CN106470763B - 用于分离固体材料的装置 - Google Patents

Abstract

描述一种用于分离固体材料的装置(10)，其包括用于接收流体和待分离材料的通道(14)，通道被提供有搅动表面。提供用于将流体流引导至待分离材料处的机构(26)，流体流推动材料越过并对抗搅动表面以分离材料。较重材料在流体流的作用下沿通道的底部被推动到出口，并且与较重材料分离的较轻材料上升至液面。搅动表面包括多个构形(34)，每个构形延伸横跨通道(14)的宽度的至少一部分，每个构形包括上升表面和下降表面，上升表面的至少一部分具有相对于通道的基部比下降表面更陡的斜面。已经发现，随着固体材料沿下降表面向下行进并开始沿上升表面向上行进，一个构形的较浅的下降表面跟随下一构形的较陡的上升表面提供对固体材料的搅动的增进，并保持从下降表面至上升表面的过渡没有材料的堆积，并且使较轻材料以适合的角度被向上推动以到达表面而去除。

Description

用于分离固体材料的装置

技术领域

本发明涉及一种用于分离固体材料的装置。本发明的实施例可被应用于诸如玻璃碎片的污染集料材料的洗涤，以从玻璃碎片或其它集料中分离碎屑。更具体地但非排他地，本发明涉及一种用于洗涤玻璃，特别是破碎的玻璃或碎玻璃，并且用于将破碎的玻璃和碎玻璃从常常与废玻璃和碎玻璃相关联并且在家庭和工业废物流(waste stream)中发现的碎屑和泥沙中分离的装置。此外，本发明涉及将有机材料，特别是纤维有机材料，从沙砾、泥土或其它污染物分离和洗涤以产生用于包括但不限于生物燃料生成的工业生化过程(industrial biological processes)的原料。

背景技术

废玻璃通常由垃圾收集公司从路边箱收集到回收中心。大部分废玻璃来自于用于食品和饮料的容器，并且废玻璃常常受残余食品和诸如包装、标签、可能是塑料、软木和金属的盖或帽等的其它材料的污染。

收集通常是通过大型容器，大型容器有时位于地面以下并且有将玻璃分类为不同颜色的选择。其它形式的收集是在回收中心或涉及户主/消费者将瓶子和罐子放入容器中，容器可以是路边的收集箱或容器。

替代的收集***是带有斜槽或适于由平板拖车或者卡车收集的较小的贮藏器的人行道下面的贮窑。然而，所有这些玻璃收集器的共同之处是玻璃常常由于冲击并且在玻璃的重量下而破碎。因此，玻璃碴儿被压紧在一起。

在某些情况下，容器的内容物的残余物存在，诸如食品、密集玻璃的结块、生物材料(诸如食物残余物)、纸和其它容器部件(诸如盖子和包装)形成相对紧密、坚固的废物块。

现有技术

美国专利US-B-8146841(玻璃加工解决方案有限责任公司)公开了一种用于清洗由消费后混合的玻璃和类似的废物流产生的玻璃颗粒的***。该***通过一系列粉碎、尺寸分离器和基于材料的分离来运行。

该***还包括臭氧处理、干燥、筛分和纸/毛球去除的步骤。所描述的***复杂并且在一定程度上依赖于相对干净的原材料的供应，而不是被严重污染的废物。

英国专利申请GB-A-563754(Ridley)公开了一种用于分离诸如煤块或矿石的固体粒状材料的***。固体落在设置在漂浮的碎屑下方足以发生分离的深度处的移动表面上。该移动表面通过该表面的向上倾斜抬升固体。

德国专利申请公布文本DE-A-3 717 839(Andritz)涉及一种用于从预分类垃圾碎片分离轻质材料，特别是塑料的***。混合物在浮沉池中受到重力分离，并且较轻的材料通过漂浮离开被去除，以便液体射流作用在混合物上。若干喷射器喷嘴被布置在浮沉池上方，使得液体射流能够被喷射到基质混合物上。

美国专利US 4844106(Hunter)涉及一种用于清洗碎屑的碎片用以再循环的装置。该装置包括包含洗涤流体的贮存器和部分浸入的移动输送器。纱网具有位于输送器的浸入部分上方的出口，以便碎片沿该纱网经过而到达输送器，同时一些碎屑和污染物材料漏过纱网并进入远离输送器的贮存器。碎片被洗涤并输送经过沿与输送器的运动相反的方向喷射碎片的一排喷射喷嘴。

公布的中国专利申请2013-A-2013/57110(中国蓝星)涉及用于从废荧光管碎片中的玻璃碎片中分离水银的设备。螺旋形输送器由壳体和内置旋转螺旋体组成。壳体的前下部容纳形成进料口的输送器。水银排放口接收水银烟雾，并且喷射设备被布置在壳体的中间区域的正面上。

虽然上述***在一定程度上已证明在其特定任务中是有效的，但是没有任何***能够从诸如罐子和瓶子的废玻璃上去除包装和标签。

清洁的废玻璃作为用于多种类型的特定最终用途的原材料的需求日益增长，诸如生产玻璃纤维用于壁炉遮板或绝缘材料。

提出本发明以提供一种用于废玻璃的，特别适于从废玻璃去除残留食品、包装和污染材料的分离器。然而，已认识到本发明也可更广泛地被应用于将较重的固体与较轻的固体分离。具体地，虽然较轻的固体可能常常是废品，但是在一些情况下，较轻的固体可能自身具有有用的作用，例如作为生物燃料。

本发明的一些实施例试图提供一种洗涤玻璃的方法，以提供用于处理的清洁的碎片材料以及其它产品流。本发明的实施例试图提供一种洗涤并从诸如玻璃碎片的污染集料中分离碎屑和废料的方法。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供一种用于分离固体材料的装置，装置包括：

用于接收流体和待分离材料的通道，通道被提供有搅动表面；

用于将流体流引导至待分离材料处的机构，流体流推动材料越过并对抗搅动表面以分离材料；

其中较重材料在流体流的作用下沿通道的底部被推动到出口，并且与较重材料分离的较轻材料上升至液面；并且

其中搅动表面包括多个构形，每个构形延伸横跨通道的宽度的至少一部分，每个构形包括上升表面和下降表面，上升表面的至少一部分具有相对于通道的基部比下降表面更陡的斜面。

已经发现，随着固体材料沿下降表面向下行进并开始沿上升表面向上行进，一个构形的较浅的下降表面跟随下一构形的较陡的上升表面提供对固体材料的搅动的增进，并保持从下降表面至上升表面的过渡没有材料的堆积，并且使较轻材料以适合的角度被向上推动以到达表面而去除。

上升表面可包括相对于通道的基部成第一角度的第一上升部和相对于通道的基部成第二角度的第二上升部，第一角度比第二角度更浅，其中至少一些流体流被引导大致朝向第一上升部。有利地，较浅的第一上升部形成从前一构形的下降表面更渐进的过渡，从而提高集料的移动并减小在从下降表面至上升表面的过渡处的材料堆积。较陡的第二部为较轻的材料设定适合的向上上升的角度以到达液面。

下降表面可从上升表面的顶点延伸至相邻构形的上升表面的基部。优选地，至少一些流体流被引导为大致与下降表面平行或者以浅角度向下引导至下降表面上。这使材料沿下降表面向下行进并一起被搅动以促进分离。

在一些实施例中，第二上升表面可以为大致竖直的。

在一些实施例中，上升表面和/或下降表面的至少一部分是弧形的和/或凹形的。弧形表面已被发现不易于磨损，并且允许材料更平滑地沿通道行进。

用于引导的机构可包括：横跨通道的宽度间隔提供的一组喷射器喷嘴；和在一组喷射器喷嘴的前方延伸横跨通道的偏转器，偏转器用于使从喷射器喷嘴发出的流体流改变方向和成形以形成被引导朝向材料的流体流。偏转器可被可调节地附接在通道的任一侧，并且包括位于每个喷射器喷嘴前方的偏转板。这样的单件式偏转器可对特定排中的所有喷嘴一次调节，并且制造和安装更简单而廉价。

通道沿通道的至少一侧的上边沿可被提供有可调节的边缘。边缘相对于通道的倾斜度可以是可调节的。优选地，可调节的边缘沿通道的两侧提供。当适当配置时，优选通道中的液面与边缘的上边沿大致平行。可提供排水沟，其沿通道的外侧延伸，用于接收从通道溢出越过边缘的液体。提供可调节的边缘通过调节其高度(可能沿其长度处于不同高度)以匹配可根据通道内的流动状况改变的水面而使液体能够沿通道的全部长度均匀地溢出越过边缘。

通道在液面处可被提供有一个或多个引导部，引导部被成形为引导在液面处或附近的分离的较轻材料朝向并越过边缘并进入排水沟。可提供一组水喷射器和可选的偏转器的形式的机构用于引导流体朝向引导部和/或液面。引导部可充当偏转器以使从喷射器喷嘴发出的流体流改变方向并成形，以形成被引导朝向液面的流体流，从而减少对分立的偏转器的需要。碎屑引导部在液面下方延伸并且具有斜面，使得液面附近的液体的主要流动推动液体内的分离的较轻材料对抗引导部的斜面，并朝向液面推上引导部的斜面。优选地，碎屑引导部在液面上方延伸。通常，碎屑引导部以以上的方式被配置以尽可能最大化被引导出通道并进入排水沟的碎屑的量。

在一些实施例中，当装置在使用中时，通道的顶部处的表面流的主要方向大致与较重材料沿通道的底部行进的方向相反。这可以是有益的，因为这趋向于导致通道的出口端处的水比通道的进口端处的水更清洁，意味着较重材料在离开装置时通常是更清洁的。

在一些实施例中，用于引导的机构与搅动表面为一体和/或是搅动表面的一部分。例如，用于引导的机构可位于构形的顶点的下面。以此布置，喷射器(带有偏转器)不干扰较轻材料的向上运动，并且它们也清除可能导致通道内的复杂且不利的流动模式的通道的阻碍物。

在一个示例中，下降表面的第一上方部由盖的顶部限定，用于引导的机构位于盖下方，用于引导的机构被配置为引导流体流向下并沿下降表面的第二下方部朝向相邻构形的上升表面的基部。

上升表面和/或下降表面在基部和/或顶点处或附近可具有比中途更浅(shallower)的斜率。

虽然装置通常可被用于将任何固体材料分离成较重成分和较轻成分，但是该装置在较重材料为诸如玻璃碎片的集料并且较轻材料为碎屑的情况下尤其有利。应理解，无论如何，当与集料分离时，碎屑本身可以具有商业价值，例如作为生物燃料。更概况地说，两种固体材料在组合时(向装置输入的状态)可能是无价值的，而在分离时(从装置输出的状态)是有价值的。

较轻材料的一部分比流体密度更大可能是优选的。在该实施例中，用于分离固体材料的装置尤其有益，因为它能够实现密度相似的材料的分离，再循环工业中的典型的重大挑战。这样的实施例在玻璃和密实塑料的分离中可以是有用的，但是含有有机废物流、比流体更轻的废物流、比流体密度更大比玻璃流更轻的废物流以及比所有其它的密度更大的玻璃废物流的其它混合物的分离也是设想中的。也设想玻璃废物流可替代地为矿物或陶瓷废物流，或者这些废物流的组合。

湍流区域被形成在邻近搅动表面的流体中也可以是优选的。湍流区域可促进较重材料和材料的混合、移动或翻转，潜在地使其能够被流体流分离。湍流区域于是可帮助较轻材料和较重材料的分离，较重材料移动越过构形，而较轻材料在流体流动的影响下移动至表面。

优选地，较重材料的平均形状和较轻材料的平均形状之间的差异可帮助材料在湍流区域中的分离。这样的实施例可以是被期望的，因为污染集料中的较重材料和较轻材料的平均尺寸和形状可能存在差异，并且这样的特征将增加该装置分离这些材料的能力。

在这样的实施例中，材料的尺寸、形状和方位上的变化连同其密度上的差异一起，将使它们通过在颗粒斯托克斯数(particle Stokes Number)上已知的影响(A.卡尼克、J.S.施林普顿，流体物理，2012年第24期，073301)而在湍流区域中的运动状态不同。这些运动状态的差异最终结果可以是较轻材料和较重材料在流体流动的影响下，较轻材料向流体的表面移动，而较重的材料移动越过构形。

装置进一步包括至少一个分流器也可以是优选的。本发明的这样的实施例可能是有利的，因为它可以允许通道的基部处的湍流与通道的上部水平中的更线性的、湍流性低的反向流分离。这些流的分离可能是有利的，因为其可以允许快速去除在喷射器和偏转器的影响下从通道升至水面的任何碎屑，所述碎屑不会下沉回到湍流的区域中。优选地，分流器可位于流体的表面附近。这样的特征可能是有利的，因为所述分流器邻近流体的表面的位置可允许湍流和湍流性低的流的最有效分离，并因此最有效地去除上升到湍流性低的流的区中的任何碎屑。更优选地，所述分流器被定位在距离流体表面5mm和50mm之间，更优选地，在距离流体表面50mm和300mm之间，并且最优选地在距离流体表面200mm处。流动挡板可移动也可以是优选的，使得其相对于流体表面的位置可以被改变。

优选地，所述分流器可以被旋转。更优选地，该旋转是围绕垂直于通道的纵向轴线的轴线。这样的旋转可以是优选的，因为其允许分流器被旋转使得流动的湍流区域和湍流性低的区域可被最有效地分离，并且上升到流动的湍流性低的区域中的任何碎屑将从通道被快速移除。

优选地，所述分流器可沿通道的纵向轴线被移动。这样的移动可以是优选的，因为其允许分流器被定位为使得流动的湍流区域和湍流性低的区域可被最有效地分离，并且上升到流动的湍流性低的区域中的任何碎屑将从通道被快速移除。

优选地，(通道中的)液体和流体(在通道内被引导的流)均为水。然而，原则上，可以使用不同于水的液体，或者水中可具有清洁添加剂，并且流体可以与液体不同，并且有可能为气体(例如气刀)。

附图说明

现在将仅通过示例并参考附图描述本发明的实施例，附图中：

图1示意性地例示根据本发明的实施例的材料分离装置；

图2A和图2B示意性地例示用于材料分离装置的进口斜槽；

图3A和图3B示意性地例示材料分离装置的出口斜槽；

图4A至图4C示意性地例示分离通道；

图5示意性地例示单件式偏转器；

图6A和图6B示意性地例示排水沟和可调节的边缘；

图7A和图7B示意性地例示碎屑引导部；

图8示意性地例示根据本发明的另一实施例的材料分离装置；

图9A示意性地例示与图8的装置相关的碎屑引导部和水流；

图9B示意性地例示与图8的装置相关的水流和湍流区域，省略了可选的碎屑屏障；

图10A至图10E示意性地例示若干搅动表面，其可由本发明的各种实施例利用；和

图11示意性地例示用于图8的装置的示例(非限制性)尺寸和结构。

图12示意性地例示分流器或水翼(hydrofoil)在集料清洁装置中的使用。

具体实施方式

参见图1，示例分离装置10被示出为包括进口斜槽12、分离通道14和出口斜槽16。使用中，将分离通道14用水(或者其它液体)填充至边缘。如将在下面详细描述的，水以及待分离的材料在泵的作用下在通道内移动，泵驱动水的射流通过通道。通道14可以是槽(trough)，并且可具有大致矩形的形状。边缘18沿分离通道14的每侧的顶部设置，并且在使用中，通道14内的水位到达略高于该边缘18的上边沿，使得水沿通道14的长度越过边缘18流出到排水沟20内，排水沟20在边缘18的下方沿着通道14的任一侧延伸到外侧。优选地，边缘的内侧上边沿具有大致方形(90°)边沿，其已被发现促进比更圆的或卷顶边缘(水将很容易地越过其流动)的情况更好和更可控的越过缘的流体流动。注意，为了清楚，图1中仅示出排水沟20的一部分，但是在下面详细描述的图6中可以更清楚地看到排水沟20的形状。随着水被再循环返回到装置中，排水沟20中的碎屑和水于是可被过滤以将碎屑从水中分离，并且碎屑被储存用于使用或处置。以上布置坐落在框架22上。

使用中，将分离通道14用水填充，并且污染集料或不同重量的固体材料的任何其它组合被沉积到进口斜槽12的上端中。在水喷射器24的作用下，组合的固体材料沿进口斜槽12被向下驱动到水体内，并进入分离通道14内。在水喷射器26的作用下，组合的固体材料随后沿分离通道14被驱动，大致沿通道14的基部。通道14的基部被提供有搅动表面(在图1中不清晰可见)，搅动表面被提供有构形(formation)，水喷射器26逆着该构形搅动组合的材料以将其分离，并且组合材料从通道14的邻近进口斜槽12的端部被推动越过该构形至通道14的邻近出口斜槽16的端部。随着组合材料行进越过搅动表面，其由于水的力量和集料颗粒之间剧烈而有力的摩擦作用而趋向于分离。在相对较重的材料和相对较轻的材料分离的情况下，较重的材料(例如玻璃碎片)趋向于继续沿通道的基部，而较轻的材料(例如塑料、食物残渣和纸)趋向于上升到水面，它们可在水面漂浮直到越过边缘18离开通道14并进入排水沟20。

为了帮助这个过程，碎屑引导部30被提供在分离通道14内的水面处。该碎屑引导部可以是优选的，将理解，其对于本申请中呈现的装置的运行并非必不可少。如图1中可见，这些引导部30为“V”形。在图1的实施例中，水喷射器26的方向和力以及搅动表面的构形的形状使得通道的顶部(表面)处或附近的水的主要流动方向与集料沿通道的底部(基部)移动的方向相反。因此，V形引导部被定向为“指向”逆着表面流动的方向，以使水和由该水携带的任何碎屑向侧方转向朝向(并因此越过)边缘18并进入通道14的每侧处的排水沟20内。虽然原则上边缘18和排水沟20可被仅提供在通道的一侧处，并且引导部30横跨通道的表面倾斜以使水和碎屑朝向该侧转向，但是这意味着碎屑中的一些(位于与边缘18和排水沟20相反侧的那些)将要移动两倍远才能到达边缘。因此，如果边缘18和排水沟20被提供在通道14的两侧，则装置能够更加迅速地从水面去除碎屑。碎屑引导部30在水面之下延伸，以使接近但不位于表面的碎屑被引导朝向边沿，并且碎屑引导部30也成一定角度，以使该碎屑爬上碎屑引导部30的斜面，从而到达水面。碎屑引导部30也在水面之上延伸，以使水(和碎屑)不会流动越过其顶部。将理解，水的流动将趋向于使水本身爬上并越过碎屑引导部30，并且为了防止这种情况，在碎屑引导部30的顶部处提供唇部，该唇部向后延伸超过回弹的水流。已沿通道14的底部被推动的清洁后的集料(较重的固体材料)最终到达出口斜槽16的基部，并且随后在水喷射器28的作用下沿出口斜槽被向上推动，并越过边沿离开。将理解，集料因此从图1的右手侧行进到图1的左手侧，同时表面水大体上从图1的左手侧行进到图1的右手侧。

参见图2A(平面图)，可以看到进口斜槽12被分成若干区间32，使集料更均匀地沿进口斜槽12向下流动。使用中，集料被沉积在区间32的顶部处(图2A的顶部处)。可以看到水喷射器24包括喷嘴和偏转板。偏转板将来自喷嘴的水流成形为期望的形状并偏转至期望的方向(将在下面更详细地描述偏转板)。图2A中示出两组水喷射器24a和24b，其沿进口斜槽12向下推动集料并进入通道14，图2A中还示出分离通道14内的两组水喷射器26中，当集料到达分离通道14时水喷射器26有效地接替水喷射器24a和24b驱动集料向前。与包括非平面的搅动表面的分离通道不同，进口斜槽12的基部是平滑的，以减少集料的堆积。将理解，由于水喷射器24a和24b的力和集料之间的摩擦，集料的一些分离可在进口斜槽12内发生，但是在没有集料能够对抗其被搅动的搅动表面的情况下，在进口斜槽12内发生的分离的程度可能较低。

参见图2B(侧视图—通过图2A的线A-A的截面)，可以看到喷射器24a、24b朝向进口斜槽12的顶部(24a)和中部(24b)。可以看到进口斜槽12的基部在一角度上，以使重力帮助在由喷射器24a、24b的作用辅助下进入的集料从进口斜槽12的顶部运送到进口斜槽12的底部。从图2B可以看出，进口斜槽12起始于通道14的外侧，但是向下延伸至通道14中。而且，通道14中的水位使得水面也延伸越过进口斜槽12的大部分。因此，只有喷射器24a在水位以上，而喷射器24b在水面以下。除了帮助驱动集料沿进口斜槽12向下，喷射器24a、24b(尤其是喷射器24b)也驱动集料对抗通道14的基部处的搅动表面的第一构形34向上并越过第一构形34。将注意到，图2B中，通道14包括成两组水喷射器26—上组26b和下组26a。下组的喷射器26a用于将集料移动越过搅动表面的构形并搅动集料对抗搅动表面的构形，而上组的喷射器26b用于将从集料释放的较轻的材料(例如碎屑)向上引导朝向水面和/或朝向引导部30b。因此，图2B中水面处和水面附近的水的流动与集料被推动的方向为相同方向(即与图1中相反的方向)，并且因此，与图1相比，碎屑引导部30b在图2A和2B中被定向为相反的方向。

参见图3A(平面图)，可以看到出口斜槽16被分成若干区间42，使集料更均匀地沿出口斜槽16向上流动。与水喷射器24和26相反，可以看到水喷射器28仅包括喷嘴并且没有偏转板。这是因为水喷射器28不需要逆着成形的构形搅动集料，而只需要随着集料行进出水并朝向出口斜槽16的出口边沿行进而将其向上推动并推出出口斜槽16，并且冲走任何零散的碎屑或污染物。图3A中示出四组水喷射器28a、28b、28c、28d，以及分离通道14内的两组水喷射器26，当集料已完成其从分离通道14的通过时水喷射器28a有效地接替水喷射器26朝向出口驱动集料向前。与包括非平面的搅动表面的分离通道14不同，出口斜槽16的基部是平滑的，以便清洁的集料能够平稳地向上移动并移出出口斜槽16。

参见图3B(侧视图—通过图3A的线A-A的截面)，可以看到，喷射器28a、28b、28c、28d位于沿出口斜槽16的基部并在出口斜槽16的基部上方的不同的位置。可以看到，出口斜槽16的基部在一角度上，使得集料在离开装置之前被运送出通道14中的水体。需要喷射器28a、28b、28c、28d以对抗重力将清洁的集料(较重的材料)向上推动并推出出口斜槽16。从图3B可以看出，进口斜槽16在通道14外侧终止，但是在下方起始于通道14内。而且，通道14中的水位为使得水面也延伸越过出口斜槽16的大部分。因此，喷射器28a、28b、28c、28d只需要将清洁的集料在水面以上运送短距离。将理解，集料在水中比在水的外部更轻，因此当集料在水中时更容易使集料移动。从图3B还可以看出，水喷射器28a和28b在水面以下，水喷射器28c大约在水面处，并且水喷射器28d远高于水面，以给集料最终的推进越过出口斜槽16的边沿。只有喷射器28d需要移动不受水支撑的集料，并且这只移动短距离。将注意到，在图3B中，通道14包括两组的水喷射器26—上组26b和下组26a。下组的喷射器26a用于将集料移动越过搅动表面的构形并逆着搅动表面的构形搅动集料，而上组的喷射器26b用于将从集料释放的较轻的材料(例如碎屑)向上引导朝向水面。因此，图3B中水面处和水面附近的水的流动与集料被推动的方向为相同方向(即与图1中相反的方向)，并且因此，碎屑引导部30b被定向为相反的方向。

参见图4A，示出通道14的内部的一部分的3D视图。可以看到，通道14的内部包括在其基部处的包括一连串构形34的搅动表面，集料被输送越过构形34，并且集料被搅动对抗构形34。在本例中，每个构形作为脊延伸横跨通道14的基部的全宽，但是将理解，不同的布置是可能的。在每个构形34上方且略后方，提供下组的水喷射器26a和上组的水喷射器26b。下组的水喷射器26a沿通道14的基部驱动集料/较重的固体材料越过并对抗搅动表面。上组的水喷射器26b朝向水面，并将碎屑/较轻的材料向上运送到表面，其在表面处越过通道14的侧部离开。通常，一组水喷射器被提供在搅动表面的每个构形的上后方。下组的水喷射器26a大致沿构形34的下降(后)表面指向向下。在上组喷射器和下组喷射器均被使用并以向前的方向定向的情况下，水面处的主要流动方向通常为与集料被推动相同的方向。如果只提供下组喷射器(例如，如图1中以及下面描述的图8中的情况)，或者如果上组喷射器面向相反的方向，则水表面处的主要流动方向可与集料被推动的方向相反。应理解，表面处的主要流动方向可能不仅与喷射器相关，也与构形的形状和尺寸以及通道14的总体尺寸相关。

参见图4B，相对于水的表面40示出构形34以及上组水喷射器26a和下组水喷射器26b的侧视图。图4B中，三角形表示玻璃/集料在通道内的位置，表明在这些较重的成分由喷射器26a和通道11的基部附近的总流运送时，较重的成分通常保持在通道的底部附近。从水喷射器26a发出的箭头表示从水喷射器26a输出的水流的方向。可见，由于偏转板的存在，流的方向偏离喷嘴的轴线。来自水喷射器24a的水流将集料沿构形34的下降(后)表面向下推动，并且随后推上相邻的构形34a的上升(前)表面，在此，其随后进入下一组喷射器的射流。朝向图4B的右侧，箭头表示由前一下组喷射器(在图4B中未示出，在图4B中所示的右手侧的喷射器之外)推进的水的流动方向。可见，水趋向于大致沿由构形的前(上升)面的上升角度设定的方向继续向上流动，随其运送通过其搅动从集料中释放的任何碎屑。该流动将趋向于将碎屑运送到水面，在水面，碎屑被引导至并越过边缘18，并进入排水沟20内。然而，较重的材料太重而不能由向上流动的水流驱动到表面，并且因此越过下一突起的顶点(峰顶)落下。

由水下的喷射器26喷射的流体流越有力，则水对集料的冲击就越大并且越多的碎屑被去除。水下的喷射器26的角度被布置为允许集料的搅动并且也允许集料流动以前进通过通道至出口斜槽16。总体上，底部一组喷射器26a应成角度使得水流基本平行于构形的下降表面，或者以浅角度撞击下降表面。

通道的基部中的搅动表面包括成形并定尺寸为促进集料的搅动和摩擦的构形。构形的位置、形状和尺寸被选择使得喷射器26a引导集料碎片对抗构形以使集料碎片相互冲撞并且相互搅动或摩擦，从而增进诸如纸和无用废料的碎屑的去除。构形的相对较浅的下降表面提供扩充的面积，集料可在水喷射器的作用下行进越过该扩充的面积。当集料沿下降表面行进时，集料碎片相互翻滚并对抗彼此，并对抗构形的硬表面，从而趋向于去除碎屑。浅角度也是重要的，因为这使下降表面与下一构形的上升表面相遇的角度减小，如果连接角度太大，那么碎屑有在该区域中堆积的趋势，并且来自喷射器的水流将在与上升表面的基部的碰撞下趋向于垮散，而不是改变方向而爬上上升表面。然而，浅角度导致碎屑保持靠近通道的底部附近的集料。当集料和碎屑已下降到下降表面的基部时集料和碎屑到达的上升表面提供更陡的上坡。除了在水喷射器的作用下促进不同形式的搅动外，以陡峭的角度向上上升的路径导致较重的材料和较轻的材料采取不同路径通过通道中的液体。具体地，较轻的材料趋向于继续从上升表面向上朝向通道顶部以及液面的路线，而较重的材料趋向于在其自重下越过顶点下落至下一构形的下降表面上(其在此由下一组水喷射器捕获)。因此，将理解，期望构形具有比其下降表面更陡的上升表面。

在实现将集料可靠地向前运送并将碎屑可靠地运送至表面的受控水流、为搅动和分离集料的构形附近的高度局部湍流，与提供槽中相对平静状态的水面之间有需要达到并维持平衡，使得碎屑可通过越过边缘的受控流从表面撇去。表面流应足以将碎屑和低密度材料运输至排水沟中，而次表层流应是在通道的基部附近局部非常有力的，以促进集料的摩擦和清洁。构形可以根据待清洁的集料的类型以及水喷射器的角度和动力以各种角度安装。将理解，搅动表面呈现“搓衣板”表面，其由于集料需行进较大的距离以及上升表面的减速效应而帮助加速清洁(通过促进搅动)和/或将集料较长时间保持在通道中。

如从图4A和图4B可见的，装置可包括布置为将加压液体引导在污染集料处，以逆着表面搅动污染集料，从而促进清洁的集料的分离的第一组喷射器。第一组喷射器26a以主要向下的方向布置，以使喷射器朝向通道14的底部以搅动集料。在图4A和图4B的例子中，装置进一步包括布置为沿向上的方向朝向水面引导和/或推动碎屑的第二组喷射器26b。相反，图1示出的装置中，只提供面向下的喷射器，碎屑向上的运动是通过通道14的基部处的构形的形状实现。第一组喷射器26a被布置在包括多个间隔开的多排第一喷射器的阵列内。每排内的喷射器被布置为从槽的第一侧到槽的相对的第二侧彼此间隔开。每排内的喷射器沿横向于，例如大致垂直于，通道14的长度延伸的方向彼此间隔开。每排内的第一喷射器与在槽的一对相对侧之间延伸的歧管流体连通。根据被清洁的集料，泵使用针阀或隔离阀提供诸如水的恒压液体(虽然在一些实施例中可以用诸如空气的气体代替)。每个歧管可具有50-300psi(3.34-20.69bar)之间的流体动水压(fluid dynamic water pressure)，这可根据被清洁的集料增加。理想地，在满足稳态条件时，每个喷射器具有恒定的动态流量和压力，以实现液体(诸如促使污染集料从进口斜槽12向出口斜槽16沿向前的方向通过通道14的水)的精确而恒定的流率。

上喷射器26a和下喷射器26b均可被布置为可围绕横向于通道14的长度延伸的轴线旋转。一个或多个(例如每个)喷射器可围绕歧管的纵向轴线旋转。每排内的喷射器可以是可全体围绕歧管的纵向轴线旋转的。替代地，每排内的每个喷射器可被布置为可单独围绕歧管的纵向轴线旋转。一排内的每个喷射器或者一排内的所有喷射器的角度可以选择性地变化以改变水流冲击通道14内的液体流动的角度。每个阵列内的每排喷射器与相邻排的对应喷射器沿通道14的长度间隔开。如图4A中所示，每个上组喷射器26b从对应的下组喷射器26a沿更向上的方向移位。上组喷射器26b可与下组喷射器26a对齐。

图4C示出包括从歧管41伸出的喷嘴42和偏转板44的水喷射器的放大视图。水通过歧管41被泵送至该喷嘴(以及相邻喷嘴)。随后，水通过喷嘴被排出为冲击偏转板44的底侧的流。偏转板44被安装在喷嘴42的正上方，但是成角度以拦住从喷嘴42喷射的水流。从图1至图3的任一图可以看到，任何一个水喷射器26需要横跨通道14的宽度的特定比例而作用在集料上。然而，如从图4B可见，需要喷射器在竖直方向上非常集中，以使喷射器冲击集料的力最大化，既需要足以沿着构形的上升表面(距水喷射器26a相当的距离)向上移动集料，也需要促进集料的充分搅拌以将碎屑与集料分离。虽然扇形喷嘴可在一定程度上提供该几何形状，但是已发现通过在平面表面(偏转板)处引导(优选已为扇形的)流，能够增加流的横向范围(横跨通道的宽度)，同时保持狭窄的竖直范围。这最有效地使用现有的水压和流率。另外，偏转板44保护水流免于被从在水喷射器正下方的上升表面升起的上升流打断。

参见图5，单件式偏转器45被示出包括设置在歧管的相应喷嘴之上的一系列偏转板44a、44b、44c。单件式偏转器可以比独立偏转器更廉价地制造和装配，仅需固定到通道的任一侧，而不是固定到歧管本身。该布置也使其更容易提供可调性。具体地，如果在通道的每侧的固定是可调节的固定，则偏转板44a、44b、44c的角度可简单地通过作为整体调节单件式偏转器45的倾斜度而被同时调节到相同的倾斜度。图5也示出在结构上分别与下歧管、下喷嘴和下偏转器类似的上歧管、上喷嘴和上偏转器。在一些情况下，碎屑引导部可充当偏转器以重新引导并成形从上喷射器喷嘴中的一些发出的流体流(注意，碎屑引导部不需要邻近于每组喷射器喷嘴设置)以形成指向液面的流体流。实施时，这减少了所需的专用上偏转器的数量。

参见图6A，示出通道14的一部分的3D视图。可以看到歧管41中的一个及其偏转板44，以及其下方的构形34。也可以看到边缘18的一部分，其具有由调节螺栓和狭槽19提供的可调性。在一些实施例中，边缘18可以提供为许多段，其中每段可独立调节高度。也示出被提供在通道外侧并被定位为捕获溢出越过边缘18的任何水和碎屑的排水沟20。图6B中示出包括边缘18的通道14的上边沿的外部侧视图。从图6B可见，边缘朝向图的左手侧比在右手侧更高地升起(注意边缘18的上边沿相对于碎屑挡板30的位置)。这是因为在通道14内流动的流体趋向于导致水面不水平，而是反而相对于水平面略倾斜，倾斜的程度与水通过装置的流率(除了其它之外)成正比。允许水和碎屑沿通道14的长度大致均匀地溢出越过边缘18是期望的。因此，不希望水面在边缘的上边沿以下(使得水不能溢出)或者远在边缘的上边沿以上(这将引起离开通道的水的非常高的流率，这是低效的)。通过提供可调节的边缘，能够实现沿通道的整个长度从水面均匀去除碎屑，甚至是在装置的工况以改变水面的倾斜的方式变化时。

参见图7A，示出碎屑引导部30相对于构形和下喷射器26a以及上喷射器26b的定位。将理解，碎屑引导部30不需要沿通道的长度以与构形和水喷射器相同的距离间隔设置，并且将通常以更低频度提供。图7A中，提供了上方的水喷射器26b，并因此在水面处或附近的水流动是向前的(与由下方的水喷射器26a推动的集料相同的方向)。因此，碎屑引导部30定向为使得来自水喷射器26b的水的流动在冲击碎屑引导部30时朝向通道14的侧部向外转向。图7B提供构形34、下喷射器26a、上喷射器26b和碎屑引导部30的侧视图。圆圈表示碎屑/污染物/较轻材料在通道14内的位置。上喷射器和下喷射器以及构形大致如图4B。与图4B(其展示了通道底部附近的集料/较重材料的位置)相比，可以看到，碎屑通常由水沿构形的上升(前)表面向上的流动运送，并通常随后继续沿相同的上升线路以被来自上喷射器26b的水流捕获，并因此被推向碎屑引导部30，从而转向至并越过边缘18进入排水沟20。

图8示意性地例示另一实施例，其中水喷射器被有效地集成在搅动表面中。图8整体示出分离装置100，包括大致如以上所描述的进口斜槽112和出口斜槽116。类似地，装置被支撑在框架122上，并且边缘118和排水沟120沿装置的任一侧延伸。这些元件不再描述，因为其结构和操作在上面清楚地解释。图8中，侧板、边缘和排水沟已从图中省略以提供分离通道114内部结构的视图。可以看到，该例中的碎屑引导部130被定向用于反向表面流动(即表面处或附近的水沿与集料被运送的方向相反的方向流动)。这至少部分是由于该设计中没有上喷射器。已发现通常的一点是被期望的，即具有充满碎屑和污染物的表面水移动远离装置的出口斜槽116，因为离开装置的集料可因此被预期为比表面水朝向出口斜槽116移动的情况更清洁。

在图8中可见，水喷射器歧管均从构形的顶点下方经过，并且构形以罩或盖部在歧管之上延伸。因此，构形之上的水体没有水喷射器歧管，水喷射器歧管否则可能对向表面行进的碎屑提供阻碍，并且水喷射器歧管可能干扰通道内的水体内所需的流动。以此实施方式，在水的主体内可以预期总体上湍流性更低和更均匀的流动，使碎屑更可能被运送到表面。

图9A是构形、水喷射器和碎屑引导部的侧视图。图9A用小三角形示出较重材料(例如玻璃或集料)并用小圆圈示出较轻材料(例如碎屑或污染物)两者的位置。图9A中，构形134包括下方布置有水喷射器126(喷嘴歧管)的上部分134a，并且其一部分形成构形的顶点。构形134的上升表面(前面)从基部向上延伸至顶点。构形134的下降表面(后表面)包括下方提供有水喷射器(喷嘴歧管)的上部、延伸至相邻构形的基部的下部、以及从其中提供有水喷射器126的覆盖区域的开口，喷嘴通过该开口沿构形134的下降表面的下部向下引导水流。来自喷射器126的水流同时推动集料和碎屑沿下降表面的下部向下，随后沿相邻构形的上升表面上升。较重的集料继续其向前的运动，越过相邻构形的顶点并沿该构形的下降表面的上(盖)部向下，以落在从盖下方射出的水流的路径前方。以此方式，集料从分离通道的一端被推至另一端。相反，较轻的碎屑如图所示朝向水面向上运送，大致继续由上升表面设定的方向和路径。在水面处或附近，其方向反转以朝向装置100的进口斜槽112行进。当碎屑撞击引导部130时，其被转向至并越过通道114的侧部进入排水沟120。

图9B是构形和水喷射器的侧视图。图9B以三角形示出较重材料的位置并以圆圈示出较轻材料的位置。图9B中，描绘了由构形134产生的流体200中的湍流区。在该湍流区中，由于较重材料和较轻材料在湍流中的不同运动状态，较重材料可与较轻材料分离。图9B描绘较轻材料由来自水喷射器126的流朝向流体表面运送，同时较重材料由相同的流体流运送越过构形134，较重材料和较轻材料间的分离在湍流区200中发生。

由于两种材料之间密度的差异或者较重材料和较轻材料的平均形状的差异，较重和较轻流体流之间的运动状态的差异也可被观察到。在玻璃碎片和塑料的集料的情况下，玻璃碎片的碎片平均来说可通常为曲形的或者非平面的，而塑料平均来说可为较大的并且具有更平面的轮廓。形状上的这种差异可能由于集料所源自的物体而发生；例如，通常曲形的玻璃碎片的碎片可能源自破碎的瓶子或玻璃，而密实的、平面的塑料可能源自保护盖或片材。集料中材料的不同来源之间的这些形状上的差异导致在湍流的区域中的不同运动状态，较平的塑料下沉更缓慢并且具有更宽的水平分布。

将碎屑从玻璃碎片中分离是集料清洁装置的许多潜在用途之一。替代地，集料清洁装置可被用于分离生物燃料和沙砾、泥土或其它污染物的集料。在本发明的该实施例中，将流体引导至集料处的机构与搅动表面的影响可促进污染物从生物燃料的去除。在一个这样的示例中，纤维质、有机物、生物燃料或生物燃料前体物质(biofuel precursormaterial)在流体流动的影响下上升至通道中包含的流体的表面。同时，生物燃料或生物燃料前体物质中较重的沙砾或石块、污染物的碎片沿通道的基部被推动经过任何搅动表面，直到它们也从通道被移除。

图10A至图10E示出用于搅动表面的构形的五种不同形状。图10A示出上升表面包括两部分的构形，第一浅部(相对于通道的基部成大约45°角)和第二竖直部。下降表面为单个部分，并且从顶点(上升表面的第二竖直部的顶端)向下延伸至下一构形的第一浅部的基部。构形的较浅的第一部使集料能够在水喷射器的作用下被推上构形的较浅的第一部，而竖直部对将较轻材料/碎屑运送至水面的流动给予向上的导向。

图10B示出类似于图10A的构形，但是具有比图10A中成更浅的角度(大约30°)的第一浅部，以使喷射器更容易将集料推上斜面，并且第二部不是竖直的，而是成比第一浅部更陡的角度(大约60°)，从而对碎屑运送流保持向上的方向，但对较重集料的前向运动的阻滞效应更小。

图10C示出类似于图10B的构形，但是其具有自下降表面经过上升表面的基部并沿上升表面向上至半途的的弧形、凸形的过渡。有效地，上升表面的倾斜度从其基部向上逐步增加直到上升表面的半途处。该弧形设计提供水、集料和碎屑更平滑的流动，并且可不易于磨损。

图10D示出如图8和图9中也示出的水喷射器与构形集成为一体的构形。从图10D可见，构形的顶点和基部部分都是弧形的，并且构形的上部容纳水喷射器，其能够通过下降表面中的孔沿下降表面向下喷射。

图10E示出类似于图10A的构形，但是其中以与图10C类似的方式提供自下降表面经过上升表面的基部并沿上升表面向上至半途的弧形、凸形的过渡。

将理解，以上所有例子中，与下降表面相比，上升表面的至少部分并且优选为全部或大部分相对于基部成更大的倾斜度。

参见图11，展示出平面图(左侧)、沿通道的长度的截面图(右上侧)以及横跨通道的宽度的截面图(右下侧)。展示出用于装置的示例性尺寸，但是旨在为示例的目的给出比例感，而非旨在限制本发明的范围。在本示例中，装置被示出具有3000mm的槽，其中构形的峰顶(并因此相邻排中的喷射器也同样)分隔500mm。单个歧管上提供五个喷嘴，分隔276.5mm。喷嘴在通道的基部之上的高度为170.5mm。

图12描绘本发明的一实施例，其中清洁装置进一步包括横跨通道114水平定位的多个分流器或水翼300。在该实施例中，所述分流器可以将通道301的下方区域中的湍流与通道302的上方区域中湍流性较低的反向流分离，以帮助将较轻碎屑从通道去除。

另外，所述分流器300可垂直于通道114的纵向轴线旋转或者沿通道114的纵向轴线移动，使得其被定位以最有效地将湍急的下方流301与湍流性较低的上方流302分离。

另外，所述分流器300可以重叠。

已仅通过示例的方式描述本发明，并且将理解，可对以上提到的实施例做出改变而不背离本发明的范围。例如，喷射器可提供任何适合的流体，诸如加压气体，以便提供朝向通道内的液体的例如气刀。

Claims (37)

1.一种用于分离固体材料的装置，所述装置包括：

用于接收液体和待分离材料的通道，所述通道被提供有搅动表面；

用于将流体流引导至待分离材料处的一组水喷射器，该流体流推动材料越过所述搅动表面并对抗所述搅动表面以使材料分离；

其中较重材料在流体流的作用下沿所述通道的底部被推动到出口，并且与较重材料分离的较轻材料上升至液面；并且

其中所述搅动表面包括多个构形，每个构形延伸横跨所述通道的宽度的至少一部分，每个构形包括上升表面和下降表面，所述上升表面的至少一部分具有相对于所述通道的基部比所述下降表面更陡的斜面，

其中所述水喷射器指向基本向下且沿着所述构形的所述下降表面朝向相邻构形的所述上升表面的基部。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述上升表面包括相对于所述通道的基部成第一角度的第一上升部和相对于所述通道的基部成第二角度的第二上升部，所述第一角度比所述第二角度更浅，其中至少一些流体流被引导大致朝向所述第一上升部。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的装置，其中所述下降表面从所述上升表面的顶点延伸至相邻构形的所述上升表面的基部。

4.根据权利要求3所述的装置，其中至少一些流体流被引导大致与所述下降表面平行或者以浅角度向下引导至所述下降表面上。

5.根据权利要求2所述的装置，其中所述上升表面的所述第二上升部为基本竖直的。

6.根据权利要求1所述的装置，其中所述上升表面和/或下降表面的至少一部分是弧形的。

7.根据权利要求1所述的装置，其中所述上升表面和/或下降表面的至少一部分是凹形的。

8.根据权利要求1所述的装置，其中所述一组水喷射器包括：横跨所述通道的宽度间隔提供的一组喷射器喷嘴；和在所述一组喷射器喷嘴的前方延伸横跨所述通道的偏转器，该偏转器用于使从所述喷射器喷嘴发出的流体流改变方向并成形，以形成被引导朝向材料的流体流。

9.根据权利要求8所述的装置，其中所述偏转器被可调节地附接在所述通道的任一侧，并且包括位于每个所述喷射器喷嘴前方的偏转板。

10.根据权利要求1所述的装置，其中所述通道沿所述通道的至少一侧的上边沿被提供有可调节的边缘。

11.根据权利要求10所述的装置，其中所述边缘相对于所述通道的倾斜度可调节。

12.根据权利要求10或权利要求11所述的装置，其中可调节的边缘沿所述通道的两侧被提供。

13.根据权利要求10所述的装置，其中所述通道中的液面与所述边缘的上边沿基本平行。

14.根据权利要求10所述的装置，所述装置包括沿所述通道的外侧延伸的排水沟，用于接收从所述通道溢出越过所述边缘的液体。

15.根据权利要求14所述的装置，其中所述通道在液面处被提供有一个或多个引导部，所述引导部被成形为引导在液面处或液面附近的分离的较轻材料朝向并越过所述边缘并进入所述排水沟。

16.根据权利要求15所述的装置，所述装置包括用于引导流体朝向所述引导部和/或液面的另一组水喷射器。

17.根据权利要求16所述的装置，其中所述引导部充当偏转器以使从喷射器喷嘴发出的流体流改变方向并成形，以形成被引导朝向液面的流体流。

18.根据权利要求15至权利要求17中的任一项所述的装置，其中所述引导部在液面下方延伸，并且具有斜面，使得液面附近的液体的主要流动推动液体内的分离的较轻材料对抗所述引导部的斜面，并朝向液面推上所述引导部的斜面。

19.根据权利要求18所述的装置，其中所述引导部在液面上方延伸。

20.根据权利要求1所述的装置，其中当所述装置在使用中时，所述通道的顶部处的表面流的主要方向大致与较重材料沿所述通道的底部行进的方向相反。

21.根据权利要求1所述的装置，其中所述一组水喷射器与所述搅动表面为一体和/或是所述搅动表面的一部分。

22.根据权利要求1所述的装置，其中所述一组水喷射器位于构形的顶点的下面。

23.根据权利要求22所述的装置，其中所述下降表面的第一上方部由盖的顶部限定，所述一组水喷射器位于所述盖的下方，所述一组水喷射器被配置为引导流体流向下并沿所述下降表面的第二下方部朝向相邻构形的所述上升表面的基部。

24.根据权利要求1所述的装置，其中所述上升表面和/或下降表面在基部处或附近和/或顶点处或附近具有比中途更浅的斜率。

25.根据权利要求1所述的装置，其中较重材料为集料，并且较轻材料为碎屑。

26.根据权利要求25所述的装置，其中所述集料为玻璃碎片。

27.根据权利要求1所述的装置，其中较重材料为污染物，并且较轻材料为生物燃料。

28.根据权利要求1所述的装置，其中较重材料为污染物，并且较轻材料为生物燃料前体。

29.根据权利要求1所述的装置，其中较轻材料的一部分比流体密度更大。

30.根据权利要求1所述的装置，其中湍流区域被形成在邻近所述搅动表面的流体中。

31.根据权利要求30所述的装置，其中所述湍流区域帮助较重材料和较轻材料的分离。

32.根据权利要求31所述的装置，其中较重材料的平均形状和较轻材料的平均形状之间的差异帮助所述材料在所述湍流区域中的分离。

33.根据权利要求1所述的装置，其中所述装置进一步包括至少一个分流器。

34.根据权利要求33所述的装置，其中所述分流器位于流体的表面附近。

35.根据权利要求33或权利要求34所述的装置，其中所述分流器能够被旋转。

36.根据权利要求33所述的装置，其中所述分流器能够沿所述通道的纵向轴线被移动。

37.根据权利要求1所述的装置，其中所述液体和所述流体均为水。

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