(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒状物質の輸送装置において、
入口とその下流側に設けられる出口ならびに入口と出口の間に配置された主輸送チャネルを持つ輸送ダクトを含み、
前記主輸送チャネルは入口と出口との間を、入口から出口の方向に動く対向する一対の可動面によって形成され、
前記可動面の少なくともひとつは一連の不連続部を有し、
前記各不連続部は、前記主輸送チャネルに隣接する輸送促進帯を、その輸送促進帯内の粒状物質が前記主輸送チャネル内の粒状物質と隣接する状態をとるように形成され、
前記各不連側部は下流側に対向する駆動面を持ち、
該装置はさらに、前記可動面を入口と出口の間を出口の方向に動かすための動力手段を備える粒状物質の輸送装置。
【請求項２】
請求の範囲１に記載の粒状物質の輸送装置において、
前記下流に対向する駆動面が第１の可動面に対して十分に垂直である粒状物質の輸送装置。
【請求項３】
粒状物質の輸送装置において、
入口とその下流側に設けられる出口ならびに入口と出口の間に配置された主輸送チャネルを持つ輸送ダクトを含み、
前記主輸送チャネルは入口と出口との間を、入口から出口の方向に動く少なくとも第１の可動面によって形成され、
この第１の可動面は、前記主輸送チャネルに隣接する輸送促進帯を、その輸送促進帯内の粒状物質が前記主輸送チャネル内の粒状物質と隣接する状態をとるように形成された少なくともひとつの不連続部を有し、
前記不連続部は下流への駆動促進面を有し、
該装置はさらに、前記第１の可動面を入口と出口の間を出口の方向に動かすための動力手段を備え、
前記下流に対向する駆動面が前記第１の可動面に対して十分に垂直であり、
各不連続部がさらに、前記下流に対向する駆動面の下流側に配置される上流側に対向する面と、前記下流側および上流側に対向する２つの面に隣接する底部面を備え、
前記上流側に対向する面は前記底部面から前記第１の可動面まで登り傾斜を与えられていることを特徴とする粒状物質の輸送装置。
【請求項４】
請求の範囲１に記載の粒状物質の輸送装置において、
前記一対の可動面が前記輸送ダクト内に十分に対称的なチャネルを形成している粒状物質の輸送装置。
【請求項５】
請求の範囲１に記載の粒状物質の輸送装置において、
前記一対の可動面が第１の回転円盤の第１フェイスと、第２の回転円盤の第２フェイスを備え、
前記の主輸送チャネルが入口から出口まで延びる少なくともひとつの弓形壁によって形成される粒状物質の輸送装置。
【請求項６】
請求の範囲５に記載の粒状物質の輸送装置において、
前記第１フェイスが内側部分および外側部分を有し、
前記下流に対向する駆動面が前記内側部分から外側部分まで延びる粒状物質の輸送装置。
【請求項７】
請求の範囲６に記載の粒状物質の輸送装置において、
前記下流に対向する駆動面が弓形であり、
前記第１フェイスの内側部分に配置された主端および外側部分に配置された終端を有し、
前記終端が前記主端よりも出口から離れる方向に延びている粒状物質の輸送装置。
【請求項８】
請求の範囲７に記載の粒状物質の輸送装置において、
前記輸送促進帯が前記内側部分から前記外側部分まで延びるにつれて、前記輸送促進帯の幅が増加する粒状物質の輸送装置。
【請求項９】
請求の範囲８に記載の粒状物質の輸送装置において、
前記下流に対向する駆動面が前記第１フェイスに対して十分に垂直である粒状物質の輸送装置。
【請求項１０】
粒状物質の輸送装置において、
入口とその下流側に設けられる出口ならびに入口と出口の間に配置された主輸送チャネルを持つ輸送ダクトを含み、
前記主輸送チャネルは入口と出口との間を、入口から出口の方向に動く少なくとも第１の可動面によって形成され、
この第１の可動面は、前記主輸送チャネルに隣接する輸送促進帯を、その輸送促進帯内の粒状物質が前記主輸送チャネル内の粒状物質と隣接する状態をとるように形成された少なくともひとつの不連続部を有し、
前記不連続部は下流に対向する駆動面を有し、
該装置はさらに、前記第１の可動面を入口と出口の間を出口の方向に動かすための動力手段を備え、
前記主輸送チャネルはさらに、前記第１の可動面に十分に対向し入口と出口の間を、入口から出口の方向に動く第２の可動面によって形成され、
前記一対の可動面は第１の回転円盤の第１フェイスと、第２の回転円盤の第２フェイスをさらに備え、前記主輸送チャネルは入口から出口まで延びる少なくともひとつの弓形壁によってさらに形成され、
前記の第１フェイスが内側部分および外側部分を備え、前記下流に対向する駆動面が前記内側部分から前記外側部分まで延び、
前記下流に対向する駆動面が弓形であり、前記第１フェイスの前記の内側部分に配置された主端および前記第１フェイスの前記の外側部分に配置された終端を有し、その終端が主端よりも出口から離れる方向に延び、
前記輸送促進帯の幅は、それが前記内側部分から外側部分まで延びるに従って増加し、
前記下流に対向する駆動面が前記第１フェイスに対して十分に垂直であり、
各不連続部がさらに、前記下流に対向する駆動面の下流側に配置される上流側に対向する面と、前記下流側および上流側に対向する２つの面に隣接する底部面を備え、
前記上流側に対向する面は前記底部面から前記第１フェイスまで登り傾斜を与えられていることを特徴とする粒状物質の輸送装置。
【請求項１１】
請求の範囲10に記載の粒状物質の輸送装置において、
前記一対の可動面が十分に対称的なチャネルを前記輸送ダクト内に形成している粒状物質の輸送装置。
【請求項１２】
請求の範囲５に記載の粒状物質の輸送装置において、
緻密充填手段が前記第２の回転円盤を前記第１の回転円盤に対して所定の角度をなすように配置する手段を含み、
前記所定の角度は、回転時に入口近くの前記第１と第２フェイスの間隔が、入口と出口の間にあって入口よりも下流における前記第１と第２フェイスの間隔よりも大きいような角度である粒状物質の輸送装置。
【請求項１３】
請求の範囲12に記載の粒状物質の輸送装置において、
前記緻密充填手段はさらに、前記第１の円盤に関する前記第２の円盤の角度を調整する手段を備える粒状物質の輸送装置。
【請求項１４】
請求の範囲１に記載の粒状物質の輸送装置において、
前記緻密充填手段はさらに、前記粒子を振動させる振動手段を備える粒状物質の輸送装置。
【請求項１５】
請求の範囲14に記載の粒状物質の輸送装置において、
前記振動手段が入口の近くに配置された粒状物質の輸送装置。
【請求項１６】
請求の範囲１に記載の粒状物質の輸送装置において、
前記輸送ダクトが十分に非粘着性の材料によって構成される粒状物質の輸送装置。
【請求項１７】
粒状物質の輸送装置において、
入口と、入口から下流側に間隔をとって置かれた出口とを有するハウジングと、
そのハウジング内で入口と出口の間に封入され、主輸送チャネルを持つ輸送ダクトと、
を含み、前記主輸送チャネルは入口と出口の間を、入口から出口の方向に前記ハウジングに対して可動である第１および第２の回転円盤、および入口から出口までの間に延びる少なくともひとつの弓形壁によって形成され、
前記第１の回転円盤は第１フェイスを有し、前記第２の回転円盤は第１フェイスと十分に対向する第２フェイスを有し、
前記第１および第２フェイスのうち少なくともひとつは一連の不連続部を有し、
前記各不連続部は、前記主輸送チャネルに隣接する第１および第２の輸送促進帯を、前記第１および第２の輸送促進帯内の粒状物質が前記主輸送チャネル内の粒状物質と隣接する状態をとるように形成され、
該装置はさらに、前記第１および第２の回転円盤を入口と出口の間を出口の方向に動かすための動力手段を備える粒状物質の輸送装置。
【請求項１８】
請求の範囲17に記載の装置において、
前記粒状物質を緻密充填して、前記第１および第２の輸送促進帯内にある粒状物質、ならびに前記主輸送チャネル内にある粒状物質が一時的に固体状態を形成せしめる手段を備える装置。
【請求項１９】
請求の範囲18に記載の装置において、
前記輸送ダクトの断面積が、全体を通して見た場合、その装置の入口から出口の方向にかけて増加していく装置。
【請求項２０】
粒状物質の輸送装置において、
入口と、入口の下流側に間隔をおいて配置された出口を有するハウジングと、
相対距離をおいて配置され、その間に粒状物質輸送チャネルを形成する第１および第２の対向しあう可動面とを含み、
前記輸送チャネルは入口および出口と粒子流で連絡し、
前記第１および第２の可動面は前記ハウジングに対して入口と出口の間で、入口から出口の方向に可動であり、
前記の第１および第２の面の少なくともひとつは一連の不連続部を有する第１および第２の対向する可動面を持ち、
該装置はさらに、前記第１および第２の面を入口と出口の間で出口の方向に駆動するために連結された駆動体を備える粒状物質の輸送装置。
【請求項２１】
請求の範囲20に記載の装置において、
前記輸送チャネルの断面積が、全体を通して見たとき、装置の入口から出口に向かって増加する装置。
【請求項２２】
請求の範囲20に記載の装置において、
前記第１および第２の面がそれぞれ前記の一連の不連続部を有する装置。
【請求項２３】
請求の範囲20に記載の装置において、
入口と出口の間に延びて前記輸送チャネルの境界をなす少なくともひとつの弓形壁をさらに備える装置。
【請求項２４】
請求の範囲20に記載の装置において、
前記第１および第２の面が一対の回転円盤の円盤フェイスである装置。
【請求項２５】
請求の範囲20に記載の装置において、
各不連続部が、前記主輸送チャネルに隣接する輸送促進帯を、前記輸送促進帯内の粒状物質が前記主輸送チャネル内の粒状物質と隣接する状態をとるように形成された装置。
【発明の詳細な説明】
発明の背景
1.発明の分野
本発明は、広くは粒状物質の輸送および計量に使用する装置および方法に関する。特に、本発明の実施形態は、大気条件および圧力に逆らう条件の両条件下における非常に広範囲の固体物質の輸送および計量の両者に使用できる粒状物質取扱装置に関する。
2.関連技術の説明
粒状物質を輸送または計量するために、多重多様な装置が使用されてきた。こうした輸送装置としては、コンベヤベルト、回転弁、ロックホッパ（lock hoppers）、スクリュー型供給装置などがある。典型的な測定または計量装置としては秤量ベルト、容量式ホッパなどがある。粒状物質の輸送および計量の両者を実施するためには、一般に、両種類の装置を結合させてひとつのシステムとするか、または組み込んでひとつのシステムとすることが必要であった。
前述のひとつ以上の輸送または計量装置は固体輸送システムに利用できるが、多種多様な媒介変数により変わる。たとえば、輸送する必要のある粒状物質の量、大きさ、および種類を考慮する必要がある。固体を輸送する必要のある距離および輸送中の周辺圧力の変化も考慮する必要がある。現在使用されている様々な輸送および計量装置はすべて、多種多様な利点と欠点を有し、このために広範囲の種類の粒子を輸送または計量する装置性能が制約される。大気および加圧の両条件下において、粒状物質の輸送および計量の両者を同時に実施できる単一の装置ができれば望ましい。
石炭の大規模輸送および／または計量には独特な問題がある。ある種類の石炭の輸送に適した輸送装置またはシステムは、異なる種類の石炭の輸送には適さないことがある。たとえば、ケンタッキー炭は、スクリュー型供給装置およびコンベヤベルトなどの従来の装置によって輸送するときは、比較的完全な状態を保つ。しかし、米国西部炭は砕けやすい傾向があり、標準的な輸送操作中に相当程度小塊に砕かれる可能性がある。すべての種類の石炭を最低量の粉化で輸送できる装置ができれば望ましい。
粒状物質の含水量は、いかなる輸送システムを設計する際にも考慮する必要のあるもうひとつの要素である。完全に乾燥した物質の輸送に適している輸送装置は、含水量が増加したときには適切に機能しないものが多い。粒子計量装置についても同じことである。従来の計量装置は乾燥粒子を計量するように設計されており、湿った固形物の計量には十分に適合しない。含水量に関係なく、粒状固形物を移動および／または計量できる輸送装置ができれば望ましい。
また、圧力に逆らう条件下で（たとえば、大気圧下および／または輸送システムの入口側の圧力より高い出口側の流体または固形物の圧力下で）、粒状物質を輸送および計量することが望まれる多数の実例がある。大気圧条件および加圧システムに入ることまたは重力に逆らって粒状物質を上方に輸送することのいずれかに起因する圧力頭に逆らう条件の両条件下でポンプ輸送および計量の両者を同時に実施できる装置が供給されれば望ましい。
前記の背景から、単一装置として作動して粒状物質の輸送および計量を同時に実施できる固形物取扱装置またはポンプ輸送装置に対する要求が現存することは明らかである。装置は、多種多様な種類の粒状物質を広範囲の条件下において輸送および計量することができる必要がある。さらに、装置は構造的に強固であり、機械的に簡単で耐久性があり、したがって、故障なしに長時間にわたり連続運転可能である必要がある。
開示の要旨
本発明の実施形態に従って、粒状物質を輸送および計量するための効率と信頼性の向上した装置および方法が提供される。本発明の実施形態に従う固形物ポンプは、特に、小粒子、大粒子および両者の混合物であり、様々な含水量を有する広範囲の粒状物質の輸送に適する。
本発明者は、粒子がダクト全域を埋めて、事実上、ダクトの幅に広がる緻密かつ一時的に全体でひとつの固体をなす状態を作る場合は、少なくともひとつの下流に動く面によって形成される輸送ダクトを使用して輸送および計量ができることとを認めた。
さらに、本発明者は、十分に間隙を埋め、事実上、ダクトの幅に広がる一時的に固体を形成する粒状物質は、ダクトの下流に向いて動く面に、緻密充填された物質塊と噛み合う少なくともひとつの下流側に対向する駆動面を備えることによって、圧力に逆らってより一層効果的に輸送できることを認めた。
実施形態に示す固形物ポンプは、弁のない正（ポジティブ）ディスプレイスメントポンプとして作動し、このポンプを使用して、大気条件および圧力に逆らう条件下における粒子の輸送のみでなく粒子の正確な計量を実施できる。
本発明の好適な実施形態に従う固形物ポンプは、入口、出口、および入口と出口の間の主輸送チャネルを備える。主輸送チャネルは、入口と出口の間を出口に向けて動く少なくともひとつの可動面によって形成される。可動面は、下流側に対向する駆動面を有する少なくともひとつの不連続部を備える。不連続部は、輸送促進帯を形成する。輸送促進帯は、主輸送チャネルに隣接し、その結果、輸送促進帯内の粒状物質は主輸送チャネル内の粒状物質に接触する。
粒状物質は、ポンプ輸送装置に入る前または入るときに、十分に緻密充填または加圧されて、主たるチャネルの幅に広がる実質的に結合された粒子により構成され輸送促進帯内にある粒子を含む一時的に全体として１つの固体またはブリッジの形成を惹起することが好ましい。ブリッジ形成は、装置の入口に向かって漸増的に発生する。この漸増的なブリッジ形成は、チョーク（閉塞部）または動的な相対的円盤運動がなくても発生し得る。しかし、実施形態は、さらにチョークまたは動的な相対的円盤運動を備え得る。このようなチョークまたは円盤運動の実施例は、米国特許第5,051,041号、米国特許第4,988,239号、および米国特許出願第07/929,880号に記載されている（これらは、それぞれ本出願譲受人に譲渡されており、ここに引用することによりそれぞれ本特許に組み込まれる）。粒子のブリッジ形成によって、粒子は特性が半静水的になるので、下流に対向する駆動面によって輸送促進帯内にある緻密充填された粒子に働く力が、物質全量を輸送ダクトを通して出口の方向に輸送する。
本発明の好適な実施形態においては、固形物ポンプは入口および出口を有するハウジングを備える。ハウジング内に、入口と出口の間に伸びる輸送ダクトが封じ込めらている。輸送ダクトは、入口と出口の間で出口の方向に向けてハウジングに関して相対的に運動可能な第１および第２の回転円盤の十分に対向する面、および入口と出口の間に延びる少なくともひとつの弓形の壁の間に形成される。
本発明の前述の実施形態の付加的特徴としては、回転円盤の対向しあうフェイス（面）が少なくともひとつの不連続部を備え、また好ましくは、複数の均等に配置された放射状に延びる不連続部を備え、この不連続部が輸送促進帯を形成する。好適な実施形態においては、各不連続部は、ひとつの下流に対向する駆動面、下流に対向する駆動面の下流側に配置されたひとつの上流側に対向する面、および下流に対向する駆動面と上流側に対向する面とに隣接する底部領域を備える。
さらに、前述の好適な実施形態の各回転円盤のもうひとつの特徴として、回転円盤の各下流に対向する駆動面は回転円盤の対向しあうフェイスに対して十分に垂直であり、回転円盤の内径から外径まで延びている。各下流に対向する駆動面は、内径に接続する先導端および外径に接続する終端を備え、山型に湾曲して、下流に対向する駆動面の終端が下流に対向する駆動面の先導端よりも出口から離れる方向に延びている。回転円盤の各上流側に対向する面は、底部領域から回転円盤の対向しあうフェイスまで登り傾斜がつけられている。各上流側に対向する面の幅は、上流側に対向する面が回転円盤の内径から外径に延びるに従って広くなる。
他の好適な実施形態においては、各回転円盤の対向しあうフェイスは、不連続部として複数の均等に配置された放射状に延びる隆起した部分を備え、各隆起部分は下流に対向する駆動面をおよび下流に対向する駆動面の上流側に配置された上流側に対向する面を備え、下流に対向する駆動面および上流側に対向する面はそれぞれは回転円盤のフェイスに対して十分に垂直である。また隆起部分は、内側面および外側面を備え、この両者は下流に対向する駆動面および上流側に対向する面に接続し、この両者は回転円盤のフェイスに十分に垂直である。内側面は、回転円盤の内径の外側に位置し、内側面と交わる半径方向成分に対して十分に垂直である。外側面は、回転円盤の外径の内側に位置し、外側面と交わる半径方向成分に対して十分に垂直である。また、隆起部分は回転円盤フェイスに十分に平行な頂部面を備える。各頂部面の幅は、頂部面が回転円盤の内径付近から外径付近に延びるに従って拡大し、これによって、隣接する隆起部分によって形成される凹部の幅は、凹部が回転円盤の内径付近から外径付近まで延びるときも一定に維持される。隆起部分は、山型に湾曲しており外側面は内側面よりも出口から離れる方向に延びる。
本発明の好適な実施形態のさらに外の特徴は、対向する回転円盤の不連続部は、粒子輸送用の対称的チャネルを形成するように位置を調整してある。前述の本発明の実施形態のさらに他の特徴としては、輸送ダクトは、回転円盤の外側に縁および回転円盤の外側の縁に関して運転中は静止している外側の弓形の壁によってさらに形成されることである。言い換えれば、弓形の壁は両回転円盤の間に配置することができ、装置の中心ハブからの半径方向の距離を調節可能である。この壁は、多数の要素から形成することもでき、また回転円盤に関して半径方向に内側および外側に調節可能であるので、断面積を変更でき、その結果、輸送ダクトの収束を変更できる。
さらに、本発明の好適な実施形態の他の特徴は、第２の回転円盤を第１の回転円盤に関して、回転時に、入口近くの第１と第２の回転円盤の対向しあうフェイスの間隔が、入口より下流における第１と第２の回転円盤の対向フェイスの間隔より大きい角度に配置する手段が提供されることである。この形状においては、対向フェイス間の断面積は、回転円盤が入口近傍から出口に向かって動くに従って減少し、その結果輸送ダクトに収束またはチョークが生じる。
言い換えれば、対向する円盤フェイス間の断面積が入口から出口に向かうに従って増加するような相互関係の角度に両円盤を配置することができ（ダクトを入口から出口に向かって見たときに断面積の減少が全くない）、その結果、発散型（つまり広がる）輸送ダクトが提供される。他の実施形態としては、弓形壁とともに作用する互いに平行な円盤を使用して入口から出口までほぼ一定の断面積を有するダクトを形成することもできる（対向する円盤面の不連続部により発生する断面積変化を除く）。
本発明の好適な実施形態の付加的特徴としては、第２の回転円盤がハウジング内で回転する角度を変更することによって、異なる種類の輸送物質に対して装置の微細な調節ができる。角度の変更によって、入口から出口までの断面積の変化率を少し変えて、ダクト中に異なる収束またはチョーク、あるいは異なる広がりを生じさせ、あるいは一定の断面積のダクトを作ることができる。
本発明のまた別の実施形態として、装置は、入口に隣接して振動手段を備えて粒状物質の緻密充填を促進することができる。
前述の本発明の好適な実施形態のもうひとつの特徴は、回転円盤の内面は十分に非粘着性特性を持つ材料で構成して出口における粒状物質の吐出を容易にし、また保全時に回転円盤の清掃を容易にできることである。
本発明の実施形態に従った装置によって均一流量を生成できるので、この装置は多様な条件下における粒状物質の輸送および計量に特に効果的に適合する。送出される粒状物質の容積は、回転円盤の回転速度を測定し、この測定値をダクトの断面積と関係づけて便利に正確に決定できる。計量操作中は、普通の監視装置を備えて、計量工程中は通路が固形物で充填されていることを確認できる。
本発明の前述の特徴ならびに多数の他の特徴および付随の利点は、以下の詳細説明を付属図面と共に考察して参照することにより一層よく理解できる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の実施形態に従う第１の好適な実施例装置の部分断面図である。
図２は、図１に示す好適な実施例装置の内部斜視図であり、平行な回転円盤の対向する内部面上の不連続部の好適な実施例を示す図である。
図３は、図２に示す駆動回転子を３−３面で切った部分断面図であり、回転円盤の対向する内部フェイス間を埋める粒子を示す図である。
図４は、第２の好適な実施例の回転円盤の平面図である。
図５は、図４に示す回転円盤を５−５面で切った部分横断面図である。
図６は、ひとつの円盤をもうひとつの円盤に関してある角度を支持する機構の実施形態を示す部分横断面図である。
好適な実施形態の詳細な説明
本発明の好適な実施形態に従って、前述の装置を使用すると、効率と信頼性の向上した条件下で粒状物質の輸送および計量を実施できる。この装置を使用して広範囲の粒状物質を輸送することができ、たとえば、様々な程度の含水量の、小粒子および大粒子ならびにそれらの混合物を、大気条件および加圧条件の両条件下で輸送できる。
本発明の好適な実施形態に従う第１の典型的な装置を一般的に図１の10に示す。装置10は、ハウジング12、入口14、および出口16を備える。ハウジング12内には、駆動回転子18がある。駆動回転子18は、軸20上に取り付けられ、軸20は軸20の軸線の回りを回転する普通の低摩擦軸受け組立品（図示していない）内に回転可能に取り付けられる。軸20は、静圧駆動モータまたは電気駆動モータ（図示してない）に結合される。軸20は、モータによって図１の矢印24の示す方向に駆動される。
図２および図３に最もよく示されるように、駆動回転子18は、内径30および外径32を有する回転円盤26および28ならびにハブ34を備える。駆動回転子は、固形物ポンプの組立を容易にするために２個の独立した回転円盤から作られることが好ましい。
回転円盤26および28は、対向する内部フェイス36および38を備える。対向する内部フェイス36および38は平面ではなく、複数の均一に配置された放射状に延びる不連続部52を備える。各不連続部52は、下流側を向く駆動面56、底部領域58および上流側を向く面60を有する輸送促進帯54を形成する。
図２および図３に最もよく示すように、下流に対向する駆動面56は、内部フェイス36および38に対して垂直であり、山型に湾曲して、回転円盤26が入口14から出口16までの間を移動するとき終端64は先導端62よりも出口16から離れる方向に延びている。この山型に湾曲した形状によって、出口16における粒子の吐出が容易になる。
図２および図３に示す好適な実施形態においては、輸送促進帯54が内径30から外径32まで延びるに従って、輸送促進帯54の幅が増加する。各回転円盤の上流側に対向する面60は、底部領域58から回転円盤の内部フェイスに至る個所まで上流側に傾いている。
対向する内部フェイス36および38は、面間に粒状固形物を緻密充填する両面を形成するために互いに対向して配置される。対向する内部フェイス36および38のそれぞれの不連続部52の位置を調整して、図３に最もよく示すように粒子輸送用の対称的チャネルを形成することが好ましい。この対称的形状によって、粒子の緻密充填中および輸送中に駆動回転子18を支持する軸受け組立品（図示してない）に不均一な荷重がかかることが緩和される。
好適な典型的装置10は、図１の40および42に示す外部シューを１個以上備える。シュー40および42は、回転子18の内部フェイス36と38との間に形成される主輸送チャネルに接近して設計される。それぞれの外部シュー40および42は、それぞれ静止した内壁44および46を備える。内壁44および46は、ハブ34および対向する内部フェイス36および38とともに、いかなる所定の点においても、主輸送チャネル50の断面積を決める。両外側シュー40および42は、適切な取付金具またはピンでハウジングに取り付けられる。内壁、または複数のシューの場合は内壁群は、回転円盤26および28の円周に適合するように正確に形成される。その結果、回転円盤26および28が軸20と共に回転するとき、シューの静止した壁は対向する内部フェイス36および38の間で輸送される粒状物体を保持する。ひとつの好適な実施形態においては、シューの内壁は、回転子の内部フェイス36および38を部分的に覆うように、軸方向に（シューを横断して）、それぞれ回転子18の内部フェイス36および38を越えて延びる。シューは、両内面36および38の外径32に、許容公差内で、できるだけ接近させて配置される。この形状においては、シューは半径方向に調節不能であり、回転子18のハブ34により近くまたはより遠くに動かして、主輸送チャネル50の断面積を変化させることができない。
代案の実施形態においては、シューは、対向する内面36および38の間に適合し、主輸送チャネル50に対する湾曲した外壁を形成するような軸方向の大きさおよび形状とすることができる。この形状においては、主輸送チャネル50の断面積を変更するために、シューの半径方向の位置を回転子18のハブ34に近づけたり離したりして調節可能である。この目的で、米国特許第4,988,239号（引用により本特許に組み込まれる）に示すように、ネジ調整装置をひとつまたは複数のシューに結合することができる。米国特許第4,988,239号に示されたネジ調節装置によって、シュー40をピンの付近で半径方向に内側および外側に調節できる。シューを内側および外側に調節することによって、固形物がポンプを通過するときの固形物のチョークまたは緻密充填を設定することができ、あるいは、ダクトに沿って広がる断面積または一定な断面積を提供できる。第２のネジ調節装置を、米国特許第4,988,239号に示すように第２のシュー42に取り付けることができる。第２のネジ調節装置は、第１の調節装置と同一の種類であり、これによってシュー42を半径方向に内側および外側に調節できる。シュー42を内側および外側に調節することによって、固形物が第１のシュー40を通過後ポンプを通って移動するときに、第２の円盤26の角度とは十分に独立に、ダクトの大きさを変更できる。さらに別の実施形態では、シュー40および42ならびにシュー壁44および46の代わりに単一の静止壁を使用することもできる。
本発明の好適な実施形態においては（図示してない）、粒子の緻密充填は、回転円盤26を回転円盤28に関して、所定角度に配置する手段を持って実施される。この角度は、入口14の近くの対向する内部フェイス36と38の間隔が入口14の下流の入口14から出口16まで間の対向する内部フェイス36と38の間隔より大きくなる角度である。（あるいは、円盤を、それぞれ入口から出口まで広がるダクトを形成するような相対的角度に配置することもできる。）この形状においては、対向する内部フェイス間の間隔が減少（増加する）すると、輸送ダクトの断面積は減少し（または、広がる実施形態の場合は増加）、その結果、輸送ダクト中に収束またはチョーク（または広がり）が生じる。また、回転円盤が相互に関連して回転するとき、その角度を変更する手段を備えることが好ましい。ひとつの回転円盤をもうひとつの回転円盤に関してある角度に支持する機構の実施形態を図６に示す。角度の変更によって、入口と出口間の断面積の変化率が変わり、ダクト中に異なる収束またはチョーク（または広がり）が生じる。前述または代案の緻密充填を達成する好適な装置についての様々な視点に関しては、米国特許出願第07/929,880号にさらに詳細に述べられており、この特許出願はこの引用により本出願に組み込まれるものとする。
本発明のもうひとつの好適な実施形態においては（図示してない）、粒子を振動させる手段を入口14の近くに設置して緻密充填を促進する。ある応用例では、入口14における振動手段の使用によってポンプ操作に十分な緻密充填を得ることができる。他の応用例では、入口14で粒子に作用する重力により生成される圧力頭によって、ポンプ作動に十分な緻密充填が得られ、これが得られた場合は追加の緻密充填は全く必要ない。
図３に最もよく示されるように、粒状物質の緻密充填によって一時的に固体状態またはブリッジが形成され、この固体またはブリッジは主輸送チャネル50の幅に広がる十分に隣接または結合する粒子よりなり、輸送促進帯54内で緻密充填された粒子を含む。回転円盤26および28の回転時に、粒子のブリッジは下流に対向する駆動面56にかみ合わされて出口16に向かって輸送される。ハウジング12および各回転円盤26および28の外縁によって形成される空間に、粒子および微粒子粉が侵入することを防止するために、図５に最もよく示されるように、回転円盤は面取り部72を備え、面取り部72は、外側の縁が回転円盤の内部フェイスから外側に延びるときに、ハウジング12から離れる方向に傾斜する。外側の縁は約45度の角度で面取りすることが好ましい。
微粉排出口74は弁76と結合し、ハウジングの底部に設置され、これを用いてポンプ作動中に蓄積する恐れのある微粉を除去することができる。ポンプ作動中は、弁76を開放しておいて、微粉が内部の収集チャネル（図示してない）を経由して排出口に落ちたときに、連続的に排出することができる。代案としては、弁76は閉めておいて、内部収集溝に微粉が充満したときだけ開けることもできる。勿論、弁76の開閉は、輸送する固形物質の粉塵性および碎けやすさにより変わる。
駆動回転子18の大きさは、輸送または計量する物質の種類および容量によって変わる。典型的には、回転円盤26および28の外径は、わずか２、３インチから何フィートに至るまで変化し得る。比較的小型の回転円盤は、食品添加物および医薬品などの比較的小容量の固形物質の輸送および計量によく適合する。比較的大型の回転円盤は、食糧、石炭、砂利その他などの大量の有機固形物質および無機固形物質の輸送および計量に使用できる。本装置は、大粒子、小粒子および両者の混合物の輸送および計量、ならびに大容量および小容量の輸送および計量に等しくよく適合し、湿った粒状物質および乾燥した粒状物質の両者の輸送および計量に使用でき、制約は物質が粘性力が支配的となりブリッジ形成が阻害されるほど湿ってはならないということだけである。
対向する内部フェイス36および38上の不連続部の形状は、本発明において相当程度変更することができる。図４および図５に示す回転円盤の好適な実施形態においては、各回転円盤の対向する内部フェイス36および38は、不連続部として、複数の均等に配置された放射状に延びる隆起した部分82を備え、各隆起部分は下流に対向する駆動面84および下流に対向する駆動面84の上流側に配置され上流側に対向する面86を有し、駆動面84および面86は回転円盤の内部フェイスに対して十分に垂直である。また、隆起部分82は、内側面88および外側面90を備え、この両面は下流に対向する駆動面84および上流側に対向する面86と隣接し、さらにこの両面は回転円盤の内部フェイスに対して十分に垂直である。内側面88は、回転円盤の内径92の外側に位置し、内側面と交わる半径方向成分に対して十分に垂直である。外側面90は、回転円盤の外径94の内側に位置し、外側面と交わる半径方向成分に対して十分に垂直である。また、隆起部分82は、回転円盤の内部フェイスに対して十分に平行である頂部面96を備える。各頂部面96の幅は、頂部面96が内径92の近くから外径94の近くまで延びるに従って拡大し、その結果、隣接する隆起部分82によって形成される凹部98の幅は、凹部が内径92近くから外径94近くまで延びるときに一定のままである。隆起部分82は山型に湾曲し、その結果、回転円盤が入口14から出口16まで動くとき、外側面90は内側面88よりも出口16から離れる側にあって移動していく。
代案として、対向する内部フェイスは、一連の波状の山と谷を形成する放射状に延びる波形を備えることもできる。さらに実施形態は、円盤壁に設けた単純な細長い隆起部および溝を使用することもできる。
本発明に従う装置を利用して、大気圧に逆らって粒子を輸送することができる。さらに、ポンプは、固形物を加圧システム中にポンプ輸送するときに有用であると認められた（たとえば、装置の出口側の圧力がその入口側の圧力より大きい場合）。図１および図２を参照すると、固形物を加圧システム中にポンプ輸送するときは、ポンプ輸送中、出口16の断面積全体が固形物で充満されていることが好ましい。これによってポンプの出口に堰（ダム）ができ、この堰がガス、液体、または固形物が出口を経由してポンプ中へ逆流する有害な影響の恐れに対する障壁となる。粒子の累積的なブリッジ形成によって、連続的に形成される継続した補強ができ、これにより出口に近い粒子ブリッジ部分の強度が補強され、その結果、出口近くのブリッジ部分は装置の出口における相対的に高い圧力によく耐える十分な強度になる。ダクトの長さは、十分な量の累積的継続的ブリッジ形成がダクト中で発生して、ポンプの出口側における相対的に高い圧力によく耐えて、その圧力を維持するように設計することが好ましい。これは、収束ダクトシステム、一定断面積ダクトシステム、または広がるタイプの発散ダクトシステムを使用して達成できる。興味深いことに、本発明以前に、固形物を相対的に高い圧力の出口側に、発散ダクトシステムを使用してポンプ輸送することが実際的または可能であるとは信じられていなかった。
好適な典型的実施形態を単一の駆動回転子を使用して説明してきたが、同様に、単一または複数の入口から物資を受け取る複数の駆動回転子を有する輸送装置を作成することも可能である。複数の駆動回転子を使用することによって、回転円盤の直径を増加させることなく、物質処理量を増加させることができる。
ポンプが始動されると、シューの調整は必要ない。ポンプの故障が発生した場合、右側の駆動円盤を外すことができるように構成すれば便利である。これによって、じかに通路に触れることができ、いかなる妨害物でも迅速に掃除できる。
固形物のブリッジ形成によって、固形物のポジティブディスプレイスメント（正圧置換）ができる。したがって、ポンプを輸送装置および計量装置として使用できる。ポンプによって固形物がポジティブディスプレイスメントされるので、計量は駆動回転子の回転速度を測定し、ダクトの最も狭い点におけるダクト断面積に基づいてポンプを通過する固形物流量を計算して達成できる。計量ポンプとして使用する場合は、ある種の従来の検出装置を使用して、固形物の計量中、全期間にわたり通路に固形物が充満していることを確認することが望ましい。こうした従来の検出装置は、ガンマ線検出装置および電気機械式検出装置などである。これらの検出装置は、すべて技術上公知であるので、図示せず詳細な説明も省略する。
粒状物質を緻密充填する程度は、輸送する物質、ポンプ回転速度、および固形物が圧力頭に逆らって輸送されるか否かによって変わる。
装置要素は、高力鋼または他の適切な材料で作成することが好ましい。回転円盤の内部面およびシューの内部壁は、耐摩耗性金属または非粘着特性を有する適切な材料で作成して、作動中の出口における吐出を容易にし、また保全期間中の掃除を容易にすることが好ましい。適切な応用例では、回転円盤の内部面およびシューの内部壁は、ポリテトラフルオロエチレンなどの材料で作成することができる。
本発明の実施形態に係る装置はまた、固形物質のスラグ、または栓状物（プラグス:plugs）を計量しながら、ある種のシステムに投入する場合にも最適である。このシステムとは、物の流れているパイプラインシステムまたは材料を不連続的に繰返し投入する必要があるシステムである。輸送および計量の正確な制御が達成されるので、不連続な量の粒状物質を加圧システムおよび非加圧システムの両者に脈流的に供給できる。
以上、本発明の典型的な実施形態について述べたが、前述の開示は典型的なもののみであること、および多種多様な他の代案、翻案および変形が本発明の範囲内で実施可能であることを、当業者は理解されたい。たとえば、駆動回転子は可動面の形式が好ましいが、これは必須ではない。いかなる種類のコンベヤベルトまたは他のシステムでも、ブリッジ形成特性および下流に対向する駆動面特性があれば、使用可能である。したがって、本発明は本出願で説明する特定の実施形態に限定されるものではなく、下記の請求の範囲によってのみ限定される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図４】
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【図６】
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