JP5191124B2

JP5191124B2 - スクリューフィーダ

Info

Publication number: JP5191124B2
Application number: JP2006351805A
Authority: JP
Inventors: 耕作大森; 宗親井藤
Original assignee: Takuma KK
Current assignee: Takuma KK
Priority date: 2006-12-27
Filing date: 2006-12-27
Publication date: 2013-04-24
Anticipated expiration: 2026-12-27
Also published as: JP2008162724A

Description

本発明は、搬送機能とマテリアルシール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。

次に、固体燃料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従来のスクリューフィーダについて、図７の概略構造説明図を用いて以下に説明する。

図７に示されるスクリューフィーダ１００においては、回転軸１０１とその回転軸１０１に巻き付けられるスクリュー羽根１０２とよりなる軸付スクリュー羽根１０３がトラフ（ケーシング）１０４内に配され、この軸付スクリュー羽根１０３を回転駆動装置１０５にて回転させることにより、そのトラフ１０４の一端側に設けられる固体燃料投入口１０４ａを通して投入された固体燃料Ｎを搬送してそのトラフ１０４の他端側に設けられる固体燃料排出口１０４ｂから排出するように構成されている。なお、固体燃料排出口１０４ｂから排出された固体燃料Ｎは、燃焼炉本体１０６内に投入される。

前記スクリュー羽根１０２においては、固体燃料排出口１０４ｂ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１０２の先端部を含み最終的な圧縮動作が行われる圧縮部１０７には、必要な圧縮度合いと圧縮長さにされた固体燃料Ｎによるマテリアルシール（図７中記号Ｍで示されるハッチング部分）が形成される。

なお、ここで、被搬送物排出口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被搬送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。

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

しかしながら、図７に示される従来のスクリューフィーダ１００では、以下の（１）〜（４）のような問題点がある。
（１）圧縮部１０７ではスクリュー羽根１０２の羽根ピッチが密にされているため、圧縮された固体燃料Ｎとスクリュー羽根１０２との摩擦損失が大きく、軸付スクリュー羽根１０３を回転させるための所要の動力が大きい。
（２）圧縮部１０７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Ｎの詰まりや共回りが発生し易い。
（３）固体燃料投入口１０４ａ側において固体燃料Ｎ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１０７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。
（４）圧縮された固体燃料Ｎは常に全て排出されるため、何らかの原因で固体燃料投入口１０４ａからの固体燃料Ｎ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。

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、かつ被搬送物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のできる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、本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、そのトラフの一端側に設けられる被搬送物投入口を通して投入された被搬送物をそのトラフの他端側に設けられる被搬送物排出口に向けて搬送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を、前記被搬送物排出口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にし、前記スクリュー羽根に対し所定間隔を存して前記被搬送物排出口側に位置するように前記回転軸に設けられ、この回転軸の回転により被搬送物を切削し、かつ切削された被搬送物を前記被搬送物排出口に向けて送り出す複数の掻出し部材を備えるとともに、前記スクリュー羽根と前記掻出し部材との間の空間に対応する前記トラフの内周面に、前記回転軸の周面に近接するようにリブを突設し、
かつ、前記掻出し部材による被搬送物の搬送体積を、前記スクリュー羽根による被搬送物の搬送体積よりも小さく設定することを特徴とするものである。

本発明においては、被搬送物投入口を通して投入された被搬送物（例えば、木屑、生ごみ、汚泥等の固体燃料）がスクリュー羽根によってそのスクリュー羽根と複数の掻出し部材との間の空間（以下、この空間を「充填部」と称する。）にまで搬送される。この充填部にまで搬送された被搬送物は、続けてスクリュー羽根によって搬送される被搬送物により被搬送物排出口側に押し進められて複数の掻出し部材にまで到達すると、これら掻出し部材によって切削され、切削された被搬送物は、それら掻出し部材よって被搬送物排出口側に送り出されて被搬送物排出口から排出される。本発明では、複数の掻出し部材による被搬送物の搬送体積がスクリュー羽根による被搬送物の搬送体積よりも小さく設定されているので、複数の掻出し部材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被搬送物が充填部に停滞し、続けてスクリュー羽根によって搬送される被搬送物によって圧縮される。このようにして、充填部内の被搬送物に圧縮力が加えられていき、スクリュー羽根によって搬送される被搬送物の重量が複数の掻出し部材によって搬送される被搬送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被搬送物によるマテリアルシールが形成される。

本発明によれば、以下の（１）〜（５）のような効果を奏する。
（１）複数の掻出し部材による被搬送物の搬送体積をスクリュー羽根による被搬送物の搬送体積よりも小さくして搬送能力に差を持たせることで、複数の掻出し部材とスクリュー羽根との間の充填部にて被搬送物が圧縮され、その結果、マテリアルシールが形成されるので、スクリュー羽根ピッチを密にすることで被搬送物を圧縮してマテリアルシールを形成していた従来のスクリューフィーダよりも圧縮された被搬送物とスクリュー羽根との摩擦が少ないために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。
（２）スクリュー羽根の無い空間である充填部で圧縮された被搬送物を複数の掻出し部材によって切削して被搬送物排出口側に送り出すようにされており、しかも充填部に対応するトラフの内周面に、回転軸の周面に近接するようにリブが突設されているので、圧縮された被搬送物が充填部で詰まったり、軸付スクリュー羽根と共回りしたりするといったような不具合を未然に防ぐことができる。
（３）被搬送物投入口側において被搬送物の供給量や比重、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被搬送物が充填されているので、被搬送物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。
（４）何らかの原因で被搬送物投入口からの被搬送物の供給が途絶えた場合であっても、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被搬送物を常に存在させておくことができるので、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。
（５）スクリュー羽根は被搬送物排出口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ているので、被搬送物が充填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被搬送物がすき間なく充満され、充填部でのすき間発生によるリークを避けることができる。

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造説明図が示されている。なお、本実施形態は、燃焼炉本体に付設され、木屑、生ごみ、汚泥等の固体燃料（被搬送物）を燃焼炉本体に送給す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、被搬送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は、一端側に固体燃料Ｎが投入される固体燃料投入口（被搬送物投入口）２ａが、他端側に燃焼炉本体３と接続される固体燃料排出口（被搬送物排出口）２ｂがそれぞれ設けられたトラフ２と、このトラフ２の一端側から突入されて固体燃料排出口２ｂ側に向かって延び、トラフ２の軸心と同軸心で支承される回転軸４を備えている。

前記回転軸４には、一端部寄りの部位から他端部寄りの部位に亘ってその周面に所要巻き数（本例では３．５巻き程度）のスクリュー羽根５が巻き付けられている。また、回転軸４の一端部は回転駆動装置７に連結されており、回転軸４とスクリュー羽根５とよりなる軸付スクリュー羽根６を回転駆動装置７にて回転させることにより、固体燃料投入口２ａを通して投入された固体燃料Ｎが固体燃料排出口２ｂに向けて搬送される。

前記スクリュー羽根５は、図２に示されるように、その羽根ピッチを一端側から他端側に向けて順に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、固体燃料排出口２ｂ側に向かうにつれてその羽根ピッチが徐々に狭められ、このスクリュー羽根５のリード角を一端側から他端側に向けて順にθ_１，θ_２，θ_３，θ_４とすると、θ_１＞θ_２＞θ_３＞θ_４の関係になるように設定されている。

前記回転軸４の他端部には、スクリュー羽根５に対し所定間隔Ｓを存して固体燃料排出口２ｂ側に位置するように複数（本例では４枚）の掻出し羽根１５（本発明の「掻出し部材」に相当する。）が取り付けられている。

前記複数の掻出し羽根１５は、図３（ｂ）に示されるように、互いに同一形状で回転軸４の周方向に等間隔で同円周上に配置されており、各掻出し羽根１５は、同図（ａ）に示されるように、回転軸４の回転の際に回転方向Ｒに先行する側の先行側端部１５ａに対し後行する側の後行側端部１５ｂが固体燃料排出口２ｂ側に位置するように傾斜角αが付されている。後行側端部１５ｂから長手方向中間部に至る部位は、図３（ｂ）に示されるように、回転軸４からの羽根高さが所要高さで一定とされて部分扇形状とされ、長手方向中間部から先行側端部１５ａに至る部位は、回転軸４からの羽根高さが回転方向Ｒ側に進むにつれて低くなるような尖った形状とされている。そして、回転軸４が回転方向Ｒで回転されると、各掻出し羽根１５の先行側端部１５ａが刃先部として機能して固体燃料Ｎを切削し、切削された固体燃料Ｎは各掻出し羽根１５の側面に案内されて固体燃料排出口２ｂに向けて送り出される。本実施形態では、これら４枚の掻出し羽根１５による固体燃料Ｎの搬送体積が、スクリュー羽根５による固体燃料Ｎの搬送体積よりも小さくなるように、各掻出し羽根１５の傾斜角αや羽根高さ等の形状寸法が設定されている。なお、各掻出し羽根１５の先行側端部１５ａは刃先部として機能するため、この先行側端部１５ａを硬化肉盛によって形成する、あるいは別途装着される超硬合金製のカッタチップにより形成するといったような早期摩耗防止対策を施すのが好ましい。

前記トラフ２の長手方向中間部の内周面には、図４（ａ）に示されるように、スクリュー羽根５の回転軌跡Ｋに近接するように突設されるリブ１７が周方向に等間隔で所要個数（本例では３つ）配置されている。これらリブ１７によって固体燃料Ｎが固体燃料排出口２ｂに向けて案内され、スクリュー羽根５による固体燃料Ｎの搬送がよりスムーズに行われる。また、スクリュー羽根５と複数の掻出し羽根１５との間の空間２０（図１参照。以下、この空間２０を「充填部２０」と称する。）に対応するトラフ２の内周面には、図４（ｂ）に示されるように、回転軸４の周面に近接するように突設されるリブ１８が周方向に等間隔で所要個数（本例では３つ）配置されている。こうして、充填部２０に充填された固体燃料Ｎが軸付スクリュー羽根６と共回りするのを確実に防止することができ、複数の掻出し羽根１５による固体燃料Ｎの掻き出し動作が確実に行われる。

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、固体燃料投入口２ａを通して投入された固体燃料Ｎがスクリュー羽根５によってそのスクリュー羽根５と複数の掻出し部材１５との間の充填部２０にまで搬送される。この充填部２０にまで搬送された固体燃料Ｎは、続けてスクリュー羽根５によって搬送される固体燃料Ｎにより固体燃料排出口２ｂ側に押し進められて複数の掻出し羽根１５にまで到達すると、これら掻出し羽根１５によって切削され、切削された固体燃料Ｎは、それら掻出し羽根１５よって固体燃料排出口２ｂ側に送り出されて固体燃料排出口２ｂから排出される。なお、固体燃料排出口２ｂから排出された固体燃料Ｎは、燃焼炉本体３内に投入される。

本実施形態では、複数の掻出し羽根１５による固体燃料Ｎの搬送体積がスクリュー羽根５による固体燃料Ｎの搬送体積よりも小さく設定されているので、複数の掻出し羽根１５の存在が抵抗となって充填部２０から搬送されなかった一部の固体燃料Ｎが充填部２０に停滞し、続けてスクリュー羽根５によって搬送される固体燃料Ｎによって圧縮される。このようにして、充填部２０内の固体燃料Ｎに圧縮力が加えられていき、スクリュー羽根５によって搬送される固体燃料Ｎの重量が複数の掻出し羽根１５によって搬送される固体燃料Ｎの重量とバランスするまで充填部２０の内部圧力が高められる。こうして、充填部２０とその充填部２０近傍のスクリュー羽根５および複数の掻出し羽根１５を含み固体燃料Ｎの圧縮動作に貢献する圧縮部２１において固体燃料Ｎの最終的な圧縮動作が行われ、圧縮された固体燃料Ｎ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、以下の（１）〜（４）のような効果を奏する。
（１）複数の掻出し羽根１５による固体燃料Ｎの搬送体積をスクリュー羽根５による固体燃料Ｎの搬送体積よりも小さくして搬送能力に差を持たせることで、複数の掻出し羽根１５とスクリュー羽根５との間の充填部２０にて固体燃料Ｎが圧縮され、その結果、マテリアルシールＭが形成されるので、スクリュー羽根ピッチを密にすることで固体燃料Ｎを圧縮してマテリアルシールＭを形成していた従来のスクリューフィーダ１００よりも圧縮された固体燃料Ｎとスクリュー羽根５との摩擦が少ないために軸付スクリュー羽根６を回転させるための所要の動力が小さくて済む。
（２）スクリュー羽根５の無い空間である充填部２０で圧縮された固体燃料Ｎを複数の掻出し羽根１５によって切削して固体燃料排出口２ｂ側に送り出すようにされているので、圧縮された固体燃料Ｎが充填部２０で詰まったり、軸付スクリュー羽根６と共回りしたりするといったような不具合を未然に防ぐことができる。
（３）固体燃料投入口２ａ側において固体燃料Ｎ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２０にはその変動前の固体燃料Ｎが充填されているので、固体燃料投入口２ａ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。
（４）何らかの原因で固体燃料投入口２ａからの固体燃料Ｎの供給が途絶えた場合であっても、スクリュー羽根５の無い空間である充填部２０には圧縮された固体燃料Ｎを常に存在させておくことができるので、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。

ところで、本実施形態では掻出し部材として掻出し羽根１５を用いた例を示したが、この掻出し羽根１５に代えて、以下に述べる掻出し羽根２５、あるいは掻出しビット３０を用いてもよい。

図５には、掻出し部材の別態様例（１）の説明図で、側面図（ａ）および（ａ）のＹ矢視図（ｂ）がそれぞれ示されている。

図５に示される複数（４枚）の掻出し羽根２５はいずれも、先に述べた掻出し羽根１５と同様に、スクリュー羽根５に対し所定間隔Ｓを存して固体燃料排出口２ｂ側に位置するように回転軸４の他端部に取り付けられている。

前記複数の掻出し羽根２５は、図５（ｂ）に示されるように、互いに同一形状で回転軸４の周方向に等間隔で同円周上に配置されており、各掻出し羽根２５は、同図（ａ）に示されるように、回転軸４の回転の際に回転方向Ｒに先行する側の先行側端部２５ａに対し後行する側の後行側端部２５ｂが固体燃料排出口２ｂ側に位置するように傾斜角βが付されている。各掻出し羽根２５においては、図５（ｂ）に示されるように、後行側端部２５ｂから先行側端部２５ａに至る全体の回転軸４からの羽根高さが所要高さで一定とされて全体が部分扇形状とされている。そして、回転軸４が回転方向Ｒで回転されると、先行側端部２５ａにおける固体燃料投入口２ａ側のコーナ部が特に有効に刃先部として機能して固体燃料Ｎを切削し、切削された固体燃料Ｎは各掻出し羽根２５の側面に案内されて被搬送物排出口２ｂに向けて送り出されるので、先に述べた掻出し羽根１５と基本的に同様の作用効果を奏する。また、本別態様例においても、複数（４枚）の掻出し羽根２５による固体燃料Ｎの搬送体積が、スクリュー羽根５による固体燃料Ｎの搬送体積よりも小さくなるように、各掻出し羽根２５の傾斜角βや羽根高さ等の形状寸法が設定されている。なお、この掻出し羽根２５についても、前述した早期摩耗防止対策を施すのが好ましい。

図６には、掻出し部材の別態様例（２）の説明図で、側面図（ａ）および（ａ）のＺ矢視図（ｂ）がそれぞれ示されている。

図６に示される複数（本例では１２個）の掻出しビット３０はいずれも、スクリュー羽根５に対し所定間隔Ｓを存して固体燃料排出口２ｂ側に位置するように回転軸４の他端部に取り付けられている。これら掻出しビット３０は、互いに同一形状で回転軸４の周方向に等間隔で同円周上に配置されており、各掻出しビット３０は、回転軸４の回転の際に回転方向Ｒに先行する側の先行側端部３０ａに対し後行する側の後行側端部３０ｂが固体燃料排出口２ｂ側に位置するように傾斜角γが付されている。各掻出しビット３０においては、後行側端部３０ｂから先行側端部３０ａに至ってその断面形状が頂点を回転軸４の径方向外側に向けて立ち上げたような三角形状とされるとともに、先行側端部３０ａから後行側端部３０ｂに向かって進むにつれてその断面積が小さくなるようにされ、外観視としては回転方向Ｒの逆方向側に長く尖った三角錐形状とされている。そして、回転軸４が回転方向Ｒで回転されると、先行側端部３０ａにおける固体燃料投入口２ａ側のコーナ部が特に有効に刃先部として機能して固体燃料Ｎを切削し、切削された固体燃料Ｎは各掻出しビット３０の側面に案内されて固体燃料排出口２ｂに向けて送り出されるので、先に述べた掻出し羽根１５，２５と基本的に同様の作用効果を奏する。また、本別態様例においても、複数（１２個）の掻出しビット３０による固体燃料Ｎの搬送体積が、スクリュー羽根５による固体燃料Ｎの搬送体積よりも小さくなるように、各掻出しビット３０の傾斜角γやビット高さ等の形状寸法が設定されている。なお、この掻出しビット３０についても、前述した早期摩耗防止対策を施すのが好ましい。また、隣接する掻出しビット３０とトラフ２の内周面との間に切削した固体燃料Ｎを排出することのできる空間が形成されれば、掻出しビット３０の形状は特に限定されるものではなく、例えば四角錐形状や立方体形状、直方体形状などその形状を適宜に選択することが可能である。

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造説明図軸付スクリュー羽根の側面図本実施形態における掻出し部材の説明図で、側面図（ａ）および（ａ）のＸ矢視図（ｂ）図１におけるＡ−Ａ線断面の要部のみを表わす図（ａ）および同図におけるＢ−Ｂ線断面の要部のみを表わす図（ｂ）掻出し部材の別態様例（１）の説明図で、側面図（ａ）および（ａ）のＹ矢視図（ｂ）掻出し部材の別態様例（２）の説明図で、側面図（ａ）および（ａ）のＺ矢視図（ｂ）従来のスクリューフィーダの概略構造説明図

符号の説明

１スクリューフィーダ
２トラフ
２ａ固体燃料投入口（被搬送物投入口）
２ｂ固体燃料排出口（被搬送物排出口）
４回転軸
５スクリュー羽根
６軸付スクリュー羽根
１５掻出し羽根（掻出し部材）
２５掻出し羽根（掻出し部材）
３０掻出しビット（掻出し部材）

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、そのトラフの一端側に設けられる被搬送物投入口を通して投入された被搬送物をそのトラフの他端側に設けられる被搬送物排出口に向けて搬送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を、前記被搬送物排出口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にし、前記スクリュー羽根に対し所定間隔を存して前記被搬送物排出口側に位置するように前記回転軸に設けられ、この回転軸の回転により被搬送物を切削し、かつ切削された被搬送物を前記被搬送物排出口に向けて送り出す複数の掻出し部材を備えるとともに、前記スクリュー羽根と前記掻出し部材との間の空間に対応する前記トラフの内周面に、前記回転軸の周面に近接するようにリブを突設し、
かつ、前記掻出し部材による被搬送物の搬送体積を、前記スクリュー羽根による被搬送物の搬送体積よりも小さく設定することを特徴とするスクリューフィーダ。