(57)【要約】      （修正有）【課題】槽内部にアクセスせずに外部センサーを除去もしくは交換したりできる個体レベル表示器を提供する。【解決手段】個体レベル表示器１００であって、槽１０５内部に延びているねじれシャフト１２０を含み、ねじれシャフトの槽内の端部にはパドル１１７が取り付けられており、さらに槽外に延びるねじれシャフトの他端には外部センサー１５０が取り付けられている。外部センサーはサポート構造１８４に係合され、少なくとも一部が動くことが防止されており、外部センサーが静止状態に保たれていることによって、ねじれシャフト上に及ぼされるねじれ力の変化が外部センサーで測定される。外部センサーは槽の外側に配置されているため、運転員は槽の内部にアクセスすることなく、外部センサーを除去したり交換することができる。【選択図】図１
2016164560.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体レベル表示器アセンブリであって、該固体レベル表示器アセンブリは、
ハウジング外部末端と、その反対に配置されたハウジング内部末端とを有するシャフトハウング；                                                                        シャフト内部末端とシャフト外部末端とを有するねじれシャフト；
槽内の固体の通路に交差するように、ねじれシャフトの長さに対して垂直に、パドルキャップに係合しているパドル；
静止末端に隣接して配置された回転末端を有するモジュラー外部センサー；
前記固体レベル表示器アセンブリに係合されたサポート構造；及び
サポート構造をねじれロッドに係合するように構成された剪断ロックを含み、
前記シャフトハウジング外部末端は槽の外部に配置され、前記シャフトハウジングは、
ねじれ運動に抵抗するように槽に固定して係合しており、
前記ねじれシャフトは、シャフト内部末端がハウジング内部末端を越えて延び、槽内
に配置されたパドルキャップに係合するようにシャフトハウジング内に配置されており、
前記パドルはシャフト内部末端とねじれ的に連通しており、
前記回転末端はシャフト外部末端に隣接して配置され、前記シャフト外部末端は隣接
して配置された回転末端とねじれ的に連通しており、
前記モジュラー外部センサーはシャフト外部末端から脱係合されるように構成されて
おり、
前記シャフト外部末端に隣接して配置されている前記モジュラー外部センサーはねじ
れロッドを規定しており、
前記剪断構造は最大剪断力に耐えるように構成されており、
前記サポート構造及び剪断ロックは、剪断力が最大剪断力を超えないとき、ねじれロ
ッドが回転することを防止するように構成されていることを特徴とする固体レベル表示
器アセンブリ。
【請求項２】
サポート構造が、装着アーム、装着コーン、サポートスリーブ、シャフトハウジング又はそれらの組み合わせからなる群から選ばれるサポート構造である、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項３】
パドルキャップ上に延びている保護スリーブを有する表示器アダプターをさらに含み、
該表示器アダプターは、ねじれ運動に抵抗するように固体レベル表示器を槽に固定して係合するように構成されている、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項４】
モジュラー外部センサーの静止末端に隣接して配置されたプラグキャップをさらに含み、該プラグキャップはモジュラー外部センサーの静止末端にねじれ的に連通しており、前記プラグキャップはボア孔を規定しているエリアを有し、前記剪断ロックは、サポート構造における剪断ピン孔を通ってプラグキャップのボア孔に延びている剪断ピンであり、剪断力が最大剪断力を超えない限りプラグキャップが回転することを防止している、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項５】
プラグキャップが間隔をあけて配置された複数のボア孔を有する、請求項４に記載のアセンブリ。
【請求項６】
第１スプリング末端及び第２スプリング末端を有するねじれスプリングをさらに含み、
前記第１スプリング末端はカバープレートに係合し、ねじれシャフトとねじれ的に連通状態にあり、第２スプリング末端は、ねじれシャフトを通じて伝達されるねじれ力を蓄積するように、サポートスリーブに係合している、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項７】
剪断ロックがシャフトハウジングに延びている剪断ピンであり、前記第２スプリング末端は蓄積された過剰なねじれ力をサポート構造を通じて剪断ピンに伝えるように構成されている、請求項６に記載のアセンブリ。
【請求項８】
モジュラー外部センサーは、歪みゲージ、圧電センサー、角度ゲージ、トルク変換器又はこれらの組み合わせからなる群から選ばれる、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項９】
ねじれシャフトとねじれ的に連通状態にある複数のモジュラー外部センサーをさらに含み、それぞれのモジュラー外部センサーは固体レベル表示器アセンブリからスライド可能に除去されるように構成されている、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項１０】
槽が気相化学蒸解缶、水相化学蒸解缶、及び含浸槽からなる群から選ばれる、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項１１】
剪断ロックが、剪断ピン、マグネット、希土類磁石、ねじれスプリング、又はねじれ力が所定の剪断力の閾値を超えると、ねじれロッドが回転することを可能にするように構成された他の構造からなる群から選ばれる、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項１２】
固体レベル表示器であって、該固体レベル表示器は、
ハウジング内部末端及びハウジング外部末端を有するシャフトハウジング；
シャフト内部末端及びシャフト外部末端を有するねじれシャフト；
槽内の固体の通路に交差するように、ねじれシャフトの長さに対して垂直にパドルキャップに係合しているパドル；
静止末端に隣接して配置された回転末端を有するモジュラー外部センサー；
固体レベル表示器に係合されたサポート構造；及び
サポート構造の周りに配置されたねじれスプリングを含み、
前記シャフトハウジング外部末端は槽の外部に配置され、前記シャフトハウジングは、ねじれ運動に抵抗するように槽に固定して係合しており、
前記ねじれシャフトは、シャフト内部末端がハウジング内部末端を越えて延び、槽内に配置されたパドルキャップに係合するようにシャフトハウジング内に配置されており、
前記パドルはシャフト内部末端とねじれ的に連通しており、
前記回転末端はシャフト外部末端に隣接して配置され、シャフト外部末端は隣接して配置された回転末端とねじれ的に連通しており、前記モジュラー外部センサーはシャフト外部末端からスライド可能に脱係合されるように構成されており、
前記ねじれスプリングは、第２スプリング末端から距離を置いて配置された第１スプリング末端を有し、前記第１スプリング末端はモジュラー外部センサーとねじれ的に連通状態にあり、前記第２スプリング末端は、固体が下方向の力をパドル上に及ぼすとき、ねじれスプリングが屈曲し、ねじれエネルギーを蓄積するようにサポート構造に固定して係合しており、前記ねじれスプリングは、固体によって及ぼされた力が減退するとき、固体の質量によってパドル上に及ぼされるねじれ力の方向の反対方向に、蓄積されたエネルギーをねじれシャフトに解放することを特徴とする固体レベル表示器。
【請求項１３】
サポート構造を通ってシャフトハウジングへ延びている剪断ピンをさらに含む、請求項１２に記載の固体レベル表示器。
【請求項１４】
サポート構造が、装着アーム、装着コーン、シャフトハウジング、及びサポートスリーブ、又はこれらの組み合わせからなる群から選ばれる、請求項１２に記載の固体レベル表示器。
【請求項１５】
モジュラー外部センサーが、歪みゲージ、圧電センサー、角度ゲージ、トルク変換器、又はこれらの組み合わせからなる群から選ばれる、請求項１２に記載の固体レベル表示器。
【請求項１６】
ねじれシャフトとねじれ的に連通状態にある複数のモジュラー外部センサーをさらに含み、それぞれのモジュラー外部センサーは固体レベル表示器アセンブリからスライド可能に除去されるように構成されている、請求項１２に記載の固体レベル表示器。
【請求項１７】
固体レベル表示器であって、該固体レベル表示器は、
ハウジング内部末端及びハウジング外部末端を有するシャフトハウジング；
シャフト内部末端及びシャフト外部末端を有するねじれシャフト；
槽内の固体の通路に交差するように、ねじれシャフトの長さに対して垂直にパドルキャップに係合しているパドル；
静止末端に隣接して配置された回転末端を有するモジュラー外部センサー；  
固体レベル表示器アセンブリに係合されたサポート構造；
剪断ピン；及び
複数のボア付きプラグキャップ（a multi-bore plug cap）
を含み、
前記シャフトハウジング外部末端は槽の外部に配置され、前記シャフトハウジングは、ねじれ運動に抵抗するように、槽に固定して係合しており、
前記ねじれシャフトは、シャフト内部末端がハウジング内部末端を越えて延び、槽内に配置されたパドルキャップに係合するようにシャフトハウジング内に配置されており、
前記パドルはシャフト内部末端とねじれ的に連通しており、
前記回転末端はシャフト外部末端に隣接して配置され、シャフト外部末端は隣接して配置された回転末端とねじれ的に連通しており、モジュラー外部センサーはシャフト外部末端からスライド可能に脱係合されるように構成されており、
前記サポート構造は剪断ピン孔を規定しているエリアを有し、
前記プラグキャップは、モジュラー外部センサーの静止末端とねじれ的に連通しており、前記プラグキャップは、間隔をあけてプラグキャップへ半径方向に延びているボア孔を規定しているエリアを有し、それによって複数のボア孔のうちの１つのボア孔がサポート構造における剪断ピン孔と位置が合うようになっており、前記剪断ピンは剪断ピン孔を通ってボア孔へ延び、プラグキャップを配向させており、前記プラグキャップの配向はねじれシャフトを二分している水平ラインに対するパドルのそらし角度を規定しており、前記剪断ピンは最大剪断力に耐えるように構成されており、前記剪断ピン及びサポート構造は、剪断力が最大剪断力を超えないとき、モジュラー外部センサーの静止末端が回転することを防止するように構成されていることを特徴とする固体レベル表示器。
【請求項１８】
ボア孔が規則的な間隔をあけてプラグキャップに半径方向に延びている、請求項１７に記載の固体レベル表示器。
【請求項１９】
ボア孔が不規則的な間隔をあけてプラグキャップに半径方向に延びている、請求項１７に記載の固体レベル表示器。
【請求項２０】
複数のボア付きプラグキャップが４つのボア孔を有する、請求項１７に記載の固体レベル表示器。
【請求項２１】
複数のボア付きプラグキャップが８つのボア孔を有し、前記サポート構造が９０度未満だけ第１剪断ピン孔から角度的にオフセットされている第２剪断ピン孔を有する、請求項１７に記載の固体レベル表示器。
【請求項２２】
サポート構造が装着アーム、装着コーン、シャフトハウジング、及びサポートスリーブ、又はこれらの組み合わせからなる群から選ばれる、請求項１７に記載の固体レベル表示器。
【請求項２３】
モジュラー外部センサーが、歪みゲージ、圧電センサー、角度ゲージ、トルク変換器、又はこれらの組み合わせからなる群から選ばれる、請求項１７に記載の固体レベル表示器。
【請求項２４】
ねじれシャフトとねじれ的に連通状態にある複数のモジュラー外部センサーをさらに含み、それぞれの外部センサーが固体レベル表示器アセンブリからスライド可能に除去されるように構成されている、請求項１７に記載の固体レベル表示器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般に、チップビンやサイロのような貯蔵槽および化学蒸解缶や含浸槽のような処理槽を含む槽中において固体粒子のレベルを測定するためのアセンブリに関し、特に、紙パルプの製造に用いられる木材チップや他のバイオマスおよびリグノセルロース系バイオマス由来の他の生成物のレベルを測定するための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
本開示は固体レベル表示器について記載するものである。固体レベル表示器は、固体又は流体又は固体と流体の両者の槽内での移動を伴なうプロセスやインダストリーにおいて用いられているが、以下の例示においては、紙パルプ工業において用いられるチップビン、含浸槽および連続蒸解缶について述べるものとする。
【０００３】
工場運転員は、サイロ、貯蔵ビン、パイプのような保持槽や化学蒸解缶、含浸槽のような処理槽において、固体レベル表示器を用いて槽内の固体堆積物の高さを推定している。例えば、紙パルプ工業において、工場運転員は１基又はそれ以上の連続蒸解缶を運転してパルプを製造しているが、連続蒸解缶は大型の、パルプ工場内でそびえ立つ垂直に配向した反応槽である。これらの蒸解缶では、苛性液が使用されて、予備処理されたリグノセルロース材料が紙パルプや副生成物に分解される。方法によって異なるけれども、一般に、運転員は軟化した木材パルプや他のリグノセルロース材料のような固体を連続蒸解缶の頂部において供給する。一般に連続蒸解缶は気相連続蒸解缶又は水相連続蒸解缶のいずれかである。
【０００４】
気相連続蒸解缶の内部ではチップは円錐状に堆積し、円錐状の堆積物は、その自重により苛性液とプロト−パルプ（初期パルプ）との泥状物（mire）中に沈降する。苛性液は、リグニンを変性し、木材チップ中の、セルロース繊維を共に本来保持している蛋白質を変性する。蛋白質それ自体が苛性液に溶解するにつれて、木材チップ中のセルロース繊維は粘性のプロト−パルプに崩壊される。苛性液とプロト−パルプは、これらが連続蒸解缶の底部の出口ポートに到達するまで垂直槽の長さをゆっくりと沈降する。底部において運転員がプロト−パルプを更なる処理および清浄化のために下流の装置にポンプ輸送する。水相連続蒸解缶では、一般に、液レベルがチップレベルを超えており、機械式固体レベル表示器によって運転員がチップのトップレベルを計算し、これによってパルプ製造状態をモニターし、新規チップの槽への導入量をコントロールする。
【０００５】
典型的なメカニカルレベル表示器は、槽壁内のパイプ内を延びるシャフトハウジングに配置されたシャフトを一般に有する。シャフトハウジングは槽壁にボルト留めされた外部末端を有し、このようにしてシャフトハウジングは、ねじれ運動に一般に抵抗する。
シャフトは中空であり、シャフトハウジング内に配置される。シャフトの中空部分は、米国特許第３，９７１，２５４号明細書（その全文が本明細書に参照として組み込まれる）に示されるようなセンサーを収容している。センサーは典型的には歪みゲージである。シャフトハウジングの内部末端は、シャフトハウジングの長さに一般に垂直に延びているパドルを有し、パドルは固体が流れる方向を横切って配置されるのが通常である。すなわち、単一のパドルはシャフトハウジングのサイドから延び、通常は下方に運動している固体の通路を横切っている。固体が槽内を移動するとき、固体はパドルに力を及ぼし、シャフトハウジングのサイドに連結されているパドルは、固体粒子の下向きの力をねじれ力に変換する。シャフトハウジング内のシャフトは、パドルとねじれ的に連通状態にあり（being in torsional communication with paddle）、ねじれ力を、シャフト内に位置された歪みゲージ又は他のセンサーに連通させる。
【０００６】
シャフトは視認できるほど回転する場合も、視認できるほど回転しない場合もあるが、センサーはシャフト上のねじれ力（例えばツイスティングフォース）および剪断ストレスを測定する。固体粒子が、シャフトハウジング及びシャフト上にねじれ力を及ぼして、剪断応力を作り出す程度は、パドル上の固体の質量を確かめるために使用される。固体の既知の濃度と共に質量が、固体堆積物の頂部レベルの位置を計算するために使用される。さらに保持槽および処理槽において、固体レベル表示器は槽の高さに沿ういくつかの高さに配置される。
【０００７】
固体レベル表示器は剪断ピンも有し、剪断ピンはシャフトハウジング内を通ってシャフトへ延びている。これらの剪断ピンは、シャフトがシャフトハウジング内で回転することを一般に防止する。剪断ピンは、パドル又はシャフト自体と比べて、より小さいねじれ力にしか耐えられないのが一般的である。パドルおよびシャフト上のねじり応力が過剰になれば、剪断ピンはパドル又はシャフトが破断する前に典型的には破断する。剪断ピンが破断すると、パドルはニュートラルな垂直位置へ下方向に回転し、すなわち、パドルは固体粒子の通路をもはや横切らない。このことは、パドルを保護するが、ニュートラル位置にあるパドルは、チップの下方向の力をもはや検出せず、それ故にチップレベルをもはや測定することができない。このような設計は一般にうまく機能するが、いくつかの欠点を有する。
【０００８】
固体レベル表示器が、高温及び高圧下で運転する蒸解缶、含浸槽又は他の処理槽において使用されると、高温によって中空シャフト内の電子センサーがダメージを受け、また高温によって固体レベル表示器の不均一な伸長が引き起こされ、不均一な伸長は、測定値の読み取りを妨害する。また製造者はシャフトの中空部分の内部の複数のセンサーを積層するのが一般的である。固体の質量が十分大きいと、固体粒子は中空シャフト及びシャフトハウジングを屈曲させる。直線状のシャフトが少し屈曲しても、センサーを正しく位置づけられなくなるか（dislodge）又は損傷させ、それによって固体レベル表示器を機能させなくする。シャフトの屈曲はパドルをさらに屈曲させることがある。これらのセンサーを積層させて、測定に供するためには、正確性と、温度制御環境における熟練作業者の労力を必要とする。
【０００９】
固体レベル表示器を運転中の処理槽から取り出すことは、運転員に不安定で危険なプロセス条件を与えてしまう。これらの理由によって、これらセンサーは運転中の処理槽、例えば連続蒸解缶又は含浸槽に現場では一般に取り付けることができないので、運転員は、損傷した固体レベル表示器を取り出して交換する前に、装置を一般に停止する。もし工場運転員が利用可能な予備の固体レベル表示器を有していなければ、運転員は破損した固体レベル表示器を修理業者に輸送する。センサーを交換し、固体レベル表示器をプロセス条件（例えば、苛性液、高温及び腐食性のスチーム）から保護するために固体レベル表示器を前処理することによって、何週もの装置の停止が加わり、生産性を低下させ、工場従業員の労働時間を減少させることになる。
【００１０】
これらの問題を回避するために、米国特許第４，９６４，３０１号明細書（その全文が本明細書に参照として組み込まれる）に示されているように、製造者はシャフトハウジング及びシャフトのそれぞれの外部末端に固定された磁気センサー付きの固体レベル表示器を開発している。しかしながら、正確な測定値を得るためには、全体の固体レベル表示器が、特定の連続蒸解缶の運転条件に対して精密に設計されなければならなかった。例えば、シャフトハウジングとシャフトの長さ及び厚さは、蒸解缶が気相蒸解缶であるか又は水相蒸解缶であるかに依存して変化することがあった。またパドル面積は、蒸解缶のタイプだけでなく、蒸解缶内の固体レベル表示器の位置にも依存して変化することがあった。例えば、実質的に同一の運転能力を有する気相蒸解缶及び水相蒸解缶を想定したとき、水相蒸解缶パドルの面積は気相蒸解缶パドルの面積より一般に大きい。水相蒸解缶中のチップは液体中に懸濁され、それ故に、より小さい力をパドル上に一般に及ぼし、それを補償するために、パドルはより大きな表面積を一般に有する。しかしながら、工場運転員は、水相蒸解缶プレートを気相蒸解缶の中間部及び底部プロセスゾーンにおいて使用する傾向にある。その理由は、工場運転員は、液体レベルがこれらのプロセスゾーンにおいて上昇し得ることを認識しているからである。残念なことに、気相蒸解缶における液体レベルは変動し、中間部及び底部プロセスゾーンにおける固体レベル表示器の下にまで戻ることがある。液体がこれらの固体レベル表示器より下に低下すると、液体はチップの重量をもはや相殺せず、チップは過剰な力で大面積のパドルを圧迫することになる。過剰な重量がパドルが設計された負荷を超え、これが剪断ピンを破壊させ、結果として、固体レベル表示器のパドルはパドルが固体の通路をもはや横切らない位置へと９０度回転する。このようにして、固体レベル表示器は救済されるが、機能しなくなる。
【００１１】
動作の悪い固体レベル表示器は、頂部レベル測定の正確性を減少させる。運転員が頂部レベルデータから他のプロセス条件を推定する程度に応じて、頂部レベルの不正確さは、他のプロセス測定値の正確性を低下させ、このことは、次に不適切なプロセス制御が、安全上の問題や、早過ぎる点検のための停止によって生産性の低下を生じさせるというリスクを増大させる。
【００１２】
従って、先行技術の限界を克服しながら、槽内の正確なレベル測定値を与えることができる固体レベル表示器を開発するという必要性が長い間存在していた。
【発明の概要】
【００１３】
従来の固体レベル表示器の中空シャフト及びセンサーを補修することによって生産性が低下する問題は、中実ねじれシャフトの外部末端に取り付けられたモジュラー外部センサーを有する１つ又はそれ以上の固体レベル表示器を使用することによって緩和されるが、ここにおいて、モジュラー外部センサーは、シャフト外部末端にねじれ的に連通している回転末端と、静止サポート構造に連結された静止末端とを有し、モジュラー外部センサーは除去され得るように構成され、それによってモジュラー外部センサーの除去及び交換は中実ねじれシャフトを槽から除去することを必要としない。
【００１４】
例示的な固体レベル表示器は、約５００ニュートンメートル（Nm）から約７５００Ｎｍまでの間の範囲における下方向の力に耐え得る。以前は、運転員は、槽内に配置された異なる固体レベル表示器に対して異なるパドルサイズを使用するか、又はパドルに生じると想定される負荷に依存してパドルのサイズを変更していた。このことによって、ねじれシャフトを槽から除去し、シャフト内部末端においてパドルにアクセスすることが必要とされていた。出願人は、例示的な固体レベル表示器が耐えることができる力は、チップの濃度、及び槽内のバイオマスが薬液レベルの下であるか又は上であるかに依存することを見出した。
【００１５】
固体負荷が一定でないこと（パドルサイズが異なること及び化学蒸解缶における薬液レベルが一定でないことによって固体負荷が一定ではないことが含まれる）によるパドルの破損の問題を緩和するために、出願人は、中実ねじれシャフトとねじれ的に連通状態にあるねじれスプリングを含む固体レベル表示器を開示するが、ここにおいて、ねじれスプリングは、ねじれシャフトとねじれ的に連通状態にある第１スプリング末端と、第１スプリング末端から距離を置いて配置された第２スプリング末端とを有し、ねじれスプリングがねじれシャフトからの過剰なねじれ力を蓄積するように、第２スプリング末端はサポート構造又はシャフトハウジングに固定して係合している。ねじれスプリングは、さらに、固体の質量によりパドル上に及ぼされるねじれ力の方向と反対の方向において、ねじれ力をねじれシャフトに提供するように構成されていてもよく、それによってパドルを測定可能な位置（measurement-ready position）に自動的に戻すことができる。このように、ねじれスプリングによって、固体の質量に晒されたパドルの表面積の大きさが、固体がパドル上に及ぼす下方向の力の量に比例することが保証される。本開示に従えば、ねじれスプリングを有する例示的な固体レベル表示器によって、固体レベル表示器が槽の高さに沿ってどこに位置されるかに拘らず、運転員は、槽に延びているそれぞれの固体レベル表示器に対して１つのパドルサイズを使用することが可能になる。このようにして、例示的な実施態様によって、運転員がねじれシャフトを引き抜きいてパドルにアクセスする必要性が低減される。
【００１６】
本開示のさらなる目的は、工場運転員が槽の運転中にねじれスプリングに容易にアクセスすることを可能にし、現場運転員が必要に応じて、ねじれスプリングを交換又は再調整する（re-calibrate）ことを可能にすることである。
【００１７】
本開示のさらなる目的は、槽、特に化学蒸解缶が運転状態である間に、運転員が、固体レベル表示器のパドルが移動している固体の通路に交差する角度を調節することを可能にし、それによって運転員が変動している運転条件に対応することによって、固体レベル表示器の耐用期間を延長することを可能にすることである。
【００１８】
本開示のさらなる目的は、槽内の種々の垂直高さに配置された複数の例示的な固体レベル表示器アセンブリを調整して（calibrate）、特定の槽の運転条件に調節することである。
【００１９】
例示的な実施態様において、固体レベル表示器は、プラグキャップの周りに間隔をあけて配置された複数のボア孔を有するプラグキャップをさらに含んでいる。プラグキャップはねじれシャフトとねじれ的に連通し、剪断ピンはサポート構造を通ってプラグキャップへ延び、プラグキャップを配向させている。プラグキャップの配向は、ねじれシャフトを二分する水平ラインから測定されたパドルのそらし角度（deflection angle）に相当する。運転員は剪断ピンを除去した後、剪断ピンをサポート構造及び次のボア孔に戻してプラグキャップを新しい配向に固定する前に、プラグキャップを次のボア孔に回転させて、パドルのそらし角度を変化させ、それによってパドルのそらし角度を変化させる。複数のボア孔を有するプラグキャップによって、運転員は単一サイズのパドルを槽の高さに沿う種々の位置において使用することが可能となる。
【００２０】
本開示の目的は、内部センサー及びより複雑な構成を有する従来の中空シャフトと同様の欠点を有さない、より強い中実ねじれシャフトを使用することであり、その結果、例示的なセンサーは、熱及び槽の内部条件に影響を受けにくい。例示的なモジュラー外部センサーは従来のデザインより小さく、それによって例示的なモジュラー外部センサーは軽量であり、従来のセンサーより少ないスペースで格納し得る。他の例示的な実施態様において、中空ねじれシャフトが、中実ねじれシャフトの代わりに使用され得る。
【００２１】
本開示の目的は、また、槽の既存のシャフトハウジングを使用することができるようにし、シャフトの外部末端を、外部センサーを受け入れるように構成することである。シャフトは、機械加工、プリント加工、鍛造、プレス加工、又は当業界において通常用いられている他の手段によって製造される。例示的な固体レベル表示器は、タイプ３１６Ｌ及び１．４４６２（２相ステンレス鋼）を含む適切な材料で作製される。
【００２２】
例示的な実施態様において、槽に装着され、モジュラー外部センサーの静止末端を適所に保持するように構成された装着アームを、静止サポート構造は含んでいる。モジュラー外部センサーは、外部センサーの回転末端と外部センサーの静止末端との間の偏差（deflection）を測定するように構成されている。例示的な実施態様は、サポート構造を通ってプラグキャップ又はシャフトハウジングへ延びている剪断ピンをさらに含んでいる。
【００２３】
他の例示的な実施態様において、剪断ピンは、ねじれ力が所定の閾値を超えると開放するねじれスプリングに置き換えられる。ねじれスプリングを装着した構成を使用することによって、運転員は単一サイズのパドルを槽に沿う異なる高さにおいて使用することが可能となる。ねじれ測定は一般に対数的であり、それゆえに均一なパドルサイズを使用すると、既存のデザインを超える有意により広い測定領域が可能となる。他の例示的な固体レベル表示器は、ねじれ測定の代わりに角度測定を使用する。また他の例示的な固体レベル表示器は、角度及びねじれの測定の組み合わせを使用する。さらに他の例示的な実施態様において、モジュラー外部センサーは圧電センサーである。
【００２４】
固体レベル表示器は、固体粒子又は液体に懸濁されているかあるいは液体とともに存在している固体を含む槽において使用される。ある例示的な実施態様において、固体レベル表示器は、チップビン、連続蒸解缶、含浸槽、サイロ、パイプ、及びリグノセルロース系材料を含む固体粒子のための他の保持槽又は処理槽において使用される。固体レベル表示器は、槽内において複数の高さ及び位置に配置されることがある。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
前述のことは、添付図面に示されているように、本開示の例示的な実施態様についての以下のより詳細な記述から明らかとなる。なお、添付図面において類似の参照記号は、異なる図面を通じて同一の部位を示し、また図面は必ずしも同一縮尺で表されているものではなく、開示された実施態様を図示することに重点が置かれている。
【００２６】
【図１】図１は、取り外し可能なモジュラー外部センサーを有する例示的な固体レベル表示器アセンブリの断面図を示し、このモジュラー外部センサーは中実ねじれシャフトの外部末端に取り付けられた回転末端と、サポート構造の装着アームによって固定されたキャッププラグにねじれ的に係合された静止末端とを有する。
【００２７】
【図２】図２は、装着アームを有する例示的な固体レベル表示器アセンブリの、槽に対面する正面図である。
【００２８】
【図３】図３は、モジュラー外部センサーを有する例示的な固体レベル表示器を示し、モジュラー外部センサーは除去され得るように構成され、槽に対面する正面図から槽壁に係合された装着アームによってサポートされている。
【００２９】
【図４】図４は、正面断面図において、装着アームの第２末端を通ってキャッププラグへ延びている剪断ピンを示す。
【００３０】
【図５】図５は、サポートアームの代わりにサポートスリーブを有し、サポートスリーブの周りに配置されたねじれスプリングを有する例示的な固体レベル表示器アセンブリの斜視図である。
【００３１】
【図６】図６は、サポート構造がサポートスリーブであり、固体レベル表示器がサポートスリーブの周りに配置されたねじれスプリングをさらに含む例示的な固体レベル表示器の断面図を示す。
【００３２】
【図７】図７は、固体レベル表示器が断面図において複数のボア付きプラグキャップを有する、サポート構造のためのサポートスリーブを有する例示的な固体レベル表示器アセンブリを示す。
【００３３】
【図８】図８は、サポートスリーブ及び複数のボア付きプラグキャップを有する例示的な固体レベル表示器アセンブリの正面図である。
【００３４】
【図９Ａ】図９Ａは、図７及び図８に示された実施態様において使用されるような例示的な複数のボア付きプラグキャップの側面図を示す。
【００３５】
【図９Ｂ】図９Ｂは、図７及び図８に示されるような例示的な複数のボア付きキャップの正断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
好ましい実施態様についての以下の詳細な記載は、例示及び説明の目的のためだけに提示されたものであり、説明し尽くすものであることまたは本発明の範囲および要旨を制限することを意図していない。実施態様は、本発明の原理およびその実際の応用を最もよく説明するために選ばれ説明されている。当業者は多くの変更が、本発明の範囲および要旨から逸脱することなく、本明細書に開示された発明に対してなされ得ることを認識するであろう。
【００３７】
対応する参照記号は、いくつかの図面において対応する部材を示す。図面は、本開示に従う種々の特徴および構成の実施態様を示すが、図面は必ずしも同一縮尺で表されているものではなく、ある特徴は本開示の実施態様をよりよく図示するために誇張されていることがあり、そのような例示は本開示の範囲をいかなる方法でも制限するように解釈されるべきではない。
【００３８】
本明細書において、「１つの実施態様」（"one embodiment”）、「ある実施態様」（"an embodiment”）、「例示的な実施態様」（"an exemplary embodiment”）等の語句は、説明された実施態様が、特定の構成、構造又は特徴を含み得ることを示しているが、全ての実施態様が特定の構成、構造又は特徴を必ずしも含むものではない。さらにそのような語句は同一の実施態様を必ずしも示すものではない。さらに特定の構成、構造又は特徴がある実施態様との関係で説明されているときには、明示的に説明されているか、いないかに拘らず、そのような構成、構造又は特徴を、他の実施態様との関係で用いることができることは当業者の知識の範囲内のことである。
【００３９】
図１は、例示的な固体レベル表示器アセンブリ１００の側断面図である。図１は壁１０７を有する槽１０５を示す。装着フランジ１１９は壁１０７を通って延び、導管１２５を規定する。導管１２５は異なる測定装置を収容するように構成され、それ故、導管１２５は補助なしで例示的な固体レベル表示器１０１を受け入れるためには広すぎ、その結果、表示器アダプター１１３が導管１２５を通って延びている。表示器アダプター１１３は、装着フランジ１１９上に配置された表示器アダプターフランジ１１４を有する。１つまたはそれ以上の留め具１１５または他の適切な締結手段が、表示器アダプターフランジ１１４を装着フランジ１１９に係合させている。表示器アダプター１１３はアダプター導管１３１を規定し、それが槽内部１０３に延びている。表示器アダプター１１３は保護スリーブ１２４をさらに含み、保護スリーブ１２４は固体レベル表示器１０１のパドルキャップ１０８を越えて延びている。
【００４０】
シャフトハウジング１２６はアダプター導管１３１内に配置されている。留め具１１５または他の適切な締結手段は、シャフトハウジング１２６を表示器アダプターフランジ１１４に堅く係合させる。このようにシャフトハウジング１２６は、ねじれシャフト１２０を通じて伝達されたねじれ力Δに由来するツイスト運動に抵抗する。シャフトハウジング１２６は、ハウジング内部末端１７８及びハウジング外部末端１７６を有する。ハウジング外部末端１７６は、槽１０５の外側に配置されている。ねじれシャフト１２０はシャフトハウジング１２６内に配置されている。ねじれシャフト１２０はシャフト外部末端１３０及びシャフト内部末端１１０を有する。シャフト内部シール１５３は、シャフトハウジング内部末端１７８とねじれシャフト１２０との間に密封係合を提供する。軸受筒（bushing）又は他のベアリング（図示せず）が、シャフト内部シール１５３とハウジング内部末端１７８との間に配置されることがある。シャフト内部シール１５３はシーリングメカニズム１８５をさらに含むことがあり、これらのシーリングメカニズムはＯ−リング、メカニカルシール、又は構成要素の一端を他端から隔離するように構成された他の適切なシールを含む。同様に、ねじれシャフト１２０は、ハウジング外部末端１７６にシャフト外部シール１５４を有する。シャフト外部シール１５４も同様にシーリングメカニズム１８５をさらに含むことがある。シャフト外部シール１５４は、シャフトハウジング外部末端１７６とねじれシャフト１２０との間にシーリング係合を提供する。シャフト外部シール１５４と、シャフト内部シール１５３と、ねじれシャフト１２０の本体と、シャフトハウジング１２６の内壁との間の領域がグリースチャネル１５１を規定し、そこはグリース又は他の潤滑剤で満たされ、ねじれシャフト１２０を槽内部１０３のプロセス条件から隔離する。グリースは、シャフトハウジング１２６内のねじれシャフト１２０のツイスト運動をさらに促進する。
【００４１】
シャフト内部末端１１０は、シャフト内部シール１５３及びハウジング内部末端１７８を越えてパドルキャップ１０８に延びている。パドルアセンブリ１２９は、パドルキャップ１０８を通じてねじれシャフト１２０とねじれ的に連通している。パドルキャップアセンブリ１２９は、第１末端１６２と、反対の第２末端１１６とを有するパドルアーム１１８に係合されたパドル１１７を含んでいる。パドルアーム１１８の第１末端１６２は、パドルキャップ１０８に係合している。ある例示的な実施態様において、パドルアーム１１８の第１末端１６２は、パドルキャップ１０８を通ってシャフト内部末端１１０に延びている。このようにして、パドルアセンブリ１２９は、ねじれシャフト１２０とねじれ的に連通している。他の例示的な実施態様において、パドルアーム１１８の第１末端１６２は、ねじれシャフト１２０に延びていない。留め具１１５又は他の係合手段が、パドルキャップ１０８をシャフト内部末端１１０に係合させ、それによってパドルアセンブリ１２９をねじれシャフト１２０にねじれ的に連通させている（例えば、固体の力Ｆをねじれ力Δに変換又は伝達することが可能である）。上記のパドルアセンブリ１２９のねじれシャフト１２０への、複数の係合方法を組み合せたり、又は他のパドルアセンブリ１２９のねじれシャフト１２０への、複数の係合方法を組み合せることによって、パドル上にかかる固体の力Ｆをねじれシャフト１２０に伝達するように構成することは、本開示の範囲内であることを理解されたい。
【００４２】
パドル１１７は、ねじれシャフト１２０の長さＬから実質的に垂直に延び、それによってパドル１１７は固体粒子の流れＤの方向に横方向に配向されている。固体１０２が槽内部１０３を下方向に移動するにつれて、固体１０２は力Ｆをパドル１１７に及ぼし、パドル１１７は、この下方向の力Ｆをねじれ力Δに変換し、これ（ねじれ力Δ）を中実ねじれシャフトがねじれシャフト１２０の長さＬに沿ってモジュラー外部センサー１５０に伝達する。
【００４３】
モジュラー外部センサー１５０は、回転末端１４０に隣接して配置された静止末端１６０を含む。モジュラー外部センサー１５０は、電気信号をモジュラー外部センサー１５０からシグナル処理装置（図示せず）に伝達するように構成されたワイヤー１５５をさらに含むことがある。ワイヤー１５５は、静止末端１６０からサポート構造１８４中の穴を通って延びている。他の例示的な実施態様において、電気信号はワイヤレスで伝達されることがある。電場における歪みを測定することによって、運転者は、固体粒子のレベルが所与の測定系においてどこに存在するのかを正確に決定することができる。
【００４４】
回転末端１４０は、シャフト外部末端１３０に隣接して配置されている。図１に示された実施態様において、シャフト外部末端１３０は、モジュラー外部センサー１５０の回転末端１４０において雌アダプター１４５に延びている雄アダプター１３５を有し、それによって、モジュラー外部センサー１５０がシャフト外部末端１３０に隣接して配置されたとき、隣接して配置された回転末端１４０とねじれ的に連通状態になる。すなわち回転末端１４０は、ねじれ力Δをねじれシャフト１２０からシャフト外部末端１３０を通じて受け入れる。ねじれ力Δをねじれシャフトから受け入れるように構成された他の構造、あるいは隣接して配置されるモジュラー外部センサー１５０をシャフト外部末端１３０とねじれ的に連通状態に配置するように構成された他の構造は、本開示の範囲内であると考えられる。例として、これらの他の構造は、シャフト外部末端１３０における雌アダプターと、モジュラー外部センサー１５０の回転末端１４０の雄アダプターとを含むことがある。ある例示的な実施態様は、ねじれ的に連通状態にあるように、互いに隣接して配置された１つよりも多くのモジュラー外部センサー１５０を有する。隣接して配置されたモジュラー外部センサー１５０をねじれシャフト１２０とねじれ的に連通状態に配置するように構成された他の構造は、スクリュー、ボルト、ピン、クランプ、雄と雌のアダプターの組合せ、レシーバー、モジュラー外部センサー１５０とねじれシャフト１２０との間に配置されたアダプター、マグネット、又はこれらの組合せを含む。ある例示的な実施態様において、外部モジュラーセンサー１５０は、歪みゲージ、角度ゲージ、トルク変換器、圧電センサー、又はこれらの組み合せである。さらに他の例示的な実施態様において、外部モジュラーセンサー１５０は１つよりも多くのセンサーを含む。
【００４５】
装着アーム１９０を含むサポート構造１８４は、外部センサー１５０の静止末端１６０に直接係合している。他の例示的な実施態様において、装着アーム１９０は、外部センサー１５０の静止末端１６０をプラグキャップ１９５を通じて間接的に係合させている。さらに他の例示的な実施態様において、装着アーム１９０は、外部センサー１５０の静止末端１６０を、外部センサー１５０の静止末端１６０と装着アーム１９０との間に配置されたスリーブ又は他の材料を通じて間接的に係合させている。
【００４６】
装着アーム１９０は、表示器アダプターフランジ１１４に係合するフランジ末端１９１を有することがある。留め具１１５は、装着アーム１９０のフランジ末端１９１を表示器アダプター１１３に固定している。他の例示的な実施態様において、表示器アダプター１１３は存在せず、留め具１１５が装着アーム１９０のフランジ末端１９１を、導管１２５を規定するフランジ１１９に固定することがある。他の例示的な実施態様において、装着アーム１９０のフランジ末端１９１を、槽１０５に係合しているプレートに固定するのが望ましい。サポート構造１８４は、運転中の槽１０５から発生する振動を受け入れ、一方で、モジュラー外部センサー１５０の静止末端１６０が回転することをさらに防ぐように、固体レベル表示器アセンブリ１００が槽１０５に接地されることを確実にするのに役立つ。ある例示的な実施態様において、表示器アダプターフランジ１１４は、導管１２５を規定するフランジ１１９と、装着アーム１９０のフランジ末端１９１との間に配置されている。
【００４７】
添付の図２及び図３は、３つの装着アーム１９０を含むサポート構造２８４及び３８４をそれぞれ示すが、ある例示的なサポート構造は２つ以下の装着アーム１９０を含むことがあることを理解されたい。さらに他の例示的な実施態様は、３つよりも多くの装着アーム１９０を有することがある。またさらなる例示的な実施態様において、装着コーンが装着アーム１９０の代わりに使用されることがある。図６において、サポート構造６８４は、シャフトハウジング外部末端６７６に係合されたサポートスリーブ６９０’と、モジュラー外部センサー６５０の静止末端６６０上の雄アダプター６６５に隣接して配置された雌アダプター６７５とを含む。槽１０５が運転中に、固体レベル表示器１０１と共に振動し、それによって運転中の槽１０５から発生する振動を受け入れ、一方で、モジュラー外部センサー１５０の静止末端１６０が回転することをさらに防ぐように構成された他のサポート構造が、本開示の範囲内であることを理解されたい。シャフトハウジングは、１つのそのようなサポート構造である。
【００４８】
装着アーム１９０の第２末端１９９は、モジュラー外部センサー１５０の静止末端１６０を固定し、静止末端１６０を、装着アーム１９０の第２末端１９９内に配置されたプラグキャップ１９５を使用することによって静止状態に保つことができる。図示された例示的な実施態様において、プラグキャップ１９５はモジュラー外部センサー１５０の回転末端１４０に係合せず、それによって回転運動を可能にする。プラグキャップ１９５は、モジュラー外部センサー１５０の静止末端１６０から延びている雄アダプター１６５に隣接して配置されたレセプタクル１７５を有する。剪断ピン１８０は、装着アーム１９０の第２末端１９９を通ってプラグキャップ１９５に延びている。剪断ピン１８０は、ねじれ又は剪断応力に対する抵抗が弱い領域において使用される。剪断ピン１８０は、事前設定された閾値を超えるねじれ力Δによって生ずる剪断応力で破断するように構成されている。すなわち、もし回転末端１４０が許容能力を超えて回転し、ねじれ力Δを、静止末端１６０、さらにプラグキャップ１９５に事前設定された閾値を超えて及ぼし始めた場合、剪断ピン１８０は一般に破断し、プラグキャップ１９５及び静止末端１６０をねじれ力Δがニュートラルになるまで回転させるようになる。これは、ねじれシャフト（図８におけるH）を二分する水平ラインから典型的には約９０度である。スリーブ１２４は、パドルがニュートラル位置にあるとき、例えばパドル１１７が固体流の方向Dに実質的に平行に配向されたとき、パドルキャップ１０８及びパドル１１７を固体１０２からさらに保護する。外部センサー１５０を、過剰な回転力Δが開放されるまで回転させることにより、パドル１１７は、典型的には６時の位置まで９０度回転し、それによってパドル１１７は固体粒子の流れＤの方向にないようになる。このようにして、破断した剪断ピン１８０によって、パドル１１７への損傷は回避できるものとなる。カバープレート１８７はプラグキャップ１９５を適所に保持し、プラグキャップ１９５はモジュラー外部センサー１５０を適所に保持する。このようして、プラグキャップ１９５は、モジュラー外部センサー１５０の静止末端１６０とねじれ的に連通状態にあるが、剪断応力が事前設定された閾値に満たないとき、剪断ピン１８０が静止末端１６０を回転することを防止する。もしねじれシャフト１２０、パドル１１７、及び停止中の固体レベル表示器のモジュラー外部センサー１５０が無傷で残れば、運転員は、パドル１１７を固体流Ｄの方向に対して横切る方向に戻し、新しい剪断ピン１８０を付加することによって、固体レベル表示器１０１をリセットし得る。モジュラー外部センサー１５０に隣接して配置されているねじれシャフト１２０は、本開示及び特許請求の範囲において「ねじれロッド」（torsion rod）と称されることがある。剪断ピン１８０は、本明細書において記載されたような「剪断ロック」（shear lock）の一例である。「剪断ロック」は、剪断ピン、マグネット、希土類磁石、ねじりばねであるか、又は剪断ロックに及ぼされる剪断力が事前設定された剪断力の閾値を超えるとき、剪断ロッドを回転可能にするように設計された他のロッキング機構である。
【００４９】
ある例示的な実施態様において、ねじれロッドにおいて反対に分極したマグネットに対面しているサポート構造に配置されたマグネットは、望ましい剪断ロックである。パドルを押さえつけている固体が、反対に分極したマグネット間の磁力を超えるとき、ねじれロッドはさらなるパドルの損傷を回避するために回転する。過剰な剪断力が減退したとき、運転員はねじれロッドを運転位置に戻し、それによって反対に分極したマグネットを、新しい剪断ピン１８０を導入することなく再係合（re-engage）することができる。剪断ロックは、本明細書に記載された「剪断ピン」と同様の方法で使用されることを理解されたい。
【００５０】
他の例示的な実施態様において、プラグキャップ１９５が存在せず、サポート構造（図６の６８４参照）が、モジュラー外部センサー１５０の静止末端１６０の、剪断応力の閾値より下での回転運動を防ぐために、モジュラー外部センサー１５０の静止末端１６０に直接係合し得る。さらに他の例示的な実施態様において、プラグキャップ１９５が存在せず、別のモジュラー外部センサーが第１モジュラー外部センサーに隣接して配置され、第１モジュラー外部センサーとねじれ的に連通状態にあることがある。またさらなる例示的な実施態様において、アダプターが、第１モジュラー外部センサーを第２隣接モジュラー外部センサーから隔離することもある。モジュラー外部センサー１５０の静止末端１６０を適所に保持する他のタイプの末端ピースであれば十分であり、これらには過度の力が適用された場合に解放するように構成された過負荷スプリングタイプの装置を使用することが含まれることを理解されたい。サポート構造１８４は、既存の留め具１１５を使用することによって適所に保持されることがある。ある構成において、既存の留め具１１５は、サポート構造１８４を収容するために伸長される必要がある。
【００５１】
留め具１１５は、カバープレート１８７を装着アーム１９０の第２末端１９９に固定する。隣接して配置されたプラグキャップ１９５をモジュラー外部センサー１５０の静止末端１６０とねじれ的に連通状態で設置するように構成された他の構造は、本開示の範囲内と考えられることを理解されたい。例として、これらの他の構造は静止末端１６０における雌アダプター及びプラグキャップ１９５上の雄アダプターを含む。隣接して、プラグキャップ１９５を、モジュラー外部センサー１５０の静止末端１６０とねじれ的に連通状態で設置するように構成された他の構造には、スクリュー、ボルト、ピン、留め鋲、雄及び雌アダプターの組み合わせ、モジュラー外部センサー１５０とプラグキャップ１９５との間に配置されたアダプター、マグネット、又はこれらの組み合わせが含まれる。プラグキャップ１９５が静止末端１６０に係合する実施態様において、シーリング機構１８５、例えばＯ−リング、又は機械的シールが、装着アーム１９０の第２末端１９９とプラグキャップ１９５との間に設置される。他の実施態様において、シーリング機構１８５は、装着アーム１９０と外部センサー１５０の静止末端１６０との間に配置される。
【００５２】
モジュラー外部センサー１５０は、シャフト外部末端１３０からスライド可能に脱係合されるように構成される。外部センサー１５０が損傷し、運転を停止し、除去されることが望ましい場合には、運転者は、外部センサー１５０を装着アーム１９０に固定する留め具１１５を緩めることがある。運転者は、モジュラー外部センサー１５０を装着アーム１９０の第２末端１９９から除去する前に、カバープレート１８７を除去し、プラグキャップ１９５を引き抜くことがある。外部センサー１５０を除去することは、シャフト外部末端１３０を一般に露出させる。モジュラー外部センサーはモジュラー式であるので、運転員は、留め具１１５を再締結する前に、差し替え外部センサー１５０をシャフト外部末端１３０に取り付け、外部センサー１５０を装着アーム１９０の第２末端１９９に固定することがある。モジュラー外部センサー１５０のシンプルなデザインによって、運転員は、プロセスを続けながら、損傷した外部センサーを局所的に修理又は交換することが可能であり、それによってモジュラー外部センサー１５０を修理のために第３者に送ることによって生じる遅延を回避することができる。
【００５３】
例示的な固体レベル表示器アセンブリ１００は、槽内に配置された固体について使用されるが、リグノセルロース系材料、例えば木材チップ、コーンストーバー、バガス、農業残渣、穀物、飼料（feed stock）、及び紙パルプ産業及びバイオ燃料産業において通常使用されるそのような他の材料について使用されるのが望ましい。
【００５４】
図２は、例示的な固体レベル表示器アセンブリ１００の３つの装着アーム２９０を示す正面図である。第１末端２９１は、槽１０５に連結された安定化構造（１１９、１１３参照）に係合する。留め具２１５は、プラグキャップ２９５を装着アーム２９０の第２末端２９９に係合させる。ある例示的な実施態様において、単一の装着アーム２９０が外部センサー１５０の静止末端１６０を安定化させる。他の例示的な実施態様において、２つ以上の装着アーム２９０が外部センサー１５０の静止末端１６０を安定化させる。さらに他の例示的な実施態様において、装着コーンが外部センサー１５０を安定化させる。装着コーンを使用する実施態様においては、モジュラー外部センサーにアクセスするための手段が含まれることが望ましい。この手段は、ドア、又はコーンにおいて孔を規定する領域を含む。
【００５５】
図３は、第２末端３９９において収束する３つの装着アーム３９０を有する例示的な固体レベル表示器アセンブリ３００の正面図である。留め具３１５は、それぞれの装着アーム３９０の第１末端３９１を、導管１２５のアダプターフランジ３１４に係合させる。留め具は、シャフトハウジング３２６を導管１２５のアダプターフランジ３１４にも係合させるか、又はねじれシャフト１２０が、導管１２５よりも小さい幅又は直径を有するならば、留め具３１５は、シャフトハウジング３２６を表示器アダプター１１３に代替的に係合させる。留め具３１５は、カバープレート３８７を、装着アーム３９０の第２末端３９９にさらに係合させることがある。この例示的な実施態様において、外部センサー１５０の静止末端１６０の雄アダプター３６５はカバープレート３８７の中心における穴を通じて視認できる。運転員は、ねじれシャフト１２０と装着アーム３９０との間のスペースを潤滑剤充填部（lubricant fitting）３２７を通じて潤滑化する。
【００５６】
図４は、プラグキャップ４９５及び装着アーム３９０の第２末端４９９の断面図である。剪断ピン４８０は、装着アーム３９０の第２末端４９９を通ってプラグキャップ４９５に延びている。固定ワイヤー４７２は、剪断ピン４８０を装着アーム３９０の第２末端４９９に固定するために、剪断ピン４８０のヘッドを通って延びている。剪断ピン４８０は、プラグキャップ４９５の中心とプラグキャップ４９５の外表面との間の中間点を越えて一般に延びていない。固体粒子１０２が余りに大きな力Ｆをパドル１１７上に及ぼすと、パドル１１７は、過剰なねじれ力Δを、ねじれシャフト１２０の長さＬに沿って伝達する。ねじれ力Δは、モジュラー外部センサー１５０の回転末端１４０を回転させ、それによって回転末端１４０はモジュラー外部センサー１５０の静止末端１６０内のエッジを掴み（catch）、それによってモジュラー外部センサー１５０の静止末端１６０をロックするようになる。回転末端１４０が、モジュラー外部センサー１５０の静止末端１６０に、望ましい許容範囲を超えてねじれ力Δを及ぼし続けると、静止末端１６０も回転し、それが次にプラグキャップ４９５を回転させる。回転しているプラグキャップ４９５は、剪断ピンを破断し、それによってねじれ力Δを解放し、パドル１１７が固体の流れＤの方向に対して実質的に平行に配向されることを可能にする。ある例示的な実施態様において、剪断ピン４８０は省略されることがある。他の例示的な実施態様において、剪断ピン４８０はシャフトハウジング１２６を通ってねじれシャフト１２０へ延びていることがある。
【００５７】
図５は、１つ又はそれ以上の装着アーム３９０の代わりにサポートスリーブ５９０’を有する例示的な固体レベル表示器５０１の斜視図である。サポートスリーブ５９０’は、シングルピースの材料、例えばグレード２２０５、グレード３０４Ｌのステンレス鋼、炭素鋼、又は槽の振動や固体レベル表示器５０１が示すねじれ力Δに耐えるように構成された他の材料から機械加工されている。剪断ピン５８０は、サポートスリーブ５９０’をシャフトハウジング５２６に係合させている。この図は、剪断ピン５８０が最大ねじれ又は剪断力Δに耐えるように構成された位置、例えばシャフトハウジング５２６とサポートスリーブ５９０’との間のジャンクションに付加されていることを示している。クランプ５１２は、ねじれスプリング５２８の第２スプリング末端５６６をサポートスリーブ５９０’に固定している。ねじれスプリング５２８は、ねじれシャフト６２０及びシャフトハウジング５２６を通じてサポートスリーブ５９０’に伝達される過剰なねじれ力Δを蓄えている。
【００５８】
図６は、装着アーム３９０の代わりにサポートスリーブ６９０’を有する例示的な固体レベル表示器６０１の断面図である。シャフトハウジング６２６は、ねじれシャフト６２０を包含している。シャフトハウジング６２６は、槽内部（図１の１０３）に延びている。留め具６１５はシャフトハウジング６２６を槽１０５に固定している。ある例示的な実施態様において、留め具６１５はシャフトハウジング６２６を表示器アダプター１１３に固定し、表示器アダプター１１３が槽１０５を通って延びている装着フランジ１１９に係合している。図１に示される例示的な実施態様と異なり、剪断ピン６８０はサポートスリーブ６９０’を通ってシャフトハウジング外部末端６７６に延びている。
【００５９】
モジュラー外部センサー６５０の回転末端６４０は、シャフト外部末端６３０に係合している。固体粒子の下方向の力Ｆがシャフトハウジング６２６の抵抗力を超えれば、ねじれシャフト６２０は回転し、それによってモジュラー外部センサー６５０の回転末端６４０を回転させる。このようにして、ねじれシャフト６２０は、ねじれ力Δをパドル６１７からモジュラー外部センサー６５０の回転末端６４０に伝達する。ある例示的な実施態様において、モジュラー外部センサー６５０は角度ゲージであることがある。他の例示的な実施態様において、角度ゲージはねじれシャフト６２０とねじれ的に連通状態にあることがあるが、角度ゲージはサポート構造６８４の外部に配置されている。またさらなる例示的な実施態様において、別のモジュラー外部センサー（図示せず）がねじれシャフト６２０とねじれ的に連通状態にあることがあるが、サポート構造６８４の外部に配置されている。角度ゲージは、ニュートラルな基準点からの角度の変化に基づいて、ねじれ及びチップレベルを計算する。パドル上の下方向の力Ｆが余りに大きくなると、モジュラー外部センサー６５０の回転末端６４０及び静止末端６６０はロックし、それによって静止末端６６０をねじれシャフト６２０とねじれ的に連通状態に配置する。図示された実施態様において、モジュラー外部センサー６５０の静止末端６６０から延びている雄アダプターは、ねじれ力Δをプラグキャップ６９５を通じてカバープレート６８７に伝達する。カバープレート６８７は、ねじれスプリング６２８の第２末端６６６と反対に配置されたねじれスプリング６２８のスプリング第１末端６６４に係合している。ねじれスプリング６２８はサポートスリーブ６９０’を取り囲んでいる。サポートスリーブ６９０’の外径の周りに配置されたクランプ６１２は、第２スプリング末端６６６をサポートスリーブ６９０’に強固に係合させている。
【００６０】
パドル６１７が下方向の力Ｆに応じて回転すると、モジュラー外部センサー６５０は静止末端６６０に対する回転末端６４０の回転を計算することによって、ねじれの変化を計測する。下方向の力Ｆ及びねじれ力Δがモジュラー外部センサーの能力を超えると、回転末端６４０は静止末端とともにロックし、それによって回転末端６４０、静止末端６６０、プラグキャップ６９５、カバープレート６８７及びねじれスプリング６２８をねじれシャフト６２０とのねじれ的に連通状態にする。ねじれスプリング６２８は、ねじれシャフトを通じて伝達される過剰なねじれ力Δを蓄積し、それによって頻繁な損耗、及びシャフトハウジング６２６に対するサポートスリーブ６９０’の緩みを防止する。
【００６１】
さらに、過剰なねじれ力Δが正常に戻るとき、ねじれスプリング６２８は、その蓄えられたポテンシャルエネルギーをカバープレート６８７、プラグキャップ６９５、モジュラー外部センサー６５０、ねじれシャフト６２０及び最終的にはパドル６１７を通じて伝達し、槽１０５における固体１０２の下方向の力Ｆに対抗する。このようにして、パドル６１７は、過剰な力が減退した後に、固体粒子１０２の下方向の流れＤに交差する位置に自動的に戻る。このようにして、例示的な実施態様は、下方向の力Ｆが過剰であるときにパドル６１７を保護し、過剰な力が減退したときにパドル６１７及び固体レベル表示器６０１が固体レベルを測定し続けることを可能にする。
【００６２】
同様に、ねじれ力Δがねじれスプリング６２８の能力を超えると、第２スプリング末端６６６及びクランプ６１２は過剰な蓄積されたねじれ力Δをサポートスリーブ６９０’を通じて、サポートスリーブ６９０’における剪断ピン孔６９３及びシャフトハウジングボア孔６８６を通って延びている剪断ピン６８０に伝達する。剪断ピン孔６９３及びシャフトハウジングボア孔６８０を通って延びていることによって、剪断ピン６８０には過剰な蓄積されたねじれ力Δが剪断力として生じる。剪断ピンは一般に、所定の厚みを有し、所定の閾値以下のねじれ力Δに耐えるように構成された材料で作製される。サポートスリーブ６９０’を通じて伝達された、過剰な蓄積されたねじれ力が剪断ピンが耐えるように構成された最大のねじれ力を超えると、剪断ピン６８０は破断し、パドル６１７はニュートラルな垂直位置に回転する。ニュートラルな垂直位置によってパドル６１７は固体粒子１０２の許容を超える質量に対して保護されるが、モジュラー外部センサー６５０が固体レベルを測定することが妨げられる。しかしながら、ねじれスプリング６２８が過剰な力によって変形しないか又は機能しなくならなければ、ねじれスプリングはパドル６１７を固体粒子Ｄの流れの方向に対して少なくとも部分的に横切る位置に戻し、それによって固体レベル表示器６０１が剪断ピン６８０なしで機能を保持することが可能となる。例示的な実施態様において、剪断ピン６８０はサポートスリーブ６９０’をシャフトハウジング６２６に連結させている。他の例示的な実施態様において、剪断ピン６８０はサポートスリーブ６９０’をねじれシャフト６２０に連結させているか、又はねじれ力Δに耐えるような装備され方が少ない地点において他のエレメントに連結させている。
【００６３】
さらなる例示的な実施態様において、ねじれスプリング６２８は、ねじれスプリング６２８をサポート構造６８４の外表面と位置合わせするためにトルクで予め負荷されていてもよい。また他の例示的な実施態様において、剪断ピン６８０は、ねじれスプリング６２８を含み、ねじれスプリング６２８が、パドルをねじれシャフト６２０を横切る水平ライン（図８におけるＨ）から下方向に９０°回転させることを可能にするのに十分なねじれ力Δを蓄積するように構成された実施態様においては省かれることがある。
【００６４】
モジュラー外部センサー６５０を交換することを望むときは、第１スプリング末端６６４をカバープレート６８７から脱係合させ、カバープレート６８７を固体レベル表示器６０１から除去する。プラグキャップ６９５をさらに除去してモジュラー外部センサー６５０の静止末端６６０を露出させてもよい。次に、モジュラー外部センサー６５０を、槽１０５内のプロセス条件に晒すことなく固体レベル表示器６０１から抜き取る。次に、新しいモジュラー外部センサー６５０を、モジュラー外部センサー６５０の回転末端６４０のレセプタクル６４５がシャフト外部末端６３０の雄アダプター６３５に隣接して配置されるまで、サポートスリーブ６９０’を通じて挿入する。このようにして、ねじれシャフト６２０又はパドル６１７を槽１０５から除去することなく、新しいモジュラー外部センサー６５０をねじれシャフト６２０とねじれ的に連通状態に設置することができ、それによって作業員が、槽が運転状態にある間に槽のプロセス条件に暴露されることを回避することができる。
【００６５】
図７は例示的な固体レベル表示器アセンブリ７００の断面図であり、この固体レベル表示器アセンブリにおいては、シャフトハウジング７２６に係合されたサポートスリーブ７９０”はサポート構造７８４を含んでいる。留め具７１５は、シャフトハウジング７２６の第１フランジ７５８を表示器アダプター７１３に係合している。ガスケット７５６が、第１フランジ７５８と、表示器アダプター７１３又は表示器アダプターフランジ７１４との間に配置されることがある。シャフト外部末端７３０は、ハウジング外部末端７７６の第２フランジ７５７を通って延びている。第２フランジ７５７は、第１フランジ７５８から反対に配置されている。シャフト外部末端７３０は雄アダプター７３５を含む。モジュラー外部センサー７５０の回転末端７４０のレセプタクル７４５は雄アダプター７３５を強固に包み、それによって隣接して配置されたねじれシャフト７２０とねじれ的に連通状態にある。同様に、キャッププラグのレセプタクル７７５は、モジュラー外部センサー７５０の静止末端７６０から延びている雄アダプター７６５を強固に包む。留め具７１５は、サポートスリーブフランジ７８２をシャフトハウジング７２６の第２フランジ７５７に係合させている。１つ又はそれ以上の剪断ピン７８０が、サポートスリーブ７９０”における剪断ピン孔７９３を規定している領域を通って、ボア孔７８１を規定しているプラグキャップ７９５における領域に延びており、それによって、プラグキャップ７８０及び隣接して配置されたモジュラー外部センサー７５０の静止末端７６０を不動化している。モジュラー外部センサー７５０を交換することを望むならば、サポートスリーブ７９０”をシャフトハウジング７２６に係合させる留め具７１５を除去し、次にサポートスリーブ７９０”を除去してモジュラー外部センサー７５０を露出させる。他の例示的な方法においては、カバープレート７８７を除去し、剪断ピン７８０を除去し、モジュラー外部センサー７５０にアクセスする前にプラグキャップ７９５を除去する。モジュラー外部センサー７５０はサポートスリーブ７９０”から除去される。
【００６６】
図８は、ねじれシャフト７２０を二分する水平ラインＨを示す例示的な固体レベル表示器アセンブリ８００の正面図である（８９２参照）。表示器アダプター８１３は槽壁８０７に延びる。潤滑剤充填部８２７によって、運転員はグリース又は他の潤滑剤又は冷却剤をグリースチャネル７５１に導入することができる。 
【００６７】
図９Ａは、間隔をあけて半径方向にプラグキャップ９９５へと延びている複数のボア孔９８１を含む例示的なプラグキャップ９９５を示す。ある例示的な実施態様において、間隔は規則的な間隔である。他の例示的な実施態様において、間隔は不規則な間隔である。例えば、図９Ｂは１２時の位置における第１ボア孔９８１’を示す。図７に示された実施態様において、パドル７１７は、剪断ピン７８０が剪断ピン孔７９３を通って第１ボア孔９８１’へ延びるとき、ねじれシャフト７２０を二分している水平ライン（図８におけるＨ）に対して０度（°）の角度である。第２ボア孔９８１’’は、第１ボア孔９８１’からいくらかの角度で配置される。例えば、第２ボア孔９８１”は第１ボア孔９８１’から１０°で配置される。第３ボア孔９８１’’’は、第２ボア孔９８１’’からいくらかの角度で配置される。さらなる例示的な実施態様において、第４ボア孔９８１’’’’は第３ボア孔９８１’’’からいくらかの角度で配置される。またさらなる例示的な実施態様において、第５及びその次のボア孔はそれぞれの先行するボア孔の後で間隔をあけて配置されている。
【００６８】
図９Ｂは、１２時の位置に配置された剪断ピン孔９９３’を有するサポートスリーブ９９０’’を示し、１２時の位置は垂直参照線V’から０°である。第２剪断ピン孔９９３’’は、サポートスリーブ９９０’’に配置される。例えば、第２剪断ピン９９３’’は垂直参照線Ｖ’から８５°で配置されている。
【００６９】
運転員はパドル７１７を水平ラインＨの下の角度に置き、下方向に流れている固体粒子７０２に晒される表面積を効果的に減少させている。例えば、第３ボア孔９８１’’’が第１ボア孔９８１から３０°で配置されると、運転員はプラグキャップ９９５を第１ボア孔９８１’から３０°回転させ、第３ボア孔９８１’’’をサポートスリーブ９９０’’における第１剪断ピン孔９９３’と位置合わせする。モジュラー外部センサー７５０及びねじれシャフト７２０とねじれ的に連通状態にあるプラグキャップ９９５は、ねじれシャフト７２０とパドル７１７を水平ラインＨの下で３０°だけ回転させる。理論に拘束されるものではないが、この角度は下方向に流れている固体粒子７０２のいくらかの力をそらし、それによって、シャフト内部末端７１０に係合されたパドル７１７がねじれ力Δに変換する下方向の力Ｆの一部を逃散させる。水平ラインＨの下でのそらしの程度は、固体レベル表示器７０１が槽７０５内に配置される高さに依存して変化する。例えば、気相化学蒸解缶において、蒸解缶の上部ゾーンに位置された固体レベル表示器７０１は、薬液下に配置された固体レベル表示器７０１におけるパドルのそらし角度よりも大きいパドルのそらし角度を有する。複数のボア孔９８１は、槽７０５が運転状態にある間に、運転員がパドル７１７の角度を調節することをさらに可能にする。このようにして、運転員は蒸解缶壁７０７の高さに沿うそれぞれの位置に配置されたそれぞれの固体レベル表示器７０１を減らしたり増やしたりして、変動する運転条件に対応することができる。
【００７０】
図示された実施態様において、第２剪断ピン孔９９３’’は、運転員が第１剪断ピン孔９９３’によって規定された間隔の間の間隔において、パドルのそらし角度を設定することを可能にする。一例として、垂直参照ラインＶ’’に対するパドル７１７の角度は、剪断ピン７８０が第１ボア孔９８１’及び第１剪断ピン孔９９３’を通って延びているとき９０度である。垂直参照ラインＶ’’に対して、パドルのそらし角度は、剪断ピン７８０が第１剪断ピン孔９９３’及び第２ボア孔９８１’’を通って延びているとき８０度であり、第１剪断ピン孔９９３’及び第３ボア孔９８１’’’、第１剪断ピン孔９９３´及び第２ボア孔９８１’’’において７０度であり、第１剪断ピン孔９９３’及び第４ボア孔９８１’’’’において６０度である。同様に一例として、パドルそらし角度は、剪断ピン７８０が第２剪断ピン孔９９３’’及び第１ボア孔９８１’を通って延びているとき垂直参照線Ｖ’’に対して８５度であり、第２剪断ピン孔９９３’’及び第２ボア孔９８１’’において７５度であり、第２剪断ピン孔９９３’’及び第３ボア孔９８１’’’において６５度であり、第２剪断ピン孔９９３’’及び第４ボア孔９８１’’’’において５５度である。第２剪断ピン孔９９３’’は、垂直参照線Ｖ’に対して第１剪断ピン孔９９３’から９０度未満の位置に配置されることが望ましい。
【００７１】
第１ボア孔９８１’は１２時の位置に配置される必要はないことを理解されたい。運転員がねじれシャフト７２０を二分する水平ラインＨに対するパドル７１７の角度を調整することを可能にする、ボア孔９８１、剪断ピン７８０、及び他の剪断ロックの他の配置は、本開示の範囲内であると考えられる。
【００７２】
ある例示的な固体レベル表示器アセンブリは、
ハウジング外部末端と、その反対に配置されたハウジング内部末端とを有するシャフトハウング；  
シャフト内部末端とシャフト外部末端とを有する中実ねじれシャフト；
槽内の固体の通路に交差するように、中実ねじれシャフトの長さに対して垂直に、パドルキャップに係合しているパドル；
静止末端に隣接して配置された回転末端を有するモジュラー外部センサー；
前記固体レベル表示器アセンブリに係合されたサポート構造；及び
サポート構造をねじれロッドに係合するように構成された剪断ロックを含み、
前記シャフトハウジング外部末端は槽の外部に配置され、前記シャフトハウジングは、
ねじれ運動に抵抗するために槽に固定して係合しており、
前記中実ねじれシャフトは、シャフト内部末端がハウジング内部末端を越えて延び、
槽内に配置されたパドルキャップに係合するようにシャフトハウジング内に配置されて
おり、
前記パドルはシャフト内部末端とねじれ的に連通しており、
前記回転末端はシャフト外部末端に隣接して配置され、前記シャフト外部末端は隣接
して配置された回転末端とねじれ的に連通しており、
前記モジュラー外部センサーはシャフト外部末端からスライド可能に脱係合されるよ
うに構成されており、
前記シャフト外部末端に隣接して配置されている前記モジュラー外部センサーはねじ
れロッドを規定しており、
前記剪断構造は最大剪断力に耐えるように構成されており、
前記サポート構造及び剪断構造は、剪断力が最大剪断力を超えないとき、ねじれロッ
ドが回転することを防止するように構成されている。
【００７３】
例示的な固体レベル表示器アセンブリにおいて、槽は気相化学蒸解缶、水相化学蒸解缶、及び含浸槽からなる群から選ばれる。
【００７４】
さらなる例示的な実施態様において、固体レベル表示器は、
ハウジング内部末端及びハウジング外部末端を有するシャフトハウジング；
シャフト内部末端及びシャフト外部末端を有するねじれシャフト；
槽内の固体粒子の通路に交差するように、中実ねじれシャフトの長さに対して垂直にパドルキャップに係合しているパドル；
静止末端に隣接して配置された回転末端を有するモジュラー外部センサー；
固体レベル表示器に係合されたサポート構造；及び
サポート構造の周りに配置されたねじれスプリングを含み、
前記シャフトハウジング外部末端は槽の外部に配置され、前記シャフトハウジングは、ねじれ運動に抵抗するように槽に固定して係合しており、
前記ねじれシャフトは、シャフト内部末端がハウジング内部末端を越えて延び、槽内に配置されたパドルキャップに係合するようにシャフトハウジング内に配置されており、
前記パドルはシャフト内部末端とねじれ的に連通しており、
前記回転末端はシャフト外部末端に隣接して配置され、シャフト外部末端は隣接して配置された回転末端とねじれ的に連通しており、前記モジュラー外部センサーはシャフト外部末端からスライド可能に脱係合されるように構成されており、
前記ねじれスプリングは、第２スプリング末端から距離を置いて配置された第１スプリング末端を有し、前記第１スプリング末端はモジュラー外部センサーとねじれ的に連通状態にあり、前記第２スプリング末端は、固体が下方向の力をパドル上に及ぼすとき、ねじれスプリングが屈曲し、ねじれエネルギーを蓄積するようにサポート構造に固定して係合しており、前記ねじれスプリングは、固体によって及ぼされた力が減退するとき、固体の質量によるパドル上に及ぼされるねじれ力の方向の反対方向に、蓄積されたエネルギーを中実ねじれシャフトに解放する。
【００７５】
さらなる例示的な実施態様において、固体レベル表示器は、
ハウジング内部末端及びハウジング外部末端を有するシャフトハウジング；
シャフト内部末端及びシャフト外部末端を有する中実ねじれシャフト；
槽内の固体粒子の通路に交差するように、中実ねじれシャフトの長さに対して垂直にパドルキャップに係合しているパドル；
静止末端に隣接して配置された回転末端を有するモジュラー外部センサー；  
固体レベル表示器アセンブリに係合されたサポート構造；
剪断ピン；及び
複数のボア付きプラグキャップ（a multi-bore plug cap）
を含み、
前記シャフトハウジング外部末端は槽の外部に配置され、前記シャフトハウジングは、ねじれ運動に抵抗するように、槽に固定して係合しており、
前記中実ねじれシャフトは、シャフト内部末端がハウジング内部末端を越えて延び、槽内に配置されたパドルキャップに係合するようにシャフトハウジング内に配置されており、
前記パドルはシャフト内部末端とねじれ的に連通しており、
前記回転末端はシャフト外部末端に隣接して配置され、シャフト外部末端は隣接して配置された回転末端とねじれ的に連通しており、モジュラー外部センサーはシャフト外部末端からスライド可能に脱係合されるように構成されており、
前記サポート構造は剪断ピン孔を規定しているエリアを有し、
前記プラグキャップは、モジュラー外部センサーの静止末端とねじれ的に連通しており、前記プラグキャップは、間隔をあけてプラグキャップへ半径方向に延びているボア孔を規定しているエリアを有し、それによって複数のボア孔のうちの１つのボア孔がサポート構造における剪断ピン孔と位置が合うようになっており、前記剪断ピンは剪断ピン孔を通ってボア孔へ延び、中実ねじれシャフトを二分している水平ラインに対するパドルのそらし角度を規定しており、前記剪断ピンは最大剪断力に耐えるように構成されており、前記剪断ピン及びサポート構造は、剪断力が最大剪断力を超えないとき、モジュラー外部センサーの静止末端が回転することを防止するように構成されている。
【００７６】
例示的なアセンブリは、ねじれシャフトとねじれ的に連通状態にある複数のモジュラー外部センサーをさらに含み、それぞれのモジュラー外部センサーは固体レベル表示器アセンブリからスライド可能に除去されるように構成されている。
【００７７】
固体レベル表示器アセンブリが発明され、この固体レベル表示器アセンブリは、内部末端及び外部末端を有するシャフトを含み、内部末端は槽内に配置され、シャフトはねじれ力に抵抗するようにハウジングを固定して係合するように構成されている。このアセンブリは、槽において固体粒子の通路と交差するようにシャフトの内部末端に横方向に配置されたパドルと、シャフトの外部末端から取り外されるように構成され、回転末端及び静止末端を含む外部センサーと、固体レベル表示器アセンブリに係合されたサポート構造とを有し、サポート構造は外部センサーの静止末端がねじれ力の所定の範囲内で回転することを防止するように構成することができる。
【００７８】
シャフトは槽内部と槽外部との間の開口を規定している導管内に配置してもよい。サポート構造は、導管に係合する第１末端と、外部センサーの静止末端に係合するように構成された第２末端とを有する装着アームである。ある例示的な実施態様において、アダプターは、導管と装着アームの第１末端との間に配置される。 他の例示的な実施態様において、サポート構造は装着コーンである。
【００７９】
また他の例示的な実施態様において、サポート構造は第１末端と第２末端とを有するサポートスリーブであり、第１末端はハウジングに係合している。サポートスリーブはねじれスプリングをさらに有し、ねじれスプリングの第１末端がカバープレートに係合し、ねじれスプリングの第２末端がサポートスリーブに係合して、シャフトを通じて伝達されるねじれ力を蓄積するようにしている。
【００８０】
本発明は例示的な実施態様に関して特に例示され、説明されたが、当業者は形式及び細部における種々の変更が添付の特許請求の範囲に含まれる本発明の範囲から逸脱することなくなされ得ることを理解するであろう。
【図１】
2016164560.tif 000003
【図２】
2016164560.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2016164560.tif 000009
【図８】
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【図９Ａ】
2016164560.tif 000011
【図９Ｂ】
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【外国語明細書】
【TITLE OF INVENTION】
SOLIDS LEVEL INDICATOR 
【TECHNICAL FIELD】
【０００１】The present disclosure relates generally to an assembly for determining the level of solid particles in a vessel, including storage vessels such as chip bins and silos, as well as processing vessels such as chemical digesters and impregnation vessels.  The present disclosure relates more particularly to a method and system for detecting the level of wood chips or other biomass used in the manufacture of paper pulp or other products from lignocellulosic biomass.  
【BACKGROUND ART】
【０００２】The present disclosure describes a solids level indicator.  Although the solids level indicator may be used in processes or industries involving the movement of solids or fluids or both solids and fluids through a vessel, subsequent exemplary may refer to chip bins, impregnation vessels, and continuous digesters used in the pulp and paper industry.
【０００３】Mill operators use mechanical solids level indicators in holding vessels such as silos, storage bins, pipes, and treatment vessels such as chemical digesters and impregnation vessels to estimate the height of the pile of solids within the vessel.  For example, in the pulp and paper industry, mill operators may use one or more continuous chemical digesters to produce pulp.  Continuous digesters tend to be large, vertically oriented reactor vessels that tower over a pulp mill.  These digesters use caustic liquors to break down pretreated lignocellulosic material into paper pulp and byproducts.  Although methods vary, operators generally feed solids such as softened wood chips or other lignocellulosic material into the top of a continuous digester.  Generally, the continuous digester is either a vapor phase continuous digester or a hydraulic phase continuous digester.
【０００４】Inside a vapor phase continuous digester, the chips collect in a conical pile.  The conical pile gradually sinks under its own weight into a mire of caustic liquor and proto-pulp.  The caustic liquor denatures lignin, a protein in the wood chips that naturally holds the cellulosic fibers together.  As the protein itself dissolves into the liquor, the wood chip’s cellulosic fibers disintegrate into viscous proto-pulp.  The liquor and proto-pulp ooze slowly down the length of the vertical vessel until the liquor and proto-pulp reach an outlet port at the bottom of the continuous digester.  At the bottom, operators pump the proto-pulp to downstream equipment for further processing and cleaning.  In hydraulic phase continuous digesters, the liquor level generally exceeds the chip level.  Mechanical solids indicators allow operators to calculate the top level of the chips and thereby monitor pulp production and control the rate at which new chips enter the vessel.  
【０００５】Typical mechanical level indicators generally have a shaft disposed in a shaft housing that extends through a pipe in the vessel wall.  The shaft housing has an exterior end bolted to the vessel wall.  In this manner, the shaft housing generally resists torsional movement.  The shaft may be hollow and is disposed within the shaft housing.  The hollow portion of the shaft may house a sensor as shown in U.S. Pat. No. 3,971,254, the entirety of which is incorporated herein by reference.  The sensor is typically a strain gauge.  The shaft housing’s interior end typically has a paddle extending generally perpendicularly to the length of the shaft housing and the paddle is typically oriented transversely to the direction that the solids flow.  That is, a single paddle generally extends from the side of the shaft housing and crosses the path of the usually downward-moving solids.  As the solids move through a vessel, the solids exert a force on the paddle.  The paddle, being connected to the side of the shaft housing, transforms the downward force of the solid particles into a torsional force.  The shaft within the shaft housing, being in torsional communication with the paddle, communicates the torsional force to a strain gauge or other sensors, located within the shaft.  
【０００６】Although the shaft may or may not rotate visibly, the sensors measure the torsional force (e.g. the twisting force) and shear stress on the shaft.  The degree to which the solids particles impart torsional force and create shear stress on the shaft housing and shaft can be used to ascertain the mass of solids above the paddle.  The mass, together with the known density of the solids can be used to calculate the position of the top level of the solids pile.  Furthermore, in holding vessels and treatment vessels, solid level indicators may be disposed at several elevations along the height of the vessel.  
【０００７】Solids level indicators may also have shear pins, which extend through the shaft housing into the shaft.  These shear pins generally prevent the shaft from rotating within the shaft housing.  Shear pins generally withstand less torsional force than the paddle or shaft itself.  If the torsional stress on the paddle and shaft becomes excessive, the shear pins typically break before the paddle or shaft breaks.  When a shear pin breaks, the paddle rotates downwardly to a neutral vertical position.  That is, the paddle no longer crosses the path of the solid particles.  While this protects the paddle, a paddle in the neutral position can no longer detect the downward force of the chips and therefore can no longer measure the chip level.  While generally successful, this design has several drawbacks.  
【０００８】If the solids level indicator is used in a digester, impregnation vessel, or other treatment vessel that operates under high temperature and pressure, the high temperature may damage the electronic sensors within the hollow shaft and the temperature may cause the solids level indicator to expand unevenly.  Uneven expansion can disrupt readings.  Additionally, manufacturers generally laminate multiple sensors inside of the hollow portion of the shaft.  If the mass of solids is sufficiently large, the solid particles may bend and distort the hollow shaft and shaft housing.  Small distortions in the shaft straightness may dislodge or damage the sensors, thereby rendering the solids level indicator non-functional.  Shaft distortion may further distort the paddle.  Laminating these sensors or servicing these sensors requires precision and the efforts of a skilled worker in a temperature-controlled environment.  
【０００９】Extracting a solids level indicator from an active treatment vessel would expose an operator to fluctuating, unsafe process conditions.  For these reasons, these sensors generally cannot be installed at the mill site on an active treatment vessel such as a continuous digester or impregnation vessel.  As a result, the mill operator generally shuts down the mill before extracting and replacing damaged solids level indicators.  If the mill operator does not have spare solids level indicators available, the operator ships the broken solids level indicators to the manufacturer to be rebuilt.  Replacing the sensors, and pretreating the solids level indicators to protect the solid level indicators from process conditions (such as caustic liquor, high temperatures and corrosive steam) can add weeks to a mill shutdown, which results in loss of production and reduced work hours for mill employees.  
【００１０】To avoid some of these problems, manufactures developed solids level indicators with magnetic sensors fixed to the exterior ends of the shaft housing and shaft such as the one depicted in U.S. Pat. No. 4,964,301, the entirety of which is incorporated herein by reference.  However, to obtain accurate readings, the entire solids level indicator had to be precisely designed to the operating conditions of a particular continuous digester.  For example, the length and thickness of the shaft housing and shaft would vary depending upon whether the digester was a vapor phase digester or a hydraulic phase digester.  Additionally, the paddle area would vary depending not only upon the type of digester but also upon the location of the solids level indicator within the digester.  For example, if one imagines a vapor phase digester and a hydraulic phase digester having substantially the same operating capacity, then the area of hydraulic phase digester paddles are generally greater than the area of vapor phase digesters paddles.  The chips in a hydraulic phase digester are suspended in liquid and therefore generally exert less force on the paddles; the paddles generally have a larger surface area to compensate.  However, mill operators tend to use hydraulic phase digester plates in the middle and bottom process zones of vaporphase digesters because they notice that the liquor level can rise into these process zones.  Unfortunately, the liquor level in vapor phase digesters can fluctuate and return below the solids level indicator in the middle and bottom process zones.  When the liquor falls below these solids level indicators, the liquor no longer offsets the weight of the chips, and the chips can bear down on the large-area paddles with excess force.  The excess weight can surpass the loads for which the paddles were designed, which breaks the shear pins.  As a result, the paddle on the solids level indicator rotates 90 degrees to a position in which the paddle no longer crosses the path of the solids.  In this manner, the solids level indicator may be saved but rendered non-functional.  
【００１１】Inactive solids level indicators reduce the accuracy of top level measurements.  To the extent operators extrapolate other process conditions from the top level data, top level inaccuracies can reduce the accuracy of other process measurements.  This may in turn increase the risk that improper processes regulation will create safety hazards, or loss of production due to premature maintenance shutdown.  
【００１２】Accordingly, there is a long felt need to have a solids level indicator that can provide accurate level measurements within a vessel while overcoming the limitations of the prior art. 
【BRIEF SUMMARY OF INVENTION】
【００１３】The problem of loss of production due to rebuilding the hollow shaft and sensors of conventional solids level indicators is mitigated by using a one or more solids level indicators having an modular external sensor attached to the exterior end of a solid torsion shaft, wherein the modular external sensor has a rotary end torsionally communicating with the shaft exterior end and a stationary end connected to a stationary support structure, and wherein the modular external sensor is configured to be removed, such that removal and replacement of the modular external sensor does not require removing the solid torsion shaft from the vessel. 
【００１４】An exemplary solids level indicator may withstand downward force in a range of between about 500 Newton-meters (Nm) to about 7500 Nm.  Previously, operators used different paddle sizes for different solids level indicators disposed in the vessel or changed the size of the paddles depending on the load the paddle was expected to experience.  This required removing the torsion shaft from the vessel to access the paddle at the shaft interior end.  Applicant has recognized that the force an exemplary solids level indicator is able to withstand is dependent on the density of the chips and whether the biomass in the vessel is under liquor level or over liquor level.  
【００１５】To mitigate the problem of paddle failure due to inconsistent solids load, including inconsistent solids load resulting from different paddle sizes and inconsistent liquor level in chemical digesters, Applicant discloses a solids level indicator comprising a torsion spring in torsional communication with the solid torsion shaft, wherein the torsion spring has a first spring end in torsional communication with the torsion shaft and a second spring end distally disposed from the first spring end, whereby the second spring end fixedly engages a support structure or a shaft housing, such that the torsion spring stores excess torsional force from the torsion shaft.  The torsion spring may be further configured to provide a torsional force to the torsion shaft in a direction opposite the direction of the torsional force exerted on the paddle by the mass of solids, thereby automatically returning the paddle to measurement-ready position.  In this manner, the torsion spring may ensure that the amount of paddle surface area exposed to the mass of solids is proportional to the amount of downward force the solids exert on the paddle.  In accordance with this disclosure, an exemplary solids level indicator with a torsion spring may allow operators to use one paddle size for each solids level indicator extending to a vessel, regardless of where the solids level indicators are located along the height of the vessel.  In this manner, the exemplary embodiments reduce the need for operators to withdraw the torsion shaft to access the paddle. 
【００１６】It is a further object of the present disclosure to allow operators to access easily the torsion spring while the vessel is operational to allow mill operators to replace or re-calibrate the torsion spring as needed. 
【００１７】It is a further object of the present disclosure to allow operators to adjust the angle at which the paddle of the solids level indicator crosses the path of moving solids while the vessel, particularly a chemical digester, is operational and thereby allow operators to prolong the useful life of solids level indicators by responding to fluctuating operating conditions. 
【００１８】It is a further object of the present disclosure to calibrate multiple exemplary solid level indicator assemblies disposed at varying vertical heights in a vessel to accommodate the operating conditions of a particular vessel. 
【００１９】In an exemplary embodiment, the solids level indicator may further comprise a plug cap with multiple bore holes arranged at intervals around the plug cap.  The plug cap torsionally communicates with the torsion shaft and a shear pin extends through a support structure into the plug cap to orient the plug cap.  The plug cap’s orientation corresponds to a paddle deflection angle measured from a horizontal line bisecting the torsion shaft.  Operators may remove the shear pin, rotate the plug cap to a subsequent bore hole to change the paddle’s deflection angle before returning the shear pin to the support structure and subsequent bore hole to secure the plug cap at a new orientation, thereby changing the paddle’s deflection angle.  The plug cap with multiple bore holes may allow operators to use a singled-sized paddle at different elevations along the height of the vessel.
【００２０】It is an object of the present disclosure to use a stronger solid torsion shaft that would not have the same fail points as prior hollow shafts, the prior hollow shafts having internal sensors and more complex construction.  As a result, an exemplary sensor may be less susceptible to heat and internal vessel conditions.  An exemplary modular external sensor may be smaller, than conventional designs such that the exemplary modular external sensor can be lightweight and may be stored using less space than prior sensors.  In other exemplary embodiments, a hollow torsion shaft may be used in lieu of a solid torsion shaft.
【００２１】It is also an object of the present disclosure to be able to use existing shaft housings on vessels and configuring the exterior end of the shaft to accept an external sensor.  The shaft may be machined, printed, forged, pressed, or manufactured by other means commonly used in the industry.  An exemplary solids level indicator may be made of suitable materials including type 316L and 1.4462 (stainless duplex steel).  
【００２２】In an exemplary embodiment, the stationary support structure may include mounting arms mounted to the vessel and configured to hold the stationary end of the modular external sensor in place.  The modular external sensor may be configured to measure deflection between the rotary end of the external sensor and the stationary end of the external sensor.  An exemplary embodiment may further comprise shear pins extending through the support structure and into a plug cap or the shaft housing. 
【００２３】In other exemplary embodiments, the shear pins may be replaced by a torsion spring that releases if the torsional force exceeds a predetermined threshold.  Using a torsion spring-loaded construction may allow operators to use a singled-sized paddle at different elevations along the vessel.  The torsion measurement is generally logarithmic, therefore; using a uniform paddle size may permit a significantly wider measurement area over existing designs.  Another exemplary solids level indicator may use angle measurement instead of a torsion measurement.  Yet other exemplary solids level indicators may use a combination of angle and torsion measurement.  In still other exemplary embodiments, the modular external sensor may be a piezoelectric sensor.
【００２４】The solids level indicator may be used in vessels that contain solid particles or solids suspended in or otherwise present with liquid.  In certain exemplary embodiments, the solids level indicator may be used in chip bins, continuous digesters, impregnation vessels, silos, pipes, and other holding or treatment vessels for solid particles, including lignocellulosic material.  Solids level indicators may be disposed at multiple elevations and locations within the vessel.  
【BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS】
【００２５】The foregoing will be apparent from the following more particular description of exemplary embodiments of the disclosure, as illustrated in the accompanying drawings in which like reference characters refer to the same parts throughout the different views.  The drawings are not necessarily to scale, with emphasis instead being placed upon illustrating the disclosed embodiments.
【００２６】FIG. 1 depicts a cross-sectional view of an exemplary solids level indicator assembly having a detachable modular external sensor with a rotary end attached to the exterior end of the solid torsion shaft and a stationary end torsionally engaged to a cap plug secured by mounting arms of a support structure.
【００２７】FIG. 2 is front view facing the vessel of the exemplary solids level indicator assembly having mounting arms. 
【００２８】FIG. 3 illustrates an exemplary solids level indicator assembly having a modular external sensor, which is configured to be removed and is supported by mounting arms engaged to a vessel wall from a front view facing the vessel. 
【００２９】FIG. 4 shows shear pins extending through the second end of the mounting arms and into the cap plug in a front cross-sectional view. 
【００３０】FIG. 5 is a perspective view of an exemplary solids level indicator assembly having a support sleeve in lieu of support arms and a torsion spring disposed around the support sleeve.
【００３１】FIG. 6 illustrates a cross-sectional view of an exemplary solids level indicator where the support structure is a support sleeve and where the solids level indicator further comprises a torsion spring disposed around the support sleeve.
【００３２】FIG. 7 depicts an exemplary solids level indicator assembly having a support sleeve for a support structure wherein the solids level indicator has a multi-bore plug cap in a cross-sectional view.
【００３３】FIG. 8 is a front view of an exemplary solids level indicator assembly having a support sleeve and a multi-bore plug cap.
【００３４】FIG. 9A depicts a side view of an exemplary multi-bore plug cap as used in the embodiments shown in FIGS. 7 and 8.
【００３５】FIG. 9B is a cross-sectional front view of an exemplary multi-bore cap as shown in FIGS. 7 and 8.
【MODE FOR CARRYING OUT INVENTION】
【００３６】The following detailed description of the preferred embodiments is presented only for illustrative and descriptive purposes and is not intended to be exhaustive or to limit the scope and spirit of the invention.  The embodiments were selected and described to best explain the principles of the invention and its practical application.  One of ordinary skill in the art will recognize that many variations can be made to the invention disclosed in this specification without departing from the scope and spirit of the invention.  
【００３７】Corresponding reference characters indicate corresponding parts throughout the several views.  Although the drawings represent embodiments of various features and components according to the present disclosure, the drawings are not necessarily to scale and certain features may be exaggerated in order to better illustrate embodiments of the present disclosure, and such exemplifications are not to be construed as limiting the scope of the present disclosure in any manner.
【００３８】References in the specification to “one embodiment”, “an embodiment”, “an exemplary embodiment”, etc., indicate that the embodiment described may include a particular feature, structure, or characteristic, but every embodiment may not necessarily include the particular feature, structure, or characteristic.  Moreover, such phrases are not necessarily referring to the same embodiment.  Further, when a particular feature, structure, or characteristic is described in connection with an embodiment, it is submitted that it is within the knowledge of one skilled in the art to affect such feature, structure, or characteristic in connection with other embodiments whether or not explicitly described. 
【００３９】FIG. 1 is a side cross-sectional view of an exemplary solids level indicator assembly 100.  FIG. 1 depicts a vessel 105 having a wall 107.  A mounting flange 119 extends through the wall 107 to define a conduit 125.  The conduit 125 may be configured to accommodate different measuring equipment, and therefore the conduit 125 may be too wide to receive an exemplary solids level indicator 101 without aid.  As a result, an indicator adapter 113 may extend through the conduit 125.  The indicator adapter 113 may have an indicator adapter flange 114 disposed on the mounting flange 119.  One or more fasteners 115 or other suitable fastening means engage the indicator adapter flange 114 to the mounting flange 119.  The indicator adapter 113 defines an adapter conduit 131, which may extend into the vessel interior 103.  The indicator adapter 113 may further comprise a protective sleeve 124 that extends over a paddle cap 108 on the solids level indicator 101.  
【００４０】The shaft housing 126 is disposed within the adapter conduit 131.  Fasteners 115 or other suitable fastening means rigidly engage the shaft housing 126 to the indicator adapter flange 114.  In this manner, the shaft housing 126 resists a twisting movement resulting from torsional force Δcommunicated through the torsion shaft 120.  The shaft housing 126 has a housing interior end 178and a housing exterior end 176.  The housing exterior end 176 is disposed outside the vessel 105.  A torsion shaft 120 is disposed within the shaft housing 126.  The torsion shaft 120 has a shaft exterior end 130 and a shaft interior end 110.  The shaft interior seal 153 provides sealing engagement between the shaft housing interior end 178 and the torsion shaft 120.  A bushing or other bearing (not depicted) may be disposed between the shaft interior seal 153 and the housing interior end 178.  The shaft interior seal 153 may further comprise sealing mechanisms 185, which may comprise O-rings, mechanical seals, or other suitable seal configured to isolate one side of a component from the other side.  Similarly, the torsion shaft 120 has a shaft exterior seal 154 at the housing exterior end 176.  The shaft exterior seal 154 may likewise further comprise sealing mechanisms 185.  The shaft exterior seal 154 provides sealing engagement between the shaft housing exterior end 176 and the torsion shaft 120.  The area between the shaft exterior seal 154, the shaft interior seal 153, the body of the torsion shaft 120 and the inner wall of the shaft housing 126 defines a grease channel 151, which may be filled with grease or other lubricant to insulate the torsion shaft 120 from the process conditions in the vessel interior 103.  The grease may further facilitate twisting movement of the torsion shaft 120within the shaft housing 126.  
【００４１】The shaft interior end 110 extends past the shaft interior seal 153 and the housing interior end 178 into a paddle cap 108.  The paddle assembly 129 torsionally communicates with the torsion shaft 120 through the paddle cap 108.  The paddle cap assembly 129 comprises a paddle 117 engaged to a paddle arm 118 having a first end 162 opposite a second end 116.  The first end 162 of the paddle arm 118 engages the paddle cap 108.  In certain exemplary embodiments, the first end 162 of the paddle arm 118 extends through the paddle cap 108 into the shaft interior end 110.  In this manner, the paddle assembly 129 is in torsional communication with the torsion shaft 120.  In other exemplary embodiments, the first end 162 of the paddle arm 118 does not extend into the torsion shaft 120.  A fastener 115 or other engaging means engages the paddle cap 108 to the shaft interior end 110 and thereby renders the paddle assembly 129 in torsional communication (e.g. able to convert or transmit  the force F of the solids to torsional force Δ) with the torsion shaft 120.  It will be understood that a combination of the above described paddle assembly 129 to torsion shaft 120 engagement methods or other paddle assembly 129 to torsion shaft 120 engagement methods configured to transfer the force F the solids 102 exert on the paddle 117 to the torsion shaft 120 are within the scope of this disclosure.  
【００４２】The paddle 117 extends substantially perpendicularly from the length L of the torsion shaft 120, such that the paddle 117 is transversely oriented to the direction of solid particle flow D.  As the solids 102 move downwardly through the vessel interior 103, the solids 102 exert a force F on the paddle 117.  The paddle 117 converts this downward force F into a torsional force Δ, which the solid torsion shaft transfers along the length L of the torsion shaft 120 into the modular external sensor 150.  
【００４３】The modular external sensor 150 comprises a stationary end 160 adjacently disposed to a rotary end 140.  The modular external sensor 150 may further comprise a wire 155 configured to transmit an electrical signal from the modular external sensor 150 to signal processing equipment (not depicted).  The wire 155 may extend from the stationary end 160 through a hole in the support structure 184.  In other exemplary embodiments, the electrical signal may be wirelessly transmitted.  By measuring the distortion in electric fields, operators may accurately determine where the level of solid particles resides at a given measurement.
【００４４】The rotary end 140 is adjacently disposed to the shaft exterior end 130.  In the embodiment depicted in FIG. 1, the shaft exterior end 130 has a male adapter 135 extending into a female adapter 145 in the rotary end 140 of the modular external sensor 150 and is thereby in torsional communication with the adjacently disposed rotary end 140 when the modular external sensor 150 is adjacently disposed to the shaft exterior end 130.  That is, the rotary end 140 receives the torsional force Δ from the torsion shaft 120 through the shaft exterior end 130.  It will be understood that other structures configured receive torsional force Δ from the torsion shaft or otherwise place an adjacently disposed modular external sensor 150 in torsional communication with the shaft exterior end 130 are considered to be within the scope of this disclosure.  By way of example, these other structures may include a female adapter in the shaft exterior end 130 and a male adapter on the rotary end 140 of the modular external sensor 150.  Certain exemplary embodiments may have more than one modular external sensor 150 adjacently disposed to one another such that adjacent sensors are in torsional communication.  Other structures configured to place an adjacently disposed modular external sensor 150 in torsional communication with the torsion shaft 120 may include, screws, bolts, pins, clamps, a combination of male and female adapters, receivers, adapters disposed between the modular external sensor 150 and the torsion shaft 120, magnets, or a combination thereof.  In certain exemplary embodiments, the external modular sensors 150 may be a strain gauge, an angle gauge, a torque transducer, a piezoelectric sensor, or a combination thereof.  In still other exemplary embodiments, an external modular sensor 150 may contain more than one sensor.
【００４５】A support structure 184 comprising mounting arms 190 engage the stationary end 160 of the external sensor 150 directly.  In other exemplary embodiments, the mounting arms 190 may engage the stationary end 160 of the external sensor 150 indirectly through a plug cap 195.  In still other exemplary embodiments, the mounting arms 190 may engage the stationary end 160 of the external sensor 150 indirectly through a sleeve or other material disposed between the stationary end 160 of the external sensor 150 and the mounting arms 190.
【００４６】The mounting arms 190 may have a flange end 191 that engages the indicator adapter flange 114.  Fasteners 115 secure the flange end 191 of the mounting arms 190 to indicator adapter 113.  In other exemplary embodiments, the indicator adapter 113 may be absent and fasteners 115 may secure the flange end 191 of the mounting arms 190 to the flange 119 that defines conduit 125.  In other exemplary embodiments, it may be desirable to secure the flange end 191 of the mounting arm 190 to a plate engaging the vessel 105.  The support structure 184 helps ensure the solids level indicator assembly 100 is grounded in the vessel 105 so as to accommodate vibrations emanating from an active vessel 105, while further preventing the stationary end 160 of the modular external sensor 150 from rotating.  In certain exemplary embodiments, the indicator adapter flange 114 may be disposed between the flange 119 that defines the conduit 125 and the flange end 191 of the mounting arms 190.  
【００４７】Although accompanying FIGs. 2 and 3 depict a support structure 284 and 384 respectively comprising three mounting arms 190, it will be understood that an exemplary support structure may comprise two or less mounting arms 190.  Furthermore, other exemplary embodiments may have more than three mounting arms 190.  In still further exemplary embodiments, a mounting cone may be used in lieu of the mounting arms 190.  In FIG. 6, the support structure 684 comprises a support sleeve 690’ engaged to the shaft housing exterior end 676 and a female adapter 675 adjacently disposed a male adapter 665 on the stationary end 660 of a modular external sensor 650.  It will be understood that other support structures configured to vibrate with the solids level indicator 101 while the vessel 105 is active and thereby accommodate vibrations emanating from an active vessel 105, while further preventing the stationary end 160 of the modular external sensor 150 from rotating are within the scope of this disclosure.  The shaft housing is one such example support structure. 
【００４８】The second end 199 of the mounting arms 190 may secure the stationary end 160 of the modular external sensor 150 and keep the stationary end 160 stationary by using a plug cap 195 disposed within the second end 199 of the mounting arms 190.  In the depicted exemplary embodiment, the plug cap 195 does not engage the rotary end 140 of the modular external sensor 150 and thereby permits rotary movement.  The plug cap 195 has a receptacle 175 adjacently disposed to the male adapter 165 extending from the stationary end 160 of the modular external sensor 150.  A shear pin 180 extends through the second end 199 of the mounting arms 190 into the plug cap 195.  Shear pins 180 may be used in areas where resistance to torsional or shear stress is weak.  The shear pin 180 is configured to break with the shear stress resulting from the torsional force Δ exceeds a preconfigured threshold.  That is, if the rotary end 140 rotates beyond capacity and begins to exert torsional force Δ on the stationary end 160 and by extension, the plug cap 195 above a preconfigured threshold, the shear pins 180will generally break and allow the plug cap 195 and stationary end 160to rotate until the torsional force Δis neutralized.  This is typically about 90 degrees from a horizontal line bisecting the torsion shaft (H in FIG. 8).  The sleeve 124 further protects the paddle cap 108 and the paddle 117 from solids 102 when the paddle is in a neutral position, e.g. when the paddle 117 is oriented substantially parallel to the solids flow direction D.  By allowing the external sensor 150 to rotate until the excess rotational force Δ is relieved, the paddle 117 the paddle typically rotates 90 degrees to the 6 o’clock position such that the paddle 117 is no longer in the direction of solids particle flow D.  In this manner, a broken shear pin 180 permits damage to the paddle 117 to be avoided.  The cover plate 187 holds the plug cap 195 in place and the plug cap 195 holds the modular external sensor 150 in place.  In this manner, the plug cap 195 is in torsional communication with the stationary end 160 of the modular external sensor 150, but the shear pin 180 prevents the stationary end 160 from rotating when the shear stress is below a preconfigured threshold.  If the torsion shaft 120, paddle 117, and modular external sensors 150 of an inactive solids level indicator remain intact, operators may re-set the solids level indicator 101 by returning the paddle 117 to a transverse position relative to the direction of solids flow D and by adding new shear pins 180.  The torsion shaft 120 being adjacently disposed to the modular external sensor 150 may be referred to as a “torsion rod” in this disclosure and claims.  The shear pin 180 is an example of a “shear lock” as claimed herein.  It will be understood that a “shear lock” may be a shear pin, a magnet, a rare-earth magnet, torsion spring, or other locking mechanism designed to allow the torsion rod to rotate when the shear force exerted on the shear lock exceeds a predetermined shear force threshold.  
【００４９】In certain exemplary embodiments, a magnet disposed in the support structure facing an oppositely poled magnet in the torsion rod may be a desirable shear lock.  When the solids bearing down on the paddle exceeds the magnetic force between the oppositely poled magnets, the torsion rod rotates to avoid further paddle damages.  When the excess shear force subsides, operators can return the torsion rod to an active position, thereby allowing the oppositely poled magnets to re-engage without introducing a new shear pin 180.  It will be understood that a shear lock may be used in a similar manner as the “shear pins” described herein. 
【００５０】In other exemplary embodiments, the plug cap 195 may be absent and the support structure (see 684, FIG. 6) may engage the stationary end 160 of the modular external sensor 150 directly so as to prevent rotary movement of the stationary end 160 of the modular external sensor 150 below a threshold of shear stress.  In still other exemplary embodiments, the plug cap 195 may be absent and another modular external sensor may be adjacently disposed and in torsional communication with a first modular external sensor.  In still further exemplary embodiments, an adapter may separate the first modular external sensor from the second adjacent modular external sensor.  It will be understood that other types of end pieces that hold the stationary end 160 of the modular external sensor 150 in position can suffice, including using an overload spring type device (see FIG. 6) configured to release if too much force is applied.  The support structure 184 may be held in place using the existing fasteners 115.  In certain configurations, existing fasteners 115 may need to be extended to accommodate the support structure 184.  
【００５１】Fasteners 115 may secure a cover plate 187 to the second end 199 of the mounting arms 190.  It will be understood that other structures configured to place an adjacently disposed plug cap 195 in torsional communication with the stationary end 160 of the modular external sensor 150 are considered to be within the scope of this disclosure.  By way of example, these other structures may include a female adapter in the stationary end 160 and a male adapter on the plug cap 195.  Other structures configured to place an adjacently plug cap 195 in torsional communication with stationary end 160 of the modular external sensor 150 may include, screws, bolts, pins, tacks, a combination of male and female adapters, adapters disposed between the modular external sensor 150 and the plug cap 195, magnets, or a combination thereof.  In embodiments in which the plug cap 195 engages the stationary end 160, sealing mechanisms 185 such as O-rings, or mechanical seals may be placed between the second end 199 of the mounting arms 190 and the plug cap 195.  In other embodiments, the sealing mechanisms 185 may be disposed between the mounting arms 190 and the stationary end 160 of the external sensor 150.  
【００５２】The modular external sensor 150 is configured to be slidably disengaged from the shaft exterior end 130.  In instances in which the external sensor 150 becomes damaged, ceases to operate, or is desired to be removed, operators may unfasten the fasteners 115 that secure the external sensor 150 to the mounting arms 190.  Operators may remove the cover plate 187 and extract the plug cap 195 before removing the modular external sensor 150 from the second end 199 of the mounting arms 190.  Removing the external sensor 150 generally exposes the shaft exterior end 130.  Because the modular external sensor is modular, operators may attach a replacement external sensor 150 to the shaft exterior end 130 before re-fastening the fasteners 115 to secure the external sensor 150 to the second end 199 of the mounting arms 190.  The simple design of the modular external sensor 150 may allow operators to repair or replace a damaged external sensor 150 locally while the process is running, thereby eliminating delays caused by sending the modular external sensor 150 to third parties for repair.  
【００５３】An exemplary solids level indicator assembly 100 may be used with solids disposed within a vessel, but may be desirably used with lignocellulosic material such as wood chips, corn stover, bagasse, agricultural residue, grains, feed stock, and other such materials commonly used in the pulp and paper and biofuels industries.  
【００５４】FIG. 2 is a front view depicting three mounting arms 290 of the exemplary solids level indicator assembly 100.  The first end 291 engages stabilizing structure (see 119, 113) connected to the vessel 105.  Fasteners 215 may engage a plug cap 295 to the second end 299 of the mounting arms 290.  In certain exemplary embodiments, a single mounting arm 290 may stabilize the stationary end 160 of the external sensor 150.  In other exemplary embodiments, more than two mounting arms 290 may stabilize the stationary end 160 of the external sensor 150.  In still other exemplary embodiments, a mounting cone may stabilize the external sensor 150.  In embodiments utilizing a mounting cone, a means for accessing the modular external sensor are desirably included.  This means may include a door, or area defining a hole in the cone.  
【００５５】FIG. 3 is a front view of an exemplary solids level indicator assembly 300 having three mounting arms 390 converging at the second end 399.  Fasteners 315 engage the first end 391 of each mounting arm 390 to an adaptor flange 314 of the conduit 125.  Fasteners may also engage the shaft housing 326 to the adaptor flange 314 of the conduit 125, or if the torsion shaft 120has a smaller width or diameter than the conduit 125, fasteners 315 may alternatively engage the shaft housing 326 to an indicator adapter 113.  Fasteners 315 may further engage a cover plate 387 to the second end 399of the mounting arms 390.  In this exemplary embodiment, the male adapter 365 of the stationary end 160 of the external sensor 150 can be seen through a hole in the center of the cover plate 387.  Operators may lubricate the space between the torsion shaft 120 and the mounting arms 390 through the lubricant fitting 327.  
【００５６】FIG. 4 is a cross-sectional view of a plug cap 495 and the second end 499 of mounting arms 390.  Shear pins 480 extend through the second end 499 mounting arms 390and into the plug cap 495.  A securing wire 472 extends through the heads of the shear pins 480 to secure the shear pins 480 to the second end 499 of the mounting arms 390.  The shear pins 480 generally do not extend more than halfway between the center of the plug cap 495 and the outer surface of the plug cap 495.  If the solid particles 102 impart too great a force F on the paddle 117, the paddle 117 transfers excessive torsional force Δ along the length L of the torsion shaft 120.  The torsional force Δ turns the rotary end 140 of the modular external sensor 150, whereby the rotary end 140 may catch an edge within the stationary end 160 of the modular external sensor 150 and thereby becomes locked with the stationary end 160 of the modular external sensor 150.  If the rotary end 140 continues to exert torsional force Δ on the stationary end 160 of the modular external sensor 150 beyond a desirable tolerance, the stationary end 160 also rotates, which in turn rotates the plug cap 495.  The rotating plug cap 495 may break the shear pins 480, thereby relieving torsional force Δ and allowing the paddle 117 to become oriented substantially parallel relative to the direction of solid flow D.  In certain exemplary embodiments, the shear pins 480 may be omitted.  In other exemplary embodiments, the shear pins 480 may extend through a shaft housing 126and into the torsion shaft 120.  
【００５７】FIG. 5 is a perspective view of an exemplary solids level indicator 501 having a support sleeve 590’ in lieu of one or more mounting arms 390.  The support sleeve 590’ may be machined from a single piece of material such as 2205 grade, 304L grade stainless steel, carbon steel, or other material configured to withstand vessel vibrations and the torsional force Δ the solids level indicator 501 may exhibit.  A shear pin 580 engages the support sleeve 590’ to the shaft housing 526.  This view shows that a shear pin 580 may be added at a location configured to withstand a maximum torsional or shear force Δ such as at the junction between the shaft housing 526 and support sleeve 590’.  A clamp 512 secures the second spring end 566 of the torsion spring 528 to the support sleeve 590’.  The torsion spring 528 stores excess torsional force Δ transmitted through the torsion shaft 620 and shaft housing 526 to the support sleeve 590’.  
【００５８】FIG. 6 is a cross sectional view of an exemplary solids level indicator 601having a support sleeve 690’ in lieu of mounting arms 390.  The shaft housing 626 encloses the torsion shaft 620.  The shaft housing 626 extends into the vessel interior FIG. 1, 103.  Fasteners 615 may secure the shaft housing 626 to the vessel 105.  In certain embodiments, the fasteners 615 may secure the shaft housing 626 to the indicator adapter 113, which engages a mounting flange 119 extending through the vessel 105.  Unlike the exemplary embodiment depicted in FIG. 1, a shear pin 680 extends through the support sleeve 690’ into the shaft housing exterior end 676.  
【００５９】The rotary end 640 of the modular external sensor 650 engages the shaft exterior end 630.  If the downward force F of the solid particles overcomes the resistance of the shaft housing 626, the torsion shaft 620 rotates, thereby rotating the rotary end 640 of the modular external sensor 650.  In this manner, the torsion shaft 620 transmits torsional force Δ from the paddle 617 to the rotary end 640 of the modular external sensor 650.  In certain exemplary embodiments, the modular external sensor 650 may be an angle gauge.  In other exemplary embodiments, the angle gauge may be in torsional communication with the torsion shaft 620, but the angle gauge is disposed outside of the support structure 684.  In still further exemplary embodiments, another modular external sensor (not depicted) may be in torsional communication with the torsion shaft 620 but disposed outside of the support structure 684.  The angle gauge may calculate the torsion and chip level based on the change in angle from a neutral reference point.  When the downward force F on the paddle 617 becomes too great, the rotary end 640 and the stationary end 660 of the modular external sensor 650lock, thereby placing the stationary end 660 in torsional communication with the torsion shaft 620.  In the depicted embodiment, the male adapter 665 extending from the stationary end 660 of the modular external sensor 650 transmits the torsional force Δ to a cover plate 687 through a plug cap 695.  The cover plate 687 engages a spring first end 664 of a torsion spring 628 oppositely disposed from a second spring end 666 of the torsion spring 628.  The torsion spring 628 encircles the support sleeve 690’.  A clamp 612 disposed around the outer diameter of the support sleeve 690’ tightly engages the second spring end 666 to the support sleeve 690’  
【００６０】As the paddle 617 rotates in response to downward force F, the modular external sensor 650 measures the change in torsion by calculating the rotation of the rotary end 640 relative to the stationary end 660.  When the downward force F and torsional force Δ exceed the modular external sensor’s capacity, the rotary end 640 locks with the stationary end 660 thereby placing the rotary end 640, stationary end 660, plug cap 695, cover plate 687, and torsion spring 628 in torsional communication with the torsion shaft 620.  The torsion spring 628 stores the excess torsional force Δ transmitted through the torsion shaft 620 and thereby prevents frequent wear and loosening of the support sleeve 690’ relative to the shaft housing 626.  
【００６１】Furthermore, when the excess torsional force Δ subsides, the torsion spring 628 transmits its stored potential energy back through the cover plate 687, plug cap 695, modular external sensor 650, torsion shaft 620 and ultimately the paddle 617 to counter the downward force F of the solids 102 in the vessel 105.  In this manner, the paddle 617 can return automatically to a position that crosses the downward flow D of the solid particles 102 after excessive forces have subsided.  In this manner, the exemplary embodiment thereby protects the paddle 617 when the downward force F is excessive and allowing the paddle 617 and the solids level indicator 601 to continue to measure the solids level when the excessive force has subsided. 
【００６２】Similarly, if the torsional force Δ exceeds the torsion spring’s 628 capacity, the second spring end 666 and clamp 612 transmits the excess stored torsional force Δ through the support sleeve 690’ to shear pin 680 extending through a shear pin hole 693 in the support sleeve 690’ and a shaft housing bore hole 686.  By extending through shear pin hold 693 and shaft housing bore hole 680, the shear pin 680 experiences the excess stored torsional force Δ as shear force.  The shear pin generally has a thickness and is made of material configured to withstand torsional force Δ below a predetermined threshold.  If the excess stored torsional force transmitted through the support sleeve 690’ exceeds the maximum torsional force the shear pin 680 was configured to withstand, the shear pin 680 will break and the paddle 617will rotate to a neutral, vertical position.  The neutral vertical position protects the paddle 617 against the overbearing mass of the solid particles 102, but further prevents the modular external sensor 650 from measuring the solids level.  However, if the torsion spring 628 is not deformed or rendered non-functional by the excessive force, the torsion spring will return the paddle 617 at least partially to a transverse position relative to the flow direction of the solid particles D, thereby allowing the solids level indicator 601 to retain functionality without shear pins 680.  In exemplary embodiments, the shear pin 680 may connect the support sleeve 690’ to the shaft housing 626.  In other exemplary embodiments, the shear pin 680 may connect the support sleeve 690’ to the torsion shaft 620, or other element at a point less equipped to withstand torsional force Δ.  
【００６３】In further exemplary embodiments, the torsion spring 628 may be pre-loaded with torque to align the torsion spring 628 with the outer surface of the support structure 684.  In still other exemplary embodiments, the shear pin 680 may be omitted in embodiments comprising a torsion spring 628, wherein the torsion spring 628 is configured to store torsional force Δ sufficient to allow the paddle to rotate 90o downwardly from a horizontal line (H in FIG. 8) bisecting the torsion shaft 620.  
【００６４】When a person desires to replace the modular external sensor 650, the person may disengage the first spring end 664 from the cover plate 687and remove the cover plate 687 from the solids level indicator 601.  The person may further remove the plug cap 695 to expose the stationary end 660 of the modular external sensor 650.  A person may then extract the modular external sensor 650 from the solids level indicator 601 without being exposed to the process conditions within the vessel 105.  The person may then insert a new modular external sensor 650 through the support sleeve 690’ until the receptacle 645 on the rotary end 640 of the modular external sensor 650 is adjacently disposed to the male adaptor 635 on the shaft exterior end 630.  In the manner, the person can place a new modular external sensor 650 in torsional communication with the torsion shaft 620 without removing the torsion shaft 620 or paddle 617 from the vessel 105, thereby preventing the person from being exposed to vessel process conditions while the vessel is operational.  
【００６５】FIG. 7 is a cross-sectional view of an exemplary solids level indicator assembly 700 where a support sleeve 790” engaged to the shaft housing 726 comprises the support structure 784.  Fasteners 715 engage a first flange 758 of the shaft housing 726 to the indicator adaptor 713.  A gasket 756 may be disposed between the first flange 758 and the indicator adaptor 713 or indicator adaptor flange714.  The shaft exterior end 730 extends through a second flange 757 on the housing exterior end 776.  The second flange 757 is oppositely disposed from the first flange 758.  The shaft exterior end 730 comprises a male adapter 735.  The receptacle 745 on the rotary end 740 of the modular external sensor 750 tightly encloses the male adaptor 735 and thereby is in torsional communication with the adjacently disposed torsion shaft 720.  Similarly, the cap plug’s receptacle 775 tightly encloses a male adaptor 765 extending from the stationary end 760 of the modular external sensor 750.  Fasteners 715 engage a support sleeve flange 782 to the second flange 757of shaft housing 726.  One or more shear pins 780 extend through an area defining a shear pin hole 793 in the support sleeve 790” into areas in the plug cap 795 defining a bore hole 781 thereby rendering immobile the plug cap 780 and the adjacently disposed stationary end 760 of the modular external sensor 750.  If a person desires to replace the modular external sensor 750, the person may remove the fasteners 715 that engage the support sleeve 790” to the shaft housing 726 and subsequently remove the support sleeve 790” to expose the modular external sensor 750in other exemplary methods, a person may remove the cover plate 787, remove the shear pin 780, and remove the plug cap 795 before accessing the modular external sensor 750.  The modular external sensor 750 may be removed from the support sleeve 790”.  
【００６６】FIG. 8 is a front view of an exemplary solids level indicator assembly 800 depicting horizontal line H bisecting torsion shaft 720 (see 892).  Indicator adaptor 813 extends into the vessel wall 807.  A lubricant fitting 827 allows operators to introduce grease or other lubricant or coolant into grease channel 751.  
【００６７】FIG. 9A depicts an exemplary plug cap 995 comprising multiple bore holes 981 extending radially into the plug cap 995 at intervals.  In certain exemplary embodiments, the intervals may be regular intervals.  In other exemplary embodiments, the intervals may be irregular intervals.  For example, FIG. 9B shows a first bore hole 981’ at a twelve o’clock position.  In the embodiment depicted in FIG. 7, the paddle 717 is at an angle of 0 degrees (o) relative to a horizontal line (H in FIG. 8) bisecting the torsion shaft 720 when the shear pin 780 extends through the shear pin hole 793 and into the first bore hole 981’.  A second bore hole 981’’ may be disposed a number of degrees from the first bore hole 981’.  For example, the second bore hole 981’’ may be disposed 10o from the first bore hole 981’.  A third bore hole 981’’’ may be disposed a number of degrees from the second bore hole 981’’.  In further exemplary embodiments, a fourth bore hole 981’’’’may be deposed a number of degrees from the third bore hole 981’’’.  In still further exemplary embodiments, a fifth and subsequent bore holes may be disposed at intervals after each preceding bore hole. 
【００６８】FIG. 9B further depicts a support sleeve 990’’ having a shear pin hole 993’ disposed at the twelve o’clock position, which is zero degrees from the vertical reference line V’.  A second shear pin hole 993’’ is disposed in the support sleeve 990’’.  For example the second shear pin hole 993’’ may be disposed 85 degrees from the vertical reference line V’.
【００６９】Operators may angle the paddle 717 under the horizontal line H to reduce effectively the surface area exposed to the downwardly flowing solid particles 702.  For example, if the third bore hole 981’’’ is disposed 30o from the first bore hole 981, an operator may turn the plug cap 995 30o from the first bore hole 981’ to align the third bore hole 981’’’with the first shear pin hole 993’ in the support sleeve 990”.  The plug cap 995, being in torsional communication with the modular external sensor 750 and the torsion shaft 720, turns the torsion shaft 720 and paddle 717 below the horizontal line Hby 30 o.  Without being bounded by theory, this angle may deflect some force of the downwardly flowing solid particles 702 and thereby discard a portion of the downward force F that the paddle 717 engaged to the shaft interior end 710 would otherwise convert into torsional force Δ.  The degree of deflection below the horizontal line H may vary depending upon the height at which the solids level indicator 701 is disposed within the vessel 705.  For example, in vapor phase chemical digesters, a solids level indicator 701 located in an upper zone of the digester may have an angle of paddle deflection that is greater than the angle of paddle deflection in a solids level indicator 701 701 disposed under the liquor.  The multiple bore holes 981 further allow operators to adjust the angle of the paddle 717 while the vessel 705 remains operational.  In this manner, operators may reduce or increase each solids level indicator 701 receives at each location along the height of the digester wall 707 to respond to fluctuating operating conditions. 
【００７０】In the depicted embodiment, the second shear pin hole 993’’allows operators to set the paddle deflection angle at intervals between the intervals defined by the first shear pin hole 993’.  By way of example, the angle of the paddle 717 relative to the vertical reference line V’’ may be 90 degrees when a shear pin 780 extends through first bore hole 981’ and first shear pin hole 993’.  Relative the vertical reference line V’’, the paddle deflection angle may be 80 degrees when the shear pin 780 extends through first shear pin hole 993’ and second bore hole 981’’, 70 degrees at first shear pin hole 993’ and third bore hole 981’’’ first shear pin hole 993’ and second bore hole 981’’’, and 60 degrees at first shear pin hole 993’ and fourth bore hole 981’’’’.  Similarly by way of example, the paddle deflection angle may be 85 degrees relative to vertical reference line V’’ when a shear pin 780 extends through second shear pin hole 993’’ and first bore hole 981’, 75 degrees at second shear pin hole 993’’ and second bore hole 981’’, 65 degrees at second shear pin hole 993’’ and third bore hole 981’’’, and 55 degrees at second shear pin hole 993’’ and fourth bore hole 981’’’’.  The second shear pin hole 993’’ is desirably disposed at a position less than 90 degrees from the first shear pin hole 993’ relative to vertical reference line V’.  
【００７１】It will be understood that the first bore hole 981’ need not be located at the 12 o’clock position.  Other arrangement of bore holes 981 shear pins 780, and other shear locks, that permit an operator to adjust the angle of the paddle 717 relative to a horizontal line H bisecting the torsion shaft 720is considered to be within the scope of this disclosure.  
【００７２】An exemplary solids level indicator assembly comprises: a shaft housing having a housing interior end oppositely disposed a housing exterior end, wherein the shaft housing exterior end is disposed outside a vessel, and wherein the shaft housing fixedly engages the vessel so as to resist torsional movement, a solid torsion shaft having a shaft interior end and a shaft exterior end, wherein the solid torsion shaft is disposed within the shaft housing such that the shaft interior end extends past the housing interior end to engage a paddle cap disposed within the vessel, a paddle engaging the paddle cap perpendicularly to a length of the solid torsion shaft so as to cross a path of solid particles in the vessel, wherein the paddle torsionally communicates with the shaft interior end, a modular external sensor having a rotary end adjacently disposed to a stationary end, wherein the rotary end is adjacently disposed to the shaft exterior end and the shaft exterior end torsionally communicates with the adjacently disposed rotary end, and wherein the modular external sensor is configured to be slidably disengaged from the shaft exterior end, wherein the modular external sensor being adjacently disposed to the shaft exterior end defines a torsion rod, a support structure engaged to the solids level indicator assembly, , and a shear lock configured to engage the support structure to the torsion rod, wherein the shear structure is configured to withstand a maximum shear force and wherein the support structure and the shear structure are configured to prevent the torsion rod from rotating when the shear force does not exceed the maximum shear force. 
【００７３】In the exemplary solids level indicator assemblies the vessel may be selected from the group consisting of a vapor phase chemical digester, a hydraulic phase chemical digester, and an impregnation vessel. 
【００７４】In a further exemplary embodiment, a solids level indicator comprises: a shaft housing having a housing interior end and a housing exterior end, wherein the shaft housing exterior end is disposed outside a vessel, and wherein the shaft housing fixedly engages the vessel so as to resist torsional movement, a solid torsion shaft having a shaft interior end and a shaft exterior end, wherein the solid torsion shaft is disposed within the shaft housing such that the shaft interior end extends past the housing interior end to engage a paddle cap disposed within the vessel, a paddle engaging the paddle cap perpendicularly to a length of the solid torsion shaft so as to cross a path of solid particles in the vessel, wherein the paddle torsionally communicates with the shaft interior end, a modular external sensor having a rotary end adjacently disposed to a stationary end, wherein the rotary end is adjacently disposed to the shaft exterior end and the shaft exterior end torsionally communicates with the adjacently disposed rotary end, and wherein the modular external sensor is configured to be slidably disengaged from the shaft exterior end, a support structure engaged to the solids level indicator assembly, and a torsion spring disposed around the support structure, wherein the torsion spring has a first spring end distally disposed from a second spring end, wherein the first spring end is in torsional communication with the modular external sensor, and wherein second spring end fixedly engages the support structure such that the torsion spring bends to store torsional energy when solids exert a downward force on the paddle and wherein the torsion spring releases the stored energy into the solid torsion shaft in a direction opposite the direction of the torsional force exerted on the paddle by the mass of solids when the force exerted by the solids subsides.
【００７５】In a further exemplary embodiment, the solids level indicator comprises: a shaft housing having a housing interior end and a housing exterior end, wherein the shaft housing exterior end is disposed outside a vessel, and wherein the shaft housing fixedly engages the vessel so as to resist torsional movement, a solid torsion shaft having a shaft interior end and a shaft exterior end, wherein the solid torsion shaft is disposed within the shaft housing such that the shaft interior end extends past the housing interior end to engage a paddle cap disposed within the vessel, a paddle engaging the paddle cap perpendicularly to a length of the solid torsion shaft so as to cross a path of solid particles in the vessel, wherein the paddle torsionally communicates with the shaft interior end, a modular external sensor having a rotary end adjacently disposed to a stationary end, wherein the rotary end is adjacently disposed to the shaft exterior end and the shaft exterior end torsionally communicates with the adjacently disposed rotary end, and wherein the modular external sensor is configured to be slidably disengaged from the shaft exterior end, a support structure engaged to the solids level indicator assembly, wherein the support structure has an area defining a shear pin hole, a shear pin, and a multi-bore plug cap, wherein the plug cap torsionally communicates with the stationary end of the modular external sensor, wherein the plug cap has areas defining bore holes extending radially into the plug cap at intervals, such that a bore hole of the multiple bore holes aligns with the shear pin hole in the support structure, and wherein the shear pin extends through the shear pin hole into the bore hole define a paddle deflection angle with respect to a horizontal line bisecting the solid torsion shaft, wherein the shear pin is configured to withstand a maximum shear force, and wherein the shear pin and support structure are configured to prevent the stationary end of the modular external sensor from rotating when the shear force does not exceed the maximum shear force.
【００７６】The exemplary assemblies may further comprise multiple modular external sensors in torsional communication with the torsion shaft wherein each modular external sensor is configured to be slidably removed from the solids level indicator assembly.
【００７７】A solids level indicator assembly has been conceived comprising a shaft having an interior end and an exterior end, wherein the interior end may be disposed within a vessel, wherein the shaft can be configured to fixedly engage a housing so as to resist torsional force. The assembly may desirably have a paddle transversely disposed on the interior end of the shaft so as to cross the path of solid particles in the vessel, an external sensor configured to be detached from the exterior end of the shaft, the external sensor comprising a rotary end and a stationary end, and a support structure engaged to the solids level indicator assembly, wherein the support structure can be configured to prevent the stationary end of the external sensor from rotating within a predetermined range of torsional force.  
【００７８】The shaft may be disposed within a conduit defining an opening between a vessel interior and a vessel exterior.  The support structure may be mounting arms having a first end engaging the conduit and a second end configured to engage the stationary end of an external sensor.  In certain exemplary embodiments, an adapter may be disposed between the conduit and the first end of the mounting arms.  In other exemplary embodiments, the support structure may be a mounting cone.  
【００７９】In still other exemplary embodiments, the support structure may be a support sleeve having a first end and a second end, wherein the first end engages the housing.  The support sleeve may further have a torsion spring in which the first end of the torsion spring engages a cover plate and the second end of the torsion spring engages the support sleeve so as to store torsional force transmitted through the shaft.  
【００８０】While this invention has been particularly shown and described with references to exemplary embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the scope of the invention encompassed by the appended claims.
1. A solids level indicator assembly comprising:
a shaft housing having a housing interior end oppositely disposed a housing exterior end, wherein the shaft housing exterior end is disposed outside        a vessel, and wherein the shaft housing fixedly engages the vessel so as to resist torsional movement;
a torsion shaft having a shaft interior end and a shaft exterior end, wherein the torsion shaft is disposed within the shaft housing such that the shaft interior end extends past the housing interior end to engage a paddle cap disposed within the vessel;
a paddle engaging the paddle cap perpendicularly to a length of the torsion shaft so as to cross a path of solids in the vessel, wherein the paddle torsionally communicates with the shaft interior end;
a modular external sensor having a rotary end adjacently disposed to a stationary end, wherein the rotary end is adjacently disposed to the shaft exterior end and the shaft exterior end torsionally communicates with the adjacently disposed rotary end, and wherein the modular external sensor is configured to be disengaged from the shaft exterior end, wherein the modular external sensor being adjacently disposed to the shaft exterior end defines a torsion rod; 
a support structure engaged to the solids level indicator assembly; and;
a shear lock configured to engage the support structure to the torsion rod, wherein the shear structure is configured to withstand a maximum shear force and wherein the support structure and the shear lock are configured to prevent the torsion rod from rotating when the shear force does not exceed the maximum shear force. 
2.  The assembly of claim 1, wherein the support structure is selected from the group consisting of mounting arms, a mounting cone, and a support sleeve, shaft housing, or a combination thereof. 
3.  The assembly of claim 1 further comprising an indicator adaptor having a protective sleeve extending over the paddle cap, wherein the indicator adaptor is configured to fixedly engage a solids level indicator to a vessel wall so as to resist torsional movement.  
4.  The assembly of claim 1 further comprising a plug cap adjacently disposed to the stationary end of the modular external sensor wherein the plug cap torsionally communicates with the stationary end of the modular external sensor, wherein the plug cap has areas defining a bore hole, and wherein the shear lock is a shear pin extending through a shear pin hole in the support structure into the bore hole of the plug cap to prevent the plug cap from rotating as long as the shear force does not exceed the maximum shear force. 
5.  The assembly of claim 4, wherein the plug cap has multiple bore holes arranged at intervals.  
6.  The assembly of claim 1 further comprising a torsion spring having a first spring end and a second spring end, wherein the first spring end engages a cover plate and is in torsional communication with the torsion shaft and the second spring end engages the support sleeve so as to store torsional force transmitted through the torsion shaft.
7.  The assembly of claim 6, wherein the shear lock is a shear pin extending into the shaft housing and wherein the second spring end is configured to convey excess stored torsional force through the support structure to the shear pin.
8.  The assembly of claim 1, wherein the modular external sensor is selected from the group consisting of a strain gauge, a piezoelectric sensor, an angle gauge, torque transducer, or a combination thereof.
9.  The assembly of claim 1 further comprising multiple modular external sensors in torsional communication with the torsion shaft and wherein each modular external sensor is configured to be slidably removed from the solids level indicator assembly.  
10. The assembly of claim 1, wherein the vessel is selected from the group consisting of a vapor phase chemical digester, a hydraulic phase chemical digester, and an impregnation vessel. 
11. The assembly of claim 1, wherein the shear lock is selected form the group consisting of a shear pin, a magnet, a rare earth magnet, torsion spring, or other structure configured to permit the torsion rod to rotate once the shear force exceeds a preconfigured shear force threshold. 
12. A solids level indicator comprising:
a shaft housing having a housing interior end and a housing exterior end, wherein the shaft housing exterior end is disposed outside a vessel, and wherein the shaft housing fixedly engages the vessel so as to resist torsional movement;
a torsion shaft having a shaft interior end and a shaft exterior end, wherein the torsion shaft is disposed within the shaft housing such that the shaft interior end extends past the housing interior end to engage a paddle cap disposed within the vessel;
a paddle engaging the paddle cap perpendicularly to a length of the torsion shaft so as to cross a path of solids in the vessel, wherein the paddle torsionally communicates with the shaft interior end;
a modular external sensor having a rotary end adjacently disposed to a stationary end, wherein the rotary end is adjacently disposed to the shaft exterior end and the shaft exterior end torsionally communicates with the adjacently disposed rotary end, and wherein the modular external sensor is configured to be slidably disengaged from the shaft exterior end;
a support structure engaged to the solids level indicator assembly; and
a torsion spring disposed around the support structure, wherein the torsion spring has a first spring end distally disposed from a second spring end, wherein the first spring end is in torsional communication with the modular external sensor, and wherein second spring end fixedly engages the support structure such that the torsion spring bends to store torsional energy when solids exert a downward force on the paddle and wherein the torsion spring releases the stored energy into the torsion shaft in a direction opposite the direction of the torsional force exerted on the paddle by the mass of solids when the force exerted by the solids subsides.
13. The solids level indicator of claim 12 further comprising a shear pin extending through the support structure into the shaft housing. 
14. The solids level indicator of claim 12, wherein the support structure is selected from the group consisting of mounting arms, a mounting cone, shaft housing, and a support sleeve, or a combination thereof.
15. The solids level indicator of claim 12, wherein the modular external sensor is selected from the group consisting of a strain gauge, a piezoelectric sensor, an angle gauge, torque transducer, or a combination thereof.
16. The solids level indicator of claim 12 further comprising multiple modular external sensors in torsional communication with the torsion shaft wherein each modular external sensor is configured to be slidably removed from the solids level indicator assembly.  
17. A solids level indicator comprising:
a shaft housing having a housing interior end and a housing exterior end, wherein the shaft housing exterior end is disposed outside a vessel, and wherein the shaft housing fixedly engages the vessel so as to resist torsional movement;
a torsion shaft having a shaft interior end and a shaft exterior end, wherein the torsion shaft is disposed within the shaft housing such that the shaft interior end extends past the housing interior end to engage a paddle cap disposed within the vessel;
a paddle engaging the paddle cap perpendicularly to a length of the torsion shaft so as to cross a path of solids in the vessel, wherein the paddle torsionally communicates with the shaft interior end;
a modular external sensor having a rotary end adjacently disposed to a stationary end, wherein the rotary end is adjacently disposed to the shaft exterior end and the shaft exterior end torsionally communicates with the adjacently disposed rotary end, and wherein the modular external sensor is configured to be slidably disengaged from the shaft exterior end;
a support structure engaged to the solids level indicator assembly, wherein the support structure has an area defining a shear pin hole; 
a shear pin; and
a multi-bore plug cap, wherein the plug cap torsionally communicates with the stationary end of the modular external sensor, wherein the plug cap has areas defining bore holes extending radially into the plug cap at intervals, such that a bore hole of the multiple bore holes aligns with the shear pin hole in the support structure, wherein the shear pin extends through the shear pin hole into the bore hole to orient the plug cap, wherein the orientation of the plug cap defines a paddle deflection angle with respect to a horizontal line bisecting the torsion shaft, wherein the shear pin is configured to withstand a maximum shear force, and wherein the shear pin and support structure are configured to prevent the stationary end of the modular external sensor from rotating when the shear force does not exceed the maximum shear force.
18. The solids level indicator of claim 17, wherein the bore holes extend radially into the plug cap at regular intervals.
19. The solids level indicator of claim 17, wherein the bore holes extend radially into the plug cap at irregular intervals. 
20. The solids level indicator of claim 17, wherein the multi-bore plug cap has four bore holes.
21. The solids level indicator of claim 17, wherein the multi-bore plug cap has eight bore holes and wherein the support structure has a second shear pin hole angularly offset from a first shear pin hole by less than 90 degrees.
22. The solids level indicator of claim 17, wherein the support structure is selected from the group consisting of mounting arms, a mounting cone, shaft housing, and a support sleeve, or a combination thereof.
23. The solids level indicator of claim 17, wherein the modular external sensor is selected from the group consisting of a strain gauge, a piezoelectric sensor, an angle gauge, torque transducer, or a combination thereof.
24. The solids level indicator of claim 17 further comprising multiple modular external sensors in torsional communication with the torsion shaft wherein each modular external sensor is configured to be slidably removed from the solids level indicator assembly.  
1. ABSTRACT
This disclosure describes a level indicator assembly for measuring the level of solids in a vessel.  The level indicator may desirably comprise a solid shaft extending into a vessel.  The shaft may have paddle connected to an interior end of the shaft and an external sensor attached to an exterior end of the shaft.  A support structure may engage the sensor to prevent at least a portion of the sensor from moving.  By keeping a portion of the sensor stationary, the sensor may measure the change in torsional force exerted on the shaft.  By locating the sensor external to the vessel, operators may remove and replace sensors without accessing either the vessel interior or the portions of the level indicator assembly that extend into the vessel.  
2. SELECTED DRAWING
Fig.1
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