KR20120091213A

KR20120091213A - 피스톤 부재, 피스톤 부재를 포함하는 장치, 그리고 피스톤 부재 및 장치의 방법 및 용도

Info

Publication number: KR20120091213A
Application number: KR1020127012425A
Authority: KR
Inventors: 토마스 코치; 피터 프리에흘링
Original assignee: 티케이 에너지 에이/에스
Priority date: 2009-10-14
Filing date: 2010-10-13
Publication date: 2012-08-17
Also published as: JP5911802B2; CN102648376B; AU2010306212B8; EP2488793A2; US8721299B2; JP2013507563A; AU2010306212A1; AU2010306212B2; WO2011044911A3; CN102648376A; WO2011044911A2; US20120213647A1; BR112012008824A2

Abstract

피스톤(3, 3', 3")을 구비하는 피스톤 로드(4)를 포함하는 피스톤 부재(1, 1', 1")는 실린더 배럴(5, 6, 7, 5', 6', 7', 5", 6", 7") 내부에서 왕복하기 위해 기능하고, 상기 피스톤(3, 3', 3")은 실린더 배럴 챔버(34a, 34a', 34a", 34b, 34b', 34b")를 피스톤(3, 3', 3")에 대향하는 근접 캡 부착 단부(35a, 35a', 35a")를 갖는 근접 실린더 배럴 챔버(34a, 34a', 34a") 및 피스톤(3, 3', 3")에 대향하는 말단 실린더 배럴 단부(35b, 35b', 35b")를 갖는 말단 실린더 배럴 챔버(34b, 34b', 34b")로 분할한다. 피스톤 부재는 말단 실린더 배럴 단부(35b, 35b', 35b")에서 말단 실린더 배럴 챔버(34b, 34b', 34b") 내부에 배열되는 하나 이상의 밀봉 링(8, 8', 8") 또는 시트를 포함한다. 바람직하게는, 3개의 연속적인 피스톤 부재(1, 1', 1")가 가스화기에 석탄 분말을 운반하기 위해 장치 내에서 직렬로 작동하도록 배열된다. 실린더 배럴 내부의 피스톤의 이동은 고압 반응기로 석탄 분말의 배분된 분량을 운반하기 위해 서로에 관련하여 제어된다.

Description

피스톤 부재, 피스톤 부재를 포함하는 장치, 그리고 피스톤 부재 및 장치의 방법 및 용도 {A PISTON MEMBER, AN APPARATUS COMPRISING THE PISTON MEMBER, AND METHODS AND USE OF THE PISTON MEMBER AND THE APPARATUS}

본 발명은 실린더 배럴 내부에서 왕복하는 피스톤을 구비하는 피스톤 로드를 포함하는 피스톤 부재에 관한 것으로서, 상기 피스톤은 실린더 배럴 챔버를 피스톤에 대향하는 근접 캡 부착된(capped) 단부를 갖는 근접 실린더 배럴 챔버 및 피스톤에 대향하는 말단 실린더 배럴 단부를 갖는 말단 실린더 배럴 챔버로 분할한다.

본 발명은 또한 가스화기 또는 반응기와 같은 수용기에 배분된 재료 분량(batch)를 연속적으로 운반하기 위한 장치에 관한 것이다.

본 발명은 또한 고압 하에서 가스화기 또는 반응기와 같은 수용기에 배분된 재료 분량을 연속적으로 운반하기 위한 방법에 관한 것이다.

특히, 본 발명은 석탄 분말 및 다른 고체 재료를 운반하기 위한 장치 및 방법의 용도에 관한 것이다.

화석 연료, 바이오매스 또는 폐기물의 가스화는 현재 전기를 발생시키기 위해 산업적인 규모로 광범위하게 사용되고 있다. 가스화는 700℃ 초과의 상승된 온도에서의 화학 프로세스에 의존하는데, 이는 특히 독성 가스 및 폭발성 가스의 존재에 기인하여 원재료가 가스화기로 연속적으로 공급될 때 안전 규제에 대한 높은 요구를 부과한다. 가스화기에서, 탄소질 원재료는 다수의 상이한 프로세스를 경험한다. 먼저, 탄소질 입자가 가열됨에 따라 열분해 프로세스가 발생한다. 휘발성 가스가 배출되고, 목탄(char)이 생성되어 석탄의 중량 손실을 초래한다. 이 프로세스는 탄소질 재료의 특성에 의존하고 목탄의 구조 및 조성을 결정하는데, 이 목탄은 이어서 가스화 반응을 경험한다. 다음에, 휘발성 생성물 및 목탄의 일부는 산소와 반응하여 연소 프로세스에서 이산화탄소 및 일산화탄소를 형성하는데, 이는 목탄이 이산화탄소 및 증기와 반응하여 일산화탄소 및 수소를 생성하는 후속의 가스화 반응을 위한 열을 제공한다. 산소 또는 공기를 가스화 시스템 내에 도입함으로써, 유기 재료는 추가의 유기 재료를 수소 및 부가의 이산화탄소로 변환하는 제2 반응을 추진하기 위해 일산화탄소 및 에너지로 변환된다.

그러나, 고압 반응기 내로의 고체의 공급은 높은 설비 비용 및 열악한 재료 특징의 모두에 기인하여 항상 곤란해 왔다. 압력에 대항하여 공급하기 위한 가장 통상적으로 사용되는 원리인 록 호퍼(lock hopper)는 압축 및 전달을 위해 사용된 불활성 가스의 매우 높은 소비의 심각한 문제점을 갖는다. 이는 특히 저밀도를 갖거나 브리지를 형성하는 경향을 갖는 고체를 공급하는 경우에 해당한다. 록 호퍼의 하나의 다른 주요 단점은 이것이 분량식(batch type) 작업이라는 것이다. 호퍼들 사이의 밸브는 이동하는 동안 고농도의 고체로 작동 가능해야 하기 때문에, 밸브는 작동 조건 하에서 고착 및 밀봉 실패를 받게 된다. 감압 밸브 및 통기 라인의 모두는 차압의 영향 하에서 그를 통한 경질 고체의 급속 이동의 결과로서 심각한 마모 조건을 받게 된다. 이러한 시스템은 따라서 시퀀스 제어 실패를 받게 되고 높은 비용에 기인하여 연속 작동에는 부적합하다.

EP 1 425 089호는 상이한 압력의 구역 사이의 미립자 생성물의 전달을 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 수문 시스템(sluice system)에서, 입자 생성물이 먼저 분배 장치를 통해 운반되는데, 이 분배 장치는 균일한 무입자 공간에 의해 분할된 일련의 균일한 생성물부를 생성한다. 이어서, 생성물부는 수문 장치를 통해 개별적으로 운반되고, 이 수문 장치는 하나 이상의 수문 챔버 및 그 적어도 하나가 2개의 압력 구역 사이의 압력 밀폐형 배리어를 항상 고정하는 2개의 압력 로크를 포함하고, 생성물부는 그 축이 수문 챔버의 축과 실질적으로 정렬되어 있는 피스톤 스크류에 의해 제1 구역으로부터 수문 챔버 내로 강제로 반입(loading)되고, 생성물부는 상기 피스톤 스크류 또는 피스톤에 의해 또는 제2 압력 구역의 압력보다 높은 압력에서 공급된 가스, 증기 또는 액체에 의해 수문 챔버로부터 제2 압력 구역 내로 강제로 반출(unloading)된다. EP 1 425 089호에 설명된 장치의 밀봉면은 장치가 누설이 쉬운 점에서 마모 발생에 매우 취약하다. 가스가 압력 유체로서 사용되면, 수문 챔버 내에서 압축된 가스는 수문 챔버가 재차 충전되기 위해 감압되어야 하기 때문에 배출되어야 한다. 따라서, 수문 챔버로부터의 가스는 각각의 피스톤 행정 중에 분위기로 배출될 수 있다. 이는 장치가 단지 가연성, 폭발성 또는 독성이 아닌 분위기 내로 공급될 수 있거나, 불활성 누설 가스, 즉 공급 메커니즘 내의 임의의 누설로부터 발생하는 가스의 소비가 매우 높을 수 있음을 의미한다.

본 발명에 따른 주 양태에서, 종래 기술의 단점이 개선될 수 있는 피스톤 부재, 장치 및 방법이 제공된다.

본 발명에 따른 제2 양태에서, 재료가 안전 위험 없이 가연성, 폭발성 및/또는 독성 분위기 내로 운반될 수 있는 피스톤 부재, 장치 및 방법이 제공된다.

본 발명에 따른 제3 양태에서, 종래 공지되어 있는 것보다 낮은 마모 파괴(wear down) 빈도를 갖는 피스톤 부재 및 장치가 제공된다.

본 발명에 따른 제4 양태에서, 장치 구성 요소가 최소 비용 및 휴지 시간으로 교체될 수 있는 장치가 제공된다.

본 발명에 따른 제5 양태에서, 가연성 재료의 미세 입자가 막힘 없이 가스화기 또는 반응기를 포함하는 수용기에 운반될 수 있는 피스톤 부재, 장치 및 방법이 제공된다.

본 발명에 따른 제6 양태에서, 브리징 없이 고온 수용기에 배분된 재료 분량을 연속적으로 운반하기 위한 장치가 제공된다.

상기 양태들 중 적어도 하나가 본 발명에 따라 성취되는 신규하고 고유한 특징은 하나 이상의 밀봉 링 또는 시트, 바람직하게는 연성 밀봉 링 또는 연성 시트가 말단 실린더 배럴 단부에서 말단 실린더 배럴 챔버 내부에 배열된다.

본 발명의 범주 내에서, "연성 재료"는 파괴 없이 소성 변형되는 기계적 특성을 갖는 재료로서 정의된다.

연성 밀봉 링 또는 연성 시트는, 유체 밀폐형 밀봉부가 실린더 배럴 챔버, 연성 밀봉 링 또는 시트 및 피스톤의 접촉면들 사이에 생성되는 정도로 연성 밀봉 링 또는 연성 시트가 변형되게 하는 힘에 의해 전방 방향 피스톤 행정시에 피스톤에 의해 타격된다. 시트는 내부 실린더 배럴 상의 환형 돌출부에 의해 구성될 수 있거나 별도로 삽입된 밀봉 링으로 구성될 수 있다. 전자의 경우에, 전체 실린더 배럴부가 교체되어야 하고, 후자의 경우에 단지 밀봉 링만이 교체가 요구된다. 양 경우에, 시트 또는 밀봉 링은 실린더 배럴 챔버의 감소된 직경의 환형 돌출 단부 섹션을 구성하고, 이 단부 섹션은 전방 방향 피스톤 행정의 종점에서 피스톤의 전방에 재료를 운반하는 피스톤에 의해 타격된다. 피스톤 부재는 따라서 피스톤의 축방향 길이보다 긴 피스톤의 이동을 갖도록 설계된다.

연성 밀봉 링 또는 연성 시트의 재료의 연성에 기인하여, 상기 연성 밀봉 링 또는 연성 시트는 복귀 피스톤 행정 중에 그 원래 형태를 다시 취한다. 따라서, 연성 밀봉 링 또는 연성 시트는 피스톤과 실린더 배럴을 밀봉 가능하게 결합하기 위해 유리하게 이동하는 시트로서 기능한다. 피스톤에 의해 타격될 때 연성 밀봉 링 또는 연성 시트의 충분한 변형을 생성하는 피스톤 부재의 바람직한 실시예는 경질 금속, 예를 들어 경화강으로부터 제조된 피스톤 및 연성 금속, 예를 들어 오스테나이트 스테인레스강으로부터 제조된 연성 밀봉 링 또는 연성 시트를 포함한다. 오스테나이트 스테인레스강은 피스톤 부재와 연성 밀봉 링 또는 연성 시트의 구성 요소들 사이에 매우 신뢰적인 금속간 밀봉부를 생성하는 높은 연성 및 높은 최대 인장 강도를 갖고, 여기서 연성 밀봉 링 또는 연성 시트는 유리하게는 각각의 피스톤 행정 후에 재생된다. 이 실시예는 고압축된 수용기에 고체 가연성 재료를 운반하기 위해 사용을 위해 적합하다.

밀봉 링 또는 시트가 연성이 아닌 금속으로 제조되는 경우에, 상기 밀봉 링 또는 시트는 그 형상을 다시 취하는 것이 가능하지 않지만, 밀봉 능력은 피스톤 부재 및 밀봉 링 또는 시트의 구성 요소들 사이의 친밀한 금속간 밀봉부에 기인하여 여전히 존재하고 신뢰적이다. 이 실시예에서, 밀봉 링 또는 시트는 실린더 배럴과 함께 주조될 수 있다.

밀봉 링 또는 시트가 연성 재료로 제조되는지 여부에 무관하게, 밀봉 링 또는 시트는 일단 유지 보수 중의 휴지 시간이 연장되는 통상의 장치에 대조적으로, 일단 마모가 신뢰적인 밀봉을 유지하기 위해 이를 요구하면 저비용으로 교체될 수 있다.

이러한 밀봉 링 또는 시트의 추가의 장점은 퇴적물, 응집 물질 또는 임의의 이물질이 밀봉 구성 요소, 즉 밀봉 링 또는 시트의 밀봉 특성에 대한 유해한 결과 없이 분해되거나 절단될 수 있다는 것이다. 밀봉 링 또는 시트의 에지는 피스톤에 의해 타격될 때 실린더 배럴 내에 존재하는 임의의 운반된 재료를 위한 절단 나이프로서 기능하고, 따라서 밀봉 링 또는 시트의 고유의 유리한 추가의 특성이 실린더 배럴 내의 막힘 및 축적을 방지하기 위한 도구로서 기능한다.

유리하게는, 피스톤은 재료가 수용기로 운반되는 도중에 중간 격실의 총 체적과 피스톤의 체적의 차이를 보상하기 위해 말단 실린더 배럴 챔버를 향해 지향하는 전방 노즈부(nose)를 가질 수 있다. 운반은 운반 프로세스가 압력을 중립으로 유지하기 위해, 중간 격실의 체적에 실질적으로 각각 대응하는 체적의 연속적인 배분된 분량로 연속적으로 실행될 수 있다. 따라서, 노즈부는 노즈부가 상기 중간 격실 내부로 돌출될 때 중간 격실의 총 체적이 피스톤의 체적에 근접하게 되도록 바람직하게 설계된다. 체적들 사이의 차이는 2개의 관형 부재가 서로 유체 연통하여 결합될 때 요구되는 커플링 플랜지에 기인하여 그리고 피스톤 및 공급 챔버의 제조 공차에 기인하여 발생한다. 크기 및 형상에 대해 돌출 노즈부를 적절하게 치수 설정함으로써, 피스톤과 중간 격실의 체적 사이의 상기 체적비의 제어가 얻어질 수 있다. 노즈부는 피스톤 행정에 영향을 미치지 않는 또는 피스톤의 왕복 이동을 방해하지 않는 임의의 적절한 디자인을 가질 수 있고, 따라서 유리하게는 피스톤은 또한 피스톤 축 둘레에서 회전하는 것이 방지되어 다수의 협동하는 피스톤 부재 상의 피스톤 상의 노즈부에 대한 여유각 및 여유 면적을 더 보장한다.

바람직한 실시예에서, 노즈부는 노즈부를 구비한 피스톤에 대해 수직으로 왕복하는 다른 피스톤에 대한 공간을 제공하도록 구성된 축방향 절결부 또는 축방향 오목부를 갖는다.

예시적인 중간 격실은 예를 들어 이하에 더 상세히 설명되는 바와 같이, 서로 실질적으로 수직으로 배열된 연속적인 왕복 협동 피스톤 부재에 의해 설정된 일시적인 중간 격실이다. 체적비의 예로서, 중간 격실의 체적과 피스톤의 체적 사이의 비가 11:10이면, 피스톤 부재는 10 bar의 배압에서 가스를 운반하지 않을 것이다. 고체 재료는 중간 격실 내의 체적의 일부를 차지하기 때문에, 또한 최대 100 bar 반응기 압력의 중립 압력을 얻는 것이 가능하다.

일반적으로, 압축된 반응기에 공급하는 협동하는 피스톤 부재의 수문 시스템은 밀폐형은 아니고 일산화탄소와 같은 기체 물질이 주위로 누설되거나 분위기 공기가 수문 시스템의 작동 프로세스 내로 도입되는 결과로 가스의 유동을 유도한다. 통상의 피스톤 부재 용례에서, 선형 밀봉의 기능성의 저하가 작동 기간 후에 종종 검출된다. 피스톤이 바이오매스 또는 석탄 분말과 같은 매우 마모성인 고체 재료와 접촉할 때, 이 기간은 허용 불가능하게 짧을 수 있다.

피스톤 부재가 유체 밀폐형 방식으로 갑자기 작동을 중지하면, 피스톤 부재는 피스톤 부재와 직접 또는 간접 통신하여 반응기로부터 또는 실린더 배럴 챔버를 통해 압축 가스 또는 유체의 누설을 검출하기 위한 수단을 가질 수 있다.

압축 가스 또는 유체의 누설을 검출하기 위한 수단의 예시적인 실시예는 피스톤과 실린더 배럴의 내부벽 사이의 원주방향 간극 및 실린더 배럴 챔버 벽 내에 또는 벽에 배열된 2개의 이격된 환형 밀봉 부재에 의해 구획된 압축 챔버와 유체 연통하는 압력 측정 기구를 포함할 수 있다.

본 출원에서 사용을 위해, 용어 "압축 챔버"는 주위 환경의 압력을 초과하는 압력을 갖는 챔버로서 이해되어야 한다.

결국에는, 피스톤 배럴 챔버의 단부에서 밀봉 링 또는 시트, 즉 피스톤 행정의 종점에 위치된 밀봉 링은 예를 들어 마모에 의해 다수의 피스톤 행정 중에 비효과적이거나 결함이 있게 되고, 또는 더 경질의 구성 요소와 접촉에 기인하여 손상된다. 이 때, 밀봉 링 또는 시트를 즉시 교체하는 것이 매우 중요하다. 따라서, 누설의 조기 검출이 피스톤 부재의 효과적이고 적당하고 유익한 작동을 위해 중요하다. 또한, 공기 또는 가스가 피스톤 부재로부터 틈새, 균열, 열악한 용접부를 경유하여 또는 열악한 플랜지 커플링을 경유하여 탈출할 수 있을 뿐만 아니라 공기가 이러한 위치에서 피스톤 부재에 진입할 수 있다. 임의의 상황에서, 공기 또는 가스는 검출 구역 내의 오일 압력이 증가하거나 감소하고 즉시 누설이 발생하는 것을 나타내게 할 수 있다. 따라서, 압력이 고정된 표준 압력 또는 압력 간격으로부터 벗어나는 것의 임의의 표시가 누설의 존재의 표시가다.

압력 측정 기구가 파이프를 경유하여 압축 챔버와 유체 연통하고 있으면, 선형 밀봉부를 구성하는 압축 챔버는 수용기에서의 압력보다 높은 오일 압력에서 압축 오일로 충전될 수 있다. 이격된 환형 밀봉 부재는 연장된 수명을 갖는 신뢰적인 압축 챔버를 제공하기 위해 상기 파이프의 대향 측면들 상에 배열될 수 있다. 밀봉 링 또는 시트에 대향하여, 피스톤은 일관적으로 오일 공급될 수 있다. 왕복 시스템의 임의의 부분의 누설은, 수용기에서의 압력과 같은 왕복 시스템 내의 압력이 원하는 레벨 미만으로 강하하면 기체 물질이 오일 파이프를 경유하여 압력 측정 기구로 압축 챔버 내로 강제로 또는 자체로 탈출할 수 있기 때문에 즉시 검출된다. 압력 측정 기구는 압력이 원하지 않는 레벨로 강하되어 있고 측정이 누설의 원인을 교정하기 위해 취해질 필요가 있다는 경보 또는 다른 표시를 트리거링할 수 있다.

바람직하게는, 환형 밀봉 수단 부재는 실린더 배럴 챔버의 내부 환형벽 내의 리세스 내에 배열된 립 밀봉부 또는 하나 이상의 O-링이다. 립 밀봉부는 오일의 누설 및 압축 챔버로의 오염물의 침입을 방지하기 위해 왕복 피스톤에 대해 마찰되는 가요성 립을 갖는다. 일단 누설이 존재하면, 밀봉 능력은 부적절하고, 이는 피스톤의 이동 속도에 영향을 미치는 것을 포함하는, 피스톤 부재에 대한 다수의 상이한 영향을 가질 수 있다. 압축 챔버 내의 오일 압력은 압력차를 평형화하려고 시도하고, 이 작용은 압력 측정 기구에 의해 등록된다. 무수히 많은 유형의 배타적인 립이 본 발명의 범주 내에서 사용될 수도 있다.

하나 이상의 원주방향 슬라이드 밀봉부가 실린더 배럴 내부의 피스톤의 원활한 왕복 이동을 용이하게 하기 위해 압축 챔버로의 파이프 입구와 환형 밀봉 부재 사이에 삽입된 실린더 배럴 챔버 내에 배열될 수 있고, 바람직한 실시예에서 테플론

밀봉부일 수 있다.

밀봉 링 또는 시트는 피스톤 행정의 종점에서 피스톤에 의해 운반된 재료를 위한 중간 격실 또는 다른 수용기로의 전이부에서 말단 실린더 배럴에서 효과적인 밀봉을 얻기 위해 말단 실린더 배럴 챔버의 내경의 2‰ 내지 2%의 거리에서 말단 실린더 배럴 챔버 내부에서 반경방향으로 연장하도록 치수 설정될 수 있다. 이 밀봉 능력은 피스톤 부재가 실린더 배럴과 피스톤 사이를 밀봉하기 위해 밀봉 링을 변형시키거나 접촉하도록 적용된 행정 길이를 갖고 치수 설정되면 더 보장된다.

전술된 바와 같이, 본 발명은 또한 전술된 피스톤 부재를 적어도 사용하여 수용기에 배분된 재료 분량을 연속적으로 운반하기 위한 장치에 관한 것이다. 수용기는 예를 들어 고압에서 고체 입자 재료를 연소하는 가스화기 또는 반응기일 수 있지만, 피스톤 부재는 단지 임의의 수용기로 재료를 운반하고 전달할 수 있기 때문에, 수용기는 고압에서 작동하는 종류의 것일 필요는 없고, 본 발명의 범주 내에서 임의의 종류의 재료가 신뢰적이고 확실한 방식으로 임의의 종류의 수용기로 운반될 수 있다.

높은 프로세스 압력에서 동작하는 수용기에 배분된 재료 분량을 연속적으로 운반하기 위해 사용을 위해 특히 적합한 장치는 전술된 종류의 적어도 3개의 피스톤 부재를 포함할 수 있다. 이러한 장치는 배분된 재료 분량이 원재료와 수용기 사이의 임의의 유체 연통이 제거되고 배제되어 있고 브리징이 발생하지 않는 시스템에서 수용기에 개별 부분으로서 전달되는 수문 시스템으로서 유리하게 기능한다.

이러한 장치의 바람직한 실시예는

- 제1 피스톤 부재가 운반될 재료를 수용하고, 제1 피스톤 부재는 실린더 배럴 내부에서 왕복하는 제1 피스톤을 갖고, 제1 피스톤은 제1 실린더 배럴의 제1 실린더 배럴 챔버를 제1 캡 부착 단부를 갖는 제1 근접 실린더 배럴 챔버 및 대향하는 제1 말단 실린더 배럴 단부를 갖는 제1 말단 실린더 배럴 챔버로 분할하고,

- 제2 피스톤 부재가 제2 실린더 배럴 내부에서 왕복하는 제2 피스톤을 가질 수 있고, 제2 피스톤은 제2 실린더 배럴의 제2 실린더 배럴 챔버를 제2 캡 부착 단부를 갖는 제2 근접 실린더 배럴 챔버 및 대향하는 제2 말단 실린더 배럴 단부를 갖는 제2 말단 실린더 배럴 챔버로 분할하고,

- 제3 피스톤 부재가 제3 실린더 배럴 내부에서 왕복하는 제3 피스톤을 가질 수 있고, 제3 피스톤은 제3 실린더 배럴의 제3 실린더 배럴 챔버를 제3 캡 부착 단부를 갖는 제3 근접 실린더 배럴 챔버 및 대향하는 제3 말단 실린더 배럴 단부를 갖는 제3 말단 실린더 배럴 챔버로 분할하고,

- 제1 피스톤 부재는 그 제1 전방 방향 피스톤 행정시에 제1 말단 실린더 배럴 챔버로 공급된 재료를 적어도 제2 말단 실린더 배럴 챔버 및 그 제3 말단 단부에 위치된 제3 피스톤에 의해 형성된 제1 중간 격실 또는 수문 내로 운반할 수 있고,

- 제2 피스톤 부재는 그 제2 전방 방향 피스톤 행정시에 제1 중간 격실 또는 수문으로부터 제3 말단 실린더 배럴 챔버, 제2 피스톤의 말단 단부 및 수용기에 의해 형성된 제2 격실로 재료를 운반할 수 있도록 유리하게 구성될 수 있다.

이러한 장치에 의해, 재료를 압축하지 않고 교번적인 피스톤 행정에서 피스톤 부재의 피스톤에 의해 재료를 전방으로 압박하지 않고 예를 들어 가스화기 또는 반응기에 고체 재료를 운반하는 것이 가능하다. 이들의 각각의 실린더 배럴 내부에서 순차적으로 동작하는 피스톤의 제어된 왕복 이동에 의해 형성된 제한된 중간 격실 또는 수문에 기인하여, 원재료 피더와 수용기 사이에 직접적인 연통이 존재하지 않는다. 브리징은 전혀 발생하지 않고, 장치는 공지의 스크류 피더 시스템보다 안전하고, 높은 작동 용량을 갖고, 양호한 동작 순서로 용이하게 유지된다. 작동 실패 또는 정지와 같은 작동 문제점은 드물지만, 발생하면 예를 들어 마모를 받게 되는 밀봉 링과 같은 구성 요소의 빈번한 매우 간단한 교체에 의해 신속하고 용이하게 교정된다. 전체 공급 사이클 중에, 수용기 내의 프로세스 압력에 대한 우수한 기계적 밀봉부가 설정되어 유지될 수 있다.

재료는 서로 연통하여 배열되어 있어 제1 피스톤 부재의 제1 피스톤이 제2 실린더의 제2 실린더 배럴 챔버로 재료를 전달하는 것을 가능하게 하는 각각의 실린더 배럴 내에서 피스톤을 왕복함으로서 제공된 작동 사이클에서 일시적인 중간 격실을 통해 순차적으로 압박되고, 일단 이러한 것이 발생하면 제2 피스톤이 배분된 재료 분량을 제3 피스톤 부재의 제3 실린더 배럴 챔버 내로 전달할 수 있게 하고, 그 제3 피스톤은 결국에는 배분된 재료 분량을 수용기 내로 압박한다. 작동 사이클 단계 중에, 재료의 다음의 배분된 분량은 미리 사이클에서 진행될 수 있어 중간 격실이 반복적으로 충전되게 한다. 따라서, 작동 사이클은 재차 연속적으로 반복된다. 피스톤 부재는 재료를 압축하지 않고 전방으로 재료를 이동시키고 입경 분포(PSD)는 실질적으로 방해받지 않는다.

바람직하게는 연성 금속으로 제조된 하나 이상의 밀봉 링 또는 시트는 재료를 최종 수용기로 전달하기 위한 수문 시스템을 형성하는 중간 격실의 밀봉을 제공하는 것에 기여한다. 초기 조직 및 입경 분포는 전체 운반 중에 유지된다.

단지 하나의 피스톤 부재만이 작동 사이클에서 수용기에 배분된 재료 분량을 연속적으로 전달하기 위해 요구되고, 이 작동 사이클은

- 근접 단부로 피스톤을 수축시켜 말단 실린더 배럴 챔버를 확장하는 단계,

- 재료를 말단 실린더 배럴 챔버에 공급하는 단계,

- 실린더 배럴의 말단 단부를 향해 피스톤 행정을 수행하여 배분된 재료 분량을 수용기에 전달하는 단계를 포함한다.

이 간단한 방법은 재료가 압축되지 않는 수용기에 전달되어야 하는 경우에 바람직할 수 있다.

하나 초과의 피스톤 부재를 포함하는 본 발명에 따른 바람직한 방법은 제1 피스톤 부재에 배분된 원재료 분량을 연속적으로 공급하는 단계와, 제1 피스톤 부재의 제1 피스톤, 제2 피스톤 부재의 제2 피스톤 및 제3 피스톤 부재의 제3 피스톤을 반복 피더 사이클에서 왕복시킴으로써 수용기에 원재료의 분량을 운반하도록 장치를 작동시키는 단계를 포함하고, 피스톤은 제1 피스톤 부재의 제1 말단 실린더 배럴 챔버에 공급된 재료의 분량의 시퀀스를 위해 중간 격실을 형성하도록 위치된다.

본 발명에 따른 바람직한 방법은

(a) 제1 실린더 배럴의 근접 단부에 제1 피스톤을 배열하는 단계,

(b) 제2 실린더 배럴의 말단 단부에 제2 피스톤을 배열하고 제3 실린더 배럴의 말단 단부에 제3 피스톤을 배열하는 단계,

(c) 제2 피스톤을 제2 실린더 배럴의 근접 단부로 복귀하는 동안 고압 하에서 수용기에 전달될 배분된 원재료 분량을 제1 말단 실린더 배럴 챔버에 공급하는 단계,

(d) 제1 실린더 배럴의 말단 단부를 향해 제1 피스톤을 이동시켜 제2 피스톤 부재의 제2 피스톤의 전방에서 제1 중간 격실 내로 원재료를 공급하고, 제1 피스톤 및 제1 밀봉 링 또는 시트에 의해 제1 실린더 배럴과 제2 실린더 배럴 사이에 밀봉부를 제공하는 단계,

(e) 제3 실린더 배럴의 근접 단부로 제3 피스톤을 이동하여 제1 실린더 배럴과 제2 실린더 배럴 사이에 밀봉부를 유지하는 단계,

(f) 제2 실린더 배럴의 말단 단부를 향해 제2 피스톤을 이동시켜 제2 밀봉 링 또는 시트 및 제2 피스톤에 의해 제2 실린더 배럴과 제3 실린더 배럴 사이에 밀봉부를 제공하고, 제3 피스톤 부재의 제3 피스톤의 전방에서 제2 중간 격실 내에 원재료를 공급하는 단계,

(g) 제1 피스톤을 제1 실린더 배럴의 근접 단부로 복귀시키면서 동시에 제3 피스톤이 제3 실린더 배럴의 말단 단부로 이동하여 수용기에 배분된 원재료 분량을 전달하는 동안 밀봉부를 유지하는 단계, 및

(h) 단계 (b) 내지 (g)를 반복하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따른 변형된 방법에서, 모든 피스톤 부재는 작동 사이클을 반복할 때 개방된다.

따라서, 변형 실시예에서, 본 발명은

(a') 제1 실린더 배럴의 근접 단부에 제1 피스톤을 배열하고, 제2 실린더 배럴의 근접 단부에 제2 피스톤을 배열하고, 제3 실린더 배럴의 근접 단부에 제3 피스톤을 배열하는 작동 사이클 단계,

(b') 제1 실린더 배럴의 말단 단부에 제1 피스톤을 배열하고, 제2 실린더 배럴의 말단 단부에 제2 피스톤을 배열하고, 제3 실린더 배럴의 말단 단부에 제3 피스톤을 배열하는 작동 사이클 단계,

(c') 제2 실린더 배럴의 근접 단부에 제2 피스톤을 배열하고, 제1 실린더 배럴의 근접 단부에 제1 피스톤을 배열하는 작동 사이클 단계,

(d') 제1 말단 실린더 배럴 챔버로 고압 하에서 수용기로 전달될 배분된 원재료 분량을 공급하고 제1 실린더 배럴의 말단 단부를 향해 제1 피스톤을 이동시켜 제1 격실 내로 원재료의 분량을 공급하는 작동 사이클 단계,

(e') 제3 실린더 배럴의 근접 단부를 향해 제3 피스톤을 수축하는 작동 사이클 단계,

(f') 제2 실린더 배럴의 말단 단부를 향해 제2 피스톤을 이동시켜 제2 격실 내로 원재료의 분량을 공급하는 작동 사이클 단계,

(g') 제3 실린더 배럴의 근접 단부를 향해 제3 피스톤을 이동시키는 작동 사이클 단계,

(h') 단계 (c') 내지 (g')를 반복하는 작동 사이클 단계를 포함할 수 있다.

피스톤 부재, 장치 또는 방법의 상기 실시예 중 임의의 하나에서, 하나 이상의 피스톤 부재는 유압식 또는 공압식일 수 있다.

본 발명이 이제 3개의 피스톤 부재를 갖는 장치를 예시하고 있는 예에 의해 설명될 것이다. 적절한 것으로 고려되면 3개 초과의 피스톤 부재가 본 발명에 따른 장치에 구현될 수 있다고 이해되어야 한다.

도 1은 노즈부가 없는 본 발명에 따른 피스톤 부재의 제1 실시예의 분해 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 3개의 피스톤 부재 및 스크류 피더를 갖는 장치의 사시도로서, 장치의 외부벽의 부분이 장치의 내부 구조체를 드러내기 위해 예시의 목적으로 제거되어 있는 사시도.
도 3은 도 2에 도시되어 있는 제2 피스톤의 라인 III-III을 따라 취한 단면도.
도 4는 도 3의 원 영역(C1)의 확대도.
도 5는 도 3의 원 영역(C2)의 확대도.
도 6은 본 발명에 따른 장치의 작동 사이클의 작동 단계에서 피스톤 부재의 피스톤을 도시하고 있는 도 2의 라인 VI-VI을 따라 취한 단면도.
도 7은 다른 작동 단계에서의 피스톤을 갖는 동일한 도면.

도 1은 수용기(도시 생략)에 재료를 전달하기 위해 적용된 본 발명에 따른 피스톤 부재(1)의 제1 실시예의 구성 요소를 분해도로 도시하고 있다.

피스톤 부재(1)는 근접 단부 캡(2), 피스톤 로드(4)를 갖는 피스톤(3), 피스톤 배럴(5), 관형 압축 챔버 실린더(6), T-형 커플링 실린더 섹션(7), 밀봉 링(8) 및 플랜지(10)를 갖는 출구 파이프(9)로 이루어진다. 피스톤의 이동을 위해 이용 가능한 총 실린더 배럴은 피스톤 실린더 배럴(5), 관형 압축 챔버 실린더(6) 및 T-형 커플링 실린더 섹션(7)으로 이루어지고, 이 T-형 커플링 실린더 섹션은 총 실린더 배럴의 말단 단부를 형성한다.

근접 단부 캡(2)은 피스톤 실린더 배럴(5) 상의 대응 제1 커플링 플랜지(12a)와 결합하기 위한 제1 커플링 플랜지(11)를 갖는다. 피스톤 실린더 배럴(5)은 압축 챔버 실린더(6) 상의 대응 제1 플랜지(13a)와 결합을 위한 제1 커플링 플랜지(12a)에 대향하는 제2 커플링 플랜지(12b)를 갖는다. 제1 커플링 플랜지(13a)에 대향하여, 압축 챔버는 관형 T-형 커플링 실린더 섹션(7) 상의 대응 제1 플랜지(14)와 함께 결합하기 위해 적용된 제2 커플링 플랜지(13b)를 갖는다. 제1 플랜지(14)에 축방향으로 대향하여, 상기 관형 T-형 커플링 실린더 섹션(7)은 도시되어 있는 경우에 출구 파이프(9)의 플랜지(10)에 결합하기 위한 제2 플랜지(15)를 갖는다. 그러나, 제2 플랜지(15)는 또한 이하에 설명되는 바와 같이 다른 피스톤 부재 상의 다른 커플링편에 결합하기 위해 제공될 수 있다. 관형 T-형 커플링 실린더 섹션(7)의 축에 수직으로, 상기 관형 T-형 커플링 실린더 섹션(7)은 예를 들어 스크류 피더, 다른 피스톤 부재 또는 다른 재료 공급 시스템에 결합하기 위한 제3 커플링 플랜지(17)를 갖는 커플링편(16)을 갖는다.

본 발명에 따른 피스톤 부재는 수용기에게 원재료를 공급하기 위한 피스톤 피더에 조립되거나 사용될 수 있는 구성 요소로 이루어진다. 각각의 개별 구성 요소는 허용 가능한 유효 수명을 갖지만, 마찬가지로 교체가 용이하다. 피스톤 부재는 용이하게 교체 가능한 개별의 더 소형 유닛 구성 요소로 구성되기 때문에, 휴지 시간이 최소로 유지될 수 있다.

피스톤 부재의 개별 구성 요소 뿐만 아니라 부가의 피스톤 부재와 협동하는 피스톤 부재의 구조, 구성, 배열 및 기능이 본 발명에 따른 장치 및 방법이 어떻게 작동하는지를 당 기술 분야의 숙련자에게 더 명료하게 하기 위해 부가의 특징을 참조하여 추가의 상세로 설명될 것이다.

도 2는 3개의 협동하는 피스톤 부재(1, 1', 1")를 갖는 본 발명에 따른 장치(18)의 사시도를 도시하고 있다. 도 2의 좌상부에 도시되어 있는 피스톤 부재(1")는 장치(18)의 제3 피스톤 부재를 구성하고, 예를 들어 석탄 분말이 기체 연료로 변환되는 가스화기와 같은 고압 수용기(도시 생략) 내로 스크류 피더(21)에 의해 공급된 원재료를 운반하기 위한 순차적인 일련의 실질적으로 동일한 피스톤 부재(1, 1', 1") 중 마지막 부재이다. 피스톤 부재(1, 1', 1")는 도 1에 도시되어 있는 피스톤 부재에 실질적으로 대응하고, 제1 피스톤 부재(1)의 구성 요소가 아포스트로피(') 없이 표시되어 있고, 제2 피스톤 부재(1')의 구성 요소가 하나의 아포스트로피로 표시되어 있고, 제3 피스톤 부재(1")의 구성 요소가 2개의 아포스트로피로 표시되어 있는 것을 제외하고 유사한 부분에 대해 동일한 도면 부호로 나타낸다.

스크류 피더(21)는 말단 커플링 플랜지(22)에 의해 제1 피스톤 부재(1)의 제1 커플링편(16)의 제3 커플링 플랜지(17)에 결합된다. 스크류 피더(21)는 원재료 저장조(도시 생략)에 결합하기 위한 스크류 피더 커플링편 플랜지(24)를 갖는 스크류 피더 커플링편(23)으로 이루어진다. 스크류 피더 커플링편(23)은 샤프트(27)에 의해 공급 튜브(26) 내부에 회전 가능하게 배열되는 스크류(25)에 원재료를 공급하도록 배열된다.

제1 및 제2 피스톤 부재(1, 1")는 도 2의 우상부에 원형 절결 섹션에서 볼 수 있는 바와 같이, 피스톤(3, 3')이 전방 노즈부(19, 19')를 구비하는 점에서 도 1에 도시되어 있는 피스톤 부재와는 상이하다. 절결 섹션은 제2 피스톤 부재(1')의 압축 챔버(6')의 내부 구조를 드러내고 있고, 여기서 제1 및 제2 환형 립 밀봉 부재(28', 29')가 압축 챔버의 내부 환형벽과 피스톤(3') 사이의 간극으로 압축 오일을 공급하기 위해 오일 입구 파이프(30')의 대향 측면들 상에 축방향으로 이격하여 배열된다. 제1 및 제2 환형 밀봉 부재(28', 29')는 압축 챔버(6')의 내부벽 내에 형성된 적합한 리세스(30', 31') 내에 수용된다. 압축 챔버는 대안예에서 실린더 배럴을 따라 상류측 또는 하류측으로 시프트될 수 있다.

도 3은 도 2에 도시되어 있는 제2 피스톤의 라인 III을 따라 취한 단면도를 도시하고 있다. 피스톤(3)의 근접 단부는 도 6 및 도 7을 참조하여 이하에 설명되는 바와 같이 실린더 배럴 내의 노즈부의 전방에 생성된 중간 격실의 체적과 피스톤의 체적의 차이를 보상하기 위한 오목형 중실 본체로서 구성된 노즈부(19')를 갖는다.

도 3의 원 영역(C1)의 확대도인 도 4에서 더 명료하게 보여지는 바와 같이, 제1 및 제2 환형 립 밀봉 부재(28', 29') 및 제2 피스톤 부재(1')는 압축 챔버(6')의 내부벽 내의 리세스(31a', 31b') 내의 오일 입구 파이프(30')의 대향 측면들 상에 축방향으로 이격하여 배열된다. 슬라이드 밀봉부(32', 33')는 환형 립 밀봉 부재(28', 29')와 오일 파이프 입구(30') 사이에 삽입된다. 압축 챔버(6')의 전체 선형 밀봉부는 왕복 피스톤(3')에 오일을 공급하고 또한 왕복 장치 내의 가스의 누설을 검출하기 위한 수단으로서 편리하게 기능한다. 제1 피스톤 부재(1)는 환형 립 밀봉 부재(28, 29), 압축 챔버(6)의 내부벽 내의 리세스(31a, 31b) 내의 오일 입구 파이프(30) 뿐만 아니라 슬라이드 밀봉부(32, 33)를 갖도록 유사한 방식으로 구성된다. 또한, 제3 피스톤 부재(1)는 환형 립 밀봉 부재(28", 29"),압축 챔버(6")의 내부벽 내의 리세스(31a", 31b") 내의 오일 입구 파이프(30") 뿐만 아니라 슬라이드 밀봉부(32", 33")를 갖도록 구성된다.

도 5는 도 3의 원 영역(C2)의 확대도이고 밀봉 링(8')을 도시하고 있고, 이 밀봉 링(8')은 피스톤(3')에 결합하기 위해 실린더 배럴(5', 6', 7')의 말단 단부(35b')에 배열되어 제3 피스톤 부재(3')가 출구 파이프(9)를 경유하여 수용기를 향해 제1 피스톤 부재(1)에 의해 초기에 전달된 배분된 원재료를 이동시키는 동안 제3 피스톤 부재(1")와 제2 피스톤 부재(1') 사이의 견고한 유체 밀폐형 밀봉 배리어를 생성한다.

도 6 및 도 7은 도 2에 도시되어 있는 장치(18)의 작동 원리 및 장치(18)를 사용하는 방법을 도시하고 있다.

제1 피스톤(3)은 제1 실린더 배럴 챔버(34)를 제1 근접 실린더 배럴 챔버(34a) 및 제1 말단 실린더 배럴 챔버(34b)로 분할하고, 제2 피스톤(3')은 제2 실린더 배럴 챔버(34')를 제2 근접 실린더 배럴 챔버(34a') 및 제2 말단 실린더 배럴 챔버(34b')로 분할하고, 제3 피스톤(3")은 제3 실린더 배럴 챔버(34")를 제3 근접 실린더 배럴 챔버(34a") 및 제3 말단 실린더 배럴 챔버(34b")로 분할한다.

장치(18)의 작동 사이클에서, 제1 피스톤(3)은 제1 실린더 배럴(5, 6, 7)의 근접 단부(35a)에서 제1 근접 실린더 배럴 챔버(34a) 내에 위치되기 시작하여 스크류 피더(21)로부터 원재료의 분량을 수용하기 위해 제1 말단 실린더 배럴 챔버(34b)를 노출시킨다. 제2 피스톤(3')은 노즈부(19')가 제3 실린더 배럴 챔버(34") 내로 약간 돌출하는 상태로 제2 실린더 배럴(5', 6', 7')의 제2 말단 실린더 배럴 챔버(34b') 내에 위치된다. 제2 피스톤(3')은 제1 피스톤(3)과 제3 피스톤(3")의 모두에 실질적으로 수직으로 배열되고, 밀봉 링(8, 8', 8")과 함께 제1 피스톤 부재(3) 및 제3 피스톤(3")을 향한 밀봉을 제공한다. 공급 격실(36)은 제1 말단 실린더 배럴 챔버(34b), 제1 밀봉 링(8), 제2 피스톤(3') 및 스크류 피더(21)에 의해 구획된다.

일단 원재료의 분량이 수용 격실(36)에 전달되어 있으면, 노즈부(19)를 갖는 제1 피스톤(3)은 제1 격실(37) 내로 배분된 원재료 분량을 전달하기 위해 밀봉 링(8)에 타격할 때까지 제2 피스톤(3')을 향해 전방으로 이동한다.

도 7에 도시되어 있는 바와 같이, 제3 피스톤(3")은 제1 실린더 배럴(3)과 제2 실린더 배럴(3') 사이의 밀봉을 유지하면서 제3 말단 실린더 배럴 챔버(34a") 내로 이동한다. 다음에, 초기에 제2 실린더 배럴 챔버(34')로의 재료의 접근을 차단하는 제2 피스톤 부재(1')의 제2 피스톤(3')은 제2 실린더 배럴 챔버(34')의 근접 단부(35a')로 복귀하여 원재료의 분량이 제1 중간 격실(36)로부터 제2 피스톤(3')의 노즈부(19')의 전방에서 제2 말단 실린더 배럴 챔버(34b') 내로 진행할 수 있게 한다. 제2 말단 실린더 배럴 챔버(34b')는 제1 피스톤(3)의 노즈부(19) 및 제3 피스톤(3")과 함께 유체 밀폐형 제2 중간 챔버(38)를 경계 형성한다.

작동 사이클의 다음 단계에서, 제2 피스톤(3')은 제2 실린더 배럴(34')의 제2 말단 실린더 배럴 챔버(34b') 내로 이동된다. 제2 피스톤(3')의 피스톤 행정의 종점에서, 제2 실린더 배럴 챔버(34')와 제3 실린더 배럴 챔버(34") 사이의 밀봉부가 제2 밀봉 링(8'), 제2 피스톤(3') 및 제3 피스톤(3")에 의해 설정되고, 동시에 밀봉부는 재생되어 안전한 방식으로 제1 피스톤(3)이 제1 실린더 배럴 챔버(34)의 근접 단부(35a)로 복귀할 수 있게 한다. 동시에, 제3 피스톤(3")은 수용기로 원재료를 전달하기 위해 제3 실린더 배럴 챔버(34")의 말단 단부(35b")로 동시에 이동된다. 피더 사이클은 요구되는 한 반복된다.

예

연성 밀봉 링을 갖는 파일럿 공급 장치

공급 장치는 프로세스의 내외로 유동하는 가스가 없이 60 bar의 반응기 압력에 대해 650 kg/m³의 벌크 밀도 및 1300 kg/m³의 입자 밀도를 갖는 석탄 분말을 공급하도록 설계된다. 제1 피스톤 부재는 연속적인 스크류 피더에 의해 중력에 의해 축방향으로 공급된다. 제1 피스톤 부재는 모두 700 mm의 직경의 실린더 배럴 및 1000 mm의 행정 길이를 갖는 제2 피스톤 부재 및 제3 피스톤 부재와 협동한다.

제2 피스톤 부재 및 제3 피스톤 부재의 피스톤 속도는 각각 재료의 전방 방향 운반 중에 250 mm/sec이고, 제2 피스톤 및 제3 피스톤을 복귀시키고 수축하는 동안에 350 mm/sec이고, 반면에 제1 피스톤 부재의 속도는 전방 방향 이동 중에 350 mm/sec이고 복귀 및 수축 중에 400 mm/sec이다. 피스톤 부재의 전방 방향 이동의 종료시에, 피스톤은 연성 밀봉 링에 타격하여 이를 변형시키고 누설을 방지하는 밀봉 능력을 얻기 위해 충분한 정도로 재료를 압축한다. 피스톤은 약 0.5초 그 말단 전방 위치에 체류하여 유효 밀봉의 검출을 보장하여, 약 15 내지 20초의 피스톤 행정 사이클 시간을 생성한다.

장치의 용량은 16초 사이클의 피스톤 행정 사이클 시간에 대해 0.384 m³/스트로크 또는 0.024 m³/sec이다. 90%의 충전율로, 용량은 시간당 대략 50톤의 석탄 분말일 수 있다.

피스톤은 다음의 피스톤의 전방에서 챔버 내로 석탄 분말을 가압하고 운반된 재료로부터 발생하는 임의의 물질의 고유 힘 및 프로세스 압력을 극복하면서 밀봉부를 생성한다.

400 내지 500 N/mm²의 전방 방향 피스톤력이 전방 방향 피스톤 행정에서 실린더 배럴 내부의 연성 밀봉 링에 인가된다. 연성 밀봉 링은 약 2200 mm 길이이고, 말단 실린더 배럴 단부에서 피스톤에 결합한다. 대략 1.1 MN의 전방 방향 피스톤 힘 인가는 700 mm 피스톤 상에 2.7 MN을 인가하는 프로세스 압력에 대해 유지된다. 밀봉 링 또는 시트가 피스톤 상에 인가하는 힘, 프로세스 압력 및 임의의 마찰력이 함께 극복되어야 한다. 각각의 실린더 배럴 챔버의 말단 실린더 배럴 단부를 향해 석탄 분말을 이동시키기 위한 약 4 MN의 총 피스톤력이 더 많이 요구된다.

누설을 최소화하거나 방지하기 위해 안전하고 신뢰적인 밀봉을 얻기 위해 요구되는 피스톤력은 각각의 피스톤에 대해 동일하지만, 상이한 피스톤에 대해 요구되는 일은 매우 상이할 수 있다.

제1 피스톤은 양 방향에서 운반 마찰력을 극복해야 하고, 약 4 MN의 큰 밀봉력이 단지 제1 실린더 배럴 챔버의 말단 단부에서 제1 연성 밀봉 링에 조우할 때 제1 전방 방향 피스톤 행정의 마지막 2 내지 4 mm에 대해 요구될 수 있다.

제2 피스톤은 제2 실린더 배럴 챔버의 말단 단부를 향한 전방 방향 행정에서 운반 마찰력 및 프로세스 압력을 극복하고, 제2 연성 밀봉 링에 조우될 때 전방 방향 행정의 마지막 2 내지 4 mm에 대해 약 4 MN의 큰 밀봉력을 필요로 하여 제2 실린더 배럴의 근접 단부를 향한 복귀 행정시에 운반 마찰력을 극복한다.

제3 피스톤은 제3 실린더 배럴 챔버의 말단 단부를 향해 전방 방향 행정시에 프로세스 압력에 대항하여 동작할 필요가 있고, 약 4 NM의 큰 밀봉력이 전방 방향 행정의 마지막 2 내지 4 mm에 대해 요구된다. 석탄 분말이 전달되는 반응기 내의 프로세스 압력은 제3 피스톤이 제3 실린더 배럴 챔버의 근접 단부를 향해 이동할 때 제3 피스톤의 복귀 행정에서 유리하게 이용된다.

피스톤은 각각의 실린더 배럴 내부에 약 2 mm의 공차를 갖고 왕복하고, 이 실린더 배럴은 피스톤이 상기 실린더 배럴 챔버 내부에서 왕복할 때 실린더 배럴의 근접 챔버의 분량와 말단 실린더 배럴 사이에 원하는 비를 규정하도록 각각의 단부 캡에 의해 종료된다.

본 예에서, 650 kg/m³의 벌크 밀도 및 1300 kg/m³의 입자 밀도를 갖는 석탄 분말이 60 bar에 대항하여 공급된다. 36:35의 2개의 체적 사이의 비가 중립 유동을 얻기 위해 요구된다. 이 비가 작으면 누설 유동이 존재할 수 있고, 비가 크면 피스톤은 프로세스 내로 공기를 펌핑할 수 있다.

피스톤 부재의 피스톤은 피스톤 행정의 종점에서 다음의 피스톤 부재의 실린더 배럴 챔버를 향해 유리하게 밀봉하고, 이 다음의 피스톤 부재는 일련의 연속적으로 작동하는 피스톤 부재 중에 배열된다. 단지 2개의 피스톤 부재만을 포함하는 장치의 경우에, 전이 스테이션이 2개의 피스톤 부재 사이에 삽입되어 원재료 공급물과 최종 수용기 사이의 직접적인 또는 간접적인 유체 연통을 효과적으로 방지하고 브리징을 회피한다. 따라서, 2개의 피스톤 부재가 본 발명의 범주 내에서 사용될 수 있지만, 3개 이상의 피스톤 부재를 갖는 장치가 더 바람직하다.

단지 하나의 피스톤 부재의 경우에, 상기 피스톤 부재는 단일 왕복 작동시에 수용기에 배분된 분량을 공급하기 위해 사용된다. 밀봉 능력은 이 간단한 실시예에서 덜 요구되지만, 피스톤 부재가 사용 가능하다.

바람직하게는 3개의 연속적인 피스톤 부재가 가스화기에 석탄 분말을 운반하기 위한 장치 내에 직렬로 작동하도록 배열된다. 실린더 배럴 내부의 피스톤의 이동은 서로에 대해 제어되어 고압 가스화기에 석탄 분말의 배분된 분량을 운반한다.

Claims

실린더 배럴(5, 6, 7, 5', 6', 7', 5", 6", 7") 내부에서 왕복하는 피스톤(3, 3', 3")을 구비하는 피스톤 로드(4)를 포함하고, 상기 피스톤(3, 3', 3")은 실린더 배럴 챔버(34a, 34a', 34a", 34b, 34b', 34b")를 상기 피스톤(3, 3', 3")에 대향하는 근접 캡 부착 단부(35a, 35a', 35a")를 갖는 근접 실린더 배럴 챔버(34a, 34a', 34a") 및 상기 피스톤(3, 3', 3")에 대향하는 말단 실린더 배럴 단부(35b, 35b', 35b")를 갖는 말단 실린더 배럴 챔버(34b, 34b', 34b")로 분할하는 피스톤 부재(1, 1', 1")에 있어서,
하나 이상의 밀봉 링(8, 8', 8") 또는 시트가 상기 말단 실린더 배럴 단부(35b, 35b', 35b")에서 상기 말단 실린더 배럴 챔버(34b, 34b', 34b") 내부에 배열되는 것을 특징으로 하는
피스톤 부재.
제1항에 있어서,
상기 하나 이상의 밀봉 링(8, 8', 8") 또는 시트는 연성 재료로 제조되는 것을 특징으로 하는
피스톤 부재.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 피스톤(3, 3', 3")은 상기 말단 실린더 배럴 챔버(34b, 34b', 34b")를 향해 지향하는 전방 노즈부(19, 19', 19")를 갖는 것을 특징으로 하는
피스톤 부재.
제 3항에 있어서,
상기 노즈부(19, 19', 19")는 상기 노즈부(19, 19', 19")를 갖는 피스톤(3, 3', 3")에 수직으로 왕복하는 다른 피스톤(3, 3', 3")을 위한 공간을 제공하도록 구성된 축방향 절결부 또는 축방향 오목부를 갖는 것을 특징으로 하는
피스톤 부재.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 피스톤 부재(1; 18)는 상기 피스톤 부재(1, 1', 1")와 직접적으로 또는 간접적으로 연통하여 실린더 배럴 챔버(34a, 34a', 34a", 34b, 34b', 34b")를 통해 또는 수용기로부터 압축 가스 또는 유체의 누설을 검출하기 위한 수단을 갖는 것을 특징으로 하는
피스톤 부재.
제 5 항에 있어서,
상기 압축 가스 또는 유체의 누설을 검출하기 위한 수단은 상기 피스톤(3, 3', 3")과 상기 실린더 배럴(5, 6, 7, 5', 6', 7', 5", 6", 7")의 내부벽 사이의 원주방향 간극 및 상기 실린더 배럴 챔버(34a, 34a', 34a", 34b, 34b', 34b") 벽 내에 또는 벽에 배열된 2개의 이격된 환형 밀봉 부재(28, 28', 28", 29, 29', 29")에 의해 구획된 압축 챔버(6, 6', 6")와 유체 연통하는 압력 측정 기구를 포함하는 것을 특징으로 하는
피스톤 부재.
제5항 또는 제6항에 있어서,
상기 압력 측정 기구는 파이프(30, 30', 30")를 경유하여 상기 압축 챔버와 유체 연통하고, 상기 압축 챔버(6, 6', 6")는 수용기에서의 압력보다 높은 오일 압력에서 압축 오일을 유지하고, 상기 이격된 환형 밀봉 부재(28, 28', 28", 29, 29', 29")는 상기 파이프(30, 30', 30")의 대향 측면들 상에 배열되는 것을 특징으로 하는
피스톤 부재.
제 7 항에 있어서,
상기 하나 이상의 원주방향 슬라이드 밀봉부(32, 32', 32", 33, 33', 33")는 상기 압축 챔버로의 파이프(30, 30', 30")와 상기 환형 밀봉 부재(28, 28', 28", 29, 29', 29") 사이에 삽입된 실린더 배럴 챔버(34a, 34a', 34a", 34b, 34b', 34b") 벽에 배열되는 것을 특징으로 하는
피스톤 부재.
제 6 항, 또는 제 7 항, 또는 제 8 항에 있어서,
상기 환형 밀봉 부재(28, 28', 28", 29, 29', 29")는 립 밀봉부 또는 하나 또는 그보다 많은 O-링인 것을 특징으로 하는
피스톤 부재.
제7항 또는 제8항에 있어서,
상기 슬라이드 밀봉부(32, 32', 32", 33, 33', 33")는 테플론
밀봉부인 것을 특징으로 하는
피스톤 부재.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 밀봉 링(8, 8, 8") 또는 시트는 상기 말단 실린더 배럴 챔버(34b, 34', 34b")의 내경의 2‰ 내지 2%의 거리에서 상기 말단 실린더 배럴 챔버(34b, 34b', 34b") 내부에서 반경방향으로 연장하도록 치수 설정되는 것을 특징으로 하는
피스톤 부재.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 피스톤 부재(1, 1', 1")는 상기 실린더 배럴 챔버(34a, 34a', 34a", 34b, 34b', 34b")와 상기 피스톤(3, 3', 3") 사이를 밀봉하도록 상기 밀봉 링(8, 8', 8")을 변형하거나 접촉하도록 개작된 행정 길이를 갖도록 치수 설정되는 것을 특징으로 하는
피스톤 부재.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 피스톤 부재(1, 1', 1")는 유압식 또는 공압식인 것을 특징으로 하는
피스톤 부재.
수용기로 배분된 재료 분량을 연속적으로 운반하기 위한 장치(18)에 있어서,
상기 장치(18)는 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 하나 이상의 피스톤 부재(1, 1', 1")를 포함하는 것을 특징으로
하는 장치.
제14항에 있어서,
상기 장치(18)는 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 3개 이상의 피스톤 부재(1, 1', 1")를 포함하는 것을 특징으로 하는
장치.
제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,
상기 장치(18)는
- 운반될 재료를 수용하는 제1 피스톤 부재(1)로서, 상기 제1 피스톤 부재(1)는 제1 실린더 배럴(5, 6, 7) 내부에서 왕복하는 제1 피스톤(3)을 갖고, 상기 제1 피스톤(3)은 상기 제1 실린더 배럴(5, 6, 7)의 제1 실린더 배럴 챔버(34a, 34b)를 근접 캡 부착 단부(2)를 갖는 제1 근접 실린더 배럴 챔버(34a) 및 대향하는 제1 말단 실린더 배럴 단부(35b)를 갖는 제2 말단 실린더 배럴 챔버(34b)로 분할하는 제1 피스톤 부재(1)와,
- 제2 실린더 배럴(5', 6', 7') 내부에서 왕복하는 제2 피스톤(3')을 갖는 제2 피스톤 부재(1')로서, 상기 제2 피스톤(3')은 상기 제2 실린더 배럴(5', 6', 7')의 제2 실린더 배럴 챔버(34a', 34b')를 제2 캡 부착 단부(2')를 갖는 제2 근접 실린더 배럴 챔버(34a') 및 대향하는 제2 말단 실린더 배럴 단부(35b')를 갖는 제2 말단 실린더 배럴 챔버(34b')로 분할하는 제2 피스톤 부재(1'), 및
- 제3 실린더 배럴(5", 6", 7") 내부에서 왕복하는 제3 피스톤(3")을 갖는 제3 피스톤 부재(1")로서, 상기 제3 피스톤(3")은 상기 제3 실린더 배럴(5", 6", 7")의 제3 실린더 배럴 챔버(34a", 34b")를 제3 캡 부착 단부(2")를 갖는 제3 근접 실린더 배럴 챔버(34a") 및 대향하는 제3 말단 실린더 배럴 단부(35b")를 갖는 제 3 말단 실린더 배럴 챔버(34b")로 분할하는 제3 피스톤 부재(1")를 포함하고,
- 제1 피스톤 부재(1)는 그 제1 전방 방향 피스톤 행정시에 제1 말단 실린더 배럴 챔버(34b)로 공급된 재료를 적어도 상기 제2 말단 실린더 배럴 챔버(34a') 및 상기 제3 말단 단부(35b")에 위치된 제3 피스톤(3")에 의해 형성된 제1 중간 격실(37) 또는 수문 내로 운반하고,
- 제2 피스톤 부재(1')는 그 제2 전방 방향 피스톤 행정시에 제1 중간 격실(37) 또는 수문으로부터 상기 제3 말단 실린더 배럴 챔버(34a"), 상기 제2 피스톤(3')의 말단 단부(35b') 및 수용기에 의해 형성된 제2 중간 격실(38)로 재료를 운반하는 것을 특징으로 하는
장치.
제 14 항, 또는 제 15 항, 또는 제 16 항에 있어서,
상기 장치(18)는 유압식 또는 공압식 피스톤 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는
장치.
제14항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 수용기는 가스화기 또는 반응기, 바람직하게는 고압축 가스화기 또는 반응기인 것을 특징으로 하는
장치.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 피스톤 부재(1, 1', 1")에 의해 수용기에 배분된 재료 분량을 연속적으로 운반하는 방법에 있어서,
- 실린더 배럴 챔버(34, 34', 34")의 근접 단부(35a, 35a', 35a")로 피스톤(3, 3', 3")을 수축시켜 말단 실린더 배럴 챔버(34b, 34b', 34b")를 확장하고,
- 상기 배분된 분량 재료를 상기 말단 실린더 배럴 챔버(34b, 34b', 34b")에 공급하고,
- 실린더 배럴 챔버(5, 6, 7, 5', 6', 7', 5", 6", 7")의 말단 단부를 향해 피스톤 행정을 수행하여 상기 배분된 재료 분량을 수용기에 전달하는 작동 사이클을 포함하는 것을 특징으로 하는
방법.
제14항 또는 제18항에 따른 장치(18)에 의해 고압 하에서 수용기에 배분된 재료 분량을 연속적으로 운반하는 방법에 있어서,
상기 방법은 상기 장치(18)의 제1 피스톤 부재(1)에 배분된 원재료 분량을 연속적으로 공급하는 단계와, 제1 피스톤 부재(1)의 제1 피스톤(3), 제2 피스톤 부재(1')의 제2 피스톤(3') 및 제3 피스톤 부재(1")의 제3 피스톤(3")을 반복 피더 사이클에서 왕복시킴으로써 수용기에 원재료의 분량을 운반하도록 장치(18)를 작동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
방법.
제20항에 있어서,
상기 방법은
(a) 제1 실린더 배럴(5, 6, 7)의 근접 단부(35a)에 제1 피스톤(3)을 배열하는 단계,
(b) 제2 실린더 배럴(5', 6', 7')의 말단 단부(35b')에 제2 피스톤(3')을 배열하고 제3 실린더 배럴(5", 6", 7")의 말단 단부(35b")에 제3 피스톤(3")을 배열하는 단계,
(c) 상기 제2 피스톤(3")을 상기 제2 실린더 배럴(5', 6', 7')의 근접 단부(35a')로 복귀하는 동안 고압 하에서 수용기에 전달될 배분된 원재료 분량을 제1 말단 실린더 배럴 챔버(34b)에 공급하는 단계,
(d) 상기 제1 실린더 배럴(5, 6, 7)의 말단 단부(35b)를 향해 상기 제1 피스톤(3)을 이동시켜 제2 피스톤 부재(1')의 제2 피스톤(3')의 전방에서 제1 중간 격실(37) 내로 원재료를 공급하고, 상기 제1 피스톤(3) 및 제1 밀봉 링(8) 또는 시트에 의해 상기 제1 실린더 배럴(5, 6, 7)과 상기 제2 실린더 배럴(5', 6', 7') 사이에 밀봉부를 제공하는 단계,
(e) 상기 제3 실린더 배럴(5", 6", 7")의 근접 단부(35a")로 상기 제3 피스톤(3")을 이동하여 상기 제1 실린더 배럴(5, 6, 7)과 상기 제2 실린더 배럴(5', 6', 7') 사이에 밀봉부를 유지하는 단계,
(f) 상기 제2 실린더 배럴(5', 6', 7')의 말단 단부(35b')를 향해 상기 제2 피스톤(3')을 이동시켜 제2 밀봉 링(8") 또는 시트 및 제2 피스톤(3')에 의해 상기 제2 실린더 배럴(5', 6', 7')과 상기 제3 실린더 배럴(5", 6", 7") 사이에 밀봉부를 제공하고, 상기 제3 피스톤 부재(1")의 제3 피스톤(3")의 전방에서 제2 중간 격실(38) 내에 원재료를 공급하는 단계,
(g) 상기 제1 피스톤(3)을 상기 제1 실린더 배럴(5, 6, 7)의 근접 단부(35a)로 복귀시키면서 동시에 상기 제3 피스톤(3")이 제3 실린더 배럴(5", 6", 7")의 말단 단부(35b")로 이동하여 수용기에 배분된 원재료 분량을 전달하는 동안 밀봉부를 유지하는 단계, 및
(h) 상기 단계 (b) 내지 (g)를 반복하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
방법.
석탄 분말을 운반하기 위한 제 14 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 따른 장치(18) 및/또는 제 19 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 따른 방법의 용도.