KR20110018880A - 컨테이너로부터 고체를 배출시키기 위한 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배출 깔때기를 가진 컨테이너로부터 특히 매우 가는 알갱이로 된 고체 또는 고체 혼합물을 중력 방향으로 컨테이너 주요부의 아래로 배출시키기 위한 장치에 관한 것으로, 본 발명의 목적은, 특히 높은 시스템 압력에 있어서 이중벽으로 된 원뿔형 디자인의 단점들을 피하고, 심플한 다용도 디자인을 제공하는 것이다. 이는 배출 깔때기의 일부 (3) 는 컨테이너 (2) 를 향해 있는 상부 영역에서 부분적으로 컨테이너벽 자체에 의해 형성되어 있으며, 상기 컨테이너벽은 원통형 컨테이너 하부 (4) 로 병합되고, 배출 어댑터 (14) 를 지지하고 있는 추가의 부품은, 원통형 컨테이너 하부 (4) 안에 장착되어 있으며 깔때기부 (11) 를 가진 개별 원통형 요소 (9) 에 의해 형성되어 있음으로써 달성된다.

Description

컨테이너로부터 고체를 배출시키기 위한 장치 {DEVICE FOR DISCHARGING A SOLID MATERIAL FROM A CONTAINER}

본 발명은 컨테이너로부터 고체를 배출시키기 위한 장치에 관한 것이다.

고체 연료, 예컨대 여러 가지 석탄, 토탄, 수소화 반응 찌꺼기, 잔여물, 쓰레기, 바이오매스, 비산 먼지 또는 상기 언급된 재료들의 혼합물의 열적 전환시 압력 반응기 안으로의 운반을 가능하게 하기 위해서는, 정상 기압 및 주변 조건들하에 설치된 이용 재료들을 보다 높은 압력하에 열적 전환의 압력레벨로 데려올 필요성이 존재한다. 가능한 열적 방법은 예컨대 유동층 방법 또는 분류층 방법에 따른 압력 연소 또는 압력 가스화일 수 있다.

이를 위해, 매우 가늘게 갈린 연료의 운반 및 중간 저장이 필요하다. 연료를 반응기의 압력레벨로 데려오기 위해서는 일반적으로 슬루스 (sluice) 시스템을 이용하며, 상기 슬루스 시스템에서 연료는 잇달아 접속된 컨테이너들 안에서 압력에 있게 된다. 이때, 작동 안전을 위한 결정적인 기준은, 컨테이너들이 높은 시스템 압력 (system pressures) 에 있게 된 후에도 컨테이너의 신뢰성 있는 비움 (emptying) 이다. 가장 가는 알갱이로 된 및 가는 알갱이로 된 고체를 컨테이너 밖으로 배출시키기 위해, 원칙적으로 여러 가지 방법이 가능하다:

대기압하에 있는 큰 사일로 (silo) 에서는, 주로 기계식 장치들, 예컨대 클리어링 암 (clearing arm) 등을 이용해 고체가 인출된다.

원칙적으로, 고체 벌크는 가스 공급을 통해 중력에 맞서 유동층 상태로 변환될 수 있다. 그 후, 유동층은 액체와 유사하게 거동하며, 배출 개구부들, 측면 접합관 등을 통해 배출될 수 있다. 많은 가스량이 필요하다는 단점이 있다. 또한, 매우 가는 입자들은 균일한 유동층으로 변환되기가 매우 어렵다는 점이 문제를 가중시킨다.

컨테이너로부터 고체 배출을 가능하게 하는 그 밖의 가능성은, 벌크 물질 특성을 고려하면서 원뿔형 배출 기하학적 구조를 제공하는 것이다. 콘 (cone) 밖으로의 고체 배출은 콘벽들로의 가스의 첨가에 의해 도움을 받을 수 있다. 가스량은 일반적으로 유동화를 위해 필요한 양보다 적으며, 하지만 벌크 물질의 벽마찰을 없애고 및/또는 브리지 형성을 위한 국부적인 돌기들을 저지하기에는 충분하다.

후자의 방법은, 가는 알갱이로 된 연료가 대기압하에서 뿐만 아니라 높은 압력하에서도 처리되어야만 하는 상기 기술된 가스화 시설들에서의 바람직한 변형이다. 이때, 필요한 가스량이 제한되고, 동시에 기계식 내부 구조물이 생략된다.

선행기술에 따르면, 다공성 (porous) 요소들을 통해 가스는 배출 콘 (discharge cone) 안으로 안내된다. 상기 다공성 요소들은 바람직하게는 소결 금속으로 구성되며, 하지만 다른 다공성 매체들로 구성될 수도 있다.

선행기술에서는, 배출구 안의 깔때기 또는 콘을 구비한 몇 개의 문헌, 예컨대 DE 41 08 048, EP 3 480 008 B1, FR 1 019 215 A, WO 2004/085578 A1, US 5,106,240, WO 89/11378 또는 US 4,941,779 가 언급된다.

그를 통해 가스가 고체 벌크 안으로 안내되는 모든 콘은 일반적으로 이중벽으로 된 디자인이 사용된다는 공통점을 가지며, 이때 외벽은 주변에 대한 경계를 이루고, 상기 기술된 형태들 중 하나 안에서 가스를 통과시키는 내벽은 고체를 배출 개구부쪽으로 안내한다. 대부분 용접 기술로 설계된 부품들은 상응하는 제조 허용오차 (manufacturing tolerances) 를 가지며, 상기 제조 허용오차는 조립이 최적 위치로부터의 작은 편차를 갖고 실행되도록 할 수 있고, 이는 이미 불리한 응력을 초래할 수 있다. 게다가, 공급된 가스와 배출되어야 하는 고체간의 사실상 서로 다른 온도들이 발생한다. 이로 인해, 부품 안의 응력이 생긴다. 이 응력은 제조 허용오차와 함께 작은 편차를 초래할 수 있으며, 상기 편차는 상승된 누출율 및/또는 수명 단축을 초래한다.

본 발명은 EP 1 551 736 또는 US 2006/0013660 으로부터 출발한다. 본 발명의 목적은 공지의 이중벽으로 된 원뿔형 디자인의 상기 기술된 단점들을 피하는 것이며, 이 이외에 특히 높은 시스템 압력을 위한, 그리고 보다 높은 온도 및 온도기울기 (temperature gradients) 를 위한 그 밖의 이용 영역을 위해 보다 비용 절감적인 해결책을 제공하는 것이다.

이 목적은 도입부에 설명된 유형의 장치에 있어서, 본 발명에 따르면 배출 깔때기 (discharge funnel) 의 일부는 컨테이너를 향해 있는 상부 영역에서 부분적으로 컨테이너벽 자체에 의해 형성되어 있으며, 상기 컨테이너벽은 원통형 컨테이너 하부 (container base) 로 병합되고, 배출 어댑터 (outlet adapter) 를 지지하고 있는 추가의 깔때기부 (funnel part) 는, 상기 원통형 컨테이너 하부 안에 장착되어 있으며 깔때기부를 가진 개별 원통형 요소에 의해 형성됨으로써 달성된다.

본 발명과 함께 일련의 장점이 생기며, 특히 장착 가능성으로 인한 용접 작업에 있어서의 특별한 허용오차를 고려할 필요가 없다. 실링 (sealing) 들은 필요하다면 원통형 요소들에 제공되어 있고, 이는 하기에서 보다 상세히 설명한다.

본 발명의 구현형태들은 종속항들에 기재되어 있다. 이에 따르면, 원통형 하부와, 깔때기부를 가진 원통형 요소는 플랜지들을 이용해 서로 연결될 수 있으며, 이때 플랜지 연결 자체는 이미 동종 문헌에서 이용되고 있고, 하지만 그곳에서는 원뿔 요소들에서 이용된다.

본 발명이 마찬가지로 제공하는 바와 같이, 플랜지를 지니고 있는 상기 원통형 컨테이너 하부와 플랜지를 지니고 있는, 깔때기부의 상기 원통형 요소가 조립 위치에서 서로 약간의 간격을 가지면 바람직하다.

본 발명의 특히 목적에 부합하는 구현형태에 따르면, 상기 깔때기부는 배출 영역에서 원통형 단부영역을 갖고 두 개의 부분으로 형성되어 있으며, 상기 단부영역에는 관 모양의 원통형 배출 어댑터 (outlet adapter) 가 제공되어 있다. 이로써, 상기 장치는, 일종의 모듈 구조가 가능해짐으로써 제조되어야 하는 장치 요소들을 최소화하면서 많은 이용 목적 및 이용 경우에 맞춰질 수 있다.

이 구현형태에 있어서, 상기 배출 어댑터에는 외부 플랜지 (outer flange) 가 제공되어 있고, 상기 외부 플랜지가 상기 깔때기부의 플랜지 디스크 (flange disc) 와 연결될 수 있으면 목적에 부합한다.

본 발명의 그 밖의 구현형태에 따르면, 상기 깔때기부의 본질적인 부분들은 가스 침투성 다공성 벽 - 그 자체가 알려져 있는 바와 같이 - 에 의해 형성되어 있으며, 상기 원통형 요소와 상기 가스 통과성 깔때기벽 사이에는 가스 공급 환형 챔버가 형성되어 있다.

이미 위에서 언급한 바와 같이, 상기 원통형 컨테이너 하부와 상기 깔때기부의 원통형 벽은 서로 약간의 간격을 가지며, 이 경우 본 발명에 따르면 그 밖의 구현형태에서는, 컨테이너의 깔때기벽과 배출 깔때기의 이행 영역 (transition area) 에는 원통형 벽들 사이의 틈새를 가교하는 에이프런 (apron) 이 제공되어 있다.

본 발명의 그 밖의 상세 내용, 특징 및 장점을 하기의 설명 및 도면을 참조로 설명한다.

도 1 은 본 발명에 따른 장치의 개략적인 단면도,
도 2 및 도 3 은 확대된, 하지만 전체적으로 개략화된 배출 깔때기의 상세 부분의 단면들이다.

본 발명은 가는 알갱이로 된 재료, 예컨대 갈린 석탄 또는 비산 먼지 (fly dust) 를 통과시키기 위해 및/또는 저장하기 위해 사용되는 컨테이너로부터 고체를 배출시키기 위한 장치에 관한 것이다.

도 1 에 도시되어 있는 컨테이너 (1) 는 주요부 (main part, 2) 로 구성되며, 상기 주요부는 고체로 채워넣기 위한 상응하는 공급 개구부 (6) 들, 및 가스 공급 및 가스 배출을 위한 도시되어 있지 않은 접합관들 및 측정 접합관 등을 갖추고 있다. 상기 도면은 현척으로 그린 것이 아니며, 특히 상기 주요부는 매우 작게 도시되어 있다. 상기 주요부는 직사각형 횡단면을 가질 수 있을 뿐만 아니라 원통형으로 형성되어 있을 수 있다. 상기 컨테이너의 하부에는 수렴 피스 (converging piece) 인 컨테이너 콘 (container cone, 3) 이 이어지며 (직사각형 또는 원통형, 원뿔형), 그의 하부 단부에는, 연결 플랜지 (5) 를 가진 원통형 컨테이너 하부 (container base, 4) 가 위치한다.

이 원통형 하부 (4) 는 본래의 배출장치 (7) 를 수용하는 데 사용되며, 상기 배출장치는 장치 플랜지 (8) 를 통해 컨테이너 하부 (4) 의 플랜지 (5) 에 고정되어 있다.

배출장치 (7) (도 2 및 도 3 참조) 는 대응 플랜지 (8) 로 구성되며, 상기 대응 플랜지 위에는 원통형 벽 (9) 이 고정되어 있고, 상기 벽의 상부 단부에는 연결피스 (connecting piece, 10) 가 위치하며, 상기 연결피스는 원통형 벽 (9) 으로부터 깔때기부 (11) 로의 이행 (transition) 을 가능하게 한다. 깔때기부 (11) 는 적어도 부분적으로 가스를 통과시키는 구조로 구성되며, 상기 구조는 선행기술에 따르면 예컨대 소결 금속으로 구성되거나 또는 보다 새로운 출원에 따르면 특별히 설계된 개구부들을 가질 수 있다.

부분적으로 가스를 통과시키는 상기 수렴 (converging) 벽에는 연결요소 (connecting element, 12) 가 이어지며, 상기 연결요소는 한편으로는 상기 수렴 벽으로부터 원통형 배출 어댑터 (14) 로의 기하학적 이행 (transition) 을 이루어내고, 다른 한편으로는 상기 연결요소에는 실링 (sealing, 13), 바람직하게는 O 링 실링이 제공되어 있으며, 상기 실링은 연결요소 (12) 와 배출 어댑터 (14) 사이를 밀봉한다. 연결요소 (12) 자체는 상기 수렴부 (converging part) 로부터 상기 원통형 부품으로의 이행이 직접 수행되도록 (도 2 참조) 형성되어 있을 수 있고, 또는 '원활한' 기하학적 이행을 이루기 위해 상기 수렴부로부터 상기 원통형 부품으로의 이행은 반경 (radius) 을 갖고 수행될 수도 있다 (도 3).

배출 어댑터 (14) 는 연결요소 (12) 의 내부 뿐만 아니라 (도 2) 외부에도 (도 3) 제공될 수 있다. 배출 어댑터 (14) 가 내부에서 안내되면, 상부 단부에 챔퍼 (chamfer, 20) 를 제공하는 것이 추천할 만한 가치가 있으며, 상기 챔퍼는, 고체에게 상기 배출 어댑터 안으로의 가능한 한 원활한 이행을 가능하게 하기 위해 수직선에 대해 상기 수렴부와 동일한 각도를 이룬다.

배출 어댑터 (14) 자체는 플랜지 (15) 와 함께 장치 플랜지 (8) 에 고정되어 있다. 플랜지 (15) 안의 보어 (bore) 들에는 장치 플랜지 (8) 와의 나사결합을 위해 필요한 것보다 큰 지름이 제공될 수 있다. 이로 인해, 배출 어댑터 (14) 의 고정시 수평 방향에서의 제조 및 조립 허용오차가 보상 (compensate) 될 수 있다.

배출 어댑터 (14) 에 대해 연결요소 (12) 를 움직여질 수 있는 실링, 예컨대 O 링 실링을 갖고 밀봉함으로써, 수직 방향에서의 허용오차 또는 온도에 의한 팽창이 보상될 수 있고, 동시에 가스 챔버 (22) 는 고체를 안내하는 내부에 대해 밀봉된다.

전체 배출장치 (7) 는 원통형 컨테이너 하부 (4) 의 내부에서 동심적으로 위치하며, 플랜지 (8 및 5) 를 이용해 연결되어 있고, 주변에 대해 밀봉되어 있다. 원통형 컨테이너 하부 (4) 와 배출장치의 원통형 벽 (9) 사이에 생기는 링형 틈새 (23) 의 폭은 원통형 컨테이너 하부 (4) 의 내부 지름 (D 19) 의 5 % 보다 작아야 한다.

컨테이너 (3) 의 상기 수렴부로부터 상기 배출장치로의 고체 흐름을 개선하기 위해, 그리고 동시에 틈새 (23) 를 덮기 위해, 수렴 (converging) 에이프런 (apron, 21) 의 부착이 바람직할 수 있다 (도 3 참조).

하기의 장점들이 상기 제안된 구조로부터 발생한다:

- 제조 기술적 비용의 감소, 왜냐하면 외부 수렴 벽도 제공하는 제안들과는 달리 단 하나의 수렴 벽이 깔때기부 (11) 로서 필요하기 때문이다. 수렴 요소들은 표준 (standard) 으로서 제공되어 있는 원통형 요소들보다 제조 비용이 더 들며, 동시에 훨씬 더 큰 제조 허용오차 (manufacturing tolerances) 를 가진다.

- 보다 높은 압력들을 위한 이용시에서도 제조 기술적 비용은 무시해도 될 정도로 보다 높은데, 왜냐하면 작동압력 (operating pressure) 을 위해 설계되어야 하는 부품들 (플랜지 8, 15, 16, 14) 이 본질적으로 표준 부품들이기 때문이다. 수렴 외벽을 가진 제안에 있어서, 상기 외벽 및 관련 용접연결은 상응하여 큰 압력을 위해 설계될 수 있다. 본 원통형 벽 (9) 은 실링 요소 (13) 와 마찬가지로, 가스 챔버 (22) 로부터 상기 통과시킬 수 있는 수렴 벽을 관류하기 위해 가스가 필요로 하는 차이 압력을 위해서만 설계될 수 있다.

- 제안된 본 구조는 어댑터 플랜지 (15) 를 가진 조정 가능한 배출 어댑터 (14) 를 통한, 수평 방향에서의 제조 기술적 허용오차의 보상을 가능하게 한다.

- 연결요소 (12) 가 실링 (13) 을 통해 배출 어댑터 (14) 와 플렉시블하게 연결되어 있음으로써, 부품 안에 존재하는 온도기울기 (temperature gradients) 에 의해 생성되는 팽창이 보상될 수 있다.

- 제안된 본 구조는 15°내지 85°범위에서의, 수직선에 대한 모든 가능한 경사 각도 (17) 를 위해 적용될 수 있다. 상기 경사 각도는 본질적으로 벌크 재료 특성들에 의해 결정되며, 하지만 가스 통과성 수렴 벽을 통한 가스 공급의 선택된 변형과 벌크 재료 특성과의 조합에 의해서도 결정된다. 이 이외에, 배출 어댑터 (14) 의 선택된 지름도 벌크 재료 특성과 관련하여 각도 (17) 의 선택에 있어 역할을 한다.

- 지름 (D (19)) 의 바람직하게는 5 % 보다 작은 틈새 치수 (d (18)).

- 수렴부로부터 연결피스 (12) 의 원통형 부품으로의 이행 (transition) 은 '각이 지게' (도 2) 수행될 수 있을 뿐만 아니라 반경 (도 3) 을 갖고 수행될 수도 있다.

- 실링 (13) 을 위한 실링 수용부는 연결요소 (12) 의 원통형 부품의 내부 뿐만 아니라 (도 2) 외부에도 (도 3) 제공될 수 있다.

- 실링 (13) 의 수용부는 연결요소 (12) 의 원통형 부품 안 대신 대안적으로 배출 어댑터 (14) 의 원통형 부품 안에 위치할 수 있다.

- 가스 공급부 (16) 로부터 가스 챔버 (22) 안으로 공급된 가스량은 깔때기부 (11) 의 수렴 벽에서의 벌크 재료의 벽마찰이 감소되고 및/또는 중지되도록 치수화될 수 있고, 하지만 동시에 가스량은 지름 (D (19)) 을 가진 횡단면의 최소 유동화를 위해 필요한 것보다 적다.

- 분말 형태 석탄의 경우에서의 적용을 위해, 공급된 가스량은 배출 과정 동안 배출 어댑터 안에서 420 kg/㎥ 보다 큰 밀도가 생기도록 치수화될 수 있다.

1 : 컨테이너
2 : 컨테이너 주요부
3 : 컨테이너 콘
4 : 컨테이너 하부
5 : 플랜지
6 : 공급 접합관
7 : 배출 장치
8 : 장치 플랜지
9 : 원통형 벽
10 : 원통형 벽과 수렴 벽 사이의 연결피스
11 : (깔때기부) 가스를 통과시키는 벽
12 : 연결 및 실링 요소
13 : 실링
14 : 배출 어댑터
15 : 어댑터 플랜지
16 : 가스 공급부
17 : 수직선에 대한 각도
18 : 배출 장치의 원통형 벽과 컨테이너 하부 사이의 간격
19 : 원통형 컨테이너 하부의 지름
20 : 챔퍼
21 : 원뿔형 에이프런
22 : 가스 챔버
23 : 틈새

Claims (7)

1. 특히 매우 가는 알갱이로 된 고체 또는 고체 혼합물을 배출 깔때기를 가진 컨테이너로부터 중력 방향으로 컨테이너 주요부의 아래로 배출시키기 위한 장치에 있어서,
   상기 배출 깔때기의 일부 (3) 는 컨테이너 (2) 를 향해 있는 상부 영역에서 부분적으로 컨테이너벽 자체에 의해 형성되어 있으며, 상기 컨테이너벽은 원통형 컨테이너 하부 (4) 로 병합되고, 배출 어댑터 (14) 를 지지하고 있는 추가의 부품은, 원통형 컨테이너 하부 (4) 안에 장착되어 있으며 깔때기부 (11) 를 가진 개별 원통형 요소 (9) 에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   컨테이너 하부 (4) 와, 깔때기부 (11) 를 가진 원통형 요소 (9) 는 플랜지 (5, 8) 들을 이용해 서로 연결될 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   플랜지 (5) 를 지니고 있는 원통형 컨테이너 하부 (4) 와, 플랜지 (8) 를 지니고 있는, 깔때기부 (11) 를 가진 원통형 요소 (9) 는 조립 위치에서 서로 약간의 간격 (18) 을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
4. 상기 항들 중 어느 한 항에 있어서,
   깔때기부 (11) 는 배출 영역에서 원통형 연결요소 (12) 를 갖고 두 개의 부분으로 형성되어 있으며, 상기 연결요소에는 관 모양의 원통형 배출 어댑터 (14) 가 제공되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
5. 제 4 항에 있어서,
   배출 어댑터 (14) 에는 외부 플랜지 (outer flange, 15) 가 제공되어 있으며, 상기 외부 플랜지는 깔때기부 (7) 의 플랜지 디스크 (flange disc, 8) 와 연결될 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
6. 상기 항들 중 어느 한 항에 있어서,
   깔때기부 (11) 의 본질적인 영역들은 가스를 통과시키는 벽 - 그 자체가 알려져 있는 바와 같이 - 에 의해 형성되어 있으며, 상기 원통형 요소와 상기 가스 통과성 깔때기벽 사이에는 가스 공급 환형 챔버 (22) 가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
7. 상기 항들 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 컨테이너의 상기 깔때기벽과 상기 배출 깔때기의 이행 영역 (transition area) 에는, 원통형 벽 (4, 9) 들 사이의 틈새 (23) 를 가교하는 에이프런 (21) 이 제공되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.

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