JP4883943B2

JP4883943B2 - スクリューフィーダ

Info

Publication number: JP4883943B2
Application number: JP2005185308A
Authority: JP
Inventors: 耕作大森; 宗親井藤
Original assignee: Takuma KK
Current assignee: Takuma KK
Priority date: 2005-06-24
Filing date: 2005-06-24
Publication date: 2012-02-22
Anticipated expiration: 2025-06-24
Also published as: JP2007001740A

Description

本発明は、固体物の搬送機能とマテリアルシールの形成機能とを兼備するスクリューフィーダに関するものである。

一般に、燃焼炉やガス化炉に固体燃料（木屑、生ごみ、汚泥等）を供給する場合、固体燃料供給口からの炉内ガスの漏出もしくは外気の漏れ込みを防ぐために、固体燃料供給経路をシールする必要がある。その方法としては、二重ダンパ方式やドラムフィーダ方式、マテリアルシール方式などが用いられている。

前記マテリアルシール方式の中でも圧縮シール方式は、固体燃料を圧縮することによってシール専用の機器を設けることなく炉内ガスや外気の漏れ込みを最小にすることができる。この圧縮シール方式にはプッシャー方式やスクリューフィーダ方式などがある。前者のプッシャー方式は、１回の圧縮がバッチ式であるので、１回の操作で必要な圧縮度合いと圧縮長さを得ることができ、また固体燃料の比重や充填状態の変動に関わらず常に圧縮度合いを一定に保つことができるが、固体燃料の送給が断続的であるという問題がある。これに対し、後者のスクリューフィーダ方式は、固体燃料の送給が連続的であるという利点がある。

図５（ａ）には、従来のスクリューフィーダの一態様例を模式的に表わす図が示されている。

図５（ａ）に示されるスクリューフィーダ５１においては、回転軸５２とその回転軸５２に巻き付けられるスクリュー羽根５３とよりなる軸付スクリュー羽根５４がトラフ（ケーシング）５５内に配され、この軸付スクリュー羽根５４をモータ５６の駆動にて回転させることにより、そのトラフ５５の上流側に設けられる投入口５７を通して投入された固体燃料５８を搬送してそのトラフ５５の下流側に設けられる排出口５９から排出するように構成されている。なお、排出口５９から排出された固体燃料５８は、燃焼炉本体６０内に投入される。

前記スクリュー羽根５３においては、下流側に向かうにつれてその羽根ピッチが徐々に狭められる形状とされ、その先端部に羽根ピッチが密にされた区間が必要長さ分設けられている。こうして、スクリュー羽根５３の先端部を含み最終的な圧縮動作が行われる部分６１（以下、この部分６１を「圧縮部６１」と称する。）には、必要な圧縮度合いと圧縮長さにされた固体燃料５８によるマテリアルシール（図５（ａ）中記号Ｍで示されるハッチング部分）が形成される。

図５（ｂ）には、従来のスクリューフィーダの他の態様例を模式的に表わす図が示されている。なお、この図５（ｂ）に示されるスクリューフィーダにおいて、図５（ａ）に示されるスクリューフィーダと同一または同様のものについては図に同一符号を付してその詳細な説明６省略することとする。

図５（ｂ）に示されるスクリューフィーダ５１Ａにおいては、スクリュー羽根５３Ａが回転軸５２Ａの上流から下流の全域に亘って配されている。また、固体燃料５８を押さえ付けるための押蓋６２がスクリュー羽根５３Ａに対し間隔を存して排出口５９に臨むように配されている。この押蓋６２は排出口５９に対向するシュート壁部６３ａを貫通する軸６４に接続され、この軸６４は固体燃料５８に対する押付け付勢力を前記押蓋６２に付与する付勢手段６５に接続されている。こうして、押蓋６２とスクリュー羽根５３Ａの先端との間で固体燃料５８の圧縮動作が行われ、この圧縮動作が行われる部分６１Ａ（以下、この部分６１Ａを「圧縮部６１Ａ」と称する。）には、必要な圧縮度合いと圧縮長さにされた固体燃料５８によるマテリアルシール（図５（ｂ）中記号Ｍで示されるハッチング部分）が形成される。なお、このマテリアルシールの圧縮度合いは付勢手段６５による押付け付勢力を変化させることで調整される。そして、押蓋６２と排出口５９との間が所定の開度にあるときに、圧縮部６１Ａにて圧縮された固体燃料５８が押蓋６２と排出口５９との隙間から排出され、排出された固体燃料５８はシュート６３を介して図示省略される燃焼炉本体内に投入される。

なお、ここで、下流側に向かうにつれて羽根ピッチが徐々に狭められる形状のスクリュー羽根によって固体物を圧縮するようにした技術は、例えば特許文献１，２にて知られている。また、この圧縮機能を備えたスクリュー羽根によって固体燃料の搬送とマテリアルシールの形成とを同時に行うようにされたスクリューフィーダが、例えば非特許文献１にて知られている。また、押蓋とスクリュー羽根の先端との間で固体燃料を圧縮してマテリアルシールを形成するようにされたスクリューフィーダが、例えば特許文献３にて知られている。

特開２００３−１３６２９１号公報特開２００３−２５１１１３号公報特開２００３−４８６２７号公報「タクマ技報Ｖｏｌ．７，Ｎｏ．２，１９９９」（ｐ．１１９〜ｐ．１２２）

しかしながら、図５（ａ）に示される従来のスクリューフィーダ５１では、圧縮部６１における羽根枚数が比較的多いため、圧縮された固体燃料５８とスクリュー羽根５３との摩擦損失が大きく、軸付スクリュー羽根５４を回転させるための所要の動力が大きいという問題点がある。また、圧縮部６１における羽根ピッチが狭くそれが必要圧縮長さ分続くため、固体燃料５８の詰まりや共回りが発生し易いという問題点がある。また、投入口５７側において固体燃料５８の供給量や比重、充填率の短期的な変動が発生した場合には、圧縮部６１がその影響を即座に受けるため、シール性能や負荷の変動として直接的な影響が生じるという問題点がある。また、圧縮された固体燃料５８は常に全て排出されるため、何らかの原因で投入口５７からの固体燃料５８の供給が途絶えた場合に、シール性能を確保することができないという問題点がある。

一方、図５（ｂ）に示される従来のスクリューフィーダ５１Ａでは、軸６４とシュート壁部６３ａとの間に専用のシール装置６６を別途設ける必要があり、装置構成が複雑になるという問題点がある。なお、焼却炉内などの高温雰囲気中に軸６４を配するのは高温脆性等の問題により一般に困難であるため、当該スクリューフィーダ５１Ａを焼却炉本体に直接的に付設するのは難しいと言える。

本発明は、このような問題点を解消するためになされたもので、省動力で詰まりにくく、かつ投入口側において固体燃料等の被搬送物の性状や充填状態に変動が生じても安定したシール性能を確保することができ、しかも簡易な構成のスクリューフィーダを提供することを目的とするものである。

前記目的を達成するために、第１発明によるスクリューフィーダは、
回転軸とその回転軸に巻き付けられるスクリュー羽根とよりなる軸付スクリュー羽根がトラフ内に配され、この軸付スクリュー羽根を回転させることにより、そのトラフの上流側に設けられる投入口を通して投入された固体物を搬送してそのトラフの下流側に設けられる排出口から排出するように構成されるスクリューフィーダにおいて、
前記スクリュー羽根は、上流側に配される上流側スクリュー羽根と、この上流側スクリュー羽根の下流側に配される下流側スクリュー羽根とからなり、これら上流側スクリュー羽根と下流側スクリュー羽根との間に空間が設けられてその空間が固体物の充填される充填部とされ、
前記上流側スクリュー羽根は、下流側に向かうにつれてその羽根ピッチが徐々に狭められることにより、前記回転軸の１回転当りの固体物の搬送体積が徐々に小さくなるようにされ、かつ前記下流側スクリュー羽根による固体物の搬送体積は、前記上流側スクリュー羽根による固体物の搬送体積よりも小さくなるように設定されていることを特徴とするものである。

本発明において、前記下流側スクリュー羽根の上流側端部は、比較的低い羽根高さから始まって下流側に向かうにつれてその羽根高さが徐々に高められる形状であるのが好ましい（第２発明）。

第１発明においては、トラフの投入口を通して投入された固体物（被搬送物）が上流側スクリュー羽根によってその上流側スクリュー羽根と下流側スクリュー羽根との間の空間としての充填部にまで搬送される。この充填部にまで搬送された固体物は、続けて上流側スクリュー羽根によって搬送される固体物により下流方向に押し進められ、下流側スクリュー羽根にまで到達すると、下流側スクリュー羽根によってトラフの排出口から排出される。本発明では、下流側スクリュー羽根による固体物の搬送体積が上流側スクリュー羽根による固体物の搬送体積よりも小さく設定されているので、下流側スクリュー羽根の存在が抵抗となって充填部から搬送されなかった一部の固体物が充填部に停滞し、続けて上流側スクリュー羽根によって搬送される固体物によって圧縮される。このようにして、充填部内の固体物に圧縮力が加えられていき、下流側スクリュー羽根によって搬送される固体物の重量が上流側スクリュー羽根によって搬送される固体物の重量とバランスするまで充填部の内部圧力が高められる。そして、この充填部には圧縮された固体物によるマテリアルシールが形成される。

第１発明によれば、充填部とその充填部近傍のスクリュー羽根を含み固体物の圧縮動作に貢献する部分（以下、この部分を「圧縮部」と称する。）におけるスクリュー羽根枚数が比較的少ないので、軸付スクリュー羽根を回転させるための所要の動力が小さくて済むという効果がある。また、圧縮部におけるスクリュー羽根間隔が充填部を設ける分だけ長くとられているので、圧縮された固体物が羽根の間に詰まることやそれによる共回りの発生を防ぐことができる。また、投入口側において固体物の供給量や比重、充填率の短期的な変動があったとしても、充填部にはその変動前の固体物が充填されているので、その投入口側の変動に伴うシール性能や負荷の変動を緩衝することができる。また、スクリュー羽根の無い空間である充填部には圧縮された固体物を常に存在させることができるので、何らかの原因で投入口からの固体物の供給が途絶えた場合であっても、ある程度以上のシール性能を常に確保することができる。さらに、今述べたような効果は、トラフ内に配される軸付スクリュー羽根のスクリュー羽根を、上流側に配される上流側スクリュー羽根と、この上流側スクリュー羽根に対し間隔を存して下流側に配され、その上流側スクリュー羽根による固体物の搬送体積よりも小さい搬送体積に設定される下流側スクリュー羽根とからなるものとする、といった簡易な構成で実現することができるという利点がある。

また、本発明によれば、上流側スクリュー羽根の羽根ピッチが下流側に向かうにつれて徐々に狭められるので、固体物が圧縮部に到達する以前にスクリュー羽根の搬送体積空間内にすき間なく充満され、圧縮部でのすき間発生によるリークを避けることができる。

また、第２発明によれば、下流側スクリュー羽根の上流側端部が、比較的低い羽根高さから始まって下流側に向かうにつれてその羽根高さが徐々に高くなる形状とされるので、固体物に対する食い込みが良くなり、圧縮部にて圧縮された固体物をよりスムーズに排出することができる。

次に、本発明によるスクリューフィーダの具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１には、本発明の一実施形態に係るスクリューフィーダの概略構成を説明する模式図が示されている。なお、本実施形態は、焼却炉本体に付設されるスクリューフィーダに本発明が適用された例であるが、勿論これに限定されるものではなく、固体物の送給とシールとを同時に行う状況下で使用されるスクリューフィーダに本発明が適用可能である。

本実施形態のスクリューフィーダ１においては、回転軸２とその回転軸２に巻き付けられるスクリュー羽根３とよりなる軸付スクリュー羽根４がトラフ５内に配され、この軸付スクリュー羽根４をモータ６の駆動にて回転させることにより、そのトラフ５の上流側に設けられる投入口７を通して投入された木屑、生ごみ、汚泥等の固体燃料（固体物）８を搬送してそのトラフ５の下流側に設けられる排出口９から排出するように構成されている。なお、排出口９から排出された固体燃料８は、焼却炉本体１０内に投入される。

前記スクリュー羽根３は、上流側に配される上流側スクリュー羽根１１と、この上流側スクリュー羽根１１に対し間隔を存して下流側に配される下流側スクリュー羽根１２とからなるものである。

前記上流側スクリュー羽根１１は、図２に示されるように、その羽根ピッチを上流側から順にＰ_１，Ｐ_２，Ｐ_３とすると、Ｐ_１＞Ｐ_２＞Ｐ_３の関係に設定されており、下流側に向かうにつれてその羽根ピッチが徐々に狭められている。こうして、固体燃料８が圧縮部１６に到達する以前にスクリュー羽根の搬送体積空間内にすき間なく充満され、圧縮部１６でのすき間発生によるリークを避けることができるようにされている。

前記下流側スクリュー羽根１２は、略１巻きのスクリュー羽根よりなるものである。この下流側スクリュー羽根１２の上流側端部は、図３に示されるように、比較的低い羽根高さから始まって下流側に向かうにつれてその羽根高さが徐々に高められる形状とされている。こうして、固体燃料８に対する食い込みを良くして、後述する圧縮部１６にて圧縮された固体燃料８をよりスムーズに排出することができるようにされている。

ここで、本実施形態においては、図２に示されるように、前記上流側スクリュー羽根１１のリード角を上流側から順にθ_１，θ_２，θ_３，θ_４とし、前記下流側スクリュー羽根１２のリード角をθ_５とすると、θ_１＞θ_２＞θ_３＞θ_４＞θ_５の関係になるように設定されている。すなわち、下流側スクリュー羽根１２による固体燃料８の搬送体積が上流側スクリュー羽根１１による固体燃料８の搬送体積よりも小さく設定されている。

前記トラフ５の中間部の内周面には、図４（ａ）に示されるように、上流側スクリュー羽根１１に近接するように突設されるリブ１３が周方向に等間隔で３つ配置されている。また、図示による説明は省略するが、前記トラフ５の先端部の内周面にも、下流側スクリュー羽根１２に近接するように突設されるリブ（前記リブ１３と同様のもの）が周方向に等間隔で３つ配置されている。こうして、上流側スクリュー羽根１１および下流側スクリュー羽根１２のそれぞれが固体燃料８をよりスムーズに搬送することができるようにされている。また、後述する充填部１５の位置に対応するトラフ５の内周面、特に下流側スクリュー羽根１２の上流側端部に対応する内周面には、図４（ｂ）に示されるように、所要高さ寸法（例えば、図４（ｂ）中記号Ａの実線で示される下流側スクリュー羽根１２の上流側端部に近接し得る高さ寸法）で突設されるリブ１４がやはり周方向に等間隔で３つ配置されている。こうして、圧縮された固体燃料８を下流側スクリュー羽根１２によってよりスムーズに排出することができるようにされている。なお、リブ１３，１４の配置個数は任意に設定可能である。

以上に述べたように構成されるスクリューフィーダ１の作動について図１を参照しつつ以下に説明する。

本実施形態のスクリューフィーダ１においては、トラフ５の投入口７を通して投入された固体燃料８が上流側スクリュー羽根１１によってその上流側スクリュー羽根１１と下流側スクリュー羽根１２との間の空間１５（以下、この空間１５を「充填部１５」と称する。）にまで搬送される。この充填部１５にまで搬送された固体燃料８は、続けて上流側スクリュー羽根１１によって搬送される固体燃料８により下流方向に押し進められ、下流側スクリュー羽根１２にまで到達すると、下流側スクリュー羽根１２によってトラフ５の排出口９から排出される。本実施形態では、下流側スクリュー羽根１２による固体燃料８の搬送体積が上流側スクリュー羽根１１による固体燃料８の搬送体積よりも小さく設定されているので、下流側スクリュー羽根１２の存在が抵抗となって充填部１５から搬送されなかった一部の固体燃料８が充填部１５に停滞し、続けて上流側スクリュー羽根１１によって搬送される固体燃料８によって圧縮される。このようにして、充填部１５内の固体燃料８に圧縮力が加えられていき、下流側スクリュー羽根１２によって搬送される固体燃料８の重量が上流側スクリュー羽根１１によって搬送される固体燃料８の重量とバランスするまで充填部１５の内部圧力が高められる。こうして、充填部１５とその充填部１５近傍のスクリュー羽根（上流側スクリュー羽根１１の先端部および下流側スクリュー羽根１２）を含み固体燃料８の圧縮動作に貢献する部分１６（以下、この部分１６を「圧縮部１６」と称する。）において固体燃料８の最終的な圧縮動作が行われ、圧縮された固体燃料８によるマテリアルシール（図１中記号Ｍで示されるハッチング部分）が形成される。

本実施形態によれば、圧縮部１６におけるスクリュー羽根枚数が比較的少ないので、軸付スクリュー羽根４を回転させるための所要の動力が小さくて済むという効果がある。また、圧縮部１６におけるスクリュー羽根間隔が充填部１５を設ける分だけ長くとられているので、圧縮された固体燃料８が羽根の間に詰まることやそれによる共回りの発生を防ぐことができる。また、投入口７側において固体燃料８の供給量や比重、充填率の短期的な変動があったとしても、充填部１５にはその変動前の固体燃料８が充填されているので、その投入口７側の変動に伴うシール性能や負荷の変動を緩衝することができる。また、スクリュー羽根の無い空間である充填部１５には圧縮された固体燃料８を常に存在させることができるので、何らかの原因で投入口７からの固体燃料８の供給が途絶えた場合であっても、ある程度以上のシール性能を常に確保することができる。さらに、今述べたような効果は、トラフ５内に配される軸付スクリュー羽根４のスクリュー羽根３を、上流側に配される上流側スクリュー羽根１１と、この上流側スクリュー羽根１１に対し間隔を存して下流側に配され、その上流側スクリュー羽根１１による固体燃料８の搬送体積よりも小さい搬送体積に設定される下流側スクリュー羽根１２とからなるものとする、といった簡易な構成で実現することができるという利点がある。

本発明の一実施形態に係るスクリューフィーダの概略構成を説明する模式図軸付スクリュー羽根の側面図図２のＡ−Ａ矢視図図１におけるＡ−Ａ矢視の要部のみを表わす図（ａ）および図１におけるＢ−Ｂ矢視の要部のみを表わす図（ｂ）従来のスクリューフィーダの各種態様例を模式的に表わす図

符号の説明

１スクリューフィーダ
２回転軸
３スクリュー羽根
４軸付スクリュー羽根
５トラフ
７投入口
８固体燃料（固体物）
９排出口
１１上流側スクリュー羽根
１２下流側スクリュー羽根

Claims

回転軸とその回転軸に巻き付けられるスクリュー羽根とよりなる軸付スクリュー羽根がトラフ内に配され、この軸付スクリュー羽根を回転させることにより、そのトラフの上流側に設けられる投入口を通して投入された固体物を搬送してそのトラフの下流側に設けられる排出口から排出するように構成されるスクリューフィーダにおいて、
前記スクリュー羽根は、上流側に配される上流側スクリュー羽根と、この上流側スクリュー羽根の下流側に配される下流側スクリュー羽根とからなり、これら上流側スクリュー羽根と下流側スクリュー羽根との間に空間が設けられてその空間が固体物の充填される充填部とされ、
前記上流側スクリュー羽根は、下流側に向かうにつれてその羽根ピッチが徐々に狭められることにより、前記回転軸の１回転当りの固体物の搬送体積が徐々に小さくなるようにされ、かつ前記下流側スクリュー羽根による固体物の搬送体積は、前記上流側スクリュー羽根による固体物の搬送体積よりも小さくなるように設定されていることを特徴とするスクリューフィーダ。
前記下流側スクリュー羽根の上流側端部は、比較的低い羽根高さから始まって下流側に向かうにつれてその羽根高さが徐々に高められる形状である請求項１に記載のスクリューフィーダ。