TWI673224B

TWI673224B - 送料裝置

Info

Publication number: TWI673224B
Application number: TW107144555A
Authority: TW
Inventors: 張育誠; 陳威丞
Original assignee: 財團法人工業技術研究院
Priority date: 2018-12-11
Filing date: 2018-12-11
Publication date: 2019-10-01
Also published as: CN111302068A; TW202021893A

Abstract

一種送料裝置，包括進料組件、混合輸出組件以及導引腔體。進料組件包括輸入管件、傾斜部以及噴流孔。輸入管件用以輸入工作流體。傾斜部傾斜地配置於輸入管件之軸向方向上的端面。傾斜部相較輸入管件之軸向方向上的端面具有一傾斜角度。噴流孔設置於傾斜部。混合輸出組件連接於進料組件。混合輸出組件包括組裝管件及與組裝管件連接之輸出管件。組裝管件組裝於輸入管件之外周圍，使輸入管件連通於輸出管件。導引腔體設置於組裝管件與輸入管件之間。導引腔體連通於噴流孔。導引腔體用以供氣流由噴流孔注入至輸出管件內。

Description

送料裝置

本發明是有關於一種送料裝置，且特別是有關於一種採取環形噴流泵形式的送料裝置。

於移動床化學迴路系統，載氧體顆粒約為1mm~3mm，連續循環於密閉系統內進行氧化還原反應。相較於機械閥式的載氧體循環方式，氣送式的載氧體循環方式具較佳的高溫操作可靠性與密封性，故被廣泛應用於移動床化學迴路系統的載氧體循環輸送。

噴流泵(jet pump)是一種利用壓力較高的主流體導引壓力較低的次流體，進行流體間質量與能量傳遞，最後輸出壓力與質量混和流體的混流輸送機械元件。由此可知，噴流泵因具有顆粒輸送與計量的功能，便是移動床化學迴路系統重要的載氧體輸送與計量氣送元件。

依據採用的噴嘴結構可分為中心噴流泵(central jet pump)與環形噴流泵(annular jet pump or ring jet pump)兩種。中心噴流泵將噴嘴置於管路中間，閥件組成亦於管路中形成狹小截面，使得體積較大的固體顆粒(載氧體)容易堵塞於閥件之中，造成輸送中斷，導致固體顆粒無法連續供應輸送。此外，為使主流體對於次流體能充分混合，需較長的混和管，故使得閥件重量及空間都較大，無法適用輕量化需求，並且，將噴嘴至於管路中間，旁通供給固體顆粒的設計，增加閥件的結構複雜度。

相較於中心噴流泵的設計，環形噴流泵噴嘴環狀裝置於管路外部，使管路中間呈現中空的輸送空間，有利於固體顆粒的連續輸送，故可用來輸送農產品、塑膠製品及藥品之固體顆粒。然而，化學迴路的載氧體為金屬氧化物成分，具有較高的密度，以鐵系載氧體搭配氧化鋁為載體，其密度約為2g/cm³~3g/cm³。因此，需要有更高輸送性能的環形噴流泵，以進行高密度的固體顆粒輸送。

基於上述，如何提供一種『送料裝置』來避免上述所遭遇到的問題並能提升輸送固體顆粒之效果，係業界所待解決之課題。

本發明提供一種送料裝置，藉由機構設計改良，提升固體顆粒的輸送效果。

本發明之一實施例提供一種送料裝置，包括一進料組件、一混合輸出組件以及一導引腔體。進料組件包括一輸入管件、一傾斜部以及至少一噴流孔。輸入管件用以輸入一工作流體，傾斜部傾斜地配置於輸入管件之一軸向方向上的一端面，傾斜部相較輸入管件之軸向方向上的端面具有一傾斜角度。至少一噴流孔設置於傾斜部。混合輸出組件連接於進料組件，混合輸出組件包括一組裝管件及與組裝管件連接之一輸出管件，組裝管件組裝於輸入管件之外周圍，使輸入管件連通於輸出管件。導引腔體設置於組裝管件與輸入管件之間，導引腔體連通於至少一噴流孔，其中導引腔體用以供一氣流由至少一噴流孔注入至輸出管件內。

基於上述，在本發明之送料裝置中，將傾斜部設計成傾斜地配置於輸入管件之軸向方向上的端面，當氣流由噴流孔注入至輸出管件內時，所述氣流即以傾斜方向於輸出管件內流動，並在輸出管件之壁面形成邊界層薄膜，進而產生邊界層吸附效應(亦稱附壁作用，coanda effect)，並在輸入管件中產生一負壓區，使得輸入管件內的工作流體與固體顆粒受到負壓牽引，使得氣流吸引工作流體與固體顆粒由輸入管件導引至輸出管件，讓工作流體與固體顆粒較容易地往輸出管件移動，提升固體顆粒輸送的效果。

為讓本發明能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

10、20‧‧‧送料裝置

11‧‧‧進料組件

112‧‧‧輸入管件

112a‧‧‧輸入段

112b‧‧‧牽引段

113‧‧‧環形部

114‧‧‧傾斜部

116‧‧‧噴流孔

117‧‧‧外邊部

118‧‧‧被組裝部

12‧‧‧混合輸出組件

121‧‧‧組裝管件

122‧‧‧輸出管件

122a‧‧‧漸縮段

122b‧‧‧輸出段

124‧‧‧氣體注入口

128‧‧‧組裝部

130‧‧‧導引腔體

150‧‧‧通孔

B1、B2‧‧‧邊界層薄膜

CF‧‧‧漸縮面

D‧‧‧管徑

G‧‧‧氣流

E1‧‧‧端面

L‧‧‧長度

P1‧‧‧第一端

P2‧‧‧第二端

SD‧‧‧固體顆粒

W‧‧‧工作流體

W1‧‧‧外壁

W2‧‧‧內壁

θ‧‧‧傾斜角度

圖1為本發明之送料裝置一實施例的立體圖。

圖2為本發明之送料裝置一實施例的分解圖。

圖3為本發明之送料裝置一實施例的剖面圖。

圖4為本發明之送料裝置另一實施例的剖面圖。

圖5為本發明針對不同管徑之環形送料裝置的測試結果示意圖。

以下結合附圖和實施例，對本發明的具體實施方式作進一步描述。以下實施例僅用於更加清楚地說明本發明的技術方案，而不能以此限制本發明的保護範圍。需說明的是，為了說明上的便利和明確，圖式中各元件的長度、厚度或尺寸，係以誇張或省略或概略的方式表示，且各元件的尺寸並未完全為其實際的尺寸。

圖1為本發明之送料裝置一實施例的立體圖。圖2為本發明之送料裝置一實施例的分解圖。圖3為本發明之送料裝置一實施例的剖面圖。請參閱圖1至圖3，本實施例之送料裝置10包括一進料組件11以及一混合輸出組件12。

在本實施例中，進料組件11包括一輸入管件112、一環形部113、一傾斜部114、至少一噴流孔116、一外邊部117以及一被組裝部118。輸入管件112本身為一中空管體，輸入管件112之管徑D的範圍為25.4mm 至127mm，輸入管件112用以輸入一工作流體W以帶動一固體顆粒SD。環形部113與被組裝部118分別設置於輸入管件112之外壁，被組裝部118例如為設置於輸入管件112之外壁的一外螺紋。外邊部117設置於輸入管件112之外壁並連接於被組裝部118，外邊部117鄰近被組裝部118之一側面高於被組裝部118。

在本實施例中，傾斜部114傾斜地配置於輸入管件112之一軸向方向上的一端面E1，端面E1位於環形部113，傾斜部114相較輸入管件112之軸向方向上的端面E1具有一傾斜角度θ，且傾斜部114係朝輸入管件112內傾斜，換言之，傾斜角度θ的範圍為2度至10度之間，藉此在輸入管件112之環形部113的端面E1上，設計一具傾斜角度θ並朝輸入管件112內傾斜的傾斜部114。

在本實施例中，至少一噴流孔116設置於傾斜部114，各噴流孔116之直徑的範圍為1.0mm至3.0mm之間。以圖2為例，噴流孔116的數量為8個，其中傾斜部114的上方有4個噴流孔116，傾斜部114的下方有4個噴流孔116，成一對稱配置，但本發明不對噴流孔116的數量加以限制。在另一實施例中，可在傾斜部114的上方配置1個噴流孔116。

在本實施例中，混合輸出組件12本身為一中空管體，混合輸出組件12包括一組裝管件121、一輸出管件122、氣體注入口124以及一組裝部128。組裝管件121連接於輸出管件122，其中組裝管件121之管徑大於輸出管件122之管徑。輸出管件122包括一漸縮段122a與一輸出段122b，漸縮段122a具有相對的一第一端P1與一第二端P2，漸縮段122a之第一端P1連接於組裝管件121，漸縮段122a之第二端P2連接輸出段122b，且漸縮段122a的第一端P1之管徑大於漸縮段122a的第二端P2之管徑，使得漸縮段122a形成一漸縮結構。

在本實施例中，氣體注入口124設置於組裝管件121，氣體注入口124穿過組裝管件121之壁面，使得氣體注入口124能連通至組裝管件121之內部。組裝部128設置於組裝管件121前端之一內壁，組裝部128設例如為設置於組裝管件121內的內螺紋。

在本實施例中，混合輸出組件12連接於進料組件11，組裝管件121之管徑大於輸入管件112之管徑。組裝管件121組裝於輸入管件112之外周圍，組裝管件121的組裝部128與輸入管件112的被組裝部118相互組裝，組裝管件121之端面承靠至外邊部117，使輸入管件112連通於輸出管件122，以組合成本實施例之送料裝置10，其中如圖3所示，輸入管件112之外壁W1、環形部113、組裝管件121之內壁W2、組裝部128與被組裝部118共構成導引腔體130。此外，在一未繪示實施例中，可在適當位置配置密封元件，提升導引腔體130之密封性。例如，可在環形部113與組裝管件121之間配置密封環(O-ring)。

在本實施例中，輸入管件112包括一輸入段112a與一牽引段112b，輸入段112a連通牽引段112b，牽引段112b的位置對應於導引腔體130的位置，即導引腔體130設置於組裝管件121與輸入管件112的牽引段112b之間。氣體注入口124連通導引腔體130，氣體注入口124用以注入氣流G至導引腔體130內部，導引腔體130連通於至少一噴流孔116。另一方面，傾斜部114相鄰於漸縮段122a之一漸縮面CF，傾斜部114之傾斜方向與漸縮面之122a傾斜方向相反，而各噴流孔116之傾斜方向與漸縮面CF之傾斜方向相同。

藉此配置之下，輸入管件112用以輸入工作流體W以帶動固體顆粒SD，導引腔體130用以供氣流G由噴流孔116注入至輸出管件122內，並用以導引工作流體W與固體顆粒SD由輸入管件112傳輸至輸出管件 122。詳細而言，由於傾斜部114係傾斜配置在輸入管件之軸向方向上的端面E1，且傾斜部114具有至少一個噴流孔116，換言之，並非傾斜部114的所有位置均能注入氣流G，而噴流孔116之直徑的範圍為1.0mm至3.0mm之間。當氣流G由噴流孔116注入至輸出管件122時，藉由降低或控制噴孔流116的尺寸與配置位置，可使得氣流G能以較為高速速度噴注至輸出管件122內，並由於傾斜部114係為一傾斜配置之斜面，使得氣流G以傾斜方向於輸出管件122內流動，氣流G沿著漸縮面CF流動至輸出段122b，在輸出管件122之輸出段122b壁面形成邊界層薄膜B1，進而產生邊界層吸附效應，與此同時，在輸入管件112的牽引段112b中產生一負壓區，使得輸入管件112內的工作流體W與固體顆粒SD受到負壓牽引，形成一高壓之氣流G用以吸引工作流體W與固體顆粒SD由牽引段112b導引至輸出管件122，使得工作流體W與固體顆粒SD較容易地往輸出管件122移動，提升固體顆粒SD輸送的效果。

進一步，由於輸送固體顆粒SD效果的提升，本實施例能以較小的體積之送料裝置10來輸送更高流量的固體顆粒，達到適用輕量化需求，亦能適用於輸送高密度的固體顆粒之移動床化學迴路系統，其中固體顆粒尺寸範圍75um~3mm。

此外，本實施例之輸出段122b之長度L的範圍為輸入管件112之管徑D的2倍至6倍之間，使得氣流G可於流體輸出段內形成完全發展流(fully developed flow)，使得產生邊界層吸附效應，更能提升固體顆粒SD輸送的效果。

圖4為本發明之送料裝置另一實施例的剖面圖。請參閱圖4，需說明的是，圖4的送料裝置20與圖1至圖3的送料裝置10相似，其中相同的構件以相同的標號表示且具有相同的功能而不再重複說明，以下僅說明差異處。圖4的送料裝置20與圖1至圖3的送料裝置10的差異在於：圖4的送料裝置20的輸入管件112包括至少一通孔150，通孔150係穿過牽引段112b的壁面，通孔之直徑的範圍為100μm至10mm之間，且通孔150連通導引腔體130，換言之，氣體注入口124注入氣流G至導引腔體130內部時，導引腔體130內之氣流G可由噴流孔116注入至輸出管件122內以外，氣流G還能由通孔150注入至輸入管件112內。

在此配置之下，藉由在輸入管件112之牽引段112b設置通孔150，由於本實施例之通孔150之直徑小於噴流孔116之直徑，使得大部分之氣流G仍主要由噴流孔116注入至輸出管件122內，少部分之氣流G可由通孔150注入至輸入管件112內，於牽引段112b之內壁面形成邊界層薄膜B2，使得當固體顆粒SD被輸送時，氣流G能給予輸入管件112中的固體顆粒SD一遠離輸入管件112內壁面之作用力。因此，藉由邊界層薄膜B2可降低並改善固體顆粒SD與輸入管件112管壁間的摩擦力，及破壞架橋現象(bridging)，以提高固體顆粒SD的輸送效果。

圖5為本發明針對不同管徑之環形送料裝置的測試結果示意圖。請參閱圖5。圖5中有三種不同管徑尺寸的環形送料裝置，其中50mm之環形送料裝置係指參考本發明之圖1至圖3的送料裝置10的設計，且輸入管件112之管徑為50mm；38mm之環形送料裝置與76mm之環形送料裝置係為習用技術之送料裝置，作為對照組，進行氣體流量(100LPM、120LPM、140LPM、160LPM及180LPM)與固體載氧體流量的測試，其中LPM為每分鐘公升數，即公升/分(1/min)。由圖5可知，於測試氣體流量(100LPM、120LPM、140LPM、160LPM及180LPM)的範圍中，38mm之環形送料裝置於氣體流量140LPM以上，固體載氧體流量已趨近固定值，約15kg/min，顯示無論在怎提升氣體流量，仍會受限於管徑尺寸的影響，而無法提升固體載氧體流量的數值。相較於較小管徑尺寸的38mm之環形送料裝置，除了76mm之環形送料裝置於100LPM的低氣體流量之情況下，無法輸送固體載氧體外，50mm之環形送料機構與76mm之環形送料裝置，於氣體流量100LPM至180LPM的範圍中均有穩定的載氧體輸送性能。

針對50mm之環形送料裝置與76mm之環形送料裝置而言，50mm之環形送料裝置的體積較76mm之環形送料裝置的體積減少約60%。相較於較大管徑尺寸的76mm之環形送料裝置，50mm之環形送料裝置採用本發明如圖1至圖3的送料裝置10的設計，於測試氣體流量(100LPM、120LPM、140LPM、160LPM及180LPM)的範圍中，50mm之環形送料裝置之固體載氧體輸送流量可增加約33%，顯示50mm之環形送料裝置的固體載氧體流量均優於76mm之環形送料裝置的固體載氧體流量，換言之，本發明的送料裝置能以較小管徑，提供更高的固體載氧體輸送量。除此之外，50mm之環形送料裝置能以較低氣體流量(100LPM)，進行低流量之固體載氧體輸送，使得可氣送的流量範圍更廣，並能彌補較大的氣送截面積下，造成邊界層吸附效應不足之缺點。

綜上所述，在本發明之送料裝置中，將傾斜部設計成傾斜地配置於輸入管件之軸向方向上的端面，當氣流由噴流孔注入至輸出管件內時，所述氣流即以傾斜方向於輸出管件內流動，並在輸出管件之壁面形成邊界層薄膜，進而產生邊界層吸附效應，並在輸入管件中產生一負壓區，使得輸入管件內的工作流體與固體顆粒受到負壓牽引，使得氣流吸引工作流體與固體顆粒由輸入管件導引至輸出管件，讓工作流體與固體顆粒較容易地往輸出管件移動，提升固體顆粒輸送的效果。

進一步，由於輸送固體顆粒效果的提升，本發明能以較小的體積之送料裝置來輸送更高流量的固體顆粒，達到適用輕量化需求，亦能適用於輸送高密度的固體顆粒之移動床化學迴路系統。

再者，本發明之傾斜部具有至少一個噴流孔，而噴流孔之直徑的範圍為1.0mm至3.0mm之間，換言之，並非傾斜部的所有位置均能注入氣流，藉此降低或控制噴孔流的尺寸與配置位置，使得氣流能以較為高速速度噴注至輸出管件內，並使得氣流能在輸出管件之輸出段之適當距離完全發展。

此外，本發明之輸出段之長度的範圍為輸入管件之管徑的2倍至6倍之間，使得氣流可於流體輸出段內形成完全發展流，較能有效產生邊界層吸附效應，更能提升固體顆粒輸送的效果。

另外，本發明藉由在輸入管件設置通孔，通孔用以供氣流由通孔注入至輸入管件之內，於輸入管件之內壁面形成邊界層薄膜，藉由邊界層薄膜可降低並改善固體顆粒與輸入管件管壁間的摩擦力，及破壞架橋現象，以提高固體顆粒的輸送效果。

進一步，由於本發明之通孔之直徑小於噴流孔之直徑，使得大部分之氣流仍主要由噴流孔注入至輸出管件內，使得在輸入管件中產生負壓區，並且，讓輸入管件內的工作流體與固體顆粒受到負壓牽引的同時，配合少部分氣流由通孔注入至輸入管件內，給予輸入管件中的固體顆粒一遠離輸入管件內壁面之作用力，更加提升固體顆粒輸送的效果。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims

一種送料裝置，包括：一進料組件，包括一輸入管件、一傾斜部以及至少一噴流孔，該輸入管件用以輸入一工作流體，該傾斜部傾斜地配置於該輸入管件之一軸向方向上的一端面，該傾斜部相較該輸入管件之該軸向方向上的該端面具有一傾斜角度，且該傾斜部係朝該輸入管件內傾斜，該至少一噴流孔設置於該傾斜部；一混合輸出組件，連接於該進料組件，該混合輸出組件包括一組裝管件及與該組裝管件連接之一輸出管件，該組裝管件組裝於該輸入管件之外周圍，使該輸入管件連通於該輸出管件；以及一導引腔體，設置於該組裝管件與該輸入管件之間，該導引腔體連通於該至少一噴流孔，其中該導引腔體用以供一氣流由該至少一噴流孔注入至該輸出管件內。
如申請專利範圍第1項所述之送料裝置，其中該輸出管件包括一漸縮段與一輸出段，該漸縮段具有相對的一第一端與一第二端，該漸縮段之該第一端連接於該組裝管件，該漸縮段之該第二端連接該輸出段，且該漸縮段的該第一端之管徑大於該漸縮段的該第二端之管徑。
如申請專利範圍第2項所述之送料裝置，其中該輸出段之長度的範圍為該輸入管件之管徑的2倍至6倍之間。
如申請專利範圍第2項所述之送料裝置，其中該傾斜部相鄰於該漸縮段之一漸縮面，該傾斜部之傾斜方向與該漸縮面之傾斜方向相反。
如申請專利範圍第4項所述之送料裝置，其中各該噴流孔之該傾斜方向與該漸縮面之該傾斜方向相同。
如申請專利範圍第1項所述之送料裝置，其中該傾斜角度的範圍為2至10度之間。
如申請專利範圍第1項所述之送料裝置，其中各該噴流孔之直徑的範圍為1.0mm至3.0mm之間。
如申請專利範圍第1項所述之送料裝置，其中該輸入管件之管徑的範圍為25.4mm至127mm。
如申請專利範圍第1項所述之送料裝置，其中該組裝管件之管徑大於該輸入管件之管徑，該混合輸出組件包括一組裝部，該組裝部設置於該組裝管件之一內壁，且該進料組件包括一被組裝部與一環形部，該環形部與該被組裝部分別設置於該輸入管件之一外壁，且該端面位於該環形部，該組裝部與該被組裝部相互組裝，使該輸入管件之該外壁、該環形部、該組裝管件之該內壁、該組裝部與該被組裝部共構成該導引腔體。
如申請專利範圍第1項所述之送料裝置，其中該混合輸出組件包括一氣體注入口，該氣體注入口設置於該組裝管件，且該氣體注入口連通該導引腔體。
如申請專利範圍第1項所述之送料裝置，其中該輸入管件包括一輸入段與一牽引段，該輸入段連通該牽引段，該牽引段的位置對應於該導引腔體的位置。
如申請專利範圍第11項所述之送料裝置，其中該輸入管件包括至少一通孔，各該通孔連通該導引腔體，各該通孔用以供該氣流由該至少一通孔注入至該牽引段之內。
如申請專利範圍第12項所述之送料裝置，其中各該通孔之直徑小於各該噴流孔之直徑。
如申請專利範圍第12項所述之送料裝置，其中各該通孔之直徑的範圍為100μm至10mm之間。