EP3600676A1 - Vorrichtung zur zerkleinerung und trocknung von abfallstoffen, schlacken, gesteinen und dergleichen materialien - Google Patents

Vorrichtung zur zerkleinerung und trocknung von abfallstoffen, schlacken, gesteinen und dergleichen materialien

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EP3600676A1
EP3600676A1 EP18715475.2A EP18715475A EP3600676A1 EP 3600676 A1 EP3600676 A1 EP 3600676A1 EP 18715475 A EP18715475 A EP 18715475A EP 3600676 A1 EP3600676 A1 EP 3600676A1
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EP
European Patent Office
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air
cylindrical attachment
supersonic
nozzle
section
Prior art date
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EP18715475.2A
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Egon KOENIG
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Lpt AG
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Lpt AG
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Publication date
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    • B02C23/18—Adding fluid, other than for crushing or disintegrating by fluid energy
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    • B02C23/30—Passing gas through crushing or disintegrating zone the applied gas acting to effect material separation
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    • B02C2201/00—Codes relating to disintegrating devices adapted for specific materials
    • B02C2201/06—Codes relating to disintegrating devices adapted for specific materials for garbage, waste or sewage

Definitions

  • the invention relates to a device for comminution and drying of waste materials, slags, rocks and the like materials according to the preamble of patent claim 1.
  • Waste and the like materials are still often disposed of in landfills. Since landfills have only a limited uptake capacity, it is desirable to comminute the waste before it is deposited. However, the comminution of the waste materials can also be used for treatment for the generation of energy by a subsequent combustion or degassing plant. By crushing waste materials or pulverizing slags and rocks, such as ore stones, valuable raw materials can be separated and recovered more easily.
  • a known problem in the treatment of waste materials such as municipal waste, industrial sludges such as cement, lime industry and sewage sludge is the relatively high moisture content often associated with these wastes. This moisture content, which is usually difficult to separate from the waste materials, is a problem that should not be underestimated in landfills as landfill water.
  • the high moisture content leads to a lower calorific value of the waste material used.
  • the high moisture content in the waste and the material size generally have a negative impact on the energy and transport balance (C0 2 emissions).
  • the known from the prior art grinders or the like for the comminution of waste materials have a relatively poor efficiency and are not sufficiently suitable for a reduction of the moisture content.
  • Also known from the prior art is a milling apparatus which has a substantially funnel-shaped vessel with a cylindrical attachment. Compressed air is injected circumferentially into the cylindrical cap to create an air vortex within the funnel-shaped vessel. This known device requires up to 100 m 3 of compressed air per minute, which is a great disadvantage for the energy balance and for the efficiency of the device.
  • baffles divert the air in the circumferential direction of the boiler.
  • the material to be crushed is required via a feed line in the cylindrical attachment and exposed to the air vortex. In the air vortex, the introduced material is to be crushed.
  • the baffles also serve as baffles and are designed to protect the air inlets from swirling material around.
  • the crushed material sinks to the ground due to gravity and is discharged through an opening at the bottom of the funnel-shaped vessel.
  • a cylindrical chimney arranged at the opposite, larger diameter end of the boiler on the cylindrical top ensures removal of excess air.
  • the object of the present invention is therefore to provide a device for crushing and drying of waste materials, slags, rocks and the like materials, which takes into account the above-described disadvantages of the devices of the prior art.
  • the device should be less prone to wear and allow for sufficient size reduction, even pulverization, and / or drying of the waste used.
  • the device should be as uncomplicated as possible and have proven and structurally simple components, as well as inexpensive to manufacture and in operation.
  • the solution of these objects consists in a device for crushing and drying of waste materials, slags, rocks and the like materials, which has the features listed in claim 1. Further developments and advantageous and preferred embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.
  • the invention proposes a device for crushing and drying waste materials, slags, rocks and the like materials, which comprises a substantially funnel-shaped vessel with a cylindrical attachment. At least two air inlets distributed over the circumference for introducing compressed and possibly heated air are arranged on the cylindrical attachment. The bottom of the funnel-shaped vessel is equipped with a discharge opening for crushed material. At the outlet opening against overlapping, larger diameter end of the boiler, an air outlet opening is arranged on the cylindrical attachment. A feeder for the material to be crushed opens into the cylindrical attachment. At each of the at least two air inlets distributed over the circumference of the cylindrical attachment, a supersonic nozzle with venturi system is arranged such that the supplied air can be introduced in the circumferential direction of the cylindrical attachment and the funnel-shaped vessel.
  • the supplied, preferably heated, air at the entry into the cylindrical attachment on the funnel-shaped vessel reaches very high flow velocities, which can achieve the scarf and can exceed it several times over. Characterized a heated air vortex is generated in the cylindrical attachment and in particular in the direction of its bottom funnel-shaped narrowing boiler.
  • the high flow rates are achieved by supplying the air under a pressure of about 4 6 bar. Depending on the altitude of the sea, the air volumes can reach about 30 to 50 mVmin. For example, these amounts of air can be generated and promoted by means of a controllable oil-free screw compressor.
  • a nozzle is understood as meaning, for example, a nozzle which has a cross-sectional profile corresponding to a Laval nozzle.
  • the formation of the supersonic nozzle as a Laval nozzle makes it possible to significantly reduce the required air consumption, for example by up to 50%. This has a great influence on a positive energy balance. Due to the high air velocities, the introduced materials are severely minced, even pulverized. As a result of the pulverization of the materials used, valuable raw materials contained in the materials can easily be returned to the industry. Due to the high degree of comminution, the loading capacity of transport facilities can also be utilized much better, which in turn can have a positive effect on the environment (reduction of C0 2 emissions).
  • the venturi system serves to "break up" the air vortex created by the supersonic jets.
  • the materials introduced into the air vortex do not withstand the forces that occur during sudden command and are therefore broken down into very small components petal idea, shear and friction forces, as well as negative pressure and cavitation support the comminution of the materials contained in the moisture, such as in sewage, - and industrial sludge contained and bound in the solid particles water is thereby separated and with the air in the vortex warming air through the
  • the temperature of the exhaust air can be, for example, up to 100 ° C.
  • the arrangement of at least two supersonic nozzles in the device results in a constant air flow produced, which results in an air vortex, which separates from the Innnnwandun- gene of the device.
  • An embodiment variant of the device according to the invention can provide that the supersonic nozzles with venturi system arranged at the air inlets are arranged on the funnel-shaped vessel at the same axial height of the cylindrical attachment.
  • the uniformity of the air vortex can be improved and higher flow velocities can be achieved with the same energy input.
  • the supersonic nozzles can have an outlet which has a cross-sectional shape deviating from the circular shape. By selecting the flow cross section at the outlet, the tangential and the vertical components of the air flow can be influenced in the sense of better generation of the air vortex.
  • An embodiment of the invention may provide that the cross section of the outlet of the supersonic nozzles is rectangular. As a result, the formation of cavitation and negative pressure can be promoted inside the generated air vortex.
  • the supersonic nozzles can each have a narrowest flow cross-section, which can be changed as required. By changing the flow cross section, the flow velocities at the outlet of the supersonic nozzles can be influenced in a targeted manner.
  • the adjusting screws or the like mechanical adjusting means may be arranged so that they are accessible to the user during operation of the device.
  • the change of at least the narrowest flow cross section of the supersonic nozzles can be done mechanically, for example by means of adjusting screws or the like.
  • An expedient embodiment variant of the invention can provide that the narrowest flow cross section of the supersonic nozzles is automatically adjustable via servo motors. The motor adjustability allows adjustment of the narrowest flow cross-section of the nozzles without, for example, having to open or even disassemble a housing receiving the funnel-shaped vessel and the cylindrical attachment.
  • the narrowest flow cross-section of the supersonic nozzles can be controlled as a function of the material to be comminuted.
  • the control data can thereby, preferably in tabular form, be stored in an external control unit, which is connected to the device.
  • the control data for adjusting the narrowest flow cross-section of the nozzles can be determined and compiled empirically.
  • An advantageous Ausiatingungssection the invention may allow the user of the device to select the correct control data for the adjustment of the supersonic nozzles depending on the material used.
  • the control unit preferably comprises an electronic data processing system. This can simplify parameter acquisition, control and selection.
  • a further embodiment variant of the invention can provide that the supersonic nozzles at the air inlets on the cylindrical attachment each open into an air guide plate, which is inserted into a recess in the inner wall of the cylindrical attachment.
  • the Lutt Resultssplatte delimits the outlet of the supersonic nozzle and is mounted so that they the inner wall of the cylindrical attachment at least in the region of the outlet surmounted above.
  • the supplied compressed air can be introduced tangentially along the inner circumference of the cylindrical attachment.
  • the air guide plates can be rotated relative to a nozzle body of the supersonic nozzle by 180 °.
  • the device is very easy to adapt to different conditions in the northern and the southern hemisphere of the earth. While in the northern hemisphere a cyclonic, i. In the southern hemisphere, an anticyclonic air vortex may be sought in the device rather than a counter-clockwise rotating air vortex. As a result, the efficiency of the device with regard to comminution and drying can be improved.
  • An embodiment of the invention may provide that the Lucas Equipmentspl atte is firmly connected to a mounting plate and the nozzle body of the supersonic nozzle is flanged to the mounting plate.
  • the mounting plate is used to mount the supersonic nozzle on the outer wall of the cylindrical attachment.
  • the nozzle body can be flanged to the mounting plate in two positions rotated by 180 °.
  • the air guide plate, the mounting plate and the nozzle body but also be rigidly connected to each other.
  • the entire supersonic nozzle unit can then be mounted turned by 180 ° together with the mounting plate and the air guide.
  • a further embodiment variant of the device according to the invention can be connected to a control device which is connected to a global network, for example the Internet, in such a way that the operating parameters of the device can be remote-readably and preferably the device can be controlled remotely.
  • the connection of the control device, which may also include the control unit for the cross-sectional change of the supersonic nozzles, to the Internet can be used, for example, for maintenance purposes, for remote diagnostics and for a remote control of the device.
  • a still further embodiment variant of the device according to the invention can provide that more than two supersonic nozzles are arranged at the same angular distance from one another on the circumference of the cylindrical attachment.
  • the number of required Sound nozzles can be selected depending on the size and diameter of the funnel-shaped boiler including the cylindrical attachment in order to optimize the flow velocities in the generated air vortex.
  • Fig. 1 is a schematic representation of an inventive device in axial section
  • Fig. 2 is an enlarged schematic representation of a device on the
  • FIG 3 is a perspective view of a supersonic nozzle with a view of a mounting plate on its input side.
  • FIG. 4 shows a perspective view of the supersonic nozzle according to FIG. 4, looking onto an air guide plate;
  • Fig. 5 is a perspective view of another embodiment of the invention.
  • a device according to the invention shown schematically in axial section in FIG. 1, bears the reference numeral I as a whole.
  • the device has a funnel-shaped vessel 2 with an outlet opening 3. At its end facing away from the outlet opening 3, the funnel-shaped vessel 2 has a cylindrical attachment 4. At least two air inlets 5 for compressed and possibly heated air are provided on the cylindrical attachment 4 and distributed over the circumference of the cylindrical attachment 4.
  • a projecting through a cover 6 in the cylindrical cap 4 chimney 7 has a Heilausströmö réelle. The cross section of the Heilausströmö réelle the chimney 7 is variable as needed, which is indicated in Fig. 1 by an adjustable aperture 8 and the arrows PI.
  • a feeder Direction 9 for to be crushed and dried materials M passes through the lid 6 and projects into the cylindrical top 4th
  • a supersonic nozzle 10 is arranged in each case.
  • Compressed and optionally heated air L is introduced via the supersonic nozzles 10 in the cylindrical attachment 4.
  • a nozzle to understand, for example has a cross-sectional profile corresponding to a Laval nozzle.
  • a heated air vortex W is generated in the cylindrical attachment 4 and in particular in the direction of its outlet opening 3 in a funnel-shaped constricting vessel 2.
  • the high flow rates are achieved by supplying the air L at a pressure of about 4 6 bar.
  • the air volumes can be from 30 to 50 m 3 / min.
  • these amounts of air can be generated and promoted by means of a controllable oil-free screw compressor.
  • the direction of rotation of the air vortex W generated in the device 1 is adaptable.
  • the inflow direction of the supersonic nozzles 10 at the air inlets 5 is variable, in particular rotatable by 180 °. This is indicated in Fig. 1 by the curved arrows P2.
  • the materials M to be comminuted via the feed device 9 into the device 1 are introduced into the generated air vortex with the assistance of a venturi system provided on the supersonic nozzles 10.
  • the Venturi system serves for the short-term “breaking up” of the air vortex W generated by the supersonic nozzles 10.
  • the materials M introduced into the air vortex W are disposed immediately after
  • the materials M do not withstand the forces occurring during the sudden acceleration and are therefore broken down into smaller components.
  • shear and friction forces, as well as negative pressure and cavitation support the comminution of the materials M.
  • the materials M contained moisture, for example, in sewage, - and industrial sludge contained and bound in the solid particles water is separated and heated with the in the air vortex W Exhaust air A through the fireplace-like air outlet 7, whose outlet cross-section can be adjusted, transported away.
  • the temperature of the exhaust air A can be up to 100 ° C, for example.
  • the supersonic nozzle 10 has approximately the cross-sectional profile of a Laval nozzle, for example.
  • the supersonic nozzle 10 is connected to an air supply line 16.
  • the amounts of air required for the generation of the air vortex can be generated and promoted, for example by means of a controllable oil-free S chraubenkompressors.
  • the supersonic nozzle 10 has a nozzle body 1 1, which are formed for example in several parts.
  • the parts of the nozzle body 1 1 are connected to one another in such a way that they are adjustable relative to one another in order to be able to change at least one narrowest flow cross-section 12 of the supersonic nozzle 10.
  • the adjustment of the parts of the nozzle body 1 1 against each other for example, via one or more
  • a motor adjustability of the narrowest flow cross-section 12 is indicated by means of a servomotor 18.
  • the motor adjustability allows automatic adjustment of the narrowest flow cross-section 12 of the supersonic nozzle 10 without, for example, having to open or even disassemble a funnel-shaped vessel and the cylindrical attachment receiving housing.
  • the narrowest flow cross-section 12 of the supersonic nozzle can be controlled as a function of the material to be comminuted.
  • the control data can preferably in tabular form, stored in an external control unit, which communicates with the device.
  • the control data for adjusting the narrowest flow cross-section 12 of the overflow nozzle 10 nozzles can be determined and compiled empirically.
  • An advantageous embodiment of the invention may allow the user of the device to select the correct control data for the adjustment of the supersonic nozzles 10 as a function of the material used.
  • the control unit to asst preferably an electronic data processing system (Fig. 4). This can simplify parameter acquisition, control and selection.
  • the supersonic nozzle 10 has a venturi function.
  • a Venturi bore 13 is arranged at the narrowest flow cross-section 12 of the nozzle body 1 1, which can be opened and closed again when needed.
  • By opening the Venturi bore 13 ambient air is sucked into the supersonic nozzle 10.
  • This effect can be used to selectively "break up" the air vortex created by the inflowing air within the funnel-shaped vessel and the cylindrical attachment, for example, to feed materials into the air vortex.
  • the nozzle body 11 of the supersonic nozzle 10 opens into an air guide plate 14, which terminates in the mounted state substantially flush with the inner wall 41 of the cylindrical attachment 4.
  • the air guide plate 14 is inserted into the air inlet 5 of the cylindrical attachment such that it projects beyond the inner wall 41 of the cylindrical attachment 4 at least in the area of an air outlet 15 of the supersonic nozzle 10.
  • the compressed air can be introduced essentially tangentially along the inner wall 41 of the cylindrical attachment 4.
  • the limited by the air guide plate 14 air outlet 15 has a deviating from the circular cross-section.
  • the air outlet 15 has a substantially rectangular cross-section.
  • the flow cross-section at the outlet deviating from the circular shape can influence the tangential and the vertical components of the air flow in the sense of better generation of the air vortex. This can favor the formation of cavitation and negative pressure in the generated air vortex.
  • the nozzle body 11 is connected to a mounting plate 17.
  • the mounting plate 17 is connected to the air guide plate 14 and arranged so that it is in Luftström ungsri direction of the Lucastown- tion plate 14 surmounted.
  • the mounting plate 17 is fastened by means of screws to an outer wall 42 of the cylindrical attachment 4.
  • the mounting plate 17 and the associated with this air guide plate 14 may be rigidly connected to the nozzle body 1 1. To change the direction of rotation of the air vortex generated in the device then the entire supersonic nozzle unit including nozzle body 1 1, mounting plate 17 and air guide plate 14 must be rotated by 180 °. However, the mounting plate 17 and the associated with this air guide plate 14 may also, as shown in particular in Fig. 3, relative to the nozzle body 1 1 to be rotatable by 180 °. For this purpose, the nozzle body 1 1 flanged from the mounting plate 17 and be flanged again after turning and mounting the mounting plate 17 and the air guide plate 14 on the cylindrical attachment.
  • FIG. 3 shows a perspective view of a supersonic nozzle 10 according to the invention with a view of the mounting plate 17.
  • the same components bear the same reference numerals as in FIG. 2.
  • the nozzle body 11 is flanged onto the mounting plate 17.
  • the air supply line 16 is indicated.
  • the mounting plate 17 is surmounted in the air flow direction of the air guide plate 14, which terminates in the mounted state of the supersonic nozzle 10 is substantially flush with the inner wall of the cylindrical attachment.
  • the mounting plate in turn bears the reference numeral 17. From the figure it can be seen that the air guide plate 14 facing side of the mounting plate 17 is concave curved to follow the curvature of the cylindrical attachment.
  • the air outlet 15 of the supersonic nozzle 10 is arranged on the side facing away from the observer side of the air guide plate 14. He has one of the circular shape deviating cross-section on. Preferably, it is formed substantially rectangular.
  • the nozzle body of the supersonic nozzle 10 is indicated by the reference numeral 11.
  • FIG. 5 shows a schematic perspective illustration of a further embodiment of a device according to the invention for comminuting and drying waste materials and similar materials, which in turn bears the reference number 1 in its entirety.
  • the same components of the device 1 are with the same reference numerals as in Fig. 1.
  • the device in turn has a funnel-shaped vessel 2 with an outlet opening 3. At its end facing away from the outlet opening 3, the funnel-shaped vessel 2 is connected to the cylindrical attachment 4.
  • Supersonic nozzles 10 for compressed and possibly heated air are mounted on the cylindrical attachment 4 and are preferably distributed at the same angular distance from each other over the circumference of the cylindrical attachment 4. In the illustrated embodiment, in particular four supersonic nozzles 10 are provided, two of which are visible in the figure.
  • the supersonic nozzles 10 are mounted at the same height of the cylindrical attachment 4.
  • the lid 6, which which is directedst the cylindrical top, protrudes a fireplace-like extension 7, the outlet cross-section can be adjusted.
  • a feeding device 9 for materials to be crushed and dried M passes through the lid 6 and likewise projects into the cylindrical attachment 4.
  • the supersonic nozzles 10 are connected to an approximately annular air supply line 19, which in turn via another central air line (not shown) may be connected, for example, with an oil-free screw compressor.
  • the air supply lines can be designed according to a temmel arm system. This means that the pressure loss coefficients of the supply lines to the individual supersonic nozzles 10 are the same for all supersonic nozzles, so that a uniform flow is ensured.
  • the pressure losses of the supply lines consist essentially of the pipe friction, i. the internal roughness, the diameter and the length and the Druckjanbei- values of the tubular elements together.
  • the pressure loss coefficients of the pipe elements can be determined empirically and are usually taken from the literature.
  • the air can reach the supersonic nozzles 10 under a pressure of approx. 4 - 6 bar and with a volume of 30 to 50 m 3 / min be supplied.
  • the supersonic nozzles 10 allow flow velocities which exceed the speed of sound.
  • an air vortex is generated within the device 1, which is again provided with the reference symbol W in the partially cutaway view of the device 1 in FIG.
  • the materials M to be comminuted which are introduced into the device 1 via the feed device 9, are introduced into the generated air vortex and are accelerated very high immediately after delivery into the air vortex W.
  • the materials M do not withstand the forces occurring during the sudden acceleration and are therefore broken down into smaller components.
  • High centrifugal and centripetal forces, shearing and frictional forces, as well as negative pressure and cavitation occurring within the air vortex W assist the comminution, for example pulverization, of the materials M.
  • Moisture contained in the materials M for example water contained in sewage sludge and bound in the solid particles thereby separated and transported away with the air warming at W exhaust air A through the chimney-like air outlet 7.
  • the temperature of the exhaust air A can be up to 100 ° C, for example.
  • the air vortex W generated in the device dissolves from the inner walls of the device 1. As a result, bulges of the materials M on the inner walls of the cylindrical attachment 4 or of the funnel-shaped vessel 2 can be prevented.
  • the crushed material passes as granules G to the outlet opening 3 of the device and trickles to the ground.
  • the apparatus 1 for shredding and drying of waste materials, slags, rocks and the like materials may be connected to a control device, which is indicated by the reference numeral 100.
  • the controller 100 may be connected to a global network such as the Internet such that the operating parameters of the device are remotely readable, and preferably the device is remotely controllable.
  • the connection of the control device 100, which may also include the control unit for a cross-sectional change of the supersonic nozzles 10, to the Internet can be used, for example, for maintenance purposes, for remote diagnostics and for remote control of the device.

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Abstract

Es ist eine Vorrichtung (1) zur Zerkleinerung und Trocknung von Abfall Stoffen, Schlacken, Gesteinen und dergleichen Materialien (M) beschrieben, die einen im wesentlichen trichterförmigen Kessel (2) mit einem zylindrischen Aufsatz (4) umfasst. An dem zylindrischen Aufsatz (4) sind wenigstens zwei über den Umfang verteilte Lufteinlässe (5) zum Einbringen von komprimierter und ggf. erwärmter Luft (L) angeordnet. Der Boden des trichterförmigen Kessels ist mit einer Austrittsöffnung (3) für zerkleinertes Material (G) ausgestattet. An dem der Austrittsöffnung (3) gegenüberl i egenden, durchmessergrösseren Ende des Kessels ist am am zylindrischen Aufsatz (4) eine Luftaustrittsöffnung (7) angeordnet. Eine Zuführeinrichtung (9) für das zu zerkleinernde Material (M) mündet in den zylindrischen Aufsatz (4). An den wenigstens zwei über den Umfang des zylindrischen Aufsatzes verteilten Lufteinlässen (5) ist jeweils eine Überschalldüse (10) mit Venturifunktion derart angeordnet, dass die zugeführte Luft (L) in Umfangsrichtung des zylindrischen Aufsatzes (4) und des trichterförmigen Kessels (2) einbringbar ist.

Description

Vorrichtung zur Zerkleinerung und Trocknung von Abfallstoffen,
Schlacken, Gesteinen und dergleichen Materialien
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Zerkleinerung und Trocknung von Abfallstof- fen, Schlacken, Gesteinen und dergleichen Materialien gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Abfallstoffe und dergleichen Materialien werden vielfach immer noch in Deponien entsorgt. Da Deponien nur eine begrenzte Aufnahmekapazität aufweisen, ist es wünschens- wert, die Abfallstoffe vor ihrer Ablagerung zu zerkleinern. Die Zerkleinerung der Abfallstoffe kann aber auch zur Aufbereitung für die Energiegewinnung durch eine anschliessende Verbrennung oder Entgasungsanlage genutzt werden. Durch die Zerkleinerung der Abfall Stoffe oder die Pulverisierung von Schlacken und Gesteinen, beispielsweise Erzgestei- nen, können aber auch wertvolle Rohstoffe leichter abgetrennt und zurückgewonnen wer- den. Ein bekanntes Problem bei der Behandlung von Abfallstoffen, wie beispielsweise Siedlungsabfällen, Industrieschlämmen, wie z.B. Zement-, Kalk- Industrie und Klärschlämmen ist der relativ hohe Feuchtigkeitsgehalt, der oft in diesen Abfallstoffen gebunden ist. Dieser meist nur schwer von den Abfallstoffen zu trennende Feuchtigkeitsgehalt stellt bei Deponien als Deponiewasser ein nicht zu unterschätzendes Problem dar. In Ver- brennungsanlagen führt der hohe Feuchtigkeitsgehalt zu einem niedrigeren Heizwert des eingesetzten Abfallmaterials. Der hohe Feuchtigkeitsgehalt in den Abfallstoffen sowie die Materialgrösse wirken sich generell negativ auf die Energie- und Transportbilanz (C02 Ausstoss) aus. Die aus dem Stand der Technik bekannten Mahlwerke oder dergleichen zur Zerkleinerung der Abfallstoffe weisen einen relativ schlechten Wirkungsgrad auf und sind für eine Verringerung des Feuchtigkeitsgehalts nicht ausreichend geeignet. Aus dem Stand der Technik ist auch bereits ein M ateri al zerk l einerungsgerät bekannt, welches einen im wesentlichen trichterförmigen Kessel mit einem zylindrischen Aufsatz aufweist. Komprimierte Luft wird in Umfangsrichtung in den zylindrischen Aufsatz eingeblasen, um innerhalb des trichterförmigen Kessels einen Luftwirbel zu erzeugen. Diese bekannte Vorrichtung benötigt bis zu 100 m3 komprimierte Luft pro Minute, was ein großer Nachteil für die Energiebilanz und für die Wirtschaftlichkeit der Vorrichtung darstellt. An den Eintrittsöffnungen für die komprimierte Luft angebrachte Ablenkplatten leiten die Luft in Umfangsri chtung des Kessels. Das zu zerkleinernde Material wird über eine Zuführleitung in den zylindrischen Aufsatz gefordert und dem Luftwirbel ausgesetzt. In dem Luftwirbel soll das eingebrachte Material zerkleinert werden. Die Ablenkplatten dienen zugleich als Prallplatten und sollen die Lufteintrittsöffnungen vor dem herum wirbelnden Material schützen. Das zerkleinerte Material sinkt infolge der Schwerkraft zu Boden und wird durch eine Öffnung am Boden des trichterförmigen Kessels ausgeschieden. Ein am gegenüberliegenden, durchmessergrösse- ren Ende des Kessels am zylindrischen Aufsatz angeordneter zylindrischer Kamin sorgt für eine Abfuhr der überschüssigen Luft. Indem die eingeblasene Luft vorgeheizt wird, soll eine gewisse Trocknung des eingebrachten Materials erzielbar sein. Die Prallplatten sind einem hohen Verschleiss unterworfen und müssen relativ oft gewechselt werden. Da immer auch Material gegen die Wandungen des trichterförmigen Kessels oder des zylindrischen Aufsatzes prallt, sind auch diese Gerätekomponenten einem relativ hohen Verschleiss unterworfen und müssen entsprechend robust ausgebildet sein. Der in dem Kessel erzielbare Luftwirbel weist nur eine relativ kleine Geschwindigkeit auf. Demzufolge weist die Vorrichtung nur eine relativ geringe Zerkleinerungswirkung auf das eingebrachte Material auf.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zur Zerkleinerung und Trocknung von Abfallstoffen, Schlacken, Gesteinen und dergleichen Materialien zu schaffen, welche den vorstehend geschilderten Nachteilen der Geräte des Stands der Technik Rechnung trägt. Die Vorrichtung soll weniger verschleissaniallig sein und eine ausreichende Zerkleinerung, ja sogar eine Pulverisierung, und/oder Trocknung der eingesetzten Abfallstoffe ermöglichen. Dabei soll die Vorrichtung möglichst unkompliziert aufgebaut und erprobte und konstruktiv einfache Bauteile aufweisen, sowie kostengünstig in der Herstellung und im Betrieb sein.
Die Lösung dieser Aufgaben besteht in einer Vorrichtung zur Zerkleinerung und Trocknung von Abfallstoffen, Schlacken, Gesteinen und dergleichen Materialien, welche die im Patentanspruch 1 aufgelisteten Merkmale aufweist. Weiterbildungen sowie vorteilhafte und bevorzugte Ausführungsvarianten der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche. Die Erfindung schlägt eine Vorrichtung zur Zerkleinerung und Trocknung von Abfallstoffen, Schlacken, Gesteinen und dergleichen Materialien vor, die einen im wesentlichen trichterförmigen Kessel mit einem zylindrischen Aufsatz umfasst. An dem zylindrischen Aufsatz sind wenigstens zwei über den Umfang verteilte Lufteinlässe zum Einbringen von komprimierter und ggf. erwärmter Luft angeordnet. Der Boden des trichterförmigen Kessels ist mit einer Austrittsöffnung für zerkleinertes Material ausgestattet. An dem der Austrittsöffnung gegen überl i egenden, durchmessergrösseren Ende des Kessels ist am zylindrischen Aufsatz eine Luftausströmöffnung angeordnet. Eine Zuführeinrichtung für das zu zerkleinernde Material mündet in den zylindrischen Aufsatz. An den wenigstens zwei über den Umfang des zylindrischen Aufsatzes verteilten Lufteinlässen ist jeweils eine Über- schalldüse mit Venturisystem derart angeordnet, dass die zugeführte Luft in Umfangsrich- tung des zylindrischen Aufsatzes und des trichterförmigen Kessels einbringbar ist.
Durch den Einsatz von Uberschalldüsen erreicht die zugeführte, vorzugsweise erwärmte Luft am Eintritt in den zylindrischen Aufsatz auf dem trichterförmigen Kessel sehr hohe Strömungsgeschwindigkeiten, die die Schal l gesch windigkeit erreichen und um ein Mehrfaches übertreffen können. Dadurch wird im zylindrischen Aufsatz und insbesondere im sich in Richtung seines Bodens trichterförmig verengenden Kessel ein erwärmter Luftwirbel erzeugt. Die hohen Strömungsgeschwindigkeiten werden durch die Zufuhr der Luft unter einem Druck von ca. 4 6 bar erreicht. Die dabei durchgesetzten Luftmengen können je nach Meereshöhe ca. 30 bis 50 mVmin betragen. Beispielsweise können diese Luftmengen mittels eines steuerbaren öl freien Schraubenkompressors erzeugt und gefördert werden. Unter einer Überschal ldüse ist dabei beispielsweise eine Düse zu verstehen, die einen Querschnittsverlauf entsprechend einer Lavaldüse aufweist. Die Ausbildung der Überschalldüse als eine Lavaldüse erlaubt es, benötigten Lufteinsatz deutlich, beispielsweise um bis zu 50%, zu reduzieren. Dies hat grossen Einfluss auf eine positive Energiebilanz. Infolge der hohen Luftgeschwindigkeiten werden die eingebrachten Materialien stark zerkleinert, ja sogar pulverisiert. Infolge der Pulverisierung der eingesetzten Materialien können in den Materialien enthaltene wertvolle Rohstoffe einfach wieder der Industrie rückgefuhrt werden. Infolge des hohen Zerkleinerungsgrades kann die Ladekapazität von Transporteinrichtungen auch viel besser ausgenutzt werden, was sich wiederum positiv auf die Umwelt (Reduktion des C02 Ausstosses) auswirken kann. Die zu zerkleinernden Materialien gelangen mit Unterstützung von einem Venturisystem in den erzeugten Luftwirbel und erfahren dabei eine enorme Beschleunigung. Das Venturisystem dient dabei zum„Aufbrechen" des von den Überschalldüsen erzeugten Luftwirbels. Die in den Luftwirbel eingebrachten Materialien halten den bei der plötzlichen Besehleu- nigung auftretenden Kräften nicht stand und werden deshalb in kleinste Bestandteile zerlegt. Innerhalb des Luftwirbcls auftretende hohe Zentrifugal- und Zentri petalkräfte, Scher- und Reibungskräfte, sowie Unterdruck und Kavitation unterstützen die Zerkleinerung der Materialien. In den Materialien enthaltene Feuchtigkeit, beispielsweise in Klär,- und Industrieschlämmen enthaltenes und in den Feststoffpartikeln gebundenes Wasser wird dabei abgetrennt und mit der sich im Luftwirbel erwärmenden Luft durch die Luftaustrittsöffnung, die an einem verstellbaren kaminartigen Fortsatz angeordnet sein kann, abtransportiert. Die Temperatur der Abluft kann beispielsweise bis 100°C betragen. Durch die Anordnung von wenigstens zwei Überschalldüsen wird in der Vorrichtung ein gleichbleibender Luftstrom erzeugt, der in einem Luftwirbel resultiert, der sich von den Inncnwandun- gen der Vorrichtung ablöst. Dadurch kann ein Aufprallen der Materialien auf die Innenwandungen des zylindrischen Aufsatzes und des trichterförmigen Kessels verhindert werden.
Eine Ausfiihrungsvariante der erfindungsgemässen Vorrichtung kann vorsehen, dass die an den Lufteinlässen angeordneten Überschalldüsen mit Venturisystem in gleicher axialer Höhe des zylindrischen Aufsatzes auf den trichterförmigen Kessel angeordnet sind.
Dadurch kann die Gleichmässigkeit des Luftwirbels verbessert und können bei gleichbleibendem Energieeinsatz höhere Ström un gsgeschw indi gkeiten erzielt werden. Bei einer Ausfuhrungsvariante der erfindungsgemässen Vorrichtung können die Überschalldüsen einen Auslass aufweisen, der einen von der Kreis form abweichenden Querschnitt besitzt. Durch die Wahl des Strömungsquerschnitts am Auslass können die Tangential- und die Vertikalkomponenten der Luftströmung im Sinne der besseren Erzeugung des Luftwirbels beeinflusst werden.
Eine Ausfuhrungsvariante der Erfindung kann vorsehen, dass der Querschnitt des Auslasses der Überschalldüsen rechteckig ausgebildet ist. Dadurch kann im Inneren des erzeugten Luftwirbels die Entstehung von Kavitation und Unterdruck begünstigt werden. Bei einer weiteren Ausführungsvariante der erfindungsgemässen Vorrichtung können die Überschalldüsen jeweils einen engsten Durchströmungsquerschnitt aufweisen, der bei Bedarf veränderbar ist. Durch die Veränderung des Durchströmungsquerschnitts können die Strömungsgeschwindigkeiten am Ausgang der Überschalldüsen gezielt beeinflusst werden. Die Stellschrauben oder dergleichen mechanische Verstellmittel können derart angeordnet sein, dass sie für den Anwender auch während des Betriebs der Vorrichtung zugängig sind.
Die Veränderung wenigstens des engsten Durchströmungsquerschnitts der Überschalldü- sen kann mechanisch, beispielsweise über Stellschrauben oder dergleichen erfolgen. Eine zweckmässige Ausführungsvariante der Erfindung kann vorsehen, dass der engste Durchströmungsquerschnitt der Überschalldüsen automatisch über Stellmotore verstellbar ist. Die motorische Verstellbarkeit erlaubt eine Einstellung des engsten Durchströmungsquer- schnitts der Düsen ohne beispielsweise ein den trichterförmigen Kessel und den zylindri- sehen Aufsatz aufnehmendes Gehäuse öffnen oder gar demontieren zu müssen.
In Verbindung mit einer motorischen Verstellbarkeit kann der engste Durchströmungsquerschnitt der Überschalldüsen in Abhängigkeit des eingesetzten zu zerkleinernden Materials steuerbar sein. Die Steuerdaten können dabei, vorzugsweise tabellarisch, in einer ex- lernen Steuereinheit abgespeichert sein, die mit der Vorrichtung in Verbindung steht. Die Steuerdaten zur Verstellung des engsten Durchströmungsquerschnitts der Düsen können empirisch ermittelt und zusammengestellt sein. Eine vorteilhafte Ausiührungsvariante der Erfindung kann es dem Anwender der Vorrichtung ermöglichen, die korrekten Steuerdaten für die Verstellung der Überschalldüsen in Abhängigkeit des eingesetzten Material anzu- wählen. Die Steuereinheit umfasst vorzugsweise eine elektronische Datenverarbeitungsanlage. Dadurch können die Parametererfassung, -kontrolle und deren Auswahl vereinfacht werden.
Eine weitere Ausiührungsvariante der Erfindung kann vorsehen, dass die Überschalldüsen an den Lufteinlässen am zylindrischen Aufsatz jeweils in eine Luftführungsplatte münden, die in eine Ausnehmung in der Innenwandung des zylindrischen Aufsatzes eingesetzt ist. Die Luttführungsplatte begrenzt den Auslass der Überschalldüse und ist derart montiert, dass sie die Innenwandung des zylindrischen Aufsatzes wenigstens im Bereich des Auslas- ses überragt. Dadurch kann die zugeführte komprimierte Luft tangential entlang des In- nenumfangs des zylindrischen Aufsatzes eingebracht werden.
Bei einer Ausführungsvariante der erfmdungsgemässen können die Luft führungsplatten gegenüber einem Düsenkörper der Überschalldüse um 180° drehbar sein. Dadurch ist die Vorrichtung sehr einfach in Bezug auf unterschiedlichen Gegebenheiten auf der Nord- bzw. der Südhalbkugel der Erde adaptierbar. Während auf der Nordhalbkugel sich ein zyk- lonaler, d.h. ein entgegen dem Uhrzeigersinn drehender Luftwirbel als zweckmässig erweisen kann, ist auf der Südhalbkugel eher ein antizyklonaler Luftwirbel in der Vorrichtung anzustreben. Dadurch kann der Wirkungsgrad der Vorrichtung hinsichtlich Zerkleinerung und Trocknung verbessert werden. Eine Ausführungsvariante der Erfindung kann dazu vorsehen, dass die Luftführungspl atte fest mit einer Montageplatte verbunden ist und der Düsenkörper der Überschalldüse an der Montageplatte anflanschbar ist. Die Montageplatte dient zur Montage der Überschalldüse an der Aussenwandung des zylindrischen Aufsatzes. Der Düsenkörper ist in zwei um 180° gedrehten Positionen an die Montageplatte anflanschbar. Dadurch können die Lage der Überschalldüse und der Luftzuführungen in Bezug auf den Umfang des zylindrischen Aufsatzes unverändert bleiben. In einer alternativen Ausfuhrungsform der Erfindung können die Luft führungsplatte, die Montageplatte und der Düsenkörper aber auch starr miteinander verbunden sein. Zur Veränderung der Drehrich- tung des erzeugten Luftwirbels kann dann die gesamte Überschalldüseneinheit zusammen mit Montageplatte und Luftführun gspl atte um 180° gedreht montiert werden.
Eine weitere Ausführungsvariante der erfmdungsgemässen Vorrichtung kann mit einer Steuereinrichtung verbunden sein, welche derart mit einem globalen Netzwerk, beispiels- weise dem Internet verbunden ist, dass die Betriebsparameter der Vorrichtung fernablesbar und vorzugsweise die Vorrichtung fernsteuerbar ist. Die Anbindung der Steuereinrichtung, welche auch die Steuereinheit für die Querschnittsveränderung der Überschalldüsen umfassen kann, an das Internet kann beispielsweise für Wartungszwecke, für Ferndiagnosen und lür eine Femsteuerung der Vorrichtung genutzt werden.
Eine noch weitere Ausführungsvariante der erfmdungsgemässen Vorrichtung kann vorsehen, dass mehr als zwei Überschalldüsen in gleichem Winkelabstand voneinander am Umfang des zylindrischen Aufsatzes angeordnet sind. Die Anzahl der erforderlichen Über- schalldüsen kann in Abhängigkeit der Grösse und des Durchmessers des trichterförmigen Kessels samt dem zylindrischen Aufsatz gewählt werden, um die Strömungsgeschwindigkeiten im erzeugten Luftwirbel zu optimieren.
Weitere Vorteile und Ausführungsvarianten der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung von Ausfiihrungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Es zeigen in nicht massstabsgetreuer Darstellung:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfind ungsgemässen Vorrichtung im Axialschnitt;
Fig. 2 eine vergrösserte schematische Darstellung einer an der Vorrichtung
befestigten Überschalldüse;
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer Überschalldüse mit Blick auf eine Montageplatte an ihrer Eingangsseite;
Fig. 4 eine perspektivische Ansicht der Überschalldüse gemäss Fig. 4 mit Blick auf eine Luftführungsplatte; und
Fig. 5 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausfuhrungsvariante der Erfindung.
Eine in Fig. 1 schematisch im Axialschnitt dargestellte Vorrichtung gemäss der Erfindung trägt gesamthaft das Bezugszeichen I . Die Vorrichtung weist einen trichterförmigen Kessel 2 mit einer Austrittsöffnung 3 auf. An seinem der Austrittsöffnung 3 abgewandte Ende weist der trichterförmige Kessel 2 einen zylindrischen Aufsatz 4 auf. Am zylindrischen Aufsatz 4 sind wenigstens zwei Lufteinlässe 5 für komprimierte und ggf. erwärmte Luft vorgesehen und über den Umfang des zylindrischen Aufsatzes 4 verteilt. Ein durch einen Deckel 6 in den zylindrischen Aufsatz 4 ragender Kamin 7 weist eine Luftausströmöffnung auf. Der Querschnitt der Luftausströmöffnung am Kamin 7 ist bei Bedarf veränderbar, was in Fig. 1 durch eine verstellbare Blende 8 und die Pfeile PI angedeutet ist. Eine Zufuhrein- richtung 9 für zu zerkleinernde und zu trocknende Materialien M durchsetzt den Deckel 6 und ragt in den zylindrischen Aufsatz 4.
An den wenigstens zwei über den Umfang des zylindrischen Aufsatzes 4 verteilten Luft- einlässen 5 ist jeweils eine Überschalldüse 10 angeordnet. Komprimierte und gegebenenfalls erwärmte Luft L wird über die Überschalldüsen 10 in den zylindrischen Aufsatz 4 eingeleitet. Unter einer Überschalldüse 10 ist gemäss der Erfindung eine Düse zu verstehen, die beispielsweise einen Querschnittsverlauf entsprechend einer Lavaldüse aufweist. Durch den Einsatz von Überschalldüsen 10 erreicht die zugeführte, vorzugsweise erwärmte Luft L am Eintritt in den zylindrischen Aufsatz 4 und den trichterförmigen Kessel 2 sehr hohe Strömungsgeschwindigkeiten, die Schallgeschwindigkeit erreichen und diese sogar um ein Mehrfaches übertreffen können. Dadurch wird im zylindrischen Aufsatz 4 und insbesondere im sich in Richtung seiner Auslassöffnung 3 trichterförmig verengenden Kessel 2 ein erwärmter Luftwirbel W erzeugt. Die hohen Strömungsgeschwindigkeiten werden durch die Zufuhr der Luft L unter einem Druck von ca. 4 6 bar erreicht. Die dabei durchgesetzten Luftmengen können je nach Meereshöhe ca. 30 bis 50 m3/min betragen. Beispielsweise können diese Luftmengen mittels eines steuerbaren öl freien Schraubenkompressors erzeugt und gefördert werden. Je nach Aufstellungsort auf der Nord- bzw. der Südhalbkugel der Erde ist die Drehrichtung des in der Vorrichtung 1 erzeugten Luftwirbels W anpassbar. Während auf der Nordhalbkugel sich ein zyklonaler, d.h. ein entgegen dem Uhrzeigersinn drehender Luftwirbel als zweckmässig erweisen kann, ist auf der Südhalbkugel eher ein antizyklonaler Luftwirbel in der Vorrichtung anzustreben. Dazu ist die Einströmrichtung der Überschalldüsen 10 an den Lufteinlässen 5 veränderbar, insbesondere um 180° drehbar. Dies ist in Fig. 1 durch die gekrümmten Pfeile P2 angedeutet.
Die über die Zuführeinrichtung 9 in die Vorrichtung 1 eingebrachten zu zerkleinernden Materialien M werden mit Unterstützung eines an den Überschalldüsen 10 vorgesehenen Venturisystems in den erzeugten Luftwirbel eingebracht. Das Venturisystem dient dabei zum kurzfristigen„Aufbrechen" des von den Überschalldüsen 10 erzeugten Luftwirbels W. Die in den Luftwirbel W eingebrachten Materialien M werden unmittelbar nach der
Abgabe in den Luftwirbel W sehr hoch beschleunigt. Die Materialien M halten den bei der plötzlichen Beschleunigung auftretenden Kräften nicht stand und werden deshalb in kleinere Bestandteile zerlegt. Innerhalb des Luftwirbels W auftretende hohe Zentrifugal- und Zentripetalkräfte, Scher- und Reibungskräfte, sowie Unterdruck und Kavitation unterstützen die Zerkleinerung der Materialien M. In den Materialien M enthaltene Feuchtigkeit, beispielsweise in Klär,- und Industrieschlämmen enthaltenes und in den Feststoffpartikeln gebundenes Wasser wird dabei abgetrennt und mit der sich im Luftwirbel W erwärmenden Abluft A durch den kaminartigen Luftauslass 7, dessen Auslassquerschnitt verstellbar sein kann, abtransportiert. Die Temperatur der Abluft A kann beispielsweise bis 100°C betragen. Durch die Anordnung von wenigstens zwei Überschalldüsen 10 mit Venturifunktion wird in der Vorrichtung 1 ein gleichbleibender Luftstrom erzeugt, der in einem Luftwirbel W resultiert, der sich von den Innenwandungen der Vorrichtung 1 ablöst. Dadurch kann ein Aufprallen der Materialien M auf die Innenwandungen 41 bzw. 21 des zylindrischen Aufsatzes 4 bzw. des trichterförmigen Kessels 2 verhindert werden. Das zerkleinerte Material gelangt als Granulat G entlang der Innenwandung 21 des trichterförmigen Kessels 2 zu der Austrittsöffnung 3 der Vorrichtung und rieselt zu Boden. In Fig. 1 ist dies durch eine Anhäufung von Granulat G auf dem Untergrund F angedeutet.
Fig. 2 zeigt schematisch einen axialen Schnitt einer am zylindrischen Aufsatz 4 montierten Überschalldüse 10. Die Überschalldüse 10 weist beispielsweise etwa den Querschnittsverlauf einer Lavaldüse auf. Eingangsseitig ist die Überschalldüse 10 mit einer Luftzufuhrleitung 16 verbunden. Die für die Erzeugung des Luftwirbels erforderlichen Luftmengen können beispielsweise mittels eines steuerbaren öl freien S chraubenkompressors erzeugt und gefördert werden. Die Überschalldüse 10 besitzt einen Düsenkörper 1 1 , der beispielsweise mehrteilig ausgebildet sind. Die Teile des Düsenkörpers 1 1 sind derart miteinander verbunden, dass sie gegeneinander verstellbar sind, um wenigstens einen engsten Durchströmungsquerschnitt 12 der Überschalldüse 10 verändern zu können. Die Verstellung der Teile des Düsenkörpers 1 1 gegeneinander kann beispielsweise über eine oder mehrere
Stellschrauben erfolgen. Im schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine motorische Verstellbarkeit des engsten Durchströmungsquerschnitts 12 mit Hilfe eines Stellmotors 18 angedeutet. Die motorische Verstellbarkeit erlaubt eine automatische Einstellung des engsten Durchströmungsquerschnitts 12 der Überschalldüse 10 ohne beispielsweise ein den trichterförmigen Kessel und den zylindrischen Aufsatz aufnehmendes Gehäuse öffnen oder gar demontieren zu müssen. In Verbindung mit einer motorischen Verstellbarkeit kann der engste Durchströmungsquerschnitt 12 der Überschalldüse in Abhängigkeit des eingesetzten zu zerkleinernden Materials steuerbar sein. Die Steuerdaten können dabei, vorzugsweise tabellarisch, in einer externen Steuereinheit abgespeichert sein, die mit der Vorrichtung in Verbindung steht. Die Steuerdaten zur Verstellung des engsten Durchströmungsquerschnitts 12 der Übersehalldüse 10 Düsen können empirisch ermittelt und zusammengestellt sein. Eine vorteilhafte Ausführungsvariante der Erfindung kann es dem Anwender der Vorrichtung ermöglichen, die korrekten Steuerdaten für die Verstellung der Überschalldüsen 10 in Abhängigkeit des eingesetzten Material anzuwählen. Die Steuereinheit um asst vorzugsweise eine elektronische Datenverarbeitungsanlage (Fig. 4). Dadurch können die Parametererfassung, -kontrolle und deren Auswahl vereinfacht werden. Die Überschalldüse 10 weist eine Venturifunktion auf. Zu diesem Zweck ist am engsten Durchströmungsquerschnitt 12 des Düsenkörpers 1 1 eine Venturibohrung 13 angeordnet, die bei Bedarf geöffnet und wieder geschlossen werden kann. Durch das Offnen der Venturibohrung 13 wird Umgebungsluft in die Überschalldüse 10 eingesaugt. Dadurch wird die Luftströmung innerhalb der Überschalldüse 10 gestört. Dieser Effekt kann dazu genutzt werden, den durch die einströmende Luft innerhalb des trichterförmigen Kessels und des zylindrischen Aufsatzes erzeugten Luftwirbel gezielt„aufzubrechen", beispielsweise um Materialien in den Luftwirbel einzuspeisen.
Der Düsenkörper 11 der Überschalldüse 10 mündet in eine Luftführungsplatte 14, die im montierten Zustand im Wesentlichen bündig mit der Innenwandung 41 des zylindrischen Aufsatzes 4 abschliesst. Die Luftführungsplatte 14 ist derart in den Lufteinlass 5 des zylindrischen Aufsatzes eingesetzt, dass sie die Innenwandung 41 des zylindrischen Aufsatzes 4 wenigstens im Bereich eines Luftauslasses 15 der Überschalldüse 10 überragt.
Dadurch kann die komprimierte Luft im wesentlichen tangentiale entlang der Innenwan- dung 41 des zylindrischen Aufsatzes 4 eingebracht werden. Der von der Luftführungsplatte 14 begrenzte Luftauslass 15 weist einen von der Kreisform abweichenden Querschnitt auf. Beispielsweise besitzt der Luftauslass 15 einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt. Durch den von der Kreis form abweichenden Strömungsquerschnitt am Auslass können die Tangential- und die Vertikalkomponenten der Luftströmung im Sinne der bes- seren Erzeugung des Luftwirbels beeinflusst werden. Dadurch kann im erzeugten Luftwirbel die Entstehung von Kavitation und Unterdruck begünstigt werden. Zur Montage der Überschalldüse 10 am zylindrischen Aufsatz 4 ist der Düsenkörper 11 mit einer Montageplatte 17 verbunden. Die Montageplatte 17 ist mit der Luft führungsplatte 14 verbunden und derart angeordnet, dass sie in Luftström ungsri chtung von der Luftfüh- rungsplatte 14 überragt wird. Die Montageplatte 17 wird mittels Schrauben an einer Aus- senwand 42 des zylindrischen Aufsatzes 4 befestigt.
Die Montageplatte 17 und die mit dieser verbundene Luftführungsplatte 14 können starr mit dem Düsenkörper 1 1 verbunden sein. Zur Änderung der Drehrichtung des in der Vorrichtung erzeugten Luftwirbels muss dann die gesamte Überschalldüseneinheit samt Dü- senkörper 1 1 , Montageplatte 17 und Luft führungsplatte 14 um 180° gedreht werden. Die Montageplatte 17 und die mit dieser verbundene Luftführungsplatte 14 können jedoch auch, wie insbesondere in Fig. 3 dargestellt, gegenüber dem Düsenkörper 1 1 um 180° drehbar sein. Dazu kann der Düsenkörper 1 1 von der Montageplatte 17 abgeflanscht und nach dem Drehen und Montieren der Montageplatte 17 und der Luftführungsplatte 14 am zylindrischen Aufsatz wieder angeflanscht werden. Durch die Drehbarkeit des Düsenkörpers 11 gegenüber der Montageplatte 17 und der Luftfüh rungspl atte 14 kann die Lage der Überschalldüse 10 und der Luftzuführungen in Bezug auf den Umfang des zylindrischen Aufsatzes 4 unverändert bleiben. Fig. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemässen Überschalldüse 10 mit Blick auf die Montageplatte 17. Gleiche Bauteile tragen dieselben Bezugszeichen wie in Fig. 2. Der Düsenkörper 11 ist an die Montagcplatte 17 angeflanscht. Am eingangssei ti gen Ende der Überschalldüse 10 ist die Luftzufuhrleitung 16 angedeutet. Die Montageplatte 17 wird in Luftströmungsrichtung von der Luftführungsplatte 14 überragt, die im montierten Zustand der Überschalldüse 10 im wesentlichen bündig mit der Innenwandung des zylindrischen Aufsatzes abschliesst.
Fig. 4 zeigt die Überschalldüse gemäss Fig. 4 in einer perspektivischen Ansicht mit Blick auf die Luftführungsplatte 14. Die Montageplatte trägt wiederum das Bezugszeichen 17. Aus der Abbildung ist ersichtlich, dass die der Luft führungsplatte 14 zugewandte Seite der Montageplatte 17 konkav gekrümmt ausgebildet ist, um der Krümmung des zylindrischen Aufsatzes zu folgen. Der Luftauslass 15 der Überschalldüse 10 ist an der vom Betrachter abgewandten Seite der Luftführungsplatte 14 angeordnet. Er weist einen von der Kreisform abweichenden Querschnitt auf. Vorzugsweise ist er im wesentlichen rechteckig ausgebildet. Der Düsenkörper der Überschalldüse 10 ist mit dem Bezugszeichen 11 angedeutet.
Fig. 5 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung eines weiteren Ausführungsbei- spiels einer erfindungsgemässen Vorrichtung zur Zerkleinerung und Trocknung von Abfall Stoffen und dergleichen Materialien, die wiederum gesamthaft das Bezugszeichen 1 trägt. Gleiche Bestandteile der Vorrichtung 1 sind mit denselben Bezugszeichen verschen wie in Fig. 1. Die Vorrichtung weist wiederum einen trichterförmigen Kessel 2 mit einer Austrittsöffnung 3 auf. An seinem der Austrittsöffnung 3 abgewandte Ende ist der trichter- förmige Kessel 2 mit dem zylindrischen Aufsatz 4 verbunden. Am zylindrischen Aufsatz 4 sind Überschalldüsen 10 für komprimierte und ggf. erwärmte Luft montiert und vorzugsweise in gleichem Winkelabstand voneinander über den Umfang des zylindrischen Aufsatzes 4 verteilt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind insbesondere vier Überschalldüsen 10 vorgesehen, von denen in der Abbildung zwei sichtbar sind. Die Über- schalldüsen 10 sind in gleicher Höhe des zylindrischen Aufsatzes 4 montiert. Durch den Deckel 6, der den zylindrischen Aufsatz verschlicsst, ragt ein kaminartiger Fortsatz 7, dessen Austrittsquerschnitt verstellbar sein kann. Eine Zuführeinrichtung 9 für zu zerkleinernde und zu trocknende Materialien M durchsetzt den Deckel 6 und ragt gleichfalls in den zylindrischen Aufsatz 4.
Die Überschalldüsen 10 sind mit einer etwa ringförmig verlaufenden Luftzuführleitung 19 verbunden, die ihrerseits über eine weitere zentrale Luftleitung (nicht dargestellt) beispielsweise mit einem ölfreien Schraubenkompressor verbunden sein kann. Die Luftzuführleitungen können dabei nach einem Ti chelm arm- S ystem ausgebildet sein. Das bedeu- tet, dass die Druckverlustbeiwerte der Zuleitungen zu den einzelnen Überschalldüsen 10 für alle Überschalldüsen gleich sind, damit eine gleichmässige Durchströmung gewährleistet ist. Die Druckverluste der Zuleitungen setzen sich im wesentlichen aus der Rohrrei- bung, d.h. der Innenrauigkeit, dem Durchmesser und der Länge und den Druckverlustbei- werten der Rohrelemente zusammen. Die Druckverlustbeiwerte der Rohrelemente können empirisch ermittelt werden und üblicherweise der Literatur entnommen werden.
Mit Hilfe des steuerbaren ölfreien Schraubenkompressors kann die Luft unter einem Druck von ca. 4 - 6 bar und mit einem Volumen von 30 bis 50 m3/min den Überschalldüsen 10 zugeführt werden. Die Überschalldüsen 10 erlauben Strömungsgeschwindigkeiten, welche die Schallgeschwindigkeit überschreitet. Dadurch wird innerhalb der Vorrichtung 1 ein Luftwirbel erzeugt, der in der teilweise aufgeschnittenen Darstellung der Vorrichtung 1 in Fig. 4 wiederum mit dem Bezugszeichen W versehen ist.
Die über die Zufuhreinrichtung 9 in die Vorrichtung 1 eingebrachten zu zerkleinernden Materialien M werden in den erzeugten Luftwirbel eingebracht und unmittelbar nach der Abgabe in den Luftwirbel W sehr hoch beschleunigt. Die Materialien M halten den bei der plötzlichen Beschleunigung auftretenden Kräften nicht stand und werden deshalb in kleine- re Bestandteile zerlegt. Innerhalb des Luftwirbels W auftretende hohe Zentri ugal- und Zentripetalkräfte, Scher- und Reibungskräfte, sowie Unterdruck und Kavitation unterstützen die Zerkleinerung, beispielsweise Pulverisierung, der Materialien M. In den Materialien M enthaltene Feuchtigkeit, beispielsweise in Klärschlämmen enthaltenes und in den Feststoffpartikeln gebundenes Wasser wird dabei abgetrennt und mit der sich im Luftwir- bei W erwärmenden Abluft A durch den kaminartigen Luftauslass 7 abtransportiert. Die Temperatur der Abluft A kann beispielsweise bis 100°C betragen. Der in der Vorrichtung erzeugte Luftwirbel W löst sich von den Innenwandungen der Vorrichtung 1 ab. Dadurch kann ein Aulprallen der Materialien M auf die Innenwandungen des zylindrischen Aufsatzes 4 bzw. des trichterförmigen Kessels 2 verhindert werden. Das zerkleinerte Material gelangt als Granulat G zu der Austrittsöffnung 3 der Vorrichtung und rieselt zu Boden.
Die Vorrichtung 1 zur Zerkleinerung und Trocknung von Abfallstoffen, Schlacken, Gesteinen und dergleichen Materialien kann mit einer Steuereinrichtung verbunden sein, die mit dem Bezugszeichen 100 angedeutet ist. Die S teuereinrichtung 100 kann derart mit ei- nem globalen Netzwerk, beispielsweise dem Internet verbunden sein, dass die Betriebsparameter der Vorrichtung fernablesbar und vorzugsweise die Vorrichtung fernsteuerbar ist. Die Anbindung der Steuereinrichtung 100, welche auch die Steuereinheit für eine Querschnittsveränderung der Überschalldüsen 10 umfassen kann, an das Internet kann beispielsweise für Wartungszwecke, für Ferndiagnosen und für eine Fernsteuerung der Vor- richtung genutzt werden.
Die vorstehende Beschreibung von konkreten Ausführungsbeispielen dient nur zur Erläuterung der Erfindung und ist nicht als einschränkend zu betrachten. Vielmehr wird die Erfin- dung durch die Patentansprüche und die sich dem Fachmann erschliessenden und vom allgemeinen Ertlndungsgedanken umfassten Äquivalente definiert.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Zerkleinerung und Trocknung von Abfallstoffen, Schlacken, Gesteinen und dergleichen Materialien (M) umfassend einen im wesentlichen trichterförmigen Kessel (2) mit einem zylindrischen Aufsatz (4), an dem wenigstens zwei über den Umfang verteilte Lufteinlässe (5) zum Einbringen von komprimierter und ggf. erwärmter Luft (L) angeordnet sind, mit einer Austrittsöfinung (3) für zerkleinertes Material (G) am Boden des trichterförmigen Kessels (2) und einem Luftaus- strömöffhung, der am der Austrittsöfinung (3) gegenüberliegenden, durchmesser- grösseren Ende des Kessels (2) am zylindrischen Aufsatz (4) angeordnet ist, sowie mit einer Zuführeinrichtung (9) für das zu zerkleinernde Material (M), die in den zylindrischen Aufsatz (4) mündet, dadurch gekennzeichnet, dass an den wenigstens zwei über den Umfang des zylindrischen Aufsatzes (4) verteilten Lufteinlässen (5) jeweils eine Überschal ldüse ( 10) mit Venturifunktion derart angeordnet ist, dass die zugeführte Luft (L) in Umfangsrichtung des zylindrischen Aufsatzes (4) und des trichterförmigen Kessels (2) einbringbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die an den Lufteinlässen (5) angeordneten Überschalldüsen (10) in gleicher axialer Höhe des zylindrischen Aufsatzes (4) auf dem trichterförmigen Kessel (2) angeordnet sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jede Über- schalldüse ( 10) einen Auslass (15) aufweist, der einen von der Kreisform abweichenden Querschnitt besitzt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Auslasses (15) der Überschalldüse (10) rechteckig ausgebildet ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Überschalldüse ( 10) einen engsten Durchströmungsquerschnitt (12) aufweist, der bei Bedarf veränderbar ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der engste Durchströmungsquerschnitt (12) der IJberschalldüse (10) mechanisch über Stellschrauben oder dergleichen verstellbar ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der engste Durchströmungsquerschnitt (12) der IJberschalldüse ( 10) automatisch, vorzugsweise über einen Stellmotor, verstellbar ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der engste Durchströmungsquerschnitt ( 12) der Überschalldüse ( 10) in Abhängigkeit des eingesetzten zu zerkleinernden Materials (M) gesteuert verstellbar ist, wobei die Steuerdaten, vorzugsweise tabellarisch, in einer externen Steuereinheit abgespeichert sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerdaten zur Verstellung des engsten Durchströmungsquerschnitts (12) der Überschalldüse (10) empirisch ermittelt und zusammengestellt sind.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit eine elektronische Datenverarbeitungsanlage umfasst.
1 1. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Überschalldüse ( 10) am Lufteinlass (5) des zylindrischen Aufsatzes (4) von einer Luftführungsplatte (14) begrenzt ist, die am Lufteinlass (5) montiert ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Luftführungsplatte (14) mit einer Montageplatte (17) verbunden ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftführungs- platte (14) und die Montageplatte (13) starr mit einem Auslass eines zugehörigen Düsenkörpers ( 1 1 ) der Überschalldüse (10) verbunden sind.
14. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenkörper (1 1) der Überschalldüse (10) bei Bedarf gegenüber der Montageplatte um 180° gedreht montierbar ist.
15. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit einer Steuereinrichtung (100) verbunden ist, welche derart mit einem internationalen Netzwerk, beispielsweise dem Internet verbunden ist, dass die Betriebsparameter der Vorrichtung fernablesbar und vorzugsweise die Vorrichtung fernsteuerbar sind.
16. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass drei oder mehr Überschalldüsen (10) in gleichem Winkelabstand voneinander am Umfang des zylindrischen Aufsatzes (4) angeordnet sind.
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