(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
前記加熱流路形成部の前記内壁の上端部は、下方に向かって外側に広がるように傾斜した傾斜面を有し、前記傾斜面は閉塞している、請求項1に記載の縦型落下式粉体加熱装置。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、円筒体内において、ヒータに近い外側では粉体が加熱されやすいのに対して、ヒータから遠い内側では粉体が加熱されにくい。これにより、粉体の加熱ムラが生じる。一方で、粉体を加熱する際にはできるだけ均一な温度に加熱することが望ましく、前述した特許文献1、2の縦型落下式粉体加熱装置では、粉体を均一に加熱する点において改善の余地があるといえる。
【0006】
本開示は、前記課題を解決するものであり、粉体をより均一に加熱することができる縦型落下式粉体加熱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】
【0007】
本開示の一態様の縦型落下式粉体加熱装置は、粉体を落下させながら加熱する落下式の粉体加熱装置であって、粉体を投入する投入口と、前記投入口の下方に設けられ、加熱した粉体を取り出す取出口と、前記投入口と前記取出口の間に設けられ、上下方向に延びる加熱流路を形成する加熱流路形成部と、前記加熱流路形成部の周囲に配置される第1のヒータとを備え、前記加熱流路形成部は、上下方向に筒状に延びる内壁および前記内壁を外側から間隔を空けて囲む位置で上下方向に筒状に延びる外壁を備え、前記内壁と前記外壁の間に環状の加熱流路を形成する。
【0008】
前記構成によれば、環状の流路を形成することで、環状ではない1本の流路とした場合に比べて、ヒータによる粉体の加熱ムラを抑制し、粉体をより均一に早く加熱することができる。
【0009】
前記縦型落下式粉体加熱装置において、前記加熱流路形成部の前記内壁の上端部は、下方に向かって外側に広がるように傾斜した傾斜面を有してもよい。これにより、投入口から落下してくる粉体をヒータに近い外側に向けて散らすことができ、粉体をより均一に加熱することができる。
【0010】
前記縦型落下式粉体加熱装置において、前記上端部の前記傾斜面には、溝および/又は突起が形成されていてもよい。これにより、投入口から落下してきた粉体を傾斜面から滑り落としやすくしたり、周方向に均等に分散させたりする工夫が可能となる。
【0011】
前記縦型落下式粉体加熱装置において、前記投入口の下方かつ前記加熱流路形成部の前記内壁の上方に、下方に向かって広がるように傾斜した傾斜面を有して周方向に回転する回転体を備えてもよい。これにより、投入口から落下してくる粉体をヒータに近い外側に向けて散らすことができ、粉体をより均一に加熱することができる。
【0012】
前記縦型落下式粉体加熱装置において、前記回転体の前記傾斜面には、溝および/又は突起が形成されていてもよい。これにより、投入口から落下してきた粉体を傾斜面から滑り落としやすくしたり、周方向に均等に分散させたりする工夫が可能となる。
【0013】
前記縦型落下式粉体加熱装置において、前記投入口の下方かつ前記加熱流路形成部の前記内壁の上方に、粉体が流れる流路を内部に形成して周方向に回転する箱状の回転体を備え、前記回転体は、前記投入口に連通する上流開口を上方に形成し、前記上流開口に連通する下流開口を側方に形成してもよい。これにより、投入口から落下してくる粉体をヒータに近い外側に向けて散らすことができ、粉体をより均一に加熱することができる。
【0014】
前記縦型落下式粉体加熱装置において、前記加熱流路形成部の前記内壁の内側に第2のヒータをさらに備えてもよい。これにより、粉体の加熱ムラをさらに抑制することができる。
【発明の効果】
【0015】
本開示の縦型落下式粉体加熱装置によれば、粉体をより均一に早く加熱することができる。
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下、本開示に係る粉体加熱装置およびそれを用いた粉体の加熱方法の好適な実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。本開示は、以下の実施形態の具体的な構成に限定されるものではなく、同様の技術的思想に基づく構成が本開示に含まれる。
【0018】
(実施形態1)
図1は、実施形態1にかかる粉体加熱装置2の概略構成を示す縦断面図である。
【0019】
図1に示す粉体加熱装置2は、被処理物としての粉体Pを落下させながら加熱する縦型落下式の粉体加熱装置である。粉体Pは例えば、無機材料粉、炭素粉、微小金属片、磁性材料粉であるが、これに限定されない。
【0020】
図1に示す粉体加熱装置2は、本体部4と、ヒータ6とを備える。
【0021】
本体部4は、粉体Pを加熱処理する流路を形成する部材である。本体部4としては、金属等の耐熱材料が用いられる。ヒータ6は、本体部4内の流路を流れる粉体Pを主に輻射熱で外側から加熱する部材である。
【0022】
本体部4は、投入口8と、取出口10と、内壁12と、外壁14と、バルブV1と、バルブV2とを備える。
【0023】
投入口8は、粉体Pを投入するための開口である。投入口8は、本体部4の上下方向(鉛直方向)Zにおける最上部に設けられている。投入口8の上方には、常温の粉体Pを供給するための粉体供給部(図示せず)が設けられている。投入口8に投入される粉体Pの温度は例えば常温である。
【0024】
取出口10は、投入口8の下方において加熱した粉体Pを取り出すための開口である。取出口10は、本体部4の上下方向Zにおける最下部に位置している。取出口10の下方には、加熱処理後の粉体Pを回収するための粉体回収部(図示せず)が設けられている。取出口10から取り出される加熱処理後の粉体Pの温度は例えば100℃〜300℃である。
【0025】
内壁12および外壁14はともに、上下方向Zに筒状に延びる部材である。実施形態1における内壁12および外壁14はともに概ね円筒状の形状を有するとともに、同心円状に配置される。外径の小さい内壁12が内側に配置され、外径の大きい外壁14は外側に配置される。外壁14は、内壁12を外側から間隔を空けて囲む位置に配置される。
【0026】
内壁12と外壁14の間には、粉体Pが落下して通過するための環状の流路が形成されている。
【0027】
内壁12は、第1の傾斜部12aと、中央部12bと、第2の傾斜部12cとを備える。第1の傾斜部12a、中央部12bおよび第2の傾斜部12cにより、一体的な内壁12が構成される。
【0028】
第1の傾斜部12aは、内壁12の上端部を構成する部分である。
図1に示す第1の傾斜部12aは、下方に向かって拡径(上方に向かって縮径)した円錐状の外形を有しており、上端が閉塞している。すなわち、第1の傾斜部12aの外面は、本体部4の中心側から外側に向かって斜め下方に傾斜した傾斜面である。第1の傾斜部12aの円錐の中心角θは、粉体Pが滑り落ちることができれば、任意の角度に設定してよく、例えば45度〜60度に設定してもよい。第1の傾斜部12aの先端は、後述する上端部14aの中心位置と上下方向で一致させている。
【0029】
中央部12bは、第1の傾斜部12aと第2の傾斜部12cの間を接続する部分である。
図1に示す中央部12bは上下方向Zに延在する円筒形状である。
【0030】
第2の傾斜部12cは、内壁12の下端部を構成する部分である。
図1に示す第2の傾斜部12cは、上方に向かって拡径(下方に向かって縮径)した円錐台状の外形を有している。すなわち、第2の傾斜部12cの外面は、本体部4の外側から中心側に向かって斜め下方に傾斜した傾斜面である。前述した第1の傾斜部12aが閉塞しているのに対して、第2の傾斜部12cは下端が開放されており、開口12dを形成する。
【0031】
外壁14は、上端部14aと、第1の傾斜部14bと、中央部14cと、第2の傾斜部14dと、下端部14eとを備える。上端部14a、第1の傾斜部14b、中央部14c、第2の傾斜部14dおよび下端部14eにより、一体的な外壁14が構成される。
【0032】
上端部14aは、外壁14の上端部を構成する部分である。上端部14aは投入口8を形成し、投入口8から下方に延びる。
図1に示す上端部14aは上下方向Zに延在する円筒形状である。
【0033】
第1の傾斜部14bは、上端部14aと中央部14cを接続する部分である。
図1に示す第1の傾斜部14bは下方に向かって拡径した円錐台状の外形を有している。第1の傾斜部14bの外面は、本体部4の中心側から外側に向かって斜め下方に傾斜した傾斜面である。第1の傾斜部14bは、前述した内壁12の第1の傾斜部12aに対向する位置に配置されており、第1の傾斜部12aと略同じ傾斜角度に設定される。
【0034】
中央部14cは、第1の傾斜部14bと第2の傾斜部14dの間を接続する部分である。
図1に示す中央部14cは上下方向に延在する円筒形状を有する。中央部14cの外側には僅かに間隔を空けてヒータ6が設けられている。
【0035】
第2の傾斜部14dは、中央部14cと下端部14eを接続する部分である。
図1に示す第2の傾斜部14dは上方に向かって拡径した円錐台状の外形を有している。第2の傾斜部14dの外面は、本体部4の外側から中心側に向かって斜め下方に傾斜した傾斜面である。第2の傾斜部14dは、前述した内壁12の第2の傾斜部12cに対向する位置に配置されており、第2の傾斜部12cと略同じ傾斜角度に設定される。
【0036】
下端部14eは、外壁14の下端部を構成する部分である。下端部14eは取出口10を形成し、取出口10に向けて下方に延びる。
図1に示す下端部14eは上下方向Zに延在する円筒形状である。
【0037】
バルブV1は、投入口8の近傍において外壁14の上端部14aに設けられたバルブである。バルブV1の開閉により、本体部4内への粉体Pの投入を制御できる。バルブV2は、取出口10の近傍において外壁14の下端部14eに設けられたバルブである。バルブV2の開閉により、本体部4から粉体Pの取出しを制御できる。バルブV1、V2を閉じると、本体部4の内部空間である粉体Pの流路が封止される。
【0038】
上記構成において、バルブV1を開いて投入口8から粉体Pを投入すると、投入された粉体Pは本体部4内を自由落下し、内壁12の上端部である第1の傾斜部12aに到達する。第1の傾斜部12aの外面は下方に向かって中心側から外側に傾斜した傾斜面であるため、粉体Pは第1の傾斜部12aの表面を中心側から外側に滑りながら移動する。第1の傾斜部12aを外側に滑りながら落下する粉体Pは、内壁12および外壁14によって形成される環状の流路に案内される。
【0039】
粉体Pは環状の流路を下方に自由落下するとともに、本体部4の外側に設けられたヒータ6によって主に輻射熱で加熱される。粉体Pは環状の流路を落下する過程で、例えば500℃〜1000℃まで加熱される。
【0040】
加熱された粉体Pは、バルブV2が開かれた状態で取出口10から外部に排出されて、回収される。取出口10から外部に排出されるときに粉体Pは放熱し、100℃〜300℃まで温度が下がる。
【0041】
上記構成によれば、内壁12と外壁14の間に形成される環状の流路で粉体Pが加熱される。このような環状の流路を形成することで、環状ではない1本の流路とした場合、すなわち、内壁12が存在せずに外壁14の内側の空間が全て粉体Pの流路となる場合に比べて、特に径方向Xにおけるヒータ6による加熱強度のばらつきが小さくなる。これにより、粉体Pの加熱ムラを抑制することができ、粉体Pをより均一に加熱することができる。
【0042】
例えば、環状ではない1本の流路とする場合、落下する粉体Pを全て所定温度以上にするために、最も昇温の遅い中心付近の粉体Pの落下時間を基準として、本体部4の上下方向Zの長さを決定することが考えられる。しかしながら、粉体加熱装置の設置される現場および工場の天井の高さには制限があるため、粉体加熱装置の高さはできるだけ低いものが望まれる。これに対して実施形態1の粉体加熱装置2によれば、粉体Pが全てヒータ6に近い領域を通過するため、径方向Xの位置による昇温差を少なくすることができ、高温で加熱できる。また、昇温の早い外壁14付近における粉体Pの落下時間を基準にして粉体加熱装置2を設計できるので粉体加熱装置2の高さを低くすることができる。粉体加熱装置2の高さを低くすることができれば、昇温による粉体Pの落下時間が縮まる分、粉体Pの生産の所要時間も短縮できる。
【0043】
また、環状ではない1本の流路とする場合、本体部4の直径を小さくすれば、本体部4の中心付近の粉体Pと外壁14付近の粉体Pの温度差を小さくできるが、流路が狭いので粉体Pの生産量が少なくなってしまう。これに対して実施形態1の粉体加熱装置2によれば、外壁14の直径を大きくすれば粉体Pの生産量を増やすことができ、また内壁12の直径を大きくして流路の幅を狭くすれば、粉体Pの昇温差を小さくすることができる。
【0044】
また実施の形態1の粉体加熱装置2によれば、内壁12の上端部である第1の傾斜部12aが中心側から外側に向かって下方に傾斜した傾斜面を有し、上端が閉塞されている。このような構成によれば、投入口8から落下してきた粉体Pは第1の傾斜部12aに沿って滑るように移動し、中心側から外側に向かって落ちていく。これにより、粉体Pをヒータ6に近い外側に向けて散らすことができ、粉体Pをより均一に加熱することができる。
【0045】
また実施の形態1の粉体加熱装置2によれば、内壁12の中央部12bの下に第2の傾斜部12cをさらに接続して延ばしている。このような構成によれば、第2の傾斜部12cを設けない場合に比べて、環状の流路を通過した粉体Pが内壁12の内部空間に入りにくくすることができる。
【0046】
また実施の形態1の粉体加熱装置2によれば、内壁12の下端部である第2の傾斜部12cは閉塞されておらず、開放されている。このような構成によれば、内壁12の下端部を閉塞した場合と異なり、内壁12の内部空間が密閉されないため、内部空間の空気が膨張して圧力が過剰に高くなって、内壁12が変形し、環状流路が狭くなり過ぎることを防止することができる。これにより、粉体加熱装置2の信頼性を向上させることができる。
【0047】
(実施形態2)
本開示に係る実施形態2の粉体加熱装置20について、
図2を用いて説明する。実施形態2では、主に実施形態1と異なる点について説明し、実施形態1と重複する記載は省略する。また、実施形態1と同一又は同等の構成については同じ符号を付して説明を省略する。
【0048】
図2に示す実施形態2の粉体加熱装置20は、外壁14の外側に設けたヒータ(第1のヒータ)6に加えて、内壁12の内側に別のヒータ(第2のヒータ)22をさらに設けた点が、実施形態1の粉体加熱装置2と異なる。
【0049】
第1のヒータ6に加えて第2のヒータ22を設けることで、環状流路の内側を通る粉体Pの加熱を促進することができる。これにより、粉体Pをより均一に早く加熱することができ、粉体Pの加熱ムラをさらに抑制することができる。
【0050】
(実施形態3)
本開示に係る実施形態3の粉体加熱装置30について、
図3を用いて説明する。実施形態3では、主に実施形態1と異なる点について説明し、実施形態1と重複する記載は省略する。また、実施形態1と同一又は同等の構成については同じ符号を付して説明を省略する。
【0051】
図3に示す実施形態3の粉体加熱装置30は、投入口8の下方かつ内壁35の上方において、周方向Rに回転する回転体32を設けた点が、実施形態1の粉体加熱装置2と異なる。
【0052】
回転体32は、投入口8から落下してくる粉体Pを中心側から外側に散らす機能を有する回転体である。回転体32は、回転部34と、回転軸36と、モータ38と、第1の断熱材40と、第2の断熱材42とを備える。
【0053】
回転部34は、回転軸36を中心として周方向Rに回転される部材である。
図3に示す回転部34は、下方に向かって拡径(上方に向かって縮径)した円錐形状である。すなわち、回転部34の外面は、上方から下方に向かって外側に広がるように傾斜した傾斜面である。回転部34は、内壁35の上方に設けられている。回転部34は、回転軸36を介してモータ38に接続されている。回転軸36は上下方向Zに延びる軸である。モータ38は、回転軸36を回転させることで回転部34を回転させる部材である。モータ38は第1の断熱材40の裏面に取り付けられている。第1の断熱材40および第2の断熱材42は、モータ38を周囲の加熱領域から断熱するための部材である。第1の断熱材40は、内壁35の上端部を覆うように設けられている。第2の断熱材42は、第1の断熱材40に連続するようにして内壁35の内側面に取り付けられている。
【0054】
このような構成によれば、投入口8から落下してくる粉体Pは回転部34の上面(傾斜面)に到達する。回転部34は周方向Rに回転しているため、回転部34の回転によって粉体Pは中心側から外側に向かって飛ばされる。これにより、粉体Pを均一に分散させてヒータ6に近い外側に散らし、環状の流路に案内することができる。このため、粉体Pの加熱ムラをさらに抑制し、粉体Pをより均一に早く加熱することができる。
【0055】
(実施形態4)
本開示に係る実施形態4の粉体加熱装置50について、
図4、
図5を用いて説明する。実施形態4では、主に実施形態3と異なる点について説明し、実施形態3と重複する記載は省略する。また実施形態3と同一又は同等の構成については同じ符号を付して説明を省略する。
【0056】
図3に示した実施形態3の粉体加熱装置30は、円錐状の回転部34を有する回転体32を備えていたが、
図4に示す実施形態4の粉体加熱装置50は、箱状の回転体52を備える点が、実施形態3と異なる。
【0057】
回転体52は、投入口8から落下してくる粉体Pを遠心力で外側に散らす機能を有する回転体である。回転体52は、箱部53と、回転軸36と、モータ38と、第1の断熱材40と、第2の断熱材42とを備える。
【0058】
箱部53は、投入口8から投入されてくる粉体Pの流路を形成する箱状の部材である。箱部53の上流開口54は、投入口8に接続されるように箱部53の上方に設けられる。箱部53の下流開口56は、上流開口54に連通するとともに、箱部53の側方に設けられている。下流開口56は、内壁35の上方で中心側から外側を向いている。
【0059】
箱部53の上流開口54には、粉体Pを投入するための投入部58が接続されている。投入部58は、投入口8を形成する筒状の部材であり、
図4に示すように箱部53に接続されている。
【0060】
箱部53の概略斜視図を
図5に示す。
図5に示すように、箱部53は、中心側から外側に向かって放射状に延びる複数の羽根61によって複数の流路62を形成している。
【0061】
このような構成において、投入部58の投入口8から箱部53に入った粉体Pは、箱部53がモータ38によって回転軸36を中心に回転しているため、遠心力によって中心側から外側に向かって飛ばされる。これにより、粉体Pは下流開口56から外側に向かって飛ばされながら環状の流路に案内される。これにより、粉体Pをヒータ6に近い外側に散らすことができ、粉体Pをより均一に早く加熱することができる。
【0062】
以上、上述の実施形態1−4を挙げて本開示の発明を説明したが、本開示の発明は上述の実施形態1−4に限定されない。例えば、実施形態1、2では、第1の傾斜部12aおよび回転部34の傾斜面が平坦である場合について説明したが、このような場合に限らず、突起および/又は溝を設けてもよい。具体的には、
図6(a)、6(b)に示すように、例えばプレート状の突起70、80を設け、中心側から外側に粉体Pを均等に分散させるようにしてもよい。このとき、突起70同士の間および突起80同士の間には、溝72、82がそれぞれ形成される。この場合、突起70、80および溝72、82の形状を同心円状あるいはらせん状としてもよい。また、
図6(c)のように、粉体Pを落下しながら分散させていくような複数の突起90を設けてもよい。
【0063】
また実施形態1、3では、内壁12の第1の傾斜部12aおよび回転体32の回転部34の外形が上方に突出した円錐形状である場合について説明したが、このような場合に限らない。下方に向かって外側に傾斜した傾斜面を有するものであれば、これらの形状は任意の形状であってもよい。
【0064】
また実施形態4では、回転体52の箱部53が
図4、
図5に示すような形状である場合について説明したが、このような場合に限らない。投入口8から投入される粉体Pの流路を内部に形成し、粉体Pを外側に向けて遠心力で飛ばすものであれば、箱部53の形状は任意の形状であってもよい。
【0065】
また、
図3に示す回転部34および
図4に示す回転体52は交換可能としてもよい。また、回転体34および回転体52の回転方向は、左右どちらでもよい。
【0066】
また実施形態1では、第1のヒータ6に対向する外壁14の中央部14cが
図1に示すような上下長さである場合を例示したが、このような場合に限らない。例えば、
図7に示すように、外壁14の中央部24cおよび内壁12の中央部22bを下方へ延伸させてもよい。これにより、中央部24c、22bにおけるヒータ6に対向しない領域で、粉体Pを冷却できる冷却帯60を設けることができる。冷却帯60における冷却は、自然空冷、送風機(図示せず)による強制空冷、水冷ジャケットによる水冷など、任意の冷却方法であってもよい。
【0067】
本開示は、添付図面を参照しながら好ましい実施形態に関連して充分に記載されているが、この技術の熟練した人々にとっては種々の変形や修正は明白である。そのような変形や修正は、添付した特許請求の範囲による本開示の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。また、各実施形態における要素の組合せや順序の変化は、本開示の範囲及び思想を逸脱することなく実現し得るものである。
【0068】
なお、上記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。