(57)【要約】【課題】回転炉の長さを短くして熱効率を高くするとともに、原料の付着を防ぐ。【解決方法】内筒３と外筒２からなる２重筒構造の回転炉を外熱炉４で覆い、周方向移動力を軸方向移動力に変えるスパイラル状の羽根１３，１４を、内筒３の内面と外面にそれぞれ設ける。供給した原料Ａを内筒３の一端３ａから他端３ｂへ通過させて徐々に温度を上げて乾燥させ、外筒２の他端２ｂから一端２ａへ通過させて燃焼させ、一端２ａから燃焼物Ｂを排出する。２重筒構造の回転炉内を往復させて加熱処理するので、回転炉の長さが短くても充分な加熱滞留時間が確保でき、コンパクトなロータリーキルン１となる。また、前記原料Ａが前記内筒３内で徐々に温度を上げるので熱効率がよく、外筒２をその他端２ｂから一端２ａに向かい下り勾配に敷設すれば、原料の移送、燃焼物Ｂの排出がスムースである。また、羽根１４が外筒２内周に付着した原料Ａをかき落とすので、さらに熱効率、移送効率がよい。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転炉の一端から供給した原料をその回転炉内を通過させて加熱処理するロータリーキルン１において、
前記回転炉を内筒３と外筒２とからなる２重筒構造とし、前記内筒３の一端３ａから原料を供給し、その原料を内筒３内側部を通過させて加熱処理した後、前記内筒３の他端３ｂから前記外筒２の他端２ｂに供給し、前記外筒２の他端２ｂから供給された原料を外筒２内側部の内筒３外側部に通過させて加熱処理後、前記外筒２の一端２ａから排出することを特徴とするロータリーキルン。
【請求項２】
前記外筒２は、他端２ｂから一端２ａに向かい下り勾配としたことを特徴とする請求項１に記載のロータリーキルン。
【請求項３】
前記内筒３内側部に、その内筒３の一端３ａから他端３ｂに向かって原料を送る羽根を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載のロータリーキルン。
【請求項４】
前記内筒３内側部に設けた羽根と、前記内筒３とは、それぞれ独立して回転可能となるように支持されることを特徴とする請求項３に記載のロータリーキルン。
【請求項５】
前記外筒２内側部の内筒３外側部に、その外筒２の他端２ｂから一端２ａに向かって原料を送る羽根を設けたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のロータリーキルン。
【請求項６】
前記外筒２内側部の内筒３外側部に設けた羽根と、前記外筒２とは、それぞれ独立して回転可能となるように支持されることを特徴とする請求項５に記載のロータリーキルン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術的分野】
この発明は、供給した原料を加熱処理する２重筒構造のロータリーキルンに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の２重筒構造のロータリーキルンは、特許文献１に開示されており、その一例として図９に示すものがある。このロータリーキルン２０は、図９に示すように、原料Ａの投入口２１を一端に、燃焼器２２を他端に配置した、内筒２３と外筒２４の２つの回転炉からなる２重筒構造である。その内筒２３内の空間Ｎは、前記投入口２１から燃焼器２２に向かって順に、乾燥過程２５、燃焼乾燥過程２６、及び燃焼過程２７の３つの要素が直列しており、また、外筒２４と内筒２３に挟まれた空間Ｓは、鎮火冷却過程２８をなす。
【０００３】
前記投入口２１から投入された原料Ａは、空間Ｎ内で矢印ａに示すように移送され、前記乾燥過程２５や燃焼乾燥過程２６での余熱によって乾燥されて、燃焼過程２７に至る。この燃焼過程２７において原料Ａは、前記燃焼器２２の燃焼炎ｅに近づき燃焼した後、内筒２２と外筒２３に挟まれた空間Ｓ内に矢印ｂに示すように移行し、さらに自然燃焼しながら、空気の遮断された空間Ｓ内で矢印ｃに示すように移送され、次第に鎮火し冷却され、最後は排出コンベア等による導出手段２９から燃焼物Ｂとして矢印ｄに示すように排出される。
【０００４】
【特許文献１】
特許第３０２１３８７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のロータリーキルン２０は、図９に示すように、原料Ａを加熱する乾燥過程、燃焼過程をすべて前記空間Ｎに直列して配置し、内筒２３外側の空間Ｓは、その燃焼物Ｂの鎮火、冷却過程としている。２重筒構造の空間のうち、内筒２３外側の部分を、原料Ａの加熱以外に使用するため、原料Ａの加熱滞留時間を長くしようとすれば、その内筒２３を長くせざるを得ない。
【０００６】
内筒２３が長くなれば、熱源からの距離が遠くなる箇所が発生するので、熱源を大きくしない限り熱効率が低下する。また、外筒２４も内筒２３に合わせて長くなるので、装置が大型化し、その機器の配置に多くのスペースを必要とする。
【０００７】
そこで、この発明は、原料の加熱滞留時間を確保しながらロータリーキルンの長さを短くでき、また熱効率を高くすることを課題とする。
【０００８】
【課題を解決しようとする手段】
上記の課題を解決するために、この発明は、原料を供給して加熱処理する回転炉を内筒と外筒の２重筒構造とし、前記内筒の一端から供給した原料を、その内筒の内部を他端まで通過させて加熱処理した後、その内筒の他端から前記外筒の他端に供給し、その供給された原料を、外筒内側部であって内筒の外側部に通過させて加熱処理した後、その外筒の一端から燃焼物として排出するようにしたのである。
【０００９】
このようにすれば、回転炉内において原料が、内筒の一端から他端へ、さらに外筒の他端から一端へ往復する間に加熱処理されるので、原料の加熱滞留時間を確保しつつ回転炉の長さを短くできる。このため、同じ加熱滞留時間を有する従来のロータリーキルンよりも回転炉の長さを短くし得て、熱源をコンパクトにできるので熱効率がよい。
【００１０】
また、回転炉内で、原料を移送するための手段として、前記内筒内側部に、内筒の一端から他端に向かって、原料を送る羽根を設けた構成を採用し得る。このようにすれば、その羽根により内筒に供給された原料をスムースに軸方向へ移送できる。その羽根の形状は、羽根の回転により得られる周方向の移動力を、原料の軸方向の移動力に変える形状であればよく、原料を軸方向に押し出すことができるようその軸方向に対して角度を持ったものであれば、断続的な羽根であっても連続的な羽根であってもよい。また、スパイラル形状の羽根も採用し得る。
【００１１】
また、その内筒内側部に設けた羽根と、内筒とを、それぞれ独立して回転可能となるように支持すれば、その羽根が内筒の回転方向と逆方向に回転、あるいは同方向に速度を変えて回転することにより、内筒内面に付着した原料をその羽根でかき落とすことができるので、熱効率及び移送効率がよくなる。
【００１２】
さらに、前記内筒内側部と同様に、前記外筒内側部の内筒外側部に、外筒の他端から一端に向かって、原料を送る羽根を設けた構成を採用し得る。このようにすれば、その羽根により外筒に供給された原料をスムースに軸方向へ移送できる。また、その外筒内側部の内筒外側部に設けた羽根と、外筒とを、それぞれ独立して回転可能となるように支持すれば、その羽根が外筒の回転方向と逆方向に回転、あるいは同方向に速度を変えて回転することにより、外筒内面に付着した原料をその羽根でかき落とすことができるので、熱効率及び移送効率がよくなる。
【００１３】
この外筒は、水平に敷設してもよいし、勾配になるように敷設してもよいが、他端から一端へ下り勾配とすれば、外筒内側部の内筒外側部では原料が勾配を下りながら移送されるので、その外筒内側部の内筒外側部の空間での原料の移送、及び、外筒一端での燃焼物の排出がスムースである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
一実施形態を図１乃至図３に示し、この実施形態のロータリーキルン１は、内筒３と外筒２の２重筒構造の回転炉と、原料Ａをその回転炉内に誘導する誘導筒５、及びその回転炉の外周を覆う外熱炉４から構成される外熱式のものである。前記外熱炉４は、燃焼室から熱気が送りだされて前記回転炉をその外周から加熱し、炉内に投入される原料Ａを加熱処理する。
【００１５】
図１に示すように、外筒２は、支持ローラ１６を介してその外面をフレーム（図示せず）に回転可能に支持され、その一端側２ａから他端側２ｂへ向かって上り勾配に敷設される。外筒２は、モーターＭ２により歯車などの伝達手段１０を介して回転し、その外筒２内側部には、別のモータＭ３により伝達手段１７を介して回転する、外筒２より小径の内筒３が同心軸状に挿入されている。外筒２と内筒３とは、その両端部に設けた内筒取付脚７によって、相互に独立して回転可能に連結され、外筒２と内筒３とは、図１乃至図３の矢印Ｃ及び矢印Ｄに示すように、それぞれ逆方向に回転する。
【００１６】
この内筒取付脚７は、外筒２と内筒３を連結する部材であって、外筒２内面あるいは内筒３外面のいずれかを保持してローラ支承することにより、相互に別々の回転が可能となる構造のものであれば、特にその支持方法は限定されない。
【００１７】
また、内筒３の一端３ａには、モーターＭ１により回転自在の誘導筒５の他端５ｂが挿入されている。この誘導筒５内側部には、誘導筒５の一端に設けた投入口５ａから他端５ｂへ向かって、原料Ａを送る羽根１１がスパイラル状に設けられ、その羽根１１が回転して、その回転による周方向の移動力を他端５ｂへ向かう軸方向の移動力に変えて、内部に供給された原料Ａを移送する。このため、誘導筒５の投入口５ａに投入された原料Ａが、誘導筒５の回転によって内部を通過して、他端５ｂから内筒３の一端３ａに供給される。ただし、コンベアなど他の形態の原料投入手段を用いて、内筒３への原料Ａの投入方法を別に確保した場合には、この誘導筒５を省略してもよい。
【００１８】
図２及び図３に示すように、内筒３内側部において、その内筒３内面には、一端３ａから他端３ｂに向かって原料を送る羽根１３がスパイラル状に設けられ、その羽根１３が、内筒３と一体に回転して、内筒３内側部の空間において、前記内筒３及び羽根１３の回転による周方向の移動力を、前記他端３ｂへ向かう軸方向の移動力に変えるようになっている。
【００１９】
図１に示すように、前記内筒３の一端３ａに供給された原料Ａは、その内筒３の内側部の空間を、内筒３及び羽根１３の回転とともに、矢印ｆに示すように通過し、外熱炉４からの加熱を受けながら他端３ｂまで移送され、矢印ｇに示すように前記外筒２の他端２ｂに供給される。
【００２０】
また、前記内筒３外面には、図３に示すように、他端２ｂから一端２ａに向かって原料を送る羽根１４がスパイラル状に設けられ、その羽根１４が、内筒３と一体に回転して、外筒２内側部の内筒３外側部の空間において、前記内筒３及び羽根１４の回転による周方向の移動力を、前記一端２ａへ向かう軸方向の移動力に変えるようになっている。
【００２１】
図１に示すように、前記外筒２の他端２ｂに供給された原料Ａは、外筒２の回転とともに、矢印ｈに示すように勾配を下って通過し、外熱炉４からの加熱を受けながら一端２ａまで移送される。このとき、前記羽根１４の回転によって、原料Ａが、他端２ｂから一端２ａに向かって送られるよう、さらに付勢されるので、移送がスムースである。
【００２２】
その外筒２内において、加熱中である一部燃焼物Ｂと化した原料Ａが、外筒２の内面に付着することがある。このように付着物が生じると、回転炉内への熱供給が阻害され、熱効率が下がるとともに、原料Ａの移送が妨げられ、その焼成時間が長くなることがある。
【００２３】
そこで、内筒３外面の前記羽根１４の高さを高くして、外筒２内面に近づけるようにすれば、前記外筒２と内筒３は逆方向に回転しているため、羽根１４と外筒２とが独立して回転して、その外筒２の内面の前記付着物を羽根１４によりかき落とすことができる。このため、例えば、付着性の高い水分の多い原料などを用いる際にも、熱効率を下げることなく加熱処理ができる。なお、この外筒２と内筒３の回転は、同方向にそれぞれ速度を変えて回転してもよい。
【００２４】
このようにして、燃焼物Ｂと化した原料Ａは、外筒２内の内筒３外側部分の空間を一端２ａまで移送され、矢印ｉに示すように排出口６から排出される。前記燃焼物Ｂは前記排出口６を介してこの回転炉から排出後に冷却されるので、前記燃焼物Ｂの冷却によって回転炉の温度を下げることがない。
【００２５】
この一連の加熱処理において、原料Ａは、前記誘導筒５を介して前記内筒３に供給され、まず比較的熱源から遠い内筒３の内部を通過し、徐々に温度を上げるとともに乾燥される（乾燥過程）。前記原料Ａが、比較的温度の低い部分である内筒３内へまず供給されて、徐々に温度を上げながら乾燥された後、より熱源に近く高温である外筒２内へ供給されるので、原料Ａの投入による回転炉内の急激な温度降下がなく熱効率がよい。
【００２６】
前記内筒３内側部の空間を通過した後、前記原料Ａは、比較的熱源に近い前記外筒２に供給され、前記外筒２内側部の内筒３外側部の空間を通過しながら加熱され燃焼される（燃焼過程）。これらの乾燥過程、燃焼過程を経て、前記原料Ａは燃焼物Ｂと化し排出されるが、前記乾燥過程と前記燃焼過程は、前記回転炉内での原料Ａの加熱中に相乗作用として進行するため、例えば、乾燥過程の前記内筒３の内部で、燃焼過程の作用が全く発生しないことを意味するものではない。
【００２７】
このように、原料Ａが回転炉内を往復して加熱処理を経るので、この回転炉は、同じ加熱滞留時間を有する従来のロータリーキルンよりも短くコンパクトなものとなるので、その回転炉を覆う前記外熱炉４も小型化し得て、同じ加熱滞留時間を有する従来のロータリーキルンよりも熱効率がよい。
【００２８】
また、前記外筒２が、その他端２ｂから一端２ａに向かって下り勾配になるよう敷設されているので、上方に位置する他端２ｂ側に設けられた排気口８からの排気、及び下方に位置する一端２ａ側に設けられた吸気口９からの吸気が、それぞれ円滑になされ、燃焼効率がよい。
【００２９】
なお、上記の実施形態では、内筒３内面にその内筒３と一体に回転する羽根１３を設けたが、内筒３内側部に羽根を設ける他の実施形態として、図４乃至図６に示すように、前記羽根１３の代わりに、前記内筒３内に、内筒３の一端３ａから他端３ｂに向かって原料を送るスパイラル状の羽根１５を挿入した構成を採用し得る。その羽根１５と、内筒３とは、独立して別々に回転できるように支持されて、羽根１５は、内筒２の回転方向と逆方向に回転するようにする。この場合、前記外筒２と内筒３とは、図５に示すように、一体に回転するようにしてもよいし、図２に示すように、別々に回転するようにしてもよい。このようにすれば、前記内筒３と羽根１５とは逆方向に回転しているため、その内筒３の内面への前記付着物をかき落とすことができる。
【００３０】
このとき、図６に示す羽根１５の外径Ｒを大きくして、その羽根１５の外周を、内筒３内面に近づけることにより、少量の付着物であってもかき落とすことができる。なお、この羽根１５の内筒３内側部での原料Ａの移送の作用は、前述の内筒３内面に設けた羽根１３の作用と同様である。
【００３１】
この内筒３と羽根１５とを独立して回転可能に設ける構成では、図４に示すように、羽根１５を回転させるモータを誘導筒５のモータＭ１と共用するようにして、羽根１５が誘導筒５とともに回転するようにしてもよいし、モータ、駆動手段を誘導筒５とは別に設けてもよい。また、この羽根１５と内筒３の回転は、同方向にそれぞれ速度を変えて回転してもよい。
【００３２】
また、上記の実施形態では、前記内筒３外面にその内筒３と一体に回転する羽根１４を設けたが、前記外筒２内側部の内筒３外側部に羽根を設ける他の実施形態として、図７及び図８に示すように、前記内筒３外面の羽根１４の代わりに、前記外筒２の内面に、外筒２の他端２ｂから一端２ａに向かって原料を送る羽根１２をスパイラル状に設けた構成を採用し得る（図７には羽根１２を図示せず）。この羽根１２が、外筒２と一体に回転して、前記外筒２の回転による周方向の移動力を前記一端２ａへ向かう軸方向の移動力に変えるので、前記他端２ｂに供給された原料Ａを矢印ｈに示すように移送できる。この構成において、前記内筒３内側部に設ける羽根は、内筒３内面に設ける図２及び図３に示す羽根１３であってもよいし、図５及び図６に示す羽根１５であってもよい。
【００３３】
また、この実施形態では、外筒２に勾配を付けて敷設したが、外筒２を水平に敷設して稼働させることも可能である。回転炉内において、原料を移送する方向が上り勾配である場合や水平である場合には、原料をスムースに移送するため、その空間には、前記羽根を設けることが望ましい。原料を移送する方向が下り勾配である場合には、移送が比較的スムースであるので、必要に応じて、羽根の回転軸周りの枚数、回転軸方向の間隔を減じたり、あるいは、省略したりすることができる。
【００３４】
前記羽根１１，１２，１３，１４，１５は、それぞれスパイラル状を成し、回転炉内に供給された原料を軸方向へ移送する仕組みになっているが、その羽根１１，１２，１３，１４，１５の角度、形状、位置は、羽根の回転による周方向の移動力を原料の軸方向の移動力に変えるものであればよく、スパイラル状のものに限定されない。つまり、原料を送ろうとする軸方向に対して角度を持っていればよく、その角度は、前記軸方向に平行又は垂直に近づくと、原料を軸方向に押し出す力が少なくなるので、平行や垂直にならない角度において、原料Ａの種類に応じて適切な角度を決定する。また、羽根の高さについても自由であり、形状、位置は、間歇的であっても連続的であってもよい。例えば、図６に示す羽根１４のように、小片の集合からなる羽根で構成してもよい。
【００３５】
また、この実施形態では、前記外筒２、内筒３、誘導筒５は、円筒状のものを使用したが、他の実施形態として、前記外筒２、内筒３、誘導筒５のいずれか、あるいはすべての横断面形状を、例えば六角形などの多角形とし得る。横断面形状が多角形であると、原料がその角部でもって幾分滞留しながら上まで持ち上げられて落とされるので、回転炉内で原料Ａが攪拌されて熱処理がさらにスムースとなる。
【００３６】
また、上記のロータリーキルンは外熱式であったが、加熱処理を行う原料の種類に応じて、上記の回転炉の構造に、原料が回転炉内で直接炎に触れる内熱式を選択することもできる。内熱式を選択する場合は、前記外熱炉４に代えて回転炉内のいずれかの場所に燃焼器を配置する。
【００３７】
例えば、前記他端２ｂに燃焼器を配置する場合、前記内筒３の他端３ｂに対向して防炎板を設けて、前記内筒３内に燃焼器の炎が入らないようにすると、上記の外熱式の場合と同様に原料Ａが乾燥過程と燃焼過程の両過程を経て加熱処理することができる。つまり、前記一端３ａに供給された原料Ａは、この内筒３内で移送されながら防炎板で燃焼器の炎に触れずに燃焼器の熱を内筒３の壁を介して受け、前記乾燥過程と同様の加熱処理がなされる。つぎに、前記原料Ａが前記他端３ｂから前記他端２ｂに供給された後、前記原料Ａは、前記外筒２内で移送されながら燃焼器からの炎を受け、前記燃焼過程と同様の加熱処理がなされることになる。これにより、原料Ａの投入による急激な温度降下を防ぎ、熱効率を上げることができる。もちろん、これによらず前記一端２ａに燃焼器を配置することも可能である。
【００３８】
また、前記排気口８の設置位置は、例えば前記他端２ｂ付近に前記燃焼器を設ける場合は前記一端２ａ付近に、また、前記一端２ａ付近に燃焼器を設ける場合は前記排気口８は前記他端２ｂ付近に設けることが、回転炉内の吸排気を円滑にするためには望ましい。ただし、前記外筒２にその他端２ｂから一端２ａへ下り勾配を設ける場合は、上記にかかわらず、前記排気口８を勾配の上部である他端２ｂ付近に設けることになる。
【００３９】
【発明の効果】
この発明は、以上のように、回転炉を２重構造として、原料の加熱滞留時間を確保したので、ロータリーキルンの長さを短くすることができ、また熱効率がよい。また、回転炉の内壁に付着した原料を取り除くことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施形態の切断正面図
【図２】一実施形態の切断側面図
【図３】一実施形態の回転炉内部の構造を示す斜視図
【図４】他の実施形態の切断正面図
【図５】他の実施形態の切断側面図
【図６】他の実施形態の回転炉内部の構造を示す斜視図
【図７】他の実施形態の切断正面図
【図８】他の実施形態の切断側面図
【図９】従来例の切断正面図
【符号の説明】
１　ロータリーキルン
２　外筒
２ａ，３ａ　一端
２ｂ，３ｂ　他端
３　内筒
４　外熱炉
５　誘導筒
５ａ　投入口
５ｂ　他端
６　排出口
７　内筒取付脚
８　排気口
９　吸気口
１０，１７　伝達手段
１１，１２，１３，１４，１５　羽根
１６　支持ローラー
Ａ　原料
Ｂ　燃焼物
Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３　モーター
【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】
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【図９】
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