JPH0338168B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 ガス圧力の高められた状態で作動するベツセル
を伴う多くの工業的処理においては、その処理に
関係する固体材料を低圧もしくは大気圧のもとか
らベツセルへ給送させることが必要となる。この
ような工業的処理の１つである石炭ガス化では、
大気圧下のホツパーもしくは同様装置から圧力の
高められた反応ベツセルへ粉砕あるいは粉末化し
た石炭を給送する必要がある。石炭ガス化には多
くの形式の処理方法があり、広い範囲での反応圧
力レベルを使用している。本発明は１気圧下の状
態から５〜100気圧下の状態へ粉砕石炭を連続的
に給送することを可能とする。

〔従来の技術および発明が解決しようとする課題〕

この分野で一般に使用される従来技術はスラリ
ー給送方法かあるいはバツチ処理給送方法（一般
にロツクホツパー方法として知られている）であ
る。スラリー給送方法においては、液体−固体混
合物が多かれ少なかれ通常のポンプを使用して圧
力ベツセル内へ圧送される。この構成によれば液
体（通常は水）は固体材料を運搬するために必要
であるが処理においては必要なく、それ故に処理
効率を低下させたりあるいは処理を開始する前に
それを除去するための多大の努力が要求される。
これ迄の乾燥給送構成すなわちバツチ処理給送方
法は、材料をホツパ内に載荷し、ホツパーを閉じ
てガスにより圧力を加え、然る後その材料を圧力
ベツセル内に落し込む。ホツパーは高圧ガスで充
填されたままとなるので、この材料を次の材料バ
ツチを載荷するためのホツパーの準備のために排
出しなければならない。このような排出および材
料のバツチ給送は望ましくない。ホツパーの入口
及び出口には大きなバルブが必要となり、これら
のバルブは摩滅作用のある粉砕固体材料の環境下
にて周期的に作動するので有効寿命および信頼性
が低下する。さらに圧力ガスには浮遊せる材料粒
子を含むので、それらの浮遊粒子が除去処理され
るまでは排出できない。

他の従来技術による遠心装置の構想が乾燥粉砕
石炭を高圧チヤンバーへ導くために提案されて来
た。このような従来技術は多くの重大な欠点を有
している。先ず第１に、これらの多くの従来技術
による遠心装置（スタウデインガー＃4049133、
ダハ＃4034870、フアンデルブルト＃4120410）
は、圧密（コンパクシヨン）される際に石炭がブ
リツジを形成してローターチヤンネルを塞ぐとい
うことが考察されている。それ故に材料を本発明
における圧密したプラグ形式のフローとは反対に
ローターを通して常に流動化状態に維持するよう
な構成とする試みがなされた。流動化とは材料が
ガス圧力により分離されて固体粒子間に殆んど摩
耗応力のない状態となることを意味する。都合の
悪いことに固体の流動化フローは充分大きな圧力
に抗して圧送される時に安定となし得ないのであ
る。さらに圧密および閉塞を回避するこの試みは
誤つていた。バルク（流動化されていない）固体
の重力流れの分野において良く知られているよう
に、安定したブリツジやドームは必要とされるド
ームスパンがクリテイカル直径より大きいと形成
されず、このクリテイカル直径はバルク材料の特
性によつて決まるのである。もしチヤンネルがク
リテイカル直径より小さいと、閉塞が生じ得るの
である。微細に丸められた石炭について１ｇのも
とでの典型的なクリテイカル直径は大体10〜20cm
である。しかしながら鍵（キー）となる認識され
ていない事実に、クリテイカル直径が材料に作用
するボデー力（すなわちｇ−力）に逆比例し、こ
の結果極めて狭いローターチヤンネルにおいてさ
えも重大な閉塞問題がないということがある。こ
のことはドーム形成のメカニズムにより示すこと
ができ、実験的に確認されたのである。このよう
に１−ｇ重力のもとでの付着性の材料で生じるピ
ンあるいはホツパーの閉塞問題に関する実験は、
本発明の典型例である数千ｇのもとでのフローあ
るいはノンフローを導びき出す正当なものとはい
えない。

また出願人が知つている従来の遠心装置の特許
の何れもが固体のフローを適正に安定化する如何
なる構成も有していない。また、それらは圧力シ
ール機能から流量制御すなわち計量を独立させる
ことを試みるものでもない。ローターから石炭が
流出するのを制御する試みとしては多くのものが
ある種のばね荷重バルブもしくは柔軟な構造体を
使用している（スタウデインガー第4049133号；
ダハ第4034870号；ツエールホツフ第3182825号）。
またダハ第4034870号およびフアンデルブルト第
4120410号はカツプ形のシンバル状ローター構造
を提案しており、これにおける流出ギヤツプはリ
ム周囲の連続スリツトであつて、２つのカツプを
互いに移動することによつて調整できるようにな
つている。これらの従来構成は重要であるところ
の圧力シール機能から石炭の計量を独立させるこ
とに成功してはいない。

出願人による本発明の開発を進める上での予備
的分析および実験は1977年６月21〜23日にジエツ
ト推進研究所から発行されたコンフエレンス・オ
ン・コール・フイーダー・システムスの会報に記
載してあり、また1977年７月付のもので1977年10
月31日にアメリカ合衆国政府エネルギー省で公告
を認められたコール・フイーダー・テベロプメン
ト・プログラム、フエースIIリポート、FE−
1792−34に記載してある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は圧力容器に対して粉砕もしくは粉末の
固体を連続的に給送するために、圧力容器のロー
ターにおける通路先端の制御ノズルの閉鎖を検出
してそこにおける閉鎖を再開させるようにした装
置を提供する。これは圧力容器内のローターを使
用して達成されるのであり、ローターを通して材
料が容器に圧送される。材料はガス流動化され、
空気により大気圧給送ホツパーから静止せる給送
パイプを通して静止せるインナーハブと回転駆動
されるローターとの間の非流動化域、即ち、回転
角速度増大域へ給送される。回転角速度増大域内
にて材料は、遠心力によつて外方へ駆動されてロ
ーターの半径方向のチヤンネルすなわち通路内に
入る際に流動化を解かれてパツクしたベツドに圧
密される。材料が圧密された多孔質の移動プラグ
が通路内に形成され、高圧ガスに対するシールを
生じる。このシール作用はプラグの動きとその比
較的低い透過性との相互の組合わされた効果によ
る。通路の先端の制御ノズル構造体がこの移動す
る材料のプラグを安定状態として適正な有効シー
ルを行う値に外方向速度を制御するのである。等
圧制御ノズル構造体は従来技術と異なるキーの１
つである。この構造体によつて達成される格段に
優れた点は、コントロールノズルの出口寸法によ
つて主に与えられる流量計量から、通路チヤンネ
ル内にて生じる圧力シール機能を独立させること
に成功したことである。従つて、通路チヤンネル
の直径はこのシール構能に関して通路材料の速度
を最適化する寸法になし得る。この寸法決めは給
送材料および必要とされる体積流量の両者に主に
依存する。典型的には、通路チヤンネル出口直径
はコントロールノズル出口直径よりも著しく大き
い。コントロールノズル内部とローター周囲空間
との間を連通するポートがノズル前後のガス圧力
の相違を完全に無くしている。このことがその作
動を圧力シール機能から独立させるのである。こ
の通路／コントロールノズル組合せによつて違成
される計量機能からのシール機能の独立無くし
て、この機械は簡単には機能しない。

回転角速度増大域は真空装置に抽気されてお
り、固体の圧密によつて生じた過剰の流動化ガス
および高圧ベツセルから通路内の移動せる圧密プ
ラグを通して漏れる小量のガスを排除するように
なつている。サブ大気圧が回転角速度増大域内に
維持され、大気圧ホツパーからの給送の信頼正を
確保するようになつている。

通路への移行部は、石炭が凝集するようなあら
ゆる縁金を減少もしくは排除するような形状とさ
れ、またチヤンネル壁の角度は材料の滑りの臨界
角度よりすべて小さくされる。通路長さ、面積お
よび面積部分の形状は特定の背圧およびスループ
ツトにおいて特定の給送材料を圧送するのに最適
となるように定められる。通路は容易に交換可能
に構成される。

以上のような構成を有する粉砕材料の給送装置
において、さらに以下の特徴を有している。

ローターリムの近くにローターとは別に取付け
られた流量センサーはコントロールノズル出口の
あらゆる閉塞を検出するために流出せる石炭流を
モニターする。即ちコントロールノズルを通る粉
砕材料の流れを検出する検出装置および湯口状部
であるスプルーおよびコントロールノズルを清浄
にするための装置を包含する。それによつて、ノ
ズル出口へ向けたガスジエツトが出口の閉塞が生
じた際に流れを再開させるように使用される。

〔実施例〕

第１図において図解のために本発明を具備した
固体圧送装置の部分的な概略が示されている。こ
の圧送固体は例えば石炭ガス化反応器のようにあ
る種の化学的処理容器のために予定される。石炭
ガス化では反応器内圧力が例えば30気圧のような
高圧に維持される。このような圧力は処理のため
に石炭を給送することを困難且つ高価にする。

図示実施例においては、本発明の給送装置は加
圧ローターケース２内に配置されたローター１で
ある。ケースの正確な形状は、処理ガス圧がロー
ターの外面に対して維持されるかぎり、設計、変
更上の事項である。

本発明の材料給送装置は給送ホツパー４から材
料を受け取るための静止せる給送パイプ３を含
む。給送ホツパー４はその底部の分散プレート２
９に接続されたガス供給部からのガス噴射部５に
よつて通常の方法で流動化される。常開バルブ６
は給送ホツパーと静止給送パイプ３との間に配置
される。このバルブ６は装置の始動および停止の
際にのみ使用される。給送パイプ３はバルブ６の
両側にパージタツプ２１および２２を備えてお
り、始動前および停止後にパイプからすべての残
る固体を排除するようになつている。材料はガス
流動化された固体の給送によつて給送パイプを通
して給送されるのであり、これは一般に「濃密相
空気輸送流」として知られている。

給送パイプの下流端は回転しないインナーハブ
７を含み、給送チヤンネル内にて直角の曲り部分
を有している。出口端におけるインナーハブ構造
体から外方へ開口せる環状ゾーンがあり、これが
非流動化域、即ち回転角速度増大域８と称され
る。この非流動域は、以後単に「回転角速度増大
域」と称される。インナーハブ７の直角の曲がり
部分は固体材料が回転角速度増大域８へ半径方向
へ進入することを可能にする。回転角速度増大域
およびインナーハブ周囲の残る空間はまた「ロー
ターアイ」区域と称される。

ローター１は回転角速度増大域およびインナー
ハブを取囲んでおり、また多くの半径方向チヤン
ネルを含み、これらの各々が通路、即ち、湯口状
部分９で構成される。この通路は、以後「スプル
ー」と称される。コントロールノズルチヤンネル
部分１０がこれに続いていて、圧力等化ポート４
０が形成されている。回転角速度増大域８はイン
ナーハブ７とスプルーの入口端との間の環状空間
を含んでなる。スプルー入口、即ち、スプルーの
近接端部は第１図において４６で示され、スプル
ー出口、即ち、スプルーの末端部は第１図におい
て４７で示される。

ローターはシヤフトベアリング２２およびスラ
ストベアリング２３に支持され、駆動モーター２
４によりギヤ２５を介して駆動されるか、あるい
はその他の通常の駆動手段によつて駆動される。
回転シール２６がローターシヤフト２７の内側お
よびローターの外側をシールする。回転角速度増
大域８内のガス圧力はベントチユーブ１１によつ
て給送ホツパー内のガス圧力よりも低圧に維持さ
れるのであり、ベントチユーブ１１は真空ブロワ
ー１２あるいはその他の良く知られた手段にダス
トフイルター１３を通して接続されて低圧に維持
される。この負圧は典型的には回転角速度増大域
内を約−0.15〜−0.35バールゲージ圧（約−２〜
−5psig）の圧力に維持される。これが材料の大
気圧給送ホツパーからローターへの連続給送を確
保する。

給送パイプを通る材料の流れの形式は濃密相空
気輸送流であり、これはより一般的な稀釈相空気
輸送流と対比される。例えば、材料は流動化され
るが比較的高密度に維持されるのであり、密度は
大体0.32〜0.40ｇ／cm³（20〜25lb／ft³）である。
この給送形式は僅かな輸速気体によつて大量の材
料の給送を可能にし、それ故に給送パイプの必要
直径を最小限となす。例えば公称１トン／時間の
キネテイツク押出し機の原型として19.05mm（3/4
in）直径の給送パイプを備えたものにおいては、
給送パイプの体積流出量として（0.3）〜（0.6）
トン／時間／cm²が使用された。

回転角速度増大域内において、石炭はローター
の角速度に加速され、スプルー９に入る前に0.64
〜0.80ｇ／cm³（40〜50lb／ft³）の密度に圧密さ
れた。石炭はスプルー内では流動化状態にあり、
粒状固体材料の圧密された多孔質プラグとして内
部を流れる。点で濃淡を付した部分は給送の間に
石炭が充満されて移動する装置における部分を示
し、明るい付点部分は低密度の流動化石炭（0.32
〜0.40ｇ／cm³）を示し、濃い付点部分は圧密石炭
（0.64〜0.80ｇ／cm³）を示す。

回転角速度増大域における圧密化処理はガスを
発生させ、このガスはベントチユーブ１１を通し
て真空装置により引き出されねばならないのであ
つて、これはローターアイを低圧に維持するため
である。発生するガスの量は１トン／時間の給送
に関して大体0.093cm³／分（標準１ft³）／分
（SCFM）である。ベントチユーブ１１またはス
プールプラグを通る高圧区域からの漏洩ガスのす
べてを除去する。

さらに第２のチヤンネルは、インナーハブを経
てローターアイ区域と連通しており、圧力タツプ
１４およびフラツシングガスライン１５である。
圧力タツプ１４は異常状態を警報するためにロー
ターアイ圧力をモニターするように使用されてお
り、スプルーの１つにおける固体プラグの損失を
検出するために使用できる。

フラツシングガスはローターアイ内への僅かな
ガス流れであり、吸引ベントチユーブが常にそれ
を通して最小限のガス流を有していることを保証
する。この流れがないと固体の比較的濃密な流れ
がある状態のもとで吸引ライン内へ引き込まれ、
ベントチユーブを閉塞する機会を生じてしまう。
フラツシングガス流量は固定流量とされるか、あ
るいはローターアイ圧力に応じて調整されるよう
にできる。フラツシングガス供給装置（図示せ
ず）は通常の何れの形式のものでも良い。

フラツシングガスライン１５、ベントチユーブ
１１および圧力タツプ１４はすべてがローターと
回転しないインナーハブ構造体７との間に形成さ
れた狭いギヤツプ（例えば３mm）内で回転軸線に
近い位置にてローターアイ区域と連通している。
この区域内での遠心作用は固体がベントチユーブ
１１内に進入するのを禁止する。

インナーハブ形状は石炭が半径方向へ進入する
ようになしている。このことはローター内への固
体の給送が自己調整されるようになす。給送パイ
プは、真空装置によつて維持される圧力降下にお
いてローターを通る最大限の量が充分に供給され
得るように寸法を定められる。ローター内への材
料の流れは次に給送パイプ出口の半径方向部分１
６迄回転角速度増大域８を完全に充満することに
よる給送パイプの出口チヨークによつて制御され
るのである。スプルーを通る材料の急速あるいは
遅速な引き出しが自動的にローター内への多量あ
るいは小量の材料給送を生じる。

石炭は複数のコントロールノズル出口穴１７を
通して圧力ローターケース２内へ排出される。作
動の間にローター周囲は濃度の薄い固体懸濁状態
となる。ローターの回転によつてケース内に渦が
形成され、給送の間に固体は急速に半径方向外方
へ移動し、スロツト付バツフル１８を通してアキ
ユムレーター部分１９内へ落下してケース下部に
たまる。バツフル１８はローターにより形成され
た渦をアキユムレーター部分から離隔するように
設計される。アキユムレーター部分１９内におい
て固体は固化され、通常の空気ピツクアツプ装置
あるいはその他の手段によつて反応器あるいは他
の高圧ホツパーへと搬送される。本質的に石炭の
みがローターを通してケース内に進入するので、
石炭とガスとの混合物がアキユムレーター部分か
ら出る間流動化ガスはポート２０を通してケース
へ連続的に供給される。

第１図において装置の全体配列は垂直な片持ち
シヤフトローターであり、給送材料および駆動力
が何れも圧力ケースの頂部から与えられている。
しかしながら水平シヤフトローターとし、給送材
料が一方の側から与えられ、駆動力がケースの他
方の側からの駆動シヤフトによつて与えられるこ
ともまた充分に作動できる。この水平シヤフト形
式の装置にある機械的な利点を有する。本発明の
鑑点からは、ローター内の石炭の流れを含めてこ
れら２つの構成の間に全く本質的な相違がない。
本発明の理解を深めるためにスプルー内の移動す
る多孔質プラグの形成の現象を説明する。

キネテイツク押出し機は乾燥粉末もしくは粒状
材料の給送のためのものであることを強調する必
要がある。粉末もしくは粒体の材料のための流れ
特性は流体材料の流れ特性とは異なる。基本的に
は、流体は流れずには剪断応力を支持しない一
方、粒体材料は支持する。例えば穀物サイロにお
けるような粒体材料のコラムは同様な寸法の液体
コラムが表わすようには深さによる連続的に増大
するバルク固体応力すなわち見掛けの応力を表わ
さない。静流体のような応力分布は粒体材料にお
けるベツト面より下側の極めて僅かな直径にのみ
存在し、その後はコラムの応力は深さに無関係に
一定値を維持するのであり、コラム重量の荷重は
収容壁面上の剪断応力を生ぜしめる。さらにこの
応力分布はコラムが動くか静止かに係わらずに殆
ど影響を受けない。粒体材のコラムにおける応力
は良く知られているジヤンセンの方程式で計算さ
れ、これは深さによる応力の漸近レベルを表わ
す。同様なコラム応力がここに述べたキネテイツ
ク押出し機スプルーにおいて生じるのである。

バルク固体応力と、材料穀物の間のすき間の孔
内のガス圧力とは区別すべきである。ガス圧力の
勾配（すなわちスプルーの単位長さ当りの圧力変
化）はキネテイツク押出し機スプルーを通して材
料を給送するために遠心力より小さな主なる力を
与える。

スプルーチヤンネルの本発明のための主なる設
計基準は、チヤンネルにおけるボデー力分布とガ
ス圧力勾配分布との間の適正なマツチングにあ
る。ボデー力が圧力勾配を越える限りにおいて
は、スプルー内のプラグがその固体状態を維持す
るようなある程度のレベルにベツド応力を保持す
れば材料の動きは安定する。この要求事項は事質
的には特性における局部的なものである。何故な
らば、固体ベツド応力の蓄積されるのが僅かな有
効距離であるからである。すなわち、ジヤンセン
効果によりベツド応力は蓄積されず、スプルー内
の材料をガス圧力勾配が遠心力より勝る短い局部
的区域を通して押すのである。

スプルーチヤンネル内のガス圧力分布を解き明
かすための数学的方法が究明された。多孔部分を
通るガスパーコレーシヨン、移動するスプルー材
料媒体を示す基本となる方程式はダーシーの法則
であり、流れる固体およびガスに関する体積保存
を示し、またガスの状態の方程式である。第２図
から第７図は計算結果を示しており、スプルーチ
ヤンネル設計のために重要となる考慮すべき点を
強調している。

第２図は例とせる計算のために仮定したスプル
ー横断面積プロフイルを示す。スプルー出口面積
に対する局部的スプルー面積の比率Ａ／A₄₇をス
プルー出口からの距離Ｚに関してプロツトしてあ
る。その他の重要な変数はスプルー長さ、スプル
ー前後の圧力差、固体材料のベツドの特性（バル
ク密度、多孔性、そして透過性）、ガスの粘性、
そしてスプルー内の固体ベツドの速度である。第
３図〜第７図に示された結果はこれらのキーとな
るパラメーターが以下の値である場合に対応する
ものである。

スプルー長さ 25cm スプルー入口ガス圧力 １気圧 スプルー出口ガス圧力 30気圧 スプルー出口固体速度 ０〜1.3ｍ／秒 固体ベツドのバルク密度 0.67ｇ／cm³ 固体ベツドの多孔性 0.50 固体ベツドの透過性、Ｋ
3.7×10¹³m²（0.38ダーシー） ガス速度 1.8×10^-5nt−秒／m² 固体ベツドの特性は、キネテイツク押出し機ス
プルーにて典型的に生じる圧密状態において70％
200メツシユの石炭グラインドを特徴とするもの
である。

第３図は第４図、第５図そして第７図の計算結
果をプロツトするのに使用したと同じ長さのスケ
ールと向きに、スプルー内に収容された移動する
固体を示す。第３図において、固体の運動の正方
向は矢印Ｓにより示してあり、ガス漏洩運動の正
方向は矢印Ｐで示してある。第４図はスプルーに
おける固体プラグ間〓内のガス圧力Ｇの分布をＺ
の関数として示してあり、スプルーを通る固体速
度が幾つかの値の場合について示している。示し
た３つのカーブはスプルー出口における固体速度
Ｖが0.7ｍ／秒および1.3ｍ／秒に対応する。スプ
ルー出口における固体速度Ｖはここではスプルー
を通る固体の流れの量に関する基準変数として使
用してある。注目されるように、スプルー横断面
積がスプルー入口からスプルー出口端へとかなり
減少しているので、またベツド密度が全体を通じ
て一定であるので、固体の局部的速度はそれ相応
にスプルーの入口端（Ｚ＝25）の位置に向けて減
少している。第４図は圧力分布が出口における固
体の流速に感応することを明らかに示している。
第５図はガス圧力勾配（dP／dZ）の分布（すなわち スプルーの単位長さ当りの圧力変化）の項にて同
じ結果を与えている。第５図における実線は通路
に沿う距離Ｚの関数として圧力勾配を表わしてい
る。説明したように、圧力勾配は対抗力を含み、
この対抗力である遠心力が圧力勾配より勝つてい
なければならない。遠心力が圧力勾配より勝つて
いなければならないことを示す数式は次のように
与えられる。

jrw²＞｜dP／dZ｜ ここでjrw²＝遠心ボデー力 ｊ＝ベツド密度 ｒ＝回転軸線からの距離 ｗ＝回転速度 通路内での遠心力分布は第５図に点線で示して
あり、これらは回転速度が3000rpmおよび
3500rpmの場合についてのものである。これらの
例において、回転軸線はスプルー入口から13cmで
あると仮定された。第５図に示すように、固体速
度を高める程スプルーの出口端（Ｚ＝０）におい
て圧力勾配が高くなり、従つて最適な固体速度が
使用されていない場合にはより高い回転速度が必
要となる。例えば出口での固体速度が1.3ｍ／秒
でローターの回転速度が3500rpmであることは両
立しない。何故ならばスプルー出口に近い圧力勾
配はその点における材料に作用する遠心力より大
きくなつてしまうからである。この結果、スプル
ープラグはこの速度では流れることが不可能とな
る。このような状態で作動させる試みは、流れが
停止されて、スプループラグの一体性が完全に損
われることによつてローターアイ内へ高圧ガスが
逆戻りすることを見出した。逆に、第４図に示し
たように、出口速度が0.7ｍ／秒で3000rpmでの
作動は安定状態を与えるのである。要求される特
定の体積流量例えば１トン／時間に関する設計に
おいて、最適スプルー流速はこの速度を担うスプ
ルー出口寸法（横断面積）の選択によつて調整さ
れ得るのである。

第６図はスプルー圧力勾配分布に対するスプル
ー内の固体プラグの透過性の変化の効果を示す。
計算のために固体の通過速度は固定され（出口速
度Ｖ＝0.7ｍ／秒）そして透過性Ｋは1.9×10^-13m²
から5.6×10^-13m²まで変化させた。第６図に示す
ように、透過性を減少させることは固体速度の増
大と同じ効果を有する。キーとなるフアクターは
透過性に対する固体速度の比率である。透過性の
小さい材料はスプルー内での固体速度が小さいこ
とを要求する。逆に、材料がさらに透過性の高い
ものであれば、より高い速度が使用して圧力勾配
分布および漏洩特性を良好に維持できる。またス
プループラグのシール長さは同様な役割を演じる
のでありプラグを短かくすることは漏洩をゼロと
するためにより高い固体速度を必要とすることに
なることが見出された。スプルーを短かくするこ
とはまた平均圧力勾配を高めることを意味し、そ
れ故により高い回転速度を必要とすることを意味
する。

最後に、スプルー面積比（入口／出口面積）お
よび面積形状は変化できる。スプループラグを透
過するガスの膨脹により、補償面積の変化が必要
となる。第２図のプロフイルは圧力比が30の場合
の例に関して良好な選択である。圧力比を高める
ことは面積比率を高めることを典型的に必要とす
る。

第７図は固体の流出速度Ｖの関数として入口端
での（すなわち回転角速度増大域内への）スプル
ー内の多孔質ベツドを通るガス流速Ｖを示してい
る。注目されるように、何れの方向へもスプルー
を通るガス流れを生じないクリテイカルな固体速
度（この例では0.75ｍ／秒）がある。このクリテ
イカル値よりも小さな矢印２００で示すような固
体速度に関しては、スプルー内プラグを通過する
ある程度の高圧ガスがローターアイに達し得る。
このクリテイカル速度より高いと、（矢印２０２
で示すように）漏洩は生じないのであり、ベツド
の多孔部に捕捉されたもともとのガスのある量が
固体とともにスプルーを通過する。もしキーの１
つの透過性であるがこの給送材料の特性が殆ども
しくは全く変数を有してないことが知られている
とするならば、クリテイカルな固体速度は最適作
動点となる。しかしながら給送材料の特性が変化
することから、ローターアイ内への実際の漏洩を
小さくして作動するように設計することが最も良
い。このことは給送材料の特性における変化に対
して装置を鈍感にする。

第８図、第９図、第１０図および第１１図はロ
ーター構造をさらに詳しく示している。示したよ
うにスプルーおよびコントロールノズルは変換可
能部品として作られ、スプルーは２つの部分から
なる。このことは、摩滅形式の摩耗に露されるこ
れらの部品が耐摩耗性の硬質材料で通常のように
作れるようになす。またさらに、ローターが要求
の変化すなわち要求される通過物、導入圧力、あ
るいは材料の透過性における変化を許容するため
により容易に再形成できるようになす。第８図お
よび第９図に、そして第１０図および第１１図に
より与えられるスプルー／コントロールノズル組
立体に示されるように、スプルー９はフアンネル
部分３０を含み、これはスプルーボデー部分３２
と組合つている。コントロールノズル１０はスプ
ルーボデー部分の先端に対してノズル保持ブロツ
ク３６で保持されており、これらのブロツクはス
クリユー３８によつてローター１に取付けられて
いる。圧力を等しくするための圧力等化ポート４
０はコントロールノズル内部とローター外部とを
連通している。ｏ−リングシール４４がスプルー
部分の間およびスプルーとローターとの間をシー
ルしている。第９図において、スプルー入口４２
は矩形をなし、それらが流れる石炭の半径方向の
運動に対して最大開口面積を与えるように互いに
関連されていることが見られる。

第１２図はコントロールノズルの機能を示して
いる。これはスプルーチヤンネル５１の一部を示
していて、コントロールノズル５５と関連するそ
の先端５３を含んでいる。スプルーチヤンネルお
よびコントロールノズル内を移動する。圧密され
た固体５７は付点されて示されている。ローター
リム５８のコントロールノズル出口５０は流れチ
ヤンネルにおいて最も狭い位置であり、移動する
固体のプラグのチヨーク位置として作用する。ス
プルーから出てくる石炭は円錐形の自由面５２を
形成し、これは材料の載置角度によるのであつ
て、石炭を自由状態にし且つ固体上方のガスの充
満した空間５４を形成する。この空間はポートす
なわちチヤンネル４０を介してローター外部と接
続されており、コントロールノズル内のガス圧力
（P₂）は矢印５６によつて示されるようなガス流
入によつて導入圧力（P₃）と実質的に等しくな
る。この状態（すなわちP₂＝P₃）のもとでは、
ノズルを通る体積流量はノズル出口直径ｄおよび
回転速度すなわちｇ−力によつてのみ決まるので
あり、これは次式による。

ｍ＝cd^5/2・G^1/2 ここで ｍ＝ノズル体積流量（Kg／秒） ｄ＝出口直径（cm） Ｇ＝遠心加速度（g′S）＝rw²／ｇ ｒ＝ローター半径、ｗ＝ローター角速度 ｃ＝石炭の試験から得た実験上の定数＝0.044
Kg／秒／cm^5/2 コントロールノズルの機能はこのように材料の
流れを計量し、またスプルー内の材料プラグの流
れを安定化させる。ある限界圧力までは、コント
ロールノズルは第１２図に示した範囲にて作用
し、流動体は導入圧力とは無関係に上式で与えら
れたローター速度の機能だけによる。遠心力がス
プルー圧力勾配に対して不充分であり、スプルー
によつて導びき出される最大体積流量がｍよりも
小さい状態のもとでは、コントロールノズルは
「不足状態」となる。すなわち、材料はスプルー
の先端にまで延在するノズル内の材料のバツクア
ツプを維持するのに充分な量がノズルに対して供
給されない。材料バツクアツプの不足はスプルー
内の材料プラグに対する先端支持を無くする。も
しこのことが生じると、スプルー内の材料プラグ
は不安定となり、スプルー内のプラグの一体性が
完全に損われることによつて高圧ガスがローター
内へ「逆流」することが生じるということが実験
的に見い出された。スプルーの不安定な状態は液
体プールの表面より開口を下方にして逆立ちさせ
た液体の充満したボルトの場合と若干似ている。
ボトルの開口が僅かに水没されていれば大気圧が
ボトルを充満状態に維持する。しかしボトルがプ
ールから持ち上げられて出されると、開口におけ
る自由な液面は不安定であり、ボトルは知られて
いるように不安定な気泡が生じて空になる。

ローターリムのノズル出口ホールを出た後固体
材料は柱すなわちプルール６０を形成し、これは
ローターの動き６１によりそのガス雰囲気によつ
てローター周囲に沿つて接線方向に逆方向に流さ
れる。ノズル出口を通る石炭の半径方向速度はそ
の接線速度に比較して著しく低いのであり、接線
速度とはローターのリム速度である（例えば12.2
ｍ／秒対152.4ｍ／秒（40ft／秒500ft／秒））。

第１３図および第１４図は２つの実施例の設計
に関してのスプルー入口形状の断面を示す。これ
らは入口区域の設計により合わされねばならない
２つの特定の要求事項を示している。第１に、固
体材料が滑る壁面はその滑りが実際に行なわれる
ように充分に勾配を付けねばならない。第１３図
は遠心ボデー力ベクトルに対して16゜の一定角度
のスプルー壁を示している。回転分野において
は、このような一定角度の壁は図示したように彎
曲面とされる。第１３図の例は石炭のように非常
に流れ難い材料に対して好適である。入口端にお
いて滑り角度が16゜の直線スプール壁を使用する
ことも勿論ながら材料流動を保証する。しかしな
がら同じ面積構造を得るためにより長いスプルー
チヤンネルを必要とし、それ故に効率の悪い設計
となる。

第１４図はより自由に流動する滑り角度の小さ
な材料に対する同様な設計（30゜の壁面角度）を
示している。このような材料に関しては、より少
ない数のより大きな横断面を有するスプルーを使
用できる。

他の考慮すべき事項は、スプルー入口が流動す
る石炭に対して最大限の開口比率を与えるように
配列されるべきということである。本発明の１つ
の実施例においては、入口は矩形とされた。例え
ばもし入口が丸められているならば、フローチヤ
ンネル間にかなりの空間を形成し、ここに石炭が
蓄積してしまうのであり、また回転角速度増大域
までも延在してしまう。

このような蓄積は回転角速度増大域の有効寸法
を減じてしまうので望ましくない。さらに多数の
石炭の固まりが経時により形成され、これが難れ
てスプルー内に入り、コントロールノズル出口を
閉塞してしまうことになる。このような固まりは
石炭給送が遮断されてローターが石炭を排出する
時に装置の停止の間に離脱を生じることがしばし
ば起る。石炭が蓄積する場所をすべて無くすこと
でこの問題は解決される。

第１５図および第１６図はローターリムから与
えられる個々の石炭の流れをモニターするための
２つの形式のセンサー装置を示す。１つの形式の
ものは石炭の流れの打撃をローターリムの近くに
取付けられた圧電トランスデユーサにより検出す
る。他方のものは光源およびフオトデイテクター
を使用し、石炭の流れが光ビームを遮光するよう
になす。何れのデイテクターからの信号もオシロ
スコープに表示され、これはスウイープが通常の
磁気ピツクアツプおよびシヤフトもしくはロータ
ー（図示せず）のマーカーによつてローター回転
と正確に同期される。個々のスプルーにおける流
れは容易にデイスプレー上にて認識できる。ロー
ターケース圧力が高い状態では個々の石炭の流れ
は数ミリメートルだけローターリムからそれぞれ
外れて維持されることが見出された。センサーは
良好な信号を得るためにこのような距離に配置さ
れねばならない。

第１５図に示したセンサー装置はローターケー
ス２を通して挿入され、ローター１のリムに並べ
られたセンサー組立体７０を含んでいる。レーザ
ーあるいはコリメート光源（図示せず）がブラケ
ツト７２に取付けられて光ビームが入口チユーブ
７４内を通過され、シールガラス窓７６を通して
ローターケースの圧力雰囲気内に導びかれるよう
になされる。この光ビームは次に小さなチユーブ
７８を通過するのであり、このチユーブは小さな
ギヤツプ８０で分離されている。このギヤツプ８
０はローターリムのコントロール出口ホールに極
めて接近させてあり、流出石炭が各ホールを通過
する時に光ビームを遮断するようになつている。
チユーブ７８は常に清浄ガスによつて清浄にさ
れ、このガスはポート８２から導入されることと
もに、通路８４を通して光チユーブに分配され
る。このパージ作用に行われてギヤツプ８０は短
時間ながら実用状態に維持される。何故ならばロ
ーター周囲の石炭を含む流体の密度は光を著しく
弱めてしまうからである。

ギヤツプ８０を過ぎた後、ビームはフアイバー
光学光ガイド８６を通過する。次にビームはフア
イバー光学ケーブルを通して光をフオトダイオー
ド装置（図示せず）のような電気的信号に変換す
るための通常の手段の何れかに運ばれる。

第１６図はセンサーのその他の実施例を示して
いる。このセンサーは通常の圧電すなわちインパ
クトトランスデユーサー１００の周囲に取付けら
れる。トランスデユーサーは高圧流から圧力ハウ
ジング１０２およびシール１０３によつて保護さ
れる。コントロールノズル出口ホールを出た石炭
は硬化ロツド１０４の端部を打撃する。この打撃
点１０５はノズル出口ホールと整合され、ロータ
ー１のリムに接近して配置される。ロツド１０４
はトランスデユーサー１０６の作用面と接触して
保持され、石炭の打撃が検出される。センサーは
中空支持バー１１０に取付けられ、電気信号ケー
ブル１０８は支持バーを通される。センサー位置
は支持バー１１０の回転および移動によつて調整
される。一旦調整されると、支持バーはクランプ
１１２によりロツクされる。この装置はフランジ
１１４上に取付けられ、フランジはローターを内
部に有する圧力ケース２に取付けられる。

モニター装置はあらゆる流れの停止あるいは石
炭の一時的な停止を検出するのに使用される。第
１７図に示した装置はローター出口ホールが閉塞
された時に流れを再開させるのに使用できる。こ
の閉塞解除装置は小さな静止せるガスノズルを含
み、これはローターのリムへ向けられている。こ
れはローターリムに接近して取付けられ、ガスジ
エツトがコントロールノズル出口のすべてをそれ
らが通過する際に次々と容易に打撃できるように
なされる。出口ホールが閉塞されると、ガスジエ
ツトは作動され、常にほぼ瞬時に流れを再開させ
る。ジエツトはスプルーの作動に大きな影響を与
えず、圧送の遮断は全く必要でない。

第１７図に示したこの流れ再開装置の実施例に
おいては、閉塞解除ノズル１３０がガス導管パイ
プ１３２に取付けられ、ノズル１３０の出口がロ
ーター１のリムのコントロールノズルの石炭出口
ホールと整合される。ガスはフイツテイング１３
４において高圧ガス供給源（図示せず）から導か
れ、このガス流れはソレノイドバルブもしくはそ
の他の通常の手段によつて作動のオンオフが行わ
れる。閉塞解除装置はローターケース２に取付け
たフランジ１３６に取付けられる。例えばピボツ
ト軸１４０を有する通常のフレツクスジヨイント
１３８がこの閉塞ノズルを石炭流れ通路から不使
用時に外れる位置１４１へ揺動させるのであり、
このジヨイントは米国特許第3360895号および第
3390898号に示されている。これはノズルの摩滅
を軽減する。フレツクスジヨイントの移動は空気
アクチユエーター１４２およびリンケージ１４４
もしくはその他の標準的な直線形式のアクチユエ
ーターによつて行われる。

第１８図は流れ再開装置の他の実施例を示す。
この実施例においては、一対のガスノズル１６０
が使用されており、これらがガスジエツトがロー
ター１のリムの石炭流出ホール上に協動して噴射
される。

固定具１６１はノズル１６０を含む。この固定
具１６１はスロツトが形成されており、ローター
から与えられる石炭が固定具に直接に当ることな
くスロツト１６２を通して流れる。このことは固
定具の腐食を回避する。この装置は圧力ケースに
取付けられた標準フランジ１５９に取付けられ
る。ガスはフイツテイング１６４にて先の実施例
と同様に高圧供給源（図示せず）から給送され
る。ガスはノズル１６０へチヤンネル１６６を通
して運ばれる。

第１９図は光ビームの石炭流れモニター装置の
第２の実施例を示す。この装置においては、光は
１つの光学フアイバーケーブルコネクター１７８
にて標準形式の光源（図示せず）から導びかれ
る。光は光学フアイバーケーブル１８０を通り、
ギヤツプ１８２を横断し、そして光学フアイバー
ケーブル１８１に入る。その光はローター１から
与えられる石炭の流れによつて変調されるのであ
り、これは第１５図に示した先の実施例の場合と
同じである。変調されたビームは対置せる光学フ
アイバーケーブル１８１およびコネクター１７９
を通して先の実施例におけるのと同様に電気信号
に変換するための通常の手段に運ばれる。環状チ
ヤンネル１８４が光学フアイバーケーブルの端部
を取囲んでおり、ギヤツプ１８２を形成してい
る。パージガスがこれらのチヤンネルを通して流
れ、光学フアイバーの窓端部を清浄に維持する。
パージガスはフイツテイング１８６を通して何れ
かの通常のガス供給源（図示せず）から導びかれ
る。センサー固定具１８８は圧力ケース２に対
し、標準フランジ１９０に取付けられる。この固
定具１９０は先に述べた実施例と同様にローター
リムの石炭のノズル出口ホールに対して並べられ
る。

実例として本発明を具備し以下の特徴を有する
粉砕材料給送装置が作動した。

給送材料
200メツシユを70％通過するように丸めた石炭 流 量 100Kg／時間 導入圧力 28気圧 ローター直径 71cm スプルー数 12 スプルー長さ 22cm スプルー出口直径 0.72cm コントロールノズル長さ 3.8cm コントロールノズル出口直径 0.21cm ローター速度 3600rpm 最大チヤンネル壁滑り角度 16゜ 吸引ガス流量 3.5SCFM 本発明のその他の変更および有利な適用は当業
者に明白となろう。それ故に、前述の説明および
添付図面に含まれる事項は説明のためで限定する
ものでなく、本発明の範囲は請求の範囲により限
定されることが意図される。

【図面の簡単な説明】

第１図は圧力容器へ粉砕あるいは粉末材料を給
送するための本発明を具備した材料圧送装置の部
分的に図解的に示した部分的垂直断面図。第２図
は例とせる計算に使用されたスプルー横断面積の
プロフイルを示し、これにおいてスプルーの横断
面積比率がスプルー出口からの距離の関数として
示されている。第３図は、第４図、第５図および
第７図における計算結果を示すために使用された
のと同じ長さスケールにてスプルー内の移動固体
を示す図面であり、スプルー寸法は空間出口から
の距離の関数として示されている。第４図は例と
せるケースに関しての異なる固体流速におけスプ
ルー内の固体プラグのすき間における計算された
ガス圧分布を示す。第５図は例とせるケースに関
しての異なる固体流速におけるスプルー内の計算
されたガス圧勾配および遠心ボデー力分布を示
す。第６図はスプルー内の固体プラグの様々な値
に関してガス圧勾配分布を示す。第７図は例とせ
るケースに関してのスプルー内の固体プラグを通
して漏れるガスに対する固体流速の計算された効
果を示す。第８図はスプルー入口形状、２つのス
プルー断面、コントロールノズル構造体そしてノ
ズル圧力等化ポートの詳細を示すキネテイツク押
出し機・ローターの一部破断せる部分的な垂直面
図を示す。第９図はスプルー入口形状を示す第８
図のキネテイツク押出し機・ローターの断面を与
える。第１０図は第８図に示した１つのスプル
ー、コントロールノズルおよびノズルブロツク組
立体の拡大断面図。第１１図は第１０図と直角に
見たコントロールノズルおよびノズルブロツクの
拡大断面図。第１２図はスプルーコントロールノ
ズル構造体内を流れる固形体の概略図である。第
１３図は滑り面の角度が16゜において石炭のよう
な流れ難い材料に関するスプルー入口部分の形状
を示す。第１４図は滑り面30゜の状態でのより流
れ易い材料に関するスプルー入口部分の形状を示
す。第１５図はスプルーの流れ検出器の一実施例
を示す。第１６図はスプルーの流れ検出器の第二
の実施例を示す。第１７図はコントロールノズル
出口ホールの１つに閉塞が生じた場合にローター
チヤンネルを通して固体の流れを再開させるため
に作動されるガスノズル構造の詳細を示す。第１
８図は閉塞解除ノズル装置の第二の実施例を示
す。第１９図は光学的スプルー流れ検出の第二の
実施例を示す。 １……ローター、３……給送パイプ、７……イ
ンナーハブ、８……回転角速度増大域、９……ス
プルー、１０……ノズル構造体、１１……ベント
装置、１４……圧力タツプ、１５……フラツシン
グガスライン、４０……ポート、４６……近接端
部、４７……末端部、７０……センサー組立体、
１００……圧電装置、１３０，１６０……ガスノ
ズル、１８０……光フアイバーケーブル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 供給源から容器へ圧力差に抗して粉砕材料を
   給送する装置であつて、該装置は、入口端部と出
   口端部とを有する静止した給送パイプ３を包含
   し、該給送パイプ３が流動化されて粉砕された材
   料を入口端部から出口端部へ給送するようにさ
   れ、前記出口端部が少なくとも１個の半径方向に
   延びる開口を含みかつインナーハブ７を画成し、
   前記装置は、前記給送パイプ３から吐出された材
   料を受け入れるため前記給送パイプ３と概ね整合
   したローター１を包含し、該ローター１が複数の
   半径方向の湯口状部分であるスプルー９を含み、
   各スプルー９が前記粉砕材料の通過のための通路
   を画成する近接端部４６および末端部４７を含
   み、前記装置は、前記インナーハブ７と前記スプ
   ール９の近接端部４６との間に画成された回転角
   速度増大域８を包含し、そこにおいて前記給送パ
   イプ３から吐出された材料が流動化されずかつ前
   記スプルー９に進入する前に加速され、前記ロー
   ター１がさらに前記スプルー９の各々の末端部４
   ７にコントロールノズル１０を含み、該コントロ
   ールノズル１０が前記スプルー９における粉砕材
   料の安定したプラグを維持しかつ前記ローター１
   のすぐ外側に前記容器においてガス圧力とは関係
   なく前記材料の流れを制御するような構造体を包
   含し、該ノズル構造体１０がこのノズル構造体１
   ０の内部の粉砕材料と前記容器との間でガス圧力
   を均等化させることができる少なくとも１個のポ
   ート４０を含むことからなる粉砕材料を給送する
   装置において、前記ローター１のリムに隣接して
   設けられかつ前記コントロールノズル１０を通る
   材料の流れを検知する検知装置７０，１００−１
   １４，１７８−１９０、および前記スプルー９お
   よび前記コントロールノズル１０を清浄にする装
   置１３０−１４２，１６０−１６６を包含し、該
   清浄装置が前記スプルー９を清浄にするためコン
   トロールノズルの出口に隣接しかつ前記コントロ
   ールノズルの出口から離隔して概ねそこと整合し
   て配置されていることを特徴とする粉砕材料の給
   送装置。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載の装置におい
   て、前記検知装置７０，１７８−１９０が光検出
   器を包含し、該光検出器において光線が前記コン
   トロールノズル１０から流出する粉砕材料により
   遮られるよう配置され、それにより前記光検出器
   により生じた信号を調整することからなる粉砕材
   料の給送装置。 ３ 特許請求の範囲第１項に記載の装置におい
   て、前記検知装置１００−１１４が圧電装置１０
   ０を包含し、該圧電装置は、前記コントロールノ
   ズル１０から流出する前記粉砕材料が前記圧電装
   置１００をたたきかつ調整された電気信号を生じ
   させるように配置されていることからなる粉砕材
   料の給送装置。 ４ 特許請求の範囲第１項から第３項までのいず
   れかの１項に記載の装置において、前記清浄装置
   がガスノズル１３０，１６０を包含し、該ガスノ
   ズルが前記コントロールノズル出口に衝突するガ
   スジエツトを生じるよう配置されていることから
   なる粉砕材料の給送装置。 ５ 特許請求の範囲第１項から第４項までのいず
   れかの１項に記載の装置において、給送パイプ３
   が回転角速度増大域８から過剰のガスを取り除く
   ベント装置１１および回転角速度増大域８におけ
   る圧力を調整する圧力タツプ１４と通気装置１１
   のためのフラツシングガスライン１５とを包含す
   る第２のチヤンネルを含むことからなる粉砕材料
   の給送装置。 ６ 特許請求の範囲第５項に記載の装置におい
   て、前記第２のチヤンネル１４，１５が前記回転
   角速度増大域８に前記インナーハブ７の端部と前
   記ローター１との間に配置された狭い間〓により
   連通することからなる粉砕材料の給送装置。