に記載のロータ回転数ｎをＧ＝（ｄ・ｎ２）／（２×８９４）に代入することにより、円弧面積Ａは前記求めた羽根厚さｔ(ｄ)と表１５の該当項目を数５式に代入することにより、線速度ｓは数３式に、前記により求めた円弧面積Ａと表１５の該当項目を代入することにより、また羽根間の隙間Ｅ(ｄ)は前記厚みｔ(ｄ)と数１４式よりそれぞれ求めたものである。表１４に示されるように、このときの実施例２におけるＤ９８は、５．７、６．６、６．８μｍであった。【００７１】
【表１７】
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【００７２】
【表１８】
0006713540.tif 000042
【比較例２】
【００７３】
分級装置のロータとして、図１３に示すように、羽根４８の厚みを一定の３ｍｍとした以外は図１２に示すロータ４７と同じ構造及びサイズのロータ４５を有し、ロータ以外は実施例２の分級装置と同じ構造をなす分級装置を用い、かつ実施例２と同じ原料を用い、同じ条件下で分級を行った。
【００７４】
表１７と表１８はシミュレーション計算に用いた項目と計算結果を示している。表１８中の分級粒子径Ｄ１は、表１７の該当項目を数６式に代入することにより、円弧面積Ａ(ｄ)は表１７の該当項目を数５式に代入することにより求め、遠心効果Ｇは、Ｇ＝（ｄ・ｎ２）／（２×８９４）に表１７に記載のロータ回転数ｎを代入することにより、線速度ｓは数３式に、求めた円弧面積Ａ(ｄ)と表１７の該当項目を代入することにより求め、また羽根間の隙間Ｅ(ｄ)は、Ｅ(ｄ)＝Ａ(ｄ)／Ｔに前記円弧面積Ａ(ｄ)と表１７の羽根高さＴを代入することによりそれぞれ求めたものである。
【００７５】
結果を表１４に示すと共に図１４に実施例２と共に示す。この比較例２においては実施例２と同じ測定装置を用い、実施例２と同じ方法で粒度測定を２回行ったところ、図３に示す容器１９に回収された微粒の粒径は、平均粒径Ｄ５０で３．３、３．５μｍ、粒径Ｄ９８で９．１、９．７μｍであった。
【００７６】
湿式タイプの分級装置においても、図１４に見られるように、実施例２の粒度分布は、比較例２の粒度分布より図の左側にシフトし、細粒化及びシャープ化が大巾に上昇し、粗粒の飛び込みを低下させることができた。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明の分級装置は、湿式、乾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、例えば金属工業・化学工業・薬品工業・化粧品工業・顔料・食品工業・セラミック工業・その他に用いることができる。
【符号の説明】
【００７８】
１、２１、２６、３３、４１、４３、４６、４８・・羽根
２、１７、２３、２５、３１、４２、４４、４７・・ロータ
９、２２、２７、３２・・分級室
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0006713540.tif 000055
【図９】
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【図１０】
0006713540.tif 000057
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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