特開 2024-106832 粉粒体の処理装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024106832

(43)【公開日】2024-08-08

(54)【発明の名称】粉粒体の処理装置

(51)【国際特許分類】

   B01F 27/808 20220101AFI20240801BHJP

   B01F 23/60 20220101ALI20240801BHJP

   B01F 35/12 20220101ALI20240801BHJP

   B01F 35/53 20220101ALI20240801BHJP

   B01F 27/091 20220101ALI20240801BHJP

   B01F 27/112 20220101ALI20240801BHJP

   B01F 27/86 20220101ALI20240801BHJP

   B01J 2/00 20060101ALI20240801BHJP

   B01J 2/10 20060101ALI20240801BHJP

【ＦＩ】

B01F27/808

B01F23/60

B01F35/12

B01F35/53

B01F27/091

B01F27/112

B01F27/86

B01J2/00 A

B01J2/00 B

B01J2/10 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023011295

(22)【出願日】2023-01-27

(71)【出願人】

【識別番号】000174965

【氏名又は名称】日本コークス工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】240000327

【弁護士】

【氏名又は名称】弁護士法人クレオ国際法律特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】百田 憲市

(72)【発明者】

【氏名】岩本 玄徳

(72)【発明者】

【氏名】鵜澤 茂久

(72)【発明者】

【氏名】中野 要介

(72)【発明者】

【氏名】神山 勤

(72)【発明者】

【氏名】椎名 啓

(72)【発明者】

【氏名】郡司 進

【テーマコード（参考）】

4G004

4G035

4G037

4G078

【Ｆターム（参考）】

4G004FA04

4G035AB48

4G035AE07

4G037DA15

4G037DA30

4G037EA04

4G078AA13

4G078BA05

4G078CA08

4G078CA09

4G078CA13

(57)【要約】

【課題】混合槽の内壁面に処理物が付着して堆積することを防ぐことで、回収率の低下を抑えることが可能な粉粒体の処理装置を提供する。
【解決手段】処理物となる粉粒体を衝突させる処理を行うための粉粒体の処理装置１０である。
そして、竪型の混合槽２０と、混合槽の槽底を挿通して設けられる回転軸３０と、回転軸に設けられる複数の撹拌羽根４０と、撹拌羽根の上方に配置される複数の衝突板５１と、処理中に混合槽の円筒状の壁面に沿って回動するスクレーパ６１とを備えている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

処理物となる粉粒体を衝突させる処理を行うための粉粒体の処理装置であって、
竪型の混合槽と、
前記混合槽の槽底を挿通して設けられる回転軸と、
前記回転軸に設けられる複数の撹拌羽根と、
前記撹拌羽根の上方に配置される複数の衝突板と、
処理中に前記混合槽の円筒状の壁面に沿って回動するスクレーパとを備えていることを特徴とする粉粒体の処理装置。

【請求項2】

前記スクレーパは、前記壁面の周方向に間隔を置いて複数が配置され、それぞれの前記スクレーパの前記回動は所定の角度範囲内で行われることを特徴とする請求項１に記載の粉粒体の処理装置。

【請求項3】

前記スクレーパは、前記壁面と面接触する接触面を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の粉粒体の処理装置。

【請求項4】

前記壁面の周方向の前記接触面の幅が10mm以上であることを特徴とする請求項３に記載の粉粒体の処理装置。

【請求項5】

前記スクレーパの回動の駆動源が、エアシリンダーであることを特徴とする請求項１又は２に記載の粉粒体の処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、処理物となる粉粒体を衝突させる処理を行うための粉粒体の処理装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

粉粒体の複合化や球形化は、ミクロンオーダー又はナノオーダーの粉粒体に、衝突により圧縮力と剪断力を与える処理によって行われる。粒子に衝突により圧縮力と剪断力を加えることで、粒子を粉砕してアスペクト比を小さくし、角部を取り除いて丸みのある粒子とすることができる。また、凝集している粒子を解砕して細かく分散させることができるようになる。

【0003】

同時に、粒子に衝突により圧縮力と剪断力を加えることによって、粒子同士を固着させることができる。特に、大きな粒子と小さな粒子が混在している状態で衝突により圧縮力と剪断力を加えると、大きな粒子の表面が小さな粒子で覆われた状態となって一体化することになる。以下、大きな粒子を「母粒子」、小さな粒子を「子粒子」として称して説明する。

【0004】

処理前の粒子や凝集している粒子は、粒子間に空間を備えてかさ密度が小さく、比表面積の大きい粒子であることが多い。これに対して、衝突により一体化した粒子では、母粒子の表面に子粒子が打ち込まれた状態となることや、子粒子同士が隙間なく一体化することが多いので、かさ密度が大きく、比表面積の小さな粒子となる。

【0005】

母粒子と子粒子とを一体化させることにより、概ね、粒子の球状化処理が行われることになる。そして、母粒子と子粒子の種類が異なる場合は、粒子の複合化処理と称することができる。２種類以上の子粒子を用いて複合化処理を行うことも少なくない。

【0006】

母粒子の表面を子粒子で覆うことによって、複合粒子の表面の性質は、子粒子の性質を備えることになるので、表面改質処理と称されることがある。母粒子が樹脂などの柔らかい材料である場合は、子粒子が母粒子の中に完全に打ち込まれた状態で固定化させることができる。一方、母粒子が硬い材料であって、子粒子が変形し易い材料である場合には、子粒子同士が一体化した状態となり、カプセル化処理と称される状態になることもある。

【0007】

ここで、特許文献１には、粉粒体の複合化や球形化を行う処理装置が記載されている。特許文献１に開示された処理装置は、竪型の混合槽と、混合槽の槽底を挿通して設けられる回転軸と、回転軸に設けられる複数の撹拌羽根と、混合槽に固定して設けられる複数の衝突板とを備えている。

【0008】

粉粒体は、高速回転する撹拌羽根によって慣性力を与えられ、槽底の隅部から槽壁に沿って上方へ放出され、混合槽の中央部に落下することになる。そして、落下した粉粒体は撹拌羽根によって繰り返し慣性力を与えられるので、粉粒体は混合槽内を循環して流動することになる。また、粉粒体が流動する混合槽は、内部に固定された複数の衝突板を備えているので、流動する粉粒体は衝突板に衝突して圧縮力と剪断力が与えられる。

【0009】

ここで、衝突板を備えない単なる混合槽の場合には、槽の全周にわたって一様な循環流動を生じるので、循環流動そのものが自浄作用となり、混合槽の内壁面に粉粒体の付着や堆積を生じることはない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【特許文献1】特許第５５７５１３９号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

しかしながら、衝突板が設けられた処理装置においては、衝突板の近傍で不均一な流動となるために、粉粒体が自浄作用を失って、混合槽の内壁面に付着や堆積することがある。特に、付着性の高い材料では、回収率の低下を起こすという問題がある。

【0012】

そこで、本発明は、混合槽の内壁面に処理物が付着して堆積することを防ぐことで、回収率の低下を抑えることが可能な粉粒体の処理装置を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0013】

前記目的を達成するために、本発明の粉粒体の処理装置は、処理物となる粉粒体を衝突させる処理を行うための粉粒体の処理装置であって、竪型の混合槽と、前記混合槽の槽底を挿通して設けられる回転軸と、前記回転軸に設けられる複数の撹拌羽根と、前記撹拌羽根の上方に配置される複数の衝突板と、処理中に前記混合槽の円筒状の壁面に沿って回動するスクレーパとを備えていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0014】

このように構成された本発明の粉粒体の処理装置は、処理中に混合槽の円筒状の壁面に沿って回動するスクレーパを備えている。このため、混合槽の内壁面に処理物が付着して堆積することをスクレーパによって防ぐことができ、回収率の低下を抑えることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の実施の形態の処理装置の概略構成を示した縦断面図である。

【図2】衝突板の固定部の一例を示す図であって、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は概略縦断面図である。

【図3】スクレーパを含む回動部の概略構成を説明する図であって（ａ）は概略平面図、（ｂ）は概略立面図である。

【図4】固定部と回動部との関係を示すために、図１のＡ－Ａ矢視方向で見た説明図である。

【図5】回動部の駆動方法の一例を示す図であって、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は概略立面図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施の形態の処理装置１０の概略構成を示した縦断面図である。

【0017】

本発明の実施の形態の処理装置１０は、処理物となる粉粒体を衝突させる処理を行うことで、粒子の複合化や球形化などの高度な処理を行うことができる粉粒体の処理装置である。すなわち、衝突により圧縮力と剪断力を粉粒体に与える処理を行う処理装置である。例えば、母粒子の表面に子粒子を衝突させて固着させる粒子の球状化処理や、異なる種類の粒子同士を衝突させて固着させる複合化処理などを、処理装置１０によって行うことができる。

【0018】

本発明の実施の形態の処理装置１０は、竪型の混合槽２０と、混合槽２０の槽底を挿通して設けられる回転軸３０と、回転軸３０に設けられる複数の撹拌羽根４０と、撹拌羽根４０の上方に配置される複数の衝突板５１と、処理中に混合槽２０の円筒状の壁面に沿って回動するスクレーパ６１とを備えている。

【0019】

混合槽２０は、垂直な軸心を中心に形成される円筒状の容器である。一般に、軸心が水平となる円筒状の容器を「横型」と称し、軸心が垂直となる円筒状の容器を「竪型」と称している。

【0020】

混合槽２０は、内空の保守や点検などが行えるようにするために、上部に開閉可能な蓋２５を備えている。混合槽２０のフランジ２１と蓋２５のフランジ２６とによって、混合槽２０を密閉したり、開放したりすることができる。フランジ２１とフランジ２６との間には、後に詳しく説明する固定部５０のフランジ５５が取り付けられている。

【0021】

処理装置１０では、連続処理ではなくバッチ処理が行われる。このために、蓋２５には、粉粒体の投入口（図示省略）が設けられ、この投入口より原料となる粉粒体が投入される。その他、蓋２５には、点検口、覗き窓、排気口などが適宜設けられる。

【0022】

また、混合槽２０の槽底付近の隅部には排出口（図示省略）が設けられ、処理された粉粒体が排出される。粉粒体を排出する際には、撹拌羽根４０を緩く回転させた状態で排出弁（図示省略）を開くことにより、粉粒体を確実に排出させることができる。

【0023】

混合槽２０は、図示しない電動機と共に架台に載置され、電動機の動力が架台の下に設けられたＶベルトなどの伝達装置によって回転軸３０に伝達されるように構成されている。回転軸３０の回転数は可変として、自由に設定できることが好ましい。

【0024】

回転軸３０は、混合槽２０に対して、図示していないグランドシールやエアシールなどによりシールされている。ガスを用いる場合には、混合槽２０から排出ガスに同伴する粉を捕集するために、蓋２５にフィルタを設けることが好ましい。

【0025】

撹拌羽根４０は、略円錐状に形成されたボス部４１の傾斜面に配列されて形成され、ボス部４１は回転軸３０に取付けられて、ボス部４１の底面が混合槽２０の槽底に近接するように形成されている。

【0026】

複数設けられた撹拌羽根４０のそれぞれは、リング状上板４２によって連結されていることが好ましい。この場合、粉粒体は、各撹拌羽根４０の間で、リング状上板４２の下をくぐるようにして流れるので、安定した流動状態を得ることができる。

【0027】

本実施の形態の処理装置１０では、撹拌羽根４０の上方に衝突板５１が配置されている。処理装置１０の処理性能は、撹拌羽根４０と衝突板５１との相対的な形状及び位置に関係し、精度よく製作できることが処理効率の向上に重要である。

【0028】

すなわち、衝突板が混合槽の槽壁に溶接されているよりも、衝突板５１が混合槽２０の内空に配置されて位置の微調整が可能な処理装置１０の方が、処理効率（エネルギー効率）を高くすることができる。

【0029】

図２は、本実施の形態の処理装置１０の衝突板５１の固定部５０の一例を示す図である。固定部５０は、全体を混合槽２０に固定するために、上部にフランジ５５を備えている。フランジ５５は、混合槽２０のフランジ２１と蓋２５のフランジ２６との間に挟まれた状態で固定される。

【0030】

そして、フランジ５５から槽底に向けて延伸される支持部材５２の下端に環状固定部材５３が固定され、その環状固定部材５３の外周面に、複数の衝突板５１が周方向に間隔を置いて取り付けられる。

【0031】

上述したように処理装置１０の処理効率は、撹拌羽根４０と衝突板５１との相対的な形状及び位置に関係するので、精密に組み立てる必要があるが、例えば、撹拌羽根４０の上端部と衝突板５１の下端部との隙間は、固定部５０のフランジ５５と混合槽２０のフランジ２１との間にシム（隙間ゲージ）を介在させることにより微調整することができる。

【0032】

撹拌羽根４０と衝突板５１との位置関係は、処理中も精密に維持させておく必要があるために、処理中の混合槽２０内の温度上昇をなるべく抑えて、熱膨張による変形を抑制することが好ましい。このために、固定部５０の支持部材５２及び環状固定部材５３の内部に冷却水の流通路を形成して、温度上昇を抑制させることも好ましい。

【0033】

そして、本実施の形態の処理装置１０は、粉粒体が混合槽２０の壁面に付着して堆積するのを防止するために、処理中に円筒状の壁面に沿って回動するスクレーパ６１を備えていることを特徴としている。

【0034】

図３は、スクレーパ６１を含む回動部６０の概略構成を説明する図であって、図３（ａ）は概略平面図を示し、図３（ｂ）は概略立面図を示している。この回動部６０は、４つのスクレーパ６１が混合槽２０の中心を軸として回動するものである。

【0035】

各スクレーパ６１は、図３（ｂ）に示すように、円筒状の回動軸６５の外周面に軸心方向に間隔を置いて２段に取り付けられた腕部材６２，６３の先端に、上部が支持されるようにして取り付けられている。

【0036】

回動軸６５の上部は、図１に示すように、蓋２５の中心に設けられたすべり軸受２７に挿通されて、回動自在となっている。また、回動軸６５には、駆動レバー６７（図３参照）を備えた駆動部材６６が固定されている。

【0037】

そして、回動軸６５の外周面とすべり軸受２７の内周面とが摺動し、駆動部材６６の下面とすべり軸受２７の上面とが摺動する。このため、駆動レバー６７を操作して各スクレーパ６１を駆動させることができる。

【0038】

すべり軸受２７の材質としては、例えばPTFE（PolyTetraFluoroEthylene：ポリテトラフルオロエチレン）などを用いることができる。なお、回動軸６５は、蓋２５の中央に位置しているので、回転軸３０をシールするためにガスを使用するときは、回動軸６５の先端にフィルタを設けることが好ましい。

【0039】

腕部材６２，６３は、その長さが調節可能となっているので、それぞれのスクレーパ６１は、混合槽２０の内空側の壁面（内壁面）に密着させることができる。また、腕部材６２，６３に、スプリングなどの押圧部材を設けて、スクレーパ６１を壁面に押圧力によって押し付ける構成とすることも好ましい。

【0040】

また、スクレーパ６１の先端は、図３（ａ）に示すように、混合槽２０の壁面（内壁面）と同じ曲率の接触面６１１に形成されている。すなわち、混合槽２０の壁面に面接触できるように、周方向の一定の幅で接触面６１１が形成されている。

【0041】

スクレーパ６１の接触面６１１の周方向の幅は、10mm以上とすることが好ましく、20mmから50mm程度にすることがより好ましい。混合槽２０の壁面と面接触するスクレーパ６１の材質としては、耐熱性が高く摩擦抵抗の低い材料が好ましく、PEEK（PolyEtherEtherKetone：ポリエーテルエーテルケトン）などを用いることができる。

【0042】

続いて、スクレーパ６１の回動について説明する。ここで、「回動」とは、スクレーパ６１が平面視円弧状に往復する揺動運動と一方向の単純な回転運動のいずれの動作をも指すものとする。

【0043】

例えば、スクレーパ６１の一方向の回転運動に障害となるものが何もない場合は、スクレーパ６１を一方向に回転させることができる。他方、本実施の形態の処理装置１０は、回動部６０の腕部材６２、６３が、固定部５０の支持部材５２によって遮られるので、スクレーパ６１を一方向に単純に回転させることはできない。

【0044】

そこで、図４を参照しながら、本実施の形態の処理装置１０のスクレーパ６１の回動について説明する。図４は、固定部５０と回動部６０との関係を示すために、図１のＡ－Ａ矢視方向で見た説明図である。図４では、説明を分かりやすくするために、回動部６０の４つのスクレーパ６１の符号を、それぞれ６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，６１ｄとし、固定部５０の４本の支持部材５２の符号を、それぞれ５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄとした。

【0045】

平面視で示した図４を見れば明らかなように、それぞれのスクレーパ（６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，６１ｄ）は、支持部材（５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄ）の間で揺動（回動）することしかできない。

【0046】

この図示した例におけるスクレーパ（６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，６１ｄ）の回動可能な角度範囲θは、75°から85°程度である。このような回動の角度範囲θであっても、混合槽２０の内径が比較的に小さい場合は、スクレーパ６１の両端が届く範囲を混合槽２０の壁面の周方向に隙間なく行き渡らせることができる。

【0047】

そして、所定の角度範囲θを往復させる際には、スクレーパ６１が右回転するときも左回転するときも、スクレーパ６１の接触面６１１が混合槽２０の壁面に、同じ状態で接触していることが好ましい。このため、スクレーパ６１の断面を、左右対称とすることが好ましい。

【0048】

図５は、回動部６０の駆動方法の一例を示す図であって、図５（ａ）は概略平面図、図５（ｂ）は概略立面図を示している。この回動部６０では、駆動源としてエアシリンダー７０を使用している。

【0049】

詳細には、回動軸６５に駆動レバー６７を備えた駆動部材６６が固定され、駆動レバー６７とエアシリンダー７０のロッド７１とが連結されている。この状態でエアシリンダー７０の稼働によってロッド７１を往復させると、スクレーパ６１が所定の角度範囲θで往復する揺動（回動）が起きることになる。

【0050】

エアシリンダー７０のロッド７１の往復動は、いかなる形態のものであってもよいが、例えば、スクレーパ６１の回動が、右方向の回転→休止→左方向の回転→休止のように、一定の時間を置いて自動的に回動するように制御されることが好ましい。そして、例えば１時間の処理時間において３往復から６往復させることが好ましく、特に付着性の強い物質が処理物となる場合は、１０往復程度、繰り返すことが好ましい。

【0051】

次に、本実施の形態の処理装置１０の作用について説明する。
このように構成された本実施の形態の処理装置１０は、処理中に混合槽２０の円筒状の壁面に沿って回動するスクレーパ６１を備えている。

【0052】

このため、混合槽２０の内壁面に処理物が付着して堆積することをスクレーパ６１が削り取ることによって防ぐことができ、付着性の高い材料が処理物になったとしても、回収率の低下を抑えることができる。

【0053】

また、処理中に衝突板５１の位置が変位して撹拌羽根４０と接触したりすることが起きないように、衝突板５１を複数の支持部材５２によってしっかりと固定しておくことが好ましい。そこで、スクレーパ６１を混合槽２０の壁面の周方向に対して間隔を置いて複数配置するという構成にして、所定の角度範囲θ内で回動させるという動作を行わせることで、混合槽２０の壁面から付着物を取り残すことなく削り取ることができるようになる。

【0054】

さらに、スクレーパ６１が、混合槽２０の壁面と面接触する接触面６１１を備えていれば、効率よく付着物を取り除くことができる。この接触面６１１の幅（混合槽２０の周方向の長さ）は、10mm以上であることが好ましい。

【0055】

そして、スクレーパ６１の揺動（回動）を、エアシリンダー７０のロッド７１の往復によって行わせる構成であれば、簡単で壊れにくいうえに、付着性の高い材料が処理物になっても、効率的に取り除くことができるようになる。

【0056】

以上、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。

【0057】

例えば、前記実施の形態では、図１に示した処理装置１０に処理中に回動するスクレーパ６１を設けた場合について説明したが、これに限定されるものではなく、特許文献１に開示されているような処理装置にも、処理中に回動するスクレーパを設けることができる。この際、スクレーパの一方向の回転運動に障害となるものが何もない場合は、駆動源に回転モータなどの電動機を用いて、スクレーパを一方向に回転させるという回動をさせることができる。

【符号の説明】

【0058】

１０ ：処理装置
２０ ：混合槽
３０ ：回転軸
４０ ：撹拌羽根
５１ ：衝突板
６０ ：回動部
６１ ：スクレーパ
６１１ ：接触面
７０ ：エアシリンダー
θ ：角度範囲

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】