JP2020530885A - 高速脱水及び粉砕タービン - Google Patents

Abstract

本発明は固体粉砕粒子を得て、存在する水を解離させるための高速脱水及び粉砕タービン（１）に関し、これは、ａ）固体粉砕粒子の出口のためのダクト及び粉砕される固体粒子の入口のための底部（１０）内のダクトを一端（７）に有する円形形状を有するステータ（６）と、ｂ）ステータの内側に配置されたベーン又はブレードを有するホイール又はロータと、ｃ）ホイール又はロータを形成する全ての要素を調整及び固定するための中央固定アセンブリとによって形成される。また、存在する水を分離する、固体の粉砕および脱水された粒子を得るための方法も記載される。

Description

本発明は、最新技術の種々の分野、例えば食品原料、野菜及び果実粉末及び穀粉の製造、農業廃棄物、衛生産業からの最終処分汚泥、並びに漁業、家畜、家禽、林業及び鉱業のようないくつかの製造産業からのスラッジ及び副産物における有機及び無機固体生成物の脱水及び粉砕に関する。

本発明は固体粒子を粉砕し、その中の水を解離させることができる高速脱水及び粉砕タービンである。さらに、本発明は固体粒子を粉砕し、その中の水を解離させるための手順を提供する。

タービンの基本要素はそのホイールまたはロータであり、ロータホイールの周囲に配置されたベーン（vanes、羽根）、ブレード、またはプロペラを備える。

最もよく知られているタービンは、水力タービン及び蒸気タービンである。

ＵＳ２００６０５１２１０は、フランシスタービンと、フランシスタービンを含む水タービンとを記載している。蓋と、蓋とブレードベルトとの間に延在し、流体流路を画定するブレードベルトとを備えるフランシスタービンが記載される。各ブレードの最大厚さ比／平均長さについて０．１〜０．２の値が定義される。ブレードまたはベーンは曲率を有し、それらの表面が滑らかであり、隙間または穴がない。

ＵＳ５７８０９３５は、中空ベース部材と、入口流体導管の上方に配置されたフレア状流体出口とを有するタービンシステムを記載している。タービンランナは、流体出口上に取り付けられ、発電機に接続された垂直シャフトを含む。さらに、複数のタービンブレードが、流体出口に隣接するシャフトの下端にある。ブレードの上縁部は放物線状である。

ＵＳ７７０４０４５はブレード先端とエンジンの外側シュラウドとの間にシールを提供するために、ブレード先端にスクイーラポケットを備えるタービンロータブレードを記載している。さらに、ブレードは、正圧側壁に沿って延びる孔の列と、各孔に関連するノッチとを有する。

ＵＳ２０１２０５７９８５は、セラミックマトリックスで形成されたブレードとそれを支えるバンドを含むタービンスタトーラブレードを述べている。ブレードは形状が凹状であり、内壁が滑らかであり、外壁が凸状である。

国際公開第２００９／０４８３１３号パンフレットは粒子をより高密度からより低密度に分離すること、例えば、有機生成物（穀物、穀物など）から水を除去すること、および異なる流体を精製すること、例えば、燃焼流体から不純物を除去することを目的とするタービン／サイクロンアセンブリを記載している。ＷＯ２００９／０４８３１３タービンは、キャビテーションによって粒子内の湿気を除去する。

ＧＢ１９５４００２４３６０は音速で流動する流体流動中で使用されるように設計されたエアロダイナミックプロファイル、例えば、タービンコンプレッサー翼またはブレードについて言及している。歯の目的は三角形、正弦波、半円形、または台形の形状とすることができ、境界層の剥離を防止し、したがって渦形成を低減し、その結果、効率および速度を低下させることである。

最新技術では、タービンには異なるタイプのブレードがあり、それぞれがタービンの機能に基づいている。しかしながら、粒子を粉砕するための適切なブレードを提供するタービンは見出されなかった。したがって、その中の水の最良の粒子粉砕および解離を達成するのに適した特殊なブレードを有するタービンを有する必要がある。

本発明の目的は固体粒子を粉砕し、その中の水の解離を誘発することができる脱水及び粉砕タービンを提供することである。

本発明のさらなる目的は固体粒子を粉砕し、その中の水を解離させるための手順を提供することである。

課題を解決する手段

本発明は固体粒子を粉砕し、その中の水を解離させて解離水を有する固体粉砕粒子を得ることができる高速脱水粉砕タービン（１）である。

さらに、本発明は固体粒子を粉砕し、その中の水を解離させるための手順を記載する。

以下、図面を参照して本発明を説明する。

図１は、本発明の高速脱水粉砕タービン（１）の概略図を示す。 図２は本発明の高速脱水粉砕タービン（１）の概略図であり、内部部品を示す。 図３は脱水及び粉砕タービンの概略図であり、内側ベーン又はブレード（２）の図である。 図４は、内側ベーン又はブレード（２）を含むタービン内側部分（ホイール又はロータ）の概略図を示す。 図５は内側ベーン又はブレード（２）を含むタービン内側部品（ホイール又はロータ）の概略図であり、その部品は分解されている。 図６は、ベーン又はブレードを含むタービン内側部品の上面図、側面図及び底面図を示す。 図７は、正弦波状の上縁部（３）を有するタービンベーン又はブレードの概略図を示す。 図８は、三角形の上縁部（４）を有するタービンベーン又はブレードの概略図を示す。 図９は、５つ以上の頂点（５）の多角形の上縁を有するタービンベーン又はブレードの概略図を示す。

本発明は、固体微粉砕粒子を得て、存在する水を解離させるための高速脱水粉砕タービン（１）であって、特に効率的に粉砕を行うように設計されたベーン（羽根）又はブレード（２）を備えたものである。さらに、本発明は固体粒子を粉砕し、その中の水を解離させるための手順を記載する。

高速脱水粉砕タービン（１）はその中心軸（１１）を支持する駆動システム上に取り付けられなければならず、この駆動システムはタービンが高速で作動することを可能にし、したがって、固体材料粒子を粉砕し、固体材料内の水を解離させる。タービンは、以下の要素からなる：
固体粉砕粒子を排出するためのダクトを端部（７）に有する円形の幾何学的形状を有するステータ（６）;
粉砕される固体粒子の投入のためのタービン（１０）の底部のダクト;
以下の要素、
２つの円形のベーン固定・実装プレート板（９）、
固定プレート（９）に嵌合する中心軸（１１）、
中心軸（１１）に平行に延び、その端部の１つを通って固定および取付けプレート（９）に垂直に取り付けられた少なくとも４つの分離および取付けバー（１２）、および
中心軸（１１）に接合され、半径方向にほぼ平坦に配置された少なくとも４つのベーン（２）またはブレードであって、各ベーン（２）は、その側面の１つの底部に配置され、タービン入口に近接する下部内側スロット（１３）を有する、ベーン（２）またはブレード;
を含む、ステータの内側に配置されたベーン付きのホイールまたはロータ（８）:
ホイールまたはロータ（８）を形成するすべての要素を調整し、確保するための中央確保アセンブリ。

ベーンまたはブレード（２）の頂部の外形は、正方形の歯または頂点を有する正弦曲線（３）、三角形（４）または５つ以上の頂点を有する多角形（５）であり得る（それぞれ図７、８および９を参照のこと）。例えば、頂点または先端が８つ以上の側の多角形の半分として成形された頂点を有するベーン、または正弦曲線形状の先端を有するベーンを存在させることができる。

各ベーンまたはブレード（２）はその頂部形状にかかわらず、ベーンの各側に２つの上部開放シュート型穴（１４）を有し、底部では、各ベーンがその側部（輪郭）の一方に真っ直ぐな形状（１５）を有し、他方に凹形状（１６）を有する。さらに、凹形状を有する同じ側面は、内側スロット（１３）を有する（図５、７、８および９を参照のこと）。ロータ（８）ベーンの真っ直ぐな形状（１５）及び凹状の（１６）形状には超音波状態を発生させる音響振幅及び周波数を有する共振チャンバが形成されており、この超音波状態は空気の通過により内側スロット（１３）によって発生される音響及び高速度によって生じる１２０ｄＢよりも高い測定値を有する。

ロータ（８）は、４対、６対、８対、１０対、１２対、１６対、またはそれ以上のベーンまたはブレード（２）を有することができる。ベーン又はブレードは、タービンのハウジング又はステータ形状に沿って配置され、前記ハウジング（６）の周りに画定される距離を維持する。

本発明の高速脱水粉砕タービン（１）はその駆動システムに、その高速度を達成するためのダブルギアボックスを備える。回転速度は望ましくは概ね２，０００ＲＰＭから約１０，０００ＲＰＭの範囲内であるか、または概ね２，０００ＲＰＭから構成される。さらに、粉砕タービンは、室温で、または約３０℃〜約１００℃の設定温度で動作することができる。

ベーン（２）の各側の上部開放シュート型穴（１４）はホイールまたはロータがステータの内側で回転するときに、ステータ（６）の内側のベーンの自由な循環および固体粒子の速度増加を可能にする。他方、各ロータベーンの先端多角形（５）、三角形（４）又は正弦波（３）形状はステータ（６）壁内の材料の蓄積が装置を停止させるのを防止することを可能にし、すなわち、固定部品（ステータ壁）と可動部品（ホイール又はロータ）との間の空間内でステータ内部を循環する材料によって引き起こされるタービン摩擦又は拘束が防止される。循環材料によるブレーキ「ライニング」効果は防止されることが意図されており、したがって、ベーン頂部はステータ固定部品の形状に調整されるべきであるが、方形歯、波形、頂点、またはブレーキ効果を防止することを可能にする任意の他の形状など、上側輪郭形状が変化する。このアイデアはベーンエンベロープが固定部分の内側エンベロープに対してほとんど形状変化を示さないように、固定部分の輪郭に対して表面輪郭を縮小することである。

他方、ベーン又はブレードの下側内側スロット（１３）は、所定の速度で回転することによって、低周波信号及び高周波高調波を発生させて、タービン内の材料及び水粒子を霧化することを可能にする。

固体粒子を粉砕し、その中の水を解離させるための手順は、
ａ．前に定義したような高速脱水及び粉砕タービン（１）と、それに関連する駆動システムとを有すること、
ｂ．必要とされる高速度を達成するために、駆動システムをタービンのために作動させること、
ｃ．タービン（１）の底部（１０）で負圧または吸引の条件下で空気浮遊固体粒子の流れを入力すること、及び
ｄ．固体粒子を粉砕し、固体粒子内の水を解離させること
を含む。

空気中の固体粒子の流れは、吸引または負圧によって、底部（１０）で高速タービン（１）に入る。一旦タービン内に入ると、空気中の固体粒子は、タービンブレード（２）の回転の結果として、下側内側スロット（１３）の結果として、およびロータベーンの形状の結果として、高速で回転する。さらに、粒子は、タービン内部を高速で再循環する。再循環は、高速タービンおよびハウジング（６）の設計における圧力点および吸引点の近接によって引き起こされる。タービン内部の粒子再循環を容易にするために、円形端部から入口（１０）までのハウジング（６）は円錐形に設計され、前記円錐のより小さい直径は、タービンロータ（８）の下部固定プレート（９）の直径と一致する。高速タービンおよびロータ内のベーンの内部設計はロータが回転するとき（８）、ステータ内部を循環する材料が固定部品（ステータ）と可動部品（ホイールまたはロータ）との間の空間を通過することを可能にし、ベーンまたはブレード（２）の可動部品は、ステータ（６）の固定部品に対して調整されなければならない。次に、一方ではロータ（８）を形成する全ての部品又は要素を固定することが可能であり、他方ではベーン（２）上の固定プレート（９）の圧力を調節し、かくしてそれらを伸縮させ、ステータ内面に固体材料が蓄積するのを防止するので、組立体を固定する機能は二重である。同様に、ロータ（８）のベーン（２）の多角形、三角形、または正弦曲線の形状は、ステータ（６）の壁内の材料の蓄積が装置を停止させるのを防止することを可能にする。タービンの内部を通過する際に、空気中の固体粒子は、それを出て、微細に分散された空気中の水を有する空気中の固体粒子に変換された。

高速脱水粉砕タービンは、以下の物理原理を同時に実行するように設計されている。

・負圧を発生させ、入力材料の軸方向および接線方向のオフセットを発生させる。投入材料の擦れを発生させ、これを粉砕する。

・超音波を発生させることによって、材料の微小分散を発生させることにより、水が解離し、これが空気と共に移動し、移動する。

・４００ｍｍ．ｗｃ（ミリメートル、水柱）を超える空気圧を発生させ、および入口（１０）での約４０ｍ／ｓ〜約９０ｍ／ｓの移動速度を発生させる。

・低周波、高振幅信号、２次高調波の発生。

・ベーンを通って移動する際に材料の圧縮を発生させる。

・ベーン下部内側スロット（１３）を介して、タービンの異なる点で速度及び圧力変化を発生させるベルヌーイ効果を発生させる。

・ベーンの設計により、タービン壁に材料が蓄積するのを防止する。

・流入および流出ダクトの幾何学的形状を維持することにより、材料の移動および幾何学的不連続性の蓄積を優先する。

他方、設定温度の調整は各材料を接着剤（粘着性）ゾーンにさらすことを防止し、材料の自由移動（自由流動）状態を可能にするように、各材料に関連する。

Claims (13)

1. 野菜及び果実粉末及び穀粉の製造、農業廃棄物、衛生産業の最終処分汚泥、漁業、畜産業、鳥類、林業、鉱業等のいくつかの製造業からの汚泥及び副産物における、食品原料等から固体粉砕粒子を得るための高速脱水粉砕タービン（１）であって、
   ａ)一端（７）に前記固体粉砕粒子を排出するためのダクトと、底部（１０）に粉砕すべき固体粒子を投入するためのダクトとを有する円形の幾何学的形状を有するステータ（６）と、
   ｂ)ステータの内側に配置され、ベーンまたはブレード（２）を有するホイールまたはロータ（８）であって、
   ｉ)２つの円形のベーン固定及び実装プレート（９）と、
   ｉｉ)固定プレート（９）に嵌合する中心軸（１１）と、
   ｉｉｉ）前記中心軸（１１）に平行に延在し、端部の１つを通って固定及び実装プレート（９）に垂直に取り付けられた少なくとも４つの分離および取り付けバー（１２）と、
   ｉｖ）前記中心軸（１１）に接合されて、半径方向に平坦に位置する少なくとも４つのベーンまたはブレード（２）であって、各ベーンまたはブレード（２）が、側面の１つの底部に位置し、タービン入口の近くに位置し、低周波信号および高周波高調波を生成して、タービン内部の材料および水粒子を霧化することを可能にする下部内側スロット（１３）を有する、少なくとも４つのベーンまたはブレード（２）と、
   を有するホイールまたはロータ（８）と、および、
   ｃ）ホイールまたはロータ（８）を形成するすべての要素を調整および固定するための中央固定アセンブリと、
   を有する、高速脱水粉砕タービン（１）。
2. 前記ベーンまたはブレード（２）がベーンの各側に、各ベーンの頂部のすぐ下に位置する２つの上部開放シュート型の穴（１４）を有し、前記穴は前記ホイール又はロータが前記ステータの内側で回転するときに、前記ステータ（６）の内側でのベーンの自由な循環及び固体粒子の速度増加を可能にすることを特徴とする請求項１に記載の高速脱水粉砕タービン。
3. 前記ベーンまたはブレード（２）の頂部の外形が、正方形の歯または頂点を有する正弦波（３）、三角形（４）または多角形（５）であり、上部の形状がステータ壁における材料の蓄積を防止し、タービンの摩擦または拘束を回避することを可能にすることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の高速脱水粉砕タービン。
4. 前記ベーンまたはブレードがその下側のプロファイルに直線形状（１５）と凹形（１６）をとり、内口（１３）の凹形をとる同じ側に、直線形状（１５）と凹形（１６）のロータ（８）ベーン、共鳴室が形成され、超音波増幅・頻度が発生し、空気の通過による内口（１３）から生じる高速・音により発生する測度が１２０ｄＢよりも高い計数を示す、
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の高速脱水粉砕タービン。
5. タービンが前記中心軸（１１）を支える駆動システムにも搭載されており、前記タービンは高速で動作し、高速性を達成するためにダブルギアボックスから構成されることを特徴とする、
   請求項１〜４のいずれか一項に記載の高速脱水粉砕タービン。
6. タービンの前記ロータ（８）が前記ベーンまたはブレード（２）の６対、８対、１０対、１２対、１６対またはそれ以上の対を有し、かつ、前記ステータ（６）の周りで定義されるように、前記ベーンまたはブレードがタービンの状態または形状に沿って配置されることを特徴とする、
   請求項１〜５のいずれか一項に記載の高速脱水粉砕タービン。
7. 食品原料、野菜及び果実粉末及び穀粉の製造、農業廃棄物、衛生産業からの最終処分汚泥、ならびに漁業、畜産業、家禽、林業および鉱業などのいくつかの製造産業からのスラッジおよび副産物から、存在する水が解離される、固体の粉砕および脱水された粒子を得るための方法であって、
   Ｉ)高速脱水粉砕タービン（１）を有することであって、
   ａ)一端（７）に固体粉砕粒子を排出するためのダクトと、底部（１０）に粉砕すべき固体粒子を投入するためのダクトとを有する円形の幾何学的形状を有するステータ（６）と、
   ｂ)ステータの内側に配置され、ベーンまたはブレード（２）を有するホイールまたはロータ（８）であって、
   ｉ)２つの円形のベーン固定及び実装プレート（９）と、
   ｉｉ)固定プレート（９）に嵌合する中心軸（１１）と、
   ｉｉｉ）前記中心軸（１１）に平行に延在し、端部の１つを通って固定及び実装プレート（９）に垂直に取り付けられた少なくとも４つの分離および取り付けバー（１２）と、
   ｉｖ）前記中心軸（１１）に接合されて、半径方向に平坦に位置する少なくとも４つのベーンまたはブレード（２）であって、各ベーンまたはブレード（２）が、側面の１つの底部に位置し、タービン入口の近くに位置し、低周波信号および高周波高調波を生成して、タービン内部の材料および水粒子を霧化することを可能にする下部内側スロット（１３）を有する、少なくとも４つのベーンまたはブレード（２）と、
   を有するホイールまたはロータ（８）と、および、
   ｃ）ホイールまたはロータ（８）を形成するすべての要素を調整および固定するための中央固定アセンブリと、
   を含む、高速脱水粉砕タービン（１）、を有することと、
   ＩＩ)タービンを作動させて、前記タービンが必要とされる高速度を達成することと、
   ＩＩＩ)前記タービン（１）の前記底部（１０）で負圧または吸引の条件下で空気中の固体粒子の流れを入力することと、
   ＩＶ)固体粒子を粉砕し、固体粒子内の水を解離させることと、
   を含むことを特徴とする方法。
8. 吸引または負圧によって前記底部（１０）で高速タービンに入る空気中の固体粒子の流れが高速で前記ベーンまたはブレード（２）を通過することを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. 前記タービンは中心軸（１１）を支持する駆動システムにも取り付けられ、前記駆動システムは前記タービンが高速で作動することを可能にし、前記タービン入口における前記固体粒子の移動速度は約４０ｍ／ｓ〜約９０ｍ／ｓであることを特徴とする、請求項８に記載の方法。
10. 回転速度が好ましくは約２，０００ＲＰＭ〜約１０，０００ ＲＰＭの範囲にあることを特徴とする請求項９に記載の方法。
11. 前記ベーンまたはブレード（２）がベーンの各側に、各ベーンの頂部のすぐ下に位置する２つの上部開放シュート型の穴（１４）を有し、前記穴は前記ホイールまたはロータが前記ステータの内側で回転するときに、ステータ（６）の内側でのベーンの自由な循環および固体粒子の速度増加を可能にすることを特徴とする請求項７〜１０のいずれか一項に記載の方法。
12. 前記ベーンまたはブレード（２）の頂部の外形が、正方形の歯または頂点を有する正弦曲線（３）、三角形（４）または多角形（５）であり、上部の形状がステータ壁における材料の蓄積を防止し、タービンの摩擦または拘束を回避することを可能にすることを特徴とする、請求項７〜１１のいずれか一項に記載の方法。
13. 前記ベーンまたはブレードの各々は側面の一方の底部に直線形状（１５）を有し、他方の側面に凹形状（１６）を有し、凹形状を有する同じ側面は内側スロット（１３）を有し、ロータ（８）ベーンの直線形状（１５）および凹形状（１６）上に、空気の通過によって内側スロット（１３）によって生成されるような高速度および音によって引き起こされる１２０ｄＢよりも高い測定値を有する超音波状態を生成する音響振幅および周波数を有する共振チャンバが形成されることを特徴とする、
    請求項７〜１２のいずれか一項に記載の方法。