(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
充填材料分配器を備える懸架ローター及び該懸架ローターが固定型ハウジングの軸線を中心に回転できるように該懸架ローターを支持する固定型ハウジングから構成される、冷却システム装備シャフト炉充填装置であって、
前記冷却システムは、固定循環系部、前記懸架ローター上へ取り付けられる回転循環系部、及び前記軸線を中心とするように配置される環状スイベルジョイントから構成され、
前記環状スイベルジョイントは、前記固定型ハウジング上へ取り付けられる環状固定部分と前記懸架ローター上へ取り付けられる環状回転部分から成り、
前記固定部分及び回転部分は相対回転を可能とする対応構造を有し、かつ環状容積を画成する環状トラフを有して該トラフを介して前記循環系部が流体連絡し合い、
前記環状スイベルジョイントは次のものよりなり：
前記固定循環系部から冷却液を受け取る固定型往接続部；前記回転循環系部へ冷却液を供給する回転型往接続部；前記回転循環系部から冷却液を受け取る回転型復接続部；及び  前記固定循環系部へ冷却液を戻す固定型復接続部、
前記環状容積を、前記環状固定部分に属する仕切りと前記環状回転部分に属する仕切りとによって分割形成した環状外側空隙と環状内側空隙、前記環状内側空隙は前記環状外側空隙によって少なくとも部分的に囲まれており、前記環状内側空隙と前記環状外側空隙は
環状第一クリアランス及び環状第二クリアランスによって前記環状外側空隙と前記環状内側空隙間に漏出許容連絡路を形成し、前記固定型往接続部と前記回転型往接続部とは前記環状外側空隙と前記環状内側空隙の内の一方を介して接続され、前記回転型復接続部と前記固定型復接続部は、前記環状外側空隙と前記環状内側空隙の内の他方を介して接続されていること、並びに
前記第一クリアランス中に設けられた環状第一流れ制限弁、及び前記第二クリアランス中に設けられた環状第二流れ制限弁、これら流れ制限弁は前記外側及び内側空隙間における漏出を減ずるように構成されていること、
を特徴とするシャフト炉充填装置。
【請求項２】
前記第一及び第二流れ制限弁がそれぞれ非接触ラビリンスシールとして構成されることを特徴とする請求項１記載のシャフト炉充填装置。
【請求項３】
前記環状固定部分に属する仕切りと前記環状回転部分に属する仕切りが前記固定型ハウジングによって支持される環状固定型仕切り部材と前記懸架ローターによって支持される環状回転型仕切り部材から構成され、前記内側空隙及び前記クリアランスが前記固定型仕切り部材と前記回転型仕切り部材の間に画成されることを特徴とする請求項１または２に記載のシャフト炉充填装置。
【請求項４】
縦断面において、前記固定型仕切り部材及び回転型仕切り部材が縦二等分軸に対して概略鏡像対称であることを特徴とする請求項３記載のシャフト炉充填装置。
【請求項５】
前記回転部分が、前記軸線上を回転する前記懸架ローターに載置されるか、あるいは前記懸架ローターの一部として形成された概略Ｕ字状縦断面である環状トラフから成ること、及び前記固定部分が、前記固定型ハウジング上へ少なくとも一部が前記トラフ中へ突き出すように取り付けられ、かつ縦断面が概略逆Ｕ形状である環状フードから成ること、前記トラフ及び前記フードが縦断面における縦二等分軸に対して概略鏡像対称に構成されることを特徴とする請求項１または２に記載のシャフト炉充填装置。
【請求項６】
前記回転部分が、前記軸線上を回転する前記懸架ローターに載置されるか、あるいは前記懸架ローターの一部として形成された概略Ｕ字状縦断面である環状トラフから成ること、及び前記固定部分が、前記固定型ハウジング上へ少なくとも一部が前記トラフ中へ突き出すように取り付けられ、かつ縦断面が概略逆Ｕ形状である環状フードから成ること、前記トラフ及び前記フードが縦断面における縦二等分軸に対して概略鏡像対称に構成されることを特徴とする請求項３または４に記載のシャフト炉充填装置。
【請求項７】
前記固定型仕切り部材は、縦断面が概略逆Ｕ形状であるフード形状のリング組立体から成っていて、前記固定部分の前記フード内部に配置され、かつ半径方向内側部及び半径方向外側部を有し、及び、前記回転型仕切りは前記リング組立体中へ突き出すように配置される少なくとも１個のテフロン（登録商標）材料からなるリングから成り、前記テフロン（登録商標）材料からなるリングには前記リング組立体の前記半径方向内側部と前記半径方向外側部と対応する半径方向内側部及び半径方向外側部が備えられて、これら内側部相互間及び外側部相互間に前記第一及び第二クリアランスが設けられ、及び前記クリアランス中には第一及び第二流れ制限弁がそれぞれ形成されることを特徴とする請求項６記載のシャフト炉充填装置。
【請求項８】
前記回転型仕切りが複数の積み重ねられたテフロン（登録商標）材料からなるリングから成り、非接触ラビリンスシール方式の第一及び第二流れ制限弁を形成するため、リングが台形楔形状の断面及び又は波形の内面及び外面を有することを特徴とする請求項７記載のシャフト炉充填装置。
【請求項９】
前記フード及び前記トラフのそれぞれが環状の内側及び外側側壁を有し、前記フードの側壁が狭くほぼ垂直な隙間によって前記トラフの側壁から分離され、これら隙間によって前記外側空隙を通して自由に連絡が為されることを特徴とする請求項５〜８のいずれかに記載のシャフト炉充填装置。
【請求項１０】
前記ほぼ垂直な隙間を通して脱気を行えるように、前記縦方向の隙間が前記フードの側壁中、あるいは前記環状フードと前記固定型仕切り部材との間に設けられる横孔を介して前記外側空隙と連絡されることを特徴とする請求項９記載のシャフト炉充填装置。
【請求項１１】
前記固定型仕切り部材に上側プレートが含まれ、該上側プレートに前記固定型往接続部と前記固定型復接続部の一方が設けられ、前記環状フードに頂部プレートが含まれ、該頂部プレートに前記固定型往接続部と前記固定型復接続部の他方が設けられ、及び
前記回転型仕切り部材に下側プレートが含まれ、該下側プレートに前記回転型往接続部と前記回転型復接続部の一方が設けられ、前記環状トラフに底部プレートが含まれ、該底部プレートに前記回転型往接続部と前記回転型復接続部の他方が設けられ、前記外側空隙が、前記上側プレートと前記頂部プレートの間に位置する上側部分と、前記下側プレートと前記底部プレートの間に位置する下側部分から成ることを特徴とする請求項５または６記載のシャフト炉充填装置。
【請求項１２】
前記外側空隙が前記内側空隙上方に配置される上側部分と前記内側空隙の下方に配置される下側部分から成り、前記外側空隙によって前記内側空隙がほぼ囲まれることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載のシャフト炉充填装置。
【請求項１３】
固定部分に冷媒レベル検知装置が含まれ、前記レベル検知装置が接続されて前記固定循環系部へ接続された補充弁が制御され、及び前記固定部分に前記外側空隙からガスを通気するための通気装置が含まれることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載のシャフト炉充填装置。
【請求項１４】
前記環状第一クリアランス及び前記環状第二クリアランスは縦軸心に対して概略鏡像対称であり、及び前記環状第一流れ制限弁は半径方向外側へ配置される非接触ラビリンスシールであり、及び前記環状第二流れ制限弁は半径方向内側へ配置される非接触ラビリンスシールであることを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載のシャフト炉充填装置。
【請求項１５】
冶金設備の冷却システムに用いる環状スイベルジョイントであって、
前記冷却システムは固定循環系部と、該固定循環系部の軸線を中心に前記固定循環系部に対して回転可能な回転循環系部を含み、前記環状スイベルジョイントは前記軸線を中心とするように配置され、前記固定循環系部を前記回転循環系部と接続し、かつ前記固定循環系部と共に静止状態のままである固定部分と、前記回転循環系部と共に回転可能である環状回転部分から成り、前記固定部分及び前記回転部分は相対回転を可能とする対応形状を有し、かつ環状容積を画成する環状トラフを含み、このトラフを介して前記循環系部の双方が流体連絡され、
前記環状スイベルジョイントには、前記固定循環系部から冷却液を受け取る固定型往接続部、前記回転循環系部へ冷却液を供給する回転型往接続部、前記回転循環系部から冷却液を受け取る回転型復接続部、及び前記固定循環系部へ冷却液を戻す固定型復接続部が含まれ、
仕切りによって前記環状容積が環状外側空隙と環状内側空隙に分割されることにより、前記往接続部が前記外側空隙及び内側空隙の一方を介して、及び前記復接続部が前記外側及び内側空隙の他方を介して各々接続され、そして前記内側空隙が前記外側空隙によって少なくとも部分的に囲まれるようにされており、前記外側及び内側空隙間二重漏出許容連絡が前記固定部分と回転部分間の相対回転を可能とするために設けられた環状の第一クリアランス及び環状の第二クリアランスを通しての前記外側間隙及び内側間隙間連通を許容しており、及び
前記第一クリアランス中に設けられる環状第一流れ制限弁及び前記第二クリアランス中に設けられる第二流れ制限弁が前記外側及び内側空隙間における漏れを減ずるように形状化されることを特徴とする前記環状スイベルジョイント。
【請求項１６】
請求項２〜１４のいずれかに記載の特徴を特徴とする請求項１５記載の環状スイベルジョイント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概略的には冶金反応器、詳細には冶金高炉等のシャフト炉を充填するための回転型充填装置に関する。このような充填装置は、通常充填分配器を備える懸架ローター、典型例としては旋回分配シュートと該懸架ローターを支持する固定型ハウジングから構成され、一般的には炉中心軸を中心として回転可能である。本発明は、さらに詳細には、冷却システムの固定部分を懸架ローター上に取り付けられる回転部分に連結する環状スイベルジョイントを用いて懸架ローター上における冷却を保証するように構成された冷却システムに関する。本発明はさらに前記環状スイベルジョイント自体にも関する。
【背景技術】
【０００２】
炉内の高温に曝露される懸架ローターを液体冷媒を用いて冷却する方法は、装置機械部品の耐用期間を延ばすために最も有効であり、低額な初期投資コストで済み、かつ例えば日本特許出願ＪＰ５５-０２１，５７７中に示唆されている純粋不活性ガス冷却に比較してエネルギー消費の少ない方法である。
【０００３】
そのため、１９７８年にはポール・ヴルスによって、米国特許４，２７３，４９２に詳細に記載されているベルレストップ（登録商標）設備（本願の第８図参照）の充填装置の水冷却が提案された。この充填装置では、炉内部からの放射熱から保護するための下側スクリーンに冷却循環系が設けられ、この冷却循環系には液体冷媒が分配シュート上方の中心送りチャネルを中心に共軸に取り付けられる環状スイベルジョイントを介して供給される。このジョイントは、概略環状の、すなわちリング形状の回転部分と固定部分から成る。この回転部分は前記懸架ローターの延長部であり、一体化されて前記ハウジングの上方へ延びている。前記固定部分は、前記ハウジングへ同軸に該回転部分の周りに隙間をあけて締め付けられる。２本の円筒ローラーベアリングによって回転部分は前記固定部分中の中心に置かれる。この固定部分には２つの環状溝が含まれており、一方の溝は他方の溝の上方に形成され、その溝面は回転部分の外側円筒面に向いて冷媒への接続通路が画成されている。固定部分と回転部分の間のそれぞれの溝の両側には防水シールパッキンあるいはガスケットが取り付けられなければならない。この種の回転式液体ジョイントが実用的に首尾よく使用可能になるかどうかは証明されていない。実際、米国特許４，２７３，４９２に示唆されている防水シールは、極めて高温の移動部分と接触するため特に急速に劣化する。さらに、前記回転式ジョイント、すなわち防水シールの直径が比較的大きいため、相当の摩擦の発生を避けられない。そのためシールの耐用期間は制限され、同時にローターを駆動するために要する駆動力も増大する。従って、米国特許４，２７３，４９２に記載されたタイプの回転式ジョイントによって、懸架ローターにおける冷却循環系部への送り込みが実用的に生き残るかどうかは証明されていない。
【０００４】
それゆえ、１９８２年にポール・ヴルスは、防水シールパッキンあるいはガスケットなしに作動する回転式ジョイントを備える冷却システムを提案している。米国特許４，５２６，５３６に記載されているこの冷却システムには、現在では世界中において、多数の高炉充填装置に装着されている。この冷却システムには、上側環状トラフ、すなわち狭く上に向かって開いた容器が含まれ、この環状トラフは懸架ローターの上側スリーブ上へ取り付けられ、該懸架ローターと共に回転する。固定循環系部の上側トラフの上方には、重力で該上側トラフへ送り出すための１または２以上のポートが設けられている。前記上側トラフは懸架ローター上に設置された多数の冷却コイルへ接続されている。これらのコイルには、前記ハウジングの底部上へ取り付けられた下側環状固定トラフ中へ放出するための出口管が備えられている。従って、冷却水は非回転型供給源から懸架ローターの回転上側トラフ中へ流れ込み、次いで純粋に重力によってローター上の冷却コイル中を通り、そこからさらに固定された下側トラフへと流れ込み、該下側トラフから排出される。摩擦を受け易い防水シールを回避できることに主たる利点がある一方において、この冷却システムの第一の問題点は、懸架ローター上の冷却コイル中へ強制的に冷却水を通すために得られる圧力が上側トラフと下側トラフとの高さの相違によって制限されることである。この高さの相違は建設上の制限による本質的な制限である。従って、懸架ローターは低損失冷却コイルを用いて取り付けられなければならず、これはコスト、占有空間、及び又は冷却効率の観点から大きな不利益となる。第二の問題点は、高炉からの埃だらけのガスが両トラフ中の冷却水と接触するため冷却水中への埃の通過を避けられないことである。また、上側トラフ中に生成されるスラッジによる問題も生ずる。すなわち、スラッジが懸架ローターの冷却コイル中を通過することによりコイルの閉塞、すなわち閉栓が起こる可能性がある。
【０００５】
高冷却能を得るため、ドイツ特許ＤＥ３３４２５７２では、ローター上の回転循環系部へ補助ポンプを取り付けることが提案されている。懸架ローター上のこの補助ポンプはローターを回転させてポンプを駆動させることを利点とする機構によって駆動される。従って、ポンプはローターが回転している時だけ作動する。さらに、このようなポンプはローター上の冷却コイル中を通るスラッジにかなり敏感である。
【０００６】
ポール・ヴルスによる国際特許出願ＷＯ９９／２８５１０では、環状スイベルジョイントが取り付けられた冷却システムの操作方法が提供されている。前述した原理とは対照的に、この出願では、米国特許４，２７３，４９２によって提案されたジョイントを防水状態に確保する試みも、米国特許４，５２６，５３６によって提案されたレベル制御を用いたジョイントからの冷媒ロスを防止する試みも為されていない。その代わりに、漏出流をジョイントの回転部分と固定部分の間の環状分離孔中を通過させる方式で環状スイベルジョイントへの液体冷媒の供給が行われる。この漏出流によって「液体シール」が形成され、該シールによりジョイントへの埃の侵入が防止される。次いで漏出流は集められ、前記循環系の回転部分中を通過せずに排出される。従って、埃だらけのスラッジが回転循環系部を通過することがなくなるので詰まりが起こるリスクも排除される。ＷＯ９９／２８５１０では、提案された方法を実用化するための多数の実施態様が提案されている。実施態様のそれぞれには、固定型ハウジング上へ取り付けられる環状固定部分と懸架ローター上へ取り付けられる環状回転部分が含まれている。これらの部分は相対回転が可能な対応構造にされている。米国特許４，５２６，５３６と同様に、前記回転部分には環状容積を画定する環状トラフが含まれ、その環状トラフを介して固定循環系部及び回転循環系部が流体連絡されている。漏出流は、前記トラフの側壁と、前記トラフ中へ突き出し及び前記固定部分に属するインサートの側壁との間の環状分離孔中を通過する。このシステムの第一の問題点は、「液体シール」を通して冷却水にロスが生ずるため継続的に注ぎ足しが必要とされることである。さらに、ＷＯ９９／２８５１０において提案されているシステム及び方法には米国特許４，５２６，５３６と同様に猶収集トラフが備えられており（ＷＯ９９／２８５１０の図１参照）、それゆえこのレベルにおいてさらなる埃の汚染が起こる。従って、損失水分及び下側トラフからの回収分の双方とも、再使用前に処理を行うことが必要である。
【０００７】
ポール・ヴルスによる国際特許出願ＷＯ０３／００２７７０では、環状スイベルジョイントのさらに別の構成が提供されている。このジョイントは、固定循環系部と回転循環系部を接続する開放された収集トラフを用いずに埃汚染を防止することから、一部１９７８年当時の当初の原理に戻るものである。このジョイントは、ハウジングへ取り付けられるリング形状の固定部分と懸架ローターと共に回転するリング形状の回転部分から構成される。これら固定部分と回転部分が一緒になって円筒状の境界面が形成され、この境界面中において１または２以上の環状溝によって前記固定部分と回転部分の間において加圧液体冷媒の移動が可能とされる。そのために、前記溝間と前記溝と前記境界面の開放端部間に防水シールが取り付けられる。回転部分はローラーベアリングを用いて固定部分上に単独で浮いた状態で支持される。回転トルクだけが伝達されるように、選択的機械連結手段によってリング形状の回転部分は懸架ローターと連結され、同時に他の応力がローターから回転リングへ伝達されることが防止される。液体冷媒は変形可能な柔軟接続路を用いて回転部分から懸架ローター上の循環系部へ送られる。ＷＯ０３／００２７７０の設計においては、米国特許４，２７３，４９２とは反対に、回転リングが固定リングによって支持される。従って、総じてジョイントに関しては、より具体的には防水シールに関しては、過剰な摩擦、すなわち耐用期間が短くなる問題はより少ない。ローター上の冷却コイルを通して加圧強制循環させる利点と、シールの耐用期間が大幅に延びる利点がある一方において、固定部分と回転リング形状部分の間の防水シールが別に要求される。たとえ受ける歪みは少なくとも、これらのシールは不可避的に摩擦によって消耗されるため、コストを要する交換作業は猶不可欠である。
【０００８】
ポール・ヴルスによる国際特許出願２００７／０７１４６９では、概略上述したような冷却システムに用いられる別のジョイント設計が提案されている。この設計においては、熱伝導装置に、固定冷却循環系中を流れる冷却液によって冷却されるように構成された固定部分と、回転冷却循環系中に循環される別の冷却液によって加熱されるように構成された回転部分が含まれる。これら双方の部分は対向関係に配置され、それら部分の間に、回転循環系及び固定循環系中へ前記別個の冷却液相互を混合することなく、熱伝動領域を通して熱伝動を達成するための熱伝動領域が設けられる。従って、この回転型連結は真の流体スイベルジョイントではなく、純粋な熱的連結である。ＷＯ２００７／０７１４６９に従った熱的連結によって防水シールの必要性も埃汚染のリスクも排除される一方において、この連結の１つの欠点として、一定の熱的連結能を保証するために、熱伝導領域を形成する一定の大きさの対向面が必要とされる点が挙げられる。実用場面において、流体スイベルジョイントと比較した場合、例えば径の大きな高炉を備える等の高熱負荷条件では、この設計にはより大きな構造空間が必要とされる。さらに、ローター上に従来型の冷却コイルを用いる場合には、懸架ローター上に強制循環手段、例えばＤＥ３３４２５７２に開示されているようなポンプが必要とされる。
【０００９】
結論として、今日まで種々解決方法が知られているが、先行技術には冷却システムの固定部分を回転部分へ連結するために必要とされるスイベルジョイントを猶改良する余地が残されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、シャフト炉充填装置用の改良された冷却システム、より具体的には、液体密封シールの使用必要性を排除すると同時に、冷却システムの回転部分中への冷却液の加圧強制循環を可能とできる改型環状スイベルジョイントを提供することを第一の目的とする。
【００１１】
上記目的は、請求項１項記載のシャフト炉充填装置及び請求項１４項記載の環状スイベルジョイントによって達成される。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、概略的にはシャフト炉、特に高炉等の冶金反応器に用いられる充填材装置中の冷却システムに関する。前記充填装置は、典型的構成においては、充填分配器、例えば旋回可能シュートを備える懸架ローターと、該懸架ローターが軸を中心に回転できるように該懸架ローターを支持する固定ハウジングから構成される。
【００１３】
本願に係る冷却システムは、ハウジングと共に静止状態のままである固定循環系部と、懸架ローター上へ取り付けられて該懸架ローターと共に回転する回転循環系部から構成される。さらに、本冷却システムには、回転軸上に同軸で取り付けられ、かつ固定循環系部を回転循環系部と連結する環状スイベルジョイントが含まれている。本願において、表現「スイベルジョイント」とは、接続された循環系部間において完全な回転を可能とする液体連絡接続のことを言う。例えば特許出願ＷＯ９９／２８５１０からそれ自体は公知な方法においては、流体／液圧スイベルジョイントはハウジングによって支持される固定部分と懸架ローター上へ取り付けられる回転部分から構成される。これら部分は相互回転可能な共役型形状を有し、それらのいずれか一方には環状の容積を画成する環状トラフが含まれ、該トラフを通して一方の循環系部分から他方の循環系部分へ冷却液を通過させることが可能である。
【００１４】
本願発明に従って、及び上記第一の目的を達成するため、下記の主たる特徴、すなわち、
−  少なくとも４つの接続部、すなわち固定循環系部との一対の往及び復接続部と、回転循環系部との一対の往及び復接続部を有すること、
−  環状トラフの内部の容積が、環状内側空洞が環状外側空洞によって少なくとも部分的に取り囲まれて、往路が該内側空洞中を通過し、かつ復路が該外側空洞中を通過するように、あるいはその逆となるように、環状外側空洞と環状内側空洞に分割される仕切り構造を有すること、及び
−  それぞれが２つの隙間の片方に取り付けられる２つの流れ制限弁を有し、それら制限弁を通して２つの別個の空洞が連絡され、かつそれら制限弁が前記ジョイントの前記固定部分と前記回転部分の間に設けられて相対的に回転可能であること、をもつ流体／液圧スイベルジョイントが提供される。
【００１５】
理解されるように、本願に係る流体／液圧スイベルジョイントは、冷却液を、固定循環系部から、前記第一空洞と第二空洞の一方を通して回転循環系部へ、また前記第一空洞と第二空洞の他方を通して固定循環系部へ強制循環できるように構成される。
【００１６】
往路及び復路双方の二重の接続を設け、さらに強制循環を可能とする一方において、本願に係るスイベルジョイントは、二重接続を達成するために並置配列に基づくわけではなく、また回転循環系部を通した強制循環を可能とするために液体密封シールを必要とするわけでもない。実際、往路側及び復路側の回転型及び固定型境界面の双方とも液体密封シールのない開放型接続部として構成される。さらに注目すべきこととして、本発明に従った前記仕切り構造により、提案されたジョイントでは、開放された接続部の片方がその他方と一体化される、すなわち他方の開放された接続部の「内側」へ一体化される。これにより、循環系は双方の接続部の一方だけにおいて、すなわち循環系の特定の一つの圧力ポテンシャルにおいて、周辺雰囲気に対して真に「開放」される。特定の一圧力ポテンシャルにおいてのみ開放な循環系をもつことにより、システムは、摩耗し易い液体密封シールを必要とせずに、高圧損失循環系を含むあらゆる種の回転循環系を通しての強制循環を行うことが可能となる。必要なことは、空隙間の圧力ポテンシャルを維持することだけである。そのために、例えば非接触ラビリンスシール等のいずれか適するタイプの流れ制限弁を用いることが可能である。米国特許４，５２６，５３６から拡った設計と比較した場合の別の利点として、従来の殆どの先行技術設計において埃による汚染が生ずる下側収集トラフの必要性を排除できることが理解されよう。その結果として、充填装置自体の製作を簡略化し、さらにフィルター装置の設置を不要とすることも可能である。このような簡略化は、本願に係るスイベルジョイントが両通路、すなわち往路と復路の二重接続として働くためであり、またこのように構成することにより、米国特許４，５２６，５３６に従った従来設計に比べて水面への露出が大幅に減じられる。
【００１７】
本発明はまた、既存の充填装置の再設備構成部分として用いる、あるいは設備の回転部分の冷却が必要とされる他種の冶金設備あるいは冶金反応器を新たに装備するために用いる、請求項１４項に記載した環状の流体／液圧環状スイベルジョイント自体にも関する。本願において提案されているスイベルジョイントは、例えば複数の平炉の撹拌アームの冷却システムに利用可能である。本願に係るスイベルジョイントにはさらに、シャフト炉充填装置と無関係に使用される場合において、以下に述べる好ましい特徴がある。
【００１８】
好ましい構成において、第一及び第二流れ制限弁のそれぞれは、非接触ラブリンスシールとして構成される。単純な構成においては、前記仕切りは、好ましくは固定型ハウジングによって支持される環状固定型仕切り部材と懸架ローターによって支持される環状回転型仕切り部材から成る複数部分構造として成る。従って、固定型仕切り部材と回転型仕切り部材間においてそれら形状によって内部空隙及び隙間を画成することが可能である。両制限弁中において対称な圧力降下を得るため、前記固定型仕切り部材及び回転型仕切り部材は有利な態様として、縦断面図において見た場合に、垂直二等分軸に対して概略鏡像対称となるように形状化される。同様に、環状第一クリアランス及び環状第二クリアランスは有利な態様として垂直軸に対して、半径方向外側へ取りつけられる非接触ラビリンスシールである環状第一流れ制限弁及び半径方向内側へ取り付けられる非接触ラビリンスシールである環状第二流れ制限弁を備えて鏡像対称とされる。ほぼ等しい圧力降下を与えるため、流れ制限弁間の半径差が好ましくは考慮され、また例えば有効な流れ制限弁の長さの差によって補償することが可能である。
【００１９】
好ましい、かつ比較的単純なスイベルジョイントの構成においては、前記回転部分には、懸架ローター上に取り付けられ、あるいは懸架ローターによって軸に同軸に一部形成され、かつ好ましくは断面が概してＵ形状である環状トラフから成り、及び前記固定部分は、前記トラフ中へ少なくとも部分的に突き出すように固定型ハウジング上へ取り付けられ、かつ好ましくは断面が概して逆Ｕ形状である環状フードから成る。この構成においては、前記トラフ及び前記フードとも好ましくは垂直二等分軸に対して鏡像対称に形状化される。
【００２０】
特に好ましい実施態様において、前記固定型仕切りは、前記固定部分のフードの内部に取り付けられ、かつ放射状内面及び放射状外面を有するフード形状を呈し、好ましくは断面が概して逆Ｕ形状のリング組立体から構成される。この実施態様において、前記回転型仕切りは、前記リング組立体中へ突き出すように取り付けられる少なくとも1個のテフロン（登録商標）リングから成る。このテフロン（登録商標）リングは、前記リング組立体の放射状内面及び放射状外面と合体してそれらとの間にそれぞれ第一及び第二クリアランスを与え、かつそれらクリアランス中に第一及び第二流れ制限弁をそれぞれ形成する放射状内面及び放射状外面を有する。テフロン（登録商標）は、耐熱性、耐湿性、かつ耐摩耗性(自己潤滑性)であることから好ましい。一定の有効な長さをもつ流れ制限弁を得るため、スイベルジョイントは好ましくは、例えばラビリンスシール型のような、比較的長い第一及び第二流れ制限弁を形成するように、それぞれが台形楔形の断面及び又は波形の内面及び外面をもつ複数のテフロン（登録商標）リングの積み重ねから構成される。
【００２１】
フード及びトラフ構成とする場合、該フード及び該トラフにはそれぞれ環状の内側側壁及び外側側壁が設けられ、フード側壁は外部空隙へ自由に連絡している狭いほぼ垂直な隙間によってトラフ側壁から隔てられる。このように構成することにより、水面の露出が最小限に減じられ、同時に適切な往復接続機構を用いた本来の脱気機能を可能とすることができる。ほぼ垂直な隙間を通しての脱気を強めるため、該垂直な隙間は好ましくはフードの側壁中に、あるいは環状フードと固定部分部材との間に設けられた横孔を介して外部空隙と連絡される。
【００２２】
対の往復接続部を接続する簡単な接続方法では、前記固定型仕切り部材には上側プレートが含まれ、このプレートに固定型往接続と固定型復接続の一方が設けられ、他方環状フードには頂部プレートが含まれ、このプレートに前記固定型往接続と固定型復接続の他方が設けられる。さらに、前記回転型仕切り部材には下側プレートが含まれ、このプレートに回転往接続部と回転復接続部の一方が設けられ、環状トラフには底部プレートが含まれ、このプレートに前記回転往接続部と回転復接続部の他方が設けられる。このような構成において、外部空隙には好ましくは前記上側プレートと頂部プレートの間を占める上側部分と、前記下側プレートと底部プレートの間を占める下側部分が設けられる。
【００２３】
用いる接続機構に関わりなく、好ましくは前記外部空隙によって内部空隙がほぼ取り囲まれる。その結果、外部空隙は、有利な態様として、内部空隙の上方に位置する上側部分と、前記内部空隙の下方に位置する下側部分から構成され、これら部分同士は例えば上述した側方の空隙を通して連絡される。
【００２４】
さらに強調すべき点として、前記固定部分に固定循環系部中の補充弁を制御するために接続される冷媒レベル検出装置を備えることも可能である。さらに、前記固定部分には好ましくは、例えば外部空隙から混入したガスを脱気するための脱気装置が備えられる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】冷却システム及び第一実施態様に従った環状スイベルジョイントが装備された充填装置の部分縦断面図である。
【図２】図１の装置に用いられる冷却システムの単純な第一変形例を示す概略図である。
【図３】図９に示す脱気装置が含まれた、図１の装置に用いられる冷却システムの第二変形例の概略図、及び図１の環状スイベルジョイントの拡大略縦断面図である。
【図４】図１の環状スイベルジョイントの斜視縦断面図である。
【図５Ａ】環状スイベルジョイントの第二の実施態様の上面図である。
【図５Ｂ】環状スイベルジョイントの第二の実施態様の底面図である。
【図６Ａ】図５Ａの線Ａ−Ａに沿って切断した第二の実施態様に係る環状スイベルジョイントの縦断面図である。
【図６Ｂ】図５Ａの線Ｂ−Ｂに沿って切断した第二の実施態様に係る環状スイベルジョイントの縦断面図である。
【図６Ｃ】図５Ｂの線Ｃ−Ｃに沿って切断した第二の実施態様に係る環状スイベルジョイントの縦断面図である。
【図６Ｄ】図５Ｂの線Ｄ−Ｄに沿って切断した第二の実施態様に係る環状スイベルジョイントの縦断面図である。
【図７】図６Ａ−Ｃの環状スイベルジョイントの斜視縦断面図である。
【図８】第一の実施態様による脱気装置を示している、図１〜４に従った環状スイベルジョイントの縦断面図である。
【図９】第二の実施態様による脱気装置を示している、図１〜４に従った環状スイベルジョイントの縦断面図である。
【図１０】図５Ａ〜Ｂに示した線Ａ−Ａ及びＣ−Ｃに沿って得られた断面に対応する第三の実施態様に従った環状スイベルジョイントの縦断面図である。
【図１１】図５Ａ〜Ｂに示した線Ｂ−Ｂ及びＤ−Ｄに沿って得られた断面に対応する、第三の実施態様に従った環状スイベルジョイントの縦断面図である。
【図１２】図５Ａ〜Ｂに示した線Ｂ−Ｂ及びＤ−Ｄに一致する回転位置に対応する、第四の実施態様に従った環状スイベルジョイントの縦断面図である。
【発明を実施するための手段】
【００２６】
如何に本発明の好ましい実施態様について、実施例を用い、さらに添付図面を参照しながら説明する。図面全体を通して、百の位の数字が異なっている番号でもそれらは同一あるいは類似の部分を示している。
【００２７】
図１は、全体を通して符号１０で識別されるシャフト炉充填装置を部分的に示した図である。充填装置１０は、バルク充填材料（負荷）を高炉中へ目標とする方式で分配するように構成されている。図２及び３に示すように、回転型充填装置１０には、炉内部の処理温度によって加熱される該装置１０の構成部分を冷却するための冷却システム１２が装備されている。充填装置１０においては、回転構造体（以降懸架ローター１４と称する）によって分配シュート１６が支持される。分配シュート１６は、水平軸を中心とするシュート１６の傾斜角を変更するように構成された機構を用いて懸架ローター１４へ取り付けられる。回転型充填装置１０にはさらに、固定型ハウジング１８が含まれ、該ハウジング内に懸架ローター１４が吊り下げられる。固定型ハウジング１８には固定型管状の中心送りチャネル２０が含まれ、該チャネルは炉の中心軸Ａに同軸に取り付けられる。充填工程においては、それ自体公知の方法によって、バルク材料は送りチャネル２０を介して固定型ハウジング１８及び懸架ローター１４を通過して分配シュート１６へ送られる。分配シュート１６によって充填材料はその傾斜と回転に従って炉内部において放射状に及び周辺方向へ分配される。
【００２８】
冷却システム１２を除き、充填装置１０の構成は周知型式のものである。ドライブやギア部品等の充填装置１０の種々周知な部品は図１に示されていない。これらの部品は例えば米国特許３，８８０，３０２により詳細に記載されている。図１から理解されるように、懸架ローター１４は固定型ハウジング１８によって環状ベアリング２２を用いて軸Ａを中心に回転可能となるように支持される。懸架ローター１４は、中心送りチャネル２０の延長であるバルク材料用の中心通路と共にほぼ環状に形状化されている。懸架ローター１４は、中心送りチャネル２０に隣接する円筒形内壁部分２４、シュート１６を支持しかつドライブ及びギア部品を保護するための下側フランジ部分２６、及びベアリング２２へ取り付けられる上部フランジ部２８から構成される。固定型ハウジング１８と懸架ローター１４によって回転充填装置１０のケーシングが構成され、このケーシングによって典型例として高炉の喉部上に頂部クロージャーが形成される（図１に図示せず）。
【００２９】
冷却システム１２は、懸架ローター１４上に固定される回転循環系部を備える冷却循環系３０及び、図２〜３に最もよく示されていて、固定型ハウジング１８と共に静止したままである固定循環系部３２から構成される。操作中、回転循環系部３０は懸架ローター１４と共に回転し、他方固定循環系部３２はハウジング１８と共に静止状態を維持する。回転循環系部３０には、いずれか適当な熱交換器、例えば数個の冷却管コイル、例えば図１に示すような２つのコイル３４、３６から成る熱交換器が含まれ、これらコイルは懸架ローター１４上へ取り付けられる。コイル３４、３６は、炉熱へ最も曝露される充填装置１０の部分を冷却するため、内壁部分２４及び下側フランジ 部分２６とそれらの内側において熱的に接触状態にある。さらに、回転循環系部３０によっても、シュート１６を回転及び旋回させるために備えられたドライブ及びギア部品（図示せず）の冷却が行われる。図１〜３には図示されていないが、例えば分配シュート１６自体を冷却するために、回転循環系部３０に、例えば米国特許５，２５２，０６３に開示されているような冷却管／コイル、あるいは他の適当な熱交換器構成をさらに含めることも可能である。
【００３０】
理解されるように、操作中、回転循環系部３０によって収集された熱は冷却システム１２によって固定循環系部３２を介して除去される。そのために、図１〜３から理解されるように、冷却システム１２には、固定循環系部３２の構成部分である熱交換器３８及び循環ポンプ４０が含まれている。図２〜３からさらに理解されるように、固定循環系部３２にはさらに、当初の充填のため、及び注ぎ足しのため、例えば公共の主要なあるいは地域の水源から配管されている補充管を固定循環系部３２へ接続する補充弁４２が含まれる。液体冷媒としては、特に水、可能であれば蒸留水、が好ましいが、他の冷却液あるいはガスも使用可能である。図３の変形例では、固定循環系部３２にはさらに、循環系３０、３２を脱気するために図９の脱気装置と組み合わせて用いられる脱気タンク４４が含まれる。
【００３１】
理解されるように、冷却システム１２は、固定循環系部３２から回転循環系部３０へ、あるいはその逆へ冷媒の強制循環を行えるように、また同時に回転循環系部３０が固定循環系部３２に対して回転するように構成される。この目的のため、冷却システム１２には環状スイベルジョイント１００が含まれ、このジョイント１００によって図１〜３から理解されるように両循環系部３０、３２が流体接続される。図１から理解されるように、環状スイベルジョイント１００は、固定型ハウジング１８中において、例えば上部フランジ部２８上のハウジング１８の頂部プレート下方に設置されるが、他の位置に設置することも可能である。スイベルジョイント１００は全体として環状形状であり、図１に示すように送りチャネル２０を囲むように軸Ａ上へ同軸に取り付けられる。
【００３２】
図２〜３に示すように、本発明に係る流体スイベルジョイント１００には、固定型往接続部１０２（固定型入口部）及び回転型往接続部１０４（回転型入口部）が含まれ、前記固定型往接続部１０２を通して固定循環系部３２から冷媒が受け取られ、及び前記回転型往接続部１０４を通して回転循環系部３０へ冷媒が供給される。さらに、流体スイベルジョイント１００には回転型復接続部１０６（回転型出口部）及び固定型復接続部１０８（回転型出口部）が含まれ、前記回転型復接続部１０６を通して回転循環系部３０から冷媒が受け取られ、及び前記固定型復接続部１０８を通して固定循環系部３２へ冷媒が戻される。その結果、単一の流体スイベルジョイント１００は、往（入口）方向及び復（出口）方向の両方向二重接続手段として機能する。理解されるように、流体スイベルジョイント１００には、数対の往復接続部１０４、１０６、例えば流体スイベルジョイント１００に平行に接続される別個のコイル３４、３６を含めることも可能である。さらに圧力分配を均等にするため、流体スイベルジョイント１００にさらに数対の固定型往復接続部１０２、１０８を含めることも可能である（図５Ａ〜Ｂ参照）。
【００３３】
図１及び図４から理解されるように（図４では環状湾曲線図としては図示されていない）、流体スイベルジョイント１００には懸架ローター１４へ取り付けられる環状回転部分１１０と、固定型ハウジング１８へ取り付けられる環状固定部分１１２が含まれる。これら回転部分１１０及び固定部分１１２は、完全なリボルビング的相対回転（＞３６０°）を可能とする共役的対応形状を有している。図１〜４の実施態様では、前記回転部分１１０には概略環状のトラフ１１４、すなわちリング形状の上方へ開放された樋形状を有する容器が含まれている。前記トラフ１１４は部品及び接続部と共に好ましくは適切に反転された、ジョイント１００の回転部分に属しているが、該トラフは同様に固定部分に属していてもよい。前記トラフ１１４によって環状の容積が画成され、この環状容積を利用して図３に示すように前記循環系部３０、３２が流体連絡状態とされる。
【００３４】
図３〜４に最もよく示されているように、流体スイベルジョイント１００の主たる特徴はトラフ１１４内部に配置される仕切り１２０である。より具体的には、仕切り１２０は、トラフ１１４の内部容積を分離された領域、すなわち環状外側空隙１２２と環状内側空隙１２４に分割する構造体である。第一の実施態様においては、図３に最もよく示されているように、仕切り１２０は復接続部１０６、１０８が連絡するように、すなわちこれら接続部が内側空隙１２４を介して流体連結されるように構成される。逆に、往接続部１０２、１０４は外側空隙１２２を介して連絡し合う。図５〜７及び図１０〜１１に関して以下に述べるように、往復接続部を逆に配置することも可能である。仕切り構造体１２０は外側空隙１２２の上側部分によって内側空隙１２４が部分的に囲まれるように形状化される。仕切りの上側部分とオプショナルな下側部分を合わせることにより、内側空隙１２４は外側空隙１２２によって完全に囲まれる。前記下側部分は回転型往接続部１０４のための環状収集器として機能し、それゆえにオプションである。同様に、内側空隙１２４は、固定型復接続部１０８のための収集器として機能する一定容積内容量を有している。
【００３５】
次に図４に示した、純粋に例示的な流体スイベルジョイント１００及び仕切り構造体１２０の構成について以下に詳述する。前記トラフ１１４は断面形状が概略Ｕ形状であり、例えば輪郭形成された金属シートセクター（複数）から作製されるが、懸架ローター１４自体の一部として形成することも可能である。主構成部分である前記固定部分１１２は、断面形状が全体として矩形の逆Ｕ形状であり、また例えば輪郭形成された金属シートセクター（複数）から作製される、環状フード(hood)１２６から構成される。環状フード１２６は固定型ハウジング１８上に取り付けられ、前記トラフ１４中へ突き出している。回転型トラフ１１４及び固定型フード１２６は、それぞれ垂直な内側側壁及び外側側壁１３４、１３６を有している。側壁１３４、１３６は狭い垂直な隙間１３８によって分離され、該隙間の幅はベアリング２２の半径方向許容範囲を僅かに超える大きさである。隙間１３８の方位は例えばＶ形状のように斜めであってもよい。前記フード１２６の両側壁１３６の上側部分は、前記隙間１３８のハウジング１８内部からの埃だらけの雰囲気への露出を減ずるシケイン(chicane)あるいはラビリンス様シールを与えるため、トラフ１１４の側壁１３４の上端の周りへ再度曲げられる。同じ目的のため、トラフ１１４の側壁１３４に隆起部１３７が設けられる。埃への曝露を実質的になくするため、フード１２６の各側壁１３６の上側の再度曲げられた端部に、適当なガス供給源へ接続される注入管１３９が周囲に均等分配されて配置される。前記隙間１３８から埃だらけの大気を排出するため、注入管１３９を操作して不活性ガス、例えばＮ２をハウジング１８の内部の圧力を僅かに超える圧力で注入する。他方、仕切り１２０は、リング形状の回転仕切り部材１４０と、これと協力して働くリング形状の固定仕切り部材１４２から成る。前記固定仕切り部材１４２は、π形状（ギリシャ語の大文字「パイ」）の中心部が窪んだ形状の断面と、各片面に水平の側部ディスクフランジを有する。さらに、環状固定仕切り部材１４２には中断された円形アーク形状を呈する孔１４４（複数）が設けられ、該孔１４４（複数）は前記水平フランジの各側端部の周囲に配置される。その先端において、仕切り部材１４２はフード１２６の側壁１３６の下端部へ固定される。環状仕切り部材１４２は、穴あけ及び輪郭形成された板状金属を対応するように形状化したセクター（複数）から組立可能である。図１〜４の回転仕切り部材１４０は、半径方向内側及び外側の末端領域において孔１４４に対向するように周囲に配置された、中断された円形アーク形状の孔１４６（複数）を有する簡単なリング形状プレートである。回転仕切り部材１４０はその先端部において前記トラフ１１４内部の側壁１３４の一定の高さへ固定される。理解されるように、対向する各対の孔１４４、１４６によって、外側空隙１２２の上側部分と下側部分間、従って往接続部１０２、１０４間の制限のない自由な連絡が保証される。仕切り部材１４０、１４２は、ベアリング２２の軸方向許容範囲を僅かに超える縦方向距離まで間隔を空けられる。
【００３６】
固定部分１１２と回転部分１１０間の妨害を受けない相対回転を可能とするため、ジョイント１００において、仕切り部材１４０、１４２間には環状第一クリアランス１５０及び環状第二クリアランス１５２が設けられる。これら必要とされるクリアランスのために、外側空隙１２２と内側空隙１２４間の連絡は必然的に漏出を許容する連通状態となる。しかしながら、理解されるように、仕切り１２０は、両クリアランス１５０、１５２を通して二重かつ実質的に対称な連絡を与えるように構成される。そのため、固定型仕切り部材１４０及び回転型仕切り部材１４２は、全体的にはジョイント１００の仮想的縦二等分軸（図６Ａ〜Ｄ中の破線参照）、具体的には環状トラフ１１４の仮想的縦二等分軸、に対して鏡像対称、すなわち左右対称となるように構成される。同様に、トラフ１１４及びフード１２６の双方も概略鏡像対称である。これにより、空隙１２２、１２４間に漏れが生じても、外側空隙１２２内部には空間的にほぼ均質で、かつ左右対称な圧力状態が存在する。その結果、外側空隙１２２を通して自由に連絡し合っている隙間１３８双方の内部に必然的に等しい水レベル(water level)が保証される。前記クリアランス１５０、１５２間の幅は、仕切り部材１４０、１４２間の間隔、すなわちベアリング２２の軸方向許容範囲を僅かに超える間隔に対応している。注目されることは、回転型仕切り部材１４０中の孔１４６の幅は好ましくはクリアランス１５０、１５２間の幅よりも大きく、他方固定型仕切り部材中の孔１４４の幅は、単に外側空隙１２２の上側部分と外側部分間の自由な連絡を保証できる程度であることである。
【００３７】
固定型ポンプ４０によって回転循環系部３０中、例えばコイル３４、３６中へ冷媒を強制循環させるため、クリアランス１５０、１５２中を通る冷媒流の短絡は最小限にすべきである。この目的のため、環状の第一及び第二流れ制限弁１６０、１６２が、第一及び第二クリアランス１５０、１５２のそれぞれへ用意される。流れ制限弁１６０、１６２は外側空隙１２２と内側空隙１２４間の漏れが最小限となるように、すなわちクリアランス１５０、１５２を通る冷媒流の漏出が最小限となるように構成される。別の言い方をすれば、クリアランス１５０、１５２によって回転循環系部３０へ平行に接続される「寄生的(parasistic)導管」が物理的に形成されるため、流れ制限弁１６０、１６２は、これら望まれない平行な「寄生的導管」の流れ抵抗を大きく増大するようになっている。好ましい流れ制限弁１６０、１６２は、クリアランス１５０、１５２を形成する仕切り部材１４０、１４２の対向部分の双方あるいは片方上にある共役型隆起部及び又は窪みによって形成される非接触ラビリンスシールである。このタイプの流れ制限弁１６０、１６２の主たる利点は摩耗されないことである。
【００３８】
図３に戻ると、流体スイベルジョイント１００内部の冷媒レベルを制御するための構成として、図３に略示されたレベルセンサ５０が用いられる。このレベルセンサ５０は、隙間１３８（図４）間に配置され、冷媒が符号５１で示される最小レベル以下まで下がっているかどうか検出するために用いられる。前記最小レベル５１に到達すると、典型的には蒸発によって生じた冷媒のロスを注ぎ足すため、レベルセンサ５０は、適当な既知構成による制御装置を通してモーター付き補充弁の開きをトリガーする。レベルセンサ５０により、さらに符号５３で示される最大レベルへの到達も検知して、補充弁４２を閉じるように動作させることも可能である。最大レベル５３はフード１２６の頂部プレート上方に設定されるため、通常の操作において、外側空隙１２２は冷媒でほぼ満たされる。図２〜３にはさらに、脱気装置６０が図示されている。この脱気装置６０については以下において図９を参照しながら説明する。
【００３９】
次に、図５〜７を参照して第二の実施態様に係る環状スイベルジョイント２００について説明する。主要な特長は前の実施態様と同一であるので、相違点についてのみ以下に記載する。図５Ａ及び５Ｂの平面図は、スイベルジョイント２００の環状構造（この構造は図１〜４にも同様に適用される）を最もよく示した図である。
【００４０】
前記固定部分２１２を上面図で示す図５Ａから理解されるように、流体スイベルジョイント２００には４つの固定型往接続部２０２及び４つの固定型復接続部２０８が含まれ、これら接続部のそれぞれによって固定循環系部３２の往（供給／流）マニホールド及び復（帰還）マニホールド（図示せず）がジョイント２００へ接続される。固定型接続部２０２、２０８は、概して左右対称なジョイント２００内において周囲が均等圧状態に維持されるように、周囲等間隔にかつ半径方向の中心に配置される。
【００４１】
図５Ｂは前記回転部分２１０の底面図である。図５Ｂから理解されるように、流体スイベルジョイント２００は、図１に図示された回転循環系部３０の２つの平行部分、例えば２つの冷却管コイル３４、３６に供給するように構成される。従って、ジョイント２００には２対の正反対に対向する回転型往接続部２０４及び回転型復接続部２０６が含まれる。
【００４２】
図面を簡潔化するため、図６Ａ〜６Ｄには主要な符号のみ附してある。図６Ａ〜６Ｄから理解されるように、及び図１〜４とは反対に、往接続部２０２、２０４は内側空隙を通して、すなわち仕切り構造体２２０の内部において連結され、他方復接続部２０６、２０８は外側空隙２２２を通して、すなわち仕切り２２０の外側上において連結される。より具体的には、図６Ａに示されるように、固定型往接続部２０２は、固定型仕切り部材２４２のπ形状の中心部分中の上側プレートにおいて内側空隙２２４中へ口をあけている。図６Ｃから理解されるように、回転型往接続部２０４は、下側プレートを形成する回転型仕切り部材２４０の中心部分において内側空隙２２４から突き出している。他方、復接続部２０６、２０８に関しては、回転型復接続部２０６はトラフ形状の回転部分２１０の底部プレートにおいて外側空隙２２２の下側部分へ口をあけ、他方固定型復接続部２０８はフード形状の回転部分２１２の頂部プレートにおいて外側空隙２２２の上側部分から突き出している。往路が外側空隙１２２中を通過し、及び復路が内側空隙１２４中を通過する図１〜４に従った構成とすることにより、蒸発し得る冷媒の容量を最大化し、これによって補充弁４２を介する補充頻度を最小化することが可能となる。しかしながら、図５〜７の接続機構及び循環概念に基づいて、より簡略な自己脱気解決手段をスイベルジョイント２００に統合することも可能であり、これについては図１０〜１１との関連において以下において詳述する。
【００４３】
図６Ａ〜６Ｄ及び図７からさらに理解されるように、流体スイベルジョイント２００には、適当なガス、特にＮ２等の不活性ガスの供給源へ接続される第一ガス分配管２７０及び第二環状ガス分配管２７２が含まれる。各ガス分配管２７０、２７２はそれぞれ１個の環状クリアランス２５０、２５２と連携している。各ガス分配管２７０，２７２は、周囲方向に等間隔の注入ノズル又は単純な穴を備えており、これらはクリアランス２５０，２５２の往（上流）側に発泡性ガスを液体冷媒中へ注入するために、クリアランス２５０，２５２と連携する対応する穴又は孔を通って連通している。内側空隙２２４内の高い往冷媒圧によって、各分配管２７０、２７２は流れ制限弁２６０、２６２の上流側において冷媒を発泡させるためのガスを噴射する。生ずる泡立ちによって、ラビリンスシール型流れ制限弁２６０，２６２によって生ずる流れ抵抗はさらに増強される。図６Ａ〜６Ｄから理解されるように、双方の流れ制限弁２６０，２６２の効果を等しく増大させるため、ガス分配管２７０，２７２は対称とされる。さらに理解されるように、分配管２７０，２７２を通して発泡性ガスを注入することによって固定部分２１２と回転部分２１０の間の縦方向の隙間２３８内部に変位圧を生成させる機能が生じ、埃汚染が防止される。かかる効果を得るため、クリアランス２５０，２５２のそれぞれの下流端部が対応する隙間２３８中へ口をあけている。外側空隙２２２を通って戻る冷媒中へのガス気泡の封入（混入）を防止するため、外側空隙２２２の上側部分と下側部分の間に連絡が、図７に最もよく示されているように、フード２２６の水平な側壁中に配置された水平孔２４４を通して形成される。前記水平孔２４４は、循環系３０、３２の全体的な脱気と、分配管２７０、２７２を介して注入された発泡性ガスの封入物（混入物）の脱気を可能とする。というのは、ガスは隙間１３８を通って昇ろうとする傾向があって、隙間１３８は周囲大気と連通する環状通路となるからである。その結果、外側空隙２２２の上側部分と下側部分は隙間２３８及び孔２４４を通して自由に連絡し合い、発泡性ガスが隙間２３８中を上昇し、外側空隙２２２から固定循環系部３２へ戻る流れ中に含まれる該ガスの量は極小である。
【００４４】
図７の斜視図において、図示されている流体スイベルジョイント２００には、図４よりも百の位の数字が増えた符号が付されているが、これら符号は図４に関して上述したものと同一あるいは類似の特徴を示すものである。図７にはさらに、注入用の不活性ガスをクリアランス２５０，２５２中へ送り込むための分配管２７０，２７２の送り管２７４，２７６がそれぞれ図示されている。
【００４５】
図８は、第一の実施態様に係る脱気装置５９が装備された図１〜４の流体スイベルジョイント１００を示した図である。脱気装置５９はフロート弁タイプの脱気弁であり、冷媒レベルが所定レベル、例えば図８に示す脱気レベル５６以下まで下がった場合に外側空隙１２２の上側部分を脱気するようにフード形状固定部分１１２の頂部プレート中に配置される。
【００４６】
図９は第二実施態様に係る脱気装置６０が装備された図１〜４の流体スイベルジョイント１００を示した図である。脱気装置６０は特に残存空気及び循環系３０，３２中に閉じ込められた蒸気を脱気するように設計される。この脱気装置は、外側空隙１２２を固定型復接続部２０８へ橋絡する直径の小さな脱気管６１と、ガス／蒸気の脱気速度を調節するための脱気管６１中に設けられる脱気弁６３から構成される。脱気弁６３は、極少量の液体冷媒のみ脱気管６１を通して復接続部２０８中まで通過させる。強制循環によって生ずる通風のため、外側空隙１２２中のガスは自動的に復接続部２０８を通して排出され、次いで中で残存空気及び蒸気が泡立つ脱気タンク４４（図３参照）上に設けられる補助脱気装置６５を用いて脱気可能である。
【００４７】
次いで図１０〜１１を参照しながら、好ましい第三実施態様に係る流体スイベルジョイント３００について以下に説明する。
【００４８】
図１０〜１１に示したジョイント３００では、回転部分３１０は、片側において懸架ローター１４の円筒形内側壁部分２４の内側部分によって形成され、かつ他方側においてディスク形状の底部プレート３１５を用いて壁部分２４へ固定された円筒形リング３１３によって形成された、断面がほぼ矩形のＵ形状である環状トラフ３１４からなる。固定部分３１２は、断面が逆のほぼ矩形のＵ形状である環状フード３２６が含まれ、このフード３２６は環状トラフ３１４によって画定される環状容積中のほぼ中間点まで突き出している。前記トラフ３１４及びフード３２６は、トラフ３１４の側壁２４，３１３とフード３２６の側壁３３６との間の狭い縦方向の隙間３３８が、フード３２６によってトラフ３１４が回転を妨害されないために必要な最小限の幅をもつように寸法化される。図１０〜１１から理解されるように、トラフ３１４の側壁２４，３１３の上側末端部分は、隙間３３８の埃への曝露を減ずるシケインあるいはラビリンス様ジョイントを形成するため、固定型ハウジング１８の頂部プレート中に設けられる共役型窪み中へ突き出している。
【００４９】
図１１に最もよく示されているように、流体スイベルジョイント３００にはさらに仕切り構造３２０が含まれ、この仕切り構造３２０によってトラフ３１４の内容積が環状外側空隙３２２と環状内側空隙３２４に分割されている。仕切り構造３２０の固定型仕切り部材３４２は、主にディスク形状の上側プレート３４２−３へ固定された２つの環状の下方へ向けて先細に機械加工された部分３４２−１，３４２−２から成る。同様に、回転型仕切り部材３４０は、主に下側ディスク形状プレート３４０−３へ固定された２つの環状の上へ向けて先細に機械加工された部分３４０−１，３４０−２から成る。固定型仕切り部材３４２は固定型ハウジング１８へ固定され、他方回転型仕切り部材３４０は懸架ローターの壁部分２４へ固定される。理解されるように、両仕切り部材３４０，３４２、さらにトラフ３１４及びフード３２６は断面において概略左右対称である。
【００５０】
固定機械加工部分３４２−１，３４２−２のそれぞれによって、回転機械加工部分３４０−１，３４０−２のいずれか一方によって画成される共役型斜め外側ラビリンス面３４５に対向する斜め内側ラビリンス面３４３がそれぞれ画成される。環状面３４３，３４５は単純な段状の面、単純な波型面、あるいはＷＯ９９／２８５１０の図４〜５に開示されたラビリンスシールと同様に、互いに噛み合うように配置される交互に隆起及び窪みのある面であってもよい。面３４３と面３４５との間に、回転型仕切り部材３４０と固定型仕切り部材３４２によって、回転を可能とするために必要な最小限の幅の環状クリアランス３５０，３５２が画成される。理解されるように、外側空隙３２２及び内側空隙３２４はそれらのクリアランス３５０，３５２を通して連絡し合っている。従って、前の実施態様と同様に、ラビリンス面３４３，３４５によってクリアランス３５０，３５２のぞれぞれ中に流れ制限弁３６０，３６２が形成され、空隙３２２，３２４間の短絡流の発生が最小限に減じられる。
【００５１】
図１０〜１１から理解されるように、回転型仕切り部材３４０は、固定型仕切り部材３４２中へ突き出してラビリンス面３４３，３４５が互いに向かい合い、クリアランス３５０，３５２が断面において逆Ｖ形状の枝路を形成するように形状化されて、配置される。このように斜め配置とすることにより、仕切り構造３２０の全体の高さ／幅を増加させずに、流れ制限弁３６０，３６２、すなわち面３４３，３４５によって画成される非接触ラビリンスシールの長さを増加させることが可能となる。理解されるように、ジョイント３００において、流れ制限弁３６０，３６２は、斜めのクリアランス３５０，３５２の全長を実質的に超えて延び、斜めのクリアランスは発生する流れ抵抗／圧力降下を最大にするために内側空隙３２４の高さ（最大断面寸法）を超えている。
【００５２】
図１０〜１１からさらに理解されるように、外側空隙３２２の上側部分と下側部分は、固定機械加工部分３４２−１，３４２−２の円筒形外側面とフード３２６の側壁３３６の間の環状垂直チャネル３４８を通して、及びチャネル３４８が横方向、水平方向に配置された孔３４４を通して口をあけている縦方向の隙間３３８の下側部分を介して連絡されている。その結果、クリアランス３５０，３５２の上流側でにオプションとしてのガス発泡構成の基づくガス発泡体のような、ガス包含物全般の外側空隙３２２の上側部分への侵入、すなわち固定型復接続部３０８を通しての復路への侵入が大幅に防止される。
【００５３】
脱気は、図５〜７のスイベルジョイント２００における場合とほぼ同一の方法によって行われる。含まれたガスは装置３４４によって優先的に通過され、隙間３３８の上側部分を通して上方へ送られ大気中、例えばハウジング１８の内部へ排気される。他方、戻りの冷媒は外側空隙３２２の下側部分から隙間３３８の下側部分を通って水平孔３４４中で側方へ迂回してチャネル３４８中へ入り、外側空隙３２２の上側部分中へ達する。その結果、水平に配置された孔３４４及び選択した流れの向き、すなわち外側空隙３２２を通って上方へ通過する復流により、スイベルジョイント３００には、固有の隙間３３８を通して空気／ガスを脱気する統合型自己脱気構成が備えられる。図５〜７及び図１０〜１１の自己脱気方法の利点は、図３に示したような脱気タンク配置及び図８〜９のような脱気装置を省略して、図２に示すようなより簡略な冷却循環炉１２を利用できる点である。理解されるように、冷媒中に閉じ込められた残留空気及び蒸気の適切な脱気により、循環系部３０，３２の完全な充填が可能となり、ポンプ４０の作用による回転循環系部３０及び固定循環系部３２を通しての妨害のない強制循環が保証される。
【００５４】
図１０にはさらに、最小及び最大水レベル３５１，３５３が示されており、正常作動中は、補充弁４２（図２参照）を介する補充を制御する適当なレベル検知装置を用いてこれらレベル間に冷媒を保持して、周辺空気の復接続部３０８中への吸引及び隙間３３８からの冷媒の溢出が防止される。
【００５５】
作動に際して、流体スイベルジョイント３００は下記のように動作する。
【００５６】
図１０に示されているように、冷却された液体冷媒はポンプ４０による圧力によって固定循環系部３２から固定型往接続部３０２を通して内側空隙３２４中へ供給される。このため、固定型往接続部３０２は固定型仕切り部材３４２の上側プレート３４２−３中を通過する。冷媒の殆どは、加圧された内側空隙３２４から回転循環系部３０の「往側」、例えばコイル３４，３６へ回転型往接続部３０４（図１０に示した位置固定型往接続部３０２として単に同一面中に位置する例で示している）を通して供給される。内側空隙３２４と連絡するため、回転型往接続部３０４は回転型仕切り部材３４０の下側プレート３４０−３中を通過する。従って、回転循環系部３０には加圧された冷媒が供給される。すなわち、回転循環系部３０は流体スイベルジョイント３００を通して強制循環を受ける。他方、クリアランス３５０．３５２を通る短絡冷媒流はラビリンスシールを形成する対向する対の面３４３，３４５によって最小限に減じられる。
【００５７】
図１１に最もよく示されているように、例えば数個のコイル３４，３６の１つにおいて熱を吸収し加熱された液体冷媒は、回転循環系部３０から、底部プレート３１５中の中心孔を通って外側空隙３２２の下側部分に口をあける回転型復接続部３０６を介して戻される。この下側部分から冷媒は隙間３３８の下側領域を通って上方へ、次いで環状の垂直チャネル３４８中を横方向及び上方へ強制循環されて外側空隙３２２の上側部分まで送られる。この上側部分から、液体冷媒は、環状フード３２６のディスク形状の頂部プレート３２７中の中心孔を通って外側空隙の上側部分に始まる固定型復接続部３０８を介して、固定循環系部３２の復側まで送り戻される。
【００５８】
理解されるように、図５〜７の流体スイベルジョイント２００の操作はほぼ同一であるが、他方図１〜４の流体スイベルジョイント１００の操作は主として往復接続部１０２，１０４；１０６，１０８が逆であること、それに伴って冷媒循環向きが反対であること、さらに循環系３０，３２が脱気される方式において異なる。
【００５９】
次に図１２に参照しながら、最も好ましい第四実施態様によるスイベルジョイント４００について説明する。図１２のスイベルジョイント４００は、図１０〜１１に示した実施態様と同じ効果を有する他に、製造がさらにコスト経済的であり、かつ信頼性において勝る。
【００６０】
理解されるように、図１２に示された回転位置は、図１０に示された回転位置、すなわち図５Ａ〜５Ｂの切断線Ａ−Ａ及びＣ−Ｃが一致する位置に対応している。それゆえ、図１２において、固定型往接続部４０２及び回転型往接続部４０４は軸方向に一直線状の位置で示されている。回転部分４１０にはまた、環状Ｕ形状のトラフ４１４が含まれ、該トラフ４１４中の下方へ対して固定部分４１２の環状Ｕ形状フード４２６が突き出ている。フード４２６の側壁とトラフ４１４の側壁との間には類似するがさらに長く狭い隙間４３８があり、この隙間によって脱気と妨害されない回転が可能とされている。脱気は、下方へ向けて斜めの孔４４４によって促進され、この孔４４４を通して外側空隙４２２の上側部分がその下側部分と連絡されている。前記孔４４４はフード４２６の側壁の最も下の領域に設けられ、この孔によって最小作動水レベルが限定されている。図１２には図示されていないが、固定型及び回転型復接続部は図１１と同様に、すなわちトラフ４１４の底部プレート４１５中及び固定型ハウジング１８の頂部カバー中にそれぞれに設けられることが理解されよう。その結果、図１２に示すように、往路は内側空隙４２４中を通過し、他方復路（図示せず）は外側空隙４２２中を通過する。前の実施態様と同様に、回転部分４１０及び固定部分４１２は、概略鏡像対称に形状化される。
【００６１】
図１０〜１１と比較すると気付くように、図１２の実施態様は主として、仕切り構造４２０の構造、特に回転型仕切り構造４４０及び固定型仕切り構造４４２の構造、及びその結果としてそれら構造の間にある第一及び第二流れ制限弁４６０，４６２の構造において異なる。
【００６２】
図１２から理解されるように、固定型仕切り部材４４２は断面が逆Ｕ形状をしたフード形状のリング組立体からなり、この組立体はフード４２６内部に配置される。このフード形状リング組立体は半径方向内側部４４２−１、半径方向外側部４４２−２、及び上側プレート４４２−３を有し、例えば鋼板溶接組立等の簡単な方式で製作可能である。図１０〜１１と同様に、外側空隙４２２の上側部分と下側部分を接続するため、側壁４２６と固定型仕切り部材４４２の内側部４４２−１及び外側部４４２−２との間に垂直チャネル４４８が設けられる。その結果、チャネル４４８によって外側空隙４２２の一部が形成され、外側空隙４２２によって内側空隙４２４が囲まれる。図１２の実施態様においては、チャネル４４８の長さが増加されているが、それにより充填レベルも増加されている。
【００６３】
他方回転型仕切り４４０は、複数の縦方向に積み重ねられたテフロン（登録商標）材料からなるリング４４１から成り、これらリングは固定型仕切り部材４４２のリング組立体中へ突き出ている。高さを大きくした単一リングで作製することも可能であるが、その場合は十分な流れ制限（圧力降下）を得るために、一定の最小高さが望まれる。図１２の実施態様においては、テフロン（登録商標）材料からなるリング４４１は下方が拡がった台形楔形状の断面をもつ。すなわち、リングは斜めの半径方向内側部４４１−１と斜めの半径方向外側部４４１−２をもつ。代替、あるいは併用として、テフロン（登録商標）材料からなるリング４４１の面を波形形成することも可能である。各部４４１−１，４４１−２は、１０分の数ミリメートル単位の小さな半径方向クリアランスを伴って、固定型リング組立体４４２の対応する隣接部４４２−１，４４２−２と隣接して配置される。すなわち、それら対応隣接部との間に相対回転できるのに必要な第一及び第二クリアランス４５０，４５２を備えて配置される。理解されるように、テフロン（登録商標）材料からなるリング４４１の形状により、漏出許容クリアランス４５０，４５２中に乱流が生成される。その結果、部４４１−１，４４１−２と、固定型仕切り部材４４２の近接する内側部４４２−１及び外側部４４２−２とが協力して、ラビリンスシール型の第一及び第二流れ制限弁４６０，４６２がそれぞれ形成される。テフロン（登録商標）からなる材料は、回転型仕切り部材４４０と固定型仕切り部材４４２が事故によって接触した場合でも、所謂「自己潤滑性」があるためリング４４１の材料として好ましい。リングはワンピースに作成することもでき、周囲全体に図１２に示したような回転型往接続部４０４の管を受け入れる対応孔を形成することも可能である。
【００６４】
理解されるように、構造の改良にも拘わらず、図１２のスイベルジョイント４００の操作は上記説明した図１０〜１１の操作と概略同一である。
【符号の説明】
【００６５】
[図１〜図４]
10: 回転型充填装置
12: 冷却システム
14: 懸架ローター
16: 分配シュート
18: 固定型ハウジング
20: 送りチャネル
22: 環状ベアリング
24: 内側壁部分
26: 下側フランジ部分
28: 上側フランジ部分
30: 回転循環系部
32: 固定循環系部
34, 36: 冷却管コイル
38: 熱交換器
40: 循環ポンプ
42: 補充弁
44: 脱気タンク
50: レベルセンサ
51: 最小レベル
53: 最大レベル
60: 脱気装置
65: 補助脱気装置
100: 環状スイベルジョイント
102: 固定型往接続部
104: 回転型往接続部
106: 回転型復接続部
108: 固定型復接続部
110: 回転部分
112: 固定部分
114: (回転型)環状トラフ
120: 仕切り
122: 外側空隙
124: 内側空隙
126: (固定型)環状フード
134, 136: 側壁
137: 隆起部
138: 隙間
139: 注入管
140: 回転型仕切り部材
142: 固定型仕切り部材
144, 146: 垂直孔
150: 環状第一クリアランス
152: 環状第二クリアランス
160: 第一流れ制限弁
162: 第二流れ制限弁
[図５Ａ〜図７]
200: 環状スイベルジョイント
202: 固定型往接続部
204: 回転型往接続部
206: 回転型復接続部
208: 固定型復接続部
210: 回転部分
212: 固定部分
214: (回転型)環状トラフ
220: 仕切り
222: 外側空隙
224: 内側空隙
226: (固定型)環状フード
234, 236: 側壁
237: 隆起部
238: 隙間
240: 回転型仕切り部材
242: 固定型仕切り部材
244: 水平孔
250: 環状第一クリアランス
252: 環状第二クリアランス
260: 第一流れ制限弁
262: 第二流れ制限弁
270, 272: 発泡性ガス分配管
274, 276: ガス分配送り管
[図８]
56: 脱気レベル
59: 脱気装置
[図９]
60: 脱気装置
61: 脱気管
63: 脱気弁
[図１０〜図１１]
300: 環状スイベルジョイント
302: 固定型往接続部
304: 回転型往接続部
306: 回転型復接続部
308: 固定型復接続部
310: 回転部分
312: 固定部分
313: 円筒リング
314: (回転型)環状トラフ
315: 底部プレート
320: 仕切り
322: 外側空隙
324: 内側空隙
326: (固定型)環状トラフ
327: 頂部プレート
336: 側壁
337: 隆起部
338: 隙間
340: 回転型仕切り部材
340-1, 340-2: 先細機械加工部分
340-3: 下側プレート
342: 固定型仕切り部材
342-1, 342-2: 先細機械加工部分
342-3: 上側プレート
343, 345: ラビリンス面
350: 環状第一クリアランス
352: 環状第二クリアランス
353: 最大冷媒レベル
360: 第一流れ制限弁
362: 第二流れ制限弁
[図１２]
400: 環状スイベルジョイント
402: 固定型往接続部
404: 回転型往接続部
410: 回転部分
412: 固定部分
414: (回転型)環状トラフ
415: 底部プレート
420: 仕切り
422: 外側空隙
424: 内側空隙
426: (固定型)環状フード
438: 隙間
440: 回転型仕切り部材
441: テフロンリング
441-1: 内面
441-2: 外面
442: 固定型仕切り部材
442-1: 内面
442-2: 外面
442-3: 上側プレート
444: 横孔
445: ラビリンス面
448: 垂直チャネル
450: 環状第一クリアランス
452: 環状第二クリアランス
460: 第一流れ制限弁
462: 第二流れ制限弁
【図１】
0005863653.tif 000002
【図２】
0005863653.tif 000003
【図３】
0005863653.tif 000004
【図４】
0005863653.tif 000005
【図５Ａ】
0005863653.tif 000006
【図５Ｂ】
0005863653.tif 000007
【図６Ａ】
0005863653.tif 000008
【図６Ｂ】
0005863653.tif 000009
【図６Ｃ】
0005863653.tif 000010
【図６Ｄ】
0005863653.tif 000011
【図７】
0005863653.tif 000012
【図８】
0005863653.tif 000013
【図９】
0005863653.tif 000014
【図１０】
0005863653.tif 000015
【図１１】
0005863653.tif 000016
【図１２】
0005863653.tif 000017