JP7699078B2 - 間接加熱装置の連結構造 - Google Patents

Description

本発明は、液状原料を間接加熱させる間接加熱装置の連結構造に関するものである。

従来、水平方向に延び、一端側に原料供給孔を有し、他端側に原料排出孔を有するドラムと、前記ドラムの内部で回転する回転軸と、前記回転軸に設けられ、前記原料供給孔から供給された液状原料を、加熱された前記ドラム内面に薄膜状態で押し付けて乾燥させる複数の撹拌羽根と、前記ドラム上側に設けられ、該ドラム内で前記液状原料から蒸発した溶媒が、前記撹拌羽根によって跳ね上げられた液状原料に接触しながら回収される溶媒回収孔とを備えた薄膜式間接加熱装置は知られている（例えば、特許文献１及び２参照）。この薄膜式間接加熱装置の原料排出孔には、スクリュー型間接加熱装置の供給口が密閉状に連結されている。

特開２０１１－１４９６５７号公報 特開２０１４－１６３６４５号公報

しかしながら、前記特許文献１及び２のものでは、薄膜式間接加熱装置とスクリュー型間接加熱装置とでそれぞれ液状原料を加熱して間接加熱させるようにしている。

このため、両者を連結する部分に熱膨張が生じると、その熱膨張を吸収させる構造（例えば蛇腹構造）が必要となったり、加熱温度に合わせてシムによる隙間調整を行う必要があったりする。

一方、連結部を蛇腹構造とすると、デッドスペースが発生し、その部分で内部流体が閉塞されるおそれがある。また、加熱温度に合わせたシムによる隙間調整は、大変面倒な作業となる。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、簡単な構成で容易に連結部の熱膨張による悪影響の発生を防止することにある。

上記の目的を達成するために、この発明では、上下方向にスライド可能な排出シュートで上下の間接加熱装置を連結するようにした。

具体的には、第１の発明では、
水平方向に延び、一端側に第１原料供給孔を有すると共に、他端側に第１原料排出孔を有し、前記第１原料供給孔から供給された液状原料を間接加熱させて前記第１原料排出孔から排出する第１間接加熱装置と、
前記第１間接加熱装置の下側に設けられ、前記第１原料排出孔に連通し、前記第１原料排出孔から排出された液状原料が供給される第２原料供給孔を有すると共に、他端側に第２原料排出孔を有し、前記第２原料供給孔から供給された液状原料を間接加熱して固形分を前記第２原料排出孔から排出する第２間接加熱装置とを備え、
前記第１原料排出孔と前記第２原料供給孔とが、上下方向にスライドして上下方向の長さを変更可能な排出シュートで連結されており、
前記排出シュートが、
前記第１原料排出孔が形成された第１筒状部と、
前記第１筒状部の外径よりも内径が大きな前記第２原料供給孔が形成され、前記第１筒状部にスライド可能に嵌合する第２筒状部と、
前記第１筒状部の外周面と前記第２筒状部の内周面との間に設けられ、前記第１筒状部の外周面と前記第２筒状部の内周面との間の隙間を密閉する封止部材とを備え、
落下する前記液状原料が第２筒状部の上側の端面に衝突しないように構成されている。

上記の構成によると、それぞれの間接加熱装置の結合部で熱膨張により上下方向の寸法変化が生じても、排出シュートがスライドしてその寸法変化を吸収できるので、蛇腹構造などの一般的な金属伸縮管を採用したり、シム等による隙間調整をしたりする必要がない。このため、排出シュートの長さを一般的な金属伸縮管に比べて短くすることができ、連結部のデッドスペースを小さくすることができるので、内部流体の閉塞が抑制される。また、運転温度によるシムによる隙間調整などの余分な作業が不要となり、間接加熱装置の運転及び停止操作を簡略化できる。

また、第１筒状部と第２筒状部とが相対的にスライド移動することにより、容易に上下方向の寸法変化を吸収することができる。

第２の発明では、第１の発明において、
前記封止部材は、前記第１筒状部及び前記第２筒状部の少なくとも一方に嵌め込まれたＯリングよりなる。

上記の構成によると、極めて簡単な構成で第１筒状部と第２筒状部との間の隙間を封止できる。

第３の発明では、第２の発明において、
前記第１筒状部及び前記第２筒状部の少なくとも一方が、前記第１間接加熱装置又は前記第２間接加熱装置の内部を通る熱媒体を内部流通させることで、前記液状原料を加熱可能に構成されている
。

上記の構成によると、排出シュートにおいても温度調整が行えるので、より確実な間接加熱装置の温度調整を行える。

以上説明したように、本発明によれば、第１間接加熱装置の第１原料排出孔と第２間接加熱装置の第２原料供給孔とを、上下方向にスライドして上下方向の長さを変更可能な排出シュートで連結したので、蛇腹構造を設ける必要がなくなり、シムによる隙間調整などをする必要もなく、簡単な構成で容易に連結部の熱膨張による悪影響の発生を防止することができる。

薄膜式間接加熱装置及びスクリュー型間接加熱装置を一部破断して示す断面図である。 排出シュート及びその周辺を拡大して示す断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

－薄膜式間接加熱装置及びスクリュー型間接加熱装置の構成－
図１は、本発明の実施形態の第１間接加熱装置としての薄膜式間接加熱装置１及びこの薄膜式間接加熱装置１に連結される第２間接加熱装置としてのスクリュー型間接加熱装置２を示す。なお、図１では、見やすいように薄膜式間接加熱装置１とスクリュー型間接加熱装置２とが平行に伸びているように描いているが、平面視で垂直に交わっていてもよい。

薄膜式間接加熱装置１は、いわゆる横型薄膜蒸発機であり、水平方向（横方向）に延びる中空のドラム３を備えている。ドラム３の一端側の下面には、液状の原料が供給される第１原料供給孔３ａが形成されている。ドラム３の他端側の下面には、溶媒がある程度蒸発して粘度が高くなった原料を排出する第１原料排出孔３ｂが設けられている。ドラム３の外周には、内部に水蒸気、熱水、油などの熱媒体１５が流通する第１ジャケット４が設けられている。ドラム３の内部には、水平に延び、モータ５ａによって回転される回転軸５が設けられている。ドラム３及び回転軸５は、必ずしも完全に水平でなくてもよく、多少傾いていてもよい。

回転軸５の外周には、所定の間隔を開けてヘラ状の複数の撹拌羽根６が設けられている。詳細な説明は省略するが、例えば円周方向に１８０度の間隔を開けて一対の撹拌羽根６が設けられ、この一対の撹拌羽根６に対して同じく１８０度の間隔を開けた別の一対の撹拌羽根６が、軸方向にほぼ等間隔に間隔を開け、かつ円周方向に９０度ずらして並ぶように配置されている。一対の撹拌羽根６をそれぞれ設ける軸方向の間隔を撹拌羽根６の先端の長さと同等とすることにより、液状の第１原料供給孔３ａから供給された液状原料が第１原料排出孔３ｂに向かう間に、第１ジャケット４により加熱されたドラム３内面に薄膜状態で押し付けられ乾燥されるようになっている。押し付けられた液状原料は、溶媒が気化して徐々に粘度が上昇し、第１原料排出孔３ｂからスクリュー型間接加熱装置２へ送り込まれるようになっている。

一方、スクリュー型間接加熱装置２は、水平方向に延びる中空状のケーシング７を有し、このケーシング７の外周にも熱媒体１５が流通する第２ジャケット８が設けられている。ケーシング７の一端上側には、上記第１原料排出孔３ｂに密閉状に連結される第２原料供給孔７ａが設けられている。ケーシング７内には、一対の水平に延びる中空スクリュー９が設けられ、これら中空スクリュー９内にも、熱媒体１５が流通可能となっている。一対の中空スクリュー９は、互いに噛み合うように配置され、ケーシング７下部内面とのクリアランスが小さく設定され、セルフクリーニング機能を有している。

そして、第２ジャケット８及び各中空スクリュー９の内部に水蒸気等の熱媒体１５を通し、一対の中空スクリュー９を互いに逆方向に回転させることにより、ケーシング７の第２原料供給孔７ａから供給された液状原料を中空スクリュー９で第２原料排出孔７ｂへ向けて移送しながら、ケーシング７及び中空スクリュー９からの伝導加熱により液状原料を間接加熱して、第２原料排出孔７ｂから液状原料中の固形分を排出するようになっている。

一方、ドラム３上側には、溶媒回収孔１０が設けられている。この溶媒回収孔１０から上方へ溶媒回収管１１が設けられ、この溶媒回収管１１が、図示しない冷却用コンデンサを介して真空ポンプに連結されている。この真空ポンプを駆動することにより、ドラム３及びケーシング７内は負圧になるようになっている。このため、ケーシング７内で気化した溶媒を含むガスは、図１に白抜き矢印で表すように、第２原料供給孔７ａに向かって流れ、第１原料排出孔３ｂからドラム３内へ流入し、ドラム３内で気化した溶媒を含むガスと合流し、溶媒回収孔１０へ吸引されるようになっている。

溶媒回収管１１は、例えば断面矩形状の管部材よりなり、その下端側には、矩形板状の一対の邪魔板１２が設けられている。この邪魔板１２は、例えばステンレス鋼板よりなり、互いに向かい合うように上下に間隔を開けて設けられ、向かい合う先端がそれぞれ下方へ傾斜している。

さらに、２枚の邪魔板１２の下流側（上方）には、蒸発した溶媒を含むガスが通過可能なデミスタ１３が配置されていてもよい。このデミスタ１３は、例えば細い金属線のメッシュ状の集合体よりなり、下面は、例えばステンレス製のパンチング板１４で支持されている。

そして、本実施形態の特徴として、第１原料排出孔３ｂと第２原料供給孔７ａとは、上下方向にスライドして上下方向の長さを変更可能な排出シュート２０で連結されている。

具体的には、図２に示すように、この排出シュート２０は、第１原料排出孔３ｂが形成された円筒形の第１筒状部２１と、第２原料供給孔７ａが形成され、第１筒状部２１にスライド可能に嵌合する、第１筒状部２１の外径よりも若干大きな内径を有する断面円形の第２筒状部２２とを備えている。

例えば、第１筒状部２１は、内径が３６５ｍｍ程度で、外径が３９０ｍｍ、肉厚が１２．５ｍｍのＳＵＳ３１６Ｌの円筒管よりなり、第２筒状部２２は、内径が３９０ｍｍ程度で、外径が４１５ｍｍ、肉厚が１２．５ｍｍのＳＵＳ３１６Ｌの円筒管よりなる。ＳＵＳ３１６Ｌの線膨張係数は、１６．５×１０-６（１/℃）である。第１筒状部２１及び第２筒状部２２の材質は、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６等でもよい。例えば、第１筒状部２１及び第２筒状部２２は、上下中間部分が分割されていて分割部分が互いにフランジで結合されていてもよい。

そして、第１筒状部２１と第２筒状部２２との間には、第１筒状部２１と第２筒状部２２との間の隙間を密閉する封止部材としてのＯリング２４が設けられている。このＯリング２４は、小径の第１筒状部２１の外周に周方向に連続して凹陥させた封止用溝部２３に嵌め込まれている。例えば、第１筒状部２１の外周下側に、深さが５ｍｍ程度の断面矩形状の封止用溝部２３が設けられており、この封止用溝部２３に断面の外径が８．４ｍｍのＯリング２４が嵌め込まれている。このＯリング２４で半径方向に３ｍｍ程度の熱膨張又は収縮を吸収することができる。Ｏリング２４の材質は特に限定されないが、耐熱性、耐薬品性等に優れたフッ化ビニリデン系（ＦＫＭ）、テトラフルオロエチレン-パープルオロビニルエーテル系（ＦＦＫＭ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等で構成されている。

なお、第１筒状部２１の内径が、第２筒状部２２の外径よりも大きくてもよい。この場合には、第２筒状部２２の外周に設けた封止用溝部２３にＯリング２４を嵌め込んで、その外側から第１筒状部２１を挿入するようにすればよい。

第１筒状部２１及び第２筒状部２２の上下方向の長さは、従来のものに比べて短く、例えば、第１筒状部２１の長さが３５ｍｍで、第２筒状部２２の長さが８４ｍｍである。

－薄膜式間接加熱装置及びスクリュー型間接加熱装置の作動－
次に、薄膜式間接加熱装置１及びスクリュー型間接加熱装置２を作動させた場合について説明する。

まず、モータ５ａ等を駆動し、回転軸５及び中空スクリュー９を回転させる。このとき、第１ジャケット４，８及び中空スクリュー９内に水蒸気、熱水などの熱媒体１５を流通させて所定の温度に加熱させておく。

次いで、第１原料供給孔３ａから液状原料を供給する。液状原料は、例えば、熱可塑性樹脂であり、その粘度は、例えば１０００ｍＰａ・ｓとする。この第１原料供給孔３ａに供給された液状原料は、供給直後は、かなり溶媒を含んでおり、撹拌羽根６によって勢いよく跳ね上げられる。すると、ケーシング７及びドラム３内で液状原料から蒸発した溶媒を含むガスが、撹拌羽根６によって跳ね上げられた液状原料に接触するので、ガス内の粉状原料が液状原料に取り込まれる。溶剤は、特に限定されない。

粉末材料を取り込んだ液状原料は、一対の邪魔板１２のいずれかに衝突し、自重によりドラム３内へ落下する。

そして、一対の邪魔板１２を通過したガス内に飛沫状となった液状原料が含まれていたとしても、ガスがデミスタ１３内を通過する際に、細い金属線に衝突し、金属線の濡れ性や線と線との間の隙間の毛細管現象により、集合して流下し、落下する。

そして、粉状原料及び液状原料が取り除かれた、溶媒を含むガスが効率よく回収され、冷却用コンデンサで冷却される。

このような作動を行っている間、薄膜式間接加熱装置１及びスクリュー型間接加熱装置２の連結部である排出シュート２０には、－０．５～０ｋＰａＧの負圧で、液状原料及び溶媒ガスが流通する。温度は最大で２５０℃まで上昇する。このため、第１筒状部２１及び第２筒状部２２がそれぞれ上下方向に加熱により、第１筒状部２１及び第２筒状部２２で合わせて最大で例えば３．５ｍｍ程度伸びる。

しかしながら本実施形態では、それぞれの間接加熱装置１，２で熱膨張により上下方向の寸法変化が生じても、排出シュート２０がスライドしてその寸法変化を吸収できるので、蛇腹構造などの一般的な金属伸縮管を採用したり、シム等による隙間調整をしたりする必要がない。このため、排出シュート２０の長さを一般的な金属伸縮管に比べて短くすることができ、連結部のデッドスペースを小さくすることができ、内部流体の閉塞が抑制される。また、運転温度によるシムによる隙間調整などの余分な作業が不要となり、間接加熱装置の運転及び停止操作を簡略化できる。

特に本実施形態では、円筒状の第１筒状部２１と、円筒状の第２筒状部２２とが相対的に上下にスライド移動することにより、容易に上下方向の寸法変化を吸収することができる。

さらに本実施形態では、封止用溝部２３を形成し、その封止用溝部２３にＯリング２４を嵌めるという、極めて簡単な構成で第１筒状部２１と第２筒状部２２との間の隙間を封止できる。

したがって、本実施形態にかかる薄膜式間接加熱装置１によると、第１原料排出孔３ｂと第２原料供給孔７ａとを、上下方向にスライドして上下方向の長さを変更可能な排出シュート２０で連結したので、蛇腹構造を設ける必要がなくなり、シムによる隙間調整などをする必要もなく、簡単な構成で容易に連結部の熱膨張による悪影響の発生を防止することができる。

（その他の実施形態）
本発明は、上記実施形態について、以下のような構成としてもよい。

すなわち、上記実施形態では、封止部材として断面円形のＯリング２４を用いたが、第１筒状部２１と第２筒状部２２との間の封止が可能で、第１筒状部２１と第２筒状部２２との上下方向のスライド移動を阻害しないものであれば、Ｘリングなど他の封止部材で構成してもよい。

上記実施形態では、第１筒状部２１及び第２筒状部２２は、簡易な金属管で構成しているが、それらの少なくとも一方にジャケットを設け、薄膜式間接加熱装置１又はスクリュー型間接加熱装置２の内部を通る熱媒体を内部に流通させることで、排出シュート２０内を通る液状原料を加熱可能に構成してもよい。こうすると、排出シュート２０においても温度調整が行えるので、より確実な間接加熱装置の温度調整を行えて有利である。

上記実施形態では、液状原料の乾燥を目的とした間接加熱装置を対象としたが、他の原料で混練、反応させてもよく、その場合も温度変化による寸法変化（上下方向だけでなく、水平方向でもよい）を吸収できる。

なお、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物や用途の範囲を制限することを意図するものではない。

１ 薄膜式間接加熱装置（第１間接加熱装置）
２ スクリュー型間接加熱装置（第２間接加熱装置）
３ ドラム
３ａ 第１原料供給孔
３ｂ 第１原料排出孔
４ 第１ジャケット
５ 回転軸
５ａ モータ
６ 撹拌羽根
７ ケーシング
７ａ 第２原料供給孔
７ｂ 第２原料排出孔
８ 第２ジャケット
９ 中空スクリュー
１０ 溶媒回収孔
１１ 溶媒回収管
１２ 邪魔板
１３ デミスタ
１４ パンチング板
１５ 熱媒体
２０ 排出シュート
２１ 第１筒状部
２２ 第２筒状部
２３ 封止用溝部
２４ Ｏリング

Claims (3)

1. 水平方向に延び、一端側に第１原料供給孔を有すると共に、他端側に第１原料排出孔を有し、前記第１原料供給孔から供給された液状原料を間接加熱させて前記第１原料排出孔から排出する第１間接加熱装置と、
   前記第１間接加熱装置の下側に設けられ、前記第１原料排出孔に連通し、前記第１原料排出孔から排出された液状原料が供給される第２原料供給孔を有すると共に、他端側に第２原料排出孔を有し、前記第２原料供給孔から供給された液状原料を間接加熱して固形分を前記第２原料排出孔から排出する第２間接加熱装置とを備え、
   前記第１原料排出孔と前記第２原料供給孔とが、上下方向にスライドして上下方向の長さを変更可能な排出シュートで連結されており、
   前記排出シュートが、
   前記第１原料排出孔が形成された第１筒状部と、
   前記第１筒状部の外径よりも内径が大きな前記第２原料供給孔が形成され、前記第１筒状部にスライド可能に嵌合する第２筒状部と、
   前記第１筒状部の外周面と前記第２筒状部の内周面との間に設けられ、前記第１筒状部の外周面と前記第２筒状部の内周面との間の隙間を密閉する封止部材とを備え、
   落下する前記液状原料が第２筒状部の上側の端面に衝突しないように構成されている
   ことを特徴とする間接加熱装置の連結構造。
2. 前記封止部材が、前記第１筒状部及び前記第２筒状部の少なくとも一方に嵌め込まれたＯリングよりなる
   ことを特徴とする請求項１に記載の間接加熱装置の連結構造。
3. 前記第１筒状部及び前記第２筒状部の少なくとも一方が、前記第１間接加熱装置又は前記第２間接加熱装置の内部を通る熱媒体を内部流通させることで、前記液状原料を加熱可能に構成されている
   ことを特徴とする請求項２に記載の間接加熱装置の連結構造。