KR100867786B1 - 중량측정장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 목적은 벌크 원료, 특히 미세분말 형태의 가연물의 연속적인 중량측정 동안에 향상된 측정정밀도를 위한 중량측정장치를 제공하는 것이다. 이를 달성하기 위하여, 2개의 중량측정 회전자(3, 23)가 하나가 다른 하나의 위에 있도록 동축으로 배치되며, 중간개구 또는 배출구(7, 37)가 보충하는 방식으로 배치되어 있다.

Description

중량측정장치{DOSING DEVICE}
본 발명은 청구항 1의 서문에 따라 벌크 재료의 연속적인 중량측정을 위한 중량측정장치에 관한 것이다.
그러한 종류의 중량측정장치는 출원인의 WO 98/50764로 이미 공지되어 있다. 여기에서, 중량측정 회전자(dosing rotor)는 특히 시멘트 소성공정(cement burning process)에서 연소하는 회전식 관 형상의 킬른에 마련되고, 실질적으로 방사모양으로 뻗어 있는 구동 웹(driving web)에 의해 다수의 작은 챔버로 분할되어 있다.
비록 이 장치가 큰 용적의 벌크 재료에 적합한 것일지라도, 보다 미세한 분말형태의 벌크 재료의 경우에 다운스트림 전송장치의 배출과 충전 동안에 문제가 될 수 있다. 특히, 만약에 벌크 재료가 벙커 속에서 유동화되고 그로 인하여 중량측정장치의 배출측에서의 압력보다도 투입측의 압력이 더 높아지는 그러한 벌크 원료의 경우에, 소위 "슈팅(shooting)" 즉 통제되지 않은 반출(conveyance)이 생길 수 있기 때문이다. 회전하고 있는 회전자와 정지 상태의 용기케이스의 부분 사이에 나타나는 그러한 종류의 현상은 운반장애를 야기하고 측정정확도에 상당히 큰 차이를 야기할 수 있다. 게다가, 특히 큰 회전자 지름이나 회전자의 훨씬 더 높은 회전속도를 고려하지 않으면, 이로 인하여 회전자의 혼입 용적(entrainment volume)은 상대적으로 작아진다.
이에 따라, 본 발명의 목적은 가능한 작동능력과 정확도를 고려한 포괄적인 중량측정장치(dose device)를 개선하고자 하는 것이다.
이 목적은 청구항 1의 특징부에 따른 중량측정장치에 의해 달성된다.
이 중량측정장치를 통해 유동하는 원료의 흐름(material stream)이 360°(경우에 따라서는 그보다 더 많다)의 보다 긴 측정구간에서 안내되기 때문에, 서로 오프셋된 배출구(discharge opening)를 가지는 하우징에 제 2(그리고 경우에 따라서는 제 3 또는 제 4의) 중량측정 회전자(dosing rotor)를 동축(同軸)으로 배치한 결과, 운반된 벌크 원료(bulk material)의 통제되지 않은 "슈팅"은 방지된다.
게다가, 이로 인하여 제어된 압력감소는, 특히 2개의 중량측정 회전자(dosing rotor)에 상이한 하우징 용적이 존재하면, 달성된다. 즉, 제 2(그리고 경우에 따라서는 그 다음의) 중량측정 회전자(dose rotor)에서 하우징 용적이 제 1의 경우에서보다도 더 크다면, 압력감소가 달성된다는 것이다. 만약, 제 2의 중량측정 회전자(dosing rotor)가 운반방향에 있어서 제 1 회전자(rotor) 보다도 더 높은 회전속도로 운전되면, 비슷한 효과가 달성될 수도 있다. 그리하여 분말의 벌크 원료들도, 특히 시멘트 생산을 할 때 또는 시멘트를 가득 채울 때에도 회전식 관 형상의 킬른에서의 연료로서의 사용에 상당히 정확하게 분량이 측정된다. 두 개 (또는 그 이상)의 오프셋된 평면에서 360° 또는 그 이상에 걸쳐 운반됨으로써, 총체적으로 상승된 장-단시간 정확도가 달성된다. 그 이유는 상기 벌크 재료가 상대적으로 긴 분량측정 구간에 있어, 경우에 따라서는 여러 번 비중계에 의해 탐지되고, 그에 따라 저장고(storage reservoir)에서 나오는 각각의 후속 운반분량들도 보다 더 정확한 방식으로 조정될 수 있기 때문이다.
이때에 원하는 시일효과(sealing effect)를 얻기 위해서, 상부의 중량측정 회전자(dosing rotor)는 하우징에 꼭 끼워맞춤된다. 반면에, 하부(따라서 압력이 경감된) 중량측정 회전자(dosing rotor)는 그 커버면(하우징의 중간벽)에 대하여 큰 간격치수를 두고 회전될 수 있다.
두 개(또는 그 이상)의 평면에 걸쳐 제 2의 배출구까지 이어지는 측정구간이, 바람직하게는 대략 360° 정도의 각도 이상으로 안내되며, 원료 내지는 압력관계에서 필요하다면, 제 3 또는 제 4의 중량측정 회전자(dosing rotor)들이 제공된 경우에 예를 들어 540° 내지는 720°에 걸친 측정구간을 제공한다. 그러나, 만약 예를 들어 2개의 회전자들(rotors) 사이의 중간 개구부(intermediate opening)가 주입구(charging opening)로부터 90° 또는 120°의 회전각도에 배치된다면, 배출(discharge)은 이미 270° 또는 180°가 지난 다음에도 발생할 수 있다.
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보다 바람직하게는, 표준화를 위하여 구동 웹들이 중량측정 회전자들(dosing rotors)에 설치되고, 따라서 회전운동 동안에 벌크 원료(bulk materials)의 흐름이 "슈팅"경향 없이 운반될 수 있다.
도 1은 중량측정장치(dose apparatus)의 평면도이다.
도 2는 중량측정 장치(dose apparatus)의 측면도이다.
도 3은 중량측정 장치(dose apparatus)의 단면이다.
본 발명의 더욱 향상된 점은 종속 청구항의 대상이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세히 설명한다.
도 1에는, 하우징(4) 내에서 회전하고 있는 서로 중첩하여 상하로 배치된 두 개의 중량측정 회전자(dosing rotor)(3 및 33)(도 3 참조)로 구성된 중량측정장치가 도시되어 있으며, 상기 하우징은 주입구(charge opening)(5)와 그 아래 위치한 배출구(37)를 제외하고는 완전히 폐쇄되어 있다. 상기 주입구(5)와 배출구(37)(도2 및 도3 참조)는 서로 상하로 겹쳐 배치되므로(도3 참조), 일점쇄선으로 도시된 측정구간(2)은 이 경우 대략 360°에 걸쳐서 길게 형성된다. 상기 중량측정 회전자(3과 33)의 양 챔버 사이에 중간 개구(intermediate opening)(7)가 약 180°의 회전각도 위치에 마련되어 있다.
주입구(5)에는 잠금 슬라이드(locking slide)(6)가 설치되며, 이 잠금슬라이드는 그 개방위치에서 도시하지 않은 벙커(bunker) 내지는 저장탱크(store tank) 또는 호퍼(hopper)로부터 공급된 벌크 원료(bulk material)를 유입시킨다. 이 경우에 벌크 원료 저장고(bulk material silo)로부터 중량측정장치(1)까지의 벌크 원료의 이송을 확실하게 하기 위해서, 잠금 슬라이드(6) 대신에 이송보조수단들이 배치될 수도 있다. 잠금 슬라이드(6) 아래에는 하우징(4)이 원료하중을 받으면 수평으로 흔들릴 수 있는 선회축(swiveling axis)(8)을 형성하기 위해, 두 개의 피봇 베어링(pivot bearing)(18)이 배치되어 있다. 도 1의 평면도(평면투영도)를 보면, 선회축(8)은 상부면에 있는 것처럼 보이지만, 상기 선회축은 실제로는 상부 주입구(5)와 하부 배출구(37)의 사이에서 투영되어 표시되어 있다. 바람직하게는, 상기선회축(8)은 상부 주입구(5)의 중심 및 하부 배출구(37)의 중심을 연결하는 선에 수직으로 상부 주입구(5)와 하부 배출구(6)의 사이에서 투영되어 뻗어있다. 이는 순간하중 측정을 할 경우 원료 공급 내지는 배출에 의한 오류영향을 제거하기 위함이다.
여기에서, 예를 들면, 전자식 엔진과 기어로 구성되어 있는 구동장치(9)는 중량측정 회전자(3과 33)를 구동하기 위해서 마련되어 있는 것이다. 이 구동장치의 출력은 두 개의 중량측정 회전자(3과 33)를 위한 수직 구동축(drive shaft)(25)으로 전달되어 상기 수직 구동축을 구동한다. 상기 구동장치(9)는 직접 하우징(4)에 장착(도 2에는 볼트(B)에 의하여 결합되어 있음)되어 있어, 상기 구동장치는 하우징이 선회축(8) 주위로 피봇운동하는 것에 따라 같이 움직일 수 있다. 측정구간(2)을 따라 일련의 벌크 원료가 공급 및 운반되는 것에 의하여 발생되는 상기 선회축(8) 주위로 피봇운동이 일어날 때, 상기 하우징(4)은 정지 상태로 배치된 하중감지기(10)에 의하여 지지된다. 상기 하중감지기는, 여기서 예컨대 인장봉(tow bar)(20)(도 3 참조)에 의해 두 개의 중량측정 회전자(3과 33)를 수용하고 있는 하우징(4)과 결합되어 있다. 본 실시예에서는 상기 하중감지기(10)가 프레임(19)에 고정되어 있으며, 상기 프레임은 역시 정지 상태로 배치된 잠금 슬라이드(6)의 하우징과 결합되어 있다. 그러나, 하중감지기(10)를 위한 별도의 지지 프레임이 제공될 수도 있다.
하중감지기(10)로는 다양한 종류의 로드 셀(load cell)이 사용될 수 있지만, 바람직하게는 신축 측정 띠(extensible measuring strips), 전단력 감지기(shear force detector)와 같은 감지기들이 사용될 수 있다. 이렇게 구성할 경우 측정구간(2)을 지나 운송된 벌크 원료의 무게가 감지되며, 스루풋을 결정하기 위하여 순간하중과 운반속도(conveying speed)의 곱이 형성된다. 스루풋을 변경하거나 원하는 양을 조절하기 위하여, 공지의 제어기(도시하지 않음)에 의해 구동장치(9)와 중량측정 회전자(3 및 33)의 속도가 상기 순간하중 또는 원하는 운반력에 따라서 재조정된다.
각각의 중량측정 회전자(3과 33)는, 별 모양으로 뻗어있고 하우징(4)의 내부 높이(inner height)의 적어도 부분적인 높이(partial height)를 가지는 구동 웹(11)을 구비한다. 하우징(4)의 상부 하우징 벽(22)(도 2와 3 참조)을 통해서 주입 연결편(feed connection piece)(12)이 안내된다.
상기 주입 연결편은 제 1 중량측정 회전자(3)의 챔버 쪽으로 나 있는 하부 출구를 포함하며, 상기 연결편의 중앙을 관통하여 선회축(8)이 연장된다. 각각의 중량측정 회전자(3과 33)의 별모양의 구동 웹(11)은 각각 외부 링(14)을 통해서 서로 연결되어(도 3 참조), 중량측정 회전자(3과 33)의 높은 안정성이 생긴다. 게다가, 상기 외부 링(14)은 그 외측부가 상단 하우징 벽(22)에 가깝게 높이 끌어 당겨져 배치되기 때문에, 주입 연결편(12)의 주입구(5)를 통해서 운반된 벌크 원료가 바깥쪽으로 유출되지 않도록 해준다. 이에 상응하는 것이 매우 동일한 구성을 지닌 하부 중량측정 회전자(33)에도 적용된다.
외부 링(14)은, 본 실시예에서는 바깥쪽으로 플랜지되어 있으며, 상기 링은 하우징 자켓(housing jacket)(21)에 대하여 약간의 유격을 두어 회전된다. 상기 외부 링(14)과 하우징 자켓(21) 사이에는 벌크 원료의 미세 입자들이 고일 수 있는 원주방향의 주변 틈(16)이 형성되며, 이 틈을 통하여 상기 미세 입자들은 보조 구동수단에 의해 칸막이 벽(23)의 중간 개구(7)로, 이어서 배출구(37)쪽으로 운반될 수 있다. 외부 링(14)은 예컨대 구동 웹(11)에만 설치되며, 상기 보조 구동수단들은 바람직하게는 상기 구동 웹의 외측 끝단부에 형성된다. 상기 배출구(37)는 외부 링(14)의 가장자리(edge)를 넘어서 방사 방향으로 돌출되어 주변 틈(16)과 연결되어 있고, 그 결과, 주변 틈에 있는 벌크 재료가 배출구(37)에서 아래쪽으로 떨어지며 이렇게 하여 상기 벌크 재료도 측정구간(2)의 순간 하중과 관련하여 함께 측정된다는 사실을 주목해야 한다. 게다가, 배출 영역의 주변 틈(16)에는 대기압 보다 약간 큰 압력이 존재하므로, 그 결과 배출이 지지되며 입자가 조밀하게 쌓이는 것이 방지된다. 이러한 배출은 송풍장치에 의해서도 지지될 수 있다.
도 2에는 90° 회전한 중량측정장치(1)의 측면도가 도시되어 있는데, 여기서는 특히 피봇 베어링(18)을 통해 형성된 선회축(8)의 진로를 분명히 알 수 있다. 또한, 상기 도 2에는 하우징 자켓(21), 상부 하우징 벽(22) 그리고 하부 하우징 벽(24)을 구비한 하우징(4)의 구성이 도시되어 있다.
상기 하우징(4)은 중간 개구부(7)를 구비한 칸막이 벽(23)을 그 대략 중앙위치에 포함하고 있다(도 3 참조). 칸막이 벽(23)은 상부 하우징 벽(22)쪽으로 약간 옮기어 있다. 따라서, 상부 회전자(3)의 챔버는 하부 회전자(33)의 챔버보다도 약간 낮은 높이를 가진다. 이처럼 상이한 용적을 통해서 압력 감소("완화(relief)")가 달성되고, 그리하여 하부 회전자(33)의 중간개구부(7)로 벌크 원료를 제어되게 방출할 수 있다.
도 3에는 중량측정장치(1)의 부분단면이 도시되어 있는데, 주입구(5) 아래에 별 모양으로(star-shaped) 이어지는 구동 웹(11)을 볼 수 있다. 이 구동 웹은 하우징(4)의 상부에 위치하는 구동장치(9)에 의하여 구동되어, 상기 공급된 벌크 원료를 측정구간(2)을 따라 중간 개구부(7)쪽 방향으로 대략 180°정도 운반하고, 그후 배출구(37)쪽 방향으로 계속해서 180° 운반한다.
이에 따라 오른쪽을 향하는 중량측정 장치(1)의 절반 정도에 순간하중이 생겨서, 선회축(8)과 거리를 두고 배치된 하중감지기(10)가 인장 봉(20)을 통하여 내부에 하중을 받게 된다. 하중감지기(10)는 될 수 있는 한 크고 효과적인 레버 길이(lever length)를 획득하기 위해서 하우징(4)의 둘레에 배치되었지만, 선회축(8)쪽 방향으로 더 멀리 또는 더 가까이 배치될 수도 있다.
상술한 바와 같은 중량측정장치(1)의 구성요소에 더하여, 상기 단면도에는 중량측정 회전자(3과 33) 모두를 구동시키기 위한 중앙 구동축(central drive shaft)(25)과 회전자 허브(26)가 도시되어 있으며, 상기 회전자 허브 상에서 두 개의 중량측정 회전자(3과 33)의 각각의 구동 웹(11)이 별 모양으로 배치되어 있다. 상기 상부의 중량측정 회전자(3)의 구동 웹(11)들은 덮개 벽(22)과 칸막이 벽(23) 사이에 밀접하게 맞추어 진 채 회전한다. 반면에, 하부의 중량측정 회전자(33)는 상기 칸막이 벽(23)에 대하여 보다 큰 간격을 두고서 하부 하우징 벽(24) 상에서 동일한 회전방향으로 회전한다.
그렇게 함으로써, 중량측정장치(1)를 회전 작동시키면, 구동 웹(11)에 원료흐름이 형성되고 이 흐름이 배출구(37)쪽으로 유도된다. 상기 구동 웹(11)을 통한 원료의 일련의 흐름은, 상기 주입 연결편(12)을 통해서도 발생된다. 주입 연결편(12)은 상부 하우징 벽(22)에 고정되어 신축적인 보충기(elastic compensator) 역할을 하도록 만들어져 있는 것이다.
이러한 2개의 중량측정 회전자 3과 33에 의한 측정구간(2)을 이용하면, 공지의 중량측정장치보다 훨씬 더 길고, 이 경우에는 360°에 달하는 측정구간(2)을 통해서, 압력충격이 없는 구조의 중량측정장치(1)를 얻게 된다.
이러한 효과는, 만약 3개 또는 심지어 4개의 중량측정 회전자들을 동일한 수직 구동축(25) 상에서 서로 겹쳐 배치하는 "적층" 구성방식으로 하면, 더욱 향상될 수 있다. 상기에서 도시한 정확한 방사상의 배열 이외에도, 상기 중량측정 회전자(3과 33)의 구동 웹(11)은 약간 만곡되거나 (운반 방향으로) 약간 아치형으로 배치된 구조를 구비할 수도 있음을 주의해야 한다.
또한, 회전속도도 중량측정 회전자 3으로부터 중량측정 회전자 33(그리고 경우에 따라서는 그 다음의 계속 이어지는 회전자들)까지 약간 상향 조정될 수 있다. 예를 들어, 수직 구동축(25) 안에서 회전자(33)용으로 통합된 유성기어(planetary gear)를 통해서 회전수는 조금씩 상향할 수 있다. 따라서, 이에 의하여 배출구(37)를 향하여 더 빠른 방출을 행함으로써, 상부의 중량측정 회전자(3)쪽으로 제어된 압력 감소를 만들 수 있고, 따라서 "슈팅 경향"이 억제된다.

Claims (11)

  1. 벌크 재료의 연속적인 중량측정을 위한 중량측정장치로서, 주입구로부터 오프셋 배출구까지의 측정구간에 걸친 순간하중을 결정하여 선회축 둘레로 구동되는 제 1 중량측정 회전자로 원료의 흐름을 운반하며, 또한, 측정구간에 걸쳐 안내된 원료 흐름의 순간하중을 감지하는 하중감지기를 가지는 중량측정장치에 있어서,
    적어도 하나의 제 2 중량측정 회전자(33)가, 상기 제 1 중량측정 회전자(3)와 동축상에 배치되며,
    상기 제 1 중량측정 회전자(3)와 제 2 중량측정 회전자(33) 사이에 중간 개구(7)가 설치되며, 상기 제 2 중량측정 회전자(33)는 상기 중간 개구(7)와 오프셋된 배출구(37)를 구비하는 것을 특징으로 하는 중량측정장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 중량측정 회전자(3, 33)는 방사상으로 뻗어있는 구동 웹(11)을 가지는 것을 특징으로 하는 중량측정장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 구동 웹(11)이 방사상의 외부 끝부분에서 외부 링(14)과 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 중량측정장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 중량측정 회전자(3, 33)의 외부 링(14)의 지름은 하우징(4)의 지름보다 약간 작게 형성되어 상기 외부 링과 하우징 사이에 주변 틈(circumferential gap:16)이 형성되는 것을 특징으로 하는 중량측정장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 제 1 또는 상부 중량측정 회전자(3)는 중간 개구(7)를 구비하는 하우징(4)의 칸막이 벽(23) 위에서 회전하는 것을 특징으로 하는 중량측정장치.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 제 1 또는 상부 중량측정 회전자(3)는 제 2 하부 중량측정 회전자(33)보다도 더 낮은 높이를 가지는 것을 특징으로 하는 중량측정장치.
  7. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 제 2 또는 그 다음의 중량측정 회전자(33)가 제 1 중량측정 회전자(3)보다도 더 빠른 회전속도로 구동되는 것을 특징으로 하는 중량측정장치.
  8. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 중간 개구(7)와 배출구(37)가 서로 180° 오프셋되어 있는 것을 특징으로 하는 중량측정장치.
  9. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 주입구(5)와 배출구(37)가 서로 360° 또는 그 이상으로 오프셋되어 있는 것을 특징으로 하는 중량측정장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 동축상에 3개의 중량측정회전자가 배치되는 경우에는, 주입구(5)와 배출구(37)가 서로 540°오프셋되어 있는 것을 특징으로 하는 중량측정장치.
  11. 제 9 항에 있어서, 동축상에 4개의 중량측정회전자가 배치되는 경우에는, 주입구(5)와 배출구(37)가 서로 720° 오프셋되어 있는 것을 특징으로 하는 중량측정장치.
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