KR20070018916A - 분쇄와 수분 추출 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

벤추리는 흡입관을 통하여 유입되는 재료를 받고 재료 분쇄되도록 한다. 또한 재료가 분쇄됨에 따라 재료는 수분 추출 및 건조가 이루어진다. 벤추리에 연결된 기류 발생기는 벤추리를 통하여 재료를 끌어당기고 기류 발생기에 있는 입구 틈으로 보내기 위하여 고속의 기류를 발생시킵니다. 기류 발생기는 재료가 공기로부터 후속적으로 분리되는 출구로 분쇄된 재료를 유도합니다.

Description

분쇄와 수분 추출 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD OF PULVERIZING AND EXTRACTING MOISTURE}

본 발명은 재료를 분쇄하고 수분을 추출하는 공정을 위한 기술과 관련되어 있습니다.

수많은 산업은 재료를 작은 입자나 미세분말로 가공하는 노동 집약적인 업무를 필요로 합니다. 예를 들어 유틸리티 산업에서 석탄이 전력 생산 화로에서 연소되기 전에 덩어리를 분말로 가공해야 합니다. 또한 대부분 사용을 위해서는 석회, 분필 및 다른 광물들은 분말 형태로 가공돼야 합니다. 고형물을 분쇄하여 분말로 만드는 작업은 기계적으로 힘든 공정입니다. 공 분쇄기(ball mill), 해머 분쇄기(hammer mill) 및 다른 기계 기구는 재료에 충격을 가하여 조각들로 부숩니다. 이들 시스템은 기능적이지만, 비능률적이며 상대적으로 느린 공정입니다.

또한 수많은 산업은 다양한 재료들로부터 수분 추출을 요구합니다. 음식물 처리, 하수 폐기물 처리, 농작물 수확, 광산 및 다른 산업들은 수분 추출을 필요로 합니다. 어떤 산업에서는 수분 추출이 능률적으로 이루어지지 않기 때문에 재료들이 그대로 버려집니다. 이들 재료들이 효과적으로 건조될 수 있으면 상업적 이득을 제공할 수 있습니다. 폐기물 처리 및 공정과 같은 다른 산업에서는 수분 추출이 지 대한 관심사이며 개량된 방법에 대한 커다란 요구가 존재합니다. 재료를 탈수하는 몇 가지 기술이 존재하지만 개량된 수분 추출 효율을 위한 요구가 꾸준히 있어 왔습니다.

따라서 재료를 분쇄하고 재료로부터 수분을 추출하기 위하여 좀 더 효율적인 처리방법을 제공하는 것은 기술의 진보라고 여겨집니다. 이와 같은 기술을 출원하고 특허 청구하고자 합니다.

도 1 및 2는 흡입관(inlet tube)(12)을 포함하여 수분을 분쇄하고 추출하기 위한 시스템(10)을 보여주고 있습니다. 흡입관(12)은 외부 영역 및 내부 영역과 교신하는 제1 엔드(14) 그리고 벤추리(venturi)(18)에 연결된 제2 엔드(16)를 포함합니다. 여기서는 튜브와 파이프가 언급되었지만, 관련 분야의 당업자는 그와 같은 구성 요소가 원형, 사각형, 육각형 및 다른 단면 모양을 갖는 점을 인식할 것입니다. 일반적으로 원형 단면이 제조와 조작에 바람직하지만 본 발명은 그와 같은 특정 실행에 국한하지 않습니다.

흡입관(12)은 재료가 요구되는 속도로 가속되는 벤추리(18)와 일정한 거리로 떨어져 있습니다. 시스템(10) 안으로 외부 이물질의 유입을 방지하기 위하여 제1 엔드를 덮을 수 있도록 (미 도시된) 필터를 둘 수 있습니다. 흡입관(12)은 호퍼(22)의 열린 하단부와 교신하는 상부에 위치한 길다란 오프닝(20)을 포함합니다. 호퍼(22)는 재료를 받기 위하여 상단부(24)에서 열려져 있습니다. 선택적인 실시 예에서는 시스템(10)은 호퍼를 포함하지 않으며 여러 가지 전통적인 방법을 사용하여 길다란 오프닝(20)을 통하여 재료가 단순히 흡입됩니다.

벤추리(18)는 흡입관(12)에 연결된 수렴부(converging portion)(26)를 포함합니다. 수렴부(26)는 흡입관(12)의 직경으로부터 점차적으로 직경의 크기가 작아집니다. 또한 벤추리(18)는 일정한 직경을 유지하고 흡입관(12)의 직경보다 작는 스로트(throat)(28)를 포함한다. 벤추리(18)는 스로트(28)에 연결되고 기류 방향으로 직경이 점차 증가하는 발산부(diverging portion)(30)를 포함한다. 발산부(30)는 주조, 나사선 또는 다른 방법에 의하여 스로트(28)에 연결될 수 있다. 도시된 바와 같이 수렴부(26)는 종방향으로 발산부(30)보다 길 수 있다.

벤추리(18)는 제1 엔드(14)로부터 유입된 기류가 흡입관(12) 및 벤추리(18)를 통하여 기류 발생기(airflow generator)(32)로 흐르는 구조로 되어 있다. 발생된 기류의 속도는 350mph부터 초음속의 범위를 갖는다. 기류 속도는 흡입관(12)보다 벤추리(18)에서 더욱 크다. 기류 발생기(32)는 팬(fan), 임펠러(impeller), 터빈 (turbine), 터빈과 팬의 혼합(hybrid), 공기흡입 시스템 또는 고속 기류의 발생에 적합한 다른 장비로 이루어집니다.

기류 발생기(32)는 구동 모터(34)에 의하여 구동된다. 구동 모터(34)는 기존에 알려진 방법에 따라 축(33)에 연결됩니다. 축(33)은 기류 발생기(32)에 연결되어 회전시킨다. 구동 모터(34)의 마력은 15마력으로부터 1000마력과 같이 상당히 변할 수 있으며 취급될 재료, 재료 유량 및 기류 발생기의 크기에 따라 달라진다. 따라서 시스템(10)이 상향 또는 하향 될 수 있음에 따라 상기 범위는 예시에 불과합니다. 좀 더 커다란 대 시스템(10)은 도시 폐기물 처리 시설에서 사용될 수 있고 좀 더 작은 소용량 시스템(10)은 해상 선박의 선상에서 하수 폐기물을 처리하는데 쓰인다.

기류 발생기(32)는 고속의 기류를 발생시키기 위하여 회전하고 방사형으로 뻗은 다수의 날개를 포함한다. 기류 발생기(32)는 흡입 공기에 출구를 제공하는 하우징 출구(36)를 포함하는 하우징(35) 안에 위치한다. 하우징(35)은 벤추리(18)와 연결되어 있고 벤추리(18)와 하우징(35)의 내부 연결을 허용하는 (미 도시된) 하우징 입력부(input aperture)를 갖고 있다. 날개는 분쇄된 재료가 배출되도록 공기가 원주 상에서 하우징 출구(36)로 흐를 수 있게 방사형으로 흐름이 통과하게 한정한다. 본 발명에 적합하게 이용되는 기류 발생기(32)의 한 실시 예는 도 11 내지 18과 연관하여 자세히 논의하여진다.

도 3을 보면 분쇄 이벤트(event) 동안 벤추리(18)의 작동을 보여준다. 작동에 있어서 재료(38)는 많은 이송 방법을 통하여 흡입관(12)으로 유입된다. 재료(38)는 고형물 또는 준 고형물입니다. 기류 발생기(32)는 흡입관(12)과 벤츄리(18)를 통하여 흐르는 350mph 내지 초음속의 속도를 갖는 공기 흐름을 발생시킨다. 벤추리(18)에서 기류 속도는 상당히 가속된다. 재료(38)는 고속의 기류에 의하여 벤츄리(18)로 운반된다. 재료(38)는 흡입관(12)의 내부 직경 및 흡입관(12)의 내부 표면과 재료 사이에 존재하는 틈(gap)보다 직경상 크기가 작다.

재료(38)가 수렴부(26)로 들어감에 따라 틈은 점점 좁아지고 종국적으로 공기가 흐를 수 있는 수렴부(26) 영역에서 재료(38)는 상당한 정도로 작아지게 된다. 재압축 충격파(40)는 재료로부터 후방으로 흐르며 전면 충격파(42)는 재료(38) 앞쪽에서 만들어진다. 수렴부(26)가 스로트(28)와 합쳐지는 곳에는 정상 충격파(44)가 존재한다. 이와 같은 충격파(40, 42, 44)는 재료(38)에 충격을 주고 분쇄하며 재료로부터 수분을 추출한다. 분쇄된 재료(45)는 벤추리(18)를 통과하여 기류 발생기(32)로 들어가게 된다.

재료의 감쇄는 분쇄될 재료와 시스템(10)의 크기에 좌우된다. 어떤 재료의 경우에는 기류속도를 증가시킴에 따라 분쇄 및 입자 감쇄가 함께 증가한다. 따라서 시스템(10)은 사용자로 하여금 기류 속도를 조절함으로써 희망하는 입자 크기를 조절할 수 있도록 하게 한다.

시스템(10)은 고형 재료를 분쇄하여 미세 가루로 만드는 특별한 적용 목적을 갖는다. 또한 시스템(10)은 도시 폐기물, 종이 슬러지(sludge), 동물 부산 폐기물, 과일 펄프 등과 같은 준 고형물로부터 수분을 추출하는데 적용된다. 시스템(10)은 넓은 범위의 상업적 및 산업적 응용에 사용된다.

위에서 간단히 기술된 본 발명의 상세한 설명은 첨부한 도면을 참조하여 이루어질 것입니다. 이들 도면은 단지 본 발명의 전형적인 실시 예에 대한 정보를 제공하며, 따라서 권리 범위를 제한하지 않는 점을 이해하면서 본 발명이 동반한 도면을 사용하여 추가적인 전문성과 상세한 설명과 함께 기술되고 설명될 것입니다.

도 1은 본 발명의 분쇄 시스템의 실시 예를 보여주는 측면도입니다.

도 2는 도 1의 분쇄 시스템를 보여주는 평면도입니다.

도 3은 벤추리가 재료를 받는 경우에 분쇄 시스템의 벤츄리를 보여주는 단면도입니다.

도 4는 본 발명의 분쇄 시스템의 선택적인 실시 예를 보여주는 측면도입니다.

도 5는 도 4의 분쇄 시스템의 평면도입니다.

도 6은 기류 발생기 하우징과 출구 흐름 제한 장치를 보여주는 투시도입니다.

도 7은 기류 발생기 하우징의 실시 예의 단면도입니다.

도 8은 벤추리와 스로트 리사이저의 단면도입니다.

도 9는 분쇄 시스템의 선택적인 실시 예의 구성 요소를 보여주는 블록 다이어그램입니다.

도 10은 본 발명의 분쇄 시스템의 선택적인 실시 예를 보여주는 블록 다이어그램입니다.

도 11은 본 발명의 시스템에 사용되기에 적합한 기류 발생기의 실시 예의 투시도입니다.

도 12는 도 11의 기류 발생기의 일부분의 단면도입니다.

도 13은 도 11의 기류 발생기 내부의 평면도입니다.

도 14A는 도 11의 기류 발생기 날개의 후단부의 평면도입니다.

도 14B는 도 11의 기류 발생기 날개의 후단부의 선택적인 실시 예의 평면도입니다.

도 15A는 도 11의 기류 발생기의 일부분의 투시도입니다.

도 15B는 도 11의 기류 발생기의 선택적인 실시 예의 일부분의 투시도입니다.

도 16은 도 11의 기류 발생기의 날개의 측면도입니다.

도 17은 도 16의 날개의 단면도입니다.

도 18은 도 11의 기류 발생기 일부분의 투시도입니다.

도 19는 본 발명의 분쇄 시스템의 선택적인 실시 예의 측면도입니다.

도 20은 본 발명의 분쇄 시스템의 선택적인 실시 예를 보여주는 측면도입니다.

도 21은 본 발명의 분쇄 시스템의 선택적인 실시 예를 보여주는 측면도입니다.

도 22는 기류 발생기 하우징의 선택적인 실시 예의 단면도입니다.

도 23은 하우징, 축 및 밸런서의 실시 예의 투시도입니다.

도 24A는 불균형 점에 상대적으로 보정 중량의 위치를 보여주는 다이어그램입니다.

도 24B는 불균형 점에 상대적으로 보정 중량의 위치를 보여주는 또 다른 다이어그램입니다.

도 25A는 불균형 점에 상대적으로 보정 중량의 위치를 보여주는 또 다른 다이어그램입니다.

도 25B는 불균형 점에 상대적으로 보정 중량의 위치를 보여주는 또 다른 다이어그램입니다.

도 26A는 회전 질량에 상대적으로 밸런서의 투시도입니다.

도 26B는 회전 질량에 상대적으로 밸런서의 또 다른 투시도입니다.

도 27은 축 내에 위치한 내부 밸런서의 실시 예의 단면도입니다.

도 28은 도 27의 내부 밸런서 내에 보정 중량의 실시 예의 단면도입니다.

도 29는 고리형 밸런서의 실시 예의 투시도입니다.

도 30은 도 29의 고리형 밸런서 내에 보정 중량의 실시 예의 단면도입니다.

도 4와 5를 보면 본 발명의 시스템(100)의 선택적 실시 예는 재료로부터 수분을 추출하는 과정을 보여준다. 상기 시스템(100)은 처리 전 단계에서 재료를 혼합하는 혼합기(102)를 포함한다. 원재료는 재료를 그래널(granule)으로 만들려는 경향이 있는 폴리머(polymer)를 포함한다. 그래널은 너무 크고 또한 폴리머이기 때문에 희망하는 가루 형태로 부셔지지 않는다.

폴리머는 하수 처리 과정상 폐기 입자를 합치기 위하여 폴리머를 사용함으로써 도시 폐기물에 전형적으로 존재한다. 폐기물은 대부분 벨트 프레스(belt press)에서 준 고형물의 재료로 처리된다. 어떤 특정 과정에서 재료는 대략 15% 내지 20% 고형물이며 나머지는 수분입니다.

처리 전 단계에서 건조 촉진제가 폴리머와 재료의 과립화(granulization)을 분쇄하기 위하여 원재료와 함께 혼합된다. 비 폴리머 재료는 혼합 없이 처리될 수 있다. 원재료는 일정량의 건조 촉진제와 재료가 섞이는 혼합기(102)에 유입된다. 건초 촉진제는 애터펄자이트(attapulgite), 석탄, 석회 등과 같은 다양한 부류의 촉진제로부터 선택할 수 있다. 건조 촉진제는 원재료로부터 분쇄되고 건조된 형태일 것입니다. 혼합기(102)는 재료와 건조 촉진제를 혼합하여 적당한 수분량과 과립 크기를 생산하도록 합니다.

원재료는 혼합기(102)로부터 호퍼(22)로 운반되는데, 운반 방법으로는 벨트 컨베이어, 스크루 컨베이어, 압출기(extruder) 또는 다른 동력화된 장치와 같은 운반 장 치(104)를 이용하는 여러 가지 방법이 있습니다. 도시된 실시 예에서 운반 장치(104)는 원재료를 호퍼(22)로 운반하는데 중력을 이용하는 경사 트랙입니다. 운반 장치(104)는 혼합기(102)의 하부에 위치한 유량 제어 밸브(106) 밑에 위치합니다.

또 다른 실시 예에서 호퍼(22) 없이 재료가 흡입관(12)의 길다란 오프닝(20)으로 직접 운반될 수 있습니다. 호퍼(22)는 흡입관(12)으로 재료를 유입시키는 장치의 하나입니다. 손에 의한 운반을 포함하여 여러 다른 이송장치가 사용될 수 있습니다.

적어도 하나의 센서(108)는 혼합기(102)로부터 흡입관(12)으로 통과하는 재료의 유량(flow rate)을 측정합니다. 센서(108)는 유량을 조절하는 중앙 처리 장치(110)와 교신합니다. 센서(108)는 운반 장치(104)에 인접하게, 호퍼(22) 안에서 호퍼(22)에 인접하게 또는 호퍼(22)와 길다란 오프닝(20) 사이에 설치되어 재료의 유량을 감시합니다. 중앙 처리 장치(110)는 필요에 따라 유량의 증감을 위하여 유량 제어 밸브(106)와 교신합니다. 유량 감시와 제어를 위한 다른 방법으로는 육안 관찰과 유량 제어 밸브(106)의 수동 조작을 포함합니다.

호퍼(22)는 재료를 받아서 흡입관(12)의 길다란 오프닝(20)으로 전달합니다. 길다란 오프닝(20)은 일정 응용을 위해 받아들일 수 있는 공급유량을 유지하기 위하여 4 인치(inch) 폭 및 5 인치 길이와 같거나 작습니다. 길다란 오프닝(20)으로부터 벤추리(18)까지 흡입관(12)의 길이는 24 인치(610mm)에서 72 인치(1830mm) 또는 크게 변하며 처리될 재료와 유량에 좌우된다. 관련 분야의 당업자는 시스템(10)이 축척 가능하므로 상기 크기는 단순히 예시 목적이라는 점을 인식할 것입니다.

기류는 흡입관(12)으로부터 벤추리(18)를 통하여 재료를 끌어당깁니다. 도시된 실시 예에서 제1 엔드(14)는 흡입관(12)보다 큰 직경으로부터 흡입관의 직경으로 수렴되도록 플랜지(flange)로 형성되어 있습니다. 제1 엔드(14)에 형성된 플랜지는 흡입관(12)으로의 공기량을 증가시킵니다.

어느 실시 예에서는 벤추리(18)의 스로트 직경이 대략 1.5 인치(38mm) 에서 6 인치(152mm) 의 범위를 갖습니다. 스로트 직경은 재료량에 따라 변할 수 있으며 상기 값의 범위를 벗어날 수 있습니다. 벤추리(18)의 스로트 직경과 흡입관(12)은 직접적으로 비례합니다. 한 실시 예에서 스로트 직경이 2.75 인치이고 5.5 인치(139.33mm)의 흡입관 직경과 작동됩니다. 선택적 실시 예에서 스로트 직경이 2.25 인치(57mm)이고 4.5 인치(114mm)의 흡입관 직경과 적절히 작동됩니다. 따라서 2:1 비율은 원공급재료가 유입 기류에서 흡수되는데 적절합니다.

도시된 실시 예에서 발산부(30)는 하우징(35)과 연결되어 있고 하우징(35)과 직접 교신합니다. 발산부의 최종 직경은 흡입관(12)의 직경과 같을 필요가 없습니다. 선택적인 실시 예에서 발산부(30)는 하우징(35)과 연결되기 전에 실린더, 튜브, 파이프와 같은 중간 구성 요소에 연결될 수 있습니다.

적어도 하나의 유량 밸브(111)는 발산부에 위치하고 추가적인 공기량을 하우징(35) 내부와 기류 발생기(32)에 제공합니다. 추가 공기량은 기류 발생기(32)의 성능을 향상시킵니다. 한 실시 예에서 두 개의 유량 밸브(111)가 발산부(30)에 위치하고 있습니다. 시스템(100)은 밸브(111)가 부분적 또는 전체적으로 열린 채로 작동됩니다. 만약 재료가 벤추리(18)를 차단하면 유량 밸브(111)가 닫혀집니다. 이는 벤 추리(18)를 통하여 더 많은 기류가 흐르도록 하여 추가적인 힘을 제공하고 재료를 벤추리(18)와 기류 발생기(32)로 몰아갑니다. 유량 밸브(111)는 조절 가능하며 제어를 위하여 중앙 처리 장치(110)와 전기적으로 교신합니다. 유량 밸브(111)의 수동 조작이 본 발명의 범위 안에 들지만 컴퓨터 자동화는 상기 공정을 매우 용이하게 합니다.

벤추리(18)은 고속 충격파와 저속 충격파 사이의 충격점을 제공합니다. 충격파는 벤추리(18) 안에서 분쇄와 수분 추출을 제공합니다. 작동에 있어서 벤추리(18)의 내부나 하우징 출구(36)에 수분의 가시적인 흔적이 없습니다. 잔여 량이 있겠지만 제거된 수분의 양은 상당히 많습니다. 또한 분쇄 이벤트는 재료의 크기를 줄입니다. 경험에 따르면 벤추리(18)를 들어가는 2인치(50mm) 직경을 갖는 특정 재료는 한 번의 분쇄 이벤트에서 20um의 직경을 갖는 미세 분말로 감소됩니다. 크기 감소는 처리될 재료와 분쇄 이벤트의 횟수에 좌우됩니다. 재료로부터의 수분 분리는 재료 탈수(dehydration)와 같이 많은 적용 용도가 있으며 수많은 병원균을 감소시킨다.

본 발명은 도시 폐기물 처리에 특별히 적용된다. 건조 촉진제와 혼합하는 처리 전 단계는 시스템(100)에 의하여 즉시 처리될 수 있는 폐기물을 제공합니다. 분쇄와 수분 추출 과정은 병원균의 세포벽을 파열시킴으로써 폐기물에 존재하는 병원균에 의한 병을 크게 감소시킨다고 믿고 있습니다. 두 번째 병원균 감소의 원인은 병원균을 감소시키는 수분 추출입니다. 도시 폐기물 처리로부터의 분석 자료는 본 발명이 콜리폼(colifrom), 배설물 콜리폼, 대장균(escherichia coli) 및 다른 병원체의 대부분을 제거하는 것을 보여줍니다.

본 발명은 과일 및 야채 제품으로부터 수분을 추출하는데 특히 쓰일 수 있습니다. 한 적용 예에서는 시스템(100)이 사과, 오렌지, 당근, 넥타린, 복숭아, 참외 , 토마토 등과 같은 과일 및 야채 제품에서 수분을 탈수하는데 사용된다. 상대적으로 위생적으로 추출된 수분은 응축하고 되찾아서 순수한 쥬스 제품으로 제공될 수 있다.

다른 적용 예에서는 본 발명은 바나나 줄기, 야자수, 사탕수수, 대황 등과 같은 특정 농산물로부터 분쇄하고 수분을 추출하는데 이용된다. 바나나 줄기 섬유를 분쇄함으로써 섬유질은 분리되고 수분은 추출됩니다. 농산물을 자연 상태에서 탈수 상태로 바꾸는 과정에서 상업적 적용을 찾을 수 있습니다.

재료, 수분 및 공기 흐름은 기류 발생기(32)를 통하여 처리되고 하우징 출구(36)를 통하여 배출된다. 하우징 출구(36)는 재료와 공기의 분리를 위한 사이클론(cyclone)(114)에 재료를 전달하는 배기관(112)에 연결되어 있다. 배기관(112)의 직경은 대략 4 인치(100mm) 에서 7 인치(177mm)입니다. 8 인치(203mm) 배기관(112)이 적합한 애터펄자이트(attapulgite) 또는 석탄과 같은 특정 재료에는 상기 주어진 범위를 초과할 필요가 있습니다. 배기관(112)은 사각형, 팔각형 등 다양한 모양의 단면을 갖으며 다양한 직경을 가질 것입니다.

배기관(112)은 대략 12 피트(feet) 내지 16 피트의 길이입니다. 배기관(112)의 직경 크기는 추가적으로 일어나는 건조량에 영향을 미친다. 많은 공기량은 더 많은 재료 건조에 필요하다. 배기관(112)에서 더 빠르게 움직이는 공기는 재료를 통과 하고 재료에 남아있는 수분을 제거한다. 공기와 수증기가 고체 재료로부터 분리되는 사이클론(114)으로 공기와 수증기는 이동한다.

분쇄 이벤트는 재료의 건조에 도움이 되는 열을 발생시킨다. 분쇄 이외에 기류 발생기(32)의 회전은 열을 발생시킨다. 하우징(35)과 기류 발생기(32)사이의 크기는 회전하는 동안 마찰에 의한 열을 발생시키도록 한다. 열은 배기관(112)과 하우징 출구(36)을 통해 배출되고 재료가 사이클론(114)으로 이동함에 따라 더욱 재료를 탈수시킨다. 발생한 열은 특정 적용에서는 부분적으로 재료를 살균하기에 충분합니다.

하우징 출구(36)의 직경은 저항 및 하우징 출구(36)와 배기관(112)을 통한 이동 열량을 조절하기 위하여 감소시키거나 증가시킵니다. 배기관(112)과 하우징 출구(36)의 직경은 분쇄된 재료의 수분 제거에 영향을 미친다. 출구 직경의 조절은 아래에서 좀 더 상세하게 설명할 것입니다.

기류 발생기(32)에 의하여 발생한 기류가 증가함에 따라 분쇄와 수분 제거가 증가한다. 기류가 증가하거나 감소하면, 배기관(112)과 하우징 출구(36)의 직경이 감소하여 동일 재료 탈수를 제공합니다. 따라서 기류와 직경은 소정의 탈수를 이루기 위하여 상대적으로 조절 가능합니다.

바위와 같이 수분이 적고 무거운 재료는 수분 추출이 적게 요구된다. 이와 같은 재료에는 건조가 적게 요구되므로 하우징 출구(96)과 배기관(112)의 직경을 크게 할 수 있다. 결과적으로 수분이 많은 재료에는 재료의 적절한 탈수를 이루기 위하여 공기량과 열량을 증가시키도록 하우징 출구(36)와 배기관(112)의 직경을 감소시 킬 수 있다.

벤추리(18)와 기류 발생기(32)의 종방향 축에 상대적인 배기관(112)의 경사도는 또한 탈수성능에 영향을 미친다. 수분 추출을 높이기 위하여 배기관의 경사 각도 α는 약 25도에서 90도 사이 이어야한다. 상방으로 이동하는 재료는 중력에 의해 제한되는 반면 공기는 중력에 덜 제한적입니다. 이것은 공기를 재료보다 더 빠르게 움직이게 하며 수분 제거를 증가시킵니다. 경사 각도 α는 수분 추출의 효과를 증가하거나 감소하기 위하여 조절되어 집니다. 배기관(112)은 도시된 바와 같이 직선이거나 실선처럼 곡선일 수 있습니다.

사이클론(114)은 기류로부터 입자를 분리하기 위한 장치로 잘 알려져 있습니다. 사이클론(114)은 수직 실린더(116)의 형태로 전형적으로 침전실(settling chamber)을 포함합니다. 사이클론은 접선입구, 축 입구, 주변 배출 및 축 배출과 함께 구체화된다. 기류와 입자는 입구(118)를 통하여 실린더(116)로 들어가고 기류가 실린더(116)로 진행함에 따라 소용돌이 형태로 회전한다. 원뿔부(120)은 개스가 자체로 역류하고 중심을 출구(122)로 회전시킬 때까지 소용돌이의 직경을 감소시킨다. 입자는 내부 벽 쪽으로 원심 분리되며 관성 작용에 의해 수집됩니다. 수집된 입자는 가스 경계층(boundary layer)에서 원뿔 꼭지점(124)으로 흘러내리고 공기 완충실(air lock)(126)을 통하여 배출되고 수집 호퍼(128)로 들어간다.

어떤 적용에서는 시스템(100)이 사이클론(114)으로부터 기류를 받을 수 있도록 응축기(130)를 추가적으로 포함한다. 응축기(130)는 기류에 있는 수증기를 액체로 응축하며 응축된 액체는 탱크(132)에 침전된다. 출구(134)는 응축기(130)와 연결 되어 있으며 공기를 위한 출구를 제공한다. 잘 알려져 있듯이, 응축기(130)는 음식물 처리에 있어서 특별히 응용된다. 선택적 실시 예에서 응축기(130)는 숯 여과기 등과 같은 선택적 처리 장치에 의하여 구현된다. 잘 알려져 있듯이, 응축 또는 여과는 재료와 응용 예에 의존한다. 출구(134)는 출력된 공기로부터 찌꺼기, 입자, 수증기 등을 여과하기 위하여 (미 도시된) 여과기를 포함하거나 연결되어있다.

시스템(100)을 통하여 재료를 수차례 통과하면 재료를 더욱 탈수시키고 입자 크기를 감소시킬 것입니다. 도시 폐기물 응용에서는 원하는 결과를 얻기 위하여 시스템(100)을 통한 복수의 사이클이 필요합니다. 본 발명은 다수의 벤추리(18)와 다수의 분쇄 이벤트를 제공하기 위하여 다수의 시스템(100)을 직렬로 연결할 수 있도록 의도되어 있다. 따라서 직렬 연결된 다수의 시스템(100)을 통한 단일 사이클은 소기의 결과를 얻는다. 이에 대신하여 재료는 소기의 입자 크기와 건조 상태가 성취될 때까지 같은 시스템(100)에 의하여 반복 처리될 수 있다.

하나의 실행에서는 시스템(100)으로부터 얻어진 결과물을 분말 과립의 크기 및/또는 수분율을 측정하기 위하여 분석하였다. 제품이 크기 및/또는 수분율의 기준치를 충족하지 못하면 해당 제품은 희망하는 매개 변수를 충족시킬 때까지 한번 이상의 사이클로 처리한다.

본 발명은 다른 재료들의 균질화(homohenization)를 이룬다. 작동상 다른 재료들은 함께 흡입관(12)에 들어가고 벤추리(18)을 통하여 처리되며 분쇄를 거친다. 최종 생산품은 탈수 및 감쇄뿐만 아니라 혼합되고 균질화된다.

본 발명의 특별한 응용은 석탄과 함께 매립 쓰레기의 균질화를 포함한다. 분해와 수분 추출 후 결합된 균질 폐기물과 석탄 생산품은 전기 생산 설비에서 증기를 생산하기 위하여 최적 연소율을 얻도록 석탄 연소기에서 사용된다. 폐기물은 통상적으로 폐기되는 대신에 에너지 생산에 사용됩니다.

원한다면 재료는 분쇄 전에 또는 분쇄 이벤트의 중간 단계 중에서 혼합기(102)에서 혼합될 수 있다. 재료의 혼합은 어떤 재료와의 균질화를 향상시킵니다. 원한다면 재료는 분쇄 전에 또는 분쇄 이벤트의 중간 단계 중에서 혼합기(102)에서 혼합될 수 있다.

처리 전 단계에서 혼합된 재료는 소기의 균질화를 제공하는 다수의 분쇄 단계를 통하여 반복 처리될 수 있다. 첫 번째 재료는 다수의 분쇄 단계를 통하여 처리된 후 두 번째 재료와 균질화됩니다. 분쇄 단계 사이에 두 번째 재료는 처리 전 단계에서 처리된 재료와 혼합될 것입니다. 그 후 두 재료는 균질화된 최종 생산품을 생산하기 위하여 한번 이상의 분쇄단계를 거칩니다.

추가적인 예로써 첫 번째 재료는 세 번의 분쇄 단계를 통하여 반복 처리됩니다. 세 번째 분쇄 단계 후 두 번째 재료는 혼합기(102)에서 함께 혼합될 것입니다. 그 후 두 재료는 산업적 이용을 위하여 소기의 수분량, 크기 및 균질화를 제공하기 위하여 한번 이상의 추가적인 분쇄 단계를 거칠 것입니다.

도 6은 하우징 출구(202)를 포함하여 하우징(200)을 보여주는 투시도입니다. 하우징(200)은 기류 발생기(32)의 작동 요소를 포함합니다. 하우징(200) 안에 있는 기류 발생기(32)를 보여주기 위하여 단면도와 함께 하우징(200)을 보여줍니다. 출력 흐름의 변동을 제공하기 위하여 흐름 제한 장치(204)가 하우징 출구(202)에 설치되 어 질 것입니다. 흐름 제한 장치(204)는 기류에 대한 저항을 증가시키고 또한 열을 증가시킵니다. 저항과 공기량의 조절은 처리될 재료에 좌우됩니다.

흐름 제한 장치(204)는 하우징 출구(202) 안에 자리 잡은 연결부(206) 및 흐름 제한 장치 구멍(208)을 포함합니다. 흐름 제한 장치 구멍(208)의 단면은 하우징 출구(202)의 단면보다 작습니다. 흐름 제한 장치 구멍(208)은 사각형, 원형 또는 다른 적당한 모양일 것입니다. 연결부(206)는 출구(202)의 단면과 유사한 단면으로부터 흐름 제한 장치 구멍(208)의 최종 단면으로 수렴 흐름 경로를 제공합니다. 다양한 구멍의 크기와 함께 다수의 흐름 제한 장치(204)는 출력 흐름을 조작하며 이에 따라 재료에 적당한 시스템(100)을 조절하는데 이용될 것입니다.

도 7은 하우징(200)에 있는 기류 발생기(32)의 단면을 보여 줍니다. 기류 발생기(32)는 하우징(200) 안에 공동 축으로 배열되지 않습니다. 하나의 실행 예에서 기류 발생기(32)는 기류 발생기(32) 근방에 커팅 에지(cutting edge)(252)를 가지는 전환판(diverter plate)(250)을 포함한다. 전환판(250)의 커팅 에지(252)는 분쇄된 재료를 하우징 출구(202)로 유도한다. 전환판(250)은 하우징(200) 내부에 연결되어 있고 하우징 출구(202)의 내부와 연결되어 질 수 있다.

전환판(250)은 하우징(200) 안에서 분쇄된 재료가 추가로 회전되는 것을 방지합니다. 따라서 전환판(250)은 하우징(200) 안에서 지속적으로 회전하는 공기로부터 분쇄된 재료를 첫 번째로 분리하는 역할을 합니다. 공기로부터 분쇄된 재료의 후속 분리는 사이클론(114)에 의하여 수행됩니다. 만약 하우징(200)안에서 분쇄된 재료가 지속적으로 회전하면 분쇄된 재료는 쌓일 것이고 종국에는 기류 발생기(32) 를 차단할 것입니다. 커팅 에지(252)는 하우징(200)을 통하여 진행하는 공기량을 바꿉니다.

기류 발생기(32)로부터 전환판(250)의 커팅 에지(252)의 간격은 0.02 인치 내지 0.1 인치입니다. 또한 전환판(250)의 위치는 기류 발생기(32)로부터의 간격을 증가 또는 감소시키도록 조절될 것입니다. 처리될 재료에 따라 또는 공기량을 조작하기 위해 이와 같은 조절이 필요할 것입니다. 조절은 전환판(250)을 움직이게 하기 위한 전기 기계적 장치 또는 공기압 장치와 교신하는 중앙 처리 장치(110)에 의하여 제어됩니다. 커팅 에지(252)는 기류 발생기(32)의 형태를 수용하는 베벨(bevel)을 갖습니다.

도 8은 스로트 리사이저(throat resizer)(300)와 함께 벤추리(18)의 단면도입니다. 스로트 리사이저(300)는 설치 시에 스로트(28) 안에 자리 잡으며 제거할 수 있는 구성 요소입니다. 스로트 리사이저(300)는 스로트(28)의 유효 직경을 변경시키고 공기 속도를 증가시킵니다. 스로트 직경의 변경은 재료, 원하는 탈수 정도 및 입자 감쇄에 따라 필요하게 됩니다. 따라서 기류 발생기(32)가 유량을 바꿀지라도 벤추리(18)의 스로트 직경을 조절하는 것이 좀 더 바람직합니다.

스로트(28)는 스로트 리사이저(300)의 칼라(collar)(304)가 자리 잡는 레지(ledge)(302)와 함께 구성될 것입니다. 크라운 멤버(306)는 칼라(304)에 연결되고 수렴부(26)의 내부 표면에 적합하도록 되어 있습니다. 스로트 리사이저(300)는 스로트(28)의 내부 표면에 적합하고 벤추리(18)의 크기를 조절하는 벤추리 스로트 길이의 주요부 안에서 연장되는 슬리브(sleeve)(308)을 포함합니다.

도 9는 두 개의 분쇄 단계(402,404)를 병합한 시스템(400)의 선택적 실시 예를 보여 줍니다. 매번 재료는 벤추리(18)를 통과하고 분쇄가 일어나며, 수분이 빠지고 입자 감쇄가 일어납니다. 이전에 논하였듯이, 이 과정은 목적하는 수분의 양이 빠지고 목적하는 제품 크기가 얻어질 때까지 단일 벤추리(18) 또는 다수의 벤추리(18)와 함께 반복적으로 수행될 것입니다. 이 과정은 거의 100% 수분 추출이 얻어질 때까지 계속될 것입니다.

두 개의 분쇄 단계가 시스템(400)에 보이지만 시스템은 3, 4, 5 또는 그 이상의 단계를 포함할 수 있습니다. 제1 분쇄 단계(402)는 도 4와 5에 이미 기술된 것과 유사합니다. 제1 분쇄 단계(402)는 호퍼(22), 혼합기(102), 운반 장치(104), 유량 제어 밸브(106), 벤추리(18), (기류 발생기(32)안에 존재하는) 하우징(35) 및 배기관(112)을 포함합니다. 시스템(400)은 기류를 조절하기 위하여 배기관(112)에 유량 제어 밸브(405)를 추가적으로 포함합니다.

이전 실시 예에서 보듯이 배기관(112)은 공기로부터 처리된 생산품을 분리하기 위하여 사이클론(114)에 연결되어 있습니다. 시스템(400)은 제1 사이클론(114)의 출구(122)로부터 공기를 받기 위하여 제2 사이클론(406)을 더 포함한다. 제2 사이클론(406)은 잔여 입자로부터 공기를 더 분리하고 정화된 공기를 응축기(130)에 전달한다. 제1 탱크(132)는 응축기(130)로부터 응축된 액체를 받기 위하여 제2 사이클론(406)과 연결되어 있다. 출구(134)는 응축기(130)와 제2 사이클론(406)으로부터 통과하는 공기를 위한 출구를 제공한다. 잔여 호퍼(408)은 제2 사이클론(406)으로부터 잔여 입자를 받기 위하여 설치합니다.

제1 사이클론(114)에 의해 분리된 입자는 중력을 포함하여 많은 전통적인 방법을 써서 호퍼(410)로 전달된다. 도시되어 있지는 않지만 제1 및 제2 사이클론(114, 406)으로부터의 입자는 호퍼(410)로 전달되어 질 것입니다. 호퍼(410)는 입자를 받아 제2 분쇄 단계(404)로 진행합니다. 호퍼(410)는 제1 분쇄 단계(404)에서와 같이 제2 벤추리(414)에 연결된 제2 흡입관(412)으로 입자를 전달한다.

하나 이상의 유량 제어 밸브(416)는 제2 벤추리(414)에 위치하며 중앙 처리 장치(110)와 전기적으로 교신한다. 유량 밸브(416)의 기능은 참조 부호 111로 표시되고 이전에 기술한 밸브들과 유사합니다.

제2 벤추리(414)는 하우징(418)에 있는 (미 도시된) 제2 기류 발생기와 연결된다. 제2 기류 발생기는 제2 벤추리(414)를 통하여 고속 기류를 발생시킨다. 제2 하우징(418)은 공기와 처리된 재료를 제3 사이클론(422)으로 전달하는 제2 배기관(420)에 연결된다. 제2 배기관(420)은 제2 벤추리(414)의 종방향 축에 상대적으로 약 25도에서 90도의 경사를 가지고 기울어져 있습니다. 제2 유량 제어 밸브(424)는 기류를 조절하기 위하여 제2 배기관(420) 안에 존재합니다. 제1 유량 제어 밸브(404)와 같이 제2 유량 제어 밸브(424)는 조절을 위하여 중앙 처리 장치(110)와 전기적으로 교신합니다.

제3 사이클론(422)은 공기로부터 입자를 분리하고 다른 운반 장치(425)에 전달되는 생산품을 전달합니다. 제4 사이클론(426)은 제3 사이클론(422)으로부터 공기를 받아 더 정화시키고 잔여 입자를 제거합니다. 제4 사이클론(426)으로부터의 잔여 입자는 잔여 호퍼(428)에 침전됩니다. 제4 사이클론(426)은 제2 응축기(430)로 공기 를 보내고 제2 응축기(430)에서 수증기가 액체로 응축되고 제2 탱크(432)로 전달됩니다. 출구(434)는 공기가 빠져나가도록 제2 응축기(430)에 연결됩니다.

시스템(400)은 흡입관(12, 412) 및 벤추리(18, 414)를 통하여 열을 공급하고 재료가 건조하는데 도움을 주는 열 발생기(436)를 더 포함합니다. 열의 추가는 수분 추출을 위해 필요한 것은 아니며 단지 본 발명의 건조 가능성을 더 높이기 위하여 사용된다. 열 발생기(436)는 호퍼(22, 438) 또는 흡입관(12, 412)과 교신할 것입니다. 또한 열 발생기(436)는 도 1, 2, 4 및 5에 기술된 실시 예에서와 같이 유사한 방법으로 사용되어질 것입니다.

도 9에서 열 발생기(436)는 열을 제1 호퍼(22)에 전달하기 위하여 제1 열 제어 밸브(440)와 교신합니다. 제1 열 제어 밸브(440)는 열전달을 조절하기 위하여 중앙 처리 장치(110)와 전기적으로 교신합니다. 선택적으로 열 제어 밸브(440)는 수동적으로 작동될 것입니다. 또한 열 발생기(436)는 호퍼(438)로의 열 흐름을 조절하는 제2 열 제어 밸브(442)와 교신합니다. 제2 분쇄 단계(404)에서 재료에 열을 가하는 것은 재료나 적용 예에 따라 좌우됩니다. 열이 필요하다면 호퍼(438)는 제1 사이클론(114)으로부터 입자를 받습니다. 그렇지 않으면 재료는 도 9에 도시된 바와 같이 호퍼(410)로 통과할 것입니다.

시스템(400)은 추가 탈수와 입자 감쇄를 위한 하나 이상의 분쇄 단계를 포함할 것입니다. 전달 장치(425)는 분쇄단계(402, 404)를 통한 생산품의 추가 순환을 위하여 혼합기(102)나 호퍼(22)로 되돌립니다. 제2 및 제4 사이클론(406, 426)은 추가적인 공기 정화를 제공하지만 추가 비용으로 인하여 어떤 응용에는 적합하지 않습 니다. 어떤 응용에서는 응축기(130, 430)를 없애고 필터와 같이 다른 형식의 처리 장치가 사용될 것입니다. 유량 제어 밸브는 확실한 보증과 설계 제한조건에 근거하여 시스템(400)의 전체에 걸쳐 도입되거나 제거된다.

도 10은 분쇄와 수분 추출 시스템(450)의 선택적 실시 예를 보여주고 있습니다. 시스템(450)은 도 4와 도 5의 시스템과 유사하고 제1 사이클론(114)과 교신하는 제2 사이클론(406), 제2 사이클론(406)으로부터 입자를 수집하는 잔여 호퍼(408), 제2 사이클론(406)과 교신하는 응축기(130), 응축기(130)와 교신하는 탱크(132) 및 응축기(130)와 연결된 출구(134)를 더 포함합니다. 시스템(450)은 제1 사이클론(114)에 연결된 전환 밸브(diverter valve)(452)를 더 포함합니다.

전환 밸브(452)는 제1 사이클론(114)으로부터 받은 입자를 제1 출구(454) 또는 제2 출구(456)로 이동시킵니다. 제1 출구(454)는 백(bag), 호퍼, 탱크 등과 같은 수집기(458)와 연결되어 있습니다. 제2 출구(456)는 다시 시스템(450)을 통하여 분쇄된 재료를 삽입하기 위하여 리사이클링 튜브(460)에 연결되어 있습니다. 리사이클링 튜브(460)는 반대편의 제1 앤드(14)와 연결됩니다. 선택적으로 리사이클링 튜브(460)는 분쇄된 재료를 호퍼(22)로 이동시키거나 긴 오프닝(20)으로 직접 이동시킬 것입니다.

작동에 있어서 재료가 시스템(450)을 통과함에 따라 분쇄되고 전환 밸브(452)의 제어에 의하여 다른 분쇄 이벤트를 위해 다시 시스템(450)을 통과하도록 하게 합니다. 이 이벤트는 최종 제품이 완성될 때까지 원하는 만큼 반복되며 그 후 전환 밸브(452)에 의하여 수집기(458)로 향하게 됩니다.

도 11은 본 발명에 적합한 기류 발생기(500)의 실시 예를 보여주고 있습니다. 처리될 재료에 따라 다양한 종류의 금속이 기류 발생기에 적절히 사용됩니다. 연마성 재료에는 보다 단단한 합금철이 사용될 것입니다. 선택된 재료는 강도와 예견된 마모 사이에 균형을 잡아야 한다. 용접에 의한 제조가 불일치 면과 열 영향 구역에 기인한 열 영향 지역을 만들기 때문에 기류 발생기(500)의 주조는 매우 유리합니다. 주조 기류 발생기(500)는 다양한 재료의 처리로부터 발생하는 빠른 구조적 충격과 가속된 마모에 대항하기 위하여 가변 재료 두께를 구비합니다. 기류 발생기(500)의 단면 두께와 전체 무게는 공기량과 처리될 재료유량에 직접적으로 비례합니다.

기류 발생기(500)는 도 6에 도시된 바와 같이 하우징 안에 수용됩니다. 하우징(200)은 최소한 부분적으로 기류 발생기(500)를 둘러싸고 바람직하게는 전체를 둘러싸서 유일한 돌출부는 하우징 출구(36)뿐입니다. 기류 발생기(500)는 추가 마찰과 열을 발생시키기 위하여 하우징(200)에 대하여 좁은 간격을 가질 것입니다. 열은 기류 발생기(500)를 통하여 배기관(112)으로 통과함으로써 추가적인 재료의 건조에 필요합니다.

기류 발생기(500)는 들어오는 재료를 받기 위하여 동일한 중심축에 위치한 입구 틈(504)과 함께 앞판(502)을 포함합니다. 입구 틈(504)의 직경은 처리된 재료 크기와 예견된 공기량에 따라 달라집니다. 뒤판(506)은 앞판(502)과 평행하고 동일한 중심축에 위치한 축 틈(508)을 포함합니다. 이름에서 알 수 있듯이 축 틈(508)은 회전력을 위하여 축이나 스핀들(spindle)을 수용하고 결합한다. 달리 선택할 수 있 는 기류 발생기(500)를 본 발명에 사용할 수 있으며 날개에 연결된 단일 뒤판을 갖는 발생기 또는 방사상으로 뻗은 날개만 갖는 발생기를 포함합니다.

뒤판(506)은 축 틈(508)과 동일한 중심축에 위치한 볼트 틈(509)을 추가적으로 포함합니다. 볼트 틈(509)은 각각 축에 고정되는 (미 도시된) 해당 축 볼트를 수용합니다. 축 볼트들은 너트 또는 다른 전통적인 장치에 의하여 뒤판(506)에 고정됩니다.

앞판(502)과 뒤판(506)의 두께가 상당히 변할 수 있지만 한 설계 예를 보면 뒤판(506)은 대략 3/8 인치(8mm)이고 앞판(502)은 3/16 인치(5mm)입니다.

다수의 날개(510)는 앞판(502)과 뒤판(506) 사이에 배치되고 양 판(502, 506)에 연결됩니다. 날개의 숫자는 변할 수 있으며 부분적으로 처리될 재료에 의존합니다. 날개(510)의 두께도 처리될 재료에 좌우되어 변할 것입니다.

하나의 실시 예에서 날개(510)는 앞판(502)과 뒤판(506)의 외부 면에서 날개핀(blade fin)(511)을 형성하기 위하여 앞판 (502)과 뒤판(506)을 통하여 연장됩니다. 날개핀(511)은 앞판(502) 또는 뒤판(506)으로부터 대략 0.5 인치(12mm) 연장될 것입니다. 날개핀(511)은 기류 발생기(500)와 하우징(200)의 내부 사이에 공기의 완충을 발생시킵니다. 날개핀(511)은 하우징(500)과 기류 발생기(200) 사이에 들어오는 재료를 깨끗하게 쓸어내는 역할을 합니다.

도 12는 축 틈(508)의 단면도입니다. 축 틈(508)은 기류 발생기(500)를 회전시키는 축, 샤프트, 스핀들 또는 다른 부재를 수용합니다. 볼트 틈(508)은 뒤판(506)을 고정시키기 위하여 각각 축 볼트를 받아들입니다. 이 실시 예에서 축은 축 볼트의 연장과 함께 제1 직경으로부터 축 틈(508) 안으로의 삽입에 적당한 제2 직경으로 이전합니다. 볼트 틈(509)은 축 볼트에 맞물리는 너트를 수용하는 웰(well)(513)을 각각 제공합니다.

도 13은 단일 날개(510)와 함께 기류 발생기(500) 내부의 평면도입니다. 단일 날개(510)는 기류 발생기(500)안에 구체화된 날개(510)의 독특한 특징을 도시하기 위하여 보여주고 있습니다. 다른 날개(510)들은 비슷하게 구현되어 있습니다.

날개(510)는 앞판(502)과 뒤판(506)의 원주(513)에 있는 후단부(512)로부터 축 틈(508)에 인접한 선단부(leading edge)(514)로 뻗는다. 날개(510)는 후단부(512)에 인접한 쐐기부(wedge portion)(516)를 포함한다. 쐐기부(516)는 압력과 공기량을 증가시키기 위하여 좀 더 두꺼운 단면을 갖는다. 쐐기부(516)는 약해져 가는 저항을 증가시키기 때문에 어떤 재료에는 유익하게 된다.

도 14A는 쐐기부(516)를 자세히 보여주는 평면도입니다. 쐐기부(516)의 모양은 공기량, 기류속도 및 기류 발생기(500)를 통하는 재료의 유량에 영향을 미친다. 쐐기부(516)는 공기량, 기류속도 및 재료의 유량을 바꾸기 위하여 원주 또는 종방향으로 변경될 것입니다. 주조 기술은 3차원적인 변화에 유리하고 쐐기부(516)에서 무수한 원주 및 종방향 형상을 가능하게 합니다.

쐐기부(516)의 증가된 두께는 기류 발생기(500)의 수명을 연장시키는 바 그 이유는 전형적으로 날개(510)에서 대부분의 마모가 일어나기 때문입니다. 또한 사용된 재료와 쐐기부(516)의 경도는 날개(510)의 잔여 부분에서 다를 것입니다.

도 14B는 교환할 수 있는 마모 팁(tip)(520)을 포함하여 쐐기부(518)의 선택적인 실시 예를 보여줍니다. 시계 방향으로 회전하는 기류 발생기(500)와 함께 교환할 수 있는 마모 팁(520)은 가장 많이 재료에 접촉됩니다. 비록 두껍게 하여 마모 저항을 증가시키더라도 쐐기부(518)는 기류 발생기(500)의 어떤 구성 요소보다도 빠르게 마모되며 조만간 마모되어 없어지게 된다. 마모 팁(520)을 교환함으로써 전체 기류 발생기(500)의 교환이 지연됩니다. 교환할 수 있는 마모 팁(520)은 고정 너트와 볼트 어셈블리(522)를 포함하여 여러 알려진 체결 수단을 통하여 쐐기부(518)의 잔여 부분에 연결된다. 교환할 수 있는 마모 팁(520)은 날개(510)의 잔여 부분보다 단단한 재료로 만들어집니다. 교환할 수 있는 마모 팁(520)은 다른 원주 및 종방향 형태를 갖는 교환할 수 있는 마모 팁(520)과 교환되어 질 것입니다. 하지만 다른 실시 예에서는 전체 쐐기부(518)를 교환합니다.

도 15A는 쐐기부(516), 앞판(502)과 뒤판(506)과 함께 기류 발생기(500)의 투시도입니다. 날개핀(511)은 앞판(502)과 뒤판(506)의 외부 표면으로부터 연장되는 것을 또한 보여준다. 그림에서 보듯이 쐐기부(516)는 이에 상응하는 날개핀(511)보다 상당히 두껍습니다. 날개핀(511)은 쐐기부 만큼의 마모가 일어나지 않으며 두껍지도 않습니다.

도 15B는 쐐기부(516)의 선택적인 실시 예와 함께 기류 발생기(500)의 투시도입니다. 쐐기부(516)가 종방향으로 앞판(502)으로부터 뒤판(506)으로 연장됨에 따라 쐐기부(516)의 두께와 원주 형태가 증가합니다. 쐐기부(516)가 방사상으로 원주를 향하여 연장함에 따라 두께가 또한 증가합니다.

기류 발생기(500)로 들어오는 분쇄된 재료는 뒤판(506)의 근방에 축적되려는 경향 이 있습니다. 종방향으로 증가하는 두께는 뒤판(506)을 따라 축적되기보다는 분쇄된 재료를 앞판(502)과 뒤판(506) 사이의 중앙에 남도록 합니다. 주조 기술은 3차원적 형상의 변화가 가능하도록 쐐기부(516)를 만들 수 있도록 합니다. 교환할 수 있는 마모 팁(520)은 종방향으로 증가하는 두께를 포함하고 한정합니다. 만일 다른 쐐기부(516) 모양이 요구되면 종방향으로 두께가 증가하지 않는 다른 교환할 수 있는 마모 팁(520)이나 좀 더 뚜렷하게 종방향으로 증가하는 두께를 갖는 교환할 수 있는 마모 팁(520)이 사용될 것입니다. 따라서 다른 원주 및 종방향 구성의 쐐기부(516)를 이용하여 분쇄된 재료의 흐름 방향이 종방향으로 조작됩니다.

도 13을 다시 참조하면 날개(510)는 뒤판(506)에 수직한 위치에서 경사진 방향으로 변화된다. 날개(510)가 쐐기부(516)로부터 선단부(514) 앞 부분으로 나아감에 따라 날개(510)는 변화된다. 경사 위치는 날개(510)가 기류방향으로 던져질 수 있도록 합니다.

도시된 실시 예에서 쐐기부(516)를 포함하여 날개(510)의 후단 부분(trailing portion)(524)은 뒤판(506)으로부터 수직하게 뻗어나간다. 후단 부분(524)은 날개(510)가 후단부(512)로부터 선단부(514)로 뻗어나감에 따라 날개(510)의 대략 1/4 또는 절반 정도를 차지합니다. 선단 부분(leading portion)(526)은 후단 부분(524)부터 선단부(514)로 까지 날개(510)의 나머지 부분입니다. 도시된 선단 부분(526)은 뒤판(506)에 상대적으로 수직한 위치에서 경사 위치로 경사진 변화를 갖는다.

경사진 위치는 영각(angle of attack)으로 불리는 각도를 갖는바 이것은 선단부 (514)가 들어오는 기류를 가르도록 합니다. 도 13에서는 선단부(514)에서 최종 영각은 대략 25도입니다. 수직 위치에서 경사진 위치로의 변화는 전체 날개(510) 또는 어떠한 부분으로 연장될 것입니다. 영각은 예상되는 기류속도, 재료 유량 및 재료에 기초하여 넓은 범위의 각도로부터 선택될 것입니다. 경사 위치는 대략 20도 내지 60도의 범위를 갖습니다.

선택적으로 날개(510)는 전체 길이를 따라 수직하게 남아 있을 것입니다. 또한 날개(510)는 전체 길이를 따라 영각을 가질 것입니다. 전체 길이를 따라 뻗어 있지만 날개(510)가 후단부(512)에서 선단부(514)로 뻗어나감에 따라 영각은 아직도 변할 것입니다.

도 16은 선단부(514)를 보여 주고 있습니다. 전통적으로 모서리는 상대적으로 곧으며 뒤판(506)에 상대적으로 각도를 갖으며 진행합니다. 본 발명의 실시 예에서 선단부(514)는 밖으로 굽은 곡면 부분(528)과 함께 뒤판(506)으로부터 진행하여 안으로 굽은 곡면(530)으로 변화한다. 밖으로 굽은 곡면 부분(528)은 기류 발생기(500)의 입구 틈(504)으로 이동하는 공기를 포착하는데 도움이 된다. 선단부(514)는 공기를 가를 수 있도록 만들어져 있고 기류 발생기(500)의 효율을 개선시킵니다.

도 17은 17-17 단면에 따른 선단부(514)의 단면도입니다. 선단부(514)는 타원형의 단면으로 만들어져 공기를 가를 수 있도록 합니다.

도 18은 날개(510)를 보여주기 위하여 앞판(502)없이 기류 발생기(500)를 보여주는 투시도입니다. 도시된 실시 예는 아홉 개의 날개를 포함하며 날개의 개수는 변할 수 있습니다. 각 날개(510)는 약해지는 저항을 더하고 압력과 기류를 증가시키기 위하여 쐐기부(516)를 포함합니다. 또한 각 날개(510)는 수직 위치에서 영각으로 변화합니다. 영각은 기류 발생기(500)의 예견된 회전에 대응하는 시계방향 위치로 기웁니다. 기류 발생기(500)는 반 시계방향 위치에서 작동될 수 있으며 날개(510)는 이에 따라 그 방향으로 기웁니다.

작동에 있어서 회전 날개(510)는 350mph 보다 큰 범위의 고속 기류를 발생시키고 공기와 분쇄된 재료를 입구 틈(504)으로 유도한다. 날개(510)의 선단부(514)는 공기와 분쇄된 재료를 분할하여 날개(510)에 의하여 정의되고 입구 틈(504)으로부터 앞판(502)과 뒤판(506)의 원주(513)로 뻗은 유체 경로(532) 안으로 보냅니다. 유체 경로(532)는 통과하는 재료를 위하여 최대 유량를 가질 것입니다. 쐐기부(516)는 하우징(200) 안에 위치한 하우징 출구(202)로 공기와 분쇄된 재료를 밀어 넣습니다. 상기 기류 발생기(500)는 특별한 특징을 제공하지만, 여러 많은 장치가 사용될 수 있고 본 발명의 범위에 포함됩니다.

본 발명은 다양한 재료와 유량을 수용할 수 있는 분쇄 및 탈수 시스템을 제공합니다. 여기에 기술된 시스템은 다른 응용과 다른 크기의 재료에 대하여 축척이 가능하며 특정 구성 요소의 크기는 단순히 예시로서 주어진 것입니다. 따라서 시스템은 벤치형(bench-top model) 크기나 산업용 크기로 될 것입니다.

여기에 기술된 시스템(10, 100, 400, 450)은 지면에 설치되고 대형 구조물이 건설됩니다. 선택적으로 시스템은 트럭, 트레일러, 철도차량(rail car), 보트, 바지선(barge) 등과 같은 운반 수단 안이나 위에 설치할 수 있습니다. 평면상의 충분한 타이어 접지면을 가지는 어떠한 운반 수단도 사용될 것입니다. 이동 시스템은 농업 수확, 격리 지역 처리, 실험 전시 등과 같은 응용에서 유리합니다.

도 19는 이동 시스템의 블록 다이어그램입니다. 시스템(600)은 이전에 기술된 흡입관(12), 벤추리(18), 기류 발생기(32), 하우징(35), 모터(34), 배기관(112), 제1 사이클론(116) 및 제2 사이클론(406)을 포함합니다. 시스템(600)은 혼합기(102), 중앙 처리 장치(110), 응축기(130) 등과 같은 추가적인 구성 요소를 포함합니다. 다수의 분쇄 단계를 가지는 시스템은 유사한 방법으로 운반 수단 위에 설치할 수 있습니다.

시스템(600)은 일반적으로 참조부호 602로 명시되며 조립된 구성 요소를 지지하기 위하여 충분한 타이어 접지면을 제공하는 운반 수단을 포함합니다. 시스템(600)은 운반 수단(602)에 연결되고 많은 조립된 구성 요소를 지지하는 다수의 지지대(604)를 추가적으로 포함합니다. 시스템(600)은 시스템의 구성 요소들을 둘러싸는 하우징(606)을 추가적으로 포함할 것입니다. 하우징(606)은 구성 요소을 보호하고 작동 소음을 감소시킵니다.

시스템(600)에서 적어도 하나의 구성 요소가 운송을 위하여 제거될 수 있습니다. 예를 들어 제1 및 제2 사이클론(116, 406)은 하우징(606) 밖으로 내 밀어져 있고 운송하는 동안 이동시킬 필요가 있습니다. 사이클론(116, 406)은 운송 전에 전체 또는 부분적으로 제거될 것입니다. 유사하게 혼합기(102)도 운송을 위하여 제거할 수 있습니다. 시스템(600), 운반 수단(602)의 크기 및 다른 디자인 제한 조건에 기초하여 구성 요소의 제거 필요성이 대두됩니다.

하우징(606)은 사용자가 시스템(600)을 작동하기 위한 제어실을 수용합니다. 하우징(606)은 구성 요소의 관찰, 작동, 수리를 위한 접근 및 처리될 재료의 삽입을 위한 창문을 포함합니다. 시스템(600)은 편리성, 응용 및 다른 설계 고려 사항에 기초하여 많은 구성을 할 수 있습니다.

도 20은 본 발명의 선택적인 실시 예(700)을 보여주는 측면도를 보여주고 있습니다. 도시된 실시 예(700)는 전술한 도 4와 유사하며 또한 하우징(35)에 연결된 음향 방출 센서(702)를 포함한다. 음향 방출 센서(702)는 미국 오레건주 포틀랜드의 슈미트 산업 주식회사가 제작한 음향 방출 감시 시스템(AEMS)를 포함하여 상업적으로 이용 가능한 제품으로 이루어질 수 있습니다. 한 실시 예에서 음향 방출 센서(702)는 50 KHz 내지 950 KHz의 공진 주파수를 감시할 수 있는 압전 세라믹 센서(piezo-ceramic sensor)입니다.

음향 방출 센서(702)는 흡입관(12), 벤추리(18), 기류 발생기(32) 및 하우징(35)을 통과하는 재료에 의해 발생하는 고주파 신호를 감시한다. 음향 방출 센서(702)에 수신된 공진 주파수는 체적유량을 나타냅니다. 시스템(700)을 통과하는 재료의 유량 변화는 공진 주파수를 변경시킵니다.

음향 방출 센서(702)는 공진 주파수를 수신하고 유량을 계산하는 센서 제어기(703)와 전기적으로 교신합니다. 센서 제어기(703)는 유량을 수신하고 유량을 조절하는데 반응하는 중앙 처리 장치(110)와 전기적으로 교신합니다. 정상 작동시 공진 주파수는 정상 작동 변수 내에 있습니다. 유량이 한계치를 벗어나면 시스템 고장이 일어납니다. 정상 작동 조건 동안에 유량의 최대치와 최저치가 설정됩니다. 유량이 최저치 아래로 감소하면 유량이 증가하고, 반대로 유량이 최대치를 초과하면 유량이 감소합니다.

센서 제어기(703)는 공진 주파수를 위한 미리 산정된 최대 한계치를 포함한다. 최대 한계치는 작동자에 의해 설정되는바 처리할 재료와 시스템(700)의 제한 조건에 기초합니다. 또한 센서 제어기(703)는 성능을 위하여 최저 한계치를 포함한다. 유량이 최대 한계치를 초과하면 과부하 상태가 표시되고 센서 제어기(703)는 중앙 처리 장치(110)에 신호를 보내 유량을 조절하도록 합니다. 비슷하게 유량이 최저 한계치 아래로 감소하면 센서 제어기(703)는 중앙 처리 장치(110)에 신호를 보냅니다.

유량 이외에 음향 방출 센서(702)는 기류 발생기(32)의 불균형, 이탈한 날개(510) 또는 다른 기계 고장과 같은 비정상 상태를 나타내는 공진 주파수를 수신합니다. 과부하 상태 자체는 기계 고장을 일으킵니다. 그와 같은 고장은 시스템(700)에 중대하고 심지어 파괴적인 피해를 야기합니다. 또한 기계 고장은 작동자에게 위험 가능한 날으는 파편을 만듭니다. 음향 방출 센서(702)는 공진 주파수를 감시하고 고장을 표시하는 변화를 탐지합니다. 과부하 상태나 고장이 표시되면 센서 제어기(703)는 중앙 처리 장치(110)에 백만 분의 일 초 내에 신호를 보냅니다. 중앙 처리 장치(110)는 즉각 조정 작업에 들어갑니다. 선택적으로 센서 제어기(703)는 수동 조정 작업을 담당하는 작동자에게 시각적 또는 청각적 통지를 보냅니다.

음향 방출 센서(702)는 하우징(35)의 뒷면(704)에 위치하는 것을 보여줍니다. 선택적으로 하우징(35)의 앞면(706)에 위치하거나 외부 하우징 면의 어느 곳에나 위치 할 수 있습니다. 음향 방출 센서(702)는 흡입관(12)이나 벤추리(18)에 위치할 수 있습니다.

도 21은 음향 방출 센서(702)가 하우징(35)의 뒷면(704)뿐만 아니라 발산부(30)에 위치하는 시스템(800)를 보여줍니다. 공진 주파수의 감시를 향상시키기 위하여 복수의 음향 방출 센서(702)가 쓰일 수 있습니다. 선택적 실시 예에서 유량을 감시하기 위하여 하우징(35), 벤추리(18) 및/또는 흡입관(12)에 다수의 음향 방출 센서(702)가 위치할 수 있습니다. 센서 제어기(703)는 유량을 계산하기 위해 음향 방출 센서(702)와 전기적으로 교신합니다.

센서 제어기(703)는 공진 주파수 이벤트의 데이타 전달을 백만 분의 일 초 내에 수신하는 중앙 처리 장치(110)와 전기적으로 교신합니다. 유량이 과부하 상태에 접근하면 센서 제어기(703)는 중앙 처리 장치(110)에 신호를 보내어 유량을 조절하도록 합니다. 중앙 처리 장치(110)는 부분적으로 또는 전체적으로 조절 가능한 유량 밸브(111)를 폐쇄함으로써 유량을 조절합니다. 유량 밸브(111)의 부분 또는 전체 폐쇄는 벤추리(18)를 통한 기류가 증가하여 추가적인 힘을 제공하고 재료를 벤추리(18)와 기류 발생기(32)로 몰아갑니다. 또한 중앙 처리 장치(110)는 부분적으로 또는 전체적으로 유량 제어 밸브(106)를 폐쇄함으로써 시스템(700)으로의 재료 유입을 감소시킵니다. 공진 주파수가 기계 고장을 나타내면 중앙 처리 장치(110)는 또한 시스템을 폐쇄하고 모터(34)를 끈다. 또한 센서 제어기(703)는 작동자에게 시각적 또는 청각적 반응을 보냅니다.

도 22는 기류 발생기 하우징(200)의 실시 예의 단면도를 보여줍니다. 전술한 바와 같이 또한 전환판(250)의 위치는 기류 발생기(32)로부터의 간격을 증가 또는 감소시키도록 조절될 것입니다. 중앙 처리 장치(110)는 전환판(250)을 이동시키는 액츄에이터 장치(900)와 교신에 의하여 전환판(250)의 위치를 제어합니다. 액츄에이터 장치(900)는 전기 기계적 장치, 공기압 장치 또는 다른 기존 장치에 의하여 이루어집니다. 과부하 상태를 피하기 위해 중앙 처리 장치(110)는 전환판(250)을 이동시켜 유량을 조절합니다. 이 같은 작업은 유량의 제어를 향상시키기 위하여 유량 밸브(111) 및/또는 유량 제어 밸브(106)의 조절과 함께 동시에 일어납니다.

도 1, 2, 9 및 19에 도시된 시스템에 적어도 하나의 음향 방출 센서(702)가 배치될 것입니다. 따라서 도시된 시스템(700)은 예시 목적이며 본 발명을 제한하지 않습니다.

도 23은 하우징(35)의 뒷면(704)에 인접한 모터(34)와 축(33)을 포함하여 시스템(1000)의 선택적인 실시 예의 투시도입니다. 모터(34)는 축(33)과 결합된 풀리(pulley)(1002)와 결합하여 축(33)에 고속의 회전을 줍니다. 달리 스핀들으로 불리는 축(33)은 적어도 하나의 브라켓(1004)과 고정 연결되어 이의 회전이 고정된다. 브라켓(1004)은 설치판(1006)에 고정된다. 풀리(1002)는 또한 다른 위치에 축(33)과 연결될 수 있지만, 두 브라켓(1004) 사이에 축(33)과 연결되어 있음을 보여줍니다.

시스템(1000)은 동적 밸런서(1010), 진동 센서(1012) 및 밸런서 제어기(1014)를 포함하는 자동 밸런서 시스템(1008)를 더 포함합니다. 자동 밸런서 시스템(1008)은 설치가 쉽고 신뢰도가 크며 완전 자동에 적은 조작 훈련만이 요구됩니다. 아래에 기술하겠지만 밸런서(1010)는 내부 밸런서 또는 고리형 밸런서로 구현될 수 있으나 도 23에서는 밸런서(1010)가 외부 밸런서(1010)로 구현됩니다. 외부 밸런서(1010)가 밸런서 제어기(1014)와 전기적으로 교신하여 축이 작업 회전속도에서 회전함에 따라 축(33)과 기류 발생기(32)의 불균형을 보정합니다. 밸런서 제어기(1014)는 외부 밸런서(1010)를 제어하는 알고리즘을 실행하는 (미 도시된) 프로세서를 포함한다.

동적 보정은 진동과 소음을 감소시키며 시스템의 성능과 기류 발생기(32)를 통한 재료 유량을 개선합니다. 기류 발생기(32)의 동적 균형은 캐비테이션을 방지하고 기류 발생기(32)의 성능을 개선합니다. 외부 밸런서(1010)는 미국 오레건주 포틀랜드의 슈미트 산업 주식회사가 제작한 제품과 같이 상업적으로 이용 가능합니다. 외부 밸런서(1010)는 회전 슬립 고리형 동력 전달 시스템 또는 비 접촉 동력 전달 시스템에 의해 동력을 전달받는다.

도 23에서 외부 밸런서(1010)는 축(33)의 근접 단부(1016)에 연결됩니다. 축(33)은 하우징(35) 안에 있는 기류 발생기(32)의 (미 도시된)말단부에 연결됩니다. 외부 밸런서(1010)는 기류 발생기(32)의 달리 풀리면으로 불리는 뒷면(704)에 가까운 축(33)에 연결됩니다. 이 같은 방법으로 외부 밸런서(1010)는 공기 터빈(32)의 입구 틈(508)으로의 공기 흐름과 간섭하지 않습니다.

외부 밸런서(1010)는 축 불균형을 위한 질량 보정 원칙에 따라 작동됩니다. 한 실시 예에서 외부 밸런서(1010)는 두 개의 이동 가능한 편심 중량(eccentric weight)를 포함합니다. 외부 밸런서(1010)는 정밀 기어열(gear train)를 통하여 마이크로 전기 모터에 의해 각 편심 중량을 조종한다.

도 24A는 외부 밸런서(1010)와 축 방향으로 정렬된 기류 발생기(32)를 보여주는 다이어그램입니다. 외부 밸런서(1010)는 도 23에서와 같이 기류 발생기(32)가 위치한 평면으로부터 떨어진 평면에 위치합니다. 외부 밸런서(1010)는 불균형(1022)의 위치에 상대적으로 중량(1020)을 포함한다. 밸런서 제어기(1014)는 불균형(1022)의 위치를 상쇄하기 위하여 중량(1020)을 재 위치시키도록 외부 밸런서(1010)에 지시를 한다. 이 상태은 한 평면의 중량(1020)이 기류 발생기(32)와 같은 제 이 평면의 질량의 균형을 잡히게 함에 따라 반대 평면 밸런싱으로 부른다.

도 24B에서는 동적 균형 상태가 불균형(1022)의 위치를 보정하는 중량(1020)과 함께 보여 줍니다. 반대 평면 밸런싱에서는 균형을 잡기 위하여 중량(1020)은 불균형(1022)의 위치와 같은 반원(1024)에 위치해야 합니다. 반원(1024)은 축 중심(1025)으로 정의됩니다. 축(33)이 정지되고 다시 시작하여도 외부 밸런서(1010)는 정확한 균형을 유지할 수 있습니다.

도 25A는 다시 한번 외부 밸런서(1010)와 축 방향으로 정렬된 기류 발생기(32)를 보여주는 다이어그램입니다. 그러나 이 상황에서는 외부 밸런서(1010)는 기류 발생기(32)에 근접하고 실질적으로 동일 평면에 있습니다. 이것은 동일 평면 밸런싱으로 부룹니다. 중량(1020)는 불균형(1022)의 위치에 상대적으로 보여지며 불균형 조건이 존재합니다. 밸런서 제어기(1014)는 불균형(1022)의 위치를 상쇄하기 위하여 중량(1020)을 재 위치시키도록 외부 밸런서(1010)에 지시를 한다.

도 25B에서는 동적 균형 상태가 불균형(1022)의 위치를 보정하는 중량(1020)과 함 께 보여 줍니다. 동일 평면 밸런싱에서는 중량(1020)은 균형을 제공하기 위하여 불균형(1022)의 위치보다 반대 반원(1024)에 위치해야 합니다.

도 26A는 반대 평면 밸런싱 기법의 작동을 보여주는 투시 다이어그램입니다. 외부 밸런서(1010)가 축(33)에 연결되어 제일 평면(1030)내에서 회전합니다. 기류 발생기(32)와 같은 질량(1032)이 축(33)의 반대 끝에 연결되어 제이 평면(1030)내에서 회전합니다. 따라서 외부 밸런서(1010)와 질량(1032)은 축(33)의 반대 끝에 각각 위치합니다. 외부 밸런서(1010) 내의 중량(1020)은 질량(1032)의 불균형(1022)의 위치를 보정합니다.

반대 평면 밸런싱 기법은 질량(1032)이 기류 발생기(32)인 도 23의 시스템에 적용됩니다. 외부 밸런서(1010)와 기류 발생기(32)는 축(33)의 반대 끝에 연결되어 정확하고 동적으로 기류 발생기(32)의 균형을 맞춥니다. 풀리(1002)는 또한 다른 위치에서 축(33)과 연결될 수 있지만, 외부 밸런서(1010)와 기류 발생기(32) 사이에 축(33)과 연결되어 있습니다. 보정 중량(1020)은 불균형(1022)의 위치의 평면과는 다르지만 동일 반원에서 균형을 맞춥니다.

도 26B는 동일 평면 밸런싱 기법의 작동을 보여주는 투시 다이어그램입니다. 질량(1032)과 외부 밸런서(1010)는 상호 인접하게 위치하여 대체로 동일 평면(1036) 상에 있습니다. 외부 밸런서(1010)는 또한 질량(1032)과 연결되어 있는 축(33)과 연결되어 있습니다. 중량(1020)은 균형을 제공하기 위하여 불균형(1022)의 위치보다 반대 반원(1024)에 있어야 합니다. 도 23의 시스템(1000)은 동일 평면 밸런싱을 제공하기 위하여 변경될 수 있습니다.

다시 도 23을 보면 동적 균형 시스템(1008)은 불균형을 나타내는 진동 수준을 정확하게 감시하는 진동 센서(1012)를 포함합니다. 상기 센서(1012)는 자석, 스터드(stud) 설치 또는 다른 종래 방법에 의하여 브라켓(1004) 또는 설치판(1006)에 연결됩니다. 진동 센서(1012)는 RPM에 의하여 입력 신호를 여과하는 밸런서 제어기(1014)와 전기적으로 교신합니다. 밸런서 제어기(1014)는 외부 밸런서(1010)와 전기적으로 교신하고 진동 신호의 진폭을 감소하는 방향으로 중량(1020)을 유도합니다. 상기 중량(1020)이 진동 수준이 가장 낮게 되도록 위치하면 균형은 완성되고 동적 균형 시스템(1008)은 최적의 작동을 가정하는 진동 수준을 감시한다.

도 27은 동적 밸런서(1040)의 선택적인 실시 예의 단면도를 보여줍니다. 동적 밸런서(1040)는 축(33)의 구멍(bore)내에 완전하게 또는 부분적으로 위치하는 내부 밸런서(1040)입니다. 내부 밸런서는 미국 오레건주 포틀랜드의 슈미트 산업 주식회사가 제작한 제품과 같이 상업적으로 이용 가능합니다. 내부 밸런서(1040)는 적어도 하나의 볼트(1044)를 통하여 축(33)에 고정되는 설치 플랜지(1042)를 포함합니다. 다른 종래 방법에 의하여 내부 밸런서(1040)를 축(33)에 고정시킬 수 있습니다.

외부 밸런서(1010)와 같이 내부 밸런서(1040)는 질량의 불균형(1022)의 위치를 보정하기 위하여 중량을 배치합니다. 내부 밸런서(1040)는 도 23에 보여주는 균형 시스템(1008)과 함께 사용되고 반대 평면 밸런싱 또는 동일 평면 밸런싱 기법에 사용됩니다. 따라서 내부 밸런서(1040)는 중량을 동적으로 배치하기 위해 밸런서 제어기(1014)와 교신합니다. 전술한 바와 같이 밸런서 제어기(1014)는 불균형(1022)의 위치를 결정하기 위하여 진동 센서(1012)와 교신합니다.

도 28은 내부 밸런서(1040)에 의해 사용하는 보정 중량(1046, 1048)의 실시 예의 단면도를 보여줍니다. 보정 중량(1046, 1048)은 반원으로 이루어지며 각자에 상대적으로 위와 아래로 배치된 상태로 회전합니다. 도면에서 보듯이 내부 보정 중량(1046)은 외부 보정 중량(1048)보다 두꺼운 단면를 갖습니다. 보정 중량(1046, 1048)을 정확하게 위치시킴으로서 동적 균형이 이루어집니다. 또한 도시된 보정 중량(1046, 1048)은 외부 밸런서(1010)에 사용될 수 있습니다.

도 29는 선택적인 동적 밸런서(1050)의 투시도입니다. 동적 밸런서(1050)는 축(33)을 포함하여 연결된 고리형 밸런서(1050)입니다. 고리형 밸런서는 미국 오레건주 포틀랜드의 슈미트 산업 주식회사가 제작한 제품과 같이 상업적으로 이용 가능합니다. 고리형 밸런서(1050)는 축(33)의 길이 방향을 따라 접근 가능한 어느 위치에나 배치가 가능합니다. 고리형 밸런서(1050)는 도 23의 균형 시스템(1008)과 함께 사용되고 반대 평면 밸런싱 또는 동일 평면 밸런싱 기법에 사용됩니다.

도 30은 고리형 밸런서(1050)의 실시 예의 단면도를 보여줍니다. 고리형 밸런서(1050)는 각자에 상대적으로 나란히 축방향으로 배치된 보정 중량(1052, 1054)을 포함합니다. 제일 보정 중량(1052)은 제이 보정 중량(1052)보다 큰 질량을 갖습니다. 보정 중량(1052, 1054)의 배치는 동적 균형을 달성하기 위하여 불균형의 위치를 평형시키는 전체적인 보정을 합니다. 선택적으로 고리형 밸런서(1050)는 전술한 동적 밸런서(1010, 1040)에 기술된 사항과 유사하게 보정 중량을 구체화할 수 있습니다.

선택적인 밸런서의 실시 예는 관련 분야에 알려져 있고 사용이 가능합니다. 자동 밸런서 시스템(1008)은 최적 균형을 유지하기 위하여 작동 속도에서 기류 발생기(32)를 동적으로 균형을 이루게 합니다. 균형은 회전이 멈추고 후속 작동동안 유지됩니다. 밸런서(1010)는 기류 발생기로의 공기 흐름과 간섭되지 않도록 풀리면에 축(33)과 연결됩니다. 자동 밸런서 시스템(1008)은 캐비테이션을 방지하고 기류 발생기의 효율과 성능을 개선합니다.

Claims (44)

1. 재료를 분쇄하고 재료로부터 수분을 추출하기 위한 장치에 있어서, 상기 장치는

   흡입관;

   흡입관에 연결된 벤추리;

   기류를 발생시키는 기류 발생기 및 입구 틈을 포함하며;

   적어도 부분적으로 기류 발생기를 포함하며 입구 틈과 교신하는 출구를 포함하는 하우징;

   상기 기류 발생기는 벤추리를 통하여 입구 틈으로 향하여 기류를 유도하기 위하여 벤추리와 교신하고, 기류에 유입된 재료는 벤추리를 통과하고 분쇄 및 수분 추출이 되고; 및

   하우징을 통과하는 재료를 나타내는 공진 주파수를 수신하기 위하여 하우징에 연결된 음향 방출 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 재료 분쇄 및 수분 추출 장치.
2. 제1항에 있어서,

   공진 주파수를 수신하고 재료 유량을 결정하는 음향 방출 센서와 교신하는 센서 제어기를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 재료 분쇄 및 수분 추출 장치.
3. 제1항에 있어서,

   센서 제어기와 교신하는 중앙 처리 장치를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 재료 분쇄 및 수분 추출 장치.
4. 제3항에 있어서,

   벤추리에 위치하고 하우징과 기류 발생기 내에 공기량과 공기 속도를 조절하는 밸브를 추가적으로 포함하며, 상기 밸브는 중앙 처리 장치에 의해 상기 밸브의 조절이 가능한 중앙 처리 장치와 교신하는 것을 특징으로 하는 재료 분쇄 및 수분 추출 장치.
5. 제3항에 있어서,

   흡입관으로의 재료 유량를 제어하고 흡입관과 교신하는 유량 제어 밸브를 추가적으로 포함하며, 상기 유량 제어 밸브는 중앙 처리 장치에 의해 상기 유량 제어 밸브의 조절이 가능한 중앙 처리 장치와 교신하는 것을 특징으로 하는 재료 분쇄 및 수분 추출 장치.
6. 제5항에 있어서,

   흡입관으로 통과하는 재료의 유량을 감시하는 센서를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 재료 분쇄 및 수분 추출 장치.
7. 제3항에 있어서,

   출구 근방에 하우징의 내부와 연결되고 기류 발생기 근방에 커팅 에지를 가지는 전환판; 및

   전환판의 위치를 제어하기 위하여 전환판에 연결되어 중앙 처리 장치와 교신하는 액츄에이터 장치를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 재료 분쇄 및 수분 추출 장치.
8. 제1항에 있어서,

   음향 방출 센서가 하우징의 뒷면에 위치하는 것을 특징으로 하는 재료 분쇄 및 수분 추출 장치.
9. 제1항에 있어서,

   음향 방출 센서가 하우징의 앞면에 위치하는 것을 특징으로 하는 재료 분쇄 및 수분 추출 장치.
10. 제1항에 있어서,

    벤추리에 위치한 제이 음향 방출 센서를 추가적으로 포함하며, 상기 제이 음향 방출 센서는 벤추리를 통과하는 재료를 나타내는 공진 주파수를 수신하는 것을 특징으로 하는 재료 분쇄 및 수분 추출 장치.
11. 제1항에 있어서,

    흡입관에 위치한 제이 음향 방출 센서를 추가적으로 포함하며, 상기 제이 음향 방출 센서는 흡입관을 통과하는 재료를 나타내는 공진 주파수를 수신하는 것을 특징으로 하는 재료 분쇄 및 수분 추출 장치.
12. 재료를 분쇄하고 재료로부터 수분을 추출하기 위한 방법에 있어서, 상기 방법은

    벤추리와 교신하는 기류 발생기를 제공하는 단계;

    기류 발생기가 벤추리를 통하여 기류 발생기로 향하는 기류를 발생시키는 단계;

    재료를 기류로 유입시키는 단계;

    수분을 추출하고 재료를 분쇄하기 위하여 재료를 벤추리로 통과시키는 단계 ; 및

    기류 발생기를 통과하는 재료 유량을 나타내는 음향 방출을 수신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 재료 분쇄 및 수분 추출 방법.
13. 제12항에 있어서,

    하우징의 내에 기류 발생기를 위치하는 단계를 추가적으로 포함하며, 음향 방출을 수신하는 단계는 하우징에 음향 방출 센서를 위치하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 재료 분쇄 및 수분 추출 방법.
14. 제12항에 있어서,

    음향 방출 센서를 위치하는 것은 하우징의 뒷면에 음향 방출 센서를 위치하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 재료 분쇄 및 수분 추출 방법.
15. 제12항에 있어서,

    음향 방출 센서를 위치하는 것은 하우징의 앞면에 음향 방출 센서를 위치하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 재료 분쇄 및 수분 추출 방법.
16. 제12항에 있어서,

    음향 방출 센서가 재료 유량을 결정하는 센서 제어기와 교신하는 단계를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 재료 분쇄 및 수분 추출 방법.
17. 제16항에 있어서,

    벤추리의 발산부에 밸브를 제공하는 단계;

    상기 밸브가 하우징과 기류 발생기 내에 공기량과 공기 속도를 조절하기 위하여 중앙 처리 장치와 교신하는 단계를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 재료 분쇄 및 수분 추출 방법.
18. 제16항에 있어서,

    하우징의 내부와 연결되고 기류 발생기 근방에 커팅 에지를 가지는 전환판을 제공하는 단계;

    전환판에 연결된 액츄에이터 장치를 제공하는 단계; 및

    상기 액츄에이터 장치가 전환판의 위치를 제어하기 위하여 중앙 처리 장치와 교신하는 단계를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 재료 분쇄 및 수분 추출 방법.
19. 제12항에 있어서,

    벤추리에 연결된 흡입관을 제공하는 단계를 추가적으로 포함하며, 기류는 흡입관을 통과하고 벤추리로 향하는 것을 특징으로 하는 재료 분쇄 및 수분 추출 방법.
20. 제19항에 있어서,

    유량 제어 밸브가 흡입관으로의 재료 유량을 제어하는 단계; 및

    상기 유량 제어 밸브가 재료 유량을 조절하는 중앙 처리 장치와 교신하는 단계를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 재료 분쇄 및 수분 추출 방법.
21. 제19항에 있어서,

    음향 방출을 수신하는 단계가 제이 음향 방출 센서를 흡입관에 위치하는 것을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 재료 분쇄 및 수분 추출 방법.
22. 제12항에 있어서,

    음향 방출을 수신하는 단계가 제이 음향 방출 센서를 벤추리에 위치하는 것을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 재료 분쇄 및 수분 추출 방법.
23. 재료를 분쇄하고 재료로부터 수분을 추출하기 위한 장치에 있어서, 상기 장치는

    흡입관;

    흡입관에 연결된 벤추리;

    기류를 발생시키는 기류 발생기 및 입구 틈을 포함하며;

    기류 발생기에 연결된 축;

    회전 동안 축에서의 불균형을 보정하기 위해 축에 연결된 밸런서; 및

    적어도 부분적으로 기류 발생기를 포함하며 입구 틈과 교신하는 출구를 포함하는 하우징;

    상기 기류 발생기는 벤추리를 통하여 입구 틈으로 향하여 기류를 유도하기 위하여 벤추리와 교신하고, 기류에 유입된 재료는 벤추리를 통과하고 분쇄 및 수분 추출이 되는 것을 특징으로 하는 재료 분쇄 및 수분 추출 장치.
24. 제23항에 있어서,

    밸런서와 교신하는 밸런서 제어기를 추가적으로 포함하며, 밸런서 제어기는 불균형의 보정을 제어하는 것을 특징으로 하는 재료 분쇄 및 수분 추출 장치.
25. 제24항에 있어서,

    밸런서 제어기와 교신하고 불균형을 나타내는 축으로부터의 진동을 수신하는 진동 센서를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 재료 분쇄 및 수분 추출 장치.
26. 제23항에 있어서,

    상기 밸런서가 보정 중량을 포함하여 외부 밸런서인 것을 특징으로 하는 재료 분쇄 및 수분 추출 장치.
27. 제26항에 있어서,

    외부 밸런서가 외부 밸런서의 축 중심으로 회전 가능한 두 개의 보정 중량을 포함하는 것을 특징으로 하는 재료 분쇄 및 수분 추출 장치.
28. 제23항에 있어서,

    축은 내부 구멍을 포함하며, 상기 밸런서는 내부 구멍 내에 적어도 부분적으로 위치하고 보정 중량을 포함하는 내부 밸런서인 것을 특징으로 하는 재료 분쇄 및 수분 추출 장치.
29. 제28항에 있어서,

    내부 밸런서가 내부 밸런서의 축 중심으로 회전 가능한 두 개의 보정 중량을 포함하는 것을 특징으로 하는 재료 분쇄 및 수분 추출 장치.
30. 제29항에 있어서,

    두 개의 보정 중량은 각자에 상대적으로 위와 아래로 배치된 것을 특징으로 하는 재료 분쇄 및 수분 추출 장치.
31. 제23항에 있어서,

    상기 밸런서가 보정 중량을 포함하는 고리형 밸런서인 것을 특징으로 하는 재료 분쇄 및 수분 추출 장치.
32. 제31항에 있어서,

    고리형 밸런서가 고리형 밸런서의 축 중심으로 회전 가능한 두 개의 보정 중량을 포함하는 것을 특징으로 하는 재료 분쇄 및 수분 추출 장치.
33. 재료를 분쇄하고 재료로부터 수분을 추출하기 위한 방법에 있어서, 상기 방법은

    벤추리와 교신하는 기류 발생기를 제공하는 단계;

    기류 발생기에 연결된 축을 제공하는 단계;

    축에 밸런서를 연결하는 단계;

    밸런서가 회전 동안 축에서의 불균형을 보정하는 단계;

    기류 발생기가 벤추리를 통하여 기류 발생기로 향하는 기류를 발생시키는 단계;

    재료를 기류로 유입시키는 단계; 및

    수분을 추출하고 재료를 분쇄하기 위하여 재료를 벤추리로 통과시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 재료 분쇄 및 수분 추출 방법.
34. 제33항에 있어서,

    상기 밸런서가 보정 중량을 포함하여 외부 밸런서인 것을 특징으로 하는 재료 분쇄 및 수분 추출 방법.
35. 제34항에 있어서,

    외부 밸런서가 외부 밸런서의 축 중심으로 회전 가능한 두 개의 보정 중량을 포함하는 것을 특징으로 하는 재료 분쇄 및 수분 추출 방법.
36. 제33항에 있어서,

    밸런서가 보정 중량을 포함하는 내부 밸런서이며,

    축 내에 내부 구멍을 제공하는 단계; 및

    내부 구멍 내에 적어도 부분적으로 내부 밸런서가 위치하는 단계를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 재료 분쇄 및 수분 추출 방법.
37. 제36항에 있어서,

    내부 밸런서가 내부 밸런서의 축 중심으로 회전 가능한 두 개의 보정 중량을 포함하는 것을 특징으로 하는 재료 분쇄 및 수분 추출 방법.
38. 제37항에 있어서,

    각자에 상대적으로 위와 아래로 두 개의 보정 중량을 배치하는 단계를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 재료 분쇄 및 수분 추출 방법.
39. 제33항에 있어서,

    상기 밸런서가 보정 중량을 포함하는 고리형 밸런서인 것을 특징으로 하는 재료 분쇄 및 수분 추출 방법.
40. 제39항에 있어서,

    고리형 밸런서가 고리형 밸런서의 축 중심으로 회전 가능한 두 개의 보정 중량을 포함하는 것을 특징으로 하는 재료 분쇄 및 수분 추출 방법.
41. 제33항에 있어서,

    축 불균형을 나타내는 진동을 수신하는 단계를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 재료 분쇄 및 수분 추출 방법.
42. 제41항에 있어서,

    축 불균형을 나타내는 진동을 밸런서 제어기에 발신하는 단계; 및

    밸런서 제어기가 불균형을 결정하고 불균형을 상쇄하기 위해 보정을 제어하는 단계를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 재료 분쇄 및 수분 추출 방법.
43. 제33항에 있어서,

    밸런서가 보정 중량을 포함하며,

    기류 발생기 근방에 밸런서를 위치하는 단계; 및

    기류 발생기의 불균형 점의 중량에 균형 보정을 제공하기 위해 반대 반원 내에 보정 중량을 이동하는 단계를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 재료 분쇄 및 수분 추출 방법.
44. 제33항에 있어서,

    밸런서가 보정 중량을 포함하며,

    기류 발생기 근방에 밸런서를 위치하는 단계; 및

    기류 발생기의 불균형 점의 중량에 균형 보정을 제공하기 위해 동일 반원 내에 보정 중량을 이동하는 단계를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 재료 분쇄 및 수분 추출 방법.

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