(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転するとともに粉体を一端から他端に移動させ加熱する円筒体と、該円筒体の一端から他端の方向に設けられる回転軸を中心に回転し前記粉体を撹拌する撹拌手段と、該撹拌手段を回転させる回転力を伝達する回転力伝達手段とを備え、
前記回転力伝達手段は、前記円筒体の内周方向に沿って設けられる内歯車と、前記円筒体の回転中心線上に設けられる固定歯車と、前記内歯車と前記固定歯車とに噛み合う移動歯車とを有し、前記攪拌手段の回転軸は、前記移動歯車の中心軸または該移動歯車に噛み合う他の歯車の中心軸に連結されてなるロータリーキルン。
【請求項２】
請求項１において、前記撹拌手段は、該撹拌手段の回転軸に沿って設けられるスクリュー、複数のスティック、複数の板、ブラシ、筒体のいずれか一つを有してなるロータリーキルン。
【請求項３】
請求項２において、前記撹拌手段は、該撹拌手段の回転軸と前記スクリュー、前記複数のスティック、前記複数の板、前記ブラシ、前記筒体のいずれか一つとの間で伸縮する伸縮手段を有してなるロータリーキルン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、粉体を加熱するロータリーキルンに関するものである。ここで云う加熱は、乾燥、熱分解または反応などのために行う加熱を含む。
【０００２】
【従来の技術】
粉体を加熱するロータリーキルンは、キルン本体に投入される粉体を均一に撹拌するために、たとえば回転しない固定羽根（撹拌手段）を設けたものが知られている。しかし、キルン本体の中を加熱されながら一端から他端に移動する粉体は、粉体の種類、性状、粒径などの要因にもよるが、加熱され移動する間にキルン本体の内壁や固定羽根自体に付着する。特に、粉体が樹脂、酸化マグネシウム、酸化カルシウムなどの場合には、この現象が著しい。一旦キルン本体の内壁や固定羽根に付着すると、付着物が大きく成長し、極端な場合にはキルン本体内を閉塞させる恐れがある。
【０００３】
加熱される粉体を付着させないロータリーキルンとして、たとえばキルン本体内にその内径より長い耐熱性棒を存在させて、無機粉体を焼成するものが知られている（特開平２−１６６３８５号公報）。このロータリーキルンは、耐熱性棒によって無機粉体を焼成する際にキルン内壁に粘着物が付着するのを防止して、長時間の運転を可能にするものである。
【０００４】
一方、ロータリーキルンの内壁に付着した付着物を除去するものとして、キルン本体に大小の金属塊を投入し、回転させながら加熱し付着物を除去するものが知られている（特開平７−１０３６７２号公報）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記キルン本体の内部に耐熱性棒を存在させるもの（特開平２−１６６３８５号）は、原料無機物の溶融などにより付着物がキルン本体の内壁や耐熱性棒に付着する。特に、原料無機物が粘着性の場合には、この傾向が著しい。しかし、耐熱性棒は重力のみでキルン本体内の下部壁面を押し付けるので、キルン本体の内壁や耐熱性棒に付着した付着物は攪拌されずに付着し成長する。また、原料無機物はキルン本体内の下部に滞留する傾向があり、原料無機物が熱を受ける受熱部は、キルン本体内の下部に溜った原料無機物の上面と底面に限られ、受熱面積は小さい。
【０００６】
一方、先に記したキルン本体に付着した付着物を除去するロータリーキルン（特開平７−１０３６７２号）は、ロータリーキルンの運転を停止してキルン本体の内壁に付着した付着物を除去するもので、粉体が加熱されるときに付着する付着物を、加熱と同時に除去するものではない。ロータリキルンの運転を停止して付着物を除去する処理を行わなければならないので運転効率の低下を招く恐れがある。
【０００７】
本発明は、円筒体に供給され加熱される粉体を円筒体の内壁や撹拌手段に付着・成長させずに撹拌できることを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため本発明のロータリーキルンは、回転する円筒体と、この円筒体の一端から他端の方向に設けられる回転軸を中心に回転し粉体を撹拌する撹拌手段と、この撹拌手段を回転させる回転力を伝達する回転力伝達手段とを備えるものである。
【０００９】
円筒体は、回転することにより粉体を一端から他端に移動させ加熱する。この際、回転力伝達手段は撹拌手段に回転力を伝達し回転させるので、撹拌手段はその回転軸を中心に回転する。撹拌手段は、回転力伝達手段により、いわば強制的に回転されるので円筒体の内壁や撹拌手段に粉体が付着しても攪拌手段が回転することにより粉体の付着物は掻き落され、付着物の成長が阻止される。したがって、加熱される粉体は、直接熱を受ける内側になる部分が少なくなり均一に加熱される。
【００１０】
さらに、この攪拌により粉体全体の吸熱面積が大きくなり、吸熱速度が速まる。キルン内部が高温になると輻射の影響が高くなるので、よく攪拌されることで全体にムラなく輻射熱により加熱される。
【００１１】
また、回転力伝達手段により円筒体の回転による回転力を攪拌手段に伝達すると良い。円筒体の回転を利用して撹拌手段を回転させることにより撹拌手段を回転駆動させる駆動装置を特別に設けなくても良い。
【００１２】
さらに、回転力伝達手段は、円筒体の内周方向に沿って設けられる内歯車と、円筒体の回転中心線上に設けられる固定歯車と、これら内歯車と固定歯車とに噛み合う移動歯車とを有するものである。攪拌手段の回転軸は、移動歯車の中心軸またはこの移動歯車に噛み合う他の歯車の中心軸に連結される。
【００１３】
円筒体の回転により内歯車は回転する。内歯車と固定歯車に噛み合う移動歯車は、内歯車により回転され自転する。このとき移動歯車は、固定歯車に噛み合っているので固定歯車の周りに回転し、公転する。
【００１４】
この場合、攪拌手段の回転軸が移動歯車の中心軸に連結されていれば、撹拌手段は、この中心軸と同じ軸の周りに回転（自転）し、かつ円筒体の回転中心線の周りに回転（公転）する。攪拌手段の回転軸が移動歯車に噛み合う他の歯車の中心軸に連結させる場合は、攪拌手段を移動歯車の回転方向と逆方向に回転させることもできる。さらに、攪拌手段の回転の先端を円筒体の内壁に接触させるか、その近くを通るように回転径を定めれば、撹拌手段は円筒体の内壁に付着した付着物を掻き取りながら撹拌するので、粉体が円筒体の内壁や撹拌手段に付着し成長することを一層確実に防止する。
【００１５】
さらに、撹拌手段は、この撹拌手段の回転軸に沿って設けられるスクリュー、複数のスティック、複数の板、ブラシ、筒体のいずれか一つを有するものである。スクリューは、加熱中に処理物自体が固形になる場合にスクリューの刃先で粉砕、撹拌を行うので加熱によって固形物になり易いものに適している。複数のスティックは、接触面積が小さく攪拌対象物が付着しにくいので、粘性の高いものに適している。複数の板、ブラシまたは筒体は、軸方向に連続しているので、微粒子の加熱、撹拌に好適である。
【００１６】
そして、撹拌手段の回転軸とスクリュー、複数のスティック、複数の板、ブラシ、筒体のいずれか一つとの間で伸縮する伸縮手段を有すると良い。伸縮手段を有することにより、粉体の中に硬いものが混入している場合に乗り越え易いので、攪拌手段にかかる力、モーメントなどの負荷を軽減する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るロータリーキルンの実施の形態を図面に基いて詳細に説明する。なお、図１〜９において、同一または同等部分には同一符号を付けて示す。
【００１８】
図１は、本発明に係るロータリーキルンの第１実施形態を示す全体縦断面図である。第１実施形態のロータリーキルンは、粉体を加熱して乾燥処理や改質処理を行うもので、特に、加熱によって円筒体であるキルン本体の内壁や撹拌用の羽根に付着し易い粉体、たとえば樹脂、酸化マグネシウム、酸化カルシウムなどの粉体に対して好適に利用できるものである。
【００１９】
本ロータリーキルンは、粉体ａを供給する供給装置３と、この供給装置３から供給される粉体ａを受けて加熱する円筒体であるキルン本体７と、キルン本体７で加熱され処理された粉体ｂを排出し、かつ加熱中に発生した発生ガスを排出する排出装置５４とを備える。さらに、本ロータリーキルンは、外熱式加熱手段１６を備え、たとえば電熱ヒーター、２重管式として管の間に高温のスチームや燃焼ガス、加熱空気などを送る加熱装置またはバーナーなどの直接加熱装置を用いる。
【００２０】
供給装置３は、粉体ａが供給されるホッパー５と、粉体ａをキルン本体７に送り込むスクリューフィーダ６とを有する。スクリューフィーダ６のスクリューは、キルン本体の一端８側に設けられる投入管１２内まで延設される。スクリューフィーダ６は、駆動装置４により回転、駆動される。第１実施形態の供給装置３は、スクリューフィーダ６を用いているが、本発明はこれに限定されず、たとえばプッシャー、エア搬送、コンベア、スネークポンプなど適宜選定して用いることができる。また、ホッパー５には、不活性ガスｃが供給される。
【００２１】
キルン本体７は、円筒状の形状をしており駆動装置１０によりキルン本体の外側に設けられる回転機構を介して回転、駆動される。さらに、キルン本体の一端８側には粉体ａの投入を行う上記投入管１２と、モーター駆動式の打撃装置５１が設けられる。打撃装置５１は、壁面に付着した付着物を打撃により剥離するものである。
【００２２】
排出装置５４は、下部にキルン本体７から排出される処理された粉体ｂを弁５６を介して排出する排出口５５と、キルン本体で発生した発生ガスｄを排気する排気口５８とを有する。さらに、排出装置５４の下部には、空気式の打撃装置５７が設けられ、上記キルン本体の打撃装置５１と同様に、壁面に付着した処理された粉体ｂを剥離させる。
【００２３】
第１実施形態のロータリーキルンは、上記各装置の他にキルン本体７内を移動する粉体ａの移動方向に設けられる撹拌手段としての攪拌装置１８と、この攪拌装置１８を回転させる回転力伝達手段３７とを備える。
【００２４】
攪拌装置１８は、円筒体の一端から他端の方向１１に設けられる回転軸３０を中心に回転し、回転する先端３２がキルン本体７の内壁１５に沿って回転する。回転する先端３２は、内壁１５に接触して回転しても良いし、内壁１５の近傍で内壁１５に沿って回転しても良い。撹拌手段の回転軸３０は、キルン本体の一端８側から他端９側まで１本のシャフトとして設けられ、この実施形態では排出側が排出装置５４内の支持部まで延びている。本発明は、これに限定されず、キルン本体７の片側での片持ち支持や、複数の撹拌手段を設けても良い。
【００２５】
回転力伝達手段３７は、キルン本体７の回転による回転力を攪拌装置１８に伝達し、攪拌装置１８を強制的に回転させる。
【００２６】
図２は、図１の第１実施形態を示し、（Ａ）は図１の I−I 線断面図、（Ｂ）は図１の II−II 線断面図である。図２（Ａ）に示すように、回転力伝達手段３７は、キルン本体７の内周方向に沿って設けられる内歯車３９と、キルン本体７の回転中心線１３上に設けられるとともに投入管１２に固定される固定歯車４１と、内歯車３９と固定歯車４１とに噛み合い撹拌手段の回転軸３０に連結される移動歯車４３とを有する。図２（Ｂ）に示すように、攪拌装置１８は、スティックタイプを示し、回転軸３０に沿って放射状に複数の棒状部材が設けられる。撹拌手段のタイプとしては、これに限定されず、後述のスクリュー、複数の板、ブラシ、筒体などから粉体の種類、性状などに応じて選定する。
【００２７】
以上の構造を有する第１実施形態のロータリーキルンは、次のように作用する。図１において、粉体ａはキルン本体７の一端８から供給され他端９に移動され、加熱されて排出される。この際、回転力伝達手段３７は、キルン本体７の回転による回転力を攪拌装置１８に伝達するので、撹拌装置１８は、回転力伝達手段３７により、いわば強制的に回転される。キルン本体７の内壁や撹拌装置１８に粉体が付着しても攪拌装置１８が回転することにより粉体の付着物を掻き落し、付着物の成長を阻止する。したがって、加熱される粉体は、直接熱を受ける内側になる部分が少なくなり均一に加熱される。また、回転力伝達手段３７は、キルン本体７の回転を利用して攪拌装置１８に伝達するので、攪拌装置１８を駆動する駆動装置を特別に設けなくても良い。
【００２８】
図２（Ａ）に示すように、キルン本体７が矢印６０の方向（反時計方向）に回転すると、内歯車３９も同方向に必然的に回転し、移動歯車４３を矢印６１の方向（反時計方向）に自転させるとともに、移動歯車４３を矢印６２の方向（反時計方向）に固定歯車４１の周りに公転させる。
【００２９】
図２（Ｂ）に示すように、移動歯車の中心軸４４は撹拌装置の回転軸３０に連結されるので、攪拌装置１８は矢印６１の方向（反時計方向）に自転しながらキルン本体７の回転中心線１３の周りに矢印６２の方向（反時計方向）に公転する。したがって、攪拌装置１８は、キルン本体の内壁１５に付着した付着物を掻き取りながら均一に撹拌し、粉体ａは攪拌装置１８やキルン本体７の内壁１５に付着し、成長することがない。さらに、粉体の攪拌が良好に行われるので、伝熱が促進され連続処理ができる。
【００３０】
攪拌装置１８は、掻き取りのみの場合や粉体が極少量の場合には一個所で自転することにより撹拌できるが、この条件を外れる場合は自転しながら、その位置を変え、公転することにより、キルン本体内の粉体全体を撹拌できるものである。
【００３１】
図３は、第２実施形態を示し、（Ａ）は回転力伝達手段を説明する断面図、（Ｂ）は撹拌装置を説明する断面図である。図３（Ａ）に示すように、第２実施形態のロータリーキルンは、移動歯車４３の内側に第２の内歯車４６を設け、さらに第２の内歯車４６と噛み合う遊星歯車４７と、中心歯車（他の歯車）４９とを設けるものである。ここで、遊星歯車４７は、三つの内の少なくとも一つが回転中心線１３上に対して回転可能に固定される。回転中心線１３上に固定されることで第２の内歯車４６から回転を与えられる。中心歯車４９の中心軸４９ａは攪拌装置１８の回転軸３０に連結される。キルン本体７が矢印６０の方向に回転すると、内歯車３９も同方向に必然的に回転し、移動歯車４３を矢印６１の方向に自転させるとともに、移動歯車４３を矢印６２の方向に固定歯車４１の周りに公転させる。さらに、移動歯車４３の自転により、第２の内歯車４６は矢印６１の方向に回転し、この回転により遊星歯車４７は、反時計方向に自転する。これによって中心歯車４９は、下記のように時計方向に回転する。
【００３２】
図３（Ｂ）に示すように、攪拌装置１８は矢印６３の方向、すなわちキルン本体７の回転方向と逆の回転方向に自転（逆転）しながらキルン本体７の回転中心線１３の周りに矢印６２の方向に公転する。キルン本体７と自転の回転方向が同じである場合、自転する撹拌装置１８を越えて移動した処理物に対しては、キルン本体の回転により逃げる方向になるため、撹拌の機能が小さくなる恐れがある。このため逆転を行う。図３におけるその他の部分の構造と作用は、図１、２の第１実施形態のロータリーキルンと同じであるので、その説明を省略する。
【００３３】
図４は、第３実施形態を示し、（Ａ）は回転力伝達手段を説明する断面図、（Ｂ）は（Ａ）の単純化された断面図である。図４（Ａ）に示すように、第３実施形態のロータリーキルンは、図３の第２実施形態のロータリーキルンと同様に、撹拌装置を時計方向に回転させるものである。回転力伝達手段３７は、キルン本体７の内周方向に沿って設けられる内歯車３９と、キルン本体７の回転中心線１３上に設けられる固定歯車４１と、内歯車３９と固定歯車４１とに噛み合う移動歯車４３とを有する。さらに、移動歯車４３に噛み合い、移動歯車４３と固定歯車４１とから一定の距離に支持される逆転歯車（他の歯車）５０が設けられる。図４（Ｂ）に示すように、逆転歯車５０は固定歯車４１の周りを公転（または周回）できるように固定歯車４１と内歯車３９に噛み合っていない。なお、図４（Ｂ）において、斜線は歯車の歯部分を示す。
【００３４】
キルン本体７が矢印６０の方向（反時計方向）に回転すると、内歯車３９も同方向に必然的に回転し、移動歯車４３を矢印６１の方向に自転させるとともに、移動歯車４３を矢印６２の方向に固定歯車４１の周りに公転させる。さらに、移動歯車４３の自転により、逆転歯車５０は矢印６４の方向（時計方向）に回転し、この回転により図示していない攪拌装置１８は矢印６４の方向に自転しながらキルン本体７の回転中心線１３の周りに矢印６２の方向に公転する。図４におけるその他の部分の構造と作用は、図３の第２実施形態のロータリーキルンと同じであるので、その説明を省略する。
【００３５】
次に、本発明のロータリーキルンの撹拌装置は、この撹拌装置の回転軸に沿って設けられるスクリュー、複数のスティック、複数の板、ブラシ、筒体のいずれか一つを有する。
【００３６】
図５は、第４実施形態を示し、（Ａ）は回転力伝達手段および撹拌装置の要部縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）の III−III 線断面図である。第４実施形態のロータリーキルンの攪拌装置１８は、スクリュータイプを示す。スクリュー２０は粉体の加熱中に粉体自体が固形になる場合にスクリュー２０の刃先で粉砕、撹拌を行うので加熱によって固形化し易いものに適している。図５におけるその他の部分の構造と作用は、図１、２の第１実施形態のロータリーキルンと同じであるので、その説明を省略する。
【００３７】
図６は、第５実施形態を示し、（Ａ）は回転力伝達手段および撹拌装置の要部縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）の IV−IV 線断面図である。第５実施形態のロータリーキルンの攪拌装置１８は、スティックタイプを示す。撹拌装置の回転軸３０に複数のスティック２２が設けられ、先端にはキルン本体の内壁１５に付着した粉体を掻き取る掻き取り部材２３が取り付けられる。スティック２２の形状は、棒状で、棒、パイプなど適宜の形状と大きさとする。掻き取り部材２３の形状は、キルン本体の内壁面に接触するか、その近傍で内壁１５に沿って移動し、キルン本体の内壁１５に付着した付着物を掻き取るものであれば良いが、板状、棒状などである。複数のスティック２２は粉体との接触面積が小さく付着しにくいので、粉体が加熱されることにより付着力の大きいもの、粘性の高いものに適している。第５実施形態の攪拌装置１８は、スティックタイプを示すが、これに限定されずドラム、ロッドなどの連続した撹拌部においても上記スティックと同様の作用がある。図６におけるその他の部分の構造と作用は、図５の第４実施形態のロータリーキルンと同じであるので、その説明を省略する。
【００３８】
図７は、第６実施形態を示し、（Ａ）は回転力伝達手段および撹拌装置の要部縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）の V−V 線断面図である。第６実施形態のロータリーキルンの攪拌装置１８は、板タイプを示す。図７（Ｂ）に示すように、撹拌装置の回転軸３０に沿って複数の板２４が放射状に設けられる。板２４の形状は、その先端がキルン本体の内壁１５に接触するか、その近傍で内壁１５に沿って移動し、キルン本体の内壁１５に付着した付着物を掻き取るものであれば良く、特に限定されない。複数の板２４は回転軸３０方向に連続して設けられるので、粉体が微粒子の加熱、撹拌に好適である。第６実施形態の攪拌装置１８は、板タイプを示すが、これに限定されずブラシ、ドラム、ロッドなどの連続した撹拌部においても上記板と同様の作用がある。図７におけるその他の部分の構造と作用は、図５、６の第４、５実施形態のロータリーキルンと同じであるので、その説明を省略する。
【００３９】
図８は、第７実施形態を示し、ロータリーキルンの一端側縦断面図である。第７実施形態のロータリーキルンにおける攪拌装置１８は、この撹拌装置の回転軸３０と筒体２８との間で伸縮する伸縮手段として伸縮装置３４を設けたものである。
【００４０】
図９は、第７実施形態の作用を示し、（Ａ）は硬いものを乗り越える前の断面図、（Ｂ）は硬いものを乗り越え中の断面図である。硬いものが含まれる粉体を攪拌装置１８で掻き取りや攪拌などを行う場合、撹拌装置の回転軸３０と筒体２８との間に、たとえばバネ、スプリングや金属、樹脂などで形成される可撓性部材などを用いた伸縮装置３４を設けることにより硬いものを含む粉体ａが筒体２８で撹拌されるときに、図９（Ａ）に示す状態から図９（Ｂ）に示す状態のように、筒体２８は粉体ａの上に乗り上げた状態になる。このとき伸縮装置３４の弾性部材が縮小した状態になり、撹拌装置１８自体に力学的な負荷がかからないようにする。ここで、攪拌装置１８は、筒体に限らず、スクリュー、スティック、板、ブラシのいずれの場合であっても適宜、回転軸３０とこれらの掻き取り、撹拌部材との間に適宜伸縮装置を設ける。図８、９におけるその他の部分の構造と作用は、図１、２の第１実施形態のロータリーキルンと同じであるので、その説明を省略する。
【００４１】
【発明の効果】
本発明のロータリーキルンによれば、円筒体に供給され加熱される粉体を円筒体の内壁や撹拌手段に付着・成長させずに撹拌できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るロータリーキルンの第１実施形態を示す全体縦断面図である。
【図２】図１の第１実施形態を示し、（Ａ）は図１の I−I 線断面図、（Ｂ）は図１の II−II 線断面図である。
【図３】第２実施形態を示し、（Ａ）は回転力伝達手段を説明する断面図、（Ｂ）は撹拌装置を説明する断面図である。
【図４】第３実施形態を示し、（Ａ）は回転力伝達手段を説明する断面図、（Ｂ）は（Ａ）の単純化された断面図である。
【図５】第４実施形態を示し、（Ａ）は回転力伝達手段および撹拌装置の要部縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）の III−III 線断面図である。
【図６】第５実施形態を示し、（Ａ）は回転力伝達手段および撹拌装置の要部縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）の IV−IV 線断面図である。
【図７】第６実施形態を示し、（Ａ）は回転力伝達手段および撹拌装置の要部縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）の V−V 線断面図である。
【図８】第７実施形態を示し、ロータリーキルンの一端側要部縦断面図である。
【図９】第７実施形態の作用を示し、（Ａ）は乗り越える前の断面図、（Ｂ）は乗り越え中の断面図である。
【符号の説明】
７  キルン本体（円筒体）
８  一端
９  他端
１３  回転中心線
１５  内壁
１８  撹拌装置（攪拌手段）
２０  スクリュー
２２  スティック
２４  板
２６  ブラシ
２８  筒体
３０  回転軸
３４  伸縮装置（伸縮手段）
３７  回転力伝達手段
３９  内歯車
４１  固定歯車
４３  移動歯車
４９  中心歯車（他の歯車）
５０  逆転歯車（他の歯車）
ａ  粉体
【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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