TWI417235B - 連續式定量進料裝置及方法 - Google Patents

Description

連續式定量進料裝置及方法

本發明係有關於一種連續式定量進料裝置及方法，尤指涉及一種可在高溫高壓環境下連續定量操作並避免卡料之裝置與方法。

生質能約佔全球初級能源之15%，並約占全世界再生能源之80%，且隨著煤炭資源之日益減少及全球氣候變遷之減碳壓力，都使得生質能之利用逐漸升高。

台灣每年生質物產量包含都市垃圾約700萬噸、建築廢木材約100萬噸、農林業廢棄物約2,300萬噸、及工業廢棄物約2,000萬噸。鑑於此，若能將上述生質能轉化為電能，將可提供可觀之自主能源。現今生質能利用方式主要可分為直接燃烷與氣化兩種，惟目前均有進料卡料之困擾，當中又尤以蓄壓式氣化系統影響更為巨大。

目前蓄壓式之生質物進料系統之問題多發生在卡料架橋及氣封磨損上。其中氣封磨損問題係難以避免，僅能多以材質替換或操作策料來延長使用壽命；而針對卡料架橋問題，傳統則常以震動馬達破壞，惟其常發生物料越震越緊，反而易結成塊狀導致更難處理。

以上述卡料架橋問題而言，傳統之生質物木料進料單元為使進料量達一定範圍內，常於儲存槽內加裝震動馬達，以破壞物料架橋，使物料自然落至下料口中；再經由控制閥件開關、及稱重單元稱重後，以輸送裝置進入所要之機構內。

然而，當儲存槽中發生架橋時，使用震動馬達雖可將物料震落，惟其亦可能使物料越震越緊，反而易結成塊狀而導致更難處理，造成進料動作必須暫停。另外，其稱重單元也會受震動馬達之影響，使物料稱重之誤差變大，而當中閘閥之開度大小也同樣會使稱重產生誤差。故，一般習用者係無法符合使用者於實際使用時之所需，實有必要發展一套既可排除管線卡料問題，達到自動連續操作之目的，亦無須秤重機構與設備，而能有助於工業化生產之裝置及方法。

本發明之主要目的係在於，克服習知技藝所遭遇之上述問題並提供一種可在高溫高壓環境下連續定量操作及避免卡料之裝置與方法。

本發明之次要目的係在於，提供一種在進料系統中利用機械構造之改良，使進料量可隨需求加入控制，無須秤重機構與設備，能有助於工業化生產之裝置與方法。

本發明之另一目的係在於，提供一種利用刮板定速控制、已知物料密度、及可落下物料體積等可推算物料之重量，再由變頻器控制刮板轉速，達到調整物料重量之功能之裝置與方法。

本發明之再一目的係在於，提供一種藉由高壓氣吹構造及自動正反轉機制，將管線卡料問題排除，俾以達到自動連續操作之裝置與方法。

為達以上之目的，本發明係一種連續式定量進料裝置及方法，其包括至少一儲存槽、一包含上、下刮板之刮板機及一 水冷式螺旋進料機所構成。該儲存槽為雙層結構，其上層供物料暫時停放，以機械攪拌方式破壞物料之架橋，經由該上刮板將物料定量送至該儲存槽下層，再由該下刮板控制轉速進行進料，藉此達到定體積進料之目的，同時藉由高壓氣吹構造及自動正反轉機制，亦可將管線卡料問題排除，俾以達到自動連續操作之目的。

請參閱『第1圖~第8圖』所示，係分別為本發明之結構示意圖、本發明之操作流程示意圖、本發明之上視示意圖、第1圖中A-A線段剖視示意圖、第1圖中B-B線段剖視示意圖、第1圖中C-C線段剖視示意圖、第1圖中D-D線段剖視示意圖及第1圖中E-E線段剖視示意圖。如圖所示：本發明係一種連續式定量進料裝置及方法，本發明之連續式定量進料裝置100係可在高溫高壓環境下連續定量操作及避免卡料之機構，其包括至少一儲存槽10、一刮板機20及一水冷式螺旋進料機30所構成。

上述儲存槽10為雙層結構之上儲存槽101及下儲存槽102，係由一連接法蘭103連接，俾供槽內維修使用。該上儲存槽101係連通一上端進料管11，該上端進料管11係為上方開口內縮而下方開口外擴之喇叭型態，可用以減少物料摩擦架橋情況發生，其上並具有一上端球閥12，可控制進料開關及確保氣密，而該下儲存槽102內含該刮板機20，並連通至少一下端下料管13，該下端下料管13係為上方開口內縮而下方開口外擴之喇叭型態，可用以減少物料摩擦 架橋情況發生，其下並具有一下端球閥14，可控制下料開關及確保氣密，俾以該上儲存槽101提供物料儲存或暫時停放，藉由一設置於槽內之攪拌棒104與一設置於槽外之攪拌馬達15，提供動力帶動該攪拌棒104以機械攪拌方式破壞物料之架橋。其中，該上端球閥12可進一步設有二組，可在該下端球閥14運作開關時，更加確保該儲存槽10內之氣密性。

該刮板機20包含一上刮板21、一下刮板22及一設置在該上、下刮板21、22之間之分料板23。其中該上刮板21中央軸心頂端固設有一圓形隔板24，其本身呈一傾斜角度之錐尖型態，可順利導引物料向下滑動而不堆積物料，且在該上刮板21末端靠近該儲存槽10附近具有一轉摺呈一傾斜角度之導引段211(如第5圖所示)，可在該上刮板21逆時針迴轉時，物料產生向內之推力，係可有效地將物料往內側集中，以避免物料附著於該儲存槽10上或掉落至刮板中央堆積，進而減少無用空間(Dead Volume)；該分料板23係具有一加強材25，其上係開設有一圓孔洞231，而外側則設有一外限料板26，可限制物料往外側移動，並與該加強材25同時輔助增加該分料板23之強度以避免其變形；而該下刮板22中央軸心附近係固設有一內限料板27，可限制物料往該下刮板22內側移動。當該刮板機20轉動時，該上刮板21係將物料定量輸送至該儲存槽10下層之分料板23，使物料從該分料板23之圓孔洞231落下至該下刮板22，經由該下刮板22控制轉速進行進料，將物料從該下端下料管13定量落下至該水冷式螺旋進料機30。

該水冷式螺旋進料機30係透過一連接管34與該下端下料管13連接，具有一雙封式機械軸封31、一冷卻水迴轉接頭32及一減速馬達33，該雙封式機械軸封31係連接軸心與該水冷式螺旋進料機30並維持氣密，而該冷卻水迴轉接頭32係確保輸送水管順暢，不打結，藉此，經由該減速馬達33提供動力，與該雙封式機械軸封31帶動該水冷式螺旋進料機30，將物料輸送至指定位置，並在該水冷式螺旋進料機30之圓周處設置有至少三以上感應器35，俾以監視該水冷式螺旋進料機30之運轉情況，由感應該水冷式螺旋進料機30之正反轉及感應時間長短確認是否卡料，並在發生卡料時，以該減速馬達33反轉後再正轉以進行卡料排除。

上述儲存槽10更具有至少一用以觀察槽內物料堆積高度之視窗16、一用以保護該儲存槽10於壓力過高時排放氣體之安全閥17、一用以當該上端球閥12進料時須開啟排氣以維持壓力平衡之排氣閥18、以及一用以增壓及壓力平衡之壓力調節進氣口19，其中，該視窗16係具有一用以清除粉末以保持清潔之視窗吹氣口161。

上述下端下料管13係具有一下料吹氣口131，用以當其下料口132發生架橋卡料時，以45°角往下吹氣破壞架橋而使物料隨重力及氣吹落下。

上述刮板機20於該儲存槽10外係連接有一用以降低其轉速並增加扭力之刮板減速機28，該刮板減速機28並由一變頻器29調整其轉速。

上述儲存槽10如第1圖所示為單一組儲存槽10，在僅有一組儲存槽10之情形下，當槽內物料消耗完畢時即須先 行暫停進料，待補充物料至該儲存槽10內裝滿後再開始進行進料動作；然本發明亦可設置二組以上之儲存槽10，因此可由其中一組儲存槽進料，另一組儲存槽備料，藉此二組儲存槽之交替運作以達連續進料之效能。

當本發明以上述連續式定量進料裝置100於操作時，如第2圖所示，其至少包含下列步驟：(A)儲存物料步驟41：利用開啟該上端球閥12，經過該上端進料管11，進入該上、下儲存槽101、102內儲存物料，其中，該儲存槽10內物料係可經由該視窗16觀察高度，若該視窗16沾黏粉末可開啟該視窗吹氣口161將粉末吹除；(B)攪拌物料步驟42：利用該攪拌馬達15帶動該攪拌棒104，攪拌槽內物料並破壞架橋情況，使物料能平穩地進入該刮板機20；(C)壓力調節步驟43：當欲輸送物料時，該上、下儲存槽101、102需與輸送位置保持壓力平衡，由該壓力調節進氣口19輸入氣體以維持壓力平衡，再開啟該下端球閥14，使物料在壓力平衡之情況下落入該連接管34，反之，當欲儲存物料時，該儲存槽10需與大氣保持壓力平衡，先打開該儲存槽10上方之排氣閥18，將槽內氣體排出以維持壓力平衡之後，即可進料儲存；(D)定量進料步驟44：利用經由該變頻器29控制其轉速之刮板減速機28帶動該上刮板21，當該上刮板21轉動時物料會經由該分料板23之圓孔洞231掉落至該分料板23下方之空間內，再由該刮板減速機28帶動該下刮板 22轉動，使物料落入該下端下料管13內，藉由該分料板23之圓孔洞231之直徑固定每次物料下落之體積、以及該變頻器29調整該刮板減速機28之轉速控制該上、下刮板21、22轉動速率，俾以調整物料重量達成進料速率之控制；(E)定量出料步驟45：利用該變頻器29控制該刮板減速機28之轉速，使物料經該下端下料管13之下料口132下料，透過開啟該下端球閥14，經該連接管34使物料進入該水冷式螺旋進料機30，其中，若該下端下料管13發生架橋阻塞時，係以其上之下料吹氣口131灌入高壓氣體，將架橋破壞，使物料順利落下；(F)物料輸送步驟46：物料經該連接管34並由該減速馬達33及該雙封式機械軸封31帶動該水冷式螺旋進料機30，將物料送至指定位置，其中，該水冷式螺旋進料機30之圓周處係設置有至少三以上之感應器35a、35b、35c；(G)連續進料步驟47：以本發明連續進料為例，當同時設有至少二以上之儲存槽時，由其中一儲存槽進料，另一儲存槽備料，藉此二儲存槽之交替運作達到連續進料之操作；以及(H)卡料排除步驟48：當上述感應器35確認該水冷式螺旋進料機30發生卡料情形時，係利用該減速馬達33使該水冷式螺旋進料機30反轉後再正轉以進行卡料排除，其中，當上述水冷式螺旋進料機30發生卡料情形時，該感應器35以順時針方向順序為35a、35b、35c，在正常運轉情形時，該感應器35a、35b、35c會定時穩定地有感應， 若其中有一段時間無感應，則表示物料發生卡料，可由程序控制先停止運轉，再以反方向進行1至2圈旋轉，此時該感應器35感應順序會變為35a、35c、35b之步驟，即可知為反轉狀態。之後停止運轉，再返回正轉達到卡料排除之目的。

上述步驟(H)之卡料排除步驟若一次不行，則須重複數次以執行卡料排除動作。

由上述可知，本發明係一種可在高溫高壓環境下連續定量操作及避免卡料之裝置與方法，在進料系統中利用機械構造之改良，使進料量可隨需求加入控制，無須秤重機構與設備，能有助於工業化生產。本發明之儲存槽為雙層結構，其上層供物料暫時停放，以機械攪拌方式破壞物料之架橋，經由上刮板將物料定量送至該儲存槽下層，再由下刮板控制轉速進行進料，藉此達到定體積進料之目的，同時藉由高壓氣吹構造及自動正反轉機制，亦可將管線卡料問題排除，俾以達到自動連續操作之目的。

綜上所述，本發明係一種連續式定量進料裝置及方法，可有效改善習用之種種缺點，係可在高溫高壓環境下連續定量操作並避免卡料之裝置與方法，其儲存槽為雙層結構，以上層供物料暫時停放，並在進料系統中利用機械攪拌方式破壞物料之架橋，使進料量可隨需求加入控制，並經由上刮板將物料定量送至該儲存槽下層，再由下刮板控制轉速進行進料，藉此達到定體積進料之目的，同時藉由高壓氣吹構造及自動正反轉機制，亦可將管線卡料問題排除，俾以達到自動連續操作之目的，進而使本發明之產生能更進步、更實用、更符合使用者之所須，確已符合發明專利申請之要件，爰依法提出專利申請。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍；故，凡依本發明申請專利範圍及發明說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆應仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

100‧‧‧連續式定量進料裝置

10‧‧‧儲存槽

101‧‧‧上儲存槽

102‧‧‧下儲存槽

103‧‧‧連接法蘭

104‧‧‧攪拌棒

11‧‧‧上端進料管

12‧‧‧上端球閥

13‧‧‧下端下料管

131‧‧‧下料吹氣口

132‧‧‧下料口

14‧‧‧下端球閥

15‧‧‧攪拌馬達

16‧‧‧視窗

161‧‧‧視窗吹氣口

17‧‧‧安全閥

18‧‧‧排氣閥

19‧‧‧壓力調節進氣口

20‧‧‧刮板機

21‧‧‧上刮板

211‧‧‧導引段

22‧‧‧下刮板

23‧‧‧分料板

231‧‧‧圓孔洞

24‧‧‧圓形隔板

25‧‧‧加強材

26‧‧‧外限料板

27‧‧‧內限料板

28‧‧‧刮板減速機

29‧‧‧變頻器

30‧‧‧水冷式螺旋進料機

31‧‧‧雙封式機械軸封

32‧‧‧冷卻水迴轉接頭

33‧‧‧減速馬達

34‧‧‧連接管

35、35a、35b、35c‧‧‧感應器

41‧‧‧步驟(A)儲存物料

42‧‧‧步驟(B)攪拌物料

43‧‧‧步驟(C)壓力調節

44‧‧‧步驟(D)定量進料

45‧‧‧步驟(E)定量出料

46‧‧‧步驟(F)物料輸送

47‧‧‧步驟(G)連續進料

48‧‧‧步驟(H)卡料排除

第1圖，係本發明之結構示意圖。

第2圖，係本發明之操作流程示意圖。

第3圖，係本發明之上視示意圖。

第4圖，係第1圖中A-A線段剖視示意圖。

第5圖，係第1圖中B-B線段剖視示意圖。

第6圖，係第1圖中C-C線段剖視示意圖。

第7圖，係第1圖中D-D線段剖視示意圖。

第8圖，係第1圖中E-E線段剖視示意圖。

10‧‧‧儲存槽

101‧‧‧上儲存槽

102‧‧‧下儲存槽

103‧‧‧連接法蘭

104‧‧‧攪拌棒

11‧‧‧上端進料管

12‧‧‧上端球閥

13‧‧‧下端下料管

131‧‧‧下料吹氣口

14‧‧‧下端球閥

15‧‧‧攪拌馬達

16‧‧‧視窗

161‧‧‧視窗吹氣口

17‧‧‧安全閥

19‧‧‧壓力調節進氣口

20‧‧‧刮板機

21‧‧‧上刮板

22‧‧‧下刮板

23‧‧‧分料板

26‧‧‧外限料板

27‧‧‧內限料板

28‧‧‧刮板減速機

29‧‧‧變頻器

30‧‧‧水冷式螺旋進料機

31‧‧‧雙封式機械軸封

32‧‧‧冷卻水迴轉接頭

33‧‧‧減速馬達

34‧‧‧連接管

Claims (13)

1. 一種連續式定量進料裝置，係可在高溫高壓環境下連續定量操作及避免卡料之機構，其包括至少一儲存槽、一刮板機及一水冷式螺旋進料機，其中：該儲存槽為雙層結構之上儲存槽及下儲存槽，該上儲存槽係連通一上端進料管，該上端進料管上並具有一上端球閥，而該下儲存槽內含該刮板機，並連通至少一下端下料管，該下端下料管下並具有一下端球閥，俾以該上儲存槽提供物料儲存或暫時停放，藉由一設置於槽內之攪拌棒與一設置於槽外之攪拌馬達，提供動力帶動該攪拌棒以機械攪拌方式破壞物料之架橋；該刮板機包含一上刮板、一下刮板及一設置在該上、下刮板之間之分料板，該上刮板中央軸心頂端固設有一圓形隔板，且在該上刮板末端靠近該儲存槽附近具有一轉摺呈一傾斜角度之導引段，而該分料板外側係設有一外限料板，其上則開設有一圓孔洞，而該下刮板中央軸心附近係固設有一內限料板，當該刮板機轉動時，該上刮板係將物料定量輸送至該儲存槽下層之分料板，使物料從該分料板之圓孔洞落下至該下刮板，經由該下刮板控制轉速進行進料，將物料從該下端下料管定量落下至該水冷式螺旋進料機；以及該水冷式螺旋進料機係透過一連接管與該下端下料管連接，具有一與其軸心連接之雙封式機械軸封、一冷卻水迴轉接頭及一減速馬達，用以經由該減速馬達及該雙封式機械軸封帶動該水冷式螺旋進料機，將物料輸送至指定位置，並在該水冷式螺旋進料機之圓周處設置有至少三以上感應器，俾 以監視該水冷式螺旋進料機運轉情況；其中，在上述儲存槽具有二組以上時，係由其中一儲存槽進料，另一儲存槽備料，藉此二儲存槽之交替運作以達連續進料之效能。
2. 依據申請專利範圍第1項所述之連續式定量進料裝置，其中，該上端進料管與該下端下料管係為上方開口內縮而下方開口外擴之喇叭型態，用以減少物料摩擦架橋情況發生。
3. 依據申請專利範圍第1項所述之連續式定量進料裝置，其中，該上、下儲存槽之間係由一連接法蘭連接，俾供槽內維修使用。
4. 依據申請專利範圍第1項所述之連續式定量進料裝置，其中，該圓形隔板為本身呈一傾斜角度之錐尖型態，用以順利導引物料向下滑動而不堆積物料。
5. 依據申請專利範圍第1項所述之連續式定量進料裝置，其中，該分料板上係設有一加強材，用以增加該分料板之強度以避免變形。
6. 依據申請專利範圍第1項所述之連續式定量進料裝置，其中，該儲存槽更具有至少一用以觀察槽內物料堆積高度之視窗、一用以保護該儲存槽於壓力過高時排放氣體之安全閥、一用以當該上端球閥進料時須進行排氣以維持壓力平衡之排氣閥、以及一用以增壓及壓力平衡之壓力調節進氣口。
7. 依據申請專利範圍第6項所述之連續式定量進料裝置，其中，該視窗係具有一視窗吹氣口，用以清除粉末以保持視窗清潔。
8. 依據申請專利範圍第1項所述之連續式定量進料裝置，其 中，該下端下料管上係具有一下料吹氣口，用以當發生架橋卡料時，以45°角往下吹氣破壞架橋而使物料隨重力及氣吹落下。
9. 依據申請專利範圍第1項所述之連續式定量進料裝置，其中，該些感應器係用以監視該水冷式螺旋進料機之正反轉及感應時間長短以確認是否卡料，當發生卡料時，係以該減速馬達反轉後再正轉以進行卡料排除。
10. 依據申請專利範圍第1項所述之連續式定量進料裝置，進一步包括一用以降低該刮板機轉速並增加扭力之刮板減速機，以及一用以調整該刮板減速機轉速之變頻器。
11. 一種連續式定量進料方法，係提供一連續式定量進料裝置在高溫高壓環境下連續定量操作及避免卡料之方法，其至少包含下列步驟：(A)儲存物料步驟：利用開啟一上端球閥，經過一上端進料管，進入至少一儲存槽內儲存物料，其中，該儲存槽為雙層結構之上儲存槽及下儲存槽；(B)攪拌物料步驟：利用一攪拌馬達帶動一攪拌棒，攪拌槽內物料並破壞架橋情況，使物料能平穩地進入一刮板機；(C)壓力調節步驟：當欲輸送物料時，該上、下儲存槽需與輸送位置保持壓力平衡，由一壓力調節進氣口輸入氣體以維持壓力平衡，再開啟一下端球閥，使物料在壓力平衡之情況下落入一連接管，反之，當欲儲存物料時，該儲存槽需與大氣保持壓力平衡，先打開該儲存槽上方之排氣閥，將槽內氣體排出以維持壓力平衡之後，即可進料儲存； (D)定量進料步驟：利用一經由一變頻器控制其轉速之刮板減速機帶動一上刮板，當該上刮板轉動時物料會經由一分料板之圓孔洞掉落至該分料板下方之空間內，再由該刮板減速機帶動一下刮板轉動，使物料落入一下端下料管內，藉由該分料板之圓孔洞之直徑固定每次物料下落之體積、以及該變頻器調整該刮板減速機之轉速控制該上、下刮板轉動速率，俾以調整物料重量達成進料速率之控制；(E)定量出料步驟：利用該變頻器控制該刮板減速機之轉速，使物料經該下端下料管下料，透過開啟該下端球閥，經該連接管使物料進入一水冷式螺旋進料機；(F)物料輸送步驟：物料經該連接管並由一減速馬達及一雙封式機械軸封帶動該水冷式螺旋進料機，將物料送至指定位置，其中，該水冷式螺旋進料機之圓周處係裝置有至少三以上之感應器，俾以監視該水冷式螺旋進料機運轉情況；(G)連續進料步驟：當同時設有至少二以上之儲存槽時，係由其中一儲存槽進料，另一儲存槽備料，藉此二儲存槽之交替運作達到連續進料之操作；以及(H)卡料排除步驟：當上述感應器確認該水冷式螺旋進料機發生卡料情形時，係利用該減速馬達使該水冷式螺旋進料機反轉後再正轉以進行卡料排除。
12. 依據申請專利範圍第11項所述之連續式定量進料方法，其中，該步驟(A)儲存槽內物料係可經由一視窗觀察高度，並且當該視窗沾粘粉末時可開啟一視窗吹氣口將粉末吹除。
13. 依據申請專利範圍第11項所述之連續式定量進料方 法，其中，當該步驟(E)之下端下料管發生架橋卡料時，係以其上之下料吹氣口灌入高壓氣體，將架橋破壞，使物料順利落下。