JP2000234871A - 粉粒体用真空加熱冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 加熱効率を良くして加熱時間を短縮し、加熱
制御も容易で、処理材の投入と取り出しも容易な粉粒体
用真空加熱冷却装置を提供する。 【解決手段】 頂部に設けられ処理材を装入する装入口
２とこの装入口２の直下の底部に設けられた抽出口３と
真空に吸引する真空装置に接続される真空吸気口４とを
有する耐圧容器１と、この耐圧容器１内に設けられ装入
口２に対応した位置に処理材の入排出口７を有し両端を
耐圧容器を貫通する回転軸６で水平に回転自在に支持さ
れた内容器５と、入排出口７を開閉する蓋１０と、耐圧
容器１内で内容器５の周囲に設けられ内容器５を加熱す
る加熱器１２と、を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、粉粒体を真空中ま
たは真空に引いた後特定ガス雰囲気で加熱または冷却す
る粉粒体用真空加熱冷却装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】粉粒体用の真空加熱冷却装置として、従
来より処理材を一括投入し処理した後排出するバッチ式
装置と、処理材を連続的に投入し回転しながら処理して
送り出してゆく連続式装置が用いられている。図９はバ
ッチ式装置の一例を示す。本装置は、真空に耐える耐圧
容器３１内に断熱材で囲まれた加熱室３２が設けられ、
加熱室３２内に処理材３０が設置される。耐圧容器３１
の内部の頂部にはファン３３が設けられ、近傍に設けら
れた冷却コイル３５により冷却されたガス（真空にした
後に注入された不活性ガス）を循環させる。ファン３３
用のモータ３４は耐圧容器３１の外部の頂部に設置され
ている。加熱室３２の頂部には頂部冷却扉３６が設けら
れシリンダで開閉され、底部には底部冷却扉３７が設け
られシリンダで開閉される。両冷却扉３６，３７を開放
しファン３３を回転して加熱室３２内を冷却する。加熱
室３２の前面には処理材３０を出し入れする入出扉３８
が設けられている。また加熱室３２内の周囲にはヒータ
等の発熱体３９が設けられている。加熱室３２の底部は
炉床４０となっている。

【０００３】次に処理材３０の加熱冷却方法について説
明する。炉床４０に熱伝導性のよい平板（金属板）を敷
きこの上に粉粒体を数ｍｍ〜１０数ｍｍの厚さに敷く。
このように平板に粉粒体を敷いたものを積層する。次に
耐圧容器３１内を真空にした後発熱体３９で加熱する。
さらに冷却する場合は、頂部冷却扉３６と底部冷却扉３
７を開放し不活性ガスを注入しファン３３をまわして冷
却する。

【０００４】図１０は連続式装置でキルン方式の装置を
示す。水平に配置された円筒ドラム５０内に仕切り板５
１を螺旋状に取付け円筒ドラム５０を回転する。円筒ド
ラム５０の外面より電力または燃焼ガスで加熱する。処
理材５２を一方より連続的に投入する。投入側は混合分
散域で、粉粒状の処理材５２を循環させ加熱し分散させ
る。それ以降は反応完結域で、粉粒材５２を高温で反応
させ出口側へ連続的に送り出してゆき、出口側で熱分解
ガスを排出し熱分解した微粉を排出する。

【０００５】図１１は連続式装置でスクリューフィーダ
ー方式の装置を示す。水平に配置された円筒ドラム６０
の一方に処理材の投入口６１が設けられ、他方に排出口
６２が設けられている。内部には螺旋状回転軸６３が設
けられ、円筒ドラム６０の外周から加熱される。処理材
を投入口６１より連続的に投入し、螺旋状回転軸６３を
回転して加熱し分散させ反応させながら排出口６２へ移
送し連続的に排出する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】図９に示すバッチ式装
置の場合、平板上に処理材（粉粒体）を敷き、これを積
層するため、処理体の炉内設定および処理後の取り出し
に時間がかかる。また加熱は輻射熱により平板が加熱さ
れ、この平板からの熱伝導で粉粒体が加熱されるため、
加熱に時間がかかる。また図１０と図１１に示す連続式
装置の場合、処理材を少しづつ連続的に供給する装置が
必要となる。また処理材の加熱は大部分円筒ドラムから
の熱伝導で行われるため効率が悪く加熱に時間がかか
る。またこのように円筒ドラムの表面から加熱されるた
め処理材は円筒容器の容積の十数％しか入れられない。
また、未反応の処理材と反応済の処理材が混合している
ため加熱時間の制御が難しく、加熱不足や加熱過剰が生
じ易い。

【０００７】本発明はかかる問題点を解決するために創
案されたものである。すなわち、本発明の目的は、加熱
効率を良くして加熱時間を短縮し、加熱制御も容易で、
処理材の投入と取り出しも容易な粉粒体用真空加熱冷却
装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１の発明では、頂部に設けられ処理材を装入
する装入口とこの装入口の直下の底部に設けられた抽出
口と真空に吸引する真空装置に接続される真空吸気口と
を有する耐圧容器と、この耐圧容器内に設けられ前記装
入口に対応した位置に処理材の入排出口を有し両端を前
記耐圧容器を貫通する回転軸で水平に回転自在に支持さ
れた内容器と、前記入排出口を開閉する蓋と、前記耐圧
容器内で前記内容器の周囲に設けられ内容器を加熱する
加熱器と、を備える。

【０００９】内容器の入排出口を装入口の下にくるよう
に回転した状態で処理材を装入口から投入した後、耐圧
容器を真空にして、入排出口に蓋をする。次に加熱器に
より加熱する。また内容器を回転軸で回動し処理材を分
散させ加熱され易くする。処理材の加熱処理が終了した
後、蓋を外し内容器を回転して入排出口が抽出口の真上
にくるように回転してゆくに従い、処理材は抽出口に落
下する。このとき時計方向と反時計方向に交互に回動す
ることにより落下し易くなる。加熱器による加熱は内容
器を輻射加熱する。また処理材の一括装入、一括抽出が
できる。

【００１０】請求項２の発明では、前記回転軸は中空軸
で構成され、この中空軸の一方から加熱または冷却ガス
を前記内容器に供給し他方から排出するようになってい
る。

【００１１】加熱器により処理材を熱伝導で加熱するこ
とに加え、中空軸より加熱ガスを吹き込み処理材を加熱
ガスからの熱伝達により加熱する。このように２つの方
法で加熱することにより短時間で加熱することができ
る。なお、冷却するときは中空軸より冷却ガスを送り込
む。

【００１２】請求項３の発明では、前記内容器は中央が
円筒で両側が縮径した形状となっている。

【００１３】このように内容器の両端を絞った形状にす
ることにより、処理の完了した処理材の抽出が容易にな
る。

【００１４】請求項４の発明では、前記内容器内には供
給されるガスの流れを乱すじゃま板が設けられている。

【００１５】じゃま板を設けることにより、加熱ガスと
処理材がよく混合され、熱伝達が良好に行われるように
なる。

【００１６】請求項５の発明では、前記内容器内面には
供給される処理材が内容器とともに回動するようにした
攪拌板が設けられている。

【００１７】処理材が内容器とともに回動されるので、
十分に分散され加熱され易くなる。

【００１８】請求項６の発明では、前記入排出口を開閉
する蓋は内容器の半径方向に移動して開閉するようにな
っている。

【００１９】このような蓋の開閉機構とすると、開閉機
構の構造が簡単になる。しかし蓋を閉めた状態で内容器
を回動できなくなるので、加熱ガスを供給するときは回
動せず、供給を停止して、蓋を開けた後回動する。

【００２０】請求項７の発明では、前記入排出口を開閉
する蓋は内容器の軸方向に移動して開閉するようになっ
ている。

【００２１】このような蓋の開閉機構とすると、蓋を閉
めた状態で内容器を回動できるので、加熱ガスを供給し
ながら回動することができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施形態
を図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態
の粉粒体用真空加熱冷却装置の構成を示す図で、（Ａ）
は縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＸ−Ｘ断面図、（Ｃ）は
（Ｂ）のＹ矢視図である。図１において、耐圧容器１は
真空圧に耐えるよう円筒形で両端は球面形状となってい
る。円筒形の中央の頂部には処理材を装入する装入口２
が設けられ、その真下の底部には処理の完了した処理材
を取り出す抽出口３が設けられている。また高さ方向中
央には図示しない真空吸引装置に接続する真空吸気口４
が設けられている。なお、円筒形端部の一方は取り外し
可能なようフランジで接合されている。装入口２と抽出
口３の構造で高温に晒される部分（耐圧容器１の内部で
断熱材１５で保護されていない部分）は耐熱材で構成さ
れている。

【００２３】内容器５は中央が円筒形で両端が円錐形状
に絞った形状となっており、両端に処理材が溜まっても
容易に排出できるようになっている。両端には中空軸６
が接合され、軸受８により回転自在に軸支されている。
内容器５は耐熱材で構成され、かつ耐摩耗性も要求され
るので２重壁構造としている。中空軸６の一方には図示
しない加熱ガス発生装置、また必要に応じ冷却ガス発生
装置が接続されており、他方にはこれらの加熱ガスまた
は冷却ガスを処理する図示しないガス処理装置が接続さ
れている。中空軸６の高温に晒される部分は耐熱材で構
成されている。内容器５の円筒部中央には処理材の装入
と排出用の入排出口７が設けられ、この入排出口７は内
容器５を回転すると、耐圧容器１の装入口２の真下およ
び抽出口３の真上にくるように設定されている。耐圧容
器１の両端部にはシール箱９が設けられ、内容器５の中
空軸６が耐圧容器１をシールされた状態で回転可能に貫
通する構造となっている。軸受８はシール箱９内に設け
られている。内容器５の入排出口７を覆う蓋１０が設け
られ、中空軸６より加熱または冷却ガスを供給する場
合、内容器５を気密にする。蓋１０は内容器５の斜め上
側方で装入口２に干渉しない位置に配置され、内容器５
の半径方向にロッドが駆動し耐圧容器１に固定された蓋
駆動シリンダ１１により半径方向に開閉する。蓋１０は
高温に晒されるので耐熱材で構成され、内容器５と同様
２重壁となっている。

【００２４】内容器５の周囲には耐圧容器１により支持
された加熱器１２が設けられている。加熱器１２として
電気抵抗によるヒータが用いられる。内容器５の底部
（入排出口７を上方としたときの下部）には内容器５を
回動した場合、内容器５とともに処理材を掻き上げ、掻
き下げる攪拌板１３が設けられている。攪拌板１３は
（Ｃ）に示すように内容器軸心に対して傾斜して取付け
られた複数の板で構成され、処理材は回動により内容器
５の円周方向へ掻き上げ、掻き下げられるとともに、矢
印で示すように斜めにも移動し分散される。内容器５内
にはじゃま板１４が設けられ、中空軸６より供給される
加熱または冷却ガスが処理材に十分接触するようにして
いる。耐圧容器１の内面は断熱材１５で覆われ、外部へ
の放熱を防止している。

【００２５】図２は内容器５に加熱または冷却ガスを供
給する状態を示す図である。（Ａ）は第１実施形態の縦
断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＸ−Ｘ断面図、（Ｃ）は
（Ｂ）のａ部詳細である。なお図１と同一符号は同一の
ものを表す。これは以降の図面についても同様とする。
加熱ガスまたは冷却ガス供給時には内容器５の蓋１０を
蓋駆動シリンダ１１で閉塞し気密にする。蓋１０と内容
器５の取り合い部ａは（Ｃ）に示すように蓋１０に設け
られたシール１６により気密を保つようにする。シール
１６には処理温度が低温の場合は耐熱ゴム等が用いら
れ、高温の場合は金属板等が用いられる。

【００２６】次に動作を説明する。先ず図１（Ｂ）に示
すように内容器５の入排出口７が耐圧容器１の装入口２
の真下にくるように回転し、装入口２より処理材を装入
し、内容器５に入れる。なお、装入量は内容器５の容量
の１／３以下とし、回動時に入排出口７よりこぼれない
ようにする。次に加熱器１２を作動するとともに真空吸
引装置を駆動して真空吸気口４より吸引を行なう。これ
により処理材の粉粒に付着している水分や不純物を取り
除く脱ガス処理が行われる。脱ガス処理の温度は２００
℃程度で、時間は３０分程度である。

【００２７】脱ガス処理後、真空度を維持し、図２
（Ｂ）に示すように内容器５を蓋１０の位置まで回転
し、蓋１０を閉塞する。この状態で加熱ガス発生装置よ
り中空軸６を通して加熱ガスを内容器５に供給し、加熱
器１２とともに処理材を加熱する。一定時間加熱後、加
熱ガスの供給を停止し、蓋１０を開放して、図３
（Ａ），（Ｂ）に示すように、内容器５を時計方向、反
時計方向に交互に回動して処理材を混合・分散させる。
この加熱ガスの加熱と内容器５の回動を繰り返し加熱処
理を終了する。加熱器１２を停止し図４に示すように内
容器５を回転し入排出口７を抽出口３の真上にして、処
理材を抽出口３に排出する。この際、図４の位置を中心
に左右に小さく回動することにより処理材を確実に払い
出すことができる。

【００２８】図５は脱ガス処理に加熱ガスを少量使用す
る（これをパーシャル加熱と称する）場合を説明する図
である。（Ａ）は横軸に時間をとり、縦軸に温度をとり
脱ガスの温度変化を示す。（Ｂ）は横軸に時間をとり、
縦軸に耐圧容器１内の圧力をとり、加熱ガスの供給によ
る圧力の変化を示す。折れ線ａは加熱ガスの量を少く
し、圧力が大気圧以下となる場合で、耐圧容器１が加圧
対応容器でない場合を示し、折れ線ｂは加熱ガスの量を
多くし、圧力が大気圧以上の場合で、耐圧容器１が加圧
対応容器の場合を示す。所定の圧力にした後、加熱ガス
を供給すると脱ガスの温度は上昇し、圧力は上昇する
（１段加熱）。次に再び真空にし同様に第２段加熱を行
なう。さらに再び真空にして３段加熱を行なう。このと
きの最終脱ガス温度は２００℃程度でこの時間は３０分
程度である。このようなパーシャル加熱を行なうことに
より脱ガス処理時間を短縮することができる。

【００２９】図６は加熱ガスによる加熱と内容器５の回
動を交互にして加熱する場合のフロー図である。入排出
口７を蓋１０で閉塞し（Ｓ１）した後、加熱ガスを内容
器５に吹き込む（Ｓ２）。この吹き込みをタイマーＴに
より所定時間持続し（Ｓ３）、加熱ガスの吹き込みを停
止する（Ｓ４）。次に蓋１０を開放し（Ｓ５）、内容器
５を左右に所定回回動する（Ｓ６）。次に再びステップ
Ｓ１に戻る。

【００３０】図７は蓋１０と蓋駆動シリンダ１１を左右
対称に２組設けた場合を示す。処理材の装入量を多くす
ると、図３（Ｂ）のように回動角度を大きくした場合、
耐圧容器１内に処理材が飛散する。このため装入量が押
えられる。図７（Ａ）に示すように入排出口７が右側に
回動したときは、右側の蓋１０で閉塞し、左側に回動し
たときは、左側の蓋１０で閉塞することにより、１回の
処理材の装入量を多くすることができる。また、回動角
度も大きくすることができる。

【００３１】図８は入排出口７の蓋２０をスライド式に
し内容器５に取り付けた一例を示す図である。（Ａ）は
縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＸ−Ｘ断面図、（Ｃ）は
（Ａ）のＹ−Ｙ矢視図である。蓋２０は円弧状の四角形
とし、内容器５の端部に設けられた架台２３と内容器５
の円筒部上をスライドする。移動は滑車２１とワイヤ２
２を用いて行う。ワイヤ２２と滑車２１は内容器５およ
び中空軸６内にも設けられ、中空軸６に設けられた貫通
部２４を通り外側に出る。ワイヤ２２を引くことにより
蓋２０をスライドして開閉することができる。このスラ
イド式開閉装置を設けることにより、加熱ガス供給中で
も内容器５の回動を行なうことができ、加熱ガスから処
理材への熱伝達効率が向上する。また回動しても処理材
がこぼれないので、装入量を多くすることができる。

【００３２】

【発明の効果】上述したように、本発明は次の効果を奏
する。 処理材の一括投入、一括抽出ができるので、装入抽
出時間が短縮される。 加熱器の加熱に加え加熱ガスによる加熱も行なうの
で、加熱時間が短縮される。加熱器からの加熱は熱伝導
により行われるが、加熱ガスによる加熱は熱伝達により
行われるので、熱効率が向上する。また、この向上によ
り従来のものより処理材の装填容積率を増すことができ
る。 内容器を回動することにより処理材を均一に加熱す
ることができ、熱伝達、熱伝導が良好になる。 内容器内にじゃま板を設けることにより処理材と加
熱ガスの接触がよくなり熱伝達が促進される。 内容器内に攪拌板を設けることにより処理材と加熱
ガスの接触がよくなり熱伝達が促進される。 内容器の入排出口にスライド式の蓋を設け内容器と
一体に回動できるようにすることにより、回動しながら
加熱ガスによる加熱が可能になり熱伝達率がさらに向上
する。また１回当たりの処理材の装入量を多くすること
ができる。 従来の回転式真空炉は連続的に処理材を投入するた
め、常に未処理の処理材、処理中のもの、処理済のもの
が混在するため、加熱時間の制御が困難であったが、一
括投入、一括抽出ができるので加熱時間の制御を正確に
行なうことができる。 脱ガス処理時、パーシャル加熱を行なうことにより
処理時間が短縮され、効率よく脱ガスできる。 加熱ガスの代わりに冷却ガスを供給すれば、冷却も
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態の粉粒体用真空加熱冷却装置
の構成を示す図で、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）
のＸ−Ｘ断面図、（Ｃ）は（Ｂ）のＹ矢視図である。

【図２】内容器の蓋を閉じ加熱ガスにより加熱する状態
を示す図である。

【図３】内容器を回動する状態を示す図である。

【図４】処理が終わった処理材を抽出する状態を示す図
である。

【図５】脱ガス時のパーシャル加熱を示す図である。

【図６】ガス加熱時のフローを示す図である。

【図７】内容器の蓋を２組設けた装置を示す図である。

【図８】内容器の蓋をスライド式に開閉する装置を示す
図である。

【図９】従来のバッチ式真空加熱炉を示す図である。

【図１０】従来のキルン式真空加熱炉を示す図である。

【図１１】従来のスクリューフィーダー式真空加熱炉を
示す図である。

【符号の説明】

１ 耐圧容器 ２ 装入口 ３ 抽出口 ４ 真空吸気口 ５ 内容器 ６ 中空軸 ７ 入排出口 ８ 軸受 ９ シール箱 １０ 蓋 １１ 蓋駆動シリンダ １２ 加熱器 １３ 攪拌板 １４ じゃま板 １５ 断熱材 １６ シール ２０ 蓋 ２１ 滑車 ２２ ワイヤ ２３ 架台 ２４ 貫通部

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 頂部に設けられ処理材を装入する装入口
   とこの装入口の直下の底部に設けられた抽出口と真空に
   吸引する真空装置に接続される真空吸気口とを有する耐
   圧容器と、この耐圧容器内に設けられ前記装入口に対応
   した位置に処理材の入排出口を有し両端を前記耐圧容器
   を貫通する回転軸で水平に回転自在に支持された内容器
   と、前記入排出口を開閉する蓋と、前記耐圧容器内で前
   記内容器の周囲に設けられ内容器を加熱する加熱器と、
   を備えたことを特徴とする粉粒体用真空加熱冷却装置。
2. 【請求項２】 前記回転軸は中空軸で構成され、この中
   空軸の一方から加熱または冷却ガスを前記内容器に供給
   し他方から排出するようにしたことを特徴とする請求項
   １記載の粉粒体用真空加熱冷却装置。
3. 【請求項３】 前記内容器は中央が円筒で両側が縮径し
   た形状となっていることを特徴とする請求項１または２
   記載の粉粒体用真空加熱冷却装置。
4. 【請求項４】 前記内容器内には供給されるガスの流れ
   を乱すじゃま板が設けられていることを特徴とする請求
   項１または２記載の粉粒体用真空加熱冷却装置。
5. 【請求項５】 前記内容器内面には供給される処理材が
   内容器とともに回動するようにした攪拌板が設けられて
   いることを特徴とする請求項１または２記載の粉粒体用
   真空加熱冷却装置。
6. 【請求項６】 前記入排出口を開閉する蓋は内容器の半
   径方向に移動して開閉するようになっていることを特徴
   とする請求項１または２記載の粉粒体用真空加熱冷却装
   置。
7. 【請求項７】 前記入排出口を開閉する蓋は内容器の軸
   方向に移動して開閉するようになっていることを特徴と
   する請求項１または２記載の粉粒体用真空加熱冷却装
   置。