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Hintergrund der Erfindung
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein Zerkleinerungs- oder Zersetzungssysteme,
und insbesondere ein zweistufiges Zerkleinerungs- und Dehydrierungssystem
eines geschlossenen Kreislaufs.
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2. Beschreibung des verwandten
Standes der Technik
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Vorrichtungen
zum Zerkleinern und Dehydrieren sind gut bekannt. Beispiele enthalten
US Patent Nr. 5,236,132 ,
welches an den Rechtsnachfolger des Anmelders am 4. Februar 1997
erteilt wurde. Solche Zerkleinerungs- und Dehydrierungsvorrichtungen
des Standes der Technik umfassen eine Wirbelkammer, welche auf einem
konischen Körper
montiert ist, eine einstellbare koaxiale Hülse zum Einführen von
Material, das zu verarbeiten ist, einen Dämpfer zum Reduzieren eines
Luftstroms durch die Hülse,
und ein Gebläse.
Eine Zuführeinheit
ist zwischen dem Gebläse
und der Kammer angeordnet, und Material kann in die Kammer durch die
koaxiale Hülse
eingeführt
werden. Bearbeitetes Material kann auf einem Förderband, einem pneumatischen
Beförderungssystem,
abgelagert werden oder in einem offenen Behälter gesammelt werden. Solche
Zyklonzerkleinerungsvorrichtungen sind zum Bearbeiten von Materialien,
wie beispielsweise Mineralien, Pflanzen, Nahrungsprodukte, wiederverwertbare
Materialien und Erdboden geeignet.
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Sie
können
zum Pulverisieren und Separieren von Erzen, wie beispielsweise Gold,
Silber, Kupfer, Kaolin eingesetzt werden, und welche aus Gesteinsformationen
wiedergewonnen werden, welche eine unterschiedliche Dichte oder
Struktur als das Erz zeigen. Sie können auch eingesetzt werden,
um Materialien wie beispielsweise Gips, Flugasche, Gießereischarbe,
Kohle, Koks, Phosphate und Restprodukte von Raffinations- und Destillationsprozessen,
welche Tiergehäuse
und Schalentiere sowie Knochen, Diatomerde und Bodenstrukturen umfassen,
zu pulverisieren und zu dehydrieren. Sie können auch eingesetzt werden,
um Nahrungsprodukte wie beispielsweise Korn und Kornkomponenten,
wie beispielsweise Gluten, zu pulverisieren, zu dehydrieren und
zu konservieren, und zur Fraktionalisierung der Stärkeproteinmatrix
sowie zur Verbesserung des Lipid- oder Fasergehalts zur weiteren
Bearbeitung oder Entfettung. Sie können auch zur Fragmentierung und
Dehydrierung von faserartigen Nahrungsmitteln wie beispielsweise
Karotten, Äpfeln,
Bohnen und Spinat und zur Pulverisierung und Dehydrierung von lignocellulosischen
Biomassenmaterialien, wie beispielsweise Bäume, Seegras, Stroh, Torfmoos,
Altpapier und Tierabfälle,
eingesetzt werden. Solche Wirbelzerkleinerer-Dehydrierungseinheiten
können
auch beim Recyceln zum Pulverisieren von Glas, Metallen, Kunststoffen oder
organischen Materialien eingesetzt werden, so dass solche Komponenten
mechanisch sortiert und getrennt werden können. Die Einheiten können auch
verwendet werden, um Böden
zu pulverisieren und zu dehydrieren, und um sie von Gestein, Asche,
Bor, Kohlenwasserstoffen und anderen Verunreinigungen entweder alleine
oder in Verbindung mit Wasch-, Thermal-, biologischen oder anderen
Behandlungsprozessen zu trennen.
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Jedoch
sind Zerkleinerungsdehydrierungssysteme und Verfahren des Standes
der Technik nicht besonders geeignet zur Verarbeitung von zähflüssigen Materialien,
wie beispielsweise ein Boden, welcher durch Erdöl oder andere chemische verschütteten Materialien
oder Tierabfälle
kontaminiert ist, gewesen. Solche Systeme und Verfahren sind auch
nicht insbesondere geeignet zum Fördern von Partikeln einer vorbestimmten
Größe und eines
ausgewählten
Feuchtigkeitsgehalts oder zum Vorbereiten von einheitlichen homogenen Mischungen
mit konsistenten vorbestimmten Feuchtigkeitsniveaus.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung überwindet
die Probleme, welche zuvor ausgeführt wurden, und sieht ein stark
verbessertes zweistufiges Zerkleinerungs- und Dehydrierungssystem
vor, welches effizient ist, umweltfreundlich, und welches insbesondere
geeignet zur Bearbeitung von Flüssigkeiten
oder zähflüssigen Materialien
ist, um eine vorbestimmte Partikelgröße und Feuchtigkeitsgehalt
zu erreichen.
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Das
System enthält
ein Paar von Wirbelvorrichtungen zum Zerkleinern und Dehydrieren.
Einspritzöffnungen
sind zum Einspritzen von zähflüssigen Substanzen
direkt in den Niederdruckbereich von jedem Konus positioniert. Die
sekundären
Wirbelkammern sind mit einer unteren Austrittsöffnung ausgerüstet. Ein
einzelnes Gebläse
ist mit den Wirbelkammerstrukturen gekoppelt, um einen Luftflusskreislauf
von dem primären
Konusboden zu der sekundären
Konusoberseite zu bilden und von der sekundären Konusoberseite zu der primären Konusoberseite.
Eine Luftströmung
zum Zirkulieren von Material zwischen den Konussen wird durch eine Rückkopplung
von Feuchtigkeits- und Partikelgrößenüberwachungsvorrichtungen in
einer Sammeleinheit, welche mit dem sekundären Konus gekoppelt ist, gesteuert.
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Aufgaben
und Vorteile dieser Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung
im Zusammenhang mit den begleitenden Zeichnungen genommen offensichtlich
werden, in welchen darstellend und beispielhaft bestimmte Ausführungsformen
dieser Erfindung erläutert
werden.
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Die
Zeichnungen stellen einen Teil dieser Beschreibung dar und enthalten
beispielhafte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung und stellen verschiedene Aufgaben und
Merkmale davon dar.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 stellt
eine fragmentarische Seitenansicht einer Gradienkraft-Zerkleinerungs-/Dehydrierungsvorrichtung
in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung dar, wobei Teile zur Klarheit abgetrennt
sind, und wobei bestimmte Teile durchsichtig gezeigt sind.
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2 ist
eine fragmentarische Ansicht der Vorrichtung von 1,
welche einen Dämpfer
davon zeigt;
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3 ist
eine fragmentarische Draufsicht auf den Dämpfer von 2.
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4 ist
eine fragmentarische Draufsicht eines Materialzuführventils,
welches mit einem Gebläse
und einem Verteiler der Vorrichtung gekoppelt ist.
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5 ist
eine vergrößerte Schnittansicht,
aufgenommen im Allgemeinen entlang der Linie 5-5 von 3.
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6 ist
eine vergrößerte Schnittansicht,
aufgenommen entlang der Linie 6-6 von 4, welche
einen Venturimechanismus davon zeigt.
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7 ist
eine vergrößerte fragmentarische
Draufsicht auf einen Verschlussmechanismus der Vorrichtung, wobei
Teile zur Klarheit abgetrennt sind, aufgenommen entlang der Linie
7-7 von 5.
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8 ist
eine vergrößerte fragmentarische
partielle schematische Schnittansicht einer Düse der Vorrichtung von 1,
aufgenommen der Linie 8-8.
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9 ist
eine Seitenansicht einer ersten alternativen Ausführungsform
eines Gradientenkraft-Zerkleinerungs- und Dehydrierungssystems eines
geschlossenen Kreislaufs in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung, wobei eine Materialeinführvorrichtung
schematisch gezeigt ist.
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10 ist
eine vergrößerte fragmentarische
Schnittansicht, aufgenommen entlang der Linie 10-10 von 9.
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11 ist
eine Seitenansicht einer ersten alternativen Ausführungsform
eines Gradienkraft-Zerkleinerungs- und Dehydrierungssystems eines geschlossenen
Kreislaufs in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung.
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12 ist
eine schematische Seitenansicht einer zweiten alternativen Ausführungsform,
welche ein zweistufiges Zerkleinerungs- und Dehydrierungssystem
umfasst, welches die vorliegende Erfindung verkörpert.
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13 ist
eine vergrößerte fragmentarische
schematische Seitenansicht eines Segments eines zweiten Beines der
Rohrleitung, wie in 12 gezeigt ist, welche eine
Luftströmung
durch einen Venturimechanismus davon zeigt.
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14 ist
eine vergrößerte fragmentarische
schematische Draufsicht auf den Venturimechanismus von 13.
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15 ist
eine schematische Seitenansicht einer Schredder-/Trocknungsanordnung,
welche in einer Position zum Zuführen
von geschreddertem Material zu einer primären Luftschleuse der Ausführungsform
von 12 gezeigt ist.
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Detaillierte Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen
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Wie
erforderlich, sind hier detaillierte Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung offenbart; jedoch sei verstanden, dass die offenbarten
Ausführungsformen
rein exemplarisch für
die Erfindung sind, welche in verschiedenen Formen ausgeführt werden
kann. Daher sollen spezifische strukturelle und funktionelle Details, welche
hier offenbart sind, nicht als limitierend interpretiert werden,
sondern lediglich als eine Basis für die Ansprüche und als eine repräsentative
Basis, um dem Fachmann zu lehren, die vorliegende Erfindung verschiedentlich
in nahezu jeder geeigneten detaillierten Struktur einzusetzen.
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1. Zerkleinerungs-/Dehydrierungsvorrichtung
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Das
Bezugszeichen 1 bezieht sich im Allgemeinen auf eine Gradientenkraft-Zerkleinerungs-/Dehydrierungsvorrichtung
zum Zerkleinern einer Vielzahl von unterschiedlichen Materialien,
welche verschiedene Größen und verschiedene
physikalische Eigenschaften aufweisen, in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung,
wie in 1 bis 8 gezeigt ist. Die Vorrichtung 1 umfasst
eine zylindrische Kammer 3, einen Körper 5, eine Druckeinrichtung
wie beispielsweise ein Gebläse 7 und
Rohrleitungseinrichtungen 9, eine Luftgeschwindigkeitsverbesserungseinrichtung
wie beispielsweise einen Venturimechanismus 11, eine Materialeinführeinrichtung 13 zum
Einführen
von Material, welches in der Vorrichtung 1 zerkleinert
wird, eine Zerkleinerungsratensteuereinrichtung und eine Grobkörnigkeitssteuereinrichtung
zum Steuern der Rate der Zerkleinerung des Material, welches zerkleinert
wird, und der Grobkörnigkeit
des zerkleinerten Materials, wie beispielsweise eine Hülse 15 in
Verbindung mit einem Dämpfer 17,
und eine Gravitationsausgabeeinrichtung 19 zum Ausnutzen
der Gravitation, um das zerkleinerte Material aus der Vorrichtung 1 auszugeben.
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Die
zylindrische Kammer 3 weist eine geschlossene ringförmige Oberseite 21 auf,
welche eine zentral beabstandete Öffnung 22 aufweist,
eine geschlossene Seite 23, einen offenen Boden 25 und
eine im Allgemeinen vertikal orientierte Achse AA, wie in 1 gezeigt
ist.
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Der
Körper 5 weist
einen invertierten konisch geformten Hohlraum 27 auf, mit
Basisdimensionen, welche im Wesentlichen ähnlich zu den inneren Dimensionen
der Kammer 3 sind. Der Körper 5 weist ein abgestumpftes
unteres Ende 29 und eine im Allgemeinen vertikal orientierte
Achse auf, welche im Wesentlichen kolinear zu der Achse der Kammer 3 ist.
Der Körper 5 ist
mit der Kammer 3 verbunden und im Allgemeinen darunter
hängend.
Für einige
Anwendungen weist der Körper 5 eine
oder mehrere abnehmbare Düsen 31 auf, deren
Entfernen ein stärkeres
Abkürzen
des konisch geformten Körpers 5 vorsehen.
Vorzugsweise begrenzt der konisch geformte Hohlraum 27 einen
Winkel, wie durch den Pfeil gekennzeichnet ist, welcher durch das Bezugszeichen 32 in 5 gekennzeichnet
ist, innerhalb des Bereichs von 28° bis 42°. Noch bevorzugter begrenzt
der Hohlraum 27 einen Winkel von ungefähr 36°.
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Das
Gebläse 7,
wie beispielsweise ein Druckgebläse
des Modells 602A, wie durch die Garden City Fan & Blower Company
bereitgestellt wird, sieht Luft in großer Menge und mit hoher Geschwindigkeit
vor. Fachleute werden erkennen, dass das Gebläse 7 durch Strom,
Benzin oder jegliche andere geeignete Treibstoffe mit Energie versorgt werden
kann. Die Rohrleitungseinrichtung 9 enthält einen
Verteiler 33 zum Verbinden des Gebläses 7 mit der Kammer 3.
In einer Anwendung der vorliegenden Erfindung weist der Verteiler 33 Dimensionen
von 6 1/2 Inch (16,5 cm) Breite und 9 Inch (22,8 cm) Höhe auf.
Zum Beispiel kann ein Luftstrom von ungefähr 1000–80000 cfm (28,3–2265 m3/min) verwendet werden, während ein
statischer Druck von ungefähr
3–150
Inch (7,6–381
cm) aufrechterhalten wird.
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Der
Verteiler 33 ist mit der Kammer 3 derartig verbunden,
dass Luft, welche dadurch hindurch in die Kammer 3 gedrückt wird,
im Allgemeinen im Wesentlichen tangential in die Kammer 3 gerichtet
wird. Um eine Konsistenz mit natürlichen
Kräften
aufrechtzuerhalten, wird die Luft in die Kammer 3 auf der
linken Seite (nördliche
Hemisphäre)
derartig eingeführt,
dass die Luft sich in einer Richtung im Uhrzeigersinn, nach unten
gesehen, spiralförmig
bewegt.
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De
Venturimechanismus 11 enthält im Allgemeinen ein Paar
von gegenüberliegenden
gebogen geformten Seitenwandplatten 34, welche innerhalb
des Verteilers 33 derartig beabstandet sind, dass eine
Verengung 35 eine Breite von ungefähr 3 1/2 Inch (8,9 cm) aufweist,
Der Venturimechanismus 11 ist im Allgemeinen in enger Nähe zu der
Kammer 3 beabstandet.
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Die
Material einführende
Einrichtung 13 kann Ventil 37, wie beispielsweise
ein Luftschleusenventil eines Modells VJ8x6, wie es von Kice Industries,
Inc. bereitgestellt wird, enthalten. Eine Einlassöffnung 39 des Ventils 37 ist
mit dem Gebläse 7 durch
ein stromaufwärtiges
Rohr 41 derartig verbunden, dass ein Abschnitt der unter
Druck stehenden Luft, welche von dem Gebläse 7 zu der Kammer 3 übertragen
wird, durch das Ventil 37 geleitet wird. Eine Ausgangsöffnung 43 des
Ventils ist mit dem Verteiler 33 durch ein stromabwärtiges Rohr 45 derartig
verbunden, das Material, welches durch die Vorrichtung 1 zerkleinert
und dehydriert wird, allgemein in den Verteiler 33 entweder
an oder stromabwärts
von dem Venturimechanismus 11 geleitet wird. Ein Trichter 47 ist
auf dem Ventil 37 derartig montiert, dass Material, welches
zerkleinert wird, durch Gravitation in das Ventil 37 zugeführt wird.
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Die
Hülse 15 ist
allgemein zylindrisch geformt und weist einen Außendurchmesser auf, welcher
etwas kleiner als die Abmessungen der Öffnung 22 abgemessen
ist. Die Hülse 15 erstreckt
sich axial durch die Kammer 3 und erstreckt sich in den
Hohlraum 27, welcher darunter beabstandet ist. Die Hülse 15 enthält einen
abgestumpften konisch geformten Flansch 49, welcher ein
offenes unteres Ende 51 aufweist.
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Eine
Hebeeinrichtung, wie beispielsweise ein Paar von Hebern 53,
welcher diametral über
der Hülse 15 beabstandet
und im Allgemeinen oberhalb der Kammer 3 sind, sind angepasst,
um kooperativ die Hülse 15 axial
relativ zu der Kammer 3 und dem Hohlraum 27 einzustellen.
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Der
Dämpfer 17 ist
angepasst, um selektiv Luft zu beschränken, welche durch die Hülse 7 von
dem Hohlraum 27 in die umgebende Atmosphäre fließt, wie
durch die Pfeile gekennzeichnet ist, welche durch das Bezugszeichen 54 in 1 gekennzeichnet
sind. Der Dämpfer 11 ist
allgemein über
ein Gewinde auf einer vertikal orientierten mit Gewinde versehenen
Stange 55 montiert, welche mit einer Klammer 57 verbunden
ist, welche mit der Hülse 15 verbunden
ist, wie in 1 und 2 gezeigt
ist, so dass der Dämpfer 17 in
Richtung zu und weg von der Hülse 15 einstellbar
ist. Vorzugsweise ist der Dämpfer 17 als
ein invertierter Konus konfiguriert. In einer Anwendung der vorliegenden
Erfindung beschränkt
der konisch geformte Dämpfer 17 einen Winkel
von ungefähr
70°.
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Der
Dämpfer 17 weist
allgemein Schlitze 59 nahe der unteren Extremität davon
auf. Ein Verschlussmechanismus 61 ist angepasst, um die
Schlitze 59 selektiv zu öffnen und zu schließen, so
dass ausgewähltes Material,
welches zerkleinert wird, dadurch hindurchpassieren kann. Ein Ausgaberohr 63 ist
abnehmbar mit dem Dämpfer 17 verbunden,
so dass Material, welches durch die Schlitze 59 fällt, durch
Gravitation direkt in den Hohlraum 27, wie im Folgenden
beschrieben wird, eingeführt
wird.
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In
einer Anwendung der vorliegenden Erfindung enthält die Vorrichtung 1 eine
wirbelströmungsverbessernde
Einrichtung, welche eine Vielzahl von Rippen 65 umfasst.
Jede der Rippen 65 ist allgemein länglich, eine Länge von
ungefähr
gleich der axialen Länge
der Kammer 3 aufweisend, und weist eine aufgeraute Oberfläche auf.
Die Rippen 65 sind auf parallele Art und Weise entlang
des inneren Perimeters der Kammer 3 beabstandet. Rahmeneinrichtungen 67 sind
vorgesehen, wie sie notwendig sind, um verschiedene Abschnitte der
Vorrichtung 1 in ihren relativen Positionen aufrechtzuerhalten
und auf einem Anhänger
(nicht gezeigt) zur Tragbarkeit zu montieren, wenn gewünscht.
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In
einer Anwendung der vorliegenden Erfindung wird das Gebläse 7 derartig
aktiviert, dass Luft in großer
Menge und mit hoher Geschwindigkeit im Wesentlichen tangential in
die Kammer 3 eingeführt
wird, wobei die Luft weiter wirbelartig in der Kammer 3 und
in dem Hohlraum 27 unter Druck gesetzt wird. Aufgrund der Zentrifugalkräfte, welche
in der Wirbelumgebung vorhanden sind, ist der Druck in der Nähe der äußeren Extremitäten des
Hohlraums 27 im Wesentlichen größer als der atmosphärische Druck,
während
der Druck nahe der Achse des Hohlraums 27 kleiner als der
atmosphärische
Druck ist.
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Eine
Profillinie, welche durch die gestrichelte Linie gekennzeichnet
ist, welche durch das Bezugszeichen 69 in 5 gekennzeichnet
ist, kennzeichnet die ungefähre
Grenze zwischen dem Bereich des Hohlraums 27, welcher Drücke oberhalb
des atmosphärischen
Drucks aufweist, von dem Bereich des Hohlraums 27, welcher
Drücke
unterhalb des atmosphärischen
Drucks aufweist. Der Druckgradient und Corioliskräfte über und
die Kollisionsinteraktion zwischen Partikeln, welche in der wirbelartig
unter Druck gesetzten Luft mit hoher Geschwindigkeit enthalten sind,
wirken stark disruptiv auf die physikalische Struktur dieser Partikel,
wodurch sie zerkleinert und allgemein dehydriert werden.
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Während die
Hülse 15 durch
Einstellen der Heber 53 abgesenkt wird, wie durch die Phantomlinien
gekennzeichnet ist, welche durch das Bezugszeichen 70 in 1 gekennzeichnet
sind, bewegt sich die Profillinie 69 radial nach außen, was
größere Wirbelgeschwindigkeiten
und Kraftgradienten vorsieht. Somit erlaubt es die vertikale Einstellung
der Hülse 15 der
Vorrichtung 1, angepasst zu werden, um Materialien aufzunehmen,
welche weitgehend unterschiedliche physikalische Eigenschaften aufweisen.
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Je
tiefer die Hülse 15 relativ
zu dem Hohlraum 27 beabstandet ist, umso stärker tendiert
das Material, welches zerkleinert wird, dazu, in der Wirbelumgebung
des Hohlraums 27 verteilt zu werden. Auch, je niedriger die
relative Beabstandung der Hülse 15 ist,
um so stärker
ist die Wirbelwirkung innerhalb des Hohlraums 27 und möglicherweise,
um so größer ist
der Sog nahe der Wirbel oder des Zentrums des offenen unteren Endes 29,
wie durch den Pfeil gekennzeichnet ist, welcher durch das Bezugszeichen 71 in 8 gekennzeichnet
ist, was bewirkt, dass allgemein vertikale schneckenhausförmige und
mitschwingende Oszillationsmuster in der Luftströmung, welche das Material enthält, welches
zerkleinert wird, heftiger sind, und dadurch die Grobkörnigkeit
des zerkleinerten Material beeinflussen. Für einige Anwendungen und Konfigurationen
der Vorrichtung 1 kann die Luftströmung, welche durch das Bezugszeichen 71 gekennzeichnet
ist, nur nominal sein.
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Ähnlich beeinflusst
ein Einstellen des Dämpfers 17 relativ
zu der Hülse 15,
welcher die Luftmenge steuert, welcher es erlaubt wird, von dem
zentralen Niederdruckbereich des Hohlraums 27 in die umgebende Atmosphäre auszutreten,
die Wirbelgeschwindigkeit, Kraftgradienten und vertikalen Oszillationen,
während die
Vorrichtung 1 eingestellt wird, um verschiedene Durchsatzvolumina
der Materialien, die zu zerkleinern sind, zu bewerkstelligen.
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Die
Durchsatzrate zum Zerkleinern des Materials wird gesteuert durch
Einstellen der Rate und der Art und Weise, auf welche Material in
die Vorrichtung 1 zugeführt
wird. Wenn das Material sowohl zu zerkleinern als auch zu dehydrieren
ist, dann wird das Material allgemein in die Vorrichtung 1 durch
das Ventil 37 zugeführt. In
diesem Fall kann der Verschlussmechanismus 61 als eine
Feinsteuerung für
die gröberen
Einstellungen des Dämpfers 17 relativ
zu der Hülse 15 verwendet
werden.
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Wenn
das Material relativ fein ist, wie beispielsweise Weizen oder dergleichen,
und es stark zerkleinert und nur minimal dehydriert werden soll,
dann kann das Material in die Vorrichtung 1 durch den Dämpfer 17 und den
Verschlussmechanismus 61 in Zusammenwirkung mit den Schlitzen 59 zugeführt werden.
In diesem Fall fällt
das Material, welches zerkleinert wird, durch die Schlitze 59 und
fällt durch
Gravitationskraft nach unten durch das Ausgaberohr 63,
wo ein Winkelstück 63 das
Material direkt in den Hochwirbeldruckbereich des Hohlraums 27 einführt.
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Während das
Material zerkleinert wird, tendieren dessen feinere Partikel dazu,
zu dem konischen Perimeter des Hohlraums 27 zu diffundieren,
wie durch das Bezugszeichen 75 in 8 gekennzeichnet
ist. Während
diese feineren Partikel akkumulieren, tendieren sie dazu, sich durch
Gravitationskraft nach unten zu dem offenen unteren Ende 29 zu
bewegen, wo die Partikel aus der Vorrichtung, assistiert durch eine ringförmig geformte
Luftleakage, von dem zyklonischen Hochdruckbereich des Perimeters
des Hohlraums 27 auszutreten, wie durch die Pfeile gekennzeichnet
ist, welche durch das Bezugszeichen 77 in 8 gekennzeichnet
sind. Durch kontinuierliches Zuführen
von Material in die Vorrichtung 1 wird ein kontinuierlicher
Durchsatz des zerkleinerten Materials vorgesehen.
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Durch
selektives Verwenden der Vorrichtung 1 mit und ohne die
Düse 31 sind
ein größerer Bereich von
Größen und
Typen von Materialien und größere Durchsatzraten
mit der Vorrichtung 1 erhältlich.
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Ein
Behälter,
Förderband
oder eine andere geeignete Anordnung (nicht gezeigt), welche unterhalb
des unteren Endes 29 beabstandet ist, empfangt das zerkleinerte
Material, während
es durch Gravitationskraft auf der Vorrichtung 1 ausgegeben
wird.
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II. Zerkleinerungs- und Dehydrierungssystem
eines geschlossenen Kreislaufs
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Bezugnehmend
nun auf 9, 10 und 11,
enthält
ein Zerkleinerungs- und Dehydrierungssystem eines geschlossenen
Kreislaufs 100 eine primäre Zerkleinerungs-/Dehydrierungsvorrichtung 101,
welche im Wesentlichen ähnlich
zu dem zuvor beschriebenen Zerkleinerer/Dehydrier 1 ist.
Die Nummerierung und Beschreibung von allen gemeinsamen Elementen
wird nicht wiederholt werden. Diejenigen Elemente, welche beschrieben
werden, werden nummeriert, wie in 1–8 dargelegt
ist, mit der Addition von 100.
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Das
System 100 enthält
auch eine sekundäre
Zerkleinerungs-/Dehydrierungsvorrichtung 179, eine Rohrleitung 181,
welche die primäre
und sekundäre
Einheit entfernt zwischenverbindet, ein Behältersystem 183, eine
Druckausgleichsstruktur 185, ein Filtrationssystem 187 und
einen Geräuschreduzierungsmechanismus 189.
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Sowohl
die primären
als auch sekundären
Zerkleinerungs-/Dehydrierungseinheiten 101, 179 enthalten
eine Materialeinführöffnung 191,
welche auf dem unteren Abschnitt des Körpers 105 positioniert
ist, welcher allgemein angrenzend der Niederdruckzone der Wirbelkammer
ist. Wie am besten in 10 gezeigt ist, grenzen eine Öffnung 191 und
ein Körper 105 einen
spitzen Winkel 193 ein, so dass Flüssigkeit oder zähflüssige Materialien
kooperativ durch Schwerkraft und Vakuum direkt in die Niederdruckzone
eingeführt
werden können,
wo das Produkt sofort durch eine Lufthülle umgeben wird und nach oben
in die Kammer 103 gezogen wird. Auf diese Weise werden
Anbackprobleme, welche zuvor mit dem Bearbeiten von Flüssigkeiten
und zähflüssigen Materialen
assoziiert waren, eliminiert.
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In
bestimmten bevorzugten Ausführungsformen
kann eine Extrudiervorrichtung mit einer Öffnung 191 zum Dosieren
solcher Flüssigkeit
oder zähflüssigen Materials
gekoppelt sein. Die inneren Oberflächen des Körpers 5 können mit
einem "nicht-haftenden" Material, wie beispielsweise
Flurocarbonpolymer beschichtet sein, um eine Adhäsion von Materialien an den
inneren Oberflächen
des Körpers
weiter zu blockieren.
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Ein
Heber 194 ist mit einer Dämpferstange 155 gekoppelt,
um eine entfernte Einstellung des Dämpfers 117 zu erlauben.
Der Heber 194 kann manuell betrieben werden oder ein hydraulischer
Zylinder oder eine elektrische Schraube können eingesetzt werden. In
bestimmten bevorzugten Ausführungsformen
können
sowohl der Hülsenheber 153 als
auch das System 100 mit einer oder mehreren Druck abtastenden
Vorrichtungen in den Kammer 103 versehen sein, um eine
Computersteuerung zu erlauben.
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Eine
Leitung 181 verbindet die primäre und sekundäre Zerkleinerungs-/Dehydrierungseinheit 101, 179.
Die Leitung 181 passt über
die Hülse 115 und
den Dämpfer 117 der
primären
Zerkleinerungs-/Dehydrierungseinheit in abdichtender Beziehung und
erstreckt sich allgemein in horizontaler Orientierung zur lateralen Kopplung
mit der Kammer 103 der sekundären Einheit 179. Eine
Luftströmung
durch die Leitung 181 in die Kammer 103 ist im
Wesentlichen tangential, wie zuvor beschrieben, hinsichtlich der
primären
Einheit 101. Eine ähnliche
Rohrleitung 182 verbindet die sekundäre Zerkleinerungs-/Dehydrierungseinheit 179 mit
einer Filtervorrichtung 187.
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Die
Rohrleitung 181 bildet ein Winkelstück in dem Bereich, welches
im Allgemeinen oberhalb des Zerkleinerers/Dehydrierers 101 ist,
worauf eine Materialeinführvorrichtung 195 gekoppelt
ist, welche schematisch in 9 dargestellt
ist. Die Vorrichtung 195 enthält einen Trichter 197,
um ein Zuführen
von Material durch die Hülse 115 und
in die Kammer 103 durch Gravitation zu erlauben. Die Vorrichtung
kann auch mit einem Luftschleusenventil 199 ausgerüstet sein. Ähnlich bildet
die Rohrleitung 182 ein Winkelstück oberhalb des Zerkleinerers/Dehydrieres 179,
worauf eine Materialeinführvorrichtung 201 gekoppelt
ist, welche einen Trichter (nicht gezeigt) aufweist, und welche
auch mit einem Luftschleusenventil 203 ausgerüstet sein
kann. Allgemein angrenzend des sekundären Zerkleinerers/Dehydrieres 179 ist
eine Rohrleitung 181 mit einer Materialeinführvorrichtung 205 gekoppelt,
welche mit einer Luftschleuse 207 und einem Trichter 209 ausgerüstet ist.
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Die
Rohrleitungen 181, 182 können aus Blech- oder rostfreien
Stahlrohren konstruiert sein, wo Nahrungsmaterialien zu verarbeiten
sind. In besonders bevorzugten Ausführungsformen ist die Rohrleitung
aus einem gerippten flexiblen Rohr konstruiert, um einen leichten
Zusammenbau und Demontage des Systems für die Tragbarkeit zu erlauben.
Die Luftschleuse 207 kann elektrisch oder durch ein hydraulisches
System betrieben werden, wo das Gebläse 107 mit fossilem
Brennstoffbetrieben wird.
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Ein
Behältersystem 183 enthält ein Paar
von allgemein zylindrokonischen Sammeleinheiten 211, 213. Ein
primäre
Einheit 211 ist in dichtender Beziehung mit dem unteren
Ende der Zerkleinere/Dehydrierungseinheit 129 gekoppelt.
Eine Rohrleitung 215 wird eingesetzt, um eine erhöhte sekundäre Einheit 179 mit
einer Sammeleinheit 213 zu koppeln. Der konische Scheitel
von jeder Einheit kann mit einer Luftschleusenvorrichtung (nicht
gezeigt) ausgerüstet
sein, um eine zusätzliche
Verarbeitung des zerkleinerten und dehydrierten Materials zu erlauben.
Sammeleinheiten 211, 213 sind mit Materialentfernungsöffnungen 217, 219 ausgerüstet, wovon
jede mit einer Förderschnecken-
oder Vakuumvorrichtung (nicht gezeigt) zum Entfernen des bearbeiteten
Materials gekoppelt sein kann.
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Das
Druckausgleichssystem 185 enthält eine Rohrleitung 221 und
ein Paar von Steuerventilen 232, 225. Ein Ende
der Rohrleitung 221 ist mit der Einlassseite der Gebläseeinheit 107 gekoppelt
und das andere Ende verzweigt sich zum Koppeln mit dem unteren Abschnitt
von jeder Sammeleinheit 211, 213.
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Ein
Filtriersystem 187 enthält
ein Paar von Filtern 227, 229. Luft wird durch
das Filter 227 in die Rohrleitung 228 in das Gebläse 107 gezogen
und passiert schließlich durch
die sekundäre
Zerkleinerungs-/Dehydrierungseinheit 179 und nach draußen zu der
Atmosphäre
durch das Filter 229. Filter 227, 229 können aus Fasern,
Kohle oder jeglichem anderen geeigneten Material konstruiert sein.
Sie können
elektrostatisch für
Bodensanierungsanwendungen sein, oder angepasst zum Entfernen von
Ozon oder anderen Gasen. Wo das System zum Verarbeiten von Nahrungsmitteln
eingesetzt wird, wie beispielsweise Weizen und dergleichen, sollte
das Filtermaterial in der Lage sein, Formsporen zu entfernen. In
bevorzugten Ausführungsformen
umfasst jedes Filter 227, 229 einen Raum oder
einen "Filtersack".
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Der
Einlassabschnitt des Gebläses 107 ist
mit einem Geräuschreduzierungsmechanismus 189 gekoppelt,
wie in 11 dargestellt ist, um einen
Dämpfer 233 zu
umfassen. Der Dämpfer 233 dämpft die
Geräusche,
welche durch den Luftstrom hoher Geschwindigkeit durch den Gebläseeinlass
produziert wird. Alternativ, wie in 9 gezeigt
ist, werden, wo ein Filterraum 227 eingesetzt wird, um
den Einlassfluss von Luft zu reinigen, die Geräusche gedämpft, so dass ein Dämpfer nicht
erforderlich sein muss. In noch weiteren bevorzugten Ausführungsformen
können
sowohl der Dämpfer 233 als
auch der Filterraum 227 eingesetzt werden.
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Fachleute
werden verstehen, dass das System eines geschlossenen Kreislaufs 100,
welches hier beschrieben wird, mehr als zwei Zerkleinerungs-/Dehydrierungseinheiten,
welche in Reihe gekoppelt sind, umfassen kann, wobei ein Luftstrom
durch eine einzige Gebläseeinheit
hergestellt wird. In bestimmten bevorzugten Ausführungsformen wird eine einzige
Zerkleinerungs-/Dehydrierungseinheit eingesetzt. In solchen Ausführungsformen
kann das Ausgangsende der Rohrleitung 181 mit einem Filterraum
oder Staubsammler oder andere Ausrüstung zur weiteren Verarbeitung
des Materials, wie schematisch mit 231 gezeigt ist, gekoppelt
sein. Zur Tragbarkeit kann das System 100 auf einem Rahmen
montiert sein, welcher den Boden in Eingriff neben den Rädern aufweist.
In solchen Anwendungen können
die Rohrleitungen 181, 182, 228 zum Transport
entkoppelt werden.
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Im
Gebrauch wird Luft mit hoher Geschwindigkeit durch einen Filterraum 227 gezogen
und in das System eines geschlossenen Kreislaufs 100 durch
ein einziges Gebläse 107 auf
die oben beschriebene Weise eingeführt. Eine Luftströmung in
den Wirbelkammerstrukturen 101, 179 wird durch
Einstellen der Hülse
und den Dämpferhebern 153, 194 reguliert,
um einen Kraftgradienten herzustellen, welcher angepasst ist, um
das zu bearbeitende Material zu zerkleinern und zu dehydrieren.
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Material
kann in die primäre
Wirbelkammer 101 durch den Trichter 147 durch
das Luftschleusenventil 137 und in die Rohrleitung 109 zugeführt werden.
Das Material wird in die Wirbelkammer 101 durch Luft hoher Geschwindigkeit,
welche durch das Gebläse 107 erzeugt
wird, getragen. Zusätzliches
Material kann in die Wirbelkammer 101 durch den Trichter 197 durch
die Luftschleuse 199 und in die Rohrleitung 181 eingeführt werden.
Das Material fällt
durch die Schwerkraft durch den Dämpfer 117 und das
Ausgaberohr 163 in den Hochwirbeldruckbereich des Hohlraums 127.
Flüssigkeit
oder Viskosematerialien wie beispielsweise Molke, Eier und Weizengluten,
Materialien, welche zuvor einem Waschen unterzogen worden sind,
wie beispielsweise Mineralschlamm, und Flüssigkeit oder zähflüssige Additivzusammensetzungen
können
durch die Öffnung 191 direkt
in den Niederdruckbereich der Wirbelkammer eingeführt werden,
wo sie direkt umhüllt
werden durch dehydrierende Luft hoher Geschwindigkeit. Auf diese
Weise kann Material dehydriert werden, bevor es in Kontakt mit den
Seiten des Hohlraums 127 gelangt, und ein Anbacken wird
minimiert.
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Fein
zerkleinertes Material lagert sich durch Schwerkraft in der Sammeleinheit 211 ab.
Ein Einstellen des Steuerventils 223 gleicht den Druck
in der Sammeleinheit 211 aus, so dass das bearbeitete Material
sich leicht ablagern kann. Das Material wird durch die Öffnung 217 entfernt,
um einen kontinuierlichen Durchsatz zu erlauben.
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In
Abhängigkeit
von der Einstellung der Hülse
und der Dämpferheber 153, 194 trägt die unter
Druck gesetzte Luft Material von einer vorbestimmten Partikelgröße nach
oben durch die Hülse 115,
hinter den Dämpfer 117 und
in die Rohrleitung 181. Das Material wird entlang der Rohrleitung 181 durch
die Luft hoher Geschwindigkeit, welche durch das Gebläse 107 erzeugt
wird, und in die zweite Zerkleinerungseinheit 179 zur weiteren
Zerkleinerung und Dehydrierung getragen. Material kann in die zweite
Wirbelkammer 179 durch die Materialeinführvorrichtungen 201, 205 zugeführt werden,
im Wesentlichen wie zuvor beschrieben. Das Material fällt durch
Schwerkraft durch den Dämpfer 117 und
das Ausgaberohre 163 in den Wirbelhochdruckbereich des
Hohlraums 127. Flüssigkeit
oder zähflüssige Materialien
können
in den sekundären
Zerkleinerer 179 durch die Öffnung 191 eingeführt werden.
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Zerkleinertes
Material lagert sich durch Schwerkraft in der Sammeleinheit 213 an,
welche Druck ausgeglichen durch Einstellen des Steuerventils 225 ist.
Bearbeitetes Material wird durch die Öffnung 219 entfernt, um
einen kontinuierlichen Durchsatz zu erlauben.
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Unter
Druck stehende Luft, welche Partikel enthält, welche zu fein sind, um
sich in der Sammeleinheit 213 abzulagern, passiert nach
oben von der Einheit 179 und in die Rohrleitung 182 durch
einen Filterraum 227 und in die Atmosphäre.
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In
anderen bevorzugten Ausführungsformen,
welche schematisch in 11 gezeigt sind, passiert das Material
in einen Staubkollektor zur Materialklassifizierung.
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Auf
diese Weise setzt das System eines geschlossenen Kreislaufs 100 die
verbrauchte Luft von einer primären
Wirbelkammer ein, um eine sekundäre
Wirbelkammer oder eine Staubkollektoreinheit in einem energieeffizienten
Prozess anzutreiben, welcher umweltschützend ist, angepasst für einen
weiten Bereich von Materialien, welche Flüssigkeit oder zähflüssige Materialien
enthalten, welche zuvor für
eine Wirbelkammerverarbeitung nicht geeignet war.
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III. Zweistufiges Zerkleinerungs- und
Dehydrierungssystem und Verfahren
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Bezugnehmend
nun auf 12–15 enthält ein zweistufiges
Zerkleinerungs- und Dehydrierungssystem 301 primäre und sekundäre Zerkleinerungs-/Dehydriereinheiten 303 und 305,
welche im Wesentlichen ähnlich
zu den Zerkleinerungs-/Dehydrierungseinheiten 1, 101 und 179 sind,
welche zuvor beschrieben wurden. Das System 301 enthält auch
eine Gebläseeinheit 307,
eine Luftzufuhrrohrleitung 309, einen Venturimechanismus 311 (13 und 14),
einen Schredderaufbau 312 (15), eine
Materialeinführung
oder Eintrittsöffnungen 313 und 315,
Raten steuernde Dämpfer 317 und 319,
eine Drucksteuerrohrleitung 321 und eine Materialsammeleinheit 323.
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Die
primären
und sekundären
Zerkleinerungs-/Dehydrierungseinheiten 303 und 305 enthalten
jeweils im Allgemeinen zylindrische obere Kammer 325, einen
konischen unteren Körper 327,
welcher in einem Materialauslass 308 endet, und eine Einführöffnung für zähflüssiges Material 329,
welche angrenzend der Niederdruckzone der Einheit in einem Winkel,
wie zuvor hier beschrieben wurde, angeordnet ist.
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Die
Gebläseeinheit 307 zieht
Luft durch einen Einlassfilterraum, wie zuvor beschrieben und gezeigt, oder
Luft kann direkt aus der Atmosphäre
gezogen werden. Die Gebläseeinheit 307 ist
mit einer Rohrleitung 309 zum Tragen der ausgegebenen Luft
in einem kontinuierlichen Strom zu den Kammern 325 der
Zerkleinerungs-/Dehydrierungseinheiten 303 und 305 gekoppelt.
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Die
Rohrleitung 309 enthält
ein erstes Bein 331, welches sich lateral unterhalb des
primären
Zerkleinerers 303 erstreckt, zum Koppeln mit der oberen
Kammer 325 der sekundären
Zerkleinerungs-/Dehydrierungseinheit 305. Eine Einführöffnung oder
Luftschleuse für
sekundäres
Material 315 kommuniziert zwischen dem primären unteren
Zerkleinererkörper 327 und
dem ersten Bein der Rohrleitung 331. Ein zweites Rohrleitungsbein 333 ist
mit der oberen Kammer 325 der sekundären Wirbelstruktur 305 gekoppelt.
Das sekundäre Rohrleitungsbein 333 erstreckt
sich im Allgemeinen nach oben durch einen Dämpfer 317 und bildet
einen Winkelstückrücklauf zum
Koppeln mit der oberen Kammer 325 der primären Wirbelstruktur 303.
Der Rücklaufabschnitt
des zweiten Rohrleitungsbeins 333 enthält die Einführöffnung für primäres Material 313 zum
Einführen der
Materialien, die zu bearbeiten sind. Ein Ausgaberohrleitungsbein
für verbrauchte
Luft 335 erstreckt sich nach oben durch einen Dämpfer 319 von
der oberen Kammer 325 des primären Zerkleinerers-/Dehydrierers 303.
Die Ausgaberohrleitung 335 kann mit einem Filtersack oder
anderem geeigneten Filter gekoppelt sein, wie zuvor gezeigt, beschrieben
und durch das Bezugszeichen 229 gekennzeichnet.
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Jede
Materialeinführluftschleusenöffnung 313 und 315 ist
mit einem Venturimechanismus 311 gekoppelt, welcher in 13 und 14 dargestellt
ist. Der Venturimechanismus 311 enthält ein seitlich dehnbares Ablenkrohr,
welches eine im Allgemeinen Planare obere Oberfläche oder Platte 339 zum
Aufnehmen einer jeweiligen Luftschleusenöffnung 313 oder 315 aufweist,
welche durch Befestigungen, wie beispielsweise Bolzen, in Position
gehalten werden. Die Platte 339 ist konstruiert, um eine
zentrale Öffnung 341 zum
Durchgang von Material von der Luftschleusenöffnung 313 oder 315 in
die Rohleitung 333 oder 331 zu enthalten. Eine Ablenkplatte 343 erstreckt
sich von der Platte 339 nach unten in das Ablenkrohr 337 an
der inneren Begrenzung des einen Endes der Öffnung 341. Die Ablenkplatte 343 beschränkt einen
Winkel hinsichtlich der Platte 339 von ungefähr 30° bis ungefähr 60°, mit einem
bevorzugten Winkel von ungefähr
45°.
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Das
Ablenkrohr 337 und die Ablenkplatte 343 wirken
zusammen, um eine Verengung 345 zu bilden, welche eine
Niederdruckzone bildet, was einen schneckenhausförmigen Luftstrom oder ein Wirbeln
unter der Luftschleusenöffnung 313 oder 315 verursacht,
wie in 13 dargestellt ist. Die Niederdruckzone
dient auch dazu, einen nach oben gerichteten Staubrückfluss
durch die Luftschleusenöffnungen 313 und 315 zu
reduzieren. Der schneckenhausförmige
Luftstrom nimmt eingeführtes
Material mit, was ein Mischen des Materials mit gasförmiger Luft
erleichtert, was die Venturidüse 311 besonders
geeignet zur Verwendung mit nassen oder klumpigen Materialien macht.
Aufgrund der seitlich dehnbaren Konfiguration des Ablenkrohrs 337 überschreitet
sein Nettodurchmesser denjenigen des jeweiligen Rohrleitungsbeins 331 oder 333.
Somit, obwohl das abhängige
Ablenkrohr 343 einen abschnitt des Ablenkrohrs 337 verschließt, gibt
es keine Abnahme in dem Querschnittsbereich der Rohrleitung 331 oder 333.
Diese Konstruktion resultiert in einer Venturidüse 311, welche ein
Einführen
von Material in das System 301 durch eine Niederdruckzone
ohne Verringern der Durchsatzkapazität erleichtert.
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Eine
Steuerrohleitung 321 kommuniziert mit dem ersten Bein der
Luftstromrohrleitung 331 über ein Ventil 351.
Die Steuerrohrleitung kommuniziert auch mit dem unteren Ende der
primären
Zerkleinerungs-/Dehydrierungseinheit 303 und der Materialsammeleinheit 323.
Eine Luftströmung
durch die Steuerrohleitung 321 wird durch ein Paar von
Steuerventilen 347 reguliert, welche in elektrischer Kommunikation
mit Partikelgrößen- und
Feuchtigkeitsgehaltsmonitoren 349 stehen, welche in einer
Materialsammeleinheit 323 angeordnet sind. Die Ventile 347 können elektrisch,
hydraulisch, pneumatisch oder manuell betätigt werden.
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Ähnlich können die
Dämpfer 317 und 319 manuell
mittels von Handwinden eingestellt werden, wie in den vorherigen
Ausführungsformen,
oder entfernt pneumatisch eingestellt werden, durch hydraulische
Kolben oder durch Hebeschrauben, welche durch elektrische Motoren 353 betätigt werden.
Es wird vorhergesagt, dass das System durch eine einzige Computerverarbeitungseinheit
gesteuert werden kann, welche eine Eingabe von den Monitoren 349 empfängt, die
Rohrleitungssteuerventile 347 betätigt, und die Dämpfer 317 und 319 anhebt
und senkt, um einen Luftstrom und Druckgradienten auszugleichen,
um eine vorausgewählte
Partikelgröße und Feuchtigkeitsgehalt
des Ausgangsmaterials zu erreichen. Alternativ kann das System durch jegliche
geeignete Kombination von Steuersystemen und menschlichen Bedienern
gesteuert werden.
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Eine
Sammeleinheit 323 ist mit dem unteren Ende der sekundären Verkleinerungs-/Dehydrierungseinheit 305 gekoppelt.
Die Sammeleinheit 323 ist mit einer Materialentfernungsöffnung 355 ausgestattet,
welche mit einer Förderschnecken- oder Vakuumvorrichtung
zum Transportieren von ausgegebenem Material zur weiteren Verarbeitung,
Verwendung oder Entsorgung gekoppelt sein kann.
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Ein
Schredder-/Trocknungsaufbau 312 (15) wird
eingesetzt zum vorläufigen
Vorpulverisieren, Kalibrieren, Vermischen und partiellen Dehydrieren
von Materialien, die in dem System 301 zu verarbeiten sind, und
enthält
eine Struktur zum Ausliefern der Materialien in die primäre Luftschleuse 313.
Der Aufbau 312 enthält
einen primären
Schredder 357, wie z. B. einen Niedriggeschwindigkeitsschredder,
welcher mit einer Rohrleitung 359 gekoppelt ist, welche
mit einer Vörderschnecke 361 ausgerüstet ist,
zum Transportieren des geschredderten Material zu einem sekundären Schredder 363,
z. B. einem Kettenschredderer. Der sekundäre Schredder 363 enthält eine
Gebläseeinheit 365,
welche angrenzend zu dem Eingang zum Zuführen einer kontinuierlichen
Luftströmung über dem
Material, während
es geschreddert wird, ist. Der sekundäre Schredder 363 ist
mit einer Heberohrleitung 369 gekoppelt, welche einen angrenzenden
Auslass 367 aufweist, um ein Entfernen von dichten Objekten,
wie beispielsweise Steinen, zu erlauben. Der Heber 369 erstreckt
sich nach oben in einem Winkel und endet in einer abhängigen Zuführungsrinne 371,
welche auf der primären
Materialeinführöffnung 313 positioniert
sein kann, und kann einen Schneckenförderer (nicht gezeigt) zum
Zuführen des
vorgeschredderten und getrockneten Materials in das Zerkleinerungs-/Dehydrierungssystem 301 zur
Verarbeitung enthalten.
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In
der Verwendung wird ein schredderbares oder mischbares Material,
wie beispielsweise Holzabfall, Tierabfall, Meeresfrüchteabfall
und ein Absorptionsmittel in den Niedriggeschwindigkeitsschredderer 357 eingeführt. Während sich
der Schredder 357 dreht, fällt Material durch die Schwerkraft
in die Rohrleitung 359, wo es durch den Schneckenförderer 361 in
den Ketten-/Dreschpflegel-Schredder-Mixer 363 zur weiteren
Reduzierung in der Größe transportiert
wird. Das Material wird teilweise durch einen kontinuierlichen Strom
von Luft dehydriert, welcher durch die Gebläseeinheit 365 hergestellt
wird. Das geschredderte und gemischte Material wird von der Schreddermischereinheit 363 durch
den Heber 369 transportiert. Dichten Partikeln wird es
erlaubt, sich durch den Auslass 367 abzusetzen. Der Heber 369 transportiert
das vorgemischte halb dehydrierte Material zu der Einführöffnung für primäres Material 313 des
Zerkleinerungs-/Dehydrierungssystems 301.
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Die
Gebläseeinheit 307 zieht
Luft in das System 301 zur Zirkulation mit hoher Geschwindigkeit.
Eine Luftströmung
innerhalb der Zerkleinerungs-/Dehydrierungseinheiten 303 und 305 wird
durch Einstellen eines Systems von Hülsen (nicht in 12 gezeigt),
wie zuvor beschrieben, gezeigt und durch die Bezugszeichen 15 und 115 gekennzeichnet,
und Dämpfer 317 und 319 entweder
manuell oder durch hydraulische Kolben (nicht gezeigt) oder Schrauben,
welche durch elektrische Motoren 353 betätigt werden,
reguliert.
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Nicht-viskose
Materialien werden in die primäre
Wirbelkammerstruktur 303 durch die Einführluftschleusenöffnung für primäres Material 313 eingeführt. Die
Luftströmung
hoher Geschwindigkeit, welche durch die Gebläseeinheit 307 erzeugt
wird, trägt
die Materialien in die obere Kammer 325 der primären Wirbelkammerstruktur 303.
Das Material beginnt mit einer schneckenhausförmigen Bewegung in der Kammer 325 und bewegt
sich spiralförmig
nach unten in den Konus 327. Zähflüssige und flüssige Materialien
können
in der Schredder-/Trocknungsanordnung 312 vorverarbeitet
werden oder sie können
durch die zähflüssige Öffnung 329 direkt
in den Niederdruckbereich der Wirbelkammerstruktur 303 eingeführt werden.
Einer Menge der unter Druck gesetzten Abluft, welche extrem feine
Partikel enthält,
wird es erlaubt, nach oben durch eine Ausgaberohrleitung verbrauchter
Luft 335 hinter den Dämpfer 319 durch
einen Filterraum (nicht gezeigt) und in die Atmosphäre zu passieren.
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Zerkleinertes
Material von dem unteren Körper 327 der
primären
Wirbelkammerstruktur 303 passiert durch die Einführluftschleusenöffnung für sekundäres Material 315 in
die Venturieinheit 311, welche das Material in einem Niederdruck-Hochgeschwindigkeitsluftstrom
mitnimmt, und dann in das Rohrleitungsbein 331, wo Hochgeschwindigkeitsluft
von dem Gebläse 307 das
Material in obere Kammer 325 der sekundären Wirbelkammerstruktur 305 befördert. In
der sekundären
Wirbelkammerstruktur 305 passiert das Material, wie zuvor
beschrieben, zu dem unteren Wirbelkammerkörper 327, wo der Niederdruckbereich
der Wirbelkammerstruktur wiederum das Material der Luft mit hoher
Geschwindigkeit aussetzt. Das zerkleinerte Material fällt in einem
Strom in eine Sammeleinheit 323, wo der Feuchtigkeitsgehalt
und die Partikelgröße des Stroms
kontinuierlich durch Monitore 349 abgeschätzt werden.
Die Daten werden verwendet, um die Luftströmung auszugleichen und die
Rate der Materialeinführung
durch die zweite Luftschleuse 315 zu steuern. Wenn die
ausgewählten
Parameter überschritten
werden, können
die Dämpfer 317 und 319 und
Ventile 347 der Steuerrohrleitung 321 eingestellt
werden, um das Material weiter zu zerkleinern und zu trocknen.
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Es
wird auch vorhergesagt, dass Material von der Sammeleinheit über die
Entfernungsöffnung 355 transferiert
wird, über
einen Sortierer (nicht gezeigt) hinübergeleitet wird, und größeres Material
in das System 301 durch die Einführungsluftschleusenöffnung für primäres Material 313 zurückgeführt wird.
Fachleute werden anerkennen, dass Material durch das System 301 jegliche
Anzahl von Malen zirkuliert werden kann, und dass während hier
ein zweistufiges System 301 beschrieben worden ist, zusätzliche
Wirbelkammerstrukturen miteinander gekoppelt werden können, wie
beschrieben, um die Bearbeitung von Materialien durch drei oder mehr
Wirbelkammerstrukturen vorzusehen.
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Vollständig bearbeitetes
Material, welches durch die Öffnung 355 entfernt
worden ist, und durch einen Sortierer geleitet worden ist, wird
durch einen Schneckenförderer,
ein Förderband
oder andere Mittel zu einem Klassifizierungssystem (nicht gezeigt)
transportiert, und dann zu einer Sammeleinheit (nicht gezeigt),
um einen kontinuierlichen Durchsatz zu erlauben.
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Auf
diese Weise setzt das zweistufige Zerkleinerungs-/Dehydrierungssystem
die einzelne Gebläseeinheit 307 ein,
um feste und zähflüssige Materialien
durch ein Paar von Wirbelkammerstrukturen 303 und 305 zu
zirkulieren, bis eine vorbestimmte Partikelgröße und ein einheitlicher Feuchtigkeitsgehalt
in einem energieeffizienten Prozess erreicht werden.
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Solche
Wirbelkammerzerkleinerungs-/Dehydrierungseinheiten sind besonders
gut geeignet zum Verarbeiten von Methangas, zum Produzieren von
Tierabfallprodukten aus Futterstellenbetrieben, wie beispielsweise
Stallmist, Tierabfälle
von Tierkörperverwertungsbetrieben
und Fischverarbeitung, wie beispielsweise Fischemulsionen zur biologischen
Sanierung durch Inkorporation von Mineralien und Mikroben in Bodenmischungen,
zur biologischen Sanierung von Erdöl und Schwermetall verunreinigtem
Boden, zur Deponiesanierung, zur Verarbeitung von Kräutern und
Medizin, und zum Verbessern des Paramagnetismus in Rohmaterialien.
Es wird angenommen, dass eine erhöhte paramagnetische Suszeptibilität Ernteausbeuten
erhöht,
und Düngung,
Herbizid- und Insektizidanwendungsprogramme verbessert.
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Ein
Verfahren des Zerkleinerns und Dehydrierens eines Materials in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung enthält allgemein die Schritte des
(a) Vorsehens eines Zerkleinerungs-/Dehydrierungssystems, welches
ein Paar von Wirbelkammerstrukturen aufweist, welche mit einer Gebläseeinheit
mittels einer Rohrleitung gekoppelt sind, um einen Luftstromkreislauf
von dem primären
Konusboden zu der sekundären Konusoberseite
und von der sekundären
Konusoberseite zu der primären
Konusoberseite zu bilden, wobei eine Luftströmung zum Zirkulieren von Material
zwischen den Konussen durch eine Rückkopplung von Feuchtigkeits-
und Partikelgrößeüberwachungsvorrichtungen
gesteuert wird, (b) Verursachen, dass eine Luftströmung von
dem Gebläse
durch die Vorrichtung fließt,
(c) Zuführen
von Material in die primäre
Wirbelkammerstruktur durch ein Luftschleusenventil zur Zerkleinerung
und Dehydrierung, (c) Regulieren der Luftströmung in dem System durch Einstellen
eines Systems von Dämpfern,
Hülsen.
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Das
Zerkleinerungs-/Dehydrierungssystem 301 und Verfahren können eingesetzt
werden, um die Absorptionseigenschaften in bestimmten Materialien,
wie beispielsweise Glaukonit oder Gründsand, nach einer Bearbeitung
zu verbessern. Glaukonit, welcher in dem vorliegenden System 301 bearbeitet
worden ist, hat gezeigt, eine erhöhte Kapazität zur Absorption von Eisen,
Mangan, Schwefelwasserstoff, Radium, Arsen und Blei aus Brunnenwasserquellen
zu zeigen. Bearbeitete Gesteine und andere dichte Substanzen haben
auch eine erhöhte
magnetische Suszeptibilität
gezeigt. Das System kann auch eingesetzt werden, um Materialien
zu dekontaminieren, welche mit Schwermetallen kontaminiert sind.
Ein Zusatz einer Mischung von Zeolit und Glaukonit zu den zerkleinerten/dehydrierten
Materialien scheint die Schwermetalle einzukapseln.
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Durch
Bearbeiten von mit Kohlenwasserstoffkontaminiertem Boden in dem
Zerkleinerungs-/Dehydrierungssystem 301 wird der Oberflächenbereich
der Partikel pro Einheitsmasse erhöht, und die Partikel werden verdampfter
Luft in der Niederdruckzone der Wirbelkammerstrukturen 303 und 305 ausgesetzt.
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BEISPIEL 1
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Abgebaute
Materialien, wie beispielsweise Gestein, Erz und Kohle enthalten
Minerale, welche den zerkleinerten Kräften durch einen Backenbrecher
(nicht gezeigt) auf eine bestimmte Größe von einem halben Inch oder
weniger ausgesetzt werden. Das zerbrochene Material wird über eine
Trommel (nicht gezeigt) zum Sortieren und Entfernen von Fremdmaterial
hinübergeleitet.
Das vorselektierte Material wird als nächstes in ein zweistufiges
Zerkleinerungs-/Dehydrierungssystem 301 durch die primäre Luftschleuse
zugeführt.
Das Material wird durch die primären
und sekundären
Wirbelkammerstrukturen 303 und 305 hindurchgeleitet,
wobei während
des Hindurchlaufens die Luftströmung
durch die Einheit eingestellt wird, um eine Partikelmaschenseitengröße von 50
bis 600 herzustellen, welches auf einen einheitlichen Feuchtigkeitsgehalt
dehydriert worden ist. Das verarbeitete Material ist geeignet zur
Verwendung als ein remineralisierender Bodenzusatz.
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BEISPIEL 2
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Das
System 301 ist besonders gut geeignet zur Bearbeitung von
Flüssigkeiten
oder Schlacken, welche aus Emulsion von Fisch und/oder Tierabfällen bestehen.
Abfallemulsion wird mit einer vorbestimmten Menge von Zeolith oder
mit einem anderen absorbierenden Materials gemischt, um eine Beimischung
zu bilden. Dem Material wird erlaubt, für ungefähr 24 bis ungefähr 48 Stunden
zu stehen, um es dem Zeolith zu erlauben, einiges des Geruchs und
Feuchtigkeitsgehalts zu absorbieren. Das vorgemischte Material wird
dann in den Niedriggeschwindigkeitsschredder 357 eingeführt. Die
resultierende Mischung wird dann in das zweistufige Zerkleinerungs-/Dehydrierungssystem 301 eingeführt und
bearbeitet, bis der Feuchtigkeitsgehalt auf zwischen ungefähr 8% und
ungefähr
10% reduziert wird. Das im Wesentlichen trockene partikelartige
Produkt kann dann zur Verwendung als ein Bodenzusatz vorselektiert
werden.
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BEISPIEL 3
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Das
System 301 kann verwendet werden, um verschiedene Materialien
zur Bodenremineralisierung beizumischen. Zum Beispiel kann ein Kopfdüngungsmaterial
für einen
Golfplatz durch Mischen von 300 Pfund Grünsand, 300 Pfund Basaltton
mit 400 Pfund eines Flusssandes mit einer Maschenweite von 40, und
500 Pfund von Stallmist und 500 Pfund von verbrauchtem Kompost formuliert
werden. Einer Bearbeitung durch das zweistufige Zerkleinerungs-/Dehydrierungssystem 301 folgend,
bildet das Material eine homogene Mischung, welches ein konsistentes
vorbestimmtes Feuchtigkeitsniveau aufweist, und es kann mit einer
vorbestimmten Größe vorausgewählt werden.
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BEISPIEL 4
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Verschiedene
Materialien wurden geschreddert oder zerbrochen, um eine Partikelgröße zu erreichen, welche
auf ein halbes Inch vorselektierbar ist. Jedes Material wurde unter
Verwendung eines paramagnetischen Suszeptibilitätsmessgeräts getestet, welches von Pike
Agri-Lab Supplies, Inc., Strong, Maine erhalten wurde. Das Material
wurde als nächstes
dem zweistufigen Zerkleinerungs-/Dehydrierungssystem durch die primäre Luftschleuse
zugeführt.
Das Material wurde durch die primären und sekundären Wirbelkammerstrukturen
hindurchgeleitet, wobei während
des Durchlaufs die Luftströmung
durch die Einheit eingestellt wird, um eine Partikelgröße herzustellen,
welche durch ein 50 bis 600 Maschengrößengitter passierbar ist, welches
auf ein einheitliches Feuchtigkeitsniveau dehydriert wurde. Das
verarbeitete Material wurde unter Verwendung des gleichen paramagnetischen
Suszeptibilitätsmessgeräts getestet.
Die Ergebnisse werden wie folgt zusammengefasst. TABELLE 4 Relative paramagnetische Suszeptibilität
Material | unbearbeitet | C/D
bearbeitet |
Rote
Lava | 550 | 1700 |
Grünsand | 70 | 120 |
Roter
Sand | 0 | 540 |
Flusssand | 20 | 1130 |
Biofestkörper | 10 | 100 |
Vulkanit | 2800 | 7300 |
Gemahlener
Basaltsand | 4900 | 9800 |
Basalt
Ton | 3900 | 6000 |
Granit | 50 | 3200 |
Weizensaat | 30 | 1320 |
-
Es
sei verstanden, dass, während
bestimmte Formen der vorliegenden Erfindung hier dargestellt und beschrieben
worden sind, sie nicht auf die spezifischen Formen oder Anordnungen
der Teile, welche beschrieben und gezeigt sind, beschränkt sein
soll.
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Was
beansprucht und zu sichern durch das Patent gewünscht ist, ist in den angehängten Ansprüchen definiert.