DE60133789T2

DE60133789T2 - Zweistufige Zerkleinerungs- und Dehydrierungsvorrichtung und Verfahren

Info

Publication number: DE60133789T2
Application number: DE60133789T
Authority: DE
Inventors: Frank F. Rowley Jr.
Original assignee: AIRGRINDER AB
Current assignee: AIRGRINDER AB
Priority date: 2000-03-21
Filing date: 2001-03-21
Publication date: 2009-06-25
Anticipated expiration: 2021-03-22
Also published as: EP1136129B1; ES2305011T3; NO20011398D0; NO20011398L; PT1136129E; NO328352B1; ATE393665T1; EP1136129A1; US6517015B2; US20020000485A1; DE60133789D1; DK1136129T3

Description

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

Verschiedene Materialien wurden geschreddert oder zerbrochen, um eine Partikelgröße zu erreichen, welche auf ein halbes Inch vorselektierbar ist. Jedes Material wurde unter Verwendung eines paramagnetischen Suszeptibilitätsmessgeräts getestet, welches von Pike Agri-Lab Supplies, Inc., Strong, Maine erhalten wurde. Das Material wurde als nächstes dem zweistufigen Zerkleinerungs-/Dehydrierungssystem durch die primäre Luftschleuse zugeführt. Das Material wurde durch die primären und sekundären Wirbelkammerstrukturen hindurchgeleitet, wobei während des Durchlaufs die Luftströmung durch die Einheit eingestellt wird, um eine Partikelgröße herzustellen, welche durch ein 50 bis 600 Maschengrößengitter passierbar ist, welches auf ein einheitliches Feuchtigkeitsniveau dehydriert wurde. Das verarbeitete Material wurde unter Verwendung des gleichen paramagnetischen Suszeptibilitätsmessgeräts getestet. Die Ergebnisse werden wie folgt zusammengefasst. TABELLE 4 Relative paramagnetische Suszeptibilität

Material	unbearbeitet	C/D bearbeitet
Rote Lava	550	1700
Grünsand	70	120
Roter Sand	0	540
Flusssand	20	1130
Biofestkörper	10	100
Vulkanit	2800	7300
Gemahlener Basaltsand	4900	9800
Basalt Ton	3900	6000
Granit	50	3200
Weizensaat	30	1320

Es sei verstanden, dass, während bestimmte Formen der vorliegenden Erfindung hier dargestellt und beschrieben worden sind, sie nicht auf die spezifischen Formen oder Anordnungen der Teile, welche beschrieben und gezeigt sind, beschränkt sein soll.
Was beansprucht und zu sichern durch das Patent gewünscht ist, ist in den angehängten Ansprüchen definiert.

Claims

Zweistufiges System (301) zum Zerkleinern und Dehydrieren eines Materials, umfassend: (a) eine erste Wirbelkammer (303) mit einem ersten Materialauslass; (b) eine zweite Wirbelkammer (305); (c) eine Gebläseeinheit (307); dadurch gekennzeichnet, dass (d) eine Rohrleitung (309) einen Luft-Durchflussweg von der Gebläseeinheit an dem ersten Materialauslass vorbei zu der zweiten Wirbelkammer und zu der ersten Wirbelkammer bildet, und (e) eine erste Material-Eintrittsöffnung (313) zwischen der zweiten Wirbelkammer (305) und der ersten Wirbelkammer (303) mit der Rohrleitung (309) verbunden ist, wodurch Material, das durch die erste Material-Eintrittsöffnung eintritt, von der Luftströmung durch die Rohrleitung mitgenommen wird, zur ersten Wirbelkammer gelangt für eine erste Zerkleinerungs- und Dehydrierungsstufe in derselben, wiederum von der Luftströmung in der Rohrleitung, mitgenommen wird und zur zweiten Wirbelkammer gelangt für eine zweite Zerkleinerungs- und Dehydrierungsstufe in derselben.
System nach Anspruch 1, wobei die Gebläseeinheit (307) ein einzelnes Gebläse beinhaltet.
System nach Anspruch 1, wobei die erste Wirbelkammer (303) einen ersten Materialauslass und die zweite Wirbelkammer (305) einen zweiten Materialauslass (308) aufweist.
System nach Anspruch 1, wobei jede der Wirbelkammern (303, 305) zusätzlich eine obere Kammer (325) und einen unteren Körper (327) aufweist.
System nach Anspruch 4, mit einer zweiten Material-Eintrittsöffnung (315), die mit dem ersten Materialauslass verbunden ist, um von der ersten Wirbelkammer (303) zerkleinertes und dehydriertes Material in die Kammer (325) der zweiten Wirbelkammer (305) einzubringen.
System nach Anspruch 5, wobei die Rohrleitung (309) einen Luft-Durchflussweg von der Gebläseeinheit (307) an der zweiten Material-Eintrittsöffnung (315) vorbei zu der zweiten Wirbelkammer (305) und dann zu der ersten Wirbelkammer (303) bildet.
System nach Anspruch 4, wobei die obere Kammer (325) zylindrisch ist und einen Durchmesser aufweist.
System nach Anspruch 4, wobei der untere Körper (327) einen umgekehrten, konisch geformten Hohlraum mit einem offenen, kegelstumpfartigen unteren Ende aufweist; der Körper mit der oberen Kammer (325) verbunden ist, indem er daran aufgehängt ist; der Hohlraum eine mit der Kammer verbundene Basis aufweist und die Basis im Wesentlichen den gleichen Durchmesser aufweist wie die Kammer.
System nach Anspruch 3, mit einer Auffangeinheit (323), die mit dem zweite Materialauslass (308) verbunden ist.
System nach Anspruch 1, wobei die Auffangeinheit (323) einen Feuchtigkeitssensor (349) aufweist.
System nach Anspruch 10, mit einer Steuerleitung (321), die die Rohrleitung (309) und die Materialauslässe (308) der ersten und der zweiten Wirbelkammer miteinander verbindet.
System nach Anspruch 11, wobei der Feuchtigkeitssensor (349) mit der Steuerleitung (321) in Wirkverbindung steht, um die Luftzufuhr zu den Materialauslässen (308) selektiv zu steuern.
System nach Anspruch 1, mit einer Venturianordnung (311), die zwischen der ersten Wirbelkammer (303) und der Rohrleitung (309) und zwischen der Rohrleitung (309) und der ersten Materialeintrittsöffnung (313) angeordnet ist.
System nach Anspruch 13, wobei die Venturianordnung (311) zusätzlich umfasst: (a) ein seitlich dehnbares Ablenkrohr (337); (b) ein abhängig mit dem Ablenkrohr verbundenes Ablenkblech (343); (c) wobei das Ablenkblech und das Ablenkrohr zusammen eine Verengung (345) mit einem Niederdruckbereich bilden; und (d) die Verengung (345) eine Querschnittsfläche aufweist, die mindestens ungefähr gleich einer Querschnittsfläche der Rohrleitung ist, um einen schnellen Durchtritt von Material durch den Niederdruckbereich zu ermöglichen.
System nach Anspruch 1, wobei jede der Wirbelkammern (303, 305) zusätzlich eine Material-Eintrittsöffnung (329) für zähflüssiges Material aufweist, um die Zugabe von zähflüssigem Material zum Zerkleinern und Dehydrieren zu ermöglichen.
System nach Anspruch 1, wobei das System zusätzlich eine Häcksel- und Trockenanordnung (312) aufweist mit: (a) einem ersten Häcksler (357) mit einem Auslass; (b) einem zweiten Häcksler (363) mit einem Einlass und einem Auslass; und (c) einer Leitung (359), die den ersten Häckslerauslass mit dem zweiten Häckslereinlass und den zweiten Häckslereinlass und den zweiten Häckslerauslass mit der Material-Eintrittsöffnung (313) verbindet.
Verfahren zum Zerkleinern und Dehydrieren von Material, mit folgenden Schritten: (a) Bereitstellen eines Apparats mit: (1) einer ersten Wirbelkammer (303) mit einem ersten Materialauslass; (2) einer zweiten Wirbelkammer (305); (3) einer Gebläseeinheit (307); dadurch gekennzeichnet, dass (4) eine Rohrleitung (309) einen Luft-Durchflussweg von der Gebläseeinheit (307) vorbei am ersten Materialauslass zu der zweiten Wirbelkammer (305) und zu der ersten Wirbelkammer (303) bildet; (b) Durchleiten eines Luftstroms von der Gebläseeinheit (307) durch den Apparat; und (c) Eingeben von Material durch die Material-Eintrittsöffnung (313) zur Mitführung von der Luftströmung durch die Rohrleitung (309) zur ersten Wirbelkammer (303) für eine erste Zerkleinerungs- und Dehydrierungsstufe in derselben, zur Mitführung von der Luftströmung in der Rohrleitung zur zweiten Wirbelkammer (305) für eine zweite Zerkleinerungs- und Dehydrierungsstufe in derselben.