(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
遠心力作用型空気分離器であって、鉛直軸線を有するロータを具備し、該ロータにはその周辺部にわたって規則正しく離間された羽根が設けられ、分離器はさらに、ロータ回りに配置された案内ブレードと、ロータおよび案内ブレードを収容するハウジングとを具備し、ハウジングには空気および分級されるべき物質のための入口が設けられると共に、物質の細部分を運ぶ空気のための排気導管と粗部分のための出口とが設けられ、空気が羽根間に形成される流路を介しロータにその周辺部において流入し、ロータ内部を排気導管に向け流れるようにした分離器において、ロータ内を流れる空気が少なくとも二つの分離された流れに分割され、ロータに、これら流れの少なくとも一つの速度および／または流量を調節する手段を設けた分離器。
【請求項２】
ロータに、空気流の一つがロータ内部に流入するときに通過する少なくともいくつかの流路（１５）の断面積を変化させる手段（３２，３２’，４０）を設けた請求項１に記載の分離器。
【請求項３】
ロータに、ロータから排気導管（２２）に向けて流出する空気流の少なくとも一つが通過する開口の断面積を変化させる手段（２８）を設けた請求項１または２に記載の分離器。
【請求項４】
ロータが半径方向に配置された鉛直方向分離壁（２４）により区域に分割され、開口の断面積を変化させる手段（２８）が設けられた開口を介し各区域が排気導管と連通する請求項１または２に記載の分離器。
【請求項５】
ロータが水平方向分離壁（５０）により二つの部分（４６，４８）に分割され、排気導管（２２）から遠い方のロータの部分（４８）が通路（５５）を介し排気導管と連通し、通路（５５）は分離壁内の中央開口（５６）に接続された同軸シェル（５４）により規定され、ロータのもう一方の部分（４６）はシェルを包囲する環状開口（５２）を介し排気導管と連通し、ロータの少なくとも一方の部分において羽根（１４）間に形成される少なくともいくつかの流路の断面積を変化させると共に通路（５５）および／または環状開口（５２）の断面積を変化させる手段が設けられた請求項１または２に記載の分離器。
【請求項６】
開口の断面積を変化させる手段が、開口に枢動可能に配置されたフラップ（２８）から形成される請求項４に記載の分離器。
【請求項７】
通路および／または環状開口の断面積を変化させる手段が、通路および／または環状開口に枢動可能に配置されたフラップ（２８）から形成される請求項５に記載の分離器。
【請求項８】
ロータに、ロータの区域または部分の一つの羽根（１４）間に形成される少なくともいくつかの流路（１５）の断面積を変化させる手段（３２，３２’，４０）を設けた請求項４または５に記載の分離器。
【請求項９】
流路の断面積を変化させる手段が流路（１５）内に配置された板から形成され、各板は流路のほぼすべての断面を開放する第１の位置と、流路をほぼ完全に遮断する第２の位置との間を移動可能である請求項２または８に記載の分離器。
【請求項１０】
流路の断面積を変化させる手段が、各流路において、流路（１５）の出口に配置されて鉛直軸線（４２）上に枢動可能に取り付けられた二枚の板（４０）から形成され、該鉛直軸線（４２）が流路の中心面内に配置され、これら板が適当な機構（４４）により、互いに押圧せしめられて中心面に対しほぼ平行に配置される第１の位置から、流路を規定する羽根（１４）の端部に板の自由端が当接する第２の位置まで移動可能である請求項２または８に記載の分離器。
【請求項１１】
ロータのいくつかの羽根（１４）を鉛直軸線回りに指向可能にしてこれら羽根が隣接する羽根上に係止することにより、互いに隣接する羽根により形成される流路を閉鎖するようにし、これら指向可能な羽根が流路の断面積を変化させる手段を形成する請求項２または８に記載の分離器。
【請求項１２】
ロータのいくつかの羽根（１４）が固定部分（３１，３１’）と、鉛直軸線回りに回転することにより指向可能な可動部分（３２，３２’）との二つの部分からなり、羽根のこれら可動部分が流路（１５）の断面積を変化させる手段を形成する請求項２または８に記載の分離器。
【請求項１３】
いくつかの羽根の面（３１）の一つが固定されると共に、隣接する羽根に係止してこれら羽根が形成する流路（１５）を遮断するように他の面（３２）が可動かつロータの周辺部の近くに配置された鉛直軸線（３３）回りに枢動可能である請求項１２に記載の分離器。
【請求項１４】
羽根の半径方向外側部分（３１’）が固定されると共に、その半径方向内側部分（３２’）が回転可能であり、互いに隣接する二つの可動部分が互いに係止して羽根が形成する流路（１５）を遮断するようにした請求項１２に記載の分離器。
【発明の詳細な説明】
本発明は粒状物質を細部分および粗部分に分級するように構成された遠心力作用を備えた空気分離器に関し、鉛直軸線を有するロータを具備し、ロータにはその周辺部にわたって規則正しく離間された羽根が設けられ、分離器はさらに案内ブレードを具備し、案内ブレードは仮想シリンダの母線に沿いロータ回りに配置されると共に、仮想シリンダに流入する空気または他のガスの流れにシリンダの軸線回りの回転運動を与えることができ、分離器はさらにロータおよび案内ブレードを収容するハウジングを具備し、ハウジングには空気および分級されるべき物質のための一つまたはそれ以上の入口と、ロータの上方または下方の出口オリフィスとが設けられ、この出口オリフィスを介し物質の細部分を運ぶ空気流が吸い込まれ、ハウジングにはさらに粗部分のための少なくとも一つの出口が設けられ、空気が羽根間に形成される流路を介しロータにその周辺部において流入し、ロータ内部を出口オリフィスに向け循環するようにした遠心力作用型空気分離器に関する。
この形式の分離器において、案内ブレードおよびロータにより規定される環状部分を有する空間内部に分級されるべき物質および空気を別々に導入させることができ、またはブレードを介し空気流が空間に流入する前に分級されるべき物質を空気流内に漂遊せしめることができる。次いで空気流はロータ内に流入し、出口オリフィスから排出される。
いずれの場合にも、ロータおよび案内ブレード間に含まれる環状部分を有する空間内において、空気流および分級されるべき物質はロータの軸線回りに回転せしめられる。物質の粗部分を形成する粒子はこの回転により発生する遠心力により、案内ブレードに対し推進せしめられ、排出オリフィスを備えた補集ホッパ内に重力効果により落下する。一方、細部分を形成する粒子はロータおよび中央出口オリフィスを介し空気流により運ばれる。
分離された細部分は第１の寸法よりも小さい寸法の粒子のほぼすべてを含み、一方、粗部分は第１の寸法よりも大きい第２の寸法よりも大きい寸法の粒子のほぼすべてを含む。さらに、二つの部分は第１および第２の寸法間の寸法の粒子を含む。これは分布曲線により表されており、分布曲線は傾斜部により連結されたほぼ水平方向をなす二つの部分を備え、傾斜部の勾配が分離器を特徴付けるものである。
一方または他方の部分における中間寸法の粒子の分布は分離器の遮断精度を特徴付ける。一般に、構成により、二つの部分間にできるだけ顕著な遮断作用を得ようと試みられており、すなわち第１および第２の寸法間の間隔を低減し、これは勾配が急な分布曲線により表される。
或る場合において、得ようとする製品はこの形式の分離器により得られる細部分であろうと粗部分であろうと部分の分布と異なる粒子寸法分布を有していなければならない。これは特にクリンカを圧縮研磨することにより得られるセメントに適用する。従来、この問題の唯一の解決策は直列または並列に配置されて互いに異なる遮断寸法に調節された二つの分離器を用いることである。これは費用のかかる解決策を表している。
本発明の目的は当該形式の分離器を改良して分布曲線の勾配を簡単な方法で調節できるようにすることである。
本発明による分離器はロータ内を循環する空気が少なくとも二つの分離された流れに分割され、ロータに、これら流れの少なくとも一つの速度および／または流量を調節する手段を設けたことを特徴としている。
ロータの羽根間に形成される流路を介する二つの空気流の速度が異なる値に調節されると、二つの流れにより発生されて所定質量および所定寸法の粒子に作用する抵抗力が異なってくる。空気流が減速された速度で流れる流路において、空気速度が高い他の流路でバランスするための粒子の大きさよりも小さい粒子の大きさに対し、抵抗力と理論遮断メッシュに対応する遠心力とがバランスする。したがって、あたかも、異なる遮断メッシュの平行な二つの分離器が存在するかのようにすべてが生ずる。空気流の速度を調節することにより遮断メッシュを調節することができ、その結果最終製品における粒子の粒子寸法分布を調節することができる。
空気流の速度および／または流量を調節する手段を、ロータの羽根間に形成される流路のうち少なくともいくつかの流路の入口の断面積を変化させる手段、および／または空気流がロータから流出するときに通過する開口の通路断面積を変化させる手段から形成することができる。
実施態様の特別の形式によれば、ロータは半径方向に配置された鉛直方向分離壁により区域に分割され、各区域は通路断面を調節するための手段を備えた開口を介し出口オリフィスに連通し、この手段を例えば枢動フラップまたはダイアフラムから形成することができる。この形式の実施態様において、半径方向分離壁は本願出願人によるフランス国特許第９００１６７３号明細書による分離器の第２組の羽根の耐渦機能を果たす。
ロータの羽根間に形成される流路の断面積を変化させるために、流路内に配置された板を用いることができ、各板は例えばロータの軸線に対し平行な軸線回りに回転することにより、各流路のほぼすべての断面を開放する第１の位置と、流路をほぼ完全に遮断する第２の位置との間を移動可能である。
例えば、流路の中心面内に配置された軸線回りに枢動可能に取り付けられた二つの板を流路の出口に配置することを選択できる。これらの板は適当な機構により、互いに押圧せしめられて中心面に対しほぼ平行に配置される第１の位置から、流路を規定する羽根の端部に板の自由端が当接する第２の位置まで移動可能である。
変更可能には、ロータのいくつかの羽根を鉛直軸線回りに指向可能にしてこれら羽根の端部が隣接する羽根上に係止することにより、互いに隣接する羽根により形成される流路を閉鎖するようにすることができる。
別の解決策は羽根を固定部分と、鉛直軸線回りに回転することにより指向可能な可動部分との二つの部分から形成することである。例えば、羽根の一方の面を固定し、羽根の面の一つを固定すると共に、隣接する羽根に係止してこれら羽根が形成する流路を遮断するように他の面を可動にしかつロータの周辺部の近くに配置された鉛直軸線回りに枢動可能にすることができる。別の形式の実施態様によれば、羽根の半径方向外側部分を固定すると共に内側部分を回転可能にし、互いに隣接する二つの羽根の可動部分が互いに係止可能にしてこれら二つの羽根が形成する流路を遮断するようにすることができる。
本発明の目的の他の特徴は本発明を限定しない例を用いて本発明の複数の実施態様を示す添付図面を参照した以下の記載を考慮することにより明らかになるであろう。添付図面において、
図１は本発明による分離器ロータの径方向断面図であり、
図２はロータをその上部において部分的に遮断するリングがロータの半分にわたって取り除かれている図１のロータの頂面図であり、
図３はロータの詳細を示す拡大図であり、
図４および図５は実施態様の変更可能な形式を示す図３に類似の拡大図であり、
図６は本発明による別の分離器ロータの径方向断面図であり、
図７は従来の分離器および本発明による分離器の分配曲線を示す図である。
本発明による分離器はフランス国特許第９０．０１６７３号明細書に開示されている形式のものであり、その詳細はこの明細書を参照することができる。上述したように、分離器は鉛直軸線を有するロータと、ロータ周りに配置された案内ブレードと、内部にロータおよび案内ブレードが収容されるハウジングとを具備する。ハウジングには、分級されるべき製品および空気流のための一つまたはそれ以上の入口と、粗部分のための一つまたはそれ以上の出口と、製品の細部分を運ぶ空気流のための中心出口オリフィスとが設けられる。
ロータ１０は鉛直軸１１の下端に固定され、鉛直軸１１は分離器ハウジングの屋根に固定された管状支持部材１２にローラベアリングを介して取り付けられている。鉛直軸１１はロータを所望の速度で回転させることができる可変速度制御ユニットに連結されている。
ロータはその周辺部において規則正しく離間された複数の鉛直方向羽根１４を具備し、羽根の下端および上端はそれぞれ端部１６およびリング１８に固定される。リング１８の内縁に固定された筒状シェル２０は羽根１４の間に形成される流路１５を介しロータに流入した小さな寸法の粒子を運ぶ空気のための出口通路を画定する。このシェルは分離器ハウジングの屋根を貫通する排気導管２２に回転ジョイントを介して接続される。
ロータの内部は半径方向に配置された四つの鉛直分離壁２４により四つの同じ扇状区域に分割されている。これら分離壁は端部１６と、リング１８と、管状支持部材１２の下部を包囲しかつ端部１６に固定されたシェル２６とに固定される。
リング１８およびシェルにより規定される出口開口は枢動フラップ２８（図示される実施態様の形式では各区域に対し二つ）により部分的に閉鎖される。各フラップはリング１８およびシェル２６に固定されたベアリングに取り付けられたシャフト３０に固定される。各シャフト３０の外端に設けられた四角形要素によって、フラップの向きを調節することができ、その結果調節後、各区域の出口開口の部分と施錠システムとによってフラップを所望の位置に維持することができる。
図２の左下に示されるロータの区域において、二つのうち一つの羽根１４は作用面を構成する固定部分３１と、羽根１４の先端の近くに配置された鉛直軸線３３周りに向きを変えることが可能な可動部分３２とから形成される（図３参照）。この可動部分３２は流路１５の入口が開放されるように羽根の固定部分３１に対し可動部分３２が押圧される第１の位置（図３において実線で示される）と、可動部分３２が完全にこの入口を遮断する第２の位置（図３において一点鎖線で示される）との間を変位可能になっている。羽根の可動部分の向きを個々にまたはグループ毎に制御することができる。ロータのバランスがとれるようにこれら二部分からなる羽根をロータの周辺部に分散させなければならない。例えば径方向に関し互いに反対側の二つの区域にこれらを設けることができる。
図４はロータの或る流路１５を遮断するための手段の実施態様の別の形態を示している。変更可能なこの実施態様によれば、流路を規定する二つの羽根は二つの部分、すなわちロータの構造に強固に固定されている外側部分３１’と、鉛直軸線３３’回りに枢動可能な下側部分３２’とからなっている。図示しない制御機構によって、各羽根の可動部分３２’は二つの位置、すなわち部分３１’，３２’が互いに延長せしめられて流路１５が完全に開放される図４において実線で示される第１の位置と、二つの羽根の部分３２’の自由端が互いに当接して流路１５が遮断される一点鎖線で示される第２の位置との間を移動することができる。
図５の変更可能な実施態様において、流路遮断手段はロータ内部に配置された鉛直方向板４０の対から形成され、一対を形成する二枚の板は流路の中心面内に配置された同一鉛直軸線４２上でそれらの内縁によってヒンジ止めされる。図面において実線でもって示されるように、これら二枚の板間に配置されて適当な機構により制御されるカム４４により、二枚の板を離れるよう移動させてこれら板の自由端が羽根１４に当接するようにし、流路１５の出口を遮断することができる。流路の中心面内に位置するようカムが回転せしめられると、図面において一点鎖線でもって示されるように板４０が遠心力によりカムに押圧せしめられ、流路１５の出口がほとんど完全に開放される。
図示しない変更可能な実施態様によれば、羽根の先端の近くに配置された鉛直軸線回りにロータ上を枢動可能に、かつ対応する流路１５を遮断すべく固定されたまたは指向可能な隣接する羽根に対し当接するように取り付けることによって、いくつかの羽根１４を指向可能にすることができる。
作動時、分離器はガス流、例えば空気流が流れる開回路または閉回路と組み合わされる。ロータに流入するとき、空気流は羽根１４間の流路１５と同じ数の単位流に分割される。流路から流出するとき、ロータの各区域においてこれら単位流は一団となって四つの２次流を形成し、これら２次流はリング１８およびシェル２６により規定される出口開口を介し流出する。すべてのフラップ２８が鉛直位置にありかつすべての流路１５が開放されていると、四つの２次流の流速は互いに等しく、単位流の速度は互いに等しい。分離器の作用は従来型の分離器のものと同じである。
ロータの区域の一つにおいて流路１５の一部を遮断し、同時に他の区域においてフラップ２８を部分的に閉鎖して空気流が互いに異なる二つの流れに分割されるようにし、それによりフラップ２８が閉鎖されている各区域を通過する流量がフラップが開放されている区域を通過する流量よりも小さくなるようにすると、第１の区域において開放されている流路１５を介する空気の速度はこれら二つの理由により、他の区域の流路におけるよりも高くなる。流路１５内の遠心力に抗して粒子に作用する抵抗力は空気の速度に依存し、一方、遠心力はロータの回転速度のみに依存する。第１の区域において遠心力と抵抗力とがバランスする粒子の大きさ（理論遮断メッシュ）は他の区域におけるものよりも大きい。あたかも、異なる遮断メッシュで平行に作動する二つの分離器と、分離器からの出口において混合される細部分とが存在するかのようにすべてが生ずる。ロータの一つまたはそれ以上の区域の空気入口断面を調節すると共に他の区域内を循環する空気の流量を調節することにより、互いに異なる二つまたはそれ以上のの遮断メッシュを選択することができ、したがって所望の粒子寸法分布を設定範囲内において得ることができる。
図７は二つの遮断メッシュの従来型分離器および本発明による分離器の分布曲線の一例を示している。分布曲線は粗部分における所定の寸法の粒子の％で表される重量割合を与える。細部分に対しては逆の曲線が得られる。寸法が２０μｍよりも小さい粒子および２００μｍよりも大きい粒子に対し、三つの曲線は重なり合っている。２０から２００μｍの範囲において、破線は理論遮断メッシュが５０μｍである従来型分離器に相当し、点線は理論遮断メッシュが１０５μｍである従来型分離器に相当する。実線は本発明による分離器により得られたものであり、その勾配が従来型分離器のものよりも急でないことがわかる。すなわち、２０から２００μｍの範囲において粒子寸法が広く分散している。
したがって、一方ではロータの速度および案内ブレードの方向両方に作用し、他方ではフラップ２８の位置および流路１５の断面の設定に作用することにより、本発明により調節可能な勾配を備えた分布曲線を有することができ、その結果予め定められた粒子寸法範囲において目的の粒子寸法分布を有する最終製品を得ることができる。
半径方向の分離壁により区域を分割する代わりに、図６に示すように例えば中間高さに配置された水平方向分離壁５０により二つの部分４６，４８に分割し、ロータの上壁内に設けられた開口５２によりロータの上部が分離器の空気排気導管２２に連通せしめられ、開口５２の直径よりも直径の小さいシェル５４が分離壁内の中央開口５６に接続されると共にロータの下部を第１の開口を介し排気導管２２と連通させる通路５５を規定するように、ロータを構成することができる。ロータには羽根間に形成される流路のうちのいくつかを遮断する遮断するための図３、図４、および図５に示されるような手段が流路の高さの少なくとも一部にわたって設けられ、さらに、出口開口の少なくとも一つを調節するためのフラップ２８のような手段が設けられる。同じ原理によると、互いに重ね合わされた二つよりも多くの部分に分割することができる。さらに、単一または複数の水平方向分離壁を除去し、ロータの軸線に配置された一つまたはそれ以上のプランジャ管の配置でもってロータ内において空気を二つまたはそれ以上に分割するようにすることもできる。
ロータの出口開口の断面積を調節するために枢動フラップ以外の手段、例えばダイアフラムを用いることもできる。言うまでもなく、これらの変更、および上述した実施態様の形式に対し均等な技術的手段でもってなされうるすべての変更は本発明の範囲に含まれる。
【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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