JPH0633939B2 - パルス・トランスデユ−サ−及びそれを使用する含水原料コンバ−タ− - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の目的 産業上の利用分野 本発明は、いろいろのタイプの原料を濃縮し脱水するこ
とにより市販可能な製品を得る新規な装置及びプロセス
に関するものである。さらに詳述すれば、この新規な装
置及びプロセスは、多岐にわたる原料を、その原料中に
含まれる水分を除去し且つ迅速に乾燥して有用な製品に
変えるために制御された温度と音波振動数で運転される
パルス・トランスデューサーの利用を含むものである。

従来の技術 パルスジェット（ラムジェット）エンジンの基本デザイ
ンは、かなり以前より知られている。パルスジェットエ
ンジンの一つのタイプについてはドイツが第２次世界対
戦でＶ−１ロケットに用いている。パルスジェットエン
ジンの最初の構造は直線構造であった。これらのエンジ
ンの初期の利用目的は推進力を得ることにあった。

１９５７年、ヘアピン型（Ｕ字型）のパルスジェットエ
ンジンが開発され、有機物の脱水の用途に適用された。
本形式のエンジンを利用した脱水に関する基本的な装置
及びプロセスに対する改良は続く何年もの間に行われ
た。

ヘアピンタイプのパルスジェットエンジンの基本的な欠
点は、２つ又はそれ以上のパーツより製作されなければ
ならないために、最終製品の寸法的精度に欠けることで
ある。

アメリカ合衆国オレゴン州ポートランドのソノダイン社
はＵ字型をしたエンジンをもつ脱水装置を製作している
が、この装置はワシントン州レインモンドのオーシャン
プロダクト社のプラントで高水分含有量をもつ廃棄され
る魚からのフィッシュミールの製造や、オレゴン州ポー
トランド市の下水処理プラント等に用いられている。

ソノダイン社の装置及びプロセスにおいては、細かく粉
砕された含水原料はパルスジェットエンジンの排気中に
供給される。水分はあとで回収される粒子のまわりから
蒸発し、ジェット気流に伴なわれてシステムから排出さ
れる。乾燥された粒子はジェット気流中から分離されて
システムから運びだされる。

補集チャンバーからジェット気流により運び出された微
細粒子は、マルチサイクロンで回収されたのち、このシ
ルテムの他の場所で以前に回収された生成物と一緒にさ
れる。

発明が解決しようとする問題点 ソノダインシステムでは、Ｕ字型のパルスジェットを用
いているため、エンジンの両端から排気を生ずることに
なる。このためノイズレベルが高くなり、又２つの排気
を処理しなければならないという問題や、Ｕ字型エンジ
ン各部での温度分布が異なるために熱膨張が一定でない
という問題が発生する。

ソノダインシステムでは、下部から導入される大量の低
速空気を使用する。脱水機を通過したあと、排気は大き
な低速のサイクロンに導かれる。大きな低速のサイクロ
ンは効率が比較的悪いが、高温ガスを取り扱う際に化学
反応によって最終製品の有用性を損なわないためにはや
むを得ないと思われる。

本発明は、このような従来の装置の欠点を解決しようと
するものである。

発明の構成 問題点を解決するための手段 本発明は、いろいろのタイプの原料を処理し、濃縮し、
脱水して市販可能な製品を得るための新規な装置及びプ
ロセスを提供する。一つの見地からすれば、本発明はそ
れらの原料を処理し、濃縮し、脱水するための新規なプ
ロセスを提供する。

他の見地からすれば、本発明はそのプロセスに使用する
ための新規なパルス・トランスデューサーを提供するも
のである。

パルス・トランスデューサーは、直線状の排気チューブ
とその軸方向に一列に並べて配置された燃焼チャンバー
とより構成され、且つ燃焼チャンバーに少なくとも１個
の空気送入口、少なくとも１個の燃料送入口及び少なく
とも１個の点火手段を有すると共に、排気チューブが燃
焼チャンバーと接続する部分の直径が絞られていること
を特徴とする。

パルス・トランスデューサーにおける少なくとも１個の
空気送入口と少なくとも１個の燃料送入口は、見かけ上
一個の送入口が空気と燃料の両方に共用されていても良
いし、それぞれ別個に設けられていても良い。

パルス・トランスデューサーでは、原料供給口が、排気
チューブと燃焼チャンバーとの間の直径が絞られた部分
を越えた排気チューブ上の場所に位置していることが望
ましい。

パルス・トランスデューサーでは、空気送入口が、燃焼
チャンバーと排気チューブとの間の直径が絞られた部分
よりも遠く離れた燃焼チャンバーの他端付近に位置して
いることが望ましい。

パルス・トランスデューサーでは、燃焼チャンバーと排
気チューブとの間の直径が絞られた部分と反対側の燃焼
チャンバーの端が、パルス・トランスデューサーの運転
中に発生する音波による干渉を最少限とするよう形作ら
れた波腹チャンバーを有していることが望ましい。

パルス・トランスデューサーの外表面には、１個又はそ
れ以上の放熱用フィンが取付けられていることが望まし
い。

空気送入口から燃焼チャンバーに導入される空気の少な
くとも一部分は、空気予熱器を通過したものであること
が望ましい。

燃焼チャンバーに導入される空気は、燃焼チャンバー及
び排気チューブの周囲を取巻く中空室を通過する際に予
熱されたものであることが望ましい。

パルス・トランスデューサーの排気チューブから発生す
る排気は、排気チューブから排出される排気より粒状物
質を分離するサイクロン内を通過するようにすることが
できる。

このサイクロンは、サイクロン外面を取り巻く中空ジャ
ケット内に格納されており、パルス・トランスデューサ
ーへ導入される空気がサイクロンの外面と中空ジャケッ
トとの間にある環状空間を通過するようにされているこ
とが望ましい。

パルス・トランスデューサーでは、点火手段が燃焼チャ
ンバーへの空気送入口と燃焼チャンバー本体との間の波
腹チャンバー内に位置していることが望ましい。

パルス・トランスデューサーでは、粒子を分離してサイ
クロンから排出される空気が、排出空気中に残存する未
分離粒状物質を除去するためのエアスクラッバーへ導か
れることが望ましい。

第２の発明は、上記のパルス・トランスデューサーを主
体として構成された含水原料コンバーターに関するもの
であり、直線状の排気チューブとその軸方向に一列に並
べて配置された燃焼チャンバーとより構成され、且つ燃
焼チャンバーに少なくとも１個の空気送入口、少なくと
も１個の燃料送入口及び少なくとも１個の点火手段を有
すると共に、排気チューブが燃焼チャンバーと接続する
部分の直径が絞られており、また排気チューブには少な
くとも１個の原料供給口を有するパルス・トランスデュ
ーサが、外管と内部ジャケットとよりなる同軸二重管に
おける内部ジャケットの内部の一端に内部ジャケットと
同軸に設置されているものである。

燃焼用の空気は、外管と内部ジャケットとの間の空気を
通過して予熱されたのちパルス・トランスデューサーの
空気送入口に供給される構成を有することが望ましい。
このような構成にすることにより、燃焼用の空気は内部
ジャケット内部を流れる燃焼ガスにより予熱されて省エ
ネルギーになると共に、燃焼ガスはジャケット外部を流
れる低温の空気により急速に冷却され、脱水生成物が高
熱のため劣化するのを抑制する。さらにかかる二重管の
存在は、内装されたパルス・トランスデューサーから発
生するノイズが外部に漏洩するのを効果的に抑制すると
いう利点もある。

さらにパルス・トランスデューサーの設置位置は、内部
ジャケット内で軸線上を移動できる構造を有することが
望ましい。これは処理すべき原料の性状に応じて最適の
乾燥時間を与えることができるようにするためである。

以下添付図面により本発明を詳細に説明する。第１図
は含水原料処理コンバーター１（以下コンバーターとい
う）を斜視図で示したもので、コンバーター１は第１製
品反応分離チャンバー２と、それに平行に配列された同
形の第２製品反応分離チャンバー３より成立っている。
第１製品反応分離チャンバー２は第１サイクロン分離器
ジャケット１４と連結し、一方第２製品反応分離チャン
バー３は第１サイクロン分離器ジャケット４の隣にある
第２サイクロン分離器ジャケット５と連結している。第
１空気取入口６は第１サイクロン分離器ジャケット４の
上部にある。同様な第２空気取入口７は第２サイクロン
分離器ジャケット５の上部にある。第１サイクロン頂部
の排気管８は第１サイクロン分離器ジャケット４の側壁
から引き出されている。同様に第２サイクロン頂部の排
気管９は第２サイクロン分離器ジャケット５の側壁から
引き出されている。手前の第２サイクロン分離器ジャケ
ット５を詳細に見ると、それはサイクロン底部エアーロ
ック１０に導かれる底部出口と頂部排気管９を持つサイ
クロンを内装している。このサイクロンは、サイクロン
に導かれる空気流中に含有されている粒子を軽い部分と
重い部分とに分離する。重い部分は矢印１１に示すサイ
クロン底部の製品出口から排出される。軽い部分は頂部
排気管９から排出される。頂部排気管８及び底部ライン
（第１図では見えない）よりなる同じ装置が第１サイク
ロン分離器ジャケット４にも設けられている。第１サイ
クロン頂部排気管８及び第２サイクロン頂部排気管９は
各々湿式サイクロンタイプのエアスクラッバー１２に導
かれる。エアスクラッバー１２の頂部にあるエアスクラ
ッバー排出口１３は固体成分を除去された空気を排出す
る。エアスクラッバー１２から出る底部生成物はエアス
クラッバー・スラリータンク１４に導かれる。エアスク
ラッバー排気ファン１５によってエアスクラッバー１２
及び順次全系が減圧状態に保たれる。全装置は、支持フ
レーム１６により支持されている。

コンバーター１により処理される原料は、スラリー状態
（固体、水及び空気）で原料フィードポンプ１７に供給
される。固体、水及び空気の割合は、各々のケースで処
理効果を最大にするため、処理すべき原料の性質により
変化させられる。スラリー化された原料は原料供給ライ
ン１９を通してコンバーター１の反応分離チャンバー
（第１図では見えない）へ供給される。系の圧力バラン
スを均等に保つため、バランスタンク１８が原料フィー
ドポンプ１７と原料供給ライン１９との間に設けられて
いる。猿梯子２０及び第１製品反応分離チャンバー２及
び第２製品反応分離チャンバー３との間の歩廊はオペレ
ーターがメンテナンスのためにコンバーター１に登るこ
とを可能ならしめる。

第２図はコンバーター１を下から右へ見た斜視図であ
る。第２図ではエアスクラッバー・スラリータンク１４
の底部の構造が詳細に図示されている。又第１サイクロ
ン頂部排気管８及び第２サイクロン頂部排気管９がエア
スクラッバー１２の底部に切線方向に導かれて結合して
いる様子がよくわかる。又支持フレーム１６の構造及び
スラリータンク１４底部の支持フィンが見られる。

コンバーター１の側立面図を示す第３図は、パルス・ト
ランスデューサー２１が第１製品分離反応チャンバー２
の内部に設けられている様子を点線で図示している。同
様に第３図は点線でサイクロン２３が第１サイクロン分
離器ジャケット４の内部にあることを示している。パル
ス・トランスデューサー２１は製品反応分離チャンバー
２と同軸・同心円状に配列されて設けられている。スラ
リー化された供給原料は原料供給ライン１９を経てパル
ス・トランスデューサー２１の原料供給口２２へ供給さ
れる。パルス・トランスデューサー２１からの排気は第
１サイクロン分離器ジャケット４内部に同軸・同心円状
に設置されたサイクロン２３に送入される。

また第３図には、点線で製品反応分離チャンバー２の内
部に同心円状に取付けられた内部ジャケット３７を図示
している。パルス・トランスデューサー２１はパルス・
トランスデューサーサポート４０により内部ジャケット
３７の内部の一端に設置されている。空気導入口３８は
製品反応分離チャンバー２と内部ジャケット３７との間
のリング状のスペースと、パルス・トランスデューサー
２１背面のジャケット３７の内部とを連絡している。同
様にスロット３９は製品反応分離チャンバー２とパルス
・トランスデューサー２１前面の内部ジャケット３７と
の間にあるリング状のスペースから内部ジャケット３７
の内部に空気を導入する。

コンバーター１の操業時には、外周空気が第２空気取入
口（第３図では見られないが、第１図に見られるように
ジャケット４の頭部に位置する）を通してファン１５に
より吸い込まれる。次いで外周空気は製品反応分離チャ
ンバー２及びジャケット３７の外面との間のリング状の
スペースに沿って（第３図に示すように左の方向へ）、
空気導入口３８まで通過する。そこで外周空気は詳細を
後述する如く、パスル・トランスデューサー２１にある
空気送入口からパルス・トランスデューサー２１の内部
に導かれる。空気がパルス・トランスデューサー２１の
内部に導かれると同時に、天然ガス又はディーゼル燃料
のような燃料と空気が混合され、熱衝撃波を生ずるため
に点火される。これは供給ライン１９を経て移送され、
原料供給口２２を通してパルス・トランスデューサー２
１に導かれるスラリー状の供給原料に作用する。次にパ
ルス・トランスデューサー２１内で変換された製品は内
部ジャケット３７の内部に沿ってサイクロン２３の入口
（第３図におけるジャケット３７の右端にある）に移動
する排気としてパルス・トランスデューサー２１の右端
から高速度で排出される。

乾燥気流の長さ（パルス・トランスデューサー２１の端
からサイクロン２３までの距離）は加工すべき原料の乾
燥のために重要である。乾燥気流の長さはジャケット３
７内のパルス・トランスデューサー２１を移動すること
により変化出来る。高含水又は高含油量の原料は通常長
い乾燥気流を必要とする。製品はサイクロン２３に到達
するまでに乾燥していなければならない。

パルス・トランスデューサー２１から排出される時の生
成物の浮遊化は乾燥及び処理にとって重要である。浮遊
作用を助けるために、１個又は１個以上のスロット３９
が乾燥気流沿いに何点かジャケット３７に切られてい
る。このスロット３９は若干の外周空気を乾燥気流内に
導く。これは処理目的に有効な一種の流動化応を与える
ことが見出された。

処理された固体は、サイクロン２３で分離される。その
結果重い固体部分がサイクロン底部製品出口１１からサ
イクロン２３より排出される。非常に軽い上層部はエア
スクラッバー１２の入口に導く第１サイクロン頂部排気
管８を通して排出される。エアスクラッバー１２から出
る底部部分はエアスクラッバー底部出口２４によりエア
スクラッバー・スラリータンク１４に導かれる。エアス
クラッバー１２から出る軽い空気部分には実質的には固
体物質は存在せず、エアスクラッバー排出口１３を通し
て大気中に放出される。

運転中はエアスクラッバー排気ファン１５によってコン
バーター１全体に水柱約２４インチ（約６１０mm）の減
圧状態に保たれる。標準タイプにより行ったテストによ
れば、サイクロン分離器ジャケット４の頭部にある第１
空気取入口６を通るところからエアスクラッバー１２の
排出口１３から排気されるまでのコンバーター１内の空
気の膨張率は約３：１である。

第２製品反応分離チャンバー３（第３図では見えない）
は、コンバーター１全体の能力を倍増するために、パル
ス・トランスデューサー２１と同様のパルス・トランス
デューサーを内装する。第２のパルス・トランスデュー
サー内装製品反応分離チャンバー３と第２サイクロン分
離器ジャケット５との組み合せがあることによって系を
多能化し、又何時たりともメンテナンスのため一つのパ
ルス・トランスデューサーを停止させても、コンバータ
ー１が運転継続できる。又二組のパルス・トランスデュ
ーサーの組合せにより、全コンバーター系統の圧力とか
温度のような操作基準のバランスを保つことができ有利
である。

コンバーター１の平面図を示す第４図を参照すると、第
１製品反応分離チャンバー２及び第２製品反応分離チャ
ンバー３が、それぞれ第１サイクロン分離器ジャケット
４及び第２サイクロン分離器ジャケット５に各々内装す
るサイクロンと切線方向に交わっている様子がわかる。
さらに第１サイクロン分離器ジャケット４と第２サイク
ロン分離器ジャケット５に内装される夫々のサイクロン
からの排気管８及び９がエアスクラッバー１２の共通の
入口１２ａを形成するために連絡している様子がよくわ
かる。スクラッバー１２に入る入口は渦巻作用を促進す
るために切線方向にある。

第５図はコンバーター１の側面図を示す。支持フレーム
１６の構造が示されている。各サイクロンの底部エアー
ロック１０がそれぞれ見られる。

第６図はパルス・トランスデューサー２１の詳細側断面
図を示す。パルス・トランスデューサー２１は長い直線
状のパルスジェットよりなる。この直線構造は廃葉物加
工用途では新規なものと信じられる。従来この分野で使
用されている現存するシステムの製品反応分離チャンバ
ーはＵ型である。

本発明の装置及び方法がが開発されるまでは、バイオー
マス及び鉱物質原料の変換の目的で直線型のパルスジェ
ットを利用することは不可能であった。このような環境
の中で発生する温度並びに１３０デシベルに達する騒音
レベルは管理が極めて困難か又は不可能であった。本シ
ステムがこれらの問題を共に解決する。本発明ののシス
テムでは、発生する高温度は、外周空気が製品反応分離
チャンバー２と内部ジャケット３７との間の環状のスペ
ースを最初に通過することによって緩和される。これは
有効な冷却効果をもたらす。次に外周空気は空気導入口
３８を通ってパルス・トランスデューサー２１に導かれ
る。パルス・トランスデューサー２１の排気は、パルス
・トランスデューサーの長さより遥かに長く従って冷却
効果をもたらすジャケット３７の長さ方向に沿って移動
する。さらにまたスロット３９よりの外周空気の導入が
冷却を促進する。外周冷却空気は第２及び第１空気取入
口６及び７を通して吸い込まれる。

更に、二者の間に環状スペースを作るジャケットに内蔵
されるサイクロンによって冷却作用が与えられる。この
ようなサイクロンの外面はサイクロンとジャケットとの
間のスペースを通る外周空気によって冷却される。その
上騒音レベルは本発明におけるコンバーター１に組込ま
れた空気移動距離によって目立って減少される。

第６図を詳細に見ると、パルス・トランスデューサー２
１は中空で円錐状に先が開いている排気チューブ２８と
同軸線状に並べて結合されているやゝ円錐形の中空燃焼
チャンバー２５により構成されている。燃焼チャンバー
２５と排気チューブ２８との間の通路はベンチュリー形
の通路とするため、そのほぼ中央点で絞られている。夫
々スパークプラグ（点火手段）を収容している開孔２６
ａ及び２６ｂが燃焼チャンバー２５の排気チューブ２８
とは反対側の端に設けられている。他の２箇所の入口
（第６図ではその中の一個だけしか見えない）はそれぞ
れサーモカップル及び圧力センサーを収容している。こ
れ等は燃焼チャンバー内部の製品反応分離状況を監視す
る。またパルス・トランスデューサー２１における排気
チューブ２８とは反対側の遠い一端には１個の送入口２
７が設けられている。プロパン、天然ガス、低圧及び高
圧空気（エアーコンプレッサーより）及び外周空気（空
気導入口３８より）をパルス・トランスデューサー２１
の運転をコントロールするに必要な割合で送入口２７か
ら導入することができる。天然ガス又はバンカーＣ燃料
油のような燃料は燃焼チャンバー２５の肩部周囲にある
４個の取入口３１を通して燃焼チャンバーに導かれる。

燃焼チャンバー２５及び排気チューブ２８の外面からの
熱放散を助けるために、多数の縦方向熱放射冷却フィン
２９がパルス・トランスデューサー２１の周囲に円周状
に配置されている。原料供給ライン１９を経て供給され
る原料スラリーは原料供給口２２に送り込まれる。

また第６図には、排気チューブ２８の内部に供給原料を
導く代替の方法を示している。原料供給ライン１９ａは
送入口２７を通して導かれ、燃焼チャンバー２５及び排
気チューブ２８の軸に沿って設けられている。原料供給
ライン１９ａの長さは、送入口２７とは反対側の端が原
料供給口２２に対応する位置から、更に延長して燃焼チ
ャンバー２５とは反対側の排気チューブ２８の端にまで
達するよう変化出来る。取扱う原料の性質に応じて原料
供給ライン１９ａの末端の位置を変化させることによっ
て、処理性能が向上することが見出された。又排気チュ
ーブ２８の軸線に沿って供給することにより、種々の場
合に乾燥工程がより効果的になることが見出された。然
し或る種の原料では、原料供給口２２から供給すること
が好ましい。ライン１９ａ端のスプレー効果を向上する
ために、端末を拡げたりして広い範囲へのスプレー作用
をもたらすことができる。

排気チューブ２８と反対側の燃焼チャンバー２５の端の
形状は、燃焼チャンバー２５とパルス・トランスデュー
サー２１全域に生ずる波の形状に干渉したり対立したり
しないような形状を形作るため注意深く工作される。こ
の工作された形状は波腹チャンバー３２によって示され
ている。

製品反応分離チャンバー２中に環状に配置されている内
部ジャケット３７内にパルス・トランスデューサー２１
が据付けられている様子を第７図の断面詳細図に示す。
送入口２７を持つパルス・トランスデューサー２１の一
端は、サポート４０の一部を形成するサポートプレート
４３にボルトで取付けられている。サポートプレート４
３は互いに９０℃の位置にある４個のサポートレッグ４
２により支えられている。レッグ４２間のくさび形の部
分は障壁プレート４１でおおわれている。この障壁プレ
ート４１によって、パルス・トランスデューサーを内蔵
するジャケット３７内の部分とサポート４０の後の部分
とが分離される。このようにして、空気導入口３８より
取入れられる外周空気は送入口２７によってのみパルス
・トランスデューサー内部に導入される。障壁プレート
４１は、燃焼チャンバー２５及びパルス・トランスデュ
ーサー２１内の圧力と温度をコントロールするに役立
つ。第８図は内部ジャケット３７に取付けられたサポー
トレッグ４２と障壁プレート４１の側立面を示す。

波腹チャンバー３２の末端の形状は、コンバーター２１
で取扱う種々のタイプ及び品質の原料を処理するために
三つの方法の一つに変更することができる。第９図はエ
アインレットチョーク３３を側断面図で示す。それは燃
焼チャンバー２５と反対側の波腹チャンバー３２の端に
ある（パルス・トランスデューサー２１を示す第６図の
照合番号３３に示す）。エアインレットチョーク３３に
は送入口２７が機械加工されている。送入口２７はパル
ス・トランスデューサー２１に設けられたの開孔２６ａ
及び２６ｂにそれぞれ取付けられるスパークプラグの手
前から燃焼チャンバー２５に入る空気量を調節する。

第１０図で見られるように、エアインレットプラグ３４
は貫通する開孔（第９図の送入口２７）がない。従って
プラグ３４を取付けた時にはパルス・トランスデューサ
ー２１の端から燃焼チャンバー２５へ空気は入らない。

第１１図はエアインレットチョーク３３又はエアインレ
ットプラグ３４と必要があれば取り替えられるエアイン
レットチューブ３５を示す。エアインレットチューブ３
５はチョヨーク３３の送入口２７より著しく大きな直径
の空気口３６を有している。更にエアインレットチュー
ブ３５は管の形をしている。取付けた場合にはエアイン
レットチューブ３５は波腹チャンバー３２により多くの
空気をり取入れ、又波腹チャンバー３２の領域及びパル
ス・トランスデューサー２１全域に亘り音波及び圧力波
のパターンを変える。

チョーク３３、プラグ３４、又はチューブ３５を変えて
波腹チャンバー３２に三つの中どれかを使用することに
よって、パルス・トランスデューサー２１により生ずる
衝撃、音及び圧力波を大きく変化出来る。コンバートす
べき原料が大部不燃焼物質、例えば土、スラッジ、下水
汚物その他で成立っている場合には、エアインレットプ
ラグ３４を用いると好い結果が得られる。このプラグ３
４は厳密な乾燥を促進するが燃焼作用は減少させる。

取り扱い物質が低カーボンの生分解性のある材料より成
る場合には、チョーク３３を用いるのが好ましい。チョ
ーク３３を用いるとパルス・トランスデューサー２１の
燃焼能力は増大し乾燥作用は減少する。

エアインレットチューブ３５は最もゆるやかな乾燥作用
を与えるが、パルス・トランスデューサー２１の燃焼力
要素を最大にする。何故ならば燃焼チャンバー２５に、
より多くの空気及び燃料を供給するからである。エアイ
ンレットチューブ３５は高カーボン量、高燃焼性の原料
をコンバーター１で処理する場合に用いられる。

コンバーターで脱水すべき高カーボン量の原料の例とし
て玉ねぎ、じゃがいもその他類似の野菜類がある。玉ね
ぎ及びじゃがいもの場合には、脱水されるだけでなく、
その栄養分も約１０倍に濃縮される。従ってコンバータ
ー１は廃棄物の処理に用いられるだけでなく、濃縮食品
の製造にも用いられる。

パルス・トランスデューサー２１の直線構造の第一の利
点は継目なしで鋳造出来ることである。溶接も接合も必
要ない。パルス・トランスデューサーはステンレス合金
鋼で鋳造されたものであることが好ましい。使用中パル
ス・トランスデューサーは温度が加わると半径方向に変
化する傾向があり、従ってその耐用期間の間に著しい膨
張及び収縮の繰り返しを蒙る。この寸法及び形状の伸縮
の繰り返しによって、パルス・トランスデューサーの燃
焼チャンバー及びその他の部分に亀裂を生じやすい。従
って本発明における単一のデザインは、接合部も溶接部
も持たないので、亀裂を生じることを防げる。

作用 コンバーター１を始動し、運転状態に持込むため、以下
のステップが行われる。始動ボタンを運転者が押すと、
これらのすべてが自動的に行われる。

（１）始動ボタンが押されると、ファン１５が動き出
す。これによって空気取入口６及び７からコンバーター
１へ外周空気が吸込まれ、コンバーター１から残存する
ガス及びダクトをパージする。このパージを助けるた
め、空気コンプレッサーの高圧空気が送入口２７から送
り込まれる。これによって好ましからざる燃焼又は小規
模爆発が系内に起こらないようにする。

（２）コンバーター１が充分パージされると、開孔２６
ａ及び２６ｂにある二つの点火スパークプラグの中の少
なくとも一つが作動する。

（３）空気コンプレッサーからの高圧空気が停止され、
コンプレッサーからの低圧空気が外周空気（これは常時
導かれている）と共に燃焼チャンバー２５に送り込まれ
る。

（４）次にプロパン又は天然ガスがコントロールされた
割合で低圧空気と外周空気と共に導入される。この混合
物はスパークプラグによって点火される。

（５）プロパンガス及び空気の混合物で燃焼チャンバー
は約１６０℃の温度に達するまで運転される。温度が約
１６０℃に達すると、ディーゼル燃料（バンカーＣ）と
高圧空気が取入口３１から燃焼チャンバー２５へ注入さ
れる。

（６）プロパン及びディーゼル燃料の注入は約１７０℃
の温度に達するまで続く。次にプロパン、低圧空気及び
スパークプラグは停止する。ディーゼル燃料の燃焼は自
動的に継続する。燃焼作用はディーゼル燃料と空気の混
合物の爆発現象である。この爆発力はディーゼル燃料の
注入を一時的に停止させる。そして爆発力が衰えると、
次の噴霧状ディーゼル燃料及び空気が強制的に注入され
る。これが再び爆発してディーゼル燃料及び空気の注入
を一時的に停止させる。この過程は連続的且つ周期的
で、毎秒２０，０００回以上繰返される。

バンカーＣ燃料及び高圧空気（及び外周空気）によりパ
ルス・トランスデューサー２１内部が運転状態となる
と、原料供給口２２又はライン１９ａ（これはどちらも
適用出来る）から固体、水及び空気が導入される。爆発
に引続き膨張空気、排気ガス及び蒸発した水が燃焼チャ
ンバー２５から排気チューブ２８に押し出される。次に
この高温ガスが排気チューブ２８を高速度で通過し、チ
ューブ２８に導入されるスラリーを分散する。波腹チャ
ンバー３２への爆発的排気は、反射作用として追加的空
気流の導入をもたらし、この空気流は乾燥工程で放出さ
れた水蒸気及び減容され脱水された製品の移動を助け
る。外部に向って突進するガスの運転量によって、燃焼
チャンバー２５中に真空が発生し、引続き再度空気及び
燃料が燃焼チャンバーに送り込まれる。加熱された燃焼
チャンバー２５への空気の戻り（又はスタートアップ時
のスパークプラグのスパーク）によって他の爆発が起
る。脈動的な点火サイクルは毎秒幾千回も繰返され、そ
の結果、音エネルギーが発生する。

運転中には、パルス・トランスデューサー２１の外皮温
度は２００℃〜６００℃程度に達する。第１製品反応分
離チャンバー２及び第２製品反応分離チャンバー３の内
部の反応室の温度は５５℃〜１０５℃程度である。然し
ながら、内部ジャケット３７と製品反応分離チャンバー
２との間の高速乱空気流によって、内部ジャケット３７
の表面温度は著しく冷却されコントロールされる。製品
反応分離チャンバー３と、そこに内蔵されているパルス
・トランスデューサー２１についても同じことがいえ
る。サイクロン底部における温度は４０℃〜１２５℃の
範囲となり、温度が十分低いので、取り扱う原料の品質
が熱により劣化されることはない。プロセスが平衡状態
に達すると、パルス・トランスデューサー２１の脈動は
毎秒７０，０００サイクル程度となる。急速な脈動作用
による物理的衝撃特性（音波力及び圧力を含む）は、湿
潤原料を脱水された廃棄物または有用な製品に一瞬の間
に物理的に変化させることに大いに役立つ。

第１２図はコンバーター１の完全自動化プログラムコン
トロールシステムを示している。このコントロールシス
テムは最新技術であり、運転員１名を要する以外は完全
自動である。一人の運転員がコンバーター１のスイッチ
を入れたり切ったりするだけで間に合う。その他のこと
はすべて自動的にコントロールされる。更にプログラム
可能な制御装置がすべての測定点と情報源とを互いに参
照するので、コンピューターは互いに参照する比較のプ
ログラムにより問題を予期することが出来、問題を大き
くしないように工程の制御系と計測器にきめこまかい補
正シグナルを送る。又制御系は電話回線に接続すること
が出来、従って制御系に若しメンテナンスの必要や誤作
動が生じた場合には、遠方から操作されるマスターコン
トロールシステムによって状況が判断出来る。

第１２図の制御システムはコンバーター１の概略構造図
と組合せて示されている。制御システム図は４２の照合
点で工程の変化が監視されることを表わしている。二基
の製品反応分離チャンバー２及び３への給水は照合点番
号０２及び０３で各々示される。第１パルス・トランス
デューサー２１に入る圧縮空気、予熱燃料及び主燃料の
割合は照合点番号０５、０７及び０９により各々監視さ
れる。パルス・トランスデューサー２１の二基の中第２
のものについても同じ監視点番号がある。各リアクター
（燃焼チャンバー）用スパークプラグ点火装置は照合点
番号０１０及び０１１によって各々監視される。各リア
クターの火焔温度は照合番号０１２及び０１３にそれぞ
れ示される。高、低温点及び圧力データーは、第２リア
クターでは照合点番号０１４、０１６及び０１８、第１
リアクターでは照合点番号０１５、０１７及び０１９で
夫々のリアクター内に示されている。リアクター２５へ
の原料供給はバランスタンク１８（各々のレベル計の照
合点番号０６及び０８）とそれぞれのインレットポンプ
にある照合点番号０４０と０４１により監視される。各
製品反応分離チャンバー内の空気流は照合点番号０２４
と０２５によりそれぞれ示される。同様に製品反応分離
温度の低下は照合点番号０２６と０２７によりそれぞれ
監視される。

一対のサイクロン２３の底部供給温度は温度測定点番号
０２８と０２９により各々監視され、一方二つのサイク
ロンの各原料供給エアーロックは照合点番号０３１と０
３２によりそれぞれ監視される。各頭部排気管８及び９
との間の接合点にあるダンパーは照合点番号０３５によ
りそれぞれ制御される。このダンパーは開か閉の位置の
間に制御される。エアスクラッバー１２に導入される排
ガス温度は照合点番号０３８で監視される。同様にエア
スクラッバー排出口１３の排出空気温度は照合点番号０
４３で監視される。排気ファン１５により生ずる空気流
量は照合点番号０３６で監視される。水位、水ポンプ圧
及び水取入量はそれぞれ照合点番号０４２、０３９及び
０３７で監視される。これ等の照合点は各々制御盤にあ
るシグナルランプと結ばれている。点燈ランプはそのラ
ンプに対応する照合点が正しく作動していることを示
す。

パイロットプラントの運転系の制御系統は、アラン・ブ
ラッドレーのプログラム可能な制御装置に集中化されて
いる。他の適当な制御装置を用いてもよい。プログラム
可能なコンピューターは主制御盤にグラフィックに表示
される監視・管理の自動機能に責任を負う。コンバータ
ー１の補助パネルは、入力される計器信号と出力される
運転指令信号との仲継ぎをする。マイクロプロセッサー
のスピードは、メモリー中のプログラムフォーマットを
維持しながら、瞬時に作用し、反作用して全体の運転性
能を高めることが出来る。広く相互参照するため、プロ
グラム可能なコンピューターはトラブルの可能性を予測
でき、そのトラブルが拡大されてってコントロールが困
難になる前に修正する方向に調整する。このプログラム
は運転に干渉することなく同時に屋内のコンピューター
システムで監視出来る。この方法で、本装置の運転状況
を深く研究出来るように運転データ収集される。このデ
ーターは運転上の問題を取除いたり、任意に与えられる
プロセス変数又は要因の調整により効率を増加するに役
立つ。制御系統はすべてが自動的で、運転者はプロセス
のオン又はオフの操作だけを行えばよいように組立てら
れている。すべての電子及び電気装置は過負荷に対応す
るフューズ、外部補償及び位相損失保護のための独特の
シツテムによって故障から保護されている。機械系統の
単純化と共にこの制御系統は、使用者に生産性の増大、
適応性、無故障の信頼性及び維持コストの低下をもたら
す。

実施例 建設しテストされたコンバーターのプロトタイプの構造
的寸法及び運転基準を下記の表に示す。

推奨運転面積 幅35′×長さ70′×高さ22′ 装置面積 幅11′×長さ39′×高さ20′ 重量 22トン 推奨基礎耐圧 ３００1ds/sq.in. 所要電力 ４６０Ｖ，２００Ａ ３相 給水 ２５psig.３４ＵＳgpm 燃料 プロパン−100 1b.ボトル ディーゼルオイル ２４GPH 吸気量（２ヶ所）各ライン 6500 ACFM 排気量 最大 13,000 ACFM 粒子速度 ２０００ ft/min 排気温度 ４０℃ 湿度 0.168 1bs水／乾燥空気 密度 0.05598 1bs/cubic ft 最少排出口径 ３５インチ 原料入口点 バランス・タンク こコンバーターのプロトタイプは実験的規模で運転され
テストされた。原料の実乾燥時間は６〜１０マイクロ秒
の範囲であることが分った。またこのコンバーターのプ
ロトタイプは、含水率１００に達する原料でも効果的に
処理できることが分った。このプロトタイプの燃料はガ
スと可燃性固体の組み合せであった。その可燃性固体は
適当な炭水化物タイプの燃料（例えばディーゼル燃料、
プロパン、天然ガス、その他）で補って処理されたスラ
リー状物質に含まれていた。このプロトタイプの全系を
通しての粒子補集効率は９７〜９８％程度であった。赤
外線ガラス及び透明アクリル樹脂の観察窓が排気チュー
ブ２８の排気と一直線となっている点で反応チャンバ内
に設けられた。排気フレームには波状のパターンが存在
することが観察された。またフレームは節と腹のある形
状を有していることが注目された。波の形状は反応条件
及び変数ならびに処理される原料の性質によって変化す
る。

このプロトタイプは一人で運転可能である。コンバータ
ーの始動時からフル運転までに必要な時間は約１０分で
あった。メンテナンスは可動部分が少ないので最少限で
ある。メンテナンスは潤滑油とフィルターの交換が主な
ものであった。

この分野の技術者にとって既に述べた説明により明らか
なように、この発明の精神と範囲から逸脱することなく
多くの変更、修正を行うことがが実施上可能である。従
ってこの発明の範囲は特許請求の範囲に記載された項目
に定義される要旨によって解釈される。

発明の効果 本発明の装置は新規な直線的パルス・トランスデューサ
ーを含む新規なエレクトロニックスで運転されるコンバ
ーターシルテムを利用している。この直線構造に伴なっ
ていろいろの利点がある。

高い発生音の周波数及び発生する高温のため、脱水装置
の最高総合効率を達成するためには高い精度が要求され
る。

本発明のパルス・トランスデューサーは一つの部品とし
て鋳造できるので、先例のない寸法精度が得られる。

本発明のパルス・トランスデューサーは、内部の駆動部
分が全くなく、燃料の燃焼効率は非常に高く、また天然
ガス、ディーゼルバンカーＣオイル、褐炭、または他の
燃料源（例えば生物起源のアルコール）を含む実質上い
かなる燃料でも運転できる能力を持っている。

本発明のパルス・トランスデューサーは広い巾の音波エ
ネルギーを発生するが、このため音波、熱、圧力の組み
合せにより処理される原料より水分が素早く除去され
る。広い巾の音波は被乾燥物のまわりを囲む空気層に衝
撃を与え、内部の水分を粒子表面に導きだし、この表面
で水分は熱により素早く蒸発される。この組み合せによ
り、パルス・トランスデューサーでは従来の乾燥システ
ムでは一般的に必要とされる遠心分離による一次脱水を
することなく高い水分含量の原料を乾燥することができ
る。本発明のエレクトロニックスで運転される一段の処
理法では、メインテナンスは殆ど必要とせず、市販でき
る安定した高い品質の製品を作ることができる。

滞留時間が短いために、焼けこげや焼却は全く起こら
ず、高いカロリー値と蛋白効率値を持った製品が作られ
る。さらに、優れたペプシンの消化性、色相が変らない
こと、そして動物にとって改良された味覚は最終製品の
特長である。動物や家禽絛を使用したテストでは、素早
いコンバージョンプロセスの間における製品の劣化が少
ないため、本発明の装置及びプロセスを用いた廃棄物よ
りの製品は高い栄養価をもっている。

従来の乾燥法では、廃棄魚のような高いオイル含有の原
料ではこげが発生する危険があるため、油分は魚より圧
搾除去され、魚体は乾燥され、そののち油分は再びミー
ル中に導入されている。本発明の新規なプロセスと装置
では、魚廃棄物の乾燥でもこげが発生せず、１段で乾燥
できる。最終製品は組織的に均一であり、容易に土壌添
加剤又は飼料として利用することが可能である。本プロ
セスと装置はまた、有害なバクテリア病原を極度に減少
させることができる。

今日まで、本発明の独特のシステム及び装置は約５０種
類の魚などを処理して有用な販売可能な製品とすること
に成功している。処理システムはコンパクトであり、原
料の発生場所に設置することが可能であり、このため高
い水分含有率の廃棄物のコストの高い運搬を必要としな
い。このシステムはますます厳しくなる廃棄物の基準に
も合致することができるので、貯槽としての溜池のため
の広い土地や、エネルギーを使う処理方法を必要としな
い。

本プロセスと装置は、他のものにまじって下記のものを
含む非常に沢山の原料の処理に成功を納めてきている。
即ちアルファルファ、明礬スラッジ、動物処理廃棄物、
ぶどうの搾りかす、りんごの搾りかす、トマトの搾りか
す、牛の肝臓血、芽キャベツ、ニンジン、カリフラワ
ー、セロリ、柑橘類の廃棄物、煮たとうもろこしのマッ
サ、きゅうりの種子、掘削汚泥、卵の殻、羽のハイドラ
リゼート、フィッシュミール、トチャカ（海藻）、ケル
プ（海藻）、肝臓飼料、動物のこやし、動物の胃のこや
し、家禽こやし、じゃがいも廃棄物、回収ミルク、米、
鮭のプレスケーキ、鮪のプレスケーキ、下水汚泥、貝類
の廃棄物、海老、大豆、醸造廃液、西洋トウナス、砂糖
大根の葉部、砂糖大根の根及び乳漿などである。

調査によると、有機室の廃棄物に対し、すでに下記の市
場が存在することがわかった。接着剤、アルコール、動
物の抗生物質、建築用パネル、木炭、洗剤、飼料、繊
維、ハードボード、鉱物回収剤、きのこの成育材、包装
材料、製紙用パルプ、プラスチックス、蛋白、土壌改良
剤、合成衣料、そして酵母。

本発明のパルス・トランスデューサーを含む新規のコン
バーターは、燃料の頻繁な爆発によって発生するパルス
をもった音波の衝撃によって湿った製品より水分が分離
されるため、本当の音波乾燥機と言える。一秒間に何千
回ととなく発生する反復される爆発は、製品から水分を
分離するのに熱と圧力を組み合わせる。一旦分離される
と、水分は蒸気に変り、蒸発し、一方固形分は続いて処
理される。乾燥操作は数千分の一秒のオーダーの信じが
たい程の短い時間で行われる。

本発明装置及びプロセスは、運転開始は残留ガスを追い
出すために周囲の空気を圧縮し、その空気で全体の装置
をパージすることより始まる。調節外の燃焼や小爆発を
避けるためにもパージは重要である。パージが完了する
と、点火装置が稼動される。高圧縮の空気は停止され、
低圧縮空気と周囲と同圧の空気の混合がパルス・トラン
スデューサーの燃焼チャンバーに導入される。次いでプ
ロパンガスが低圧及び常圧の空気と一緒に供給される。
この混合物はスパークプラグによって一秒間に何千回と
点火される。点火の頻度は最高の運転を得るように変え
ることができる。

一旦装置が運転温度に達すると、ディーゼル燃料がプロ
パンガスに代って燃焼される。一旦運転温度に達すると
プロセスは自己点火するために点火装置は停止される。
高温ガスは燃焼チャンバーの出口より排出されるが、出
口は排出速度を増すためにベンチュリー効果を生じるよ
うな形状をしている。

発生した非常に高温のガスは、テールパイプに噴霧され
るスラリー状で導入される湿潤原料を叩く。音の衝撃と
高圧によりスプレーされた供給物は微細な粒子に分散さ
れる。同時に、熱によって殆ど即座に水分の蒸発が起き
る。運転温度としては１０００℃以上になっているが、
噴霧された湿潤供給物の滞留時間は千分の一秒単位の短
い時間であるために、結果として得られる製品中には有
害な化学変化は発生していない。乾燥製品とガスは排出
されて１次の集塵機であるサイクロンに行くが、ここで
は遠心力によりガス流から大部分の粒子が分離される。
極度に細かい粒子と同伴する蒸気は装置をさらに進んで
エアスクラッバーに導かれる。ここでガス流中への水の
スクラッビングによって分離される。乾燥製品はサイク
ロンの底部より集められる。

コンバージョンプロセスでは、最初の供給物はホールデ
ィングタンクに導かれる。魚の廃棄物や缶詰工業の廃棄
物の場合は、物は最初グラインダー／ハンマーミルに供
給され、大きな塊や異物を粉砕する。下水汚泥、掘削汚
泥、イースト、又は十分細かなものしか含まれていない
他のスラリーの場合には、最初のグラインダー／ハンマ
ーミル工程は必要ない。

工程を出たところでは、最終製品は乾燥されており、均
質な粉体状の原料である。これはその場で簡単に包装で
きるし、普通のマテリアルハンドリング用機器を用いて
バルクとして出荷することもできる。

このプロセスと装置はエレクトロニックスで運転される
が、メンテナンスは殆ど必要とせず、極度に燃料効率が
良い。本発明の装置とプロセスの運転においては、一人
の半熟練の運転者を必要とするだけである。

【図面の簡単な説明】

第１図は含水原料コンバーターの斜視図、第２図は別の
方向から見た含水原料コンバーターの斜視図、第３図は
コンバーターの側立面図、第４図はコンバーターの平面
図、第５図はコンバーターの側面図、第６図はパルス・
トランスデューサーの詳細図、第７図はコンバーター内
のパルス・トランスデューサーの据付状態を示す断面
図、第８図はパルス・トランスデューサーを支持する端
部の説明図、第９図はパルス・トランスデューサーへの
空気入口部分のチョーク、第１０図はパルス・トランス
デューサーの空気入口部分のプラグ、第１１図はパルス
・トランスデューサーへの空気入口部分のチューブを示
す。第１２図は本発明装置を自動制御するために監視さ
れる測定場所を説明するための図である。 １：含水原料処理コンバーター ２：第１製品反応分離チャンバー ３：第２製品反応分離チャンバー ４：第１サイクロン分離器ジャケット ５：第２サイクロン分離器ジャケット ６：第１空気取入口 ７：第２空気取入口 ８：第１サイクロン頂部排気管 ９：第２サイクロン頂部排気管 １０：サイクロン底部エアーロック １１：サイクロン底部製品出口（矢印） １２：エアスクラッバー １２ａ：エアスクラッバーの共通の入口 １３：エアスクラッバー排出口１３ １４：エアスクラッバー・スラリータンク ５：エアスクラッバー排気ファン １６：支持フレーム １７：原料フィードポンプ １８：バランスタンク １９：原料供給ライン １９ａ：原料供給ライン ２０：猿梯子 ２１：パルス・トランスデューサー ２２：原料供給口 ２３：サイクロン ２４：エアスクラッバー底部出口 ２５：燃焼チャンバー ２６ａ及び２６ｂ：開孔 ２７：送入口 ２８：排気チューブ ２９：縦方向熱放射冷却フィン ３１：取入口 ３２：波腹チャンバー ３３：エアインレットチョーク ３４：エアインレットプラグ ３５：エアインレットチューブ ３６：空気口 ３７：内部ジャケット ３８：空気導入口 ３９：スロット ４０：サポート ４１：障壁プレート ４２：サポートレッグ ４３：サポートプレート

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】直線状の排気チューブとその軸方向に一列
   に並べて配置された燃焼チャンバーとより構成され、且
   つ燃焼チャンバーに少なくとも１個の空気送入口、少な
   くとも１個の燃料送入口及び少なくとも１個の点火手段
   を有すると共に、排気チューブが燃焼チャンバーと接続
   する部分の直径が絞られていることを特徴とする含水原
   料コンバーター用パルス・トランスデューサー。
2. 【請求項２】直線状の排気チューブとその軸方向に一列
   に並べて配置された燃焼チャンバーとより構成され、且
   つ燃焼チャンバーに少なくとも１個の空気送入口、少な
   くとも１個の燃料送入口及び少なくとも１個の点火手段
   を有すると共に、排気チューブが燃焼チャンバーと接続
   する部分の直径が絞られており、また排気チューブには
   少なくとも１個の原料供給口を有するパルス・トランス
   デューサが、外管と内部ジャケットとよりなる同軸二重
   管における内部ジャケットの内部の一端に内部ジャケッ
   トと同軸に設置されている含水原料コンバーター。
3. 【請求項３】燃焼用の空気が、外管と内部ジャケットと
   の間の空間を通過して予熱されたのちパルス・トランス
   デューサーの空気送入口に供給される構成を有する特許
   請求の範囲第２項記載の含水原料コンバーター。
4. 【請求項４】パルス・トランスデューサーの設置位置が
   内部ジャケット内で軸線上を移動できる構造を有する特
   許請求の範囲第２項記載の含水原料コンバーター。