JP4718485B2 - バラ積み材料用格子冷却器の冷却空気流の調整装置 - Google Patents

Description

本発明が、セメントクリンカのような熱いバラ積み材料を冷却するためのバラ積み材料用格子冷却器の冷却空気流の流れ横断面を調整するための調整装置に関するものであり、調整装置ハウジングは、冷却用格子の下の冷却空気流入部に一体化されており、制御素子の領域での流量の増加及びそれに伴う冷却空気流量の増加兆候が、自由流の横断面を減少させ、反対に制御素子の領域での流量の減少が、自由流の横断面を増加させるように制御素子が動かされる。

セメントクリンカ生産ラインにおいて、ロータリー筒状キルン内において「か焼」セメント原料粉から生成された熱いセメントクリンカは、キルンの送出端から冷却器に、一般には、格子式冷却器の冷却用格子上に送り出され、その冷却用格子上に拡げられ、適当な搬送手段により冷却器の送出端へ向かって長手方向に移動させられる。その冷却用格子と熱いバラ積み材料層には、冷却用空気が実質的に下から上へ流される。以下簡単に既知の冷却格子の型式を説明する。

押出式格子冷却器において、固定格子板列が、搬送方向において往復動する格子板列と交互に配置されており、全ての格子板には冷却空気用開口が設けられており、実質的に下から上へ空気流が流される。全可動格子板の合成揺動運動により、冷却すべき熱い材料が徐々に搬送されながら冷却されていく。押出式格子冷却器の代わりとして、冷却空気が流される冷却格子が動かないすなわち静止している格子冷却器型式が、下記の特許文献１で知られている。
ＥＰ‐Ｂ‐１０２１６９２

互いに隣接する往復動式ビーム状押出要素の複数の列が、固定格子面の上に配置され、冷却中の材料の搬送方向において前方行程位置と、戻り行程位置との間を動かされ、その結果、冷却すべき材料に対する押出要素の往復運動によって、冷却すべき材料は、冷却器始点から冷却器終点まで連続的に同じようにして運ばれて、その過程で冷却される。
この種の格子冷却器において、バラ積み材料床の高さ、クリンカ粒寸法、温度プロフィールその他に関して、熱いバラ積み材料床の不均一分布を避けることは必ずしも可能でない。そして、その不均一分布は、不均一冷却となる。その理由は、冷却格子領域においてバラ積み材料床の高さが大きくなると、冷却空気に対する流れ抵抗が増大し、冷却空気流量が低下し、少ない冷却空気しかバラ積み材料床を通って流れなくなり、他方、冷却格子領域においてバラ積み材料床の高さが小さくなると、冷却空気に対する流れ抵抗が低下し、冷却空気流量及び空気ブレークスルーの危険が増大し、最小の冷却空気量しか必要としないであろうバラ積み材料床を通って余りに大量の冷却空気が流される。
ＥＰ‐Ｂ‐０８４８６４６

そのため、セメントクリンカのような熱いバラ積み材料を冷却する格子冷却器（特許文献２）において、冷却中の材料床の高さが小さくなり流れの抵抗が減少した結果として冷却空気流量が増大し始めたときには、対応する冷却空気流入ラインの横断面積を減少させて、その反対に冷却中の材料床の高さが大きくなり流れの抵抗が増大した結果として冷却空気流量が減少し始めたときには、対応する冷却空気流入ラインの横断面積を増大させて、冷却中の材料床全体にわたる圧力降下の変化を補償し、冷却中の材料床の該当領域の冷却空気のそれぞれの圧力損失又は流れ抵抗に冷却空気量が最早関係しないように、冷却格子の下の冷却空気流のそれぞれの冷却空気流量を自動調整することが知られている。ここで、既知の機械式の冷却空気流調整器は、水平なピボット軸を有する重り付き揺動フラップで動作する。その揺動フラップは、支配的な圧力状態及び流れ状態に従って大きく又は小さくそれぞれの冷却空気流を自動的に調整する。

その既知の冷却空気調整装置は、空気流が作用する本体を有する、純粋に重力で作動されて枢軸運動するレバーウエイトにより自動的に動作する。その既知の冷却空気調整装置は、冷却格子の下に配置されて、静止していない、すなわち押出式格子冷却器の場合のように、バラ積み材料搬送のために調整装置と一緒に往復動させられる冷却格子領域の冷却流を供給する。しかし、調整装置の自動調整は、往復遥動によって混乱させられ、結果として調整が歪む。
ＷＯ ０２／０６７４８

上記特許文献３に、バラ積み材料格子冷却器の冷却空気調整装置が開示されている。この装置においては、貫通孔が設けられた円形の静止セグメントディスクが、格子の下の冷却空気供給ライン内に配置され、スピンドルに回転自在に取り付けられた羽付ディスクがセグメントディスク上に配置されている、その羽付ディスクは、冷却空気の流量に応じて回転し、以下のようにしてセグメントディスクでの流れの横断面での開口面積を自動的に変化させる。すなわち、流量が増大すると、羽付ディスクがバネの力に抗して回転して流れの横断面積を減少させ、流量が減少すると、羽付ディスクがバネの力に応じて回転して流れの横断面積を増大させる。しかし、往復動する冷却格子領域の間欠的な揺動によって調整装置の機能が混乱させられる危険は、この自動冷却空気調整装置においても解消されていない。

本発明の目的は、請求項１のプリアンブルによる自動冷却空気調整装置を、特に熱いセメントクリンカを冷却する格子冷却器の静止冷却格子領域と可動冷却格子領域との両方に問題なく使用でき且つ容易に構成できるように構成することである。

上記した目的は、本発明により請求項１の特徴を有する調整装置によって達成される。本発明の効果的な展開は従属請求項に記載する。

バラ積み材料冷却器の冷却格子の下の冷却空気供給流内に配置される調整装置は、供給される冷却空気が流れる調整装置ハウジングと、その調整装置ハウジング内において可動な制御素子とを具備している。本発明の調整装置の特徴は、冷却空気が実質的に下から上へ流れる中空体のような調整装置ハウジング内において、内部本体が制御素子として機能する。その内部本体は、冷却空気流によって並進移動可能であり、変位可能に案内されており、冷却空気流によって自動的に動かされる。冷却空気流の主たる流れの方向に対して横断するように位置する内部本体は、例えば調整装置ハウジング内部の中央スピンドル上を案内されるようにできる。その内部本体の変位により、冷却空気流に残された自由な流れの横断面積を変化させて、内部本体の領域での冷却空気の流量の増加及びそれに伴う冷却空気流量の増加兆候により、調整装置ハウジング内の流れの横断面積を減少させ、他方、内部本体の領域での冷却空気の流量の減少及びそれに伴う冷却空気流量の減少兆候により、調整装置ハウジング内の流れの横断面積を増大させる。調整装置ハウジング内の内部本体の並進移動は、復元力の作用に抗して起きる。このために、少なくとも１つの復元バネが、調整装置ハウジングのスピンドルに支持されて、内部本体の中心に効果的に作用して、冷却空気流がないときでも調整装置ハウジング内の流れの横断面積を維持することができる。

自動調整の機能を損なう可能性のある重力および慣性モーメントは、本発明の自動冷却空気調整装置の動作において、影響要因でない。本発明の冷却空気調整装置はそれ故、可動冷却格子領域のバラ積み材料冷却器又は可動冷却格子システムに特に適している、すなわち、上述した押出式格子冷却器及び可動床式搬送原理によって動作する冷却格子システムに特に適している。その詳細の後述する。

特に効果的であることは、調整装置の調整特性は、少なくとも１つの復元バネの予荷重力を変えることによって設定可能であり変更可能であることである。例えば、復元バネは、調整装置ハウジングのスピンドルの周りに配置されたらせんバネであり、そのバネの内部本体から遠い端部が制御素子に支持され、その制御素子は、バネの予荷重力を設定／変更するためにスピンドルのネジ付端部に調整自在にネジ式に結合されている。この方法により、調整特性及び本発明による調整装置の応答特性の所望値を容易に設定及び変更することができる。

調整特性は、冷却中の材料床の高さの増大に応じて冷却空気の要求の増加、又は冷却空気流に対する冷却中の材料床の抵抗の増加を表わすことができる。従って、冷却空気流に対する抵抗の変化に拘りなく、冷却空気の流量を実質的に一定に維持するように調整することも可能である。

例えば、調整装置ハウジング内部で制御素子として機能する内部本体は、例えば、円板状、ポット形管部分ほかの形を有することができる。らせんバネの代わりに、制御素子に作用する復元バネは、予荷重力が与えられた他のバネ部材要素でもよい。しかし、復元バネを完全になくして、内部本体の重さだけで内部本体に対する復元力を作用するように内部本体の重さを調節することも可能である。

中央スピンドルの代わりに、内部本体は、並進移動可能にその周縁部で案内されるようにもできる。その場合、案内用のスピンドルはなくすことができる。

本発明の１つの実施例によれば、冷却格子を通って流れる冷却空気の流量の自動調整は、円筒状の調整装置ハウジングを有する調整装置によって達成される。例えば、その調整装置ハウジングは、その周囲の周りに且つ長さ又は高さにわたって分布した多数の開口を有している。冷却空気は、それら開口を通って、調整装置ハウジングの内部へ流入し、ハウジングの上部上の冷却格子に流出してゆく。そのハウジングの上部は、冷却格子の下側にフランジを介して取り付けられている。バラ積み材料床に流入する冷却空気の圧力損失が低下すると、より多くの冷却空気が格子冷却器を通って流れるようになる。しかし、冷却空気の流量が増大すると、冷却空気流通過開口を有している場合もある軸方向の案内されている内部本体が、底部から頂部に向かって或る量変位して、内部本体より上にある調整装置ハウジングの冷却空気が流れることができる開口の数、従って、調整装置ハウジング内に流入する冷却空気の流量が減少する。同時に、内部本体のディスク状部分の開口を通って流れる冷却空気流量が増大することができ、全体として、冷却空気の流量の実質的に一定な調整が実現される。

調整装置ハウジングの周囲及び高さにわたって多数の冷却空気通過開口を分布させる代わりに、調整装置ハウジングは、下から上へらせん状に延びる少なくとも１つの単一開口を有してもよい。この場合も同様に、例えば、内部本体の上方変位が冷却空気流量を減少させ、内部本体の下方変位が冷却空気流量を増大させる。

本発明の別の実施例によれば、格子冷却器を通る冷却空気の流量の自動調整は、円筒状の調整装置ハウジングによって達成される。例えば、その円筒状の調整装置ハウジングは、流れの方向に横断面積が減少してゆく円錐形であり、内部本体はその円錐形ハウジング内に配置され、下からその内部本体に向けて冷却空気流が流される。冷却空気流によって起こされる内部本体の軸方向変位は、内部本体の縁と円錐形ハウジングとの間の自由な流れの横断面積を変化させ、それに伴い、冷却空気流量を自動調整する。

本発明並びに本発明のその他の特徴や利点は、添付図面に概略的に示した実施例を参照して詳細に説明する。

図１の本発明の自動動作調整装置は、セメントクリンカのような熱いバラ積み材料を冷却するための格子冷却器の冷却空気１０が流されるものであり、例えばかかる自動動作調整装置が多数、図３に一部図示している冷却格子の下側に取り付けられる。本発明の自動動作調整装置は、調整装置ハウジング１１と、その調整装置ハウジング１１内部に配置された内部本体１２とを有している。調整装置ハウジング１１と内部本体１２とは、円形に構成されている。しかし、これらは、多角形を有していても良い。円板状の内部本体１２は、中央スピンドル１３上を冷却空気１０の主たる流れ方向に自動的に並進移動可能に案内されている。その中央スピンドル１３は、ハウジング１１内に、例えば、ストラット１４によって少なくとも上部で支持されている。内部本体の上での冷却空気流の圧力損失の変化、又は内部本体１２の下部と上部との間の圧力差の変化が、内部本体１２の軸方向変位を生じる。

図１の調整装置ハウジング１１は、例えば、そのハウジング１１の周囲で且つその長さすなわち高さ全体にわたって分布した多数の開口１５を有しており、冷却空気１０は、それら開口１５を通ってハウジングの内部に流入し、ハウジングの上側１６の対応する出口開口を介して、ハウジングの上側１６上の冷却格子内に流出していく。ハウジングの上側１６は、冷却格子の下側にフランジで固定されている。例えば、冷却空気の圧力損失が低下し始めるときに、バラ積み材料床の高さが小さくなった格子冷却器の領域での空気ブレークスルーが始まったばかりの時点で、内部本体１２は自動的に冷却空気流によって押し上げられ、ハウジング１１の冷却空気が流れる開口１５の数が減少し、その結果、冷却空気量が、自動的に、絞られ又は実質的に一定に維持される。内部本体１２の中心は、ブッシユ１７を有し、そのブッシユ１７によって、内部本体が調整装置ハウジングのスピンドル１３に沿って案内される。らせんバネとしてスピンドル１３の周りに配置されてスピンドル１３に支持されている少なくとも１つの復元バネ１８は、そのブッシユ１７の領域で内部本体１２の中心に作用する。

更に、内部本体１２が冷却空気流に対して最大の絞り効果を有する最も高い位置に到達した場合にも、最小の冷却空気流が維持されるという理由のためだけで、内部本体１２は孔１９のような切り欠を有することが効果的である。これにより、バラ積み材料床の高さがゼロになった場合でも、冷却格子が常に冷却されることを確実にする。少なくとも一つの復元バネ１８の予荷重力は、例えばネジが切られている制御素子２０上に支持されている内部本体１２から遠いバネ端部によって、設定可能であり且つ変更可能である。ネジが切られている制御素子２０によって復元バネ１８の予荷重力は調整可能である。この方法によって、本発明による調整装置の調整特性は、設定可能であり且つ変更可能である。

内部本体１２が、調整装置ハウジングのスピンドル１３上にブッシユ１７を介して回転可能に取り付けられ、且つ、内部本体１２が、冷却空気流１０によって駆動される羽根車として構成される場合、内部本体１２は、その軸方向変位に加えて回転することができる。そして、それはさらに制御素子の応答特性を改良することを可能にする。

図２の別の実施例によれば、調整装置ハウジング１１は、互いに連なって、冷却空気流の方向において互いに結合している３つの領域を有する。円筒状の流入領域２１と、それに連なって、流れの方向に先細りしていく円錐形の中心領域２２と、その円錐形の中心領域２２の断面積が小さくなっている部分に連なる円筒状流出領域２３とを有している。内部本体１２は、同じく、中央スピンドル１３に案内され、その中央スピンドル１３は、ハウジング１１内において、ストラット１４によって底部と頂部とで支持されている。内部本体１２は、同じく、冷却空気１０の流れの方向に自動的に動かされ、その内部本体１２の軸方向変位により、内部本体の縁とハウジングの中心領域２２との間の自由な流れの断面積を変化させて、例えばバラ積み材料床の高さが小さい格子冷却器領域で空気ブレークスルーが兆候が生じた時点で、内部本体１２の領域における流量の増加により自動的に自由な流れの断面積を減少させて冷却空気流量を絞り、反対に、内部本体１２の領域での流量の減少により自動的に自由な流れの断面積を増大させて冷却空気流量を増加させる。図２の調整装置は、冷却空気１０の流量を一定に調整することを実質的に可能にするようの構成することができる。

図２によれば、内部本体１２の中心は、同じくブッシユ１７を有し、そのブッシユ１７を介して内部本体１２は調整装置ハウジングのスピンドル１３に沿って案内される。少なくとも１つの復元バネ１８が、らせんバネとしてスピンドル１３の周りに配置されてスピンドル１３に支持され、且つ、冷却空気流１０がないときでも、内部本体１２と調整装置ハウジングの中心領域との間の環状ギャップを開放状態に維持する。この復元バネ１８は、ブッシユ１７の領域において内部本体１２の中心に作用する。

図２の実施例においても、少なくとも一つの復元バネ１８の予荷重力は、例えば、バネの予荷重力を設定又は変更するためにスピンドル１３のネジが切られている端部に調整自在にネジ合わされている調整ナット２４に支持されている内部本体１２から遠いバネ端部によって、設定可能であり且つ変更可能である。圧縮バネの代わりに又は圧縮バネに追加して、スピンドル１３の他端に作用する引張バネ１８ａを設けることもできる。これにより、本発明の調整装置の調整特性が、設定され、更に、バネの予荷重力を変更することによって冷却器の動作状況に従って適切に変化させられる。

図１の実施例の同様な方法において、内部本体１２は、図２の調整装置の場合も回転可能に取り付けることができ、更に、内部本体１２はまた、冷却空気を通す孔を設けることもできる。

図３からわかるように、図１及び／又は図２の冷却空気調整装置を多数設備して、冷却空気を対応する可動冷却格子に供給するために冷却空気流１０の上部出口開口２５を対応する可動冷却格子の下側の冷却空気入口開口にフランジを使用して接続する。図３の冷却格子モジュールを参照して説明するならば、図示の実施例による各モジュールは、３つの細長いほぼ波型の底部材２７、２８、２９を具備している。そして、樋状の底部材２７、２８、２９は、冷却器の長手方向の延在しており、且つ並んで配置されており、更に冷却中の材料の搬送方向において前進行程位置３０と戻り行程位置３１との間を制御された方法で且つ互いに独立して動かすことができ、底部材上に置かれた（図示していない）冷却中の熱い材料は、例えば移動床式搬送原理に従って冷却器を通って少しずつ搬送される。冷却格子モジュールの個々の底部材２７、２８、２９の駆動は、ローラー上に支持されて駆動シリンダによって駆動される押出フレームによって、冷却格子の下で行われ、それら押出フレームは、底部材が一緒に前進させられるが一緒には後退させられずに時間差を付けて後退させられるように特に制御される。

全モジュールの底部材２７、２８、２９は、中空体のように構成されている。すなわち、断面で見ると、底部材は、冷却空気１０が実質的に下から上へ通過する、冷却中の材料を支持する上部材３２と、その上部材３２から離隔しており且つ冷却中の材料が格子を通って落下しないよう防止する容器状の下部材３３とを有している。全底部材の下部材３３は、多数の冷却空気の入口開口を有しており、それら入口開口は、全長にわたって分布しており、更に、図１及び図２に図示した冷却空気調整装置が下からフランジによって取り付けられている。３つの調整装置ハウジング１１が、互いに独立して動かすことができる３つの冷却格子の底部材２７、２８、２９に取り付けられていることが図３からわかろう。セメントクリンカのような冷却中の熱い材料を支持する冷却格子の上部材３２には、冷却空気１０が通過する任意の開口が原理上設けることができる。何れの場合も、冷却格子の上部材３２は、サドル状屋根形式のＶ字状プロフィールをなしていることが特に効果的である。そのサドル状屋根形式のＶ字状プロフィールは、ミラー反転のように間隔を置いて互いに向かいあい且つ互いにずれて配置され、Ｖ字脚部が、間に間隔を置いて互いに噛み合うようになされている。その後者が、冷却中の材料及び冷却空気のための迷路を形成する。かくして、バラ積み材料冷却器において格子の隙間から材料が落下することが防止される。

図３からわかるように、冷却中の材料の搬送方向を横切る方向に配置されているウェブ３４ａから３４ｃは、全底部材２７から２９の冷却空気１０が通過する上部材３２の上に配置されており、底部のバラ積み材料層を保持する一方で、底部のバラ積み材料層と格子の底部材との相対的な動きを防止して、格子の底部材を磨耗から保護するようにしている。

内部が見えるように調整装置ハウジングの前部の部分を切り取って示す、本発明の冷却空気調整装置の第１の実施例の斜視図である。 内部が見えるように調整装置ハウジングの前部の部分を切り取って示す、本発明の冷却空気調整装置の第２の実施例の斜視図である。 上記した図面に示した冷却空気調整装置を冷却格子の下側に装備した、バラ積み材料冷却器の冷却格子モジュールの同様な斜視図であり、バラ積み材料冷却器の冷却格子は、沢山のかかる冷却格子モジュールが前後左右に配置されて構成されている。

Claims (9)

1. 熱いバラ積み材料を冷却するための格子冷却装置であって、この格子冷却装置へ送られる冷却空気（１０）の流入流の横断面積を調整するための調整装置を有し、この調整装置は上記バラ積み材料格子冷却装置の冷却格子の下側へ上記冷却空気（１０）の流入流を送る調整装置ハウジング（１１）を有し、この調整装置ハウジング（１１）の内部で運動する制御素子（１２）を有し、この制御素子（１２）自体の所の冷却空気の流入速度が増大し、それに伴って冷却空気の流量が増大し始めた時には冷却空気の自由な流れの横断面積が減少し、逆の場合には横断面積が増大するように運動する、格子冷却装置において、
   ａ）冷却空気（１０）の流れは調整装置ハウジング（１１）を介して流れ、上記制御素子（１２）の内部本体が、冷却空気（１０）の流れによって、復元力の作用に逆らって、調整装置ハウジング（１１）の内部を並進移動で変位するように案内され、
   ｂ）調整装置ハウジング（１１）の内部で冷却空気（１０）の流れに逆らって並進移動で変位する内部本体（１２）の高さが増大した時には調整装置ハウジング内部の冷却空気（１０）の自由な流れの横断面積が減少し、内部本体（１２）の高さが減少した時には増大する
   ことを特徴とする格子冷却装置。
2. 上記調整装置ハウジング（１１）はその周方向およびその高さ方向に分布する１つ以上の開口（１５）を有し、この開口を通って調整装置ハウジング（１１）の内部に流入する冷却空気の流入流は、冷却格子の下側に取り付けられた調整装置ハウジングの上側（１６）から冷却格子へ流れ、内部本体（１２）の軸線方向の並進移動による変位によって冷却空気が通る上記開口（１５)の空気流の横断面積が変化する請求項１に記載の格子冷却装置。
3. 調整装置ハウジングの少なくとも１つの冷却空気の通過開口が円形又は多角形の湾曲した輪郭を有する請求項２に記載の格子冷却装置。
4. 調整装置ハウジング（１１）が流れの方向に横断面積が減少する円錐形であり、内部本体（１２）はこの調整装置ハウジング（１１）の円錐形部（２２）の所に配置され、内部本体（１２）の軸線方向の並進移動による変位によって内部本体の縁と調整装置ハウジングの円錐形部（２２）との間の自由な流れの横断面積を変化する請求項１に記載の格子冷却装置。
5. 調整装置ハウジング（１１）の横断面形状および内部本体（１２）の外周形状が円形又は多角形である請求項１〜４のいずれか一項に記載の格子冷却装置。
6. 上記調整装置の調整特性が少なくとも一つの復元バネ（１８）の予荷重力を変えることによって設定可能である請求項１に記載の格子冷却装置。
7. 上記復元バネ（１８）が調整装置ハウジングのスピンドル（１３）の周りに配置された螺旋バネであり、この螺旋バネの内部本体（１２）から遠い方の端部が制御素子（２０、２４）に支持され、この制御素子は上記螺旋バネの前記予荷重力を設定／変更するために上記スピンドル（１３）のネジ付端部に調整可能にネジ式に結合されている請求項６に記載の格子冷却装置。
8. 内部本体（１２）がブッシユ（１７）を介して調整装置ハウジングの一つのスピンドル（１３）に回転自在に取り付けられ且つ調整装置ハウジング（１１）を通って案内される冷却空気流（１０）によって内部本体を回転駆動する羽根車として構成されている請求項１〜７のいずれか一項に記載の格子冷却装置。
9. 内部本体（１２）に対して冷却空気が作用する面が切込み（１９）を有し、内部本体が最上位置に到達した時でも最小の冷却空気流が維持される請求項１〜８のいずれか１項に記載の格子冷却装置。

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