(57)【要約】【課題】小型で簡素な構造を持ち、分級性能の優れたサイクロン型分級装置を提供する。【解決手段】直径より高さが低い円筒状の分級室５に対して、原料粉末と圧力空気とを供給する供給口６を接線方向に接続する。分級室５の中心部に分級室内の空気を吸引して微粒子とともに外部に排出する排気管７を接続する。分級室の外周壁であって供給口６と対向しない位置に捕集室９を膨出形成する。分級室の内部で原料粉末および圧力空気を旋回させながら、原料粉末を微粒子と粗粒子に分別し、粒子径が大きな粗粒子を捕集室９で捕集する。【選択図】    図３
2009090219.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状の分級室と、
前記分級室の外周壁に対して接線方向に開口し、原料粉末と圧力空気とを供給する供給口と、
前記分級室の中心部に形成され、微粒子を排出するための排出口と、
前記排出口に設けられ、分級室内の空気を吸引して微粒子とともに外部に排出する吸引機構と、
前記分級室の外周壁であって前記供給口と対向しない位置に形成され、原料粉末のうち粒子径が大きな粗粒子を捕集するべく分級室の外周側へ膨出形成された捕集室とを備え、
前記分級室の内部で原料粉末および圧力空気を旋回させながら、原料粉末を微粒子と粗粒子に分別するサイクロン型分級装置。
【請求項２】
前記分級室の高さはその直径より小さいことを特徴とする請求項１に記載のサイクロン型分級装置。
【請求項３】
前記捕集室は、前記分級室の外周壁の接線方向であって、前記旋回流と対向する向きに開口していることを特徴とする請求項１又は２に記載のサイクロン型分級装置。
【請求項４】
前記捕集室の底部には取出口が形成され、この取出口の下部に、捕集室で捕集された粗粒子を貯留するサイロが連設されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のサイクロン型分級装置。
【請求項５】
前記捕集室には、捕集室に入った粗粒子が分級室に戻るのを規制する羽根板が設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のサイクロン型分級装置。
【請求項６】
前記吸引機構は、一端部に圧力空気が供給され、他端部が外部に連通され、両端部の間に負圧を発生させる負圧発生部が設けられ、この負圧発生部に前記排出口が接続されている真空エジェクタであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のサイクロン型分級装置。
【請求項７】
円筒状の分級室に対して接線方向から原料粉末と圧力空気とを供給し、前記分級室の内部で原料粉末および圧力空気を旋回させながら、原料粉末を微粒子と粗粒子に分別し、微粒子を空気と共に前記分級室の中心部に形成された吸引排出口から排出する一方、前記分級室の外周壁であって前記供給口と対向しない位置に形成された捕集室に、原料粉末のうち粒子径が大きな粗粒子を遠心力により捕集することを特徴とする原料粉末の分級方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は可動部を持たない自由渦型のサイクロン型分級装置および分級方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、図９に示されるサイクロン型分級機が知られている。分級機本体２０の内部は上壁より垂下する内筒２１によって内外２室２２，２３に区画され、外側室２３に対して原料が側部の投入口２４より投入される。内側室２２は分級機本体２０の頂部に形成された排気口２５と接続され、排気口２５から吸引排気することにより、分級室２２，２３内部に矢印方向の旋回流を発生させることができる。細かい粒子（例えば粒径４０μｍ以下の軽い粒子）は旋回中に求心力で中心部に近づき、排出口２５から上方へ排出される。粗い粒子（例えば粒径４０μｍ以上の重い粒子）は旋回しながら沈降し、分級室下部のコーン部２６を経てサイロ２７へ貯留される。
【０００３】
前記構造の分級機の場合、可動部がなく構造が簡単であるが、重力により粒子を沈降させる原理のため、沈降させるための上下方向のスペースが必要となり、装置の高さが高くなる。また、容積が大きくなる分、旋回させるためのエネルギー（圧空など）も多く必要となる。
【０００４】
図１０に示すサイクロン分級機も知られている。この分級機は、円筒型の分級室３０を備え、その一端流入口３１より気流が流入される。分級室３０の中心部より外側にオフセットした位置の上壁には原料入口３２が形成され、この入口３２から原料粉末が投入される。分級室３０の中央部上面には、微粒子出口３３が形成され、外周部下面には粗粒子出口３４が形成されている。原料を上部の原料入口３２から投入し、分級室３０の中で旋回させる。遠心力の差によって細かい粒子は旋回中心に近づき、微粒子出口３３から上方へ排出される。粗い粒子は遠心力によって外周壁にそって旋回し、粗粒子出口３４を通ってサイロ３５へ貯留される。
【０００５】
この分級機の場合、図９に比べて薄型化できるという利点があるが、粒子が旋回する方向と粗粒子出口３４へ落下する方向とが異なるので、粗粒子の回収効率が低い。回収量を多くするため、サイクロン直径を大きくすると、装置が大型化してしまう。
【０００６】
特許文献１には、自由渦型のサイクロン分級機が提案されている。この分級機は、図９に示された分級機とほぼ同様な構造を有し、特に原料投入口に周方向に均等配列した可変ノズルを備え、各ノズルに対して分級室に向かって旋回案内板を円周方向に傾斜配列した構造となっている。
【０００７】
この場合には、強制的な旋回流を発生させることが可能になるが、やはり粒子を沈降させるための上下方向のスペースが必要となり、装置の高さが高くなるという問題がある。また、原料投入口に可変ノズルや旋回案内板を設ける関係で、構造が複雑になるという問題もある。
【特許文献１】特開平５−３８４８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、小型で簡素な構造を持ち、分級性能の優れたサイクロン型分級装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するため、本発明の第１の実施形態は、円筒状の分級室と、前記分級室の外周壁に対して接線方向に開口し、原料粉末と圧力空気とを供給する供給口と、前記分級室の中心部に形成され、微粒子を排出するための排出口と、前記排出口に設けられ、分級室内の空気を吸引して微粒子とともに外部に排出する吸引機構と、前記分級室の外周壁であって前記供給口と対向しない位置に形成され、原料粉末のうち粒子径が大きな粗粒子を捕集するべく分級室の外周側へ膨出形成された捕集室とを備え、前記分級室の内部で原料粉末および圧力空気を旋回させながら、原料粉末を微粒子と粗粒子に分別するサイクロン型分級装置を提供する。
【００１０】
本発明の第２の実施形態は、円筒状の分級室に対して接線方向から原料粉末と圧力空気とを供給し、前記分級室の内部で原料粉末および圧力空気を旋回させながら、原料粉末を微粒子と粗粒子に分別し、微粒子を空気と共に前記分級室の中心部に形成された吸引排出口から排出する一方、前記分級室の外周壁であって前記供給口と対向しない位置に形成された捕集室に、原料粉末のうち粒子径が大きな粗粒子を遠心力により捕集することを特徴とする原料粉末の分級方法を提供する。
【００１１】
本発明では、原料粉末を圧力空気（圧空）とともに分級室の側部から投入して、分級室内で旋回させる。軽い粒子は分級室の中心へ寄り、排出口を通って吸引排出される。一方、粗い粒子は遠心力のために分級室内の外周にそって旋回する。分級室の外周壁には捕集室が形成されているので、粗い粒子は捕集室に捕集される。本発明では、高さの低い円筒状の空間内で原料粉末を空気とを旋回させることにより、遠心力によって原料粉末を微粒子と粗粒子とに分別するので、分級室の高さを低くできる。好ましくは、分級室の高さをその直径より小さくするのがよい。そのため、分級装置がコンパクトになる。
【００１２】
前記捕集室は、前記分級室の外周壁の接線方向であって、前記旋回流と対向する向きに開口しているのが望ましい。捕集室と分級室との連通口を半径方向に開口させてもよいが、連通口に旋回流が衝突するため、粗粒子が効率よく捕集されない。これに対し、捕集室を分級室の外周壁の接線方向であって、旋回流と対向する向きに開口させると、粗粒子に与えた運動エネルギーをそのまま利用して捕集室に入り込ませることができ、回収効率が向上する。
【００１３】
前記捕集室の底部には取出口が形成され、この取出口の下部に、捕集室で捕集された粗粒子を貯留するサイロが連設されている構成とするのがよい。この場合には、捕集室に入った粗粒子は取出口からそのままサイロに送り込まれるので、さらにコンパクトになる。
【００１４】
前記捕集室には、捕集室に入った粗粒子が分級室に戻るのを規制する羽根板が設けられている構成としてもよい。分級室内を流れる旋回流の速度が大きくなると、粗粒子の運動エネルギーが大きいため、捕集室に一旦入った後、捕集室から飛び出してしまう可能性がある。そこで、捕集室内に羽根板を設けることで、捕集室内で渦巻きを発生させ、粗粒子が分級室に逆戻りするのを抑制できる。
【００１５】
前記吸引機構として、一端部に圧力空気が供給され、他端部が外部に連通され、両端部の間に負圧を発生させる負圧発生部が設けられ、この負圧発生部に前記排出口が接続されている真空エジェクタを用いてもよい。吸引機構として、ファンを回転させて吸引する方法もあるが、この場合には可動部が存在するため大型となり、モータ等の別の駆動源が必要になる。これに対し、真空エジェクタを用いて吸引すれば、可動部が存在しないので小型になるとともに、必要なものは圧力空気だけであり、供給口から供給される圧力空気と共用することも可能である。
【発明の効果】
【００１６】
以上のように、本発明によれば、分級室内で原料粉末を空気とを旋回させることにより、遠心力によって原料粉末を微粒子と粗粒子とに分別するので、従来の粒子を沈降させる方式に比べて分級室の高さを低くでき、分級装置をコンパクトに構成できる。また、粒子の重力差を利用するのではなく、遠心力を利用するので、旋回流の流速が増すほど分級効率が向上する。分級室は薄型に構成できるので、小さなエネルギーで高い旋回流を発生させることができ、原料粉末を微粒子と粗粒子に効率よく分別できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、本発明の好ましい実施の形態を、実施例に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１８】
図１〜図４は本発明に係る分級装置の第１実施例を示し、図５はこの分級装置Ａをサイロ１０に組み合わせた状態を示す。分級装置Ａは、分級機本体１とその上面を閉じる蓋体２〜４とを備え、内部に薄型の円筒状分級室５が形成されている。分級室５の底面は平坦であり、分級室５の高さＨは直径Ｄより小さく設計されている。分級室５の外周壁には、接線方向に開口する供給口６が形成されており、この供給口６から原料粉末Ｗと圧力空気とが分級室５の外周壁に沿って接線方向に供給される。なお、分級室５の高さＨを半径（＝Ｄ／２）以下にすれば、供給口６から供給される空気圧を低減しながら旋回流をさらに効率よく発生させることができる。
【００１９】
分級室５の上面を閉じる蓋体２の中心部には、微粒子を排出するための排気管７が接続され、この排気管７には吸引機構の一例である真空エジェクタ８が装着されている。真空エジェクタ８は、公知のように導入口８ａに圧力空気を供給し、排出口８ｂを外部に連通し、両端部の間に負圧を発生させる負圧発生部を形成したものであり、この負圧発生部に排気管７が接続されている。そのため、排気管７から分級室５内の空気を吸引して微粒子とともに外部に排出することができる。本実施例では、筒型の排気管７が分級室５の上壁（蓋体２）より下方に突出し、その先端部が分級室５の底壁との間に隙間を持つように固定された例を示したが、排気管７が分級室５の上壁中央部に開口していてもよい。排気管７が分級室５の上壁より下方に突出している場合には、分級室５の中央部底壁上に溜まった微粒子を効率よく吸い上げることができ、微粒子の残留量を減らすことができる。
【００２０】
分級室５の外周壁であって供給口６と対向しない位置には、捕集室９が分級室５の外側へ向かって膨出形成されている。捕集室９の開口部９ａは、分級室５の外周壁の接線方向でかつ分級室５内に発生する旋回流と対向する方向に開口している。捕集室９に捕集された粗粒子は、捕集室９の底部に形成された取出口９ｂから外部へ取り出される。分級装置Ａの下部に連結されるサイロ１０の天板部には、取出口９ｂと対応する位置に入口１１が形成されている。サイロ１０の下端部には取出口１２が設けられている。
【００２１】
本実施例では、供給口６から供給された原料粉末Ｗのうち、粗粒子が十分な遠心力の作用を受けた後で捕集されるように、捕集室９を供給口６から約２７０°回転した位置に形成したが、捕集室９の位置は図３の位置に限定されるものではなく、少なくとも供給口６と対向しない位置であればよい。供給口６から供給された粉末Ｗがそのまま捕集室９に入り込むのを防止するためである。また、捕集室９の開口方向を分級室５の外周壁の接線方向で、かつ旋回流と対向する方向としたが、分級室５の外周壁の接線方向に限るものではない。
【００２２】
ここで、前記構成よりなる分級装置Ａの作動を説明する。供給口６から原料粉末（微粒子と粗粒子とを含む）Ｗと圧力空気とを供給しつつ、排気管７から吸引すると、分級室５の内部に矢印Ｆ方向の旋回流が発生する。このとき、粉末Ｗは遠心力によって外周方向へ押されると同時に、中心部に設けた排気管７からの吸引力を受ける。粉末Ｗのうち、重量の大きな粗粒子は遠心力の影響を強く受け、分級室５の外周壁にそって旋回する。一方、微粒子は軽量なため、分級室５の中心部に集まり、排気管７からの吸引力の影響を受ける。その結果、微粒子は排気管７から吸引排出される一方、粗粒子は分級室５の外周壁に開口した捕集室９に捕集される。捕集室９内に捕集された粗粒子は、その運動エネルギーを失うので、捕集室９の底部に形成された取出口９ｂから、サイロ１０の中に入口１１を介して落下し、貯留される。
【００２３】
前記分級装置Ａを用いて、以下の条件で分級実験を実施した。
流入空気圧：０．５ＭＰａ
流入空気量：１．３ｍ3 ／ｍｉｎ
旋回流速：１５ｍ／ｓ
分級室内径：１８０ｍｍ
分級室高さ：８０ｍｍ
排気管長さ：６０ｍｍ（底面との距離：２０ｍｍ）
捕集口径：８０ｍｍ
供給口形状：□３５ｍｍ
供給口の高さ：底面より４５ｍｍ
【００２４】
前記条件下で、粒径５／１０／１５／２０／２５／３０／３５／４０／１００[μｍ]の粒子を各１万個用意し、これらを混合した原料粉末（セラミック粉末）を、１ｍ3当たりの空気中に１００ｇの割合で混入させて供給口６から供給し、３０分間にわたって分級を実施した結果、図６のようになった。なお、図６の回収率は、捕集室９の取出口９ｂから回収された粒子の個数ベースの率であり、図６の排出率は排気管７から排出された粒子の個数ベースの率を示している。図６から明らかなように、４０μｍ以上の粗い粒子は確実に回収され、２０μｍ以下の微粒子が効果的に除去されたことがわかる。
【００２５】
前記と同様な分級能力を得るには、従来のようなサイクロン型分級機の場合には、
本体外形：０．４ｍ（本発明の約２倍）
本体高さ：１２００ｍｍ（本発明の約１２倍）
流入空気量：１７ｍ3 ／ｍｉｎ（本発明の約１４倍）
必要である。よって、本発明は大幅な小型化が可能であることがわかる。
なお、本発明の分級装置では、旋回中心に設けられる排気管の内径、底面との距離、旋回流速（流入空気量）等によって、粉体の分級径を調節することが可能である。
【実施例２】
【００２６】
図７，図８は本発明に係る分級装置の第２実施例を示し、第１実施例と同一部分には同一符号を付して重複説明を省略する。この実施例では、捕集室９の内部に円弧状の羽根板１３が設けられている。羽根板１３の一端は捕集室９の内壁の旋回流上流側に固定され、下流側が開口している。そのため、捕集室９に入った粗粒子は、図８に破線矢印で示すように渦を巻きながら捕集室９内に留まり、分級室５へ逆戻りするのを抑制できる。そのため、粗粒子の回収率がさらに向上する。なお、本実施例の羽根板１３は円弧状であるが、さらに渦巻き状とすることで、捕集室９自体をスパイラル状としてもよい。
【００２７】
前記実施例では、分級室の底面を平面としたが、分級室の底面を中央部が山高となるような傾斜面（テーパ面）としてもよい。また、排気管７を分級室の天井部に接続したが、底壁部中央に接続してもよい。
また、吸引機構として真空エジェクタを使用したが、これに限るものではなく、他の吸引機構を使用してもよい。真空エジェクタを使用した場合には、供給口から供給される空気圧（０．４〜０．５ＭＰａ）を利用して吸引作動させることが可能であり、ブロア等の格別な動力を必要としないので、好適である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に係る分級装置の第１実施例の斜視図である。
【図２】図１に示す分級装置の分解斜視図である。
【図３】図１に示す分級装置の横断面図である。
【図４】図３のIV−IV線断面図である。
【図５】図１に示す分級装置とサイロとの分解斜視図である。
【図６】本発明にかかる分級装置の分級効率を示す解析図である。
【図７】本発明に係る分級装置の第２実施例における蓋を除去した斜視図である。
【図８】図７に示す分級装置の横断面図である。
【図９】従来のサイクロン型分級機の一例の斜視図である。
【図１０】従来のサイクロン型分級機の他の例の平面図および正面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１            分級機本体
５            分級室
６            供給口
７            排気管
８            吸引機構（真空エジェクタ）
９            捕集室
１０          サイロ
１３          羽根板
【図１】
2009090219.tif 000003
【図２】
2009090219.tif 000004
【図３】
2009090219.tif 000005
【図４】
2009090219.tif 000006
【図５】
2009090219.tif 000007
【図６】
2009090219.tif 000008
【図７】
2009090219.tif 000009
【図８】
2009090219.tif 000010
【図９】
2009090219.tif 000011
【図１０】
2009090219.tif 000012