(57)【要約】【課題】粒子の細かな粉粒の搬送用として用いるロータリーバルブにおいて、ローター軸への粉粒の侵入を抑制してローター軸のシール性の劣化を防止できるようにする。【解決手段】ケーシング２の軸封材充填用空間６ａに第１及び第２グランドパッキン２０，２１を組み付ける。第１及び第２グランドパッキン２０，２１は、圧縮が異なり、圧縮率の高い第１グランドパッキン２０を内側、それより低い圧縮率の第１グランドパッキン２１と外側に配置する。第１及び第２グランドパッキン２０，２１の外側に複数のＶパッキン２６を配置し、これらＶパッキン２６と第１及び第２グランドパッキン２０，２１をグランド押え２３とパッキン押え２８でローター軸１１に圧接させる。さらに、第１及び第２グランドパッキン２０，２１間に、ケーシング２内の内部圧力よりも高い圧力でかつ、環境に悪影響を与えない加圧気体を供給してガスシールする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉粒体処理装置の駆動回転軸と、この回転軸を軸支する軸受部との間に回転軸の軸方向に延びる軸封材充填用空間を形成し、この軸封材充填用空間内に前記回転軸の軸方向に複数のグランドパッキンを配置するとともに、前記軸受部の軸方向外側からグランドパッキン押えを押圧可能に設け、このグランド押えで前記軸封材充填用空間を塞いで前記各グランドパッキンを圧縮保持するとともに、前記軸封材充填用空間に配置された前記複数のグランドパッキンの間に加圧気体を供給する加圧気体供給手段を設け、この加圧気体供給手段によって粉粒体処理装置内部の圧力よりも高い圧力の加圧気体を供給するように構成したことを特徴とする軸封装置。
【請求項２】
前記軸封材充填用空間の複数のグランドパッキン間に供給される加圧気体の供給位置は、前記グランドパッキン全体の中間部より内側に位置し、その供給位置を挟んで圧縮率の低いグランドパッキンと圧縮率の高いグランドパッキンをほぼ１個対３個の割合で配置したことを特徴とする請求項１記載の軸封装置。
【請求項３】
前記軸封材充填用空間に供給される加圧気体の圧力と粉粒体処理装置内部の圧力との差圧は、加圧気体の圧力が粉粒体処理装置内部の圧力より５％〜１５％、好ましくは概ね１０％高いことを特徴とする請求項１又は２記載の軸封装置。
【請求項４】
前記複数のグランドパッキンの外側に前記回転軸に圧接する複数のＶパッキンを並設し、この各Ｖパッキンをパッキン押えで圧縮保持したことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の軸封装置。
【請求項５】
前記複数のＶパッキンの外側に、前記回転軸と摺動する前記パッキン押えの摺動面に断面鋸刃状の乱流発生部を設けたことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の軸封装置。
【請求項６】
粉粒体の供給部と排出部とを備えたケーシングと、このケーシングの軸受部に軸支したローター軸と、このローター軸に固定して前記供給部と排出部の間において回転自在に設けたローターとを具備し、前記軸受部と前記ローター軸との間に前記ローター軸の軸方向に延びる軸封材充填用空間を形成し、この軸封材充填用空間内に前記回転軸の軸方向に複数のグランドパッキンを配置するとともに、前記軸受部の軸方向外側からグランドパッキン押えを押圧可能に設け、このグランド押えで前記軸封材充填用空間を塞いで前記各グランドパッキンを圧縮保持するとともに、前記軸封材充填用空間に配置された前記複数のグランドパッキンの間に加圧気体を供給する加圧気体供給手段を設け、この加圧気体供給手段によって前記ケーシングの内部圧力よりも高い圧力の加圧気体を供給するように構成したことを特徴とする軸封装置を備えた粉粒体搬送装置。
【請求項７】
前記請求項６記載の軸封手段を備えた粉粒体搬送装置の軸封方法であって、前記軸封材充填用空間に配置された前記複数のグランドパッキンの間に、前記加圧気体供給手段により加圧気体を供給するものであり、前記軸封材充填用空間に供給される加圧気体の圧力と粉粒体処理装置内部の圧力との差圧が、加圧気体の圧力は粉粒体処理装置内部の圧力より５％〜１５％、好ましくは概ね１０％高い加圧気体供給して粉粒体搬送装置の軸封を得るように構成したことを特徴とする軸封方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広い用途としては粉粒体を扱う粉粒体処理装置の駆動部分の軸封装置に関するものであり、好ましくは石炭などの微粉体を高温高圧の環境下で供給または排出する粉粒体搬送装置、特に有毒ガスを含む微粉体の高圧搬送時に又は排出時に軸封部から外部への有毒ガスの漏出を防止する軸封装置、その軸封装置を備えた粉粒体搬送装置及び軸封方法に関する。
【０００２】
より具体的には、本発明は、石炭などの微粉体を高圧で供給または排出するロータリーバルブ、特に有毒ガスを含む微粉体の高圧搬送時に又は排出時に、ローターの軸封部からケーシング外への有毒ガスの漏出を防止する軸封手段を備えたロータリーバルブ、そのロータリーバルブを備えた粉粒体搬送装置及びそのロータリーバルブの軸封方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
粉粒体の供給・排出装置は、様々な大型プラント設備に組み込まれている場合が多く、たった一箇所の軸封部のトラブル発生によっても、プラント全体が停止する事態に陥り、甚大な損害を発生させてきた。
【０００４】
従来、粉粒体の供給・排出装置における軸封方式は、液体ポンプ等と同様に、複数段のグランドパッキンを使用するのが主流であった。しかし近年、市場が多様化するにつれて、より高温高圧の条件下で使用できる装置を求める声が多くなり、その要望に応えて開発されたものが、現在市場で数多く採用されている機械構造の軸封方式である。これにより、ある程度は軸封部のトラブル解消には効果が出ているが、構造が複雑で条件に合わせた機種の選定や取扱いが難しく、また使用する側の理解不足もあり、トラブルの完全な解消には至っておらず、市場では依然として高温高圧条件下での使用可能な装置を求める声がある。
【０００５】
本発明は、以上のような状況を打開して欲しいとの要望に応えるべく発明されたものであり、構造を単純部品で構成し、経年による能力の低下にも簡単な方法により再生できるようにした軸封方式を提供するものである。
【０００６】
従来から粉粒体などを連続して定量供給（定量排出）する粉粒体搬送装置としてロータリーバルブが用いられている。このロータリーバルブは、例えば特許文献１で開示されているように、上下を開口したケーシング内に複数枚の羽根を放射状に取り付けたローターを回転自在に軸支し、そのローター軸をモータなどの駆動手段によって回転させ、重力によって上部開口に落下供給される粉粒体を、各羽根間に形成された収容空間内に保持して下部開口から排出させている。ロータリーバルブは、ローター回転数の変更で容易に供給量を制御出来る機能を持ち、各種の粉粒体の定量供給として広く用いられている。
【０００７】
このような、ロータリーバルブをケーシング内が高圧となる環境下で使用する場合、ケーシング内の圧力によって内部の粉粒体がケーシング外に漏れ出さないように、特許文献２及び特許文献３などで提案される高シールロータリーバルブが知られている。これらの高シールロータリーバルブは、ケーシングを高気密でシールする構造として、ローター軸に固定したローターを挟むようにローター軸の軸方向に間隔をおいて一対のサイドプレートを固定するとともに、その各サイドプレートの外面に接触させる漏洩防止リングを設け、この漏洩防止リングを加圧空気によって前記各サイドプレートの外面に圧接させるように構成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−３１５９６２号公報
【特許文献２】特開平１−１９７２２５号公報
【特許文献３】特開２００６−７６７６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、ロータリーバルブの用途として、微粉炭を処理して気体燃料に変換する石炭ガス化炉における微粉炭の供給機構（排出機構）として用いる場合、ロータリーバルブのケーシング内が高温、高圧となるばかりでなく、微粉炭の燃焼により一酸化炭素などの有毒ガスが生成され、前記特許文献２で示す加圧空気で漏洩防止リングをサイドプレートに圧接する構造では、石炭の微粉炭が極めて粒子の細かな粉粒であるため、微粉炭が漏洩防止リングとサイドプレートとの隙間に入り込んで早期に漏洩防止リングが磨耗し、漏洩防止リングの磨耗によって生じる隙間から前記有毒ガスが簡単に漏れてしまう虞がある。一方、特許文献３は、漏洩防止リングをサイドプレートに圧接させる加圧空気の一部をサイドプレートとケーシング内面との隙間へと流れるように構成しているが、加圧空気によって漏洩防止リングをサイドプレートに直接、圧接させる構造では漏洩防止リングが早期に磨耗するとともに、石炭ガス化炉では高温のガスによっても漏洩防止リングが早期に損傷し、シール性が低下するなどして有毒ガスが外部に漏れ出る危険性も有している。このように、微粉炭を処理する石炭ガス化炉における微粉炭を供給するロータリーバルブにおいて、微粉炭によるシール性の低下による有毒ガスの漏洩を確実に防止できる封軸構造が望まれている。
【００１０】
本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、粉粒体処理装置の一般的装置である粉粒体搬送装置のロータリーバルブの軸封構造とし、微粉炭によるローター軸のシール性の劣化を効果的に防止するとともに、外部に漏れ出る有毒ガスを多段階に渡って効果的に防止することができる軸封装置、その軸封装置を備えた粉粒体搬送装置及び軸封方法を提供することを目的とする。さらに、より具体的には、ロータリーバルブ、そのロータリーバルブを備えた粉粒体搬送装置及びそのロータリーバルブの軸封方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１に係る軸封装置は、粉粒体処理装置の駆動回転軸と、この回転軸を軸支する軸受部との間に回転軸の軸方向に延びる軸封材充填用空間を形成し、この軸封材充填用空間内に前記回転軸の軸方向に複数のグランドパッキンを配置するとともに、前記軸受部の軸方向外側からグランドパッキン押えを押圧可能に設け、このグランド押えで前記軸封材充填用空間を塞いで前記各グランドパッキンを圧縮保持するとともに、前記軸封材充填用空間に配置された前記複数のグランドパッキンの間に加圧気体を供給する加圧気体供給手段を設け、この加圧気体供給手段によって粉粒体処理装置内部の圧力よりも高い圧力の加圧気体を供給するように構成したことを特徴とする。
【００１２】
請求項１の構成によれば、回転軸の軸線方向に配置した複数のグランドパッキンを回転軸の軸線方向に押し付けて回転軸をシールするとともに、内部圧力よりも高い圧力の加圧気体を軸封材充填用空間の複数のグランドパッキン間に供給することにより、装置内部から漏れ出る気体（有毒ガス）や微粉体を遮断するガスシールとなる。また、軸封材充填用空間に供給する加圧気体を人体や環境に悪影響を与えない安全気体とすれば、仮に加圧気体が外部に漏れても全く問題ない。
【００１３】
請求項２に係る軸封装置は、前記軸封材充填用空間の複数のグランドパッキン間に供給される加圧気体の供給位置は、前記グランドパッキン全体の中間部より内側に位置し、その供給位置を挟んで圧縮率の低いグランドパッキンと圧縮率の高いグランドパッキンをほぼ１個対３個の割合で配置したことを特徴とする。
【００１４】
請求項２によれば、軸封材充填用空間の複数のグランドパッキン間に供給される加圧気体は低圧縮率の内側のグランドパッキンに向かう気流が生じ、装置内部から漏れ出す有毒ガス及び微粉炭を遮断するガスシールとなる。また、その加圧気体の一部は高圧縮率の外側のグランドパッキンにも向かうが加圧気体自体を毒性のない安全気体とすれば、仮に加圧気体が外部に漏れても全く問題ない。
【００１５】
請求項３に係る軸封装置は、前記加圧気体の圧力と前記粉粒体処理装置内部の圧力との差圧は、加圧気体の圧力が粉粒体処理装置内部の圧力より５％〜１５％、好ましくは概ね１０％高いことを特徴とする。
【００１６】
請求項３の構成によれば、軸封材充填用空間の複数のグランドパッキン間に供給される加圧気体と装置内部の圧力との差圧が５％以下では、回転軸とグランドパッキンとの隙間に徐々に微細な粉粒体が侵入して回転軸とグランドパッキンが損傷して回転軸のシール性が悪化する。一方、内部圧力より１５％以上の加圧気体を供給すると、グランドパッキンによる軸封部分に負荷がかかり軸受性能は悪化し、加圧空気の漏れの問題も発生する。
【００１７】
請求項４に係る軸封装置は、前記複数のグランドパッキンの外側に前記回転軸に圧接する複数のＶパッキンを並設し、この各Ｖパッキンをパッキン押えで保持したことを特徴とする。
【００１８】
請求項４の構成によれば、グランドパッキンによる軸封部分から漏れ出る僅かなシールガスが複数のＶパッキンで遮断され、外部への漏洩を防ぐ。
【００１９】
請求項５に係る軸封装置は、前記複数のＶパッキンの外側に、前記回転軸と摺動するパッキン押えの摺動面に断面鋸刃状の乱流発生部を設けたことを特徴とする。
【００２０】
請求項５の構成によれば、仮にＶパッキンからシールガスが漏れ出たとても、パッキン押えの摺動面に形成する断面鋸歯状の乱流発生部によってシールガスに渦巻き状の乱流が生じ、外部へ漏れ出ようとするごく僅かなシールガスの漏洩が防止される。
【００２１】
請求項６に係る軸封装置を備えた粉粒体搬送装置は、粉粒体の供給部と排出部とを備えたケーシングと、このケーシングの軸受部に軸支したローター軸と、このローター軸に固定して前記供給部と排出部の間において回転自在に設けたローターとを具備し、前記軸受部と前記ローター軸との間に前記ローター軸の軸方向に延びる軸封材充填用空間を形成し、この軸封材充填用空間内に前記回転軸の軸方向に複数のグランドパッキンを配置するとともに、前記軸受部の軸方向外側からグランドパッキン押えを押圧可能に設け、このグランド押えで前記軸封材充填用空間を塞いで前記各グランドパッキンを圧縮保持するとともに、前記軸封材充填用空間に配置された前記複数のグランドパッキンの間に加圧気体を供給する加圧気体供給手段を設け、この加圧気体供給手段によって前記ケーシングの内部圧力よりも高い圧力の加圧気体を供給するように構成したことを特徴とする。
【００２２】
請求項６の構成によれば、複数のグランドパッキンをローター軸の軸線方向に押し付けてローター軸をシールするとともに、ケーシングの内部圧力よりも高い圧力の加圧気体を軸封材充填用空間に配置された前記複数のグランドパッキンの間に供給することにより、ケーシングの内部から漏れ出る気体（有毒ガス）や微粉体を遮断するガスシールとなる。
【００２３】
請求項７に係る粉粒体搬送装置の軸封方法は、前記軸封材充填用空間に配置された前記複数のグランドパッキンの間に、前記加圧気体供給手段により加圧気体を供給するものであり、前記軸封材充填用空間に供給される加圧気体の圧力と粉粒体処理装置内部の圧力との差圧は、加圧気体の圧力が粉粒体処理装置内部の圧力より５％〜１５％、好ましくは概ね１０％高い加圧気体供給して粉粒体搬送装置の軸封を得るように構成したことを特徴とする。
【００２４】
請求項７の構成によれば、複数のグランドパッキンを予め所定の圧縮率で圧縮させて成形し、これを軸封材充填用空間に組み付けることで軸封材充填用空間に配置された前記複数のグランドパッキンの間に供給される加圧気体を内方へと流す際の流量を最適化する上で調整しやすくなる。また、組み付け後においてもグランド押えでグランドパッキンを圧縮することでグランドパッキンの圧縮率の調整が可能となる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の軸封装置により、構造を単純部品で構成し、経年による能力の低下にも簡単な方法により再生できるようにした軸封装置を提供できるものである。
【００２６】
また、本発明の軸封装置、その軸封装置を備えた粉粒体搬送装置及び軸封方法によれば、グランドパッキンと回転軸との隙間に侵入しようとする微細な粉粒体が加圧気体でガスシールされ、グランドパッキンのシール性を保つことができる。さらに、各グランドパッキンの外側に、回転軸に圧接する複数のＶパッキンと、軸封部から漏れ出る気体に乱流を発生させる乱流発生部を配置することにより、軸封部から漏れ出る気体を多段階に渡って効果的にシールすることができる。このように、極めて粒子の細かな粉粒体を効果的にシールすることで、粉粒体による軸封部の損傷を防止するとともに、軸封部の損傷による気体（有毒ガス）の漏洩を多段階に渡って効果的に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】実施例１に関わるロータリーバルブにおける軸封部分の拡大断面図である。
【図２】同上、ロータリーバルブの全体断面図である。
【図３】同上、図２のＡ−Ａ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明を実施するための最良の形態としての粉粒体処理装置である粉粒体搬送装置として、ロータリーバルブに適用した実施例を図１から図３を参照して説明する。もちろん、本発明は、その発明の趣旨に反さない範囲で、実施例において説明したロータリーバルブ以外の粉粒体搬送装置或いは一般的な粉粒体処理装置の軸封装置に対しても容易に適用可能なことは説明を要するまでもない。従って、以下はロータリーバルブの軸封装置に特化して説明するが、本発明がこれに限られるというものではない。
【実施例１】
【００２９】
本実施例の粉粒体搬送装置としてのロータリーバルブの具体的な用途としては、微粉炭を処理して気体燃料に変換する石炭ガス化炉における微粉炭の供給機構（排出機構）に用いた場合を例として説明する。しかし、これについても本発明が、上記実施例に限定されるというものではない。しかしながら、微粉炭が燃焼することにより発生する有毒ガスを含むという点で、本発明の軸封装置の作用効果が威力を発揮するものである。
【００３０】
以降、実施例の説明において、上下方向に関する用語は全ての図においての方向を意味し、左右方向に関する用語は図１及び図３においての方向を意味するものとして使用する。更に、外側とは図１及び図３の左側であり、内側とは図１及び図３の右側である。ロータリーバルブ１の全体構成は、図２、図３に示すように、図２において上下を開口したケーシング２とローター１０とを備えている。前記ケーシング２は、上側開口部を供給口３、下側開口部を排出口４とし、その供給口３と排出口４の間に前記ローター１０が回転する円筒状のローター室５を形成している。また、前記ケーシング２の両側面（図２）には、回転軸であるローター軸１１の軸受部として円盤状のスタッフィングボックス６，６とベアリングボックス７，７及びベアリング座８，８が固定され、前記スタッフィングボックス６には後述する前記ローター１０のローター軸１１の軸封材を配置するために軸封材充填用空間６ａ（グランド室）が形成されるとともに、前記ベアリング座８には前記ローター軸１１を軸支するベアリングユニット９が固定されている。
【００３１】
前記回転軸であるローター軸１１は、内部に冷却水が通る貫通孔１２を有する中空状であり、そのローター軸１１にローター１０を構成する複数のブレード１３が放射状に固定されている。このブレード１３が前記ローター室５内において回転するように、前記ローター軸１１は、その軸芯を水平方向（図２の左右方向）とし、そのローター軸１１の両端部を前記ローター室５から突出させて前記ベアリング座８に設けたベアリングユニット９によって軸支している。また、ローター軸１１は前記ローター室５から突出した部分においてスリーブ１６が一体的に固定され、このスリーブ１６が前記スタッフィングボックス６の軸受孔１７を通っている。また、前記ローター軸１１の一端部は、中空状のシャフト１８が一体的に固定され、このシャフト１８を前記ベアリングユニット９によって軸支するとともに、シャフト１８を前記ベアリングユニット９から外部に突出させ、その先端部にモータ等の駆動源１９と接続するスプロケット１９ａを固定している。
【００３２】
次に主に図１及び図２を参照して本発明の軸封構造について説明する。前記スタッフィングボックス６の軸受孔１７は、スタッフィングボックス６の外端部において径大な軸封材充填用空間６ａと段差状に連続し、この軸封材充填用空間６ａがスタッフィングボックス６の外面（図１の左側面）に開口しており、その軸封材充填用空間６ａ内に軸封部材として複数のグランドパッキンが配置されている。この複数のグランドパッキンは、少なくとも圧縮率の異なる複数の第１グランドパッキン２０と、第２グランドパッキン２１により構成されている。この第１及び第２グランドパッキン２０，２１は、軸封材充填用空間６ａ内に圧縮した状態で保持される。この保持力は、押圧リング２３ａを介して、スタッフィングボックス６の外面（図１の左側面）に設けられた締め付けボルト２２によって発生させられ、グランド押え２３によって圧縮した状態で抜け止め保持する。図１に示す実施例においては、１個の第１グランドパッキン２０と、３個の第２グランドパッキン２１を備えたものが図示されている。これら第１及び第２グランドパッキン２０，２１の配置の数は、適宜選択可能であるが、第１グランドパッキン２０の数より第２グランドパッキン２１の数を多く配置するほうが封止にはより有効である。
【００３３】
ここで、本発明においてグランドパッキンを用いる理由は、網組構造であるために、柔軟に成形できること、復元性を有すること、及び濾過性を有することである。ところが、このグランドパッキンは、一般的な理解としては、軸封止部に使用した場合には、微粉体の封止は期待できるが、気体の封止は完全とはいかずに漏れると考えられてきた。しかし、本発明においては、その漏れ量は、グランドパッキンを締め付けて保持することにより制御できることが分かった。また、後段で述べるＶパッキンについては、成形品であり濾過性は低く、形状から自己封止機能は備えるものであるが、軸封止部に使用した場合には、気体の封止には期待できるが、経年により微小の漏れが発生してくる。その場合には増し締めにより再機能させる必要がある。本発明は、このようなグランドパッキンを圧縮成形したものを複数用い、さらにＶパッキンを用いて構造が簡単な軸封止手段を考え出したものである。
【００３４】
このグランド押え２３の外側（図１の左側）には、前記ローター軸１１に外端に固定した中空状のスリーブ１６の外周に空隙部２５（パッキン室）が形成され、この空隙部２５（パッキン室）内にスペーサー用のブッシュ２４を介在させ、このブッシュ２４の外側（図１左側）に生じた前記空隙部２５内に複数のＶパッキン２６が挿入され保持されている。この複数のＶパッキン２６は、後述する軸封材充填用空間６ａに供給される加圧気体Ｓの漏れを防止するためのものである。これらＶパッキン２６は、前記各グランドパッキン２０，２１の保持方法と同様に、グランド押え２３の外面に締め付けボルト２７によって固定されるパッキン押え２８によって抜け止め保持される。また、パッキン押え２８は前記ローター軸１１との摺動面が断面鋸歯状２９に形成され、この連続する鋸歯状空間は、ローター室５側からの気体に乱流を発生させて外部への加圧気体Ｓ（後述）の漏洩を防止する乱流発生部として機能する。
【００３５】
図１において、符号３０は、第１グランドパッキン２０と第２グランドパッキン２１との間に、図示しない加圧気体供給源からの加圧気体Ｓを送る供給管である。符号３１は、第１グランドパッキン２０と軸封材充填用空間６ａの内側端面（図１の軸封材充填用空間６ａの右側端面）との間に介在するグランドリングである。符号３２は、第１及び第２グランドパッキン２０の間に介在するスペーサリングである。符号３３ａ，３３ｂはランタンリングであり、一方のランタンリング３３ａ（図１の第１グランドパッキン２０の右側、つまり、ロータリーバルブ１の外側方向）に前記加圧気体Ｓを送る供給管３０が接続され、他方のランタンリング３３ｂには、複数配置された第２グランドパッキン２１，２１の間にグリスを供給するグリスニップル３４が接続されている。また、符号３５は、グランド押え２３とスタッフィングボックス６との隙間をシールするＯリングである。符号３６ａ，３６ｂは、スリーブ１６とシャフト１８との隙間をシールするＯリングである。
【００３６】
なお、本実施例では、前記供給管３０から送る前記加圧気体Ｓとして窒素ガスを使用するが、窒素ガスに限らず空気等のロータリーバルブ１及び人体に悪影響を及ぼさないガスであれば任意なガスが使用可能である。また、前記軸封材充填用空間６ａに供給される加圧気体Ｓは、前記ロータリーバルブ１のケーシング２の内部圧力より高く設定され、具体的には、ケーシング２の内部圧力がほぼ３．４ＭＰａであり、加圧気体Ｓの圧力は、それより５％〜１５％高い圧力、好ましくは概ね１０％高い圧力（３．７４ＭＰａ程度）で軸封材充填用空間６ａ（第１グランドパッキン２０と第２グランドパッキン２１の間）に供給される。すなわち、軸封材充填用空間６ａの第１グランドパッキン２０の外側（図１の左側）にケーシング２の内部圧力より高い圧力で加圧気体Ｓを供給することによって、ケーシング２からグランドパッキン部（２０及び２１）へ向けての微粉炭の流入（ケーシング２から外側に流出しようとする流れ）を防止し、ケーシング２内からの有毒ガスの漏れを防ぐガスシールを構成することができる。ここで、加圧気体Ｓの圧力がケーシング２の内部圧力に比して５％以下しか高くない場合は、グランドパッキン部（軸封材充填用空間６ａ）への微粉炭及び有毒ガスの流入を効果的に防止できず、グランドパッキン部に微粉炭及び有毒ガスが徐々に侵入してグランドパッキン部のシール性を保てない場合が発生し得る。一方、両者の圧力が１５％以上の圧力差の場合は、グランドパッキン部（第１及び第２グランドパッキン２０，２１）の圧潰などによる焼付きなどを招くものであり、ケーシング２の内部圧力との差圧は、５％〜１５％の範囲内、好ましくは概ね１０％程度、高い圧力で軸封材充填用空間６ａに加圧気体Ｓを供給することが望ましい。
【００３７】
前記第１及び第２グランドパッキン２０，２１は、潤滑材を染み込ませた繊維を編成した紐状のものである。通常、この種のグランドパッキンは、該紐状のものを適切な長さに切ってローター軸１１とスタッフィングボックス６の内周面との間にローター軸１１を取り巻く形で詰め込み、グランド押え２３で蓋をし、締め付けボルト２２で圧縮力を与えてシールするものである。本発明の実施例では、予め第１及び第２グランドパッキン２０，２１を所定の治具（図示無し）に押し込めてから所定の圧力率で圧縮して成形する。また、この成形の際に、第２グランドパッキン２１を第１グランドパッキン２０より強く圧縮形成させることにより、より有効な軸封効果を得ることができる。すなわち、具体的には、第１グランドパッキン２０は、成形時に元の紐状物が９０％程度まで圧縮される程度に成形し、第２グランドパッキン２１は、成形時に元の紐状物が８５％程度まで圧縮される程度に成形している。このようにして予め異なる圧縮率で成形した第１グランドパッキン２０，第２グランドパッキン２１は、次の順で配置される。つまり、ロータリーバルブ１のケーシング２側から見て、圧縮率の低い第１グランドパッキン２０、加圧気体Ｓを供給するランタンリング３３ａ、圧縮率の高い第２グランドパッキン２１、グリスを供給するランタンリング３３ｂ、圧縮率の高い第２グランドパッキン２１の順で軸封材充填用空間６ａに詰めた状態で軸封材充填用空間６ａをグランド押え２３で蓋をし、最終的に締め付けボルト２２でグランド押え２３で第１及び第２グランドパッキン２０，２１に、図１の左側（ロータリーバルブ１の外側）から圧力を与えてローター軸１１をシールする。さらに、前記グランド押え２３と前記ローター軸１１との間の空隙部２５に複数のＶパッキン２６を挿入し、空隙部２５をパッキン押え２８で蓋をし、締め付けボルト２７によって固定されるパッキン押え２８によってＶパッキン２６に圧力を与えてローター軸１１をシールする。また、第１グランドパッキン２０と第２グランドパッキン２１は、ほぼ１対３の割合で軸封材充填用空間６ａに配置する。本実施例では一つの第１グランドパッキン２０に対して三つの第２グランドパッキン２１を配置しており、これら第１グランドパッキン２０と第２グランドパッキン２１との間に位置する加圧気体供給用のランタンリング３３ａは、グランドパッキン部全体の中間部より内側に位置する。
【００３８】
以上のように構成される本実施例においては、第１グランドパッキン２０と第２グランドパッキン２１との間に配置した供給管３０から加圧気体Ｓ（本実施例においては窒素ガス）を、ケーシング２の内部圧力のほぼ３．４ＭＰａに対して１０％ほど高い圧力の３．７４ＭＰａ程度の圧力でランタンリング３３ａの供給孔３３ｄから軸封材充填用空間６ａに供給する。ここで、ランタンリング３３ａの供給孔３３ｄに両側に配置される第１グランドパッキン２０及び第２グランドパッキン２１は、炭素繊維や四フッ化エチレン樹脂繊維などに潤滑材を含浸させて編成した編組パッキンを所定の圧縮力で成形し、かつ、供給孔３３ｄを挟んで内側（ローター室５側）の第１グランドパッキン２０より、外側（グランド押え２３側）の第１グランドパッキン２０の方が高い成形圧縮率であるため、軸封材充填用空間６ａに供給される加圧気体Ｓは成形圧縮率の低い第１グランドパッキン２０に向かう気流が生じ、ケーシング２内から漏れ出そうとする有毒ガス及び微粉炭を遮断する安全気体によるガスシールとなる。また、その加圧気体Ｓは第２グランドパッキン２１側にも向かうが、加圧気体Ｓ自体が毒性のない安全気体である。そして、この気体Ｓが第２グランドパッキン２１のエリアに滞留する。すなわち、第１グランドパッキン２０と第２グランドパッキン２１を、ほぼ１個対３個の割合で軸封材充填用空間６ａに配置することによって、毒性のない安全な気体Ｓが滞留するエリアを広く確保でき、仮にその第２グランドパッキン２１に滞留する安全な加圧気体Ｓが外部に漏れ出たとしても環境的に全く問題ない。さらに、これら第２グランドパッキン２１の外側に複数のＶパッキン２６がローター軸１１の軸線方向に押し付けられ、第２グランドパッキン２１から僅かに外部に漏れようとする気体（安全気体）をシールするとともに、このＶパッキン２６から漏れ出ようとするごく僅かな気体（安全気体）も前記パッキン押え２８のローター軸１１との摺動面に形成する断面鋸歯状の乱流発生部２９によって渦巻き状の乱流が生じ、外部への漏洩を可及的に防止することができる。また、本実施例（設計温度４５０℃）では、ローター軸１１の貫通孔１２に冷却水を通して循環させ、ローター軸１１を冷却することによってローター軸１１に圧接させる第１グランドパッキン２０，第２グランドパッキン２１，Ｖパッキン２６の熱による劣化を防止することができる。
【００３９】
以上のように、ローター室５から漏れ出してローター軸１１の軸封部の隙間に入り込もうとする微粉炭及び有毒ガスを、複数の第１及び第２グランドパッキン２０，２１を配置し、第１グランドパッキン２０と第２グランドパッキン２１の間に環境に悪影響を与えない加圧気体Ｓ（安全気体）を供給することでガスシールすることが可能である。第１グランドパッキン２０と第２グランドパッキン２１によりシール性を保つとともに、たとえ、これら第１及び第２グランドパッキン２０，２１のグランドパッキン部とローター軸１１との隙間に微粉炭及び有毒ガスが入り込んだとしても、その外側に配置したＶパッキン２６及び乱流発生部２９によって多段階に渡って効果的にシールすることができる。このように、極めて粒子の細かな微粉炭及び有毒ガスを効果的にシールすることで、有毒ガスの漏出を封止し、かつ微粉炭による第１及び第２グランドパッキン２０，２１，Ｖパッキン２６の損傷を防止する。このように、第１及び第２グランドパッキン２０，２１，Ｖパッキン２６により軸封部のシール性を保つとともに、ケーシング２の内部圧力に対して１０％ほど高い圧力で軸封材充填用空間６ａに加圧気体Ｓを供給することにより、ケーシング２の内側に向かう加圧気体Ｓのガスシール効果によって微粉炭の漏洩を効果的に防止することができる。さらに、これら第１及び第２グランドパッキン２０，２１，Ｖパッキン２６による軸封部から漏れ出る極僅かな気体（安全気体）もパッキン押え２８の摺動面に形成する断面鋸歯状の乱流発生部２９による乱流によって外部への流失を多段階に渡って効果的に防止することができる。また、加圧気体Ｓ自体が毒性のない安全気体であるから、この気体が第２グランドパッキン２１のエリアに滞留し、仮に外部に流出しても環境的には全く問題ない。また、このように、加圧気体Ｓが外部に漏れ出した場合、締め付けボルト２２を増し締めすることによって、第１及び第２グランドパッキン２０，２１の圧縮率を調整し、加圧気体Ｓの流出を可及的に防止することができる。
【００４０】
以上、本発明の一実施例を詳述したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、本願発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。例えば、前記実施例では、ロータリーバルブの用途として、微粉炭を処理して気体燃料に変換する石炭ガス化炉における微粉炭の供給機構（排出機構）に用いた場合を例として説明したが、各種のロータリーバルブや軸封部を備えた各種粉粒体処理機械に広く利用可能である。例えば、ロータリーバルブに限らずスクリューコンベアやバタフライバルブ、ゲートバルブ、フラップダンパーといった各種粉粒体搬送装置の軸封として広く適用可能である。さらに、ロータリーバルブの基本的構造についても前記実施例に限定されるものはなく、適宜選定すればよい。また、グランドパッキンの圧縮率についても、圧縮率の異なる複数組のグランドパッキンを配列し、複数組のグランドパッキンによる圧縮率の低い領域と複数組のグランドパッキンによる圧縮率の高い領域とを形成してもよく、また、ローター側から外側に向かって次第に圧縮率が高くなるように個々のグランドパッキンの圧縮率を調整してもよい。さらに、圧縮率の異なるグランドパッキンの比率も１個対３個に限るものではない。
【符号の説明】
【００４１】
１  ロータリーバルブ
２  ケーシング
３  供給口（供給部）
４  排出口（排出部）
５  ローター室
６  スタッフィングボックス（軸受部）
６ａ  軸封材充填用空間
１０  ローター
１１  ローター軸（回転軸）
２０  第１グランドパッキン
２１  第２グランドパッキン
２３  グランド押え
２６  Ｖパッキン
２８  パッキン押え
２９  乱流発生部
【図１】
2011201610.tif 000003
【図２】
2011201610.tif 000004
【図３】
2011201610.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成23年8月1日(2011.8.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉粒体処理装置の駆動回転軸と、この回転軸を軸支する軸受部との間に回転軸の軸方向に延びる軸封材充填用空間を形成し、この軸封材充填用空間内に前記回転軸の軸方向に複数のグランドパッキンを配置するとともに、前記軸受部の軸方向外側からグランドパッキン押えを押圧可能に設け、このグランド押えで前記軸封材充填用空間を塞いで前記各グランドパッキンを圧縮保持するとともに、前記軸封材充填用空間に配置された前記複数のグランドパッキンの間に加圧気体を供給する加圧気体供給手段を設け、この加圧気体供給手段によって粉粒体処理装置内部の圧力よりも高い圧力の加圧気体を供給するとともに、この加圧気体の供給位置は、前記圧縮率が異なる複数組のグランドパッキンの境界部に位置し、その供給位置を挟んで前記圧縮率が低いグランドパッキンを前記粉粒体処理装置の外側に、圧縮率が高いグランドパッキンを前記粉粒体処理装置の内側に配置し、かつ、圧縮率が高いグランドパッキンと、圧縮率が低いグランドパッキンをほぼ１個対３個の割合で配置したことを特徴とする請求項１記載の軸封装置。
【請求項２】
前記軸封材充填用空間に供給される加圧気体の圧力と粉粒体処理装置内部の圧力との差圧は、加圧気体の圧力が粉粒体処理装置内部の圧力より５％〜１５％、好ましくは概ね１０％高いことを特徴とする請求項１記載の軸封装置。
【請求項３】
前記複数のグランドパッキンの外側に前記回転軸に圧接する複数のＶパッキンを並設し、この各Ｖパッキンをパッキン押えで圧縮保持したことを特徴とする請求項１又は２に記載の軸封装置。
【請求項４】
前記複数のＶパッキンの外側に、前記回転軸と摺動する前記パッキン押えの摺動面に断面鋸刃状の乱流発生部を設けたことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の軸封装置。
【請求項５】
粉粒体の供給部と排出部とを備えたケーシングと、このケーシングの軸受部に軸支したローター軸と、このローター軸に固定して前記供給部と排出部の間において回転自在に設けたローターとを具備し、前記軸受部と前記ローター軸との間に前記ローター軸の軸方向に延びる軸封材充填用空間を形成し、この軸封材充填用空間内に前記回転軸の軸方向に複数のグランドパッキンを配置するとともに、前記軸受部の軸方向外側からグランドパッキン押えを押圧可能に設け、このグランド押えで前記軸封材充填用空間を塞いで前記各グランドパッキンを圧縮保持するとともに、前記軸封材充填用空間に配置された前記複数のグランドパッキンの間に加圧気体を供給する加圧気体供給手段を設けるとともに、この加圧気体の供給位置は、前記圧縮率が異なる複数組のグランドパッキンの境界部に位置し、その供給位置を挟んで前記圧縮率が低いグランドパッキンを前記粉粒体処理装置の外側に、圧縮率が高いグランドパッキンを前記粉粒体処理装置の内側に配置し、かつ、圧縮率が高いグランドパッキンと、圧縮率が低いグランドパッキンをほぼ１個対３個の割合で配置するように構成したことを特徴とする軸封装置を備えた粉粒体搬送装置。
【請求項６】
前記請求項５記載の軸封手段を備えた粉粒体搬送装置の軸封方法であって、前記軸封材充填用空間に配置された前記複数のグランドパッキンの間に、前記加圧気体供給手段により加圧気体を供給するものであり、前記軸封材充填用空間に供給される加圧気体の圧力と粉粒体処理装置内部の圧力との差圧が、加圧気体の圧力は粉粒体処理装置内部の圧力より５％〜１５％、好ましくは概ね１０％高い加圧気体供給して粉粒体搬送装置の軸封を得るように構成したことを特徴とする軸封方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
請求項１に係る軸封装置は、粉粒体処理装置の駆動回転軸と、この回転軸を軸支する軸受部との間に回転軸の軸方向に延びる軸封材充填用空間を形成し、この軸封材充填用空間内に前記回転軸の軸方向に複数のグランドパッキンを配置するとともに、前記軸受部の軸方向外側からグランドパッキン押えを押圧可能に設け、このグランド押えで前記軸封材充填用空間を塞いで前記各グランドパッキンを圧縮保持するとともに、前記軸封材充填用空間に配置された前記複数のグランドパッキンの間に加圧気体を供給する加圧気体供給手段を設け、この加圧気体供給手段によって粉粒体処理装置内部の圧力よりも高い圧力の加圧気体を供給するとともに、この加圧気体の供給位置は、前記圧縮率が異なる複数組のグランドパッキンの境界部に位置し、その供給位置を挟んで前記圧縮率が低いグランドパッキンを前記粉粒体処理装置の外側に、圧縮率が高いグランドパッキンを前記粉粒体処理装置の内側に配置し、かつ、圧縮率が高いグランドパッキンと、圧縮率が低いグランドパッキンをほぼ１個対３個の割合で配置したことを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
請求項１の構成によれば、回転軸の軸線方向に配置した複数のグランドパッキンを回転軸の軸線方向に押し付けて回転軸をシールするとともに、内部圧力よりも高い圧力の加圧気体を軸封材充填用空間の複数のグランドパッキン間に供給することにより、装置内部から漏れ出る気体（有毒ガス）や微粉体を遮断するガスシールとなる。また、その加圧気体の一部は高圧縮率の外側のグランドパッキンにも向かうが加圧気体自体を毒性のない安全気体とすれば、仮に加圧気体が外部に漏れても全く問題ない。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
請求項２に係る軸封装置は、前記軸封材充填用空間に供給される加圧気体の圧力と粉粒体処理装置内部の圧力との差圧は、加圧気体の圧力が粉粒体処理装置内部の圧力より５％〜１５％、好ましくは概ね１０％高いことを特徴とする。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
請求項２の構成によれば、軸封材充填用空間の複数のグランドパッキン間に供給される加圧気体と装置内部の圧力との差圧が５％以下では、回転軸とグランドパッキンとの隙間に徐々に微細な粉粒体が侵入して回転軸とグランドパッキンが損傷して回転軸のシール性が悪化する。一方、内部圧力より１５％以上の加圧気体を供給すると、グランドパッキンによる軸封部分に負荷がかかり軸受性能は悪化し、加圧空気の漏れの問題も発生する。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
請求項３に係る軸封装置は、前記複数のグランドパッキンの外側に前記回転軸に圧接する複数のＶパッキンを並設し、この各Ｖパッキンをパッキン押えで保持したことを特徴とする。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
請求項３の構成によれば、グランドパッキンによる軸封部分から漏れ出る僅かなシールガスが複数のＶパッキンで遮断され、外部への漏洩を防ぐ。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
請求項４に係る軸封装置は、前記複数のＶパッキンの外側に、前記回転軸と摺動する前記パッキン押えの摺動面に断面鋸刃状の乱流発生部を設けたことを特徴とする。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
請求項４の構成によれば、仮にＶパッキンからシールガスが漏れ出たとても、パッキン押えの摺動面に形成する断面鋸歯状の乱流発生部によってシールガスに渦巻き状の乱流が生じ、外部へ漏れ出ようとするごく僅かなシールガスの漏洩が防止される。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
請求項５に係る軸封装置を備えた粉粒体搬送装置は、粉粒体の供給部と排出部とを備えたケーシングと、このケーシングの軸受部に軸支したローター軸と、このローター軸に固定して前記供給部と排出部の間において回転自在に設けたローターとを具備し、前記軸受部と前記ローター軸との間に前記ローター軸の軸方向に延びる軸封材充填用空間を形成し、この軸封材充填用空間内に前記回転軸の軸方向に複数のグランドパッキンを配置するとともに、前記軸受部の軸方向外側からグランドパッキン押えを押圧可能に設け、このグランド押えで前記軸封材充填用空間を塞いで前記各グランドパッキンを圧縮保持するとともに、前記軸封材充填用空間に配置された前記複数のグランドパッキンの間に加圧気体を供給する加圧気体供給手段を設けるとともに、この加圧気体の供給位置は、前記圧縮率が異なる複数組のグランドパッキンの境界部に位置し、その供給位置を挟んで前記圧縮率が低いグランドパッキンを前記粉粒体処理装置の外側に、圧縮率が高いグランドパッキンを前記粉粒体処理装置の内側に配置し、かつ、圧縮率が高いグランドパッキンと、圧縮率が低いグランドパッキンをほぼ１個対３個の割合で配置するように構成したことを特徴とする。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
請求項５の構成によれば、複数のグランドパッキンをローター軸の軸線方向に押し付けてローター軸をシールするとともに、ケーシングの内部圧力よりも高い圧力の加圧気体を軸封材充填用空間に配置された前記複数のグランドパッキンの間に供給することにより、ケーシングの内部から漏れ出る気体（有毒ガス）や微粉体を遮断するガスシールとなる。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
請求項６に係る粉粒体搬送装置の軸封方法は、前記軸封材充填用空間に配置された前記複数のグランドパッキンの間に、前記加圧気体供給手段により加圧気体を供給するものであり、前記軸封材充填用空間に供給される加圧気体の圧力と粉粒体処理装置内部の圧力との差圧は、加圧気体の圧力が粉粒体処理装置内部の圧力より５％〜１５％、好ましくは概ね１０％高い加圧気体供給して粉粒体搬送装置の軸封を得るように構成したことを特徴とする。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
請求項６の構成によれば、複数のグランドパッキンを予め所定の圧縮率で圧縮させて成形し、これを軸封材充填用空間に組み付けることで軸封材充填用空間に配置された前記複数のグランドパッキンの間に供給される加圧気体を内方へと流す際の流量を最適化する上で調整しやすくなる。また、組み付け後においてもグランド押えでグランドパッキンを圧縮することでグランドパッキンの圧縮率の調整が可能となる。