CN111925813A - 用于生产绿色农用木炭的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于用农业有机材料生产绿色农用木炭的装置，包括：适于容纳有机材料的容器(5)；包围容器(5)并在所述容器(5)周围界定出中间空间的外壳(1)；用于加热中间空间的系统；和配置为搅拌放置在所述容器(5)中的有机材料的旋转搅拌系统；其特征在于，所述旋转搅拌系统包括相对于所述容器(5)固定的多个叶片(15)和相对于所述容器(5)转动的多个动叶片(14a、14b)，多个固定叶片(15)沿转动轴线(13)分布于至少两个固定叶片级(15)之间，所述多个动叶片(14a、14b)沿转动轴线(13)分布于至少两个动叶片级，所述固定叶片级和所述动叶片级沿所述转动轴线(13)交替。

Description

用于生产绿色农用木炭的装置

本申请是第201480066440.5号中国发明专利申请的分案申请。该中国发明专利申请基于国际申请PCT/EP2014/075982，申请日为2014年11月28日，发明名称为“用于生产绿色农用木炭的装置”。

本发明涉及用于生产农用木炭的装置。农用木炭通常被称为“生物炭”，是生物和木炭两个术语的缩写，生物炭用于改善或恢复热带或非热带环境中的土壤，尤其是耕地。

本发明能够用例如稻草之类的农业有机材料制造农用木炭，但这个例子并非限制性的。尤其可以使用其它的农业有机生物质或其它形式的生物质的废弃物。通常为所说的术语绿色木炭。

在本领域中，申请人已通过公开文献WO-A-2012/059113提出一种用于制造农用木炭的装置。根据该公开文献，形成容器以容纳例如稻草的有机材料并用于产生转化，在容器内有机材料经受热量增加以产生类似于热解的无氧反应，以将有机材料分解为生物炭形式的炭质制品。容纳有机材料的容器由经受高温的外壳的外围空间围绕(例如通过燃油器)。在该操作中，可产生搅拌。在加热周期结束时，因此转化的有机材料冷却，然后通过位于装置底部的出口排出。

总的来说，根据现有技术的上述装置满足了能够快速有效地生产大量农用木炭的需求，尤其是由于原地喷水冷却。然而，申请人发现该现有技术可以被改进，尤其可以针对在炭化阶段施加于有机材料的搅拌效力进行改进。

本发明的目的是提出一种改进。

文献JP-A-2005/146119示出了在混合空间具有多个旋转叶片的机器。具有参考标号16的固定突出部分存在于限定搅拌容积的容器的圆周上。然而，该搅拌仍然受限。

根据本发明实施方式的一方面，提供一种用于用农业有机材料生产农用木炭的装置，该装置包括能容纳有机材料的容器、包围容器并在容器周围界定出中间空间的外壳、用于加热中间空间的系统和配置为搅拌放置于容器中的有机材料的旋转搅拌系统。

有利地，旋转搅拌系统包括相对于容器固定的多个叶片和相对于容器能够旋转的多个叶片，多个固定叶片沿转动轴线分布于至少两个固定叶片级，多个动叶片沿转动轴线分布于至少两个动叶片级，固定叶片级和定叶片级沿转动轴线交替。

因此，通过本发明，搅拌系分布在相对于容器固定的部分和可动部分之间。在容器高度上方的搅拌机构使搅拌良好分散在容器中的农业有机材料的整个体积中，并因此更好地应用由外壳加热而来的热量增加。结果可以改善热解，即在热解期间产生更完全、更快速并且产生更少堵塞物的热解作用，从而可以将搅拌力分布在多个动叶片级，而没有破坏或驱动过大的任何问题的风险。

有利地，分别来自固定叶片级和动叶片级的任意两个相邻级的间距在50至150mm之间。

此外，当容器具有位于垂直于转动轴线的平面内的圆形截面时，固定叶片的长度可大于容器半径的50％。此外或作为选择方案，在优选示例中，至少对于固定叶片中的一个来说，该长度大于半径的90％。

搅拌由于上述布置而变得有效。鉴于JP-A-2005/146119通过小尺寸的突出部分16提出横向附接点，本申请建议固定叶片朝搅拌空间大大突出。这些叶片完全参与进混合中，包括转动轴线附近的叶片，这会导致搅拌更加有效，而现有技术是简单地朝向主要由转动部分形成的搅拌。

此外，当分别来自固定叶片级和动叶片级的任意两个相邻级的间距在50至150mm之间时，获得的搅拌有效并且不会大量增加活动部件的转动扭矩。

其它目的和优点将出现在下面的描述中，其显示出本发明的示例性但非限制性的优选实施方式。

通过示例的方式给出附图，且不构成对本发明限制。这些附图仅表示出本发明的一个实施方式并使其容易理解。

图1示出了本发明的装置的实施方式的整体剖视图；

图2示出了根据图1中实施方式的装置的俯视图；

图3示出了外壳和容器的部分的构造示例；

图4和图5分别示出了本发明的梁部件的剖视图和俯视图；

图6和图7分别示出了叶片系统的剖视图和俯视图；

图8和图9分别示出了可根据本发明使用的另一个叶片系统的剖视图和俯视图；

图10示出了容器主体的实施方式的侧视图，图11为图10中容器主体的俯视图。

在对本发明的实施方式详细描述前，尤其是在支持附图的详细描述前，引入下述特征，其可选择单独地或相互间任意组合来体现本发明：

-旋转搅拌系统包括四个动叶片级和三个固定叶片级；

-固定叶片级包括具有相同纵轴的两个叶片；

-容器的侧壁具有垂直于转动轴线的圆形截面；

-至少一个固定叶片级的固定叶片以小于圆形截面的直径的25％的距离间隔开；

-至少一个动叶片级包括两个关于转动轴线对称的叶片；

-至少一个级的动叶片的长度大于圆形截面的半径的75％；

-容器包括朝出口管道的方向向下倾斜的底壁；

-旋转搅拌系统包括沿转动轴线位于对应于容器的侧壁与底壁间的接合区域的高度上的附加动叶片级；

-附加动叶片的长度小于动叶片级的动叶片的长度；

-分别来自固定叶片级和动叶片级的任意两个相邻级的间距在50至150mm之间；

-固定叶片均位于包含转动轴线的同一平面内；

-动叶片安装在单轴上；

-轴安装成在底壁上转动；

-轴安装成在横向于转动轴线的梁上转动；

-梁包括用于向容器内注入冷却液的管道；

-梁由闭合容器的顶部开口的盖越过；

-动叶片均位于包含转动轴线的同一平面内；

-当容器具有位于垂直于转动轴线的平面内的圆形截面时，固定叶片的长度可大于容器半径的50％。此外或作为替代方案，在优选示例中，至少对于固定叶片中的一个来说，该长度大于半径的90％。

在图1给出的示例中，装置整体为具有外壁2的外壳1的形式，外壁2有利地由绝热层覆盖，例如使用玻璃管(glass straw)和/或耐火材料和/或陶瓷材料。隔热的外壁2有利地覆盖外壳1的侧面的至少一部分和底部外周。尤其在图2的平面图中可见该组件还包括盖4，盖4是基本具有圆形截面的箱体(case)系统。盖4提供进入外壳1的内部空间的入口，随后将更详细地描述内部空间的部件装置优选包括与盖4相对的基座3，基座3构成支撑在例如为地面的支撑件上的结构。有利地，外壳1的底部为平的。

在图1和图10的示例中，外壳1的空间容纳容器5，容器5由基本沿轴线13延伸的主体构成，该主体例如具有圆形截面以形成其轴线13优选为竖直的圆柱体。在该示例中，容器5在其底部包括例如为斜面形式的底壁7，底壁7具有斜面，该斜面能够使产生的木炭通过重力作用朝图1和图2中可见的出口管道8的方向从容器5的主体部分落下。可以理解的是，如稻草的有机材料可通过容器5的相应于位于盖5的顶端进入，在容器5的主体内部通过热解强制转化该材料，并将由此产生的农用木炭通过出口管道8排出。

一般来说，在根据本发明的装置内产生的反应可满足出现在上述现有技术WO-A-2012/059113中的条件。该装置有利地包括：

-加热管道30，其远端连接至例如为气体燃烧器或燃油燃烧器的燃烧器29，以为外壳1位于外壁2和容器5的外表面间的部分提供高热量。在该中间空间中，可以在缺少空气时加热有机材料以进行碳化过程。以这种方式可以生产出被称为生物炭的粉末。在该循环中，热解产生的气体可通过排放管10排出，或通过将它们再循环以用于加热外壳1的中间空间而引起热解，或在外部燃烧。此外，如果需要，废气道9将外壳1的内部空间连接至大气。

可以理解的是，作为制造生物炭的基础的有机材料有效、均匀的裂解对系统的效能很重要。为此，本发明在容器5内包括特殊的搅拌系统。

特别地，在图1所述示例中，该系统包括多个叶片，其中一些叶片为固定叶片15，一些叶片为动叶片14a、14b，这些叶片以特定方式配合以使有机材料的搅拌均匀。更特别地，容器5的圆柱形主体的内壁上配备有多个固定叶片级15。在图10和图11的例子中，每个固定叶片15朝向容器5的直径方向并对称分布在单一直径上。该组件有利地沿动叶片14a、14b的转动轴线13对称。

图10显示出三个固定叶片级15的形成，例如以约150至250mm的规律或非规律的间隔分布。容器5的合适直径可为约1300mm。固定叶片15具有例如约500mm的长度，有利地，对于它们中的至少一个(优选为每个)来说长度一般大于容器5半径的50％(对于这些叶片15中的至少一个，有利地为90％)。此外，为了产生阻碍有机材料沿容器5下降的足够障碍，固定叶片级的叶片15有利地以小于容器5的圆形截面直径25％的距离隔开。本发明并不排除在每级或在一些级形成大量固定叶片。在图1所述示例中，本发明的搅拌系统还包括相对于容器5移动且具有四个叶片级14a的部分，该部分的一个实施方式尤其在图6和图7中可见。动叶片可制造成均匀分布的级，例如以200mm间距隔开。每级可包括关于转动轴线13对称的两个叶片14a。每个叶片级有利地包括能够将该叶片级安装在沿轴线13方向定向的轴12上的安装环16。可以理解的是，共享同一轴12对于动叶片级14a是有利的，从而可使动叶片级14a例如利用马达、变速箱和耦合系统很容易地连接至驱动器21。在图1中的例子中，驱动器21位于盖4的上方，并且盖4中的通道使轴12能够穿过容器5内部。

图6和图7描述的叶片，有利地如固定叶片15，定向为垂直于转动轴线13。而且它们优选关于轴线13对称。它们的直径优选为配置为覆盖容器5的半径的至少75％。从图1可以很清楚地看出，以这种方式形成固定叶片系统和动叶片系统，使朝向容器5中心和朝向容器5外周的搅拌均匀分布。

在一个实施方式中，固定叶片15配置在与包含轴线13的平面相同的平面内，并有利地为竖向平面。同样，动叶片14a有利地包括在包含有轴线13的平面内，并有利地为竖向平面，该平面相对于容器5旋转。在图1的例子中，在容器5的主体底部，可以在容器5的圆柱形主体部分与底壁部分7间的接合处放置附加叶片级14b，底壁7的斜坡朝向出口管道8。定义附加叶片14b的例子在图8和图9可见。与叶片14a一样，安装环16允许轴12安装。如前述叶片，叶片14b有利地关于轴线13对称制作，以整体沿容器5的直径定向。按照要求，对于直径为1300mm的容器来说，固定叶片15和动叶片14a、14b的宽度可在40mm至60mm之间。

从图3中可见，轴12可优选由置于底壁7上的轴承31引导。

应当注意的是，容器5可成形为易安装于外壳1内。更确切地说，如图3很明显所示，外壳1的内表面优选为在其顶端、在开口处包括朝向容器5的圆柱形主体部分内部并能够容纳该部分的环缘20。在图3的示例中，容器5的相对部分(对应于图10中可见的底缘17)由位于底壁7顶端的槽19容纳。应当注意的是环缘20有利地与容器5的上缘18配合，这些使得容器5能够相对于限定在容器5与外壳1的外壁2之间的中间空间有效隔开。如图3所示，方形支架的加强件11使底壁7加强。

根据本发明的另一方面，装置包括如图4和图5中可见的以伸长组件形式存在的梁22，其在容器5和盖4之间可附接至容器5的顶端。特别地，所述梁22包括可固定至外壳1外围的第一和第二端25、26。梁22的中间部分安装在容器5的开口顶端。有利地，梁22定向为沿容器5的直径。梁22优选在其长度的中部包括导向孔23，以使轴12能够通过并被引导。可以理解的是，用于动叶片的有效的导向系统与轴承31结合形成。梁22上还设置有孔24以连接排放管10。

此外，根据本发明的装置有利地包括用于用例如水的冷却液喷淋容器5的内部空间的系统。有利地，该喷淋系统与上述梁22结合。在所述示例中，冷却入口27提供一个或多个图5中以冷却管32的形式可见的管道。

这些管道中的每个优选包括朝向容器5内部的多个开口，以当其有助于制造周期时分布水的喷淋。特别地，水的喷淋可发生在制造结束时以快速冷却制造出的农用木炭，并使该农用木炭通过出口管道8能够更快速地排出。

可根据特别有效的方法使用本发明的装置，其中：

-通过移动盖4使通向容器5的入口打开；

-图2中显示的球状稻草形式的有机材料被放置到容器5内。可以通过一个或多个进入区域28进入，这在图2中也可见。一旦有机材料被放入容器5中，就可将盖放下来以密封容器5的内部空间。容器5与外壳1之间的中间空间有利地在装置的顶端保持密封。当确保密封时，可以启动燃烧器29以在空气不存在的情况下产生热解反应，从而能够制造木炭。有利地，搅拌系统在热解周期的至少一些部分期间是有效的，以将热量更好地应用于有机材料并产生功效更大的碳化作用。叶片的竖向分布以及固定叶片和动叶片的使用可以提供对于必须的驱动能量的搅拌有效且高效的搅拌。在制造结束时，产生的生物炭可通过出口管道8排出。向木炭的转化和搅拌能够获得相对粉状的产品，该粉状产品可以很容易地在重力作用下沿底壁7运动，使得很容易地排出产品。

参考标号

1.外壳

2.外壁

3.基座

4.盖

5.容器

6.侧壁

7.底壁

8.出口管道

9.废气道

10.气体排放管

11.加强件

12.轴

13.轴线

14a、14b.动叶片

15.固定叶片

16.安装环

17.底缘

18.上缘

19.槽

20.环缘

21.驱动器

22.梁

23.导向孔

24.孔

25.第一端

26.第二端

27.冷却入口

28.进入区域

29.燃烧器

30.加热管道

31.轴承

32.冷却管

Claims (10)

1.一种用于用农业有机材料生产绿色农用木炭的装置，包括：

-能够容纳所述有机材料的容器(5)；

-包围所述容器(5)并在所述容器(5)周围界定出中间空间的外壳(1)；

-用于加热所述中间空间的系统；

-配置为搅拌放置在所述容器(5)中的所述有机材料的旋转搅拌系统；

其特征在于，所述旋转搅拌系统包括相对于所述容器(5)固定的多个叶片(15)和相对于所述容器(5)转动的多个动叶片(14a、14b)，所述多个固定叶片(15)沿转动轴线(13)分布于至少两个固定叶片级(15)中，所述多个动叶片(14a、14b)沿转动轴线(13)分布于至少两个动叶片级中，所述固定叶片级和所述动叶片级沿所述转动轴线(13)交替，其中，分别来自固定叶片级(15)和动叶片级(14a、14b)的任意两个相邻级的间距在50至150mm之间，其中，所述容器(5)的侧壁(6)具有垂直于所述转动轴线(13)的圆形截面，且至少一个固定叶片(15)的长度大于所述容器(5)半径的50％。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述旋转搅拌系统包括四个动叶片级(14a、14b)和三个固定叶片级(15)。

3.根据前述权利要求之一所述的装置，其中固定叶片级(15)包括具有相同纵轴的两个叶片。

4.根据前述权利要求所述的装置，其中至少一个固定叶片级的固定叶片(15)以小于所述圆形截面直径的25％的距离间隔开。

5.根据前述权利要求之一所述的装置，其中所述至少一个固定叶片级的固定叶片(15)中的每一个的长度大于所述容器(5)的半径的90％。

6.根据前述权利要求之一所述的装置，其中至少一个动叶片级(14a、14b)包括两个关于所述转动轴线(13)对称的叶片。

7.根据前述权利要求所述的装置，其中至少一个级的所述动叶片(14a、14b)的长度大于所述圆形截面半径的75％。

8.根据前述权利要求之一所述的装置，其中所述容器(5)包括朝出口管道(8)的方向向下倾斜的底壁(7)。

9.根据前述权利要求所述的装置，其中所述旋转搅拌系统包括沿所述转动轴线(13)位于对应于所述容器(5)的侧壁(6)与底壁(7)间的接合区域的高度上的附加动叶片级(14b)。

10.根据前述权利要求所述的装置，其中所述附加动叶片(14b)的长度小于所述动叶片级的动叶片(14a)的长度。

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