JP5248059B2 - セラ式空気輸送装置の弁構造体 - Google Patents

Description

本発明はセラ式空気輸送装置の弁構造体に係り、特に被搬送物である粉状体が貯留される空気輸送用高圧タンクの供給口を開閉するための弁体構造に関する。

セラ方式の高圧式空気輸送装置は、特許文献１、２等に開示されており、また、この高圧式空気輸送装置を専用船に搭載し、専用船が接岸されると、専用船の船倉に貯められた被搬送物である粉状体を、前記高圧式空気輸送装置によって陸上のサイロに空気輸送することも従来から知られている。

専用船に搭載した高圧式空気輸送装置による粉状体の空気輸送形態の一例について説明する。船倉の底部にはチェーンコンベアが配設され、このチェーンコンベアの出口にバケットエレベータが鉛直方向に立設されている。よって、船倉に貯められた粉状体は、チェーンコンベアからバケットエレベータに搬送され、バケットエレベータの頂部から図４に示した高圧式空気輸送装置の空気輸送用高圧タンク１に供給される。

前記タンク１は、頂部に管状の弁体ユニット２が突設され、この弁体ユニット２の中途部分から斜め上方に供給管３が分岐されている。この供給管３から粉状体が、弁体ユニット２及びタンク１の供給口４を介してタンク１内に供給される。弁体ユニット２には、円形の供給口４を開閉する円錐形状の弁体５と、弁体５を上下に移動させて供給口４を開閉させるシリンダ装置６とから構成される。また、タンク１の上部は、バルブ７を介してコンプレッサ８に接続されており、バルブ７を開放することによってコンプレッサ８からの高圧エアがタンク１内に供給される。この高圧エアが粉状体の空気輸送に寄与する。

なお、前記専用船によるセメントの輸送は年間で約６０００万トンにも及んでいる。また、弁体ユニット２は、その高さが２ｍにも達するものが知られている。
実開昭５８−１５１１２６号公報 実開昭６３−１９０２２２号公報

従来のセラ式空気輸送装置のタンク１は、タンク１の頂部に弁体ユニット２が立設され、この弁体ユニット２の供給管３から粉状体を供給する構造である。すなわち、弁体ユニット２の高さ分だけタンク１全体の機高が高くなるため、供給管３の高さまでバケットエレベータを延長しなければならず、バケットエレベータの機高が高くなるという問題があった。タンク１は、通常、船首側の上甲板の下方に設置されているが、バケットエレベータの機高が高くなると、タンク１の弁体ユニット２やバケットエレベータが上甲板から突出し、上甲板の強度が低下するとともに船橋からの眺望も悪くなるという問題が生じる。

また、弁体５の構造は、弁体５を上下移動させるのみで供給口４を開閉させるだけの構造である。このため、弁体５と供給口４との位置がずれていても供給口４の位置に弁体５を追従させることができない。そして、この状態であると、弁体５による供給口４の閉塞時に高圧エアが供給口４から外部にリークするおそれがあるため、供給口４に対する弁体５の押圧力を過度に高めなければならず、これによって、供給口４の周部に取り付けられたパッキンの寿命が短くなるという問題もあった。更に、タンク１の内圧がコンプレッサ８からの高圧エアによって昇圧すると、その圧力によって弁体５がパッキンに過度の押圧力で押し付けられるため、これもまたパッキンの短寿命化を引き起こしていた。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、タンクの機高を低く抑えることができるとともに過度な押圧力を必要とせずタンクの供給口を弁体によって確実に閉塞することができるセラ式空気輸送装置の弁構造体を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、前記目的を達成するために、被搬送物である粉状体が供給口から供給されるタンクと、前記タンクの前記供給口を開閉する第１の弁体と、前記タンクの排出口を開閉する第２の弁体とを有し、前記第１の弁体によって前記供給口を閉塞するとともに前記第２の弁体によって前記排出口を閉塞し、前記タンクに高圧エアを供給して前記タンク内の圧力を所定の高圧に昇圧した後、前記第２の弁体を開放して前記タンク内の粉状体を、前記排出口に配管を介して接続されたサイロに空気輸送するセラ式空気輸送装置において、前記第１の弁体は、略円錐形に形成されて前記タンク内に配置されるとともに、前記タンクを貫通して配置された揺動アームの先端部に前記第１の弁体の内側頂部が連結され、前記タンク外に設けられたエアシリンダによって前記揺動アームを揺動させることにより円形の前記供給口に対して進退移動され、前記第１の弁体と前記揺動アームとは球面軸受を介して揺動自在に支持され、前記タンクに高圧エアを供給するコンプレッサは、船舶のディーゼルエンジンを動力源とし、前記エアシリンダによる前記第１の弁体の前記供給口に対する押圧力は、所定の基準値に対して、前記タンクへの高圧エアの供給時には高く、高圧エアがタンク内に満杯になると低く、粉状体の空気輸送時には高くなるように制御されていることを特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、第１の弁体は、タンク内に配置された揺動アームを揺動させることによりタンクの供給口を開閉する。すなわち、第１の弁体を開閉動作させる機械要素がタンク内に配置されているので、従来のタンクのようにタンクの上部から突出した構造物（弁体ユニット）は無く、よって、タンクの機構を低く抑えることができる。また、第１の弁体は球面軸受を介して揺動アームの先端部に連結されているため、揺動アームを揺動させて第１の弁体を供給口に押圧していくと、第１の弁体と供給口との位置がずれていても、供給口の周部の位置に追従するように第１の弁体が揺動アームの先端部に対して微小移動し供給口を閉塞する。これにより、過度な押圧力を必要とせずタンクの供給口を第１の弁体によって確実に閉塞することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記タンクの前記供給口の周部には、前記第１の弁体の周面が押圧接触されるリング状のパッキンと、第１の弁体の周面に接触されるストッパとが取り付けられ、該ストッパに第１の弁体の周面が当接されることにより、前記パッキンに対する第１の弁体のシール代が規制されることを特徴としている。

請求項２に記載の発明によれば、タンクに適正量の粉状体が供給（充填）されると、第１の弁体の周面が供給口に取り付けられたパッキンに均等に押圧当接されて所定のシール代（パッキンの弾性変形量）を得ることにより供給口が閉塞される。この後、タンク内に高圧エアが供給され、この高圧エアがタンクに満杯になると、タンク内の昇圧した圧力によって第１の弁体がパッキンに更に押圧されることになる。この場合、パッキンが過度の押圧力を受け短寿命化につながるおそれがあるが、この時に第１の弁体の周面は剛体のストッパに当接されるため、パッキンに対する第１の弁体のシール代が規制される。よって、パッキンの長寿命化を図ることができる。なお、前記ストッパによって規制する第１の弁体のシール代とは、パッキンの短寿命化を促進させず、かつ、タンク内で適正な密閉度を得ることができるパッキンの弾性変形量を指している。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２において、前記揺動アームの基端部は、前記タンクに形成された貫通孔を封止するシール構造体を介して前記貫通孔に貫通配置されることを特徴としている。

請求項３に記載の発明によれば、タンク内に配置されたアームを、タンク外に配置されたエアシリンダによって駆動するためには、アームの基端部をタンクに形成した貫通孔から外部に突出させてエアシリンダに連結しなければならない。この場合、貫通孔によってタンクの密閉性が維持できなくなるため、アームの基端部を、前記貫通孔を封止するシール構造体を介して貫通孔に貫通配置した。これにより、タンクの密閉性を保持した状態でアームを駆動することができる。なお、エアシリンダはタンクの側面に配置することが、タンクの機高を抑える点で好ましい。

請求項１に記載の発明によれば、船舶のディーゼルエンジンを動力源としてコンプレッサを駆動する。これにより、陸上の電力を使用するよりも消費電力を大幅に削減することができる。Ｃ重油を使用する船舶のディーゼルエンジンによる電力費は１ｋＷ当たり数円であるが、陸上の電力は１ｋＷ当たり十数円である。

請求項１に記載の発明によれば、タンクへの高圧エアの供給時には高く、高圧エアがタンク内に満杯になると低く、粉状体の空気輸送時には高くなるように、エアシリンダによる第１の弁体の供給口に対する押圧力を制御する。すなわち、高圧エアがタンク内に満杯になると、タンク内の昇圧された圧力によって第１の弁体は供給口に十分に押圧されるため、その時のエアシリンダによる押圧力を低くしても差し支えない。よって、エアシリンダによる押圧力を常に一定に制御するものと比較して、エアシリンダの消費電力を更に削減することができる。なお、所定の基準値とは、パッキンの短寿命化を促進させず、かつ、タンク内で適正な密閉度を得ることができる第１の弁体の押圧力を指している。

本発明に係るセラ式空気輸送装置の弁構造体によれば、タンクの機高を低く抑えることができるとともに過度な押圧力を必要とせずタンクの供給口を弁体によって確実に閉塞することができる。

以下添付図面に従って、本発明に係るセラ式空気輸送装置の弁構造体の好ましい実施の形態について詳説する。

図１は、実施の形態のセラ式空気輸送装置１０の全体構成を示す断面図である。このセラ式空気輸送装置１０は一対のタンク１２、１４、吐出切換弁１６、及びコンプレッサ１８等から構成され、セメント、フライアッシュ、又は炭酸カルシウム等の粉状体を輸送する専用船（船舶）の船首側に搭載されている。

前記粉状体は専用船の船倉に貯留され、船倉からタンク１２、１４に粉状体を供給する際には、船倉の底部に配置されたチェーンコンベアからバケットエレベータによって粉状体を上昇搬送し、バケットエレベータの頂部からタンク１２の供給口２０又はタンク１４の供給口２２を介してタンク１２又はタンク１４に供給する。供給口２０、２２には、後述する弁体（第１の弁体）２４、２６が設けられ、弁体２４（又は弁体２６）が開放されたタンク１２（又はタンク１４）に粉状体が交互に供給されて粉状体がタンク１２（又はタンク１４）に充填される。タンク１２（又はタンク１４）に充填された粉状体は、後述する高圧エアによって、吐出切換弁１６に接続された配管１５を介して陸上に空気輸送され、陸上に設置された不図示のサイロに供給されて貯留される。

タンク１２、１４の下部はホッパ状に形成され、その下部開口部１２Ａ、１４Ａにジョイント管２８、３０が接続される。このジョイント管２８、３０の排出口２８Ａ、３０Ａが吐出切換弁１６に接続されるとともに、吐出切換弁１６には排出口２８Ａ、３０Ａを開閉するための弁体（第２の弁体）３２、３４が設けられている。

コンプレッサ１８は、専用船のディーゼルエンジン３６を動力源としている。これにより、陸上の電力を使用するよりも消費電力を大幅に削減することができる。Ｃ重油を使用する専用船のディーゼルエンジン３６による電力費は１ｋＷ当たり数円であるが、陸上の電力は１ｋＷ当たり十数円である。

コンプレッサ１８からの圧力エアは、不図示のバッファタンクを介してタンク１２、１４、空気輸送管２８、３０、及びタンク１２、１４に内蔵されたブリッジ防止用のエアノズルユニット４０、４２にそれぞれ電磁弁を介して供給される。

エアノズルユニット４０、４２は、タンク１２、１４のホッパ状部に配置され、ここに充填された粉状体に高圧エアを噴射し、粉状体を流動化させることにより粉状体の詰まりを防止する機能を有する。エアノズルユニット４０、４２の具体的な構造は、リング状に配置された上部ユニット４０Ａ、４２Ａと、この上部ユニット４０Ａ、４２Ａに連結され、ホッパ状部の傾斜面に沿って配置された複数の下部ユニット４０Ｂ、４２Ｂから構成される。これらの上部ユニット４０Ａ、４２Ａ、及び下部ユニット４０Ｂ、４２Ｂの多数のノズル４１、４１…から高圧エアをホッパ中央部に向けて噴射することにより、ホッパ部に充填された粉状体が効率よく流動化されて空気輸送時に円滑に排出される。

コンプレッサ１８の圧力エア供給系４４には、タンク１２、１４に高圧エアを供給／停止する電磁弁４６、４８と、空気輸送管２８、３０に高圧エアを供給／停止する電磁弁５０、５２、５４、５６と、エアノズルユニット４０、４２に高圧エアを供給／停止する電磁弁５８、６０とが設けられ、これらの電磁弁４６〜６０の開閉はコントローラ６２によって制御されている。また、弁体２４、２６を開閉するエアシリンダ（アクチュエータ）６４、６６と、弁体３２、３４を開閉するエアシリンダ６８、７０もコントローラによって制御されている。なお、図１の符号７２、７４は、タンク１２、１４内における粉状体の充填量を検出するレベルセンサであり、符号７６、７８は、タンク１２、１４への粉状体の充填時にタンク１２、１４内のエアを外部に抜くためのバルブである。レベルセンサ７２、７４からの情報はコントローラ６２に出力され、バルブ７６、７８の動作もコントローラ６２によって制御されている。

次に、コントローラ６２による制御方法の一例について説明する。

図１は、タンク１２に充填された粉状体を高圧エアによって空気輸送するとともに、タンク１４に粉状体を充填している状態が示されている。この場合、タンク１２側の電磁弁４６は閉、電磁弁５０、５２、５８は開、バルブ７６は閉であり、タンク１４側の電磁弁４８、５４、５６、６０は閉、バルブ７８は開である。また、エアシリンダ６８によって弁体３２がタンク１２の排出口２８Ａを開放しており、エアシリンダ７０によって弁体３４がタンク１４の排出口３０Ａを閉塞している。

レベルセンサ７４からの信号によりタンク１４に粉状体が満杯になったことを確認すると、エアシリンダ６６が駆動してタンク１４の供給口２２を閉塞し、粉状体の供給を停止する。そして、タンク１４の排出口３０Ａを弁体３４で閉塞するとともに、バルブ７８を閉方向に駆動してエア抜きを停止する。この後、バルブ４８を開放してタンク１４内に高圧エアを供給し、タンク１４の内圧が所定の圧力（例えば、０．６９ＭＰａ）まで昇圧した時点で弁体３４を閉塞位置から開放位置に移動させ、供給口３０Ａを開放するとともに、バルブ５４、５６、６０を開放する。これにより、タンク１４内に充填された粉状体がタンク１４からジョイント管３０、吐出切換弁１６、及び配管１５を介して陸上のサイロに高圧エアによって空気輸送される。

一方、この時、タンク１２は既に空状態であるため、タンク１２側では粉状体が開始されている。この時のバルブ４６、５０、５２の動作、弁体２４、３２の動作、及びバルブ７６の動作は、図１のタンク１４側の各動作と同一なので、ここでは説明を省略する。

このように粉状体を空になったタンク１２、１４に交互に供給し、供給された粉状体をサイロに向けて交互に空気輸送する。これによって、専用船で輸送された粉状体をサイロに連続移送することができる。

次に、弁体２４、２６の構造、及び弁体２４、２６の駆動機構について図２、図３を参照しながら説明する。なお、ここでは弁体２４と弁体２６の構成、及び駆動機構は同一構造なので、弁体２４側の構成、駆動機構を説明し、弁体２６についてはその説明を省略する。

図２に示すように弁体２４は、中空の円錐形状に形成されており、タンク１２の貫通孔１３を貫通して配置された略Ｌ字形状の揺動アーム８０の先端部に連結されている。この揺動アーム８０をエアシリンダ６４によって揺動させることにより円形の供給口２０に対して弁体２４が頂部を先頭にして進退移動される。

ところで、弁体２４と揺動アーム８０の先端部とは、球面軸受８２を介して揺動自在に支持されている。すなわち、揺動アーム８０の先端部には球面軸受８２を構成する球体８４が突設され、弁体２４の内側頂部には、球体８４を球面で摺動自在に保持する軸受部８６が設けられている。

このように構成された弁体２４、及びその駆動機構によれば、弁体２４は、タンク１２内に配置された揺動アーム８０を揺動させることによりタンク１２の供給口２０を開閉する。すなわち、弁体２４を開閉動作させる機械要素である揺動アーム８０がタンク１２内に配置されているので、図４に示した従来のタンク１のようにタンク１の上部から突出した構造物（弁体ユニット２）は無く、よって、タンク１２の機高を低く抑えることができる。

また、弁体２４は球面軸受８２を介して揺動アーム８０の先端部に連結されているため、揺動アーム８０を揺動させて弁体２４を供給口２０に押圧していくと、弁体２４と供給口２０との位置がずれていても、供給口２０の周部の位置に追従するように弁体２４が揺動アーム８０の先端部に対して微小移動し供給口２０を閉塞する。これにより、過度な押圧力を必要とせずタンク１２の供給口２０を弁体２４によって確実に閉塞することができる。

また一方で、タンク１２の供給口２０の周部には、弁体２４の周面が押圧接触されるリング状のパッキン８８と、弁体２４の周面に接触されるストッパ９０とがボルト及びパッキンを介して気密状態に取り付けられている。このストッパ９０は、円周上に３箇所等間隔に配置され、その先端部は弁体２４の周面に沿った傾斜面が形成されている。これらのストッパ９０、９０、９０に弁体24の周面が当接されることにより、パッキン８８に対する弁体２４のシール代が規制されている。

タンク１２に適正量の粉状体が供給（充填）されると、弁体２４の周面が供給口２０に取り付けられたパッキン８８に均等に押圧当接されて所定のシール代（パッキンの弾性変形量）を得ることにより供給口２０が閉塞される。この後、タンク１２内に高圧エアが供給され、この高圧エアがタンク１２に満杯になると、タンク１２内の昇圧した圧力によって弁体２４がパッキン８８に更に押圧される。

この場合、パッキン８８が過度の押圧力を受け短寿命化につながるおそれがあるが、この時に弁体２４の周面は剛体のストッパ９０、９０、９０に当接されるため、パッキン８８に対する弁体２４のシール代が規制される。よって、パッキン８８の長寿命化を図ることができる。

揺動アーム８０の基端部は、タンク１２の上部に形成された貫通孔１３を封止するシール構造体９２を介して貫通孔１３に貫通配置される。また、揺動アーム８０の基端部は、シール構造体９２を構成する軸９４に連結されたレバー９６を介してエアシリンダ６４のピストン６５に連結されている。このピストン６５が伸縮動作されると、それに連動してレバー９６、及び軸９４が正転／逆転方向に回動するので、軸９４に連結された揺動アーム８０が揺動動作し、供給口２０が弁体２４によって開閉される。

シール構造体９２は、図３に示すようにパッキン（不図示）を利用して貫通孔１３を閉塞するケーシング９８と、ケーシング９８に貫通配置されるとともに軸９４を気密状態で軸支する軸受部１００とから構成される。軸９４を回動自在に支持する軸受部１００の一対の筒状本体部１０２、１０４は、ケーシング９８の両側面に形成された開口部９８Ａ、９８Ｂに不図示のパッキンを介して気密状態に固定される。これらの本体部１０２、１０４に軸９４がブッシュ１０６、１０８を介して支持される。また、本体部１０４の端部開口部にはパッキン１１０とサイドカバー１１２が固定され、これによって、本体部１０４の気密が保持されている。一方、本体部１０２と軸９４との間にはグランドパッキン１１４が嵌入され、これを押管１１６によって本体部１０２に押さえることにより、本体部１０２の気密が保持されている。

タンク１２内に配置された揺動アーム８０を、タンク１２外に配置されたエアシリンダ６４によって駆動するためには、揺動アーム８８の基端部をタンク１２に形成した貫通孔１３から外部に突出させてエアシリンダ６４に連結しなければならない。この場合、貫通孔１３によってタンク１２の密閉性が維持できなくなるため、揺動アーム８０の基端部を、貫通孔１３を封止するシール構造体９２を介して貫通孔１３に貫通配置した。これにより、タンク１２の密閉性を保持した状態で揺動アーム８０を駆動することができる。エアシリンダ６４は、タンク１２の側面に配置されているので、タンク１２の機高が抑えられている。

エアシリンダ６４による弁体２４の供給口２０に対する押圧力は、所定の基準値に対して、タンク１２への高圧エアの供給時には高く、高圧エアがタンク１２内に満杯になると低く、粉状体の空気輸送時には高くなるようにコントローラ６２によって制御されている。高圧エアがタンク１２内に満杯になると、タンク１２内の昇圧された圧力によって弁体２４は供給口２０に十分に押圧されるため、その時のエアシリンダ６４による押圧力を低くしても差し支えない。よって、エアシリンダ６４による押圧力を常に一定に制御するものと比較して、エアシリンダ６４の消費電力を効率よく削減することができる。

実施の形態のセラ式空気輸送装置の構成を示した全体断面図 実施の形態のセラ式空気輸送装置の弁構造体の要部拡大断面図 図２に示した弁体構造のシール構造体の断面図 従来のセラ式空気輸送装置のタンク構造を示した要部拡大図

符号の説明

１０…セラ式空気輸送装置、１２、１４…タンク、１６…吐出切換弁、１８…コンプレッサ、２０、２２…供給口、２４、２６、３２、３４…弁体、３６…ディーゼルエンジン、４０、４２…エアノズルユニット、６２…コントローラ、６４、６６、６８、７０…エアシリンダ、８０…揺動アーム、８２…球面軸受、８８…パッキン、９０…ストッパ、９２…シール構造体、９４…軸、９６…レバー、９８…ケーシング、１００…軸受部

Claims (3)

1. 被搬送物である粉状体が供給口から供給されるタンクと、前記タンクの前記供給口を開閉する第１の弁体と、前記タンクの排出口を開閉する第２の弁体とを有し、前記第１の弁体によって前記供給口を閉塞するとともに前記第２の弁体によって前記排出口を閉塞し、前記タンクに高圧エアを供給して前記タンク内の圧力を所定の高圧に昇圧した後、前記第２の弁体を開放して前記タンク内の粉状体を、前記排出口に配管を介して接続されたサイロに空気輸送するセラ式空気輸送装置において、
   前記第１の弁体は、略円錐形に形成されて前記タンク内に配置されるとともに、前記タンクを貫通して配置された揺動アームの先端部に前記第１の弁体の内側頂部が連結され、前記タンク外に設けられたエアシリンダによって前記揺動アームを揺動させることにより円形の前記供給口に対して進退移動され、
   前記第１の弁体と前記揺動アームとは球面軸受を介して揺動自在に支持され、
   前記タンクに高圧エアを供給するコンプレッサは、船舶のディーゼルエンジンを動力源とし、
   前記エアシリンダによる前記第１の弁体の前記供給口に対する押圧力は、所定の基準値に対して、前記タンクへの高圧エアの供給時には高く、高圧エアがタンク内に満杯になると低く、粉状体の空気輸送時には高くなるように制御されていることを特徴とするセラ式空気輸送装置の弁構造体。
2. 前記タンクの前記供給口の周部には、前記第１の弁体の周面が押圧接触されるリング状のパッキンと、第１の弁体の周面に接触されるストッパとが取り付けられ、該ストッパに第１の弁体の周面が当接されることにより、前記パッキンに対する第１の弁体のシール代が規制されることを特徴とする請求項１に記載のセラ式空気輸送装置の弁構造体。
3. 前記揺動アームの基端部は、前記タンクに形成された貫通孔を封止するシール構造体を介して前記貫通孔に貫通配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載のセラ式空気輸送装置の弁構造体。

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